CN104900940B - 电池组温度控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池组的温度控制系统，包括：导热绝缘部件、导热部件和温度控制部件；其中，所述导热绝缘部件，用于填充于所述电池组中各个单体之间，实现所述电池组热传导；其中，所述电池组中的单体按照预定排列规则排列；所述温度控制部件与所述导热部件相连，用于接收温度传感器采集的温度信号；对所述温度信号按照预定程序进行分析，得到分析结果；选择与所述分析结果相对应的控制方式，并根据所述控制方式输出的控制信号控制所述导热部件的工作状态，对所述电池组温度进行控制；该系统能够提高电池组效率、安全性和循环使用寿命；本发明还公开了电池组的温度控制系统。

Description

电池组温度控制系统及方法

技术领域

本发明涉及锂电池领域，特别是涉及一种电池组温度控制系统及方法。

背景技术

电动汽车中电池，特别是锂电池(包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、钛锂、三元锂电池等)已得到大规模使用，例如笔记本电脑、移动电话、风能发电、潜艇、电动自行车、电动汽车等等。虽然锂电池具有能量密度高、比功率大、循环寿命长等优势，但同时也存在长时间充放电产生大量热量、低温无法充电、遇水易燃烧等缺陷，尤其是通过串并联组成电池组使用，如电动汽车使用的电池组由成百上千的单体电池组成，工作时电池组内会产生不均匀热量堆积，进一步恶化单体电池工作环境，产生恶性循环，造成电池组均衡性差、短路、提前失效，甚至引起火灾、爆炸等严重安全事故，无法满足电动汽车8年或12万公里的使用要求。

目前，现有技术是通过散热通道和单体电池的间隔排列，散热通道内送排风或水循环传导热量达到电池组温度控制的目的。该方法不适用于柱状锂电池，而目前使用柱状锂电池正逐渐成为主流；且该方法无法保证单体电池与散热通道的有效接触面积，致使热传导效率不理想；散热通道占用空间较大，不利于在有限空间内使用。如何提供一种能够解决上述问题电池组温度控制方法及系统，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池组温度控制系统，该系统能够通过导热绝缘部件和导热部件和温度控制部件使电池组各单体电池温度均衡、可控，达到扩展电池组使用环境，提高电池组效率、安全性和循环使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电池组的温度控制系统，包括：导热绝缘部件、导热部件和温度控制部件；其中，

所述导热绝缘部件，用于填充于所述电池组中各个单体之间，实现所述电池组热传导；其中，所述电池组中的单体按照预定排列规则排列；

所述温度控制部件与所述导热部件相连，用于接收温度传感器采集的温度信号；对所述温度信号按照预定程序进行分析，得到分析结果；选择与所述分析结果相对应的控制方式，并根据所述控制方式输出的控制信号控制所述导热部件的工作状态，对所述电池组温度进行控制。

其中，所述温度控制部件中的执行开关与所述导热部件相连；所述温度控制部件通过外部控制接口与上位机相连，所述导热部件与外部冷却系统相连；所述控制方式包括：

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度在预定温度范围内以及所述电池组的均衡性在预定均衡范围内时，所述控制方式为静止，所述控制信号控制所述执行开关断开，导热部件不工作；

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度在预定温度范围内且所述电池组的均衡性不在预定均衡范围内时，所述控制方式为内循环，所述控制信号控制所述执行开关闭合，导热部件工作；或，

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度不在预定温度范围内或需要利用所述电池组产热时，所述控制方式为外循环，所述控制信号控制所述执行开关闭合，导热部件工作；同时，将所述控制信号通过所述外部控制接口发送到所述上位机，所述上位机根据所述控制信号控制所述外部冷却系统工作。

其中，所述导热部件具体为具有冷却液的导热管，其中，所述导热管与所述电池组中的各个单体距离相同。

其中，所述的温度控制系统还包括：在放置所述电池组的箱体内表面设置反射绝缘薄膜或热反射绝缘涂层。

其中，所述的温度控制系统还包括：在所述电池组和所述箱体之间和/或所述电池组和内部控制器之间设置隔热绝缘部件。

其中，所述导热绝缘部件为导热绝缘胶。

本发明还提供一种电池组的温度控制方法，电池组通过导热绝缘部件实现热传导，包括：

接收温度传感器采集的温度信号；

对所述温度信号按照预定程序进行分析，得到分析结果；

选择与所述分析结果相对应的控制方式，并根据所述控制方式输出的控制信号控制导热部件的工作状态，对所述电池组温度进行控制。

其中，所述选择与所述分析结果相对应的控制方式包括：

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度在预定温度范围内以及所述电池组的均衡性在预定均衡范围内时，所述控制方式为静止；

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度在预定温度范围内且所述电池组的均衡性不在预定均衡范围内时，所述控制方式为内循环；

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度不在预定温度范围内或需要利用所述电池组产热时，所述控制方式为外循环。

其中，所述根据所述控制方式输出的控制信号控制导热部件的工作状态，对所述电池组温度进行控制包括：

当所述控制方式为静止时，所述控制信号控制执行开关断开，导热部件不工作；

当所述控制方法为内循环时，所述控制信号控制所述执行开关闭合，导热部件工作；

当所述控制方法为外循环时，所述控制信号控制所述执行开关闭合，导热部件工作；同时，将所述控制信号通过外部控制接口发送到上位机，所述上位机根据所述控制信号控制外部冷却系统工作。

本发明所提供的一种电池组的温度控制系统，包括：导热绝缘部件、导热部件和温度控制部件；其中，所述导热绝缘部件，用于填充于所述电池组中各个单体之间，实现所述电池组热传导；其中，所述电池组中的单体按照预定排列规则排列；所述温度控制部件与所述导热部件相连，用于接收温度传感器采集的温度信号；对所述温度信号按照预定程序进行分析，得到分析结果；选择与所述分析结果相对应的控制方式，并根据所述控制方式输出的控制信号控制所述导热部件的工作状态，对所述电池组温度进行控制；该系统能够使电池组各单体电池温度均衡、可控，达到扩展电池组使用环境，提高电池组效率、安全性和循环使用寿命。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电池组温度控制系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的整体电池组温度控制系统的示意图；

图3为本发明实施例提供的电池组温度控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电池组温度控制系统，该系统能够通过导热绝缘部件和导热部件和温度控制部件使电池组各单体电池温度均衡、可控，达到扩展电池组使用环境，提高电池组效率、安全性和循环使用寿命。

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。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。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的电池组温度控制系统的结构框图；该系统可以包括：导热绝缘部件200、导热部件300和温度控制部件100；其中，

所述导热绝缘部件200，用于填充于所述电池组中各个单体之间，实现所述电池组热传导；其中，所述电池组中的单体按照预定排列规则排列；

其中，由于这里的电池组使用的具体环境可能不同，因此，它的排列方式各不相同，例如用于电动汽车中的电池组的排列方式和用于其他电动机器中的电池组的排列方式就可能不同。因此本发明中无论单体按照预定排列规则排列后形成的电池组的具体形状怎么样，本发明都只需要在电池组中各个单体之间充满导热绝缘部件200。具体方式可以是：导热绝缘部件通过模具按照单体电池的摆放排列要求铸造为一个整体，单体电池摆放进每一个空间，其中，优选的，所述导热绝缘部件为导热绝缘胶；即可以利用其弹性保证导热绝缘胶与单体电池表面的充分、紧密接触，接触面积超过电池表面积的85％，可实现快速的热传导。整体导热绝缘胶模块有利于温度均衡，扩大导热面积，同时由于导热绝缘部件的性能，使得超过85％的包覆阻燃、绝缘面积有效提高电池的安全性。

所述温度控制部件100与所述导热部件300相连，用于接收温度传感器110采集的温度信号；对所述温度信号按照预定程序进行分析，得到分析结果；选择与所述分析结果相对应的控制方式，并根据所述控制方式输出的控制信号控制所述导热部件的工作状态，对所述电池组温度进行控制。

其中，可以为具有冷却液的导热管。导热管可以位于单体电池顶部或底部一侧，为了设置方便以及考虑到导热管的工作效果，可以将导热管路与电池组排列方向一致，如图1中所示的排列方式，但本发明中的导热部件并不限定于这一种设置的形式，导热部件其他的设置形式也可以，导热部件也可以不为导热管。且，这里为了进一步优化导热管对电池组的温度控制效果，可以将导热管与每一个单体电池距离一致。即优选的，所述导热部件可以为具有冷却液的导热管，其中，所述导热管位于所述电池组的顶部或底部，且导热管与所述电池组中的各个单体距离相同。

其中，若对温度信号进行分析后，发现电池组的系统正常工作，那么可以节省能量，使得导热部件不工作，只利用本系统自身具有的导热绝缘部件就可以实现电池组的热传导；若发现电池组温度不正常，可以选择让导热部件工作，帮助系统温度均衡，例如温度过高时，利用导热部件对电池组进行降温等，这里控制形式，以及控制温度和范围都需要根据电池组具体的使用形式进行设置。本系统提供一种优选的导热部件具有三种工作情况的优选实施例如下：

优选的，将所述温度控制部件中的执行开关与所述导热部件相连；所述温度控制部件通过外部控制接口与上位机相连，所述导热部件与外部冷却系统相连；所述控制方式包括：

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度在预定温度范围内以及所述电池组的均衡性在预定均衡范围内时，所述控制方式为静止，所述控制信号控制所述执行开关断开，导热部件不工作；

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度在预定温度范围内且所述电池组的均衡性不在预定均衡范围内时，所述控制方式为内循环，所述控制信号控制所述执行开关闭合，导热部件工作；或，

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度不在预定温度范围内或需要利用所述电池组产热时，所述控制方式为外循环，所述控制信号控制所述执行开关闭合，导热部件工作；同时，将所述控制信号通过所述外部控制接口发送到所述上位机，所述上位机根据所述控制信号控制所述外部冷却系统工作。

下面具体举例说明本发明中电池组温度控制系统的具体工作过程：导热管内充满冷却液，分为内部循环、外部循环和静止(无强制流动状态)三种工作模式：当单体电池温度、均衡性都在允许范围内时，冷却液“静止”，只起到一定的温度均衡作用；当单体电池温度在允许范围内，而均衡性超出允许范围时，液泵开启电池包内循环模式，实现强制快速电池温度均衡作用；当单体电池温度超出允许范围时，或当需要利用电池工作所产生热量时，或当电池组需要加温时，或当电池组与电池组之间需要温度均衡时，开启外部循环模式，导热管路与电池组外部冷却系统连接，实现升、降温及温度均衡等全部功能。这里导热管路的工作可以有同一个泵进行，也可以为了方便设置内循环有内循环导热管路的泵，外循环有外循环导热管路的泵。

温度传感器可以位于单体电池之间的导热绝缘胶内，保证与单体电池的可靠接触，在电池组内均匀分布。这里提供的温度传感器的设置位置并不是唯一的，且使用的数量也不是唯一的，这里只是一种优选的实施方式，即可以几个单体共用一个温度传感器。例如100个单体电池可以设置1至3个温度传感器，这样的设置形式既能够降低成本，也很大程度上降低了系统设置的复杂性，简化线路布置的难度。

优选的，本系统还包括：在放置所述电池组的箱体内表面设置反射绝缘薄膜或热反射绝缘涂层。

优选的，本系统还包括：在所述电池组和所述箱体之间和/或所述电池组和内部控制器之间设置隔热绝缘部件。

其中，除电池组单体电池之间的绝缘、温度控制部件(导热绝缘胶的弹性特性缓冲单体电池受到的冲击)外，电池组与箱体之间、电池组与内部控制器之间均建立隔热与绝缘保护。箱体内部加强隔板位于电池组与内部控制器之间，起到固定、隔热、绝缘的作用；其中，优选的，电池组电极绝缘保护板位于电池电极焊接位置上下，可由绝缘胶固定；箱体内表面布满热反射绝缘薄膜或热反射绝缘涂层。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的电池组的温度控制系统，该系统能够通过导热绝缘部件和导热部件和温度控制部件使电池组各单体电池温度均衡、可控，达到扩展电池组使用环境，提高电池组效率、安全性和循环使用寿命。具体为：导热绝缘橡胶与单体电池充分接触，可以有效进行热传导，避免了空气留滞造成的热量堆积；导热管路、导热绝缘胶均匀分布在电池组空间，有效促使电池组温度均衡，延长电池使用寿命；导热管路内的液体流动保证了对电池组的温度控制，使其始终保持在最佳充、放电工作温度范围，提升电池组工作效率；导热管路可以根据需要进行内循环和外循环，外循环时可以部分解决整车空调的热源问题，使热能再利用；导热绝缘胶同时提供单体电池之间的绝缘、阻燃和缓冲，大大提高电池组的安全性和可靠性；该发明电池包集成性较高，通用性强，可以有效节省空间及减少重量，为整车布置提供便利条件。

优选的，由于要减少电池占据的空间，本发明可以在单体数量很多的情况下，将这些单体按照预定规则排列，后可以分别预定组数，每组按照上述方式形成一个电池组，得到预定个数的电池组，将所述电池组组成整体电池组，其排列形式可以如图2所示，图2为本发明实施例提供的整体电池组温度控制系统的示意图；其中，整体电池组700包括电池组600，内循环时可以使用内泵610，外循环时可以使用外泵620，即当单体电池温度、均衡性都在允许范围内时，冷却液“静止”，M1即为620、M2即为610不工作，电池组A的温控管路对外接口处于关闭状态；当单体电池温度在允许范围内，而均衡性超出允许范围时，M2工作，内部通道阀门开启，执行电池组内循环模式，对外接口仍处于关闭状态；当单体电池温度超出允许范围时，或当需要利用电池工作所产生热量时，或当电池组需要加温时，或当电池组与电池组之间需要温度均衡时，开启外部循环模式，A导热管路与电池组外部冷却系统连接阀门开启，A内部循环阀门关闭，M2关闭，M1开启。

上述利用整体电池组进行温度控制的系统在具体实施例中的好处可以是：如仍使用电池组的椭圆柱状单体电池，采用本发明特别加工制作导热绝缘橡胶成组模板，每40个单体电池为一组A，电池包含有16个组A。可以产生非常明显的散热、热均衡、阻燃、安全性大幅提高的效果。优选的，导热管路与导热绝缘橡胶充分接触，通过热对流、内外循环达到热均衡、散热、加温的作用。电池组温控系统控制导热液体的内外循环，并根据采集信号自动切换运行方式。

请参考图3，图3为本发明实施例提供的电池组温度控制方法的流程图，该方法可以包括：

步骤s100、接收温度传感器采集的温度信号；

步骤s110、对所述温度信号按照预定程序进行分析，得到分析结果；

步骤s120、选择与所述分析结果相对应的控制方式，并根据所述控制方式输出的控制信号控制导热部件的工作状态，对所述电池组温度进行控制。

其中，电池组通过导热绝缘部件实现温度均衡。

优选的，所述选择与所述分析结果相对应的控制方式包括：

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度在预定温度范围内以及所述电池组的均衡性在预定均衡范围内时，所述控制方式为静止；

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度在预定温度范围内且所述电池组的均衡性不在预定均衡范围内时，所述控制方式为内循环；

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度不在预定温度范围内或需要利用所述电池组产热时，所述控制方式为外循环。

优选的，所述根据所述控制方式输出的控制信号控制导热部件的工作状态，对所述电池组温度进行控制包括：

当所述控制方式为静止时，所述控制信号控制执行开关断开，导热部件不工作；

当所述控制方法为内循环时，所述控制信号控制所述执行开关闭合，导热部件工作；

当所述控制方法为外循环时，所述控制信号控制所述执行开关闭合，导热部件工作；同时，将所述控制信号通过外部控制接口发送到上位机，所述上位机根据所述控制信号控制外部冷却系统工作。

下面举例对本发明的系统效果进行说明，例如在现有技术中某型号纯电动汽车，其电池组采用三元锂电池，共640个柱状单体电池，每个单体5250mAH/3.6V，组成72V、168AH电池包。其排列为每8个单体并排在一个非密封盒体内，5个盒体一组放置在塑料绝缘板之间，共40组放置在金属栅架内。电池包内没有温度调节装置，内部体积为0.13立方米，完全靠电池包内空气对流散热。在使用过程中，经常发生严重的热堆积现象，甚至发生多起剧烈燃烧恶性事故；电池包实际利用电量远远小于理论值。

而本发明中，上述型号电动汽车仍采用三元锂电池，共1280个圆柱状18650单体电池，每节3.6V/2600mAH，组成144V、83.2AH电池包。其排列为96个单体电池为一组，拥有独立循环和接入外循环温度控制系统，布置在绝缘密封盒A体内，盒体有通信控制、动力电源和冷却系统外接口，输出28.8V/31.2AH。车载电池包共有盒体A20个，载电量18kWH，电池包外形尺寸无变化。

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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的电池组温度控制系统及方法进行了详细介绍。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 (5)

1.一种电池组的温度控制系统，其特征在于，包括：导热绝缘部件、导热部件和温度控制部件；其中，

所述导热绝缘部件，用于填充于所述电池组中各个单体之间，实现所述电池组热传导；其中，所述电池组中的单体按照预定排列规则排列；所述导热绝缘部件通过模具按照单体电池的摆放排列要求铸造为一个整体，单体电池摆放进每一个空间；其中，所述导热绝缘部件为导热绝缘胶；

所述温度控制部件与所述导热部件相连，用于接收温度传感器采集的温度信号；对所述温度信号按照预定程序进行分析，得到分析结果；选择与所述分析结果相对应的控制方式，并根据所述控制方式输出的控制信号控制所述导热部件的工作状态，对所述电池组温度进行控制；其中，温度传感器位于单体电池之间的导热绝缘胶内，并在电池组内均匀分布；

所述温度控制部件中的执行开关与所述导热部件相连；所述温度控制部件通过外部控制接口与上位机相连，所述导热部件与外部冷却系统相连；所述控制方式包括：

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度在预定温度范围内以及所述电池组的均衡性在预定均衡范围内时，所述控制方式为静止，所述控制信号控制所述执行开关断开，导热部件不工作；

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度在预定温度范围内且所述电池组的均衡性不在预定均衡范围内时，所述控制方式为内循环，所述控制信号控制所述执行开关闭合，导热部件工作；

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度不在预定温度范围内或需要利用所述电池组产热时，所述控制方式为外循环，所述控制信号控制所述执行开关闭合，导热部件工作；同时，将所述控制信号通过所述外部控制接口发送到所述上位机，所述上位机根据所述控制信号控制所述外部冷却系统工作。

2.如权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，所述导热部件具体为具有冷却液的导热管，其中，所述导热管与所述电池组中的各个单体距离相同。

3.如权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，还包括：在放置所述电池组的箱体内表面设置反射绝缘薄膜或热反射绝缘涂层。

4.如权利要求3所述的温度控制系统，其特征在于，还包括：在所述电池组和所述箱体之间和/或所述电池组和内部控制器之间设置隔热绝缘部件。

5.一种电池组的温度控制方法，其特征在于，电池组通过导热绝缘部件实现热传导，其中，所述导热绝缘部件为导热绝缘胶；所述导热绝缘部件通过模具按照单体电池的摆放排列要求铸造为一个整体，单体电池摆放进每一个空间；包括：

接收温度传感器采集的温度信号；其中，温度传感器位于单体电池之间的导热绝缘胶内，并在电池组内均匀分布；

对所述温度信号按照预定程序进行分析，得到分析结果；

选择与所述分析结果相对应的控制方式，并根据所述控制方式输出的控制信号控制导热部件的工作状态，对所述电池组温度进行控制；

所述选择与所述分析结果相对应的控制方式包括：

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度在预定温度范围内以及所述电池组的均衡性在预定均衡范围内时，所述控制方式为静止；

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度在预定温度范围内且所述电池组的均衡性不在预定均衡范围内时，所述控制方式为内循环；

当所述分析结果为所述电池组中各单体电池温度不在预定温度范围内或需要利用所述电池组产热时，所述控制方式为外循环；

所述根据所述控制方式输出的控制信号控制导热部件的工作状态，对所述电池组温度进行控制包括：

当所述控制方式为静止时，所述控制信号控制执行开关断开，导热部件不工作；

当所述控制方法为内循环时，所述控制信号控制所述执行开关闭合，导热部件工作；

当所述控制方法为外循环时，所述控制信号控制所述执行开关闭合，导热部件工作；同时，将所述控制信号通过外部控制接口发送到上位机，所述上位机根据所述控制信号控制外部冷却系统工作。