CN106785220A - 一种电池包温度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池包温度控制方法，电池包内的温度传感器采集电芯温度，确认是否需要加热或降温，需要则以规则起伏波形变化的功率对电池包进行加热或降温，直到各个温度传感器采集到的温度达到电芯可工作的温度时，停止对电池包加热或降温。本发明的电池包温度控制方法，能够以更快的时间达到更低的温差效果。

Description

一种电池包温度控制方法
技术领域
本发明涉及对电池包的温度进行控制，尤其涉及对电动车电池进行加热/降温。
背景技术
目前电池温度适应范围基本在0℃至40℃范围内，电动车整个电池包作为一个动力源，为满足更长的续航里程，电池的电量需要不断增加。
当电动汽车长时间处在较高温度时，如40℃以上，电池包内的温度和环境温度相差无几，如果此时电动车直接工作，将对电池的寿命有不利的影响，故基于上述原因需要对电池包进行冷却。
而在寒冷地区，环境温度较低，当车处在寒冷环境时，需要对电池包进行加热，不然无法启动电池包工作。
而现有技术中换热器都是以恒定功率的对电池包的换热介质水进行加热或降温这使得电池包内部各个电池单体之间存在较大温差。因为当换热器以恒定功率加热水排中的水，故从电池入口的处的水排温度恒定，随着换热过程的进行，入口处的电池和出口处的电池之间存在较大的温差，各个单体电池的温差过大使得BMS(电池管理系统)对电池电量的评估不准及也无法对电池做出精准控制。
故现有技术有待改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于：相对现有技术，提出一种电池包温度控制方法，能够以更快的时间达到更小的温差效果。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种电池包温度控制方法，采集电芯温度，确认是否需要加热或降温(通常以电芯适宜工作温度区间为临界，以某电芯超出电芯最高适宜温度时开始降温，而低于电芯最低适宜温度时则开始加热)，需要则以变化功率对电池包进行加热或降温，直到各个温度传感器采集到的温度达到电芯可工作的温度时，停止对电池包加热或降温。
作为选择，功率以起伏规则的波形的形式变化。
本专利使用变化的功率(优选规则起伏波形变化)对电池包进行加热/降温，这样能快速而有效地降低电池包内各个电芯与电芯之间的温差，且能降低温差有利于BMS对电池电量的估计及提高对电池的控制的准确性。所述“规则起伏波形变化”是指功率呈波形起伏变化，且起伏程度规则，即各波峰高度一致，各波谷高度一致，但各波峰至波谷的变化时间则可以不一致，当然也可以其他形式的变化功率。
作为选择，功率以起伏规则的方波，锯齿波，余弦波，或正弦波的形式变化。本专利加热或降温功率波形变化可以以各种波形形式，且优选方波形式。且更优选，一开始即以一P1功率(优选最大功率)进行加热/降温，持续T1时间，接着以一P2功率(优选50％最大功率)进行加热/降温，持续T2时间，再以原P1(优选最大功率)进行加热/降温，以此循环，直至加热/降温结束，P1不等于P2，优选P1>P2。
作为选择，采集到任一电芯温度高于电芯最高适宜温度时，电池包内的降温装置开始以最大功率进行降温，当采集到电池包的温差达到15℃时，改用50％最大功率进行降温，直到当温差达到8℃时，再改用最大功率进行降温，以此循环，当所有采集到的温度均在最高适宜温度以下时，停止对电池包进行降温。
作为进一步选择，降温装置为制冷机(Chiller)以及设于电池包内的换热管排，换热管排内流通有换热介质，降温结束停止对电池包进行冷却以后，换热管排内换热介质仍保持流动(以此来促使电池包内温度均衡)。
作为另一进一步选择，电芯最高适宜温度为35℃。该方案中，不同电芯的适宜工作温度区间不同，虽然高于或低于该适宜温度区间电芯仍可以工作，但并不是处于最佳工作状态，只有处于该适宜温度区间时电芯才处于最佳工作状态。本方案中，以35℃为电芯的工作适宜温度区间的极大值(最高温度)。
作为选择，采集到任一电芯温度低于最低适宜温度时，电池包内的加热装置开始以最大功率进行加热，当采集到电池包的温差达到20℃时，改用50％最大功率进行加热，当温差达到8℃时，再改用最大功率进行加热，以此循环，当所有采集到的温度均在最低适宜温度以上时，停止对电池包进行加热。
作为进一步选择，加热装置为PTC热敏电阻以及设于电池包内的换热管排，换热管排内流通有换热介质，加热结束停止对电池包进行加热以后，换热管排内换热介质仍保持流动(以此来促使电池包内温度均衡)。
作为另一进一步选择，电芯最低适宜温度为0℃。该方案中，不同电芯的适宜工作温度区间不同，虽然高于或低于该适宜温度区间电芯仍可以工作，但并不是处于最佳工作状态，只有处于该适宜温度区间时电芯才处于最佳工作状态。本方案中，以0℃为电芯的工作适宜温度区间的极小值(最低温度)。
作为选择，换热管排为水排。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：
1.缩小电池包内电芯之间的温差，提升BMS对电池包控制的精准度，以此来提高电动汽车的经济型与动力性。
2.较小电芯之间的温差能有效提升电芯的使用寿命，减少了电芯在单位时间内对环境的污染。
具体实施方式
下列非限制性实施例用于说明本发明。
一种电池包温度控制方法，采集电芯温度(例如通过电池包内的温度传感器)，确认是否需要加热或降温，需要则以变化的功率(优选规则起伏波形变化)对电池包进行加热或降温，直到各个温度传感器采集到的温度达到电芯可工作的温度时，停止对电池包加热或降温。该加热或降温功率可以以起伏规则的方波、锯齿波，余弦波或正弦波等各种波形的形式变化，优选方波形式，且更优选，一开始即以P1功率(优选较大功率，更优选最大功率)进行加热/降温，持续一段时间，接着以P2功率(优选较低功率，更优选50％最大功率)进行加热/降温，持续一段时间，再以P1功率(优选最大功率)进行加热/降温，P1不等于P2，以此循环，直至加热/降温结束。
以方波功率升温为例：方波包括P1’、P2’(P1’>P2’)两个不同的功率,先以P1’功率加热T1’时间后，入口处电芯的温度已接近换热介质最初始温度，但是随着换热介质沿换热管道一直换热，到出口处电芯换热介质的温度已基本无加热能力(与出口处电芯温度相近似)；入口处与出口处的电芯温度差很大，然后转而以P2’功率进行换热，入口处电芯的温度已高于流入换热管的换热介质温度，从而带走入口处电芯的一部分能量，同时也能加热后段的电芯，减小各个电芯之间的温差；正弦波和余弦波以及其他形式的波也相近似；降温过程与升温相反，此处不再累述。
作为优选，本实施例中，当电池包内任一温度传感器检测到温度高于电芯最高适宜温度时(本实施例中优选35℃)，开始对电池包内的降温装置以最大功率进行降温，当温度传感器检测出电池包的温差达到15℃时，改用50％最大功率进行降温，直到当温差达到8℃时，再改用最大功率进行降温，以此循环，当所有传感器检测的温度均在35℃以下时，停止对电池包进行降温。当电池包内任一温度传感器检测到温度低于最低适宜温度时(本实施例中优选0℃)，开始对电池包内的加热装置以最大功率进行加热，当温度传感器检测出电池包的温差达到20℃时，改用50％最大功率进行加热，当温差达到8℃时，再改用最大功率进行加热，以此循环，当所有传感器检测的温度均在0℃以上时，停止对电池包进行加热。
降温装置为制冷机(Chiller)以及设于电池包内的换热管排，加热装置为PTC热敏电阻(PTC)以及设于电池包内的换热管排，换热管排内流通有换热介质，优选换热介质为水，即换热管排为水排，PTC、Chiller、水排和水泵串联，形成水冷循环。PTC用来加热水，Chiller用来冷却水，水泵提供水路循环的动力，电池包为水冷方式。加热/降温结束停止对电池包进行加热/冷却以后，水泵继续工作，水排内水仍保持流动。
以某电动车电池包为例，该电池包一个模组布置三个温度传感器，一个温度传感器在模组上边缘，一个在模组中间，另外一个在模组另外一边的下边缘。将电池包放在40℃温度下热浸24小时后的初始高温环境条件下，电池包以3C速率放电，每隔30秒测一次温度并记录，试验20分钟。当所有传感器检测的温度均在35℃以下时，停止对电池包进行降温。采用本发明的前述实施例方案进行降温，从降温开始到结束，将温差控制在4℃以内的所需时间为10分钟。
而同样采用该电池包，在同样条件下，采用现有技术的方案进行降温，即以最大功率的恒定功率降温，同样以当电池包内任一温度传感器检测到温度高于35℃开始降温，当所有传感器检测的温度均在35℃以下时，停止对电池包进行降温。从降温开始到结束，时间为14分钟，最终温差为7℃。
将电池包放在-20℃温度下冷藏24小时后的初始低温环境条件下，电池包不充电不放电，每隔30秒测一次温度并记录，试验20分钟。当所有传感器检测的温度均在0℃以上时，停止对电池包进行加热。采用本发明的前述实施例方案进行加热，从加热开始到结束，温差控制在8℃以内所需的加热时间为1100秒。
而在同样的条件下，采用现有技术的方案进行加热，即以最大功率的恒定功率加热，同样以当电池包内任一温度传感器检测到温度低于0℃开始加热，当所有传感器检测的温度均在0℃以上时，停止对电池包进行加热。从加热开始到结束，时间为1400秒，最终温差为16℃。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电池包温度控制方法，其特征在于：采集电芯温度，确认是否需要加热或降温，需要则以变化功率对电池包进行加热或降温，直到各个温度传感器采集到的温度达到电芯可工作的温度时，停止对电池包加热或降温。
2.如权利要求1所述的电池包温度控制方法，其特征在于：功率以起伏规则的波形的形式变化。
3.如权利要求2所述的电池包温度控制方法，其特征在于：功率以方波，锯齿波，余弦波，或正弦波的形式变化。
4.如权利要求3所述的电池包温度控制方法，其特征在于：一开始即以P1功率进行加热/降温，持续T1时间，接着以P2进行加热/降温，持续T2时间，再以P1功率进行加热/降温，以此循环，直至加热/降温结束，P1不等于P2。
5.如权利要求1所述的电池包温度控制方法，其特征在于：采集到任一电芯温度高于电芯最高适宜温度时，电池包内的降温装置开始以最大功率进行降温，当采集到电池包的温差达到15℃时，改用50％最大功率进行降温，直到当温差达到8℃时，再改用最大功率进行降温，以此循环，当所有采集到的温度均在最高适宜温度以下时，停止对电池包进行降温。
6.如权利要求5所述的电池包温度控制方法，其特征在于：降温装置为制冷机以及设于电池包内的换热管排，换热管排内流通有换热介质，降温结束停止对电池包进行冷却以后，换热管排内换热介质仍保持流动。
7.如权利要求1所述的电池包温度控制方法，其特征在于：采集到任一电芯温度低于最低适宜温度时，电池包内的加热装置开始以最大功率进行加热，当采集到电池包的温差达到20℃时，改用50％最大功率进行加热，当温差达到8℃时，再改用最大功率进行加热，以此循环，当所有采集到的温度均在最低适宜温度以上时，停止对电池包进行加热。
8.如权利要求7所述的电池包温度控制方法，其特征在于：加热装置为PTC热敏电阻以及设于电池包内的换热管排，换热管排内流通有换热介质，加热结束停止对电池包进行加热以后，换热管排内换热介质仍保持流动。
9.如权利要求6或8所述的电池包温度控制方法，其特征在于：换热管排为水排。
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