CN106058368B - 一种智能锂电池工况管理系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种智能锂电池工况管理系统设有内部填充有散热介质的电池箱，电池箱内竖直设有多个放置腔，所述放置腔呈行列矩阵结构固定在电池箱底部，所述放置腔之间均具有间隙，所述电池箱顶部设有封盖，所述封盖上下垂有多根注液支管，所述注液支管延伸至每相邻四个放置腔中间的间隙内，所述电池箱底部设有出液管，每根所述注液支管上均设有支管阀且与注液总管连通，所述出液管通过散热泵连接汽车散热器输入端，所述散热器输出端连接注液总管；本系统使用安全可靠，对于锂电池使用环境可控性强，不仅能够可靠的降温，还能在低温环境下给予锂电池加热，保证锂电池的工况环境，提高锂电池的使用安全性、可靠性以及使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及对于锂电池环境温度控制领域。
背景技术
随着二十世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求，锂电池随之进入了大规模的实用阶段。由于锂电池存储量大、轻便耐用，被广泛的用于在各种电子产品上，而随着电动汽车的发展，锂电池也被大量的应用在电动汽车上，尤其汽车能耗大，并且使用环境差异较大，对于锂电池的使用环境提出了较高的要求，不仅需要在高温环境下给予锂电池合理可靠的降温，还能在低温环境下给予锂电池加热，让其能够在合适的温度下进行启动，然而目前缺乏这样一种对于锂电池环境调控的系统，制约了锂电池在汽车领域的应用与发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种能够合理可靠的对锂电池使用环境进行调控的系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：智能锂电池工况管理系统，系统设有内部填充有散热介质的电池箱，所述电池箱内竖直设有多个中空柱状的放置腔，所述放置腔呈行列矩阵结构固定在电池箱底部，所述放置腔之间均具有间隙，所述电池箱顶部设有封盖，所述封盖上下垂有多根注液支管，所述注液支管延伸至每相邻四个放置腔中间的间隙内，所述电池箱设有出液管，每根所述注液支管上均设有支管阀，且注液支管均与注液总管连通，所述出液管通过散热泵连接汽车散热器输入端，所述散热器输出端连接注液总管，所述出液管与电池箱连接部位设有出液阀，每个所述放置腔外壁上至少固定有四个温度传感器，同一个放置腔上的温度传感器位于该放置腔的不同高度，所述放置腔外壁缠绕有电加热丝。
所述电池箱底面为正方形，所述出液管设有四根，且分别位于电池箱每一侧底部的同一端。
所述放置腔内竖直叠放有多个电池单体，所述放置腔内壁与电池单体之间的间隙通过导热硅胶填充，相邻的所述放置腔之间通过竖直设置的导热条连接。
所述放置腔通过支撑结构固定在电池箱的底部，所述放置腔底部与电池箱的底部之间具有间隙。
所述电池箱的底部固定有制冷管排，所述制冷管排包括与汽车空调压缩机输入、输出端连通的冷凝管道、位于冷凝管道下表面的隔热层、以及位于冷凝管道上表面与冷凝管道管壁连接且延伸入电池箱内的散热针或散热片，所述冷凝管道进口和出口均设有阀门。
所述电池箱配有备用补液箱和循环泵，所述备用补液箱内填充有散热介质，所述补液箱固定在封盖上，所述补液箱底部通过安装有阀门的补液管与电池箱内连通，所述循环泵输入端通过管道连接电池箱上部、循环泵输出端通过管道连接电池箱下部，所述补液管和循环泵的管道上均设有阀门。
智能锂电池工况管理系统设有控制器，所述控制器接收电池箱和补液箱内的液位传感器的信号、以及每个所述温度传感器的信号，输出控制信号至支管阀、散热泵、出液阀、电加热丝驱动单元、循环泵、汽车空调控制单元、以及补液管和循环泵管道上的阀门。
基于所述智能锂电池工况管理系统的控制方法：
步骤1、系统上电启动，采集电池箱内液位信息；
若当前采集的电池箱液位值与上一次系统断电时存储的电池箱液位值差大于等于设定差值，或者当前采集的电池箱液位值小于等于设定的安全液位值，则报警并不允许向外电池箱内的电池向外供电，若当前采集的电池箱液位值与上一次系统断电时存储的液位值差小于设定差值，且当前采集的电池箱液位值大于设定的安全液位值，则执行下一步检测；
步骤2、采集电池箱内温度信息；
若当前温度低于启动温度，则通过加热装置提升电池箱内温度至启动温度后关闭加热装置，并执行下一步；若当前温度高于启动温度，则执行下一步检测；
步骤3、采集补液箱内液位信息；
若当前补液箱内液位小于等于设定值，则执行步骤7，并持续报警，若当前补液箱内液位大于设定值，则执行下一步；
步骤4、系统实时采集电池箱内温度和液位信息；
若当前温度高于设定的温度上限，则开启支管阀、散热泵和出液阀；若当前温度低于设定的温度下限，则关闭支管阀、散热泵和出液阀；所述温度上限大于温度下限；
若当前电池箱液位值小于设定的安全液位值，则持续报警并执行步骤6；
步骤5、人工关闭系统，记录当前电池箱内液位值，并关闭支管阀、散热泵和出液阀，或保持支管阀、散热泵和出液阀的关闭状态，结束；
步骤6、关闭支管阀、散热泵和出液阀，开启补液管上阀门至当前电池箱液位值大于设定的安全液位值；
步骤7、系统实时采集电池箱内液位信息和温度信息；
若当前电池箱液位值小于设定的安全液位值，则持续报警并在延时设定时间后，停止电池箱向外供电，结束；
若当前温度高于设定的温度上限，则开启汽车空调、冷凝管道进口和出口的阀门，并开启循环泵和循环泵管道上的阀门；
步骤8、人工关闭系统，记录当前电池箱内液位值，并关闭汽车空调、冷凝管道进口和出口的阀门，以及循环泵和循环泵管道上的阀门，结束。
步骤4方法中，开启支管阀、散热泵和出液阀后，每个注液支管周围的四个放置腔上所有的温度传感器作为一个温度探测组，每个温度探测组所采集温度的平均值与所有温度传感器的平均值比较，若温度探测组所采集的温度等于平均值，则与该温度探测组所对应的注液支管的支管阀开度为50％，若温度探测组所采集的温度高于平均值，则与该温度探测组所对应的注液支管的支管阀开度大于50％，且差值越大开度越大，若温度探测组所采集的温度低于平均值，则与该温度探测组所对应的注液支管的支管阀开度小于50％，且差值越大开度越小。
本系统使用安全可靠，对于锂电池使用环境可控性强，不仅能够可靠的降温，还能在低温环境下给予锂电池加热，保证锂电池的工况环境，提高锂电池的使用安全性、可靠性以及使用寿命。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1、2为智能锂电池工况管理系统结构示意图；
上述图中的标记均为：1、电池箱；2、封盖；3、放置腔；4、电池单体；5、注液支管；6、注液总管；7、出液管；8、温度传感器；9、电加热丝。
具体实施方式
智能锂电池工况管理系统是锂电池放置在液体中，通过液体循环对锂电池进行降温，并使之保持在一个恒定的温度内，如图1所示，系统设有内部填充有散热介质的电池箱1，介质为导热好的油状介质，电池箱1内竖直设有多个中空柱状的放置腔3，放置腔3为底面为四边形的柱状结构，内部中空且密封，锂电池单体4逐一累叠放置在放置腔3内，放置腔3采用导热性能好的材质制作。
为了提高空间利用率，放置腔3呈行列矩阵结构固定在电池箱1底部，行列矩阵结构是指放置腔3水平设有多列，每列也设有多行，行列之间的间距相同，呈图2所示的布置结构，放置腔3之间均具有间隙，间隙供散热介质流动。
为提高热传导效果，放置腔3内壁与电池单体4之间的间隙通过导热硅胶填充，从而保证锂电池单元与放置腔3之间高效热传导，相邻的放置腔3之间通过竖直设置的导热条连接，放置腔3通过支撑结构固定在电池箱1的底部，放置腔3底部与电池箱1的底部之间具有间隙。导热条和支撑结构能够保证放置腔3结构的稳定，相互之间的连接能够降低车辆加速和制动对放置腔3的影响，避免放置腔3形变甚至泄漏，同时通过支撑结构的支撑，使得散热介质能够从放置腔3底部流过，提高流动和散热效果，此外，导热条也能增大放置腔3与散热介质之间的接触面积，提高换热效率。
电池箱1顶部设有封盖2，封盖2上下垂有多根注液支管5，注液支管5延伸至每相邻四个放置腔3中间的间隙内，如图2所示，即每四方形布置的四个放置腔3之间的中心间隙内均设有一根注液支管5，由于放置腔3呈行列矩阵结构布置，则封盖2上的注液支管5也呈行列矩阵结构布置。将注液支管5固定在封盖2上，既方便安装，也能对不同区域的放置腔3的温度有针对性的降温，此外，注液支管5竖直设置，散热介质注入时是向下流动，可以利用液体自身的重力增加注入流速，提高内部介质流动速度，从而提高换热效率。
每根注液支管5上均设有支管阀，可以控制每根注液支管5的流量，出液管7与电池箱1连接部位设有出液阀，出液阀可以控制出液管7的开关，注液支管5均与注液总管6连通，出液管7通过散热泵连接汽车散热器输入端，散热器输出端连接注液总管6，通过散热器可以对散热介质进行降温。
电池箱1底面为正方形，出液管7设有四根，且分别位于电池箱1每一侧底部的同一端，同一端是指，每个出液管7均位于所在侧底端的左侧，或者均位于所在侧底端的右侧，即每根出液管7均不相邻，这样的出液管7固定结构配合放置腔3底部与电池箱1底部具有间隙的结构，使得散热介质能够在电池箱1底部形成旋流，配合向下注入的冷却后的散热介质，能使电池箱1内介质流动更加快速，提高散热效率。
每个放置腔3上至少设有四个温度传感器8，优选每个电池单体位置设置一个温度传感器8，这样设置的温度传感器8能够综合内部电池单体和外部散热介质的温度，能够更加精准通过散热介质对电池单体进行散热，并且合理分配冷却散热介质的流量。每个放置腔3的外壁上均均匀缠绕有电加热丝9，通过缠绕在放置腔上的电加热丝9不仅能够快速的对内部锂电池进行加热，而且能够避免直接对电池加热造成锂电池局部温度过高，而是均匀的对放置腔3加热后向内传导热量，为电池提高合适的环境温度。
由于电池降温仅依靠散热介质控温，若出现泄漏，则可能造成电池温度过高的危险，因此系统设有泄漏备用装置，电池箱1一般不会出现泄漏，若循环管路出现泄漏，则可以关闭循环系统(关闭支管阀、散热泵和出液阀)，利用备用装置降温，备用装置包括是在电池箱1底部固定有制冷管排，制冷管排包括与汽车空调压缩机输入、输出端连通的冷凝管道、位于冷凝管道下表面的隔热层、以及位于冷凝管道上表面与冷凝管道管壁连接且延伸入电池箱1内的散热针或散热片，冷凝管道进口和出口均设有阀门，通过空调系统对电池箱1内散热介质降温。
电池箱1配有备用补液箱和循环泵，备用补液箱内填充有散热介质，补液箱固定在封盖2上，补液箱底部通过安装有阀门的补液管与电池箱1内连通，循环泵输入端通过管道连接电池箱1上部、循环泵输出端通过管道连接电池箱1下部，所述补液管和循环泵的管道上均设有阀门，这样不仅可以在循环系统发生泄漏后，及时补充散热介质，并且利用循环泵，使得电池箱1内介质流动，提高降温效果。
为了协调各个部件之间工作，智能锂电池工况管理系统设有控制器，控制器接收电池箱1和补液箱内液位传感器的信号、以及每个温度传感器8的信号，控制器输出控制信号至支管阀、散热泵、出液阀、电加热丝9驱动单元、循环泵、汽车空调控制单元、以及补液管和循环泵管道上的阀门。
基于上述智能锂电池工况管理系统的控制方法：
步骤1、系统上电启动，采集电池箱1内液位信息；(车辆启动后，在运行工作前的自检工作)；
若当前采集的电池箱1液位值与上一次系统断电时存储的电池箱1液位值差大于等于设定差值，或者当前采集的电池箱1液位值小于等于设定的安全液位值，两个只要满足其一则报警并不允许向外电池箱1内的电池向外供电，出现上述两个状况，可能发生电池箱1泄漏，存在极大隐患，报警后系统关闭；
若当前采集的电池箱1液位值与上一次系统断电时存储的液位值差小于设定差值，且当前采集的电池箱1液位值大于设定的安全液位值，则执行下一步检测；
步骤2、采集电池箱1内温度信息；当前温度值可以是每个温度传感器8温度的平均值；
若当前温度低于启动温度，则通过加热装置提升电池箱1内温度至启动温度后关闭加热装置，并执行下一步；若当前温度高于启动温度，则执行下一步检测；
步骤3、采集补液箱内液位信息；
若当前补液箱内液位小于等于设定值(这说明之前使用过补液，汽车散热器的循环系统可能存在泄漏)，则执行步骤7，并持续报警，若当前补液箱内液位大于设定值，则执行下一步；
步骤4、系统实时采集电池箱1内温度和液位信息；此为工况状态下的常态化监测，当前温度值可以是每个温度传感器8温度的平均值；
若当前温度高于设定的温度上限，则开启支管阀、散热泵和出液阀；若当前温度低于设定的温度下限，则关闭支管阀、散热泵和出液阀；所述温度上限大于温度下限，避免散热泵频繁开启；
若当前电池箱1液位值小于设定的安全液位值，则持续报警并执行步骤6；
步骤5、人工关闭系统(驾驶员断电)，记录当前电池箱1内液位值，并关闭支管阀、散热泵和出液阀，或保持支管阀、散热泵和出液阀的关闭状态，结束(不再向下执行)；
步骤6、关闭支管阀、散热泵和出液阀，开启补液管上阀门至当前电池箱1液位值大于设定的安全液位值；
步骤7、系统实时采集电池箱1内液位信息和温度信息；当前温度值可以是每个温度传感器8温度的平均值
若当前电池箱1液位值小于设定的安全液位值，则说明电池箱1存在泄漏，则持续报警并在延时设定时间后，停止电池箱1向外供电，延时时间是让驾驶员将车辆停靠在安全位置，结束(不再向下执行)；
若当前温度高于设定的温度上限，则开启汽车空调、冷凝管道进口和出口的阀门，并开启循环泵和循环泵管道上的阀门；
步骤8、人工关闭系统(驾驶员断电)，记录当前电池箱1内液位值，并关闭汽车空调、冷凝管道进口和出口的阀门，以及循环泵和循环泵管道上的阀门，结束。
针对步骤4，为了进一步提高降温效果，步骤4方法中，开启支管阀、散热泵和出液阀后，每个注液支管周围的四个放置腔上所有的温度传感器作为一个温度探测组，每个温度探测组所采集温度的平均值与所有温度传感器的平均值比较，若温度探测组所采集的温度等于平均值，则与该温度探测组所对应的注液支管的支管阀开度为50％，若温度探测组所采集的温度高于平均值，则与该温度探测组所对应的注液支管的支管阀开度大于50％，且差值越大开度越大，若温度探测组所采集的温度低于平均值，则与该温度探测组所对应的注液支管的支管阀开度小于50％，且差值越大开度越小，能够合理分配冷却后的散热介质的流动分布，使散热智能化。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种智能锂电池工况管理系统，其特征在于：系统设有内部填充有散热介质的电池箱，所述电池箱内竖直设有多个中空柱状的放置腔，所述放置腔呈行列矩阵结构固定在电池箱底部，所述放置腔之间均具有间隙，所述电池箱顶部设有封盖，所述封盖上下垂有多根注液支管，所述注液支管延伸至每相邻四个放置腔中间的间隙内，所述电池箱设有出液管，每根所述注液支管上均设有支管阀，且注液支管均与注液总管连通，所述出液管通过散热泵连接汽车散热器输入端，所述散热器输出端连接注液总管，所述出液管与电池箱连接部位设有出液阀，每个所述放置腔外壁上至少固定有四个温度传感器，同一个放置腔上的温度传感器位于该放置腔的不同高度，所述放置腔外壁缠绕有电加热丝；
所述电池箱的底部固定有制冷管排，所述制冷管排包括与汽车空调压缩机输入、输出端连通的冷凝管道、位于冷凝管道下表面的隔热层、以及位于冷凝管道上表面与冷凝管道管壁连接且延伸入电池箱内的散热针或散热片，所述冷凝管道进口和出口均设有阀门；
每个注液支管周围的四个放置腔上所有的温度传感器作为一个温度探测组，每个温度探测组所采集温度的平均值用于与所有温度传感器的平均值比较。
2.根据权利要求1所述的智能锂电池工况管理系统，其特征在于：所述放置腔内竖直叠放有多个电池单体，所述放置腔内壁与电池单体之间的间隙通过导热硅胶填充，相邻的所述放置腔之间通过竖直设置的导热条连接。
3.根据权利要求2所述的智能锂电池工况管理系统，其特征在于：所述放置腔通过支撑结构固定在电池箱的底部，所述放置腔底部与电池箱的底部之间具有间隙。
4.根据权利要求3所述的智能锂电池工况管理系统，其特征在于：所述电池箱配有备用补液箱和循环泵，所述备用补液箱内填充有散热介质，所述补液箱固定在封盖上，所述补液箱底部通过安装有阀门的补液管与电池箱内连通，所述循环泵输入端通过管道连接电池箱上部、循环泵输出端通过管道连接电池箱下部，所述补液管和循环泵的管道上均设有阀门。
5.根据权利要求4所述的智能锂电池工况管理系统，其特征在于：智能锂电池工况管理系统设有控制器，所述控制器接收电池箱和补液箱内液位传感器的信号、以及每个所述温度传感器的信号，所述控制器输出控制信号至支管阀、散热泵、出液阀、电加热丝驱动单元、循环泵、汽车空调控制单元、以及补液管和循环泵管道上的阀门。
6.基于权利要求1-5中任一项所述智能锂电池工况管理系统的控制方法，其特征在于：
步骤1、系统上电启动，采集电池箱内液位信息；
若当前采集的电池箱液位值与上一次系统断电时存储的电池箱液位值差大于等于设定差值，或者当前采集的电池箱液位值小于等于设定的安全液位值，则报警并不允许向外电池箱内的电池向外供电，若当前采集的电池箱液位值与上一次系统断电时存储的液位值差小于设定差值，且当前采集的电池箱液位值大于设定的安全液位值，则执行下一步检测；
步骤2、采集电池箱内温度信息；
若当前温度低于启动温度，则通过加热装置提升电池箱内温度至启动温度后关闭加热装置，并执行下一步；若当前温度高于启动温度，则执行下一步检测；
步骤3、采集补液箱内液位信息；
若当前补液箱内液位小于等于设定值，则执行步骤7，并持续报警，若当前补液箱内液位大于设定值，则执行下一步；
步骤4、系统实时采集电池箱内温度和液位信息；
若当前温度高于设定的温度上限，则开启支管阀、散热泵和出液阀；若当前温度低于设定的温度下限，则关闭支管阀、散热泵和出液阀；所述温度上限大于温度下限；
若当前电池箱液位值小于设定的安全液位值，则持续报警并执行步骤6；
步骤5、人工关闭系统，记录当前电池箱内液位值，并关闭支管阀、散热泵和出液阀，或保持支管阀、散热泵和出液阀的关闭状态，结束；
步骤6、关闭支管阀、散热泵和出液阀，开启补液管上阀门至当前电池箱液位值大于设定的安全液位值；
步骤7、系统实时采集电池箱内液位信息和温度信息；
若当前电池箱液位值小于设定的安全液位值，则持续报警并在延时设定时间后停止电池箱向外供电，结束；
若当前温度高于设定的温度上限，则开启汽车空调、冷凝管道进口和出口的阀门，并开启循环泵和循环泵管道上的阀门；
步骤8、人工关闭系统，记录当前电池箱内液位值，并关闭汽车空调、冷凝管道进口和出口的阀门，以及循环泵和循环泵管道上的阀门，结束。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：
步骤4方法中，开启支管阀、散热泵和出液阀后，每个注液支管周围的四个放置腔上所有的温度传感器作为一个温度探测组，每个温度探测组所采集温度的平均值与所有温度传感器的平均值比较，若温度探测组所采集的温度等于平均值，则与该温度探测组所对应的注液支管的支管阀开度为50%，若温度探测组所采集的温度高于平均值，则与该温度探测组所对应的注液支管的支管阀开度大于50%，且差值越大开度越大，若温度探测组所采集的温度低于平均值，则与该温度探测组所对应的注液支管的支管阀开度小于50%，且差值越大开度越小。
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