[發(fā)明專利]一種基于熱縮材料的動力電池用均衡散熱液冷系統(tǒng)及其控制方法

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• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111864299A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐曉明;仝光耀;趙磊;袁秋奇;唐偉;孫旭東;楊宜
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/617;H01M10/625;H01M10/6567;H01M10/48;H01M10/42
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1.一種基于熱縮材料的動力電池用快速均衡散熱液冷系統(tǒng)，其特征在于，包括冷卻液循環(huán)系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)；

所述的冷卻液循環(huán)系統(tǒng)包括依次通過水管(12)連接的液冷板(1)、散熱器(5)、儲水箱(4)、泄壓閥(3)、水泵(2)；

所述溫度控制系統(tǒng)包括電池模組(8)、蓄電池(7)、控制器(6)、電源線(17)、高壓控制接口(9)、高壓控制線(14)、低壓控制線(13)、溫度傳感器(16)和溫度信息采集線(15)；電池模組(8)坐落于液冷板(1)上方，溫度傳感器(16)布置于各電池模組(8)內(nèi)單體電池的表面，溫度信息采集線(15)將溫度傳感器(16)采集的溫度信息傳輸給控制器(6)用于分析和處理，蓄電池(7)經(jīng)電源線(17)給控制器(6)供電，控制器(6)通過低壓控制線(13)分別與水泵(2)和泄壓閥(3)連接，實現(xiàn)對冷卻液流動狀態(tài)的控制，同時高壓控制線(14)連接到液冷板(1)的高壓控制接口(9)，控制器(6)依據(jù)電池溫度信息分析和處理結(jié)果調(diào)節(jié)高壓控制線(14)輸出電壓，實現(xiàn)對快速均衡散熱過程的控制，冷卻液進(jìn)水口(11)和出水口(10)位于液冷板(1)的兩側(cè)，高壓控制接口(9)與出水口(10)位于同一側(cè)，但相對垂直高度較低，冷卻液循環(huán)系統(tǒng)通過水管(12)將液冷板出水口(10)依次與散熱器(5)、儲水箱(4)、泄壓閥(3)、水泵(2)和進(jìn)水口(11)相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱縮材料的動力電池用快速均衡散熱液冷系統(tǒng)，其特征在于，所述的液冷板(1)包括液冷板上蓋(18)和液冷板底座(19)，由鋁合金輕質(zhì)高導(dǎo)熱材料制成，通過超聲波焊接無縫粘接在一起。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于熱縮材料的動力電池用快速均衡散熱液冷系統(tǒng)，其特征在于，所述的液冷板底座(19)包括流道隔板(20)、隔層(21)、導(dǎo)熱塊(23)、熱縮材料(24)、制冷片(27)、散熱翅片(26)、固定裝置(25)，液冷板底座(19)通過隔層(21)分為上下兩層，上層為液體流動區(qū)域，下層為散熱控制區(qū)域，進(jìn)水口(11)和出水口(10)分別位于液冷板(1)兩側(cè)，冷卻液從進(jìn)水口(11)流入，流經(jīng)流道隔板(20)劃分出的流道，再從出水口(10)流出，在各流道對應(yīng)的隔層(21)上開有多個方形凹洞，洞口大小呈現(xiàn)上大下小，導(dǎo)熱塊(23)坐落于凹洞的上部，四周涂有密封防水膠體，在導(dǎo)熱塊(23)的上部安裝有熱縮材料(24)，實現(xiàn)導(dǎo)熱塊(23)與冷卻液換熱面積的進(jìn)一步增大，在凹洞的下部安裝有制冷片(27)，通過固定裝置(25)固定在隔層(21)上，制冷片(27)的冷端與導(dǎo)熱塊(23)接觸，接觸表面涂有導(dǎo)熱硅膠，熱端伸出位于液冷板底座(19)下層，在制冷片(27)熱端的表面安裝有散熱翅片(26)，配合液冷板底座(19)四周開設(shè)的風(fēng)洞(22)，實現(xiàn)制冷片(27)熱端熱量的快速消散，制冷片(27)通過高壓控制線(14)與控制接口(9)連接，各制冷片可彼此相互獨立工作。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于熱縮材料的動力電池用快速均衡散熱液冷系統(tǒng)，其特征在于，導(dǎo)熱塊(23)由高導(dǎo)熱石墨材料制成。

5.一種基于熱縮材料的動力電池用快速均衡散熱液冷系統(tǒng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，溫度傳感器(16)將采集到的溫度信息實時傳輸給控制器(6)，控制器(6)分析和處理后得出兩類溫度數(shù)據(jù)，一類是單個電池模組內(nèi)最高溫度T_max.si，i＝1,2,3..；代表模組序號和最大溫差T_dif.si，i＝1,2,3..；代表模組序號，另一類是電池模組間最大溫差T_max.wj，j代表高溫模組的序號；

步驟2，上述兩類溫度數(shù)據(jù)與設(shè)定的單個模組內(nèi)最高溫度上限值T_max.s、最大溫差上限值T_dif.s以及模組間最大溫差上限值T_max.w進(jìn)行對比，若某個電池模組(8)內(nèi)的最高溫度或最大溫差超過上限值，控制器(6)控制水泵(2)打開使冷卻液循環(huán)流動，每個電池模組(8)對應(yīng)一條液冷板內(nèi)部流道，該電池模組(8)最高溫位置下方對應(yīng)的制冷片(27)工作，在制冷片(27)的冷端迅速產(chǎn)生低溫，經(jīng)導(dǎo)熱塊(23)熱傳導(dǎo)，熱縮材料(24)變形，冷卻液紊流度增加，周圍冷卻液溫度迅速降低，電池模組(8)內(nèi)高溫電芯與冷卻液熱交換增強(qiáng)，使該電池模組(8)內(nèi)最高溫度和最大溫差變大趨勢達(dá)到快速有效的抑制；

步驟3，同時，控制器(6)根據(jù)實時采集到的溫度信息，通過計算分析給出該流道內(nèi)多個制冷片(27)合理的輸出電壓，控制制冷片(27)的制冷功率，實現(xiàn)該電池模組(8)的快速均衡散熱，直至模組內(nèi)各溫度數(shù)據(jù)處于合理的溫度范圍，若電池模組(8間最大溫差超過上限值，控制器(6)控制冷卻液循環(huán)流動，該高溫模組(8)下方對應(yīng)的流道內(nèi)多個制冷片(27)同時工作，整個流道內(nèi)冷卻液溫度迅速降低，模組(8)整體熱量被迅速均勻帶走，控制器(6)根據(jù)實時采集的溫度信息，通過計算分析合理調(diào)整模組(8)散熱過程中各制冷片(27)的制冷功率，實現(xiàn)模組(8)間最大溫差的快速降低，同時，不造成電池模組(8)內(nèi)最大溫差的升高，當(dāng)電池的兩類溫度數(shù)據(jù)都滿足要求時，液冷散熱過程結(jié)束，各制冷片(27)停止工作。