新能源汽车锂离子电池模块热失控自动冷却降温系统及其实现方法与流程

本发明新能源汽车锂离子电池模块热失控自动冷却降温系统及其实现方法涉及电池冷却降温系统，尤其是一种针对新能源汽车的锂离子电池模块热失控的自动冷却降温的系统。

背景技术：

随着新能源工业的发展，锂离子电池被广泛的应用于日常的电子设备，并逐渐的走向规模化、集成化，而频繁的新能源汽车的锂离子电池模块事故仍然制约着行业的发展。新能源汽车使用的是锂离子电池组，如果发生火灾爆炸，其造成的危害和损失比锂离子电池单体严重得多，主要归因于锂离子电池热失控的传播，会产生多米诺效应。

当今社会，锂离子电池模块由于具有传输电压高、能量密度大、循环寿命长、低自放电率、无记忆效应等优良性能，已被广泛应用于人们的生活、生产中。然而，锂离子电池模块热失控导致的事故却屡见不鲜，严重的甚至会导致充电桩和汽车自燃。因此，电池的安全问题已经不仅仅是一个技术性的问题，并且已逐渐成为一个亟待解决的社会问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种新能源汽车锂离子电池模块热失控自动冷却降温系统及其实现方法，该系统提供三级冷却降温，能够在新能源汽车的锂离子电池模块热失控初期进行冷却，避免新能源汽车的锂离子电池模块发生热失控。

本发明是采取以下技术方案实现的：

新能源汽车锂离子电池模块热失控自动冷却降温系统包括液体循环降温部分、温度监测部分、控制部分和辅助装置部分；温度监测部分和液体循环降温部分分别与控制部分相连；

液体循环降温部分包括铜管、启动泵和液冷部件，液冷部件采用液氮罐及水罐，启动泵包括第一启动泵和第二启动泵，第一启动泵与第二启动泵之间通过三通管相连后，经过液冷部件与锂离子电池模块相连；

温度监测部分由温度传感器和热电偶组成；控制部分由单片机、管脚接口、单点开关和电线组成；辅助装置部分由定值电阻、晶振、陶瓷电容、电位器以及电源接口组成；管脚接口与单片机相接；温度传感器与管脚接口相接；热电偶与管脚接口相接；第一启动泵和第二启动泵分别与管脚接口相接；陶瓷电容经晶振与单片机相连，陶瓷电容的另一端与单点开关相连。

所述管脚接口为usb接口，为单片机与外界相接提供接口。

所述单片机采用msc-51型单片机。

所述液冷部件与锂离子电池模块之间通过铜管相连。

本发明系统工作时，由红外温度传感器测得来自锂离子电池模块正极方向的温度，经与单片机管脚接口相接，经线路将信号传至单片机中进行温度判断，其中热电偶用于测得来自铜管表面的温度，经与单片机管脚接口相接，经线路将信号传至单片机中进行温度判断，启动泵同时也经线路与进行温度判断的单片机相连。管脚接口经线路与msc-51型单片机相接，陶瓷电容经晶振与msc-51型单片机相接，另端与单点开关相连。

具体工作过程：

1）红外温度传感器测得来自新能源汽车的锂离子电池模块正极的温度，经单片机管脚接口将信号传至单片机中进行温度判断，启动第一启动泵，执行水循环降温；

2）热电偶测得来自铜管管壁的温度，经单片机管脚接口将该温度信号传至单片机中进行温度判断，关闭第一启动泵，同时启动第二启动泵，执行液氮迅速冷却。

本发明作为一种新能源汽车锂离子电池模块热失控自动冷却降温系统，其具有自动控制、操作简单和冷却降温效果良好等优点。能够在锂电池温度升高的时候，进行温度判断，对新能源汽车的锂离子电池模块采取三级冷却降温，避免锂离子电池模块由于其自身温度的不断升高，导致锂电池模块发生热失控，形成多米诺效应，造成巨大的人员伤亡和财产损失。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明系统的结构原理图；

图2是本发明系统的实现方法流程图。

图中：1、单片机；2、定值电阻；3、电位器；4、晶振；5、电源接口；6、管脚接口；7、温度传感器；8、热电偶；9、电池模块（即新能源汽车的电池模块，也即锂离子电池模块）；10、耐高温电线；11、第一启动泵；12、第二启动泵；13液氮罐及水罐；14、三通管；15、铜管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参照图1，新能源汽车锂离子电池模块热失控自动冷却降温系统包括液体循环降温部分、温度监测部分、控制部分和辅助装置部分；温度监测部分和液体循环降温部分分别与控制部分相连；

液体循环降温部分包括铜管15、启动泵和液冷部件，液冷部件采用液氮罐及水罐13，启动泵包括第一启动泵11和第二启动泵12，第一启动泵11与第二启动泵12之间通过三通管14相连后，经过液冷部件与锂离子电池模块相连；

温度监测部分由温度传感器7和热电偶8组成；控制部分由单片机1、管脚接口6、单点开关和电线组成；辅助装置部分由定值电阻2、晶振4、陶瓷电容、电位器3以及电源接口5组成；管脚接口6与单片机1相接；温度传感器7与管脚接口6相接；热电偶8与管脚接口6相接；第一启动泵11和第二启动泵12分别与管脚接口6通过耐高温电线10相接；陶瓷电容经晶振4与单片机1相连，陶瓷电容的另一端与单点开关相连。

所述管脚接口6为usb接口，为单片机1与外界相接提供接口。

所述单片机1采用msc-51型单片机。

所述液冷部件与锂离子电池模块9之间通过铜管15相连。

单片机是计算机与大规模集成电路技术高速发展的产物，是微型计算机的重要分支之一。目前单片机产品多达50个系列，300多种型号，而inter公司的mcs-51系列的单片机，具有完整的结构体系、规范化的寄存器和指令系统等优势。

所述温度传感器7可以采用市售的红外温度传感器。

红外温度传感器与单片机管脚接口外接的红外温度传感器在室温范围内提供的标准精度为±0.5℃，红外温度传感器正对被测对象锂离子电池模块的正极，距离为1cm-2cm，其特征在于热电偶与单片机管脚接口外接的热电偶在室温范围内提供的标准精度为±1℃，热电偶正对铜管上方，距离为3cm-5cm。

所述温度判断，包括如下步骤：

1）红外温度传感器测得新能源汽车的锂离子电池模块正极方向的温度，将温度信号传递给msc-51型单片机；

2）msc-51型单片机根据步骤1）得到的温度信号，与预设值相比较，若温度信号值低于预设值，温度正常，则不发送指令；若温度信号值超过所设定值50℃，则发出指令，启动第一启动泵，在铜管中进行水循环；

3）由热电偶测得铜管管壁的温度，将管壁温度信号传递给msc-51型单片机，管壁温度大于65℃时，msc-51型单片机关闭第一启动泵，启动第二启动泵，在铜管中充入液氮，对新能源汽车的锂离子电池模块进行快速冷却。

步骤2）中，外接红外温度传感器反馈温度大于50℃时，则立即启动第一启动泵，进行水循环降温，吸收新能源汽车的锂离子电池模块的热量，从而降低电池的温度，当外接热电偶的温度大于65℃，关闭第一启动泵，同时启动第二启动泵，此时在铜管中充入液氮，当温度传感器的温度低于50℃时，温度判断程序停止对循环部分的指令，继而对温度进行新一轮的监测和判断。

该系统通过温度判断，对新能源汽车的锂离子电池模块的温度进行实时监测，一旦新能源汽车的锂离子电池模块的温度升高，将自动给电池冷却降温，可避免新能源汽车的锂离子电池模块由于温度升高引发热失控，降低锂离子电池热失控引发的火灾或者爆炸事故概率。

实施例1

参照附图2，使用时，现假设新能源汽车的锂离子电池模块进行放电反应，当其发生异常，温度异常升高，降温冷却方法包括以下步骤:

（1）在充电过程中新能源汽车的锂离子电池模块温度升高，在锂离子电池模块上围绕的铜管，由于铜管的导热性能比较好，铜管内的水吸收来自电池的温度；

（2）随着锂离子电池模块温度的持续升高，温度传感器监测到电池正极的温度达到50℃，单片机将信号通过内部线路与单片机内设定的程序进行对比，再通过单片机发送指令单片机控制泵1启动，将管道内的水循环起来，促使水在管道中的温度降低，不断吸收锂离子电池模块的热量，促使锂离子电池模块的温度能够降低；

（3）随着新能源汽车的锂离子电池模块的温度的进一步升高，此时安装在铜管管壁的热电偶，可以监测铜管管壁的温度，如果此时测得铜管管壁的温度小于等于65℃，则铜管内的水吸收了电池表面的热量，能够降低电池的温度。如果测得铜管管壁的温度大于65℃，由于水的比热容特性，铜管内的水无法进一步吸收电池表面的温度，降低电池的温度；

（4）单片机将信号通过内部线路与单片机内设定的程序进行对比，热电偶的温度大于65℃时，通过单片机发送指令给泵2，将管道中的水抽出，并立即充入液氮进行降温；

在本发明实施例中，温度传感器选用wrf2-101型，其对温度有高灵敏度；单片机采用msc-51型单片机，其采用的编程语言是c语言，程序代码简易好写；第一启动泵和第二启动泵均采用dlsb-30型，其主要适用于低温、小型装置的场合，热电偶选用tj36-caxl-116u-2型，其具有响应时间短，测量温度范围宽，高温环境下使用寿命长，可任意弯曲不易断的特点。耐高温电线的型号是gn500，其可以承受的温度达到800℃，以上元器件均可在市场上购买到。