一种大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统及其冷却方法技术方案

一种大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统，包括喷雾系统、冷凝系统以及数据采集系统：喷雾系统包括依次管道连接的压缩机、冷凝器、储存有制冷剂的储液罐、过滤器、节流阀、用于放置动力电池的喷雾腔体、以及气液分离器，喷雾腔体内设有喷管；冷凝系统包括回路连接冷凝器的恒温槽、回路中设有水泵和流量计；数据采集系统包括设置于制冷剂循环通道以及水循环通道中的温度传感器和设置于冷剂循环通道中的压力传感器以及数据采集仪。本发明专利技术能够利用制冷剂的相变喷雾对动力电池进行冷却，通过制冷剂的相变潜热吸收动力电池的表面热量从而降低电池表面的温度，该方法散热能力强，可应对高温、快充等大功率锂离子动力电池的热管理需求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统及其冷却方法


[0001]本专利技术涉及锂离子动力电池冷却
，具体涉及一种大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统及其冷却方法。

技术介绍

[0002]面对能源枯竭与环境污染的双重压力，电动汽车因具有清洁环保、能量利用率高等优点，逐渐成为汽车的发展趋势，锂离子动力电池凭借其比能量高、循环寿命长、安全性能好、自放电小等优点被广泛应用于电动汽车上。
[0003]随着车用锂离子动力电池逐渐走向高功率方向发展，引发了许多亟待解决的问题，特别是温度过高导致的电池热失控、自燃甚至爆炸等威胁到使用者人身财产的重大安全隐患。在目前所有可用的热管理方法中，风冷出现最早，其结构简单，运行成本低，设计紧凑，可靠性好，然而空气的传热系数低，无法克服散热效率低的缺点；传统的相变材料冷却可以防止电池温度的急剧上升，但被相变材料所吸收的热量不能通过自然对流有效地散失到周围环境中，需要采用强制对流方法来消散相变材料中积累的热量；热管冷却方式比较理想，但多处于理论研究阶段；液冷目前在热管理系统中使用广泛，然而液体冷却具有结构复杂、重量重和冷却剂泄漏等缺点，且不足以限制快速充放电期间电池温度的上升，针对高倍率动力电池不能实现预期的散热效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统及其冷却方法，以解决现有冷却系统对大功率动力电池散热效果差的问题。
[0005]本专利技术为了达到上述目的所采用的技术方案是：一种大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统，包括喷雾系统、冷凝系统以及数据采集系统：喷雾系统包括压缩机、冷凝器、储存有制冷剂的储液罐、过滤器、节流阀、用于放置动力电池的喷雾腔体、以及气液分离器，压缩机、冷凝器、储液罐、过滤器、节流阀、喷雾腔体以及气液分离器依次管道连接形成制冷剂循环通道，喷雾腔体内设有用于在节流阀作用下使制冷剂相变对动力电池吸热的喷管；冷凝系统包括回路连接所述冷凝器形成水循环通道的恒温槽、回路中设有水泵和流量计；数据采集系统包括设置于制冷剂循环通道以及水循环通道中的温度传感器和设置于冷剂循环通道中的压力传感器，连接温度传感器和压力传感器设有用于采集温度、压力信息的数据采集仪。
[0006]进一步地，所述制冷剂为R134a。
[0007]进一步地，所述温度传感器包括设置于喷雾腔体内用于检测制冷剂温度的第一温度传感器，所述压力传感器包括设置于喷雾腔体内用于采集喷雾腔体内制冷剂压力的第一压力传感器。
[0008]进一步地，所述温度传感器还包括设置于喷雾腔体内用于采集动力电池顶端与四个侧面表面温度的第二温度传感器。
[0009]进一步地，所述喷管设有自进口端起直径逐渐减小的喷孔。
[0010]一种大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统的冷却方法，包括以下步骤：S1、获取动力电池的表面温度T
w
，当表面温度T
w
超出动力电池工作温度要求后，启动压缩机；S2、制冷剂依次经压缩机升压和冷凝器降温作用后，再经节流阀节流降压后喷入喷雾腔体，雾化相变吸收动力电池的散热；S3、监测动力电池的表面温度，当表面温度处于动力电池工作温度要求内，关闭压缩机。
[0011]进一步地，S2中获取冷凝器中冷却水吸收制冷剂的换热量Q，依据换热量Q调节节流阀的开度。
[0012]进一步地，换热量Q的获取过程为：获取冷凝器冷凝水的流量m、冷凝水器的进水温度T
in
和出水温度T
out
、以及压缩机的功耗Qs，计算出换热量Q：；式中：c
p
为冷凝水的比热容。
[0013]进一步地，节流阀的开度调节过程为：获取喷雾腔体中制冷剂喷雾的温度T
g
、动力电池的换热面积A以及表面温度T
w
，得出动力电池的产热量Q
’
，调节节流阀的开度使产热量Q
’
等于换热量Q。
[0014]进一步地，S1中，动力电池的表面温度T
w
为动力电池顶端与四个侧面共五个温度点值的均值。
[0015]本专利技术的有益效果：1.本专利技术的大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统通过设置压缩机、冷凝器、节流阀和喷雾腔体构成对动力电池冷却的制冷剂循环回路，利用制冷剂的相变喷雾对动力电池进行冷却，通过制冷剂的相变潜热吸收动力电池的表面热量从而降低电池表面的温度，该方法散热能力强，可应对高温、快充等大功率锂离子动力电池的热管理需求，在保证动力电池处于安全工作状态的同时，尽可能保证动力电池处于健康工作状态。
[0016]2.本专利技术的大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统所使用的制冷剂为R134a，其冷却效率高，粘度低不易粘附壁面且潜热值大，使用少量制冷剂就能达到同等降温效果，能够完全满足高温、快充等棘手的动力电池热管理需求。
[0017]3.本专利技术的大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统均温性好，制冷剂喷进腔体后直接雾化弥散在整个蒸发腔内，能够对动力电池的降温速率以及均温性进行控制，在保证动力电池处于安全工作状态的同时，尽可能保证动力电池处于健康工作状态，延长动力电池循环寿命。
[0018]4.本专利技术的大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统能够计算制冷剂换热量以及动力电池的换热量，为大功率锂离子动力电池组瞬时放热提供制冷剂喷雾调节，更好地实现大功率锂离子动力电池组瞬时放热的热管理。
[0019]附图说明：
图1为实施例所提供一种大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统的系统示意图；图2为喷雾腔体的结构示意图；图3为喷管的结构示意图；图4为动力电池的温度测点分布示意图。
[0020]图中标记：1、喷雾腔体，2、动力电池，3、喷管，4、第一阀门，5、第二阀门，6、气液分离器，7、压缩机，8、冷凝器，9、第三阀门，10、恒温槽，11、水泵，12、流量计，13、第四阀门，14、储液罐，15、第五阀门，16、过滤器，17、节流阀，18、直流电源，19、数据采集仪，20、计算机。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明，在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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专利技术和简化描述，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专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0022]如前所述，动力电池的产热与不同倍率充放电特性相关，充放电倍率越大，产热越多，而对于大功率锂离子动力电池组，应用时的瞬时充放电倍率对热量管理影响更大，传统采用空冷或液冷进行散热在针对大功率动力电池瞬时产热量增加时，无法及时的做出反馈，使得现有的空冷和液冷散热不能实现预期的散热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统，其特征在于，包括喷雾系统、冷凝系统以及数据采集系统：喷雾系统包括压缩机（7）、冷凝器（8）、储存有制冷剂的储液罐（14）、过滤器（16）、节流阀（17）、用于放置动力电池（2）的喷雾腔体（1）、以及气液分离器（6），压缩机（7）、冷凝器（8）、储液罐（14）、过滤器（16）、节流阀（17）、喷雾腔体（1）以及气液分离器（6）依次管道连接形成制冷剂循环通道，喷雾腔体（1）内设有用于在节流阀（17）作用下使制冷剂相变对动力电池（2）吸热的喷管（3）；冷凝系统包括回路连接所述冷凝器（8）形成水循环通道的恒温槽（10）、回路中设有水泵（11）和流量计（12）；数据采集系统包括设置于制冷剂循环通道以及水循环通道中的温度传感器和设置于冷剂循环通道中的压力传感器，连接温度传感器和压力传感器设有用于收集温度、压力信息的数据采集仪（19）。2.如权利要求1所述的一种大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统，其特征在于，所述制冷剂为R134a。3.如权利要求1所述的一种大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统，其特征在于，所述温度传感器包括设置于喷雾腔体（1）内用于检测制冷剂温度的第一温度传感器，所述压力传感器包括设置于喷雾腔体（1）内用于采集喷雾腔体（1）内制冷剂压力的第一压力传感器。4.如权利要求3所述的一种大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统，其特征在于，所述温度传感器还包括设置于喷雾腔体（1）内用于采集动力电池（2）顶端与四个侧面表面温度的第二温度传感器。5.如权利要求1所述的一种大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统，其特征在于，所述喷管（3）设有自进口端起直径逐渐减小的喷孔。6.如权利要求1
‑
5任一项所述大功率锂离子动力电池组喷雾冷却系统的冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁坤峰，孙权，高春艳，张云朋，冯长振，董彬，周训，冯业，刘大永，曹勇，任岘乐，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：