本发明专利技术提供一种由提供一种由第一换热板(1)、第二换热板(2)、电芯单体(3)、半导体热电器件(4)、供电母线(5)、泵(6)、膨胀水箱(7)、制冷器(8)、制热器(9)、三通阀(10)、母管(11)、第一支管(12)、第二支管(13)、温度传感器阵列(14)和控制器(15)构成的电池包热管理系统，用于提高电池包运行过程的温度一致性。本发明专利技术还提供一种应用于上述电池包热管理系统的控制方法：电池包运行过程每隔固定的时间间隔，通过控制器(15)获得各电芯单体(3)的温度序列T来判断每个温度值对应的电芯单体(3)所处状态；根据需要使制冷器(8)和制热器(9)二者之一工作来对电芯单体(3)进行散热或加热。本发明专利技术提供的电池包热管理系统简单紧凑、维护方便；电池包热管理方法逻辑简单、稳定可靠。稳定可靠。稳定可靠。
【技术实现步骤摘要】
一种电池包热管理系统及其控制方法
[0001]本专利技术涉及电池储能领域，特别涉及一种电池包热管理系统及其控制方法。
技术介绍
[0002]以锂离子电池为代表的电化学储能器件广泛应用于电动工具、电动汽车和储能电站等各个领域，并朝着高能量和功率密度、高安全、长寿命的方向不断发展。为了满足应用场合的能量和功率需要，通常将多个电芯单体串并联构成电池包工作，并在电池包上设计热管理系统以保证电池包工作过程处于合理的温度范围：若温度过低则进行加热，若温度过高则进行冷却散热。人们希望构成电池包的各电芯具有尽可能高的一致性：若电芯的一致性欠佳，则容易形成短板效应，使得电池包的工作性能下降，局部若干电芯加速老化并最终造成整个电池包早期失效，甚至还可能引发个别电芯热失控而带来严重的安全事故。但是，受限于原材料、制备工艺和服役条件等各方面因素影响，不可能使电池包中各个电芯完全一样，故需要在运行过程采取相关技术措施来保障电芯的一致性。
[0003]电池包中各电芯的一致性主要分为电性能一致性和温度一致性两个方面：前者主要是希望各电芯的容量内阻等尽可能一致，若出现明显不一致，可采取主动或被动均衡电路来予以改善，具体措施包括对部分电芯单独充电或放电，将高容量电芯的电量转移至低容量电芯等；后者主要是希望各电芯运行过程的温度差值尽可能小。当前公知的技术方案中，通过布置多路包含电子开关的电路等各种手段，能够较好地解决电芯的电性能不一致问题；但是对于温度不一致问题，除了前期尽可能地做好电池包设计外，尚且很难在电池包运行过程中像电性能一致性调控一样进行针对性的温度一致性调控。这是因为电池包的热管理主要依赖流道中流体的流动来进行，若要实现电芯单体层面精细化的温度调控，则必然需要对每个电芯单体布置单独的流道及其调控用阀门或电机等机械元件，这会造成整个热管理系统结构复杂、体积庞大、故障点巨多。
[0004]为了满足高能量和功率密度电池包高性能、高安全和长寿命运行需要，亟待汲取当前电芯电性能均衡技术的思路，发展新的电池包热管理技术来尽可能地提高其运行过程的温度一致性。
技术实现思路
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种结构简单紧凑、维护方便的电池包热管理系统，并提供一种逻辑简单、稳定可靠、运行高效、易于实现的电池包热管理方法，从而有效提高电池包运行过程各电芯的温度一致性。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供一种电池包热管理系统，其技术方案是，包括由多个电芯单体构成的电芯阵列、第一换热板、第二换热板和与电芯单体一一对应的半导体热电器件；所述半导体热电器件包括第一换热面和第二换热面；所述电芯单体的表面包括第一类表面和第二类表面；所有电芯单体的第一类表面和与之对应的半导体热电器件的第一换热面互相接触实现换热；所有电芯单体的第二类表面和第一换热板互相接触实现换热；所
有半导体热电器件的第二换热面均与第二换热板互相接触实现换热。
[0007]上述电池包热管理系统，所述第一换热板和第二换热板内流通有换热用液体。
[0008]上述电池包热管理系统，所述电池包热管理系统通过供电母线为所有半导体热电器件供电，所述供电母线包括正极供电母线和负极正极供电母线；所述半导体热电器件设有第一接线柱和第二接线柱，并可通过第一供电支路和第二供电支路中的任一支路从供电母线取电；所述第一供电支路上串联有第一电子开关对，第二供电支路上串联有第二电子开关对；其中，第一供电支路使第一接线柱通过与第一电子开关对中的一个电子开关与正极供电母线电性连接，且使第二接线柱通过与第一电子开关对中的另一个电子开关与负极正极供电母线电性连接；第二供电支路使第一接线柱通过与第二电子开关对中的一个电子开关与负极供电母线电性连接，且使第二接线柱通过与第二电子开关对中的另一个电子开关与正极供电母线电性连接。
[0009]上述电池包热管理系统，还包括泵、膨胀水箱、制冷器、制热器、三通阀、母管、第一支管、第二支管、第一换热板、第二换热板构成的流体管网：
[0010]所述膨胀水箱与母管相通，用于容纳液体的膨胀量，并起到定压作用和补液作用；
[0011]所述三通阀包括第一通路、第二通路和第三通路；
[0012]所述泵设有出口和入口；
[0013]所述母管包括出口母管和入口母管；
[0014]所述泵的出口通过出口母管依次与制冷器、制热器和三通阀的第一通路连通；
[0015]所述三通阀的第二通路通过第一支管依次与第一换热板和入口母管连通；
[0016]所述三通阀的第三通路通过第二支管依次与第二换热板和入口母管连通；
[0017]所述入口母管还与泵的入口连通。
[0018]上述电池包热管理系统，还包括温度传感器阵列和控制器，所述控制器与温度传感器阵列、制冷器、制热器、三通阀以及所有的第一电子开关对和第二电子开关对均电性连接。
[0019]上述电池包热管理系统，当第一电子开关对闭合且第二电子开关对断开时，半导体热电器件的第一换热面起到制冷作用；当第一电子开关对断开且第二电子开关对闭合时，半导体热电器件的第一换热面起到制热作用。
[0020]上述电池包热管理系统，所述三通阀的第一通路(101)和第二通路(102)为常开式，第三通路为常闭式。
[0021]根据本专利技术的另一个方面，提供一种应用于上述电池包热管理系统的控制方法，根据需要使制冷器和制热器二者之一工作以使流体管网中的流体降温或升温，从而起到电芯单体散热或加热的目的；电池包运行过程每隔固定的时间间隔，通过控制器获得各电芯单体的温度序列T＝[T1，T2，
…
，T
i
，
…
，T
n
]，其中n为电芯单体的总数目，T
i
代表第i个电芯的温度值，计算该序列中各元素的平均值μ和标准差σ，并按照如下逻辑进行控制：
[0022](a)、若温度序列T中所有元素值均大于μ
‑
Kσ且小于μ+Kσ，则使三通阀的第一通路和第二通路为打开状态且第三通路为关闭状态，使所有第一电子开关对和第二电子开关对均为断开状态；
[0023](b)、若温度序列T中存在小于或等于μ
‑
Kσ的元素值，则判定这些元素值所对应的电芯单体处于过冷状态，使三通阀的第一通路、第二通路和第三通路均为打开状态，使上述
处于过冷状态的电芯单体所对应的半导体热电器件的第一电子开关对断开且第二电子开关对闭合；
[0024](c)、若温度序列T中存在大于或等于μ+Kσ的元素值，则判定这些元素值所对应的电芯单体处于过热状态，使三通阀的第一通路、第二通路和第三通路均为打开状态，使上述处于过热状态的电芯单体所对应的半导体热电器件的第一电子开关对闭合且第二电子开关对断开；
[0025]上述参数K的取值在2至5之间。
[0026]本专利技术利用了半导体热电器件(ThermoElectricCooler，简称TEC)的珀尔帖效应，即当直流电流通过两种半导体材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电池包热管理系统，其特征在于，包括由多个电芯单体(3)构成的电芯阵列、第一换热板(1)、第二换热板(2)和与电芯单体(3)一一对应的半导体热电器件(4)；所述半导体热电器件(4)包括第一换热面(41)和第二换热面(42)；所述电芯单体(3)的表面包括第一类表面(31)和第二类表面(32)；所有电芯单体(3)的第一类表面(31)和与之对应的半导体热电器件(4)的第一换热面(41)互相接触实现换热；所有电芯单体(3)的第二类表面(32)和第一换热板(1)互相接触实现换热；所有半导体热电器件(4)的第二换热面(42)均与第二换热板(2)互相接触实现换热。2.权利要求1所述的电池包热管理系统，其特征在于，所述第一换热板(1)和第二换热板(2)内流通有换热用液体。3.权利要求1所述的电池包热管理系统，其特征在于，所述电池包热管理系统通过供电母线(5)为所有半导体热电器件(4)供电，所述供电母线(5)包括正极供电母线(51)和负极正极供电母线(52)；所述半导体热电器件(4)设有第一接线柱(43)和第二接线柱(44)，并可通过第一供电支路(45)和第二供电支路(46)中的任一支路从供电母线(5)取电；所述第一供电支路(45)上串联有第一电子开关对(47)，第二供电支路(46)上串联有第二电子开关对(48)；其中，第一供电支路(45)使第一接线柱(43)通过与第一电子开关对(47)中的一个电子开关与正极供电母线(51)电性连接，且使第二接线柱(44)通过与第一电子开关对(47)中的另一个电子开关与负极正极供电母线(52)电性连接；第二供电支路(46)使第一接线柱(43)通过与第二电子开关对(48)中的一个电子开关与负极供电母线(52)电性连接，且使第二接线柱(44)通过与第二电子开关对(48)中的另一个电子开关与正极供电母线(51)电性连接。4.权利要求1所述的电池包热管理系统，其特征在于，还包括泵(6)、膨胀水箱(7)、制冷器(8)、制热器(9)、三通阀(10)、母管(11)、第一支管(12)、第二支管(13)、第一换热板(1)、第二换热板(2)构成的流体管网：所述膨胀水箱(7)与母管(11)相通，用于容纳液体的膨胀量，并起到定压作用和补液作用；所述三通阀(10)包括第一通路(101)、第二通路(102)和第三通路(103)；所述泵(6)设有出口(61)和入口(62)；所述母管(11)包括出口母管(111)和入口母管(112)；所述泵(6)的出口(61)通过出口母管(111)依次与制冷器(8)、制热器(9)和三通阀(10)的第一通路(101)连通；所述三通阀(10)的第二通路(102)通过第一支管(12)依次与第一换热板(1)和入口母管(112)连通；所述三通阀(10)的第三通路(103)通过第二支管(13)依次与...
【专利技术属性】
技术研发人员：张翮辉，宗禹彤，李康，左青松，尹德友，沈伟，国海鹏，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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