CN105048023A - 一种汽车双向热交换系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车部件技术领域，提供了一种汽车双向热交换系统，包括主回路和并联设置的加热支路与冷却支路，所述主回路包括贴合于待换热器件的水冷板，所述水冷板的第一端口与第二端口分别位于所述待换热器件的两端；所述主回路还包括控制所述水冷板的液体在所述第一端口和所述第二端口间流通的换向模块，所述换向模块的一端与所述第二端连接，另一端与所述加热支路和所述冷却支路的第一公共端连接；所述加热支路与所述冷却支路的第二公共端连接于所述第一端。本发明通过增加换向模块，减小电池包加热或者制冷过程中两端的温度差，提高加热或者制冷的效率，保证电池包正常工作。

Description

一种汽车双向热交换系统

技术领域

本发明属于汽车部件技术领域，具体涉及一种汽车双向热交换系统。

背景技术

汽车的许多部件都需要在规定的温度范围内工作，温度过高或者过低都会影响车辆的性能，甚至出现故障。如汽车的电池包，工作时经常发热或者冬天温度太低，超过规定的温度范围，通常需要设计专门的热交换回路。

现有的电池包热交换回路如图1所示，包括串联连接的单向电子水泵102、与电池包贴合的水冷板101和与其入口连接的三通阀103，三通阀103的第一出口与水加热器104连接，第二出口与液-液换热器105连接，水加热器104的出口与液-液换热器105的出口分别与水冷板101连接；同时，液-液换热器105的冷媒通道通过膨胀阀106、开关阀107与空调模块108连接。电池包需要加热时，三通阀103的入口与第一出口连通，水加热器104与单向电子水泵102工作，水冷板101中的液体流经单向电子水泵102、水加热器104和水冷板101，如此循环使电池包升温；电池包需要制冷时，三通阀103的入口与第二出口连通，液-液换热器105与单向电子水泵102工作，水冷板101中的液体流经单向电子水泵102、液-液换热器105和水冷板101，如此循环使电池包降温。

现有技术的电池包热交换回路采用单向回路，该回路结构会导致水冷板101内的液体在对电池包制冷时，液体受电池包热量影响被逐步加热，加热的液体继续向电池包末端流动，造成电池包的末端散热效果低于电池包的前端；液体在对电池包加热时，液体受电池包热量影响被逐步降温，降温的液体继续向电池包末端流动，造成电池包的末端加热效果低于电池包的前端。上述制冷和加热过程最终造成电池包各个单体的温度一致性差，导致制冷不够或者电池温升较大，甚至有的单体制冷或者温升过剩，缩短电池保使用寿命，，影响电池包的性能；且能耗太大，工作效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车双向热交换系统，通过增加换向模块，减小电池包加热或者制冷过程中两端的温度差，提高加热或者制冷的效率，保证电池包正常工作。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种汽车双向热交换系统，包括主回路和并联设置的加热支路与冷却支路，所述主回路包括贴合于待换热器件的水冷板，所述水冷板的第一端口与第二端口分别位于所述待换热器件的两端；所述主回路还包括控制所述水冷板的液体在所述第一端口和所述第二端口间流通的换向模块，所述换向模块的一端连接于所述第二端，另一端连接于所述加热支路和所述冷却支路的第一公共端；所述加热支路与所述冷却支路的第二公共端连接于所述第一端。

优选地，所述换向模块包括串联有第一单向阀与第一单向电子水泵的第一换向支路，和串联有第二单向阀与第二单向电子水泵的第二换向支路，所述第一公共端经由所述第二换向支路向所述第二端口导通；所述第二端口经由所述第一换向支路向所述第一公共端导通。

优选地，所述第一单向电子水泵与所述第二单向电子水泵为同一单向电子水泵，所述换向模块还包括三通阀，所述三通阀的第一三通阀口与所述单向电子水泵的水泵出口连接，第二三通阀口与所述第一单向阀的第一入口连接，第三三通阀口分别与所述第二单向阀的第二入口和所述第一公共端连接；所述单向电子水泵的水泵入口分别与所述第一单向阀的第一出口和所述第二单向阀的第二出口连接。

优选地，所述第一换向支路与所述第二换向支路并联设置，二者的第一换向公共端与所述第一公共端连接，第二换向公共端与所述第二端口连接。

优选地，所述换向模块包括串联于所述第一公共端与所述第二端口的双向水泵。

优选地，所述第一公共端与所述第二公共端之间还连接有与所述加热支路和所述冷却支路并联的散热支路，所述散热支路包括通过冷凝风扇散热的散热器。

优选地，还包括四通阀，所述四通阀的第一四通阀口与所述第一公共端连接，第二四通阀口与所述散热支路远离所述第二公共端的一端连接，第三四通阀口与所述冷却支路远离所述第二公共端的一端连接，第四四通阀口与所述加热支路远离所述第二公共端的一端连接。

优选地，所述第二四通阀口还连接有补给水壶。

优选地，所述第二公共端与所述第一端口之间还连接有液气分离器。

本发明的有益效果在于：

本发明主回路增加换向模块，在对待换热器件如电池包加热或者降温时，若电池包两端的温差较大，通过换向模块能够实现水冷板中的液体反向流动，从而减小电池包两端的温差，使电池包中各单体的温度趋于一致，这种回路加热或者制冷均衡，提高换热效率，能够保证电池包性能的正常发挥，延长电池包的使用寿命。

附图说明

图1是现有技术电池包热交换回路的示意图；

图2是本发明所提供的汽车双向热交换系统一种具体实施方式的示意图；

图3是本发明所提供的汽车双向热交换系统一种具体实施方式第一换向支路工作状态的示意图；

图4是本发明所提供的汽车双向热交换系统一种具体实施方式第二换向支路工作状态的示意图；

图5是本发明所提供的汽车双向热交换系统换向模块另一种具体实施方式的示意图。

附图标记：

在图1中：

101、水冷板，102、单向电子水泵，103、三通阀，104、水加热器，105、液-液换热器，106、膨胀阀，107、开关阀，108、空调模块；

在图2-图4中：

201、液气分离器，202、水冷板，203、第一单向阀，204、单向电子水泵，205、三通阀，206、第二单向阀，207、四通阀，208、水加热器，209、液-液换热器，210、膨胀阀，211、开关阀，212、空调模块，213、散热器，214、补给水壶，215、换向模块，216、主回路，217、加热支路，218、冷却支路，219、散热支路，220、第一单向电子水泵，221、第二单向单子水泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图2-图5，在一种具体实施方式中，本发明所提供的汽车双向热交换系统，包括主回路216和并联设置的加热支路217与冷却支路218，主回路216包括贴合于待换热器件的水冷板202，水冷板202的第一端口与第二端口分别位于待换热器件的两端；主回路216还包括控制水冷板202的液体在第一端口和第二端口间流通的换向模块215，换向模块215的一端连接于第二端，另一端连接于加热支路217和冷却支路218的第一公共端；加热支路217与冷却支路218的第二公共端连接于第一端。

上述实施例主回路216增加换向模块215，在对待换热器件如电池包加热或者降温时，若电池包两端的温差较大，通过换向模块215能够实现水冷板202中的液体反向流动，从而减小电池包两端的温差，使电池包中各单体的温度趋于一致，这种回路加热或者制冷均衡，提高换热效率，能够保证电池包性能的正常发挥，延长电池包的寿命。

上述待测换热器件如电池包，水冷板202与电池包贴合设置，覆盖电池包的所有单体，第一端口位于水冷板202靠近电池包的第一单体的一端，第二端口位于水冷板202靠近电池包的末端单体的一端。水冷板202的液体在水冷板202的内腔通过换向模块215由第一端口向第二端口的方向流动(即电池包的第一单体向末端单体的方向流动)，或者第二端口向第一端口的方向流动(即由末端单体向第一单体的方向流动)。

换向模块215包括串联有第一单向阀203与第一单向电子水泵220的第一换向支路，和串联有第二单向阀206与第二单向电子水泵221的第二换向支路，第一公共端经由第二换向支路向第二端口导通；第二端口经由第一换向支路向第一公共端导通。通过两条支路的设置分别实现第一公共端与第二端口之间向互为反向的两个方向导通，控制线路简单，且单向的电子水泵价格低廉，降低生产成本。

第一单向阀203由第二端向第一公共端的方向导通，第二单向阀206由第一公共端向第二端的方向导通。

上述换向模块215的一个实施例如图1中的215所示，第一单向电子水泵220与第二单向电子水泵221为同一单向电子水泵204，换向模块215还包括三通阀205，三通阀205的第一三通阀口与单向电子水泵204的水泵出口连接，第二三通阀口与第一单向阀203的第一入口连接，第三三通阀口分别与第二单向阀206的第二入口和第一公共端连接；单向电子水泵204的水泵入口分别与第一单向阀203的第一出口和第二单向阀206的第二出口连接。上述管路结构通过采用一个单向电子水泵204即可分别实现第一公共端与第二端口之间向相反的两个方向导通，减少一个单向电子水泵204，节约成本，且便于控制。

本发明换向模块215的另一个实施例如图5所示，第一换向支路与第二换向支路并联设置，二者的第一换向公共端与第一公共端连接，第二换向公共端与第二端口连接。该种方式通过分别控制两条并联的支路分别实现第一公共端与第二端口之间相反的两个方向导通，控制流程简单。

本发明换向模块215的第三实施例如下，换向模块215包括串联于第一公共端与第二端口的双向水泵。通过开启不同方向的双向水泵分别实现第一公共端与第二端口之间向相反两个方向的导通，整个管路结构简单，但双向水泵的价格昂贵，造成生产成本增加。

第一公共端与第二公共端之间还连接有与加热支路217和冷却支路218并联的散热支路219，散热支路219包括通过冷凝风扇散热的散热器213。当待散热器件温度不太高时，通过散热支路219实现待换热器件的普通降温，而不必开启空调模块212，能够节省能源，降低运行成本。通常冷凝风扇安装于散热器213的周边。

汽车双向热交换系统还包括四通阀207，四通阀207的第一四通阀口与第一公共端连接，第二四通阀口与散热支路219远离第二公共端的一端连接，第三四通阀口与冷却支路218远离第二公共端的一端连接，第四四通阀口与加热支路217远离第二公共端的一端连接。通过四通阀207分别实现散热支路219、冷却支路218、加热支路217与主回路216的导通，结构简单，且便于控制。

散热支路219、冷却支路218、加热支路217也可以分别通过开关阀与第一公共端连接，以实现三者分别与主回路216的导通。但该种方式管路繁琐，且需要分别控制三个开关阀。

第二四通阀口还连接有补给水壶214。以补充冷却板202内部的液体，保证汽车双向热交换系统的正常运行。

第二公共端与第一端口之间还连接有液气分离器201。能够防止气体进入水冷板202，提高整个汽车双向热交换系统的换热效率。

加热支路217包括水加热器208，其一端连接于第四四通阀口，另一端连接于第二公共端。

冷却支路218包括液-液换热器209，液-液换热器209的冷却水一端与第三四通阀口连接，另一端与第二公共端连接；液-液换热器209的冷媒出口与空调模块212的入口连接，冷媒入口通过膨胀阀210、开关阀211与空调模块212的出口连接。

上述的第一单向阀203、第二单向阀206、三通阀205、四通阀207以及开关阀211均可以为电磁阀，也可以为机械阀，优选电磁阀，以便于整个回路的控制。

上述实施例实施时，当电池包需要加热时，四通阀207的第一四通阀口与第四四通阀口导通，其余阀口关闭；三通阀205的第一三通阀口与第三三通阀口导通，第二三通阀口关闭；第一单向阀203导通，第二单向阀206截止。在单向电子水泵204的动力下，水冷板202中的液体由第二端流经第一单向阀203、单向电子水泵204、三通阀205、四通阀207、水加热器208、液气分离器201，流入第一端口，由第一端口向第二端口流动，形成正向加热回路。当电池包两端的温度差值较大时，三通阀205的第一三通阀口与第二三通阀口导通，第三三通阀口关闭；第一单向阀203截止，第二单向阀206导通；四通阀207仍保持原状态，即第一四通阀口与第四四通阀口导通，其余阀口关闭。在单向电子水泵204的动力下，水冷板202中的液体由第一端流经液气分离器201、水加热器208、四通阀207、第二单向阀206、单向电子水泵204、三通阀205，流入第二端口，由第二端口向第一端口流动，形成反向加热回路。反向加热后，若电池包两端的温度差较大，在转到正向加热回路，如此交替加热，均衡电池包各单体的温度。

当电池包需要强制冷时，四通阀207的第一四通阀口与第三四通阀口导通，其余阀口关闭；膨胀阀210和开关阀211导通，同时空调模块212开始工作；三通阀205的第一三通阀口与第三三通阀口导通，第二三通阀口关闭；第一单向阀203导通，第二单向阀206截止。在单向电子水泵204的动力下，水冷板202中的液体由第二端流经第一单向阀203、单向电子水泵204、三通阀205、四通阀207、液-液换热器209、液气分离器201，流入第一端口，由第一端口向第二端口流动，形成正向制冷回路。当电池包两端的温度差值较大时，三通阀205的第一三通阀口与第二三通阀口导通，第三三通阀口关闭；第一单向阀203截止，第二单向阀206导通；四通阀207与冷却支路218仍保持原状态，即第一四通阀口与第三四通阀口导通，其余阀口关闭；膨胀阀210和开关阀211导通，同时空调模块212开始工作。在单向电子水泵204的动力下，水冷板202中的液体由第一端流经液气分离器201、液-液换热器209、四通阀207、第二单向阀206、单向电子水泵204、三通阀205，流入第二端口，由第二端口向第一端口流动，形成反向制冷回路。反向制冷后，若电池包两端的温度差较大，在转到正向制冷回路，如此交替加热，均衡电池包各单体的温度。

当电池包需要普通散热时，四通阀207的第一四通阀口与第二四通阀口导通，其余阀口关闭；三通阀205的第一三通阀口与第三三通阀口导通，第二三通阀口关闭；第一单向阀203导通，第二单向阀206截止。在单向电子水泵204的动力下，水冷板202中的液体由第二端流经第一单向阀203、单向电子水泵204、三通阀205、四通阀207、散热器213、液气分离器201，流入第一端口，由第一端口向第二端口流动，形成正向散热回路。当电池包两端的温度差值较大时，三通阀205的第一三通阀口与第二三通阀口导通，第三三通阀口关闭；第一单向阀203截止，第二单向阀206导通；四通阀207仍保持原状态，即第一四通阀口与第二四通阀口导通，其余阀口关闭。在单向电子水泵204的动力下，水冷板202中的液体由第一端流经液气分离器201、散热器213、四通阀207、第二单向阀206、单向电子水泵204、三通阀205，流入第二端口，由第二端口向第一端口流动，形成反向散热回路。反向散热后，若电池包两端的温度差较大，在转到正向散热回路，如此交替加热，均衡电池包各单体的温度。

其中，正向加热回路、正向制冷回路和正向散热回路三种中的换向模块215的工作状态如图3所示，粗线条的箭头表示液体的流动方向；反向加热回路、反向制冷回路和反向散热回路三种中的换向模块215的工作状态如图4所示，粗线条的箭头表示液体的流动方向。

上述所述的电池包可以换成任何待换热的待换热器件。

虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不限定于上述实施例，而只受权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。

Claims (9)

1.一种汽车双向热交换系统，包括主回路和并联设置的加热支路与冷却支路，所述主回路包括贴合于待换热器件的水冷板，所述水冷板的第一端口与第二端口分别位于所述待换热器件的两端；其特征在于，所述主回路还包括控制所述水冷板的液体在所述第一端口和所述第二端口间流通的换向模块，所述换向模块的一端连接于所述第二端，另一端连接于所述加热支路和所述冷却支路的第一公共端；所述加热支路与所述冷却支路的第二公共端连接于所述第一端。

2.根据权利要求1所述的汽车双向热交换系统，其特征在于，所述换向模块包括串联有第一单向阀与第一单向电子水泵的第一换向支路，和串联有第二单向阀与第二单向电子水泵的第二换向支路，所述第一公共端经由所述第二换向支路向所述第二端口导通；所述第二端口经由所述第一换向支路向所述第一公共端导通。

3.根据权利要求2所述的汽车双向热交换系统，其特征在于，所述第一单向电子水泵与所述第二单向电子水泵为同一单向电子水泵，所述换向模块还包括三通阀，所述三通阀的第一三通阀口与所述单向电子水泵的水泵出口连接，第二三通阀口与所述第一单向阀的第一入口连接，第三三通阀口分别与所述第二单向阀的第二入口和所述第一公共端连接；所述单向电子水泵的水泵入口分别与所述第一单向阀的第一出口和所述第二单向阀的第二出口连接。

4.根据权利要求2所述的汽车双向热交换系统，其特征在于，所述第一换向支路与所述第二换向支路并联设置，二者的第一换向公共端与所述第一公共端连接，第二换向公共端与所述第二端口连接。

5.根据权利要求1所述的汽车双向热交换系统，其特征在于，所述换向模块包括串联于所述第一公共端与所述第二端口的双向水泵。

6.根据权利要求1-5任一项所述的汽车双向热交换系统，其特征在于，所述第一公共端与所述第二公共端之间还连接有与所述加热支路和所述冷却支路并联的散热支路，所述散热支路包括通过冷凝风扇散热的散热器。

7.根据权利要求6所述的汽车双向热交换系统，其特征在于，还包括四通阀，所述四通阀的第一四通阀口与所述第一公共端连接，第二四通阀口与所述散热支路远离所述第二公共端的一端连接，第三四通阀口与所述冷却支路远离所述第二公共端的一端连接，第四四通阀口与所述加热支路远离所述第二公共端的一端连接。

8.根据权利要求6所述的汽车双向热交换系统，其特征在于，所述第二四通阀口还连接有补给水壶。

9.根据权利要求6所述的汽车双向热交换系统，其特征在于，所述第二公共端与所述第一端口之间还连接有液气分离器。