CN105655668A - 电动汽车动力电池组温度控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车动力电池组温度控制系统及方法，其中，动力电池组温度控制系统包括动力电池组、控温液泵、第一换热器、车载充电系统、第二换热器、空调制冷系统以及控制模块；所述车载充电系统包括甲醇水重整制氢子系统，其包括重整器及第一电磁方向阀，重整器产生的余气经第一电磁方向阀后直接排出或经第一换热器后排出；在动力电池组温度过低时，控制模块控制重整器产生的余气依次经第一电磁方向阀、第一换热器后排出，使余气的热量传递给控温液。本发明能利用车载充电系统的重整器余气对动力电池组进行加热，节约了电动汽车的能量，并且在动力电池组充电过程中，或者低电量工作时，或者启动过程中，均能及时对动力电池组进行加热。

Description

电动汽车动力电池组温度控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及电动汽车动力电池组温度控制系统及方法。

背景技术

目前，绝大部分汽车都以汽油、柴油为燃料，不仅消耗了大量的石油资源，而且汽车尾气造成了严重的大气污染。为应对此资源问题和环境问题，电动汽车的开发变得非常重要，电动汽车也日益成为汽车领域的发展趋势。

在装有动力电池组的电动汽车中，通常既要备有动力电池组的冷却系统，又要提供动力电池组的保湿设施，这是因为温度对动力电池组的性能影响较大。这主要体现以下四个方面：其一、容量：在常温附近，温度对锂离子电池和铅酸电池放电容量的影响没有显著的差别，但在0℃以下，锂离子电池及铅酸电池的放电容量都会快速下降，特别是锂离子电池，将其在低温下循环5次后重新在室温下测试，容量不能恢复到初始值；其二、内阻：内阻决定了动力电池组大电流输出时引起的电压降的大小，当温度低于0℃时，动力电池组的内阻将大幅增加；其三、比能量、能量密度和比功率：单位质量或体积的动力电池在规定的条件下所能放出的能量，前者是比能量，后者为能量密度，动力电池的内阻越大，放电输出的能量就越小，内部温升就越高，电池的比能量就下降；其四、循环寿命：在环境温度下降或升高时，动力电池组的循环寿命下降得很快。

有鉴于此，如何对电动汽车的动力电池组进行适当的冷却或加热的温度调节，以使得电动汽车的动力电池组工作在最佳的温度范围内，对整个电动汽车的工作效率和寿命而言都是至关重要的。中国专利201210007505.1公开了一种温度控制系统及方法，包括为动力电池组冷却及加热的系统，其中，加热系统包括：电动水泵、加热器、暖通芯体；通过控制冷却系统及加热系统，可使电动汽车中各个动力电池组工作在合适的温度范围内。中国专利200510020918.3公开了一种电动车动力电池组控温系统和方法，包括冷却循环介质的换热器及加热循环介质的换热器，通过电子控制单元控制驱动装置的开启和停止，使动力电池组工作在正常温度范围内。

然而，上述专利还存在以下缺陷：在寒冷的外部环境下，动力电池组在温度过低时，需要采用车载加热器或车载空调热气加热，但是，车载加热器或车载空调在工作过程中，均需要耗费较多的电能，这样一来，不仅浪费了电动汽车的能量，而且在动力电池组充电过程中，或者低电量工作时，或者启动过程中，均难以及时对动力电池组进行加热，易导致动力电池组因不能及时加热而遭到损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种电动汽车动力电池组温度控制系统，该温度控制系统能利用车载充电系统的重整器余气对动力电池组进行加热，节约了电动汽车的能量，并且在动力电池组充电过程中，或者低电量工作时，或者启动过程中，均能及时对动力电池组进行加热。为此，本发明还要提供一种该电动汽车动力电池组温度控制系统的温度控制方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种电动汽车动力电池组温度控制系统，包括动力电池组、控温液泵、第一换热器、车载充电系统、第二换热器、空调制冷系统以及控制模块；所述动力电池组、控温液泵、第一换热器及第二换热器之间连接有控温液循环管道，控温液循环管道内具有控温液；所述车载充电系统包括甲醇水重整制氢子系统及燃料电池子系统，其中，所述甲醇水重整制氢子系统包括重整器及第一电磁方向阀，所述重整器用于甲醇和水发生重整制氢反应制得氢气，并供应给燃料电池，重整器产生的余气经第一电磁方向阀后直接排出或经第一换热器后排出；所述燃料电池用于氢气及空气中的氧气发生电化学反应产生电能，该电能经电力转换装置转换后，为动力电池组充电；所述空调制冷系统与第二换热器相配合；所述控制模块用于控制控温液泵、车载充电系统及空调制冷系统的工作运转；在动力电池组温度过高时，控制模块控制重整器产生的余气经第一电磁方向阀后直接排出，并控制空调制冷系统向第二换热器输入制冷介质，带走控温液中的热量；在动力电池组温度过低时，控制模块控制空调制冷系统关闭向第二换热器输入制冷介质的通道，并控制重整器产生的余气依次经第一电磁方向阀、第一换热器后排出，使余气的热量传递给控温液。

优选地，所述第一换热器与第二换热器相互串联，所述控温液循环管道内的控温液在控温液泵的驱动下，循环流经于第二换热器、第一换热器、动力电池组及控温液泵。

优选地，所述第一换热器与第二换热器相互并联，所述电动汽车动力电池组温度控制系统还包括第二电磁方向阀，所述控温液循环管道内的控温液在控温液泵的驱动下，可循环流经于第二电磁换向阀、第二换热器、动力电池组及控温液泵，或者循环流经于第二电磁换向阀、第一换热器、动力电池组及控温液泵。

优选地,所述甲醇水重整制氢子系统还包括第三换热器，所述第三换热器安装于甲醇水原料的输送管道上，甲醇水原料在第三换热器中，与重整器输出的高温氢气进行换热，甲醇水原料温度升高，氢气温度降低；所述重整器设有重整室、加热装置及氢气纯化装置，所述加热装置为重整室提供350-570℃温度的热能；所述重整室内设有催化剂，甲醇和水在重整室内发生重整制氢反应，制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体；所述重整室与氢气纯化装置通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室内，能通过重整室内的高温继续加热从重整室输出的高温混合气体；所述连接管路作为重整室与氢气纯化装置之间的缓冲，使得从重整室输出的高温混合气体的温度与氢气纯化装置的温度相同或接近；从氢气纯化装置的产气端得到氢气，该氢气经第三换热器后输出至燃料电池；分离氢气后，余气经第一电磁方向阀后直接排出或经第一换热器后排出。

优选地，所述加热装置包括燃烧腔，该燃烧腔用于部分制得的氢气与外界空气中的氧气燃烧，为重整器的运行提供热量；燃烧腔内氢气氧气燃烧产生的水汽以及外界空气中的未燃烧气体混合而成的余气，经第一电磁方向阀后直接排出或经第一换热器后排出。

优选地，所述控温液循环管道在动力电池组中设置有若干控温通道，该若干控温通道均匀分布于动力电池组内。

优选地，所述动力电池组内设有温度传感器，该温度感应器用于监测动力电池组温度，其信号输出端接到控制模块。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：一种电动汽车动力电池组温度控制系统的温度控制方法，包括以下步骤：

（1）控制模块设定动力电池组的过热温度值、过冷数值及标准温度区间值，该标准温度区间值的上限值低于过热温度值，该标准温度区间值的下限值高于过冷数值，控制模块通过温度感应器侦测动力电池组的温度；

（2）控制模块根据动力电池组的温度，分别做出以下控制：

a.当动力电池组的温度高于过热数值时，控制模块控制重整器产生的余气经第一电磁方向阀后直接排出，并控制空调制冷系统向第二换热器输入制冷介质，带走控温液中的热量，控温液在控温液泵的驱动下，通过动力电池组，为动力电池组散热；当动力电池组的温度降低至标准温度区间值的上限值时，控制模块控制空调制冷系统停止向第二换热器输入制冷介质；

b.当动力电池组的温度低于过冷数值时，控制模块控制空调制冷系统关闭向第二换热器输入制冷介质的通道，并控制重整器产生的余气依次经第一电磁方向阀、第一换热器后排出，使余气的热量传递给控温液，控温液在控温液泵的驱动下，通过动力电池组，为动力电池组加热；当动力电池组的温度上升至标准温度区间值的下限值时，控制模块控制重整器产生的余气经第一电磁方向阀后直接排出；

c.当动力电池组的温度处于标准温度区间值之内时，控制模块控制重整器产生的余气经第一电磁方向阀后直接排出，并控制空调制冷系统关闭向第二换热器输入制冷介质的通道，动力电池组进入自然散热/保温状态。

本发明的有益效果是：在寒冷的外部环境下，本发明能利用车载充电系统的甲醇水重整制氢子系统所产生的高热量余气，为动力电池组加热，不仅节约了电动汽车的能量，并且在动力电池组充电过程中，或者低电量工作时，或者启动过程中，均能及时对动力电池组进行加热，使动力电池组得到良好的保护。

附图说明

图1为本发明一优选方式的整体结构方框图。

图2为本发明另一优选方式的整体结构方框图。

图3为本发明动力电池组的优选结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明为一种电动汽车动力电池组温度控制系统，包括动力电池组1、控温液泵2、第一换热器3、车载充电系统4、第二换热器5、空调制冷系统6以及控制模块（图中未示出）；所述动力电池组1、控温液泵2、第一换热器3及第二换热器5之间连接有控温液循环管道7，控温液循环管道7内具有控温液；所述车载充电系统4包括甲醇水重整制氢子系统及燃料电池子系统，其中，所述甲醇水重整制氢子系统包括重整器41及第一电磁方向阀42，所述重整器41用于甲醇和水发生重整制氢反应制得氢气，并供应给燃料电池43，重整器41产生的余气经第一电磁方向阀42后直接排出或经第一换热器3后排出；所述燃料电池43用于氢气及空气中的氧气发生电化学反应产生电能，该电能经电力转换装置44转换后，为动力电池组1充电；所述空调制冷系统6与第二换热器5相配合；所述控制模块用于控制控温液泵2、车载充电系统4及空调制冷系统6的工作运转；在动力电池组1温度过高时，控制模块控制重整器41产生的余气经第一电磁方向阀42后直接排出，并控制空调制冷系统6向第二换热器5输入制冷介质，带走控温液中的热量；在动力电池组1温度过低时，控制模块控制空调制冷系统6关闭向第二换热器5输入制冷介质的通道，并控制重整器41产生的余气依次经第一电磁方向阀42、第一换热器3后排出，使余气的热量传递给控温液。

如图1所示，作为本发明的一种优选方式，所述第一换热器3与第二换热器5相互串联，所述控温液循环管道7内的控温液在控温液泵2的驱动下，循环流经于第二换热器5、第一换热器3、动力电池组1及控温液泵2。

如图2所示，作为本发明的另一种优选方式，所述第一换热器3与第二换热器5相互并联，所述电动汽车动力电池组温度控制系统还包括第二电磁方向阀8，所述控温液循环管道7内的控温液在控温液泵2的驱动下，可循环流经于第二电磁换向阀8、第二换热器5、动力电池组1及控温液泵2，或者循环流经于第二电磁换向阀8、第一换热器3、动力电池组1及控温液泵2。

如图1和图2所示，所述甲醇水重整制氢子系统还包括第三换热器45，所述第三换热器45安装于甲醇水原料的输送管道上，甲醇水原料在第三换热器45中，与重整器41输出的高温氢气进行换热，甲醇水原料温度升高，氢气温度降低；所述重整器41设有重整室、加热装置及氢气纯化装置，所述加热装置为重整室提供350-570℃温度的热能；所述重整室内设有催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统，反应方程为：(1)CH₃OH→CO+2H₂、(2)H₂O+CO→CO₂+H₂、(3)CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂，制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体；所述重整室与氢气纯化装置通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室内，能通过重整室内的高温继续加热从重整室输出的高温混合气体；所述连接管路作为重整室与氢气纯化装置之间的缓冲，使得从重整室输出的高温混合气体的温度与氢气纯化装置的温度相同或接近；从氢气纯化装置的产气端得到氢气，该氢气经第三换热器45后输出至燃料电池43；分离氢气后，余气经第一电磁方向阀42后直接排出或经第一换热器3后排出。所述甲醇水重整制氢子系统还包括甲醇水容器46及输送泵47，其中，甲醇水容器46内储存有液态的甲醇水原料，输送泵47用于将甲醇水储存容器46中的甲醇水原料通过输送管道泵送至重整器41。

作为重整器的优选方式，所述加热装置包括燃烧腔，该燃烧腔用于部分制得的氢气与外界空气中的氧气燃烧，为重整器41的运行提供热量；燃烧腔内氢气氧气燃烧产生的水汽以及外界空气中的未燃烧气体混合而成的余气，经第一电磁方向阀42后直接排出或经第一换热器3后排出。

如图3所示，所述控温液循环管道7在动力电池组1中设置有若干控温通道71，该若干控温通道71均匀分布于动力电池组1内，这样能均匀对各个单体电池进行散热或保温。

在上述技术方案中，所述动力电池组1内设有温度传感器（图中未示出），该温度感应器用于监测动力电池组1温度，其信号输出端接到控制模块。

所述电动汽车动力电池组温度控制系统的温度控制方法，包括以下步骤：

（1）控制模块设定动力电池组的过热温度值、过冷数值及标准温度区间值，该标准温度区间值的上限值低于过热温度值，该标准温度区间值的下限值高于过冷数值，控制模块通过温度感应器侦测动力电池组的温度；例如，将过热温度值设置为40℃，过冷数值设置为0℃，标准温度区间值设置为8-32℃；

（2）控制模块根据动力电池组的温度，分别做出以下控制：

a.当动力电池组的温度高于过热数值时，控制模块控制重整器产生的余气经第一电磁方向阀后直接排出，并控制空调制冷系统向第二换热器输入制冷介质，带走控温液中的热量，控温液在控温液泵的驱动下，通过动力电池组，为动力电池组散热；当动力电池组的温度降低至标准温度区间值的上限值时，控制模块控制空调制冷系统停止向第二换热器输入制冷介质；

b.当动力电池组的温度低于过冷数值时，控制模块控制空调制冷系统关闭向第二换热器输入制冷介质的通道，并控制重整器产生的余气依次经第一电磁方向阀、第一换热器后排出，使余气的热量传递给控温液，控温液在控温液泵的驱动下，通过动力电池组，为动力电池组加热；当动力电池组的温度上升至标准温度区间值的下限值时，控制模块控制重整器产生的余气经第一电磁方向阀后直接排出；

c.当动力电池组的温度处于标准温度区间值之内时，控制模块控制重整器产生的余气经第一电磁方向阀后直接排出，并控制空调制冷系统关闭向第二换热器输入制冷介质的通道，动力电池组进入自然散热/保温状态。

以上所述，仅是本发明较佳实施方式，凡是依据本发明的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.电动汽车动力电池组温度控制系统，其特征在于：包括动力电池组、控温液泵、第一换热器、车载充电系统、第二换热器、空调制冷系统以及控制模块；所述动力电池组、控温液泵、第一换热器及第二换热器之间连接有控温液循环管道，控温液循环管道内具有控温液；所述车载充电系统包括甲醇水重整制氢子系统及燃料电池子系统，其中，所述甲醇水重整制氢子系统包括重整器及第一电磁方向阀，所述重整器用于甲醇和水发生重整制氢反应制得氢气，并供应给燃料电池，重整器产生的余气经第一电磁方向阀后直接排出或经第一换热器后排出；所述燃料电池用于氢气及空气中的氧气发生电化学反应产生电能，该电能经电力转换装置转换后，为动力电池组充电；所述空调制冷系统与第二换热器相配合；所述控制模块用于控制控温液泵、车载充电系统及空调制冷系统的工作运转；在动力电池组温度过高时，控制模块控制重整器产生的余气经第一电磁方向阀后直接排出，并控制空调制冷系统向第二换热器输入制冷介质，带走控温液中的热量；在动力电池组温度过低时，控制模块控制空调制冷系统关闭向第二换热器输入制冷介质的通道，并控制重整器产生的余气依次经第一电磁方向阀、第一换热器后排出，使余气的热量传递给控温液。

2.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池组温度控制系统，其特征在于：所述第一换热器与第二换热器相互串联，所述控温液循环管道内的控温液在控温液泵的驱动下，循环流经于第二换热器、第一换热器、动力电池组及控温液泵。

3.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池组温度控制系统，其特征在于：所述第一换热器与第二换热器相互并联，所述电动汽车动力电池组温度控制系统还包括第二电磁方向阀，所述控温液循环管道内的控温液在控温液泵的驱动下，可循环流经于第二电磁换向阀、第二换热器、动力电池组及控温液泵，或者循环流经于第二电磁换向阀、第一换热器、动力电池组及控温液泵。

4.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池组温度控制系统，其特征在于：所述甲醇水重整制氢子系统还包括第三换热器，所述第三换热器安装于甲醇水原料的输送管道上，甲醇水原料在第三换热器中，与重整器输出的高温氢气进行换热，甲醇水原料温度升高，氢气温度降低；所述重整器设有重整室、加热装置及氢气纯化装置，所述加热装置为重整室提供350-570℃温度的热能；所述重整室内设有催化剂，甲醇和水在重整室内发生重整制氢反应，制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体；所述重整室与氢气纯化装置通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室内，能通过重整室内的高温继续加热从重整室输出的高温混合气体；所述连接管路作为重整室与氢气纯化装置之间的缓冲，使得从重整室输出的高温混合气体的温度与氢气纯化装置的温度相同或接近；从氢气纯化装置的产气端得到氢气，该氢气经第三换热器后输出至燃料电池；分离氢气后，余气经第一电磁方向阀后直接排出或经第一换热器后排出。

5.根据权利要求4所述的电动汽车动力电池组温度控制系统，其特征在于：所述加热装置包括燃烧腔，该燃烧腔用于部分制得的氢气与外界空气中的氧气燃烧，为重整器的运行提供热量；燃烧腔内氢气氧气燃烧产生的水汽以及外界空气中的未燃烧气体混合而成的余气，经第一电磁方向阀后直接排出或经第一换热器后排出。

6.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池组温度控制系统，其特征在于：所述控温液循环管道在动力电池组中设置有若干控温通道，该若干控温通道均匀分布于动力电池组内。

7.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池组温度控制系统，其特征在于：所述动力电池组内设有温度传感器，该温度感应器用于监测动力电池组温度，其信号输出端接到控制模块。

8.权利要求1-7中任意一项所述电动汽车动力电池组温度控制系统的温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）控制模块设定动力电池组的过热温度值、过冷数值及标准温度区间值，该标准温度区间值的上限值低于过热温度值，该标准温度区间值的下限值高于过冷数值，控制模块通过温度感应器侦测动力电池组的温度；

（2）控制模块根据动力电池组的温度，分别做出以下控制：

a.当动力电池组的温度高于过热数值时，控制模块控制重整器产生的余气经第一电磁方向阀后直接排出，并控制空调制冷系统向第二换热器输入制冷介质，带走控温液中的热量，控温液在控温液泵的驱动下，通过动力电池组，为动力电池组散热；当动力电池组的温度降低至标准温度区间值的上限值时，控制模块控制空调制冷系统停止向第二换热器输入制冷介质；

b.当动力电池组的温度低于过冷数值时，控制模块控制空调制冷系统关闭向第二换热器输入制冷介质的通道，并控制重整器产生的余气依次经第一电磁方向阀、第一换热器后排出，使余气的热量传递给控温液，控温液在控温液泵的驱动下，通过动力电池组，为动力电池组加热；当动力电池组的温度上升至标准温度区间值的下限值时，控制模块控制重整器产生的余气经第一电磁方向阀后直接排出；

c.当动力电池组的温度处于标准温度区间值之内时，控制模块控制重整器产生的余气经第一电磁方向阀后直接排出，并控制空调制冷系统关闭向第二换热器输入制冷介质的通道，动力电池组进入自然散热/保温状态。