[发明专利]动力电池温度控制系统的设计方法及相应的控制系统

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车领域，具体涉及一种动力电池温度控制系统的设计方法及相应的控制系统。

背景技术

动力电池系统是电动汽车的核心部件之一，其性能直接影响电动汽车的性能和安全性。由于动力电池化学材料性能的限制，动力电池的温度只有在合适的温度范围内，才能够正常的使用。例如磷酸铁锂电池的正常放电温度范围是10℃-55℃，当低于0℃时，动力电池的可用容量衰减很快，当电池温度低于-20℃时，能够放出的容量已经非常少了。同样，磷酸铁锂电池的正常充电温度通常为0℃-45℃，当动力电池温度低于0℃时，基本上无法给动力电池进行充电，强行充电的情况下会造成动力电池的负极析锂，造成动力电池永久性损坏。

目前，许多电动汽车电池都配有热管理系统来实现动力电池的低温加热。比如液冷方案采用加热电池冷却液的方式进行，通过被加热的冷却液在动力电池表面循环流动，实现动力电池的低温加热功能。类似的案例有通用的沃蓝达增程式混合动力电动汽车汽车。还有风冷方案的动力电池低温加热方法采用将暖风吹入动力电池箱内部的方式，实现动力电池的低温加热功能。类似的案例有丰田的普锐斯插电式混合动力电动汽车。也有自然冷却的动力电池，通过内置在电池箱内部的加热装置(电热丝)，来强制加热动力电池，类似的案例有北汽的迷迪纯电动汽车。

自然冷却结构动力电池系统制造最简单，成本最低，制造难度相对较低，电池使用过程中的温度均匀性好，不需要温度控制系统。缺点是无法在高温和低温环境下正常使用。

风冷结构的动力电池系统特点是制造成本较低，控制容易。缺点是电池冷却的均匀性不佳，冷却风扇噪音大，NVH性能不好，不能安装在电动汽车的外部位置，特别是动力电池箱体上必须留有进出风口，箱体无法做到完全密封，都影响到了风冷动力电池系统的使用。

液冷结构的动力电池系统特点是电池冷却的均匀性好，冷却效果一致，电池箱体可以设计成完全密封式结构，不存在漏水风险，因此几乎可以安装在电动汽车的工作环境相对较差的位置(如地板下面)而不用担心漏水风险。缺点是设计制造成本较高，冷却系统制造难度高，一旦冷却液管道泄漏会造成严重的绝缘问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种动力电池温度控制系统的设计方法；采用该设计方法设计的动力电池温度控制系统可以在较短的时间内将低温下的动力电池加热到正常工作的温度，而且加热能量来源非常灵活。同时，本发明还提供了一种动力电池温度控制系统。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种动力电池温度控制系统的设计方法，具体包括以下步骤：

(1)根据动力电池箱体的安装布置结构，以及动力电池箱体内部电池模组的布置方式，构建动力电池箱体热仿真计算的几何模型；

其中，动力电池箱体热仿真计算的几何模型包括多个电池单体、冷却板、导热板和加热装置，冷却板设置在相邻的电池单体之间，导热板连接在冷却板的下部，并与加热装置连接在一起；

(2)在有限元软件环境下建立动力电池箱体的热仿真计算模型，方式可以是利用其他三维CAD软件建立第一步描述的动力电池箱体热仿真计算的几何模型并导入到有限元软件，或者直接利用有限元软件的几何建模功能建立第一步描述的动力电池箱体热仿真计算的几何模型；针对此动力电池箱体热仿真计算的几何模型，将动力电池的参数和材料，以及初始设置的动力电池连接方式代入动力电池箱体热仿真计算的几何模型，将动力电池箱体的不同工作模式下的循环工况作为输入，得到动力电池箱体的热仿真计算模型；

(3)由动力电池箱体的热仿真计算模型，计算不同工况下动力电池的发热量，分析得到动力电池模组之间温度分布的不一致性情况和动力电池表面流量不均匀性；

(4)根据上一步分析得到的不同工况下动力电池模组之间温度分布的不一致性情况和动力电池表面流量不均匀性，以提高动力电池模组不同工作模式下的温度一致性为目标，优化设计电池模组的结构设计和流场设计，即优化设计动力电池箱体热仿真计算的几何模型；

(5)根据上一步优化设计过的动力电池箱体热仿真计算的几何模型，确定动力电池温度控制方式和保护方法；

(6)将上一步确定的动力电池温度控制方式和保护方法，增加到第二步动力电池箱的热仿真计算模型，即增加满足电池低温加热需求的电池加热器的加热功率参数，再次进行分析计算，得到不同工况下动力电池的发热量，分析得到动力电池模组之间温度分布的不一致性情况和动力电池表面流量不均匀性；