一種基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)及其控制方法，該基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)包括多個模組和冷卻系統(tǒng)。當電池單體的數(shù)目過多，動力電池模組處于工作狀態(tài)對外放電時，模組中間位置的電池單體溫度往往會過高，相比于已有的模組結構方式，電池單體之間涂了導熱硅膠，不僅具有阻燃絕緣的安全保障，而且傳熱效率更高，整體熱均衡性更好；當動力電池在高負荷下工作時，由于采用了導熱硅膠與水冷板，溫度相對較低，相比于已有的動力電池模組，延長了電池的使用壽命以及保證了動力電池模組的工作穩(wěn)定性。
【專利說明】
一種基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)及其控制方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及新能源汽車領域，特別涉及動力電池系統(tǒng)的散熱和控制方法。
【背景技術】
[0002]新能源電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛的車輛。由于新能源電動汽車以電力為動力，對環(huán)境影響小，前景被廣泛看好，也符合新型能源戰(zhàn)略要求。然而，新能源汽車作為新的研究方向，目前技術上存在諸多需要克服的難題，不僅是結構方面，電子電氣與軟件系統(tǒng)管理方面都有著許多難題需要解決。除此以外，尤其是在新能源汽車的關鍵部位——電池，存在著諸多技術難關。因為新能源電動汽車以電力為動力，電池的性能、電池的管理系統(tǒng)直接影響新能源電動汽車的性能。目前新能源汽車使用的電池有鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鎳氫蓄電池、鎳鎘電池與鈉硫電池等等，而這些電池的各有個的優(yōu)點卻也存在著多種缺點。新能源電動汽車開時間久了必然導致電池溫度的上升，電池溫度的上升會導致電池性能降低，從而降低新能源電動汽車的性能。若僅有電池的性能達標而沒有配備以優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)也是不行的，優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)可以及時而準確的將電池的狀態(tài)反映給技術人員，通過這些信息可以使技術人員準確的做出操作來控制新能源汽車，例如控制電機的轉速、車速與是否繼續(xù)駕駛等等。并且優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)使汽車可以十分方便地回收下坡時的動能從而達到節(jié)能的目的，可以讓電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本，可以及時的調整多個動力源的工作狀態(tài)，使整體處于一個協(xié)調的狀態(tài)，延長整車的使用壽命。然而，一個優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)不僅需要優(yōu)秀的程序編制，也需要優(yōu)秀的硬件加以支撐，然而就目前來說這些都是技術上的難關。
[0003]在未來，電動汽車必然會變成廣為使用的交通工具，所以目前努力改善電池的散熱設計是極其有意義的，散熱的結構布置、材料選擇都是需要精心設計的。發(fā)明專利CN201620079215.1提出了一種動力電池模組，該發(fā)明專利存在的不足有:1)為了對動力電池模組進行散熱，在動力電池的側面設置至少一個散熱管，并且在散熱管的散熱部連接至少一個散熱片，這樣的設計結構不夠緊湊，會導致動力電池模組的體積較大;2)散熱管結構不夠牢固，在汽車的正常工作過程中產生的顛簸會使散熱管松動從而失效。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明解決的問題為:現(xiàn)有動力電池模組工作時熱量分布不均衡、散熱效率低、不能自動化監(jiān)控。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明采取的技術方案如下:
一種基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)，其特征在于，包括多個模組和冷卻系統(tǒng);所述的模組包括電池組和安裝電池組的安裝箱;所述的電池組由多個電池單體通過導熱硅膠粘結固定呈矩形結構;所述的電池組的底部粘結導熱硅膠;所述的多個電池單體之間的導熱硅膠和電池組底部的導熱硅膠相連;所述的冷卻系統(tǒng)包括多個水冷板、水栗、水箱;所述的水冷板上設有進水管和出水管;所述的水冷板包括水平水冷板和豎直水冷板;所述每個電池組的中間通過導熱硅膠粘結豎直水冷板，每個電池組底部通過導熱硅膠粘結水平水冷板;所述的水平水冷板的出水管和豎直水冷板的進水管連通;所述的水箱和水栗連接;所述的水栗通過冷卻水管將多組水冷板依次串聯(lián)至水箱。
[0006]進一步，所述的豎直水冷板的兩側面通過導熱硅膠和電池單體面部相貼合。 進一步，所述的電池組的兩端通過擋板夾緊固定在安裝箱內。
[0007]進一步，還包括高壓控制系統(tǒng);所述的高壓控制系統(tǒng)包括多對正負極的高壓接插件和一個高壓配電柜;所述的每個模組上安裝一對正負極的高壓接插件;所述的高壓配電柜通過高壓線串聯(lián)多個模組上正負極的高壓接插件。
[0008]進一步，還包括散熱器;所述的散熱器分別與水箱和高壓配電柜相連接。
[0009]進一步，還包括電池管理系統(tǒng);所述的電池管理系統(tǒng)包括多個低壓接插件、多個從控板、多個流量控制器、多個流量傳感器、多個溫度傳感器、一個主控板;所述的低壓接插件和從控板連接;所述的低壓接插件和從控板安裝在模組上;所述的流量控制器和流量傳感器安裝在水冷板的進水管上;所述的溫度傳感器安裝在水冷板的出水管上;所述的多個模組上的低壓接插件通過低壓線依次連接并且首尾不相連，一端為首端模組，另一端為末端模組;所述的首端模組上的低壓接插件通過低壓線和主控板連接，所述的末端模組上低壓接插件和主控板斷連;所述的主控板通過低壓線和水栗連接控制水栗的開度。
[0010]進一步，所述的從控板通過金屬連接件和電池組連接。
[0011]進一步，所述的金屬連接件為鈑金和導電柱;所述的鈑金固定在安裝箱內壁上;所述的導電柱下端和電池組連接;所述的從控板下側固定在導電柱上，上側固定在鈑金上。
[0012]—種根據(jù)權利要求5所述的基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)的控制方法，包括步驟如下:
(1)信號采集:每個模組上的從控板通過流量傳感器、溫度傳感器采集水的流量和溫度信號；
(2)信號傳送:流量和溫度信號從末端模組上的從控板通過低壓接插件和低壓線依次傳向相鄰模組上的從控板，依次傳遞，直至每個模組上的流量和溫度信號都到達首端模組的從控板上，然后首端模組的從控板將每個模組上的流量、溫度信號傳給主控板；
(3)信號處理:主控板對每個模組的溫度進行比較，選取多個模組中最高的溫度作為對比溫度；
(4)信號比對調節(jié):當對比溫度小于或者等于最低溫度標準時，主控板通過低壓線控制水栗繼續(xù)保持原有的開度；當對比溫度介于最低溫度標準和最高溫度標準之間時，隨著對比溫度的逐漸上升，主控板通過低壓線控制水栗逐漸加大開度，增加進入流量；當對比溫度大于或者等于最高溫度標準時，主控板通過低壓線控制水栗保持最大開度，以最大的進水流量工作。
[0013]本發(fā)明的有益效果
1.本發(fā)明的電池組由多個電池單體通過導熱硅膠粘結固定呈矩形結構，電池組底部均粘結導熱硅膠，多個電池單體之間的導熱硅膠和電池組底部的導熱硅膠相連，當模組放電工作時，中間位置的電池單體溫度上升最快、溫度最高，通過中間的導熱硅膠與底部的導熱硅膠層將熱量均勻分布，從而使整體熱量均衡。本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)包括多個水冷板，水冷板設有水平水冷板和豎直水冷板，可通過水平水冷板進行熱量的均勻分散，可通過豎直水冷板進行電池組中間的快速導熱、散熱，提高了散熱效率和速度，延長了電池的使用壽命以及保證了動力電池模組的工作穩(wěn)定性。
[0014]2.本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)可監(jiān)控每個模組的溫度和流量，通過溫度的對比，控制水栗的開度，對溫度實時監(jiān)控，散熱效率更高，實現(xiàn)了自動化的實時監(jiān)控，延長了電池的使用壽命以及保證了動力電池模組的工作穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明模組打開的立體結構示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明模組的俯視圖。
[0017]圖3為模組在圖2中A-A方向的剖視圖。
[0018]圖4為本發(fā)明水冷板結構示意圖。
[0019]圖5為本發(fā)明整體連接示意圖。
[0020]圖6為水平水冷板和豎直水冷板的放大連接結構俯視圖。
[0021 ]圖中:I一箱蓋，2—箱體，3—出水管通孔，4一出水管，5—進水管通孔，6—進水管，7—高壓接插件，8—低壓接插件，9—螺栓，10—擋板，11—電池單體，12—中間導熱硅膠層，13—流量控制器，14 一流量傳感器，15—溫度傳感器，16—水冷板，17—鈑金，18—從控板，19一螺母，20—底部導熱娃I父層，21—主控板，22—低壓線，23—水栗，24 —尚壓線，25—冷卻水管，26—模組一，27—模組二，28—模組三，29—模組四，30—水箱，31—散熱器，32—高壓配電柜，51 一電池組，161 —水平水冷板，162—豎直水冷板。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本
【發(fā)明內容】
作進一步詳細說明。
[0023]如圖1和5所示，一種基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)，包括多個模組和冷卻系統(tǒng)。本實施例選擇四塊模組進行連接裝配，分別為模組一 26、模組二 27、模組三28、模組四29 ο所述的模組包括電池組51和安裝電池組51的安裝箱。安裝箱由箱體2和箱蓋I構成，箱蓋I可通過螺栓9固定在箱體2上。如圖2和3所示，所述的電池組51由多個電池單體11通過導熱硅膠粘結固定呈矩形結構，具體為:多個電池單體11通過中間導熱硅膠層12粘結，即每兩個電池單體11之間涂滿導熱硅膠。所述的電池組51的底部均粘結導熱硅膠，具體可為:電池組51的底部設有底部導熱硅膠層20。所述的多個電池單體11之間的導熱硅膠和電池組51的底部的導熱硅膠均相連，也就是說中間導熱硅膠層12和底部導熱硅膠層20相連。如圖3、4、5所示，所述的冷卻系統(tǒng)包括多個水冷板16、水栗23、水箱30 ο如圖1和4所示，所述的水冷板16上設有進水管6和出水管4。出水管4通過出水管通孔3插入水冷板16內，進水管6通過進水管通孔5插入水冷板16內。如圖3和4所示，所述的水冷板16包括水平水冷板161和豎直水冷板162。所述每個電池組51的中間通過中間導熱硅膠層12粘結豎直水冷板162，每個電池組51底部通過底部導熱娃膠層20粘結水平水冷板161。如圖6所示，所述的水平水冷板161的出水管4和豎直水冷板162的進水管6連通，可通過連接管71連通，也可以其他方式連通，如通過箱體2的內部管道、槽體等連通。所述的水箱30和水栗23連接。所述的水栗23通過冷卻水管25將多組水冷板16依次串聯(lián)至水箱30。也就是本實施例中水栗23通過冷卻水管25將模組一26、模組二 27、模組三28、模組四29上的每組水平水冷板161和豎直水冷板162依次串聯(lián)至水箱30。具體為:水栗23通過冷卻水管25連接模組一 26上水平水冷板161的進水管6，模組一 26上的水平水冷板161的出水管4和模組一 26上的垂直水冷板162的進水管6連通，模組一 26上的垂直水冷板162的出水管4通過冷卻水管25和模組二 27的水平水冷板161的進水管6連接，模組二 27上的水平水冷板161的出水管4和模組二 27上的垂直水冷板162的進水管6連通，模組二 27上的垂直水冷板162的出水管4通過冷卻水管25和模組三28的水平水冷板161的進水管6連接，依次向下連接...，直到模組四29的垂直水冷板162的出水管4和水箱30連接。如圖3所示，進一步優(yōu)選，所述的電池組51的兩端通過擋板10夾緊固定在安裝箱內，擋板10通過螺栓9和螺母19固定在箱體2內部。
[0024]如圖1和5所示，進一步優(yōu)選，本發(fā)明還包括高壓控制系統(tǒng)。所述的高壓控制系統(tǒng)包括多對正負極的高壓接插件7和一個高壓配電柜32。所述的每個模組上安裝一對正負極的高壓接插件7。所述的高壓配電柜32通過高壓線24串聯(lián)模組一 26、模組二 27、模組三28、模組四29上的正負極的高壓接插件7。進一步優(yōu)選，如圖5所示，還包括散熱器31。所述的散熱器31分別與水箱30和高壓配電柜32相連接，對水箱30和高壓配電柜32進行降溫。
[0025]如圖1、2、4、5所示，進一步優(yōu)選，還包括電池管理系統(tǒng)。所述的電池管理系統(tǒng)包括多個低壓接插件8、多個從控板18、多個流量控制器13、多個流量傳感器14、多個溫度傳感器15、一個主控板21。如圖2所示，所述的低壓接插件8和從控板18連接。所述的低壓接插件8和從控板18安裝在模組上。如圖4所示，所述的流量控制器13和流量傳感器14安裝在水冷板16的進水管6上。所述的溫度傳感器15安裝在水冷板16的出水管4上。如圖5所示，所述的多個模組，本實施例選擇模組一 26、模組二 27、模組三28、模組四29的低壓接插件8通過低壓線22依次連接并且首尾不相連，一端為首端模組，首端模組就是模組一26 ;另一端為末端模組，末端模組就是模組四29。所述的模組一 26上的低壓接插件8通過低壓線22和主控板21連接，所述的模組四29上低壓接插件8和主控板21斷連。所述的主控板21通過低壓線22和水栗23連接控制水栗23的開度。如圖2所示，進一步優(yōu)選，所述的從控板18通過金屬連接件和電池組51連接。進一步優(yōu)選，所述的金屬連接件為鈑金17和導電柱。所述的鈑金17固定在安裝箱內壁上。所述的導電柱下端和電池組51連接。所述的從控板18下側固定在導電柱上，上側固定在鈑金17上。
[0026]—種基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)的控制方法，包括步驟如下:(I)信號采集:每個模組，即為本實施例的模組一26、模組二27、模組三28、模組四29上的從控板18通過流量傳感器14、溫度傳感器15采集水的流量和溫度信號。(2)信號傳送:流量和溫度信號從末端模組，即為模組一 26上的從控板18通過低壓接插件8和低壓線22依次傳向相鄰模組上的從控板，依次傳遞，直至每個模組上的流量和溫度信號都到達首端模組的從控板18上，在本實施例中就是:模組四29將其上的溫度和流量信號傳送至模組三28上，然后模組三28自身的溫度和流量信號以及模組四29的溫度和流量信號一起傳送至模組二 27，依次類推，直到模組一 26、模組二 27、模組三28、模組四29上的溫度流量信號都到達了模組一 26的從控板18上。然后的模組一 26的從控板18將每個模組上的流量、溫度信號傳給主控板21。(3)信號處理:主控板21對每個模組的溫度進行比較，選取多個模組中最高的溫度作為對比溫度。
(4)信號比對調節(jié):當對比溫度小于或者等于最低溫度標準時，主控板21通過低壓線22控制水栗23繼續(xù)保持原有的開度；當對比溫度介于最低溫度標準和最高溫度標準之間時，隨著對比溫度的逐漸上升，主控板21通過低壓線22控制水栗23逐漸加大開度，增加進入流量；當對比溫度大于或者等于最高溫度標準時，主控板21通過低壓線22控制水栗23保持最大開度，以最大的進水流量工作。
[0027]本發(fā)明的電池組51由多個電池單體11通過導熱硅膠粘結固定呈矩形結構，電池組51底部粘結導熱硅膠，多個電池單體11之間的導熱硅膠和電池組底部的導熱硅膠相連，當模組放電工作時，中間位置的電池單體溫度上升最快、溫度最高，通過中間的導熱硅膠與底部的導熱硅膠層將熱量均勻分布，從而使整體熱量均衡。本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)包括多個水冷板16，水冷板16設有水平水冷板161和豎直水冷板162，可通過水平水冷板161進行熱量的均勻分散，可通過豎直水冷板162進行電池組中間的快速導熱、散熱，提高了散熱效率和速度，延長了電池的使用壽命以及保證了動力電池模組的工作穩(wěn)定性，提高了散熱效率和速度。本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)可監(jiān)控每個模組的溫度和流量，通過溫度的對比，控制水栗的開度，對溫度實時監(jiān)控，散熱效率更高，實現(xiàn)了自動化的實時監(jiān)控，延長了電池的使用壽命以及保證了動力電池模組的工作穩(wěn)定性。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)，其特征在于，包括多個模組和冷卻系統(tǒng)；所述的模組包括電池組和安裝電池組的安裝箱;所述的電池組由多個電池單體通過導熱硅膠粘結固定呈矩形結構;所述的電池組的底部粘結導熱硅膠;所述的多個電池單體之間的導熱硅膠和電池組底部的導熱硅膠相連;所述的冷卻系統(tǒng)包括多個水冷板、水栗、水箱;所述的水冷板上設有進水管和出水管;所述的水冷板包括水平水冷板和豎直水冷板;所述每個電池組的中間通過導熱硅膠粘結豎直水冷板，每個電池組底部通過導熱硅膠粘結水平水冷板;所述的水平水冷板的出水管和豎直水冷板的進水管連通;所述的水箱和水栗連接;所述的水栗通過冷卻水管將多組水冷板依次串聯(lián)至水箱。2.根據(jù)權利要求1所述的基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)，其特征在于，所述的豎直水冷板的兩側面通過導熱硅膠和電池單體面部相貼合。3.根據(jù)權利要求1所述的基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池組的兩端通過擋板夾緊固定在安裝箱內。4.根據(jù)權利要求1所述的基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)，其特征在于，還包括高壓控制系統(tǒng);所述的高壓控制系統(tǒng)包括多對正負極的高壓接插件和一個高壓配電柜;所述的每個模組上安裝一對正負極的高壓接插件;所述的高壓配電柜通過高壓線串聯(lián)多個模組上正負極的高壓接插件。5.根據(jù)權利要求4所述的基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)，其特征在于，還包括散熱器;所述的散熱器分別與水箱和高壓配電柜相連接。6.根據(jù)權利要求1所述的基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)，其特征在于，還包括電池管理系統(tǒng);所述的電池管理系統(tǒng)包括多個低壓接插件、多個從控板、多個流量控制器、多個流量傳感器、多個溫度傳感器、一個主控板;所述的低壓接插件和從控板連接;所述的低壓接插件和從控板安裝在模組上;所述的流量控制器和流量傳感器安裝在水冷板的進水管上;所述的溫度傳感器安裝在水冷板的出水管上;所述的多個模組上的低壓接插件通過低壓線依次連接并且首尾不相連，一端為首端模組，另一端為末端模組;所述的首端模組上的低壓接插件通過低壓線和主控板連接，所述的末端模組上低壓接插件和主控板斷連;所述的主控板通過低壓線和水栗連接控制水栗的開度。7.根據(jù)權利要求6所述的基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)，其特征在于，所述的從控板通過金屬連接件和電池組連接。8.根據(jù)權利要求7所述的基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)，其特征在于，所述的金屬連接件為鈑金和導電柱;所述的鈑金固定在安裝箱內壁上;所述的導電柱下端和電池組連接;所述的從控板下側固定在導電柱上，上側固定在鈑金上。9.一種根據(jù)權利要求6所述的基于導熱硅膠的雙水冷動力電池系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括步驟如下: (1)信號采集:每個模組上的從控板通過流量傳感器、溫度傳感器采集水的流量和溫度信號； (2)信號傳送:流量和溫度信號從末端模組上的從控板通過低壓接插件和低壓線依次傳向相鄰模組上的從控板，依次傳遞，直至每個模組上的流量和溫度信號都到達首端模組的從控板上，然后首端模組的從控板將每個模組上的流量、溫度信號傳給主控板； (3)信號處理:主控板對每個模組的溫度進行比較，選取多個模組中最高的溫度作為對比溫度； (4)信號比對調節(jié):當對比溫度小于或者等于最低溫度標準時，主控板通過低壓線控制水栗繼續(xù)保持原有的開度；當對比溫度介于最低溫度標準和最高溫度標準之間時，隨著對比溫度的逐漸上升，主控板通過低壓線控制水栗逐漸加大開度，增加進入流量；當對比溫度大于或者等于最高溫度標準時，主控板通過低壓線控制水栗保持最大開度，以最大的進水流量工作。
【文檔編號】H01M10/48GK106058370SQ201610627233
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月3日
【發(fā)明人】徐曉明, 趙經緯
【申請人】鹽城新力源科技有限公司, 中國科學院上海有機化學研究所（鹽城）新材料研發(fā)中心