CN111952692A - 汽车电池组温度均衡控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车电池组温度均衡控制系统，包括冷却液散热器和电子水泵，还包括电池箱、设置在电池箱内的多个电池组、与电池组紧贴的液冷板、蛇形布置在液冷板内的冷却管路、控制冷却管路开闭的电磁阀、铺设在电池组表面的电热膜以及用于测量各电池组内部温度数据的温度传感器；所述冷却液散热器和电子水泵与冷却管路串联并形成冷却水循环。

Description

汽车电池组温度均衡控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电池热管理领域，具体涉及一种汽车电池组温度均衡控制系统及其控制方法。

背景技术

锂电池是纯电动汽车的关键部件，但因为材料和工作环境的影响，锂电池也存在着很多安全隐患，其中温度是影响锂电池性能的最关键因素。只有在合适的温度区间内工作，锂电池的安全性和耐用性才能得到保障。

理论上的锂电池工作温度区间为-30℃～60℃，但实际试验表明在低温条件下锂电池的放电能力较低，无法满足汽车行驶需求，而高温条件下锂电池极易出现热失控，影响汽车及驾驶员的安全。

现有技术中的温度控制系统无法对锂电池的温度区间控制和温度均衡控制进行统一管理。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种汽车电池组温度均衡控制系统及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种汽车电池组温度均衡控制系统，包括冷却液散热器和电子水泵，还包括电池箱、设置在电池箱内的多个电池组、与电池组紧贴的液冷板、蛇形布置在液冷板内的冷却管路、控制冷却管路开闭的电磁阀、铺设在电池组表面的电热膜以及用于测量各电池组内部温度数据的温度传感器；所述冷却液散热器和电子水泵与冷却管路串联并形成冷却水循环。

进一步地，所述液冷板共有四个；所述液冷板竖向并呈十字形布置，且将电池箱内部的空间分为四个独立的置物空间；所述电池组共有四个且分别放置在置物空间内；各液冷板的冷却管路的出水口均与冷却液散热器的进水口连通，所述冷却液散热器的出水口与电子水泵的进水口连通，各电磁阀的进水口均与电子水泵的出水口连通；各液冷板的冷却管路的进水口均设置在液冷板上部，各液冷板的冷却管路的出水口均设置在液冷板的下部。

进一步地，所述液冷板包括由前向后依次设置的第一液冷板和第三液冷板，以及由左向右依次设置的第四液冷板和第二液冷板，所述电池组包括紧贴第一液冷板和第四液冷板的第一电池组、紧贴第一液冷板和第二液冷板的第二电池组、紧贴第四液冷板和第三液冷板的第四电池组以及紧贴第二液冷板和第三液冷板的第三电池组；所述电磁阀包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀；所述第一电磁阀的出水口与第一液冷板的冷却管路的进水口连通，所述第二电磁阀的出水口与第二液冷板的冷却管路的进水口连通，所述第三电磁阀的出水口与第三液冷板的冷却管路的进水口连通，所述第四电磁阀的出水口与第四液冷板的冷却管路的进水口连通。

进一步地，包括朝向冷却液散热器设置的散热风扇。

一种汽车电池组温度均衡控制系统的控制方法，以等时间间隔对四个电池组的温度数据进行采样分析，当电池组的平均温度T≥45℃时，四个电磁阀全部开启，电子水泵开启，散热风扇开启。

一种汽车电池组温度均衡控制系统的控制方法，以等时间间隔对四个电池组的温度数据进行采样分析，当电池组的平均温度满足10℃<T<45℃时,电子水泵开启，散热风扇开启，且根据电池组之间不同的温度差情况对电磁阀进行控制：

(1)当各电池组之间的最大温度差ΔT≥5℃且温度最高的电池组与温度最低的电池组不相邻时，则使温度最高的电池组两侧冷却管路连通的电磁阀保持开启；且温度最低的电池组两侧冷却管路连通的电池阀切换为关闭状态；

(2)当各电池组之间的最大温度差ΔT≥5℃且温度最高的电池组与温度最低的电池组相邻时，则使温度最高的电池组两侧冷却管路连通的电磁阀保持开启；且温度最低的电池组，其远离温度最高的电池组一侧冷却管路连通的电池阀切换为关闭状态；

(3)当各电池组之间的最大温度差ΔT≤2℃时，四个电磁阀全部打开；

(4)当各电池组之间的最大温度差2℃<ΔT<5℃时，电磁阀保持上一阶段的开闭状态。

一种汽车电池组温度均衡控制系统的控制方法，以等时间间隔对四个电池组的温度数据进行采样分析，当电池组的平均温度T≤10℃时，四个电磁阀均关闭，电子水泵关闭，散热风扇关闭；并通过加热膜对各电池组进行加热，直至电池组的平均温度上升至阈值温度。

一种汽车电池组温度均衡控制系统的控制方法，以等时间间隔对四个电池组的温度数据进行采样分析；

当电池组的平均温度T≥45℃时，四个电磁阀全部开启，电子水泵开启，散热风扇开启；

当电池组的平均温度满足10℃<T<45℃时,电子水泵开启，散热风扇开启，且分以下四种情况对电磁阀进行控制：

(1)当各电池组之间的最大温度差ΔT≥5℃且温度最高的电池组与温度最低的电池组不相邻时，则使温度最高的电池组两侧冷却管路连通的电磁阀保持开启；且温度最低的电池组两侧冷却管路连通的电池阀切换为关闭状态；

(2)当各电池组之间的最大温度差ΔT≥5℃且温度最高的电池组与温度最低的电池组相邻时，则使温度最高的电池组两侧冷却管路连通的电磁阀保持开启；且温度最低的电池组，其远离温度最高的电池组一侧冷却管路连通的电池阀切换为关闭状态；

(3)当各电池组之间的最大温度差ΔT≤2℃时，四个电磁阀全部打开；

(4)当各电池组之间的最大温度差2℃<ΔT<5℃时，电磁阀保持上一阶段的开闭状态；

当电池组的平均温度T≤10℃时，四个电磁阀均关闭，电子水泵关闭，散热风扇关闭；并通过加热膜对各电池组进行加热，直至电池组的平均温度上升至10℃。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

1.本发明使得锂电池在不同环境温度状况下都能处于合适的工作温度区间，当电池组温度较低时，利用加热膜通电生热使电池组适度加热，利用热传导将热量传递给电池组；当电池组温度较高时，利用冷却液给电池组降温，将热量带出电池组内部；在控制电池组温度的同时，通过控制冷却液的流向，关闭温度较低电池组附近冷却管路上的电磁阀，使得冷却液快速流过温度较高的电池组，从而缩小电池组之间的温度差；本发明所设计的液冷系统及其控制方法不仅能有效控制电池组的温度，还能使电池组之间的温差被控制在合理的阈值范围内，有效避免了因电池组散热不足导致的电池热失控及局部过热现象的发生，保证电池的安全性和使用寿命一致性。

附图说明

图1为本发明电池组的结构示意图；

图2为本发明的电气连接图；

图3为本发明冷却管路的结构示意图；

图4为本发明控制策略的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

如图1-3所示，一种汽车电池组温度均衡控制系统，包括冷却液散热器3和电子水泵5，还包括电池箱1、设置在电池箱内的多个电池组、与电池组紧贴的液冷板、蛇形布置在液冷板内的冷却管路、控制冷却管路开闭的电磁阀、铺设在电池组表面的电热膜以及用于测量各电池组内部温度数据的温度传感器；所述冷却液散热器和电子水泵与冷却管路串联并形成冷却水循环。

如图1所示，包括朝向冷却液散热器设置的散热风扇4。

温度传感器有四个，分别为T1、T2、T3、T4，且分别布置在第一电池组内、第二电池组内、第三电池组内以及第四电池组内。

本发明还包括控制器2，所述电磁阀、温度传感器、散热风扇以及电子水泵均与控制器进行信号连接。

锂电池长时间工作在高温环境下会导致锂电池热失控，故锂电池的工作温度最好控制在10℃～45℃内；且电池单体之间温差较大时，会导致电池使用寿命不一致，影响电动汽车的行驶里程。

本发明所涉及的汽车电池组温度均衡控制系统及其控制方法，首先通过分布在四个电池组内部的温度传感器对电池组的温度数据进行实时检测，然后将得到的温度数据传递给控制器，控制器每隔一段时间对温度数据进行采样分析，得到当前电池组的平均温度和电池组之间的温差数值，然后根据平均温度和温差差值控制电磁阀、电热膜以及散热风扇，通过改变冷却液的冷却回路，使电池组的平均温度控制在一定范围内且能够均衡电池组之间的温差，保证电池组的安全性能和使用寿命一致性。

如图1所示，本实施例所述液冷板共有四个；所述液冷板竖向并呈十字形布置，且将电池箱内部的空间分为四个独立的置物空间；所述电池组共有四个且分别放置在置物空间内；各液冷板的冷却管路的出水口均与冷却液散热器3的进水口连通，所述冷却液散热器的出水口与电子水泵的进水口连通，各电磁阀的进水口均与电子水泵的出水口连通；各液冷板的冷却管路的进水口均设置在液冷板上部，各液冷板的冷却管路的出水口均设置在液冷板的下部。

电池箱上可以根据工艺需要设置相应的管路安装孔，以安装相应管路系统。

每个电池组均与两个液冷板紧贴着，通过不同的控制策略，控制两个液冷板内冷却管路的开闭状态，能够对该电池组产生三种冷却状态，即两条冷却管路均开启、一条冷却管路开启且另一条冷却管路关闭，以及两条冷却管路均关闭。

如图1所示，所述液冷板包括由前向后依次设置的第一液冷板61和第三液冷板63，以及由左向右依次设置的第四液冷板64和第二液冷板62，所述电池组包括紧贴第一液冷板和第四液冷板的第一电池组A、紧贴第一液冷板和第二液冷板的第二电池组B、紧贴第四液冷板和第三液冷板的第四电池组D以及紧贴第二液冷板和第三液冷板的第三电池组C；所述电磁阀包括第一电磁阀V1、第二电磁阀V2、第三电磁阀V3和第四电磁阀V4；所述第一电磁阀的出水口与第一液冷板的冷却管路的进水口i1连通，所述第二电磁阀的出水口与第二液冷板的冷却管路的进水口i2连通，所述第三电磁阀的出水口与第三液冷板的冷却管路的进水口i3连通，所述第四电磁阀的出水口与第四液冷板的冷却管路的进水口i4连通。

下面针对四个电池组的控制策略进行详细描述。

一种汽车电池组温度均衡控制系统的控制方法，以等时间间隔对四个电池组的温度数据进行采样分析，当电池组的平均温度T≤10℃时，四个电磁阀均关闭，电子水泵关闭，散热风扇关闭；并通过加热膜对各电池组进行加热，直至电池组的平均温度上升至阈值温度。

当电池组刚刚开始工作时，由于环境温度较低，所以电池组的温度远低于正常的工作温度，如果电池在低温条件下工作，会导致电池放电不足，不能满足汽车的续航需求，所以需要对电池组进行加热。

首先电池组内的温度传感器实时检测电池组的温度数据并将它们传递给控制器，控制器对这些数据采样分析得出当前电池组的平均温度T≤10℃，此时控制液冷管路的四个电磁阀和电子水泵保持关闭，并使电热膜通电，目的是为了尽快让电池组温度升至正常工作温度区间内；电热膜通电产生热量，电热膜安置在电池组底部，通过热交换将产生的热量传递给电池组，使电池组的温度升高。

一种汽车电池组温度均衡控制系统的控制方法，以等时间间隔对四个电池组的温度数据进行采样分析，当电池组的平均温度满足10℃<T<45℃时,电子水泵开启，散热风扇开启，且根据电池组之间不同的温度差情况对电磁阀进行控制：

(1)当各电池组之间的最大温度差ΔT≥5℃且温度最高的电池组与温度最低的电池组不相邻时，则使温度最高的电池组两侧冷却管路连通的电磁阀保持开启；且温度最低的电池组两侧冷却管路连通的电池阀切换为关闭状态；

(2)当各电池组之间的最大温度差ΔT≥5℃且温度最高的电池组与温度最低的电池组相邻时，则使温度最高的电池组两侧冷却管路连通的电磁阀保持开启；且温度最低的电池组，其远离温度最高的电池组一侧冷却管路连通的电池阀切换为关闭状态；

(3)当各电池组之间的最大温度差ΔT≤2℃时，四个电磁阀全部打开，因为电池组之间的温差较小，所以可以忽略这一部分的温差，从而保证电池组整体的温度控制效果；

(4)当各电池组之间的最大温度差2℃<ΔT<5℃时，为了降低控制频率，减轻系统载荷，电磁阀的开闭状态将延续上一阶段的配置，直至电池组平均温度或电池组最大温差离开当前温度区间。

在10℃<T<45℃且各电池组之间的最大温度差ΔT≥5℃时，除了上述控制策略，还可以进行细分：

假设在四个电池组中，温度传感器检测到电池组A的温度较其他电池组要高，且温差ΔT>5℃，控制器将电磁阀V2和V3关闭，V1和V4保持开启状态，冷却液由电子水泵驱动经过电磁阀V1和V4进入进水口i1和i4，而进水口i2和i3由于电磁阀V2和V3是关闭的，所以没有冷却液流入；电子水泵转速固定，所以当进水口变少后，流速相应的增大，冷却效率提升；当冷却液从i1和i4进水口进入后，流经贴着电池组A两侧的液冷板，首先会对电池组A进行降温，通过热传导将电池组产生的热量传给冷却液，随着液冷管路从总出水口O处流出电池组；控制器每隔Δt时间对温度传感器采集到的温度数据进行采样分析，当电池组A与其他电池组的最大温差降低到ΔT<2℃时，则将四个电磁阀全部开启，变为对所有电池组进行降温。这样的冷却液流动次序，可以让电池组A最先得到降温，避免电池组之间温差过大，影响电池使用寿命一致性；而且电池组A两侧的液冷板还同时靠着电池组B和D，所以不会有其他电池组温度过高的情况发生。这样的控制策略不仅对电池组内四个电池组都做到了温度控制，也对温度较高的电池组进行隔离冷却，使整体温度较为一致。

假设在四个电池组中，温度传感器检测到A、B两个电池组的温度较另两个要高，则控制器将电磁阀V1、V2、V4打开，将V3关闭；冷却液从进水口i1、i2、i4进入冷却管路内部后，对电池组A、B的冷却效果最好，但同时能够兼顾对电池组C和D的冷却，保证电池组整体温度一致性。

冷却系统在进行冷却和温度均衡控制的同时，控制器对温度传感器传回的温度数据每隔Δt时间进行采样分析，在温度控制过程中，当出现某电池组温度较高、温差过大时，本系统可以单独将该电池组隔离降温；时间间隔Δt与设计的均衡控制系统有关。

一种汽车电池组温度均衡控制系统的控制方法，以等时间间隔对四个电池组的温度数据进行采样分析，当电池组的平均温度T≥45℃时，四个电磁阀全部开启，电子水泵开启，散热风扇开启。

锂电池长时间工作在高温环境下会导致锂电池热失控，故锂电池的工作温度最好控制在10℃～45℃内，电池组平均温度大于45℃后，锂电池发生热失控的概率较大，此时需要用最快的速度将电池组的温度降下来，四个电磁阀均开启，冷却风扇和电子水泵开启，这种冷却方式能够实现最快的冷却速度。

一种汽车电池组温度均衡控制系统的控制方法，以等时间间隔对四个电池组的温度数据进行采样分析；

当电池组的平均温度T≥45℃时，四个电磁阀全部开启，电子水泵开启，散热风扇开启；

当电池组的平均温度满足10℃<T<45℃时,电子水泵开启，散热风扇开启，且分以下四种情况对电磁阀进行控制：

(1)当各电池组之间的最大温度差ΔT≥5℃且温度最高的电池组与温度最低的电池组不相邻时，则使温度最高的电池组两侧冷却管路连通的电磁阀保持开启；且温度最低的电池组两侧冷却管路连通的电池阀切换为关闭状态；

(2)当各电池组之间的最大温度差ΔT≥5℃且温度最高的电池组与温度最低的电池组相邻时，则使温度最高的电池组两侧冷却管路连通的电磁阀保持开启；且温度最低的电池组，其远离温度最高的电池组一侧冷却管路连通的电池阀切换为关闭状态；

(3)当各电池组之间的最大温度差ΔT≤2℃时，四个电磁阀全部打开；

(4)当各电池组之间的最大温度差2℃<ΔT<5℃时，电磁阀保持上一阶段的开闭状态；

当电池组的平均温度T≤10℃时，四个电磁阀均关闭，电子水泵关闭，散热风扇关闭；并通过加热膜对各电池组进行加热，直至电池组的平均温度上升至10℃。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种汽车电池组温度均衡控制系统，包括冷却液散热器(3)和电子水泵(5)，其特征在于：还包括电池箱(1)、设置在电池箱内的多个电池组、与电池组紧贴的液冷板、蛇形布置在液冷板内的冷却管路、控制冷却管路开闭的电磁阀、铺设在电池组表面的电热膜以及用于测量各电池组内部温度数据的温度传感器；所述冷却液散热器、电子水泵与冷却管路串联形成冷却水循环。

2.根据权利要求1所述的汽车电池组温度均衡控制系统，其特征在于：所述液冷板共有四个；所述液冷板竖向并呈十字形布置，且将电池箱内部的空间分为四个独立的置物空间；所述电池组共有四个且分别放置在置物空间内；各液冷板的冷却管路的出水口均与冷却液散热器(3)的进水口连通，所述冷却液散热器的出水口与电子水泵的进水口连通，各电磁阀的进水口均与电子水泵的出水口连通；各液冷板的冷却管路的进水口均设置在液冷板上部，各液冷板的冷却管路的出水口均设置在液冷板的下部。

3.根据权利要求2所述的汽车电池组温度均衡控制系统，其特征在于：所述液冷板包括由前向后依次设置的第一液冷板(61)和第三液冷板(63)，以及由左向右依次设置的第四液冷板(64)和第二液冷板(62)，所述电池组包括紧贴第一液冷板和第四液冷板的第一电池组(A)、紧贴第一液冷板和第二液冷板的第二电池组(B)、紧贴第四液冷板和第三液冷板的第四电池组(D)以及紧贴第二液冷板和第三液冷板的第三电池组(C)；所述电磁阀包括第一电磁阀(V1)、第二电磁阀(V2)、第三电磁阀(V3)和第四电磁阀(V4)；所述第一电磁阀的出水口与第一液冷板的冷却管路的进水口(i1)连通，所述第二电磁阀的出水口与第二液冷板的冷却管路的进水口(i2)连通，所述第三电磁阀的出水口与第三液冷板的冷却管路的进水口(i3)连通，所述第四电磁阀的出水口与第四液冷板的冷却管路的进水口(i4)连通。

4.根据权利要求1所述的汽车电池组温度均衡控制系统，其特征在于，包括朝向冷却液散热器设置的散热风扇(4)。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的汽车电池组温度均衡控制系统的控制方法，其特征在于，以等时间间隔对四个电池组的温度数据进行采样分析，当电池组的平均温度T≥45℃时，四个电磁阀全部开启，电子水泵开启，散热风扇开启。

6.一种如权利要求1-4中任一项所述的汽车电池组温度均衡控制系统的控制方法，其特征在于，以等时间间隔对四个电池组的温度数据进行采样分析，当电池组的平均温度满足10℃<T<45℃时,电子水泵开启，散热风扇开启，且根据电池组之间不同的温度差情况对电磁阀进行控制：

(1)当各电池组之间的最大温度差ΔT≥5℃且温度最高的电池组与温度最低的电池组不相邻时，则使温度最高的电池组两侧冷却管路连通的电磁阀保持开启；且温度最低的电池组两侧冷却管路连通的电池阀切换为关闭状态；

(2)当各电池组之间的最大温度差ΔT≥5℃且温度最高的电池组与温度最低的电池组相邻时，则使温度最高的电池组两侧冷却管路连通的电磁阀保持开启；且温度最低的电池组，其远离温度最高的电池组一侧冷却管路连通的电池阀切换为关闭状态；

(3)当各电池组之间的最大温度差ΔT≤2℃时，四个电磁阀全部打开；

(4)当各电池组之间的最大温度差2℃<ΔT<5℃时，电磁阀保持上一阶段的开闭状态。

7.一种如权利要求1-4中任一项所述的汽车电池组温度均衡控制系统的控制方法，其特征在于，以等时间间隔对四个电池组的温度数据进行采样分析，当电池组的平均温度T≤10℃时，四个电磁阀均关闭，电子水泵关闭，散热风扇关闭；并通过加热膜对各电池组进行加热，直至电池组的平均温度上升至阈值温度。

8.一种如权利要求1-4中任一项所述的汽车电池组温度均衡控制系统的控制方法，其特征在于，以等时间间隔对四个电池组的温度数据进行采样分析；

当电池组的平均温度T≥45℃时，四个电磁阀全部开启，电子水泵开启，散热风扇开启；

当电池组的平均温度满足10℃<T<45℃时,电子水泵开启，散热风扇开启，且分以下四种情况对电磁阀进行控制：

(1)当各电池组之间的最大温度差ΔT≥5℃且温度最高的电池组与温度最低的电池组不相邻时，则使温度最高的电池组两侧冷却管路连通的电磁阀保持开启；且温度最低的电池组两侧冷却管路连通的电池阀切换为关闭状态；

(2)当各电池组之间的最大温度差ΔT≥5℃且温度最高的电池组与温度最低的电池组相邻时，则使温度最高的电池组两侧冷却管路连通的电磁阀保持开启；且温度最低的电池组，其远离温度最高的电池组一侧冷却管路连通的电池阀切换为关闭状态；

(3)当各电池组之间的最大温度差ΔT≤2℃时，四个电磁阀全部打开；

(4)当各电池组之间的最大温度差2℃<ΔT<5℃时，电磁阀保持上一阶段的开闭状态；

当电池组的平均温度T≤10℃时，四个电磁阀均关闭，电子水泵关闭，散热风扇关闭；并通过加热膜对各电池组进行加热，直至电池组的平均温度上升至10℃。

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