CN106379184A - 一种纯电动汽车冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纯电动汽车冷却系统，包括第一层散热器，第二层散热器，其中，所述第一层散热器设置于电驱动冷却回路；所述第二层散热器设置于电池冷却回路，并用于冷却设置于该电池冷却回路的电池组；所述电驱动冷却回路独立，第一层散热器和第二层散热器互不相通。在有限的前舱冷却模块空间内，设计一种分层散热器，作为电驱动冷却回路和电池冷却回路共用，满足各回路冷却性能。各回路结构简单，可靠性高；单车成本大幅降低；热管理各回路冷却、加热效率高。

Description

一种纯电动汽车冷却系统
技术领域
本发明涉及汽车冷却领域，具体涉及一种纯电动汽车冷却系统。
背景技术
随着石油、煤炭等不可再生资源的短缺、环境污染的加剧、油价的居高不下，节能环保的代步工具成为汽车行业的趋势。近几年来，国家对电动汽车大力扶持，纯电动汽车轻量化、零油耗、零排放的优势能显著缓解当今能源危机和空气污染两大世界难题。
电动车热管理系统包括以下模块：电驱动冷却、电池冷却、电池低温充电加热等。冷却系统在电动车平稳高效运行中起着重要作用。电动车冷却分两部分：
1、电驱动冷却；
2、电池冷却。
下面分别介绍目前行业中电驱动冷却和电池冷却设计中存在的不足：
1、电驱动冷却：
目前行业中电驱动冷却回路由散热器、水泵、电机控制器、DCDC、电机串联而成，膨胀箱补水，散热器有除气管，如图1。缺点：此类回路未串联充电器，目前行业水平慢充时间能达到8小时内，需要较大功率的充电器，单纯风冷可能无法满足充电器正常工作温度，充电效率低。
2、电池冷却
目前行业中电池冷却有多种方式、例如风冷、冷媒冷却等。下面分别说明风冷、水冷这两种电池冷却方式的不足。
风冷：目前行业风冷电池的原理为：当电池温度高于设定值，且乘员舱温度低于电池内部温度时，通过离心机从乘员舱吸风进入电池包风道，给电池散热。
缺点：
a.电池冷却效率低。对风冷电池原理的纯电动车做冷却温度场试验。在电池进风、出风口布温度传感器采集温度信号，在D档90km/h 0％坡度工况下，电池进、出风初始温差7度，在试验进行到31min时，随着电池发热量增加，电池进、出风温差降低到1度，冷却效率很低。
b.整车动力性差。电池高温使用中，电量到30％时，需要采用降低50％功率模式满足温度要求，导致整车动力性能降低，且电池温度接近最高允许值。
冷媒冷却：通过两个冷媒电磁阀将制冷剂分流给乘员舱制冷、电池冷却回路，见图2。影响乘员舱制冷效果。且需要在电池组上分别开一条冷却液通道和一条冷媒通道。
综上所述，现有技术中存在如下技术问题：纯电动汽车轻量化、零油耗、零排放的优势能显著缓解当今能源危机和空气污染两大世界难题。电动车热管理系统包括：电驱动冷却、电池冷却、电池低温充电加热等，目前行业中的电动车冷却效率低、结构冗繁、可靠性差，成本高昂。
发明内容
针对以上电驱冷却回路、电池冷却回路中出现的不足，本发明的目的在于提供一种新型纯电动汽车冷却系统，将传统散热器分两层，这两层互不相通，分别为电驱动冷却回路和电池冷却回路冷却。电驱动冷却回路增加充电器水冷，电池冷却回路和电池低温加热回路通过三通阀切换工作模式。具体技术方案如下：
一种纯电动汽车冷却系统，包括第一层散热器，第二层散热器，其中，所述第一层散热器设置于电驱动冷却回路；所述第二层散热器设置于电池冷却回路，并用于冷却设置于该电池冷却回路的电池组；所述电驱动冷却回路独立，第一层散热器和第二层散热器互不相通。
进一步地，还包括电池低温充电加热回路和三通阀，电池冷却回路和电池低温充电加热回路并联在一起，并通过三通阀切换工作模式。
进一步地，所述第一层散热器和第二层散热器的水路互不相通。
进一步地，所述电驱动冷却回路包括水泵、电机控制器、DCDC、充电器以及电机，沿冷却液流向依次设置所述水泵、电机控制器、DCDC、充电器和电机，构成回路返回所述第一层散热器。
进一步地，所述电池冷却回路包括三通阀、水泵以及电池组，沿冷却液流向依次设置所述三通阀、水泵以及电池组，构成回路返回所述第二层散热器。
进一步地，所述电驱动冷却回路和/或电池冷却回路还包括风扇，其设置于第一层散热器和/或第二层散热器一侧或多侧用于增加散热。
进一步地，所述电驱动冷却回路和/或电池冷却回路还包括膨胀箱，其连接至第一层散热器和/或第二层散热器并用于补水。
进一步地，所述三通阀联通并控制三路水道的开闭，分别为通往加热器的水道，通往散热器的水道和电池组的水道。
进一步地，所述电池低温充电加热回路包括串联的水泵、电池组以及加热器，沿冷却液流向依次设置所述水泵、电池组以及加热器，所述加热器用于加热回路中的冷却液。
进一步地，第一层散热器和或第二层散热器有除气管。
与目前现有技术相比，本发明在有限的前舱冷却模块空间内，设计一种分层散热器，作为电驱动冷却回路和电池冷却回路共用，满足各回路冷却性能。各回路结构简单，可靠性高；单车成本大幅降低；热管理各回路冷却、加热效率高。具体来说：
1、节省前舱布置空间：在有限的前舱冷却模块空间内，设计一种分层散热器，作为电驱动冷却回路和电池冷却回路共用，满足各回路冷却性能。
2、不影响空调制冷性能：电池冷却使用水冷，不动用冷媒资源，保证乘员舱制冷效果。
3、单车成本大幅降低：避免使用两个散热器，或者一个散热器+chiller冷却器等模式，单车成本大幅降低。
4、电驱冷却回路充电效率高：电驱冷却回路比传统电驱动冷却回路增加了充电器冷却，提高充电效率。
5、电池冷却回路可靠性高：电池冷却回路通过散热器进行电池水冷却，回路简单可靠。
6、电池低温充电加热回路加热效率高：电池低温充电加热回路冷却液不流过散热器，直接将热量传递给电池组，加强回路加热效率。
附图说明
图1为目前行业中使用的电驱动冷却回路示意图；
1-膨胀箱1，2-水泵1
图2为目前行业中使用的冷媒冷却电池回路示意图；
1-膨胀箱1，2-水泵1，3-空压机，4-冷媒电磁阀1，5-膨胀箱2，6-加热器，7-水泵2,8-冷媒电磁阀2
图3为本发明液冷回路示意图；
1-散热器，2-风扇，3-膨胀箱1，4-水泵1，5-电机控制器，6-DCDC，7-充电器，8-电机，9-膨胀箱2，10-三通阀，11-水泵2，12-大电池组，13-加热器
图4为本发明电驱动冷却回路示意图；
1-散热器，2-风扇，3-膨胀箱1，4-水泵1，5-电机控制器，6-DCDC，7-充电器，8-电机
图5为本发明电池冷却回路示意图
1-散热器，2-风扇，9-膨胀箱2，10-三通阀，11-水泵2，12-大电池组
图6为本发明电池低温充电加热回路示意图；
10-三通阀，11-水泵2，12-大电池组，13-加热器
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
在一个优选实施例中，一种分层散热器，作为电驱动冷却回路和电池冷却回路共用，满足各回路冷却性能，详见图3，具体方案如下：设置三条水路(电驱动冷却回路、电池冷却回路、电池低温充电加热回路)，其中电驱动冷却回路独立，电池冷却回路和电池低温充电加热回路并联在一起，通过三通阀切换工作模式。
a.电驱动冷却回路：电动车的电机控制器、DCDC、电机等在工作中会产生大量的热量，过高的热量对各零部件和整个系统都有危害，必须使各零部件工作在一定温度范围内。本发明将传统的散热器分两层，其中散热器A part为电驱动冷却回路冷却，散热器A、Bpart水路不相通。并且在传统的散热器、水泵1、电机控制器、DCDC、电机串联，风扇增加散热，膨胀箱1补水、散热器有除气管的基础上，增加了充电器水冷方式。使得大功率充电器在正常的温度下工作，保证充电效率，安全可靠。详见图4。
b.电池冷却回路：将传统的散热器分两层，其中散热器B part为电池冷却回路冷却，将三通阀通往加热器的水道关闭，三通阀通往散热器和电池组的水道开启，散热器、三通阀、水泵2、电池组串联，膨胀箱2补水，电池组有除气管。详见图5。
c.电池低温充电加热回路：纯电动汽车以锂电池作为动力来源，锂电池理想的充电温度为室温15℃左右，在低温时进行充电操作容易造成例如锂电池内部析出晶枝导致短路引发爆炸等危险，在中国北方及国外寒冷地区，当锂电池包内部温度低于规定值时，不允许对电池进行充电操作。需要先对电池加热，待温度上升到规定值之后，才能进行充电。本发明将三通阀通往散热器的水道关闭，三通阀通往加热器和电池组的水道开启，避免加热的冷却液流向散热器降低水温。水泵2、电池组、加热器串联，详见图6。加热器开启时，通过冷却液给电池传递热量，在电池达到规定值(一般是5℃)后，再对电池进行充电。
主要零部件概念和功能简介如下：
电机控制器：motor control unit微处理控制单元，主要在汽车的各种外围电路与接口电路连接控制，结构上有两大块组成：一是以DSP(数字信号处理器)芯片为核心的电机控制模块，一是以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)为核心的功率电子模块，IGBT受DSP控制。
电机控制器的主要功能是控制电机实现发电和电驱动。电机是交流电机，大电池组是直流电池。直流和交流之间通过电机控制器转化。整车制动时，MCU控制电机工作在发电模式，从车轮吸收整车的动能，在电机内转化成交流电，再在电机控制器整流成直流电，回充进大电池组，增加续航里程。驱动的时候，在MCU控制器内将高压大电池组的直流电通过逆变器转化成三相交流电，并通过列的算法，接受整车VMS给的指令，控制电机给整车驱动力。从而完成整流和逆变双重功能，使电机实现发电和电驱动两种工作模式。
DCDC：直流变直流。通过自激振荡电路把高压大电池组的高压直流电318V转化成交流电，再通过变压器改变电压之后，再转换成9-16V的低压直流电，供小蓄电池和低压用电器供电。
充电器：车载充电器，将外部电能转化存储在电池组内。
电机：传统汽油车的发动机只能做驱动功能，制动时全部靠刹车盘摩擦制动。而电机在MCU控制器的控制下，可以实现发电和电驱动两种功能。
水泵：使冷却液增压并传输冷却液，有利于回路的冷却循环散热。
散热器：是个热交换器。冷却液在MCU和电机水道内吸收热量，传递到散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。热的冷却液由于向空气散热而变冷，再回到MCU和电机水道循环，保证MCU、电机等零部件工作在正常温度范围内。
风扇：当风扇旋转时吸进空气使其通过散热器，以增强散热器的散热能力，加速冷却液冷却。
膨胀箱：用于加注、储液补偿、除气。此膨胀箱上连接3根水管，一根是储液补水管，另两根是除气管。当冷却液受热膨胀时，串联回路中部分冷却液流入膨胀箱，当冷却液降温时，部分冷却液被吸回到串联回路中，储液补水管起到储存和补偿冷却液的作用。两根除气管分别给散热器和MCU除气，提高冷却液循环散热效率。
加热器：环境温度过低时，会导致电池寿命缩短甚至无法充电，为保证电池组正常安全充电，需要过水加热器对电池组先加热再充电。
电池组：在纯电动汽车中，电池是汽车驱动系统的唯一动力源。电池在整车启动后，会不断放电产热，需要对电池冷却，保证电池工作在合理的温度范围。
在另一个优选实施例中，可以采用如下方案：一种新型纯电动汽车冷却系统。包括三个水路：电驱动冷却、电池冷却、电池低温加热回路，见图3。下面分别描述三个水路的具体实施方式：
1、电驱动冷却回路：本发明把散热器分两层，其中散热器A part为电驱动冷却回路冷却，散热器A、B part水路不相通。散热器A part、水泵1、电机控制器、DCDC、充电器、电机串联，风扇用于增加散热，膨胀箱1补水、散热器有除气管。详见图4。电驱动冷却回路需要冷却时，冷却液从产生热量的电机控制器、DCDC、充电器、电机流过，进入散热器A part冷却后，流回到各发热零部件降温。
2、电池冷却回路：本发明把散热器分两层，其中散热器B part为电池冷却回路冷却，散热器A、B part水路不相通。散热器B part、三通阀、水泵2、电池组串联，风扇用于增加散热，膨胀箱2补水、电池组有除气管。详见图5。电池冷却回路需要冷却时，将三通阀通往加热器的水道关闭，三通阀通往散热器和电池组的水道开启，冷却液从产生热量的电池组流过，进入散热器B part冷却后，流回到电池组降温。
3、电池低温充电加热回路：本发明将三通阀通往散热器的水道关闭，三通阀通往加热器和电池组的水道开启，避免加热的冷却液流向散热器降低水温。水泵2、电池组、加热器串联，详见图6。电池低温充电时，加热器开启时，冷却液流过加热器升温，将热量传递给电池组，待电池达到规定值(一般是5℃)后，再对电池进行充电。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纯电动汽车冷却系统，其特征在于，包括第一层散热器，第二层散热器，其中，
所述第一层散热器设置于电驱动冷却回路；
所述第二层散热器设置于电池冷却回路，并用于冷却设置于该电池冷却回路的电池组；
所述电驱动冷却回路独立，第一层散热器和第二层散热器互不相通。
2.如权利要求1所述的纯电动汽车冷却系统，其特征在于，还包括电池低温充电加热回路和三通阀，电池冷却回路和电池低温充电加热回路并联在一起，并通过三通阀切换工作模式。
3.如权利要求1和2所述的纯电动汽车冷却系统，其特征在于，所述第一层散热器和第二层散热器的水路互不相通。
4.如权利要求1-3所述的纯电动汽车冷却系统，其特征在于，所述电驱动冷却回路包括水泵、电机控制器、DCDC、充电器以及电机，沿冷却液流向依次设置所述水泵、电机控制器、DCDC、充电器和电机，构成回路返回所述第一层散热器。
5.如权利要求1-4所述的纯电动汽车冷却系统，其特征在于，所述电池冷却回路包括三通阀、水泵以及电池组，沿冷却液流向依次设置所述三通阀、水泵以及电池组，构成回路返回所述第二层散热器。
6.如权利要求4和5所述的纯电动汽车冷却系统，其特征在于，所述电驱动冷却回路和/或电池冷却回路还包括风扇，其设置于第一层散热器和/或第二层散热器一侧或多侧用于增加散热。
7.如权利要求4和5所述的纯电动汽车冷却系统，其特征在于，所述电驱动冷却回路和/或电池冷却回路还包括膨胀箱，其连接至第一层散热器和/或第二层散热器并用于补水。
8.如权利要求3-7所述的纯电动汽车冷却系统，其特征在于，所述三通阀联通并控制三路水道的开闭，分别为通往加热器的水道，通往散热器的水道和电池组的水道。
9.如权利要求2-8所述的纯电动汽车冷却系统，其特征在于，所述电池低温充电加热回路包括串联的水泵、电池组以及加热器，沿冷却液流向依次设置所述水泵、电池组以及加热器，所述加热器用于加热回路中的冷却液。
10.如权利要求1-9所述的纯电动汽车冷却系统，其特征在于，第一层散热器和或第二层散热器有除气管。
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