CN116632417A - 电池模组温度控制系统、方法和电子设备 - Google Patents

电池模组温度控制系统、方法和电子设备 Download PDF

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高泽宇
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Abstract

本发明的实施例提供了一种电池模组温度控制系统、方法和电子设备，涉及电气控制技术领域。所述系统包括：电池管理模块、加热膜和多档位风扇；电池管理模块与各电池模组电连接，电池管理模块与加热膜电连接，电池管理模块与多档位风扇电连接；电池管理模块用于采集各电池模组的电芯电流，并基于电芯电流确定各电池模组的SOC数据；电池管理模块还用于根据SOC数据获取对应的温度调整逻辑，并根据温度调整逻辑调整加热膜和多档位风扇的工作状态。本实施例能够提高电芯的稳定性及安全性，提高了电池模组的热管理能力。

Description

电池模组温度控制系统、方法和电子设备
技术领域
本发明涉及电气控制技术领域，具体而言，涉及一种电池模组温度控制系统、方法和电子设备。
背景技术
现有技术中，通常根据电池模组上的CCS组件或其他温度采集方式采集电芯充放电时的温度，以进行电池系统的热管理，当采集到温度超出BMS设置的阈值范围，BMS将会进行告警或控制断开继电器等动作。但是电芯的SOC(State of Charge，电池中剩余电荷的可用状态)也是影响电芯温度的因素之一，现有技术较少考虑到SOC对电池热稳定性的影响。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种电池模组温度控制系统、方法及电子设备。
第一方面，本申请实施例提供了一种电池模组温度控制系统，所述系统包括电池管理模块、加热膜和多档位风扇；
所述电池管理模块与各电池模组电连接，所述电池管理模块与所述加热膜电连接，所述电池管理模块与所述多档位风扇电连接；
所述电池管理模块用于采集各所述电池模组的电芯电流，并基于所述电芯电流确定各所述电池模组的SOC数据；
所述电池管理模块还用于根据所述SOC数据获取对应的温度调整逻辑，并根据所述温度调整逻辑调整所述加热膜和所述多档位风扇的工作状态。
在一实施方式中，所述系统还包括温度监测模块，所述温度监测模块包括FPC监测板，所述FPC监测板与各所述电池模组的电芯电连接，所述FPC监测板还与所述电池管理模块电连接；
所述FPC监测板用于获取各所述电池模组的电芯温度。
在一实施方式中，所述系统还包括供电模块，所述供电模块分别与所述电池管理模块、所述加热膜和所述多档位风扇电连接。
在一实施方式中，所述系统还包括开关模块，所述开关模块与所述供电模块电连接，所述开关模块还分别与所述电池管理模块、所述加热膜和所述多档位风扇电连接。
在一实施方式中，所述系统还包括熔断器，所述熔断器与所述供电模块电连接，所述熔断器还与所述开关模块电连接。
第二方面，本申请实施例提供了一种电池模组温度控制方法，应用于电池模组温度控制系统，所述方法包括：
采集各电池模组的电芯电流；
基于所述电芯电流确定各所述电池模组的SOC数据；
根据所述SOC数据获取对应的温度调整逻辑，并根据所述温度调整逻辑调整加热膜和多档位风扇的工作状态。
在一实施方式中，所述基于所述电芯电流确定各所述电池模组的SOC数据，包括：
根据以下公式计算各所述电池模组的SOC数据：
其中，SOC0为初始时刻的SOC值，CN为所述电池模组的电池额定容量，I为所述电池模组的电池充放电电流，H为所述电池模组的电池充放电效率，t为当前采样时间。
在一实施方式中，所述根据所述SOC数据获取对应的温度调整逻辑，包括：
若所述SOC数据大于或等于第一电量阈值，则获取第一调整逻辑；
若所述SOC数据小于所述第一电量阈值，且大于第二电量阈值，则获取第二调整逻辑；
若所述SOC数据小于或等于所述第二电量阈值，则获取第三调整逻辑；
其中，所述第一电量阈值大于所述第二电量阈值。
在一实施方式中，所述根据所述温度调整逻辑调整加热膜和多档位风扇的工作状态，包括：
获取所述电池模组的电芯温度；
若所述温度调整逻辑为第一调整逻辑且所述电芯温度大于第一温度阈值，则控制所述多档位风扇以第三转速运行，不开启所述加热膜；
若所述温度调整逻辑为第一调整逻辑且所述电芯温度小于第二温度阈值，则开启所述加热膜，不开启所述多档位风扇；
若所述温度调整逻辑为第二调整逻辑且所述电芯温度大于第三温度阈值，则控制所述多档位风扇以第二转速运行，不开启所述加热膜；
若所述温度调整逻辑为第二调整逻辑且所述电芯温度小于第四温度阈值，则开启所述加热膜，不开启所述多档位风扇；
若所述温度调整逻辑为第三调整逻辑且所述电芯温度大于第五温度阈值，则控制所述多档位风扇以第一转速运行，不开启所述加热膜；
若所述温度调整逻辑为第三调整逻辑且所述电芯温度小于第六温度阈值，则开启所述加热膜，不开启所述多档位风扇；
其中，所述第三转速大于所述第二转速，所述第二转速大于所述第一转速，所述第一温度阈值大于所述第二温度阈值，所述第三温度阈值大于所述第四温度阈值，所述第五温度阈值大于所述第六温度阈值。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括第一方面任一项所述的电池模组温度控制系统。
上述本申请提供的电池模组温度控制系统，考虑到SOC作为电芯温度的影响因素之一，并通过风扇和加热膜控制电芯温度，能够提高电芯的稳定性及安全性。结合不同的SOC及电芯温度，对电池PACK进行加热或降温，使电芯的温度始终控制在合适的温度范围之内，本实施例提高了电池模组的热管理能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的电池模组温度控制系统的一结构示意图；
图2为本申请实施例提供的电池模组温度控制系统的电路示意图之一；
图3为本申请实施例提供的电池模组温度控制系统的电路示意图之二；
图4为本申请实施例提供的电池模组温度控制方法的一流程示意图；
图5为本申请实施例提供的电池模组温度控制方法的一子流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
实施例1
现有技术中，根据监测电芯实际温度及电压，进行对电芯的热管理，但是电芯的SOC(State of Charge，电池中剩余电荷的可用状态)也是影响电芯温度的因素之一，通常情况下，电池的SOC状态较高时，会导致正负极材料的反应活性升高，热稳定性下降。
基于此，本申请增加了结合SOC的数据，控制电池风扇及加热膜的开启和关闭进行对电芯的热管理，能够提高电芯的使用寿命及性能。
具体地，请参考图1，本实施例提供了一种电池模组温度控制系统100，所述系统包括电池管理模块110、加热膜120和多档位风扇130；
所述电池管理模块110与各电池模组140电连接，所述电池管理模块110与所述加热膜120电连接，所述电池管理模块110与所述多档位风扇130电连接；
所述电池管理模块110用于采集各所述电池模组140的电芯电流，并基于所述电芯电流确定各所述电池模组的SOC数据；
所述电池管理模块110还用于根据所述SOC数据获取对应的温度调整逻辑，并根据所述温度调整逻辑调整所述加热膜120和所述多档位风扇130的工作状态。
本申请实施例中的电池模组表示电池PACK，电池管理模块表示BCMU或BMU.其中，多档位风扇130可以为三档位风扇，设置在与电池模组之间空气流通的位置，加热膜贴设在电池PACK的四面。
在一实施方式中，可以通过对电芯电流求积分的形式，计算各所述电池模组的SOC数据。求积分的过程可以通过BMU(Battery Management Unit，电池管理单元)来实现。具体地，BMU采集各个时刻的电池充放电电流I，并将各时刻的电池充放电电流I与电池充放电效率η进行积分运算，最后与电池额定容量的负倒数-1/CN和初始时刻的SOC值SOC0相乘。在硬件上，这一方法可以通过运算放大器和电容器来实现，例如，通过电容器对电荷进行积累，并通过放大器对信号进行放大，输出积分后的信号。
这样，就可以根据运算后的SOC数据结合温度调整逻辑，调节风扇至合适挡位，或接通加热膜进行加热。需要注意的是，若存在多个PACK，则需根据每个SOC数值进行调整，不应忽视最大SOC及最小SOC。
请参见图2，当只有一个PACK时，只需获取一组SOC数据。图2所示电池模组温度控制系统100包括电芯、电池管理模块(BMU和BCMU)、加热膜、风扇、开关模块。示例性的，BCMU包括端口11、12、13、14、15、16、VCC1-、VCC2-、VCC3-、BCMU-1、BCMU-2、BCMU-3；还包括与风扇电连接的端口n+2、n+3、1、2；和加热膜电连接的端口3、4；和BMU电连接的端口5、6。其中，端口1和熔断器FU以及开关模块K1电连接；端口3和熔断器FU以及开关模块K2电连接；端口4和开关模块K3电连接。
图3示出了存在多组PACK时的连接方式，此处以12组PACK为例，当存在多组PACK时，多组风扇和多组加热膜的连接方式为串联；多组电芯分别与一个BMU电连接，然后与BCMU电连接。
在一实施方式中，所述系统还包括温度监测模块，所述温度监测模块包括FPC监测板，所述FPC监测板与各所述电池模组的电芯电连接，所述FPC监测板还与所述电池管理模块电连接；
所述FPC监测板用于获取各所述电池模组的电芯温度。
本申请实施例同时考虑到了SOC数据和电芯温度的情况，因此，也设置了FPC监测板与电池模组的电芯相连，用于监测电芯温度。本申请实施例同时考虑到了SOC数据和电芯温度的情况，因此，也设置了FPC监测板与电池模组的电芯相连，用于监测电芯温度。通过将FPC监测板连接到电芯上，实现对电芯温度的监测和管理。
在FPC监测板中，温度传感器通常采用热敏电阻、热电偶或热敏电容等传感器实现。同时，FPC监测板可以与电池管理系统集成，采用高精度模数转换器(ADC)来获取电池电压和电流信息，并通过与电池管理系统的通讯接口进行数据传输。提供更精确的数据支持，以帮助运营商充分利用电池性能并延长电池寿命。
在一实施方式中，所述系统还包括供电模块，所述供电模块分别与所述电池管理模块、所述加热膜和所述多档位风扇电连接。所述供电模块用于对上述模块供电。所述供电模块可以集成在高压箱中，如图2所示的高压箱的1、2端口或3、4端口。
在一实施方式中，所述系统还包括开关模块，所述开关模块与所述供电模块电连接，所述开关模块还分别与所述电池管理模块、所述加热膜和所述多档位风扇电连接。
在供电模块和所述电池管理模块、所述加热膜和所述多档位风扇电之间设置开关，可以实现对它们的单独控制。
在一实施方式中，所述开关模块包括接触器，所述接触器至少包括两个触点。图2中的K1、K2、K3使用带两个触点的接触器即可。双触点接触器能够承受比普通开关更大的电流，适合高功率电路的开关控制。接触器K1包括L2、L1、VCC1-、BCMU-1等触点，流经接触器K1的电流记为I1、I2；接触器K2包括L2、L1、VCC2-、BCMU-2等触点，流经接触器K2的电流记为I3、I4；接触器K3包括L2、L1、VCC3-、BCMU-3等触点，流经接触器K3的电流记为I5、I6。
此外，在一实施方式中，所述系统还包括熔断器FU，所述熔断器与所述供电模块电连接，所述熔断器还与所述开关模块电连接。熔断器是电路中的一种保护装置，其主要作用是在电流过载或短路情况下切断电路，防止电路元件、设备或线路受到过大电流的损坏，起到保护电路的作用。当电路中的电流超过熔断器额定电流时，熔丝就会熔断，切断电路，从而保护电路。可以根据电路的额定电流和负载特性选择适当的熔断器，以确保在电路故障时熔断器能够及时切断电路，保护电路元件、设备或线路免受损坏。
在一实施方式中，所述加热膜贴设在所述电池模组的外表面上。这样，可以快速对电池模组所在环境进行加热。
在一实施方式中，所述多档位风扇为三档位风扇。三档位风扇能有效地对应不同SOC进行调整，在较小耗电的情况下实现降温功能。
具体地，三档位风扇和加热膜可以实现对电芯温度的联合控制，SOC>90％时，温度应控制在15℃～35℃；那么，当温度高于35℃时则可以开启风扇最高档，温度低于15℃时则需要开启加热膜；
90％>SOC>70％时，温度应控制在20℃～30℃，即温度高于30℃时则可以开启风扇中档，温度低于15℃时则需要开启加热膜；
SOC<70％时，温度应控制在20℃～25℃，即温度高于25℃时则可以开启风扇低档，温度低于20℃时则需要开启加热膜；
本申请实施例提供的电池模组温度控制系统，将SOC作为电芯温度的影响因素之一，并通过风扇和加热膜控制电芯温度，能够提高电芯的稳定性及安全性。此外，本实施例的风扇为三档位风扇，根据需要开启不同的档位，能够有效节省系统的耗电量。总体上，本申请实施例提高了电池模组的热管理能力。
实施例2
本实施例也提供了一种电池模组温度控制方法，应用于电池模组温度控制系统，请参见图4，所述方法包括：
步骤S410，采集各电池模组的电芯电流；
步骤S420，基于所述电芯电流确定各所述电池模组的SOC数据；
本实施例可以分为单个电池PACK由一个BMU自行控制的情况，如图2所示，和多个PACK并行控制的情况，如图3所示。无论是单独控制还是并行控制时，确定SOC数据的方法如下：
在一实施方式中，所述基于所述电芯电流确定各所述电池模组的SOC数据，包括：
根据以下公式计算各所述电池模组的SOC数据：
其中，SOC0为初始时刻的SOC值，CN为所述电池模组的电池额定容量，I为所述电池模组的电池充放电电流，H为所述电池模组的电池充放电效率，t为当前采样时间。
步骤S430，根据所述SOC数据获取对应的温度调整逻辑，并根据所述温度调整逻辑调整加热膜和多档位风扇的工作状态。
根据运算后的SOC数据结合温度调整逻辑，调节风扇至合适挡位，或接通加热膜进行加热。需要注意的是，若存在多个PACK，则需根据SOC数值进行调整，不应忽视最大SOC及最小SOC。
在一实施方式中，所述根据所述SOC数据获取对应的温度调整逻辑，包括：
若所述SOC数据大于或等于第一电量阈值，则获取第一调整逻辑；
若所述SOC数据小于所述第一电量阈值，且大于第二电量阈值，则获取第二调整逻辑；
若所述SOC数据小于或等于所述第二电量阈值，则获取第三调整逻辑；
其中，所述第一电量阈值大于所述第二电量阈值。
在一实施方式中，所述根据所述温度调整逻辑调整加热膜和多档位风扇的工作状态，包括：
获取所述电池模组的电芯温度；
若所述温度调整逻辑为第一调整逻辑且所述电芯温度大于第一温度阈值，则控制所述多档位风扇以第三转速运行，不开启所述加热膜；
若所述温度调整逻辑为第一调整逻辑且所述电芯温度小于第二温度阈值，则开启所述加热膜，不开启所述多档位风扇；
若所述温度调整逻辑为第二调整逻辑且所述电芯温度大于第三温度阈值，则控制所述多档位风扇以第二转速运行，不开启所述加热膜；
若所述温度调整逻辑为第二调整逻辑且所述电芯温度小于第四温度阈值，则开启所述加热膜，不开启所述多档位风扇；
若所述温度调整逻辑为第三调整逻辑且所述电芯温度大于第五温度阈值，则控制所述多档位风扇以第一转速运行，不开启所述加热膜；
若所述温度调整逻辑为第三调整逻辑且所述电芯温度小于第六温度阈值，则开启所述加热膜，不开启所述多档位风扇；
其中，所述第三转速大于所述第二转速，所述第二转速大于所述第一转速，所述第一温度阈值大于所述第二温度阈值，所述第三温度阈值大于所述第四温度阈值，所述第五温度阈值大于所述第六温度阈值。
具体地，可以参见图5，不同的SOC对应不同温度要求，例如：SOC>90％时，温度应控制在15℃～35℃；90％>SOC>70％时，温度应控制在20℃～30℃；SOC<70％时，温度应控制在20℃～25℃；即，上述实施方式中的第一电量阈值为90％，第二电量阈值为70％；第一温度阈值为35℃，第二温度阈值为15℃，第三温度阈值为30℃，第四温度阈值为20℃，第五温度阈值为25℃，第六温度阈值为20℃.具体的调整逻辑也可以参见图3。
本实施例提供的电池模组温度控制方法，考虑到SOC作为电芯温度的影响因素之一，并通过风扇和加热膜控制电芯温度，能够提高电芯的稳定性及安全性。结合不同的SOC及电芯温度，对电池PACK进行加热或降温，使电芯的温度始终控制在合适的温度范围之内，本实施例提高了电池模组的热管理能力。
实施例3
本实施例也提供了一种电子设备，所述电子设备包括如实施例1所述的电池模组温度控制系统。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池模组温度控制系统，其特征在于，所述系统包括电池管理模块、加热膜和多档位风扇；
所述电池管理模块与各电池模组电连接，所述电池管理模块与所述加热膜电连接，所述电池管理模块与所述多档位风扇电连接；
所述电池管理模块用于采集各所述电池模组的电芯电流，并基于所述电芯电流确定各所述电池模组的SOC数据；
所述电池管理模块还用于根据所述SOC数据获取对应的温度调整逻辑，并根据所述温度调整逻辑调整所述加热膜和所述多档位风扇的工作状态。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括温度监测模块，所述温度监测模块包括FPC监测板，所述FPC监测板与各所述电池模组的电芯电连接，所述FPC监测板还与所述电池管理模块电连接；
所述FPC监测板用于获取各所述电池模组的电芯温度。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括供电模块，所述供电模块分别与所述电池管理模块、所述加热膜和所述多档位风扇电连接。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括开关模块，所述开关模块与所述供电模块电连接，所述开关模块还分别与所述电池管理模块、所述加热膜和所述多档位风扇电连接。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括熔断器，所述熔断器与所述供电模块电连接，所述熔断器还与所述开关模块电连接。
6.一种电池模组温度控制方法，其特征在于，应用于电池模组温度控制系统，所述方法包括：
采集各电池模组的电芯电流；
基于所述电芯电流确定各所述电池模组的SOC数据；
根据所述SOC数据获取对应的温度调整逻辑，并根据所述温度调整逻辑调整加热膜和多档位风扇的工作状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述电芯电流确定各所述电池模组的SOC数据，包括：
根据以下公式计算各所述电池模组的SOC数据：
其中，SOC0为初始时刻的SOC值，CN为所述电池模组的电池额定容量，I为所述电池模组的电池充放电电流，H为所述电池模组的电池充放电效率，t为当前采样时间。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述SOC数据获取对应的温度调整逻辑，包括：
若所述SOC数据大于或等于第一电量阈值，则获取第一调整逻辑；
若所述SOC数据小于所述第一电量阈值，且大于第二电量阈值，则获取第二调整逻辑；
若所述SOC数据小于或等于所述第二电量阈值，则获取第三调整逻辑；
其中，所述第一电量阈值大于所述第二电量阈值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述温度调整逻辑调整加热膜和多档位风扇的工作状态，包括：
获取所述电池模组的电芯温度；
若所述温度调整逻辑为第一调整逻辑且所述电芯温度大于第一温度阈值，则控制所述多档位风扇以第三转速运行，不开启所述加热膜；
若所述温度调整逻辑为第一调整逻辑且所述电芯温度小于第二温度阈值，则开启所述加热膜，不开启所述多档位风扇；
若所述温度调整逻辑为第二调整逻辑且所述电芯温度大于第三温度阈值，则控制所述多档位风扇以第二转速运行，不开启所述加热膜；
若所述温度调整逻辑为第二调整逻辑且所述电芯温度小于第四温度阈值，则开启所述加热膜，不开启所述多档位风扇；
若所述温度调整逻辑为第三调整逻辑且所述电芯温度大于第五温度阈值，则控制所述多档位风扇以第一转速运行，不开启所述加热膜；
若所述温度调整逻辑为第三调整逻辑且所述电芯温度小于第六温度阈值，则开启所述加热膜，不开启所述多档位风扇；
其中，所述第三转速大于所述第二转速，所述第二转速大于所述第一转速，所述第一温度阈值大于所述第二温度阈值，所述第三温度阈值大于所述第四温度阈值，所述第五温度阈值大于所述第六温度阈值。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的电池模组温度控制系统。
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