CN102790191B - 电池外部环境温度控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动汽车或混合动力汽车领域，公开了一种电池外部环境温度控制装置及方法，通过控制电池外箱体内部温度，确保电池内箱体进风口温度在合理的范围内，从而有效地控制电池的温度，实现电池工作在最佳的工作温度范围；并且，中央控制系统根据外界温度的变化，采用直接将外界空气通入电池外箱体内部、对电池外箱体进行加热、或者利用电池外箱体冷却单元通入电池外箱体内部低温空气，从而实现对电池的加热或冷却，使其工作在最佳温度范围内；上述装置结构简单，控制方法简便易行，既保护了电池，又确保了电动汽车或混合动力汽车的运行安全。

Description

电池外部环境温度控制装置及方法

技术领域

本发明涉及电动汽车或混合动力汽车领域，特别是涉及一种电池外部环境温度控制装置及方法。

背景技术

电动汽车或混合动力汽车采用动力电池系统作为能量源，动力电池在充电或放电过程中，会产生大量的热量，这些热量将电池温度升高，电池温度较高将会降低电池寿命和电池充放电效率；并且，电池在低温环境下工作时，充电效率和放电效率都很低，不能满足整车对电池的充电和放电要求。

为提高动力电池充放电效率，需要保证动力电池在一定的温度范围内工作，通常在电池箱体内部设计电池冷却系统，实现对电池箱体内部温度循环控制。电池冷却系统主要由进风道、出风道、冷却风道、冷却风扇及控制系统组成。这种电池冷却系统实现了电池箱体内部温度循环，从而带走电池本体的热量。但这种方案受外部环境温度影响，如果外部环境温度较高或较低时，进入电池箱体的空气温度也会较高或较低，不能合理地实现对电池的冷却或加热。

传统电池系统的热管理系统主要功能是实现对电池包内部温度循环，当外部环境温度较高或较低时，不能实现对电池冷却或加热，导致电池在高温或低温环境下无法正常工作。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何有效控制动力电池的温度，使动力电池处于其工作所需的正常温度范围内。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电池外部环境温度控制装置，其包括：

电池外箱体单元，设置在所述电池外部，将所述电池密封在所述电池外箱体单元内部；

温度传感器单元，包括若干个温度传感器，分别设置在所述电池上、所述电池外箱体单元内部和所述电池外箱体单元外部，以实时测量电池本体温度、电池外箱体内部温度和电池外箱体外部温度；

外箱体加热单元，设置在所述电池外箱体单元内部或外部，对电池外箱体单元内部空气加热；

外箱体冷却单元，与所述电池外箱体单元相连，以降低电池外箱体单元内部空气温度；

中央控制单元，分别与所述电池外箱体单元、温度传感器单元、外箱体加热单元和外箱体冷却单元相连，以根据温度传感器单元测得的温度数据控制电池外箱体单元内部的空气循环、以及外箱体加热单元或外箱体冷却单元工作。

其中，所述外箱体加热单元包括设置在电池外箱体单元外部的加热层，以及与所述加热层相连的温度控制模块。

其中，所述外箱体冷却单元包括设置在电池外箱体单元上的进风扇，以及与所述进风扇相连通的空调冷却管路。

其中，所述加热层采用PTC材料制作。

其中，所述电池外箱体单元上开设有进风口和出风口，该进风口上设置有进风扇。

其中，所述电池外箱体单元上进风口外部设置有空气过滤网。

其中，所述电池外部设置有电池内箱体，所述电池内箱体位于所述电池外箱体单元内部，所述电池内箱体上开设有进风口和出风口。

其中，所述电池外箱体单元进风口上设置的进风扇与所述中央控制单元相连，由中央控制单元控制其开启或关闭。

本发明还提供了一种使用上述装置的电池外部环境温度控制方法，其包括以下步骤：

S1：读取电池本体温度T1；

S2：判断是否T_low≤T1≤T_high；若是，转向步骤S1；若否，转向步骤S3；

其中，T_low和T_high分别为电池正常工作的温度下限和温度上限；

S3：读取电池外箱体外部温度T3，判断是否T_low＜T3＜T_high，若是，转向步骤S4；若T1＜T_low且T3≤T_low，转向步骤S5；若T1＞T_high且T3≥T_high，转向步骤S6；

S4：启动电池外箱体单元进风口进风扇，将外部环境空气抽入电池外箱体单元；

S5：启动电池外箱体加热单元，对电池外箱体单元内部空气进行加热；

S6：启动电池外箱体冷却单元，对电池外箱体单元内部空气进行冷却。

其中，所述步骤S4、S5和S6之后均包括以下步骤：

S7：读取电池外箱体内部温度T2；

S8：判断是否T2≤(T_high-5)或T2≥(T_low+5)，若否，转向步骤S7；若是，当T2≤(T_high-5)时，转向步骤S9；当T2≥(T_low+5)时，转向步骤S10；

S9：关闭电池外箱体单元进风口进风扇或电池外箱体冷却单元，并转向步骤S1；

S10：关闭电池外箱体单元进风口进风扇或电池外箱体加热单元，并转向步骤S1。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的电池外部环境温度控制装置及方法，通过控制电池外箱体内部温度，确保电池内箱体进风口温度在合理的范围内，从而有效地控制电池的温度，实现电池工作在最佳的工作温度范围；并且，中央控制系统根据外界温度的变化，采用直接将外界空气通入电池外箱体内部、对电池外箱体进行加热、或者利用电池外箱体冷却单元通入电池外箱体内部低温空气，从而实现对电池的加热或冷却，使其工作在最佳温度范围内；上述装置结构简单，控制方法简便易行，既保护了电池，又确保了电动汽车或混合动力汽车的运行安全。

附图说明

图1是本发明实施例的电池外部环境温度控制装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的电池外部环境温度控制方法的流程图。

其中，1：电池；2：电池内箱体；3：电池外箱体；4：加热层；5：第一温度传感器；6：第二温度传感器；7：第三温度传感器；8：电池内箱体进风口；9：电池内箱体出风口；10：电池外箱体进风口；11：电池外箱体出风口；12：空调冷风进风口；13：空气过滤网。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明鉴于外部环境温度较高或较低时，不能实现对电池冷却或加热，导致电池在高温或低温环境下无法正常工作的问题，提供了一种电池外部环境温度控制装置，通过控制电池箱体外部环境温度，确保电池箱体进风口温度在合理的范围内，从而有效地控制电池的温度，实现电池工作在最佳的工作温度范围内。

电池外部环境温度控制装置主要包括：电池外箱体单元，设置在电池外部，为电池提供一个封闭的外部环境空间，该封闭空间能够快速实现对电池外部环境温度的控制，减少温度控制所需的功耗；温度传感器单元，包括若干个温度传感器，分别设置在电池上、电池外箱体单元内部和电池外箱体单元外部，以实时测量电池本体温度、电池外箱体内部温度和电池外箱体外部温度；外箱体加热单元，设置在电池外箱体单元内部或外部，对电池外箱体单元内部空气加热，当电池本体温度较低时，加热单元启动加热电池外箱体单元内部空气，该部分被加热的空气进入电池周围，起到加热电池本体的作用；外箱体冷却单元，与电池外箱体单元相连，以降低电池外箱体单元内部空气温度，当电池本体温度较高时，启动冷却单元产生低温空气，通入电池周围以高效冷却电池；以及中央控制单元，分别与上述各个单元相连，根据温度传感器单元测得的温度数据控制电池外箱体单元内部的空气循环、以及外箱体加热单元或外箱体冷却单元工作。

本发明提供的电池外部环境温度控制装置的一个实施例的结构示意图如图1所示，电池1外部具有电池内箱体2，电池固定安装在电池内箱体2内部，电池内箱体2上开设有电池内箱体进风口8和电池内箱体出风口9，以实现电池内箱体2内的空气循环。电池内箱体2外部设置有电池外箱体3，电池外箱体3上开设有电池外箱体进风口10和电池外箱体出风口11，以实现电池外箱体3内的空气循环。在电池外箱体进风口10外部还设置了空气过滤网13，对进入电池外箱体3内部的空气进行过滤，保证电池外箱体3内部的清洁度。

为了实现低温时对电池1的加热，在电池外箱体3外壁上设置有加热层4。加热层4采用PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)材料制作，PTC材料为正温度系数热敏材料，它具有电阻率随温度升高而增大的特性，如果通过PTC材料的电流较高，它的发热功率大于散热功率，此时PTC材料的温度将开始不断升高，同时PTC材料中的聚合物基体开始膨胀，这使炭黑颗粒分离，并导致电阻上升，从而非常有效地降低了电路中的电流，但是此时电路中仍有很小的电流通过，这个电流使PTC材料维持足够温度从而保持在高电阻状态。使用温度控制模块控制PTC材料对电池外箱体3进行加热，既节能，又能实现电池外箱体3的快速升温。

为了实现高温时对电池1的冷却，在电池外箱体3上开设了空调冷风进风口12，空调冷风进风口12的数目根据电池1所需要的冷却速度而定，本实施例中设置了两个空调冷风进风口12，空调冷风进风口12连接外箱体冷却单元，具体包括设置在空调冷风进风口12处的进风扇(图中未示出)，以及与进风扇相连通的空调冷却管路，由空调提供低温气体，由进风扇抽入电池外箱体3内部，对电池进行快速冷却。

为了有效控制外箱体加热单元和外箱体冷却单元对电池的加热和冷却，在电池1上、电池外箱体3内部和电池外箱体进风口10处分别设置了第一温度传感器5、第二温度传感器6和第三温度传感器7，以分别实时测量电池1、电池外箱体3内部和电池外箱体3外界空气的温度。将各个传感器测得的温度数据传递给中央控制单元，由中央控制单元控制各部分的工作，实现电池1处于其工作所需的最佳温度范围内。

使用上述实施例所述的装置对电池外部环境温度进行控制的方法的流程图如图2所示，其具体包括以下步骤：

S1：读取电池本体温度T1，电池本体温度T1由第一温度传感器5测得；

S2：判断是否T_low≤T1≤T_high；若是，转向步骤S1；若否，转向步骤S3；

其中，T_low和T_high分别为电池正常工作的温度下限和温度上限；不同的电池，其正常工作的温度上、下限不同，但是都会由明确的限定，以确保电池的使用寿命和正常工作；

S3：读取电池外箱体外部温度T3，判断是否T_low＜T3＜T_high，若是，转向步骤S4；若T1＜T_low且T3≤T_low，转向步骤S5；若T1＞T_high且T3≥T_high，转向步骤S6；电池外箱体外部温度T3由第三温度传感器7测得；

S4：启动电池外箱体单元进风口进风扇，将外部环境空气抽入电池外箱体单元；该步操作由中央控制单元控制执行，因外界空气温度处于电池正常工作温度范围内，所以将外界空气抽入电池外箱体单元内部，即能对电池换热，实现对电池的加热或冷却，以保证其工作在正常温度范围内；

S5：启动电池外箱体加热单元，对电池外箱体单元内部空气进行加热；该步操作由中央控制单元控制执行，中央控制单元控制温度控制模块对加热层的PCT材料通电，使其快速升温，以提高外箱体3内的空气温度，高温空气进入电池内箱体2内部，对电池加热；

S6：启动电池外箱体冷却单元，对电池外箱体单元内部空气进行冷却；该步操作由中央控制单元控制执行，中央控制单元控制空调制冷，并启动空调冷风进风口12处的进风扇，将低温空气抽入外箱体3内部，低温空气进入电池内箱体2内部，冷却电池。

步骤S4、S5和S6之后均包括以下步骤：

S7：读取电池外箱体内部温度T2，电池外箱体内部温度T2由第二温度传感器6测得；

S8：判断是否T2≤(T_high-5)或T2≥(T_low+5)，若否，转向步骤S7；若是，当T2≤(T_high-5)时，转向步骤S9；当T2≥(T_low+5)时，转向步骤S10；

S9：关闭电池外箱体单元进风口进风扇或电池外箱体冷却单元，并转向步骤S1；

S10：关闭电池外箱体单元进风口进风扇或电池外箱体加热单元，并转向步骤S1。

上述步骤S9和S10由中央控制单元控制执行。电池1需要降温时，外箱体3内部温度不高于(T_high-5)时，即可关闭低温气体源，利用电池外箱体3内的低温气体循环对电池1持续降温，使其达到正常工作温度范围；电池1需要升温时，外箱体3内部温度不低于(T_low+5)时，即可关闭高温气体源，利用电池外箱体3内的高温气体循环对电池1持续升温，使其达到正常工作温度范围。该种控制方式，既节省了能源，又保证了电池始终处于正常工作温度范围，不会因加热或冷却而使其再次超出正常工作温度范围。

由以上实施例可以看出，本发明实施例通过控制电池外箱体内部温度，确保电池内箱体进风口温度在合理的范围内，从而有效地控制电池的温度，实现电池工作在最佳的工作温度范围；并且，中央控制系统根据外界温度的变化，采用直接将外界空气通入电池外箱体内部、对电池外箱体进行加热、或者利用电池外箱体冷却单元通入电池外箱体内部低温空气，从而实现对电池的加热或冷却，使其工作在最佳温度范围内；上述装置结构简单，控制方法简便易行，既保护了电池，又确保了电动汽车或混合动力汽车的运行安全。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.电池外部环境温度控制装置，其特征在于，包括：

电池内箱体，设置在电池外部，所述电池内箱体上开设有进风口和出风口；

电池外箱体单元，设置在所述电池内箱体外部，所述电池内箱体密封在所述电池外箱体单元内部，所述电池外箱体单元上开设有进风口和出风口；

温度传感器单元，包括若干个温度传感器，分别设置在所述电池上、所述电池外箱体单元内部和所述电池外箱体单元外部，以实时测量电池本体温度、电池外箱体内部温度和电池外箱体外部温度；

外箱体加热单元，用于对电池外箱体单元内部空气加热，所述外箱体加热单元包括设置在电池外箱体单元外部的加热层，以及与所述加热层相连的温度控制模块；

外箱体冷却单元，用于降低电池外箱体单元内部空气温度，所述外箱体冷却单元包括设置在电池外箱体单元的进风口上的进风扇，以及与所述进风扇相连通的空调冷却管路；

中央控制单元，分别与所述电池外箱体单元、温度传感器单元、外箱体加热单元和外箱体冷却单元相连，以根据温度传感器单元测得的温度数据控制电池外箱体单元内部的空气循环、以及外箱体加热单元或外箱体冷却单元工作。

2.如权利要求1所述的电池外部环境温度控制装置，其特征在于，所述加热层采用PTC材料制作。

3.如权利要求1所述的电池外部环境温度控制装置，其特征在于，所述电池外箱体单元上进风口外部设置有空气过滤网。

4.如权利要求1所述的电池外部环境温度控制装置，其特征在于，所述电池外箱体单元进风口上设置的进风扇与所述中央控制单元相连，由中央控制单元控制其开启或关闭。

5.基于权利要求1-4中任一项所述装置的电池外部环境温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：读取电池本体温度T1；

S2：判断是否T_low≤T1≤T_high；若是，转向步骤S1；若否，转向步骤S3；

其中，T_low和T_high分别为电池正常工作的温度下限和温度上限；

S3：读取电池外箱体外部温度T3，判断是否T_low<T3<T_high，若是，转向步骤S4；若T1<T_low且T3≤T_low，转向步骤S5；若T1>T_high且T3≥T_high，转向步骤S6；

S4：启动电池外箱体单元进风口进风扇，将外部环境空气抽入电池外箱体单元；

S5：启动电池外箱体加热单元，对电池外箱体单元内部空气进行加热；

S6：启动电池外箱体冷却单元，对电池外箱体单元内部空气进行冷却。

6.如权利要求5所述的电池外部环境温度控制方法，其特征在于，所述步骤S4、S5和S6之后均包括以下步骤：

S7：读取电池外箱体内部温度T2；

S8：判断是否T2≤(T_high-5)或T2≥(T_low+5)，若否，转向步骤S7；若是，当T2≤(T_high-5)时，转向步骤S9；当T2≥(T_low+5)时，转向步骤S10；

S9：关闭电池外箱体单元进风口进风扇或电池外箱体冷却单元，并转向步骤S1；

S10：关闭电池外箱体单元进风口进风扇或电池外箱体加热单元，并转向步骤S1。