CN113745707B - 一种电池温度控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池温度控制系统及方法，系统包括控制模块、电池模块、温度调节模块，根据电池的当前温度检测值以及温度调节模块的工作状态，控制模块预测电池在预设时间内的温度变化，并判断电池的温度在预设时间内是否跟随预设的电池温度曲线变化，若是，则控制模块控制温度调节模块保持工作状态不变；若否，则控制模块根据预存的计算模型改变温度调节模块的工作状态，直至电池的温度跟随预设的电池温度曲线变化。本发明提供的技术方案实现了提前预测与提前判断电池温度的变化趋势，并结合热力学模型和电化学模型，实现了对电池温度的精准控制。

Description

一种电池温度控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种电池温度控制系统及方法。

背景技术

电池在充放电过程中，温度的变化不仅对电池的健康度，还是对充放电的效率，都有着至关重要的影响，更重要的是，温度的变化还直接影响电池的使用安全以及所处空间的安全问题。

目前，行业内主流的对电池温度的控制方法都是基于电池当前状态与预期状态的关系进行控制，具有一定的滞后性，无法做到提前判断、提前控制，也无法实现精准控制。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种电池温度控制系统及方法，能够提前预测与提前判断电池温度的变化趋势，并结合热力学模型和电化学模型实现对电池温度的精准控制。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供了一种电池温度控制系统，所述控制系统包括：

控制模块，其预存有计算模型；

电池模块，其与所述控制模块连接，所述电池模块包括电池和温度传感器，所述温度传感器用于实时检测所述电池的温度，并实时发送所述电池的温度检测值至所述控制模块；

温度调节模块，其与所述控制模块连接，且与所述电池模块处于同一空间，在所述控制模块的控制下，所述温度调节模块能够改变自身工作状态，以对所述空间进行加热或降温，从而改变所述电池的温度；

所述控制模块获取所述温度调节模块的工作状态以及所述电池的温度检测值和工作状态，并通过所述计算模型预测所述电池在预设时间内的温度变化，并判断所述电池的温度在预设时间内是否会跟随预设的电池温度曲线变化，若是，则所述控制模块控制所述温度调节模块保持工作状态不变；若否，则所述控制模块根据预存的计算模型改变所述温度调节模块的工作状态，直至所述电池的温度跟随预设的电池温度曲线变化。

进一步地，所述判断所述电池的温度在预设时间内是否跟随预设的电池温度曲线变化包括：

所述控制模块判断所述电池的当前温度检测值是否低于预设的温度值，若否，则所述控制模块判断在预设时间内的所述电池的温度是否具有下降趋势，若不具有，则所述控制模块控制所述温度调节模块对所述空间进行降温。

进一步地，所述判断所述电池的温度在预设时间内是否跟随预设的电池温度曲线变化还包括：

若在预设时间内的所述电池的温度具有下降趋势，则所述控制模块判断在预设时间内所述电池的温度是否会低于所述预设的温度值，若否，则所述控制模块控制所述温度调节模块保持工作状态不变；若是，则所述控制模块改变所述温度调节模块的工作状态，直至所述电池的温度跟随预设的电池温度曲线变化。

进一步地，所述判断所述电池的温度在预设时间内是否跟随预设的电池温度曲线变化还包括：

所述控制模块判断所述电池的当前温度检测值是否低于预设的温度值，若是，则所述控制模块判断在预设时间内的所述电池的温度是否具有上升趋势，若不具有，则所述控制模块控制所述温度调节模块对所述空间进行升温。

进一步地，所述判断所述电池的温度在预设时间内是否跟随预设的电池温度曲线变化还包括：

若在预设时间内的所述电池的温度具有上升趋势，则所述控制模块判断在预设时间内所述电池的温度是否会高于所述预设的温度值，若是，则所述控制模块控制所述温度调节模块改变工作状态，直至所述电池的温度跟随预设的电池温度曲线变化；若否，则所述控制模块控制所述温度调节模块保持工作状态不变。

进一步地，所述预存的计算模型包括对应于所述空间的热力学模型和对应于所述电池的电化学模型。

进一步地，所述电池的工作状态包括充电状态和放电状态。

作为一种可选的方案，所述电池模块和/或所述温度调节模块通过导线与所述控制模块连接。

作为另一种可选的方案，所述控制系统还包括通信模块连接，所述电池模块和/或所述温度调节模块通过所述通信模块连接。

另一方面，本发明提供了一种基于如上文所述的电池温度控制系统的控制方法，用于对电池温度进行监管，所述控制方法包括：

S1、建立电池温度控制系统的计算模型以及电池的温度曲线；

S2、获取电池的当前温度检测值以及温度调节模块的工作状态，并根据其预测电池在预设时间内的温度变化；

S3、判断电池的温度在预设时间内是否跟随所述温度曲线变化，若是，执行S31，若否，执行S32；

S31、在预设时间内保持温度调节模块的工作状态不变；

S32、根据所述计算模型改变温度调节模块在预设时间内的工作状态，直至所述电池的温度跟随所述温度曲线变化。

本发明具有下列优点：

a)能够提前预测电池的温度变化情况，以及时调整电池的未来温度走向，使其满足预期要求；

b)通过进一步结合热力学模型和电化学模型，精准控制电池的温度走向；

c)结构简单，操作便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电池温度控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电池温度控制系统的工作流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，更清楚地了解本发明的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。除此，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种电池温度控制系统，如图1所示，所述电池温度控制系统包括控制模块、电池模块、温度调节模块，其中，所述控制模块与所述电池模块和所述温度调节模块分别连接，具体连接方式可以是通过导线连接，也可以是通过通信模块连接，不以此限定本发明的保护范围。

所述电池模块包括电池和温度传感器，所述温度传感器用于实时检测所述电池的温度，并实时发送所述电池的温度检测值至所述控制模块，且所述控制模块还能够实时获取所述电池模块的工作状态，所述工作状态包括充电状态、放电状态以及待机状态即不充电也不放电。所述电池模块与所述温度调节模块处于同一空间，在所述控制模块的控制下，所述温度调节模块能够改变自身的工作状态，以对所述空间进行加热或降温，进而改变所述电池的温度。需要说明的是，所述控制模块与所述电池模块可以同处于一个空间，也可以不位于同一个空间，不以此限定本发明的保护范围。

所述控制模块预存有计算模型，其包括对应于所述空间的热力学模型和对应于所述电池的电化学模型。所述控制模块获取所述温度调节模块的工作状态以及所述电池的温度检测值和工作状态，并通过所述计算模型预测所述电池在预设时间内的温度变化，并判断所述电池的温度在预设时间内是否会跟随预设的电池温度曲线变化即所述电池的温度是否满足预期要求，根据判断结果控制所述温度调节模块的工作状态，以使得所述电池温度变化满足预期要求。需要说明的是，对电池温度的预期要求可以是人为预设的期望温度，也可以是所述控制模块自动计算得到的期望温度，所述期望温度可以是一个固定的数值，也可以是一个区间范围，只要满足电池温度能够跟随预设的温度曲线变化即可，具体的数值和区间根据实际应用选定，不以此限定本发明的保护范围；另外，电池充电时的期望温度与放电时的期望温度可以相同，可以不同。

如图2所示，现以预期要求为一个固定的期望温度值为例，对所述电池温度控制系统的运行过程做出具体说明：

第一步，建立整个系统空间的热力学模型以及电池的电化学模型。

第二步，针对电池的充放电任务，由控制模块生成或录入期望的电池温度变化曲线，其对应于期望温度值。

第三步，将未来t时间段内的温度调节模块的工作状态和电池模块的工作状态(将温度调节模块的工作状态和电池模块的工作状态统一称为系统状态)代入系统空间的热力学模型和电池的电化学模型，预测电池在未来t时间段内温度变化：

(1)如果电池的当前温度检测值低于期望温度值，同时在未来t时间段内电池温度处于上升状态且不会超过期望温度值，则维持未来t时间段内的系统状态；

(2)如果电池的当前温度检测值低于期望温度值，同时在未来t时间段内电池温度处于上升状态且会超过期望的温度，则根据热力学模型和电化学模型反推调整未来t时间段的系统状态，使得电池温度上升到期望温度值后能跟随期望的电池温度曲线变化；

(3)如果电池的当前温度检测值低于期望温度值，同时在未来t时间段内电池温度处于下降或不变的状态，则根据热力学模型和电化学模型反推调整未来t时间段的系统状态，使得电池温度上升到期望温度值后能跟随期望的电池温度曲线变化；

(4)如果电池的当前温度检测值高于期望温度值，同时在未来t时间段内电池温度处于下降状态且不会低于期望温度值，则维持未来t时间段内系统状态；

(5)如果电池的当前温度检测值高于期望温度值，同时在未来t时间段内电池温度处于下降状态且会低于期望温度值，则根据热力学模型和电化学模型反推调整未来t时间段的系统状态，使得电池温度下降到期望温度值后能跟随期望的电池温度曲线变化；

(6)如果电池的当前温度检测值高于期望温度值，同时在未来t时间段内电池温度处于上升或不变的状态，则根据热力学模型和电化学模型反推调整未来t时间段的系统状态，使得电池温度下降到期望温度值并跟随期望的电池温度曲线变化；

第四步，将根据模型反推的t时间段内的系统状态作用于系统，使得系统能按照预测的结果执行。

第五步，重复第一步到第四步，直至此次充放电任务结束。

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于如上文所述的电池温度控制系统的控制方法，用于对电池温度进行监管，所述控制方法包括：

S1、建立电池温度控制系统的计算模型以及电池的温度曲线；

S2、获取电池的当前温度检测值以及温度调节模块的工作状态，并根据其预测电池在预设时间内的温度变化；

S3、判断电池的温度在预设时间内是否跟随所述温度曲线变化，若是，执行S31，若否，执行S32；

S31、在预设时间内保持温度调节模块的工作状态不变；

S32、根据所述计算模型改变温度调节模块在预设时间内的工作状态，直至所述电池的温度跟随所述温度曲线变化。

本控制方法实施例的思想与上述实施例中电池温度控制系统的工作过程属于同一思想，通过全文引用的方式将上述电池温度控制系统实施例的全部内容并入本控制方法实施例，不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种电池温度控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

控制模块，其预存有计算模型；

电池模块，其与所述控制模块连接，所述电池模块包括电池和温度传感器，所述温度传感器用于实时检测所述电池的温度，并实时发送所述电池的温度检测值至所述控制模块；

温度调节模块，其与所述控制模块连接，且与所述电池模块处于同一空间，在所述控制模块的控制下，所述温度调节模块能够改变自身工作状态，以对所述空间进行加热或降温，从而改变所述电池的温度；

所述控制模块生成或录入期望的电池温度变化曲线作为预设的电池温度曲线，所述预设的电池温度曲线中的温度为随着时间变化的温度区间，并且其获取所述电池的温度检测值和未来一定时间段内的系统状态，所述系统状态至少包括所述温度调节模块的工作状态以及所述电池的工作状态，当所述温度检测值超出预设的电池温度曲线对应的温度区间时，将所述温度检测值和所述系统状态代入所述计算模型预测所述电池在预设时间内的温度变化，判断所述电池的温度在预设时间内是否会跟随预设的电池温度曲线变化并满足相应的温度区间，若是，则所述控制模块控制所述温度调节模块保持工作状态不变；若否，则所述控制模块根据预存的计算模型改变所述温度调节模块的工作状态，直至所述电池的温度跟随预设的电池温度曲线变化并满足相应的温度区间；

所述判断所述电池的温度在预设时间内是否跟随预设的电池温度曲线变化包括：

所述控制模块判断所述电池的当前温度检测值是否低于预设的温度值，若否，则所述控制模块判断在预设时间内的所述电池的温度是否具有下降趋势，若不具有，则所述控制模块控制所述温度调节模块对所述空间进行降温；

若在预设时间内的所述电池的温度具有下降趋势，则所述控制模块判断在预设时间内所述电池的温度是否会低于所述预设的温度值，若否，则所述控制模块控制所述温度调节模块保持工作状态不变；若是，则所述控制模块改变所述温度调节模块的工作状态，直至所述电池的温度跟随预设的电池温度曲线变化；

所述控制模块判断所述电池的当前温度检测值是否低于预设的温度值，若是，则所述控制模块判断在预设时间内的所述电池的温度是否具有上升趋势，若不具有，则所述控制模块控制所述温度调节模块对所述空间进行升温；

若在预设时间内的所述电池的温度具有上升趋势，则所述控制模块判断在预设时间内所述电池的温度是否会高于所述预设的温度值，若是，则所述控制模块控制所述温度调节模块改变工作状态，直至所述电池的温度跟随预设的电池温度曲线变化；若否，则所述控制模块控制所述温度调节模块保持工作状态不变。

2.如权利要求1所述的电池温度控制系统，其特征在于，所述预存的计算模型包括对应于所述空间的热力学模型和对应于所述电池的电化学模型。

3.如权利要求1所述的电池温度控制系统，其特征在于，所述电池的工作状态包括充电状态和放电状态。

4.如权利要求1所述的电池温度控制系统，其特征在于，所述电池模块和/或所述温度调节模块通过导线与所述控制模块连接。

5.如权利要求1所述的电池温度控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括通信模块连接，所述电池模块和/或所述温度调节模块通过所述通信模块连接。

6.一种基于如权利要求1所述的电池温度控制系统的控制方法，其特征在于，用于对电池温度进行监管，所述控制方法包括：

S1、建立电池温度控制系统的计算模型以及电池的温度曲线；

S2、获取电池的当前温度检测值以及温度调节模块的工作状态，并根据其预测电池在预设时间内的温度变化；

S3、判断电池的温度在预设时间内是否跟随所述温度曲线变化，若是，执行S31，若否，执行S32；

S31、在预设时间内保持温度调节模块的工作状态不变；

S32、根据所述计算模型改变温度调节模块在预设时间内的工作状态，直至所述电池的温度跟随所述温度曲线变化。