一种风液耦合散热系统及其控制方法与流程

本发明涉及新能源汽车动力电池系统散热的技术领域，具体涉及一种风液耦合散热系统及其控制方法

背景技术：

目前国内外均大力推广新能源汽车，其工作驱动能源采用纯电机或电机与内燃机混合驱动。其中电能的供应主要采用锂离子电池组成的动力电池系统，通常为满足车辆的行驶所需，电芯数量较多，形成大容量高电压供能平台。由于电池组作为主要功率来源，在车辆的正常行驶过程中，电机功率较大，动力电池系统已较大的电流进行输出，产生大量热量，所以对动力电池系统进行热管理尤为重要。由于动力电池系统内部结构紧凑，各电池单体所接受的散热条件存在明显差异，因此温度上升速率存在差异，长时间工作时，部分电池温度过高，同时系统内部温度差异过大，会使动力电池系统整体使用性能以及使用寿命降低。为了保证动力电池系统能正常工作，延长其使用寿命并保证其工作性能，散热系统至关重要。

现在对于新能源动汽车动力电池系统散热方式主要采用风冷或液冷，由于对车辆使用性能的追求，放电倍率大的原因，采用液冷板的液冷式散热逐渐成为主流。通过在电池组下方布置液冷板，冷却液流经液冷板将电池传递至液冷板的热量带走，实现对电池组的降温，但是目前的液冷板结构形式固定，仅能调节流量大小，无法根据电池组实时变化的温度分布进行散热效率的调整，散热模式单一，即无法针对高温区域进行局部强化散热，造成散热效率低下，无法将因为工况变化造成的高温电池控制在合适温度范围，同时电池组热均衡性差，使电池的使用性能与使用寿命受到限制。

专利公开号cn105742693a，公开日2016年7月6日，发明创造的名称为一种高安全性锂离子电池模块，该申请公开了一种高安全性锂离子电池模块，其不足之处是：1、该发明专利公开的高安全性锂离子电池模块所采用的液冷装置无法根据电池组的实时温度分布调整散热效率；2、将电池散热到某一温度值所需要的时间较长。

专利公开号cn201510584799.8，公开日2015年12月23日，发明创造的名称为一种电池水冷散热器，该申请公开了一种电池水冷散热器，其不足之处是采用液冷板对电池组进行散热，但是液冷板结构形式固定，无法根据电池组温度的实时变化进行散热效率的调整，从而降低电池的热均衡性。

技术实现要素：

鉴于此，本发明的目的是提供一种风液耦合散热系统及其控制方法，用于新能源汽车动力电池系统正常工作时的散热，以保证动力电池系统在工作时始终处于最佳放电温度区间，提高电池组的热均衡性，保证动力电池系统的使用性能与使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种风液耦合散热系统，包括：风道模块、液冷模块，所述风道包括箱体、电芯、出风口、进风口一、进风口二；多个电芯布置在液冷板上，电芯的侧面与进出风口相对，即当进风口一、进风口二进风时，从电芯的侧面流动，再从出风口流出，所有电芯2与液冷板6均装在箱体1内。

同时，液冷模块包括液冷板，低压线束，低压接口，进液口，流道隔板，分隔板，滑块，胶层，磁性伸缩弹簧，磁感应线圈，滑轨；液冷板内部分为双层结构，上层为控制电芯移动形成风道的结构，下层为冷却液流动的流道结构，对于上层结构，液冷板上表面在制作时两侧预先成形好两道品字形滑轨，滑轨内布置有于电芯数量相等的滑块，每两个滑块之间采用磁性伸缩弹簧进行连接，滑块上表面为胶层，通过胶层与电芯底部粘接进行固定，该胶层具备良好的耐高温性能、绝缘性以及防水性，在滑轨下方为分隔板，分隔板为中空结构，具备良好的防水绝缘以及导磁性能，在对应的磁性伸缩弹簧下方布置有数量相同的磁感应线圈，磁感应线圈采用低压线束进行连接，并最终连接至低压接口从外部获取电源，通过对对应的磁感应线圈通电使相应的磁感应线圈产生磁场，使磁性伸缩弹簧伸长从而使相应的滑块发生位移，带动电芯进行移动；对于下层流道结构，通过流道隔板的布置形成不同数量的流道，冷却液通过进液口进入液冷板形成流动。

结合所述的风液耦合散热系统，本发明提供如下控制方法：

所述的散热系统通过对磁场以及进风量与进液量的控制，总体包括三类控制模式，所需控制量包括各电芯温度t，各电芯之间温差最大值td，各电芯温升速率v，冷却液流量q，初级温度安全设定值ta，中级温度安全设定值tb，高级温度安全设定值tc，初级温升速率安全设定值ve，中级温度安全设定值vf，高级温度安全设定值vg，其中ta＜tb＜tc，ve＜vf＜vg，本专利所述仅包括5个电芯，但并不局限于此，其控制方法如下：

无风道模式：t1,t2,t3,t4,t5为5个电芯对应的温度，当{t1,t2,t3,t4,t5}max≤初级温度安全设定值ta，同时td≤安全值，v1,v2,v3,v4,v5为5个电芯对应温度上升的速率；当{v1,v2,v3,v4,v5}max≤初级温升速率安全设定值ve，则不启动磁感应线圈15,各电芯之间无间距，不形成风道，单纯采用冷却液流动进行散热，且增加冷却液流量q；

半风道模式：(1)当初级温度安全设定值ta≤{t1,t2,t3,t4,t5}max≤中级温度安全设定值tb；(2)当{t1,t2,t3,t4,t5}max≤ta而td≥安全值；(3)当初级温升速率安全设定值ve≤{v1,v2,v3,v4,v5}max≤中级温升速率安全设定值vf；上述条件至少满足其中一条时，则启动半数磁感应线圈,使半数的电芯之间形成间距，形成风道，在形成间距的电芯处的进风口进行进风，同时增加冷却液流量q；

全风道模式：(1)当高级温度安全设定值tc≤{t1,t2,t3,t4,t5}max；(2)当中级温度安全设定值tb≤{t1,t2,t3,t4,t5}max≤tc而td≥安全值；(3)当高级温升速率安全设定值vg≤{v1,v2,v3,v4,v5}max；上述条件至少满足其中一条时，则启动所有磁感应线圈,使所有电芯之间形成间距，形成风道，两个进风口均进风，同时调节冷却液流量q至最大。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明公开的一种风液耦合散热系统及其控制方法根据动力电池系统的实时温度分布变化情况进行散热效率的调整，可以针对性的提高高温位置的散热效率。

(2)本发明公开的一种风液耦合散热系统及其控制方法使动力电池系统散热所需要的时间极大降低，从而极大地提升了电池组的使用性能与使用寿命。

(3)本发明公开的一种风液耦合散热系统及其控制方法使电池组内部温差控制在比较小的范围之内，提高电池模组的热均衡性。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的风液耦合散热系统及其控制方法，下面将对上述涉及的零部件以及控制方法工作流程利用附图做简单直观的说明，下面描述中的附图仅仅是本发明一个例子，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图说明

图1为本发明实施例提供的风液耦合散热系统布置图

图2为本发明实施例提供的液冷板俯视图

图3为本发明实施例提供的液冷板侧向剖视图

图4为本发明实施例提供的无风道模式示意图

图5为本发明实施例提供的半风道模式示意图

图6为本发明实施例提供的全风道模式示意图

其中：1-箱体、2-电芯、3-出风口、4-进风口一、5-进风口二、6-液冷板、7-低压线束、8-低压接口、9-进液口、10-流道隔板、11-分隔板、12-滑块、13-胶层、14-磁性伸缩弹簧、15-磁感应线圈、16-滑轨。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种风液耦合散热系统及其控制方法，用于新能源汽车的动力电池系统，能保证动力电池系统在工作时处于最佳温度区间。

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其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供的风液耦合散热系统，包括：风道模块、液冷模块，所述风道包括箱体1、电芯2、出风口3、进风口一4、进风口二5；多个电芯2布置在液冷板6上，电芯2的侧面与进出风口相对，即当进风口一4、进风口二5进风时，从电芯2的侧面流动，再从出风口3流出，所有电芯2与液冷板6均装在箱体1内。

如图2与图3所示，本发明实施例提供的风液耦合散热系统中所述的液冷模块包括液冷板6，低压线束7，低压接口8，进液口9，流道隔板10，分隔板11，滑块12，胶层13，磁性伸缩弹簧14，磁感应线圈15，滑轨16；

液冷板6内部分为双层结构，上层为控制电芯2移动形成风道的结构，下层为冷却液流动的流道结构，对于上层结构，液冷板6上表面在制作时两侧预先成形好两道品字形滑轨16，滑轨16内布置有于电芯数量相等的滑块12，每两个滑块12之间采用磁性伸缩弹簧14进行连接，滑块上表面为胶层13，通过胶层13与电芯2底部粘接进行固定，该胶层13具备良好的耐高温性能、绝缘性以及防水性，在滑轨16下方为分隔板11，分隔板11为中空结构，具备良好的防水绝缘以及导磁性能，在对应的磁性伸缩弹簧14下方布置有数量相同的磁感应线圈15，磁感应线圈15采用低压线束7进行连接，并最终连接至低压接口8从外部获取电源，通过对对应的磁感应线圈15通电使相应的磁感应线圈15产生磁场，使磁性伸缩弹簧14伸长从而使相应的滑块发生位移，带动电芯2进行移动；对于下层流道结构，通过流道隔板10的布置形成不同数量的流道，冷却液通过进液口9进入液冷板6形成流动。

如图4、5与6所示，本发明实施例提供的一种风液耦合散热系统控制方法如下：所述的散热系统通过对磁场以及进风量与进液量的控制，总体包括三类控制模式，所需控制量包括各电芯温度t，各电芯之间温差最大值td，各电芯温升速率v，冷却液流量q，初级温度安全设定值ta，中级温度安全设定值tb，高级温度安全设定值tc，初级温升速率安全设定值ve，中级温度安全设定值vf，高级温度安全设定值vg，其中ta＜tb＜tc，ve＜vf＜vg，本专利所述仅包括5各电芯，但并不局限于此，其控制方法如下：

无风道模式：当{t1,t2,t3,t4,t5}max≤初级温度安全设定值ta，同时td≤安全值，{v1,v2,v3,v4,v5}max≤初级温升速率安全设定值ve，则不启动磁感应线圈15,各电芯之间无间距，不形成风道，单纯采用冷却液流动进行散热，且增加冷却液流量q；

半风道模式：(1)当初级温度安全设定值ta≤{t1,t2,t3,t4,t5}max≤中级温度安全设定值tb；(2)当{t1,t2,t3,t4,t5}max≤ta而td≥安全值；(3)当初级温升速率安全设定值ve≤{v1,v2,v3,v4,v5}max≤中级温升速率安全设定值vf；上述条件至少满足其中一条时，则启动半数磁感应线圈15,使半数的电芯之间形成间距，形成风道，在形成间距的电芯处的进风口进行进风，同时增加冷却液流量q；

全风道模式：(1)当高级温度安全设定值tc≤{t1,t2,t3,t4,t5}max；(2)当中级温度安全设定值tb≤{t1,t2,t3,t4,t5}max≤tc而td≥安全值；(3)当高级温升速率安全设定值vg≤{v1,v2,v3,v4,v5}max；上述条件至少满足其中一条时，则启动所有磁感应线圈15,使所有电芯之间形成间距，形成风道，两个进风口均进风，同时调节冷却液流量q至最大。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供一种风液耦合散热系统及其控制方法，解决新能源汽车动力电池系统在工作时的散热问题，保证动力电池系统在工作时短时间内达到电池组工作的最佳温度区间，提高电池组的热均衡性，保证新能源汽车动力系统的使用性能与使用寿命。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。