CN106549197A - 电池模组的温控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池模组的温控方法。根据本发明提供的温控方法，电池模组中的各单元电池的单体温度不但可以被全局调节，而且还可以被单体调节以及局部调节，因而使得单元电池之间的温度差可以被减小，从而提高各单元电池的温度均一性。

Description

电池模组的温控方法

技术领域

本发明涉及一种电池模组的温控方法。

背景技术

新能源汽车通常选用电池模组作为动力源。并且，电池模组对环境要求比较严苛，尤其是对温度的要求，因此，不仅要求电池模组处于适宜的工作温度，并且还要求电池模组中的各单元电池具有很高的温度均一性。

然而，常见的温度调节方式都仅限于以电池模组为整体的全局调节方式，而不能针对单元电池之间的温度差实施调节，从而难以保证各单元电池的温度均一性。

发明内容

本发明的实施例提供了一种电池模组的温控方法，能够提高各单元电池的温度均一性。具体说，所述电池模组包括多个单元电池，各单元电池分别配备有对应的温度传感器和温度调节模块，所述温控方法通过所述温度传感器采集各单元电池的单体温度，并且，所述温控方法按照如下步骤驱动所述温度调节模块选择性地调整各单元电池的单体温度：

步骤a1、判断各单元电池的单体温度的平均值是否落入在预设的阈值区间内；其中，若所述平均值落入在所述阈值区间之外，则触发步骤a2；若所述平均值落入在所述阈值区间之内，则触发步骤a3；

步骤a2、对各单元电池的单体温度实施全局调节，以使所述平均值向落入所述阈值区间内的趋势变化，然后返回步骤a1；

步骤a3、判断各单元电池的单体温度中的极值是否落入在所述阈值区间内；其中，若所述极值落入在所述阈值区间之外，则触发步骤a4；若所述极值落入在所述阈值区间之内，则触发步骤a5；

步骤a4、对所述极值对应的单元电池实施单体调节，以使所述极值向落入所述阈值区间内的趋势变化，然后返回步骤a1；

步骤a5、判断各单元电池的单体温度的极值差是否超过预设的温差阈值；其中，若所述极值差未超过所述温差阈值，则返回步骤a1；若所述极值差超过所述温差阈值，则触发步骤a6；

步骤a6、对一部分单元电池实施局部调节，以使各单元电池的单体温度向集中分布的趋势变化。

优选地，步骤a2进一步对所述全局调节进行防波动补偿，步骤a4进一步对所述单体调节进行防波动补偿。

优选地，步骤a6包括：

步骤a60、判断所述平均值是否超过警戒阈值；其中，若所述平均值超过所述警戒阈值，则触发步骤a61；若所述平均温度未超过所述预警阈值，则触发步骤a62；

步骤a61、对单体温度相对高的一部分单元电池实施局部调节，以使该部分单元电池的单体温度向不高于所述预警阈值的趋势变化，然后返回步骤a1；

步骤a62、对单体温度分布比重相对低的一部分单元电池实施局部调节，以使该部分单元电池的单体温度向接近另一部分单元的单体温度的趋势变化，然后返回步骤a1。

更优地，所述阈值区间具有上限边界值和下限边界值，所述警戒阈值介于所述上限边界值与所述下限边界值之间、并且更接近所述上限边界值。

更优地，所述极值包括高温极值和低温极值，并且，步骤a61将单体温度比所述低温极值至少高出第一差幅的单元电池确定为单体温度相对高的单元电池。

更优地，所述极值包括高温极值和低温极值，并且，步骤a62以预设的温度界限确定单体温度的分布比重，所述温度界限以第二差幅低于所述高温极值。

可选地，所述温度调节模块包括：导热板，所述导热板包括第一导热部和第二导热部，所述第一导热部接触对应的单元电池，所述第二导热部连接所述第一导热部；帕尔贴热交换片，所述帕尔贴热交换片具有第一节点平面和第二节点平面，所述第一节点平面接触所述第二导热部，所述第二节点平面背向所述第二导热部；并且，所述温控方法通过控制所述帕尔贴热交换片实现对所述温度调节模块的驱动。

可选地，所述帕尔贴热交换片通过温控回路连接第一继电器和第二继电器，所述温控回路中在所述第一继电器导通时形成的电流与在所述第二继电器导通时形成的电流方向相反；并且，所述温控方法通过切换所述第一继电器和所述第二继电器的通断状态实现制冷和加热的切换。

根据上述的实施例，电池模组中的各单元电池的单体温度不但可以被全局调节，而且还可以被单体调节以及局部调节，因而使得单元电池之间的温度差可以被减小，从而提高各单元电池的温度均一性。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为一个实施例中的电池模组的分解状态的示意性结构图；

图2为图1中示出的电池组的分解状态的示意性结构图；

图3为如图1所示实施例中的电池箱与电池组的装配结构的示意性结构图；

图4为图3中的A-A向剖视图；

图5为图4中的B处局部放大图；

图6为如图1所示实施例中的等效电路的示意性结构图；

图7为如图1所示实施例中的控制盒的逻辑架构的示意性结构图；

图8如图1所示的实施例在图3的基础上进一步装配热交换器的示意性结构图；

图9为图8中的C-C向剖视图；

图10为图9中的D处局部放大图；

图11为如图1所示的实施例在图8的基础上进一步装配风扇支架及风扇的示意性结构图；

图12为一个实施例中的温控方法的示意性流程图；

图13为如图12所示的温控方法的扩展流程图。

标号说明

11 电池箱

111 底板

112 侧板

113 顶盖

114 狭缝

12 电池组

120 单元电池

121 隔板

122 端板

123 导热板

123a 第一导热部

123b 第二导热部

124 帕尔贴热交换片

124a 第一节点平面

124b 第二节点平面

13 控制盒

130 处理器

131 第一继电器

132 第二继电器

14 温控回路

15 检测回路

150温度传感器

16 电源

20 通风围板

21 热交换器

211 基板

212 翅片

213 通风孔

22 风扇支架

23 风扇

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。

请参见图1，在一个实施例中，电池模块包括：电池箱11、电池组12、控制盒13。

如图1所示，该电池箱11包括：底板111、侧板112、以及盖板113。其中，侧板112和盖板113可以一体成型，底板111与侧板112可以通过例如焊接等方式连接。

请参见图2，该电池组12包括：

多个单元电池120，这些单元电池120分两列堆叠；

隔板121，该隔板121将堆叠的两列单元电池120隔开；

端板122，该端板122连接在隔板121的一端，并用于安装控制盒13；

多个导热板123，多个导热板123的数量与多个单元电池120的数量相同，并且，多个导热板123与多个单元电池120一一对应。

多个帕尔贴热交换片124，多个帕尔贴热交换片124的数量与多个单元电池120的数量相同，并且，多个帕尔贴热交换片124与多个单元电池120一一对应。

另外，在图2中，盖板113具有多个狭缝114，多个狭缝114的数量与多个单元电池120的数量相同，并且，多个狭缝114与多个单元电池120一一对应。

请参见图3，在该实施例中，电池组12中的各单元电池120容纳在电池箱11中。

请在参见图3的同时结合图4，每个导热板123具有第一导热部123a和第二导热部123b。

第一导热部123a在电池箱11内接触对应的单元电池120，具体地，第一导热部123a可以接触对应的单元电池120在堆叠方向上的侧表面；并且，第一导热部123a传入至盖板113的狭缝114中。

第二导热部123b位于电池箱11之外，并且，第二导热部123b在狭缝114所在的位置处连接第一导热部123a。具体地，第二导热部123b可以伸出在对应的单元电池120的顶部上方、并相对于第一导热部123a垂直弯折。虽然此处没有限定导热板123的第二导热部123b与对应的单元电池120接触，但这并不意味着排斥第二导热部123b接触对应的单元电池120的情况。

请在参见图3的同时结合图5，每个帕尔贴热交换片124具有温度特性彼此反向(或者也可以理解为极性彼此相反)的第一节点平面124a和第二节点平面124b。

其中，第一节点平面124a接触与其对应同一个单元电池120的导热板123的第二导热部123b，第二节点平面124b则背向与其对应同一个单元电池120的的导热板123的第二导热部123b。

从而，在每个单元电池120与其对应的帕尔贴热交换片124之间即形成了途经对应的导热板123的热传导路径。

当帕尔贴热交换片124的第一节点平面124a作为冷端节点时，第一节点平面124a通过对应的导热板123向对应的单元电池120产生制冷效应，与此同时，第二节点平面124b作为热端节点、并与外部热交换；

当帕尔贴热交换片124的第一节点平面124a作为热端节点时，第一平面节点124a通过对应的导热板123向对应的单元电池120产生加热效应，与此同时，第二节点平面124b 作为冷端节点、并与外部热交换。

可见，上述实施例利用导热板123和帕尔贴热交换片124以物理接触的方式对单元电池120实施温度调节，从而能够避免流体热交换方式导致的各单元电池120温度不均的问题，以支持以各单元电池120的温度均一性为目标的温度调节。

而且，每个单元电池120对应的导热板123和帕尔贴热交换片124可以只针对该单元电池120实施温度调节，即，每个单元电池120对应的导热板123和帕尔贴热交换片124可以看作是该单元电池120的温度调节模块，从而，能够实现以单元电池120为粒度的温度调节。

请参见图6，在上述实施例中，为了对温度调节实施控制，控制盒13与对应各单元电池120的帕尔贴热交换片124之间均连接有温控回路14(在图1至图5中均未示出)。控制盒13可以改变温度回路14中的电流流向，以使帕尔贴热交换片124的第一节点平面124a和第二节点平面124b的极性切换，从而实现制冷与加热之间的切换。

并且，为了使控制盒13能够准确选择制冷或加热，上述实施例中的电池模组可以进一步包括多个温度传感器(在图1至图6中均未示出)，多个温度传感器与各单元电池120一一对应，其中，每个温度传感器的感测范围覆盖(至少包括接触和非接触的两种覆盖方式)对应的单元电池120，并且，每个温度传感器与控制盒13之间连接有检测回路(在图1至图6中均未示出)。

请参见图7，为了实现控制盒13的上述功能，控制盒13可以包括：

处理器130，该处理器130连接与各温度传感器150之间的检测回路15；

第一继电器131和第二继电器132，第一继电器131和第二继电器132受控于处理器130，例如，第一继电器131和第二继电器132被处理器130择一导通或被处理器130同时断开；并且，温控回路14中在第一继电器131导通时形成的电流方向与在第二继电器132导通时形成的电流方向相反，以使帕尔贴热交换片124的第一节点平面124a和第二节点平面124b的极性切换。

需要说明的是，图7中为了简化而仅示出了一对第一继电器131和第二继电器132，但实际应用中，可以设置多对第一继电器131和第二继电器132，相应地，每个帕尔贴热交换片124对应一对第一继电器131和第二继电器132、并通过独立于其他帕尔贴热交换片124的一路温控回路14连接该对第一继电器131和第二继电器132，从而，使得每个帕尔贴热交换片124可以独立地接受控制，并实现以单元电池120为粒度的温度调节。

另外，为了支持温控回路14中形成电流，上述实施例中的电池模组可以进一步包括 为控制盒13供电的电源16，该电源16可以是低压电源。

请再参见图1，上述实施例中的电池模组还可以进一步包括热交换器21、风扇支架22、以及风扇23。其中，热交换器21具有基板211和翅片212。

请参见图8并同时结合图9和图10，热交换器21的基板211接触各帕尔贴热交换片124的第二节点平面124b，并且，热交换器21的翅片212位于基板211背向帕尔贴热交换片124的一侧。从而，借助热交换器21，各帕尔贴热交换片124的第二节点平面124b与外部的热交换效率能够得到提升。

并且，电池箱11进一步包括通风围板20，该通风围板20装设于盖板113并围绕翅片212，翅片212形成有通风孔213阵列，从而，使得电池箱11中的翅片212所在区域能够更好地实现空气流动。

请参见图11，风扇支架22装设于通风围板20，风扇23装设于风扇支架22，并且风扇23位于风扇支架22朝向热交换器21的一侧。当风扇23通电运行时，能够更进一步加快热交换器21与外部的热交换。并且，风扇23可以受控于图7中示出的第一继电器131和第二继电器132。

针对上述实施例中的电池模组，在一个实施例中提供了一种温控方法，该温控方法可以应用在图7中示出的处理器130。

由于该电池模组中的各单元电池120分别配备有对应的温度传感器150和温度调节模块(即导热板123和帕尔贴热交换片124)，因此，该温控方法通过温度传感器150采集各单元电池120的单体温度、并通过驱动温度调节模块选择性地调整各单元电池120的单体温度。

请参见图12，该温控方法可以按照如下步骤驱动温度调节模块选择性地调整各单元电池的单体温度：

步骤121，判断各单元电池的单体温度的平均值Tavg是否落入在预设的阈值区间[T1，T2]内。例如，T1可以为10℃，T2可以为30℃。

若平均值Tavg落入在阈值区间[T1，T2]之外，即，Tavg＜T1或Tavg＞T2，则触发步骤122；

若平均值Tavg落入在所述阈值区间[T1，T2]之内，即，T1≤Tavg≤T2，则触发步骤123。

步骤122，对各单元电池的单体温度实施全局调节，以使平均值Tavg向落入阈值区[T1，T2]间内的趋势变化，然后返回步骤121。

本步骤的全局调节，可以认为是使各单元电池的单体温度同步变化。例如，对于Tavg＜T1的情况，对各单元电池同步加热；对于Tavg＞T2的情况，对各单元电池同步制冷。

并且，本步骤可以进一步对全局调节进行防波动补偿，以避免平均值Tavg落入阈值区[T1，T2]间内之后又由于发生微小的波动而跳出阈值区[T1，T2]。例如，对于Tavg＜T1的情况，具有防波动补偿的全局调节可以将Tavg调节为Tavg＞T1+2℃，而不是仅调节至Tavg＝T1；同理，对于Tavg＞T2的情况，具有防波动补偿的全局调节可以将Tavg调节为Tavg＜T2-2℃，而不是仅调节至Tavg＝T2。这里提到的2℃可以理解为补偿步幅ΔC。

步骤123，判断各单元电池的单体温度中的极值(包括各单元电池的单体温度中最高的高温极值Tmax、以及各单元电池的单体温度中最低的低温极值Tmin)是否落入在阈值区间[T1，T2]内。

若极值Tmax和/或Tmin落入在阈值区间[T1，T2]之外，即，Tmax＞T2和/或Tmin＜T1，则触发步骤124；

若极值Tmax和Tmin均落入在阈值区间[T1，T2]之内，即，T1≤Tmax≤T2并且T1≤Tmin≤T2，则触发步骤125。

步骤124，对落入在阈值区间[T1，T2]之外的极值Tmax和/或Tmin所对应的单元电池实施单体调节，以使该极值Tmax和/或Tmin向落入阈值区间[T1，T2]内的趋势变化，然后返回步骤121。

本步骤的单体调节，可以认为是将散落在阈值区间[T1，T2]内的极值Tmax和/或Tmin独立地拾入阈值区间[T1，T2]。例如，对于Tmin＜T1的情况，对Tmin对应的单元电池单独加热；对于Tmax＞T2的情况，对Tmax对应的单元电池单独制冷。

并且，本步骤可以进一步对单体调节进行防波动补偿，以避免极值Tmax和/或Tmin落入阈值区[T1，T2]间内之后又由于发生微小的波动而跳出阈值区[T1，T2]。例如，对于Tmax＞T2的情况，具有防波动补偿的单体调节可以将Tmax调节为Tmax＜T2-2℃，而不是仅调节至Tmax＝T2；同理，对于Tmin＜T1的情况，具有防波动补偿的单体调节可以将Tmin调节为Tmin＞T1+2℃，而不是仅调节至Tmin＝T1。如前所述，这里提到的2℃可以理解为补偿步幅ΔC。

步骤125，判断各单元电池的单体温度的极值差Tmax-Tmin是否超过预设的温差阈值Tdh。例如，Tdh可以为5℃。

若极值差Tmax-Tmin未超过温差阈值Tdh，则返回步骤121；

若极值差Tmax-Tmin超过温差阈值Tdh，则触发步骤126。

步骤126，对一部分单元电池实施局部调节，以使各单元电池的单体温度向集中分布的趋势变化。

本步骤的局部调节所要实现的集中分布趋势，是指各单元电池的单体温度能够集中在阈值区间[T1，T2]内的某个区间段中。

请参见图13，图12中示出的步骤126可以采用更为具体的策略予以实现，具体说，步骤126可以包括：

步骤130，判断平均值Tavg是否超过预设的警戒阈值Talt。其中，警戒阈值Talt介于阈值区间[T1，T2]的上限边界值T2与下限边界值T1之间、并且更接近上限边界值T2。例如，当T1为10℃、T2为30℃时，警戒阈值Talt可以为25℃。

若平均值Tavg超过警戒阈值Talt，则表示平均值Tavg当前存在超过T2的风险，并触发步骤131；

若平均温度Tavg超过所述预警阈值，则表示平均值Tavg当前暂无超过T2的风险，并触发步骤132。

步骤131，由于平均值Tavg当前存在超过T2的风险，因此，此时的局部调节优选降低温度的调节趋势，相应地，对单体温度相对高的一部分单元电池实施局部调节，以使该部分单元电池的单体温度向不高于预警阈值Talt的趋势变化，然后返回步骤121。

本步骤可以将单体温度比低温极值Tmin至少高出第一差幅Δt1的单元电池确定为单体温度相对高的单元电池，即，对于任意单元电池，若其单体温度Ti＞Tmin+Δt1，则可以将该单元电池确定为单体温度相对高的单元电池。例如，Δt1可以为3℃。

步骤132，由于平均值Tavg当前暂无超过T2的风险，因此，此时的局部调节的趋势可以为降低温度、也可以为升高温度，相应地，对单体温度分布比重相对低的一部分单元电池实施局部调节，以使该部分单元电池的单体温度向接近另一部分单元的单体温度的趋势变化，然后返回步骤121。

本步骤优选地以预设的温度界限Tbou确定单体温度的分布比重，该温度界限Tbou以第二差幅Δt2低于高温极值Tmax，即，Tbou＜Tmax-Δt2。例如，Δt2可以为3℃。

并且，当对单体温度Ti＞Tbou的单元电池的计数结果Counter[i]占单元电池总数Sum的比例不低于50％时，则认为单体温度Ti≤Tbou的单元电池属于分布比重相对低的单元电池；同理，当对单体温度Ti≤Tbou的单元电池的计数结果Counter[i]占单元电池总数Sum的比例超过50％时，则认为单体温度Ti＞Tbou的单元电池属于分布比重相对低的单元电池。

另外，上述的温控方法实施的温度调节可以是以能量Q为单位，通过单元电池的质量m、比热容C，净温差ΔT，可以推算出Q＝ΔT×C×m温度调节所需要的能量Q大小。

当然，除了以导热片123和帕尔贴热交换片124作为温度调节模块的情况，上述温控方法同样可以适用于温度调节模块采用其他形式的情况。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池模组的温控方法，其特征在于，所述电池模组包括多个单元电池，各单元电池分别配备有对应的温度传感器和温度调节模块，所述温控方法通过所述温度传感器采集各单元电池的单体温度，并且，所述温控方法按照如下步骤驱动所述温度调节模块选择性地调整各单元电池的单体温度：

步骤a1、判断各单元电池的单体温度的平均值是否落入在预设的阈值区间内；其中，若所述平均值落入在所述阈值区间之外，则触发步骤a2；若所述平均值落入在所述阈值区间之内，则触发步骤a3；

步骤a2、对各单元电池的单体温度实施全局调节，以使所述平均值向落入所述阈值区间内的趋势变化，然后返回步骤a1；

步骤a3、判断各单元电池的单体温度中的极值是否落入在所述阈值区间内；其中，若所述极值落入在所述阈值区间之外，则触发步骤a4；若所述极值落入在所述阈值区间之内，则触发步骤a5；

步骤a4、对所述极值对应的单元电池实施单体调节，以使所述极值向落入所述阈值区间内的趋势变化，然后返回步骤a1；

步骤a5、判断各单元电池的单体温度的极值差是否超过预设的温差阈值；其中，若所述极值差未超过所述温差阈值，则返回步骤a1；若所述极值差超过所述温差阈值，则触发步骤a6；

步骤a6、对一部分单元电池实施局部调节，以使各单元电池的单体温度向集中分布的趋势变化。

2.如权利要求1所述的温控方法，其特征在于，步骤a2进一步对所述全局调节进行防波动补偿，步骤a4进一步对所述单体调节进行防波动补偿。

3.如权利要求1所述的温控方法，其特征在于，步骤a6包括：

步骤a60、判断所述平均值是否超过警戒阈值；其中，若所述平均值超过所述警戒阈值，则触发步骤a61；若所述平均温度未超过所述预警阈值，则触发步骤a62；

步骤a61、对单体温度相对高的一部分单元电池实施局部调节，以使该部分单元电池的单体温度向不高于所述预警阈值的趋势变化，然后返回步骤a1；

步骤a62、对单体温度分布比重相对低的一部分单元电池实施局部调节，以使该部分单元电池的单体温度向接近另一部分单元的单体温度的趋势变化，然后返回步骤a1。

4.如权利要求3所述的温控方法，其特征在于，所述阈值区间具有上限边界值和下限边界值，所述警戒阈值介于所述上限边界值与所述下限边界值之间、并且更接近所述上限边界值。

5.如权利要求3所述的温控方法，其特征在于，所述极值包括高温极值和低温极值，并且，步骤a61将单体温度比所述低温极值至少高出第一差幅的单元电池确定为单体温度相对高的单元电池。

6.如权利要求3所述的温控方法，其特征在于，所述极值包括高温极值和低温极值，并且，步骤a62以预设的温度界限确定单体温度的分布比重，所述温度界限以第二差幅低于所述高温极值。

7.如权利要求1所述的温控方法，其特征在于，所述温度调节模块包括：

导热板(123)，所述导热板(123)包括第一导热部(123a)和第二导热部(123b)，所述第一导热部接触对应的单元电池(120)，所述第二导热部(123b)连接所述第一导热部(123a)；

帕尔贴热交换片(124)，所述帕尔贴热交换片(124)具有第一节点平面(124a)和第二节点平面(124b)，所述第一节点平面(124a)接触所述第二导热部(123b)，所述第二节点平面(124b)背向所述第二导热部(123b)；

并且，所述温控方法通过控制所述帕尔贴热交换片(124)实现对所述温度调节模块的驱动。

8.如权利要求7所述的温控方法，其特征在于，所述帕尔贴热交换片(124)通过温控回路(14)连接第一继电器(131)和第二继电器(132)，所述温控回路(14)中在所述第一继电器(131)导通时形成的电流与在所述第二继电器(132)导通时形成的电流方向相反；

并且，所述温控方法通过切换所述第一继电器(131)和所述第二继电器(132)的通断状态实现制冷和加热的切换。