CN105356003B - 电动汽车动力电池组与空调联合多模式热管理系统 - Google Patents

电动汽车动力电池组与空调联合多模式热管理系统 Download PDF

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Abstract

电动汽车动力电池组与空调联合多模式热管理系统包括压缩机、四通阀、车厢换热器、电池组换热器、2个膨胀阀、车头空气换热器和6个截止阀，通过控制四通阀的转向和各个截止阀的通断即可使得电动汽车动力电池组在各种极端温度环境下维持合理工作温度，同时可实现对车厢温度的控制，取得较高的运行效率，提高电动汽车安全性和使用寿命。

Description

电动汽车动力电池组与空调联合多模式热管理系统
技术领域
本发明主要涉及电动车动力电池组热管理系统技术领域，尤其是指一种电动汽车动力电池组与空调联合多模式热管理系统。
背景技术
在能源危机和环境问题的双重压力下，近年来，世界各国都在积极制定能源发展战略、寻求平衡能源供给的有效途径。新能源汽车在能量效率和减低排放方面具有比传统车辆更好的优势，因而得到世界范围内的普遍重视。
锂离子电池因其优越的性能而被广泛应用于电动汽车中，然而，锂离子电池工作过程中会产热，如果不及时散热，就容易引起电池内部的热量堆积，导致出现故障甚或发生安全事故。温度上升，电池内阻减小，一定程度上改善电池性能。但是，温度的升高，会加速电池内部放热化学反应速率，导致更多热的产生，可能会破坏电池及诱发热失控。电动汽车在行驶过程中，因起停或变速等原因，动力电池负荷波动起伏，电池产热动态变化，而且，多变的路面状况及环境条件意味着散热条件亦动态变化。电动汽车续航里程的提高要求发展更大容量动力电池，还要求电池具备较好的快速充放电能力，实际使用中也可能存在电池滥用或突发事件(如撞击)等情况，这些因素均可能会破坏电池的热平衡状态、造成局部或整体温升，进一步还可能触发电池材料的放热反应、造成电池及周围的易燃材料的着火、燃烧甚至爆炸。对于单体电池，随着电池尺寸增大，电池内部产热的不均衡更为突出，正极反应的产热量甚至是其它部位的数倍。对于电池组来说，随着尺寸增大，电堆内单体电池产/散热不均衡更为突出，如果散热方案设计不当，电池组内不同模块以及电池模块内部各个单体电池之间会产生非常严重的不均衡温度分布，从而造成单体电池非均衡使用，进一步导致电池模块过早失效。
另一方面，在零下环境温度，锂离子电池内部电荷转移动力迟缓，电极导电性降低，固态锂扩散率的降低使得电池性能大大下降。部分地区冬季气温低至-20℃，电池基本不能放电或放电深度较浅。
电池温度控制的理想状况是：模块与模块之间的温差低于5℃，最佳工作温度因电池而异大致为25～40℃，而实际车况温度范围要大得多。因此，开发合理有效的锂离子电池组热管理(适时冷却或加热)系统，对于提高电动汽车安全性和使用寿命至关重要。
发明内容
本发明提供一种电动汽车动力电池组与空调联合多模式热管理系统，应用该系统可使得电动汽车动力电池组在各种极端温度环境下维持合理工作温度，即可使得电动汽车动力电池组取得较高的运行效率，提高电动汽车安全性和使用寿命。
本发明采用的技术方案为：
电动汽车动力电池组与空调联合多模式热管理系统，包括压缩机、四通阀、车厢换热器、第一膨胀阀、电池组换热器、第二膨胀阀、车头空气换热器、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀和第六截止阀，其中，压缩机的输出端与四通阀的第一端口连接，四通阀的第二端口分别与第一截止阀的一端、车厢换热器的一端连接，第一截止阀分别与第二截止阀的一端、电池组换热器的一端连接，车厢换热器的另一端分别与第三截止阀的一端、第四截止阀的一端连接，第三截止阀的另一端与第一膨胀阀的一端连接，第一膨胀阀的另一端分别与车头空气换热器的一端、第五截止阀的一端连接，第五截止阀的另一端分别与第四截止阀的另一端、第二膨胀阀的一端连接，第二膨胀阀的另一端与电池组换热器的另一端连接，车头空气换热器的另一端与第六截止阀的一端连接，第六截止阀的另一端、第二截止阀的另一端均与四通阀的第三端口连接，四通阀的第四端口与压缩机的输入端连接。
该系统包括压缩机、四通阀、车厢换热器、电池组换热器、2个膨胀阀、车头空气换热器和6个截止阀，截止阀、四通阀起到开关控制所经管路通断的作用，膨胀阀起到空调系统节流作用，通过控制四通阀的转向和各个截止阀的通断来实现电动汽车需要的几个功能：
一、当车厢和电池组同时需要冷却时，四通阀的第一端口与第三端口连通，四通阀的第二端口与第四端口连通，同时开启第一截止阀、第三截止阀、第五截止阀、第六截止阀，关闭第二截止阀、第四截止阀，此时，压缩机、车头空气换热器、第一膨胀阀和车厢换热器形成回路，压缩机、车头空气换热器、第二膨胀阀和电池组换热器形成回路，工作时，被压缩机压缩后的高温高压气体制冷剂进入车头空气换热器，经过车头空气换热器后被冷却成高压的液态制冷剂后，一部分液态制冷剂通过第一膨胀阀节流后进入车厢换热器，该部分液态制冷剂在车厢换热器内气化吸热后回到压缩机中，如此循环，即可使得车厢被冷却，另一部分液态制冷剂通过第二膨胀阀节流后进入电池组换热器，该部分液态制冷剂在电池组换热器内气化吸热后回到压缩机中，如此循环，即可使得电池组被冷却；
二、当车厢和电池组同时需要加热时，四通阀的第一端口与第二端口连通，四通阀的第三端口与第四端口连通，同时开启第一截止阀、第三截止阀、第五截止阀和第六截止阀，关闭第二截止阀、第四截止阀，此时，压缩机、车厢换热器、第一膨胀阀和车头空气换热器形成回路，压缩机、电池组换热器、第二膨胀阀和车头空气换热器形成回路，工作时，制冷剂被压缩机压缩后形成高温高压气体制冷剂，一部分高温高压气体制冷剂进入车厢换热器放热被冷却成高压的液态制冷剂，使得车厢被加热，该高压的液态制冷剂通过第一膨胀阀节流后进入车头空气换热器内气化吸热后回到压缩机中，如此循环，另一部分高温高压气体制冷剂进入电池组换热器放热被冷却成高压的液态制冷剂，使得电池组被加热，该高压的液态制冷剂通过第二膨胀阀节流后进入车头空气换热器内气化吸热后回到压缩机中，如此循环；
三、当车厢需要加热而电池组需要冷却时，四通阀的第一端口与第二端口连通，四通阀的第三端口与第四端口连通，同时关闭第一截止阀、第三截止阀、第五截止阀和第六截止阀，开启第二截止阀、第四截止阀，此时，压缩机、车厢换热器、第二膨胀阀和电池组换热器形成回路，工作时，被压缩机压缩后的高温高压气体制冷剂进入车厢换热器，经过车厢换热器放热被冷却成高压的液态制冷剂，使得车厢得以被加热，该高压的液态制冷剂通过第二膨胀阀节流后进入电池组换热器，高压的液态制冷剂在电池组换热器内气化吸热后回到压缩机中，使得电池组得以被冷却，如此循环；
四、当车厢单独需要加热时，四通阀的第一端口与第二端口连通，四通阀的第三端口与第四端口连通，同时关闭第一截止阀、第二截止阀、第四截止阀、第五截止阀，开启第三截止阀和第六截止阀，此时，压缩机、车厢换热器、第一膨胀阀、车头空气换热器形成回路，工作时，制冷剂被压缩机压缩后形成高温高压气体制冷剂，该高温高压气体制冷剂进入车厢换热器放热被冷却成高压的液态制冷剂，使得车厢被加热，该高压的液态制冷剂通过第一膨胀阀节流后进入车头空气换热器内气化吸热后回到压缩机中，如此循环；
五、当电池组单独需要冷却时，四通阀的第一端口与第三端口连通，四通阀的第二端口与第四端口连通，同时开启第一截止阀、第五截止阀和第六截止阀，关闭第二截止阀、第三截止阀和第四截止阀，此时，压缩机、车头空气换热器、第二膨胀阀和电池组换热器形成回路，工作时，被压缩机压缩后的高温高压气体制冷剂进入车头空气换热器，经过车头空气换热器后被冷却成高压的液态制冷剂，该高压的液态制冷剂通过第二膨胀阀节流后进入电池组换热器，该液态制冷剂在电池组换热器内气化吸热后回到压缩机中，如此循环，即可使得电池组被冷却。
由上述可知，通过控制四通阀的转向和各个截止阀的通断即可使得电动汽车动力电池组在各种极端温度环境下维持合理工作温度，同时可实现对车厢温度的控制，取得较高的运行效率，提高电动汽车安全性和使用寿命。
第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀和第六截止阀均为电磁阀。简单易实现。
本发明所带来的有益效果为：
应用该系统可使得电动汽车动力电池组在各种极端温度环境下维持合理工作温度，同时可实现对车厢温度的控制，运行效率高，提高电动汽车安全性和使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例的具体结构示意图；
附图标记：
1、压缩机；101、输出端；102、输入端；2、车厢换热器；3、电池组换热器；4、车头空气换热器；5、第一膨胀阀；6、第二膨胀阀；7、四通阀；701、第一端口；702、第二端口；703、第三端口；704、第四端口；8、第一截止阀；9、第二截止阀；10、第三截止阀；11、第四截止阀；12、第五截止阀；13、第六截止阀。
具体实施方式
如图1所示，电动汽车动力电池组与空调联合多模式热管理系统，包括压缩机1、四通阀7、车厢换热器2、第一膨胀阀5、电池组换热器3、第二膨胀阀6、车头空气换热器4、第一截止阀8、第二截止阀9、第三截止阀10、第四截止阀11、第五截止阀12和第六截止阀13，其中，压缩机1的输出端101与四通阀7的第一端口701连接，四通阀7的第二端口702分别与第一截止阀8的一端、车厢换热器2的一端连接，第一截止阀8分别与第二截止阀9的一端、电池组换热器3的一端连接，车厢换热器2的另一端分别与第三截止阀10的一端、第四截止阀11的一端连接，第三截止阀10的另一端与第一膨胀阀5的一端连接，第一膨胀阀5的另一端分别与车头空气换热器4的一端、第五截止阀12的一端连接，第五截止阀12的另一端分别与第四截止阀11的另一端、第二膨胀阀6的一端连接，第二膨胀阀6的另一端与电池组换热器3的另一端连接，车头空气换热器4的另一端与第六截止阀13的一端连接，第六截止阀13的另一端、第二截止阀9的另一端均与四通阀7的第三端口703连接，四通阀7的第四端口704与压缩机1的输入端102连接。
该系统包括压缩机1、四通阀7、车厢换热器2、电池组换热器3、2个膨胀阀、车头空气换热器4和6个截止阀，截止阀、四通阀7起到开关控制所经管路通断的作用，膨胀阀起到空调系统节流作用，通过控制四通阀7的转向和各个截止阀的通断来实现电动汽车需要的几个功能：
一、当车厢和电池组同时需要冷却时，四通阀7的第一端口701与第三端口703连通，四通阀7的第二端口702与第四端口704连通，同时开启第一截止阀8、第三截止阀10、第五截止阀12、第六截止阀13，关闭第二截止阀9、第四截止阀11，此时，压缩机1、车头空气换热器4、第一膨胀阀5和车厢换热器2形成回路，压缩机1、车头空气换热器4、第二膨胀阀6和电池组换热器3形成回路，工作时，被压缩机1压缩后的高温高压气体制冷剂进入车头空气换热器4，经过车头空气换热器4后被冷却成高压的液态制冷剂后，一部分液态制冷剂通过第一膨胀阀5节流后进入车厢换热器2，该部分液态制冷剂在车厢换热器2内气化吸热后回到压缩机1中，如此循环，即可使得车厢被冷却，另一部分液态制冷剂通过第二膨胀阀6节流后进入电池组换热器3，该部分液态制冷剂在电池组换热器3内气化吸热后回到压缩机1中，如此循环，即可使得电池组被冷却；
二、当车厢和电池组同时需要加热时，四通阀7的第一端口701与第二端口702连通，四通阀7的第三端口703与第四端口704连通，同时开启第一截止阀8、第三截止阀10、第五截止阀12和第六截止阀13，关闭第二截止阀9、第四截止阀11，此时，压缩机1、车厢换热器2、第一膨胀阀5和车头空气换热器4形成回路，压缩机1、电池组换热器3、第二膨胀阀6和车头空气换热器4形成回路，工作时，制冷剂被压缩机1压缩后形成高温高压气体制冷剂，一部分高温高压气体制冷剂进入车厢换热器2放热被冷却成高压的液态制冷剂，使得车厢被加热，该高压的液态制冷剂通过第一膨胀阀5节流后进入车头空气换热器4内气化吸热后回到压缩机1中，如此循环，另一部分高温高压气体制冷剂进入电池组换热器3放热被冷却成高压的液态制冷剂，使得电池组被加热，该高压的液态制冷剂通过第二膨胀阀6节流后进入车头空气换热器4内气化吸热后回到压缩机1中，如此循环；
三、当车厢需要加热而电池组需要冷却时，四通阀7的第一端口701与第二端口702连通，四通阀7的第三端口703与第四端口704连通，同时关闭第一截止阀8、第三截止阀10、第五截止阀12和第六截止阀13，开启第二截止阀9、第四截止阀11，此时，压缩机1、车厢换热器2、第二膨胀阀6和电池组换热器3形成回路，工作时，被压缩机1压缩后的高温高压气体制冷剂进入车厢换热器2，经过车厢换热器2放热被冷却成高压的液态制冷剂，使得车厢得以被加热，该高压的液态制冷剂通过第二膨胀阀6节流后进入电池组换热器3，高压的液态制冷剂在电池组换热器3内气化吸热后回到压缩机1中，使得电池组得以被冷却，如此循环；
四、当车厢单独需要加热时，四通阀7的第一端口701与第二端口702连通，四通阀7的第三端口703与第四端口704连通，同时关闭第一截止阀8、第二截止阀9、第四截止阀11、第五截止阀12，开启第三截止阀10和第六截止阀13，此时，压缩机1、车厢换热器2、第一膨胀阀5、车头空气换热器4形成回路，工作时，制冷剂被压缩机1压缩后形成高温高压气体制冷剂，该高温高压气体制冷剂进入车厢换热器2放热被冷却成高压的液态制冷剂，使得车厢被加热，该高压的液态制冷剂通过第一膨胀阀5节流后进入车头空气换热器4内气化吸热后回到压缩机1中，如此循环；
五、当电池组单独需要冷却时，四通阀7的第一端口701与第三端口703连通，四通阀7的第二端口702与第四端口704连通，同时开启第一截止阀8、第五截止阀12和第六截止阀13，关闭第二截止阀9、第三截止阀10和第四截止阀11，此时，压缩机1、车头空气换热器4、第二膨胀阀6和电池组换热器3形成回路，工作时，被压缩机1压缩后的高温高压气体制冷剂进入车头空气换热器4，经过车头空气换热器4后被冷却成高压的液态制冷剂，该高压的液态制冷剂通过第二膨胀阀6节流后进入电池组换热器3，该液态制冷剂在电池组换热器3内气化吸热后回到压缩机1中，如此循环，即可使得电池组被冷却。
由上述可知，通过控制四通阀7的转向和各个截止阀的通断即可使得电动汽车动力电池组在各种极端温度环境下维持合理工作温度，同时可实现对车厢温度的控制，取得较高的运行效率，提高电动汽车安全性和使用寿命。
第一截止阀8、第二截止阀9、第三截止阀10、第四截止阀11、第五截止阀12和第六截止阀13均为电磁阀。简单易实现。
上列详细说明是针对本发明之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.电动汽车动力电池组与空调联合多模式热管理系统，其特征在于：包括压缩机、四通阀、车厢换热器、第一膨胀阀、电池组换热器、第二膨胀阀、车头空气换热器、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀和第六截止阀，其中，压缩机的输出端与四通阀的第一端口连接，四通阀的第二端口分别与第一截止阀的一端、车厢换热器的一端连接，第一截止阀分别与第二截止阀的一端、电池组换热器的一端连接，车厢换热器的另一端分别与第三截止阀的一端、第四截止阀的一端连接，第三截止阀的另一端与第一膨胀阀的一端连接，第一膨胀阀的另一端分别与车头空气换热器的一端、第五截止阀的一端连接，第五截止阀的另一端分别与第四截止阀的另一端、第二膨胀阀的一端连接，第二膨胀阀的另一端与电池组换热器的另一端连接，车头空气换热器的另一端与第六截止阀的一端连接，第六截止阀的另一端、第二截止阀的另一端均与四通阀的第三端口连接，四通阀的第四端口与压缩机的输入端连接；所述第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀和第六截止阀均为电磁阀。
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