一种对充电动力电池进行冷却的方法与流程

本发明涉及一种对充电动力电池进行冷却的方法，属于新能源动力电池技术领域。

背景技术：

随着新能源汽车的不断应用普及，对车载动力电池系统的充电性能提出了更高的要求。为了实现传统汽车在短时间补充车辆行驶所需能量，需要解决动力电池充电时间长，用户时间成本过高的这一技术缺陷。

为解决这一问题，行业内陆续提出了多种解决方案：其一为采用快换模式，设计快换标准动力电池箱体，并建设大型充换电站；此方案在国内外已经进行过多个项目尝试，项目建设周期长、经济成本高、占地面积大、人员维护费用大、通用性差、客户认可度低等原因失败。其二为将功率型动力电池设计为快充模式，动力电池系统采用三元电池、钛酸锂电池等功率性能较好的储能介质进行设计，满足车辆快速充电需求。此方案对比传统的磷酸铁锂动力电池方案，具有成本高，市场竞争力较低这一明显劣势。此外，分析车辆运行工况可知，车辆在正常行驶过程中功率需求相对充电功率明显较小，同样的发热量相对于充电过程也明显较小，造成动力电池系统性能利用不充分。其三为采用磷酸铁锂动力电池成组并加强散热系统功能，通常采用铝合金箱体并配合液冷冷却系统实现。此方案有限提升了原磷酸铁锂动力电池的功率性能，但采用铝合金箱体或液冷方案造成成本增加，动力电池系统设计复杂，失效模式增加，可靠性降低。

针对上述情况，有人提出在动力电池充电过程中，采用冷却液或冷却气体对充电电池进行降温，已达到电池快速充电的效果。但是由于提供冷却液或冷却气体的设备较为复杂，显著增加了车辆快速充电成本。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种对充电动力电池进行冷却的方法，用于解决对充电电池进行冷却时由于冷却剂供给设备复杂导致车辆快速充电成本较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种对充电动力电池进行冷却的方法，步骤如下：

将存储有干冰或低温液态二氧化碳的冷却剂存储装置与充电动力电池箱体的冷却气体充入接口进行连接；

打开冷却剂存储装置的开关，使得干冰或低温液态二氧化碳在外界环境的作用下变为冷却气体；

该冷却气体通过冷却气体充入接口流入充电动力电池的箱体对充电动力电池进行冷却。

进一步的，通过控制流量开关阀控制流入充电动力电池箱体的冷却气体流量。

进一步的，还包括实时检测充电电池的温度，根据实时检测到的充电动力电池的温度控制流量开关阀的开度。

本发明的有益效果是：

在动力电池充电过程中，打开冷却剂存储装置的开关，冷却剂存储装置内的干冰或者低温液态二氧化碳受外界环境的影响由于温度升高、压力减小，迅速变为冷却气体，该冷却气体通过充电动力电池箱体的冷却气体充入接口进入充电动力电池箱体内，实现对充电动力电池的高温冷却。本发明采用直接对接的方式对充电动力电池进行冷却，对产品结构要求简单，有效降低了车辆快速充电成本。

进一步的，通过实时检测充电电池的温度，并根据检测到的温度来调整流量开关阀的开度，以控制流入充电动力电池箱体内冷却气体的流量，当充电动力电池的温度较高时，控制增大流量开关阀的开度，以使更多的冷却气体流入充电动力电池箱体内，增强冷却效果；而当充电动力电池的温度过低时，控制减小流量开关阀的开度，以使较少的冷却气体流入充电动力电池箱体内；通过控制流量开关阀的开度可以使充电动力电池维持在相对稳定的温度范围内，进一步提升了充电速度。

附图说明

图1是本发明直流充电连接器的接口示意图；

图2是本发明交流充电连接器的接口示意图；

图3是本发明充电连接器上配合使用的球面-锥形管路接头配合示意图；

图4是本发明直流充电时构成并联气路的动力电池系统的结构示意图；

图5是本发明直流充电时构成串联气路的动力电池系统的结构示意图；

图6是本发明交流充电时构成并联气路的动力电池系统的结构示意图；

图7是本发明交流充电时构成串联气路的动力电池系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

电池系统由若干电池箱体构成，各箱体含有电池模组及相应管理系统，并通过相应电路构成动力电池系统，用于存储电能。

在车辆正常运行工况下，电池箱体内各电池模组的实际等效功率较低，温度可维持在正常温度范围内。而在停车快速充电工况下，实际功率明显高于车辆运行工况下的功率需求，发热量明显增加，若无有效的冷却方案电池箱内温度将超出正常范围，致使充电过程停止。使用低温气体或低温液体进行充电过程的冷却，可以明显降低电池系统运行温度，保证完成快速充电。

为了实现采用低温二氧化碳对正在充电的动力电池进行冷却以实现快速充电，在本发明中的各电池箱体含有三类i/o接口，其一为动力电池系统能量输入/输出接口，用于存储与输出电能，一般称为主动力电路；其二为辅助供电及通信结构，用于箱体内部监控元件的辅助供电与信息通信，配合其他控制元件完成对电池箱体内部电池模组的监控与通信；其三为气体冷却输入输出接口，用于向电池箱体内输送低温冷却气体降低电池系统温度，提升动力电池的功率性能，实现快速充电。

对于本发明中的各电池箱体，均设置有至少一个进气接口与出气接口，用于低温冷却气体的进入与流出，完成低温气体与高温动力电池的热量交换。进气接口与出气接口处均设计有电磁阀，用于控制气路的通断控制。各电池箱体设计为气密结构，实现电池箱体内部电池模组与外部环境的隔离，实现对内部元器件的防水防尘。同时，各电池箱体可以实现对内部低温空气的有效密闭，以提高冷却效果。

基于上述的电池箱体结构，本发明对充电动力电池进行冷却的方法具体包括以下步骤：

(1)将存储有干冰或低温液态二氧化碳的冷却剂存储装置与充电动力电池箱体的冷却气体充入接口进行连接。

具体的，当需要对车辆进行充电时，将车辆的充电插头与充电站的充电插座相连。同时，将车辆动力电池箱体的冷却气体充入接口与存储有干冰或低温液态二氧化碳的冷却剂存储装置的连接接口相连，从而实现冷却剂存储装置与动力电池箱体的冷却气体充入接口相连。

传统的交流、直流充电连接器内含能量传输接口、辅助供电接口、通信连接确认接口、接地保护接口、备用电路接口等功能，本方案设计增加气路接口，用于外部冷却剂存储装置向动力电池系统输送低温冷却气体。也就是，采用一种气、电一体的充电连接器来实现车辆动力电池与充电设备的电连接，以及冷却剂存储装置与车辆动力电池箱体的冷却气体充入接口的气连接。其中，该充电连接器包含插头与插座两部分，接头与外部储气装置、充电桩等设备连接；插座与整车动力电池系统连接，通过电路与气路向动力电池系统传输能量、信息以及低温气体。根据交直流的不同，分别设计有直流充电连接器与交流充电连接器，其接口示意图如图1和图2所示。

如图3所示，该充电连接器上的气路接口采用球面-锥形密封结构，能在保证气管接口密封性的同时实现充电连接器的快速插拔。气管球面接头1集成在充电连接器插头4上，气管锥面接头3集成在充电连接器的插座5上。当充电连接器的插头4与插座5锁紧固定后，气管球面接头1与气管锥面接头3通过压缩预紧力压合在一起。气管锥面接头3上安装有密封胶圈2，通过气管锥面接头3上的密封胶圈2实现输气管路的密封。当充电连接器上插头4与插座5分开时，气管球面接头1与气管锥面接头3可实现快速分离。该球面-锥形密封结构的气路接口具有快速安装，简单灵巧的特点，在保证气密性的同时，可以实现充电连接器快速插拔，有效简化了工作人员的操作工序。

上述的充电连接器可以实现多种功能的融合，实现外部系统对车辆的电能、信息、低温气体的输入，并具有相应的测量和保护功能，可有效提高车辆充电、充气的时间及相关人员的操作工序。该一体化设计方案可以有效减少车辆与外部连接器的种类与数量，推进通用化、人性化。

(2)打开冷却剂存储装置的开关，使得干冰或低温液态二氧化碳在外界环境的作用下变为冷却气体。

当采用充电连接器实现车辆动力电池与充电设备的电连接，以及冷却剂存储装置与车辆动力电池箱体的冷却气体充入接口的气连接后，控制打开冷却剂存储装置的开关阀，此时冷却剂存储装置内的干冰或低温液态二氧化碳受外界环境的温度和压力影响，干冰会升华为冷却的二氧化碳气体，液态二氧化碳会气化为冷却的二氧化碳气体。

(3)该冷却气体通过冷却气体充入接口流入充电动力电池的箱体对充电动力电池进行冷却。

由步骤(2)获得的冷却二氧化碳气体通过充电连接器充入电池箱内，该低温气体的温度为0℃左右，经过输气管路后向各个电池箱体扩散，对正在充电的动力电池进行冷却。

对于需要直流充电的动力电池，图4给出了各输气管路与电池箱体构成并联气路时的动力电池系统的结构图，图5给出了各输气管路与电池箱体构成串联气路时的动力电池系统的结构图。在并联气路中，从充电连接器流出的冷却二氧化碳并行进入各个电池箱体的进气接口，然后从各自所流入的电池箱体的出气接口流出。在各个电池箱体进气接口和出气接口的输气管路中，还设置有相应的开关阀。在串联气路中，从充电连接器流出的冷却二氧化碳依次进入各个电池箱体，即从前一个电池箱体的出气接口流出的冷却二氧化碳流入到下一个电池箱体的进气接口，最终从最后一个电池箱体的出气接口排除。并且，在充电连接器与第一个电池箱体之间的输气管路中、在各个电池箱体之间的输气管路中以及最后一个电池箱体的出气接口的输气管路中均设置有相应的开关阀。通过控制上述输气管路中的开关阀的打开和关闭，可以控制冷却二氧化碳气体流进或流出电池箱体，以实现更好的冷却效果。

对于需要交流充电的动力电池，图6给出了各输气管路与电池箱体构成并联气路时的动力电池系统的结构图，图7给出了各输气管路与电池箱体构成串联气路时的动力电池系统的结构图，由于图6和图7中各输气管路与电池箱体之间的连接结构与图4和图5类似，此处不再赘述。

另外，为了控制充入动力电池箱体内的冷却二氧化碳气体的流量，可以在冷却气体的输入管路中设置一个流量开关阀。通过实时检测充电电池的温度，根据实时检测到的充电动力电池的温度控制流量开关阀的开度。当充电动力电池的温度较高时，控制增大流量开关阀的开度，以使更多的冷却气体流入充电动力电池箱体内，增强冷却效果；而当充电动力电池的温度过低时，控制减小流量开关阀的开度，以使较少的冷却气体流入充电动力电池箱体内。通过控制流量开关阀的开度可以使充电动力电池维持在相对稳定的温度范围内，以实现快速充电。

此外，由于电池箱体设计为气密结构，可以封闭内部的二氧化碳气体，实现对箱体内部环境的惰化处理，形成一个天然的阻燃防爆环境，实现电池系统的阻燃防爆，提高系统的安全性能。