动力电池包温度预调控系统和方法及热管理系统控制方法技术方案

本发明专利技术公开的一种动力电池包温度预调控系统和方法及热管理系统控制方法，涉及动力电池技术领域。该温度预调控系统包括电池包、热管理系统、汽车用电负载以及控制系统，控制系统包括控制器、采集模块和指令模块；采集模块采集电池包参数信息，与控制器中预设的参数值做比较后，通过指令模块对汽车用电负载和热管理系统进行控制，实现电池包温度预调控。本发明专利技术能够使电池包工作在较大的温度范围内，并能针对电池包出现的各种问题及时作出响应，尤其在放电电流较大、电池温升滞后时，预调节冷却液流量的大小，避免电池出现不可控的情况；同时，控制器具备不断学习，优化控制参数的功能，能够根据驾驶员驾驶习惯以及电池逐渐老化后不断进行调整。

Temperature pre control system and method of power battery pack and control method of thermal management system

【技术实现步骤摘要】
动力电池包温度预调控系统和方法及热管理系统控制方法
本专利技术涉及电动汽车动力电池
，具体涉及一种动力电池包温度预调控系统和方法及热管理系统控制方法。
技术介绍
当今社会，电动汽车已经成为越来越受欢迎的交通工具，市场占有率不断提高。但电动汽车中动力电池在工作过程中受温度影响很大，温度过高或过低都会带来电池安全以及寿命上的问题：当电池包长时间处于低温环境下时，电池容量会大大衰减，从而降低了电动汽车的续航能力；当电池包产热较多时，动力电池可能出现过充过放的情况，从而影响动力电池寿命，严重时可能发生热失控，引起电池自燃；而当动力电池包内的单体电池之间温差过大时，则会影响单体电池之间的均衡性，使电池老化和容量衰减加快。因此，需要对电池包内温度进行有效的调控。针对这一问题，中国专利CN201710864434提出了一种具有安全管理的电池管理系统。该电池管理系统通过在电池箱内安装电压采集器、温度传感器、可燃气体传感器、火焰传感器和烟雾传感器来判断电池的安全状态，根据电池的电压、温度以及气体成分等参数综合判断后，采用灭火装置进行灭火。该专利的灭火装置工作于电池箱出现热失控甚至自燃以后，会对电池造成了不可逆转的伤害，且灭火装置内既有气体灭火介质，又有固体灭火介质，欲达到较好的灭火效果，装置体积会过大。因此，鉴于以上问题，有必要提出一种高度灵敏的温度调控系统以及相对应的热管理系统控制方法，以确保动力电池能够在适宜的温度范围内工作，以此来增加电池的寿命和安全性，并且尽可能减少了热管理系统运行所需要的能量。<br>
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术公开了一种动力电池包温度预调控系统和方法及热管理系统控制方法，能够使动力电池包工作在尽可能大的温度范围内，并对电池包表面变形、电池高温、电池温差大、温升速度快、电池电压骤变以及工作电流过大等问题及时作出响应，针对不同的情况，尤其在放电电流较大，电池温升具有滞后性时，提前自动调节液冷式热管理系统中冷却液流量的大小，尽量避免电池出现不可控的情况。同时，控制器具备不断学习，优化控制参数的功能，能够根据驾驶员驾驶习惯以及电池逐渐老化后不断进行调整。该专利技术结构简单，操作简便且能提供更为全面的保障，以延长电池包使用寿命和保证人车安全，从而解决现有技术存在的对电动汽车动力电池包的热管理以及安全方面不够全面与灵敏的技术问题，并且减少了热管理系统所需要的能量。根据本专利技术的目的提出的一种动力电池包温度预调控系统，包括电池包、热管理系统、汽车用电负载以及控制系统。所述控制系统包括控制器以及与控制器电连接的采集模块和指令模块；所述采集模块用于采集电池包内的各参数信息，并将其传递至控制器；所述控制器接收电池包的各参数信息并将其与控制器中预设的电池包安全工作的参数做比较，根据比较结果形成控制指令发送至指令模块；所述指令模块用于传递控制器的指令，对汽车用电负载和热管理系统进行控制，实现电池包温度预调控。优选的，所述动力电池包包括若干单体电池和两个相同的固定铝块，所有单体电池分别置于固定铝块中；固定铝块内部为空心结构，其外部包裹了一层设置有形变压力传感器的导热外壳，所述导热外壳外部还包裹一层电池包外壳，所述电池包外壳内部为空心结构，其空心腔内设置有阻燃相变材料；所述动力电池包的两端分别设置有进液口和出液口。优选的，所述热管理系统包括蓄液池和热管理开关，所述蓄液池通过水管连接电池包的进液口和出液口，形成水管回路，所述水管回路上设置有水泵和流量调节阀；指令模块在控制器的控制下调节流量调节阀开度，并打开热管理开关以启动水泵，热管理系统工作，将蓄液池中的冷却液体循环流入固定铝块的空腔，对电池包内部进行降温和均温。优选的，所述采集模块用于以固定频率对电池包表面压力、电池包工作电压、电池包工作电流、单体电池温度和热管理系统水管回路中的流量进行采集；所述采集模块包括形变压力传感器、电压采集器、电流传感器、温度传感器以及流量传感器，所述形变压力传感器设置于电池包导热外壳上，所述温度传感器设置于每一单体电池的温度最高点处，所述流量传感器设置于水管回路中靠近电池包外部的进液口处。优选的，所述控制系统还包括用于显示控制器处理后的信息以及实时警报状态的显示模块、用于实现数据的云端储存与下载的通讯模块以及用于初始化控制器的复位开关。优选的，所述预调控系统还包括一DC-DC电压转换模块，所述DC-DC电压转换模块分别与动力电池包、控制器、汽车用电负载以及热管理系统电连接，用于为控制器、汽车用电负载、热管理系统提供所需的工作电压；所述动力电池包与汽车用电负载启动开关、DC-DC电压转换模块、汽车用电负载依次串联形成回路，动力电池包在工作时，启动开关处于常闭状态。本专利技术另外公开的一种动力电池包温度预调控方法，包括以下步骤：S1.预先在系统内设置警报压力Pmax、警报温度T1、最高温度T2、安全温度T3、最大温差T4、安全温差T5、最大安全电流Imax、热管理电流Imana、最大温升速率q、安全温升速率p、最大电压变化率v、报警上限次数N0和工作电流超过Imana上限时间t0，并将这些数据储存于控制器内，其中：T1>T2>T3，T4>T5，Imax>Imana。S2.控制器通过采集模块以固定频率对电池包表面压力、电池包工作电压、电流、单体电池温度和水管回路中流量数据进行采集，采集所得的数据经由控制器计算得出电压变化率、温升速率、单体电池间最大温差。S3.控制器判断当前电池包的状态数据是否超过预设警报压力Pmax、预设警报温度T1、预设最大安全电流Imax、预设最大电压变化率v，若超过上述任一预设值，执行S4；若均未超过上述预设值，执行S7。S4.为防止误判，控制器开始记录报警次数：N，N＝N+1，其中N的初值为0。S5.若报警次数N大于预设报警上限次数N0，证明非误判，执行S6；若否，执行S3。S6.控制器通过指令模块关闭非必要汽车用电负载，显示模块显示报警信息；使N＝0。S7.判断工作电流是否超过需要进行预调控热管理的电流Imana，若是，执行S8；若否，执行S10。S8.控制器记录工作电流超过Imana的时间t，其中t的初值为0。S9.若持续时间t大于预设时间t0，执行S11；若否，执行S7。S10.控制器依次判断当前电池包内各单体电池最高温度、最大温差以及最大温升速率是否分别超过所设定的最高温度T2、最大温差T4、最大温升速率q，若超过上述任一预设值，执行S11；若否，执行S2。S11.控制器通过指令模块控制热管理开关闭合；使t＝0。S12.热管理系统开始工作，开始对电池包内部进行降温和均温。S13.控制器再次判断当前电池包内各单体电池最高温度、最大温差以及最大温升速率是否都分别低于所设定的安全温度T3、安全温差T5、安全温升速率p，若是，执行S14；若否，执行S2。S14.控制器通过指令模块控制热管理开关断开。S15.电池包工作在安全的温度范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力电池包温度预调控系统，其特征在于，包括电池包(2)、热管理系统(4)、汽车用电负载(3)以及控制系统(1)；/n所述控制系统(1)包括控制器(11)以及与控制器(11)电连接的采集模块(12)和指令模块(13)；所述采集模块(12)用于采集电池包(2)内的各参数信息，并将其传递至控制器(11)；所述控制器(11)接收电池包(2)的各参数信息并将其与控制器(11)中预设的电池包(2)安全工作的参数做比较，根据比较结果形成控制指令发送至指令模块(13)；所述指令模块(13)用于传递控制器(11)的指令，对汽车用电负载(3)和热管理系统(4)进行控制，实现电池包(2)温度预调控。/n

【技术特征摘要】
1.一种动力电池包温度预调控系统，其特征在于，包括电池包(2)、热管理系统(4)、汽车用电负载(3)以及控制系统(1)；
所述控制系统(1)包括控制器(11)以及与控制器(11)电连接的采集模块(12)和指令模块(13)；所述采集模块(12)用于采集电池包(2)内的各参数信息，并将其传递至控制器(11)；所述控制器(11)接收电池包(2)的各参数信息并将其与控制器(11)中预设的电池包(2)安全工作的参数做比较，根据比较结果形成控制指令发送至指令模块(13)；所述指令模块(13)用于传递控制器(11)的指令，对汽车用电负载(3)和热管理系统(4)进行控制，实现电池包(2)温度预调控。


2.根据权利要求1所述的一种动力电池包温度预调控系统，其特征在于，所述动力电池包(2)包括若干单体电池(22)和两个相同的固定铝块(23)，所有单体电池(22)分别置于固定铝块(23)中；固定铝块(23)内部为空心结构，其外部包裹了一层设置有形变压力传感器(121)的导热外壳(24)，所述导热外壳(24)外部还包裹一层电池包外壳(25)，所述电池包外壳(25)内部为空心结构，其空心腔内设置有阻燃相变材料(21)；所述动力电池包(2)的两端分别设置有进液口(26)和出液口(27)。


3.根据权利要求2所述的一种动力电池包温度预调控系统，其特征在于，所述热管理系统(4)包括蓄液池(42)和热管理开关(41)，所述蓄液池(42)通过水管连接电池包(2)的进液口(26)和出液口(27)，形成水管回路(43)，所述水管回路(43)上设置有水泵(44)和流量调节阀(45)；指令模块(13)在控制器(11)的控制下调节流量调节阀(45)开度，并打开热管理开关(41)以启动水泵(44)，热管理系统(4)工作，将蓄液池(42)中的冷却液体循环流入固定铝块(23)的空腔，对电池包(2)内部进行降温和均温。


4.根据权利要求3所述的一种动力电池包温度预调控系统，其特征在于，所述采集模块(12)用于以固定频率对电池包(2)表面压力、电池包(2)工作电压、电池包(2)工作电流、单体电池(22)温度和热管理系统(4)水管回路(43)中的流量进行采集；所述采集模块(12)包括形变压力传感器(121)、电压采集器(122)、电流传感器(123)、温度传感器(124)以及流量传感器(125)，所述形变压力传感器(121)设置于电池包(2)导热外壳(24)上，所述温度传感器(124)设置于每一单体电池(22)的温度最高点处，所述流量传感器(125)设置于水管回路(43)中靠近电池包(2)外部的进液口(26)处。


5.根据权利要求1所述的一种动力电池包温度预调控系统，其特征在于，所述控制系统(1)还包括用于显示控制器(11)处理后的信息以及实时警报状态的显示模块(14)、用于实现数据的云端储存与下载的通讯模块(15)以及用于初始化控制器(11)的复位开关(16)。


6.根据权利要求1所述的一种动力电池包温度预调控系统，其特征在于，所述预调控系统还包括一DC-DC电压转换模块(5)，所述DC-DC电压转换模块(5)分别与电池包(2)、控制器(11)、汽车用电负载(3)以及热管理系统(4)电连接，用于为控制器(11)、汽车用电负载(3)、热管理系统(4)提供所需的工作电压；所述动力电池包(2)与汽车用电负载(3)启动开关、DC-DC电压转换模块(5)、汽车用电负载(3)依次串联形成回路，动力电池包(2)在工作时，启动开关处于常闭状态。


7.一种动力电池包温度预调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.预先在系统内设置警报压力Pmax、警报温度T1、最高温度T2、安全温度T3、最大温差T4、安全温差T5、最大安全电流Imax、热管理电流Imana、最大温升速率q、安全温升速率p、最大电压变化率v、报警...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶中浩，胡文，霍宇涛，张孝杰，周寿斌，姜庆海，吴战宇，
申请(专利权)人：中国矿业大学，华富江苏锂电新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32