电池装置、换热系统、作业机械及电池控温方法与流程

1.本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池装置、换热系统、作业机械及电池控温方法。


背景技术：

2.目前，动力电池是电动作业机械的核心部件，其充电和放电的性能受温度影响很大，特别是在低温环境下，动力电池温度降低时，内阻增大且材料活性降低，此时其充电特性和放电特性相比常温将近降幅80％，充电时间长、整车启动困难且失去电动加速性能。
3.电动作业机械的电池保温大多为采用隔热棉贴附在电池安装架四周，用来使电池系统达到保温，冬季电池完全通过加热继电器回路控制电池箱内的加热膜给电池加热。电池升温速度慢，耗电量大，维持温度效果不好，能耗高。


技术实现要素：

4.本发明提供一种电池装置、换热系统、作业机械及电池控温方法，用以解决现有技术中电池升温速度慢，耗电量大，维持温度效果不好，能耗高的缺陷，通过加热片和换热板同时对电池模组进行加热，提高升温速度，并在温度达到预设时，采用换热板进行持续维温，能耗低，耗电量小。
5.本发明提供一种电池装置，包括：
6.电池模组；
7.加热片，所述加热片置于所述电池模组侧壁，所述加热片与所述电池模组电连接以为所述电池模组进行加热；
8.换热板，所述换热板置于所述电池模组下方，所述换热板内用于通入与所述电池模组进行热交换的换热介质。
9.根据本发明提供的电池装置，还包括电源控制模块，所述电源控制模块与所述电池模组电连接，所述电源控制模块用于定时开启已关闭的所述电池模组，使所述电池模组给所述加热片供电。
10.本发明还提供了一种换热系统，包括换热单元和上述的电池装置；
11.其中，所述换热单元与所述换热板连接。
12.本发明还提供了一种作业机械，包括上述的电池装置；
13.或者所述作业机械，包括上述换热系统。
14.本发明还提供了一种电池控温方法，包括：
15.响应于电池模组处于未工作且未充电状态，开始进行计时；
16.响应于计时时长达到预设时间，获取所述电池模组的当前温度；
17.响应于所述电池模组的当前温度小于第一预设温度，唤醒所述电池模组；
18.使所述电池模组给所述加热装置供电，利用所述加热装置给所述电池模组加热。
19.根据本发明提供的电池控温方法，还包括：
20.响应于所述电池模组处于充电状态，获取所述电池模组的当前温度；
21.比较所述电池模组的当前温度与预设温度；
22.基于比较结果调整充电设备与所述加热装置、所述电池模组的连接状态，以执行以下操作中的至少一者：
23.使所述充电设备给所述加热装置供电，以对所述电池模组进行加热；
24.使所述充电设备给所述电池模组充电。
25.根据本发明提供的电池控温方法，所述比较所述电池模组的当前温度与预设温度的步骤，具体包括：
26.比较所述电池模组的当前温度与第二预设温度；
27.所述基于比较结果调整充电设备与所述加热装置、所述电池模组的连接状态的步骤，具体包括：
28.响应于所述电池模组的当前温度小于所述第二预设温度，使所述充电设备给所述加热装置供电，以对所述电池模组进行加热操作。
29.根据本发明提供的电池控温方法，所述比较所述电池模组的当前温度与预设温度的步骤，具体包括：
30.比较所述电池模组的当前温度与第二预设温度和第三预设温度；
31.所述基于比较结果调整充电设备与所述加热装置、所述电池模组的连接状态的步骤，具体包括：
32.响应于所述电池模组的当前温度大于等于所述第二预设温度且小于所述第三预设温度，使所述充电设备给所述加热装置供电，以对所述电池模组进行加热操作，同时使所述充电设备给所述电池模组充电。
33.根据本发明提供的电池控温方法，所述比较所述电池模组的当前温度与预设温度的步骤，具体包括：
34.比较所述电池模组的当前温度与第三预设温度；
35.所述基于比较结果调整充电设备与所述加热装置、所述电池模组的连接状态的步骤，具体包括：
36.响应于所述电池模组的当前温度大于等于所述第三预设温度，使所述充电设备给所述电池模组充电。
37.根据本发明提供的电池控温方法，还包括：
38.获取所述电池模组的当前温度，响应于所述电池模组的当前温度大于等于第三预设温度；
39.执行断开所述充电设备与所述加热装置的连接关系，所述充电设备与所述电池模组连接以给所述电池模组充电。
40.根据本发明提供的电池控温方法，还包括：
41.响应于所述电池模组处于工作状态，获取所述电池模组的当前温度；
42.响应于所述电池模组的当前温度小于第四预设温度，将所述加热装置与所述电池模组连接，使所述加热装置给所述电池模组加热。
43.本发明提供的电池装置，通过在电池模组侧壁设置加热片，加热片直接对电池模组加热，加热效果好，在电池模组下方设置换热板通过换热介质对电池模组进行加热，升温
效果快，并且在温度到达设定温度时，可以采用换热板中的换热介质持续加热和维持温度，保温效果好，能耗低，耗电量小。
44.进一步，在本发明提供的换热系统和作业机械中，由于具备如上所述的电池装置，因此同样具备如上所述的各种优势；电池控温方法是与电池装置所对应的方法，因此同样具备如上所述的各种优势。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1是本发明提供的电池装置截面示意图；
47.图2是图1中沿a-a方向的截面图；
48.图3是本发明提供的换热系统示意图；
49.图4是本发明提供的电池控温方法流程图之一；
50.图5是本发明提供的电池控温方法逻辑判断流程图之一；
51.图6是本发明提供的电池控温方法流程图之二；
52.图7是本发明提供的电池控温方法流程图之三；
53.图8是本发明提供的电池控温方法逻辑判断流程图。
54.附图标记：
55.100：电池模组；101：加热片；102：第一保温层；103：换热板；104：第二保温层；110：箱体；111：隔板；112：第二内腔；113：第一内腔；
56.200：电池装置；201：水泵；202：换热器；203：水箱；204：电机热管理单元；205：阀；206：电源控制模块；207：dc/dc模块。
具体实施方式
57.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
58.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
59.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领
域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
60.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
61.下面结合图1至图8，对本发明的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成限定。
62.如图1和图2所示，本发明提供了一种电池装置200，包括：电池模组100，对电池模组100进行加热的加热片101以及与电池模组100进行热交换的换热板103。
63.具体地，加热片101置于电池模组100侧壁，加热片101与电池模组100电连接；换热板103置于电池模组100下方，换热板103内用于通入换热介质。本发明采用加热片101和换热板103两种加热方式对电池模组100进行加热和保温，一方面可以快速提升电池模组100的温度，提高电池模组100的使用寿命；另一方面，以低能耗的方式维持电池模组100的温度，减少电池模组100为了加热而大量耗电。
64.例如，针对置于作业机械内的电池装置200而言，作业机械在启动初期，电池模组100温度较低，电池模组100与加热片101连接对电池模组100进行加热，并且在加热片101加热的过程中，对换热板103中的换热介质也进行加热。加热片101使电池模组100温度达到最佳工作温度后，停止加热，利用换热板103中的换热介质循环来维持电池模组100的温度。
65.又例如，在作业机械的起动初期，同时，开启加热片101和换热板103，使电池模组100的温度迅速达到最佳工作温度，然后关闭加热片101，节省电池模组100电量，利用换热板103中的换热介质循环从而维持电池模组100的温度。
66.其中，针对本发明的加热片101而言，加热片101置于电池模组100的侧壁，例如，电池模组100包括一个电池块，电池块的侧壁设置有两个加热片101，两个加热片101分别置于电池块相对的两侧。电池模组100还包括一个电池块，两个电池块相邻的两个侧壁上均设置有加热片101，也就是说，一个电池块上的一个加热片101与另一个电池块上的一个加热片101相邻，换言之，两个相邻电池块之间有2个加热片101，两个相邻的加热片101可以快速提升加热温度，提高加热效率。
67.当然，又例如，电池模组100包括两个加热块，两个加热块的侧壁的多个面上均具有加热片101。
68.本发明提供的电池装置200，通过在电池模组100侧壁设置加热片101，加热片101直接对电池模组100加热，加热效果好，在电池模组100下方设置换热板103通过换热介质对电池模组100进行加热，升温效果快，并且在温度到达设定温度时，可以采用换热板103中的换热介质持续加热和维持温度，保温效果好，能耗低，耗电量小。
69.进一步，在本发明提供的换热系统和作业机械中，由于具备如上所述的电池装置200，因此同样具备如上所述的各种优势；电池控温方法是与电池装置200所对应的方法，因此同样具备如上所述的各种优势。进一步地，在本发明的一个实施例中，电池装置200还包
括电源控制模块206，电源控制模块206与电池模组100电连接，电源控制模块206用于在电池模组100关闭后，定时开启电池模组100，使电池模组100给加热片101供电。也就是说，电池模组100在为作业机械进行供电之前，通过加热片101进行预加热，从而避免电池模组100的冷启动，延长电池模组100的使用寿命。
70.具体来说，电源控制模块206包括信号发射单元和计时单元，信号发射单元与计时单元电连接，电池模组100还包括信号接收单元和加热开关，信号接收单元与加热开关电连接，其中，信号发射单元与信号接收单元电连接。作业机械不工作后，电池模组100处于关闭状态，此时，计时单元开始计时，在计时单元累计到达预设时间h1后，触发信号发射单元发射指定信号给信号接收单元，信号接收单元接受到信号发射单元发射的指定信号后，触发加热开关闭合。加热开关闭合后，加热片101与电池模组100电连接，加热模组给加热片101供电实现加热。
71.如图2所示，在本发明的另一个实施例中，电池装置200还包括第一保温层102，第一保温层102置于电池模组100和加热片101的外侧。例如，第一保温层102可以为聚苯乙烯泡沫板、三聚氰胺泡棉、软质硅泡棉、cr泡棉、stp绝缘板中的一种或多种。
72.例如，在电池模组100具有两个电池块时，相邻电池块之间的相邻加热片101之间设置有第一保温层102，电池块的顶部设置有第一保温层102。
73.此外，在本发明的一个可选实施例中，电池装置200还包括箱体110，箱体110的内腔设置有隔板111，隔板111的一侧为第一内腔113，隔板111的另一侧为第二内腔112；电池模组100置于第一内腔113，且安装在隔板111上，换热板103置于第二内腔112。换言之，具有加热片101和第一保温层102的电池模组100置于第一内腔113中，且电池模组100的底部安装在隔板111上。换热板103安装在第二内腔112中，且贴合隔板111，尽可能的贴近电池模组100，与电池模组100进行换热。两腔结构使电池模组100的保温效果更佳。
74.其中，换热板103具有进水口和出水口，进水口和出水口用于与换热单元连接，便于换热介质进行循环。当然，换热板103在高温环境下，通过换热介质对电池模组100进行降温，在低温环境下，通过换热介质对电池模组100进行加热。
75.继续参考图2，在本发明的另一个可选实施例中，换热板103与箱体110的底部之间有间距。换言之，在换热板103与箱体110底部之间设置有隔空层，通过空气介质对换热板103与箱体110内壁进行阻隔，避免换热板103中换热介质的热量和冷量的散失。
76.如图1和图2所示，在本发明的其它实施例中，为了增加箱体110对电池模组100的保温效果，在箱体110的外壁设置有第二保温层104。例如，第二保温层104可以为聚氨酯发泡、气凝胶中的一种或多种，在箱体110外壁形成保温涂层。
77.如图3所示，本发明还提供了一种换热系统，包括换热单元和上述实施例中的电池装置200；其中，换热单元与换热板103连接。通过换热单元对换热板103中的换热介质进行循环，换热单元可以对换热介质进行制热或制冷。
78.例如，换热单元包括水箱203、水泵201和换热器202，换热板103的进水口与所述水箱203的出水口连接，换热板103的出水口与水泵201的进水口连接，水泵201的出水口与换热器202的进水口连接，换热器202的出水口与水箱203的进水口连接。
79.继续参考图3，在本发明的优选实施例中，换热系统还包括电机热管理单元204，电机热管理单元204通过阀205与换热单元连接，电机热管理单元204用于对换热单元的换热
介质进行加热。在电池模组100需要进行加热时，换热单元与电机热管理单元204之间的阀205打开，电机热管理单元204将自身的余热回收与换热单元的换热介质进行换热。
80.例如，电机热管理单元204包括板式换热器，电机热管理单元204通过板式换热器与换热单元连接，并通过板式换热器进行热交换；提高换热介质的温度，对电池模组100进行加热，降低换热单元自身加热的能耗，并且降低电池模组100采用加热片101加热的能耗。其中，电机热管理单元204为作业机械中热管理系统的一部分。
81.本发明还提供了一种作业机械，包括上述实施例的电池装置200；或者作业机械，包括上述实施例的换热系统。其中，作业机械可以为诸如起重机、挖掘机、桩机、装载机等工程机械，或者为诸如登高车、消防车、搅拌车等工程车辆。
82.如图4和图5所示，本发明还提供了一种电池控温方法，包括以下步骤：
83.s1：响应于电池模组100处于未工作且未充电状态，开始进行计时；其中，作业机械停止工作时，电池模组100处于无电压状态，电池模组100关闭未工作，且同时未对电池模组100进行充电，计时单元开始计时。
84.s2：响应于计时时长达到预设时间h1，获取电池模组100的当前温度；例如，预设时间h1为24小时，计时单元计时达24小时后，电池模组100的温度传感器获取电池模组100当前的温度t。
85.针对本发明的步骤s2而言，在获取电池模组100的当前温度步骤前，还包括：
86.s11：获取电池模组100的当前电压值；
87.s12：响应于当前电压值大于电池模组100预设最低电压值，获取电池模组100的当前温度。
88.其中，在步骤s2的获取电池模组100的当前温度步骤前，还可以包括：
89.s13：获取电池模组100的故障状态；
90.s14：响应于当前电池模组100的故障状态为否并发送该状态，获取电池模组100的当前温度。
91.s3：响应于电池模组100的当前温度小于第一预设温度，唤醒电池模组100；第一预设温度为t1，在t小于t1时，电源控制模块206的信号发射单元发射信号给电池模组100，电池模组100被唤醒。其中，可以包括dc/dc模块207对电源控制模块206发出的信号进行转换，转换之后在发送给电池模组100。例如，将电源控制模块206的高电平信号，dc/dc模块207转化为低电平信号发送给电池模组100。电池模组100的信号接收单元接受信号，电池模组100被唤醒。
92.s4：使电池模组100给加热装置供电，利用加热装置给电池模组加热。电池模组100开启后，电池模组100给贴附在电池模组侧壁的加热装置供电，使加热装置给电池模组加热；其中，加热装置可以为加热片。
93.在本实施例中，电池控温方法还包括：s5：获取电池模组当前温度，响应于电池模组当前温度t大于等于第一预设温度t1，执行加热装置关闭，以停止对电池模组100进行加热；
94.s6：执行重新开始计时即回到步骤s1重新进行循环。
95.也就是说，在加热片101加热到电池模组100的温度t大于等于t1时，电池模组100与加热片101自动断开，电池模组100通过第一保温层102和第二保温层104对电池模组100
持续保温。同时，计时单元开始重新计时，重复步骤s1至步骤s6。
96.在本发明的优选实施例中，电池控温方法还包括：
97.s10：响应于电池模组100处于充电状态，获取电池模组100的当前温度；也就是说，作业机械未工作，电池模组100未工作，电池模组100进行充电的状态。
98.s20：比较电池模组100的当前温度与预设温度；
99.s30：基于比较结果调整充电设备与加热装置、电池模组100的连接状态，以执行以下操作中的至少一者：
100.使充电设备给加热装置供电，以对电池模组100进行加热；
101.使充电设备给电池模组100充电。换句话说，充电设备可以与加热装置连接，使加热装置给电池模组100加热；或者充电设备可以同时与加热装置和电池模组连接，使加热装置给电池模组100加热，同时充电设备给电池模组100充电；或者充电设备只与电池模组100连接，以使充电设备给电池模组100充电。
102.针对本发明发明的步骤s20和步骤s30具体而言：
103.本发明的一个实施例，比较电池模组的当前温度与预设温度的步骤s20，具体包括：
104.比较电池模组的当前温度与第二预设温度；
105.基于比较结果调整充电设备与加热装置、电池模组的连接状态的步骤s30，具体包括：
106.响应于电池模组的当前温度小于第二预设温度，使充电设备给加热装置供电，以对电池模组进行加热操作。
107.在本发明的另一个实施例中，比较电池模组的当前温度与预设温度的步骤s20，具体包括：
108.比较电池模组的当前温度与第二预设温度和第三预设温度；
109.基于比较结果调整充电设备与加热装置、电池模组的连接状态的步骤s30，具体包括：
110.响应于电池模组的当前温度大于等于第二预设温度且小于第三预设温度，使充电设备给加热装置供电，以对电池模组进行加热操作，同时使充电设备给电池模组充电。
111.在本发明的其它实施例中，比较电池模组的当前温度与预设温度的步骤s20，具体包括：
112.比较电池模组的当前温度与第三预设温度；
113.基于比较结果调整充电设备与加热装置、电池模组的连接状态的步骤s30，具体包括：
114.响应于电池模组的当前温度大于等于第三预设温度，使充电设备给电池模组充电。
115.换句话说，如图5和图6所示，在本发明的优选实施例中，步骤s20和步骤s30具体包括以下步骤：
116.s21：响应于电池模组100的当前温度小于第二预设温度t3，使充电设备与加热装置连接，利用加热装置给电池模组100加热。
117.s22：获取电池模组100的当前温度，响应于电池模组的当前温度大于等于第二预
设温度t3，且小于第三预设温度t4，使充电设备给加热装置供电，且使充电装置给电池模组100充电。
118.s23：获取电池模组100的当前温度，响应于电池模组100的当前温度大于等于第三预设温度t4，使充电设备与加热装置断开连接关系，充电设备与电池模组100连接以给电池模组100充电。
119.换言之，在本发明的一些实施例中，在电池模组100处于充电状态下，判断电池模组100温度t是否小于t3，如果是，充电设备给加热片101进行加热，不对电池模组100充电，在电池模组100温度t大于等于t3且小于等于t4时，充电设备给加热片101加热的同时给电池模组100充电。在电池温度t大于等于t4时，充电设备停止对加热片101加热，只对电池模组100进行充电，直至电池模组100充满电。在电池模组100充电过程中也会自发热，维持自身温度，并且通过双层箱体结构、第一保温层102和第二保温层104进行良好的保温。
120.如图5和图7所示，在本发明的其它优选实施例中，电池控温方法还包括：
121.s40：响应于电池模组100处于工作状态，获取电池模组100的当前温度t；
122.s41：响应于电池模组100的当前温度t小于第四预设温度t2，使加热装置与电池模组100连接，以利用加热装置给电池模组100加热。
123.换言之，在作业机械开始工作后，电池模组100也开始工作，对电池模组100的温度进行判断，电池模组100温度t小于t2，电池模组100与加热片101连接，电池模组100给加热片101进行加热，当电池模组100温度t大于等于t2时，电池模组100与加热片101断开，即关闭加热片101。此时，由于加热片101的升温，对换热板103中的换热介质也进行了加热，换热介质达到一定温度后，开启换热单元持续对电池模组100进行加热，并将电机热管理单元204接入在换热单元中，利用电机热管理单元204的余热，通过换热板103持续对电池模组100加热。
124.其中，t1小于t4，t1小于t1，t3小于t4，即t2《t3《t4，t4》t1。
125.如图8所示，针对本发明的电池模组处于未工作状态且未充电状态的电池控温方法而言，增加电池模组电压判断和故障判断，具体包括：dc/dc模块207发送信号给电池模组100，判断电池模组100是否具有24v高电平，如果有，则电源控制模块206的执行保持休眠状态，因为此时的电池模组100处于工作状态，不需要预热，如果没有，则执行休眠。计时单元进行判断，是否到达24小时的预定时间，如果未到达，返回初始状态重复判断，直到时间到达24小时，如果到达24小时，执行下一步。将信号输出给电池模组100，并发送电池模组100的工作状态给显示器，显示当前状态。对电池模组100的电压进行判断，电池模组100的电压小于xv，其中，xv为电池模组100无法给加热片进行供电的最低电压值，在电池模组100的电压小于xv时，表示电池模组100需要充电，因此，电池模组彻底进入休眠状态，不在发送给信号唤醒电池模组100，因为电池模组100的电压不足以支撑加热，结束预加热程序。
126.当电池模组100的电压大于xv时，表示电池模组100的电压充足，判断电池模组100是否触发故障模式即电池模组100是否具有故障，如果故障，则发送电池模组100工作状态给显示屏。如果未触发故障模式即电池模组100没有故障，进行下一步，对电池模组100的温度进行判断。判断电池模组100的温度t是否小于t1，如果小于，执行加热并发送电池模组100工作状态到显示屏，如果否返回到初始状态重新进行dc/dc模块207的信号发送。其中，dc/dc模块207的信号是由电源控制模块206发送的。
127.综上，本发明的电池装置通过电池模组通过第一保温层、第二保温层及箱体隔热，电池模组在极寒的环境下热量损失能做到最小，相比电池外部加保温棉，效率提高20％。作业机械在不工作期间，可以进行定时自身唤醒并根据电池模组温度判断是否需要加热，使得电池模组一直保持在适宜温度，在客户使用时能够保持较好的启动功率状态和快速加热状态。作业机械在工作时，可以利用电机余热回收，减少电池模组加热时间及能量，提高电机能量利用率。作业机械在长期不工作时，每24h能够唤醒一次，可以充分监控后台数据，确认整车使用安全。
128.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。