CN106671815A - 一种集成式汽车蓄电池恒温系统 - Google Patents

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吴海美
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Abstract

本发明公开一种集成式汽车蓄电池恒温系统，压缩机(2)分别与所述板式蒸发器(5)和冷凝器(3)管路连接，膨胀阀(4)分别与冷凝器(3)和板式蒸发器(5)管路连接，板式蒸发器(5)里安装有制冷剂管路和冷冻液管路，以进行换热，所述电源接口(1)与外接电源连接，向系统供电，还包括：控制器(6)；冷冻液温度传感器(7)；冷冻液管路接口(9)；恒温系统水泵(10)。本发明所提供的一种集成式汽车蓄电池恒温系统，通过集成设计，能够在实现基本功能的基础上，降低机组重量，减少机组安装空间。通过内置控制器以及优化的控制逻辑与不同模式的切换，能够实现以最小的能量消耗将电池温度控制在最佳温度范围。

Description

一种集成式汽车蓄电池恒温系统
技术领域
本发明涉及一种用于电动汽车和混合动力蓄电池的恒温系统，特别涉及集成式汽车蓄电池恒温系统。
背景技术
随着节能环保汽车的开发，电动汽车已经成为主要的发展方向。电池是电动汽车的核心部件之一，电池的温度对电池性能的发挥具有重要的影响。
电池的温度高使得电池的活性增加，能量能够得到更加有效的发挥，包括电池的充放电平台、效率、可用容量等。但是电池长时间工作在高温坏境下电池的寿命会明显的缩短；如果电池产生的热量不能有效及时的散去，电池的温度会持续增加，会导致电池电压明显下降以及金属溶解等现象，并最终导致内部短路和热失控，影响到车辆安全。
电池的温度低的时候电池的活性明显降低，电池的内阻、极化电压增加，实际可用容量减少，电池的放电能力下降，放电平台低、电池更加容易达到放电截止电压，表现为电池的可用容量减小，电池的能量利用率下降。
因此，针对电动汽车和混合动力汽车电池组的温度控制是保证电池性能以及车辆安全的关键。
目前一般的电动汽车电池温度控制一般使用分散式的控制系统，当电池温度过高时，使用单独的空调制冷给电池组降温；当电池温度过低，引用车辆加热系统中热水给电池组升温。分散式控制系统需要单独给降温系统以及加热系统配备单独的各种管路和控制阀、电磁阀、传感器，控制器，成本过高；单独配置空调，各种管路以及控制阀，传感器，控制器重量过大，安装空间要求较高，使得电动车辆空间利用率以及能量效率降低，车辆生产安装，后期设备维护复杂。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种能够降低车辆成本、提高车辆空间利用率及能量效率的集成式汽车蓄电池恒温系统。
为了实现上述目的，本发明所提供的一种集成式汽车蓄电池恒温系统，包括电源接口、压缩机、冷凝器、膨胀阀和板式蒸发器，所述压缩机分别与所述板式蒸发器和冷凝器管路连接，所述膨胀阀分别与所述冷凝器和所述板式蒸发器管路连接，所述板式蒸发器里安装有制冷剂管路和冷冻液管路，以进行换热，所述电源接口与外接电源连接，向系统供电，还包括：
控制器，用于控制整个系统；
冷冻液温度传感器，用于检测车辆电池组的温度，并传送给所述控制器；
冷冻液管路接口，连接车辆的冷冻液管路和车辆电池组外面的水套管路；
恒温系统水泵，用于使冷冻液经过车辆电池组外面的水套和所述板式蒸发器内的冷冻液管路，形成循环；
当控制器通过所述冷冻液温度传感器检测到所述车辆电池组温度过高时，启用制冷系统，制冷剂沿着所述压缩机、所述冷凝器、所述膨胀阀、所述板式蒸发器和所述压缩机进行循环制冷，冷冻液在所述恒温系统水泵的动力下，沿着所述恒温系统水泵、车辆电池组外面的水套、所述板式蒸发器和所述恒温系统水泵进行循环，并在所述板式蒸发器中与制冷剂换热，实现降温，被冷却的冷冻液被所述恒温系统水泵送往车辆电池组外面的水套中，从而实现对所述车辆电池组里的电池的快速降温。
优选的，还包括散热器和三通水阀，所述三通水阀的进口与车辆电池组外面的水套管路连接，两个出水口分别与所述散热器和所述板式蒸发器管路连接。
优选的，还包括冷凝风机，其用于加快冷冻液经过散热器时散热冷却。
优选的，还包括制冷剂温度传感器，用于检测制冷剂温度。
优选的，所述电源接口外接24V直流电源。
优选的，还包括干燥瓶，所述干燥瓶与所述冷凝器连接，用于除去制冷剂中的杂质和水分。
优选的，还包括高压开关和低压开关，分别用于检测制冷剂高压侧的压力和低压侧的压力。
优选的，还包括制冷剂充注阀，用于充注制冷剂。
优选的，还包括外部温度传感器，用于检测恒温系统外部环境空气温度。
本发明所提供的蓄电池恒温系统，采用集成式设计，优点在于可以有效降低车辆成本，提高车辆空间利用率以及能量效率，简化车辆生产安装流程以及提升后期设备维护效率。
附图说明
图1是本发明优选实施例的正面示意图；
图2是本发明优选实施例的背部示意图图；
图3是本发明优选实施例的立体图示意图；
图4是电池温度在正常范围时冷冻液的流向示意图；
图5是电池温度偏低时冷冻液的流向示意图；
图6是电池温度稍高于其最佳工作温度时冷冻液的流向示意图；
图7是电池温度偏高时冷冻液的流向示意图；
图8是电池温度过高时冷冻液和制冷剂的流向示意图。
其中，
1、电源接口；2、压缩机；3、冷凝器；4、膨胀阀；5、板式蒸发器；6、控制器；7、冷冻液温度传感器；8、车辆电池组；9、冷冻液管路接口；10、恒温系统水泵；11、散热器；12、恒温系统三通水阀；13、冷凝风机；14、制冷剂温度传感器；15、干燥瓶；16、高压开关；17、低压开关；18、制冷剂充注阀；19、车辆水泵；20、车辆加热器；21、车辆三通水阀；22、车辆散热器；23、车辆二通水阀。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明所提供的一种集成式汽车蓄电池恒温系统，包括电源接口1、压缩机2、冷凝器3、膨胀阀4和板式蒸发器5，所述压缩机2分别与所述板式蒸发器5和冷凝器3管路连接，所述膨胀阀4分别与所述冷凝器3和所述板式蒸发器5管路连接，所述板式蒸发器5里安装有制冷剂管路和冷冻液管路，以进行换热，所述电源接口1与外接电源连接，向系统供电，还包括：控制器6，用于控制整个系统；冷冻液温度传感器7，用于检测车辆电池组8的温度，并传送给所述控制器6；冷冻液管路接口9，连接车辆的冷冻液管路和车辆电池组8外面的水套管路；恒温系统水泵10，用于使冷冻液经过车辆电池组外面的水套和所述板式蒸发器内的冷冻液管路，形成循环；当控制器6通过所述冷冻液温度传感器7检测到电池温度过高时，启用制冷系统，制冷剂沿着所述压缩机2、所述冷凝器3、所述膨胀阀4、所述板式蒸发器5和所述压缩机2进行循环制冷，冷冻液在所述恒温系统水泵10的动力下，沿着所述恒温系统水泵10、车辆电池组8外面的水套、所述板式蒸发器5和所述恒温系统水泵10进行循环，并在所述板式蒸发器5中与制冷剂换热，实现降温，被冷却的冷冻液被所述恒温系统水泵10送往车辆电池组8外面的水套中，从而实现对电池的快速降温。
所述电源接口1外接24V直流电源，这里的24V直流电源可以由直流发电机提供，发电机可以是24V直流无电瓶发电机，或者为车辆发动机自带的DC24V有电瓶发电机。当然，也可以直接外接220V或400V市电，再通过AC/DC电源模块将市电电源源整流成24V直流电源给恒温系统使用。
所述压缩机2为24V直流PWM高效压缩机，冷凝器3为平行流冷凝器，与膨胀阀4和板式蒸发器5进行管路连接，形成一个基本的空调制冷系统结构。当然，与传统空调系统制冷结构不同的是，所述板式蒸发器里安装有制冷剂管路和冷冻液管路，以进行换热，通过降低冷冻液的温度，来间接降低电池组的温度，这也是本发明的基本原理。
控制器6通过控制线路来控制整个系统，控制各个部件的开关，控制器安装在控制器安装盒上，用于支撑控制器并防止控制器与外界碰擦。
冷冻液温度传感器7是本发明的一个关键部件，用于检测车辆电池组8的温度，并传送给所述控制器6，通过传感器线束与控制系统连接，传感器通常放置在冷冻液管路内，也可以与冷冻液管路的外壁接触，以检测冷冻液的温度。
冷冻液管路接口9，连接车辆的冷冻液管路和车辆电池组外面的水套管路，这个冷冻液管路接口也是恒温系统与车辆之间的之间接口，独立的恒温系统通过这个接口与车辆连接。
恒温系统水泵10，用于使冷冻液经过车辆电池组外面的水套和所述板式蒸发器内的冷冻液管路，形成循环，水泵也是本系统的核心部件，通过水泵使冷冻液在管路内持续循环流动，在板式蒸发器5里与制冷剂进行换热后，再与电池组进行换热，从而降低电池组的温度。
优选地，还包括散热器11和恒温系统三通水阀12，所述恒温系统三通水阀12的进口与车辆电池组8外面的水套管路连接，两个出水口分别与所述散热器11和所述板式蒸发器5管路连接。控制器控制三通水阀的通断，散热器里安装有管路，以便使冷冻液通过。
有利地，还包括冷凝风机13，其用于加快冷冻液经过散热器11时散热冷却。冷凝风机13与散热器11配合使用，采用24V直流冷凝风机。
还包括制冷剂温度传感器14，用于检测制冷剂温度，传感器通常放置在制冷剂管路内，也可以与制冷剂管路的外壁接触，以检测制冷剂的温度。同时，还包括外部温度传感器，用于检测恒温系统外部环境空气温度。
还包括干燥瓶15，所述干燥瓶15与所述冷凝器3连接，用于除去制冷剂中的杂质和水分。还包括制冷剂充注阀18，用于充注制冷剂。
优选地，还包括高压开关16和低压开关17，分别用于检测制冷剂高压侧的压力和低压侧的压力。当压力过高或过低时，都发出信号，以便停止制冷系统运行。
如图4所示，电池组温度在一段时间内，如果其自身温度恰好能维持在其最佳工作温度范围时，这时无需对电池有任何动作。车辆系统本身处于低温工况下，冷冻液将沿着车辆水泵19、车辆加热器20、车辆三通水阀21、车辆散热器22和车辆水泵19的线路进行循环流动，实现车内加热功能。
如图5所示，电池组温度偏低时，将启用加热模式，冷冻液将沿着车辆水泵19、车辆加热器20、车辆三通水阀21、车辆电池组8、车辆二通水阀23和车辆水泵19的线路进行循环流动，冷冻液在车辆加热器20中被加热，由车辆水泵19送入到车辆电池组8外面的水套中，实现对车辆电池组8的加热，也就是对组成所述车辆电池组的电池的加热。
如图6所示，电池组温度稍高于其最佳工作温度时，将启用自然冷却系统实现降温，冷冻液将沿着恒温系统水泵10、车辆电池组8、恒温系统三通水阀12、板式蒸发器5和恒温系统水泵10进行循环流动，冷冻液在整个循环中实现自然散热，回到车辆电池组中冷却电池，从而让所述电池达到其最适宜的工作温度。
如图7所示，电池组温度偏高，将启用强制冷却系统实现降温，冷冻液将沿着恒温系统水泵10、车辆电池组8、恒温系统三通水阀12、散热器11和恒温系统水泵10进行循环流动，冷冻液在散热器11中被外界空气冷却，从而实现降温，同时，冷凝风机13与散热器配合使用，加快冷冻液经过散热器11时散热冷却，被冷却的冷冻液再被恒温系统水泵10送往的车辆电池组水套中，从而实现对电池组里的电池稳步降温目的。
如图8所示，当电池温度过高时，将启用制冷系统实现降温，制冷剂沿着压缩机2、冷凝器3、膨胀阀4、板式蒸发器5和压缩机2进行循环流动，冷冻液将沿着恒温系统水泵10、车辆电池组8、恒温系统三通水阀12、板式蒸发器5和恒温系统水泵10进行循环流动，并在板式蒸发器5中与制冷剂换热，实现降温，被冷却的冷冻液再被恒温系统水泵10送往车辆电池组8的水套中，从而实现对电池的快速降温目的。
本发明所提供的恒温系统通过集成设计，能够在实现基本功能的基础上，降低机组重量，减少机组安装空间。通过内置控制器以及优化的控制逻辑与不同模式的切换，能够实现以最小的能量消耗将电池温度控制在最佳温度范围。
以上详细描述了本发明的优选的具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的设计构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的设计构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内和/或由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种集成式汽车蓄电池恒温系统，包括电源接口(1)、压缩机(2)、冷凝器(3)、膨胀阀(4)和板式蒸发器(5)，所述压缩机(2)分别与所述板式蒸发器(5)和冷凝器(3)管路连接，所述膨胀阀(4)分别与所述冷凝器(3)和所述板式蒸发器(5)管路连接，所述板式蒸发器(5)里安装有制冷剂管路和冷冻液管路，以进行换热，所述电源接口(1)与外接电源连接，向系统供电，其特征在于：还包括：
控制器(6)，用于控制整个系统；
冷冻液温度传感器(7)，用于检测车辆电池组(8)的温度，并传送给所述控制器(6)；
冷冻液管路接口(9)，连接车辆的冷冻液管路和车辆电池组外面的水套管路；
恒温系统水泵(10)，用于使冷冻液经过车辆电池组(8)外面的水套和所述板式蒸发器(5)内的冷冻液管路，形成循环；
当控制器(6)通过所述冷冻液温度传感器(7)检测到所述车辆电池组(8)温度过高时，启用制冷系统，制冷剂沿着所述压缩机(2)、所述冷凝器(3)、所述膨胀阀(4)、所述板式蒸发器(5)和所述压缩机(2)进行循环制冷，冷冻液在所述恒温系统水泵(10)的动力下，沿着所述恒温系统水泵(10)、车辆电池组(8)外面的水套、所述板式蒸发器(5)和所述恒温系统水泵(10)进行循环，并在所述板式蒸发器(5)中与制冷剂换热，被冷却的冷冻液被所述恒温系统水泵送往车辆电池组(8)外面的水套中。
2.根据权利要求1所述的集成式汽车蓄电池恒温系统，其特征在于：还包括散热器(11)和恒温系统三通水阀(12)，所述恒温系统三通水阀(12)的进口与车辆电池组(8)外面的水套管路连接，两个出水口分别与所述散热器(11)和所述板式蒸发器(5)管路连接。
3.根据权利要求2所述的集成式汽车蓄电池恒温系统，其特征在于：还包括冷凝风机(13)，所述冷凝风机(13)设置在散热器(11)旁边，与所述散热器配合，其用于加快冷冻液经过所述散热器(11)时散热冷却。
4.根据权利要求3所述的一种集成式汽车蓄电池恒温系统，其特征在于：在制冷剂里设置制冷剂温度传感器(14)，用于检测制冷剂温度。
5.根据权利要求4所述的集成式汽车蓄电池恒温系统，其特征在于：所述电源接口(1)外接24V直流电源。
6.根据权利要求1所述的集成式汽车蓄电池恒温系统，其特征在于：还包括干燥瓶(15)，所述干燥瓶(15)与所述冷凝器(3)连接，用于除去制冷剂中的杂质和水分。
7.根据权利要求6所述的集成式汽车蓄电池恒温系统，其特征在于：还包括高压开关(16)和低压开关(17)，分别用于检测制冷剂高压侧的压力和低压侧的压力。
8.根据权利要求7所述的集成式汽车蓄电池恒温系统，其特征在于：还包括制冷剂充注阀(18)，用于充注制冷剂。
9.根据权利要求1至8任一项所述的集成式汽车蓄电池恒温系统，其特征在于：还包括外部温度传感器，用于检测恒温系统外部环境空气温度。
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