CN115714220A - 一种电池热管理***、电池总成、电动车辆及热管理方法 - Google Patents

一种电池热管理***、电池总成、电动车辆及热管理方法 Download PDF

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卢军
于长虹
孙焕丽
李黎黎
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王锦标
陈蓓娜
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Abstract

本发明是一种电池热管理***、电池总成、电动车辆及热管理方法。包括电芯、下箱体侧板、液冷板、下箱体端板、进出水口端板、定子电磁铁、动子电磁铁、下箱体地板、导热垫和盖板；多个电芯构成电池模组；下箱体侧板、下箱体端板和盖板构成了电池箱体；电池模组设置在电池箱体内；液冷板设置在下箱体地板和导热垫之间，并且关于电池箱体的中心线对称；进出水口端板固定在下箱体端板的内侧；动子电磁铁固定在下箱体地板上；动子电磁铁的顶部与液冷板卡接，底部与定子电磁铁接触；定子电磁铁接收电池管理***的信号指令。本发明解决现有技术中电池热管理***效率低、热管理***模块化水平低、电池总成集成度不高的行业难题。

Description

一种电池热管理***、电池总成、电动车辆及热管理方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体的说是一种电池热管理***、电池总成、电动车辆及热管理方法。
背景技术
由于人民的生活水平的日益提高，汽车已经成为每个家庭必备的用品，然而随着汽油车的数量的增加，其产生的有害气体等污染物对我们的生活环境的污染已经到了令我们难以承受的地步，因此，我们必须找到能够在一定程度上代替汽油的新能源，以缓解我们的环境压力。
基于这样的现状，使用动力电池的新能源汽车以其显而易见的优势成为了人们的新宠。首先，使用动力电池的新能源汽车相对于汽油车来说，能够更加节省成本；其次，由于电池不和氧气发生氧化反应，因此在充放电过程中没有多余的废气排出，有效地防止了对环境的污染。
动力电池作为新能源汽车的关键核心零部件，结构安全及热管理性能非常重要。目前主流的电池总成方案是标准模组或者CTP构型电池总成，这两种方案的电池总成结构比较复杂，受制于Z向布置高度限制，集成化低、热管理***效率低的问题。
发明内容
本发明提供了一种电池热管理***、电池总成、电动车辆及热管理方法，解决现有技术中电池热管理***效率低、热管理***模块化水平低、电池总成集成度不高的行业难题。
本发明技术方案结合附图说明如下：
第一方面，本发明提供了一种电池热管理***，包括电芯1、下箱体侧板2、液冷板3、下箱体端板4、进出水口端板5、定子电磁铁6、动子电磁铁7、下箱体地板8、导热垫9和盖板；多个所述电芯1构成电池模组；所述下箱体侧板2、下箱体端板4和盖板构成了电池箱体；所述电池模组设置在电池箱体内；所述液冷板3设置在下箱体地板8和导热垫9之间，并且关于电池箱体的中心线对称；所述进出水口端板5固定在下箱体端板4的内侧；所述动子电磁铁7固定在下箱体地板8上；所述动子电磁铁7的顶部与液冷板3卡接，底部与定子电磁铁6接触；所述定子电磁铁6接收电池管理***的信号指令。
进一步地，所述液冷板3为一种柔性扁平曲管液冷板，上端面和下底面都是平面。
进一步地，所述液冷板3能够沿着上、下平面方向进行移动形变，形变尺寸≥10mm。
进一步地，所述定子电磁铁6包括线圈；当定子电磁铁6接收电池管理***的信号指令时，动子电磁铁7沿着定子电磁铁6长度方向滑动。
进一步地，所述导热垫9粘接在电芯1的底部。
所述液冷板3的极限尺寸面积S通过下式得出：
Figure BDA0003910841970000021
其中，CC为电池热管理功率系数；取0.41-0.62；A为液冷板补偿参数，取12°＞A＞0°；HD为根据电芯循环次数最大膨胀之后的底部长度方向的尺寸；GCR为电芯长度方向的安装极限尺寸；
所述液冷管3的弯管的总体长度D通过下式得出：
Figure BDA0003910841970000022
其中，CF为设计高度极限尺寸；E为安全尺寸系数，取1.53-1.73；n为液冷板的个数；CC为电池热管理功率系数，取0.41-0.62；
所述液冷板3的整体厚度H通过下式得出：
Figure BDA0003910841970000031
其中，CC为电池热管理功率系数，取0.41-0.62；A为液冷板补偿参数，取12°＞A＞0°。
第二方面，本发明提供了一种电池总成，包括所述的一种电池热管理***。
第三方面，本发明提供了一种电动车辆，包括车辆本体和一种电池总成。
第四方面，本发明提供了一种电池热管理方法，包括以下步骤：
步骤一、电池管理***采集电池模组的温度；
步骤二、电池管理***根据采集到的温度进行判断，判断液冷板3是否需要进行智能调控；所述智能调控的模式包括：无工作模式、普通模式和极端模式；
步骤三、定义电池管理***实际采集的电池温度为T，电池管理***实际采集到的电池最低温度为TN，电池管理***采集到的电池最低温度为TP，温差TW＝TP-TN，根据温差TW判断智能调控的模式并执行相应的动作；
步骤四、对电池管理***采集的电池温度进行信号反馈并执行相应的动作。
进一步地，所述步骤三中智能调控的具体方法如下：
无工作模式：TW≤4*(1-lnC*sinC*cosC*cosC)；其中，C为温度补偿系数,0.99＜C＜1；电池管理***无动作，所有动子电磁铁7与定子电磁铁6均不工作，液冷板3处于静止状态；
普通模式：8*(1-lnC*sinC*cosC*cosC)＞TW＞4*(1-lnC*
sinC*cosC*cosC)；其中，C为温度补偿系数；电池管理***发出信号指令，控制实际采集的电池温度为T≥TP，所在的液冷板3上的动子电磁铁7与定子电磁铁6均工作，选择动子电磁铁7的运行轨迹为周期往复循环运动，0.1m/S≥运动速度≥0.03m/S且模式工作7.78min之后进入动作反馈；
极端模式：TW≥7*(1-lnC*sinC*cosC*cosC)；其中，C为温度补偿系数；电池管理***发出信号指令，控制实际采集的电池温度为T≥TP，所在的液冷板3上的动子电磁铁7与定子电磁铁6均工作，选择动子电磁铁7的运行轨迹为周期往复循环运动，0.5m/S≥运动速度≥1m/S且模式工作10.28min之后进入动作反馈；
所述步骤四的具体方法如下：
当温差TW≤5*(1-lnC*sinC*cosC*cosC)达标；
如果未达标，重复进行步骤三；否则，退出智能调控的控制。
本发明的有益效果为：
1)本发明解决了现有技术中电池热管理***效率低、热管理***模块化水平低、电池总成集成度不高、热管理***内部流量不均匀的行业难题；
2)本发明中液冷板可以沿着上、下平面进行形变，能有效的解决热管理内部流量不均匀的行业难题，且在形变中不影响整体液冷板的密封性能；
3)本发明中液冷板在内部移动时，不影响下箱体地板与导热垫的绝对位置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的俯视示意图；
图3为本发明中液冷板的一个角度的结构示意图；
图4为本发明中液冷板的另一个角度的结构示意图；
图5为本发明中定子电磁铁和动子电磁铁的结构示意图。
图中：
1、电芯；
2、下箱体侧板；
3、液冷板；
4、下箱体端板；
5、进出水口端板；
501、螺栓；502、进出水口端板本体；
6、定子电磁铁；
7、动子电磁铁；
8、下箱体地板；
9、导热垫。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
实施例一
参阅图1，一种电池热管理***，包括电芯1、下箱体侧板2、液冷板3、下箱体端板4、进出水口端板5、定子电磁铁6、动子电磁铁7、下箱体地板8、导热垫9和盖板。
多个所述电芯1构成电池模组；所述下箱体侧板2、下箱体端板4和盖板构成了电池箱体；所述电池模组设置在电池箱体内；所述液冷板3设置在下箱体地板8和导热垫9之间，并且关于电池箱体的中心线对称；所述导热垫9粘接在电芯1的底部。所述进出水口端板5固定在下箱体端板4的内侧；所述动子电磁铁7固定在下箱体地板8上；所述动子电磁铁7的顶部与液冷板3卡接，底部与定子电磁铁6接触；所述定子电磁铁6接收电池管理***的信号指令。
参阅图3和图4，所述液冷板3为一种柔性扁平曲管液冷板，上端面和下底面都是平面。
所述液冷板3能够沿着上、下平面方向进行移动形变，形变尺寸≥10mm，且在形变中不影响整体液冷板3的密封性能。
所述液冷板3的材料包括但不限于塑料、橡胶等可形变的材料。
所述液冷板3的极限尺寸面积S通过下式得出：
Figure BDA0003910841970000061
其中，CC为电池热管理功率系数；取0.41-0.62；A为液冷板补偿参数，取12°＞A＞0°；HD为根据电芯循环次数(EV电芯按照2000次，HEV及PHEV电芯按照3000次)最大膨胀之后的底部长度方向的尺寸；GCR为电芯长度方向的安装极限尺寸；
所述液冷管3的弯管的总体长度D通过下式得出：
Figure BDA0003910841970000062
其中，CF为设计高度极限尺寸；E为安全尺寸系数，取1.53-1.73；n为液冷板的个数；CC为电池热管理功率系数，取0.41-0.62；
所述液冷板3的整体厚度H通过下式得出：
Figure BDA0003910841970000063
其中，CC为电池热管理功率系数，取0.41-0.62；A为液冷板补偿参数，取12°＞A＞0°。
另外，所有参数需要根据CAE、CFD仿真结果校正反馈。
参阅图3，所述进出水口端板5包括进出水口端板本体502通过螺栓501固定在下箱体端板4上。
参阅图1和图5，所述定子电磁铁6包括线圈，可以形成电磁场，对处在电磁场中的动子电磁铁7进行控制，实现控制动子电磁铁7沿着定子电磁铁6方向上的移动。
所述定子电磁铁6可以接收电池管理***BMS的信号指令对动子电磁铁7进行控制；当定子电磁铁6接收电池管理***的信号指令时，动子电磁铁7沿着定子电磁铁6长度方向滑动。
所述动子电磁铁7顶部与液冷板3卡接，可以通过自身的运动带动液冷板3的移动。
实施例二
一种电池总成，包括所述的一种电池热管理***。具备一种智能调控的电池热管理***的电池总成，可以解决电池总成集成度不高、热管理***内部流量不均匀的行业难题。
实施例三
一种电动车辆，包括车辆本体和一种电池总成；该种电磁控制的快换动力电池总成安装在车辆本体上；具备一种电池总成的电动车辆可以使解决电池总成集成度不高、热管理***内部流量不均匀的行业难题。
实施例四
一种电池热管理方法，包括以下步骤：
步骤一、电池管理***采集电池模组的温度；
步骤二、电池管理***根据采集到的温度进行判断，判断液冷板3是否需要进行智能调控；所述智能调控的模式包括：无工作模式、普通模式和极端模式；
步骤三、定义电池管理***实际采集的电池温度为T，电池管理***实际采集到的电池最低温度为TN，电池管理***采集到的电池最低温度为TP，温差TW＝TP-TN，根据温差TW判断智能调控的模式并执行相应的动作；温差TW为每600毫秒的实际测试数据计算而来。
具体方法如下：
无工作模式：TW≤4*(1-lnC*sinC*cosC*cosC)；其中，C为温度补偿系数,0.99＜C＜1；电池管理***无动作，所有动子电磁铁7与定子电磁铁6均不工作，液冷板3处于静止状态；
普通模式：8*(1-lnC*sinC*cosC*cosC)＞TW＞4*(1-lnC*
sinC*cosC*cosC)；其中，C为温度补偿系数；电池管理***发出信号指令，控制实际采集的电池温度为T≥TP，所在的液冷板3上的动子电磁铁7与定子电磁铁6均工作，选择动子电磁铁7的运行轨迹为周期往复循环运动，0.1m/S≥运动速度≥0.03m/S且模式工作7.78min之后进入动作反馈；
极端模式：TW≥7*(1-lnC*sinC*cosC*cosC)；其中，C为温度补偿系数；电池管理***发出信号指令，控制实际采集的电池温度为T≥TP，所在的液冷板3上的动子电磁铁7与定子电磁铁6均工作，选择动子电磁铁7的运行轨迹为周期往复循环运动，0.5m/S≥运动速度≥1m/S且模式工作10.28min之后进入动作反馈；
步骤四、对电池管理***采集的电池温度进行信号反馈并执行相应的动作。
具体方法如下：
当温差TW≤5*(1-lnC*sinC*cosC*cosC)达标；
如果未达标，重复进行步骤三；否则，退出智能调控的控制。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电池热管理***，其特征在于，包括电芯(1)、下箱体侧板(2)、液冷板(3)、下箱体端板(4)、进出水口端板(5)、定子电磁铁(6)、动子电磁铁(7)、下箱体地板(8)、导热垫(9)和盖板；多个所述电芯(1)构成电池模组；所述下箱体侧板(2)、下箱体端板(4)和盖板构成了电池箱体；所述电池模组设置在电池箱体内；所述液冷板(3)设置在下箱体地板(8)和导热垫(9)之间，并且关于电池箱体的中心线对称；所述进出水口端板(5)固定在下箱体端板(4)的内侧；所述动子电磁铁(7)固定在下箱体地板(8)上；所述动子电磁铁(7)的顶部与液冷板(3)卡接，底部与定子电磁铁(6)接触；所述定子电磁铁(6)接收电池管理***的信号指令。
2.根据权利要求1所述的一种电池热管理***，其特征在于，所述液冷板(3)为一种柔性扁平曲管液冷板，上端面和下底面都是平面。
3.根据权利要求1所述的一种电池热管理***，其特征在于，所述液冷板(3)能够沿着上、下平面方向进行移动形变，形变尺寸≥10mm。
4.根据权利要求1所述的一种电池热管理***，其特征在于，所述定子电磁铁(6)包括线圈；当定子电磁铁(6)接收电池管理***的信号指令时，动子电磁铁(7)沿着定子电磁铁(6)长度方向滑动。
5.根据权利要求1所述的一种电池热管理***，其特征在于，所述导热垫(9)粘接在电芯(1)的底部。
6.根据权利要求1所述的一种电池热管理***，其特征在于，
所述液冷板(3)的极限尺寸面积S通过下式得出：
Figure FDA0003910841960000011
其中，CC为电池热管理功率系数；取0.41-0.62；A为液冷板补偿参数，取12°＞A＞0°；HD为根据电芯循环次数最大膨胀之后的底部长度方向的尺寸；GCR为电芯长度方向的安装极限尺寸；
所述液冷管(3)的弯管的总体长度D通过下式得出：
Figure FDA0003910841960000021
其中，CF为设计高度极限尺寸；E为安全尺寸系数，取1.53-1.73；n为液冷板的个数；CC为电池热管理功率系数，取0.41-0.62；
所述液冷板(3)的整体厚度H通过下式得出：
Figure FDA0003910841960000022
其中，CC为电池热管理功率系数，取0.41-0.62；A为液冷板补偿参数，取12°＞A＞0°。
7.一种电池总成，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的一种电池热管理***。
8.一种电动车辆，其特征在于，包括车辆本体和如权利要求7所述的一种电池总成。
9.一种电池热管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、电池管理***采集电池模组的温度；
步骤二、电池管理***根据采集到的温度进行判断，判断液冷板(3)是否需要进行智能调控；所述智能调控的模式包括：无工作模式、普通模式和极端模式；
步骤三、定义电池管理***实际采集的电池温度为T，电池管理***实际采集到的电池最低温度为TN，电池管理***采集到的电池最低温度为TP，温差TW＝TP-TN，根据温差TW判断智能调控的模式并执行相应的动作；
步骤四、对电池管理***采集的电池温度进行信号反馈并执行相应的动作。
10.根据权利要求9所述的一种电池热管理方法，其特征在于，所述步骤三中智能调控的具体方法如下：
无工作模式：TW≤4*(1-lnC*sinC*cosC*cosC)；其中，C为温度补偿系数,0.99＜C＜1；电池管理***无动作，所有动子电磁铁(7)与定子电磁铁(6)均不工作，液冷板(3)处于静止状态；
普通模式：8*(1-lnC*sinC*cosC*cosC)＞TW＞4*(1-lnC*sinC*cosC*cosC)；其中，C为温度补偿系数；电池管理***发出信号指令，控制实际采集的电池温度为T≥TP，所在的液冷板(3)上的动子电磁铁(7)与定子电磁铁(6)均工作，选择动子电磁铁(7)的运行轨迹为周期往复循环运动，0.1m/S≥运动速度≥0.03m/S且模式工作7.78min之后进入动作反馈；
极端模式：TW≥7*(1-lnC*sinC*cosC*cosC)；其中，C为温度补偿系数；电池管理***发出信号指令，控制实际采集的电池温度为T≥TP，所在的液冷板(3)上的动子电磁铁(7)与定子电磁铁(6)均工作，选择动子电磁铁(7)的运行轨迹为周期往复循环运动，0.5m/S≥运动速度≥1m/S且模式工作10.28min之后进入动作反馈；
所述步骤四的具体方法如下：
当温差TW≤5*(1-lnC*sinC*cosC*cosC)达标；
如果未达标，重复进行步骤三；否则，退出智能调控的控制。
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