本發(fā)明涉及鋰電池熱管理技術領域。更具體地，涉及一種基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置。

背景技術：

隨著能源和環(huán)境問題的日益嚴峻，電動汽車正在逐步替代傳統(tǒng)動力汽車，電動汽車目前已經(jīng)成為汽車行業(yè)的一大分支。鋰離子動力電池因其優(yōu)異的倍率性能、長壽命、安全等優(yōu)點，已經(jīng)成為目前電動汽車的首選電池，得到整個行業(yè)的認可。

在電動汽車中，電池、電機、電控單元是最重要的三個部分。其中，電池技術的發(fā)展是影響電動車發(fā)展的最主要的原因。動力電池在電動汽車上扮演一個能量存儲者，將電網(wǎng)中的能量、車輛剎車時多余的能量等存儲至電池中，在行駛時將電池中的能量放出，以提供整車運行的需要。電池性能的好壞對電動車整體的驅動能力和能量效率有很大影響，而電池的性能又對電池所處的溫度十分的敏感。在鋰離子動力電池的使用中，比較重要的是電池的一致性、使用環(huán)境的溫度差、連接內阻差異等等，而其中，溫度差異性對鋰離子動力電池的影響最大，一般來說，鋰離子動力電池的最佳使用溫度在20℃～45℃之間，但是由于整車的運行環(huán)境比較復雜，低溫可能至零下20℃，高溫可能至55℃，溫度非常不穩(wěn)定。

溫度因素對電池性能的影響主要表現(xiàn)在一致性及循環(huán)壽命方面。眾所周知，若電池組的溫度分布出現(xiàn)顯著的溫度梯度，則電池組中各個單體電池的狀態(tài)會表現(xiàn)出顯著的不一致性，勢必嚴重影響電池的性能以及穩(wěn)定運行。通常，溫度超過45℃，甚至更高的溫度時，電池的壽命將明顯縮短。值得注意的是，溫度不僅僅會影響電池的性能，在高溫時還可會引發(fā)安全問題。例如，極端高溫條件下，鋰電池內部電解液發(fā)生分解反應以及正負極材料與電解液發(fā)生副反應，持續(xù)生熱很可能造成極端熱失控。因此，從電池組壽命和系統(tǒng)穩(wěn)定運行的角度看，電池組散熱/均熱方法非常重要。

電池是分正負極的，極耳就是從電芯中將正負極引出來的金屬導電體，通俗的說電池正負兩極的耳朵是在進行充放電時的接觸點。電池組在充放電過程中不同位置極耳存在溫度差異，影響電池的性能液冷散熱技術作為一種高效的散熱方案在電池溫控方面具有顯著的優(yōu)勢，但目前的電池組液冷裝置都是針對電池組體的液冷裝置，結構復雜，可拆卸性差，且對電池正負極的均熱效果一般。

因此，需要提供一種基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠基于液冷原理調節(jié)鋰離子電池組不同位置極耳溫度差異的液冷裝置。

為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置，該液冷裝置包括閉合的液冷管道和設置于液冷管道內部的導熱冷卻液，液冷管道包括交替設置的金屬管道和絕緣管道，金屬管道與鋰離子電池組極耳集流片貼合連接，用于對鋰離子電池組極耳導熱，絕緣管道用于連接金屬管道；液冷管道還包括可開閉的入液口和出液口，用于導入和導出導熱冷卻液，導熱冷卻液為具有導熱冷卻性能的絕緣液體。

優(yōu)選地，液冷裝置還包括設置于入液口和出液口之間的循環(huán)管道，循環(huán)管道內設置有循環(huán)泵，用于循環(huán)導熱冷卻液，循環(huán)管道為絕緣管道。

優(yōu)選地，循環(huán)管道內還設置有儲液箱，用于存儲導熱冷卻液。

優(yōu)選地，循環(huán)管道內還設置有過濾器，用于過濾導熱冷卻液中的雜質。

優(yōu)選地，循環(huán)管道內還設置有制冷器，用于對導熱冷卻液進行制冷處理。

優(yōu)選地，液冷裝置還包括溫度檢測系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)，溫度檢測系統(tǒng)用于檢測鋰離子電池組極耳集流片的溫度和導熱冷卻液的溫度，電池管理系統(tǒng)用于采集溫度檢測裝置檢測的溫度值，還用于根據(jù)溫度值調整循環(huán)泵的循環(huán)速度和制冷器制冷溫度。

優(yōu)選地，液冷裝置還包括緊固裝置，用于將該液冷裝置緊固于電池組上。

優(yōu)選地，金屬管道與鋰離子電池組極耳集流片貼合連接采用鉚接或焊接方式。

優(yōu)選地，金屬管道與絕緣管道連接方式為粘結連接。

優(yōu)選地，金屬管道與絕緣管道連接方式為卡扣連接或螺紋連接。

進一步優(yōu)選地，金屬管道與絕緣管道連接處還設置有用于密封的密封圈。

本發(fā)明的有益效果如下：

1.本發(fā)明中的基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置，利用導熱回路將鋰離子電池組不同位置極耳連接并注滿導熱冷卻液，解決了電池組在充放電過程中不同位置電池極耳溫度存在差異的問題，具有良好的均熱效果。

2.本發(fā)明中的基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置，通過設置循環(huán)管道和循環(huán)泵，加速了制冷過程，保證了電池組工作在合適的工作范圍內，進而提高了電池組的工作壽命。

3.本發(fā)明中的基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置通過設置電池管理系統(tǒng)和溫度檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了電池組溫度調節(jié)的自動化和精準化控制。

4.本發(fā)明中的基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置結構簡單，易于拆卸，適用于不同組合的鋰離子電池。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1示出單體電池構成電池組的串并聯(lián)方式示例圖。

圖2示出一個用于3并5串電池組的裝置的實施例立體結構示意圖。

圖3示出一個實施例中電池單體組成電池組結構示意圖。

圖4示出液冷裝置與電池組連接位置示意圖。

圖5示出液冷裝置液冷管道分布圖。

圖6示出另一個實施例中液冷裝置結構示意圖。

圖7示出仿真溫度分布效果圖。

圖8示出無液冷裝置0.5C溫度分布圖。

圖9示出有液冷裝置0.5C溫度分布圖。

圖10示出無液冷裝置0.75C溫度分布圖。

圖11示出有液冷裝置0.75C溫度分布圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。

鋰離子電池單體構成電池組有多種連接方式，常用的連接方式為串聯(lián)連接、并聯(lián)連接和串并聯(lián)混合連接。下面以6個單體電池組成電池組的情況為例進行說明，多個電池單體組成電池組的情況與之類似：如圖1所示，圖中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)和(f)分別表示6個單體電池以不同連接方式組成電池組，其中(a)表示6個單體電池串聯(lián)形成電池組，記為6串；(b)表示3個單體電池串聯(lián)形成串聯(lián)支路，然后2個串聯(lián)支路并聯(lián)形成電池組，記為3串2并；(c)表示2個單體電池串聯(lián)形成串聯(lián)支路，然后3個串聯(lián)支路并聯(lián)形成電池組，記為2串3并，(d)表示2個單體電池并聯(lián)形成并聯(lián)電池，然后3個并聯(lián)電池串聯(lián)形成電池組，記為2并3串，(e)表示3個單體電池并聯(lián)形成并聯(lián)電池，然后2個并聯(lián)電池串聯(lián)形成電池組，記為3串2并，(f)表示6個單體電池并聯(lián)形成電池組，記為6并。

本發(fā)明中，如圖2所示，一種基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置，該液冷裝置包括閉合的液冷管道和設置于液冷管道內部的導熱冷卻液，液冷管道包括交替設置的金屬管道和絕緣管道，金屬管道與鋰離子電池組的極耳集流片貼合連接，用于對鋰離子電池組極耳導熱，絕緣管道用于連接金屬管道；液冷管道還包括可開閉的入液口和出液口，用于導入和導出導熱冷卻液，導熱冷卻液為具有導熱冷卻性能的絕緣液體。

應注意的是，本發(fā)明中的基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置適用于不同連接的鋰離子電池組，也不僅限于電動汽車動力電池組，還能應用于其他電力儲能領域的電池組。

以下為本發(fā)明的一個實施例：

以3并5串電池組為例，如圖3所示，該鋰離子電池組包括15個電池單體，每3個單體電池并聯(lián)連接形成1個并聯(lián)電池，共5個并聯(lián)電池串聯(lián)連接組成該3并5串電池組。該電池組每個單體電池為長方體結構，15個單體電池并排放置組成一個長方體結構的電池組，電池組的極耳集流片分布在電池組的上表面，溫度點的分布情況如圖4所示。第一并聯(lián)電池負極連接溫度點1，正極連接溫度點2，第二并聯(lián)電池負極連接溫度點3，正極連接溫度點4，第三并聯(lián)電池負極連接溫度點5，正極連接溫度點6，第四并聯(lián)電池負極連接溫度點7，正極連接溫度點8，第五并聯(lián)電池負極連接溫度點9，正極連接溫度點10。

如圖5所示，應用于該3并5串電池組的基于液冷的鋰離子電池組極耳液冷裝置包括6個金屬管道和6個絕緣管道，第一金屬管道與第一并聯(lián)電池負極貼合連接，第二金屬管道與第一并聯(lián)電池正極以及第二并聯(lián)電池負極貼合連接，第三金屬管道與第二并聯(lián)電池正極以及第三并聯(lián)電池負極貼合連接，第四金屬管道第三并聯(lián)電池正極以及第四并聯(lián)電池負極貼合連接，第五金屬管道第四并聯(lián)電池正極以及第五并聯(lián)電池負極貼合連接，第六金屬管道與第五并聯(lián)電池正極貼合連接。6個絕緣管道與6個金屬管道交替設置，形成該裝置的液冷管道，液冷管道內部注滿具有導熱冷卻性能的絕緣液體，作為該裝置的導熱冷卻液。第一金屬管道上設置入液口，用于導入導熱冷卻液，第六金屬管道上設置出液口，用于導出導熱冷卻液。

本實施例中，液冷管道整體形狀為矩形，截面形狀為方形，應注意的是，液冷管道的形狀可為其他形狀，不影響其功能的實現(xiàn)即可。本實施例中，金屬管道選取材質為金屬銅，選取亞克力管作為絕緣管道，金屬管道與絕緣管道之間通過粘接的方式連接，應注意的是，液冷管道材質與連接方式不限于本實施例中的材質與連接方式，且若采用卡扣或螺紋連接時，可相應的設置用于密封的密封圈。卡扣或螺紋連接能使裝置的可拆卸和可擴展性增強，即可以靈活的用于不同電池組。本實施例中，導熱冷卻液使用的是BOSCH品牌的冷卻液，其沸點很高，在通常條件下不導電、不分解。

其工作原理為：電池組在充放電過程中，不同位置的電池極耳存在溫度差異。通過本發(fā)明的裝置，金屬管道能及時導出極耳部分的熱量，通過液冷管道內的導熱冷卻液將熱量轉移。因為液冷管道是閉合回路，所以達到不同位置極耳均熱散熱的目的。

以下為本發(fā)明的又一個實施例：

如圖6所示，液冷裝置還包括設置于入液口和出液口之間的循環(huán)管道。循環(huán)管道內設置有循環(huán)泵，用于循環(huán)導熱冷卻液；循環(huán)管道為絕緣管道，循環(huán)泵的循環(huán)速度可調，不同的循環(huán)速度對應不同的散熱均熱效果。循環(huán)管道內還設置有儲液箱，用于存儲導熱冷卻液，充足的導熱冷卻液能更好的保證該裝置溫度的穩(wěn)定性。循環(huán)管道內還設置有過濾器，用于過濾導熱冷卻液中的雜質。循環(huán)管道內還設置有制冷器，用于對導熱冷卻液進行制冷處理。液冷裝置還包括溫度檢測系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)，溫度檢測系統(tǒng)用于檢測鋰離子電池組極耳集流片的溫度和導熱冷卻液的溫度，電池管理系統(tǒng)用于采集溫度檢測裝置檢測的溫度值，還用于根據(jù)溫度值調整循環(huán)泵的循環(huán)速度、制冷器制冷處理模式選擇和制冷強度。應注意的是，循環(huán)泵、儲液箱、過濾器和制冷器在管道內的位置不影響其功能的實現(xiàn)，圖6僅為一個實施例中的一種連接方式。

其工作方式為：電池管理系統(tǒng)通過溫度檢測系統(tǒng)對液冷裝置不同位置溫度進行采集，通過分析處理，得知該裝置當前溫度狀況：若整體溫度高于鋰離子電池組的最佳工作溫度，則開啟制冷器，且根據(jù)溫度差值的大小調節(jié)制冷器的制冷強度；若各極耳溫度差值大于設定閾值，則加快循環(huán)泵循環(huán)速度，提升均熱效率。應注意的是，電池管理系統(tǒng)與理想溫度差值的大小設定制冷強度。

本發(fā)明為了測試有無散熱均熱裝置的溫度分布效果，利用ANSYS仿真軟件進行仿真，其分布效果如圖7示。

圖8至圖11分別示出了0.5C和0.75C放電倍率下的溫度測試結果。溫度測試過程如下：將J型熱電偶一端接入數(shù)據(jù)采集開關單元，另一端固定在電池組上。安捷倫34972A型號的數(shù)據(jù)單元采集器總共有10個通道，本測試使用了10個通道，并記錄熱電偶接入數(shù)據(jù)采集器的通道數(shù)字，用標簽號貼在對應的熱電偶上，方便實驗數(shù)據(jù)與通道的正確對應。該電池組是3并5串的形式，每塊電池的容量是80Ah，電池組總的容量就是80*3＝240Ah，120A的數(shù)值對應的倍率就是120/240＝0.5C，180A的數(shù)值對應的倍率就是180/240＝0.75C。

分析圖8至圖11溫度數(shù)值和趨勢，電池組的溫度分布仍然保持了中間高，兩邊低的特點。兩端通道的溫度由于所對應的熱電偶接在充電正負母線的附近所以溫度較高；同時電池組最中間部分通道溫度較高，以中間通道為中心，往兩邊溫度呈現(xiàn)下降的趨勢。在有液冷裝置的條件下，0.5C倍率下進行放電實驗，最高溫度為33.2℃，最低溫度是30.84℃，溫度極差為2.4℃左右，與無液冷裝置時的實驗結果相比較，溫度極差由7℃縮小為2.4℃，而最高溫度下降了3.2℃。在0.75C的倍率下進行放電實驗，溫度最高為34.8℃，最低溫度為31.2℃，溫度極差為3.6℃，與無液冷裝置的時候相比，最高溫度下降了1.6℃，溫度極差縮小了3.6℃。

經(jīng)過數(shù)據(jù)對比分析可知該液冷裝置在散熱/均熱方面性能優(yōu)良，特別是在均熱方面與預期效果一致，并且該裝置可批量生產(chǎn)，回路易根據(jù)電池串并聯(lián)方式變換組裝方法。液體散熱均熱回路中的液體可以靜置不動，也可以外部循環(huán)提升電池系統(tǒng)冷卻效果。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。