CN111509332A - 一种锂电池模块温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池模块温度控制方法，包括以下步骤：1)拟合放热曲线，预判电池箱体升温情况，计算制冷剂预投放用量；2)监测锂电池温度，当锂电池温度高于设定值T₁，以设定速度一次性向电池箱体内投放制冷剂；3)投放制冷剂后，若监测到锂电池温度低于设定值T₂，停止制冷剂投放；对制冷剂预投放用量进行修正；4)若监测到锂电池温度高于设定值T₂，继续向电池箱体内投放制冷剂直到温度传感器监测到锂电池温度低于设定值T₂时，停止制冷剂投放；计算制冷剂实际用量，对制冷剂预投放用量进行修正。本发明采用精准控制投放制冷剂的方法，根据锂电池放热量，进行冷却剂预投放，提高了锂电池温度均一性，解决了锂电池大倍率充放电快速升温问题。

Description

一种锂电池模块温度控制方法

技术领域

本发明涉及锂电池技术，尤其涉及一种锂电池模块温度控制方法。

背景技术

锂电池储能兼具了较高的功率密度和能量密度，可应用于电网调峰调频、需求响应及离网电源。锂电池工作时有放热行为，影响锂电池的安全性，特别是在大倍率充放电时，放热量急剧增加，导致温度快速升高，使锂电池模块极易偏离25℃～50℃的理想工作区间，存在起火爆炸风险。传统的空调冷却、液体冷却能耗大，效率低，不能解决锂电池大倍率放电时的温度控制问题。

目前锂电池的温度控制系统冷却主要采用风冷、液冷，预热主要采用专门的电加热系统。中国专利申请号201310745986.0公开的电池温控装置，是包括电池模块、还包括第一换热器、与电池模块交换热量的第二换热器，以及抽导热介质的泵，采用半导体制冷器与热管组合控制多个单体电池温度，半导体制冷器烤多个单体电池供电。中国专利申请号201210264086.X公开的用于油电混合动力汽车的动力电池温控系统及控制方法，是包括内置有电子组件的电池箱，电池箱上设有进气口和出气口，外界气体经用于给汽车发动机提供气体的增压系统和设置于车体上的空气压缩系统两者之一后，可连通电池箱的进气口。中国专利申请号201610615261.3公开的一种智能锂电池温控系统及控制方法，是系统内部填充有散热介质的电池箱，电池箱内竖直设有多个放置腔，放置腔呈行列矩阵结构固定在电池箱底部，放置腔之间均具有间隙，电池箱顶部设有封盖，封盖上下垂有多根注液支管，注液支管延伸至每相邻四个放置腔中间的间隙内，电池箱底部设有出液管，每根注液支管上均设有支管阀且与注液总管连通，出液管通过散热泵连接散热器输入端。中国专利申请号20160175972.3公开的一种车辆用电池温控系统及其使用方法，是包括依次串联成冷却回路的水泵、散热器、电池包，在散热器、电池包之间增设有附加加热装置的液液换热器，使用时，散热器根据其进、出水口的即时温度控制散热倍率以对电池包降温，还可由电池控制器根据电池包的即时温度控制加热装置对流经液液换热器的冷却水加热，进而对电池包升温。

申请人的研究中发现，锂电池在运行中，温度升温很快，尤其是锂电池模块在10C-20C充放电时，1分钟升温可达10℃，若不能快速降温，存在爆炸等安全隐患，而传统的风冷、液体、自然降温等制冷方法无法满足温控要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种锂电池模块温度控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种锂电池模块温度控制方法，包括以下步骤：

1)根据锂电池模块的电池属性、充放电倍率及充放电时间，拟合放热曲线，预判电池箱体升温情况，计算制冷剂预投放用量；所述电池属性包括锂电池重量和锂电池比热容；

2)监测锂电池温度，当锂电池温度高于设定值T₁，采用自动控制阀门将阀门打开，以设定速度一次性向电池箱体内投放制冷剂，制冷剂投放量为预投放量：

3)投放制冷剂后，若监测到锂电池温度低于(小于等于)设定值T₂，采用自动控制阀门将阀门关闭，停止制冷剂投放；

根据电池箱体进气口温度和出气口温度，计算制冷剂最优用量，对制冷剂预投放用量的修正系数进行修正，进而对制冷剂预投放用量进行修正；

4)投放制冷剂后，若监测到锂电池温度高于设定值T₂，采用脉冲式控制或流量控制向电池箱体内投放制冷剂直到温度传感器监测到锂电池温度低于设定值T₂时，采用自动控制阀门将阀门关闭，停止制冷剂投放；

根据电池箱体进气口温度和出气口温度，计算制冷剂最优用量，对制冷剂预投放用量的修正系数进行修正，进而对制冷剂预投放用量进行修正。

按上述方案，所述步骤1)中，制冷剂预投放用量采用以下公式计算：

其中，K为修正系数；m_2预为制冷剂预估投放用量；c₂为制冷剂比热；T₀为环境温度；T₃为电池箱体进气口温度；m₁为锂电池重量；c₁为锂电池比热容；ΔT为锂电池温升，由充放电倍率及充放电时间计算获得。

按上述方案，所述设定值T₁、T₂是锂电池模块工作温度限定值，依据不同类型锂电池安全运行温度进行设定。

按上述方案，所述步骤4)中，制冷剂实际用量采用以下公式计算：

m_2实＝c₁m₁ΔT/c₂(T₄-T₃)

其中，m_2实为制冷剂实际投放用量；c₂为制冷剂比热；T₃为电池箱体进气口温度；T₄为电池箱体出气口温度；m₁为锂电池重量；c₁为锂电池比热容；ΔT为锂电池温升。

按上述方案，所述自动控制阀门根据接收锂电池温度传感器与锂电池模块工作温度限定值的比较结果，控制制冷剂速度和投放量。

本发明产生的有益效果是：本发明采用精准控制投放制冷剂的方法，根据锂电池放热量，进行冷却剂预投放，提高了锂电池温度均一性，解决了锂电池大倍率充放电快速升温问题；采用自动控制阀门，没有泵、空调等其他辅助电器，减少了系统能耗。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的方法流程图；

图2是本发明实施例的放热曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种锂电池模块温度控制方法，包括以下步骤：

1)对密封在电池箱体内的锂电池模块，依据其倍率充放电行为估算放热量，拟合放热曲线，根据锂电池模块充放电倍率及时间，预判电池箱体升温情况，计算制冷剂预投放用量；

2)当温度传感器监测到锂电池温度高于设定值T₁，采用自动控制阀门将阀门打开，采用脉冲式控制或流量控制向电池箱体内投放制冷剂，以设定速度一次性向电池箱体内投放制冷剂，制冷剂投放量为预投放量；

3)如果温度传感器监测到锂电池温度仍高于设定值T₂，继续以一定速度投放制冷剂，直到温度传感器监测到锂电池温度低于设定值T₂时，采用自动控制阀门将阀门关闭，停止制冷剂投放；

4)如果温度传感器监测到锂电池温度低于设定值T₂，采用自动控制阀门将阀门关闭，停止制冷剂投放；

5)根据电池箱体温度，计算制冷剂实际用量，对制冷剂预投放用量进行修正。

设定值T₁、T₂是锂电池模块温度限定值，依据不同类型锂电池安全运行温度进行设定。

温度传感器采用锂电池模块的自带温度传感器。

电池箱体温度包括电池箱体进气口温度T₃、电池箱体排气口温度T₄。

冷却剂预投放用量是根据锂电池放热曲线及充放电时间先进行预估，再根据电池箱体进气口温度T₃、电池箱体排气口温度T₄计算实际用量。

所述的冷却剂预投放速度是根据锂电池放热曲线采用脉冲式控制或流量控制，冷却剂投放速度在100kg/s以下。

所述的制冷剂为液氮、二氧化碳等一种或多种混合剂。

所述的制冷剂利用相转化方式制冷。

所述的自动控制阀门可以接收温控系统指令，控制制冷剂速度和投放量。一种锂电池模块温度控制方法，所述使用方法包括以下步骤：

依据锂电池倍率充放电行为估算放热量，拟合放热曲线，参见图2锂电池放热曲线。

50Ah锂电池重量m₁为3.5kg，比热容c₁为1031.34J/kg·℃，以11C倍率充放电时，放热量增加，温度升高△T为14.04℃，温度传感器监测到锂电池模块温度T₁高于50℃时，温控系统对自动控制阀门发出指令，采用脉冲式控制，打开控制阀门，制冷剂液氮以一定速度进入电池箱体内，温度传感器监测环境温度T₀为25℃，电池箱体进气口温度T₃为-196℃，液氮比热容c₂为1057.43J/kg·℃，制冷剂液氮预估投入量为：

式中：K——修正系数,第一次设定为1；

m_2预——制冷剂预估投放用量，kg；

c₂——制冷剂比热，J/kg·℃；

T₀——环境温度，℃；

T₃——电池箱体进气口温度，℃；

m₁——锂电池重量，kg；

c₁——锂电池比热容，J/kg·℃；

ΔT——锂电池温升，℃。

当温度传感器监测到锂电池模块温度T₂低于25℃时，温控系统对自动控制阀门发出指令，关闭控制阀门。温度传感器监测电池箱体箱出气口温度为3℃，电池箱体进气口温度T₃为-196℃，制冷剂实际用量为：

m_2实＝c₁m₁ΔT/c₂(T₄-T₃)

＝1031.34×3.5×14.04/1057.43×(3-(-196))

＝0.24kg

式中：m_2实——制冷剂实际投放用量，kg；

c₂——制冷剂比热，J/kg·℃；

T₃——电池箱体进气口温度，℃；

T₄——电池箱体出气口温度，℃；

m₁——锂电池重量，kg；

c₁——锂电池比热容，J/kg·℃；

ΔT——锂电池温升，℃。

对修正系数进行修正，按如下公式进行修正：

K＝m_2实/m_2预

＝c₂(T₀-T₃)/c₂(T₄-T₃)

＝(T₀-T₃)/(T₄-T₃)

＝(25-(-196))/(3-(-196))

＝1.11

式中：K——修正系数；

m_2实——制冷剂实际投放用量，kg；

m_2预——制冷剂预估投放用量，kg；

T₀——环境温度，℃；

T₃——电池箱体进气口温度，℃；

T₄——电池箱体出气口温度，℃。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种锂电池模块温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据锂电池模块的电池属性、充放电倍率及充放电时间，拟合放热曲线，预判电池箱体升温情况，计算制冷剂预投放用量；所述电池属性包括锂电池重量和锂电池比热容；

2)监测锂电池温度，当锂电池温度高于设定值T₁，采用自动控制阀门将阀门打开，以设定速度一次性向电池箱体内投放制冷剂，制冷剂投放量为预投放量；

3)投放制冷剂后，若监测到锂电池温度低于(小于等于)设定值T₂，采用自动控制阀门将阀门关闭，停止制冷剂投放；

根据电池箱体进气口温度和出气口温度，计算制冷剂最优用量，对制冷剂预投放用量的修正系数进行修正，进而对制冷剂预投放用量进行修正；

4)投放制冷剂后，若监测到锂电池温度高于设定值T₂，采用脉冲式控制或流量控制向电池箱体内投放制冷剂直到温度传感器监测到锂电池温度低于设定值T₂时，采用自动控制阀门将阀门关闭，停止制冷剂投放；

根据电池箱体进气口温度和出气口温度，计算制冷剂实际用量，对制冷剂预投放用量的修正系数进行修正，进而对制冷剂预投放用量进行修正。

2.根据权利要求1所述的锂电池模块温度控制方法，其特征在于，所述步骤1)中，制冷剂预投放用量采用以下公式计算：

其中，K为修正系数；m_2预为制冷剂预估投放用量；c₂为制冷剂比热；T₀为环境温度；T₃为电池箱体进气口温度；m₁为锂电池重量；c₁为锂电池比热容；ΔT为锂电池温升，由充放电倍率及充放电时间计算获得。

3.根据权利要求1所述的锂电池模块温度控制方法，其特征在于，所述设定值T₁、T₂是锂电池模块工作温度限定值，依据不同类型锂电池安全运行温度进行设定。

4.根据权利要求1所述的锂电池模块温度控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，制冷剂实际用量采用以下公式计算：

其中，m_2实为制冷剂实际投放用量；c₂为制冷剂比热；T₃为电池箱体进气口温度；T₄为电池箱体出气口温度；m₁为锂电池重量；c₁为锂电池比热容；ΔT为锂电池温升。

5.根据权利要求1所述的锂电池模块温度控制方法，其特征在于，所述自动控制阀门根据接收锂电池温度传感器与锂电池模块工作温度限定值的比较结果，控制制冷剂速度和投放量。

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