一種智能鋰電池溫度調節系統及其控制方法
【專利摘要】本發明揭示了一種智能鋰電池溫度調節系統設有內部填充有散熱介質的電池箱，電池箱內豎直設有多個放置腔，所述放置腔呈行列矩陣結構固定在電池箱底部，所述放置腔之間均具有間隙，所述電池箱頂部設有封蓋，所述封蓋上下垂有多根注液支管，所述注液支管延伸至每相鄰四個放置腔中間的間隙內，所述電池箱底部設有出液管，每根所述注液支管上均設有支管閥且與注液總管連通，所述出液管通過散熱泵連接汽車散熱器輸入端，所述散熱器輸出端連接注液總管；本系統使用安全可靠，對于鋰電池使用環境可控性強，不僅能夠可靠的降溫，還能在低溫環境下給予鋰電池加熱，保證鋰電池的工況環境，提高鋰電池的使用安全性、可靠性以及使用壽命。
【專利說明】
一種智能鋰電池溫度調節系統及其控制方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及對于鋰電池環境溫度控制領域。
【背景技術】
[0002]隨著二十世紀微電子技術的發展，小型化的設備日益增多，對電源提出了很高的要求，鋰電池隨之進入了大規模的實用階段。由于鋰電池存儲量大、輕便耐用，被廣泛的用于在各種電子產品上，而隨著電動汽車的發展，鋰電池也被大量的應用在電動汽車上，尤其汽車能耗大，并且使用環境差異較大，對于鋰電池的使用環境提出了較高的要求，不僅需要在高溫環境下給予鋰電池合理可靠的降溫，還能在低溫環境下給予鋰電池加熱，讓其能夠在合適的溫度下進行啟動，然而目前缺乏這樣一種對于鋰電池環境調控的系統，制約了鋰電池在汽車領域的應用與發展。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是實現一種能夠合理可靠的對鋰電池使用環境進行調控的系統。
[0004]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為:智能鋰電池溫度調節系統，系統設有內部填充有散熱介質的電池箱，所述電池箱內豎直設有多個中空柱狀用于放置電池單體的放置腔，所述放置腔呈行列矩陣結構固定在電池箱底部，所述放置腔之間均具有間隙，所述電池箱頂部設有封蓋，所述封蓋上下垂有多根注液支管，所述注液支管延伸至每相鄰四個放置腔中間的間隙內，所述電池箱設有出液管，每根所述注液支管上均設有支管閥，且注液支管均與注液總管連通，所述出液管通過散熱栗連接汽車散熱器輸入端，所述散熱器輸出端連接注液總管，所述出液管與電池箱連接部位設有出液閥，每個所述放置腔外壁上至少固定有四個溫度傳感器，同一個放置腔上的溫度傳感器位于該放置腔的不同高度，所述電池單體外纏繞有用于加熱的電加熱絲。
[0005]所述電池箱底面為正方形，所述出液管設有四根，且分別位于電池箱每一側底部的同一端。
[0006]所述放置腔內豎直疊放有多個電池單體，所述放置腔內壁與電池單體之間的間隙通過導熱硅膠填充，相鄰的所述放置腔之間通過豎直設置的導熱條連接。
[0007]所述放置腔通過支撐結構固定在電池箱的底部，所述放置腔底部與電池箱的底部之間具有間隙。
[0008]所述電池箱的底部固定有制冷管排，所述制冷管排包括與汽車空調壓縮機輸入、輸出端連通的冷凝管道、位于冷凝管道下表面的隔熱層、以及位于冷凝管道上表面與冷凝管道管壁連接且延伸入電池箱內的散熱針或散熱片，所述冷凝管道進口和出口均設有閥門。
[0009]所述電池箱配有備用補液箱和循環栗，所述備用補液箱內填充有散熱介質，所述補液箱固定在封蓋上，所述補液箱底部通過安裝有閥門的補液管與電池箱內連通，所述循環栗輸入端通過管道連接電池箱上部、循環栗輸出端通過管道連接電池箱下部，所述補液管和循環栗的管道上均設有閥門。
[0010]智能鋰電池溫度調節系統設有控制器，所述控制器接收電池箱和補液箱內的液位傳感器的信號、以及每個所述溫度傳感器的信號，輸出控制信號至支管閥、散熱栗、出液閥、電加熱絲驅動單元、循環栗、汽車空調控制單元、以及補液管和循環栗管道上的閥門。
[0011 ]基于所述智能鋰電池溫度調節系統的控制方法:
[0012]步驟1、系統上電啟動，采集電池箱內液位信息；
[0013]若當前采集的電池箱液位值與上一次系統斷電時存儲的電池箱液位值差大于等于設定差值，或者當前采集的電池箱液位值小于等于設定的安全液位值，則報警并不允許向外電池箱內的電池向外供電，若當前采集的電池箱液位值與上一次系統斷電時存儲的液位值差小于設定差值，且當前采集的電池箱液位值大于設定的安全液位值，則執行下一步檢測；
[0014]步驟2、采集電池箱內溫度信息；
[0015]若當前溫度低于啟動溫度，則通過加熱裝置提升電池箱內溫度至啟動溫度后關閉加熱裝置，并執行下一步;若當前溫度高于啟動溫度，則執行下一步檢測；
[0016]步驟3、采集補液箱內液位信息；
[0017]若當前補液箱內液位小于等于設定值，則執行步驟7，并持續報警，若當前補液箱內液位大于設定值，則執行下一步；
[0018]步驟4、系統實時采集電池箱內溫度和液位信息；
[0019]若當前溫度高于設定的溫度上限，則開啟支管閥、散熱栗和出液閥；若當前溫度低于設定的溫度下限，則關閉支管閥、散熱栗和出液閥；所述溫度上限大于溫度下限；
[0020]若當前電池箱液位值小于設定的安全液位值，則持續報警并執行步驟6;
[0021]步驟5、人工關閉系統，記錄當前電池箱內液位值，并關閉支管閥、散熱栗和出液閥，或保持支管閥、散熱栗和出液閥的關閉狀態，結束；
[0022]步驟6、關閉支管閥、散熱栗和出液閥，開啟補液管上閥門至當前電池箱液位值大于設定的安全液位值；
[0023]步驟7、系統實時采集電池箱內液位信息和溫度信息；
[0024]若當前電池箱液位值小于設定的安全液位值，則持續報警并在延時設定時間后，停止電池箱向外供電，結束；
[0025]若當前溫度高于設定的溫度上限，則開啟汽車空調、冷凝管道進口和出口的閥門，并開啟循環栗和循環栗管道上的閥門；
[0026]步驟8、人工關閉系統，記錄當前電池箱內液位值，并關閉汽車空調、冷凝管道進口和出口的閥門，以及循環栗和循環栗管道上的閥門，結束。
[0027]步驟4方法中，開啟支管閥、散熱栗和出液閥后，每個注液支管周圍的四個放置腔上所有的溫度傳感器作為一個溫度探測組，每個溫度探測組所采集溫度的平均值與所有溫度傳感器的平均值比較，若溫度探測組所采集的溫度等于平均值，則與該溫度探測組所對應的注液支管的支管閥開度為50%，若溫度探測組所采集的溫度高于平均值，則與該溫度探測組所對應的注液支管的支管閥開度大于50%，且差值越大開度越大，若溫度探測組所采集的溫度低于平均值，則與該溫度探測組所對應的注液支管的支管閥開度小于50%，且差值越大開度越小。
[0028]本系統使用安全可靠，對于鋰電池使用環境可控性強，不僅能夠可靠的降溫，還能在低溫環境下給予鋰電池加熱，保證鋰電池的工況環境，提高鋰電池的使用安全性、可靠性以及使用壽命。
【附圖說明】
[0029]下面對本發明說明書中每幅附圖表達的內容及圖中的標記作簡要說明:
[0030]圖1、2為智能鋰電池溫度調節系統結構示意圖；
[0031 ]上述圖中的標記均為:1、電池箱;2、封蓋;3、放置腔;4、電池單體;5、注液支管;6、注液總管;7、出液管;8、溫度傳感器;9、電加熱絲。
【具體實施方式】
[0032]智能鋰電池溫度調節系統是鋰電池放置在液體中，通過液體循環對鋰電池進行降溫，并使之保持在一個恒定的溫度內，如圖1所示，系統設有內部填充有散熱介質的電池箱I，介質為導熱好的油狀介質，電池箱I內豎直設有多個中空柱狀的放置腔3，放置腔3為底面為四邊形的柱狀結構，內部中空且密封，鋰電池單體4逐一累疊放置在放置腔3內，放置腔3采用導熱性能好的材質制作。
[0033]為了提高空間利用率，放置腔3呈行列矩陣結構固定在電池箱I底部，行列矩陣結構是指放置腔3水平設有多列，每列也設有多行，行列之間的間距相同，呈圖2所示的布置結構，放置腔3之間均具有間隙，間隙供散熱介質流動。
[0034]為提高熱傳導效果，放置腔3內壁與電池單體4之間的間隙通過導熱硅膠填充，從而保證鋰電池單元與放置腔3之間高效熱傳導，相鄰的放置腔3之間通過豎直設置的導熱條連接，放置腔3通過支撐結構固定在電池箱I的底部，放置腔3底部與電池箱I的底部之間具有間隙。導熱條和支撐結構能夠保證放置腔3結構的穩定，相互之間的連接能夠降低車輛加速和制動對放置腔3的影響，避免放置腔3形變甚至泄漏，同時通過支撐結構的支撐，使得散熱介質能夠從放置腔3底部流過，提高流動和散熱效果，此外，導熱條也能增大放置腔3與散熱介質之間的接觸面積，提高換熱效率。
[0035]電池箱I頂部設有封蓋2，封蓋2上下垂有多根注液支管5，注液支管5延伸至每相鄰四個放置腔3中間的間隙內，如圖2所示，S卩每四方形布置的四個放置腔3之間的中心間隙內均設有一根注液支管5，由于放置腔3呈行列矩陣結構布置，則封蓋2上的注液支管5也呈行列矩陣結構布置。將注液支管5固定在封蓋2上，既方便安裝，也能對不同區域的放置腔3的溫度有針對性的降溫，此外，注液支管5豎直設置，散熱介質注入時是向下流動，可以利用液體自身的重力增加注入流速，提高內部介質流動速度，從而提高換熱效率。
[0036]每根注液支管5上均設有支管閥，可以控制每根注液支管5的流量，出液管7與電池箱I連接部位設有出液閥，出液閥可以控制出液管7的開關，注液支管5均與注液總管6連通，出液管7通過散熱栗連接汽車散熱器輸入端，散熱器輸出端連接注液總管6，通過散熱器可以對散熱介質進行降溫。
[0037]電池箱I底面為正方形，出液管7設有四根，且分別位于電池箱I每一側底部的同一端，同一端是指，每個出液管7均位于所在側底端的左側，或者均位于所在側底端的右側，SP每根出液管7均不相鄰，這樣的出液管7固定結構配合放置腔3底部與電池箱I底部具有間隙的結構，使得散熱介質能夠在電池箱I底部形成旋流，配合向下注入的冷卻后的散熱介質，能使電池箱I內介質流動更加快速，提高散熱效率。
[0038]每個放置腔3上至少設有四個溫度傳感器8，優選每個電池單體位置設置一個溫度傳感器8，這樣設置的溫度傳感器8能夠綜合內部電池單體和外部散熱介質的溫度，能夠更加精準通過散熱介質對電池單體進行散熱，并且合理分配冷卻散熱介質的流量。電池單體外均勻纏繞有電加熱絲9，由于電加熱絲9與電池單體直接接觸，能夠在低溫環境下快速的為電池單體加熱，提高啟動速度。
[0039]由于電池降溫僅依靠散熱介質控溫，若出現泄漏，則可能造成電池溫度過高的危險，因此系統設有泄漏備用裝置，電池箱I一般不會出現泄漏，若循環管路出現泄漏，則可以關閉循環系統(關閉支管閥、散熱栗和出液閥)，利用備用裝置降溫，備用裝置包括是在電池箱I底部固定有制冷管排，制冷管排包括與汽車空調壓縮機輸入、輸出端連通的冷凝管道、位于冷凝管道下表面的隔熱層、以及位于冷凝管道上表面與冷凝管道管壁連接且延伸入電池箱I內的散熱針或散熱片，冷凝管道進口和出口均設有閥門，通過空調系統對電池箱I內散熱介質降溫。
[0040]電池箱I配有備用補液箱和循環栗，備用補液箱內填充有散熱介質，補液箱固定在封蓋2上，補液箱底部通過安裝有閥門的補液管與電池箱I內連通，循環栗輸入端通過管道連接電池箱I上部、循環栗輸出端通過管道連接電池箱I下部，所述補液管和循環栗的管道上均設有閥門，這樣不僅可以在循環系統發生泄漏后，及時補充散熱介質，并且利用循環栗，使得電池箱I內介質流動，提高降溫效果。
[0041]為了協調各個部件之間工作，智能鋰電池溫度調節系統設有控制器，控制器接收電池箱I和補液箱內液位傳感器的信號、以及每個溫度傳感器8的信號，控制器輸出控制信號至支管閥、散熱栗、出液閥、電加熱絲9驅動單元、循環栗、汽車空調控制單元、以及補液管和循環栗管道上的閥門。
[0042]基于上述智能鋰電池溫度調節系統的控制方法:
[0043]步驟1、系統上電啟動，采集電池箱I內液位信息；(車輛啟動后，在運行工作前的自檢工作)；
[0044]若當前采集的電池箱I液位值與上一次系統斷電時存儲的電池箱I液位值差大于等于設定差值，或者當前采集的電池箱I液位值小于等于設定的安全液位值，兩個只要滿足其一則報警并不允許向外電池箱I內的電池向外供電，出現上述兩個狀況，可能發生電池箱I泄漏，存在極大隱患，報警后系統關閉；
[0045]若當前采集的電池箱I液位值與上一次系統斷電時存儲的液位值差小于設定差值，且當前采集的電池箱I液位值大于設定的安全液位值，則執行下一步檢測；
[0046]步驟2、采集電池箱I內溫度信息；當前溫度值可以是每個溫度傳感器8溫度的平均值；
[0047]若當前溫度低于啟動溫度，則通過加熱裝置提升電池箱I內溫度至啟動溫度后關閉加熱裝置，并執行下一步;若當前溫度高于啟動溫度，則執行下一步檢測；
[0048]步驟3、采集補液箱內液位信息；
[0049]若當前補液箱內液位小于等于設定值(這說明之前使用過補液，汽車散熱器的循環系統可能存在泄漏)，則執行步驟7，并持續報警，若當前補液箱內液位大于設定值，則執行下一步；
[0050]步驟4、系統實時采集電池箱I內溫度和液位信息;此為工況狀態下的常態化監測，當前溫度值可以是每個溫度傳感器8溫度的平均值；
[0051]若當前溫度高于設定的溫度上限，則開啟支管閥、散熱栗和出液閥；若當前溫度低于設定的溫度下限，則關閉支管閥、散熱栗和出液閥；所述溫度上限大于溫度下限，避免散熱栗頻繁開啟；
[0052]若當前電池箱I液位值小于設定的安全液位值，則持續報警并執行步驟6;
[0053]步驟5、人工關閉系統(駕駛員斷電)，記錄當前電池箱I內液位值，并關閉支管閥、散熱栗和出液閥，或保持支管閥、散熱栗和出液閥的關閉狀態，結束(不再向下執行)；
[0054]步驟6、關閉支管閥、散熱栗和出液閥，開啟補液管上閥門至當前電池箱I液位值大于設定的安全液位值；
[0055]步驟7、系統實時采集電池箱I內液位信息和溫度信息；當前溫度值可以是每個溫度傳感器8溫度的平均值
[0056]若當前電池箱I液位值小于設定的安全液位值，則說明電池箱I存在泄漏，則持續報警并在延時設定時間后，停止電池箱I向外供電，延時時間是讓駕駛員將車輛停靠在安全位置，結束(不再向下執行)；
[0057]若當前溫度高于設定的溫度上限，則開啟汽車空調、冷凝管道進口和出口的閥門，并開啟循環栗和循環栗管道上的閥門；
[0058]步驟8、人工關閉系統(駕駛員斷電)，記錄當前電池箱I內液位值，并關閉汽車空調、冷凝管道進口和出口的閥門，以及循環栗和循環栗管道上的閥門，結束。
[0059]針對步驟4，為了進一步提高降溫效果，步驟4方法中，開啟支管閥、散熱栗和出液閥后，每個注液支管周圍的四個放置腔內所有電池單體的溫度傳感器作為一個溫度探測組，每個溫度探測組所采集溫度的平均值與所有溫度傳感器的平均值比較，若溫度探測組所采集的溫度等于平均值，則與該溫度探測組所對應的注液支管的支管閥開度為50%，若溫度探測組所采集的溫度高于平均值，則與該溫度探測組所對應的注液支管的支管閥開度大于50 %，且差值越大開度越大，若溫度探測組所采集的溫度低于平均值，則與該溫度探測組所對應的注液支管的支管閥開度小于50%，且差值越大開度越小，能夠合理分配冷卻后的散熱介質的流動分布，使散熱智能化。
[0060]上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種智能鋰電池溫度調節系統，其特征在于:系統設有內部填充有散熱介質的電池箱，所述電池箱內豎直設有多個中空柱狀用于放置電池單體的放置腔，所述放置腔呈行列矩陣結構固定在電池箱底部，所述放置腔之間均具有間隙，所述電池箱頂部設有封蓋，所述封蓋上下垂有多根注液支管，所述注液支管延伸至每相鄰四個放置腔中間的間隙內，所述電池箱設有出液管，每根所述注液支管上均設有支管閥，且注液支管均與注液總管連通，所述出液管通過散熱栗連接汽車散熱器輸入端，所述散熱器輸出端連接注液總管，所述出液管與電池箱連接部位設有出液閥，每個所述放置腔外壁上至少固定有四個溫度傳感器，同一個放置腔上的溫度傳感器位于該放置腔的不同高度，所述電池單體外纏繞有用于加熱的電加熱絲。2.根據權利要求1所述的智能鋰電池溫度調節系統，其特征在于:所述電池箱底面為正方形，所述出液管設有四根，且分別位于電池箱每一側底部的同一端。3.根據權利要求1或2所述的智能鋰電池溫度調節系統，其特征在于:所述放置腔內豎直疊放有多個電池單體，所述放置腔內壁與電池單體之間的間隙通過導熱硅膠填充，相鄰的所述放置腔之間通過豎直設置的導熱條連接。4.根據權利要求3所述的智能鋰電池溫度調節系統，其特征在于:所述放置腔通過支撐結構固定在電池箱的底部，所述放置腔底部與電池箱的底部之間具有間隙。5.根據權利要求1或4所述的智能鋰電池溫度調節系統，其特征在于:所述電池箱的底部固定有制冷管排，所述制冷管排包括與汽車空調壓縮機輸入、輸出端連通的冷凝管道、位于冷凝管道下表面的隔熱層、以及位于冷凝管道上表面與冷凝管道管壁連接且延伸入電池箱內的散熱針或散熱片，所述冷凝管道進口和出口均設有閥門。6.根據權利要求5所述的智能鋰電池溫度調節系統，其特征在于:所述電池箱配有備用補液箱和循環栗，所述備用補液箱內填充有散熱介質，所述補液箱固定在封蓋上，所述補液箱底部通過安裝有閥門的補液管與電池箱內連通，所述循環栗輸入端通過管道連接電池箱上部、循環栗輸出端通過管道連接電池箱下部，所述補液管和循環栗的管道上均設有閥門。7.根據權利要求6所述的智能鋰電池溫度調節系統，其特征在于:智能鋰電池溫度調節系統設有控制器，所述控制器接收電池箱和補液箱內液位傳感器的信號、以及每個所述溫度傳感器的信號，所述控制器輸出控制信號至支管閥、散熱栗、出液閥、電加熱絲驅動單元、循環栗、汽車空調控制單元、以及補液管和循環栗管道上的閥門。8.基于權利要求1-7所述智能鋰電池溫度調節系統的控制方法，其特征在于: 步驟1、系統上電啟動，采集電池箱內液位信息； 若當前采集的電池箱液位值與上一次系統斷電時存儲的電池箱液位值差大于等于設定差值，或者當前采集的電池箱液位值小于等于設定的安全液位值，則報警并不允許向外電池箱內的電池向外供電，若當前采集的電池箱液位值與上一次系統斷電時存儲的液位值差小于設定差值，且當前采集的電池箱液位值大于設定的安全液位值，則執行下一步檢測； 步驟2、采集電池箱內溫度信息； 若當前溫度低于啟動溫度，則通過加熱裝置提升電池箱內溫度至啟動溫度后關閉加熱裝置，并執行下一步;若當前溫度高于啟動溫度，則執行下一步檢測； 步驟3、米集補液箱內液位彳目息； 若當前補液箱內液位小于等于設定值，則執行步驟7，并持續報警，若當前補液箱內液位大于設定值，則執行下一步； 步驟4、系統實時采集電池箱內溫度和液位信息； 若當前溫度高于設定的溫度上限，則開啟支管閥、散熱栗和出液閥；若當前溫度低于設定的溫度下限，則關閉支管閥、散熱栗和出液閥；所述溫度上限大于溫度下限； 若當前電池箱液位值小于設定的安全液位值，則持續報警并執行步驟6; 步驟5、人工關閉系統，記錄當前電池箱內液位值，并關閉支管閥、散熱栗和出液閥，或保持支管閥、散熱栗和出液閥的關閉狀態，結束； 步驟6、關閉支管閥、散熱栗和出液閥，開啟補液管上閥門至當前電池箱液位值大于設定的安全液位值； 步驟7、系統實時采集電池箱內液位信息和溫度信息； 若當前電池箱液位值小于設定的安全液位值，則持續報警并在延時設定時間后停止電池箱向外供電，結束； 若當前溫度高于設定的溫度上限，則開啟汽車空調、冷凝管道進口和出口的閥門，并開啟循環栗和循環栗管道上的閥門； 步驟8、人工關閉系統，記錄當前電池箱內液位值，并關閉汽車空調、冷凝管道進口和出口的閥門，以及循環栗和循環栗管道上的閥門，結束。9.根據權利要求8所述的控制方法，其特征在于: 步驟4方法中，開啟支管閥、散熱栗和出液閥后，每個注液支管周圍的四個放置腔上所有的溫度傳感器作為一個溫度探測組，每個溫度探測組所采集溫度的平均值與所有溫度傳感器的平均值比較，若溫度探測組所采集的溫度等于平均值，則與該溫度探測組所對應的注液支管的支管閥開度為50%，若溫度探測組所采集的溫度高于平均值，則與該溫度探測組所對應的注液支管的支管閥開度大于50%，且差值越大開度越大，若溫度探測組所采集的溫度低于平均值，則與該溫度探測組所對應的注液支管的支管閥開度小于50%，且差值越大開度越小。
【文檔編號】H01M10/635GK106025140SQ201610615183
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月30日
【發明人】劉釗見, 宣善俊, 李輝
【申請人】安徽安耐捷新能源科技有限公司