CN107078363A - 用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法 - Google Patents

用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于控制包括多个电池模块的电池系统中的冷却空气流以便冷却该电池系统的系统。根据本发明用于控制电池系统中的冷却空气流的系统包括：空气调节系统，其包括排放冷却空气以降低多个电池模块的温度的排放端口和抽吸在降低该多个电池模块的温度之后的温度已经升高的冷却空气的吸入端口；和管道，其连接到排放端口以形成冷却空气通过其流动的通道并且包括分别与该多个电池模块对应的多个模块冷却端口，其中该管道允许从排放端口排放的冷却空气经由各自的模块冷却端口穿过电池模块以便冷却该多个电池模块。

Description

用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法
技术领域
此申请要求在2014年10月22日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2014-0143658的优先权和利益，其全部内容通过引用并入本文。
本发明涉及一种冷却包括多个电池模块的电池系统的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法，并且更加具体地，涉及如下用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法，其中包括连接到排放空气调节系统的冷却空气的出口并且形成冷却空气的流动路径的管道，并且该管道包括分别与多个电池模块对应的多个模块冷却端口，并且该管道使得冷却空气通过每一个模块冷却端口穿过每一个电池模块以冷却该多个电池模块，使得能够最小化冷却空气的冷量(coldness)损失并且向每一个电池模块供应冷却空气，由此降低由空气调节系统消耗的能量数量从而维持电池系统的恒定温度。此外，本发明涉及一种用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法，其中不必安设在相关技术中安设在容器类(container class)中的电池系统的电池架(rack)中的用于强制性地循环冷却空气的风扇，由此降低风扇驱动功耗量和风扇安设成本。
此外，本发明涉及一种用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法，其根据包括在电池系统中的多个电池模块中的每一个的温度来控制该多个电池模块的空气进口的打开/关闭，使得能够通过降低包括在电池系统中的电池模块之间的温度偏差而维持或者最大化电池系统的放电深度(DOD)，并且降低电池模块之间的健康状态(SOH)的偏差。
背景技术
在电池系统(诸如用于包括多个电池架的能量存储系统(ESS)的电池容器)中使用的相关技术的普通空气调节系统的情形中，根据电池架和电池模块的位置，电池模块之间的温度偏差不可避免地产生。
为了详细地进行描述，除了通过充电/放电的自身温度增加部分之外，电池模块之间的温度偏差包括根据位置由空气调节方法引起的温度偏差部。电池系统中的相关技术的普通空气调节方法是在从下(或者上)向上(或者下)移动低温冷却空气时冷却电池模块的表面的方法。在相关技术中的普通空气调节方法中，靠近在此处排放冷空气的位置的、电池模块的温度低于位于在此处排放冷空气的位置的相对侧的端部处，即，低于在冷却空气降低电池系统的总体温度之后在此处进入的位置处的电池模块的温度。原因在于，在冷却空气穿过每一个电池模块的表面时，冷却空气自身的温度增加。
相关技术中的普通空气调节系统中根据位置的电池模块之间的温度偏差通常向两个部分施加不良的影响。
第一，由于电池系统的温度偏差诊断功能，放电深度(DOD)降低。电池系统通过自主温度偏差诊断功能在充电/放电过程期间将电池模块的温度偏差调节为不超过预定水平。因此，当电池系统未能快速地调节温度偏差，使得电池系统的电池模块之间的温度偏差超过预定水平时，电池系统的温度偏差诊断功能操作，使得电池系统不能充分地充电/放电并且可能停止充电/放电。这导致电池系统的DOD的损坏。
第二，包括在电池系统中的电池模块之间产生健康状态(SOH)(％)偏差。作为主要在电力存储领域中使用的锂离子电池模块的主要构件的锂离子单体具有SOH根据操作温度而不同的特性。例如，在高温而非室温下，充电/放电被长时间地重复地越多，劣化速度越快。因此，当由于在解决电池系统中的相关技术中的一般空气调节系统中的温度偏差方面的限制，当电池模块之间的温度偏差长时间地继续时，电池模块之间的SOH差异可能增加。此外，当架/模块之间的SOH偏差增加时，在充电/放电期间具有小的SOH的架/模块(更加准确地，特定单体)的电池容量(充电状态(SOC))或者电压与其它架/模块相比首先达到充电/放电极限值(SOC的0％或者100％)。因此，即使在此情形中，在电池系统中，SOC诊断功能或者电压诊断功能仍然操作，使得电池系统的充电/放电可能停止，并且因此DOD可能受到损坏。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的在于提供一种用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法，在电池系统中包括连接到排放空气调节系统的冷却空气的出口并且形成冷却空气的流动路径的管道，并且该管道包括分别与多个电池模块对应的多个模块冷却端口，并且使得冷却空气通过每一个模块冷却端口穿过每一个电池模块以冷却该多个电池模块，使得能够最小化冷却空气的冷量损失并且向每一个电池模块供应冷却空气，由此降低由空气调节系统消耗的能量数量从而维持电池系统的恒定温度。本发明的另一个目的在于提供一种用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法，其中不必安设在相关技术中安设在容器类(container class)中的电池系统的电池架中的用于强制性地循环冷却空气的风扇，由此降低风扇驱动功耗量和风扇安设成本。
本发明的又一个目的在于提供根据包括在电池系统中的多个电池模块中的每一个的温度控制该多个电池模块的空气进口的打开/关闭的用于控制电池系统中的冷却空气流的一种系统和一种方法，使得能够通过降低包括在电池系统中的电池模块之间的温度偏差而维持或者最大化电池系统的放电深度(DOD)，并且降低电池模块之间的健康状态(SOH)的偏差(％)。
技术方案
本发明的一个示例性实施例提供一种用于控制电池系统中的冷却空气流以冷却包括多个电池模块的电池系统的系统，该系统包括：空气调节系统，所述空气调节系统包括排放冷却空气以降低该多个电池模块的温度的出口和吸入在降低该多个电池模块的温度之后其温度增加的冷却空气的进口；和管道，所述管道包括连接到出口、形成冷却空气的流动路径并且分别与于该多个电池模块对应的多个模块冷却端口，并且所述管道使得通过出口排放的冷却空气通过每一个模块冷却端口穿过每一个电池模块以冷却该多个电池模块。
该系统可以包括该多个电池模块。每一个电池模块可以包括：空气进口，所述空气进口接收从模块冷却端口流动的冷却空气；和空气出口，所述空气出口在降低电池模块的温度之后排放冷却空气。
空气进口可以形成在电池模块的一个表面上，并且空气出口可以形成在电池模块的面对该一个表面的另一表面上。
空气进口可以被紧固到模块冷却端口，并且空气进口可以形成为大于模块冷却端口。
该电池模块可以进一步包括打开/关闭装置，所述打开/关闭装置打开/关闭空气进口。
打开/关闭装置可以包括：打开/关闭板，所述打开/关闭板形成在空气进口的周围区域中并且打开/关闭空气进口；伺服马达，所述伺服马达提供用于打开和关闭打开/关闭板的动力；圆形板，所述圆形板连接到伺服马达；和连杆，所述连杆连接圆形板和打开/关闭板，并且将传递到圆形板的伺服马达的动力传递到打开/关闭板并且将伺服马达的旋转运动转换成打开/关闭板的直线运动。
该电池模块可以进一步包括模块控制单元，所述模块控制单元通过利用打开/关闭装置控制空气进口的打开/关闭而控制流入电池模块中的冷却空气的流入量。
该系统可以进一步包括系统控制单元，所述系统控制单元基于由该多个电池模块中的每一个的模块控制单元测量的每一个电池模块的温度控制该多个电池模块的空气进口的打开/关闭。
当在该多个电池模块中的具有最高温度的电池模块和具有最低温度的电池模块之间的温度偏差超过预定温度偏差基准值时，系统控制单元可以响应于每一个电池模块的温度单独地控制每一个电池模块的空气进口的打开/关闭。
系统控制单元可以顺序地排列该多个电池模块的温度，根据排列的温度将该多个电池模块分组成多个组，并且然后响应于其中包括每一个电池模块的组来分配空气进口的打开/关闭程度，并且每一个电池模块的模块控制单元可以根据分配的空气进口的打开/关闭程度而控制对应的电池模块的空气进口的打开/关闭。
当该多个电池模块中的具有最高温度的电池模块和具有最低温度的电池模块之间的温度偏差等于或者小于预定温度偏差基准值时，系统控制单元可以一起地控制所有的电池模块的空气进口的打开/关闭从而降低所有的电池模块的平均温度。
当所有的电池模块的平均温度等于或者小于预定平均温度基准值时，系统控制单元可以一起地控制所有的电池模块的空气进口的打开/关闭从而增加所有的电池模块的平均温度。
本发明的另一个示例性实施例提供一种用于控制电池系统中的冷却空气流以冷却包括多个电池模块的电池系统的方法，该方法包括：利用空气调节系统通过出口排放冷却空气以用于降低该多个电池模块的温度；利用包括多个模块冷却端口的管道使得通过出口排放的冷却空气通过每一个模块冷却端口穿过每一个电池模块以冷却该多个电池模块，所述多个模块冷却端口连接到出口、形成冷却空气的流动路径并且分别与该多个电池模块对应；以及利用空气调节系统通过进口吸入在降低该多个电池模块的温度之后的温度增加的冷却空气。
该多个电池模块中的每一个可以包括：空气进口，所述空气进口接收从模块冷却端口流动的冷却空气；空气出口，所述空气出口排放在降低电池模块的温度之后的冷却空气；打开/关闭装置，所述打开/关闭装置打开/关闭空气进口；和模块控制单元，所述模块控制单元通过利用打开/关闭装置控制空气进口的打开/关闭而控制流入电池模块中的冷却空气的流入量。
该方法可以进一步包括：利用系统控制单元基于由该多个电池模块中的每一个的模块控制单元测量的每一个电池模块的温度控制该多个电池模块的空气进口的打开/关闭。
控制该多个电池模块的空气进口的打开/关闭可以包括：当该多个电池模块中的具有最高温度的电池模块和具有最低温度的电池模块之间的温度偏差超过预定温度偏差基准值时，利用系统控制单元响应于每一个电池模块的温度单独地控制每一个电池模块的空气进口的打开/关闭。
响应于每一个电池模块的温度单独地控制每一个电池模块的空气进口的打开/关闭可以包括：利用系统控制单元顺序地排列该多个电池模块的温度；利用系统控制单元根据排列的温度将该多个电池模块分组成多个组；利用系统控制单元响应于其中包括每一个电池模块的组而分配空气进口的打开/关闭程度；以及根据分配的空气进口的打开/关闭程度控制对应的电池模块的空气进口的打开/关闭。
控制该多个电池模块的空气进口的打开/关闭可以包括：当该多个电池模块中的具有最高温度的电池模块和具有最低温度的电池模块之间的温度偏差等于或者小于预定温度偏差基准值时，利用系统控制单元一起地控制所有的电池模块的空气进口的打开/关闭从而降低所有的电池模块的平均温度。
控制该多个电池模块的空气进口的打开/关闭可以包括：当所有的电池模块的平均温度等于或者小于预定平均温度基准值时，一起地控制所有的电池模块的空气进口的打开/关闭从而增加所有的电池模块的平均温度。
有利的效果
根据本发明的一个方面，能够提供用于控制电池系统中的冷却空气流的一种系统和一种方法，其中包括连接到排放空气调节系统的冷却空气的出口并且形成冷却空气的流动路径的管道，并且该管道包括分别与多个电池模块对应的多个模块冷却端口，并且该管道使得冷却空气通过每一个模块冷却端口穿过每一个电池模块以冷却该多个电池模块，使得能够最小化冷却空气的冷量损失并且向每一个电池模块供应冷却空气，由此降低由空气调节系统消耗的能量数量从而维持电池系统的恒定温度。此外，能够提供用于控制电池系统中的冷却空气流的一种系统和一种方法，其中不必安设在相关技术中安设在容器类中的电池系统的电池架中的用于强制性地循环冷却空气的风扇，由此降低风扇驱动功耗量和风扇安设成本。
此外，根据本发明的另一个方面，能够提供根据包括在电池系统中的多个电池模块中的每一个的温度控制该多个电池模块的空气进口的打开/关闭的用于控制电池系统中的冷却空气流的一种系统和一种方法，使得能够通过降低包括在电池系统中的电池模块之间的温度偏差而维持或者最大化电池系统的放电深度(DOD)，并且降低电池模块之间的健康状态(SOH)的偏差(％)。
附图说明
图1是概略地示意根据本发明的示例性实施例的能够应用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的电池管理系统的视图。
图2是示意相关技术中的电池系统的空气调节系统的视图。
图3是示意根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的空气调节系统和管道的视图。
图4是示意电池架被紧固到根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的管道的状态的视图。
图5是示意根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的电池模块的后表面的视图。
图6是示意根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的电池模块的前表面的视图。
图7是示意电池模块被紧固到根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的管道的状态的视图。
图8和图9是示意根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的电池模块的打开/关闭装置的视图。
图10是示意根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的电池模块的打开/关闭装置的打开/关闭操作的视图。
图11到图14是用于描述在根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法中利用控制电池模块的温度的过程控制电池模块的温度的一个实例的表格。
图15是用于描述在根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法中控制电池模块的温度的过程的流程图。
图16是用于描述在根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法中控制电池模块之间的温度偏差的过程的流程图。
图17到图20是用于描述在根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法中利用控制电池模块之间的温度偏差的过程控制电池模块之间的温度偏差的一个实例的表格。
具体实施方式
将在以下参考附图详细描述本发明。在这里，将省略可能使得本发明的主旨不必要地模糊不清的重复说明和公知的功能和构造的详细说明。提供了本发明的示例性实施例从而更加完整地向本领域技术人员解释本发明。因此，为了更加清楚的解释，在图中的元件的形状、尺寸等可能被夸大。
贯穿本说明书和权利要求，除非被明确地描述为相反的情形，单词“包括(include/comprise)”和变型诸如“包括(includes/comprises)”或者“包括(including/comprising)”意味着进一步包括其它构成元件，而不排除其它构成元件。
另外，在说明书中描述的术语“…单元”意味着用于处理至少一个功能和操作的单元并且可以利用硬件构件、软件构件或其组合实现。
在描述根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法之前，将描述控制电池系统的温度的必要性。
在电池系统的操作效率方面需要被控制的温度元素是电池模块的“平均温度”和电池模块之间的“温度偏差”。如在随后的表格1中所示，该两个元素影响“健康状态(SOH)(％)”和“放电深度(DOD)”。
[表格1]
在SOH中，基于电池模块的平均温度，电池的劣化速度按照低温–高温–室温的顺序增加。因此，为了增加电池模块的寿命，在电池系统中有必要维持电池模块的平均温度处于室温。
此外，在DOD中，DOD受到电池模块之间的温度偏差诊断结果影响。因此，为了防止其中因电池系统的温度诊断结果而使电池系统被警告或者存在故障，使得电池系统停止电池充电/放电的情况，有必要降低电池模块之间的温度偏差。
图1是概略地示意能够应用到根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的电池管理系统的视图。
参考图1，电池管理系统(BMS,battery management system)可以被安设在电池系统诸如电池容器中，并且可以具有三层结构。
模块电池管理系统(MBMS,module battery management system)1被设置到电池模块，并且用于监视电池模块的状态并且向架电池管理系统(RBMS,rack batterymanagement system)2传输所监视的状态。MBMS 1可以被设置成与包括在对应的电池架中的下级电池模块的数目NM一样多。
RBMS 2被设置在电池架中，并且基于包括在对应的电池架中的下级电池模块的状态和关于施加到对应的电池架的架电流、电压等的水平的状态信息而执行诊断或者保护操作。此外，RBMS 2用于向组电池管理系统(BBMS,bank battery management system)3传输关于电池模块和电池架的状态信息。RBMS 2可以被设置成与包括在对应的电池容器中的电池架的数目NR一样多。
BBMS 3被设置在电池容器中，并且基于下级电池架的传输数据确定最佳电池系统操作方法并且采取适当的措施。此外，BBMS 3向电力控制系统(PCS)传输电池系统状态信息(综合信息)。
MBMS 1和RBMS 2与RBMS 2和BBMS 3通过控制器局域网(CAN)通信连接，使得MBMS1和RBMS 2与RBMS 2和BBMS 3可以交换信号。
包括前述结构的BMS被应用到根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法，由此控制电池模块的平均温度和温度偏差。
图2是示意相关技术中的电池系统的空气调节系统的视图。
参考图2，相关技术中的电池系统10从空气调节系统11接收冷却空气以冷却电池系统10内的电池架12与电池模块12-1和12-2。
然而，在相关技术中的电池系统10中，冷却空气被以类似的流率转移到所有的电池模块12-1和12-2，使得能够降低安设在电池系统10内的电池模块12-1和12-2的平均温度，但是在降低电池模块12-1和12-2之间的温度偏差方面存在限制。
在相关技术中的电池系统10中，空气调节系统11引起的冷却空气流通常被划分成在从下到上的方向上的上升流和在从上到下的方向上的下降流。在这两种流动方案中，在一个接一个地冷却堆叠结构中的电池模块12-1和12-2时，冷却空气上升或者下降，并且当冷却空气到达最后电池模块12-2时的冷却空气自身的温度可能比当冷却空气到达第一电池模块12-1时的温度高。因此，不易通过利用相关技术中的电池系统10中的空气调节系统11的方案降低电池模块12-1和12-2之间的温度偏差，并且该方案可能引起在电池模块12-1和12-2之间的温度偏差增加。
在下文中，将参考附图描述根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法，其解决了利用相关技术中的电池系统10中的空气调节系统11的方案的问题。
参考图3到图10，根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统100可以包括空气调节系统110、管道120和多个电池模块130。在图3到图10中示意的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统100是一个示例性实施例，并且其构成元件不限于在图3和图10中示意的示例性实施例，并且如有必要，则可以添加、改变或者移除某些构成元件。
在该示例性实施例中，还可以在电池系统中包括并且实现根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统100，并且该系统100还可以作为电池系统自身实现。
图3是示意根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的空气调节系统和管道的视图。
参考图3，空气调节系统110可以包括出口111和进口112，所述出口111排放用于降低该多个电池模块130的温度的冷却空气，所述进口112吸入在降低该多个电池模块130的温度之后其温度增加的冷却空气。
管道120包括多个模块冷却端口121，其连接到空气调节系统110的出口111，形成冷却空气的流动路径并且分别与该多个电池模块130对应，并且使得通过出口111排放的冷却空气通过每一个模块冷却端口121穿过每一个电池模块130以冷却该多个电池模块130。
在该示例性实施例中，穿过空气调节系统110的冷却空气经由管道120到达每一个电池模块130的后表面。到达电池模块130的后表面的冷却空气通过位于电池模块130的后表面上的空气进口131流入电池模块130中并且降低电池模块130内部的温度，并且然后通过位于电池模块的前部上的空气出口132被排放到电池模块130的外部并且流回空气调节系统110中。
图4是示意电池架被紧固到根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的管道的状态的视图。
参考图4，根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统100的管道120被紧固到包括在电池架130'中的每一个电池模块130的后表面。如上所述，当通过使用管道120控制冷却空气的流动时，能够将到达安设在电池系统内的电池架130'中的所有的电池模块130的后表面的冷却空气的温度维持在预定水平，使得能够降低电池模块130之间的温度偏差。
此外，能够通过最小化冷却空气的温度损失而降低电池模块130的平均温度和为了降低电池模块130之间的温度偏差而消耗的能量数量，由此节约能量。
在该示例性实施例中，空气调节系统110可以进一步包括温度测量单元113和空气调节控制单元114，所述温度测量单元113测量进入进口112的温度增加的冷却空气的温度，所述空气调节控制单元114响应于通过位于电池模块130的前部上的空气出口132排放的冷却空气的温度控制供应到电池系统的冷却空气的温度和空气体积。空气调节系统110可以通过温度测量单元113和空气调节控制单元114自主地调节冷却空气，并且在此情形中，不需要空气调节系统110和BMS之间的通信。例如，空气调节系统110基于通过温度测量单元113测量的电池系统(容器)的冷却空气的温度调节冷却空气。由空气调节系统110产生的冷却空气在穿过电池模块130的内部时具有增加的温度，并且温度增加的冷却空气被抽吸回空气调节系统130中。
图5是示意根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的电池模块的后表面的视图，图6是示意根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的电池模块的前表面的视图，并且图7是示意电池模块被紧固到根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的管道的状态的视图。
如上所述，还可以在电池系统中包括并且实现根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统100，并且该系统100还可以被实现为电池系统自身，并且在此情形中，根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统100可以包括电池模块130。在下文中，将详细描述根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统100的电池模块130。
参考图5到图7，根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统100的电池模块130可以包括空气进口131和空气出口132，所述空气进口131接收从管道120的模块冷却端口121流动的冷却空气，所述空气出口132排放已经降低了电池模块130的温度的冷却空气。
在该示例性实施例中，在电池模块130中，为了在一个方向上维持冷却空气流，空气进口131可以形成在电池模块130的一个表面上并且空气出口132可以形成在电池模块130的面对该一个表面的另一表面上。图5和图6示意其中空气进口131形成在电池模块130的后表面上并且空气出口132形成在电池模块130的前表面上的实例。在此情形中，空气出口132不形成在电池模块的上表面、下表面以及两个侧表面上。如在图7中所示意地，原因在于使得冷却空气一直到达位于电池模块130的前部上的电池单体(见图9中的135)以降低电池模块130内的电池单体(见图9中的135)之间的温度偏差。
在该示例性实施例中，如在图5和图7中所示意地，空气进口131被紧固到管道120的模块冷却端口121，并且空气进口131可以形成为大于模块冷却端口121。因此，管道120的模块冷却端口121被紧固以插入空气进口131中，使得冷却空气可以无损失地流入电池模块130中。
图8和图9是示意根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的电池模块的打开/关闭装置的视图，并且图10是示意根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的电池模块的打开/关闭装置的打开/关闭操作的视图。
根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的电池模块130可以进一步包括打开/关闭装置133，所述打开/关闭装置133打开/关闭空气进口131以控制电池模块130内的冷却空气的流入量。
参考图8和图9，打开/关闭装置133可以包括：打开/关闭板133-1，所述打开/关闭板133-1形成在空气进口131的周围区域中并且打开/关闭空气进口131；伺服马达133-2，所述伺服马达133-2提供用于打开和关闭打开/关闭板133-1的动力；圆形板133-3，所述圆形板133-3连接到伺服马达133-2；和连杆133-4，所述连杆133-4连接圆形板133-3和打开/关闭板133-1并且将传递到圆形板133-3的伺服马达133-2的动力传递到打开/关闭板133-1并且将伺服马达133-2的旋转运动转换成打开/关闭板133-1的直线运动。
参考图10，根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统的电池模块130的打开/关闭装置133可以通过在顺时针方向上旋转伺服马达133-2而增加空气进口131的打开/关闭程度，或者可以通过在逆时针方向上旋转伺服马达133-2而降低空气进口131的打开/关闭程度。图10A示意空气进口131完全关闭，即，打开/关闭程度为0％的情形，图10B示意空气进口131打开大约一半，即，打开/关闭程度为50％的情形，并且图10C示意空气进口131完全打开，即，打开/关闭程度为100％的情形。
打开/关闭装置133可以由包括在电池模块130中的模块控制单元134控制。在该示例性实施例中，模块控制单元134可以通过利用打开/关闭装置133控制空气进口131的打开/关闭而控制流入电池模块130中的冷却空气的流入量。此外，模块控制单元134可以与控制每一个电池模块的MBMS(见图1中的1)对应。
回过来参考图4，根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统100可以进一步包括系统控制单元140，所述系统控制单元140基于由该多个电池模块130中的每一个的模块控制单元134测量的每一个电池模块130的温度控制该多个电池模块130的空气进口131的打开/关闭。系统控制单元140可以相当于控制电池架和包括在对应的电池架中的下级电池模块的RBMS(见图1中的2)，或者相当于控制电池容器、包括在对应的电池容器中的下级电池架和整个电池模块的BBMS(见图1中的3)。
在下文中，将描述通过控制包括在该多个电池模块130中的打开/关闭装置133而控制电池模块130的平均温度和在电池模块130之间的温度偏差的具体过程及其实例，该过程可以由根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统100的系统控制单元140执行。
图11到图14是用于描述在根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法中利用控制电池模块的温度的过程控制电池模块的温度的实例的表格。
在根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法中，控制电池模块的温度的过程可以通常被划分成“模块温度偏差控制部分”、“模块平均温度控制部分”和“模块温度控制停止部分”。
“模块温度偏差控制部分”是其中每一个电池模块130的空气进口131的打开/关闭程度被单独地控制以便将电池模块130之间的温度偏差降低到特定水平以下的部分。例如，“模块温度偏差控制部分”可以是其中电池模块130之间的温度偏差被降低直至小于2.0℃的部分。在“模块温度偏差控制部分”中，当在该多个电池模块130中的具有最高温度的电池模块和具有最低温度的电池模块之间的温度偏差超过预定温度偏差基准值时，系统控制单元140可以响应于每一个电池模块130的温度单独地控制每一个电池模块130的空气进口131的打开/关闭。
“模块平均温度控制部分”是其中所有的电池模块130的空气进口131的打开/关闭程度均被控制为100％以便均匀地降低所有的电池模块130的温度，即，降低该多个电池模块130的平均温度的部分。在“模块平均温度控制部分”中，当在该多个电池模块130中的具有最高温度的电池模块和具有最低温度的电池模块之间的温度偏差等于或者小于预定温度偏差基准值时，系统控制单元140可以一起地控制所有的电池模块130的空气进口131的打开/关闭从而降低所有的电池模块130的平均温度。
“模块温度控制停止部分”是其中所有的电池模块130的空气进口131的打开/关闭程度均被控制为0％以便防止电池模块130的平均温度过度地减小的部分。在“模块温度控制停止部分”中，当所有的电池模块130的平均温度等于或者小于预定平均温度基准值时，系统控制单元140可以一起地控制所有的电池模块130的空气进口131的打开/关闭从而增加所有的电池模块130的平均温度。
参考图11，表示出了在利用根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法执行控制电池模块的温度的过程之前的每一个电池模块130的温度。MT意味着每一个电池模块130的模块温度，NR意味着电池系统内的电池架130'的数目，并且Nm意味着电池架130'内的电池模块的数目。在图11中，能够看到电池架130'内的具有最高温度和最低温度的电池模块130之间的温度偏差范围从4.8℃到7.3℃。
参考图12，示意了其中在利用根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法控制电池模块的温度的过程中，“模块温度偏差控制部分”操作，使得每一个电池模块130的空气进口131的打开/关闭程度被单独地控制的实例。在图12中，能够确认这样一个实例，其中在图11中，通过在具有37℃以上的模块温度MT的电池模块130中将空气进口131的打开/关闭程度控制为100％、通过在具有36℃以上并且小于37℃的模块温度MT的电池模块130中将空气进口131的打开/关闭程度控制为75％、通过在具有35℃以上并且小于36℃的模块温度MT的电池模块130中将空气进口131的打开/关闭程度控制为50％、通过在具有31℃以上并且小于35℃的模块温度MT的电池模块130中将空气进口131的打开/关闭程度控制为25％，并且通过在具有小于31℃的模块温度MT的电池模块130中将空气进口131的打开/关闭程度控制为0％，空气进口131的打开/关闭程度根据电池模块的模块温度MT被单独地控制。
参考图13，示意了这样一个实例，其中通过通过在图12中示意的“模块温度偏差控制部分”的操作单独地控制空气进口130的打开/关闭程度并且维持被控制的打开/关闭程度达预定时间，电池模块130之间的温度偏差被控制为小于预定水平。在图13中，能够看到在电池架130'内的具有最高温度和最低温度的电池模块130之间的温度偏差范围从1.3℃到1.9℃，这被控制为小于2℃。
参考图14，示意了这样一个实例，其中在利用根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法控制电池模块的温度的过程中，“模块平均温度控制部分”操作，使得所有的电池模块130的空气进口131的打开/关闭程度被控制为100％。在图14中，能够确认这样一个实例，其中电池模块130之间的温度偏差被控制为小于2℃，使得所有的电池模块130的空气进口131被控制为100％打开以便降低所有的电池模块130的平均温度。
在下文中，将参考图15的流程图详细描述在根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法中控制电池模块的温度的过程。
图15是用于描述在根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法中控制电池模块的温度的过程的流程图。
在图15中示意的控制电池模块的温度的过程可以由根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统100的系统控制单元140执行。此外，图15的控制电池模块的温度的过程的处理周期可以是一秒。
参考图15，当在根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法中控制电池模块的温度的过程开始时，空气进口状态维持计数器(ISMC)首先被设定为0(S1501)。ISMC是确定空气进口132的打开/关闭程度被维持在设定状态中的时间的计数器值。
此外，用于每一个电池架130'或者每一个电池模块130的模块温度MT被采集(S1502)。然后，对于每一个电池架130'，通过计算电池模块的温度的最大值MT_max和电池模块的温度的最小值MT_min之间的差值计算电池模块130之间的温度偏差MT_dev(S1503)。可以通过为每一个电池架130'设置的RBMS执行操作S1503。
然后，计算所有的电池模块的模块温度MT的平均温度MT_avg，并且将计算的平均温度MT_avg与平均温度基准值B相比较(S1504)。平均温度基准值B是用于确定对应的平均温度MT_avg的值是否与表示需要操作“模块平均温度控制部分”或者“模块温度偏差控制部分”的值对应，或者表示需要操作“模块平均温度控制停止部分”的值的基准值，并且平均温度基准值B是根据电池系统的操作环境的最佳值，并且可以被设定为初始值，或者可以由用户设定，例如30℃。
当在操作S1504中所有的电池模块的模块温度的平均温度MT_avg超过平均温度基准值B时，检查ISMC是否为0(S1505)，并且当ISMC不为0时，ISMC被减1(S1506)并且该过程返回操作S1502，并且当ISMC为0时，该过程前进到下一个操作S1507。
然后，将在电池模块130之间的温度偏差MT_dev与温度偏差基准值A相比较(S1507)。温度偏差基准值A是用于确定对应的温度偏差MT_dev的值是否与表示需要操作“模块平均温度控制部分”或者“模块温度偏差控制部分”的值对应的基准值，并且温度偏差基准值是根据电池系统的操作环境的最佳值，并且可以被设定为初始值，或者可以由用户设定，例如5℃。
当在操作S1507中电池模块130之间的温度偏差MT_dev超过温度偏差基准值A时，每一个电池模块130的空气进口的打开/关闭程度响应于每一个电池模块130的温度被单独地设定以便操作“模块温度偏差控制部分”(S1508)。
当在操作S1507中电池模块130之间的温度偏差MT_dev等于或者小于温度偏差基准值A时，为了操作“模块平均温度控制部分”，所有的电池模块130的空气进口131的打开/关闭程度被一起地设定从而降低所有的电池模块130的平均温度(S1509)。在此情形中，所有的电池模块130的空气进口131的打开/关闭程度可以被设定为100％。
在操作S1508或者S1509之后，ISMC被设定为空气进口打开/关闭状态维持时间C(S1510)。空气进口打开/关闭状态维持时间C是对此维持空气进口打开/关闭状态以控制电池模块的温度的时间C，并且是根据电池系统的操作环境的最佳值，并且可以被设定为初始值或者可以由用户设定，例如60秒或者600秒。
当在操作S1504中所有的电池模块的模块温度MT的平均温度MT_avg等于或者小于平均温度基准值B时，为了操作“模块温度控制停止部分”，所有的电池模块130的空气进口131的打开/关闭程度被一起地设定从而增加所有的电池模块130的平均温度(S1511)。在此情形中，所有的电池模块130的空气进口131的打开/关闭程度可以被设定为0％。
在操作S1511之后，ISMC被设定为0(S1512)。
如上所述，在操作“模块温度偏差控制部分”、“模块平均温度控制部分”和“模块温度控制停止部分”中的任何一项之后，为每一个电池模块130确定的空气进口131的打开/关闭程度经由系统控制单元140被传输到每一个模块控制单元134(S1513)，使得每一个电池模块130可以根据对应的空气进口131的打开/关闭程度控制打开/关闭装置133以打开/关闭空气进口131。
图16是用于描述在根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法中控制电池模块之间的温度偏差的过程的流程图，并且图17到图20是用于描述在根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法中利用控制电池模块之间的温度偏差的过程控制电池模块之间的温度偏差的一个实例的表格。
在图16中示意的过程特别地描述与图15的操作S1508对应的过程。
当控制电池模块之间的温度偏差的过程开始时，电池系统内所有的电池模块130的温度首先被以上升次序排列(S1601)。图17表示在利用根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法执行控制电池模块之间的温度偏差的过程之前用于每一个电池模块130的温度。此外，图18示意其中在图17中示意的用于每一个电池模块130的温度被以上升次序排列的实例。在图18中，NR意味着电池系统内的电池架130'的数目，并且NM意味着电池架130'内的电池模块的数目。RBMS ID意味着其中包括对应的电池模块130的电池架130'的RMBS的标识号，并且MBMS ID意味着对应的电池模块130的MBMS的标识号。
当电池系统内所有的电池模块130的温度如在图18中所示意地被以上升次序排列时，根据排列的温度，该多个电池模块130被分组成多个组(S1602)。图19示意其中该多个电池模块130以从低温到高温排列的温度的次序被分组成五个组的实例。
然后，响应于其中包括每一个电池模块的组来分配空气进口的打开/关闭程度(S1603)。图20示意其中响应于其中包括每一个电池模块的组来分配空气进口的打开/关闭程度0％、25％、50％、75％和100％的实例。
在根据本发明的示例性实施例的用于控制电池系统中的冷却空气流的系统和方法中，可以根据需要的温度控制准确度确定组的数目，即，空气进口的打开/关闭程度的类型数目，并且当组的数目增加时，能够高准确度地控制温度。在图17到图20中，假设组的数目是五，但是该数目是根据示例性实施例并且如有必要则可以调节组的数目。
以上已经示意并且描述了本发明的具体示例性实施例，但是对于本领域技术人员而言明显的是，本发明的技术精神不受附图和所描述的内容限制，并且可以在不偏离本发明的精神的情况下被以各种形式修改，并且在不偏离本发明精神的情况下，这些修改被视为属于本发明的权利要求。

Claims (19)

1.一种用于控制电池系统中的冷却空气流以冷却包括多个电池模块的所述电池系统的系统，所述系统包括：
空气调节系统，所述空气调节系统包括出口和进口，所述出口排放冷却空气以降低所述多个电池模块的温度，所述进口吸入在降低所述多个电池模块的温度之后的温度增加的冷却空气；和
管道，所述管道包括多个模块冷却端口，所述多个模块冷却端口连接到所述出口，形成冷却空气的流动路径并且分别与所述多个电池模块对应，并且所述管道使得通过所述出口排放的冷却空气通过每一个模块冷却端口穿过每一个电池模块以冷却所述多个电池模块。
2.根据权利要求1所述的系统，包括：
所述多个电池模块，
其中每一个所述电池模块包括：
空气进口，所述空气进口接收从所述模块冷却端口流动的冷却空气；和
空气出口，所述空气出口排放在降低所述电池模块的温度之后的冷却空气。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述空气进口形成在所述电池模块的一个表面上，并且
所述空气出口形成在所述电池模块的面对所述一个表面的另一表面上。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述空气进口被紧固到所述模块冷却端口，并且所述空气进口被形成为大于所述模块冷却端口。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述电池模块进一步包括打开/关闭装置，所述打开/关闭装置打开/关闭所述空气进口。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述打开/关闭装置包括：
打开/关闭板，所述打开/关闭板形成在所述空气进口的周围区域中并且打开/关闭所述空气进口；
伺服马达，所述伺服马达提供用于打开和关闭所述打开/关闭板的动力；
圆形板，所述圆形板连接到所述伺服马达；和
连杆，所述连杆将所述圆形板和所述打开/关闭板连接，并且将传递到所述圆形板的所述伺服马达的动力传递到所述打开/关闭板并且将所述伺服马达的旋转运动转换成所述打开/关闭板的直线运动。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述电池模块进一步包括模块控制单元，所述模块控制单元通过利用所述打开/关闭装置控制所述空气进口的打开/关闭而控制流入所述电池模块中的冷却空气的流入量。
8.根据权利要求7所述的系统，进一步包括：
系统控制单元，所述系统控制单元基于由所述多个电池模块中的每一个的所述模块控制单元测量的每一个电池模块的温度来控制所述多个电池模块的所述空气进口的打开/关闭。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，当所述多个电池模块中的具有最高温度的电池模块和具有最低温度的电池模块之间的温度偏差超过预定温度偏差基准值时，所述系统控制单元响应于每一个电池模块的温度单独地控制每一个电池模块的所述空气进口的打开/关闭。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述系统控制单元顺序地排列所述多个电池模块的温度，根据所排列的温度将所述多个电池模块分组成多个组，并且然后响应于其中包括每一个电池模块的组而分配所述空气进口的打开/关闭程度，并且
每一个电池模块的所述模块控制单元根据所分配的所述空气进口的打开/关闭程度来控制对应的电池模块的所述空气进口的打开/关闭。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，当所述多个电池模块中的具有最高温度的电池模块和具有最低温度的电池模块之间的温度偏差等于或者小于预定温度偏差基准值时，所述系统控制单元一起地控制所有的所述电池模块的所述空气进口的打开/关闭从而降低所有的所述电池模块的平均温度。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，当所有的所述电池模块的平均温度等于或者小于预定平均温度基准值时，所述系统控制单元一起地控制所有的所述电池模块的所述空气进口的打开/关闭从而增加所有的所述电池模块的平均温度。
13.一种用于控制电池系统中的冷却空气流以冷却包括多个电池模块的所述电池系统的方法，所述方法包括：
利用空气调节系统通过出口排放冷却空气以用于降低所述多个电池模块的温度；
利用包括多个模块冷却端口的管道使得通过所述出口排放的冷却空气通过每一个模块冷却端口穿过每一个电池模块以冷却所述多个电池模块，所述多个模块冷却端口连接到所述出口，形成冷却空气的流动路径并且分别地与所述多个电池模块对应；并且
利用所述空气调节系统通过所述进口吸入在降低所述多个电池模块的温度之后的温度增加的冷却空气。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个电池模块中的每一个包括：
空气进口，所述空气进口接收从所述模块冷却端口流动的冷却空气；
空气出口，所述空气出口排放在降低所述电池模块的温度之后的冷却空气；
打开/关闭装置，所述打开/关闭装置打开/关闭所述空气进口；和模块控制单元，所述模块控制单元通过利用所述打开/关闭装置控制所述空气进口的打开/关闭而控制流入所述电池模块中的冷却空气的流入量。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
利用系统控制单元，基于由所述多个电池模块中的每一个的所述模块控制单元测量的每一个电池模块的温度来控制所述多个电池模块的所述空气进口的打开/关闭。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，控制所述多个电池模块的所述空气进口的打开/关闭包括：当所述多个电池模块中的具有最高温度的电池模块和具有最低温度的电池模块之间的温度偏差超过预定温度偏差基准值时，利用所述系统控制单元响应于每一个电池模块的温度而单独地控制每一个电池模块的所述空气进口的打开/关闭。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，响应于每一个电池模块的温度而单独地控制每一个电池模块的所述空气进口的打开/关闭包括：
利用所述系统控制单元顺序地排列所述多个电池模块的温度；
利用所述系统控制单元根据所排列的温度将所述多个电池模块分组成多个组；
利用所述系统控制单元响应于其中包括每一个电池模块的所述组而分配所述空气进口的打开/关闭程度；并且
根据所分配的所述空气进口的打开/关闭程度而控制对应的电池模块的所述空气进口的打开/关闭。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，控制所述多个电池模块的所述空气进口的打开/关闭包括：当所述多个电池模块中的具有最高温度的电池模块和具有最低温度的电池模块之间的温度偏差等于或者小于预定温度偏差基准值时，利用所述系统控制单元一起地控制所有的所述电池模块的所述空气进口的打开/关闭从而降低所有的所述电池模块的平均温度。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，控制所述多个电池模块的所述空气进口的打开/关闭包括：当所有的所述电池模块的平均温度等于或者小于预定平均温度基准值时，一起地控制所有的所述电池模块的所述空气进口的打开/关闭从而增加所有的所述电池模块的平均温度。
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