本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

鋰離子電池能量密度大，其容量是同重量鎳氫電池的2～3倍，而且具有自放電率低，無記憶效應(yīng)，以及不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)飛機(jī)等電動(dòng)設(shè)備。

為了達(dá)到電動(dòng)設(shè)備所需的額定電壓，需要將單體電池串并聯(lián)以電池組的形式使用。然而單體電池在串并聯(lián)工作條件下，其內(nèi)阻、電容、電壓、溫度、自放電等參數(shù)存在一致性差異，極大地影響了電池組的工作效率，特別在大電流、超低溫、超高溫等極端充放電條件下，相對(duì)較差的單體電池會(huì)加速劣化，影響電池組的整體壽命，最終容易導(dǎo)致劣化電池反極，出現(xiàn)安全問題。

例如，在電池組充電時(shí)，當(dāng)最差的單體電池充滿電而其他單體電池還未充滿電時(shí)，電源管理系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)電池組已經(jīng)充滿；同樣，在電池組放電時(shí)，當(dāng)最差的單體電池放完電而其他單體電池還未放完電時(shí)，電源管理系統(tǒng)默認(rèn)電池組已經(jīng)放完電，這將大大降低電池組的循環(huán)壽命。而且，在充放電時(shí)，最差的單體電池極有可能出現(xiàn)過充；在放電時(shí)，最差的電池極有可能出現(xiàn)過放，過充和過放均會(huì)引起電池的安全性問題。

再如，雖然鋰離子電池的工作溫度通常在-20～60℃，但其綜合性能跟實(shí)際環(huán)境溫度仍存在較大關(guān)系，如果環(huán)境溫度過高，不僅會(huì)影響鋰離子電池的性能和使用壽命，還會(huì)產(chǎn)生熱擾動(dòng)，導(dǎo)致電池組成材料的熱穩(wěn)定性被破壞，引發(fā)熱副反應(yīng)，最終導(dǎo)致安全問題。如果環(huán)境溫度過低，由于材料本身固有因素的限制，如分子運(yùn)動(dòng)能力降低、內(nèi)阻變大等，電池的充放電性能大大降低，導(dǎo)致鋰離子電池?zé)o法正常發(fā)揮作用。

由于鋰離子電池在充放電過程中均會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)熱和電阻熱，特別是大單體容量、高能量比的鋰離子電池，在大電流放電時(shí)產(chǎn)生較多的熱量，嚴(yán)重影響鋰離子電池的性能。因此，目前針對(duì)鋰離子電池的研究主要集中在散熱管理。但電池組在低溫下使用時(shí)，尤其在單體電池的溫度不均勻時(shí)，同樣會(huì)導(dǎo)致較差的單體電池加速劣化，降低單體電池的一致性，影響電池組的壽命和安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池管理系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有低溫使用時(shí)鋰離子單體電池性能下降的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明鋰離子電池管理系統(tǒng)包括電池箱體和單體電池，在所述電池箱體內(nèi)設(shè)置有n個(gè)電池內(nèi)腔，所述單體電池組成n個(gè)電池組，每個(gè)所述電池組對(duì)應(yīng)地設(shè)置在一所述電池內(nèi)腔內(nèi)，在所述電池內(nèi)腔的頂部或底部設(shè)置溫度調(diào)節(jié)管，所述溫度調(diào)節(jié)管將n個(gè)所述電池內(nèi)腔相互連通，所述電池內(nèi)腔的熱量通過所述溫度調(diào)節(jié)管從溫度較高的電池內(nèi)腔向溫度較低的電池內(nèi)腔傳遞，其中，n為大于或等于2的整數(shù)。

優(yōu)選地，所述溫度調(diào)節(jié)管的管口朝向所述電池內(nèi)腔方向設(shè)置。

優(yōu)選地，所述溫度調(diào)節(jié)管為拉瓦爾管。

其中，在所述溫度調(diào)節(jié)管的每個(gè)管口各設(shè)置一風(fēng)扇，用以加快該風(fēng)扇對(duì)應(yīng)的所述電池內(nèi)腔熱量的傳遞。

優(yōu)選地，所述鋰離子電池管理系統(tǒng)還包括風(fēng)扇控制單元和溫度監(jiān)測(cè)單元，在所述電池內(nèi)腔各設(shè)置一個(gè)所述溫度監(jiān)測(cè)單元，所述溫度控制單元用于監(jiān)測(cè)所述電池內(nèi)腔的溫度，并將溫度監(jiān)測(cè)值發(fā)送至所述風(fēng)扇控制單元，所述風(fēng)扇控制單元根據(jù)所述溫度檢測(cè)值控制該溫度監(jiān)測(cè)單元對(duì)應(yīng)的所述風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

優(yōu)選地，所述鋰離子電池管理系統(tǒng)還包括電壓監(jiān)測(cè)單元、電流監(jiān)測(cè)單元和充放電控制單元，其中，

所述電壓監(jiān)測(cè)單元用于監(jiān)測(cè)所述電池組的放電電壓，并將電壓監(jiān)測(cè)值發(fā)送至所述充放電控制單元；

所述電流監(jiān)測(cè)單元用于監(jiān)測(cè)所述電池組的放電電流，并將電流監(jiān)測(cè)值發(fā)送至所述充放電控制單元；

所述充放電控制單元根據(jù)所述電壓監(jiān)測(cè)值和所述電流監(jiān)測(cè)值控制所述電池組的放電速度。

優(yōu)選地，所述鋰離子電池管理系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述電池內(nèi)腔之間的風(fēng)道、風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)控制單元，所述風(fēng)機(jī)用于推動(dòng)氣流在所述風(fēng)道內(nèi)流動(dòng)，所述風(fēng)機(jī)控制單元用于控制所述風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

其中，n個(gè)所述電池組串聯(lián)或并聯(lián)，而且每個(gè)所述電池組內(nèi)的所述單體電池串聯(lián)或并聯(lián)。

本發(fā)明系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的鋰離子電池管理系統(tǒng)，在電池組處于低溫時(shí)，如車輛啟動(dòng)時(shí)，由于單體電池存在差異性，釋放的熱量不同，導(dǎo)致電池內(nèi)腔之間升溫速度不同，溫度調(diào)節(jié)管可以加快溫度較高的電池內(nèi)腔的熱量向溫度較低的電池內(nèi)腔擴(kuò)散，使電池內(nèi)腔在較短時(shí)間均勻升溫至適合的溫度范圍，從而可減緩較差單體電池的劣化，使單體電池盡可能地保持一致性，從而提高電池組的壽命和安全性。當(dāng)電池組處于高溫時(shí)，如車輛已經(jīng)運(yùn)行一段時(shí)間，溫度調(diào)節(jié)管仍可加速電池內(nèi)腔之間的熱交換，加快溫度較高的電池內(nèi)腔熱量的擴(kuò)散，使各電池內(nèi)腔均勻降溫，單體電池在溫度均勻的環(huán)境中可保持其一致性，從而提高電池組的壽命和安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的鋰離子電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的鋰離子電池管理系統(tǒng)中電池箱體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一提供的鋰離子電池管理系統(tǒng)中電池箱體的截面圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例二提供的鋰離子電池管理系統(tǒng)中電池箱體的截面圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提供的鋰離子電池管理系統(tǒng)中溫度控制單元和風(fēng)扇控制單元的原理框圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例三提供的鋰離子電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例四提供的鋰離子電池管理系統(tǒng)的原理框圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

如圖1所示，鋰離子電池管理系統(tǒng)包括電池箱體11和單體電池12，在電池箱體11內(nèi)設(shè)置有n個(gè)電池內(nèi)腔，單體電池12組成n個(gè)電池組13，每個(gè)電池組13對(duì)應(yīng)地設(shè)置在一電池內(nèi)腔內(nèi)，在電池內(nèi)腔的頂部或底部設(shè)置溫度調(diào)節(jié)管，溫度調(diào)節(jié)管將n個(gè)電池內(nèi)腔相互連通，電池內(nèi)腔的熱量通過溫度調(diào)節(jié)管從溫度較高的電池內(nèi)腔向溫度較低的電池內(nèi)腔傳遞，其中，n為大于或等于2的整數(shù)。

本實(shí)施例中，單體電池12被分成但不限于六個(gè)電池組13a-13f，每個(gè)電池組13a-13f包括但不限于兩個(gè)單體電池12，同一電池組13a-13f內(nèi)的兩個(gè)單體電池12串聯(lián)或并聯(lián)，而且n個(gè)電池組串聯(lián)或并聯(lián)。

如圖2所示，在電池箱體11內(nèi)設(shè)置有六個(gè)電池內(nèi)腔11a-11f，在電池內(nèi)腔11a-11f的側(cè)面設(shè)置隔板21，從而將電池內(nèi)腔11a-11f相互隔離，但電池內(nèi)腔11a-11f的頂部和/或底部連通。每個(gè)電池內(nèi)腔11a-11f對(duì)應(yīng)地放置一個(gè)電池組13a-13f。

如圖3所示，在電池內(nèi)腔11a-11f的底部和/或頂部設(shè)有溫度調(diào)節(jié)管31，溫度調(diào)節(jié)管31的管口32可以設(shè)置在其側(cè)面或端面，優(yōu)選將溫度調(diào)節(jié)管31的管口32設(shè)置在朝向電池組12方向，以便于電池內(nèi)腔11a-11f內(nèi)氣體的流動(dòng)，從而使熱量的擴(kuò)散更容易。各電池內(nèi)腔11a-11f之間通過溫度調(diào)節(jié)管31相互連通，電池內(nèi)腔11a-11f內(nèi)的熱量通過溫度調(diào)節(jié)管的管口32進(jìn)入或排出該電池內(nèi)腔11a-11f。

在本實(shí)施例中，氣流在溫度調(diào)節(jié)管31內(nèi)的動(dòng)力來自于不同電池內(nèi)腔11a-11f之間的氣壓差，換言之，電池內(nèi)腔11a-11f之間熱量傳遞的動(dòng)力來自于不同電池內(nèi)腔11a-11f之間的氣壓差。由于單體電池12之間存在差異，在放電過程中發(fā)熱量不同，導(dǎo)致不同電池內(nèi)腔11a-11f的溫度不同，因此，在電池內(nèi)腔11a-11f之間將產(chǎn)生氣壓差，熱量借助溫度調(diào)節(jié)管31在電池內(nèi)腔11a-11f之間進(jìn)行傳導(dǎo)，從而在較短時(shí)間內(nèi)使電池箱體11溫度趨于均勻。

需要說明的是，由于電池內(nèi)腔11a-11f的氣體壓力與溫度直接相關(guān)，而且溫度越高，氣體壓力越大。對(duì)于溫度差較小的電池內(nèi)腔11a-11f，由于氣體壓力差較小，熱量交換較?。粚?duì)于溫度差較大的電池內(nèi)腔11a-11f，由于氣體壓力差較大，熱量交換較大。因此，溫度較低的電池內(nèi)腔11a-11f通過溫度調(diào)節(jié)管31能夠率先獲得熱量，而且，溫度居中的電池內(nèi)腔11a-11f熱量基本不會(huì)損失。相對(duì)于未設(shè)置溫度調(diào)節(jié)管31的電池箱體，本實(shí)施例的電池箱體11更容易在較短的時(shí)間內(nèi)使其內(nèi)部溫度均勻，從而使單體電池保持一致性，從而提高電池組13的使用壽命。

需要說明的是，溫度調(diào)節(jié)管31相對(duì)于電池組13之間的間隙以及通風(fēng)道而言，更有利于氣體的流動(dòng)，從而提高熱量的傳遞速率，而且可使氣體的流動(dòng)更有方向性，從而縮短熱量傳遞的時(shí)間，使各電池內(nèi)腔11a-11f的溫度在較短時(shí)間內(nèi)趨于均勻。

優(yōu)選地，溫度調(diào)節(jié)管31為拉瓦爾管，即將溫度調(diào)節(jié)管31設(shè)置成拉瓦爾管形狀，具體為扁平狀拉瓦爾管形狀，用以提高氣流的流速，可以進(jìn)一步加快電池內(nèi)腔11a-11f之間的熱交換，使電池內(nèi)腔11a-11f的溫度在較短的時(shí)間內(nèi)趨于一致，減緩了單體電池的劣化，從而使單體電池保持一致性，進(jìn)而提高電池組的壽命和安全性。

本實(shí)施例鋰離子電池管理系統(tǒng)，在電池組處于低溫時(shí)，如車輛啟動(dòng)時(shí)，由于單體電池存在差異性，釋放的熱量不同，導(dǎo)致電池內(nèi)腔11a-11f之間升溫速度不同，溫度調(diào)節(jié)管可以加快溫度較高的電池內(nèi)腔11a-11f的熱量向溫度較低的電池內(nèi)腔11a-11f擴(kuò)散，使電池內(nèi)腔11a-11f在較短時(shí)間均勻升溫至合理的溫度范圍，從而減緩單體電池的劣化，使單體電池盡可能地保持一致性，從而提高電池組的壽命和安全性。當(dāng)電池組處于高溫時(shí)，如車輛已經(jīng)運(yùn)行一段時(shí)間，溫度調(diào)節(jié)管仍可加速電池內(nèi)腔11a-11f之間的熱交換，加快電池內(nèi)腔11a-11f熱量的擴(kuò)散，使各電池內(nèi)腔11a-11f均勻降溫，單體電池在溫度均勻的環(huán)境中可減緩劣化，可保持其一致性，從而提高電池組的壽命和安全性。

實(shí)施例2

實(shí)施例2是實(shí)施例1的一個(gè)變型實(shí)施例，主要區(qū)別在于電池內(nèi)腔11a-11f熱量的調(diào)節(jié)方式。

具體地，如圖1所示，鋰離子電池管理系統(tǒng)包括電池箱體11和單體電池12，在電池箱體11內(nèi)設(shè)置有六個(gè)電池內(nèi)腔11a-11f，單體電池12組成六個(gè)電池組13a-13f，每個(gè)電池組13a-13f對(duì)應(yīng)地設(shè)置在一電池內(nèi)腔11a-11f內(nèi)。每個(gè)電池組13a-13f包括但不限于兩個(gè)單體電池12，同一電池組13a-13f內(nèi)的兩個(gè)單體電池12串聯(lián)或并聯(lián)，而且n個(gè)電池組串聯(lián)或并聯(lián)。

如圖4所示，在電池內(nèi)腔11a-11f的底部和/或頂部設(shè)有溫度調(diào)節(jié)管31，溫度調(diào)節(jié)管將六個(gè)電池內(nèi)腔11a-11f相互連通，電池內(nèi)腔11a-11f的熱量通過溫度調(diào)節(jié)管從溫度較高的電池內(nèi)腔向溫度較低的電池內(nèi)腔傳遞。

溫度調(diào)節(jié)管31的管口32可以設(shè)置在其側(cè)面或端面，優(yōu)選將溫度調(diào)節(jié)管31的管口32設(shè)置在朝向電池組12方向，以便于電池內(nèi)腔11a-11f內(nèi)氣體的流動(dòng)，從而使熱量的擴(kuò)散更容易。

在本實(shí)施例中，氣體在溫度調(diào)節(jié)管31內(nèi)的動(dòng)力來自于風(fēng)扇34，風(fēng)扇34設(shè)置在溫度調(diào)節(jié)管31的管口32，控制風(fēng)扇34的轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)氣體的流速，從而加快電池內(nèi)腔11a-11f之間的熱交換，進(jìn)而使電池內(nèi)腔11a-11f之間溫度快速趨于均勻。

參閱圖4和圖5，為了配合風(fēng)扇的使用，鋰離子電池管理系統(tǒng)包括溫度監(jiān)測(cè)單元51和風(fēng)扇控制單元52，其中，溫度監(jiān)測(cè)單元51的數(shù)量與電池內(nèi)腔11a-11f的數(shù)量相同，其設(shè)置在電池內(nèi)腔11a-11f，用于分別監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的電池內(nèi)腔11a-11f內(nèi)的溫度。風(fēng)扇控制單元52用于根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)單元51的監(jiān)測(cè)結(jié)果控制對(duì)應(yīng)的風(fēng)扇34的轉(zhuǎn)速，其可以設(shè)置在電池箱體22內(nèi)或外。

鋰離子電池管理系統(tǒng)通過風(fēng)扇34可加快氣體在溫度調(diào)節(jié)管內(nèi)流動(dòng)，從而加快電池內(nèi)腔11a-11f之間的熱交換，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，可縮短升溫時(shí)間，同時(shí)使各電池內(nèi)腔11a-11f均勻升溫；當(dāng)溫度較高時(shí)，可加快溫度較高區(qū)域熱量的擴(kuò)散，使各電池內(nèi)腔11a-11f的溫度均勻，單體電池12在溫度均勻的環(huán)境中減緩了劣化，保持其一致性，從而提高電池組13的使用壽命。采用溫度監(jiān)測(cè)單元51和風(fēng)扇控制單元52可以更準(zhǔn)確地控制電池內(nèi)腔11a-11f之間熱交換的速度，進(jìn)一步縮短調(diào)節(jié)溫度的時(shí)間。

實(shí)施例3

如圖6所示，實(shí)施例3提供的鋰離子電池管理系統(tǒng)包含實(shí)施例1和實(shí)施例2中所有的技術(shù)特征，除此之外，鋰離子電池管理系統(tǒng)還包括冷風(fēng)系統(tǒng)，該冷風(fēng)系統(tǒng)包括設(shè)置在電池內(nèi)腔11a-11f之間的風(fēng)道61、風(fēng)機(jī)62和風(fēng)機(jī)控制單元63，當(dāng)電池組溫度較高時(shí)，風(fēng)機(jī)控制單元63啟動(dòng)風(fēng)機(jī)52運(yùn)行，風(fēng)機(jī)62將推動(dòng)氣流在風(fēng)道61內(nèi)加速流動(dòng)，從而達(dá)到降溫的目的。不難理解，冷風(fēng)系統(tǒng)通常是在環(huán)境溫度較高時(shí)才啟動(dòng)，以降低電池組13的溫度，避免因溫度過高導(dǎo)致熱副反應(yīng)，從而避免引起安全問題。

需要說明的是，在實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3中，溫度調(diào)節(jié)管達(dá)到了虹吸的作用，在較短時(shí)間內(nèi)可使各電池內(nèi)腔11a-11f的溫度達(dá)到均勻，這對(duì)于剛啟動(dòng)運(yùn)行的電池組尤為重要。由于剛啟動(dòng)的電池組需要快速均勻地升溫至適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟?，溫度調(diào)節(jié)管的熱傳導(dǎo)能力更強(qiáng)，同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致電池箱體整體熱量喪失，是比較優(yōu)選的溫度調(diào)節(jié)方式。另外，當(dāng)電池箱體11的整體溫度較高時(shí)，由于溫度調(diào)節(jié)管利用其優(yōu)良的熱傳導(dǎo)能力，將溫度較高的電池內(nèi)腔11a-11f的熱量傳導(dǎo)至溫度相對(duì)較低的電池內(nèi)腔11a-11f，相當(dāng)于增加了散熱面積，結(jié)合冷風(fēng)系統(tǒng)可加快熱量的擴(kuò)散，降低了電池組整體的溫度，同時(shí)使各電池內(nèi)腔11a-11f的溫度均勻，單體電池在溫度均勻的環(huán)境中可保持其一致性，從而提高電池組的壽命和安全性。

實(shí)施例4

如圖7所示，鋰離子電池管理系統(tǒng)包括電壓監(jiān)測(cè)單元71、電流監(jiān)測(cè)單元72、充放電控制單元73和溫度監(jiān)測(cè)單元74，其中，電壓監(jiān)測(cè)單元71和電流監(jiān)測(cè)單元72的數(shù)量與電池組13a-13f的數(shù)量相同，電壓監(jiān)測(cè)單元71用于監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的電池組13a-13f的電壓，電流監(jiān)測(cè)單元72用于監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的電池組13a-13f的電流。電壓監(jiān)測(cè)單元71、電流監(jiān)測(cè)單元72和溫度監(jiān)測(cè)單元74將各自監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)送至充放電控制單元73，充放電控制單元73根據(jù)監(jiān)測(cè)到的電池組13a-13f的電壓、電流、溫度，并根據(jù)預(yù)先確定的參考值控制對(duì)應(yīng)的電池組13a-13f的放電速度，當(dāng)某個(gè)電池組13a-13f的電流較大、溫度較高、電壓較低時(shí)，充放電控制單元73降低該電池組13a-13f的放電速度，反之，當(dāng)某個(gè)電池組13a-13f的電流較小、溫度較低、電壓較高時(shí)，充放電控制單元73提高該電池組13a-13f的放電速度。

本實(shí)施例提供的鋰離子電池管理系統(tǒng)將電池箱體設(shè)置成多個(gè)電池內(nèi)腔，電池組對(duì)應(yīng)地放置在電池內(nèi)腔，在電池內(nèi)腔的頂部或底部設(shè)置溫度調(diào)節(jié)管，溫度調(diào)節(jié)管可以將溫度較高的電池內(nèi)腔的熱量快速地傳導(dǎo)至溫度較低的電池內(nèi)腔內(nèi)，使溫度相對(duì)較低的電池內(nèi)腔快速升溫，同時(shí)使溫度較高的電池內(nèi)腔快速降溫，使各電池內(nèi)腔的溫度保持均勻，單體電池在溫度均勻的環(huán)境中可保持其一致性，從而提高電池組的壽命和安全性。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。