動力電池溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及相應(yīng)的控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電動汽車領(lǐng)域，具體設(shè)及一種動力電池溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及相 應(yīng)的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 動力電池系統(tǒng)是電動汽車的核屯、部件之一，其性能直接影響電動汽車的性能和安 全性。由于動力電池化學(xué)材料性能的限制，動力電池的溫度只有在合適的溫度范圍內(nèi)，才能 夠正常的使用。例如憐酸鐵裡電池的正常放電溫度范圍是10°c-55°c，當(dāng)?shù)陀?TC時，動力電 池的可用容量衰減很快，當(dāng)電池溫度低于-20°c時，能夠放出的容量已經(jīng)非常少了。同樣，憐 酸鐵裡電池的正常充電溫度通常為0°c-45°c，當(dāng)動力電池溫度低于(TC時，基本上無法給動 力電池進(jìn)行充電，強行充電的情況下會造成動力電池的負(fù)極析裡，造成動力電池永久性損 壞。
[0003] 目前，許多電動汽車電池都配有熱管理系統(tǒng)來實現(xiàn)動力電池的低溫加熱。比如液 冷方案采用加熱電池冷卻液的方式進(jìn)行，通過被加熱的冷卻液在動力電池表面循環(huán)流動， 實現(xiàn)動力電池的低溫加熱功能。類似的案例有通用的沃藍(lán)達(dá)增程式混合動力電動汽車汽 車。還有風(fēng)冷方案的動力電池低溫加熱方法采用將暖風(fēng)吹入動力電池箱內(nèi)部的方式，實現(xiàn) 動力電池的低溫加熱功能。類似的案例有豐田的普銳斯插電式混合動力電動汽車。也有自 然冷卻的動力電池，通過內(nèi)置在電池箱內(nèi)部的加熱裝置(電熱絲），來強制加熱動力電池，類 似的案例有北汽的迷迪純電動汽車。
[0004] 自然冷卻結(jié)構(gòu)動力電池系統(tǒng)制造最簡單，成本最低，制造難度相對較低，電池使用 過程中的溫度均勻性好，不需要溫度控制系統(tǒng)。缺點是無法在高溫和低溫環(huán)境下正常使用。 [000引風(fēng)冷結(jié)構(gòu)的動力電池系統(tǒng)特點是制造成本較低，控制容易。缺點是電池冷卻的均 勻性不佳，冷卻風(fēng)扇噪音大，NVH性能不好，不能安裝在電動汽車的外部位置，特別是動力電 池箱體上必須留有進(jìn)出風(fēng)口，箱體無法做到完全密封，都影響到了風(fēng)冷動力電池系統(tǒng)的使 用。
[0006] 液冷結(jié)構(gòu)的動力電池系統(tǒng)特點是電池冷卻的均勻性好，冷卻效果一致，電池箱體 可W設(shè)計成完全密封式結(jié)構(gòu)，不存在漏水風(fēng)險，因此幾乎可W安裝在電動汽車的工作環(huán)境 相對較差的位置（如地板下面)而不用擔(dān)屯、漏水風(fēng)險。缺點是設(shè)計制造成本較高，冷卻系統(tǒng) 制造難度高，一旦冷卻液管道泄漏會造成嚴(yán)重的絕緣問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種動力電池溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計方 法;采用該設(shè)計方法設(shè)計的動力電池溫度控制系統(tǒng)可W在較短的時間內(nèi)將低溫下的動力電 池加熱到正常工作的溫度，而且加熱能量來源非常靈活。同時，本發(fā)明還提供了一種動力電 池溫度控制系統(tǒng)。
[0008] 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0009] -種動力電池溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，具體包括W下步驟：
[0010] (1)根據(jù)動力電池箱體的安裝布置結(jié)構(gòu)，W及動力電池箱體內(nèi)部電池模組的布置 方式，構(gòu)建動力電池箱體熱仿真計算的幾何模型；
[0011] 其中，動力電池箱體熱仿真計算的幾何模型包括多個電池單體、冷卻板、導(dǎo)熱板和 加熱裝置，冷卻板設(shè)置在相鄰的電池單體之間，導(dǎo)熱板連接在冷卻板的下部，并與加熱裝置 連接在一起；
[0012] (2)在有限元軟件環(huán)境下建立動力電池箱體的熱仿真計算模型，方式可W是利用 其他=維CAD軟件建立第一步描述的動力電池箱體熱仿真計算的幾何模型并導(dǎo)入到有限元 軟件，或者直接利用有限元軟件的幾何建模功能建立第一步描述的動力電池箱體熱仿真計 算的幾何模型;針對此動力電池箱體熱仿真計算的幾何模型，將動力電池的參數(shù)和材料，W 及初始設(shè)置的動力電池連接方式代入動力電池箱體熱仿真計算的幾何模型，將動力電池箱 體的不同工作模式下的循環(huán)工況作為輸入，得到動力電池箱體的熱仿真計算模型；
[0013] (3)由動力電池箱體的熱仿真計算模型，計算不同工況下動力電池的發(fā)熱量，分析 得到動力電池模組之間溫度分布的不一致性情況和動力電池表面流量不均勻性；
[0014] (4)根據(jù)上一步分析得到的不同工況下動力電池模組之間溫度分布的不一致性情 況和動力電池表面流量不均勻性，W提高動力電池模組不同工作模式下的溫度一致性為目 標(biāo)，優(yōu)化設(shè)計電池模組的結(jié)構(gòu)設(shè)計和流場設(shè)計，即優(yōu)化設(shè)計動力電池箱體熱仿真計算的幾 何模型；
[0015] (5)根據(jù)上一步優(yōu)化設(shè)計過的動力電池箱體熱仿真計算的幾何模型，確定動力電 池溫度控制方式和保護(hù)方法；
[0016] (6)將上一步確定的動力電池溫度控制方式和保護(hù)方法，增加到第二步動力電池 箱的熱仿真計算模型，即增加滿足電池低溫加熱需求的電池加熱器的加熱功率參數(shù)，再次 進(jìn)行分析計算，得到不同工況下動力電池的發(fā)熱量，分析得到動力電池模組之間溫度分布 的不一致性情況和動力電池表面流量不均勻性.
[0017] (7)判斷上一步的結(jié)果是否滿足動力電池箱的溫度控制要求，若滿足則完成系統(tǒng) 設(shè)計，若不滿足則轉(zhuǎn)入第四步。
[0018] 進(jìn)一步的，所述動力電池的發(fā)熱量計算公式為： 其中Vw為高 溫冷卻和低溫加熱情況下的冷卻液的循環(huán)量;Qw為需要冷卻液帶走的熱量；A U為冷卻液在 冷卻系統(tǒng)中循環(huán)時的容許溫升，對強制循環(huán)冷卻系統(tǒng)，A tw=6~12°C; 丫W(wǎng)為冷卻液的比重； Cw為冷卻液的比熱。
[0019] 進(jìn)一步的，所述冷卻液為空氣。
[0020] 進(jìn)一步的，所述冷卻液的需要量化計算公式為：
[0021] 其中Qa為散熱器的空氣散熱量，Ata為空氣進(jìn)入散熱器W前與通過散熱器W后的 溫度差，丫 a為空氣的重度;Cp為空氣定壓比熱。
[0022] 進(jìn)一步的，所述散熱器平均換熱溫差的計算方法為：
[0023] 其中，A Uax和A Uin分別代表按照逆流布置時的冷熱流體的溫差的最大值和最小 值，4是小于1的修正系數(shù)。
[0024] 本發(fā)明還同時提供了一種根據(jù)動力電池溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計方法設(shè)計的動力電 池溫度控制系統(tǒng)，包括用于提供加熱電源的充電機、充電繼電器、電池的充電電路、加熱繼 電器、加熱裝置、冷卻板、導(dǎo)熱板和加熱電路;冷卻板設(shè)置在相鄰的電池單體之間，導(dǎo)熱板連 接在冷卻板的下部，并與加熱裝置連接在一起;所述加熱繼電器控制所述加熱電路的通斷； 所述充電繼電器控制所述充電電路的通斷，充電狀態(tài)時斷開所述加熱電路，加熱狀態(tài)時斷 開所述充電電路。
[0025] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0026] 1、本發(fā)明所提供的動力電池溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計方法通過動力電池箱體的熱仿 真計算模型，計算不同工況下動力電池的發(fā)熱量，W及分析動力電池模組之間溫度分布的 不一致性情況和動力電池表面流量不均勻性；W提高動力電池模組不同工作模式下的溫度 一致性為目標(biāo)，不斷優(yōu)化設(shè)計電池模組的結(jié)構(gòu)設(shè)計和流場設(shè)計，從而獲得了最優(yōu)的溫度控 制系統(tǒng)方案。該設(shè)計方法具有可靠性高，實用性強等特點，可廣泛應(yīng)用于動力電池溫度控制 系統(tǒng)的設(shè)計。
[0027] 2、本發(fā)明提供的動力電池溫度控制系統(tǒng)的加熱能量來源非常靈活，可W來自于車 載充電機提供的充電功率，也可W來自于直流充電粧提供的充電功率，甚至在動力電池存 儲的能量較多的情況下，利用動力電池本身的能量為電池加熱器提供加熱功率，動力電池 在為電池加熱器提供加熱功率的同時，溫度也在迅速升高，可W在更短的時間內(nèi)完成動力 電池從低溫加熱到合適的工作溫度。
[0028] 3、本發(fā)明提供的動力電池溫度控制系統(tǒng)可W使得電動汽車在低溫環(huán)境下正常充 電和使用，大大拓寬了電動汽車的使用環(huán)境，使得電動汽車可W在低溫環(huán)境下有近似常溫 環(huán)境的動力性能。
[0029] 4、本發(fā)明提供的動力電池溫度控制系統(tǒng)充分考慮了動力電池的加熱需求，性能安 全可靠，而且能保證整個加熱過程不會失控，不會引起可能的危險，比如動力電池的爆炸， 起火等事故等。
【附圖說明】
[0030] 圖1為動力電池箱體熱仿真計算的幾何模型；
[0031] 圖2是本發(fā)明的動力電池溫度控制系統(tǒng)的原理圖；
[0032] 圖3是對動力