一种电动车电池冷却系统、电池热管理方法和电动车辆

1.本发明属于电动车电池冷却领域，尤其涉及一种电动车电池冷却系统、电池热管理方法和电动车辆。


背景技术：

2.在能源短缺的大背景下，电动汽车成为发展的方向，在不消耗化石燃料的同时，相比于排出各种氧化物的燃油车，动力电池不与空气发生氧化还原反应，从而实现了零排放，对改善环境污染问题也有很大的推动作用。但人们对于电动车通常会存在充电焦虑、充电时间长的问题，急需在技术上解决。为解决以上问题，如何在续驶里程不变的前提下尽可能缩短充电时间成为了新的课题。
3.动力电池作为电动车的核心部件，其安全性和性能是各项研究的关注重点。在众多影响因素中，温度是影响动力电池安全性、性能的重要因素，就需要配套设计针对动力电池的热管理系统。目前主流的电池总成方案是电池模组ctp(cell to pack)以及将动力电池充当结构强度件的电池-底盘ctc(cell to chassis)方案。但是这两种方案在针对快速充电时，其热管理系统并没有给出很好的解决方案，不能很好的控制电池在快充时的温度，从而在一定程度上限制了大功率快速充电的持续时间，在快充一段时间后，充电功率明显下降。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的在于提供一种电动车电池冷却系统、电池热管理方法和电动车辆，旨在解决现有方案不能很好的控制电池在快充时的温度，从而在一定程度上限制了大功率快速充电持续时间的问题。
5.本发明是这样实现的，一种电动车电池冷却系统、电池热管理方法和电动车辆，包括电芯和电池箱体内，还包括：底部液冷板、进出水口端板、侧面口琴液冷管、顶部口琴液冷管、支撑梁、进口水箱和出口水箱，所述电芯设置有多个，多个所述电芯构成电池模组，所述电池模组设置在电池箱体内，且关于箱体中心线对称；所述底部液冷板设置在电芯的下端，底部液冷板与车辆内部循环管路连接；所述侧面口琴液冷管设置在多个电芯列与列之间；所述顶部口琴液冷管固定在电芯上远离底部液冷板的一端；所述支撑梁的两端分别与底部液冷板和顶部口琴液冷管连接。
6.进一步的技术方案，所述底部液冷板为一体式冷板，所述一体式冷板上端面为平面。
7.进一步的技术方案，所述电芯以两个为一对，一对所述电芯上的电芯极耳相对放置。
8.进一步的技术方案，所述侧面口琴液冷管布置于电池模组侧面非极耳侧，所述侧面口琴液冷管的中间流道为其冷却液进口，所述侧面口琴液冷管的两端为冷却液出口，所述侧面口琴液冷管的冷却液进口和冷却液出口分别连接进口水箱和出口水箱连接。
9.进一步的技术方案，所述顶部口琴液冷管布置于电池上表面，所述顶部口琴液冷管由三个流道独立的冷板组成，所述顶部口琴液冷管的中间流道为冷却液出口，所述顶部口琴液冷管的两端为流道为冷却液进口，所述顶部口琴液冷管的冷却液进口和冷却液出口分别连接进口水箱和出口水箱，所述进口水箱和出口水箱连接外部管路。
10.一种电动车辆，包括上述的电动车电池冷却系统。
11.一种电池热管理方法，应用于上述的电动车电池冷却系统，所述热管理方法包括以下步骤：
12.步骤一、电池管理系统通过采集信息判断车辆是否在进行大功率快速充电；
13.步骤二、电池管理系统判断是否与充电桩连接好液冷管路，判断流道内水位是否需要排气；
14.步骤三、电池管理系统根据步骤二的判断结果，选择执行工作模式，所述工作模式为普通模式、排气模式或快充冷却模式。
15.进一步的技术方案，所述步骤三中普通模式为：电动车辆在道路正常行驶以及进行普通充电时使用普通模式，底部液冷板工作，侧面口琴液冷管与顶部口琴液冷管不参与电池冷却。
16.进一步的技术方案，所述步骤三中排气模式为：电动车辆在进行快速充电之前需要使用排气模式，对侧面口琴液冷管与顶部口琴液冷管进行排气；
17.将充电桩端的外接管路与电动车辆进口水箱和出口水箱连接，进行排气；
18.直到电池管理系统检测到冷却液已完全充满侧面口琴液冷管和顶部口琴液冷管管路内部，停止排气模式；
19.排气模式工作时，冷却液由车辆外部通过进口水箱流入侧面口琴液冷管和顶部口琴液冷管，经出口水箱流出车辆，对其内部进行排气直至冷却液充满内部流道；底部液冷板通过车辆内部管路循环，处于工作状态。
20.进一步的技术方案，述步骤三中快充冷却模式为：电动车辆在进行大功率快速充电时，使用快充冷却模式；
21.将充电桩端的外接管路与电动车辆进口水箱和出口水箱连接，电池管理系统检测到冷却液完全充满侧面口琴液冷管和顶部口琴液冷管管路内部时方可以进入快充冷却模式；
22.快充冷却模式工作时，冷却液由车辆外部通过进口水箱流入侧面口琴液冷管和顶部口琴液冷管，与电芯换热，最后经出口水箱流出车辆，对电芯顶面与侧面进行散热；底部液冷板通过车辆内部管路循环，处于工作状态。
23.本发明实施例提供的一种电动车电池冷却系统、电池热管理方法和电动车辆，本发明解决了现有技术中电池热管理系统在大功率快速充电时冷却方式单一、电池温度分布不均匀、电池垂直方向散热不足的问题；本发明中侧面口琴液冷管、顶部口琴液冷管可以在快速充电时可以通过外接冷却液管路对电池侧面、顶面进行冷却，且不影响底部液冷板正常工作。
附图说明
24.图1为本发明的整体结构示意图；
25.图2为本发明的俯视示意图(其中顶部液冷板和支撑梁已隐藏)；
26.图3为本发明中液冷板的一个角度的结构示意图；
27.图4为本发明中顶部口琴液冷管、侧面口琴液冷管冷却液流道仿真结构示意图；
28.图5为本发明中顶部口琴液冷管内冷却液流道仿真图；
29.图6为本发明中顶部口琴液冷管入口流量仿真图；
30.图7为本发明中顶部口琴液冷管及侧面口琴液冷管截面处冷却液流量仿真图；
31.图8为本发明中经过简化(将电池包等效为长方体，删除了部分倒角)后的整体仿真模型示意图；
32.图9为本发明中顶部口琴液冷管内冷却液温度仿真图；
33.图10为本发明中侧面口琴液冷管内冷却液温度仿真图；
34.图11为本发明中底部液冷板内冷却液温度仿真图；
35.图12为本发明中电池包表面温度仿真图。
36.附图中：电芯1、底部液冷板2、进出水口端板3、侧面口琴液冷管4、顶部口琴液冷管5、支撑梁6、进口水箱7、出口水箱8。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
38.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
39.如图1-图3所示，为本发明一个实施例提供的一种电动车电池冷却系统，包括电芯1和电池箱体内，还包括：底部液冷板2、进出水口端板3、侧面口琴液冷管4、顶部口琴液冷管5、支撑梁6、进口水箱7和出口水箱8所述电芯1设置有多个，多个所述电芯1构成电池模组，所述电池模组设置在电池箱体内，且关于箱体中心线对称；所述底部液冷板2设置在电芯1的下端，底部液冷板3与车辆内部循环管路连接；所述侧面口琴液冷管4设置在多个电芯1列与列之间；所述顶部口琴液冷管5固定在电芯1上远离底部液冷板2的一端；所述支撑梁6的两端分别与底部液冷板2和顶部口琴液冷管5连接。
40.在本发明实施例中，电池模组在进行大功率快速充电时，将充电桩端的外接管路与进口水箱7和出口水箱8连接，电池管理系统检测到冷却液完全充满侧面口琴液冷管4和顶部口琴液冷管5管路内部时，冷却液由充电桩端的外接管路通过进口水箱7流入侧面口琴液冷管4和顶部口琴液冷管5，与电池模组换热，最后经出口水箱8，对电池模组顶面与侧面进行散热；底部液冷板2通过车辆内部管路循环，处于工作状态。
41.如图3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述底部液冷板2为一体式冷板，所述一体式冷板上端面为平面。
42.如图2所示，作为本发明的一种优选实施例，所述电芯1以两个为一对，一对所述电芯1上的电芯极耳相对放置。
43.如图1和图2所示，作为本发明的一种优选实施例，所述侧面口琴液冷管4布置于电池模组侧面非极耳侧，所述侧面口琴液冷管4的中间流道为其冷却液进口，所述侧面口琴液冷管4的两端为冷却液出口，所述侧面口琴液冷管4的冷却液进口和冷却液出口分别连接进
口水箱7和出口水箱8连接。
44.如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述顶部口琴液冷管5布置于电池上表面，所述顶部口琴液冷管5由三个流道独立的冷板组成，所述顶部口琴液冷管5的中间流道为冷却液出口，所述顶部口琴液冷管5的两端为流道为冷却液进口，所述顶部口琴液冷管5的冷却液进口和冷却液出口分别连接进口水箱7和出口水箱8，所述进口水箱7和出口水箱8连接外部管路。
45.一种电动车辆，包括电动车电池冷却系统。
46.一种电池热管理方法，其特征在于，应用于上述的电动车电池冷却系统，所述热管理方法包括以下步骤：
47.步骤一、电池管理系统通过采集信息判断车辆是否在进行大功率快速充电；
48.步骤二、电池管理系统判断是否与充电桩连接好液冷管路，判断流道内水位是否需要排气；
49.步骤三、电池管理系统根据步骤二的判断结果，选择执行工作模式，所述工作模式为普通模式、排气模式或快充冷却模式。
50.普通模式为：电动车辆在道路正常行驶以及进行普通充电时使用普通模式，底部液冷板2工作，侧面口琴液冷管4与顶部口琴液冷管5不参与电池冷却；
51.排气模式为：电动车辆在进行快速充电之前需要使用排气模式，对侧面口琴液冷管4与顶部口琴液冷管5进行排气；
52.将充电桩端的外接管路与电动车辆进口水箱7和出口水箱8连接，进行排气；
53.直到电池管理系统检测到冷却液已完全充满侧面口琴液冷管4和顶部口琴液冷管5管路内部，停止排气模式；
54.排气模式工作时，冷却液由车辆外部通过进口水箱7流入侧面口琴液冷管4和顶部口琴液冷管5，经出口水箱8流出车辆，对其内部进行排气直至冷却液充满内部流道；底部液冷板2通过车辆内部管路循环，处于工作状态；
55.快充冷却模式为：电动车辆在进行大功率快速充电时，使用快充冷却模式；
56.将充电桩端的外接管路与电动车辆进口水箱7和出口水箱8连接，电池管理系统检测到冷却液完全充满侧面口琴液冷管4和顶部口琴液冷管5管路内部时方可以进入快充冷却模式；
57.快充冷却模式工作时，冷却液由车辆外部通过进口水箱7流入侧面口琴液冷管4和顶部口琴液冷管5，与电芯1换热，最后经出口水箱8流出车辆，对电芯1顶面与侧面进行散热；底部液冷板2通过车辆内部管路循环，处于工作状态。
58.首先针对底部液冷板2流道进行仿真，流体模型如图四所示冷却液工质为乙二醇水溶液，设置进口质量流量为0.3kg/s，最终得到如下图五、图六、图七的结果。图五为顶部口琴液冷管5内流体速度场；图六为侧面口琴液冷管4和顶部口琴液冷管5进出口截面处冷却液速度；图七为顶部口琴液冷管5横截面处冷却液速度。
59.进一步的，针对所提出的电池冷却系统及热管理方法的换热性能进行仿真分析，冷却液工质为50％乙二醇水溶液。普通模式下，仅底部液冷板2参与散热，电芯以1c放电，经计算其单位体积平均生热功率为5.05kw/m3，仿真结果如下图八和图九所示。快充模式下，底部液冷板2、侧面口琴液冷管4和顶部口琴液冷管5均参与散热，冷却液进口温度设置为27
摄氏度，电池以3c快速充电，经计算其单位体积平均生热功率为50.9kw/m3，仿真结果如下图所示。可以看出在3c快速充电极限工况下，冷板内冷却液进出口温差能够保持在17℃以内。
60.进一步的，在3c倍率快速充电的极限工况下，经过8分钟，电池、冷却液温度趋于稳定，电池最高温度控制在51℃；冷却液出口最高温度控制在44℃。相较于传统的底面单块冷板冷却，电池的温度有较为明显的降低如图十-图十二。
61.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种电动车电池冷却系统，包括电芯和电池箱体内，其特征在于，还包括：底部液冷板、进出水口端板、侧面口琴液冷管、顶部口琴液冷管、支撑梁、进口水箱和出口水箱；所述电芯设置有多个，多个所述电芯构成电池模组，所述电池模组设置在电池箱体内，且关于箱体中心线对称；所述底部液冷板设置在电芯的下端，底部液冷板与车辆内部循环管路连接；所述侧面口琴液冷管设置在多个电芯列与列之间；所述顶部口琴液冷管固定在电芯上远离底部液冷板的一端；所述支撑梁的两端分别与底部液冷板和顶部口琴液冷管连接。2.根据权利要求1所述的电动车电池冷却系统，其特征在于，所述底部液冷板为一体式冷板，所述一体式冷板上端面为平面。3.根据权利要求1所述的电动车电池冷却系统，其特征在于，所述电芯以两个为一对，一对所述电芯上的电芯极耳相对放置。4.根据权利要求1所述的电动车电池冷却系统，其特征在于，所述侧面口琴液冷管布置于电池模组侧面非极耳侧，所述侧面口琴液冷管的中间流道为其冷却液进口，所述侧面口琴液冷管的两端为冷却液出口，所述侧面口琴液冷管的冷却液进口和冷却液出口分别连接进口水箱和出口水箱连接。5.根据权利要求1所述的电动车电池冷却系统，其特征在于，所述顶部口琴液冷管布置于电池上表面，所述顶部口琴液冷管由三个流道独立的冷板组成，所述顶部口琴液冷管的中间流道为冷却液出口，所述顶部口琴液冷管的两端为流道为冷却液进口，所述顶部口琴液冷管的冷却液进口和冷却液出口分别连接进口水箱和出口水箱，所述进口水箱和出口水箱连接外部管路。6.一种电动车辆，其特征在于，包括如权利要求1-5任意所述的电动车电池冷却系统。7.一种电池热管理方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5任意所述的电动车电池冷却系统，所述热管理方法包括以下步骤：步骤一、电池管理系统通过采集信息判断车辆是否在进行大功率快速充电；步骤二、电池管理系统判断是否与充电桩连接好液冷管路，判断流道内水位是否需要排气；步骤三、电池管理系统根据步骤二的判断结果，选择执行工作模式，所述工作模式为普通模式、排气模式或快充冷却模式。8.根据权利要求7所述的电池热管理方法，其特征在于，所述步骤三中普通模式为：电动车辆在道路正常行驶以及进行普通充电时使用普通模式，底部液冷板工作，侧面口琴液冷管与顶部口琴液冷管不参与电池冷却。9.根据权利要求7所述的电池热管理方法，其特征在于，所述步骤三中排气模式为：电动车辆在进行快速充电之前需要使用排气模式，对侧面口琴液冷管与顶部口琴液冷管进行排气；将充电桩端的外接管路与电动车辆进口水箱和出口水箱连接，进行排气；直到电池管理系统检测到冷却液已完全充满侧面口琴液冷管和顶部口琴液冷管管路内部，停止排气模式；
排气模式工作时，冷却液由车辆外部通过进口水箱流入侧面口琴液冷管和顶部口琴液冷管，经出口水箱流出车辆，对其内部进行排气直至冷却液充满内部流道；底部液冷板通过车辆内部管路循环，处于工作状态。10.根据权利要求7所述的电池热管理方法，其特征在于，述步骤三中快充冷却模式为：电动车辆在进行大功率快速充电时，使用快充冷却模式；将充电桩端的外接管路与电动车辆进口水箱和出口水箱连接，电池管理系统检测到冷却液完全充满侧面口琴液冷管和顶部口琴液冷管管路内部时方可以进入快充冷却模式；快充冷却模式工作时，冷却液由车辆外部通过进口水箱流入侧面口琴液冷管和顶部口琴液冷管，与电芯换热，最后经出口水箱流出车辆，对电芯顶面与侧面进行散热；底部液冷板通过车辆内部管路循环，处于工作状态。

技术总结
本发明适用于电动车电池冷却领域，提供了一种电动车电池冷却系统，包括电芯和电池箱体内，还包括：底部液冷板、进出水口端板、侧面口琴液冷管、顶部口琴液冷管、支撑梁、进口水箱和出口水箱；所述电芯设置有多个，多个所述电芯构成电池模组，所述电池模组设置在电池箱体内，且关于箱体中心线对称；所述底部液冷板设置在电芯的下端，底部液冷板与车辆内部循环管路连接；所述侧面口琴液冷管设置在多个电芯列与列之间；所述顶部口琴液冷管固定在电芯上远离底部液冷板的一端。本发明解决了现有技术中电池热管理系统在大功率快速充电时冷却方式单一、电池温度分布不均匀、电池垂直方向散热不足的问题。不足的问题。不足的问题。


技术研发人员：李明 闵昭翔 张春伟 常伟 李晓桐 刘鸿恺
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/7/20