一种动力电池包热管理系统和管理方法与流程

1.本发明属于新能源汽车技术领域，特别涉及一种动力电池包热管理系统和管理方法。


背景技术：

2.混动汽车作为新能源车的一种，在目前燃油车向电动车切换的市场环境下占有一定量的市场份额。与纯电动汽车相比，不只有电能，还有燃料能作为汽车的驱动能源来使用。一定程度上节省燃料，提高汽车的节油率。为满足混动汽车的正常行驶功能，电池包需具有一定功率的充放电能力。电池包在不同的温度条件下可允许的充放电功率存在差异，其中在25℃常温理想环境下，电池包的充放电性能最佳，温度过高或过低，电池包都无法发挥理想的充放电能力，进而无法实现整车需要的工况。电池包温度如果过高，还会存在起火爆炸等安全隐患。因此需要对电池包进行热管理设计，一方面，确保整个电池包的安全性；另一方面，确保整个电池包处于适宜的温度区间范围内，最大程度地发挥电池包本身的充放电性能。
3.目前，电池包在低温条件下加热可通过电池包内部设置加热膜或ptc来实现，另外还可以通过设置电池包箱体底部液热管路来对电池包进行加热。其中，加热膜或ptc需集成在电池包内部，加热电池包过程需要消耗电池包本身的电量。加热速率越高，耗电量越高。对于电量设置较低，加热速率要求较高的混动电池包来说，加热膜或ptc加热电池不易实现。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种动力电池包热管理系统和管理方法，通过对电池包内部电芯温度和电池包进口循环水温度的监测，来调节电池包进口循环水流量阀的大小，从而使电池温度保持在合适范围内。比较简单方便，易于控制。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种动力电池包热管理系统，包括动力电池包1、发动机冷却系统2、整车控制器3、电池管理系统4、电芯温度采集模块10、电池包进口温度采集模块9；
7.所述发动机冷却系统2的外水循环管路与动力电池包1的内循环管路连接；所述电池包进口温度采集模块9位于外水循环管路上；
8.所述电池管理系统4与电芯温度采集模块10连接，用于获取电池内部电芯的温度；所述整车控制器3与电池管理系统4通信连接，在发动机冷却水温低于第一阈值时，控制发动机冷却系统2中的冷却水进入动力电池包1内循环管路，对动力电池包1进行加热；以及获取电芯的温度和电池包进口处的温度，在电池包进口处的温度高于第一阈值，或者电芯的最低温度高于第二阈值或者最高温度高于第三阈值时，控制断开动力电池包1和发动机冷却系统2之间的外循环管路连接，对动力电池包1通过内部加热膜加热到预设的温度。
9.进一步的，所述外水循环管路上靠近电池进口温度采集模块9的位置设置电池包
进口循环水流量阀11，所述电池包进口循环水流量阀11与整车控制器3通信连接，用于接收整车控制器3发出的信号，在发动机冷却水温低于第一阈值时，打开阀门，对动力电池包1进行加热；以及在在电池进口处的温度高于第一阈值，或者电芯的最低温度高于第二阈值或者最高温度高于第三阈值时，关闭阀门。
10.进一步的，所述电池包进口循环水流量阀11采用开度可控电磁阀。
11.进一步的，所述发动机冷却系统2包括发动机、水泵5、风扇6和发动机冷却系统内管道组成；所述水泵5在发动机的驱使下，使水通过管道通过外水循环管路流入动力电池包1的内循环管路；所述风扇用于发动机冷却系统2内部的散热。
12.进一步的，所述外循环管道包括电池包进口循环水管路7和电池包出口循环水管路8；
13.所述发动机冷却系统2的水通过电池包进口循环水管路7进入动力电池包1的内循环管路，对动力电池包1加热后通过电池包出口循环水管路8再流入发动机冷却系统2的管道。
14.进一步的，所述动力电池包1设置电池包进水口13和电池包出水口14；所述电池包进水口13连通电池包进口循环水管路7；所述电池包出水口14连通电池包出口循环水管路8。
15.进一步的，所述电芯温度采集模块10包括多个电芯温度采集子模块；用于采集电芯内部不同位置的温度。
16.本发明还提出了一种动力电池包热管理方法，是基于一种动力电池包热管理系统实现的，运行于整车控制器中，包括以下步骤：
17.获取发动机冷却水的温度，如果发动机冷却水的温度低于第一阈值，则控制发动机冷却系统2中的冷却水进入动力电池包1内循环管路，对动力电池包1进行加热；
18.获取电芯的温度和电池进口处的温度，在电池进口处的温度高于第一阈值，或者电芯的最低温度高于第二阈值或者最高温度高于第三阈值时，控制断开动力电池包1和发动机冷却系统2之间的外循环管路连接，对动力电池包1通过内部加热膜加热到预设的温度。
19.进一步的，所述第一阈值为60
°
。
20.进一步的，所述第二阈值为20
°
；所述第三阈值为40
°
。
21.发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
22.本发明提出了一种动力电池包热管理系统和管理方法，包括动力电池包、发动机冷却系统、整车控制器、电池管理系统、电芯温度采集模块和电池包进口温度采集模块；发动机冷却系统的外水循环管路与动力电池包的内循环管路连接；电池包进口温度采集模块位于外水循环管路上；电池管理系统与电芯温度采集模块连接，用于获取电池内部电芯的温度；整车控制器与电池管理系统通信连接，在发动机冷却水温低于第一阈值时，控制发动机冷却系统中的冷却水进入动力电池包内循环管路，对动力电池包进行加热；以及获取电芯的温度和电池包进口处的温度，在电池包进口处的温度高于第一阈值，或者电芯的最低温度高于第二阈值或者最高温度高于第三阈值时，控制断开动力电池包和发动机冷却系统之间的外循环管路连接，对动力电池包通过内部加热膜加热到预设的温度。基于一种动力
电池包热管理系统，还提出了一种动力电池包热管理方法，本发明采用发动机冷却水加热电池，发动机在怠速状态下冷却水温低于60℃，可以用于电池在低温环境下加热。管路连接比较简单，不需要额外增加多余液热设备。
23.本发明通过对电池包内部电芯温度和电池包进口循环水温度的监测，来调节电池包进口循环水流量阀的大小，从而使电池温度保持在合适范围内。比较简单方便，易于控制。
附图说明
24.如图1为本发明实施例1动力电池包热管理结构设计示意图；
25.如图2为本发明实施例1动力电池包热管理控制逻辑示意图；
26.如图3为本发明实施例2一种动力电池包热管理方法流程图；
27.其中，1-动力电池包、2-发动机冷却系统、3-整车控制器、4-电池管理系统、5-水泵、6-风扇、7-电池包进口循环水管路、8-电池包出口循环水管路、9-电池包进口循环水温度监测、10-电芯温度监测、11-电池包进口循环水流量阀、12-电池包内部水循环管路、13-电池包进水口、14-电池包出水口。
具体实施方式
28.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
29.实施例1
30.本发明实施例1提出了一种动力电池包热管理系统，用于动力电池包在低温环境下的加热问题。整车在启动后，发动机开始处于怠速状态，慢慢进入到工作状态。发动机工作会产生一定的热量。发动机冷却系统可以降低发动机内部的热量，将发动机温度控制在一定温度范围内。同时由于冷却发动机，发动机冷却水温会上升，将该部分水温上升的冷却水通入到电池内部循环管路中，可加热电池，满足电池在低温环境下的加热问题。由此可将发动机产生的热量传递给电池，实现电池在冷启动工况下加热到合理温度。
31.电池箱底部液热管路加热引入外部热源，不需要消耗电池电量，可满足电池加热需求。
32.如图1为本发明实施例1动力电池包热管理结构设计示意图；如图2为本发明实施例1动力电池包热管理控制逻辑示意图；
33.图2中，bms(电池管理系统)简介bms是battery management system的缩写。vcu是实现整车控制决策的核心电子控制单元。
34.该系统包括动力电池包1、发动机冷却系统2、整车控制器3、电池管理系统4、电芯温度采集模块10、电池包进口温度采集模块9；
35.发动机冷却系统2的外水循环管路与动力电池包1的内循环管路连接；所述电池包
进口温度采集模块9位于外水循环管路上；
36.电池管理系统4与电芯温度采集模块10连接，用于获取电池内部电芯的温度；所述整车控制器3与电池管理系统4通信连接，在发动机冷却水温低于第一阈值时，控制发动机冷却系统2中的冷却水进入动力电池包1内循环管路，对动力电池包1进行加热；以及获取电芯的温度和电池包进口处的温度，在电池包进口处的温度高于第一阈值，或者电芯的最低温度高于第二阈值或者最高温度高于第三阈值时，控制断开动力电池包1和发动机冷却系统2之间的外循环管路连接，对动力电池包1通过内部加热膜加热到预设的温度。
37.外水循环管路上靠近电池包进口温度采集模块9的位置设置电池包进口循环水流量阀11，所述电池包进口循环水流量阀11与整车控制器3通信连接，用于接收整车控制器3发出的信号，在发动机冷却水温低于第一阈值时，打开阀门，对动力电池包1进行加热；以及在在电池包进口处的温度高于第一阈值，或者电芯的最低温度高于第二阈值或者最高温度高于第三阈值时，关闭阀门。
38.电池包进口循环水流量阀11采用开度可控电磁阀。
39.电芯温度采集模块10可采集电池包内电芯最高温度和电芯最低温度。
40.发动机冷却系统2包括发动机、水泵5、风扇6和发动机冷却系统内管道组成；水泵5在发动机的驱使下，使水通过管道通过外水循环管路流入动力电池包1的内循环管路；风扇用于发动机冷却系统2内部的散热。
41.外循环管道包括电池包进口循环水管路7和电池包出口循环水管路8；
42.发动机冷却系统2的水通过电池包进口循环水管路7进入动力电池包1的内循环管路，对动力电池包1加热后通过电池包出口循环水管路8再流入发动机冷却系统2的管道。
43.动力电池包1设置电池包进水口13和电池包出水口14；电池包进水口13连通电池包进口循环水管路7，电池包出水口14连通电池包出口循环水管路8。
44.当发动机处于怠速状态时，发动机冷却水温低于60℃，可满足给电池包加热的条件。此时可将发动机循环水冷却发动机后还未经散热的冷却水分出一部分支路用于给电池包加热。该部分冷却水从所述发动机冷却系统2流出后，流经电池包进口循环水管路7进入电池内部水循环管路，对电池包进行液热，液热后的循环水再由电池包出口循环水管路8流出，流回发动机冷却系统2，进行发动机循环水冷却。至此完成电池包的加热过程。
45.发动机冷却水加热电池包的控制主要通过以下过程来实现。首先，电池管理系统(bms)4会实时采集电池内部电芯的温度10，包括电芯的最高温度和电芯的最低温度，并将温度监测信息传给整车控制器(vcu)3，电池包进口循环水的温度9也可由整车控制器(vcu)3采集，当电池包进口循环水的温度9高于60℃或电池内部电芯最低温度高于20℃或电芯最高温度高于40℃时，整车控制器(vcu)3控制电池包进口循环水流量阀11切断，保证进入电池包的循环水在温度不会超过60℃的前提下将电池包内部电芯加热到适合充放电的温度范围。电池包被加热到合适的温度范围后，开始后续的充放电过程。
46.本发明实施例1提出的一种动力电池包热管理系统，采用发动机冷却水加热电池，发动机在怠速状态下冷却水温低于60℃，可以用于电池在低温环境下加热。管路连接比较简单，不需要额外增加多余液热设备。
47.本发明实施例1提出的一种动力电池包热管理系统，通过对电池包内部电芯温度和电池包进口循环水温度的监测，来调节电池包进口循环水流量阀的大小，从而使电池温
度保持在合适范围内。比较简单方便，易于控制。
48.实施例2
49.基于本发明实施例1提出的一种动力电池包热管理系统，本发明实施例2还提出了一种动力电池包热管理方法。如图3为本发明实施例2一种动力电池包热管理方法流程图；
50.在步骤s300中，开始处理该流程。
51.在步骤s310中，获取发动机冷却水的温度。
52.在步骤s320中，判断发动机冷却水的温度是否低于第一阈值，本技术中第一阈值设置为60
°
。如果小于第一阈值，则执行步骤s330，否则执行步骤s340。
53.在步骤s330中，控制发动机冷却系统2中的冷却水进入动力电池包1内循环管路，对动力电池包1进行加热；
54.在步骤s340中，控制断开动力电池包1和发动机冷却系统2之间的外循环管路连接，对动力电池包1通过内部加热膜加热到预设的温度；
55.在步骤s350中，获取电芯的温度和电池包进口处的温度；
56.在步骤s360中，判断电池包进口处的温度是否高于第一阈值，或者电芯的最低温度是否高于第二阈值或者电芯最高温度是否高于第三阈值，本技术中第二阈值设置为20
°
，第三阈值设置为40
°
。如果电池包进口处的温度高于第一阈值，或者电芯的最低温度高于第二阈值或者电芯最高温度高于第三阈值，则执行步骤s370，否则返回执行步骤s330。
57.在步骤s370中，控制断开动力电池包1和发动机冷却系统2之间的外循环管路连接，对动力电池包1通过内部加热膜加热到预设的温度。
58.在步骤s380中，结束该流程。
59.本发明实施例2提出的一种动力电池包热管理方法，采用发动机冷却水加热电池，发动机在怠速状态下冷却水温低于60℃，可以用于电池在低温环境下加热。管路连接比较简单，不需要额外增加多余液热设备。
60.本发明实施例2提出的一种动力电池包热管理方法，通过对电池包内部电芯温度和电池包进口循环水温度的监测，来调节电池包进口循环水流量阀的大小，从而使电池温度保持在合适范围内。比较简单方便，易于控制。
61.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本技术实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
62.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的修改或变形。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。