CN114361650A - 一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***及方法，该***包括：1.包括总控制端、可视化流道、油泵模块、膨胀壶转置、注液装置、排液装置、电池充放电控制测试模块、温度采集模块、散热模块和电池包，所述总控制端分别与油泵模块、电池充放电控制测试模块、温度采集模块和散热模块连接；所述可视化流道分别与油泵模块、散热模块、注液装置、排液装置和电池包连接；所述油泵模块与膨胀壶装置连接。该方法为应用该***的研究方法。本发明可以实现测试不同电池排布和不同控制策略情况下电池包模块的浸没式冷却散热特性，本发明作为一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***及方法，可广泛应用于锂离子电池组研究领域。

Description

一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***及方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池组研究领域，特别是一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***及方法。

背景技术

锂离子电池目前被广泛应用于电动汽车的电力储能***，然而，锂离子电池的电性能、热安全性和循环寿命受工作温度的影响大，工作温度过低会使电池的动力性能大大降低，而长期处于高温状态下容易造成热失控。对锂离子电池组中的浸没式冷却***的热管理性能的研究，更多是依赖于在电脑中通过建模和仿真来进行研究，缺乏针对浸没式冷却***在实际工况中对锂离子电池组的热管理性能的有效研究手段，无法对浸没式冷却***在实际工况中的热管理性能进行分析和研究，也无法研究不同电池排布情况和不同冷却液体的散热特性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***及方法，能够实时观测不同冷却液体和不同电池排布对冷却效果的影响。

本发明所采用的第一技术方案是：一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***，包括总控制端、可视化流道、油泵模块、膨胀壶转置、注液装置、排液装置、电池充放电控制测试模块、温度采集模块、散热模块和电池包：

所述总控制端分别与油泵模块、电池充放电控制测试模块、温度采集模块和散热模块连接；

所述可视化流道分别与油泵模块、散热模块、注液装置、排液装置和电池包连接；

所述油泵模块与膨胀壶装置连接。

进一步，所述可视化流道的顶部与注液装置连接，所述可视化流道的底部与排液装置连接，所述可视化流道包括第一可视化流道和第二可视化流道，所述第一可视化流道的后端和第二可视化流道的前端分别与电池包连接，所述第一可视化流道的前端和第二可视化流道的后端分别与油泵模块连接，所述第二可视化流道的后端还与散热模块连接。

进一步，所述第一可视化流道的前端和第二可视化流道的后端还分别设有流道出入口高度调节板，所述第一可视化流道和所述第二可视化流道上还设有流速测量仪。

进一步，所述油泵模块包括第一油泵装置、第二油泵装置、第一过滤器和第二过滤器，所述第一油泵装置和第二油泵装置相互连接且方向不同，所述第一油泵装置通过第一过滤器与第一可视化流道的前端连接，所述第二油泵装置通过第二过滤器与第二可视化流道的后端连接。

进一步，所述温度采集模块包括数据采集仪、接线盒、T型热电偶、进液口温度测量仪、出液口温度测量仪，所述数据采集仪通过接线盒与T型热电偶、进液口温度测量仪、出液口温度测量仪连接，所述T型热电偶安装在电池包上，所述进液口温度测量安装在第一可视化流道上，所述出液口温度测量仪安装在第二可视化流道上。

进一步，所述电池包包括箱体和电池组，所述箱体的上箱板和下箱板的内侧上均设有凹槽，所述电池组固定在凹槽内，所述凹槽上设有小孔，所述箱体的上箱板和下箱板的外侧均设有电极夹具，所述电池组内单体电池的电极贯穿小孔与电极夹具连接，所述电极夹具与电池充放电控制测试模块连接。

进一步，所述电池充放电控制测试模块包括主控制器、电池电压检测电路、电池电流检测电路、充放电控制电路，所述主控制器分别与电池电压检测电路、电池电流检测电路、充放电控制电路连接，所述电池电压检测电路、电池电流检测电路、充放电控制电路还分别与所述电池包连接。

进一步，应用于如上所述一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***的方法，包括以下步骤：

S1、通过注液装置的往可视化流道内注入冷却液，形成循环冷却通道；

S2、调整流道出入口的高度调节板，形成不同的流道结构；

S3、接收预设的测试用例信息并生成工作信号，输出至电池充放电控制测试模块、散热模块、油泵模块、温度采集模块和流速测量仪控制工作；

S4、温度采集模块根据工作信号，对所述电池包中的所有单体电池的温度、进液口的温度和出液口的温度进行实时采集；

S5、电池充放电控制测试模块工作信号和测试用例信息对电池包中的所有单体电池进行充放电控制；

S6、油泵模块根据工作信号和测试用例信息，控制对应油泵装置的工作，改变冷却液的流动方向，并通过设定和调整油泵装置的工作功率，输出与测试用例信息相对应的油泵流量；

S7、散热模块根据工作信号和测试用例信息，对空调的温度进行设定和调整，实现对冷却流道的冷却液进行冷却；

S8、总控制端输出休眠信号至流速测量仪、电池充放电控制测试模块、油泵模块、散热模块和温度采集模块，所述流速测量仪、电池充放电控制测试模块、油泵模块、散热模块和温度采集模块上传数据并进入休眠状态；

S9、更换电池包，并重复执行步骤S1-S8；

S10、更换冷却液体，并重复执行步骤S1-S8。

本发明***及方法的有益效果是：本发明***中冷却液的流动方向及冷却流道结构可以改变，冷却液的温度可通过控制散热装置进行改变，电池包是可以独立于第一可视化流道和第二可视化流道，电池包中电池的排布方式也可改变，在完成测试后通过更换另一电池包、另一冷却液或另一流道结构并重复上述流程，因此可以实现测试不同电池排布和不同控制策略情况下电池包模块的浸没式冷却散热特性，实现可视化，操作简单且便于收集数据。

附图说明

图1是本发明一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***结构框图；

图2是本发明具体实施例一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究方法的步骤流程图；

附图标记：1、第一油泵装置；2、第二油泵装置；3、膨胀壶装置；4、第一过滤器；5、第二过滤器；6、流速测量仪；7、流道出入口高度调节板；8、电池包；9、进液口温度测量仪；10、出液口温度测量仪；11、注液装置；12、排液装置；13、第一可视化流道；14、第二可视化流道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

参照图1，本发明公开了一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***，该***包括：包括总控制端、可视化流道、油泵模块、膨胀壶转置3、注液装置11、排液装置12、电池充放电控制测试模块、温度采集模块、散热模块和电池包8：

所述总控制端分别与油泵模块、电池充放电控制测试模块、温度采集模块和散热模块连接；

所述可视化流道分别与油泵模块、散热模块、注液装置11、排液装置12和电池包8连接；

所述油泵模块与膨胀壶装置3连接。

具体地，所述电池包8内设有电池组，所述电池组由至少两个单体电池以一种排列方式所排列组成。

进一步作为优选实施例，所述可视化流道的顶部与注液装置11连接，所述可视化流道的底部与排液装置12连接，所述可视化流道包括第一可视化流道13和第二可视化流道14，所述第一可视化流道13的后端和第二可视化流道14的前端分别与电池包连接，所述第一可视化流道13的前端和第二可视化流道14的后端分别与油泵模块连接，所述第二可视化流道14的后端还与散热模块连接。

具体地，所述注液装置11与流道表面进行连接，当所述流道内部冷却液不够充足时，可通过注射装置的注射口向流道注入相应量的冷却液，同时注射口带有遮盖，在正常工作时盖上注射口以保证流道的密封性；所述排液装置12与流道底部进行连接，当所述流道内部冷却液过多或是测试结束时，可通过排液装置12的排液口排空流道内的冷却液，同时排液口带有遮盖，在正常工作时盖上排液口以保证流道的密封性；所述电池包与所述第一可视化流道的后端、所述第二可视化流道的前端相连接，用于形成冷却液流动通道，并且可进行拆除更换

进一步作为优选实施例，所述第一可视化流道13的前端和第二可视化流道14的后端还分别设有流道出入口高度调节板7，所述第一可视化流道13和所述第二可视化流道14上还设有流速测量仪6。

具体地，高度调节板用于调整流道出入口的位置，验证不同流道结构对***散热效果的影响；流速测量仪6用于分别测量所述流道内冷却液的流速，并将采集所得的数据上传至总控制端。

进一步作为优选实施例，所述油泵模块包括第一油泵装置1、第二油泵装置2、第一过滤器4和第二过滤器5，所述第一油泵装置1和第二油泵装置2相互连接且方向不同，所述第一油泵装置1通过第一过滤器4与第一可视化流道13的前端连接，所述第二油泵装置2通过第二过滤器5与第二可视化流道14的后端连接。

具体地，所述油泵模块包括相互连接的两个不同方向的油泵装置和两个过滤器，所述油泵装置的发动机与总控制端连接，用于根据总控制端输出的工作信号和测试用例信息，对油泵的工作功率进行设定和调整从而改变冷却液流速，同时对油泵的启动停止进行控制，通过控制不同油泵的启动从而改变冷却液的流动方向，并根据总控制端输出的休眠信号进入休眠状态；所述油泵经过过滤器分别与所述第一可视化流道13的前端、所述第二可视化流道的14后端紧密连接，用于向所述流道输送冷却液，保证冷却液在***回路中的顺畅流。

进一步作为优选实施例，所述膨胀壶装置3与油泵模块连接，膨胀壶上设有蒸汽阀和空气阀，当油泵模块内部压力超过蒸汽阀开启压力时，蒸汽阀开启，散热器开始工作，降低油泵***中发动机的温度，保证发动机正常工作。

进一步作为优选实施例，所述温度采集模块包括数据采集仪、接线盒、T型热电偶、进液口温度测量仪9、出液口温度测量仪10，所述数据采集仪通过接线盒与T型热电偶、进液口温度测量仪9、出液口温度测量仪10连接，所述T型热电偶安装在电池包上，所述进液口温度测量9安装在第一可视化流道13上，所述出液口温度测量仪10安装在第二可视化流道14上。

进一步作为优选实施例，所述电池包8包括箱体和电池组，所述箱体的上箱板和下箱板的内侧上均设有凹槽，所述电池组固定在凹槽内，所述凹槽上设有小孔，所述箱体的上箱板和下箱板的外侧均设有电极夹具，所述电池组内单体电池的电极贯穿小孔与电极夹具连接，所述电极夹具与电池充放电控制测试模块连接，以构成电池充放电回路。

进一步作为优选实施例，所述电池充放电控制测试模块包括主控制器、电池电压检测电路、电池电流检测电路、充放电控制电路，所述主控制器分别与电池电压检测电路、电池电流检测电路、充放电控制电路连接，所述电池电压检测电路、电池电流检测电路、充放电控制电路还分别与所述电池包连接。

上述总控制端与各个模块的连接方式均为无线连接。

参照图2，应用于如上所述一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：

使电池包分别与第一可视化流道的后端、第二可视化流道的前端对接连接，以形成冷却液流道。

S1、通过注液装置的往可视化流道内注入冷却液，形成循环冷却通道；

S2、调整流道出入口的高度调节板，形成不同的流道结构；

S3、接收预设的测试用例信息并生成工作信号，输出至电池充放电控制测试模块、散热模块、油泵模块、温度采集模块和流速测量仪控制工作；

具体地，所述测试用例信息包括充放电控制信息、油泵控制信息、散热模块控制信息、其余模块启动停止信息。所述充放电控制信息包括充放电电流倍率信息、充放电电压信息、充放电工况设置信息中的一种或多种；所述油泵控制信息包括油泵工作或停止信息、油泵工作功率信息等；所述散热模块控制信息包括空调工作或停止信息、空调工作功率信息等；所述其余模块启动停止信息包括温度采集模块和流速测量仪工作或停止信息。

测试人员在总控制端的交互模块把测试用例信息配置好后，总控制端根据测试用例信息对不同模块生成相应控制信号，如根据对应充放电工况使充放电控制测试模块输出对应PWM信号，生成相应电流电压对电池进行充放电等。

S4、温度采集模块根据工作信号，对所述电池包中的所有单体电池的温度、进液口的温度和出液口的温度进行实时采集；

S5、电池充放电控制测试模块工作信号和测试用例信息对电池包中的所有单体电池进行充放电控制；

S6、油泵模块根据工作信号和测试用例信息，控制对应油泵装置的工作，改变冷却液的流动方向，并通过设定和调整油泵装置的工作功率，输出与测试用例信息相对应的油泵流量；

S7、散热模块根据工作信号和测试用例信息，对空调的温度进行设定和调整，实现对冷却流道的冷却液进行冷却；

S8、总控制端输出休眠信号至流速测量仪、电池充放电控制测试模块、油泵模块、散热模块和温度采集模块，所述流速测量仪、电池充放电控制测试模块、油泵模块、散热模块和温度采集模块上传数据并进入休眠状态；

S9、更换电池包，并重复执行步骤S1-S8；

S10、更换冷却液体，并重复执行步骤S1-S8。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***，其特征在于，包括总控制端、可视化流道、油泵模块、膨胀壶装置、注液装置、排液装置、电池充放电控制测试模块、温度采集模块、散热模块和电池包：

所述总控制端分别与油泵模块、电池充放电控制测试模块、温度采集模块和散热模块连接；

所述可视化流道分别与油泵模块、散热模块、注液装置、排液装置和电池包连接；

所述油泵模块与膨胀壶装置连接。

2.根据权利要求1所述一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***，其特征在于，所述可视化流道的顶部与注液装置连接，所述可视化流道的底部与排液装置连接，所述可视化流道包括第一可视化流道和第二可视化流道，所述第一可视化流道的后端和第二可视化流道的前端分别与电池包连接，所述第一可视化流道的前端和第二可视化流道的后端分别与油泵模块连接，所述第二可视化流道的后端还与散热模块连接。

3.根据权利要求2所述一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***，其特征在于，所述第一可视化流道的前端和第二可视化流道的后端还分别设有流道出入口高度调节板，所述第一可视化流道和所述第二可视化流道上还设有流速测量仪。

4.根据权利要求3所述一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***，其特征在于，所述油泵模块包括第一油泵装置、第二油泵装置、第一过滤器和第二过滤器，所述第一油泵装置和第二油泵装置相互连接且方向不同，所述第一油泵装置通过第一过滤器与第一可视化流道的前端连接，所述第二油泵装置通过第二过滤器与第二可视化流道的后端连接。

5.根据权利要求4所述一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***，其特征在于，所述温度采集模块包括数据采集仪、接线盒、T型热电偶、进液口温度测量仪、出液口温度测量仪，所述数据采集仪通过接线盒与T型热电偶、进液口温度测量仪、出液口温度测量仪连接，所述T型热电偶安装在电池包上，所述进液口温度测量安装在第一可视化流道上，所述出液口温度测量仪安装在第二可视化流道上。

6.根据权利要求5所述一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***，其特征在于，所述电池包包括箱体和电池组，所述箱体的上箱板和下箱板的内侧上均设有凹槽，所述电池组固定在凹槽内，所述凹槽上设有小孔，所述箱体的上箱板和下箱板的外侧均设有电极夹具，所述电池组内单体电池的电极贯穿小孔与电极夹具连接，所述电极夹具与电池充放电控制测试模块连接。

7.根据权利要求6所述一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***，其特征在于，所述电池充放电控制测试模块包括主控制器、电池电压检测电路、电池电流检测电路、充放电控制电路，所述主控制器分别与电池电压检测电路、电池电流检测电路、充放电控制电路连接，所述电池电压检测电路、电池电流检测电路、充放电控制电路还分别与所述电池包连接。

8.应用于如权利要求7所述一种浸没式冷却电池热管理性能的实验研究***的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过注液装置的往可视化流道内注入冷却液，形成循环冷却通道；

S2、调整流道出入口的高度调节板，形成不同的流道结构；

S3、接收预设的测试用例信息并生成工作信号，输出至电池充放电控制测试模块、散热模块、油泵模块、温度采集模块和流速测量仪控制工作；

S4、温度采集模块根据工作信号，对所述电池包中的所有单体电池的温度、进液口的温度和出液口的温度进行实时采集；

S5、电池充放电控制测试模块工作信号和测试用例信息对电池包中的所有单体电池进行充放电控制；

S6、油泵模块根据工作信号和测试用例信息，控制对应油泵装置的工作，改变冷却液的流动方向，并通过设定和调整油泵装置的工作功率，输出与测试用例信息相对应的油泵流量；

S7、散热模块工作信号和测试用例信息，对空调的温度进行设定和调整，实现对冷却流道的冷却液进行冷却；

S8、总控制端输出休眠信号至流速测量仪、电池充放电控制测试模块、油泵模块、散热模块和温度采集模块，所述流速测量仪、电池充放电控制测试模块、油泵模块、散热模块和温度采集模块上传数据并进入休眠状态；

S9、更换电池包，并重复执行步骤S1-S8；

S10、更换冷却液体，并重复执行步骤S1-S8。

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