CN110444832A - 一种锂电池恒温装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于恒温装置领域，具体涉及一种锂电池恒温装置，包括恒温隔热箱，所述恒温隔热箱为夹层结构，所述恒温隔热箱包括换热部分和控制部分，所述恒温隔热箱连接有空冷散热单元，所述恒温控制单元分别与锂电池换热单元、导热液换向阀、空冷散热单元、泵、导热液加热单元连接，所述锂电池换热单元通过泵与导热液加热单元连接，所述导热液换向阀分别与锂电池换热单元、空冷散热单元连接，所述导热液加热单元连接有导热液池，所述导热液池通过三通分别与导热液换向阀、空冷散热单元连接。本发明可以使锂电池组始终工作在最佳温度范围，延长电池寿命，提高安全性。本发明用于电动汽车锂电池的恒温控制。

Description

一种锂电池恒温装置
技术领域
本发明属于恒温装置领域，具体涉及一种锂电池恒温装置。
背景技术
随着环境污染和资源匮乏问题的愈发显著，发展新能源汽车，尤其是电动汽车成为大势所趋。而汽车锂电池作为电动汽车的供能装置，直接成为制约其发展的重要一环。由于锂电池的工作性能受温度影响较大，锂电池工作温度越低时，离子扩散速度越难，影响电池的充放电性能，从而严重影响锂电池的使用寿命，而工作温度越高同样影响电池充放电效率，最终导致电池材料性能退化，降低电池使用寿命且存在安全隐患；为了保证车辆适应不同地域的外界环境，使汽车动力系统时刻保持最佳状态，锂电池也应始终工作在最佳温度工作范围内，因此研究锂电池恒温装置及控制系统，使锂电池包运行过程中时刻都处于最佳工作温度范围内，既解决了延长锂电池使用寿命的问题，又提高锂电池使用的安全性。
发明内容
针对上述技术问题，提供了一种自动化程度高、稳定性强的锂电池恒温装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种锂电池恒温装置，包括恒温隔热箱，所述恒温隔热箱为夹层结构，所述恒温隔热箱包括换热部分和控制部分，所述换热部分包括锂电池换热单元，所述控制部分包括恒温控制单元、导热液换向阀、泵、导热液加热单元和导热液池，所述恒温隔热箱连接有空冷散热单元，所述恒温控制单元分别与锂电池换热单元、导热液换向阀、空冷散热单元、泵、导热液加热单元连接，所述锂电池换热单元通过泵与导热液加热单元连接，所述导热液换向阀分别与锂电池换热单元、空冷散热单元连接，所述导热液加热单元连接有导热液池，所述导热液池通过三通分别与导热液换向阀、空冷散热单元连接。
所述导热液加热单元包括加热电阻丝、一线温度传感器和电流采样电阻，加热电阻丝、一线温度传感器、电流采样电阻通过导线与恒温控制单元连接，所述导热液加热单元可以根据计算的实际温度需要为导热液加温。
所述锂电池换热单元包括进口、出口和导液管，所述锂电池换热单元为单通串行结构的长方体，所述导液管的内部有导热液体，所述导热液体由进口流向出口，所述导液管环状包围锂电池，所述导热管与锂电池之间有一层铜皮，所述铜皮采用焊接方式与导液管固定，所述铜皮上连接有一线温度传感器。
所述锂电池换热单元的温度传感器均连接至单总线，所述单总线接至恒温控制单元。
所述锂电池换热单元之间为串接连通。
所述恒温控制单元通过导热液换向阀控制散热状态和加热状态的切换，所述散热状态导热液体沿外循环回路流动，所述加热状态导热液体沿内循环回路流动。
所述外循环回路为：从锂电池换热单元到导热液换向阀到空冷散热单元到三通到导热液池到导热液加热单元到泵到锂电池换热单元，所述内循环回路为：从锂电池换热单元到导热液换向阀到三通到导热液池到导热液加热单元到泵到锂电池换热单元。
所述空冷散热单元包括散热片和风扇组，所述风扇组安装在恒温隔热箱的外部，所述风扇组上设置有散热片。
一种锂电池恒温装置的控制方法，包括下列步骤：
S1、恒温控制单元包括K1、K2、K3、K4、K5五条控制线路，所述K3负责采集锂电池换热单元组的各点温度信息，恒温控制单元计算锂电池换热单元组平均温度和局部平均温度；
S2、当锂电池换热单元组平均温度过低时，通过K4控制导热液换向阀直接将导热液导入导热液池，即导热液流经内循环回路；
S3、同时通过K1控制导热液加热单元的加热温度的大小，以便快速实现恒温控制；
S4、如果锂电池换热单元组平均温度过高时，通过K4控制导热液换向阀直接将导热液导入空冷散热单元，即导热液流经外循环回路；
S5、通过K5启动风扇，以便快速实现恒温控制；
S6、同时测量各单元的电流信息及锂电池换热单元组的各点温度，并计算总平均温度和局部平均温度，确定是否存在故障及故障类型和位置。
所述S1中采集和计算温度的控制方法为：每一块锂电池换热单元都装有多个单总线温度传感器，且传感器的个数和位置均是方便可调，所述单总线接至恒温控制单元，即可读取每一个测控布点的温度，根据平均温度计算规则，计算整个电池空间的平均温度和局部空间的平均温度，监测整个锂电池恒温装置的工作状态并做闭环控制。
所述S6中确定是否存在故障的方法为：利用测量到的电流信息和温度信息初步判断各部件的工作状态，给出可能的故障类型及位置报警信息。
所述S6中故障位置的判断方法为：每个温度传感器都设有出厂ID，每个ID对应一个位置信息，每个锂电池换热单元包含的温度传感器是确定的，因此有故障信息时便可对应到相应位置。
所述S6中故障类型的判断方法为电流判断方法与温度判断方法相结合。
所述电流判断方法为：在恒温装置在控制运行过程中，会实时检测所用到的热电阻丝、散热风扇、换向电磁阀、液体泵等单元电流值，根据检测到的电流值和各个单元的实际正常工作电流范围，判断这些单元的工作状态，若多次检测某单元工作电流不在正常范围内，给出故障报警信息。
所述温度判断方法为：在恒温装置在控制运行过程中，会实时采集各温度传感器的值，并计算平均温度及每块电池单元的平均温度，根据温度传感器个体与周围温度传感器测量到的温度，判断温度传感器自身是否存在故障，若某个温度传感器与周围温度传感器测量到的值差别较大，则说明该温度传感器存在故障，计算平均值时将删除该点测量值并报警，若某一区域内温度传感器的测量值均是相同趋势，明显高于总平均值，则说明该区域电池块存在故障隐患，给出报警信息。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
本发明通过恒温控制单元实时测到的锂电池换热单元的温度和锂电池最佳的工作温度范围，使温度过低时启动导热液加热单元，温度过高时启动空冷散热单元，最终使锂电池组始终工作在最佳温度范围，从而减小外接温度对锂电池的性能的影响，以保证锂电池的最佳充放电性能，提高锂电池使用的安全性，并延长锂电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的整体结构框图；
图2为本发明的整体外观图；
图3为本发明的内部示意图；
图4为本发明锂电池换热单元结构示意图；
图5为本发明偶数行、偶数列的换热单元组排列仰视图；
图6为本发明偶数行、奇数列的换热单元组排列仰视图；
图7为本发明奇数行、偶数列的换热单元组排列仰视图；
图8为本发明控制及报警信息生成如程序流程图；
其中：1为恒温隔热箱，2为恒温控制单元，3为锂电池换热单元，4为导热液换向阀，5为空冷散热单元，6为泵，7为导热液加热单元，8为导热液池，9为三通，10为导液管，11为铜皮，12为一线温度传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种锂电池恒温装置，如图1、图2、图3所示，包括恒温隔热箱1，恒温隔热箱1为夹层结构，两层金属层中间加入隔热材料。恒温隔热箱1包括换热部分和控制部分，换热部分包括锂电池换热单元3，所述控制部分包括恒温控制单元2、导热液换向阀4、泵6、导热液加热单元7和导热液池8，恒温隔热箱连接有空冷散热单元5，在恒温装置中起散热作用，恒温控制单元2分别与锂电池换热单元3、导热液换向阀4、空冷散热单元5、泵6、导热液加热单元7连接，从而控制各单元工作，锂电池换热单元3通过泵8与导热液加热单元7连接，导热液换向阀4分别与锂电池换热单元3、空冷散热单元5连接，导热液加热单元7连接有导热液池8，导热液池8通过三通9分别与导热液换向阀4、空冷散热单元5连接，通过导热液换向阀4可以实现加热状态和散热状态的切换。
进一步，导热液加热单元7包括加热电阻丝、一线温度传感器和电流采样电阻，加热电阻丝、一线温度传感器、电流采样电阻通过导线与恒温控制单元2连接，所述导热液加热单元7可以根据计算的实际温度需要为导热液加温。
进一步，如图4所示，锂电池换热单元3包括进口、出口和导液管10，锂电池换热单元3为单通串行结构的长方体，导液管10的内部有导热液体，导热液体由进口流向出口，导液管10环状包围锂电池，导热管10与锂电池之间有一层铜皮11，铜皮11采用焊接方式与导液管10固定，铜皮11上连接有一线温度传感器12。
进一步，优选的，锂电池换热单元3的温度传感器均连接至单总线，单总线接至恒温控制单元2，可以使恒温控制单元监测锂电池换热单元上各点的温度，锂电池换热单元排列规则有三种，如图5、6、7所示，一是偶数行、偶数列，二是偶数行、奇数列，三是奇数列、偶数行。
进一步，优选的，锂电池换热单元3之间为串接连通，可使恒温电池单元组中串并连更多电池模块，以达到所需的电池包容量和输出电压。
进一步，恒温控制单元2通过导热液换向阀4控制散热状态和加热状态的切换，散热状态导热液体沿外循环回路流动，外循环回路为：从锂电池换热单元3到导热液换向阀4到空冷散热单元5到三通9到导热液池8到导热液加热单元7到泵6到锂电池换热单元3，加热状态导热液体沿内循环回路流动，内循环回路为：从锂电池换热单元3到导热液换向阀4到三通9到导热液池8到导热液加热单元7到泵6到锂电池换热单元3。
进一步，空冷散热单元5包括散热片和风扇组，所述风扇组安装在恒温隔热箱的外部，所述风扇组上设置有散热片，散热降温时开启风扇可以加快散热速度。
一种锂电池恒温装置的控制方法，包括下列步骤：
S1、恒温控制单元包括K1、K2、K3、K4、K5五条控制线路，所述K3负责采集锂电池换热单元组的各点温度信息，恒温控制单元计算锂电池换热单元组平均温度和局部平均温度；
S2、当锂电池换热单元组平均温度过低时，通过K4控制导热液换向阀直接将导热液导入导热液池，即导热液流经内循环回路；
S3、同时通过K1控制导热液加热单元的加热温度的大小，以便快速实现恒温控制；
S4、如果锂电池换热单元组平均温度过高时，通过K4控制导热液换向阀直接将导热液导入空冷散热单元，即导热液流经外循环回路；
S5、同时通过K5启动风扇，以便快速实现恒温控制；
S6、同时测量各单元的电流信息及锂电池换热单元组的各点温度，并计算总平均温度和局部平均温度，确定是否存在故障及故障类型和位置。
进一步，S1中采集和计算温度的控制方法为：每一块锂电池换热单元都装有多个单总线温度传感器，且传感器的个数和位置均是方便可调，所述单总线接至恒温控制单元，即可读取每一个测控布点的温度，根据平均温度计算规则，计算整个电池空间的平均温度和局部空间的平均温度，监测整个锂电池恒温装置的工作状态并做闭环控制。
进一步，S6中确定是否存在故障的方法为：利用测量到的电流信息和温度信息初步判断各部件的工作状态，给出可能的故障类型及位置报警信息。
进一步，S6中故障位置的判断方法为：每个温度传感器都设有出厂ID，每个ID对应一个位置信息，每个锂电池换热单元包含的温度传感器是确定的，因此有故障信息时便可对应到相应位置。
进一步，优选的，S6中故障类型的判断方法为电流判断方法与温度判断方法相结合。
进一步，电流判断方法为：在恒温装置在控制运行过程中，会实时检测所用到的热电阻丝、散热风扇、换向电磁阀、液体泵等单元电流值，根据检测到的电流值和各个单元的实际正常工作电流范围，判断这些单元的工作状态，若多次检测某单元工作电流不在正常范围内，给出故障报警信息。
进一步，温度判断方法为：在恒温装置在控制运行过程中，会实时采集各温度传感器的值，并计算平均温度及每块电池单元的平均温度，根据温度传感器个体与周围温度传感器测量到的温度，判断温度传感器自身是否存在故障，若某个温度传感器与周围温度传感器测量到的值差别较大，则说明该温度传感器存在故障，计算平均值时将删除该点测量值并报警，若某一区域内温度传感器的测量值均是相同趋势，明显高于总平均值，则说明该区域电池块存在故障隐患，给出报警信息。
本发明的工作流程为：恒温装置在运行之初，先将导热液换向阀切换至内循环，若导热液换向阀正常工作，开启液体泵，若液体正常工作，则使系统在内循环状态下运行一定时间后，开始采集各个温度传感器的温度值，并计算总的温度平均值和各锂电池换热单元平均温度，若温度平衡且在锂电池最佳工作范围内，则系统只保留实时测温功能，当温度过低，开启液体泵和加热丝，加热至设定温度，若温度过高，则切换至外循环并开启风扇，散热至设定温度；运行期间系统在实时检测故障信息，若有故障将发出相应的报警信息。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂电池恒温装置，其特征在于：包括恒温隔热箱（1），所述恒温隔热箱（1）为夹层结构，所述恒温隔热箱（1）包括换热部分和控制部分，所述换热部分包括锂电池换热单元（3），所述控制部分包括恒温控制单元（2）、导热液换向阀（4）、泵（6）、导热液加热单元（7）和导热液池（8），所述恒温隔热箱连接有空冷散热单元（5），所述恒温控制单元（2）分别与锂电池换热单元（3）、导热液换向阀（4）、空冷散热单元（5）、泵（6）、导热液加热单元（7）连接，所述锂电池换热单元（3）通过泵（8）与导热液加热单元（7）连接，所述导热液换向阀（4）分别与锂电池换热单元（3）、空冷散热单元（5）连接，所述导热液加热单元（7）连接有导热液池（8），所述导热液池（8）通过三通（9）分别与导热液换向阀（4）、空冷散热单元（5）连接。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池恒温装置，其特征在于：所述导热液加热单元（7）包括加热电阻丝、一线温度传感器和电流采样电阻，所述加热电阻丝、一线温度传感器、电流采样电阻通过导线与恒温控制单元（2）连接，所述导热液加热单元（7）可以根据计算的实际温度需要为导热液加温。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池恒温装置，其特征在于：所述锂电池换热单元（3）包括进口、出口和导液管（10），所述锂电池换热单元（3）为单通串行结构的长方体，所述导液管（10）的内部有导热液体，所述导热液体由进口流向出口，所述导液管（10）环状包围锂电池，所述导热管（10）与锂电池之间有一层铜皮（11），所述铜皮（11）采用焊接方式与导液管（10）固定，所述铜皮（11）上连接有一线温度传感器（12）。
4.根据权利要求3所述的一种锂电池恒温装置，其特征在于：所述锂电池换热单元（3）的温度传感器均连接至单总线，所述单总线接至恒温控制单元（2）。
5.根据权利要求3所述的一种锂电池恒温装置，其特征在于：所述锂电池换热单元（3）之间为串接连通。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池恒温装置，其特征在于：所述恒温控制单元（2）通过导热液换向阀（4）控制散热状态和加热状态的切换，所述散热状态导热液体沿外循环回路流动，所述加热状态导热液体沿内循环回路流动。
7.根据权利要求6所述的一种锂电池恒温装置，其特征在于：所述外循环回路为：从锂电池换热单元（3）到导热液换向阀（4）到空冷散热单元（5）到三通（9）到导热液池（8）到导热液加热单元（7）到泵（6）到锂电池换热单元（3），所述内循环回路为：从锂电池换热单元（3）到导热液换向阀（4）到三通（9）到导热液池（8）到导热液加热单元（7）到泵（6）到锂电池换热单元（3）。
8.根据权利要求1所述的一种锂电池恒温装置，其特征在于：所述空冷散热单元（5）包括散热片和风扇组，所述风扇组安装在恒温隔热箱的外部，所述风扇组上设置有散热片。
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