一种电池包温度控制系统及方法与流程

本发明涉及电动车技术领域，具体涉及一种电池包温度控制系统及方法。

背景技术：

目前，新能源汽车已是全球汽车产业发展的大趋势。而作为新能源汽车领域的大国，新能源汽车在我国南方发展迅猛、在北方地区持续低迷已是不争的事实。究其原因，是由于大多数的动力电池当温度高于40℃和低于0℃都会影响电池的充放电效能、容量和寿命，并且电池箱为了散热需要，没有加设保温层，当北方进入冬季时，如果室外温度为-25℃甚至更低时，严重的影响了动力电池的充放电效果。

为解决以上问题，一是研究新型电池材料及技术，提高动力电池自身的温度适应范围，二是增加预热、保温装置，提高动力电池包的自身温度，满足动力锂电池的使用温度要求。现有的电动车大多采用预热保温的方式提高电池的环境适应性，而现有电动车的循环系统，各个电池包单体全部串连在主管路上，由于管路太长，温度损失较大，造成不同电池包之间的温差较大。且电池包在加热时，并不能保证温度同时达到目标温度。这就导致目标温度计算不准确，且加热完成后，有的电池包超过目标温度，而有的电池包还未达到目标温度，这均会影响到电池包的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种电池包之间加热温度误差小，且能保证每个电池包均能达到目标温度，提高电池使用寿命的电池包温度控制系统及方法。

本发明一种电池包温度控制系统，其技术方案为：包括膨胀水箱、散热器及风扇总成和用于连接水泵、燃油加热器、温度传感器和若干个电池包液冷板的主管，所述膨胀水箱与散热器及风扇总成进水口连通，还包括水路分配器和水路汇流阀，所述主管通过水路分配器分为若干支管，所述支管通过所述水路汇流阀汇集至主管，所述若干个电池包液冷板并联设置在各个支管上，所述温度传感器包括设置在水泵下游与水路分配器上游之间的温度传感器ts1和设置在水泵上游与水路汇流阀下游之间的温度传感器ts2。

较为优选的，还包括第一两位三通阀和第二两位三通阀，所述第一两位三通阀的进水口与水泵连接，两个出水口分别与散热器及风扇总成的进水口和第二两位三通阀的一个进水口连接，所述第二两位三通阀的出水口与温度传感器ts1连接，所述第二两位三通阀的另一个进水口与散热器及风扇总成的出水口连接。

较为优选的，还包括若干压力传感器、若干流量传感器和若干电磁截止阀，所述水泵下游与水路分配器上游之间串联有压力传感器ps1和流量传感器fs1，所述水泵上游与水路汇流阀下游之间串联有压力传感器ps6和流量传感器fs2，每路支管在水路分配器和电池包液冷板之间均串联有电磁截止阀和压力传感器。

较为优选的，还包括液体缓压器、电子膨胀阀、三通阀和四通阀，所述四通阀进水口与温度传感器下游主管连接，所述四通阀的三个出水口分别与液体缓压器进水口、电子膨胀阀进水口和压力传感器ps1上游主管连接，所述三通阀的两个进水口分别与电子膨胀阀出水口和流量传感器fs2下游主管连接，所述三通阀的出水口通过一个排气阀和一个冷却液滤清器与燃油加热器进水口连接。

本发明一种电池包温度控制方法，其技术方案为：应用该方法的电池包温度控制系统中，电池包液冷板通过若干支管并联设置，且每条支路均设有电磁截止阀，该方法包括：

接收启动指令；

读取电池管理系统bms的数据，根据电池管理系统bms中各个电池包的平均温度数据进行工作模式判断：

当各个电池包的平均温度数据＝设定电池包理想工作温度时，不作处理；

当各个电池包的平均温度数据＞设定电池包理想工作温度，且温度差超过标定值，进入冷却模式；

当各个电池包的平均温度数据＜设定电池包理想工作温度，且温度差超过标定值，系统进入加热模式；

若进入冷却模式中，则接入散热器及风扇总成，并控制风扇运行，直至各个电池包的平均温度降低至目标温度t1；

若进入加热模式，则启动燃油加热器对管路液体进行加热，在加热过程中，按照电池包温度达标的先后顺序依次断开各个电池包支路对应的电磁截止阀，直至所有电池包温度均达到目标温度t1。

较为优选的，所述加热模式中，若加热后的温度超过目标加热温度t1，则进行降温处理；

当加热后的温度超过设定值t3，则接入散热器及风扇总成，利用散热器中的液体来降温；

当加热后的温度超过设定值t4，则接入散热器及风扇总成，同时开启散热风扇，利用散热器中的液体和风扇进行降温；

所述t1＜t3＜t4。

较为优选的，所述目标温度t1根据环境温度和各个电池包的平均温度进行计算，所述环境温度通过设置在水泵上游和下游的温度传感器ts2和温度传感器ts1进行测量；

在进行所述工作模式判断之前，进行温度传感器ts1和温度传感器ts2故障检测：

电池包温度控制系统的控制器上电时，若温度传感器ts1和温度传感器ts2反馈测量值无测量值或不在测量范围内，则判断温度传感器ts1或ts2故障，并发送温度传感器故障码代码；

将温度传感器ts1和温度传感器ts2的测量值分别与bms发送的各个电池包的平均温度进行比对，若误差超出合理范围，则判断温度传感器ts1或ts2故障，并发送温度传感器故障码代码。

较为优选的，应用该方法的电池包温度控制系统中，在主管的水泵上游和下游、以及每个电池包对应的支管上均设有压力传感器，所述压力传感器的故障判断方法为：

电池包温度控制系统的控制器上电时，若压力传感器无测量值或不在测量范围内，则判断该压力传感器故障，并发送压力传感器故障码代码；

控制水泵以规定转速运行，将压力传感器的测量值与系统首次运行时压力传感器的标定值进行比对，若误差超出允许的误差范围，则判断该压力传感器故障，并发送压力传感器故障码代码。

较为优选的，应用该方法的电池包温度控制系统中，在主管的水泵上游和下游设有流量传感器，所述流量传感器的故障判断方法为：

电池包温度控制系统的控制器上电时，若流量传感器无测量值或不在测量范围内，则判断该流量传感器故障，并发送流量传感器故障码代码；

控制水泵以规定转速运行，将上游和下游的流量传感器之间的测量差值与允许误差范围进行比较，若误差超出允许的误差范围，则判断该流量传感器故障，并发送流量传感器故障码代码；

控制水泵以规定转速运行，将流量传感器的测量值与系统首次运行时流量传感器的标定值进行比对，若误差超出允许的误差范围，则判断该流量传感器故障，并发送流量传感器故障码代码。

较为优选的，还包括主管和支管状态判断，其方法为：

在所有传感器无故障的前提下

若在一个采样时间段内，水泵上游和下游的流量传感器测量值相同，且水泵上游和下游的压力传感器测量值以及每条支路上的压力传感器测量值均相同，则判断为主管与支管均正常；

若在一个采样时间段内，水泵上游和下游的流量传感器测量值相同，且水泵上游和下游的压力传感器测量值相同，若某条支管的压力传感器测量值大于水泵上游和下游的压力传感器测量值，则判断为该条支管堵塞；

若在一个采样时间段内，水泵下游流量传感器测量值大于上游的流量传感器测量值，水泵下游压力传感器测量值大于上游的压力传感器测量值，且各条支路上压力传感器测量值相等并大于水泵上游、下游压力传感器测量值，则判断为各电池包支管压力传感器下游部分漏液；

若在一个采样时间段内，水泵下游流量传感器测量值大于上游的流量传感器测量值，水泵下游压力传感器测量值大于上游的压力传感器测量值，且各条支路上压力传感器测量值与水泵上游、下游压力传感器测量值相等，则判断为各电池包支管压力传感器上游部分漏液；

若在一个采样时间段内，水泵下游流量传感器测量值小于上游的流量传感器测量值，水泵下游压力传感器测量值大于上游的压力传感器测量值，则判断为水泵下游管路堵塞；

若在一个采样时间段内，水泵下游流量传感器测量值小于上游的流量传感器测量值，水泵下游压力传感器测量值小于上游的压力传感器测量值，则判断为水泵至两个流量传感器之间的管路堵塞。

本发明的有益效果为：该系统与控制方法能在高寒地区，给液冷电池包以合适的温升加热，保证环境温度极低的情况下动力电池能正常充、放电，使纯电动车型在极低的环境温度下能正常运行；且该系统能在电池温度超过正常工作范围时，给电池包及时有效降温。

1、采用水路分配器和水路汇流阀将主管分流成多个支路，将电池包单体并联设置在各个支路上，有效的降低了电池包之间的管路长度，降低了电池包之间的温差，提高了测量精度，使电池包目标温度的计算更准确，提高了电池整体寿命。且各并联电池包支路均设置液压和温度采集，可以精确控制温度达到对各电池包均温加热到适合工作模式。

2、利用两位三通阀这种纯机械构件形成散热器及风扇总成与循环系统之间的连接件，在加热模式中使散热器中的大量冷却液被隔离在循环系统外，大大减少了需要加热的液体总量，使电池包温度升高效率大大提高。

3、采用电子膨胀阀连接三通阀与四通阀，在四通阀下游与三通阀上游之间管路堵塞时，形成小循环，有效的降低管路压力，提高管路循环的安全性。

4、通过四通阀连接液体缓压器，有效降低水泵转速变化导致的循环液波动，提高流量传感器和压力传感器的测量准确性。

5、根据电池包达到目标温度的先后顺序依次断开支路，使每个电池包均能够正好达到目标温度，避免温度过低或过加热，有效的提高了电池额的使用寿命。

6、在温度加热超过目标时，根据超过目标温度的程度不同，采用散热器冷却液降温或风扇降温，更加节能。

附图说明

图1为本发明一种电池包温度控制系统的结构示意图；

图2为本发明一种电池包温度控制系统的电气示意图；

图3为本发明一种电池包温度控制方法流程图。

图中：1—膨胀水箱，2—散热器及风扇总成，3—两位三通阀1，4—两位三通阀2，5—温度传感器ts1，6—四通阀，7—液体缓压器，8—压力传感器ps1，9—流量传感器fs1，10—水路分配器，11—电磁截止阀4，12—电磁截止阀3，13—电磁截止阀2，14—电磁截止阀1，15—压力传感器ps5，16—压力传感器ps4，17—压力传感器ps3，18—压力传感器ps2，19—电池包4液冷板，20—电池包3液冷板，21—电池包2液冷板，22—电池包1液冷板，23—水路汇流阀，24—压力传感器ps6，25—温度传感器ts2，26—单向阀，27—流量传感器fs2，28—三通阀，29—电子膨胀阀，30—排气阀，31—冷却液滤清器，32—燃油加热器，33—水泵，34—系统控制器，35—电池bms系统，36—遥控模块，37—整车控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，包括膨胀水箱1、散热器及风扇总成2和用于连接水泵33、燃油加热器32、温度传感器和若干个电池包液冷板的主管。所述膨胀水箱1与散热器及风扇总成2进水口连通，还包括水路分配器10和水路汇流阀23，所述主管通过水路分配器10分为若干支管，所述支管通过所述水路汇流阀23汇集至主管，所述若干个电池包液冷板，包括1电池包4液冷板9、电池包3液冷板20、电池包2液冷板21、电池包1液冷板22并联设置在各个支管上。所述温度传感器包括设置在水泵下游与水路分配器上游之间的温度传感器ts15和设置在水泵上游与水路汇流阀23下游之间的温度传感器ts225。

较为优选的，还包括第一两位三通阀3(即两位三通阀1)和第二两位三通阀4(即两位三通阀2)，所述第一两位三通阀3的进水口与水泵33连接，两个出水口分别与散热器及风扇总成2的进水口和第二两位三通阀4的一个进水口连接，所述第二两位三通阀4的出水口与温度传感器ts15连接，所述第二两位三通阀4的另一个进水口与散热器及风扇总成2的出水口连接。

较为优选的，还包括若干压力传感器、若干流量传感器和若干电磁截止阀，所述水泵33下游与水路分配器10上游之间串联有压力传感器ps18和流量传感器fs19，所述水泵33上游与水路汇流阀23下游之间串联有压力传感器ps624和流量传感器fs227，每路支管在水路分配器10和电池包液冷板之间均串联有电磁截止阀11～14和压力传感器。其中，压力传感器包括压力传感器ps515、压力传感器ps416、压力传感器ps317、压力传感器ps218。

较为优选的，还包括液体缓压器7、电子膨胀阀29、三通阀28和四通阀6，所述四通阀6进水口与温度传感器5下游主管连接，所述四通阀6的三个出水口分别与液体缓压器7进水口、电子膨胀阀29进水口和压力传感器ps18上游主管连接，所述三通阀28的两个进水口分别与电子膨胀阀29出水口和流量传感器fs227下游主管连接，所述三通阀28的出水口通过一个排气阀30和一个冷却液滤清器31与燃油加热器32进水口连接。

液体缓压器7，用于吸收水泵33运行时产生的压力波动，保证各传感器采集的参数更加准确；管路中还安装有单向阀26，保证可调整系统冷却液的压力，防止压力的反作用；排气阀30，可将管路中产生的气泡排出管路；实施例中用四通阀6、三通阀28、将电子膨胀阀29并联入管路，在下游管路堵塞而引起的管路压力急速升高时，冷却与加热系统控制器34控制该阀打开，保证系统管路压力在合理范围内；实施例中有电磁截止阀11、12、13、14，设置于各电池包液冷支路上，当电池包下游管路出现故障可断开该支路。

如图2所示，该系统通过遥控模块36接收驾驶员发出的启动加热系统的遥控指令；实施例中冷却与加热系统控制器34通过can总线与电池包bms35相连，接收电池相关信息(包括各个电池包的温度数据)。或向整车控制器37发送故障信息，所述系统控制根据电池相关信息和工作模式，控制所述水泵、散热风扇、液体加热器、两位三通阀、电磁截止阀等。

如图3所示，一种电池包温度控制方法流程如下：

第一步，整车在停车状态，驾驶员按下手动或遥控开关，发出启动系统的指令，所述系统控制器接收指令，进行步下一步；

第二步，所述系统控制器启动自检程序，自检失败则系统发出报警信号，进入故障处理模式；自检通过则进行下一步；

第三步，所述系统控制器激活系统中已连接的各种传感器，并读取记录各传感器数据，判断各传感器是否存在故障，其中：

温度传感器ts1、ts2的故障判断逻辑：第一步系统控制器上电，温度传感器上电开始工作，其反馈测量值应在测量范围之内(如-30℃～90℃)；如传感器无测量值或测量值在测量范围值之外，则控制器判断为温度传感器故障。第二步控制器会将每个传感器的测量值与bms系统发送过来的平均温度做比对，其误差在合理范围内(此范围根据具体温度传感器测量精度设定)，视为传感器正常；如测量温度与平均温度差值误差太大，则控制器判断为传感器故障。系统发出温度传感器故障码代码；如系统判定一个传感器故障，系统可带故障运行n小时后无法运行(跛行原则)；当系统判定两个传感器同时故障，系统无法运行同时报严重故障。

压力传感器ps1、ps2、ps3、sp4、ps5、ps6的故障判断逻辑：第一步系统控制器上电，压力传感器上电开始工作，其反馈测量值应在测量范围之内(如0～0.6mpa)；如传感器无测量值或测量值在测量范围值之外，则控制器判断为压力传感器故障。第二步控制器会启动水泵以一定转速运行，将六个压力传感器的测量值与系统首次运行的各压力传感器标定值做对比，与标定值误差大于范围值的判断为传感器故障。

流量传感器fs1、fs2的故障判断逻辑：第一步系统控制器上电，流量传感器上电开始工作，其反馈测量值应在测量范围之内(如0～0l/min)；如传感器无测量值或测量值在测量范围值之外，则控制器判断为流量传感器故障。第二步控制器会启动水泵以一定转速运行，将两个流量传感器的测量值互相比对，其误差在合理范围内(此范围根据具体流量传感器测量精度设定)，判断为传感器正常；如两个流量传感器测量值误差太大，则通过控制器判断流量传感器可能故障。第三步控制器会将各传感器测量值与系统首次运行的流量传感器标定值做对比，与标定值误差大于范围值的判断为传感器故障或系统故障。

所述传感器有任意一个压力、流量传感器参数值有异常，即判定为故障，系统进入故障处理模式；系统确定各传感器无故障，系统进行下一步；

系统在判断传感器故障的同时通过can报文信号激活电池bms开始自检，bms自检失败，系统进入故障处理模式；bms自检通过，读取各电池包、模组温度，通过can报文发送给加热系统控制器，系统进行下一步。

第四步，具体为系统控制器确认传感器无故障，bms通讯正常，控制器启动水泵以恒定转速运行，根据各传感器参数，确认系统管路中无堵塞、漏液等故障。

具体故障判断逻辑：流量传感器fs1、fs2及压力传感器ps1、ps2、ps3、ps4、ps5、ps6的测量值对比，定义ps1、ps6为主管路压力传感器，定义ps2、ps3、ps4、ps5为支路压力传感器，系统正常运行时各传感器参数值为系统故障判断绝对值。

1.若一时间段内(以秒为数量级)fs1值＝fs2值，且ps1值、ps2、ps3、ps4、ps5、ps6值相等，且各种系统绝对值误差在范围内，判定为系统管路正常；

2.若一时间段内fs1值＝fs2值，且ps1值＝ps6值，ps2、ps3、ps4、ps5中任意一传感器的值大于ps1、ps6值，且fs1、fs2、ps1、ps6值与绝对值误差在范围内，判断该支路堵塞；

3.若一时间段内fs1值＞fs2值，ps1值＞ps6值，ps2、ps3、ps4、ps5值相等且值大于ps6值,判定为各电池包支路下游部分漏液。

4.若一时间段内fs1值＞fs2值，ps1值＞ps6值，ps2、ps3、ps4、ps5值相等且值＝ps6值,判定为各电池包支路压力传感器上游部分漏液。

5.若一时间段内fs1值＜fs2值，ps1值＞ps6值，判定流量传感器ps1下游段管路堵塞。

6.若一时间段内fs1值＜fs2值，ps1值＜ps6值，判定流量传感器fs2下游至流量传感器fs1段管路漏液。

系统有故障，进入故障处理模式，系统无故障，进入下一步。

第五步，冷却与加热系统控制器根据bms发送过来的温度信息做计算，判断系统是进入冷却模式、解热模式或不运行的模式。具体为：

1.各个电池包的平均温度数据≈设定电池包理想工作温度(范围值)，系统不运行；

2.各个电池包的平均温度数据＞设定电池包理想工作温度，且温度差到一定值，系统进入冷却模式；

3.各个电池包的平均温度数据＜设定电池包理想工作温度，且温度差到一定值，系统进入加热模式。

第六步，若系统检测通过并判断进入冷却模式，系统控制器根据电池包温度值计算出电磁风扇的转速、水泵的转速及液体流速，持续运行将电池包温度降低至理想工作温度范围，并持续运行系统保持该温度至整车发出动力电池断电的报文信息。

第七步，若系统检测通过并判断进入加热模式，具体为所述系统控制器控制水泵运转至最高转速，同时给两个两位三通阀供电，将散热器及风扇总成接入系统管路回路，对系统管路进行补液并排除液体中的空气；运行60s左右后进行下一步；

第八步，所述系统控制器给两个两位三通阀断电，将散热器及风扇总成隔离出系统；系统进行下一步；

第九步，所述系统控制器发送启动指令给燃油加热器，燃油加热器预热约60s后开始点火工作；系统进行下一步；

第十步，系统控制器根据电池包的温度参数和液冷系统的温度参数，计算出最合适的系统液体加热温度(即目标加热温度t1)、水泵的转速及管路压力、燃油加热器的功率等，给电池包开始加热；系统正常运行进入下一步；

第十一步，当回路中液体温度超过设定值t3，所述系统控制器可适时启动或关断两个两位三通阀，将散热器及风扇总成接入或隔离出液体回路，利用散热器中的液体来调节温度；当回路中液体温度超过设定值t4，所述系统控制器可适时启动或关断两个两位三通阀，将散热器及风扇总成接入或隔离出液体回路，并控制散热风扇的转速来调节液体温度；当系统正常运行进行下一步，其中t1＜t3＜t4；

第十二步，具体为当系统给电池包持续加热到合适温度时，bms持续监测电池包各点温度，当监测有某个电池包温度稍低，所述系统控制器会控制支路电磁截止阀关断已达到要求温度的电池包支路，未到达要求的电池包支路继续运行，直至所有电池包温度达到一致或合理温差范围内，系统继续加热5-10分钟，系统进行行下一步；

第十三步，所述系统控制器发出停机指令给燃油加热器，加热器停机，系统水泵继续运行3-5分钟，然后停转，系统控制器进入待机模式。

当系统再次收到启动指令，会重复上述步骤。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。