一种电池包内冷却液泄露检测系统、电池包及车辆的制作方法

1.本发明公开了一种电池包内冷却液泄露检测系统、电池包及车辆，属于新能源汽车动力电池安全防护技术领域。


背景技术：

2.随着新能源技术快速发展，各个车企都在开发各自的平台化电池包，来达到缩短开发周期，降低产品开发成本的目的。由于需要兼顾不同车型对电量和空间的需求，因此电池包内部的模组或者其他附加件就需要匹配不同的车型进行增加或者减少，这样弥补去除模组位置的填充作用和针对不同配置增加或减少的附件固定作用就需要电池支架承担，因此需要设计一款电池支架。
3.同时由于电池需要冷却液进行温度管理就带来了一个新的问题，冷却液泄露。冷却液泄露后就会在电池包内流动，会引发整包绝缘失效甚至起火，因此对整包内的冷却液进行吸附避免冷却液在电池包内随意流动，同时反馈冷却液泄露故障也是需要电池包开发需要解决的问题，因此设计一款可以吸附冷却液同时可以反馈冷却液泄露的电池支架是很有必要的。
4.针对电池支架的设计，如何在满足整包的要求下，进行快速设计也是缩短产品开发周期所需要的，因此发明一种电池支架设计方法，提高电池支架设计效率也是很有必要的。


技术实现要素：

5.针对现有技术的缺陷，本发明提出一种电池包内湿度管理系统、电池包及车辆，解决不同附件固定和占位的作用，同时解决冷却液泄露引发的绝缘故障和冷却液泄露探测的问题，同时提高电池支架的设计效率。
6.本发明的技术方案如下：
7.根据本发明实施例的第一方面，提供一种电池包内冷却液泄露检测系统，包括设置在电池包内部的电池支架和冷却液泄露检测模块，所述电池支架包括设置在液冷板上的主体支撑板，所述主体支撑板与液冷板之间设置有用于对冷却液进行吸附的吸液板，所述主体支撑板顶部对称布置有ω型支架和空心矩形架，所述湿度控制模块包括分别布置在主体支撑板顶部的探测单元和控制单元，所述探测单元和控制单元设置在ω型支架和空心矩形架之间，所述控制单元分别与探测单元和电池管理系统电性连接，所述探测单元一端电连接吸液板上表面，另一端电连接所述吸液板下表面的探测线。
8.优选的是，所述空心矩形架一侧与电池包内的高压铜排连接，所述ω型支架和空心矩形架的顶部与防火板支撑配合，所述主体支撑板一端设置有与低压线束连接的凹陷支撑台。
9.优选的是，所述主体支撑板靠近液冷板一侧设有与吸液板随形的凹陷部，所述吸液板设置在凹陷部内。
10.优选的是，所述探测单元用于判断探测线是否形成回路；若是，则将冷却液泄露信号发送给控制单元，否则持续判断；
11.所述控制单元，用于获取冷却液泄露信号并向电池管理系统发送冷却液泄露故障信息。
12.根据本发明实施例的第二方面，提供一种设计方法，用于设计第一方面所述电池包内湿度管理系统中的电池支架，包括：
13.分别获取电池支架的功能需求数据、使用工况、外包络与重量目标、加工工艺和材料参数；
14.根据所述电池支架的功能需求、外包络与重量目标、加工工艺和材料参数得到初始电池支架三维数据；
15.对所述初始电池支架三维数据根据电池支架的使用工况进行cae模拟分析结果，并通过多步迭代计算得到满足功能需求的最优电池支架；
16.对所述最优电池支架进行复验。
17.优选的是，所述电池支架的功能需求数据包括电池支架的功能需求以及各功能需求的对应的极限条件，所述各功能需求至少包括：压紧液冷板、固定高低压电连接件、吸收冷却液、冷却液泄露报警或隔热保温。
18.优选的是，当所述电池支架的功能需求为压紧液冷板时，对应的极限条件包括：
19.液冷板固定类型为弹性支撑式液冷板，所述对应的极限条件为：满足如下公式(1)：
20.f1≤kx(1)
21.其中，f1为液冷板反弹力的最大值，k为电池支架的刚度系数，x为弹性应变最大值；
22.所述液冷板固定类型为粘接式液冷板，所述对应的极限条件为满足如下公式(2)：
23.f2≤kx(2)
24.f2为粘接剂的摊开压紧力值，k为电池支架的刚度系数，x为弹性应变最大值；
25.当所述电池支架的功能需求为固定高低压电连接件时，所述对应的极限条件包括：
26.固定方式为过孔卡接方式，所述对应的极限条件为满足如下公式(3)：
27.m≥1.1n(3)
28.其中，m为固定过孔数量，n为需求点数量
29.固定方式为钣金卡卡接方式，所述对应的极限条件为根据钣金卡卡接的厚度范围，进行设计固定特征的厚度及公差值；
30.固定方式为粘接的方式，所述对应的极限条件为至少根据粘接面的清洁度、表面能和粗糙度进行设计；
31.当所述电池支架的功能需求为吸收冷却液和冷却液泄露报警时，所述对应的极限条件为满足如下公式(4)：
32.1.1
×
l2≤v
×v1
，l1＞2
×
l2(4)
33.其中，l2为液冷泄露报警探测所需求的最小体积，l1为液冷系统冷却液总体积，v为吸液部件的体积，v1为吸液部件的体积吸液率；
34.当所述电池支架的功能需求为隔热保温时，所述对应的极限条件为保温材料导热系数≤0.2w/(m
·
k)且具备吸收冷却液功能。
35.优选的是，所述电池支架的材料参数至少包括：抗拉强度、屈服强度和弹性模量，所述根据电池支架的使用工况进行cae模拟分析结果小于等于所选材料的结构性能参数且电池支架的一阶约束模态≥30hz。
36.根据本发明实施例的第三方面，提供一种电池包，包括第一方面所述的电池包内湿度管理系统。
37.根据本发明实施例的第四方面，提供一种车辆，其特征在于，包括第二方面所述的电池包。
38.本发明的有益效果在于：
39.本专利提供一种电池包内冷却液泄露检测系统、电池包及车辆，对冷却液进行吸附，避免冷却液泄露引发的整包绝缘故障，同时可以反馈冷却液泄露故障。可以快速进行支架设计，满足不同附件的固定问题，缩短产品设计周期。
40.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
41.图1是根据一示例性实施例示出的一种电池包内湿度管理系统的部分结构图；
42.图2是根据一示例性实施例示出的一种电池包内湿度管理系统的安装结构图；
43.图3是根据一示例性实施例示出的电池支架的部分安装结构图；
44.图4是根据一示例性实施例示出的电池支架的部分结构图；
45.图5是根据一示例性实施例示出的冷却液泄露检测模块的电气连接图；
46.图6是根据一示例性实施例示出的设计方法的流程图。
47.其中：
48.100-支架总成；
49.200-冷却液泄露检测模块；
50.300-液冷板；
51.400-防火板；
52.500-高压铜排；
53.600-低压线束；
54.110-空心矩形架；
55.120-ω型支架；
56.130-吸液板；
57.140-主体支撑板；
58.141-凹陷支撑台；
59.142-凹陷部；
60.201-控制单元；
61.202-探测单元。
具体实施方式
62.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
63.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
64.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
65.实施例一
66.如图1-4所示，本实施例示出的一种电池包内湿度管理系统的，包括冷却液泄露检测模块200和安装在电池包内部的电池支架100，接下来将详细介绍上述各组件：
67.首先介绍下电池支架100，其包括安装在液冷板300上的主体支撑板140，主体支撑板140与液冷板300之间安装有用于对冷却液进行吸附的吸液板130，主体支撑板140靠近液冷板300一侧设有与吸液板130随形的凹陷部141，吸液板130安装在凹陷部141内。吸液板130为柔性开孔发泡材料，优选三聚氰胺泡棉或聚氨酯泡棉，其特征在于泡棉的体积吸液率≥90％，吸液板130的体积用量，厚度h按照与冷板干涉量(10％—60％)h范围设计，吸收冷却液的体积按照压缩后计算。
68.主体支撑板140顶部对称布置有ω型支架120和空心矩形架110，ω型支架120和空心矩形架110均靠近主体支撑板140两端，空心矩形架110一侧与电池包内的高压铜排500连接，ω型支架120和空心矩形架110的顶部与防火板400支撑配合，主体支撑板140一端设置有与低压线束600连接的凹陷支撑台142。本实施例描述的主体支撑板140分别与ω型支架120和空心矩形架110连接方式包括先不限于一体铸造、注塑或者粘接、焊接、铆接等方式。
69.接下来将详细介绍下湿度控制模块200，分别布置在主体支撑板140顶部的探测单元202和控制单元201，所述探测单元202和控制单元201安装在ω型支架120和空心矩形架110之间，如图5所示，控制单元201分别与探测单元202和电池管理系统电性连接，探测单元202一端电连接吸液板130上表面，另一端电连接吸液板130下表面的探测线。
70.探测单元202用于判断探测线是否形成回路；若是，则将冷却液泄露信号发送给控制单元，否则持续判断；控制单元201用于获取冷却液泄露信号并向电池管理系统发送冷却液泄露故障信息，提示驾驶员冷却液泄露。
71.上述控制单元201通常包括有：处理器和存储器。
72.处理器可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器可以采用dsp(digital signal processing，数字信号处理)、fpga(field－programmable gate array，现场可编程门阵列)、pla(programmable logic array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在
唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称cpu(central processing unit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器可以在集成有gpu(graphics processing unit，图像处理器)，gpu用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器还可以包括ai(artificial intelligence，人工智能)处理器，该ai处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
73.存储器可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是有形的和非暂态的。存储器还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器所执行获取冷却液泄露信号并向电池管理系统发送冷却液泄露故障信息。
74.实施例二
75.在示例性实施例中，还提供了一种设计方法，用于设计实施例一所述电池包内湿度管理系统中的电池支架，包括：
76.步骤301，分别获取电池支架的功能需求数据、使用工况、外包络与重量目标、加工工艺和材料参数；
77.其中，电池支架的功能需求数据包括电池支架的功能需求以及各功能需求的对应的极限条件，达到满足功能需求的同时，避免设计过剩。各功能需求至少包括：压紧液冷板、固定高低压电连接件、吸收冷却液、冷却液泄露报警或隔热保温。
78.当所述电池支架的功能需求为压紧液冷板时，需要确定冷板固定类型(例如弹性支撑式、粘接固定式等)，根据不同冷板固定类型设计电池支架，对应的极限条件包括：
79.液冷板固定类型为弹性支撑式液冷板，所述对应的极限条件为：满足如下公式(1)：
80.f1≤kx
ꢀꢀ
(1)
81.其中，f1为液冷板反弹力的最大值，k为电池支架的刚度系数，x为弹性应变最大值；
82.液冷板固定类型为粘接式液冷板，对应的极限条件为满足如下公式(2)：
83.f2≤kx
ꢀꢀ
(2)
84.f2为粘接剂的摊开压紧力值，k为电池支架的刚度系数，x为弹性应变最大值；
85.当所述电池支架的功能需求为固定高低压电连接件时，需要确定高低压连接件需求的固定点数量和固定方式(例如过孔卡接、钣金卡卡接、螺接、粘接等)，从而对应的极限条件包括：
86.固定方式为过孔卡接方式，对应的极限条件为满足如下公式(3)，既可以满足固定需求又能达到轻量化的作用：
87.m≥1.1n
ꢀꢀ
(3)
88.其中，m为固定过孔数量，n为需求点数量。
89.固定方式为钣金卡卡接方式，所述对应的极限条件为根据钣金卡卡接的厚度范围，进行设计固定特征的厚度及公差值；
90.固定方式为粘接的方式，所述对应的极限条件为至少根据粘接面的清洁度、表面能和粗糙度进行设计；
91.当所述电池支架的功能需求为吸收冷却液和冷却液泄露报警时，所述对应的极限条件为满足如下公式(4)：
92.1.1
×
l2≤v
×v1
，l
1 ＞2
×
l2ꢀꢀ
(4)
93.其中，l2为液冷泄露报警探测所需求的最小体积，l1为液冷系统冷却液总体积，v为吸液部件的体积，v1为吸液部件的体积吸液率；
94.当所述电池支架的功能需求为隔热保温时，所述对应的极限条件为保温材料导热系数≤0.2w/(m
·
k)且具备吸收冷却液功能。
95.上述电池支架的使用工况获取至少包括随机振动工况、重力载荷工况等，电池支架的材料参数至少包括：抗拉强度、屈服强度和弹性模量，所述根据电池支架的使用工况进行cae模拟分析结果小于等于所选材料的结构性能参数且电池支架的一阶约束模态≥30hz。
96.步骤302，根据所述电池支架的功能需求、外包络与重量目标、加工工艺和材料参数得到初始电池支架三维数据；
97.步骤303，对所述初始电池支架三维数据根据电池支架的使用工况进行cae模拟分析结果，并通过多步迭代计算得到满足功能需求的最优电池支架；
98.步骤304，对所述最优电池支架进行复验。
99.实施例三
100.在示例性实施例中，还提供了一种电池包，包括实施例一所述的电池包内湿度管理系统。
101.实施例四
102.在示例性实施例中，还提供了一种车辆，包括实施例三所述的电池包。
103.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图。

技术特征：
1.一种电池包内冷却液泄露检测系统，包括设置在电池包内部的电池支架(100)和冷却液泄露检测模块(200)，其特征在于，所述电池支架(100)包括设置在液冷板(300)上的主体支撑板(140)，所述主体支撑板(140)与液冷板(300)之间设置有用于对冷却液进行吸附的吸液板(130)，所述主体支撑板(140)顶部对称布置有ω型支架(120)和空心矩形架(110)，所述湿度控制模块(200)包括分别布置在主体支撑板(140)顶部的探测单元(202)和控制单元(201)，所述探测单元(202)和控制单元(201)设置在ω型支架(120)和空心矩形架(110)之间，所述控制单元(201)分别与探测单元(202)和电池管理系统电性连接，所述探测单元(202)一端电连接吸液板(130)上表面，另一端电连接所述吸液板(130)下表面的探测线。2.根据权利要求1所述的电池包内冷却液泄露检测系统，其特征在于，所述空心矩形架(110)一侧与电池包内的高压铜排(500)连接，所述ω型支架(120)和空心矩形架(110)的顶部与防火板(400)支撑配合，所述主体支撑板(140)一端设置有与低压线束(600)连接的凹陷支撑台(142)。3.根据权利要求1或2所述的电池包内冷却液泄露检测系统，其特征在于，所述主体支撑板(140)靠近液冷板(300)一侧设有与吸液板(130)随形的凹陷部(141)，所述吸液板(130)设置在凹陷部(141)内。4.根据权利要求3所述的电池包内湿度管理系统，其特征在于，所述探测单元用于判断探测线是否形成回路；若是，则将冷却液泄露信号发送给控制单元，否则持续判断；所述控制单元，用于获取冷却液泄露信号并向电池管理系统发送冷却液泄露故障信息。5.一种设计方法，其特征在于，用于设计权利要求1-4任一项所述电池包内湿度管理系统中的电池支架，包括：分别获取电池支架的功能需求数据、使用工况、外包络与重量目标、加工工艺和材料参数；根据所述电池支架的功能需求、外包络与重量目标、加工工艺和材料参数得到初始电池支架三维数据；对所述初始电池支架三维数据根据电池支架的使用工况进行cae模拟分析结果，并通过多步迭代计算得到满足功能需求的最优电池支架；对所述最优电池支架进行复验。6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述电池支架的功能需求数据包括电池支架的功能需求以及各功能需求的对应的极限条件，所述各功能需求至少包括：压紧液冷板、固定高低压电连接件、吸收冷却液、冷却液泄露报警或隔热保温。7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，当所述电池支架的功能需求为压紧液冷板时，对应的极限条件包括：液冷板固定类型为弹性支撑式液冷板，所述对应的极限条件为：满足如下公式(1)：f1≤kx
ꢀꢀ
(1)其中，f1为液冷板反弹力的最大值，k为电池支架的刚度系数，x为弹性应变最大值；所述液冷板固定类型为粘接式液冷板，所述对应的极限条件为满足如下公式(2)：f2≤kx
ꢀꢀ
(2)
f2为粘接剂的摊开压紧力值，k为电池支架的刚度系数，x为弹性应变最大值；当所述电池支架的功能需求为固定高低压电连接件时，所述对应的极限条件包括：固定方式为过孔卡接方式，所述对应的极限条件为满足如下公式(3)：m≥1.1n
ꢀꢀ
(3)其中，m为固定过孔数量，n为需求点数量固定方式为钣金卡卡接方式，所述对应的极限条件为根据钣金卡卡接的厚度范围，进行设计固定特征的厚度及公差值；固定方式为粘接的方式，所述对应的极限条件为至少根据粘接面的清洁度、表面能和粗糙度进行设计；当所述电池支架的功能需求为吸收冷却液和冷却液泄露报警时，所述对应的极限条件为满足如下公式(4)：1.1
×
l2≤v
×v1
，l
1 ＞2
×
l2ꢀꢀ
(4)其中，l2为液冷泄露报警探测所需求的最小体积，l1为液冷系统冷却液总体积，v为吸液部件的体积，v1为吸液部件的体积吸液率；当所述电池支架的功能需求为隔热保温时，所述对应的极限条件为保温材料导热系数≤0.2w/(m
·
k)且具备吸收冷却液功能。8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，所述电池支架的材料参数至少包括：抗拉强度、屈服强度和弹性模量，所述根据电池支架的使用工况进行cae模拟分析结果小于等于所选材料的结构性能参数且电池支架的一阶约束模态≥30hz。9.一种电池包，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的电池包内湿度管理系统。10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的电池包。

技术总结
本发明公开了一种电池包内冷却液泄露检测系统、电池包及车辆，属于新能源汽车动力电池安全防护技术领域，包括设置在电池包内部的电池支架和冷却液泄露检测模块，所述电池支架包括设置在液冷板上的主体支撑板，所述主体支撑板与液冷板之间设置有用于对冷却液进行吸附的吸液板，所述主体支撑板顶部对称布置有Ω型支架和空心矩形架，所述湿度控制模块包括分别布置在主体支撑板顶部的探测单元和控制单元。本专利提供一种电池包内冷却液泄露检测系统、电池包及车辆，对冷却液进行吸附，避免冷却液泄露引发的整包绝缘故障，同时可以反馈冷却液泄露故障。可以快速进行支架设计，满足不同附件的固定问题，缩短产品设计周期。缩短产品设计周期。缩短产品设计周期。


技术研发人员：张新宾 张占江 杨钫 曹云飞 王冠一 赵壮 赵云霄 赵名翰 于聪
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/7/20