CN112397811B - 一种电池包、电池包控制方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池包、电池包控制方法及车辆，涉及车辆技术领域。本发明的电池包包括：电池模组；壳体，包覆在电池模组的外侧；位于壳体与电池模组之间的保温层，保温层内设置有至少一个保温单元。每一保温单元包括保温结构，保温结构包括依次设置的第一隔热层、导热层和第二隔热层，导热层的两个相对的端部凸出于第一隔热层和第二隔热层的端面；传动机构，传动机构与至少一个保温结构连接，用于带动与之连接的保温结构转动，以使得每一保温结构在保温状态和传热状态切换。本发明实现按需满足电池包的热管理功能，确保高温下的电池包及时散热，保证电池包的安全，同时提高电池包在低温下的保温性能，延长续航里程，减少客户抱怨。

Description

一种电池包、电池包控制方法及车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别是涉及一种电池包、电池包控制方法及车辆。

背景技术

电池作为新能源汽车的主要动力源之一，因为电池本身的材料特性决定了对温度的敏感性非常高。电池温度过高不仅会降低寿命，严重的会引发热失控，电池温度过低会导致内部物质活性降低，充放电性能差。所以做好电池的热管理不仅可以提高电池性能，确保电池的安全使用，还可以增强整车的动力性，确保人车安全，是新能源汽车的关键技术。目前，当环境温度低时，电池包与环境存在较大温差，电池内部向外界环境散热，导致电池内部温度持续降低，充放电性能差，甚至无法充电。尤其体现在我国北方地区冬季，夜间停车后纯电车辆无法启动，或者动力性差。传统的电池保温结构在提高保温性的同时，也会带来需要散热时的电池包散热性能差的问题。

发明内容

本发明的第一方面的一个目的是要提供一种电池包，解决现有技术中无法兼顾保温性和散热性的问题。

本发明的第一方面的另一个目的是解决现有技术中保温结构无法在保温状态和传热状态自由切换的问题。

本发明的第二方面的目的是提供一种控制电池包的方法。

本发明的第三方面的目的是提供一种包含上述电池包的车辆。

特别地，本发明提供一种电池包，

电池模组；

壳体，包覆在所述电池模组的外侧；

位于所述壳体与所述电池模组之间的保温层，所述保温层内设置有至少一个保温单元，每个所述保温单元均包括：

保温结构，包括依次设置的第一隔热层、导热层和第二隔热层，所述导热层的两个相对的端部凸出于所述第一隔热层和第二隔热层的端面；

传动机构，与所述保温结构连接，用于带动所述保温结构在其自身的保温状态和传热状态之间切换；

其中，当所述传动机构带动所述保温结构运动至所述传热状态时，所述保温结构的所述导热层的两个凸出的端部分别与所述电池模组的外壁及所述壳体的内壁接触，以允许所述电池模组内部与所述壳体外部之间进行热传递；当所述传动机构带动所述保温结构运动至所述保温状态时，所述保温结构与所述电池模组的外壁和所述壳体的内壁分离，且所述第一隔热层和所述第二隔热层依次设置在所述电池模组的外壁和所述壳体的内壁之间，以利用所述第一隔热层和所述第二隔热层隔绝所述电池模组内部与所述壳体外部之间的热传递，从而对所述电池模组进行保温。

可选地，所述导热层包括：

连接部，为板状，所述第一隔热层和所述第二隔热层分别设置在所述连接部的两侧面；和

凸出于所述第一隔热层和第二隔热层的端面的接触部，所述接触部位于所述连接部两个相对的端部，每一所述接触部与所述连接部形成预设角度。

可选地，两个所述接触部分别向着相反的方向弯折，并且在所述保温结构从所述保温状态转动所述预设角度时到达所述传热状态，使得其中一所述接触部的一个侧面与所述电池模组的外壁接触，另一所述接触部的一个侧面与所述壳体的内壁接触。

可选地，所述传动机构包括：

旋转齿轮，通过转轴与所述保温结构连接，以使得所述保温结构与所述旋转齿轮共同转动；

传动带，包括随所述传动带一起运动的齿条，所述齿条与所述旋转齿轮啮合，以在所述传动带运动时，通过所述齿条带动所述旋转齿轮旋转，进而带动所述保温结构旋转。

可选地，所述保温单元的数量为多个，多个所述保温单元的保温结构以阵列的形式设置在所述保温层内，并且多个所述保温结构的旋转方向一致，当所述保温结构旋转至所述保温状态时，相邻的两个所述保温结构的相互靠近的所述接触部之间间隔预设距离，所述预设距离小于1cm。

特别地，本发明还提供一种对上述电池包的控制方法，包括：

采集所述电池模组内部的第一温度和所述壳体外部的第二温度；

根据所述第一温度、所述第二温度和预设温度阈值之间的大小关系调节所述电池包的工作模式；其中

所述电池包的工作模式包括所述电池包的保温结构处于保温状态的保温模式和所述电池包的保温结构处于传热状态的传热模式。

可选地，根据所述第一温度、所述第二温度和预设温度阈值之间的大小关系调节所述电池包的工作模式的步骤包括：

判断所述第一温度是否小于第一温度阈值；

在所述第一温度小于所述第一温度阈值的情况下，判断所述第一温度是否大于所述第二温度；

当所述第一温度大于所述第二温度时，控制所述电池包处于所述保温模式；

当所述第一温度小于所述第二温度时，控制所述电池包处于所述传热模式。

可选地，根据所述第一温度、所述第二温度和预设温度阈值之间的大小关系调节所述电池包的工作模式的步骤还包括：

在所述第一温度大于等于所述第一温度阈值时，判断所述第一温度是否大于第二温度阈值；

在所述第一温度大于所述第二温度阈值的情况下，判断所述第一温度是否大于所述第二温度；

当所述第一温度小于所述第二温度时，控制所述电池包处于所述保温模式；

当所述第一温度大于所述第二温度时，控制所述电池包处于所述传热模式。

可选地，在所述第一温度大于等于所述第一温度阈值、且小于等于所述第二温度阈值的情况下，控制所述电池包保持此刻所处的模式。

特别地，本发明还提供一种车辆，包括上面所述的电池包。

本发明的电池包，当保温结构处于保温状态时，保温结构横向设置在保温层内，利用隔热层的隔热效果，保证电池包的保温性能。当保温结构处于传热状态时，保温结构纵向设置在保温层内，利用中间的导热层增加热量的传递效率，从而保证电池包较好的散热性能。本发明通过在保温层内设置保温结构，实现按需满足电池包的热管理功能。确保高温下的电池包及时散热，保证电池包的安全，同时提高电池包在低温下的保温性能，减少电池额外加热所需的电能，延长续航里程，减少客户对电动车的启动性能和续航性能的抱怨。

本发明设计传动机构，该传动机构结构简单，根据需要自由切换保温结构的状态，使得保温结构能够在传热状态和保温状态之间快速的自由切换，保证保温结构的性能。

本发明当保温结构处于保温状态时，由于双层隔热层，而隔热层又由高热阻的材料组成，使得保温效果好。而当保温结构处于传热状态时，由于导热层由高导热材料组成，能够实现高效换热，实现快速加热和散热。

本发明的电池包的控制方法只需要监测电池模组的温度和壳体外部的温度，根据温度的对比，就可以使电池包在保温模式和传热模式之间切换，满足电池包实时热管理需求，提高电池包的热适应性，降低电池包不舒适区间，延缓电池衰减，提高车辆启动性能。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的电池包的示意性结构图；

图2是根据本发明一个实施例的保温单元的处于传热状态的示意性结构图；

图3是根据本发明一个实施例的保温单元的处于保温状态的示意性结构图；

图4是根据本发明一个实施例的保温单元的正面示意性结构图；

图5是根据本发明一个实施例的保温单元的侧面示意性结构图；

图6是根据本发明一个实施例的电池包控制方法的示意性流程图；

图7是根据本发明另一个实施例的电池包控制方法的示意性流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的电池包的示意性结构图。图2是根据本发明一个实施例的保温单元的处于传热状态的示意性结构图；图3是根据本发明一个实施例的保温单元的处于保温状态的示意性结构图。具体地，本实施例的电池包100可以包括电池模组1、包覆在电池模组1的外侧的壳体2和保温层3。其中位于壳体2与电池模组1之间的保温层3。保温层3内设置有至少一个保温单元20；每一保温单元20可以包括保温结构10和传动机构30。保温结构10可包括依次设置的第一隔热层11、导热层12和第二隔热层13，导热层12的两个相对的端部凸出于第一隔热层11和第二隔热层13的端面。传动机构30与至少一个保温结构10连接，用于带动与之连接的保温结构10转动，以使得每一保温结构10在保温状态和传热状态切换。其中，当传动机构30带动保温结构10转动至传热状态时，保温结构10的导热层12的两个端部分别与电池模组1的外壁及壳体2的内壁接触，以允许电池模组1内部与壳体2外部之间进行热量传递。当传动机构30带动保温结构10运动至保温状态时，保温结构10与电池模组1的外壁和壳体3的内壁分离，且第一隔热层11和第二隔热层13依次设置在电池模组1的外壁和壳体3的内壁之间，以利用第一隔热层11和第二隔热层13隔绝电池模组1内部与壳体3外部之间的热传递，从而对电池模组1进行保温。

本实施例中的电池包100的保温层3内设置有保温结构10和传动机构30，传动机构30带动保温结构10在保温状态和传热状态之间切换。保温结构10采用三明治结构，中间层为高效传热层，两边为高效隔热层。隔热层采用高热阻的材料，如玻璃纤维/陶瓷纤维，因其导热率低约为0.05～0.15W/(m·K)，能够有效组织电池内部和环境之间的热量传输。此外，本实施例中设计两层隔热层实现双层阻热，提高保温效果。此外，本实施例的中间层为高效传热层，横向的热量传递效率，主要取决于中间层的导热特性，因此，导热层12的材料尤其重要，采用高导热率材料，可以有效的提高热量传递效率。本实施例的导热层12采用铝合金材料，因为其导热率高达150～300W/(m·K)，能够实现高效换热，实现快速加热和散热。

本实施例中，当保温结构10处于保温状态时，保温结构10横向设置在保温层3内，利用隔热层的隔热效果，保证电池包100的保温性能。当保温结构10处于传热状态时，保温结构10纵向设置在保温层3内，利用中间的导热层12增加热量的传递效率，从而保证电池包100较好的散热性能。本实施例通过在保温层3内设置保温机构，实现按需满足电池包100的热管理功能。确保高温下的电池包100及时散热，保证电池包100的安全，同时提高电池包100在低温下的保温性能，减少电池额外加热所需的电能，延长续航里程，减少客户对电动车的启动性能和续航性能的抱怨。

作为本发明一个具体地实施例，本实施例的导热层12可以包括连接部121和接触部122。具体地，连接部121为板状，第一隔热层11和第二隔热层13分别设置在连接部121的两侧面。接触部122位于连接部121两个相对端部，且凸出于第一隔热层11和第二隔热层13的端面，每一接触部122与连接部121形成预设角度。

具体地，本实施例的连接部121为方形的板状，第一隔热层11和第二隔热层13也为方形板状，分别贴合在连接部121的两侧面处。下连接部121的两个相对设置的端面处向外延伸出接触部122。整个导热层12的截面为类似于“Z”或“匚”型结构，降低接触热阻，提高传热效率。在保温结构10处于保温状态时，导热层12的连接部121、第一隔热层11和第二隔热层13均与电池模组1的外壁和壳体2的内壁平行。在保温结构10由保温状态旋转至传热状态时，导热层12的接触部122的与外面接触的表面分别与电池模组1的外壁及壳体2的内壁接触，从而使得电池模组1和壳体2之间快速传递热量，实现快速加热和/或散热。

更为具体地，本实施例的两个接触部122分别向着相反的方向弯折(也就是“Z”型结构)，并且在保温结构10从保温状态转动预设角度时到达传热状态，使得其中一接触部122的一个侧面与电池模组1的外壁接触，另一接触部122的一个侧面与壳体2的内壁接触。

如图所示，本实施例的接触部122所在平面与连接部121所在平面呈预设角度，而该预设角度可以为30-90°。保温结构10从保温状态旋转预设角度就可以实现切换至传热状态。本实施例中预设角度的目的是为了使得接触部122与电池模组1的外壁和壳体3的内壁之间形成面接触，以增大接触面积、提高传热效率。

图4是根据本发明一个实施例的保温单元的正面示意性结构图；图5是根据本发明一个实施例的保温单元的侧面示意性结构图；作为本发明一个具体地实施例，本实施例的传动机构30可以包括旋转齿轮31和传动带32。其中，旋转齿轮31通过转轴33与保温结构10连接，以使得保温结构10与旋转齿轮31共同转动。传动带32包括随传动带32一起运动的齿条34，齿条34与旋转齿轮31啮合，以在传动带32运动时，通过齿条34带动旋转齿轮31旋转，进而带动保温结构10旋转。

具体地，旋转齿轮31位于保温结构10的侧边，一个转轴33可以设置一个或者两个旋转齿轮31。每一旋转齿轮31配备一个齿条34。当保温结构10在保温状态和传热状态之间切换时，其传动机构30的传动带32和齿条34往复运行，进而带动旋转齿轮31往复转动，使得保温结构10往复转动，实现保温状态和传热状态的相互切换。

作为本发明一个具体地实施例，保温单元20的数量为多个，多个保温单元20以阵列的形式设置在保温层3内，并且多个保温结构10的旋转方向一致，当保温结构10旋转至保温状态时，相邻的两个保温结构10的相互靠近的接触部122之间间隔预设距离，预设距离小于1cm。

具体地，电池包100的每一个侧面处可以并排设置多排保温结构10。而每一排保温结构10可以由一个传动机构30带动旋转。具体可以是利用同一个转轴33穿过同一排的保温结构10。在转轴33转动时，同一排的保温结构10共同运动。不同排的保温结构10配备不同的传动机构30。但是在保温结构10切换状态的过程中，即便是不同的传动机构30，也统一在同一时间进行转动，保证整个保温结构10在同一时间切换状态。进而保证整个保温层3的不同位置均处于同一状态，保证保温层3的保温或传热性能。

图6是根据本发明一个实施例的电池包控制方法的示意性流程图；作为本发明一个具体地实施例，本实施例还提供一种根据上述电池包100的控制方法，该方法具体可以包括：

S10，采集电池模组内部的第一温度和壳体外部的第二温度；

S20，根据第一温度、第二温度和预设温度阈值之间的大小关系调节电池包的工作模式；其中

电池包的工作模式包括电池包的保温结构处于保温状态的保温模式和电池包的保温结构处于传热状态的传热模式。本实施例的电池包100的控制方法，只需要监测电池模组1的温度和壳体2外部的温度，根据温度的对比，就可以使电池包100在保温模式和传热模式之间切换，满足电池包100实时热管理需求，提高电池包100的热适应性，降低电池包100不舒适区间，延缓电池衰减，提高车辆启动性能。

图7是根据本发明另一个实施例的电池包控制方法的示意性流程图。作为本发明一个具体地实施例，具体地，根据第一温度、第二温度和预设温度阈值之间的大小关系调节电池包的工作模式的步骤包括：

S21，判断第一温度是否小于第一温度阈值；

S31，在第一温度小于第一温度阈值的情况下，判断第一温度是否大于第二温度；

S41，当第一温度大于第二温度时，控制电池包处于保温模式；

S42，当第一温度小于第二温度时，控制电池包处于传热模式。

本实施例中，判断第一温度是否小于第一温度阈值，其中第一温度阈值的范围为15±5℃，该第一温度阈值为电池模组1舒适温度的下限值。当第一温度小于第一温度阈值，则说明此时电池模组1的温度低于舒适温度范围的下限值。则进一步需要识别电池模组1的温度与环境温度的关系，当电池模组1内的温度高于环境温度(即第一温度大于第二温度)，则为减缓电池模组1向环境散热导致电池模组1的温度进一步下降，需要保持电池本身的热量，则将电池包开启保温模式。若电池模组1的温度低于环境温度(即第一温度小于第二温度)，为了加强环境想电池模组1内部热量传输，需要提高传热效率，则开启电池包的传热模式，实现电池包加热升温。

作为本发明一个具体地实施例，具体地，根据第一温度、第二温度和预设温度阈值之间的大小关系调节电池包的工作模式的步骤还包括：

S22，在第一温度不小于第一温度阈值的情况下，判断第一温度是否大于第二温度阈值；

S32，在第一温度大于第二温度阈值的情况下，判断第一温度是否大于第二温度的大小；

S43，当第一温度小于第二温度时，控制电池包处于保温模式；

S44，当第一温度大于第二温度时，控制电池包处于传热模式。

本实施例中，在电池模组1的温度与第一温度阈值比较发现，第一温度不小于第一温度阈值第一温度阈值时，则需要将第一温度与第二温度阈值进行比较。第二温度阈值的温度范围是30±5℃，具体该第二温度阈值为电池模组1舒适温度范围的上限值。若电池模组1内部的温度大于第二温度阈值，则说明此时电池模组1的温度高于舒适温度范围的上限值。则下一步比较电池模组1的温度和环境温度的关系，当电池模组1的温度低于环境温度(即第一温度小于第二温度)，则为了减少环境向电池模组1内部的热量传输，需要开启电池包的保温模式。而当电池模组1的温度高于环境温度(即第一温度大于第二温度)，则为了加强电池模组1向外界环境传输热量，需要提高保温层3的传热效率，因此开启电池包的传热模式，实现电池模组1的散热降温。

作为本发明一个具体地实施例，具体地还包括，S45，在第一温度大于等于第一温度阈值不大于第二温度阈值的情况下，控制电池包保持此刻所处的模式。

当第一温度不小于第一温度阈值也小于等于第二温度阈值时，则说明此时电池模组1的温度处于舒适区，则可以保持此时的状态，让电池模组1的温度保持在舒适区域。

本发明还提供一种车辆，该车辆包括上面的电池包。本实施例的车辆的电池包可以根据需求切换保温和换热两种模式，满足电池包实时热管理需求，提高电池包和纯电车辆的热适应性，降低电池包不舒适区间，延缓电池包衰减，提高车辆启动性能。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (7)

1.一种电池包，其特征在于，包括：

电池模组；

壳体，包覆在所述电池模组的外侧；

位于所述壳体与所述电池模组之间的保温层，所述保温层内设置有至少一个保温单元，每个所述保温单元均包括：

保温结构，包括依次设置的第一隔热层、导热层和第二隔热层，所述导热层的两个相对的端部凸出于所述第一隔热层和第二隔热层的端面；

传动机构，与所述保温结构连接，用于带动所述保温结构在其自身的保温状态和传热状态之间切换；

其中，当所述传动机构带动所述保温结构运动至所述传热状态时，所述保温结构的所述导热层的两个凸出的端部分别与所述电池模组的外壁及所述壳体的内壁接触，以允许所述电池模组内部与所述壳体外部之间进行热传递；当所述传动机构带动所述保温结构运动至所述保温状态时，所述保温结构与所述电池模组的外壁和所述壳体的内壁分离，且所述第一隔热层和所述第二隔热层依次设置在所述电池模组的外壁和所述壳体的内壁之间，以利用所述第一隔热层和所述第二隔热层隔绝所述电池模组内部与所述壳体外部之间的热传递，从而对所述电池模组进行保温。

2.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，

所述导热层包括：

连接部，为板状，所述第一隔热层和所述第二隔热层分别设置在所述连接部的两侧面；和

凸出于所述第一隔热层和第二隔热层的端面的接触部，所述接触部位于所述连接部两个相对的端部，每一所述接触部与所述连接部形成预设角度。

3.根据权利要求2所述的电池包，其特征在于，

两个所述接触部分别向着相反的方向弯折，并且在所述保温结构从所述保温状态转动所述预设角度时到达所述传热状态，使得其中一所述接触部的一个侧面与所述电池模组的外壁接触，另一所述接触部的一个侧面与所述壳体的内壁接触。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的电池包，其特征在于，

所述传动机构包括：

旋转齿轮，通过转轴与所述保温结构连接，以使得所述保温结构与所述旋转齿轮共同转动；

传动带，包括随所述传动带一起运动的齿条，所述齿条与所述旋转齿轮啮合，以在所述传动带运动时，通过所述齿条带动所述旋转齿轮旋转，进而带动所述保温结构旋转。

5.根据权利要求2或3所述的电池包，其特征在于，

所述保温单元的数量为多个，多个所述保温单元的保温结构以阵列的形式设置在所述保温层内，并且多个所述保温结构的旋转方向一致，当所述保温结构旋转至所述保温状态时，相邻的两个所述保温结构的相互靠近的所述接触部之间间隔预设距离，所述预设距离小于1cm。

6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的电池包的控制方法，其特征在于，包括：

采集所述电池模组内部的第一温度和所述壳体外部的第二温度；

根据所述第一温度、所述第二温度和预设温度阈值之间的大小关系调节所述电池包的工作模式；其中

所述电池包的工作模式包括所述电池包的保温结构处于保温状态的保温模式和所述电池包的保温结构处于传热状态的传热模式；

其中，根据所述第一温度、所述第二温度和预设温度阈值之间的大小关系调节所述电池包的工作模式的步骤包括：

判断所述第一温度是否小于第一温度阈值；

在所述第一温度小于所述第一温度阈值的情况下，判断所述第一温度是否大于所述第二温度；

当所述第一温度大于所述第二温度时，控制所述电池包处于所述保温模式；

当所述第一温度小于所述第二温度时，控制所述电池包处于所述传热模式；

在所述第一温度大于等于所述第一温度阈值时，判断所述第一温度是否大于第二温度阈值；

在所述第一温度大于所述第二温度阈值的情况下，判断所述第一温度是否大于所述第二温度；

当所述第一温度小于所述第二温度时，控制所述电池包处于所述保温模式；

当所述第一温度大于所述第二温度时，控制所述电池包处于所述传热模式；

在所述第一温度大于等于所述第一温度阈值、且小于等于所述第二温度阈值的情况下，控制所述电池包保持此刻所处的模式。

7.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的电池包。

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