CN114552050A - 一种电池系统热管理方法及热管理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池系统热管理方法及热管理装置，电池系统热管理方法包括：步骤S1，获取初始环境温度；步骤S2，按照预先设定的充放电工况对液冷电池包进行充放电；步骤S3，控制液冷机组按照预先设定的运行条件运行；步骤S4，实时获取液冷电池包工作过程中的监测数据；步骤S5，根据监测数据，获取满足液冷电池包运行条件的液冷机组的最小功率。本发明提供的电池系统热管理方法，可以模拟液冷电池包在实际运行过程中的情况，并根据监测数据获取满足液冷电池包运行条件的液冷机组的最小功率；使最小功率的获取过程具有理论及实际依据，提高了最小功率的准确性，避免额外消耗能量，降低了液冷机组的运行成本和液冷机组的能耗。

Description

一种电池系统热管理方法及热管理装置

技术领域

本发明涉及电池系统热管理技术领域，更具体地说，涉及一种电池系统热管理方法。此外，本发明还涉及一种用于实施上述电池系统热管理方法的热管理装置。

背景技术

为保障电池系统在合理的温度范围内运行，对其散热的方法有液冷、强制风冷、直冷等，然而电池系统采用额外的冷却系统，必将提升成本。

一般锂电池的工作温度范围应控制在25℃到40℃，工作温度过高、过低，或者电池组内温度不一致都会产生相应的问题，具体包括：电池温度过高导致其充放电效率低下、电池寿命急剧缩短等，更为严重地引发电池系统热失控造成安全事故。研究表明同样的电芯在环境温度23℃剩余容量衰减值80％需要6238天，但在环境温度55℃下仅需272天；同样的电芯剩余容量为90％时，25℃下输出容量为300kWh，35℃下输出容量仅为163kWh。另外，电池单体温度不一致导致电池产生的热量累积会造成各处温度不均匀，影响一致性、降低充放电循环效率，甚至导致单体热失控。因此，电池的冷却以及减少电池组温度差异，以使工作温度维持在合适的范围内变得尤为重要，而液冷散热为现在的电池散热的主流方法之一。

现有液冷系统中以电芯发热功率为设计液冷系统制冷功率，导致液冷系统制冷功率设计冗余，增加了电池液冷系统集成成本；并且液冷系统运行时间过长，导致液冷系统运行能耗过大，不利于实现系统节能。

综上所述，如何减小电池系统中液冷机组的能耗，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种电池系统热管理方法，在使用的过程中，可以根据液冷电池包的运行工况，得到满足液冷电池包运行条件的液冷机组的最小功率，避免液冷机组过多的消耗不必要的能耗，减小液冷机组的能耗，同时降低液冷机组的运行成本。

本发明的另一目的是提供一种用于实施上述电池系统热管理方法的热管理装置。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电池系统热管理方法，包括：

步骤S1，获取初始环境温度，并控制液冷电池包在所述初始环境温度下开始运行；

步骤S2，按照预先设定的充放电工况对所述液冷电池包进行充放电；

步骤S3，控制液冷机组按照预先设定的运行条件运行；

步骤S4，实时获取所述液冷电池包工作过程中的监测数据；

步骤S5，根据所述监测数据，获取满足所述液冷电池包运行条件的所述液冷机组的最小功率。

优选的，所述初始环境温度为37℃。

优选的，所述步骤S2包括：

按照预先设定的充电电流对所述液冷电池包进行充电，并充电至预先设定的最大电量停止；

按照预先设定的放电电流对所述液冷电池包进行放电，并放电至所述液冷电池包中的电量剩余至最小剩余电量停止。

优选的，所述步骤S3包括：

在所述液冷电池包的温度大于最高预设温度时，控制所述液冷机组运行；

在所述液冷电池包的温度小于最低预设温度时，控制所述液冷机组停止运行。

优选的，所述监测数据包括：所述液冷电池包的最高温度和最低温度、所述液冷电池包的出口温度和入口温度以及所述液冷机组的冷却液流量。

优选的，所述步骤S5包括：

步骤S51，根据所述监测数据，获取所述液冷电池包的出口温度和入口温度随时间变化的温度图像；

步骤S52，根据所述温度图像获取同一时间所述出口温度与所述入口温度的最大差值，记为DTmax；

步骤S53，根据所述最大差值，获取满足所述液冷电池包运行条件的所述液冷机组的最小功率，记为P。

优选的，所述最小功率为：

P＝n*C*M*DTmax，其中n为加权系数，在1.02-1.25之间；C为冷却液比热容；M为单位时间所述液冷机组的冷却液出口的流出质量。

一种热管理装置，用于实施上述任一项所述的电池系统热管理方法，包括：

充放电机，用于接收控制设备发送的预先设定的充放电工况的控制信息，并按照所述预先设定的充放电工况对液冷电池包充电和放电；

环境箱，用于接收所述控制设备发送的初始环境温度，并按照所述初始环境温度调节所述液冷电池包所处的环境温度；

液冷机组，用于接收所述控制设备发送的预先设定的运行条件的控制信息，并按照所述预先设定的运行条件为所述液冷电池包进行冷却降温；

所述控制设备，用于获取所述初始环境温度，并控制所述环境箱将环境温度调节至所述初始环境温度，控制所述液冷电池包在所述初始环境温度下开始运行；控制充放电机按照所述预先设定的充放电工况对所述液冷电池包进行充放电；控制所述液冷机组按照所述预先设定的运行条件运行；实时获取所述液冷电池包工作过程中的监测数据，并根据所述监测数据，获取满足所述液冷电池包运行条件的所述液冷机组的最小功率；

所述充放电机、所述环境箱和所述液冷机组均与所述控制设备连接。

优选的，所述控制设备包括用于测量所述液冷电池包的出口温度的出口传感器以及用于测量所述液冷电池包的入口温度的入口传感器，所述出口传感器和所述入口传感器均与所述控制设备连接。

优选的，所述控制设备包括用于测量所述液冷机组的冷却液出口单位时间内的流出流量的流量传感器。

在使用本发明提供的电池系统热管理方法的过程中，首选需要获取初始环境温度，并控制将环境温度调整至初始环境温度，使液冷电池包在初始环境温度下开始运行；在液冷电池包的运行过程中，按照预先设定的充放电工况对液冷电池包进行充放电，并使液冷机组按照预先设定的运行条件运行，在工作的过程中，实时获取液冷电池包工作过程中的监测数据，并根据监测数据获取满足液冷电池包运行条件的液冷机组的最小功率。

相比于现有技术，本发明提供的电池系统热管理方法，可以模拟液冷电池包在实际运行过程中的情况，并且能够获取液冷电池包在运行过程中的监测数据，并根据监测数据获取满足液冷电池包运行条件的液冷机组的最小功率；使最小功率的获取过程具有理论及实际依据，提高了最小功率的准确性，使其更接近实际液冷电池包运行过程中所需的液冷机组的最大功率，避免额外消耗能量，降低了液冷机组的运行成本和液冷机组的能耗。

此外，本发明还提供了一种用于实施上述电池系统热管理方法的热管理装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的热管理装置的具体实施例的结构示意图；

图2为温度图像的示意图；

图3为本发明所提供的电池系统热管理方法的具体实施例的流程示意图。

图1-3中：

1为充放电机、2为控制设备、3为液冷电池包、4为环境箱、5为液冷机组、A为初始工况、B为严苛工况、F为普通工况。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明的核心是提供一种电池系统热管理方法，可以根据液冷电池包的运行工况，得到满足液冷电池包运行条件的液冷机组的最小功率，避免液冷机组过多的消耗不必要的能耗，减小液冷机组的能耗。本发明的另一核心是提供一种用于实施上述电池系统热管理方法的热管理装置。

请参考图1-3，图1为本发明所提供的热管理装置的具体实施例的结构示意图；图2为温度图像的示意图；图3为本发明所提供的电池系统热管理方法的具体实施例的流程示意图。

本具体实施例提供了一种电池系统热管理方法，包括：

步骤S1，获取初始环境温度，并控制液冷电池包3在初始环境温度下开始运行。

在上述步骤S1中，可以将初始环境温度设定为37℃，当然还可以是其它的数值，具体根据实际情况确定。

步骤S2，按照预先设定的充放电工况对液冷电池包3进行充放电。

上述步骤S2中包括：

按照预先设定的充电电流对液冷电池包3进行充电，并充电至预先设定的最大电量停止；

按照预先设定的放电电流对液冷电池包3进行放电，并放电至液冷电池包3中的电量剩余至最小剩余电量停止。

充电电流和放电电流可以根据实际情况记性确定，可以选在充电电流为1C，放电电流为0.3C；具体根据实际情况确定；优选的，可以在充电至电池100％荷电量停止充电，放电至电池剩余20％荷电量停止放电，实际过程中，最小剩余电量和最大电量也可以根据实际情况确定。

步骤S3，液冷机组5按照预先设定的运行条件运行。

步骤S3包括：

在液冷电池包的温度大于最高预设温度时，控制液冷机组5运行；

在液冷电池包的温度小于最低预设温度时，控制液冷机组5停止运行。

优选的，最高预设温度为35℃，最低预设温度为26℃。

步骤S4，实时获取液冷电池包3工作过程中的监测数据。

监测数据包括：液冷电池包3的最高温度和最低温度、液冷电池包3的出口温度和入口温度以及液冷机组5的冷却液流量。

步骤S5，根据监测数据，获取满足液冷电池包3运行条件的液冷机组5的最小功率。

步骤S5包括：

步骤S51，根据监测数据，获取液冷电池包3的出口温度和入口温度随时间变化的温度图像。

具体的温度图像，如图2所示。图2中横轴为时间，纵轴为温度，虚线为入口温度变化，实线为出口温度变化。并且根据实际的情况将图像分为三个不同的阶段，包括初始工况A、严苛工况B、普通工况F，在初始工况A，冷却液出口温度在初始时刻温度迅速下降，最后达到稳定值，与入口温度保持DTmin1，达到动态温度平衡；初始工况A中电池系统初始运行，液冷系统出口冷却液温度波动在0.5℃以内；在严苛工况B，冷却液出口温度上升，与入口温度保持DTmax达到动态温度平衡；电池系统在充放电电流0.3C以上充放电工况；在普通工况F，冷却液出口温度下降，与入口温度保持DTmin2达到动态温度平衡；电池系统充放电电流0.3C以下充放电工况。

步骤S52，根据温度图像获取同一时间出口温度与入口温度的最大差值，记为DTmax。

在温度图像中，如图2所示，出口温度与入口温度在同一横坐标位置所对应的纵坐标的差值即为同一时间出口温度与入口温度的差值。

步骤S53，根据最大差值，获取满足液冷电池包3运行条件的液冷机组5的最小功率，记为P。

其中P＝n*C*M*DTmax，其中n为加权系数，在1.02-1.25之间；C为冷却液比热容；M为单位时间液冷机组5的冷却液出口的流出质量。

在使用本具体实施例提供的电池系统热管理方法的过程中，首选需要获取初始环境温度，并控制将环境温度调整至初始环境温度，使液冷电池包3在初始环境温度下开始运行；在液冷电池包3的运行过程中，按照预先设定的充放电工况对液冷电池包3进行充放电，并使液冷机组5按照预先设定的运行条件运行，在工作的过程中，实时获取液冷电池包3工作过程中的监测数据，并根据监测数据获取满足液冷电池包3运行条件的液冷机组5的最小功率。

具体的电池运行温度控制策略为：定义电池设计运行最低温度Tmin，运行最高温度Tmax，液冷开启温度T1，液冷系统关闭温度T2，其中Tmin<T2<T1<Tmax，在电池温运行满足设计温度需求时液冷开启时间最短，即为最佳液冷控制策略。优选的，Tmin为26℃，Tmax为35℃。

相比于现有技术，本具体实施例提供的电池系统热管理方法，可以模拟液冷电池包3在实际运行过程中的情况，并且能够获取液冷电池包3在运行过程中的监测数据，并根据监测数据获取满足液冷电池包3运行条件的液冷机组5的最小功率；使最小功率的获取过程具有理论及实际依据，提高了最小功率的准确性，使其更接近实际液冷电池包3运行过程中所需的液冷机组5的最大功率，避免额外消耗能量，降低了液冷机组5的运行成本和液冷机组5的能耗。

除了上述电池系统热管理方法，本发明还提供一种用于实施上述实施例公开的电池系统热管理方法的热管理装置，该热管理装置包括：

充放电机1，用于接收控制设备2发送的预先设定的充放电工况的控制信息，并按照预先设定的充放电工况对液冷电池包3充电和放电；

环境箱4，用于接收控制设备2发送的初始环境温度，并按照初始环境温度调节液冷电池包3所处的环境温度；

液冷机组5，用于接收控制设备2发送的预先设定的运行条件的控制信息，并按照预先设定的运行条件为液冷电池包3进行冷却降温；

控制设备2，用于获取初始环境温度，并控制环境箱4将环境温度调节至初始环境温度，控制液冷电池包3在初始环境温度下开始运行；控制充放电机1按照预先设定的充放电工况对液冷电池包3进行充放电；控制液冷机组5按照预先设定的运行条件运行；实时获取液冷电池包3工作过程中的监测数据，并根据监测数据，获取满足液冷电池包3运行条件的液冷机组5的最小功率；

充放电机1、环境箱4和液冷机组5均与控制设备2连接。

还包括用于测量液冷电池包3的出口温度的出口传感器以及用于测量液冷电池包3的入口温度的入口传感器，出口传感器和入口传感器均与控制设备2连接。

还包括用于测量液冷机组5的冷却液出口单位时间内的流出流量的流量传感器。

根据流量传感器所测的数据，以及冷却液的密度和出口处的横截面面积，可以计算得到单位时间液冷机组5的冷却液出口的流出质量。

在实际使用的过程中，首先控制设备2控制环境箱4将液冷电池包3所处的环境设置为初始环境温度，然后控制设备2控制充放电机1对液冷电池包3进行充放电，且控制设备2与充放电机1之间可以进行信号传输；控制设备2按照预先设定的运行条件控制液冷机组5工作，液冷机组5的冷却液由液冷电池包3的入口进入，与液冷电池包3进行热量交换之后，由液冷电池包3的出口流出；在试验的过程中，出口传感器实时对液冷电池包3的出口温度进行测量，并将测量结果传递至控制设备2，入口传感器实时对液冷电池包3的入口温度进行测量，并实时将测量结果传递至控制设备2，流量传感器实时对液冷机组5的冷却液的出口单位时间内的流出流量进行测量，并将测量结果传递给控制设备2，控制设备2根据接收到的信息，结合预先设定的程序，控制充放电机1、环境箱4和液冷机组5。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的电池系统热管理方法及热管理装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池系统热管理方法，其特征在于，包括：

步骤S1，获取初始环境温度，并控制液冷电池包(3)在所述初始环境温度下开始运行；

步骤S2，按照预先设定的充放电工况对所述液冷电池包(3)进行充放电；

步骤S3，控制液冷机组(5)按照预先设定的运行条件运行；

步骤S4，实时获取所述液冷电池包(3)工作过程中的监测数据；

步骤S5，根据所述监测数据，获取满足所述液冷电池包(3)运行条件的所述液冷机组(5)的最小功率。

2.根据权利要求1所述的电池系统热管理方法，其特征在于，所述初始环境温度为37℃。

3.根据权利要求1所述的电池系统热管理方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

按照预先设定的充电电流对所述液冷电池包(3)进行充电，并充电至预先设定的最大电量停止；

按照预先设定的放电电流对所述液冷电池包(3)进行放电，并放电至所述液冷电池包(3)中的电量剩余至最小剩余电量停止。

4.根据权利要求1所述的电池系统热管理方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

在所述液冷电池包(3)的温度大于最高预设温度时，控制所述液冷机组(5)运行；

在所述液冷电池包(3)的温度小于最低预设温度时，控制所述液冷机组(5)停止运行。

5.根据权利要求1所述的电池系统热管理方法，其特征在于，所述监测数据包括：所述液冷电池包(3)的最高温度和最低温度、所述液冷电池包(3)的出口温度和入口温度以及所述液冷机组(5)的冷却液流量。

6.根据权利要求1所述的电池系统热管理方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

步骤S51，根据所述监测数据，获取所述液冷电池包(3)的出口温度和入口温度随时间变化的温度图像；

步骤S52，根据所述温度图像获取同一时间所述出口温度与所述入口温度的最大差值，记为DTmax；

步骤S53，根据所述最大差值，获取满足所述液冷电池包(3)运行条件的所述液冷机组(5)的最小功率，记为P。

7.根据权利要求6所述的电池系统热管理方法，其特征在于，所述最小功率为：

P＝n*C*M*DTmax，其中n为加权系数，在1.02-1.25之间；C为冷却液比热容；M为单位时间所述液冷机组(5)的冷却液出口的流出质量。

8.一种热管理装置，其特征在于，用于实施权利要求1-7任一项所述的电池系统热管理方法，包括：

充放电机(1)，用于接收控制设备(2)发送的预先设定的充放电工况的控制信息，并按照所述预先设定的充放电工况对液冷电池包(3)充电和放电；

环境箱(4)，用于接收所述控制设备(2)发送的初始环境温度，并按照所述初始环境温度调节所述液冷电池包(3)所处的环境温度；

液冷机组(5)，用于接收所述控制设备(2)发送的预先设定的运行条件的控制信息，并按照所述预先设定的运行条件为所述液冷电池包(3)进行冷却降温；

所述控制设备(2)，用于获取所述初始环境温度，并控制所述环境箱(4)将环境温度调节至所述初始环境温度，控制所述液冷电池包(3)在所述初始环境温度下开始运行；控制充放电机(1)按照所述预先设定的充放电工况对所述液冷电池包(3)进行充放电；控制所述液冷机组(5)按照所述预先设定的运行条件运行；实时获取所述液冷电池包(3)工作过程中的监测数据，并根据所述监测数据，获取满足所述液冷电池包(3)运行条件的所述液冷机组(5)的最小功率；

所述充放电机(1)、所述环境箱(4)和所述液冷机组(5)均与所述控制设备(2)连接。

9.根据权利要求8所述的热管理装置，其特征在于，所述控制设备(2)包括用于测量所述液冷电池包(3)的出口温度的出口传感器以及用于测量所述液冷电池包(3)的入口温度的入口传感器，所述出口传感器和所述入口传感器均与所述控制设备(2)连接。

10.根据权利要求8所述的热管理装置，其特征在于，所述控制设备(2)包括用于测量所述液冷机组(5)的冷却液出口单位时间内的流出流量的流量传感器。

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