CN107959092A - 用于控制电池单元温度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制电池模块（20）中的电池单元（22，24）的温度的方法，所述方法包括以下步骤：确定电池单元（22，24）的初始温度；测量流入或流出电池单元（22，24）的电流（I）；使用由微分方程描述的热电池单元模型确定电池单元（22，24）的实际温度梯度，对于所述微分方程的输入值至少包括所确定的初始温度和所测量的电流（I）；将所确定的电池单元（22，24）的实际温度梯度与预定义期望温度梯度进行比较；以及根据比较的结果，自动调节流入或流出电池单元（22，24）的电流（I）。

Description

用于控制电池单元温度的方法
技术领域
本发明涉及用于控制电池单元温度的方法和装置，并且特别地，涉及用于控制这样的电池单元的温度的方法和装置，该电池单元是可用于车辆中的电池模块的一部分。
背景技术
在现有技术的电池中常见的是逐个模块测量温度，即针对电池的各个模块测量温度。这是在假定构成电池模块的各个电池单元的温度与针对电池模块确定的温度差别仅仅不显著的情况下进行的。因此，现有技术的电池模块中的多个温度传感器例如安装在连接电池模块中的电池单元的电池单元连接器上。
根据现有技术实现，控制电池单元的操作参数（例如控制总体电池输出功率）不超过预定义的最大电池温度不是电池的一部分。由于现有技术的装置尚未考虑到温度梯度，因此不可能成功地防止由于电池组中热梯度的不规则分布而发生的热应力。
发明内容
公开了一种用于控制电池模块中的电池单元的温度的方法，其中该方法包括以下步骤：确定电池单元的初始温度；测量流入或流出电池单元的电流；使用热电池单元模型确定电池单元的实际温度梯度；将所确定的电池单元的温度梯度与预定义的温度梯度进行比较；以及根据比较的结果，自动调节流入或流出电池单元的电流。
在本发明的一方面中，该热电池单元模型是由微分方程来描述的。微分方程的输入值优选地至少包括所确定的初始温度和所测量的在操作期间流入或流出电池单元的电流。另外，在优选实施例中，以下可以供热电池单元模型使用：像电池单元的几何参数和/或电池单元的热参数的恒定输入值，以及像电池单元周围温度值的可变输入值等。
在本发明的一方面中，可以使用单个温度传感器来确定初始温度以及提供实际温度，基于该初始温度和实际温度可以估计操作期间电池模块的实际温度梯度。
还公开的是电池模块中电池单元的温度控制装置，其中该装置包括存储器装置、传感器单元和控制单元。存储器装置用于存储通过微分方程描述的预定义热电池单元模型。存储器装置中还存储的是要与该热电池单元模型一起使用的电池单元的恒定参数。传感器单元用于确定要与该热电池单元模型一起使用的电池单元及其环境的可变参数。要确定的参数至少包括流入或流出电池单元的电流以及在电池模块内部的温度。控制单元用于使用从存储器装置读取的参数和/或传感器单元确定的参数来执行操作，并基于那些操作来自动调节电池单元的操作参数。要调节的电池单元的操作参数至少包括流入或流出电池单元的电流。控制单元优选地被配置为使用所存储的热电池单元模型确定电池单元的实际温度梯度，将所确定的温度梯度与存储在存储器装置中的预定义期望温度梯度进行比较，以及基于比较的结果，自动调节流入或流出电池单元的电流。
要存储在存储器装置中的、热电池单元模型的恒定输入值可以包括例如：电池单元侧表面的面积值、电池单元不同侧表面的传热系数、电池单元的质量和比热容，等等。
从属权利要求参考本发明的优选实施例。
热电池单元模型还包括机械信息，可以从该机械信息推导电池单元和/或电池模块的抗热应力（thermal stress resistance）连同实际温度梯度。例如，该模型可以反映取决于热应力和/或温度梯度的单元和/或外壳的形状变化。如果关于电池单元和/或电池模块的材料的相应信息是可获得的（例如从数据存储），则可以使用预定义的可容许变形，以便确保不超过相应的可容许热应力。不言而喻，可容许热应力可以可替换地表示在数据存储中，而没有对预定义可容许变形的定义。因此，可以通过分别调试例如经过电池单元或电池模块的电流来控制电池单元和/或电池模块的温度梯度。因此，可以防止由于大的温度梯度导致的对电池单元的不均匀充电。本发明进一步促进防止彼此并联连接的电池单元中由于不同温度梯度导致的不均匀的热。
在本发明的优选实施例中，在预定义时间点和/或在预定义条件下借助于电池模块中的温度传感器确定初始温度。为了确定电池单元的初始温度，例如可以使用特定条件或时间点，对于该特定条件或时间点来说假设电池模块中的所有电池单元的温度相同是足够准确的。因此，可以足以仅使用单个设置在电池模块内部合适位置（例如在电池单元连接器上）的温度传感器来确定电池模块内部的温度并将该温度作为初始温度分派给每个单独电池单元。
根据本发明的另一个方面，该方法还包括例如从所测量的电流确定电池单元是否处于空闲状态。例如，如果已经在某个预定义时间量内没有电流流入或流出电池单元，则可以定义电池单元处于空闲状态。在这种情况下，根据优选实施例，测量电池单元保留在空闲状态的时间量可以是该方法的一部分。该方法可以还包括在电池单元保留在空闲状态的情况下已经度过预定义时间量后，确定电池单元已经达到该时间点和/或该预定义条件，从而允许测量要用于每个电池单元的初始温度。
在另一优选实施例中，该方法还包括确定每一个电池单元的实际温度梯度在预定义范围内，尤其是等于预定义期望温度梯度。可以取决于电池单元所用于的具体操作模式（例如由所述电池模块供电的车辆传动列车（vehicle drive train）的驾驶状态）来选择温度梯度的预定义范围（或窗口）。
在再一优选实施例中，除了借助于内部温度传感器测量电池模块内部的温度外，该方法还可以包括借助于外部温度传感器测量电池模块周围的环境温度，该环境温度要被用作用于热电池单元模型的另一可变输入值。
根据本发明的方法优选地还包括确定电池单元的操作模式，例如充电或放电模式，以及确定在所确定的操作模式期间的预定义期望温度梯度。根据优选实施例，对应于分别的所确定操作模式的、要供热模型使用的参数可以作为分别的数据组存储在温度控制装置的存储器装置中。
进一步优选地，根据本发明的方法还包括：存储针对充电/放电模式序列和/或相应预定义期望温度梯度和/或相应预定义期望持续时间的数据组，某存储的温度值要在该相应预定义期望持续时间内被维持在相应充电/放电模式中。这样的充电/放电模式序列可以例如是初始空闲状态，初始空闲状态之后跟随着快启动状态，快启动状态之后跟随着放松操作状态，在该快启动状态中允许在某个时间量内和/或直到达到电池单元的某最高温度或温度梯度为止从电池单元汲取大量电流，在该放松操作状态期间电池单元温度应当被向下带至一新的较低的最高温度值，因此允许从电池单元汲取较少电流。
进一步优选的是，根据本发明的方法还包括：确定所存储的充电/放电模式序列以及相应的预定义期望温度或温度梯度和预定义期望持续时间的组，例如如上面所描述的；确定电池单元的实际温度梯度针对所确定的充电/放电模式序列的第一充电/放电模式，是否在长于相应预定义持续时间的实际时间段内保持预定义期望温度梯度；以及如果实际时间段长于预定义持续时间，则自动移到所确定的充电/放电模式序列的下一充电/放电模式。
操作期间在电池模块中流动的电流可能加热电池单元以外的元件（例如连接电池单元的金属板）并且因此可能导致所测量的电池模块温度和实际电池单元温度之间的差异。因此，优选地在将所测量的电池模块温度作为输入值传递给热电池单元模型微分方程之前，利用取决于在电池模块中流动的实际电流的权重函数来应对该所测量的电池模块温度。如果当前温度T达到预定义温度Ts（对应于对于电池单元/电池模块可允许的最高温度），则可以根据下式来计算对于充电或放电电池单元/模块所允许的最大电流：
式1 m*cp*(dT/dt) = Qdot – αi *Ai *(T-Ti)
其中m表示电池单元的质量，cp表示电池单元的比热容，Qdot表示热损失，αi表示电池单元侧的传热系数，Ai表示电池单元侧的表面积大小，以及Ti表示取决于相邻介质温度的电池单元侧的温度。
为了估计最大电流Imax，dT = Ts – T和dt = Δt得到：
m*cp*(Ts - T) / Δt = Qdot – αi * Ai * (T-Ti)；
其中Δt是持续时间，如果所有其它约束恒定的话在该持续时间之后达到最高温度Ts。考虑
Qdot = I2 * Ri,
可以对式1求解以便于得到如下的最大电流Imax：
Imax= sqrt( ( ((Ts-T)/Δt) *m*cp + αi*Ai(T-Ti) )/Ri)。
附图说明
下面是参照附图对本发明优选实施例的详细描述。在绘图中，
图1是图示根据现有技术的电池模块的示例性配置的图，
图2是图示根据本发明优选实施例的电池模块的配置的图，
图3是图示根据本发明优选实施例的电池模块的配置的一部分的图，
图4是图示根据本发明一个实施例的用于控制电池单元中的温度梯度的方法的流程图，以及
图5是图示根据本发明优选实施例的用于控制电池单元中的温度梯度的方法的流程图。
具体实施方式
图1是图示根据现有技术的电池模块10的示例性配置的图。多个电池单元22、24提供在电池模块10内部，其中电池单元22位于靠近电池模块10的侧壁，而电池单元24位于朝向电池模块10的中心。电池单元22、24使用由导电材料制成的电池单元连接器32彼此连接。多个温度传感器34安装在电池单元连接器32上，使得可以测量分别的电池单元连接器32的温度。温度传感器34各自连接到评估单元（未示出），所述评估单元被配置为考虑每个温度传感器34的温度值来确定电池模块10的温度。
在电池模块的常规实现中，假定各个电池单元的温度彼此仅相差无几，并且各个电池单元的温度都接近整个电池模块的所确定温度。然而，这种假定未考虑电池模块10内部不同位置处的电池单元22、24可能以不同的速率与它们分别的不同的环境进行热交换的事实。例如，与位于朝向电池模块10中心的电池单元24相比，位于靠近电池模块10的外侧壁的电池单元22可以能够更有效地将热散发到电池模块10周围的冷却环境。
此外，将温度传感器34安装在电池单元连接器32的顶部上可能导致与电池单元22、24的实际温度不同的温度值，这是由于流过电池单元连接器32的不同电流量可能导致电池单元连接器的不同自加热的事实。
而且，例如对于每个单独的电池单元可能已经发展到不同级别的老化效应可能会对不同电池单元的温度特性有影响，因此会对电池模块操作期间电池单元温度或温度梯度的差异做出贡献。
与现有技术的电池模块相反，根据本发明的实施例的用于控制电池单元的温度或温度梯度的方法和装置取决于每个单独电池单元的各个参数来确定每个单独电池单元的温度。
图2是图示根据本发明优选实施例的电池模块20的配置的图。如图2中所示，除了电池模块20仅包含一个温度传感器34而不是多个温度传感器之外，电池模块20使用与根据现有技术的电池模块10的配置相同的配置。
图3是图示根据本发明优选实施例的电池模块20的配置的一部分的图。除了上述组件之外，根据优选实施例的电池模块20包含存储器装置50、传感器单元60和控制单元70。传感器单元60以这种方式连接到电池单元22、24，即其能够测量流入或流出分别的电池单元22、24的电流I。存储器装置50可以例如存储最大可允许温度梯度、反映取决于热应力和/或温度梯度的单元和/或外壳的形状变化的模型。可替换或附加地，存储关于电池单元和/或电池模块的材料的相应信息。可替换或附加地，可以存储预定义的可容许变形，以便确保不超过相应的可容许热应力。不言而喻，可容许热应力可以可替换地存储在数据存储中，而没有对预定义可容许变形的定义。
图4是图示根据本发明优选实施例的用于控制电池单元中的温度和/或温度梯度的方法的流程图。
在图4的步骤310中，确定包含在电池模块20中的每个电池单元22、24的初始温度T0。在优选实施例中，可以在每个电池单元22、24的温度或温度梯度可以分别是相同的温度或温度梯度并且可以是或对应于由一个温度传感器34测量的温度的时间点获得初始温度T0。用于测量初始温度的时间点可以是例如电池模块在其中使用的系统的空闲状态。该空闲状态可以例如由预定义最小时间段来定义，需要已经度过该预定义最小时间段而系统未进入另一操作状态。虽然电池模块可以包含若干温度传感器，但是对于根据本发明的方法来说一个温度传感器可以是足够的，并且可以相应地节省成本。
在图4的步骤320中，借助于传感器单元60测量流入或流出电池单元22、24的实际电流I。
在图4的步骤330中，使用由微分方程描述的热电池单元模型确定电池单元22、24的实际温度T，对于该微分方程的输入值至少包括所确定的初始温度T0和实际测量的电流I。微分方程的其它输入值可以包括电池单元参数，其为固定值，诸如电池单元22、24的不同侧的表面积Ai和/或电池单元22、24的不同侧的表面的传热系数αi和/或电池单元22、24的质量m和/或比热容cp。微分方程的这些固定输入值可以存储在电池模块20的存储器装置50中。
微分方程的进一步的输入值可以是可变值，诸如，由电池模块20内部的温度传感器34测量的实际电池模块温度Tb和/或外部温度传感器（未示出）测量的在电池模块20周围环境中的实际环境温度Ta。在电池模块内部于电池单元周围使用冷却剂的实施例中，可以使用冷却剂的实际温度作为热电池单元模型的微分方程的进一步可变输入。
微分方程可以看起来像上面的式1。
所有电池单元侧的温度Ti取决于电池单元的结构，并且可以等于以下温度中的一个或多个：电池单元周围的空气温度、相邻电池单元的温度、或者在电池模块内部使用冷却剂的情况下冷却剂的温度。散热损失可以通过与电池单元的Ri*I2的相关来确定，其中Ri标示电池单元的内部电阻值。
在步骤340中，将所确定的电池单元22、24的实际温度T与预定义期望温度Ts进行比较。预定义期望温度Ts可以例如是电池单元22、24应该操作所在但不应被超过的最高温度。在其它情况下，预定义期望温度Ts可以是在某时间段内要达到的最低温度，例如以快速获得电池单元22、24的高性能输出。
在步骤350中，根据步骤340的比较结果，自动调节流入或流出电池单元22、24的电流I。例如，如果所确定的电池单元的温度T高于预定义期望温度Ts（其可以表示最高温度极限），则可以减小电流I，使得实际电池单元温度T降低并在某个时间后达到预定义期望温度Ts。如果电池单元的实际温度T低于预定义期望温度Ts（其可以例如表示期望的操作温度），则可以增加电流I，直到实际电池单元温度T增加到预定义期望温度Ts的值，从而从电池单元获得更高的功率值。对于这些情况，可以通过重新排列上述式1（使用Qdot = Ri * I2）来计算目标电流I。
在步骤350中自动调节流入或流出电池单元的电流I之后，可以通过回到步骤320中测量实际电流来继续进行该方法。
由于通过调节流动的电流I来满足电池单元22、24的精确温度值通常是相当困难的，所以达到在特定范围内位于接近期望温度的电池单元温度值可以是足够的。
图5示出其中将温度梯度参考值与例如借助于上面的微分方程和/或通过温度传感器的测量而确定的温度梯度进行比较的流程图。
示出了表示控制单元（图3中的附图标记70）的功能的三个功能块71、72、73，以便结合根据本发明的热电池单元模型阐明结合温度梯度估计的操作。温度估计器T-估计器71包括控制环（“反馈环”），并作为Qdot-限制器来操作。Qdot表示本电池单元中的热变化。T-估计器71接收关于Qdot、Tmod、TEnv和Tcool的信息。其中，Qdot表示电池的加热损失，Tmod表示估计的单元温度，TEnv表示环境温度，以及Tcool表示终端管理的冷却剂温度。TEnv和Tcool是利用传感器测量的温度，其中Qdot和Tmod是计算/建模的值。Rhfz表示Ri（Rhfz可以被Ri代替）。T-估计器71本身包括关于所考虑的电池单元和/或电池模块的信息，例如借助于微分方程描述的热电池单元模型。换句话说，T-估计器71适于基于接收到的信息计算热的最大变化LimQdot并将其传递到最大电流ILim计算器72，以及计算当前电池单元温度T并将其传递到温度梯度控制块73。最大电流ILim计算器72还接收表示电阻Ri的参考值Rhfz。基于该信息，最大电流ILim计算器72基于下式计算对于电池单元或电池模块所允许的最大电流，以便限制热的变化：
ILim = sqrt(LimQdot / Ri)
结果，最大电流ILim计算器72输出值ILim，通过此信号可以控制电池单元/电池模块的充电/放电，以便不超过最高温度和/或最大温度变化/温度梯度。另一方面，温度梯度控制块73接收T-估计器71的估计单元温度T。温度梯度控制块73能够计算当前温度梯度T-梯度，并将其与温度梯度参考值T-梯度参考值进行比较。两个值的差被馈送到放大器标示的增益，放大器的输出被反馈到T-估计器71（数据输入ΔT/Δt）。因此，温度梯度控制块73提供温度随时间变化的微分值。 基于温度梯度ΔT/Δt，可以借助于微分方程来估计最大可能的电发热LimQdot
(m*cp*(dT/dt) = Qdot – αi * Ai (T – Ti))
满足预定义温度梯度的最大电流可以借助于下式估计：
ILim = sqrt(LimQdot / Ri)
最大可允许温度梯度ΔT/Δt可以例如从计算的单元温度T和最大可允许温度Tmax来估计。
在本发明的一些实施例中，电池单元22、24要操作所在的预定义期望温度可以取决于使用电池单元22、24的具体充电/放电模式。因此，存储器装置50可以被配置为存储操作模式（即充电/放电模式）和相应预定义期望电池单元温度的数据组。对于这样的情况，根据本发明的方法还可以包括以下步骤（未示出）：确定电池单元22、24的实际操作模式，并且例如借助于从存储器装置50进行读取来自动确定相关联的预定义期望电池单元温度。
在本发明的一些实施例中，电池单元可以应该遵循不同充电/放电模式序列进行操作。因此，存储器装置50可以被配置为存储充电/放电模式和针对不同充电/放电模式序列的它们相应预定义期望电池单元温度及它们相应持续时间（意味着电池单元应在分别的充电/放电模式中操作多长时间）的数据组。
除了上述公开的发明的详细描述之外，应当注意，为了进一步公开本发明，将考虑图1至图4中的附图。

Claims (12)

1.一种用于控制电池模块（20）中的电池单元（22，24）的温度的方法，所述方法包括以下步骤：
-确定电池单元（22，24）的初始温度；
-测量流入或流出电池单元（22，24）的电流（I）；
-使用由微分方程描述的热电池单元模型确定电池单元（22，24）的实际温度梯度，对于所述微分方程的输入值至少包括所确定的初始温度和所测量的电流（I）；
-将所确定的电池单元（22，24）的温度梯度与预定义期望温度梯度进行比较；以及
-根据比较的结果，自动调节流入或流出电池单元（22，24）的电流（I）。
2.根据权利要求1的方法，其中热电池单元模型还包括机械信息，能够从所述机械信息推导电池单元（22，24）和/或电池模块（20）的抗热应力连同实际温度梯度。
3. 根据权利要求1或2的方法，其中在以下情况下借助于电池模块（20）中的温度传感器（34）确定初始温度：
-在预定义时间点和/或
-在预定义条件下。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，还包括：
-从所测量的电流（I）确定电池单元是否处于空闲状态；
-测量电池单元保留在空闲状态的时间量；
-在电池单元保留在空闲状态的情况下已经度过预定义时间量后，确定电池单元已经达到所述时间点和/或所述预定义条件，从而允许测量用于每一个电池单元的初始温度。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，还包括：
-确定电池单元（22，24）中的每一个的实际温度梯度在预定义范围内，尤其是等于预定义期望温度梯度。
6. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中热电池单元模型包括：
-电池单元（22，24）的不同侧的表面积，和/或
-电池单元（22，24）的不同侧的表面的传热系数，和/或
-电池单元（22，24）的质量和比热容，
作为用于热电池单元模型的微分方程的固定输入值。
7. 根据前述权利要求中任一项的方法，还包括：
-借助于电池模块（10）中的温度传感器（34）测量电池模块温度，和/或
-借助于外部温度传感器（46）测量电池模块（20）周围的环境温度，
作为用于热电池单元模型的微分方程的可变输入值。
8. 根据前述权利要求中任一项的方法，还包括：
-确定电池单元（22，24）的充电/放电模式，以及
-确定在所确定的充电/放电模式期间的预定义期望温度梯度。
9.根据前述权利要求中任一项的方法，还包括：
-存储针对充电/放电模式序列和/或相应预定义期望温度和/或相应预定义期望持续时间的数据组，某存储的温度值要在所述相应预定义期望持续时间内被维持在相应充电/放电模式中。
10.根据前述权利要求中任一项的方法，还包括：
-确定所存储的充电/放电模式序列以及相应的预定义期望温度和预定义期望持续时间的组；
-确定电池单元（22，24）的实际温度梯度针对所确定的充电/放电模式序列的第一充电/放电模式，是否在长于相应预定义持续时间的实际时间段内保持预定义期望温度梯度；以及
-如果实际时间段长于预定义持续时间，则自动进展到所确定的充电/放电模式序列的下一充电/放电模式。
11.根据前述权利要求中任一项的方法，还包括：
-通过取决于所测量的流入或流出电池单元的电流（I）的权重因子，调节要供热电池单元模型使用的所测量的电池模块温度。
12.一种电池模块（20）中电池单元（22，24）的温度控制装置，其中所述装置包括：
存储器装置（50），用于存储通过微分方程定义的预定义热电池单元模型以及用于热电池单元模型的电池单元（22，24）的固定输入值；
传感器单元（60），用于确定用于热电池单元模型的可变输入值；以及
控制单元（70），其中
传感器单元（60）被配置为至少测量流入或流出电池单元（22，24）的电流（I），
控制单元（70）被配置为：
-使用所存储的热电池单元模型确定电池单元的实际温度梯度，
-将所确定的温度梯度与预定义期望温度梯度进行比较，以及
-根据该比较结果，自动调节流入或流出电池单元（22，24）的电流（I）。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020088424A1 (zh) * 2018-10-30 2020-05-07 中兴通讯股份有限公司 终端的充放电控制方法、装置、存储介质及电子装置
CN112803553A (zh) * 2021-03-05 2021-05-14 东方醒狮(福建)储能科技有限公司 基于热管理技术的新能源储充平台
CN112910048A (zh) * 2021-03-05 2021-06-04 东方醒狮(福建)储能科技有限公司 基于热管理技术的新能源储充平台的控制方法

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017209182A1 (de) * 2017-05-31 2018-12-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Betriebstemperatur, Betriebsverfahren für eine Batteriezelle, Steuereinheit für eine Batteriezelle und Arbeitsvorrichtung
DE102018214984A1 (de) * 2018-09-04 2020-03-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Ermittlung einer Umgebungstemperatur einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit im Verbund mit zweiten elektrischen Energiespeichereinheiten sowie entsprechende Vorrichtung, Computerprogramm und maschinenlesbares Speichermedium
KR102465889B1 (ko) * 2018-12-18 2022-11-09 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지 팩의 충전 제어 장치 및 방법
CN110364785B (zh) * 2019-06-12 2021-12-28 爱驰汽车有限公司 用于电动车辆的控温装置及电动车辆
EP3826102A1 (en) * 2019-11-20 2021-05-26 Vestas Wind Systems A/S Model based monitoring of battery system
DE102019219629A1 (de) * 2019-12-13 2021-06-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Diagnose einer Temperierungseinrichtung eines Batteriepacks
GB2595496A (en) * 2020-05-28 2021-12-01 Jaguar Land Rover Ltd System and method for determination of battery temperature
CN112310512B (zh) * 2020-11-04 2021-08-17 烟台创为新能源科技股份有限公司 一种智能调节电池温度的方法及系统
CN113022378B (zh) * 2021-03-01 2023-03-07 中国第一汽车股份有限公司 温度一致性预测方法、装置、预测设备及存储介质
DE102021205402A1 (de) * 2021-05-27 2022-12-01 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Überwachung einer Temperatur einer Batterie
CN116231172B (zh) * 2022-12-27 2024-01-16 重庆三峡时代能源科技有限公司 电池热量管理方法、装置、设备及存储介质

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6204639B1 (en) * 1999-02-26 2001-03-20 Hitachi Koki Co., Ltd. Battery charger determining charging conditions depending upon whether a cooling device is provided
US6271643B1 (en) * 1986-12-18 2001-08-07 Intermec Ip Corp. Battery pack having memory
US20010030069A1 (en) * 2000-04-13 2001-10-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle power source device wherein cooling air is introduced into battery casing through opening formed through vehicle floor
US20040135553A1 (en) * 2002-12-24 2004-07-15 Makita Corporation Battery chargers
CN101459348A (zh) * 2007-12-12 2009-06-17 三洋电机株式会社 充电方法
US20100047682A1 (en) * 2007-03-01 2010-02-25 Johnson Controls - SAFT Advanced Power Solutions, LLC Battery system and thermal management system therefor
WO2011040130A1 (ja) * 2009-09-30 2011-04-07 株式会社 日立製作所 蓄電モジュール
EP2317297A1 (de) * 2009-11-02 2011-05-04 VEGA Grieshaber KG Messzelle
CN103259058A (zh) * 2012-02-20 2013-08-21 三菱重工业株式会社 电力管理系统
CN103329340A (zh) * 2010-12-17 2013-09-25 宝马股份公司 车辆中的电化学蓄能器的温度调节方法
CN103620862A (zh) * 2011-05-06 2014-03-05 罗伯特·博世有限公司 具有由至少两个蓄电池单元组成的蓄电池单元堆的、带有无源的温度调节的蓄电池模块以及车辆
DE102013000220B3 (de) * 2013-01-04 2014-04-03 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur in einem elektrischen Körper, insbesondere in einem Akkumulator, Vorrichtung zur Berechnung der Temperatur, Vorrichtung zur Temperaturregulierung sowie Fahrzeug mit einem elektrischen Körper
CN103963659A (zh) * 2013-01-28 2014-08-06 通用汽车环球科技运作有限责任公司 电池目标温度方法和系统
CN104344909A (zh) * 2013-07-24 2015-02-11 罗伯特·博世有限公司 用于识别多个电化学存储单元中的温度升高的方法和设备
CN105075002A (zh) * 2013-01-14 2015-11-18 詹思姆公司 电气设备的基于热电的热管理

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6076964A (en) * 1998-11-11 2000-06-20 Chrysler Corporation Prediction of internal temperature of a battery using a non-linear dynamic model
FR2980307B1 (fr) * 2011-09-15 2014-11-07 Renault Sa Methode pour estimer la temperature au coeur d'une cellule de batterie
JP6040684B2 (ja) * 2012-09-28 2016-12-07 富士通株式会社 二次電池の状態評価装置、二次電池の状態評価方法、及び、二次電池の状態評価プログラム

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6271643B1 (en) * 1986-12-18 2001-08-07 Intermec Ip Corp. Battery pack having memory
US6204639B1 (en) * 1999-02-26 2001-03-20 Hitachi Koki Co., Ltd. Battery charger determining charging conditions depending upon whether a cooling device is provided
US20010030069A1 (en) * 2000-04-13 2001-10-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle power source device wherein cooling air is introduced into battery casing through opening formed through vehicle floor
US20040135553A1 (en) * 2002-12-24 2004-07-15 Makita Corporation Battery chargers
US20100047682A1 (en) * 2007-03-01 2010-02-25 Johnson Controls - SAFT Advanced Power Solutions, LLC Battery system and thermal management system therefor
CN101459348A (zh) * 2007-12-12 2009-06-17 三洋电机株式会社 充电方法
CN102473981A (zh) * 2009-09-30 2012-05-23 株式会社日立制作所 蓄电模块
WO2011040130A1 (ja) * 2009-09-30 2011-04-07 株式会社 日立製作所 蓄電モジュール
EP2317297A1 (de) * 2009-11-02 2011-05-04 VEGA Grieshaber KG Messzelle
CN103329340A (zh) * 2010-12-17 2013-09-25 宝马股份公司 车辆中的电化学蓄能器的温度调节方法
CN103620862A (zh) * 2011-05-06 2014-03-05 罗伯特·博世有限公司 具有由至少两个蓄电池单元组成的蓄电池单元堆的、带有无源的温度调节的蓄电池模块以及车辆
CN103259058A (zh) * 2012-02-20 2013-08-21 三菱重工业株式会社 电力管理系统
DE102013000220B3 (de) * 2013-01-04 2014-04-03 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur in einem elektrischen Körper, insbesondere in einem Akkumulator, Vorrichtung zur Berechnung der Temperatur, Vorrichtung zur Temperaturregulierung sowie Fahrzeug mit einem elektrischen Körper
CN105075002A (zh) * 2013-01-14 2015-11-18 詹思姆公司 电气设备的基于热电的热管理
CN103963659A (zh) * 2013-01-28 2014-08-06 通用汽车环球科技运作有限责任公司 电池目标温度方法和系统
CN104344909A (zh) * 2013-07-24 2015-02-11 罗伯特·博世有限公司 用于识别多个电化学存储单元中的温度升高的方法和设备

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. VETH; D. DRAGICEVIC; C. MERTEN: "Thermal characterizations of a large-format lithium ion cell focused on high current discharges", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 *
KI-YONG OH ET AL: "A novel thermal swelling model for a rechargeable lithium-ion battery cell", 《JOURNALOF POWER SOURCES》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020088424A1 (zh) * 2018-10-30 2020-05-07 中兴通讯股份有限公司 终端的充放电控制方法、装置、存储介质及电子装置
CN111130154A (zh) * 2018-10-30 2020-05-08 中兴通讯股份有限公司 终端的充放电控制方法、装置、存储介质及电子装置
CN112803553A (zh) * 2021-03-05 2021-05-14 东方醒狮(福建)储能科技有限公司 基于热管理技术的新能源储充平台
CN112910048A (zh) * 2021-03-05 2021-06-04 东方醒狮(福建)储能科技有限公司 基于热管理技术的新能源储充平台的控制方法

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US20170358933A1 (en) 2017-12-14

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