[发明专利]动力电池热管理装置

说明书

技术领域

本发明涉及电池的热管理技术领域，具体涉及一种锂离子动力电池的热管理装置。

技术背景

由于全球性的石油资源持续紧缺与大气环境的不断恶化，新能源的开发和利用受到了世界各国的普遍重视，而作为消费全世界总能源10％的汽车行业，电动汽车的研究与发展，被认为是目前解决能源危机和环境保护的最现实、最有效的途径，而电动汽车发展的核心技术就是动力电池。

而温度过冷或过热都会影响动力电池的性能，一方面若热量来不及散失在动力电池内部的积累可能会导致燃烧或爆炸；另一方面，大范围应用在电动汽车上的锂离子电池在-10℃时容量及工作电压会明显降低，-20℃时性能会明显恶化，在-40℃时放电容量只有室温容量的30％左右，个别锂离子蓄电池甚至在-40℃时启动不了。

目前，现行的电池热管理装置实现对电池组的加热或是制冷都只是以温度或温升速率为判断依据，当电池组温度或温升速率高于某一对应值时，开始对电池组进行冷却直至冷却到中止冷却设定温度值；当电池组温度或温升速率低于某一对应值，开始对电池组进行加热直至加热到中止冷却设定温度值。而在电池的预测研究方面，多为预测电池的寿命或是电池的容量、荷电状态、剩余电量等，没有对电池热稳定性方面的变化趋势进行相应的预测，使得现有电池热管理系统存在一定的安全隐患，无法及时或是前瞻性的采取更合适程度的加热或冷却措施。

并且，已有的动力电池热管理系统的加热模块往往采用统一的加热速率、加热到同一温度，这种设置容易造成要么升温速度过慢导致较长时间才能使电池达到最佳性能，要么升温速度过快以致超过理想的工作温度一定数值而影响电池的寿命。

因此，需要提出一种新的动力电池热管理系统，以解决上述问题。

发明内容

本发明提出一种动力电池热管理系统，其能够对温度场进行预测，从而使系统获得前瞻性的温度场数据，进一步还采取了多级别的加热措施和多级别的冷却措施，从而确保了电池高效率、长寿命的运行。

一种动力电池热管理装置，包括：采集模块，评估模块，散热模块，加热模块，预测模块，显示模块以及控制模块，其特征在于，

采集模块，用于采集和计算电池单元的温度和温升速率；其中，所述电池单元的温度和温升速率包括每个单体电池、由多个所述单体电池所组成的每个电池模块和由多个所述电池模块所组成的电池组的温度，各个所述单体电池、各个所述电池模块以及所述电池组的温升速率，以及由采集得到的温度值计算得出的各个电池单体中的最高温度和最高温升速率、各个电池模块的平均温度和所述电池组的平均温度；

评估模块，用于将所采集和计算得到的温度、温升速率以及平均温度值与预先设定的相应各个散热阈值进行比较，并判断各个单体电池中的最高温度和最高的温升速率、各个电池模块的平均温度和平均温升速率、所述电池组的平均温度和平均温升速率中的任意一个是否超过其各自相应的各个散热阈值，所述各个散热按阈值高低依次包括关断阈值、二级散热阈值和一级散热阈值；

散热模块，用于根据控制模块的控制信号执行对应级别的散热措施；

加热模块，用于根据控制模块的控制信号执行对应级别的加热措施；

其特征在于，还包括，

预测模块，用于根据采集模块和评估模块所获得的信息以及电池的材料类型、工作状态、荷电状态来计算电池的生热率和比热容，进而获得预测的电池单元的温度场分布；

显示模块，显示的信息至少包括所述预测模块预测的所述电池单元的温度场分布以及当前电池单元的告警状态；

控制模块，用于在散热工作模式下根据所述评估模块得到的比较结果，以及所述预测模块预测到的温度场分布与对应的所述各个散热按阈值的比较结果来提供相应的散热控制信号，所述散热控制信号包括散热、关断、告警三种控制信号中的一种或多种；以及用于在加热工作模式下根据所述预测模块预测到的温度场分布中的温度值与预设定的加热中止温度T_S之间的差值所处的不同数值范围来提供相对应的加热控制信号，其中所述加热控制信号包括多个加热级别的加热控制信号。

其中，所述散热模块提供的散热措施包括风冷、液冷两种散热措施中的至少一种。

其中，所述散热措施通过控制风冷和/或液冷散热的流量来进行一级和/或二级散热。

其中，所述加热级别包括两级以上，较高级别的加热级别的加热功率高于较低级别的加热功率。