CN103618121B - 一种动力电池热管理结构及热管理方法 - Google Patents

Abstract

一种动力电池热管理结构，该动力电池是多个具有独立热管理结构的电池模块所组成，电池单体有间隔地布置在电池模块热管理风道框架内，框架采用封装形式，两端设置可拆卸的进、出风口，进风口安装有进风叶片，进风叶片可根据电池温度高低由微型电机控制其开度，在电池模块内布置温度传感器，监控电池温度变化，将温度信号反馈给控制单元，以对电池温度形成闭环控制。本发明提出了一种单个模块的热管理结构，该结构简单且控制原理简易，集成可操作性高，同时克服了由于电池包结构及空间限制导致整体热管理效果不均衡，影响电池使用性能的问题。

Description

一种动力电池热管理结构及热管理方法

技术领域

本发明涉及动力电池热管理技术领域。

背景技术

随着新能源汽车行业的迅速壮大，越来越多的核心技术研发开始由整车转向新能源技术特别是动力电池领域。但就目前发展现状来看，动力电池在应用中存在许多技术瓶颈，从而制约着新能源汽车的快速发展。

动力电池作为新能源汽车的主要动力供给，其对工作环境的要求苛刻。由于自身化学反应限制，动力电池特别是锂离子电池在环境温度低于0℃时，存在电池内阻过大，放电功率较低且无法正常充电的问题；当电池周围环境温度高于60℃时，动力电池内部化学反应加速，又会影响电池寿命，并存在起火、爆炸等安全问题。

另外，由于整车需求，动力电池需提供更大的输出功率，这就需要将多个电池单体集成为电池模块，更多的，需将电池模块连接，构成一个电池包为整车提供动力。但由于电池包结构及空间限制，电池模块采用风冷散热时存在冷却死角，同时，进入电池模块的风量有较大差别，各模块的生热及散热环境不同，导致各电池模块在不同环境温度下工作，从而使模块间的温差更会急剧加大，这种模块间的温差引起电池性能的不一致性，最终影响整个电池包的性能及寿命。

因此，在电池包结构及空间的限制下，还能够使电池工作在其合适的温度范围内，并尽量减小或消除电池模块间温度差异的方法需要被提出来。但目前动力电池的热管理结构更多的是针对整个电池包的热管理控制，为更显著的提高模块间的温度均衡性，对单个模块的热管理结构及工作方法尚未被提及。

发明内容

本发明提供一种动力电池热管理结构及其方法，目的是为了电池工作在其合适的工作范围内，降低电池性能不一致的可能，减小或消除由于单个模块所引起的温度差异，延长动力电池的使用寿命，保证电池系统的安全，同时，采用模块化热管理设计，消除因空间限制带来的风冷死角。

本发明的技术方案如下：

一种动力电池热管理结构，该动力电池是多个具有独立热管理结构的电池模块所组成，所述电池模块由多个电池单体组成，各个电池单体之间通过线束或铜排进行电连接。

具体地，具有独立热管理结构的电池模块还包括有电池模块热管理风道框架、温度传感器、进风叶片、控制单元。

所述电池单体有间隔地布置在电池模块热管理风道框架内，电池模块热管理风道框架采用封装形式，两端设置可拆卸的进、出风口，以方便电池模块与热管理风道框架的封装。其中进风口安装有进风叶片，进风叶片可根据电池温度高低由微型电机控制其开度，出风口一方面为电池模块与外界连接提供连接空间，另一方面同进风口形成电池模块冷却风道；在电池模块内布置温度传感器，以便实时监控电池温度变化，其工作时将所采集的温度信号反馈给控制单元，以对电池温度形成闭环控制。

特别地，所述进风叶片设置在电池模块进风口处，由多个叶片串联而成，该叶片可根据电池温度高低由微型电机控制其开度，从而将整车提供给电池包的冷风引入电池模块内，以均匀冷却各个电池单体。

所述控制单元集成有电池管理系统(BMS)及微型电机，其根据反馈的温度信号控制微型电机开启及调节进风叶片角度，从而保证电池在适宜的温度下工作，提高电池的使用寿命。

采用以上多个具有独立热管理结构的电池模块组成电池包，各电池模块相互连接以形成电回路，各模块之间需根据安装需求留有装配空间，该电池包的温度均衡性将得到显著提高。

进一步地，本发明提出了以上动力电池热管理结构的热管理方法，其方法如下：

当汽车在低温环境下启动或进行充电时，由于动力电池，特别是锂离子电池无法正常工作，因此需对电池包进行提前预热。本发明中所述控制单元将进入加热模式，在电池模块周围形成高温场，以保证电池在允许工作范围内进行充放电，为电池性能安全提供保障。加热模式具体描述为：由微型电机控制进出风叶片闭合，为电池模块预热提供相对密封环境，当电池模块环境温度达到电池允许最低工作温度时，预热停止，电池包进入正常充放电工作环境。

当汽车在正常工作时，动力电池放电功率在额定范围内，为保证动力电池放电所产生的热量可控，需对电池包进行冷却。本发明中所述控制单元根据电池单体上的温度控制进风叶片的开度，将整车空调冷却风引入电池模块，以使电池在适宜的温度下工作，同时进风叶片的开度主动调节进风风量的大小，补偿电池包由于结构或空间因素导致电池模块散热不良，温度差异过大的问题。

通过以上技术方案，本发明可根据电池的温度，在低温时对电池包进行提前预热，在温度过高时对电池包进行均匀散热，保证电池在适宜的温度范围内进行充放电，同时保证电池模块间的温度均衡，为动力电池正常工作提供技术保障，同时降低电池的使用风险，提高电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的动力电池热管理结构示意图；

图2为本发明提供的一种动力电池热管理结构实施例1示意图；

图3为本发明提供的一种动力电池热管理结构实施例2示意图；

图4为本发明提供的一种动力电池热管理结构实施例3示意图；

图5为本发明提供的一种动力电池热管理结构控制框图。

具体实施方式

以下将参照附图及实施例对本发明进行描述。

本发明所述的动力电池包含多个具有独立热管理结构的电池模块，同时不排除有其他电气单元。如图1所示，本发明所述的动力电池热管理结构主要包括：电池单体1、电池模块热管理风道框架2、温度传感器3、进、出风叶片4及控制单元5。

参见图5，控制单元5集成有BMS及微型电机等，其目的控制预热模式及进风叶片(也可以同时安装出风叶片)开度，为动力电池提供预热或冷却。具体地，所述温度传感器采集到的电池温度与进、出风叶片的开度成比例关系，控制单元接受到所述温度传感器信号并对其进行运算，并根据计算出的结果控制微型电机对进、出风叶片的开度进行精确控制。

所述电池模块具有独立热管理结构，其不产生因为电池包的结构限制而导致散热不均、模组间温差过大的问题。本发明中所述的热管理结构可根据电池包内各模块的温度进行冷却风量调节，减小由温差不一致引起的模组性能不一致的可能性。且本发明针对电池在高低温不同环境温度下，由控制单元控制热管理系统对电池进行预热或冷却，保证电池在适宜的温度下正常工作。

实施例1，参见图2，当汽车在低温环境下启动或进行充电时，由于动力电池，特别是锂离子电池无法正常工作，因此需对电池包进行提前预热。特别地，此时控制单元5发送指令至微型电机控制进、出风叶片4闭合，所述的热管理结构为电池模块预热提供相对密封环境，以在短时间内得到更好的加热效果。当电池模块环境温度达到电池允许最低工作温度时，预热模式停止，此时，电池包进入正常充放电工作环境。

实施例2，参见图3，当汽车在匀速行驶或怠速时，整车对动力需求不高，电池放电功率在较低范围内，电池放电所产生的热量不高，此时，控制单元5根据温度传感器3反馈的信号进行相应计算，并依据计算结果发送指令控制微型电机动作，以使进出风叶片4定位在指定开度，从而使对电池模块的进风风量得到控制，以防止由空间引起的进风风量不均衡而导致的电池模块间散热不均的问题发生，保证动力电池在均匀的温度在工作，同时更好的保证电池的散热均匀性。

实施例3，参见图4，当汽车在高速行驶或爬坡时，整车需要电池包有较高的输出功率，此时电池需高倍率放电，由于电池在高倍率放电时加速电池内部化学反应速率，短时间内产生的热量急剧增加，控制单元5根据温度传感器3反馈的信号进行相应计算，并控制微型电机动作，以使进、出风叶片4定位在较大开度，以使电池包内的冷却风最大限度的进入电池模块内对电池单体1进行冷却散热，保证电池在允许工作温度范围内使用，提高电池的使用性能。

需要说明的是，本发明所述的热管理结构中，进出风叶片为可调叶片，叶片的开度可根据电池模块内温度进行调节。同时，所述热管理结构的进出风口形式及加热形式不限，进、出风叶片4可根据实际需要选择安装。特别地，热管理风道框架底面上设计有电池单体安装槽，该槽的空间可根据单体尺寸进行调节，同时该结构也可提供单体散热间隙，增加电池模块中各单体热交换面积。

本发明所述的热管理结构尤其适用于动力电池空间局限，导致电池模块温度场不均的情况。同时，所述的热管理结构可根据电池模块所处的空间位置及动力电池风道进行进、出风口的调节或转换。

从以上描述可看出，本发明在现有电池包对电池模块进行整体热管理的基础上，提出了一种单个模块的热管理结构，该结构简单且控制原理简易，集成可操作性高，同时克服了由于电池包结构及空间限制导致整体热管理效果不均衡，影响电池使用性能的问题。

以上已参照附图和实施例对本发明进行了详细描述，但是，应该理解，本发明并不限于以上所公开的具体实施例，任何基于本说明书所公开的技术方案的变型都应包括在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种动力电池热管理结构，包括电池包，所述电池包内包含多个电池模块，各电池模块相互连接以形成电回路，各模块之间需根据安装需求留有装配空间；所述电池模块由多个电池单体组成，各个电池单体之间通过线束或铜排进行电连接；

其特征在于：电池包内的每个电池模块均具有独立的热管理结构，其包括电池模块热管理风道框架、温度传感器、进出风叶片、控制单元；所述电池单体有间隔地布置在电池模块热管理风道框架内，电池模块热管理风道框架采用封装形式，两端设置可拆卸的进、出风口，其中进风口安装有进风叶片，进风叶片可根据电池温度高低由微型电机控制其开度，出风口一方面为电池模块与外界连接提供连接空间，另一方面同进风口形成电池模块冷却风道；在电池模块内布置温度传感器，工作时将所采集的温度信号反馈给控制单元，以对电池温度形成闭环控制；所述控制单元集成有电池管理系统(BMS)及微型电机，电池管理系统根据反馈的温度信号控制微型电机开启、关闭进出风叶片及调节叶片角度。

2.根据权利要求1所述的动力电池热管理结构，其特征在于，所述出风口安装有出风叶片。

3.权利要求1或2所述的动力电池热管理结构的热管理方法，其方法如下：

当汽车在低温环境下启动或进行充电时，需对电池包进行提前预热，控制及执行单元发送指令至微型电机，控制进风叶片闭合，为电池模块预热提供相对密封环境，当电池模块环境温度达到电池允许最低工作温度时，预热停止，电池包进入正常充放电工作环境；

当汽车在正常工作时，所述控制单元根据温度传感器反馈的温度信号进行计算，并依据计算结果发送指令控制微型电机动作，控制进风叶片的开度，将冷却风引入电池模块，以使电池在适宜的温度下工作，同时进风叶片的开度主动调节进风风量的大小，补偿电池包由于结构或空间因素导致电池模块散热不良，温度差异过大的问题。

4.根据权利要求3所述的热管理方法，所述正常工作分为如下两种情况：

当汽车在匀速行驶或怠速时，电池放电所产生的热量不高，控制单元根据温度传感器反馈的信号进行计算，并依据计算结果发送指令控制微型电机动作，使进风叶片定位在指定开度，从而使对电池模块的进风风量得到控制，保证动力电池在均匀的温度中工作；

当汽车在高速行驶或爬坡时，控制单元根据温度传感器反馈的信号进行计算，并控制微型电机动作，使进风叶片定位在较大开度，以使电池包内的冷却风最大限度的进入电池模块内对电池单体进行冷却散热，保证电池在允许工作温度范围内使用。