CN112687984A

CN112687984A - 一种高效的电池热管理系统及方法

Info

Publication number: CN112687984A
Application number: CN202011590079.XA
Authority: CN
Inventors: 龙曦; 吴胜杰; 孙章勇; 朱禹; 李文志
Original assignee: Dongfeng Motor Corp
Current assignee: Dongfeng Motor Corp
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2021-04-20

Abstract

本发明公开了一种高效的电池热管理系统，包括进水管总成、出水管总成和液冷板，所述液冷板的数量与电池单体的数量匹配，每个电池单体下部对应安装一个液冷板；所有液冷板并联布置，各液冷板的进水口分别通过电磁阀和冷板入水口连接管与进水管总成连通，各液冷板的出口通过冷板出水口连接管与出水管总成连通；各电磁阀与电池管理系统电连接。本发明还公开了一种电池热管理方法。本发明的有益效果为：本发明所述电池热管理系统在各液冷板入水口处设置电磁阀，根据电池包的电芯温差直接控制每个液冷板入水口处电磁阀的开度，达到动态调整各液冷板的流量分配的目的；本发明可降低电池系统的温差，提高电池单体的一致性，提高电池系统的寿命。

Description

一种高效的电池热管理系统及方法

技术领域

本发明涉及电池技术，具体涉及一种高效的电池热管理系统及方法。

背景技术

电池热管理系统是电池管理系统的主要功能之一，通过导热截止、测控单元以及温控设备构成的闭环调节系统，使动力电池工作在合适的温度范围之内，以维持其最佳的使用状态，保证电池系统的性能和寿命。

目前，电池热管理系统主要有风冷系统、液冷系统和直冷系统这三种。液冷系统中，一旦热管理系统方案完成设计冻结，那么每个冷却板的流量分布就成了定值；但是随着电池的老化，电池单体的一致性越来越差，导致电池包中不同的电池单体之间发热量差异较大，因此之前的液冷系统方案就不再完全适用于老化之后的动力电池。另外，电池包在不同SOC以及不同温度下的内阻也不同，在不同的充放电工况下电池单体的发热量也不一致，导致在极限工况下由于电池温度的差异较大加剧电池单体的不一致性。

现有技术也有相关研究，如CN111244572A公开了一种电池包温差控制系统、方法及电子设备，控制系统包括主控单元、温度检测单元和温控单元；温控单元包括用于安装电池包的水冷板、以及与其连接的用于实现冷却液循环的温控回路，温控回路设有主水泵和均衡水泵，主水泵和均衡水泵转向相反，主控单元用于获取温度检测单元所检测的电池包的每个电芯的温度，且根据电池包的电芯温差，控制主水泵驱动冷却液正向流动、和/或控制均衡水泵驱动冷却液反向流动。该技术方案中温控回路的主水泵和均衡水泵转向相反，当主水泵转动时，驱动冷却液正向流动，当均衡水泵转动时，驱动冷却液反向流动。通过控制主水泵和均衡水泵的转动和停止，实现了对电池包温差的多级控制，且不影响对电池恶劣温度的调控。但是，该技术方案是根据电池包的电芯温差，控制主水泵驱动冷却液正向流动、和/或控制均衡水泵驱动冷却液反向流动，这种通过冷却液流向和速度的控制方式无法针对各个水冷板上的电池包进行降温或升温。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种高效的电池热管理系统及方法，以解决电池老化后由于电池单体的一致性导致发热差异较大，以及不同工况不同环境下电池单体发热量存在差异的问题。

本发明采用的技术方案为：一种高效的电池热管理系统，包括进水管总成、出水管总成和液冷板，所述液冷板的数量与电池单体的数量匹配，每个电池单体下部对应安装一个液冷板；所有液冷板并联布置，各液冷板的进水口分别通过电磁阀和冷板入水口连接管与进水管总成连通，各液冷板的出口通过冷板出水口连接管与出水管总成连通；各电磁阀与电池管理系统电连接。

按上述方案，所述液冷板为冲压板或者口琴管式冷却板。

按上述方案，液冷板的进出水口位于液冷板的两侧或液冷板的中间位置。

按上述方案，所述液冷板的上部铺设有导热垫。

按上述方案，所述液冷板的下部设有支撑垫。

本发明还提供了一种基于如上所述电池热管理系统的电池热管理方法，该方法为：电池管理系统获取电池系统中电池单体的最高温度和该最高温度对应的电池单体的序号，以及电池单体的最低温度和该最低温度对应的电池单体的序号，计算获得电池系统的温差；冷却工况下，若电池管理系统监测到电池系统的温差＞设定值，则采集最高温度电池单体序号所对应的液冷板信息，将该液冷板对应的电磁阀开度增加，同时将最低温度电池单体序号对应的液冷板其电磁阀开度减小；加热工况下，若电池管理系统监测到电池系统的温差＞设定值，则采集最高温度电池单体序号所对应的液冷板信息，将该液冷板对应的电磁阀开度减小，同时，将最低温度电池单体序号对应的液冷板其电磁阀开度增加。

本发明的有益效果为：本发明所述电池热管理系统在每个液冷板入水口处设置电磁阀，根据电池包的电芯温差直接控制每个液冷板入水口处电磁阀的开度，达到动态调整各液冷板的流量分配的目的；本发明所述电池热管理系统可降低电池系统的温差，提高电池单体的一致性，提高电池系统的寿命。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。

图2为本实施例的爆炸示意图。

图3为本实施例的流场示意图。

其中：1、进水口；2、电磁阀；3、液冷板；4、支撑垫；5、导热垫；6、进水管总成；7、出水口；8、出水管总成。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图1和图2所示的一种高效的电池热管理系统，包括进水管总成6、出水管总成8和液冷板3，所述液冷板3的数量与电池单体的数量匹配，每个电池单体下部对应安装一个液冷板3；所有液冷板3并联布置，各液冷板3的进水口分别通过电磁阀2和冷板入水口连接管与进水管总成6连通，各液冷板3的出口通过冷板出水口连接管与出水管总成8连通；各电磁阀2与电池管理系统电连接。本实施例中，进水管总成6的进水口1与冷源供应管道连通，出水管总成8的出水口7与冷源排出管道连通。

优选地，所述液冷板3为冲压板或者口琴管式冷却板，液冷板3的进出水口可位于液冷板3的两侧，也可位于液冷板3的中间位置。考虑到液冷板3的模块化及通用性，电池热管理系统中的每一块液冷板3流道板及均温板都是完全相同的，可根据实际电池包电量的需求和具体的电池外包络相应的改变冷却板尺寸及数量。

优选地，所述液冷板3的上部铺设有导热垫5。

优选地，所述液冷板3的下部设有支撑垫4。

本发明所述电池热管理系统为并联式液冷系统，为保障各液冷板3之间的均匀性，需控制各液冷板3入水口处电磁阀2的开度。一种基于如上所述电池热管理系统的电池热管理方法，该方法为；

1、由电池管理系统（BMS）获取电池系统中电池单体的最高温度和该最高温度对应的电池单体的序号，以及电池单体的最低温度和该最低温度对应的电池单体的序号，计算获得电池系统的温差，电池系统的温差即为电池单体的最高温度与电池单体的最低温度的差值。

2、冷却工况下，若电池管理系统监测到电池系统的温差＞设定值（比如5℃），则采集最高温度电池单体序号所对应的液冷板信息，将该液冷板3对应的电磁阀2开度增加，同时，BMS将最低温度电池单体序号对应的液冷板3其电磁阀2开度减小。如图3所示，本实施例中，共有六块液冷板3，在方案设计阶段，通过仿真得到当每块液冷板3流量分配均匀时，对应的第一液冷板~第六液冷板入水口上的电磁阀2开度分别为50%、60%、80%、80%、100%、100%，此值作为对应电磁阀2开度的初始值，后续电池管理系统（BMS）根据电池系统的温差、电池单体的温度最高值、电池单体的温度最低值以及对应液冷板3，动态调整液冷板3对应电磁阀2的开度。比如，经过一段时间的运行，电池单体的一致性出现了较大的差异，导致电池系统的温差＞5℃，第三液冷板对应的电池单体某个模组发热量较大，初始的流量分配已经无法满足散热要求，此时调整第三液冷板对应电磁阀2的开度至90%。相应的，若第四液冷板上对应的电池模组发热量较小，则不需要太大的流量，此时调整第四液冷板对应的电磁阀2开度，使其减小至70%。在充放电工况中，电池温度是不断变化的，此时定义的温差是指电池系统中对应的电池单体最高温度和电池单体最低温度。因此，对应冷却系统来说，调整电池单体最低温度所在液冷板3的电磁阀2开度，以及电池单体最高温度所在液冷板3的电磁阀2开度，是可以实现的。调整完毕后，电池管理系统继续评估电池系统的温差是否满足目标要求，如果不能满足要求，则继续调整相应的电磁阀2，直至满足要求为止。

3、加热工况下，若电池管理系统监测到电池系统的温差＞设定值（比如5℃），则采集最高温度电池单体序号所对应的液冷板信息，将该液冷板3对应的电磁阀2开度减小；同时，将最低温度电池单体序号对应的液冷板3其电磁阀2开度增加。本发明中，加热工况的电磁阀2控制方法与冷却工况的电磁阀2控制方法类似。

本实施例中，基于电池系统的温差以及当前的工况动态调整电磁阀2的开度，电磁阀2每次调整开度的幅度可以为5%、10%、20%等，具体幅度可以根据电池状态进行调整。

最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高效的电池热管理系统，其特征在于，包括进水管总成、出水管总成和液冷板，所述液冷板的数量与电池单体的数量匹配，每个电池单体下部对应安装一个液冷板；所有液冷板并联布置，各液冷板的进水口分别通过电磁阀和冷板入水口连接管与进水管总成连通，各液冷板的出口通过冷板出水口连接管与出水管总成连通；各电磁阀与电池管理系统电连接。

2.如权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，所述液冷板为冲压板或者口琴管式冷却板。

3.如权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，液冷板的进出水口位于液冷板的两侧或液冷板的中间位置。

4.如权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，所述液冷板的上部铺设有导热垫。

5.如权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，所述液冷板的下部设有支撑垫。

6.一种基于如权利要求1~5中任意一项所述电池热管理系统的电池热管理方法，其特征在于，该方法为：电池管理系统获取电池系统中电池单体的最高温度和该最高温度对应的电池单体的序号，以及电池单体的最低温度和该最低温度对应的电池单体的序号，计算获得电池系统的温差；冷却工况下，若电池管理系统监测到电池系统的温差＞设定值，则采集最高温度电池单体序号所对应的液冷板信息，将该液冷板对应的电磁阀开度增加，同时将最低温度电池单体序号对应的液冷板其电磁阀开度减小；加热工况下，若电池管理系统监测到电池系统的温差＞设定值，则采集最高温度电池单体序号所对应的液冷板信息，将该液冷板对应的电磁阀开度减小，同时，将最低温度电池单体序号对应的液冷板其电磁阀开度增加。