CN111146517A - 电池化成恒温设备及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池化成恒温设备及控制方法,电池化成恒温设备包括控制器、设备柜、内循环风道、内循环风机及换热器。设备柜内设置有换热器冷端,设备柜内设有若干与控制器电气连接的温度传感器。内循环风道与设备柜连通,内循环风道上设置有与外部连通的进风口。内循环风机的入风口处设有加热装置,入风口还与内循环风道连通,其出风口与设备柜连通。其中内循环风道包括终点连通的散热风道和外风道,散热风道的起点通过气阀与进风口连通,气阀与控制器电气连接,外风道的起点与进风口连通,换热器部分延伸到散热风道内。上述技术方案通过控制间接换热效率来实现温度控制,避免对设备柜内流场造成印象,可实现设备柜内温度场的稳定均匀分布。
Description
技术领域
本发明涉及电池化成领域,特别涉及一种电池化成恒温设备,还涉及控制该电池化成恒温设备的控制方法。
背景技术
电池化成及在一定温度下对刚生产出来的新电池进行首次充放电,化成过程中的温度将会对电池的容量和电化学性能产生影响。批量生产过程中,需要维持设备内的温度均匀,以保证生产出来的电池具有较高的一致性。
现有技术中,由于设备柜具有一定的保温性能,且往往采用大功率的风机进行散热,为保持设备柜内的温度恒定,风机需要频繁的启停。风机启停时必然会造成设备柜内的流场波动,对设备柜内的温度场分布造成影响,导致设备柜内的温度不均匀。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种电池化成恒温设备,能够在维持设备柜内流场稳定的情况下实现对设备柜内的温度控制。
本发明还提出一种用于控制该电池化成恒温设备的控制方法。
根据本发明的第一方面实施例的电池化成恒温设备,包括:控制器;设备柜,用于放置电池化成设备,内部设有若干与所述控制器电气连接的温度传感器;内循环风道,设置有与设备外部连通的进风口,包括散热风道和外风道,所述散热风道的起点通过一气阀与所述进风口连通,所述散热风道的起点还与所述设备柜连通,所述外风道的起点与所述进风口连通,所述气阀与所述控制器电性连接;内循环风机,其入风口处设有加热装置,其入风口分别与所述散热风道和所述外风道连通,其出风口与所述设备柜连通;换热器,其冷端设置于所述设备柜内,其热端设置于所述散热风道内。
根据本发明实施例的电池化成恒温设备,至少具有如下有益效果:通过控制气阀的开度来调整流经散热风道内的换热器热端的冷空气量来控制设备柜内的温度。冷空气流经换热器热端来带走设备柜内的换热器冷端吸收的热量,换热器的高传热效率使得换热器对内部的温度均匀分布的影响可以忽略不计,通过间接换热而不对设备柜内的流场进行干涉,保持设备柜内流场的稳定,进而使设备柜内的温度场可以均匀分布。
根据本发明的一些实施例,还包括外循环风道,所述外循环风道分别与所述设备柜和所述内循环风机的出风口连通,所述外循环风道上设置有与设备外部连通的排风口。
根据本发明的一些实施例,所述进风口与所述排风口的风口面积相同,所述排风口处设置有排风扇。
根据本发明的一些实施例,所述外循环风道内设有导流板,所述导流板用于将所述外循环风道内的空气引入到所述设备柜中。
根据本发明的一些实施例,所述换热器为内部具有循环流动的冷媒的管式换热器。
根据本发明的第二方面实施例的电池化成恒温控制方法,用于控制根据本发明第一方面的电池化成恒温设备。设定流过所述散热风道(220)的风量为Qb,流过所述外风道(230)的风量为Qa,流过所述内循环风机(300)的风量为Q,风量Qb与风量Q的比值其特征在于,具体步骤包括:
S100:设定温度传感器的采集频率为f,则温度传感器的采集间隔时间为Δτ=1/f;
S200:记录下各温度传感器在时刻τ、τ+Δτ和τ+2Δτ的温度值,并计算各时刻下所有温度传感器采集到的温度的平均值t0(τ)、t0(τ+Δτ)和t0(τ+2Δτ);
S300:根据温度的平均值t0(τ)、t0(τ+Δτ)和t0(τ+2Δτ)分别计算时刻τ到τ+Δτ之间和时刻τ+Δτ到τ+2Δτ之间的温度变化量t0a(τ+Δτ)和t0a(τ+2Δτ)和平均温度变化速度t0a'(τ+Δτ)和t0a'(τ+2Δτ),再根据平均温度变化速度t0a'(τ+Δτ)和 t0a'(τ+2Δτ)计算时刻τ+Δτ到τ+2Δτ之间平均温度变化加速度t0a”(τ+2Δτ);
重复步骤S200、S300及S400直至设备柜内的温度稳定于一定值或者在一定值的正负一定区间内波动。
根据本发明实施例的电池化成恒温设备的控制方法,至少具有如下有益效果:可以控制根据本发明第一方面的实施例的电池化成恒温设备,实现设备柜内温度的均匀恒定。
根据本发明的一些实施例,刻τ时所有温度传感器检测的温度的平均值 t0(τ)=10∧((lgt1(τ)+lgt2(τ)+…+lgtn(τ))/N),其中t1(τ)、t2(τ)…tn(τ)分别代表每个温度传感器在时刻τ的温度检测值,N代表温度传感器的总数量。
根据本发明的一些实施例,所述步骤S400中增量值的确定方式如下:若平均温度变化速度t0a'(τ+2Δτ)>0且平均温度变化加速度t0a”(τ+2Δτ)≥0,则增量若平均温度变化速度t0a'(τ+2Δτ)>0且平均温度变化加速度 t0a”(τ+2Δτ)<0,则增量若平均温度变化速度t0a'(τ+2Δτ)<0且平均温度变化加速度t0a”(τ+2Δτ)≥0,则增量若平均温度变化速度 t0a'(τ+2Δτ)<0且平均温度变化加速度t0a”(τ+2Δτ)<0,则增量若平均温度变化速度t0a'(τ+2Δτ)=0且平均温度变化加速度t0a”(τ+2Δτ)<0,则增量若平均温度变化速度t0a'(τ+2Δτ)=0且平均温度变化加速度 t0a”(τ+2Δτ)>0,则增量
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为本发明的电池化成恒温设备的实施例的侧面结构透视图;
图2为图1的主视图;
图3为本发明的电池化成恒温设备的实施例的连接框图;
图4为本发明的电池化成恒温设备的控制方法的实施例的流程图。
附图标记:
设备柜100,换热器110,
内循环风道200,进风口210,散热风道220,外风道230,气阀240,
内循环风机300,加热装置310,
外循环风道400,排风口410,排风扇420,导流板430,
电池化成设备500。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,涉及到方位描述,例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,若干的含义是一个或者多个,多个的含义是两个以上,大于、小于、超过等理解为不包括本数,以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1,根据本发明的第一方面的实施例的电池化成恒温设备,包括控制器、设备柜100、内循环风道200、及内循环风机300。其中设备柜100用于放置电池化成设备500,内循环风道200与设备柜100连通,内循环风道200上设有与设备外部连通的进风口210。内循环风机300的入风口和内循环风道200连通,内循环风机300的入风口处设有加热装置310,内循环风机300的出风口与设备柜100连通。工作时,内循环风机300不断将内循环风道200内的空气加热并送入到设备柜100中,外部空气在压强的作用下不断经过进风口210进入到内循环通道内补充内循环风道200内流失的空气。
其中内循环风道200包括散热风道220和外风道230,散热风道220的起点与进风口210通过一开度可调的气阀240连通,外风道230的起点与进风口210 连通,散热风道220和外风道230在各自终点处与内循环风机300的入风口连通。散热风道220内设有换热器110的热端,设备柜100内设置有换热器110的冷端 (图中未示出),换热器110的换热介质在冷端吸收热量并传递到热端放出,实现对设备柜100的间接散热。参照图3,从进风口210流入的空气分成两股,一股通过气阀240与设备柜100回流的空气汇合于散热风道220内,再经过换热器 110流向散热风道220的终点,另一股直接流过外风道230,两股气流在各自终点处汇流并送入内循环风机300中。为了实现对设备柜100内温度的控制,设备柜100内设有若干温度传感器,温度传感器和控制器电气连接,气阀240同样与控制器电气连接。控制器根据温度传感器采集的温度值控制气阀240开度,进而控制流经换热器110的空气量,从而控制设备柜100通过换热器110的散热效率。由于通过换热器110实现间接换热,设备柜100内的流场在温控过程中不会受到影响,有利于维持设备柜100内温度场的均匀分布。可以理解的是,换热器110 可以选用板式换热器110或管道式换热器110等,换热器110的冷端可以设置于设备柜100侧壁内,也可以设置于设备柜100的内部空间内。
在一些实施例中,参照图1,电池化成恒温设备还包括外循环风道400,外循环风道400分别与设备柜100和内循环风机300的出风口连通,内循环风机 300通过外循环风道400将热空气送入到设备柜100中,外循环风道上设有与设备外部连通的排风口410。在一些实施例中,进风口210和排风口410的风口面积相同,便于控制同一时刻进出整个设备的进风量和出风量一致,以便于维持设备柜100内的压强稳定。在一些实施例中,外循环风道400内设有导流板430,导流板430将热空气引导向设备柜100内,同时导流板430还可以将热空气的流向整理成同一方向。
下面参考图1和图2以一个具体的实施例详细描述根据本发明的电池化成恒温设备。值得理解的是,下述描述仅是示例性说明,而不是对发明的具体限制。
如图1和图2所示,在本实施例中,设备整体为一长方体结构,设备柜100 和内循环风道200同样为长方体结构,内循环风道200立设于设备柜100的前侧。内循环风道200与设备柜100宽度相同,内循环风道200的高度略低于设备柜 100。进风口210设于内循环风道200的前侧的左下部,设备柜100的前下部开设有矩形缺口与内循环风道200连通。内循环风机300有三个,等间距设置于内循环风道200的上端,加热装置310置于内循环风机300内部,内循环风机300 的出风口朝上与外循环风道400连通。
外循环风道400为一“L”型结构,按如图1方式设置于设备柜100和内循环风道200的上端,设备柜100的上部与外循环风道400连通,排风口410和排风扇420均设置于外循环风道400的前侧右部。导流板430设置于外循环风道 400的上端正对设备柜100处,将热空气引入到下方的设备柜100。
空气在整个设备内的流向如图1箭头方向所示,大体为图1中的逆时针方向。在本实施例中,换热器110选用内部流动有冷媒的翅片管式换热器,如图1所示设置,设备柜100内设置有换热器110的冷端(图中未示出),冷媒在换热器的冷端和热端间循环流动,冷媒作为传热介质在设备内的冷端吸收热量并带到换热器的热端通过流经热端的冷空气散出。内循环风道200的下部被一隔板分为横截面相同的散热风道220和外风道230,散热风道220的下部为起点,与设备柜100 通过矩形缺口连通。外风道230的下部为起点,与进风口210连通。气阀240 成排地设置于隔板的下端,散热风道220通过气阀240和外风道230及进风口210连通,散热风道220和外风道230的上端为终点连通。
在本实施例中,为了充分采集设备柜100内各个点的温度,设备柜100内设有四个温度传感器,四个温度传感器分别设置于设备柜100四个侧壁的中部附近,四个温度传感器设置高度为设备柜100高度的三分之二。
参照图4所示,根据本发明的第二方面的实施例的电池化成恒温设备的控制方法,用于控制根据本发明第一方面的实施例的电池化成恒温设备,其中用Q表示同一时刻流经内循环风机的空气流量,用Qa表示该时刻流过外风道230的空气流量,用Qb表示该时刻流过散热风道220的空气流量,其具体步骤如下:
S100:设定温度传感器的采集频率为f,则温度传感器的采集间隔时间为Δτ=1/f。
S200:记录下各温度传感器在时刻τ、τ+Δτ和τ+2Δτ的温度值,并计算各时刻下所有温度传感器采集到的温度的平均值t0(τ)、t0(τ+Δτ)和t0(τ+2Δτ)。
S300:根据温度的平均值t0(τ)、t0(τ+Δτ)和t0(τ+2Δτ)分别计算时刻τ到τ+Δτ之间和时刻τ+Δτ到τ+2Δτ之间的温度变化量t0a(τ+Δτ)和t0a(τ+2Δτ)和平均温度变化速度t0a'(τ+Δτ)和t0a'(τ+2Δτ),再根据平均温度变化速度t0a'(τ+Δτ)和 t0a'(τ+2Δτ)计算时刻τ+Δτ到τ+2Δτ之间平均温度变化加速度t0a”(τ+2Δτ)。由于采集间隔时间Δτ较短,间隔时间Δτ段内的平均温度变化速度可以近似视为该时段内任一时刻的速度,此处τ到τ+Δτ的平均温度变化速度t0a'(τ+Δτ)可以视为τ+Δτ时刻的瞬时温度变化速度。同理,τ+Δτ到τ+2Δτ之间的平均温度变化速度t0a'(τ+2Δτ)可以视为τ+2Δτ时刻的瞬时温度变化速度。相应地,可以根据t0a'(τ+Δτ)和t0a'(τ+2Δτ)计算出τ+Δτ到τ+2Δτ之间的平均温度变化加速度 t0a”(τ+2Δτ)。
S400:根据平均温度变化速度t0a'(τ+2Δτ)和平均温度变化加速度t0a”(τ+2Δτ)的正负情况确定比值的增量并根据增量改变所述气阀240的开度。其中平均温度变化速度t0a'(τ+2Δτ)反映τ+Δτ到τ+2Δτ时间段内温度上升还是下降,若t0a'(τ+2Δτ)>0则温度上升,需要增大散热,需要增大的值即增大气阀 240开度若t0a'(τ+2Δτ)<0则温度下降,需要减小散热,需要减小的值即减小气阀240开度平均温度变化加速度t0a”(τ+2Δτ)反映τ+Δτ到τ+2Δτ时间段内温度变化速度的变化趋势,若t0a”(τ+2Δτ)≥0则表示温度变化速度不变或变化速度在加快,需要大幅度改变气阀240开度以抑制温度变化;若t0a”(τ+2Δτ)<0则表示温度变化的速度趋于平缓,仅需对气阀240开度进行小幅度调整,即可抑制温度变化。
重复步骤S200到步骤S400之间的动作,不停地采集设备柜100内的温度并依照上述方式调整气阀240开度,即可使设备柜100内的温度逐渐趋于稳定。
在一些实施例中,为了减少计算负担,每一采样时刻的所有温度传感器检测到的温度的平均值t0(τ)=10∧((lgt1(τ)+lgt2(τ)+…+lgtn(τ))/N),其中 t1(τ)、t2(τ)…tn(τ)分别代表每个所述温度传感器在时刻τ的温度检测值,N代表温度传感器的总数量。先对每个温度传感器在某采样τ的温度检测值取10为底的对数再求对数值的平均值,可以缩小数值,降低运算复杂度。
在一些实施例中,的增量的按如下方式选择:当平均温度变化速度 t0a'(τ+2Δτ)>0且平均温度变化加速度t0a”(τ+2Δτ)≥0时,在[0.2,0.4]区间范围内取一合适值,;当平均温度变化速度t0a'(τ+2Δτ)>0且平均温度变化加速度 t0a”(τ+2Δτ)<0时,在[0.1,0.2)区间范围内取一合适值;当平均温度变化速度 t0a'(τ+2Δτ)<0且平均温度变化加速度t0a”(τ+2Δτ)≥0时,在[-0.4,-0.2]区间范围内取一合适值;当平均温度变化速度t0a'(τ+2Δτ)<0且平均温度变化加速度 t0a”(τ+2Δτ)<0时,在(-0.2,-0.1]区间范围内取一合适值;当平均温度变化速度t0a'(τ+2Δτ)=0且平均温度变化加速度t0a”(τ+2Δτ)<0,在[-0.1,0)区间范围内取一合适值;当平均温度变化速度t0a'(τ+2Δτ)=0且平均温度变化加速度 t0a”(τ+2Δτ)>0,在(0,0.1]区间范围内取一合适值。确定的值后再根据计算出控制器根据调节气阀240在下一采样间隔时间段内的开度。按照上述控制方法,气阀240的调整幅度的绝对值会越来越小,逐渐趋向于0,设备柜100内的温度会在设定温度的上下波动,且波动幅度越来越小并逐渐趋向稳定。
在本实施例中,当t0a'(τ+2Δτ)>0且t0a”(τ+2Δτ)≥0时,取0.3,;当 t0a'(τ+2Δτ)>0且t0a”(τ+2Δτ)<0时,取0.15;当t0a'(τ+2Δτ)<0且 t0a”(τ+2Δτ)≥0时,取-0.3;当t0a'(τ+2Δτ)<0且t0a”(τ+2Δτ)<0时,取-0.15;当t0a'(τ+2Δτ)=0且t0a”(τ+2Δτ)<0,取-0.5;当t0a'(τ+2Δτ)=0且t0a”(τ+2Δτ)>0,取0.5。
根据本发明第一方面的实施例的电池化成恒温设备,通过换热器间接换热,并通过调节流过换热器的风量来调节散热效率,实现对设备柜内的温度控制。控制过程中设备柜内流场稳定,温度分布均匀。
根据本发明第二方面的实施例的电池化成恒温设备的控制方法,可以稳定地控制根据本发明第一方面实施例的电池化成恒温设备,控制设备柜内的温度均匀稳定,保证电池的一致性及良率。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所述技术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。
Claims (8)
1.一种电池化成恒温设备,其特征在于,包括:
控制器;
设备柜,用于放置电池化成设备,内部设有若干与所述控制器电气连接的温度传感器;
内循环风道,设置有与设备外部连通的进风口,包括散热风道和外风道,所述散热风道的起点通过一气阀与所述进风口连通,所述散热风道的起点还与所述设备柜连通,所述外风道的起点与所述进风口连通,所述气阀与所述控制器电性连接;
内循环风机,其入风口处设有加热装置,其入风口分别与所述散热风道和所述外风道连通,其出风口与所述设备柜连通;
换热器,其冷端设置于所述设备柜内,其热端设置于所述散热风道内。
2.根据权利要求1所述的电池化成恒温设备,其特征在于,还包括外循环风道,所述外循环风道分别与所述设备柜和所述内循环风机的出风口连通,所述外循环风道上设置有与设备外部连通的排风口。
3.根据权利要求2所述的电池化成恒温设备,其特征在于,所述进风口与所述排风口的风口面积相同,所述排风口处设置有排风扇。
4.根据权利要求2所述的电池化成恒温设备,其特征在于,所述外循环风道内设有导流板,所述导流板用于将所述外循环风道内的空气引入到所述设备柜中。
5.根据权利要求1所述的电池化成恒温设备,其特征在于,所述换热器为内部具有循环流动的冷媒的管式换热器。
6.一种电池化成恒温设备的控制方法,用于控制根据权利要求1至5任一项所述的电池化成恒温设备,设定流过所述散热风道的风量为Qb,流过所述外风道的风量为Qa,流过所述内循环风机的风量为Q,风量Qb与风量Q的比值其特征在于,具体步骤包括:
S100:设定温度传感器的采集频率为f,则温度传感器的采集间隔时间为Δτ=1/f;
S200:记录下各温度传感器在时刻τ、τ+Δτ和τ+2Δτ的温度值,并计算各时刻下所有温度传感器采集到的温度的平均值t0(τ)、t0(τ+Δτ)和t0(τ+2Δτ);
S300:根据温度的平均值t0(τ)、t0(τ+Δτ)和t0(τ+2Δτ)分别计算时刻τ到τ+Δτ之间和时刻τ+Δτ到τ+2Δτ之间的温度变化量t0a(τ+Δτ)和t0a(τ+2Δτ)和平均温度变化速度t0a'(τ+Δτ)和t0a'(τ+2Δτ),再根据平均温度变化速度t0a'(τ+Δτ)和t0a'(τ+2Δτ)计算时刻τ+Δτ到τ+2Δτ之间平均温度变化加速度t0a”(τ+2Δτ);
重复步骤S200、S300及S400直至设备柜内的温度稳定于一定值或者在一定值的正负一定区间内波动。
7.根据权利要求6所述的电池化成恒温设备的控制方法,其特征在于,时刻τ时所有温度传感器检测的温度的平均值t0(τ)=10∧((lgt1(τ)+lgt2(τ)+…+lgtn(τ))/N),其中t1(τ)、t2(τ)…tn(τ)分别代表每个温度传感器在时刻τ的温度检测值,N代表温度传感器的总数量。
Priority Applications (1)
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