CN106374157A - 一种使用热泵技术实现的电池热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动汽车动力电池技术领域，提供一种使用热泵技术实现的电池热管理系统，包括与电池芯面接触的热交换器以及压缩器、散热器、散热风扇、膨胀阀、控制器、闭环管路、多路阀门组成，控制器判断电池是否需要冷却或加热；多路阀门安装在闭环管路上，由控制器对阀门控制；热交换器与电池芯面和冷却管路物理接触；通过膨胀阀节流降压，同时降低液体的温度；散热器及散热风扇共同对管路的气体散热转变为低压液体。本发明根据相变散热的原理，通过液体和气体之间的转换，对电池系统的高效冷却和加热，实现热量的传递，从而有效的将电池温度控制在理想的温度范围内，实现电池的快速冷却、快速冷却，且保证了电池温度一致性。

Description

一种使用热泵技术实现的电池热管理系统
技术领域
本发明涉及电动汽车动力电池技术领域，尤其涉及一种用于电动汽车的电池热管理系统。
背景技术
随着电动汽车大规模商业化运营，电动车充放电性能及续驶里程受环境温度的影响日益突出。在高温或低温环境下，动力电池的充放电性能及放电量受到限制，降低了车辆动力性和续驶里程，增加了车辆的充电时间，例如零下10度环境温度下与25度环境温度下对比，车辆续驶里程缩短20％，车辆快充时间大幅增加。
为降低电动车辆受环境温度的影响，可通过增加电池系统热管理系统实现对电池包内部温度的调节。现有的电池热管理系统通常有以下三种方案：
采用PTC或加热膜加热，自然风冷：这种方案结构简单，不占用箱体空间，易于箱体密封，缺点是电池冷却效率低，电池温度无法冷却到低于环境温度。此方案适用于环境温度较低的区域。
采用PTC加热、空调风冷闭环冷却方案：此方案采用PTC加热，空调冷凝器布置在箱体内，冷媒通过冷凝器带走箱体内部热量，实现电池快速降温的目的。此种方案的优点是加热和冷却效果明显，电池温度可不受环境温度影响，缺点是热管理系统需要占用箱体内部空间、冷却风扇工作时，会产生较高的噪音、加热或冷却开启时，电池温差较大。
采用液体传导热量的方案：电池箱体内部设计液体冷却管路，通过冷却液与电池传导热量，带走热量或将热量传递给电芯。此方案的优点是冷却效率高、温差小，但液冷系统需要大量空间、增加液体泄漏的风险和产品成本。
发明内容
本发明的目的就是针对以上技术问题，提供一种使用热泵技术实现的电池热管理系统。根据相变散热的原理，采用热泵技术，通过液体和气体之间的转换，对电池系统的高效冷却和加热，实现热量的传递，从而有效的将电池温度控制在理想的温度范围内，实现电池的快速冷却、快速冷却，且保证了电池温度一致性。
本发明的技术问题主要通过下述技术方案得以解决：
本发明提供的热管理系统由与电池芯面接触的热交换器以及压缩器、散热器、散热风扇、膨胀阀、控制器、闭环管路、多路阀门组成。当控制系统判断电池系统冷却时，控制多路阀门，冷却液流过电池热交换器，冷却液通过相变散热技术，液体变为低压气体，将电池热量带走。低压气体在经过压缩机后，变为高压气体，经外部冷却后，变为液体。
多路阀安装在闭环管路上，由控制器对阀门控制，实现加热功能或冷却功能的控制；压缩机实现将低压气体转换成高压气体；热交换器与电池芯面和冷却管路物理接触，实现热量的快速均匀传递；膨胀阀的作用是节流降压，同时降低液体的温度；散热器及散热风扇共同对管路的气体散热，气体释放热量，转变为低压液体；控制器实现根据电池温度信号，判断电池是否需要冷却或加热，并控制阀门，实现对电池热管理系统的控制功能；闭环管路提供冷却液体、气体循环通道。
具体的，所述闭环管路包括气体支路和液体支路，气体支路和液体支路之间一端为散热器，气体支路和液体支路之间另一端为热交换器，所述热交换器往液体支路方向设有膨胀器，所述闭环管路还包括转换支路，该转换支路将液体支路中段与气体支路中段连接，所述转换支路上由液体支路往气体支路方向依次设有膨胀阀、散热器，所述气体支路上设有压缩机，该压缩机位置设在两个散热器之间，所述压缩机左右设有多路阀门将气体支路分为两路方向运行，所述散热器设有散热风扇，所述转换支路上散热器向乘客仓加热。
具体的，当电池管理系统监控到电池温度低于阈值，控制多路阀和压缩机，切换到加热回路。通过控制高压气体流经电池热交换器，高压气体相变成高压液体，将气体热量传递给电芯。
具体的，当电池管理系统监控到电池温度高于阈值，控制多路阀和压缩机，切换到冷却回路，通过控制低压液体流经电池热交换器，液体通过相变成气体，吸收电池热量，实现对电池的冷却。
进一步，本发明不仅实现对电池系统的冷却和加热，也同时实现了对乘客仓的加热和冷却。
本发明的有益效果是：通过相变原理，实现对电池冷却或加热，具有效率高、温度一致性好的特点。共用一套热管理系统，可实现对电池加热或冷却的选择控制。不受环境温度影响，可控制电池工作在理想温度范围内。电池箱体内部热管理系统结构简单，占据空间小，只需要增加热交换器及循环管路。使用相变技术，加热或冷却效率高，温差小，不需要额外增加风扇，噪音小。
附图说明
图1是本发明的电池热管理系统冷却原理图；
图2是本发明的电池热管理系统加热原理图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图1-2，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
图1为电池系统的冷却原理，当管理系统监控到电池的温度高于设定的阈值，控制多路阀的K1、K2、K3、K4阀门，切换到冷却循环模式下。冷却液经过电池热交换器后，吸收电池热量，冷却液吸收热量后气化成低压气体，低压气体经过压缩机后，变成高压气体，高压气体经过散热器，释放热量，再次被转变为高压液体，高压液体经过膨胀阀后，膨胀阀对高压液体节流、降压、降温，低温液体再次循环流经电池热交换器，进入下一次冷却循环。
图2为电池系统加热原理，当管理系统监控到电池温度低于设定的阈值，控制多路阀的K1、K2、K3、K4阀门，切换到电池加热模式。压缩机工作，输出高压高温气体，气体流经热交换器后，释放热量，高压气体变成高压液体，高压液体流经膨胀阀后，温度和压力降低，经过散热器，液体吸收热量，冷却液变为气体，低压气体进过压缩机，再次被变为高压气体，进入下一次加热循环。
所述闭环管路包括气体支路和液体支路，气体支路和液体支路之间一端为散热器，气体支路和液体支路之间另一端为热交换器，所述热交换器往液体支路方向设有膨胀器，所述闭环管路还包括转换支路，该转换支路将液体支路中段与气体支路中段连接，所述转换支路上由液体支路往气体支路方向依次设有膨胀阀、散热器，所述气体支路上设有压缩机，该压缩机位置设在两个散热器之间，所述压缩机左右设有多路阀门将气体支路分为两路方向运行，所述散热器设有散热风扇，所述转换支路上散热器向乘客仓加热。
本实施例只是本发明示例的实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的结构，因此前面描述的方式只是优选方案，而并不具有限制性的意义，凡是依本发明所作的等效变化与修改，都在本发明权利要求书的范围保护范围内。

Claims (4)

1.一种使用热泵技术实现的电池热管理系统，其特征在于：包括与电池芯面接触的热交换器以及压缩器、散热器、散热风扇、膨胀阀、控制器、闭环管路、多路阀门组成，所述控制器实现根据电池温度信号，判断电池是否需要冷却或加热，并控制多路阀门；所述多路阀门安装在闭环管路上，由控制器对阀门控制；所述热交换器与电池芯面和冷却管路物理接触；所述通过膨胀阀节流降压，同时降低液体的温度；所述散热器及散热风扇共同对管路的气体散热，气体释放热量，转变为低压液体；所述闭环管路提供冷却液体、气体循环通道。
2.根据权利要求1所述的一种使用热泵技术实现的电池热管理系统，其特征在于：所述闭环管路包括气体支路和液体支路，气体支路和液体支路之间一端为散热器，气体支路和液体支路之间另一端为热交换器，所述热交换器往液体支路方向设有膨胀器，所述闭环管路还包括转换支路，该转换支路将液体支路中段与气体支路中段连接，所述转换支路上由液体支路往气体支路方向依次设有膨胀阀、散热器，所述气体支路上设有压缩机，该压缩机位置设在两个散热器之间，所述压缩机左右设有多路阀门将气体支路分为两路方向运行，所述散热器设有散热风扇，所述转换支路上散热器向乘客仓加热。
3.根据权利要求1所述的一种使用热泵技术实现的电池热管理系统，其特征在于：当管理系统监控到电池的温度高于设定的阈值，控制多路阀门，切换到冷却循环模式下，冷却液经过电池热交换器后，吸收电池热量，冷却液吸收热量后气化成低压气体，低压气体经过压缩机后，变成高压气体，高压气体经过散热器，释放热量，再次被转变为高压液体，高压液体经过膨胀阀后，膨胀阀对高压液体节流、降压、降温，低温液体再次循环流经电池热交换器，进入下一次冷却循环。
4.根据权利要求1所述的一种使用热泵技术实现的电池热管理系统，其特征在于：当管理系统监控到电池温度低于设定的阈值，控制多路阀门，切换到电池加热模式，压缩机工作，输出高压高温气体，气体流经热交换器后，释放热量，高压气体变成高压液体，高压液体流经膨胀阀后，温度和压力降低，经过散热器，液体吸收热量，冷却液变为气体，低压气体进过压缩机，再次被变为高压气体，进入下一次加热循环。
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