本發(fā)明涉及鋰電池?zé)峁芾砑夹g(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置。

背景技術(shù)：

隨著能源和環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，電動(dòng)汽車正在逐步替代傳統(tǒng)動(dòng)力汽車，電動(dòng)汽車目前已經(jīng)成為汽車行業(yè)的一大分支。鋰離子動(dòng)力電池因其優(yōu)異的倍率性能、長(zhǎng)壽命、安全等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為目前電動(dòng)汽車的首選電池，得到整個(gè)行業(yè)的認(rèn)可。

在電動(dòng)汽車中，電池、電機(jī)、電控單元是最重要的三個(gè)部分。其中，電池技術(shù)的發(fā)展是影響電動(dòng)車發(fā)展的最主要的原因。動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車上扮演一個(gè)能量存儲(chǔ)者，將電網(wǎng)中的能量、車輛剎車時(shí)多余的能量等存儲(chǔ)至電池中，在行駛時(shí)將電池中的能量放出，以提供整車運(yùn)行的需要。電池性能的好壞對(duì)電動(dòng)車整體的驅(qū)動(dòng)能力和能量效率有很大影響，而電池的性能又對(duì)電池所處的溫度十分的敏感。在鋰離子動(dòng)力電池的使用中，比較重要的是電池的一致性、使用環(huán)境的溫度差、連接內(nèi)阻差異等等，而其中，溫度差異性對(duì)鋰離子動(dòng)力電池的影響最大，一般來說，鋰離子動(dòng)力電池的最佳使用溫度在20℃～45℃之間，但是由于整車的運(yùn)行環(huán)境比較復(fù)雜，低溫可能至零下20℃，高溫可能至55℃，溫度非常不穩(wěn)定。

溫度因素對(duì)電池性能的影響主要表現(xiàn)在一致性及循環(huán)壽命方面。眾所周知，若電池組的溫度分布出現(xiàn)顯著的溫度梯度，則電池組中各個(gè)單體電池的狀態(tài)會(huì)表現(xiàn)出顯著的不一致性，勢(shì)必嚴(yán)重影響電池的性能以及穩(wěn)定運(yùn)行。通常，溫度超過45℃，甚至更高的溫度時(shí)，電池的壽命將明顯縮短。值得注意的是，溫度不僅僅會(huì)影響電池的性能，在高溫時(shí)還可會(huì)引發(fā)安全問題。例如，極端高溫條件下，鋰電池內(nèi)部電解液發(fā)生分解反應(yīng)以及正負(fù)極材料與電解液發(fā)生副反應(yīng)，持續(xù)生熱很可能造成極端熱失控。因此，從電池組壽命和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的角度看，電池組散熱/均熱方法非常重要。

電池是分正負(fù)極的，極耳就是從電芯中將正負(fù)極引出來的金屬導(dǎo)電體，通俗的說電池正負(fù)兩極的耳朵是在進(jìn)行充放電時(shí)的接觸點(diǎn)。電池組在充放電過程中不同位置極耳存在溫度差異，影響電池的性能液冷散熱技術(shù)作為一種高效的散熱方案在電池溫控方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，但目前的電池組液冷裝置都是針對(duì)電池組體的液冷裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可拆卸性差，且對(duì)電池正負(fù)極的均熱效果一般。

因此，需要提供一種基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠基于液冷原理調(diào)節(jié)鋰離子電池組不同位置極耳溫度差異的液冷裝置。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置，該液冷裝置包括閉合的液冷管道和設(shè)置于液冷管道內(nèi)部的導(dǎo)熱冷卻液，液冷管道包括交替設(shè)置的金屬管道和絕緣管道，金屬管道與鋰離子電池組極耳集流片貼合連接，用于對(duì)鋰離子電池組極耳導(dǎo)熱，絕緣管道用于連接金屬管道；液冷管道還包括可開閉的入液口和出液口，用于導(dǎo)入和導(dǎo)出導(dǎo)熱冷卻液，導(dǎo)熱冷卻液為具有導(dǎo)熱冷卻性能的絕緣液體。

優(yōu)選地，液冷裝置還包括設(shè)置于入液口和出液口之間的循環(huán)管道，循環(huán)管道內(nèi)設(shè)置有循環(huán)泵，用于循環(huán)導(dǎo)熱冷卻液，循環(huán)管道為絕緣管道。

優(yōu)選地，循環(huán)管道內(nèi)還設(shè)置有儲(chǔ)液箱，用于存儲(chǔ)導(dǎo)熱冷卻液。

優(yōu)選地，循環(huán)管道內(nèi)還設(shè)置有過濾器，用于過濾導(dǎo)熱冷卻液中的雜質(zhì)。

優(yōu)選地，循環(huán)管道內(nèi)還設(shè)置有制冷器，用于對(duì)導(dǎo)熱冷卻液進(jìn)行制冷處理。

優(yōu)選地，液冷裝置還包括溫度檢測(cè)系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)，溫度檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)鋰離子電池組極耳集流片的溫度和導(dǎo)熱冷卻液的溫度，電池管理系統(tǒng)用于采集溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)的溫度值，還用于根據(jù)溫度值調(diào)整循環(huán)泵的循環(huán)速度和制冷器制冷溫度。

優(yōu)選地，液冷裝置還包括緊固裝置，用于將該液冷裝置緊固于電池組上。

優(yōu)選地，金屬管道與鋰離子電池組極耳集流片貼合連接采用鉚接或焊接方式。

優(yōu)選地，金屬管道與絕緣管道連接方式為粘結(jié)連接。

優(yōu)選地，金屬管道與絕緣管道連接方式為卡扣連接或螺紋連接。

進(jìn)一步優(yōu)選地，金屬管道與絕緣管道連接處還設(shè)置有用于密封的密封圈。

本發(fā)明的有益效果如下：

1.本發(fā)明中的基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置，利用導(dǎo)熱回路將鋰離子電池組不同位置極耳連接并注滿導(dǎo)熱冷卻液，解決了電池組在充放電過程中不同位置電池極耳溫度存在差異的問題，具有良好的均熱效果。

2.本發(fā)明中的基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置，通過設(shè)置循環(huán)管道和循環(huán)泵，加速了制冷過程，保證了電池組工作在合適的工作范圍內(nèi)，進(jìn)而提高了電池組的工作壽命。

3.本發(fā)明中的基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置通過設(shè)置電池管理系統(tǒng)和溫度檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電池組溫度調(diào)節(jié)的自動(dòng)化和精準(zhǔn)化控制。

4.本發(fā)明中的基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于拆卸，適用于不同組合的鋰離子電池。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1示出單體電池構(gòu)成電池組的串并聯(lián)方式示例圖。

圖2示出一個(gè)用于3并5串電池組的裝置的實(shí)施例立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3示出一個(gè)實(shí)施例中電池單體組成電池組結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4示出液冷裝置與電池組連接位置示意圖。

圖5示出液冷裝置液冷管道分布圖。

圖6示出另一個(gè)實(shí)施例中液冷裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7示出仿真溫度分布效果圖。

圖8示出無液冷裝置0.5C溫度分布圖。

圖9示出有液冷裝置0.5C溫度分布圖。

圖10示出無液冷裝置0.75C溫度分布圖。

圖11示出有液冷裝置0.75C溫度分布圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

鋰離子電池單體構(gòu)成電池組有多種連接方式，常用的連接方式為串聯(lián)連接、并聯(lián)連接和串并聯(lián)混合連接。下面以6個(gè)單體電池組成電池組的情況為例進(jìn)行說明，多個(gè)電池單體組成電池組的情況與之類似：如圖1所示，圖中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)和(f)分別表示6個(gè)單體電池以不同連接方式組成電池組，其中(a)表示6個(gè)單體電池串聯(lián)形成電池組，記為6串；(b)表示3個(gè)單體電池串聯(lián)形成串聯(lián)支路，然后2個(gè)串聯(lián)支路并聯(lián)形成電池組，記為3串2并；(c)表示2個(gè)單體電池串聯(lián)形成串聯(lián)支路，然后3個(gè)串聯(lián)支路并聯(lián)形成電池組，記為2串3并，(d)表示2個(gè)單體電池并聯(lián)形成并聯(lián)電池，然后3個(gè)并聯(lián)電池串聯(lián)形成電池組，記為2并3串，(e)表示3個(gè)單體電池并聯(lián)形成并聯(lián)電池，然后2個(gè)并聯(lián)電池串聯(lián)形成電池組，記為3串2并，(f)表示6個(gè)單體電池并聯(lián)形成電池組，記為6并。

本發(fā)明中，如圖2所示，一種基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置，該液冷裝置包括閉合的液冷管道和設(shè)置于液冷管道內(nèi)部的導(dǎo)熱冷卻液，液冷管道包括交替設(shè)置的金屬管道和絕緣管道，金屬管道與鋰離子電池組的極耳集流片貼合連接，用于對(duì)鋰離子電池組極耳導(dǎo)熱，絕緣管道用于連接金屬管道；液冷管道還包括可開閉的入液口和出液口，用于導(dǎo)入和導(dǎo)出導(dǎo)熱冷卻液，導(dǎo)熱冷卻液為具有導(dǎo)熱冷卻性能的絕緣液體。

應(yīng)注意的是，本發(fā)明中的基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置適用于不同連接的鋰離子電池組，也不僅限于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組，還能應(yīng)用于其他電力儲(chǔ)能領(lǐng)域的電池組。

以下為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例：

以3并5串電池組為例，如圖3所示，該鋰離子電池組包括15個(gè)電池單體，每3個(gè)單體電池并聯(lián)連接形成1個(gè)并聯(lián)電池，共5個(gè)并聯(lián)電池串聯(lián)連接組成該3并5串電池組。該電池組每個(gè)單體電池為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，15個(gè)單體電池并排放置組成一個(gè)長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)的電池組，電池組的極耳集流片分布在電池組的上表面，溫度點(diǎn)的分布情況如圖4所示。第一并聯(lián)電池負(fù)極連接溫度點(diǎn)1，正極連接溫度點(diǎn)2，第二并聯(lián)電池負(fù)極連接溫度點(diǎn)3，正極連接溫度點(diǎn)4，第三并聯(lián)電池負(fù)極連接溫度點(diǎn)5，正極連接溫度點(diǎn)6，第四并聯(lián)電池負(fù)極連接溫度點(diǎn)7，正極連接溫度點(diǎn)8，第五并聯(lián)電池負(fù)極連接溫度點(diǎn)9，正極連接溫度點(diǎn)10。

如圖5所示，應(yīng)用于該3并5串電池組的基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置包括6個(gè)金屬管道和6個(gè)絕緣管道，第一金屬管道與第一并聯(lián)電池負(fù)極貼合連接，第二金屬管道與第一并聯(lián)電池正極以及第二并聯(lián)電池負(fù)極貼合連接，第三金屬管道與第二并聯(lián)電池正極以及第三并聯(lián)電池負(fù)極貼合連接，第四金屬管道第三并聯(lián)電池正極以及第四并聯(lián)電池負(fù)極貼合連接，第五金屬管道第四并聯(lián)電池正極以及第五并聯(lián)電池負(fù)極貼合連接，第六金屬管道與第五并聯(lián)電池正極貼合連接。6個(gè)絕緣管道與6個(gè)金屬管道交替設(shè)置，形成該裝置的液冷管道，液冷管道內(nèi)部注滿具有導(dǎo)熱冷卻性能的絕緣液體，作為該裝置的導(dǎo)熱冷卻液。第一金屬管道上設(shè)置入液口，用于導(dǎo)入導(dǎo)熱冷卻液，第六金屬管道上設(shè)置出液口，用于導(dǎo)出導(dǎo)熱冷卻液。

本實(shí)施例中，液冷管道整體形狀為矩形，截面形狀為方形，應(yīng)注意的是，液冷管道的形狀可為其他形狀，不影響其功能的實(shí)現(xiàn)即可。本實(shí)施例中，金屬管道選取材質(zhì)為金屬銅，選取亞克力管作為絕緣管道，金屬管道與絕緣管道之間通過粘接的方式連接，應(yīng)注意的是，液冷管道材質(zhì)與連接方式不限于本實(shí)施例中的材質(zhì)與連接方式，且若采用卡扣或螺紋連接時(shí)，可相應(yīng)的設(shè)置用于密封的密封圈?？刍蚵菁y連接能使裝置的可拆卸和可擴(kuò)展性增強(qiáng)，即可以靈活的用于不同電池組。本實(shí)施例中，導(dǎo)熱冷卻液使用的是BOSCH品牌的冷卻液，其沸點(diǎn)很高，在通常條件下不導(dǎo)電、不分解。

其工作原理為：電池組在充放電過程中，不同位置的電池極耳存在溫度差異。通過本發(fā)明的裝置，金屬管道能及時(shí)導(dǎo)出極耳部分的熱量，通過液冷管道內(nèi)的導(dǎo)熱冷卻液將熱量轉(zhuǎn)移。因?yàn)橐豪涔艿朗情]合回路，所以達(dá)到不同位置極耳均熱散熱的目的。

以下為本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例：

如圖6所示，液冷裝置還包括設(shè)置于入液口和出液口之間的循環(huán)管道。循環(huán)管道內(nèi)設(shè)置有循環(huán)泵，用于循環(huán)導(dǎo)熱冷卻液；循環(huán)管道為絕緣管道，循環(huán)泵的循環(huán)速度可調(diào)，不同的循環(huán)速度對(duì)應(yīng)不同的散熱均熱效果。循環(huán)管道內(nèi)還設(shè)置有儲(chǔ)液箱，用于存儲(chǔ)導(dǎo)熱冷卻液，充足的導(dǎo)熱冷卻液能更好的保證該裝置溫度的穩(wěn)定性。循環(huán)管道內(nèi)還設(shè)置有過濾器，用于過濾導(dǎo)熱冷卻液中的雜質(zhì)。循環(huán)管道內(nèi)還設(shè)置有制冷器，用于對(duì)導(dǎo)熱冷卻液進(jìn)行制冷處理。液冷裝置還包括溫度檢測(cè)系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)，溫度檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)鋰離子電池組極耳集流片的溫度和導(dǎo)熱冷卻液的溫度，電池管理系統(tǒng)用于采集溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)的溫度值，還用于根據(jù)溫度值調(diào)整循環(huán)泵的循環(huán)速度、制冷器制冷處理模式選擇和制冷強(qiáng)度。應(yīng)注意的是，循環(huán)泵、儲(chǔ)液箱、過濾器和制冷器在管道內(nèi)的位置不影響其功能的實(shí)現(xiàn)，圖6僅為一個(gè)實(shí)施例中的一種連接方式。

其工作方式為：電池管理系統(tǒng)通過溫度檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)液冷裝置不同位置溫度進(jìn)行采集，通過分析處理，得知該裝置當(dāng)前溫度狀況：若整體溫度高于鋰離子電池組的最佳工作溫度，則開啟制冷器，且根據(jù)溫度差值的大小調(diào)節(jié)制冷器的制冷強(qiáng)度；若各極耳溫度差值大于設(shè)定閾值，則加快循環(huán)泵循環(huán)速度，提升均熱效率。應(yīng)注意的是，電池管理系統(tǒng)與理想溫度差值的大小設(shè)定制冷強(qiáng)度。

本發(fā)明為了測(cè)試有無散熱均熱裝置的溫度分布效果，利用ANSYS仿真軟件進(jìn)行仿真，其分布效果如圖7示。

圖8至圖11分別示出了0.5C和0.75C放電倍率下的溫度測(cè)試結(jié)果。溫度測(cè)試過程如下：將J型熱電偶一端接入數(shù)據(jù)采集開關(guān)單元，另一端固定在電池組上。安捷倫34972A型號(hào)的數(shù)據(jù)單元采集器總共有10個(gè)通道，本測(cè)試使用了10個(gè)通道，并記錄熱電偶接入數(shù)據(jù)采集器的通道數(shù)字，用標(biāo)簽號(hào)貼在對(duì)應(yīng)的熱電偶上，方便實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與通道的正確對(duì)應(yīng)。該電池組是3并5串的形式，每塊電池的容量是80Ah，電池組總的容量就是80*3＝240Ah，120A的數(shù)值對(duì)應(yīng)的倍率就是120/240＝0.5C，180A的數(shù)值對(duì)應(yīng)的倍率就是180/240＝0.75C。

分析圖8至圖11溫度數(shù)值和趨勢(shì)，電池組的溫度分布仍然保持了中間高，兩邊低的特點(diǎn)。兩端通道的溫度由于所對(duì)應(yīng)的熱電偶接在充電正負(fù)母線的附近所以溫度較高；同時(shí)電池組最中間部分通道溫度較高，以中間通道為中心，往兩邊溫度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。在有液冷裝置的條件下，0.5C倍率下進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)，最高溫度為33.2℃，最低溫度是30.84℃，溫度極差為2.4℃左右，與無液冷裝置時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，溫度極差由7℃縮小為2.4℃，而最高溫度下降了3.2℃。在0.75C的倍率下進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)，溫度最高為34.8℃，最低溫度為31.2℃，溫度極差為3.6℃，與無液冷裝置的時(shí)候相比，最高溫度下降了1.6℃，溫度極差縮小了3.6℃。

經(jīng)過數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知該液冷裝置在散熱/均熱方面性能優(yōu)良，特別是在均熱方面與預(yù)期效果一致，并且該裝置可批量生產(chǎn)，回路易根據(jù)電池串并聯(lián)方式變換組裝方法。液體散熱均熱回路中的液體可以靜置不動(dòng)，也可以外部循環(huán)提升電池系統(tǒng)冷卻效果。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。