一种基于重力热管冷却的电池热管理系统及控制方法与流程

1.本发明涉及电池热管理技术领域，特别涉及一种基于重力热管冷却的电池热管理系统及控制方法。


背景技术：

2.随着电池技术的发展，新能源汽车对于电池系统的充放电功率和使用环境的要求更加严苛。大功率的充放电会导致电池的温度上升，如果不对其进行有效的控制，严重的情况下会导致热失控起火。于是为电池包设计一款合理有效的热管理系统显得尤为重要。
3.理论上的锂电池工作温度区间为
‑
30℃～60℃，但实际试验表明在低温条件下锂电池的放电能力较低，无法满足汽车行驶需求，而高温条件下锂电池极易出现热失控，影响汽车及驾驶员的安全。因此锂电池的正常工作温度最好控制在10℃～45℃。锂电池长时间在高温环境下工作会导致电池温升较高，会导致锂电池热失控的发生；而且电池单体之间的温差会变大，导致电池使用寿命不一致，影响电动汽车行驶里程。


技术实现要素：

4.本发明的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种基于重力热管冷却的电池热管理系统及控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.一种基于重力热管冷却的电池热管理系统及控制方法，包括：
6.电池模组；
7.控制器组件，所述控制器组件包括系统控制器，以及设置于电池模组的传感器组件，且所述传感器组件连接于系统控制器的信号输入端；
8.冷却管路组件，所述冷却管路组件包括液冷管路、设置于电池模组的重力热管组件、设置于所述重力热管组件的若干个流量阀、设置于若干个流量阀同一端的循环水泵，以及设置于循环水泵的液冷散热组件。
9.作为本发明进一步的技术方案：所述重力热管组件、若干个流量阀、循环水泵，以及液冷散热组件均设置有液冷管路，且依次连通形成液冷回路。
10.作为本发明进一步的技术方案：所述重力热管组件设置有若干个重力热管，该若干个重力热管竖直设置于电池模组，且呈平行排列结构。
11.作为本发明进一步的技术方案：所述液冷管路与若干个重力热管的冷凝端相接触，且该液冷管路放置于电池模组上端。
12.作为本发明进一步的技术方案：所述系统控制器分别与若干个流量阀、循环水泵和液冷散热组件均信号连接。
13.作为本发明进一步的技术方案：所述液冷散热组件设置有散热风扇。
14.作为本发明进一步的技术方案：所述传感器组件采用温度传感器。
15.一种包括如上任一项所述的一种基于重力热管冷却的电池热管理系统的控制方法，包括如下步骤：
16.利用传感器组件采集电池模组内的温度数据；
17.根据电池模组内的温度数据进行平均温度范围判断；
18.若平均温度小于等于预设阈值t1，则流量阀关闭，循环水泵不开启，重力热管冷却功能开启；
19.若平均温度大于预设阈值t1，则流量阀打开，循环水泵开启，液冷管路流通冷却液进行辅助降温；
20.同时根据温度数据调节液冷管路各个分管路的流量阀，均衡保持电池模组之间的温度。
21.作为本发明进一步的技术方案：所述冷却液的传热量q
liq
计算公式为：
22.q
liq
＝m
liq
c
p
(t
wo
‑
t
wi
)；
23.式中，t
wo
‑
t
wi
为进出口冷却水的温度差，m
liq
水的质量流量，c
p
比热值。
24.与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
25.通过采用上述的技术方案，利用在电池模组的电池包内两侧均匀布置的重力热管，同时将重力热管的上部冷凝端与液冷管路相接触，通过在外部设置有液冷散热组件进行进一步散热，且利用液冷管路同时将流量阀、循环水泵、液冷散热组件，以及设置于电池模组内的重力热管组件连通形成液冷回路。进一步通过系统控制器对上述部件根据接收的传感器组件的实时监测温度信号进行控制。从而达到对改变各个分液冷管路冷却液的流量，进而改变重力热管的工作效率，对处于过高温度状态下或较高温差状态下的电池包进行温度均衡控制。能够使得整个电池模组在最合适的温度范围内工作，同时保证电池的寿命一致性，也延长电池的使用寿命。
附图说明
26.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
27.图1为本技术公开的一些实施例的电池热管理系统的结构示意图；
28.图2为本技术公开的一些实施例的电池热管理系统的结构立体图；
29.图3为本技术公开的一些实施例的电池热管理系统的结构爆炸图；
30.图4为本技术公开的一些实施例的电池热管理系统的结构侧视图；
31.图5为本技术公开的一些实施例的电池热管理系统的控制方法流程框图。
32.图6为本技术公开的一些实施例的电池热管理系统的控制方法决策框图；
33.图中：1、电池模组；2、系统控制器；3、液冷管路；4、重力热管组件；5、循环水泵；6、液冷散热组件；7、散热风扇；8、流量阀。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.请参考图1和图2，本发明实施例中，一种基于重力热管冷却的电池热管理系统，包括：
36.电池模组1，该电池模组1包含有若干个电池包；
37.控制器组件，该控制器组件包括用于接收信号并进行信号处理的系统控制器2，以及设置于电池模组1中若干个电池包之间的传感器组件，该传感器组件采用温度传感器，且所述传感器组件连接于系统控制器2的信号输入端，能够实时感应电池模组1内的温度，并将温度信号传输给系统控制器2。
38.冷却管路组件，该冷却管路组件包括设置于液冷管路3、电池模组1内均匀布置的重力热管组件4、设置于所述液冷管路3用于进行冷却液流量调节的若干个流量阀v1～v4、设置于若干个流量阀同一端的循环水泵5，以及设置于循环水泵5的液冷散热组件6，所述液冷散热组件6设置有用于对冷却液降温的散热风扇7。
39.在一些具体的实施例中，所述重力热管组件4、若干个流量阀v1～v4、循环水泵5，以及液冷散热组件6均设置有液冷管路3，且依次连通形成液冷回路。
40.在一些具体的实施例中，如图1所示，所述重力热管组件4设置有若干个重力热管，该若干个重力热管竖直设置于电池模组1内部的电池包，且呈平行排列结构。具体实施方式中，每个电池包采用了6个重力热管。重力热具有方向性，冷凝端处于重力热管上方，且冷凝端的散热速率和重力热管的工作效率有直接的联系。
41.具体的，如图1和图3所示，该液冷管路3与若干个重力热管的冷凝端相接触，且该液冷管路3水平放置于电池模组1上端。同样液冷管路3也成平行的排列结构布置，所述的重力热管和液冷管路3呈90
°
布置。在对重力热管进行散热的同时，液冷管路3也对电池模组1进行散热。
42.如图4所示，图示为电池热管理系统的结构侧视图，图示出液冷管路3的循环出入口位置。
43.在一些具体的实施例中，所述系统控制器2分别与若干个流量阀v1～v4、循环水泵5和液冷散热组件风扇4均信号连接。所述若干个流量阀v1～v4分别设置在液冷管路3的分路，用于调节经过不同电池包1的液冷管路3的冷却液流量。如图5、6所示，图示出系统控制器2与其他各个部件的控制流程关系。通过接收温度传感器的信号进行处理进一步控制各个部件进行运行。
44.具体的，温度传感器布置在电池模组1内部，实时监测电池模组1内部各个电池包的温度数据。并将得到的温度数据传递给系统控制器2，系统控制器根据温度对流量阀v1～v4和循环水泵5等部件进行控制。能够主动调节使电池模组1的温度及最大温差保持在设定值之内。
45.本发明的冷却方法为主要由重力热管进行散热，冷却管路组件3的液冷管路3散热为热管散热的辅助方式。
46.本发明还提供了一种包括如上任一项所述的一种基于重力热管冷却的电池热管理系统的控制方法，包括如下步骤：
47.s1、利用传感器组件采集电池模组1内的温度数据；
48.设定电池模组1包含a、b、c、d四组电池包，则该电池模组1温度数据为t1,t2,
…
,t
n
,
…
,t
2n
；电池包热量公式为：q＝q
产热
‑
q
散热
。通过通过液冷散热组件4的辅助冷却，提高q
散热
，使得满足电池包1散热需求。
49.其中，t1至t
n
为a,b两个电池组内部的温度传感器得到的温度数据，t
n
至t
2n
为c,d两
个电池组内部的温度传感器得到的温度数据。
50.s2、根据电池模组1内的温度数据进行平均温度范围判断；
51.若平均温度小于等于预设阈值t1，average(t1,t2,
…
,t
n
,
…
,t
2n
)≤t1；则流量阀v1～v4关闭，循环水泵5不开启，重力热管冷却功能开启；
52.若平均温度大于预设阈值t1，average(t1,t2,
…
,t
n
,
…
,t
2n
)>t1；则流量阀v1～v4打开，循环水泵5开启，液冷管路3流通冷却液进行辅助降温；
53.s3、同时根据温度数据调节液冷管路3各个分管路的流量阀v1～v4，均衡保持电池模组1之间的温度。
54.具体通过判断最大温度差进行调节：δt{(t1,t2,
…
,t
n
),(t
n
,t
n 1
,
…
,t
2n
)}≥t2；
55.如图1所示，假设a、b两个电池包温度较高，则改变v1和v2流量阀5，使两侧的液冷管路3的流量增加，增加热管换热速率，以提高重力热管的工作效率，使温度降低，减小温差。
56.如图6所示，图示为电池热管理系统的控制方法流程图。图示出平均温度的预设阈值t1为大于45摄氏度或大于20摄氏度时，分别采取什么散热降温措施。同时，当最大温差t2为大于5摄氏度或小于2摄氏度时，如何确定各个流量阀v1～v4之间的流量，进行温差控制。
57.以下为本发明的工作原理：
58.初始阶段，系统控制器2根据电池模组1温度传感器反馈温度，如果温度在合适范围内，仅采用重力热管进行换热；如果电池温度升高，重力热管由于内部介质不能及时冷凝，给电池模组1降温的速率受限，此时，系统控制器2控制液冷管路3的流量阀v1～v4开启，液冷管路3的冷却液进行流通，进而对重力热管和电池模组1进行换热；若此时电池模组1温度还持续上升，则控制流量阀v1～v4开启流量调节，入水口流量增加。同时，也可根据温度数据分别调节各个液冷管路3的分管管路的流量阀v1～v4，可以均衡模组间温度，以达到维持电池温度，减少模组内部电池温差。
59.在一些具体的实施例中，所述冷却液的传热量q
liq
计算公式为：
60.q
liq
＝m
liq
c
p
(t
wo
‑
t
wi
)；
61.式中，t
wo
‑
t
wi
为进出口冷却水的温度差，m
liq
水的质量流量，c
p
比热值。
62.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，均应包含在本发明的保护范围之内。