船用电池全气候浸没式热管理系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种船用电池全气候浸没式热管理系统及其控制方法，属于电池散热技术领域。储能电池箱浸没在船舶上的压载水舱中以为其提供一个相对稳定的环境条件，电池箱壳体的夹层内可灌注冷却液或者空气以对在极端高温或低温环境下工作的电池箱分别起到强化和削弱传热的作用；换热模块可根据反馈的温度信息对喷淋液进行换热预处理以起到降低能耗的作用；极耳控温模块是通过喷淋降温的模式对电池极耳处进行强化传热。该系统综合考虑电池极耳和电池底部散热问题，耦合喷射冷却和液冷两种方式对电池组模块进行热管理，充分考虑船舶航行至不同海域时的全气候适应问题，通过系统控制，使得船用电池的热均匀性有效提升。使得船用电池的热均匀性有效提升。使得船用电池的热均匀性有效提升。

【技术实现步骤摘要】
船用电池全气候浸没式热管理系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及电池散热
，具体涉及一种船用电池全气候浸没式热管理系统及控制方法。

技术介绍

[0002]纯电动船舶具有绿色环保、零污染、安全以及使用成本低等优点；此外，纯电动船舶的结构简单、运行稳定、维护成本低，更适应未来环保趋势。但是，船用电池在受到撞击和应对高温等极端情况时性能不稳定现象频发，时有自燃问题出现，纯电动船舶的快速发展仍需要突破电池热管理的技术瓶颈。
[0003]目前，锂离子电池热管理技术主要包括空气冷却/加热、液体冷却/加热、热管和相变材料冷却/加热几种方式。在空气电池热管理系统中，空气被用作冷却/加热介质来调节锂离子电池的温度，它的主要优点是结构简单，成本低，安全性高，其缺点是空气的导热系数和比热容较低进而导致空气和电池壁面之间的传热效率低，在高热流密度下的换热效果较差。热管冷却/加热的方式具有传热效率高的优势，但热管的布置需要与热源紧密贴合，因此增加了热管理系统的复杂性和重量。相变材料作为冷却/加热介质时，虽然换热效率较高，但是其导热系数低且重量大，限制了其在交通运输载体中的广泛应用。相比之下，液冷模式的传热性能优于空气，热管理系统的复杂性也相对较低，可操作性更强。但是传统的液冷管理系统在运行时均一性不高，难以保证电池电芯之间和电芯内部的温度一致性。
[0004]为了改善均一性的问题，中国专利CN 115425324 A公开一种喷溅浸没电池热管理系统以及控制方法，其在箱体内放置电池模组，将进水系统连通箱体，并在容纳腔内的进水管设置有多个喷射端，使得进水系统内的冷却液通过喷射端均匀的分布在箱体内。这样设计可使得电池模组浸泡在冷却液内，进而可增加电池的散热能力，有效提高电池热管理系统的管理效率。但是，该方案在实际运行时存在一个较为明显的问题：其将电池模组浸泡在水中达到控温的目的，水具有导电性，长期与电池间处于浸没式接触状态会有导电、漏电的风险，安全性较低。另外，该热管理系统主要运用在车辆电池的温度控制领域，如将该冷却系统直接运用到运载船舶上，由于船舶航线较长，在输运过程中常常会经历明显的气候变化，航段上的温度跨度大，该系统难以根据气候温度的极端变化做出适应性的调整，热管理效率不够理想；且单纯利用喷淋系统进行温度范围的调控对喷淋液的需求量过大，能源消耗高，不符合我国的战略国情。
[0005]针对上述问题可知，对电池热管理系统、尤其是运载船舶上的电池热管理系统进行更进一步地改进优化是极有必要的，主要目的是在保证船用电池正常工作的基础上，更为充分地考虑船舶在不同季节航行及航行至不同海域时如何能让电池热管理系统更好地做出适应性调控的问题，最大程度地保证船舶在全航线、全气候条件下运行时电池箱工作环境的稳定，弱化液相冷却本身存在的安全性问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种船用电池全气候浸没式热管理系统及其控制方法，经过适应性调控后，可在提升船用电池的热均匀性的同时有效降低系统能耗，且实现航线全包线的运行要求，有效提高系统安全性、稳定性和普适性。
[0007]为了实现上述技术目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：
[0008]一种船用电池全气候浸没式热管理系统，包括：储能电池箱，其浸没在船舶上的压载水舱中；电池模组，由若干个电池单体串联并封装在储能电池箱中；电池箱壳体，为双层且内部空心的结构，夹层内用于灌注冷却液或空气；循环水箱，用于向电池箱壳体的夹层空间内补充冷却液，循环水箱通过进水管和出水管与电池箱壳体的夹层内部连通、构成水循环通路；泄水储水箱，设在储能电池箱的下方，其与电池箱壳体的夹层间通过重力泄水管连通；第二温度传感器，设在储能电池箱底部，用于监测储能电池箱内排水温度。
[0009]进一步地，在进水管上顺着液体流向依次设有进水泵和第一电动阀，在出水管上顺着液体流向依次设有出水泵和第二电动阀。
[0010]进一步地，补水管与循环水箱连通，在补水管上顺着液体流向依次设有补水泵和第三电动阀。
[0011]进一步地，在重力泄水管上设有第四电动阀，泄水储水箱上连接有通气管。
[0012]进一步地，包括：喷淋进水管，其一端与循环水箱连通以获取喷淋用水、另一端伸入储能电池箱内部与喷淋支管相连通；排水管，其一端伸入储能电池箱内部、另一端与循环水箱连通。
[0013]进一步地，在喷淋进水管上顺着液体流向依次设有第一温度传感器、循环水泵和第五电动阀；在排水管上顺着液体流向依次设排水泵和第六电动阀。
[0014]进一步地，喷淋支管包括顶层喷淋管、底层喷淋管和纵向连接管；顶层喷淋管，一端与喷淋进水管连通、另一端与纵向连接管相连通，顶层喷淋管在电池的上端极耳高度处呈“S”型环绕各单体电池外周表面分布，在顶层喷淋管上设有数个喷淋孔，喷淋孔朝向相应位置处单体电池的上端极耳方向；底层喷淋管，一端与纵向连接管相连通、另一端封闭，底层喷淋管在电池的下端极耳高度处呈“S”型环绕各单体电池外周表面分布，在底层喷淋管上设有数个喷淋孔，喷淋孔朝向相应位置处单体电池的下端极耳方向。
[0015]进一步地，包括三股流换热器和余废热水回收箱；余废热水回收箱上分别连接有出热水管和热水回流管，出热水管和热水回流管的另一端分别与三股流换热器中的一根换热管的两端相连通，形成供热通道；三股流换热器中的另一根换热管的两端分别通过进海水管和排海水管与外界海水相连通；三股流换热器中的第三根换热管贯通连接在喷淋进水管上作为喷淋进水管的一段。
[0016]进一步地，在热水回流管上顺着液体流动方向依次设有回收泵和第七电动阀；在进海水管上顺着液体流向依次设有进海水泵、第八电动阀和过滤器，在排海水管上顺着液体流向依次设有排海水泵和第九电动阀。
[0017]上述船用电池全气候浸没式热管理系统的控制方法如下：
[0018]1)当第二温度传感器监测到储能电池箱中排水温度＞40℃，启动循环水泵并开启第五电动阀，液相介质经过喷淋进水管流入三股流换热器再流出；与此同时，第八电动阀、进海水泵、第九电动阀、排海水泵开启，海水在三股流换热器内与喷淋进水管中的液相介质
进行热交换，液相介质被冷却，此时的第七电动阀和回收泵处于关闭状态；被冷却的液相介质由喷淋进水管进入储能电池箱中的喷淋支管中并对电池极耳处进行喷淋散热，喷出的液相介质从排水管流出，回流至循环水箱并再次进入喷淋进水管形成闭式循环；
[0019]在喷淋散热的同时，进水泵、第一电动阀、出水泵和第二电动阀开启，淡水由进水管流入电池箱壳体的夹层中，再由出水管回流至循环水箱形成循环；
[0020]2)当第二温度传感器监测到储能电池箱中排水温度≥20℃且≤40℃，第八电动阀、进海水泵、第九电动阀、排海水泵、第七电动阀和回收泵关闭，喷淋进水管中流动的液相介质未经热交换直接用于喷淋，喷出的液相介质从排水管流出并回流至循环水箱；与此同时，进水泵、第一电动阀、出水泵和第二电动阀开启，淡水由进水管流入电池箱壳体的夹层中，再由出水管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船用电池全气候浸没式热管理系统，其特征在于，包括：储能电池箱，其浸没在船舶上的压载水舱中；电池模组，由若干个电池单体串联并封装在储能电池箱中；电池箱壳体，为双层且内部空心的结构，夹层内用于灌注冷却液或空气；循环水箱，用于向电池箱壳体的夹层空间内补充冷却液，循环水箱通过进水管和出水管与电池箱壳体的夹层内部连通、构成水循环通路；泄水储水箱，设在储能电池箱的下方，其与电池箱壳体的夹层间通过重力泄水管连通；第二温度传感器，设在储能电池箱底部，用于监测储能电池箱内排水温度。2.如权利要求1所述的一种船用电池全气候浸没式热管理系统，其特征在于，在进水管上顺着液体流向依次设有进水泵和第一电动阀，在出水管上顺着液体流向依次设有出水泵和第二电动阀。3.如权利要求1所述的一种船用电池全气候浸没式热管理系统，其特征在于，补水管与循环水箱连通，在补水管上顺着液体流向依次设有补水泵和第三电动阀。4.如权利要求1所述的一种船用电池全气候浸没式热管理系统，其特征在于，在重力泄水管上设有第四电动阀，泄水储水箱上连接有通气管。5.如权利要求1所述的一种船用电池全气候浸没式热管理系统，其特征在于，包括：喷淋进水管，其一端与循环水箱连通以获取喷淋用水、另一端伸入储能电池箱内部与喷淋支管相连通；排水管，其一端伸入储能电池箱内部、另一端与循环水箱连通。6.如权利要求5所述的一种船用电池全气候浸没式热管理系统，其特征在于，在喷淋进水管上顺着液体流向依次设有第一温度传感器、循环水泵和第五电动阀；在排水管上顺着液体流向依次设排水泵和第六电动阀。7.如权利要求5所述的一种船用电池全气候浸没式热管理系统，其特征在于，喷淋支管包括顶层喷淋管、底层喷淋管和纵向连接管；顶层喷淋管，一端与喷淋进水管连通、另一端与纵向连接管相连通，顶层喷淋管在电池的上端极耳高度处呈“S”型环绕各单体电池外周表面分布，在顶层喷淋管上设有数个喷淋孔，喷淋孔朝向相应位置处单体电池的上端极耳方向；底层喷淋管，一端与纵向连接管相连通、另一端封闭，底层喷淋管在电池的下端极耳高度处呈“S”型环绕各单体电池外周表面分布，在底层喷淋管上设有数个喷淋孔，喷淋孔朝向相应位置处单体电池的下端极耳方向。8.如权利要求5所述的一种船用电池全气候浸没式热管理系统，其特征在于，包括三股流换热器和余废热水回收箱；余废热水回收箱上分别连接有出热水管和热水回流管，出热水管和热水回流管的另一端分别与三股流换热器中的一根换热管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：施红，康传智，袁能霖，宋彩悦，郑人通，王锐，蔡玉飞，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：