電池模組自動化熱管理方法與流程
2023-04-29 05:13:36
本發明涉及動力電池模組充放電管理，特別涉及一種電池模組自動化熱管理方法。
背景技術：
動力電池模組在工作中會產生大量的熱量，因此需要散熱系統進行及時散熱，否則不能維持正常的工作，並縮短電池模組使用壽命。現有的電池模組散熱方式主要有液冷和風冷兩種方式，其中液冷的管道結構複雜、體積大，還有漏液、管道脫落等安全隱患，所以大多電池模組採用風冷這種散熱方式。現有風冷散熱系統中使用的散熱風扇基本為恆功率驅動風扇進行散熱，不能根據實際情況來適時調節風扇、不能自動化地調節風速，存在能源利用率低和無法及時有效散熱等問題。現在也有風力分檔式散熱系統，其在一定程度上雖然能控制溫度上下限，但散熱操作較遲，造成電池模組處於安全合理的工作環境的時間較少，不能自動控制電池運行的溫度環境，不利於電池模組發揮最佳性能和影響電池的使用壽命。另外，當溫度在開啟/關閉風冷系統的溫度點附近經常變化時，會導致頻繁進行開啟/關閉風冷系統的操作，可能造成系統故障，電池模組的安全得不到保障。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種改進的可適時調整風機運行模式的電池模組自動化熱管理方法。
一種電池模組自動化熱管理方法，包括兩種用於判斷如何控制風機的判斷方法。其中，當發生以下情況一至情況三中的任一種情況時，啟動或切換使用第一種判斷方法，否則啟動或切換使用第二種判斷方法：情況一，所述電池模組在放電倍率等於或大於一預設倍率的情況下放電時間超過一預設時間；情況二，在一預設判斷周期內，所述電池模組的溫升大於或等於預設溫度；情況三，所述電池模組在充電倍率等於或大於所述預設倍率的情況下充電時間超過所述預設時間。定義所述電池模組的當前最高電池溫度為Th，所述電池模組的當前最低電池溫度為Tl，第一至第十預設電池溫度為W1~W10，所述電池模組的當前系統溫差為Td，第一至第六預設系統溫差為Wd1~Wd6。則所述第一種判斷方法包括：
如果Th≧W8，或Td≧Wd5且Tl≧W3，則控制所述風機工作在二級風速；
如果W8＞Th≧W6，或Wd5＞Td≧Wd3且Tl≧W3，則控制所述風機工作在一級風速；
如果Th≦W5且Td≦Wd1，或者Th≦W5且Tl≦W1，則關閉所述風機；
所述第二種判斷方法包括：
如果Th≧W10，或Td≧Wd6且Tl≧W4，則控制所述風機工作在二級風速；
如果W10＞Th≧W9，或Wd6＞Td≧Wd4且Tl≧W4，則控制所述風機工作在一級風速；
如果Th≦W7且Td≦Wd2，或者Th≦W7且Tl≦W2，則關閉所述風機；
其中，W10＞W9＞W8＞W7＞W6＞W5＞W4＞W3＞W2＞W1， Wd6＞Wd5＞Wd4＞Wd3＞Wd2＞Wd1。
優選的，所述預設倍率等於或大於0.3C，所述預設時間等於或大於一分鐘，所述預設判斷周期為12~15分鐘，所述預設溫度大於或等於2℃。
優選的，在所述控制所述風機工作在一級風速的步驟中，如果所述風機之前工作在二級風速狀態，則先等待8~12分鐘後再通過減少所述風機的功率供應以使其工作在一級風速。
優選的，在所述控制所述風機工作在一級風速的步驟中，如果所述風機之前為關閉狀態，則立即為所述風機供電以使其工作在一級風速。在所述控制所述風機工作在二級風速的步驟中，如果所述風機之前工作在一級風速或關閉狀態，則立即增加所述風機的功率供應，使得其工作在二級風速。
優選的，所述W10為38~40℃，W9為33~35℃，W8為30~33℃，W7為28~30℃，W6為25~28℃，W5為20~23℃，W4為14~16℃，W3為10~12℃，W2為9~11℃，W1為8~10℃。所述Wd6為8~9℃，Wd5為7~8℃，Wd4為6~7℃，Wd3為5~6℃，Wd2為4~5℃，Wd1為3~4℃
本發明的電池模組自動化熱管理方法可根據電池模組工況、溫升、連續的充電倍率等條件判斷來自動化地開啟/關閉風扇、調節風速，控制電池運行的溫度環境，保證電池模組的安全，使電池組發揮最佳性能和壽命。
附圖說明
圖1為一實施例的電池模組自動化熱管理方法的流程圖。
圖2為圖1所示實施例的簡化流程圖。
具體實施方式
下面將結合具體實施例及附圖對本發明電池模組自動化熱管理方法作進一步詳細描述。
如圖1所示，一較佳實施例中，本發明的電池模組自動化熱管理方法用於電池模組的管理系統，主要用於根據電池模組當前充放電倍率、溫度等工況對散熱系統的風機進行適時控制。其中，電池模組內置多個溫度傳感器，用於檢測電池模組內多處點（一般為均勻分布的多個點）或每個電池單元的溫度。
為方便描述，首先，定義電池模組的當前最高電池溫度為Th，當前最低電池溫度為Tl，所述電池模組的當前系統溫差為Td。同時，設置十個預設電池溫度：第一至第十預設電池溫度W1~W10，六個系統溫差：第一至第六預設系統溫差Wd1~Wd6。且，W10＞W9＞W8＞W7＞W6＞W5＞W4＞W3＞W2＞W1， Wd6＞Wd5＞Wd4＞Wd3＞Wd2＞Wd1。
其中，W10為38~40℃，W9為33~35℃，W8為30~33℃，W7為28~30℃，W6為25~28℃，W5為20~23℃，W4為14~16℃，W3為10~12℃，W2為9~11℃，W1為8~10℃，Wd6為8~9℃，Wd5為7~8℃，Wd4為6~7℃，Wd3為5~6℃，Wd2為4~5℃，Wd1為3~4℃。在一優選實施例中，設定各預設值採用上述範圍的最小值。可以理解的，在其他實施例中，這些預設溫度範圍可根據電池模組的實際情況調高1至5攝氏度或調低1至5攝氏度。
本發明的電池模組自動化熱管理方法採用了兩種判斷方法，當發生特定的三種情況的情況下，採用第一種判斷方法，如果這特定的三種情況沒有一種發生，則採用第二種判斷方法。其中，情況一：電池模組在放電倍率等於或大於一預設倍率的情況下放電時間超過一預設時間，情況二：在一預設判斷周期內，電池模組的溫升大於或等於預設溫度，情況三：所述電池模組在充電倍率等於或大於所述預設倍率的情況下充電時間超過所述預設時間。這三種情況的任一情況發生時，預示著電池模組內部快速產生熱量，需要及時散熱，而沒有這三種情況發生時，預設電池模組內部溫度變化較為平緩。如此，在高倍率充放電超過預設時間的情況下，或在預設判斷周期電池模組溫升太快的情況下，採用第一種判斷方法，有效控制電池模組的溫升情況。而在低倍率充放電超過預設時間的情況下，或電池模組溫升正常的情況下，採用第二種判斷方法，節省系統能耗。
一般的，上述的預設倍率為高倍率與低倍率臨界值，例如一般等於或大於0.3C的倍率值就被認為是高倍率，反之就是低倍率。預設時間要等於或大於一分鐘，本實施例中預設時間為一分鐘。預設判斷周期為12~15分鐘，本實施例為12分鐘。預設溫度大於或等於2℃，本實施例採用2攝氏度。
第一種判斷方法包括步驟：
如果Th≧W8，或Td≧Wd5且Tl≧W3，則控制風機工作在二級風速，該二級風速可為現有恆功率驅動風扇的風速，可通過改變控制風機的PWM信號線的佔空比大小為90~100%；
如果W8＞Th≧W6，或Wd5＞Td≧Wd3且Tl≧W3，則控制風機工作在一級風速；一級風速的風速低於二級風速，例如但不限於可為二級風速的三分之二，或者為二級風速的一半左右，例如PWM信號線的佔空比大小為45%~55%；
如果Th≦W5且Td≦Wd1，或者Th≦W5且Tl≦W1，則關閉風機。
第二種判斷方法包括步驟：
如果Th≧W10，或Td≧Wd6且Tl≧W4，則控制所述風機工作在二級風速；
如果W10＞Th≧W9，或Wd6＞Td≧Wd4且Tl≧W4，則控制所述風機工作在一級風速；
如果Th≦W7且Td≦Wd2，或者Th≦W7且Tl≦W2，則關閉所述風機。
在上述控制風機工作在一級風速的步驟中，如果風機之前工作在二級風速狀態，則先等待8~12分鐘後再通過減少風機的功率供應，例如但不限於減少PWM信號線佔空比大小以使其工作在一級風速，如此，可有效避免風機頻繁在一級和二級風速之間切換。而在控制風機工作在一級風速的步驟中，如果風機之前為關閉狀態，則立即為風機供電以使其工作在一級風速；在控制風機工作在二級風速的步驟中，如果風機之前工作在一級風速或關閉狀態，則立即增加風機的功率供應，使得其工作在二級風速，快速響應電池模組工況變化。
也即，在沒有發生上述三種情況的前提下，系統對電池模組的當前最高電池溫度Th、當前最低電池溫度為Tl和當前系統溫差Td的容忍值均變高，控制風機切換檔位和關閉所對應的Th、Tl和Td值都變高。如此，在確保電池模組工作在合理溫度範圍的前提下，節省能源損耗。在發生上述三種情況時，系統根據當前Th、Tl和Td值適時調整風機風速，快速響應電池模組不同工況，有效控制電池運行的溫度環境，保證電池模組的安全，使電池組發揮最佳性能和壽命，又避免風機頻繁開啟和關閉。
此外，在程序設置上，可設定電池管理系統上電後默認第二種判斷方法，在執行第二種判斷方法的過程中，如果有情況一、情況二和情況三其中一種情況存在時，切換到第一種判斷方法。當執行第一種判斷方法的過程中，如果已不存在情況一、情況二和情況三這三種情況時，切換到第二種判斷方法。
在風機的控制結構上，可採用繼電器來控制風機的開啟與關閉，通過控制風機繼電器的閉合和斷開動作來控制風機，通過控制輸出給風機的PWM信號線的佔空比大小來控制風機的風速。
圖2為對實施例一的流程的簡化，將三種情況的判斷步驟簡化為一步，使得流程更簡單。
雖然對本發明的描述是結合以上具體實施例進行的，但是，熟悉本技術領域的人員能夠根據上述的內容進行許多替換、修改和變化、是顯而易見的。因此，所有這樣的替代、改進和變化都包括在附後的權利要求的精神和範圍內。