CN219832773U - 一种基于半导体温度控制的工业车辆锂电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于半导体温度控制的工业车辆锂电池，包括锂电池组、控制系统、半导体空调，电池单体的两端分别连接在电芯模组上，电池单体和电芯模组安装在上壳体和下壳体内，在下壳体的外面底部还安装有水冷管路；在半导体制冷片上方通过螺丝固定着散热片和散热风扇，在半导体制冷片的下方固定着散热管道，在半导体制冷片的两端通过导线依次并联着半导体空调主继电器，电源，加热继电器。本实用新型半导体制冷片为分布式结构，各单元可以单独控制，能够通过控制制冷片的工作数量来实现降温效果的强弱调节，极大改善电池模组在长时间放电时的缓慢温升及低温环境下的电池保温工况。

Description

一种基于半导体温度控制的工业车辆锂电池

技术领域

本实用新型涉及锂电池领域，具体涉及一种基于半导体温度控制的工业车辆锂电池。

背景技术

工程车辆动力电池需要在高倍率下进行充放电，长时间放电势必产生大量热量，从而影响电池的循环寿命及使用状态，在冬天低温环境下还需要对电池加热保温，因此对电池组的热管理系统有较高的要求，现行较为有效的热管理多采用空调，主要采用压缩机、水泵、风扇、泠凝器等传统空调组件，占用大量空间，这对于某些工业车辆布置较为困难。另外常规空调低温启动难，冬天制热效率低，怕震动，不能倾斜，更不可以随意颠倒。遇到损坏元件和管路，要放掉冷媒，才能维护作业，有一定浪费。

为了解决上述问题，ZL(2018206611977)提出了一种基于半导体制冷片的锂电池温控装置，其特征在于，包括电池模组(1)、半导体制冷片、散热板(4)、散热风扇(5)、温度传感器(6)、电源线(7)和控制系统，所述电池模组(1)由电池片组合而成，所述半导体制冷片包括第一半导体制冷片(2)和第二半导体制冷片(3)，所述半导体制冷片内部包括冷端(21)、金属导体(22)、半导体单元(23)和热端(24)，冷端(21)和热端(24)分别通过金属导体(22)和半导体单元(23)连接，半导体单元(23)由N型半导体和P型半导体交替组合而成，所述第一半导体制冷片(2)位于电池模组(1)的两侧，冷端(21)与电池模组(1)紧贴，热端(24)向外，所述第二半导体制冷片(3)位于电池模组(1)之间，冷端(21)与电池片紧贴，中间涂有导热硅脂，热端(24)朝向电池模组(1)之间的缝隙，所述散热板(4)通过胶黏的方式固定在第一半导体制冷片(2)的热端(24)，所述散热风扇(5)通过螺栓固定在散热板(4)上，散热风扇(5)朝向铝板吹风，所述温度传感器(6)设在半导体制冷片上，所述电源线(7)连接外部电源和半导体制冷片，所述温度传感器(6)、半导体制冷片和散热风扇(5)与控制系统信号连接。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种基于半导体温度控制的工业车辆锂电池。

根据本申请实施例提供的技术方案，

一种基于半导体温度控制的工业车辆锂电池，包括锂电池组、控制系统、半导体空调，

所述锂电池组包括上壳体、下壳体、电池单体和电芯模组，所述电池单体的两端分别连接在所述电芯模组上，所述电池单体和电芯模组安装在上壳体和下壳体内，在所述下壳体的外面底部还安装有水冷管路；

所述半导体空调包括半导体空调包括主继电器，电源，加热继电器，散热管道，散热片,散热风扇,半导体制冷片，在所述半导体制冷片上方通过螺丝固定着散热片和散热风扇，在所述半导体制冷片的下方固定着散热管道，在所述半导体制冷片的两端通过导线依次并联着半导体空调主继电器，电源，加热继电器；

所述控制系统包括控制器、供电模块、温度读取模块、水泵控制模块和空调控制模块，所述供电模块与电芯模组通过导线连接，所述温度读取模块与锂电池组中的电池组及管理模块BMS连接，所述水泵控制模块上连接着水泵，所述空调控制模块与所述半导体空调连接。

本实用新型中，所述水泵与水箱连接，所述水冷管路、电池组及管理模块BMS、半导体空调和水泵与水箱之间通过水冷管道连接。

本实用新型中，所述电芯模组中设置有高低压电气系统和管理模块BMS。

本实用新型中，所述水冷管路上还设有进水口、出水口和电磁阀门。

本实用新型中，在所述锂电池组内安装有若干温度传感器。

本实用新型中，所述水冷管路的下方通过工业胶固定有一垫板。

综上所述，本申请的有益效果：采用半导体制冷片实现冷却液的降温与加热，取消了传统的压缩机、蒸发器等部件，结构紧凑，组装方便，利于狭小空间安装，同时半导体制冷片为分布式结构，各单元可以单独控制，能够通过控制制冷片的工作数量来实现降温效果的强弱调节，极大改善电池模组在长时间放电时的缓慢温升及低温环境下的电池保温工况。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的整体示意图；

图2为本实用新型中半导体空调的结构示意图；

图3为本实用新型的工作流程图；

图4为本实用新型中蓄电池的结构示意图；

图5为本实用新型中控制系统的控制流程图。

图中标号：

主继电器-1；电源-2；加热继电器-3；散热管道-4；散热片-5；散热风扇-6；半导体制冷片-7；

上壳体-10；下壳体-11；电池单体-12；电芯模组-13；水冷管路-14；

控制器-21；供电模块-22；温度读取模块-23；水泵控制模块-24；空调控制模块-25；水泵-26；水箱-27。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，一种基于半导体温度控制的工业车辆锂电池，主在包括以下几部分

蓄电池组成：动力电池根据不同的应用场景可以选者不同的组合，电池组结构主要包含上壳体10、下壳体11、电池单体12和电芯模组13，水冷管路14、充放电回路及接口、导线等，且其内置有管理模块BMS，主要承担电池充放电管理、电池电压采集与多路温度采集、数据分析、计算、与外部控制器通讯等功能。而电池单体12和电芯模组13相互连接且安装在上壳体10和下壳体11内，上壳体10和下壳体11采用金属材质，在下壳体11的下方安装在水冷管路14。

上壳体10和下壳体11通过螺栓进行固定，且它们的材质为金属材质。

水冷管路14为铜材质，两端分别设有进出水口用于与主体水管道连接。通过流动的水给电池组进行升降温。

电池单体12的组成主要是蓄电池由正极板、负极板、隔板(纸)、蓄电池壳体、盖、铅钉、正极柱、负极柱、胶帽和电解液组成。

电芯模组13主要为590模组，根据需要还可以选择其他模组。

半导体空调组成

如图2所示，半导体空调所述半导体空调包括主继电器1，电源2，加热继电器3，散热管道4，散热片5,散热风扇6,半导体制冷片7。在所述半导体制冷片7上方通过螺丝固定着散热片5和散热风扇6，在所述半导体制冷片7的下方固定着散热管道4，在所述半导体制冷片7的两端通过导线依次并联着半导体空调主继电器1，电源2，加热继电器3。半导体制冷片，也叫热电制冷片，是一种热泵。它是一种产生负热阻的制冷技术,它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，无运动部件，可靠性高，无制冷剂污染的场合。在原理上，半导体制冷片是一个热传递的工具。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。但是半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度来实现。

散热风扇6以及散热片的作用主要是为半导体制冷片7的热端散热。通常半导体制冷片7冷热端的温差可以达到40～65度之间，如果通过主动散热的方式来降低热端温度，那冷端温度也会相应的下降，从而达到更低的温度。

半导体空调没有制冷剂，不会泄露，不怕震动，不怕倾斜，不怕颠倒；运转无机械运动，不会磨损；体积小，可靠性高。具体优点体现在以下几点：

1、首先半导体制冷片热惯性小，冷热随意切换。制冷制热时间非常快，通常在数秒内即可达到最大温差；

2、半导体空调冷热调节范围宽，冷热转换快。大温差环境，即使外界环境高达60度，散冷器表面依旧可以保持22～25度；

3、半导体空调是换能元件，通过对其电流、电压控制可以很容易实现对箱体温度的精确控制。同时半导体空调采用多组并联使用，即使有一组失效，也不会影响制冷效果；

4、半导体空调制热表面温度低于80度，无明火，对设备安全可靠。

控制系统组成：

如图5所示，控制系统由控制器21，供电模块22，温度读取模块23，水泵控制模块24，空调控制模块25，水泵26，水箱27，熔断器，继电器，直流电源，连接管路和连接电缆等，控制器21收集电池组的温度信息，根据电池组实时温度情况控制半导体空调的启停及输出功率、负责水泵启停控制等。

如图3所示，本方案主动控制降温和升温的流程如下：

1.电池降温控制流程

电池组接收到工作命令后控制器开始接受BMS温度信息，根据电池内部实时温度判断当前动作：如果温度大于30度，制冷使能置位，首先继电器K2线圈处于断开，常闭触点接通状态，将K1线圈得电，K1常开触点导通，半导体接通制冷回路，半导体制冷片产生制冷效应，热交换片将水管内的温度传导到半导体的冷片，再依次开启水泵和风扇回路，冷却水路将水管内的低温液体输送到水箱和电池内部，达到电池降温目的，控制器继续监测电池内部温度，当温度低于20度时制冷使能复位，控制器断开K1线圈电路，K1继电器触点将制冷片电源断开，半导体制冷片停止制冷。

进一步的，控器可以根据温升的速率实时控制制冷片的数量，从而达到控制制冷量目的。

2.电池加热控制流程

电池组接收到工作命令后控制器开始接受BMS温度信息，根据电池内部实时温度判断当前动作：如果温度小于10度，加热使能置位，首先将继电器K2线圈接通，常开触点接通状态，将K1线圈得电，K1常开触点导通，半导体接通制热回路，半导体制冷片产生制热效应，热交换片将半导体热片的温度传导到水管，再依次开启水泵和风扇回路，冷却水路将水管内的高温液体输送到水箱和电池内部，达到电池保温目的，控制器继续监测电池内部温度，当温度高于20度时加热使能复位，控制器断开K1、K2线圈电路，K1继电器触点将制冷片电源断开，半导体制冷片7停止发热。

进一步的，控器可以根据电池温度下降的速率实时控制半导体制冷片7的数量，从而达到控制发热量目的。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理等方案的说明。同时，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (6)

1.一种基于半导体温度控制的工业车辆锂电池，包括锂电池组、控制系统、半导体空调，其特征是：

所述锂电池组包括上壳体（10）、下壳体（11）、电池单体（12）和电芯模组（13），所述电池单体（12）的两端分别连接在所述电芯模组（13）上，所述电池单体（12）和电芯模组（13）安装在上壳体（10）和下壳体（11）内，在所述下壳体（11）的外面底部还安装有水冷管路（14）；其特征是：

所述半导体空调包括半导体空调包括主继电器（1），电源（2），加热继电器（3），散热管道（4），散热片（5）,散热风扇（6）,半导体制冷片（7），在所述半导体制冷片（7）上方通过螺丝固定着散热片（5）和散热风扇（6），在所述半导体制冷片（7）的下方固定着散热管道（4），在所述半导体制冷片（7）的两端通过导线依次并联着半导体空调主继电器（1），电源（2），加热继电器（3）；

所述控制系统包括控制器（21）、供电模块（22）、温度读取模块（23）、水泵控制模块（24）和空调控制模块（25），所述供电模块（22）与电芯模组（13）通过导线连接，所述温度读取模块（23）与锂电池组中的电池组及管理模块BMS连接，所述水泵控制模块（24）上连接着水泵（26），所述空调控制模块（25）与所述半导体空调连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于半导体温度控制的工业车辆锂电池，其特征是：所述水泵（26）与水箱（27）连接，所述水冷管路（14）、电池组及管理模块BMS、半导体空调和水泵（26）与水箱（27）之间通过水冷管道连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于半导体温度控制的工业车辆锂电池，其特征是：所述电芯模组（13）中设置有高低压电气系统和管理模块BMS。

4.根据权利要求1所述的一种基于半导体温度控制的工业车辆锂电池，其特征是：所述水冷管路（14）上还设有进水口、出水口和电磁阀门。

5.根据权利要求1所述的一种基于半导体温度控制的工业车辆锂电池，其特征是：在所述锂电池组内安装有若干温度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种基于半导体温度控制的工业车辆锂电池，其特征是：所述水冷管路（14）的下方通过工业胶固定有一垫板。