安全性高的电动汽车中电池组用分布式温度均衡方法技术

本发明专利技术具体涉及安全性高的电动汽车中电池组用分布式温度均衡方法，通过温度均衡装置进行温度均衡后，可以实现电池组中一个或多个温度过高的单体电池进行快速辅助降温，有效避免了单体电池温度过高的问题，提高了电池组的安全性；同时可以将温度过高的单体电池的热量向温度较低的单体电池进行转移，使电池组中各单体电池之间的温度差异减小，从而提高电池的性能。

【技术实现步骤摘要】
安全性高的电动汽车中电池组用分布式温度均衡方法本申请是申请号为：202010399938.0，申请日：2020-05-12，专利名称“电动汽车中电池组用分布式温度均衡装置及温度均衡方法”的专利技术专利的分案申请。
本专利技术涉及电动汽车电池组温度控制领域，特别涉及安全性高的电动汽车中电池组用分布式温度均衡方法。
技术介绍
新能源汽车的电池是新能源汽车比较关键的部分，新能源汽车电池的好坏是关系到新能源汽车的整体性能，一旦新能源汽车电池存在一定的隐患就会造成事故，所以，新能源汽车电池的一些可能存在隐患的部分一定需要进行相应的安全设计。近几年，随着电动汽车的普及，电动汽车的多起自燃事故也逐渐出现在公众视野中，例如今年出现的多起特斯拉汽车、蔚来汽车自燃事件，一般情况下，电动汽车最容易发生火灾的零部件就是动力电池，而动力电池着火的核心就是局部电池组或单个电池组因故障或外力导致温度失控，从而引发火灾。优异的动力电池设计需要考虑动力电池在快速升温过程中及时将热量散失出去或者将动力电池温度控制在合理范围内。而从性能角度考虑，动力电池温度控制的出发点是将动力电池始终处于良好工作状态。一般来说，过低的电池温度影响电池的充放电能力，过高的温度则影响电池的寿命和安全性。也就是说，电动汽车在正常行驶、充放电、待机状态下均希望保证动力电池维持在20-55℃的温度区间内工作，以发挥其最大性能，并尽量延长电动汽车的续航里程。为了保证动力电池的环境温度维持在合适温度区间，目前采用的方式主要为液冷，例如蔚来ES8汽车，特斯拉model3汽车；也就是使用冷却液方式对动力电池组进行集中散热，冷却液经过换热后变成低温冷却液流入到动力电池中，对电池进行冷却。目前该冷却技术也比较成熟，获得广泛应用，冷却原理如图1所示；使用冷却液冷却方式时，电池组一般是并排排列成矩形或平板形状，然后在电池组的下方放置散热板，电池底面与散热板上表面接触，散热板下表面与冷却液通道接触，汽车底盘上设置了电池箱，电池箱中竖直放置多个电池组，电池箱的底板上开设了多个冷却液通道，冷却液流经冷却液通道时，将电池箱底板上的热量吸走，电池箱底板一般采用铜铝等材料制作，因此其散热性能较好，可以快速将其上方放置的电池组热量带走。但是上述冷却液冷却方式在控制电池组温度时，一般是在电池组中随机或固定分布多个传感器，根据多个传感器采集的温度求出平均值或加权算法平均值等方式来控制冷却液的温度，如果电池组采用单个大体积电池或电池组中单体电池数量较少时，各单体电池温度差异较小，液冷式散热可以有效降低单体电池的热量；但对于组成方式为多个单体电池串联或并联构成的电池组来说，由于单体电池数量众多，常根据功能将电池组划分为多个模块，然后根据汽车在不同工况下的行驶条件，选择不同模块进行供电，这就会使得电池组中各个位置的单体电池温度差异较大；如特斯拉model3中采用了大约5000-7000节松下18650锂离子电池；其底部设置的冷却液通道将多个锂离子电池分为数个模块，可以实现针对不同模块提供不同的散热效率；但是如果一个模块中的其中一个单体电池因故障或负载过大或充电电流过大等情况时，该模块中多个温度传感器采集的电池平均温度并不会有明显变化，这时冷却系统并不会增大散热效果，可能导致单体电池温度继续升高；当一个模块中出现几个电池温度过高时，电池管理系统(BMS)一般会增大散热器散热功率，降低冷却液温度并提高冷却液流速，但由于冷却是针对整个模块中的所有单体电池，而不是针对温度过高的某几个单体电池，这可能会出现温度过高的单体电池降温效果不明显，而该模块中其他处于正常状态的单体电池温度低于正常值的现象，导致电池组工作环境恶化、能耗增加等问题，甚至因单个电池无法快速降温从而产生自燃现象。也就是说，现有的冷却方式是对整个电池组进行冷却，或者是将电池组划分为几个模块，对模块中多个电池的温度采集后获得的平均值进行降温，如果电池组中的多个单体电池散热量一样，可以保证多个单体电池的温度接近，但是如果某个单体电池因故障使得其散热量增大，则冷却液系统难以针对单个单体电池的温度控制，或者没有一种对多个单体电池散热量进行均衡控制的有效方法。如想要实现单体电池的散热控制，则需要将冷却通道做成多个各自分别独立的循环通道式冷却系统，这样的冷却系统结构太过复杂，因此目前并没有厂家采用这样的方式，仍使用单循环式冷却通道，或划分为几个模块进行分区控制，对于单体电池数量较少的电池组可以实现较好的温度控制，而对于电池数量较多的电池组，则无法进行有效的单体电池温度控制或温度均衡，给电池温度管理留下了极大的安全隐患。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术目的是提供一种安全性高、散热效果好的电动汽车中电池组用分布式温度均衡装置及温度均衡方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：安全性高的电动汽车中电池组用分布式温度均衡方法，所述的均衡方法使用的均衡装置与电池组原有的冷却液式散热系统共同安装在电动汽车的电池组支架上，电池组支架为多个钢管相互焊接或螺栓连接构成的箱体式骨架结构，电池组支架内设置多个竖直放置的圆柱体型单体电池构成的电池组，电池组放置在带有冷却液通道的散热板上，散热板与电池组支架之间焊接或螺栓连接，电池组支架通过螺栓与电动汽车车身骨架横梁或纵梁连接；电池组的上方套设带有开口的箱体状上盖，上盖的四周设置法兰盘并与电池组支架之间通过螺栓连接；散热板(沿其横向或纵向方向设置多个冷却液孔，冷却液孔内流过冷却液，冷却液孔的入口与冷却液入水管的一端连接，冷却液入水管的另一端与冷却水泵的出口连接、冷却水泵的入口连接的水管深入冷却水箱的底部；冷却水箱的上表面设置的回水孔与翅片式散热器的出口通过水管连接，散热器的入口与冷却液出水管的一端连接，冷却液出水管的另一端与冷却液孔的出口连通；散热器通过螺栓安装在汽车车身前部进气格栅位置；冷却水泵、冷却水箱通过螺栓连接或焊接方式安装在车身前部发动机舱内或车身底盘下部前方；所述散热板、冷却液孔、冷却水泵、冷却水箱、冷却液入水管、散热器、冷却液出水管构成电动汽车的冷却液式散热装置；所述的均衡装置包括设置在电池组与上盖之间的多个珀耳帖元件，珀耳帖元件的数量与单体电池的数量一致，珀耳帖元件的冷端端面与其下方放置的单体电池的上表面接触并让开单体电池上表面的正极引线；珀耳帖元件的热端端面通过粘贴或卡扣连接或卡箍方式与导热框的下表面紧贴；导热框是由多个横纵交错设置的金属导热条组成的井字形的平板状框架，每个珀耳帖元件位于井字的网格交点正下方，导热框的四周设置的法兰翻边与上盖之间使用螺栓连接；珀耳帖元件的供电导线从其侧面引出后，通过继电器开关与辅助电池的供电线连接；单体电池的上部外侧面或下底面上粘贴一个温度传感器，温度传感器的信号输出端与微型计算机的信号输入端口连接，继电器开关的信号控制端与微型计算机的信号输出端口连接；微型计算机的电源线与辅助电池连接，辅助电池、微型计算机通过螺栓或卡扣安装在电池组支架上或散热板上。优选的，所述的导热框的材料为铜板，所述的珀耳帖元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.安全性高的电动汽车中电池组用分布式温度均衡方法，所述的均衡方法使用的均衡装置与电池组原有的冷却液式散热系统共同安装在电动汽车的电池组支架上，电池组支架为多个钢管相互焊接或螺栓连接构成的箱体式骨架结构，电池组支架内设置多个竖直放置的圆柱体型单体电池构成的电池组，电池组放置在带有冷却液通道的散热板(1)上，散热板(1)与电池组支架之间焊接或螺栓连接，电池组支架通过螺栓与电动汽车车身骨架横梁或纵梁连接；电池组的上方套设带有开口的箱体状上盖(21)，上盖(21)的四周设置法兰盘并与电池组支架之间通过螺栓连接；/n散热板(1)沿其横向或纵向方向设置多个冷却液孔(2)，冷却液孔(2)内流过冷却液，冷却液孔(2)的入口与冷却液入水管(5)的一端连接，冷却液入水管(5)的另一端与冷却水泵(3)的出口连接、冷却水泵(3)的入口连接的水管深入冷却水箱(4)的底部；冷却水箱(4)的上表面设置的回水孔与翅片式散热器(6)的出口通过水管连接，散热器(6)的入口与冷却液出水管的一端连接，冷却液出水管的另一端与冷却液孔(2)的出口连通；散热器(6)通过螺栓安装在汽车车身前部进气格栅位置；冷却水泵(3)、冷却水箱(4)通过螺栓连接或焊接方式安装在车身前部发动机舱内或车身底盘下部前方；/n所述散热板(1)、冷却液孔(2)、冷却水泵(3)、冷却水箱(4)、冷却液入水管(5)、散热器(6)、冷却液出水管构成电动汽车的冷却液式散热装置；/n所述的均衡装置包括设置在电池组与上盖(21)之间的多个珀耳帖元件(30)，珀耳帖元件(30)的数量与单体电池的数量一致，珀耳帖元件(30)的冷端端面与其下方放置的单体电池的上表面接触并让开单体电池上表面的正极引线；珀耳帖元件(30)的热端端面通过粘贴或卡扣连接或卡箍方式与导热框(34)的下表面紧贴；导热框(34)是由多个横纵交错设置的金属导热条组成的井字形的平板状框架，每个珀耳帖元件(30)位于井字的网格交点正下方，导热框(34)的四周设置的法兰翻边与上盖(21)之间使用螺栓连接；/n珀耳帖元件(30)的供电导线从其侧面引出后，通过继电器开关(31)与辅助电池(11)的供电线连接；单体电池的上部外侧面或下底面上粘贴一个温度传感器(32)，温度传感器(32)的信号输出端与微型计算机(33)的信号输入端口连接，继电器开关(31)的信号控制端与微型计算机(33)的信号输出端口连接；微型计算机(33)的电源线与辅助电池(11)连接，辅助电池(11)、微型计算机(33)通过螺栓或卡扣安装在电池组支架上或散热板(1)上；/n所述的导热框(34)的材料为铜板，所述的珀耳帖元件(30)为圆柱体，圆柱体的下底面为冷端面，冷端面与单体电池(12)的上端面接触，圆柱体的下底面上开设第一环形槽，第一环形槽与单体电池(12)的外径尺寸相适应，第一环槽底部开设倒L形的导线孔，导线孔的另一端从圆柱体的侧壁穿出，导线孔内穿入导线，导线从导线孔穿出后依次与继电器开关、辅助电池(11)连接；圆柱体上端面为热端面，热端面与导热框(34)下底面上相应位置设置的环槽底面接触；/n其特征在于：电池组开始工作后，冷却液式散热系统开始工作，微型计算机(33)按照以下步骤进行电池组温度均衡：/n步骤a：对每个单体电池(12)上方的珀耳帖元件(30)根据其所处在导热框(34)的网格中的位置进行标号，然后通过温度传感器(32)实时采集电池组中所有单体电池(12)各自的温度，并依次记为T1、T2...Tn；找出T1至Tn中的最大值和最小值，标记为T_max和T_min；微型计算机(33)中还存储有电池正常工作时的温度上限值T_H和温度下限值T_D；然后按照以下步骤进行：/n步骤b：对T_max的值进行以下判断：/n若T_max位于第一温度范围T01之内，说明电池组正常工作，则返回步骤a；/n若T_max超过第一温度范围T01且位于第二温度范围T02之内，则进入步骤c；/n若T_max超过第二温度范围T02且位于第三温度范围T03之内，则进入步骤d；/n若T_max超过第三温度范围T03且小于T_H，则进入步骤e；/n若T_max大于T_H，则进入步骤f；/n步骤c：微型计算机(33)控制T_max所在节点位置的珀耳帖元件(30)通电降温，对T_max对应的单体电池(12)降温，将该单体电池(12)的热量通过导热框(34)传递给四周相邻的单体电池(12)，一定时间后若T_max位于第一温度范围T01之内，则返回步骤a，否则进入步骤d；/n步骤d：以T_max对应的单体电池(12)所处的位置节点为中心节点，将四周与中心点通过井字形网格直接连接的节点对应的节点记为第一节点，将第一节点四周与第一节点通过井字形网格直接连接的节点记为第二节点，若已经标记为中心节点或第一节点，则不再进行第二节点...

【技术特征摘要】
1.安全性高的电动汽车中电池组用分布式温度均衡方法，所述的均衡方法使用的均衡装置与电池组原有的冷却液式散热系统共同安装在电动汽车的电池组支架上，电池组支架为多个钢管相互焊接或螺栓连接构成的箱体式骨架结构，电池组支架内设置多个竖直放置的圆柱体型单体电池构成的电池组，电池组放置在带有冷却液通道的散热板(1)上，散热板(1)与电池组支架之间焊接或螺栓连接，电池组支架通过螺栓与电动汽车车身骨架横梁或纵梁连接；电池组的上方套设带有开口的箱体状上盖(21)，上盖(21)的四周设置法兰盘并与电池组支架之间通过螺栓连接；
散热板(1)沿其横向或纵向方向设置多个冷却液孔(2)，冷却液孔(2)内流过冷却液，冷却液孔(2)的入口与冷却液入水管(5)的一端连接，冷却液入水管(5)的另一端与冷却水泵(3)的出口连接、冷却水泵(3)的入口连接的水管深入冷却水箱(4)的底部；冷却水箱(4)的上表面设置的回水孔与翅片式散热器(6)的出口通过水管连接，散热器(6)的入口与冷却液出水管的一端连接，冷却液出水管的另一端与冷却液孔(2)的出口连通；散热器(6)通过螺栓安装在汽车车身前部进气格栅位置；冷却水泵(3)、冷却水箱(4)通过螺栓连接或焊接方式安装在车身前部发动机舱内或车身底盘下部前方；
所述散热板(1)、冷却液孔(2)、冷却水泵(3)、冷却水箱(4)、冷却液入水管(5)、散热器(6)、冷却液出水管构成电动汽车的冷却液式散热装置；
所述的均衡装置包括设置在电池组与上盖(21)之间的多个珀耳帖元件(30)，珀耳帖元件(30)的数量与单体电池的数量一致，珀耳帖元件(30)的冷端端面与其下方放置的单体电池的上表面接触并让开单体电池上表面的正极引线；珀耳帖元件(30)的热端端面通过粘贴或卡扣连接或卡箍方式与导热框(34)的下表面紧贴；导热框(34)是由多个横纵交错设置的金属导热条组成的井字形的平板状框架，每个珀耳帖元件(30)位于井字的网格交点正下方，导热框(34)的四周设置的法兰翻边与上盖(21)之间使用螺栓连接；
珀耳帖元件(30)的供电导线从其侧面引出后，通过继电器开关(31)与辅助电池(11)的供电线连接；单体电池的上部外侧面或下底面上粘贴一个温度传感器(32)，温度传感器(32)的信号输出端与微型计算机(33)的信号输入端口连接，继电器开关(31)的信号控制端与微型计算机(33)的信号输出端口连接；微型计算机(33)的电源线与辅助电池(11)连接，辅助电池(11)、微型计算机(33)通过螺栓或卡扣安装在电池组支架上或散热板(1)上；
所述的导热框(34)的材料为铜板，所述的珀耳帖元件(30)为圆柱体，圆柱体的下底面为冷端面，冷端面与单体电池(12)的上端面接触，圆柱体的下底面上开设第一环形槽，第一环形槽与单体电池(12)的外径尺寸相适应，第一环槽底部开设倒L形的导线孔，导线孔的另一端从圆柱体的侧壁穿出，导线孔内穿入导线，导线从导线孔穿出后依次与继电器开关、辅助电池(11)连接；圆柱体上端面为热端面，热端面与导热框(34)下底面上相应位置设置的环槽底面接触；
其特征在于：电池组开始工作后，冷却液式散热系统开始工作，微型计算机(33)按照以下步骤进行电池组温度均衡：
步骤a：对每个单体电池(12)上方的珀耳帖元件(30)根据其所处在导热框(34)的网格中的位置进行标号，然后通过温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈子龙，鲁新阳，廖文俊，李平飞，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川;51