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CN113381096B - 基于冷却路径的实时优化电池热管理系统 - Google Patents

基于冷却路径的实时优化电池热管理系统 Download PDF

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CN113381096B CN202110641130.3A CN202110641130A CN113381096B CN 113381096 B CN113381096 B CN 113381096B CN 202110641130 A CN202110641130 A CN 202110641130A CN 113381096 B CN113381096 B CN 113381096B
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Abstract

本发明提供了一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统，用于对若干个电池模组的散热量进行实时控制，其特征在于，包括：若干个液冷单元，每一个液冷单元具有一个电池模组、一块液冷板以及两个控制阀门；循环水处理单元为所有液冷单元提供冷却液；冷却液控制单元用于对控制阀门以及循环水处理单元进行控制。其中，冷却液控制单元具有冷却液路径存储部以及控制部，冷却液路径存储部存储有分别以每个流通口为初始入水口的多条冷却液流通路径，控制部以预定的时间间隔依次根据每个冷却液流通路径对控制阀门进行控制，使得冷却液随时间间隔分别按照各个冷却液流通路径流经液冷板。本发明的电池热管理系统能够减小电池模组之间的温度差异。

Description

基于冷却路径的实时优化电池热管理系统
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统。
背景技术
随着国际石油资源的急剧匮乏，新能源汽车逐渐成为汽车市场的主流。锂离子电池因其子放率低，能量密度高，无记忆效应等特点成为新能源汽车的主要动力来源。一般锂电池的理想工作温度在25°—45°，且最大温差不超过5°。动力电池在工作的过程中会产生大量的热从而使工作温度上升，如果不及时带走这部分热量，不仅会缩短电池的寿命，更可能带来因电池热而失控的危险。所以良好的电池热管理系统对电池的使用至关重要。
电池组热管理一般分为风冷、相变材料和液冷三种方式，其制冷效果逐渐递增。其中，风冷系统结构简单，成本低，一般用于小功率电池的散热结构。相变材料的应用还没有得到广泛推广，而且其材料获取难度较大。
液冷作为目前因其技术最成熟，散热效果最好而作为电池包的主流散热方式。然而，目前的液冷控制系统仅通过电池剩余电量，和最高温度或最低最低温度限制热管理策略。而忽略了模组间温度差异的影响。另外，在电池局部过热或发生热失控的危险时，无法对相应的电池及时进行冷却处理。
发明内容
为解决上述问题，提供了一种改变冷却液流经模组的顺序从而减小电池模组温度差异的电池热管理系统，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统，用于对若干个电池模组的散热量进行实时控制，其特征在于，包括：若干个液冷单元，各个液冷单元之间通过液冷板连接管道连接，每一个液冷单元具有一个电池模组、一块液冷板以及两个控制阀门；循环水处理单元，为所有液冷单元提供冷却液；冷却液控制单元，用于对控制阀门以及循环水处理单元进行控制，其中，电池模组固定在液冷板上，液冷板两端各具有一个流通口，控制阀门分别设置在流通口上，冷却液控制单元具有冷却液路径存储部以及控制部，冷却液路径存储部存储有分别以每个流通口为初始入水口的多条冷却液流通路径，控制部以预定的时间间隔依次根据每个冷却液流通路径对控制阀门进行控制，使得冷却液随时间间隔分别按照各个冷却液流通路径流经液冷板。
在本发明提供的一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统中，还可以具有这样的特征：其中，每个液冷单元还具有分别设置在两个流通口上的两个热电偶，用于测量流通口的温度，冷却液控制单元还具有电池模组温度判断部以及初始入水口设定部，电池模组温度判断部判断每个液冷单元对应的两个流通口的温度之间差值的绝对值是否大于预定的温度差阈值，初始入水口设定部在电池模组温度判断部判断为是时，将两个流通口中温度较高的流通口设定为初始入水口，控制部按照初始入水口对应的冷却液流通路径控制控制阀门，使得冷却液优先流经初始入水口。
在本发明提供的一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统中，还可以具有这样的特征：其中，液冷单元数量为3，分别为第一液冷单元、第二液冷单元以及第三液冷单元，每个液冷单元中的两个流通口分别设定为上流通口以及下流通口，冷却液路径存储部存储有6条冷却液流通路径，分别为第一流通路径、第二流通路径、第三流通路径、第四流通路径、第五流通路径以及第六流通路径，第一流通路径为以第一液冷单元的上流通口为初始入水口，并途径第一液冷单元的下流通口、第二液冷单元的上流通口、下流通口以及第三液冷单元的上流通口、下流通口，第二流通路径为以第二液冷单元的上流通口为初始入水口，并途径第二液冷单元的下流通口、第三液冷单元的上流通口、下流通口以及第一液冷单元的上流通口、下流通口，第三流通路径为以第三液冷单元的上流通口为初始入水口，并途径第三液冷单元的下流通口、第一液冷单元的上流通口、下流通口以及第二液冷单元的上流通口、下流通口，第四流通路径为以第三液冷单元的下流通口为初始入水口，并途径第三液冷单元的上流通口、第二液冷单元的下流通口、上流通口以及第一液冷单元的下流通口、上流通口，第五流通路径为以第一液冷单元的下流通口为初始入水口，并途径第一液冷单元的上流通口、第三液冷单元的下流通口、上流通口以及第二液冷单元的下流通口、上流通口，第六流通路径为以第二液冷单元的下流通口为初始入水口，并途径第二液冷单元的上流通口、第一液冷单元的下流通口、上流通口以及第三液冷单元的下流通口、上流通口。
在本发明提供的一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统中，还可以具有这样的特征：其中，时间间隔为5分钟。
在本发明提供的一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统中，还可以具有这样的特征：其中，控制阀门为三通阀门。
在本发明提供的一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统中，还可以具有这样的特征：其中，温度差阈值为5℃。
发明作用与效果
根据本发明的一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统，由于控制部以预定的时间间隔依次根据每个冷却液流通路径对控制阀门进行控制，从而使得冷却液随时间间隔分别按照各个冷却液流通路径流经液冷板，因此，解决了传统的冷却液在液冷板中流通方向单一的问题，减小冷却液因流经顺序固定而造成的电池模组之间温度差异，从而提升电池寿命。
通过本发明的一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统能够减小电池模组之间的温度差异，实现电池热量的有效管理。
附图说明
图1为本发明实施例的一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统的结构框图；
图2为本发明实施例的基于冷却路径的实时优化电池热管理系统的结构示意图；
图3为本发明实施例的第一流通路径示意图；
图4为本发明实施例的第二流通路径示意图；
图5为本发明实施例的第三流通路径示意图；
图6为本发明实施例的第四流通路径示意图；
图7为本发明实施例的第五流通路径示意图；
图8为本发明实施例的第六流通路径示意图；以及
图9为本发明实施例的一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统的工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明的基于冷却路径的实时优化电池热管理系统作具体阐述。
<实施例>
图1为本发明实施例的一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统的结构框图；
图2为本发明实施例的基于冷却路径的实时优化电池热管理系统的结构示意图。
如图1以及图2所示，一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统1包括若干个液冷单元11、循环水处理单元12以及冷却液控制单元13。
各个液冷单元11之间通过液冷板112连接管道14连接，每一个液冷单元11具有一个电池模组111、一块液冷板112、两个控制阀门113以及两个热电偶(图中未示出)。
其中，液冷板112连接管道为直径8mm圆管。
电池模组111固定在液冷板112上，由多个方形电池组成，各个电池模组111并行排列。
液冷板112的上下两端各具有一个流通口，分别为上流通口115a与下流通口115b。
本实施例中，液冷板112为方形液冷板112，液冷板112中分布有液体流道，使得冷却液在液体流道中流通，从而实现对电池模组111的降温。
控制阀门113分别设置在流通口上。
本实施例中，控制阀门113为三通阀门。
两个热电偶设置分别在两个流通口上，用于测量流通口的温度。
本实施例中，液冷单元11数量为3，分别为第一液冷单元11a、第二液冷单元11b以及第三液冷单元11c。
循环水处理单元12为所有液冷单元11提供冷却液，包括蓄水装置以及水泵。
蓄水装置中存储有冷却液，水泵从蓄水装置抽取冷却液，从而为液冷单元11提供冷却液。
冷却液控制单元13对控制阀门113以及循环水处理单元12进行控制。
其中，冷却液控制单元13具有冷却液路径存储部、控制部、电池模组111温度判断部以及初始入水口设定部。
冷却液路径存储部存储有分别以每个流通口为初始入水口的多条冷却液流通路径。
本实施例中，冷却液路径存储部存储有6条冷却液流通路径，分别为第一流通路径、第二流通路径、第三流通路径、第四流通路径、第五流通路径以及第六流通路径。
图3为本发明实施例的第一流通路径示意图。
如图3所示，第一流通路径为以第一液冷单元11a的上流通口115a为初始入水口，并途径第一液冷单元11a的下流通口115b、第二液冷单元11b的上流通口115a、下流通口115b以及第三液冷单元11c的上流通口115a、下流通口115b。
图4为本发明实施例的第二流通路径示意图。
如图4所示，第二流通路径为以第二液冷单元11b的上流通口115a为初始入水口，并途径第二液冷单元11b的下流通口115b、第三液冷单元11c的上流通口115a、下流通口115b以及第一液冷单元11a的上流通口115a、下流通口115b。
图5为本发明实施例的第三流通路径示意图。
如图5所示，第三流通路径为以第三液冷单元11c的上流通口115a为初始入水口，并途径第三液冷单元11c的下流通口115b、第一液冷单元11a的上流通口115a、下流通口115b以及第二液冷单元11b的上流通口115a、下流通口115b。
图6为本发明实施例的第四流通路径示意图。
如图6所示，第四流通路径为以第三液冷单元11c的下流通口115b为初始入水口，并途径第三液冷单元11c的上流通口115a、第二液冷单元11b的下流通口115b、上流通口115a以及第一液冷单元11a的下流通口115b、上流通口115a。
图7为本发明实施例的第五流通路径示意图。
如图7所示，第五流通路径为以第一液冷单元11a的下流通口115b为初始入水口，并途径第一液冷单元11a的上流通口115a、第三液冷单元11c的下流通口115b、上流通口115a以及第二液冷单元11b的下流通口115b、上流通口115a。
图8为本发明实施例的第六流通路径示意图。
如图8所示，第六流通路径为以第二液冷单元11b的下流通口115b为初始入水口，并途径第二液冷单元11b的上流通口115a、第一液冷单元11a的下流通口115b、上流通口115a以及第三液冷单元11c的下流通口115b、上流通口115a。
电池模组111温度判断部判断每个液冷单元11对应的两个流通口的温度之间差值的绝对值是否大于预定的温度差阈值。
本实施例中，温度差阈值为5℃。
当电池模组111温度判断部判断判断为是时，初始入水口设定部将两个流通口中温度较高的流通口设定为初始入水口。
控制部按照初始入水口对应的冷却液流通路径控制控制阀门113，使得冷却液优先流经初始入水口。
例如，将第一液冷单元11a中的下流通口115b设定为初始入水口(即第五流通路径)时，首先，控制部控制第一液冷单元11a中下流通口115b处的三通阀门，使得冷却液经由第一液冷单元11a的下流通口115b从循环水处理单元12流向第一液冷单元11a中的液冷板112。
然后，控制部控制第一液冷单元11a中上流通口115a处的三通阀门，使得冷却液从第一液冷单元11a的上流通口115a流至第三液冷单元11c中的下流通口115b。
接着，控制部控制第二液冷单元11b中下流通口115b处的三通阀门，使得冷却液从第三液冷单元11c中的上流通口115a流至第二液冷单元11b中的下流通口115b。
最后，控制部控制第二液冷单元11b中上流通口115a处的三通阀门，使得冷却液从第二液冷单元11b中的上流通口115a流回循环水处理单元12中。以此类推，第一流通路径、第二流通路径、第三流通路径、第四流通路径以及第六流通路径的冷却液的流通方式，以及控制部对控制阀门的控制。
当电池模组111温度判断部判断为否时，控制部以预定的时间间隔依次根据每个冷却液流通路径对控制阀门113进行控制，使得冷却液随时间间隔分别按照各个冷却液流通路径流经液冷板112。
本实施例中，时间间隔为5分钟。控制阀门113为三通阀门。具体地：
控制部先按照第一流通路径控制三通阀门，使得冷却液依次流经第一液冷单元11a、第二液冷单元11b以及第三液冷单元11c。然后间隔5分钟，按照第二流通路径控制三通阀门，使得冷却液依次流经第二液冷单元11b、第三液冷单元11c以及第一液冷单元11a，依次类推，依次遍历完上述6个流通路径后，再从第一流通路径开始循环。
除此之外，当出现热失控(即电池温度达到一定高度而不对其进行降温，会造成电池内部发生一系列反应，进而促进电池温度加剧升高，最后起火爆炸)时，如果需要对第二液冷单元进行优先降温，还需要根据第一液冷单元与第三液冷单元中对应的温差来选择流通路径，若是第一液冷单元温差较高，则选择第六流通路径；若是第三液冷单元温差较高，则选择第二流通路径。
图9为本发明实施例的一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统的工作流程图。
如图9所示，一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统1的工作过程包括如下步骤：
步骤S1，热电偶实时测量流通口的温度，然后进入步骤S2；
步骤S2，电池模组111温度判断部判断每个液冷单元11对应的两个流通口的温度之间差值的绝对值是否大于预定的温度差阈值，判断为是时进入步骤S3，判断为否是进入步骤S5；
步骤S3，初始入水口设定部在电池模组111温度判断部判断为是时，将两个流通口中温度较高的流通口设定为初始入水口，然后进入步骤S4；
步骤S4，控制部按照初始入水口对应的冷却液流通路径控制控制阀门113，使得冷却液优先流经初始入水口，对该初始入水口对应的液冷单元11优先降温，然后进入步骤S5；
步骤S5，控制部以预定的时间间隔依次根据每个冷却液流通路径对控制阀门113进行控制，使得冷却液随时间间隔分别按照各个冷却液流通路径流经液冷板112，然后进入结束状态。
实施例作用与效果
根据本实施例提供的一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统1，由于控制部以预定的时间间隔依次根据每个冷却液流通路径对控制阀门113进行控制，从而使得冷却液随时间间隔分别按照各个冷却液流通路径流经液冷板112，因此，解决了传统的冷却液在液冷板112中流通方向单一的问题，减小冷却液因流经顺序固定而造成的电池模组111之间温度差异，从而提升电池寿命。
在上述实施例中，还由于初始入水口设定部在电池模组111温度判断部判断为是时，将两个流通口中温度较高的流通口设定为初始入水口，进而控制部按照初始入水口对应的冷却液流通路径控制控制阀门113，使得冷却液优先流经初始入水口，因此，当某个电池模组111出现过热时(即局部过热)，优先对该电池模组111进行冷却，从而减缓热失控蔓延的传播速率，为汽车的驾驶人员延长了逃生时间。
上述实施例仅用于举例说明本发明的具体实施方式，而本发明不限于上述实施例的描述范围。

Claims (4)

1.一种基于冷却路径的实时优化电池热管理系统，用于对若干个电池模组的散热量进行实时控制，其特征在于，包括：
若干个液冷单元，各个所述液冷单元之间通过液冷板连接管道依次首尾连接，每一个所述液冷单元具有一个电池模组、一块液冷板以及两个控制阀门；
循环水处理单元，为所有所述液冷单元提供冷却液；
冷却液控制单元，用于对所述控制阀门以及所述循环水处理单元进行控制，
其中，所述电池模组固定在所述液冷板上，
每个所述液冷板两端各具有一个与所述循环水处理单元连通的流通口，
所述控制阀门为三通阀门，所述控制阀门分别设置在所述流通口上，且位于所述流通口和所述液冷板连接管道的连接处，
所述冷却液控制单元具有冷却液路径存储部以及控制部，
所述冷却液路径存储部存储有分别以每个所述流通口为初始入水口的多条冷却液流通路径，
多条所述冷却液流通路径均能实现冷却液从所述初始入水口流入对应的所述液冷板后再依次经其他所述液冷板两端的所述控制阀门流经其他所述液冷板，
每个所述液冷单元还具有分别设置在两个所述流通口上的两个热电偶，用于测量所述流通口的温度，
所述冷却液控制单元还具有电池模组温度判断部以及初始入水口设定部，
所述电池模组温度判断部判断每个所述液冷单元对应的两个所述流通口的温度之间差值的绝对值是否大于预定的温度差阈值，
在所述电池模组温度判断部判断为是时，所述初始入水口设定部将两个所述流通口中温度较高的所述流通口设定为初始入水口，所述控制部按照所述初始入水口对应的冷却液流通路径控制所述控制阀门，使得所述冷却液优先流经所述初始入水口，
在所述电池模组温度判断部判断为否时，所述控制部以预定的时间间隔依次根据每个所述冷却液流通路径对所述控制阀门进行控制，使得所述冷却液随所述时间间隔分别按照各个所述冷却液流通路径流经所述液冷板。
2.根据权利要求1所述的基于冷却路径的实时优化电池热管理系统，其特征在于：
其中，所述液冷单元数量为3，分别为第一液冷单元、第二液冷单元以及第三液冷单元，
每个所述液冷单元中的两个所述流通口分别设定为上流通口以及下流通口，
所述冷却液路径存储部存储有6条冷却液流通路径，分别为第一流通路径、第二流通路径、第三流通路径、第四流通路径、第五流通路径以及第六流通路径，
所述第一流通路径为以所述第一液冷单元的上流通口为初始入水口，并途径所述第一液冷单元的下流通口、所述第二液冷单元的上流通口、下流通口以及所述第三液冷单元的上流通口、下流通口，
所述第二流通路径为以所述第二液冷单元的上流通口为初始入水口，并途径所述第二液冷单元的下流通口、所述第三液冷单元的上流通口、下流通口以及所述第一液冷单元的上流通口、下流通口，
所述第三流通路径为以所述第三液冷单元的上流通口为初始入水口，并途径所述第三液冷单元的下流通口、所述第一液冷单元的上流通口、下流通口以及所述第二液冷单元的上流通口、下流通口，
所述第四流通路径为以所述第三液冷单元的下流通口为初始入水口，并途径所述第三液冷单元的上流通口、所述第二液冷单元的下流通口、上流通口以及所述第一液冷单元的下流通口、上流通口，
所述第五流通路径为以所述第一液冷单元的下流通口为初始入水口，并途径所述第一液冷单元的上流通口、所述第三液冷单元的下流通口、上流通口以及所述第二液冷单元的下流通口、上流通口，
所述第六流通路径为以所述第二液冷单元的下流通口为初始入水口，并途径所述第二液冷单元的上流通口、所述第一液冷单元的下流通口、上流通口以及所述第三液冷单元的下流通口、上流通口。
3.根据权利要求1所述的基于冷却路径的实时优化电池热管理系统，其特征在于：
其中，所述时间间隔为5分钟。
4.根据权利要求1所述的基于冷却路径的实时优化电池热管理系统，其特征在于：
其中，所述温度差阈值为5℃。
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