CN113764747A - 一种检测电池热管理系统接触热阻方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测电池热管理系统接触热阻方法，包括初始化电池热管理系统参数；按照充电策略给电池充放电；按照预设的调温周期将环境仓温度调至电池的最高温度，并实时获取电池热管理系统的运行参数，直到电池的最高温度和/或最低温度在时间阈值内保持不变；根据所述运行参数计算接触热阻。本发明在电池充放电过程中控制环境仓温度与电池充放电循环过程温度一致，隔绝电池与外界换热，通过冷却液热量变化计量电池产生热量，进而通过计算得到接触热阻，可用于评价电池热管理系统的换热效果，本发明还公开了一种检测电池热管理系统接触热阻的装置，结构简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种检测电池热管理系统接触热阻方法及装置。
背景技术
电池热管理系统是通过导热介质、测控单元以及温控设备构成闭环调节系统，时动力电池工作在合适的工作范围内，以维持动力电池的最佳使用状态，保证电池系统的性能、安全性和寿命。
目前动力电池系统的热管理主要可分为四类，自然冷却、风冷、液冷、直冷。其中自然冷却是被动式的热管理方式，而风冷、液冷、直流是主动式的，这三者的主要区别在于换热介质的不同，其中 液冷方式主要通过冷却液为电池系统降温。首先，冷凝器、压缩机等设备为冷却液强制降温，低温冷却液流经电池系统内部与电芯发生热交换以后，再流回热交换器与低温制冷剂进行热交换，从而将电池产生的热量带出电池系统，液冷具有散热效率高、散热均匀、电芯温差小等优点而得到广泛的应用，但是对于不同的液冷方案，其换热能力的优劣难以评价，因此，有必要提出一种测电池热管理系统接触热阻方法，以评价不同液冷方案的换热能力。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种检测电池热管理系统接触热阻方法，在电池充放电过程中控制环境仓温度与电池充放电循环过程温度一致，隔绝电池与外界换热，通过冷却液热量变化计量电池产生热量，进而通过计算得到接触热阻，以实现对电池热管理系统换热效果的评价。
本发明的技术方案是：
一种检测电池热管理系统接触热阻方法，包括：
初始化电池热管理系统参数；
按照充电策略给电池充放电；
按照预设的调温周期将环境仓温度调至电池的最高温度，并实时获取电池热管理系统的运行参数，直到电池的最高温度和/或最低温度在时间阈值内保持不变；
根据运行参数计算接触热阻。
优选的是，系统参数包括电池荷电、热敏电阻器温度、冷却液温度和冷却液流量。
优选的是，运行参数包括实时电池荷电、电流、电压、热敏电阻器温度、、电池温度、冷却液进出口温度和时间。
优选的是，计算接触热阻包括如下步骤：
计算电池产生的热量，并根据热量计算电池的发热功率；
计算电池与冷却液的温差；
根据发热功率和温差计算接触热阻。
优选的是，调温周期为10-30分钟。
优选的是，时间阈值为0.5-1.5小时。
优选的是，电池热管理系统的初始电池荷电为45-55％，初始热敏电阻器温度为25-35℃，初始冷却液温度为25-25℃，初始冷却液流量为8-12mL/min。
优选的是，接触热阻的计算公式为：
其中，R表示接触热阻，ΔTC表示电池与冷却液温差，P表示电池发热功率。
一种检测电池热管理系统接触热阻的装置，包括：
环境仓，其具有容置腔，能够容纳电池；
充放电设备，其连接电池，能够设定电池充电策略，并根据充电策略给电池充放电；
液冷设备，其连接电池，能够通过冷却液热交换给电池降温；
测试设备，其连接电池和环境仓，能够获取热管理系统的运行参数；
控制设备，其连接环境仓，能够调节环境仓温度。
优选的是，液冷设备包括：
导热垫，其设置在环境仓内，且包覆在电池的外表面；
液冷板，其设置在环境仓内，且位于导热垫的外层；
液冷控制器，其设置在环境仓外部；
冷却液，其可循环的设置在环境仓内，且与液冷控制器联通，能够将电池产生的热量换出。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供了一种检测电池热管理系统接触热阻方法，在电池充放电过程中控制环境仓温度与电池充放电循环过程温度一致，以隔绝电池与外界换热，通过冷却液将电池产热带出，以冷却液的热量变化值计量电池产生热量，进而通过计算得到接触热阻，可用于评价电池热管理系统的换热效果。
2、本发明还提供了一种检测电池热管理系统接触热阻的装置，通过控制设备调节环境仓温度，以保证环境仓温度与电池充放电循环过程温度一致，通过液冷设备给电池降温，通过测试设备获取热管理系统的运行参数，以实现对电池热管理系统热阻的检测功能，结构简单，可操作性强。
附图说明
图1为本发明的提供的一种检测电池热管理系统接触热阻方法流程图。
图2为本发明的提供的一种检测电池热管理系统接触热阻的装置示意图。
图3为本发明的一个实施例中液冷设备的框架示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种检测电池热管理系统接触热阻方法，包括：
S110、初始化电池热管理系统参数。
其中，系统参数包括电池荷电、热敏电阻器温度、冷却液温度和冷却液流量。
S120、按照充电策略给所述电池充放电。
S130、按照预设的调温周期将环境仓温度调至电池的最高温度。
S140、实时获所述取电池热管理系统的运行参数。
其中，运行参数包括实时电池荷电、电流、电压、热敏电阻器温度、电池温度、冷却液进出口温度和时间。
S150、判断电池的最高温度和/或最低温度在时间阈值内是否保持不变，若保持不变则结束检测程序。
S160、根据运行参数计算接触热阻。
首先，计算电池产生的热量，并根据热量计算电池的发热功率；
在电池的充放电过程中，环境仓温度与电池温度保持一致且稳定不变化，那么电池与环境的散热可以忽略不计，电池充放电产生的热量由冷却液全部换出，即电池产生的热量等于冷却液换热量Q＝cmΔTC，进而计算电池的发热功率
其中，Q表示电池产生的热量，c表示冷却液比热容，m表示冷却液质量，ΔTC表示冷却液进出口温差，P表示电池发热功率，t表示检测时间。
然后，计算电池与冷却液的温差，ΔTe＝Ta-Tb，其中，ΔTe表示电池与冷却液温差，Ta表示电池温度，Tb表示冷却液进水口温度。
最后，根据发热功率和温差计算接触热阻，
其中，R表示接触热阻，ΔTC表示电池与冷却液温差，P表示电池发热功率。
作为一种优选，电池热管理系统的初始电池荷电为45-55％，初始热敏电阻器温度为25-35℃，初始冷却液温度为25-25℃，初始冷却液流量为8-12mL/min。，调温周期为10-30分钟。时间阈值为0.5-1.5小时。
通过在电池充放电过程中控制环境仓温度与电池充放电循环过程温度一致，以隔绝电池与外界换热，通过冷却液将电池产热带出，以冷却液的热量变化值计量电池产生热量，进而通过计算得到接触热阻。
如图2所示，一种检测电池热管理系统接触热阻的装置充放电设备120、液冷设备130、测试设备140、控制设备150和环境仓160。
其中，环境仓160具有容置腔，能够容纳电池110，充放电设备120连接电池110，能够设定电池充电策略，并根据充电策略给电池110充放电，液冷设备130连接电池110，能够通过冷却液热交换给电池110降温，测试设备140连接电池110和环境仓160，能够获取热管理系统的运行参数，控制设备150连接环境仓160，能够调节环境仓160的温度。
测试设备140的一个例子是利用万用表持续测得电池的电流和电压并对时间进行积分，获得各时刻电量累计变化量，从而得到SOC值。通过设置于热敏电阻器、电池内部、或者与热敏电阻器、电池的外侧相接地设置了的感温元件，以获取热敏电阻器温度。通过设置在冷却液进出口处的感温元件获取冷却液进出口温度。
进一步的，如图3所示液冷设备130包括导热垫131、液冷板132、冷却液133和液冷控制器。
导热垫131设置在环境仓160内，且包覆在电池110的外表面，导热垫131的一个例子是导热硅胶。
液冷板132设置在环境仓160内，且位于导热垫131的外层，液冷板132可以是真空钎焊式水冷板、搅拌摩擦焊式水冷板、埋管式水冷板、深孔钻/腔体式水冷板中的任意一种。
液冷控制器设置在环境仓160外部，液冷控制器的一个例子是采用循环水冷机组，其内部自带流量泵。
冷却液133可循环的设置在环境仓160内，且与液冷控制器联通，能够将电池产生的热量换出，冷却液133可以是酒精型、甘油型或乙二醇型冷却液。
充放电过程中电池内部会进行电化学反应，释放一定的热量，热量通过导热垫131传递到液冷板132，再通过冷却液133与液冷板132表面以对流的方式实现换热。
本发明通过控制设备调节环境仓温度，以保证环境仓温度与电池充放电循环过程温度一致，通过液冷设备给电池降温，通过测试设备获取热管理系统的运行参数，以实现对电池热管理系统热阻的检测功能，结构简单，可操作性强。
在一个具体实施例中，采用如图2-3所示的检测电池热管理系统接触热阻的装置进行接触热阻检测，具体过程为：
1、试验准备：
初始化动力电池包初始负荷SOC为50(±0.5)％；
初始化动力电池热敏电阻器NTC温度为30(±2)℃；
刷写测试版BMS充电策略(1C充10s放10s循环充放)以及出厂版热管理控制策略程序；
连接乙二醇型冷却液、充放电设备；
冷却液初始温度为20℃，流量为10L/min，充放电过程中冷却液设备加热功率足够大，在试验过程中能够持续以目标20℃，10L/min恒定输出冷却液；
2、试验过程：
按照测试版充电策略以及出厂版热管理控制策略进行充放电，根据电池温度变化，每隔20分钟将环境温度改为电池最高温TMAX，直至电池温度最高温TMAX和/或最低温度TMIN在1h内不发生变化结束试验。
3、测量数据：
试验过程中记录试验过程中实时SOC、电流、电压、NTC温度、电池进出水口温度和时间。
如下为举例数据说明计算接触热阻过程：
试验结束时，冷却液流量为10L/min，进水口温度20℃，出水口温度28℃，环境仓稳定温度36℃，环境仓温度与电池温度保持一致且稳定不变化，那么电池与环境的散热可以忽略不计，那么电池充放电产生的热量由冷却液全部换出，即电池产生的热量＝冷却液换热量。
冷却液质量m＝ρLt＝1071kg/m3×10L/min×1s＝0.1785kg；
电池产生的热量Q＝cmΔTC＝3.36KJ/kg.K×0.1785kg×(28-20)℃＝4.8Kj；
电池的发热功率
电池与冷却液的温差，ΔTe＝Ta-Tb＝36℃-20℃＝16℃
接触热阻
即图2所示电池110与冷却液133之间的接触热阻。
其中，Q表示电池产生的热量，c表示冷却液比热容，m表示冷却液质量，ΔTC表示冷却液进出口温差，P表示电池发热功率，t表示检测时间，ΔTe表示电池与冷却液温差，Ta表示电池温度，Tb表示冷却液进水口温度，R表示接触热阻，ΔTC表示电池与冷却液温差，P表示电池发热功率。
由此，本发明提供的一种检测电池热管理系统接触热阻方法及装置，测试方法简单、方便、快捷，可以用来评价不同项目热管理换热性能，进行横向对比。
以上内容仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不脱离本发明的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (10)
1.一种检测电池热管理系统接触热阻方法，其特征在于，包括：
初始化电池热管理系统参数；
按照充电策略给所述电池充放电；
按照预设的调温周期将环境仓温度调至所述电池的最高温度，并实时获取所述电池热管理系统的运行参数，直到所述电池的最高温度和/或最低温度在时间阈值内保持不变；
根据所述运行参数计算接触热阻。
2.如权利要求1所述的检测电池热管理系统接触热阻方法，其特征在于，所述系统参数包括电池荷电、热敏电阻器温度、冷却液温度和冷却液流量。
3.如权利要求2所述的检测电池热管理系统接触热阻方法，其特征在于，所述运行参数包括实时电池荷电、电流、电压、热敏电阻器温度、电池温度、冷却液进出口温度和时间。
4.如权利要求3所述的检测电池热管理系统接触热阻方法，其特征在于，所述计算接触热阻包括如下步骤：
计算所述电池产生的热量，并根据所述热量计算所述电池的发热功率；
计算所述电池与所述冷却液的温差；
根据所述发热功率和所述温差计算接触热阻。
5.如权利要求4所述的检测电池热管理系统接触热阻方法，其特征在于，所述调温周期为10-30分钟。
6.如权利要求5所述的检测电池热管理系统接触热阻方法，其特征在于，所述时间阈值为0.5-1.5小时。
7.如权利要求6所述的检测电池热管理系统接触热阻方法，其特征在于，所述电池热管理系统的初始电池荷电为45-55％，初始热敏电阻器温度为25-35℃，初始冷却液温度为25-25℃，初始冷却液流量为8-12mL/min。
8.如权利要求7所述的检测电池热管理系统接触热阻方法，其特征在于，所述接触热阻的计算公式为：
其中，R表示接触热阻，ΔTC表示电池与冷却液温差，P表示电池发热功率。
9.一种检测电池热管理系统接触热阻的装置，其特征在于，包括：
环境仓，其具有容置腔，能够容纳电池；
充放电设备，其连接所述电池，能够设定电池充电策略，并根据所述充电策略给所述电池充放电；
液冷设备，其连接所述电池，能够通过冷却液热交换给所述电池降温；
测试设备，其连接所述电池和所述环境仓，能够获取热管理系统的运行参数；
控制设备，其连接所述环境仓，能够调节所述环境仓温度。
10.如权利要求9所述的检测电池热管理系统接触热阻的装置，其特征在于，所述液冷设备包括：
导热垫，其设置在所述环境仓内，且包覆在所述电池的外表面；
液冷板，其设置在所述环境仓内，且位于所述导热垫的外层；
液冷控制器，其设置在所述环境仓外部；
冷却液，其可循环的设置在所述环境仓内，且与所述液冷控制器联通，能够将电池产生的热量换出。
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