一种智能动力电池热管理系统

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其是一种智能动力电池热管理系统。

背景技术

在动力电池热管理领域，部分学者将喷雾技术应用到电池热管理中，喷雾技术是将液体雾化，这样使得冷却液与电池的接触面积变大，更容易使冷却液吸热蒸发，与单相强制对流相比，汽化涉及从液体到气体的相变过程，提供了比单相强制对流过程更高的传热性能，由于雾化过后的蒸发冷却是目前热管理系统中采用的一种新兴冷却技术，它能够以合理的成本耗散高热流密度。

Saw L H等在2017年通过仿真得出，在冷却空气中加入速度为2 m/s、流量为0.37g/s的水雾时，足以使电池表面温度降至40 ℃以下；2018年通过实验和数值模拟，得出雾冷却的质量流量为5 g/s和3%的雾负荷分数足以确保电池模块的表面温度保持在40 ℃以下。在热失控领域，Liu T等在2019年用通过实验研究，得出有细水雾的热失控临界温度比无细水雾的热失控临界温度至少低20 ℃；在2020年通过实验研究，得出水雾具有良好的冷却能力，当耗水量为1.95⨯10-4 kg/W·h时，可以很好地防止热失控在电池模块内的传播。

发明内容

本发明提出一种智能动力电池热管理系统，能以雾化的冷却液强化动力电池的内部散热，同时能以冷却液管网在动力电池外壳表面形成冷却层。

本发明采用以下技术方案。

一种智能动力电池热管理系统，所述动力电池包括电池模块；所述电池模块包括液冷系统；所述液冷系统包括液泵、位于电池模块下方的贮有冷却液的储液箱、位于电池模块上方的喷雾口和电池模块内部的散热通道；所述储液箱的输出端处设有冷却液输出管道，储液箱输入端与散热通道相通；所述冷却液输出管道经液泵与喷雾口相通；所述冷却液输出管道与动力电池外壳接触的部分形成电池模块外壁处的隔温冷却层；所述喷雾口位于电池模块上部的散热通道始端，喷入散热通道的雾状冷却液附于散热通道表面以吸收电池模块的热量并向储液箱回流。

所述液冷系统还包括控制模块和与控制模块相连的电池电流监测模块、电池温度监测模块；所述电池电流监测模块对电池电流进行监测；所述电池温度监测模块对电池温度进行监测；所述控制模块根据电池电流、电池温度控制液泵工况，以控制喷雾口对散热通道的冷却液喷雾作业。

所述冷却液输出管道与动力电池外壳接触的部分，其管道的壁面为可与动力电池外壳紧贴以扩大散热面积的圆弧形。

所述冷却液输出通道的顶部位于电池模块上部且具有多个壁面，所述喷雾口分设于冷却液输出通道顶面或顶部的各侧壁面处，所述喷雾口使冷却液以微小液滴形态向散热通道喷射。

所述储液箱的输入端经电池模块下部的电池支撑板与散热通道相通；所述电池支撑板在散热通道末端处形成漏斗形汇流结构，在重力作用下经散热通道流出的冷却液在漏斗形汇流结构处汇流并回流至储液箱。

所述储液箱的底板为漏斗形结构；所述储液箱的输出端设于漏斗形结构的底板处且与过滤器相连。

所述冷却液为具备绝缘性的不导电液体；所述冷却液的成分包括硅油或变压器油。

所述储液箱处设有用于风冷、液冷或相变冷却的散热结构。

所述液泵工况中，其动力输出档位包括泵第1档、泵第2档、泵第3档，所述控制模块对液泵工况的控制还以环境温度的阈值T1为参照，包括以下方法；

方法一、当电池温度小于35℃时，液泵处于待机状态；

方法二、当电池温度大于35℃且环境温度大于T1时，开启泵第3挡，再次判断电池温度是否大于35℃，是则继续开启泵第3挡，否则开启泵第2挡，判断电池温度是否大于30℃，是则继续开启泵第2挡，否则开启泵第1挡，判断电池温度是否大于25℃，是则继续开启泵第1挡，否则关闭泵；

方法三、当电池温度大于35℃且环境温度小于T1时，判断电池电流是否大于等于3C，是则开启泵第3挡，再次判断电池温度是否大于35℃，是则继续开启泵第3挡，否则开启泵第2挡，判断电池温度是否大于30℃，是则继续开启泵第2挡，否则开启泵第1挡，判断电池温度是否大于25℃，是则继续开启泵第1挡，否则关闭泵；

方法四、当电池温度大于35℃、环境温度小于T1且电池电流小于3C时，判断环境温度是否大于T2，是则开启泵第2挡，判断电池温度是否大于30℃，是则继续开启泵第2挡，否则开启泵第1挡，判断电池温度是否大于25℃，是则继续开启泵第1挡，否则关闭泵；

当电池温度大于35℃、环境温度小于T1、电池电流小于3C且环境温度小于T2时，开启泵第1挡，判断电池温度是否大于25℃，是则继续开启泵第1挡，否则关闭泵。

所述动力电池为用于交通工具的可大倍率放电的动力电池。

本发明可防止动力电池在爬坡、超车、急加速等大倍率放电时因发热过快、热量急剧积累时的安全隐患发生，可快速有效的将电池温度控制在合理的范围内，同时提高电池的性能以及循环寿命。

本发明使用冷却液量少，使得质量低、成本低；冷却液与电池接触面积大，传热效率高。

本发明的优势还在于1、通过喷雾以及冷却液和电池接触的方式，仅使用少量的冷却液即可将电池温度保持在适宜的范围内；2、可结合管道与电池的接触，使得电池温均性较好。

本发明所述方案与传统的冷管式、冷板式热管理相比，本发明所述方案具有冷却液和电池接触面积大、传热效率高的优点；而相比起电池部分或全部浸在其中的接触式热管理，本发明所述技术方案具有质量较轻、节约冷却液的优点；本发明相比热管式热管理而言本发明所述技术的成本较低。

本发明可在电池外壳处以冷却管管网与外界环境形成具冷却能力的分隔层，不仅强化了冷却能力，而且使环境温度不易影响电池内部温度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是本发明的示意图；

附图2是本发明上部的立体示意图；

附图3是本发明的原理示意图；

附图4是控制液泵工况方法的流程示意图；

附图5是本发明的俯视向示意图；

图中：1-喷雾口；2-动力电池外壳；3-电池支撑板；4-储液箱；5-过滤器；6-液泵；7-动力电池；8-电池温度监测模块；9-电池模块；10-电池箱；11-冷却液输出管道；12散热通道。

具体实施方式

如图所示，一种智能动力电池热管理系统，所述动力电池7包括电池模块9；所述电池模块包括液冷系统；所述液冷系统包括液泵6、位于电池模块下方的贮有冷却液的储液箱4、位于电池模块上方的喷雾口1和电池模块内部的散热通道；所述储液箱的输出端处设有冷却液输出管道11，储液箱输入端与散热通道相通；所述冷却液输出管道经液泵与喷雾口相通；所述冷却液输出管道与动力电池外壳2接触的部分形成电池模块外壁处的隔温冷却层；所述喷雾口位于电池模块上部的散热通道12始端，喷入散热通道的雾状冷却液附于散热通道表面以吸收电池模块的热量并向储液箱回流。

所述液冷系统还包括控制模块和与控制模块相连的电池电流监测模块、电池温度监测模块8；所述电池电流监测模块对电池电流进行监测；所述电池温度监测模块对电池温度进行监测；所述控制模块根据电池电流、电池温度控制液泵工况，以控制喷雾口对散热通道的冷却液喷雾作业。

所述冷却液输出管道与动力电池外壳接触的部分，其管道的壁面为可与动力电池外壳紧贴以扩大散热面积的圆弧形。

所述冷却液输出通道的顶部位于电池模块上部且具有多个壁面，所述喷雾口分设于冷却液输出通道顶面或顶部的各侧壁面处，所述喷雾口使冷却液以微小液滴形态向散热通道喷射。

所述储液箱的输入端经电池模块下部的电池支撑板3与散热通道相通；所述电池支撑板在散热通道末端处形成漏斗形汇流结构，在重力作用下经散热通道流出的冷却液在漏斗形汇流结构处汇流并回流至储液箱。

所述储液箱的底板为漏斗形结构；所述储液箱的输出端设于漏斗形结构的底板处且与过滤器5相连。

所述冷却液为具备绝缘性的不导电液体；所述冷却液的成分包括硅油或变压器油。

所述储液箱处设有用于风冷、液冷或相变冷却的散热结构。

所述液泵工况中，其动力输出档位包括泵第1档、泵第2档、泵第3档，所述控制模块对液泵工况的控制还以环境温度的阈值T1为参照，包括以下方法；

方法一、当电池温度小于35℃时，液泵处于待机状态；

方法二、当电池温度大于35℃且环境温度大于T1时，开启泵第3挡，再次判断电池温度是否大于35℃，是则继续开启泵第3挡，否则开启泵第2挡，判断电池温度是否大于30℃，是则继续开启泵第2挡，否则开启泵第1挡，判断电池温度是否大于25℃，是则继续开启泵第1挡，否则关闭泵；

方法三、当电池温度大于35℃且环境温度小于T1时，判断电池电流是否大于等于3C，是则开启泵第3挡，再次判断电池温度是否大于35℃，是则继续开启泵第3挡，否则开启泵第2挡，判断电池温度是否大于30℃，是则继续开启泵第2挡，否则开启泵第1挡，判断电池温度是否大于25℃，是则继续开启泵第1挡，否则关闭泵；

方法四、当电池温度大于35℃、环境温度小于T1且电池电流小于3C时，判断环境温度是否大于T2，是则开启泵第2挡，判断电池温度是否大于30℃，是则继续开启泵第2挡，否则开启泵第1挡，判断电池温度是否大于25℃，是则继续开启泵第1挡，否则关闭泵；

当电池温度大于35℃、环境温度小于T1、电池电流小于3C且环境温度小于T2时，开启泵第1挡，判断电池温度是否大于25℃，是则继续开启泵第1挡，否则关闭泵。

所述动力电池为用于交通工具的可大倍率放电的动力电池。

本例中，冷却液输出管道可采用环形缠绕形式布设于电池模块处。

本例中，动力电池外壳即电池箱10，电池箱内设有多个圆柱形电池模块，电池模块之间的间隙形成散热通道。