[发明专利]动力电池热管理装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对电动汽车动力电池热稳定性进行管理装置和方法。具体而言，涉及电动汽车发生意外事故或遭遇极端天气等非正常工况下动力电池的热管理装置和方法。

背景技术

由于全球性的石油资源持续紧缺与天气环境的不断恶化，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。但动力电池在高温、振动或挤压等情况下，电池内部会发生剧烈的反应，产生大量的热，若热量来不及散失而在电池内部积累，电池可能会燃烧或爆炸。为了可靠、安全的使用电池，特别是降低在电动汽车发生意外事故或是遭遇极端天气时(即电动汽车动力电池的非正常工况，常见非正常工况主要包括：车辆碰撞、追尾、翻车、涉水、暴雨、暴晒，以及电池的过充、过放等误操作情况)，与电池有关的潜在危险，要及时、正确地评价电池的热稳定性。因此，要设计针对电动汽车非正常工况下的动力电池热管理模块，实现对多个单体电池所组成的电池组的监控、评估、预警，以及采取相应的安全措施。

但是，现行电池热管理模块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。针对电池的预测研究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的变化趋势进行相应的预测，使得现有电池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相应的反馈措施。

因此，为确保动力电池的安全运行，特别是降低电动汽车非正常工况时与电池热稳定性有关的潜在危险，须建立一种更安全的电动汽车非正常工况下的电池热管理装置和方法，从而实现对单体电池、电池模块以及电池组的监控、评估、控制和预测。

发明内容

为减少电动汽车非正常工况下由于电池热稳定性造成的人员伤害、设备损失和经济损失，本发明提出一种电动汽车非正常工况下的电池热管理方法和装置，解决了现有技术中只采用温度和温升速率作为参考值，仅仅依靠实时监控数据采取控制措施而可能存在的安全隐患。

一种动力电池热管理装置，包括：

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；

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采取相应的控制措施，所述控制措施包括散热、关断和告警措施中的一种或多种。

其中，所述散热措施包括风冷、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所述一级和/或二级散热。

其中，所述关断阈值为A级控制级别，只要任何一个判断参数超过关断阈值，不管其他参数是否正常，或/是否处于一级散热状态，或/是否处于二级散热状态，都采取关断回路措施；所述二级散热阈值为B级控制级别，只要任何一个判断参数超过二级散热阈值，不管其他参数是否正常，或/是否处于一级散热状态，都采取二级散热措施；所述一级散热阈值为C级控制级别，判断参数超过一级散热阈值，采取一级散热措施。

一种动力电池热管理方法，包括，