CN115020868A - 一种热管理装置、动力电池总成及其控制方法 - Google Patents

一种热管理装置、动力电池总成及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热管理装置、动力电池总成及其控制方法，其中，所述动力电池总成，其包括电池模组，还包括换热器，所述换热器设置在所述电池模组的至少一个侧面上，所述换热器具有用于容纳冷媒的封闭腔体，在所述封闭腔体内设置流道结构，在所述封闭腔体的外侧壁面上设置加热器。本公开实施例在所述电池模组的至少一个侧面上设置换热器，并在所述换热器的封闭腔体的外侧壁面上设置加热器，通过所述加热器对换热器进行加热，进而加快所述换热器与电池模组之间的热交换，从而降低所述电池模组表面的热不匀均性，提高电池总成的能量效率。

Description

一种热管理装置、动力电池总成及其控制方法
技术领域
本公开涉及电动汽车动力电池总成技术领域，具体而言，涉及一种热管理装置、动力电池总成及其控制方法。
背景技术
目前，基于能源持续紧缺、环境污染严重等问题，在国家法规和环境因素双重作用下，大力发展新能源汽车已成为必然的趋势。新能源汽车的动力电池系统主要由电池模组、电池壳体及管路、电路组成。动力电池系统是电动汽车的关键部件，它的安全性、可靠性和耐久性至关重要，决定着整车的性能。
目前电动汽车主要驱动力是由单体电池组成的电池组所提供，而温度高低和温度均匀性对电池组的容量、寿命等性能影响很大。当动力电池在大功率运行时，电池产生大量热量，如果不能及时散发出去，致使电池的温度升高，容易引发热失控，造成安全事故，同时，在高温下，动力电池的温度不均匀性增大，进一步增加了安全隐患。为了提升电池寿命，避免热安全事故，必须设计合理的电池热管理系统，保证电池在合适的温度下运行，同时提升电池模块的热均匀性。
近些年来，电池热管理系统的研发和生产已引起许多电动汽车生产厂家和电池制造厂家的关注。但是，目前仍然存在热管理性能差，无法保证电池电芯之间和电芯内部的温度一致性的问题。
发明内容
有鉴于此，本公开旨在提供一种热管理装置、动力电池及动力电池的控制方法，以解决现有技术中的热管理性能差，无法保证电池电芯之间和电芯内部的温度一致性的技术问题。
第一方面，本公开实施例提供一种动力电池总成，包括电池模组，还包括换热器，所述换热器设置在所述电池模组的至少一个侧面上，所述换热器具有用于容纳冷媒的封闭腔体，在所述封闭腔体内设置流道结构，在所述封闭腔体的外侧壁面上设置加热器。
在一个示例性实施例中，所述封闭腔体至少包括上板和下板，所述上板和所述下板之间通过至少一个支撑柱连接。
在一个示例性实施例中，多个所述支撑柱均匀设置在所述上板和所述下板之间。
在一个示例性实施例中，所述冷媒为相变材料。
在一个示例性实施例中，所述流道结构为迷宫式结构或者对称式结构。
第二方面，本公开实施例还提供一种用于车辆的热管理装置，其包括控制装置，还包括上述任一技术方案所述的动力电池总成。
第三方面，本公开实施例还提供一种车辆，其包括上述任一技术方案所述的热管理装置。
第四方面，本公开实施例还提供一种动力电池总成的控制方法，所述动力电池总成为上述任一技术方案中所述的动力电池总成，所述控制方法包括：
获取所述电池模组在第一预定时间段内的最大温差；基于所述最大温差控制所述加热器工作。
在一个示例性实施例中，所述获取所述电池模组在第一预定时间段内的最大温差，包括：
在所述第一预定时间段内获取所述电池模组在每个采样时间点的温度值；基于所述温度值获取所述电池模组在第一预定时间段内的最高温度值和最低温度值；基于所述最高温度值和所述最低温度值确定所述电池模组的最大温差。
在一个示例性实施例中，所述基于所述最大温差控制所述加热器工作，包括：
当所述最大温差小于等于第一温差阈值时，控制所述加热器不工作；当所述最大温差大于第一温差阈值且小于等于第二温差阈值时，控制所述加热器在第二预定时间段内按照预定周期间歇性加热；当所述最大温差大于第二温差阈值时，控制所述加热器在第三预定时间段内持续加热；其中第二温差阈值大于第一温差阈值。
本公开实施例在所述电池模组的至少一个侧面上设置换热器，并在所述换热器的封闭腔体的外侧壁面上设置加热器，通过所述加热器对所述换热器壁面进行加热，进而提高所述换热器与电池模组之间的热交换，从而降低所述电池模组表面的热不匀均性，提高电池总成的能量效率。
为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1是本公开所提供的用于电动车辆的动力电池总成的结构示意图；
图2是本公开所提供的用于动力电池总成的换热器的结构示意图；
图3是本公开所提供的用于动力电池总成的换热器立体结构示意图；
图4是本公开所提供的用于动力电池总成的换热器的透视图；
图5是本公开所提供的用于动力电池总成的换热器的侧视图；
图6是本公开所提供的用于动力电池总成的电池模组结构示意图；
图7是本公开所提供的动力电池总成的控制流程图；
图8是本公开所提供的获取所述电池模组在第一预定时间段内的最大温差的步骤流程图；
图9是本公开所提供的基于所述最大温差控制所述加热器工作的步骤流程图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1-电池模组；2-下框体；3-换热器；301-加热器；302-上板；303-下板；304-支撑柱；305-流道结构；4-液冷板。
具体实施方式
下面，结合附图对本公开的具体实施例进行详细的描述，但不作为本公开的限定。
应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本公开的这些和其它特性将会变得显而易见。
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本公开进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本公开的很多其它等效形式，它们都位于借此所限定的保护范围内。
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，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、系统、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。
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。
下面结合附图和具体的实施例对本公开作进一步的说明。
实施例1
本公开的第一方面提供一种动力电池总成，这里的所述动力电池总成是新能源车辆的核心部件之一，动力电池的性能和使用寿命直接影响车辆的性能和成本。当动力电池在大功率运行时，电池产生大量热量，如果不能及时散发出去，致使电池的温度升高，容易引发热失控，造成安全事故，在高温下，动力电池的温度不均匀性增大，进一步增加了安全隐患。本公开实施例的目的在于通过对所述动力电池总成的温度进行热管理，从而降低所述动力电池的温度的不均匀性。
为此，本公开实施例涉及的动力电池总成能够通过自然对流实现所述电池热管理系统的自然散热。如图1所示，图1示出本公开实施例中用于电动车辆的动力电池总成的结构示意图，所述动力电池总成，包括电池模组1、下框体2，在所述下框体2的底部设置用于对所述电池模组进行冷却的液冷板4，所述电池模组1设置在所述液冷板4上从而实现与所述液冷板4的热量交换。所述动力电池总成还包括换热器3，所述换热器3设置在所述电池模组1的至少一个侧面上，所述换热器3具有用于容纳冷媒的封闭腔体，在所述封闭腔体内设置流道结构305，在所述封闭腔体的外侧壁面上设置加热器301，所述加热器用于对所述封闭腔体内的冷媒进行加热。
图2、图3、图4、图5分别示出了本公开实施例中的用于动力电池总成的换热器的结构示意图，如图所示,其中所述换热器3包括用于容纳冷媒的封闭腔体，所述封闭腔体至少包括上板302和下板303，所述上板302和所述下板303之间通过至少一个支撑柱304连接，从而能够实现对所述上板302和所述下板303之间的支撑。
进一步地，所述支撑柱304可以为多个，当所述支撑柱304为多个时，多个所述支撑柱304均匀设置在所述上板302和所述下板303之间。所述支撑的材料包括但不限于铝合金、钛合金、铜合金等，从而通过所述支撑柱304能够加快所述上板302和所述下板303之间的热量交换。
在一个实施方式中，在所述上板302和所述下板303之间还可以设置加强筋，在所述加强筋之间形成用于供所述冷媒流通的所述流道结构305，这样所述加强筋不仅能够起到加强所述腔体强度的作用，还能作为所述流道的分隔结构，使得整体的所述换热器3的结构更加简单，便于加工和安装。
具体地，所述流道结构305可以为迷宫式结构或者对称式结构，其中，流道截面可以为圆形、椭圆形、矩形、方形、D形、扁平形中的任一种，通过所述流道结构，使得所述冷媒均匀分布在所述换热器的腔体内，从而能够将所述加热器传递过来的热量均匀传递给所述换热器3与所述电池模组1的接触表面。
如图6所示，当所述电池模组1为多个时，每个所述电池模组1的侧面均设置有所述换热器3，从而通过加热所述换热器3均衡所述电池模组的温度。
为了进一步提高对动力电池组的冷却效果，所述的液冷板4和所述换热器3可以采用热传导效果好的合金材料加工制成，所述合金材料包括但并不限于铝合金、钛合金、铜合金等。
在一个实施方式中，所述冷媒采用相变材料。具体地，所述相变材料可以采用有机相变材料（如酒精）或无机相变材料，可以为膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯等导热系数高的材料与普通有机相变材料 ( 如石蜡、脂肪酸 ) 复合的相变材料或微胶囊相变材料。
本公开提供的动力电池总成在所述电池模组的至少一个侧面上设置换热器，并在所述换热器的封闭腔体的外侧壁面上设置加热器，通过所述加热器对所述换热器壁面进行加热，进而提高所述换热器与电池模组之间的热交换，从而降低所述电池模组表面的热不匀均性，提高电池总成的能量效率。
实施例2
本公开的第二方面还提供了一种用于车辆的热管理装置，其包括控制装置，还包括上述任一实施例所述的动力电池总成。
其中，所述动力电池总成，包括电池模组，还包括换热器，所述换热器设置在所述电池模组的至少一个侧面上，所述换热器具有用于容纳冷媒的封闭腔体，在所述封闭腔体内设置流道结构，在所述封闭腔体的外侧壁面上设置加热器。
本公开提供的动力电池总成在所述电池模组的至少一个侧面上设置换热器，并在所述换热器的封闭腔体的外侧壁面上设置加热器，通过所述加热器对所述换热器壁面进行加热，进而提高所述换热器与电池模组之间的热交换，从而降低所述电池模组表面的热不匀均性，提高电池总成的能量效率。
实施例3
本公开的第三方面还提供了一种车辆，其包括上述任一实施例所述的热管理装置，这里的车辆包括但不限于纯电动车辆、混合动力车辆。
本公开提供的动力电池总成在所述电池模组的至少一个侧面上设置换热器，并在所述换热器的封闭腔体的外侧壁面上设置加热器，通过所述加热器对所述换热器壁面进行加热，进而提高所述换热器与电池模组之间的热交换，从而降低所述电池模组表面的热不匀均性，提高电池总成的能量效率。
实施例4
本公开的第四方面还提供一种动力电池总成的控制方法，所述动力电池总成为上述任一技术方案所述的动力电池总成，图7示出本公开所述的动力电池总成的控制方法的步骤流程图，如图所示，所述控制方法具体包括：
S101，获取所述电池模组在第一预定时间段内的最大温差。
由于电池在使用过程中散热效果不尽相同，因此，所述电池模组1的各个位置的温度也存在差异，在本步骤中，获取所述电池模组1在第一预定时间段内的最大温差，如图8所示，所述获取所述电池模组1在第一预定时间段内的最大温差包括以下步骤：
S201，在所述第一预定时间段内获取所述电池模组在每个采样时间点的温度值。
在本步骤中，在所述第一预定时间段内获取所述电池模组1在每个采样时间点的温度值，其中所述采样点包括所述电池模组1的上表面、底面、侧面的不同点的温度以及所述电池模组1内部的温度。具体地，通过在所述电池模组1的上表面、底面、侧面以及电池模组的内部设置温度传感器，从而获得所述电池模组1的上表面、底面、侧面的不同点的温度以及所述电池模组1内部的温度。
S202，基于所述温度值获取所述电池模组在第一预定时间段内的最高温度值和最低温度值。
在完成上述步骤S201后，在本步骤中，基于所述温度值获取所述电池模组在第一预定时间段内的最高温度和最低温度。具体地，在完成对所述电池模组1的温度采样后，从所述温度值中选取最高温度和最低温度，从而获得最高温度值和最低温度值。
S203，基于所述最高温度值和所述最低温度值确定所述电池模组的最大温差。
在完成上述步骤S202后，在步骤中，基于所述最高温度值和所述最低温度值确定所述电池模组的最大温差。
S102，基于所述最大温差控制所述加热器工作。
在完成上述步骤S101后，在本步骤中，基于所述最大温差控制所述加热器工作。具体地，电池管理系统BMS根据采集到的温度进行判断是否需要对动力电池总成进行控制，图9示出了基于所述最大温差控制所述加热器工作的步骤示意图，如图所示，控制所述加热器工作具体包括：
S301，当所述最大温差小于等于第一温差阈值时，控制所述加热器不工作。
在本步骤中，当所述最大温差小于等于第一温差阈值时，控制所述调节阀关闭，其中第一温差阈值可以选择为5，当最大温差小于等于5时，说明此时所述动力电池总成中的电池模组1的热均匀性较好，此时所述加热器不工作，不对所述电池模组1进行加热。
S302，当所述最大温差大于第一温差阈值且小于等于第二温差阈值时，控制所述加热器在第二预定时间段内按照预定周期间歇性加热。
在本步骤中，当所述最大温差大于第一温差阈值且小于等于第二温差阈值时，控制所述加热器在第二预定时间段内按照预定周期间歇性加热。其中，所述第二温差阈值可以选择为8，第二预定时间段可以选择为3分钟，即当最大温差大于5，且小于8时，说明此时所述动力电池总成中的电池模组1的热均匀性较差，此时，电池管理系统发出信号指令，控制所述加热器进行间歇加热，例如加热周期为加热10秒，暂停10秒，通过所述加热器301对所述换热器3进行加热，从而使得所述电池模组1与所述换热器3进行热量交换，从而达到均衡所述电池模组1的表面温度的效果。在控制所述加热器301进行间歇加热3分钟后，再次采集所述最大温差，对所述电池模组的热均匀性进行校核。
S303，当所述最大温差大于第二温差阈值时，控制所述加热器在第三预定时间段内持续加热。
在本步骤中，当所述最大温差大于第二温差阈值时，控制所述调节阀持续处于打开状态。具体地，当最大温差大于8时，说明此时所述动力电池总成中的所述电池模组1的热均匀性很差，处于失控模式。此时，电池管理系统发出信号指令，控制所述加热器进行持续加热，通过所述加热器301对所述换热器3进行加热，从而使得所述电池模组1与所述换热器3进行热量交换，从而达到均衡所述电池模组1的表面温度的效果。在控制所述加热器301进行持续加热5分钟后，再次采集所述电池模组1的温度，从而获得所述最大温差，对所述电池模组1的热均匀性进行校核。
本公开提供的动力电池总成的控制方法中能够，在所述电池模组的至少一个侧面上设置换热器，并在所述换热器的封闭腔体的外侧壁面上设置加热器，通过控制所述加热器对所述换热器壁面进行加热，进而提高所述换热器与电池模组之间的热交换，从而降低所述电池模组表面的热不匀均性，提高电池总成的能量效率。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种动力电池总成，其包括电池模组，其特征在于，还包括换热器，所述换热器设置在所述电池模组的至少一个侧面上，所述换热器具有用于容纳冷媒的封闭腔体，在所述封闭腔体内设置流道结构，在所述封闭腔体的外侧壁面上设置加热器。
2.根据权利要求1所述的动力电池总成，其特征在于，所述封闭腔体至少包括上板和下板，所述上板和所述下板之间通过至少一个支撑柱连接。
3.根据权利要求2所述的动力电池总成，其特征在于，多个所述支撑柱均匀设置在所述上板和所述下板之间。
4.根据权利要求1所述的动力电池总成，其特征在于，所述冷媒为相变材料。
5.根据权利要求1所述的动力电池总成，其特征在于，所述流道结构为迷宫式结构或者对称式结构。
6.一种用于车辆的热管理装置，其包括控制装置，其特征在于，还包括根据权利要求1-5中任一项所述动力电池总成。
7.一种车辆，其特征在于，其包括权利要求6所述的热管理装置。
8.一种动力电池总成的控制方法，所述动力电池总成为权利要求1-5中任一项所述的动力电池总成，其特征在于，所述控制方法包括：
获取所述电池模组在第一预定时间段内的最大温差；
基于所述最大温差控制所述加热器工作。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述获取所述电池模组在第一预定时间段内的最大温差，包括：
在所述第一预定时间段内获取所述电池模组在每个采样时间点的温度值；
基于所述温度值获取所述电池模组在第一预定时间段内的最高温度值和最低温度值；
基于所述最高温度值和所述最低温度值确定所述电池模组的最大温差。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述最大温差控制所述加热器工作，包括：
当所述最大温差小于等于第一温差阈值时，控制所述加热器不工作；
当所述最大温差大于第一温差阈值且小于等于第二温差阈值时，控制所述加热器在第二预定时间段内按照预定周期间歇性加热；
当所述最大温差大于第二温差阈值时，控制所述加热器在第三预定时间段内持续加热；
其中第二温差阈值大于第一温差阈值。
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