一种锂电池组散热装置及其控制方法

摘要

本发明公开了一种锂电池组散热装置及其控制方法，包括箱体、风门叶片、锂电池组、温度传感器、执行器、控制器和车速传感器，风门叶片设于箱体内的一端，锂电池组设于箱体内的另一端，气流通过风门叶片流进箱体内，冷却箱体中的锂电池组，温度传感器的检测端与锂电池组相连，温度传感器的输出端与控制器相连，控制器又分别与执行器和车速传感器相连，执行器与风门叶片相连，执行器用以驱动风门叶片，能够控制气流流进箱体内的流量大小，控制器用以读取车速传感器提供的车速信号，以及温度传感器提供的温度信号，进行相应的计算，再传输至执行器相应的驱动信号。本发明能够根据实际工况实时计算和控制风量，优化散热效率，提高锂电池组性能和安全。

权利要求

1.一种锂电池组散热装置，其特征在于，包括箱体、风门叶片、锂电池组、温度传感器、执行器、控制器和车速传感器，风门叶片设于箱体内的一端，锂电池组设于箱体内的另一端，气流通过风门叶片流进箱体内，冷却箱体中的锂电池组，温度传感器的检测端与锂电池组相连，温度传感器的输出端与控制器相连，控制器又分别与执行器和车速传感器相连，执行器又与风门叶片相连，执行器用以驱动风门叶片，能够控制气流流进箱体内的流量大小，控制器用以读取车速传感器提供的车速信号，以及温度传感器提供的温度信号，进行相应的计算，再传输至执行器相应的驱动信号，其中，所述控制器执行以下处理操作：

根据温度传感器检测到的锂电池组的温度值，计算出当前扫描周期温度-开度值x1上述公式中：T1为当前扫描周期锂电池组温度，TMIN为最低温度，TMAX为最高温度；

根据车速传感器提供的车速信号，计算当前扫描周期车速-开度值y1上述公式中：V1为当前扫描周期车速，yMAX为风门叶片最大开度，VMAX为最高车速；

根据扫描周期的温度-开度值，以及扫描周期的车速-开度值，计算风门叶片的开度值ΔD′ΔD′＝α(x1-x0)+(1-α)(y1-y0)上述公式中：α为加权系数，x0为上一扫描周期温度-开度值，y0为上一扫描周期车速-开度值；

根据风门叶片的开度值，计算风门叶片的开度变化值ΔD上述公式中：ΔDMAX为风门叶片开度变化最大值；

再根据风门叶片的开度变化值，最终计算当前扫描周期风门叶片的开度值D1D1＝D0+ΔD(0％≤D1≤100％)上述公式中：D0为前一扫描周期风门叶片的开度值。

2.如权利要求1所述的一种锂电池组散热装置，其特征在于，所述的控制器为车载计算机、单片机、PLC或DSP。

3.如权利要求2所述的一种锂电池组散热装置，其特征在于，所述的控制器为车载计算机，能从车载计算机读取车速数据则不需配置车速传感器，若车载计算机不能读取车速数据则需要配置车速传感器。

4.如权利要求1所述的一种锂电池组散热装置，其特征在于，所述的执行器为控制电机。

5.一种锂电池组散热装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据温度传感器检测到的锂电池组的温度值，计算出当前扫描周期温度-开度值x1上述公式中：T1为当前扫描周期锂电池组温度，TMIN为最低温度，TMAX为最高温度；

S2.根据车速传感器提供的车速信号，计算当前扫描周期车速-开度值y1上述公式中：V1为当前扫描周期车速，yMAX为风门叶片最大开度，VMAX为最高车速；

S3.根据扫描周期的温度-开度值，以及扫描周期的车速-开度值，计算风门叶片的开度值ΔD′ΔD′＝α(x1-x0)+(1-α)(y1-y0)上述公式中：α为加权系数，x0为上一扫描周期温度-开度值，y0为上一扫描周期车速-开度值；

S4.根据风门叶片的开度值，计算风门叶片的开度变化值ΔD上述公式中：ΔDMAX为风门叶片开度变化最大值；

S5.再根据风门叶片的开度变化值，最终计算当前扫描周期风门叶片的开度值D1D1＝D0+ΔD(0％≤D1≤100％)上述公式中：D0为前一扫描周期风门叶片的开度值。

说明书

一种锂电池组散热装置及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及锂电池组散热技术，更具体地说，涉及一种锂电池组散热装置及其控制方法。

背景技术

[0002] 随着经济的快速发展，能源和环境问题日益成为人类的严重问题。传统的内燃机汽车越来越不适应社会的发展，电动汽车已经受到了各国政府、汽车公司和研发机构的高度重视。作为主要的储能元件－－电池是电动汽车的核心部件之一。在这其中，锂电池以其体积小，容量大，电压稳定，可以循环使用，安全性较强等优势脱颖而出，占据了主流地位。锂离子电池在充放电过程中产生的大量热量，会导致电池组内部温度升高，严重的温升会影响电池的性能、寿命甚至是使用安全。因此锂电池的散热对于保证车载电池和整车性能、安全有重要意义。

[0003] 电池组散热目前风冷和液冷等方式。液冷散热效果好，但是系统复杂，重量较大，因此电动汽车上电池组散热一般采用风冷方式。风冷又可以分为风机抽吸式和自然风冷方式。风机抽吸方式本身消耗电池能量，降低了汽车续航里程，因此自然风冷方式又占据了电动汽车电池组散热的主流。

[0004] 当前电动汽车的自然风冷散热主要考虑增加散热部件、优化设计风道等途径进行锂电池组热管理，但是未能根据整车系统实际工况调整散热系统。

发明内容

[0005] 针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种锂电池组散热装置及其控制方法，能够根据实际工况实时计算和控制风量，优化散热效率，提高锂电池组性能和安全。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0007] 一方面，一种锂电池组散热装置，包括箱体、风门叶片、锂电池组、温度传感器、执行器、控制器和车速传感器，风门叶片设于箱体内的一端，锂电池组设于箱体内的另一端，气流通过风门叶片流进箱体内，冷却箱体中的锂电池组，温度传感器的检测端与锂电池组相连，温度传感器的输出端与控制器相连，控制器又分别与执行器和车速传感器相连，执行器又与风门叶片相连，执行器用以驱动风门叶片，能够控制气流流进箱体内的流量大小，控制器用以读取车速传感器提供的车速信号，以及温度传感器提供的温度信号，进行相应的计算，再传输至执行器相应的驱动信号。

[0008] 所述的控制器为车载计算机、单片机、PLC或DSP。

[0009] 所述的控制器为车载计算机，能从车载计算机读取车速数据则不需配置车速传感器，若车载计算机不能读取车速数据则需要配置车速传感器。

[0010] 所述的执行器为控制电机。

[0011] 另一方面，一种锂电池组散热装置的控制方法，包括以下步骤：

[0012] S1.根据温度传感器检测到的锂电池组的温度值，计算出当前扫描周期温度-开度值x1

[0013]

[0014] 上述公式中：T1为当前扫描周期锂电池组温度，TMIN为最低温度，TMAX为最高温度；

[0015] S2.根据车速传感器提供的车速信号，计算当前扫描周期车速-开度值y1[0016]

[0017] 上述公式中：V1为当前扫描周期车速，yMAX为风门叶片最大开度，VMAX为最高车速；

[0018] S3.根据扫描周期的温度-开度值，以及扫描周期的车速-开度值，计算风门叶片的开度值ΔD′

[0019] ΔD′＝α(x1-x0)+(1-α)(y1-y0)

[0020] 上述公式中：α为加权系数，x0为上一扫描周期温度-开度值，y0为上一扫描周期车速-开度值；

[0021] S4.根据风门叶片的开度值，计算风门叶片的开度变化值ΔD

[0022]

[0023] 上述公式中：ΔDMAX为风门叶片开度变化最大值；

[0024] S5.再根据风门叶片的开度变化值，最终计算当前扫描周期风门叶片的开度值D1[0025] D1＝D0+ΔD(0％≤D1≤100％)

[0026] 上述公式中：D0为前一扫描周期风门叶片的开度值。

[0027] 在上述的技术方案中，本发明所提供的一种锂电池组散热装置及其控制方法，通过控制器获取相关数据用来计算出风门叶片的开度值，再控制执行器驱动风门叶片的开度，能够控制外部气流流进箱体内的风量，达到冷却箱体内锂电池组的目的，根据实际工况实时计算和控制风量，优化散热效率，提高锂电池组性能和安全。

附图说明

[0028] 图1是本发明的结构示意图；

[0029] 图2是使用本发明的实施例1的示意图；

[0030] 图3是使用本发明的实施例2的示意图；

[0031] 图4是使用本发明的实施例3的示意图。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

[0033] 请结合图1所示，本发明所提供的一种锂电池组散热装置，包括箱体1、风门叶片2、锂电池组3、温度传感器4、执行器5、控制器6和车速传感器7，风门叶片2设于箱体1内的一端，锂电池组3设于箱体1内的另一端，箱体1外部的气流通过风门叶片2流进箱体1内，达到冷却箱体1中的锂电池组3的温度，温度传感器4的检测端与锂电池组3相连，温度传感器4的输出端与控制器6相连，控制器6又分别与执行器5和车速传感器7相连，执行器5又与风门叶片2相连，执行器5用以驱动并调整风门叶片2的开度，使风门叶片2能够控制气流流进箱体1内的流量大小，控制器6用以读取车速传感器7提供的车速信号，以及温度传感器4提供的温度信号，进行相应的计算得出当前的开度值，再传输至执行器5对风门叶片2作出相应的驱动信号，风门叶片2的形状和大小根据整车与箱体1的具体情况而定，风门叶片2需要能够在完全开启和完全闭合大范围内可调，温度传感器4可以根据锂电池组3的不同情况选择合适的类型，或者与电池管理系统共用。

[0034] 较佳的，所述的控制器6为车载计算机、单片机8、PLC或DSP等各种处理单元。

[0035] 较佳的，所述的控制器6为车载计算机9，能从车载计算机9读取车速数据则不需配置车速传感器7，若车载计算机9不能读取车速数据则需要配置车速传感器7。

[0036] 较佳的，所述的执行器5为小型控制电机，可以在风门驱动轴可调范围内运行。

[0037] 另外，本发明所提供的一种锂电池组散热装置的控制方法，具体如下：

[0038] 控制器中风门叶片开度可计算如下：

[0039] D＝αx+(1-α)y(0％≤D≤100％)

[0040] 上述公式中：D为风门叶片的开度，通常在0％～100％内变化。α为加权系数，表征锂电池温度和车速对于叶片开度的影响，通常α应该大于0.5即锂电池温度为主要影响要素。

[0041] x为温度－开度值，表征基于温度计算出的叶片开度，在不同温度下叶片需要不同的开度，x与锂电池温度T通常是一个非线性的关系，需要经过实验确定。但是如果风道设计优良，锂电池散热系统与风道匹配合理的情况下，可以假定在锂电池适宜工作的最高温度TMAX下，叶片需要完全开启；在锂电池适宜工作的最低温度TMIN下，叶片需要完全闭合，则温度－开度值x与锂电池温度T可以在锂电池适宜工作范围内做线性化处理，如下式：

[0042]

[0043] 上述公式中：当锂电池温度T小于最低温度TMIN或者大于最高温度TMAX，则无论车速如何都需要完全关闭或者完全开启叶片。

[0044] x＝-∞(T＜TMIN)

[0045] x＝+∞(T＞TMAX)

[0046] 三式合并，则温度－开度值x与锂电池温度T可以如下式

[0047]

[0048] 上述公式中：T为锂电池温度，按照锂电池组的不同情况可以取多个温度传感器的平均值、最高值，或者某个典型温度传感器的值。

[0049] y为车速－开度值，表征基于车速计算出的叶片开度，随着车速V的提高，气流量增大，叶片开度可以逐渐关小。可以认为叶片开度与车速呈线性关系，车速为0时对应叶片最大开度yMAX，通常为100％，随着车辆达到最高车速VMAX，叶片也达到最小开度yMIN,yMIN大于0％，取决于最高车速时的气流量。

[0050]

[0051] 上述公式中：V为当前车速，可以向行车计算机读取，也可以设置独立的传感器获取。

[0052] 在数字控制系统中，通常使用增量计算的方式，即：

[0053] D1＝D0+ΔD

[0054] 上述公式中：D1为当前扫描周期风门叶片的开度计算值，D0为前一扫描周期风门叶片的开度值，ΔD为风门叶片的开度变化值。

[0055] 为了保持风门开度变化的平稳和匹配执行器的能力，ΔD应该存在控制死区和饱和上限。

[0056]

[0057] 上述公式中：ΔDMIN为风门叶片开度变化最小值，可以由执行器的扫描周期内最小执行能力和减少风门动作的要求决定，通常不应该超过10％。ΔDMAX由执行器的扫描周期内最大执行能力和平稳风门动作的要求决定，其值应该大于ΔDMIN。ΔD′为风门叶片的开度变化计算值。

[0058] ΔD′＝α(x1-x0)+(1-α)(y1-y0)

[0059] 上述公式中：x0为上一扫描周期温度－开度值，x1为当前扫描周期温度－开度值，y0为上一扫描周期车速－开度值，y1为当前扫描周期车速－开度值，α为加权系数，表征锂电池温度和车速对于叶片开度的影响，通常α应该大于0.5即锂电池温度为主要影响要素。

[0060] 综上所述，风门叶片开度计算步骤如下：

[0061] S1.计算当前扫描周期温度－开度值x1

[0062]

[0063] 其中T1为当前扫描周期锂电池温度；

[0064] S2.计算当前扫描周期车速－开度值y1

[0065]

[0066] 其中V1为当前扫描周期车速；

[0067] S3.计算风门叶片的开度变化计算值ΔD′

[0068] ΔD′＝α(x1-x0)+(1-α)(y1-y0)

[0069] S4.计算风门叶片的开度变化值ΔD

[0070]

[0071] S5.计算当前扫描周期风门叶片的开度值D1

[0072] D1＝D0+ΔD(0％≤D1≤100％)

[0073] 本发明的实施例1如图2所示，图中，1为箱体，2为风门叶片，3为锂电池组，4为温度传感器，5为执行器，8为单片机，9为车载计算机。

[0074] 气流通过风门叶片2流进箱体1内，冷却箱体1中的锂电池组3。可调的风门叶片2在执行器5驱动下可以控制流入箱体1风量的大小。这里，单片机8控制器直接向车载计算机9读取车速信号，不再另设车速传感器；考虑到锂电池组3中心高，周围低的温度场分布，向中心锂电池组3单体上的温度传感器4读取温度信号代表锂电池组3温度；计算风门叶片2开度值后给出执行器5的驱动信号。

[0075] 风门叶片2在执行器5驱动下能够在完全开启和完全闭合的90度范围内可调。执行器5选择体积小、精度高的小型伺服电机，可以在90度范围内定位风门叶片2位置。控制器选用与车载电子系统兼容性良好的飞思卡尔单片机，稳定性好，与整车电子系统整合方便。温度传感器4选用安装方便、性能可靠的贴片式铂热电偶。

[0076] 某型电动汽车中：锂电池适宜工作的最低温度TMIN＝5℃，最高温度TMAX＝35℃，电动汽车最高车速VMAX＝60km/h，在最高车速时叶片最小开度yMIN＝10％。

[0077] 控制器中风门叶片开度计算如下：

[0078] S1.读取当前扫描周期锂电池温度T＝20℃，则温度－开度值

[0079]

[0080] S2.读取当前扫描周期车速V1＝30km/h，则车速－开度值

[0081]

[0082] S3.读取上一扫描周期x0＝50％，y0＝50％，这里取加权系数α取为0.9，则风门叶片的开度变化计算值

[0083] ΔD′＝α(x1-x0)+(1-α)(y1-y0)＝0.5％

[0084] S4.计算风门叶片的开度变化值，这里取ΔDMIN为5％，ΔDMAX为15％，则风门叶片的开度变化值

[0085] ΔD＝0

[0086] S5.读取上一扫描周期风门叶片开度值D0＝50％，则当前扫描周期风门叶片的开度值D1

[0087] D1＝D0+ΔD′＝50％

[0088] 本发明的实施例2如图3所示，图中，1为箱体，2为风门叶片，3为锂电池组，4为温度传感器，5为执行器，7为车速传感器，9为车载计算机。

[0089] 气流通过风门叶片2流进箱体1内，冷却箱体1中的锂电池组3。可调的风门叶片2在执行器5驱动下可以控制流入箱体1风量的大小。这里，车速传感器7选用电磁式车速传感器，车载计算机9向电磁式车速传感器读取车速信号；使用温度传感器4测量锂电池组3温度；计算风门叶片2开度值后给出执行器5的驱动信号。

[0090] 风门叶片2在执行器5驱动下能够在完全开启和完全闭合的90度范围内可调。执行器5选择小型伺服电机，可以在90度范围内定位风门叶片2位置。控制器直接使用车载计算机9，温度传感器4选用贴片式铂热电偶。

[0091] 某型电动汽车中：锂电池适宜工作的最低温度TMIN＝0℃，最高温度TMAX＝40℃，电动汽车最高车速VMAX＝80km/h，在最高车速时叶片最小开度yMIN＝30％。

[0092] 控制器中风门叶片开度计算如下：

[0093] S1.读取当前扫描周期锂电池温度T＝30℃，则温度－开度值

[0094]

[0095] S2.读取当前扫描周期车速V1＝40km/h，则车速－开度值

[0096]

[0097] S3.读取上一扫描周期x0＝65％，y0＝65％，这里取加权系数α取为0.8，则风门叶片的开度变化计算值

[0098] ΔD′＝α(x1-x0)+(1-α)(y1-y0)＝8％

[0099] S4.计算风门叶片的开度变化值，这里取ΔDMIN为5％，ΔDMAX为20％，则风门叶片的开度变化值

[0100] ΔD＝ΔD′＝8％

[0101] S5.读取上一扫描周期风门叶片开度值D0＝65％，则当前扫描周期风门叶片的开度值D1

[0102] D1＝D0+ΔD′＝73％

[0103] 本发明的实施例3如图4所示，图中，1为箱体，2为风门叶片，3为锂电池组，4为温度传感器，5为执行器，7为车速传感器，9为车载计算机。

[0104] 气流通过风门叶片2流进箱体1内，冷却箱体1中的锂电池组3。可调的风门叶片2在执行器5驱动下可以控制流入箱体1风量的大小。这里，车速传感器7选用霍尔式车速传感器，车载计算机9向霍尔式车速传感器读取车速信号；使用温度传感器4测量锂电池组3温度；计算风门叶片2开度值后给出执行器5的驱动信号。

[0105] 风门叶片2在执行器5驱动下能够在完全开启和完全闭合的90度范围内可调。执行器5选择小型伺服电机，可以在90度范围内定位叶片2位置。控制器直接使用车载计算机9，温度传感器4选用贴片式铂热电偶。

[0106] 某型电动汽车中：锂电池适宜工作的最低温度TMIN＝0℃，最高温度TMAX＝50℃，电动汽车最高车速VMAX＝70km/h，在最高车速时叶片最小开度yMIN＝30％。

[0107] 控制器中风门叶片开度计算如下：

[0108] S1.读取当前扫描周期锂电池温度T＝60℃，则温度－开度值

[0109] x1＝+∞

[0110] S2.读取当前扫描周期车速V1＝70km/h，则车速－开度值

[0111]

[0112] S3.读取上一扫描周期x0＝60％，y0＝40％，这里取加权系数α取为0.8，则风门叶片的开度变化计算值

[0113] ΔD′＝α(x1-x0)+(1-α)(y1-y0)＝+∞

[0114] S4.计算风门叶片的开度变化值，这里取ΔDMIN为10％，ΔDMAX为20％，则风门叶片的开度变化值

[0115] ΔD＝20％

[0116] S5.读取上一扫描周期风门叶片开度值D0＝60％，则当前扫描周期风门叶片的开度值D1

[0117] D1＝D0+ΔD′＝80％

[0118] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。