CN106785192A - 一种热管理系统 - Google Patents

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CN106785192A CN201611081562.9A CN201611081562A CN106785192A CN 106785192 A CN106785192 A CN 106785192A CN 201611081562 A CN201611081562 A CN 201611081562A CN 106785192 A CN106785192 A CN 106785192A
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冯辉
吴旭峰
潘福中
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Abstract

本发明提供了一种热管理系统，属于动力车辆和混合动力车辆领域。该系统包括：与多个电池模组分别对应的多个冷却单元，每一冷却单元构造成能够流通冷却介质以冷却对应的电池模组，多个冷却单元以并联的方式接收冷却介质；与多个冷却单元分别对应的多个流量阀；温度获取模块，用于获取多个电池模组的温度；和控制器，用于根据电池模组的温度确定每一电池模组对应的冷却单元的流量阀的应开开度，并根据应开开度使得每一流量阀打开相应开度。本发明的方案，由于可以通过控制相应的流量阀的开度来调节流经对应的冷却单元的冷却介质的流量，解决了电池模组之间温差过大的问题，从而改善了动力电池性能，延长了动力电池使用寿命。

Description

一种热管理系统
技术领域
本发明涉及混合动力车辆或电动车辆，特别是涉及一种对混合动力车辆或电动车辆中的动力电池进行热管理的热管理系统。
背景技术
随着能源形势的日益严峻、人们的环保意识逐渐加强，电动车也越来越受到全社会的重视，因而随之带动的是电动车车用电池以及电源系统的不断开发和改进。目前电池的过热，热失控仍是影响电池性能及寿命的主要原因。现在主流车厂均在研发将液冷系统应用在电源系统上，以提高电池性能，延长电池使用寿命。
液冷系统在电源系统上通常有三种布局形式：串联、并联和串并混联。串联形式优点是节省空间，布局紧凑，成本低，缺点是沿串联流路的首末电池的温差大，冷却不均，影响电池使用寿命。并联形式优点是冷却一致性好，缺点是所占空间大，成本高，不利于电池紧凑设计。串并混联优点是可根据空间合理布局，缺点是成本高，结构复杂。以上液冷方案可以解决系统温度过高的问题，但均存在成本、占用空间与冷却效果相矛盾的问题，且不能解决电池之间温度差过大的问题。电池之间温差过大，电池温度一致性过差，使电池性能不一致，电池寿命衰减不均。电源系统性能及寿命取决于系统中最差的电池，因此电池之间温差过大直接影响电池系统性能及寿命。而传统液冷方案只能通过改变液泵的效率来改变整个液冷系统的冷却效率，不能单独提高或降低某一个电池对应的冷却单元的冷却效率，不能彻底解决电池之间温差过大的问题。
发明内容
本申请的发明人发现：对电源系统而言，发热源存在多种，除电池本身外，还有来自外界的热源，例如混合动力车的排气管不定时工作，地面温度的不同，局部溅水，车速不同导致气流冷却不同等等，均会导致温差过大的电池会出现在不固定的位置处。然而，现有技术中存在可以解决系统进出液口处的电池温差大的问题，但是对于其他位置处例如不固定位置处的电池温差大的情况是无法解决的。因此，现有技术并没有解决以下问题，即当温差过大的电池不在冷却系统或加热系统总进出口处的情况下，如何缩小温差过大的电池与其他电池之间的温差。
本发明的一个目的是要提供一种热管理系统，用于对混合动力车辆或电动车辆中的动力电池进行热管理，所述动力电池包括多个电池模组，包括：
与所述多个电池模组分别对应的多个冷却单元，每一冷却单元构造成能够流通冷却介质以冷却对应的电池模组，所述多个冷却单元以并联的方式接收所述冷却介质；
与所述多个冷却单元分别对应的多个流量阀，每一流量阀配置成能够控制流经对应的冷却单元的所述冷却介质的流量；
温度获取模块，用于获取所述多个电池模组的温度；和
控制器，用于根据所述电池模组的温度确定每一电池模组对应的冷却单元的流量阀的应开开度，并根据所述应开开度使得每一流量阀打开相应开度，其中，温度高的电池模组对应的流量阀的开度大于温度低的电池模组对应的流量阀的开度，以使不同电池模组之间的温差逐渐缩小。
进一步地，所述热管理系统还包括：
分别设置在所述冷却单元两端的两个端口，当所述两个端口中的一个作为接收所述冷却介质的入口时，所述两个端口中的另一端口作为排出所述冷却介质的出口。
进一步地，所述多个流量阀设置在靠近所述入口的一端处，每一组流量阀配置成能够从所述入口接收所述冷却介质；
每一冷却单元配置成对应冷却一个电池模组；
所述控制器配置成当任一电池模组的温度升高至不低于第一预设温度时，控制所述电池模组对应的冷却单元处的流量阀的开度增大至所述应开开度。
进一步地，所述控制器配置成当任一电池模组的温度在一预设时间内升高至不低于所述第一预设温度时，控制所述电池模组对应的流量阀的开度增大至所述应开开度。
进一步地，所述热管理系统还包括：
泵，用于将所述冷却介质从所述入口泵送至所述出口；
其中，所述流量阀包括分别设置在所述冷却单元两端的两组流量阀，每一组流量阀配置成具有与所述多个冷却单元对应的多个流量阀，并能够从所述入口接收所述冷却介质，当一组流量阀处于打开状态时，另一组流量阀处于关闭状态；
其中，所述泵是可反转操作的，以使所述两个端口中的任一端口能够作为所述入口或所述出口，使得所述冷却介质以改变的流动方向流过每一冷却单元。
进一步地，每一冷却单元配置成对应冷却至多两个电池模组。
进一步地，所述泵配置成当每一冷却单元配置成对应冷却两个电池模组，且当任一冷却单元对应的任一电池模组的温度升高至第二预设温度时，开启反转操作，以将所述两个端口中靠近所述电池模组的一个端口作为入口，所述两个端口中的另一端口作为出口；
所述两组流量阀配置成靠近所述入口处的一组流量阀处于打开状态，所述两组流量阀中的另一组流量阀处于关闭状态。
进一步地，所述两个端口的位置配置成以使所述冷却介质流经每一冷却介质流动路径的长度基本相同。
进一步地，所述多个冷却单元为至少三个冷却单元。
本发明的方案，由于可以通过在任一电池模组温度升高时，控制相应的流量阀的开度来调节流经对应的冷却单元的冷却介质的流量。由此，提升了该电池模组对应的冷却单元的冷却效率，有效降低了电池模组之间的温差，解决了电池模组之间温差过大的问题，从而改善了动力电池性能，延长了动力电池使用寿命。
当每一冷却单元配置成对应冷却两个电池模组时，带来了另一问题，即当中的一个电池模组，其设置在远离入口处的位置处，且温度升高至不低于一预设温度时，无法有效降低该电池模组处的温度。为了解决该问题，本发明引入了另一技术方案，即在每一冷却单元冷却两个电池模组的情况下，可以改变冷却介质的流动方向，并在每一冷却单元的两端均设置流量阀。当需要冷却某一电池模组时，通过泵的反转操作，更改冷却介质的流动方向，以使得靠近需要被冷却的电池模组处的端口作为入口。入口处的电池模组由于首先接收温度最低的冷却介质而使得温度得以有效降低。从而随着时间的推移，电池模组之间温差逐渐缩小。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明第一个实施例的热管理系统的示意性结构框图；
图2是图1所示电池包中的部分部件的示意性局部放大示意图，其中示出了冷却介质的流动路径；
图3是根据本发明第二个实施例的电池包中部分部件的示意性结构图，其中示出了冷却介质的流动路径；
图4是根据本发明第三个实施例的电池包中部分部件的示意性结构图，其中示出了冷却介质的流动路径。
具体实施方式
图1示出了根据本发明第一个实施例的热管理系统100的示意性结构框图。其可以用于对动力电池进行热管理。可以理解，对于混合动力车辆或电动车辆来说，这些动力电池通常是设置在电池包20中，并以多个电池模组120的形式布置。图1中示例性地画出了多个电池模组120。
该热管理系统100可以包括用于在其内传输冷却介质的冷却回路170。冷却介质可以在冷却回路170中流动，以便在动力电池处吸收其散发出的热量，并将热量带到电池包20的外部进行散热。冷却介质可以是液体、气体或凝胶等具有良好冷却效果和良好流动性的冷却剂。为了使得冷却介质能够充分吸收动力电池的热量，可以在冷却回路170中设置与多个电池模组120对应并相互并联的多个冷却单元110，也就是每一个电池模组120对应一个用于对其进行冷却的冷却单元110。冷却单元110构造成能够流通冷却介质以冷却对应的电池模组120。冷却单元110可以为任何合适结构的换热器，其可以布置成紧邻或接触电池模组120，以便吸收电池模组120的散发出的热量以冷却电池模组120。
为了对流经每一冷却单元110的冷却介质的流量进行控制，进而对电池模组120的温度进行调节，可以在冷却回路170中设置与多个冷却单元110对应的多个流量阀140，每一流量阀140配置成能够控制流经对应的冷却单元110的冷却介质的流量。为了获取电池模组120处的温度及实现对泵160的控制，该热管理系统100还可以包括温度获取模块130和控制器150。温度获取模块130用于获取多个电池模组120的温度。控制器150，用于根据电池模组120的温度计算每一电池模组120对应的冷却单元110处的流量阀140的应开开度，并根据应开开度使得每一流量阀140打开相应开度，其中，温度高的电池模组120对应的流量阀140的开度大于温度低的电池模组120对应的流量阀140的开度，以使不同电池模组120之间的温差逐渐缩小。当温度获取模块130获取到某一电池模组120的温度升高至不低于一预设温度时，则控制器150向流量阀140发送开度增大至应开开度的信号。在一个实施例中，温度获取模块130或者控制器150可以配置成计算得到不同电池模组120之间的温差和/或每个电池模组120的温升速率，根据温差和/或每个电池模组120的温升速率来计算对应的流量阀140的应开开度。在一个实施例中，温度获取模块130可以包括集成在一起的温度传感元件和处理元件。温度传感元件用于检测电池模组120的温度，处理元件用于对电池模组120的温度数据进行处理，以得到不同电池模组120之间的温差和/或每个电池模组120的温升速率。在另一实施例中，温度传感元件和处理元件没有集成在一起，温度传感元件设置在电池模组120处，处理元件设置在其他位置，例如可以设置在控制器150的芯片上。为了降低处理元件的负荷，处理元件可以配置成仅计算每个电池模组120与温度最低的电池模组120之间的温差即可，不需要计算每个电池模组120与其他所有电池模组120之间的温差。在另一实施例中，处理元件也可以配置成仅计算每个电池模组120与一预设温度之间的温差即可。
其中，控制器150的控制原理为：假设n个电池模组120当前的温度分别为T1、T2……Tn，一定时间内该n个电池模组120生热速率分别为Q1、Q2……Qn，同样时间内该n个电池模组120的散热速率为q1、q2……qn，则t时间后，该n个电池模组120的温度为T1’＝T1+(Q1-q1)……Tn’＝Tn+(Qn-qn)，要满足以下公式：
其中，是t时刻时电池模组120的平均温度，是t-1时刻时电池模组120的平均温度。通过控制流量阀140的应开开度，使得流经温度较高温差较大的电池模组120的冷却介质流量增大，以使得该温度较高温差较大的电池模组120的温度有所降低，且随着时间的累积，各个电池模组120的温差会逐渐缩小。
冷却介质在冷却单元110处吸收热量升温后，可以经由冷却回路170传输至电池包20外部的散热器180，并在此处与例如空气等介质进行换热，使得冷却介质散热并降温，从而能够经由冷却回路170再次对动力电池进行冷却。在图1所示实施例中，冷却介质可以储存在储罐190内，并由泵160将冷却介质泵160送至冷却回路170中且使得冷却介质在冷却回路170中循环流动。尽管该热管理系统100主要用于对动力电池的冷却，但是可以理解，也可以在冷却回路170中设置用于加热冷却介质的加热装置，以便在诸如外界温度较冷等情形下，通过加热冷却介质而使得不同电池模组120之间的温差逐渐缩小。上文结合图1描述的冷却回路170及其上的各功能元件基本上是一种常规布置形式，在其它实施例中也可以采用与图1不同的其它合适的冷却回路170及功能元件和布置方式。
图2示出了图1所示电池包20中的部分部件的示意性局部放大示意图，其中示出了冷却介质的流动路径。为了使得冷却介质可以流入和流出冷却单元110，在冷却回路170处还可以设置入口71和出口72。如图2所示，入口71设置在靠近流量阀140的一端，出口72设置在远离流量阀140的一端。可以理解，当冷却介质从储罐190中被泵160送至冷却回路170中时，首先进入入口71，再通过所有流量阀140，根据每一流量阀140所打开的开度以相应的流量流入相应的冷却单元110，再从出口72排出。在该实施例中，一个冷却单元110对应冷却一个电池模组120。当任一电池模组120的温度与所有电池模组120中温度最低的电池模组120之间的温差不低于一预设温差时，或者当任一电池模组120的温度与一预设温度之间的温差不低于一预设温差时，开始增大电池模组120的流量阀140开度，以使得冷却介质进入温度较高温差较大的电池模组120对应的冷却单元110中的流量增大，以实现对该电池模组120的冷却效果。
与现有技术相比，本发明的方案由于可以通过在任一电池模组120温度升高时，控制相应的流量阀140的开度来调节流经对应的冷却单元110的冷却介质的流量。由此，提升了该电池模组120对应的冷却单元110的冷却效率，有效降低了电池模组120之间的温差，解决了电池模组120之间温差过大的问题，从而改善了动力电池性能，延长了动力电池使用寿命。
图3示出了根据本发明第二个实施例的电池包20中部分部件的示意性结构图，其中示出了冷却介质的流动路径。其与第一个实施例的区别在于：一个冷却单元110对应冷却两个电池模组120。如图3所示，此时，若靠近出口72处的电池模组120温度升高，且其与所有电池模组120中温度最低的电池模组120之间的温差不低于一预设温差时，或者与一预设温度之间的温差不低于一预设温差时，该种方案就难以降低此时的电池模组120处的温度。原因是冷却介质只能从入口71流入，而在入口71处的冷却介质由于首先进入冷却单元110而温度最低，其对应的冷却效率也是最高的，当冷却介质的流经靠近出口72处的冷却单元110时，其温度已经升高，此时冷却效率较低，当靠近出口72处的电池模组120温度较高温差较大时，冷却效率较低的冷却介质已经无法高效率地冷却靠近出口72处的电池模组120。在该实施例中，为了解决上述技术问题，电池模组120在沿着冷却单元110方向上的长度可以缩短，以使得冷却介质在冷却单元110中的流动路径缩短，保证在冷却介质在一预设的冷却效率范围内来冷却电池模组120。
图4示出了根据本发明第三个实施例的电池包20中部分部件的示意性结构图，其中示出了冷却介质的流动路径。为了解决实施例二中的问题，还可以采用该实施例三中的方案。该实施例与前两个实施例的区别在于：该热管理系统100可以包括分别设置在冷却单元110两端的两个端口，当两个端口中的一个作为接收冷却介质的入口71时，两个端口中的另一端口作为排出冷却介质的出口72。可以理解的是，该两个端口的功能可以互换。为了与该两个端口的功能相匹配，该热管理系统100还可以包括两组流量阀140。该两组流量阀140分别设置在冷却单元110两端，每一组流量阀140配置成具有与多个冷却单元110对应的多个流量阀140，并能够从入口71接收冷却介质，当一组流量阀140处于打开状态时，另一组流量阀140处于关闭状态。此外，泵160是可反转操作的，以使两个端口中的任一端口能够作为入口71或出口72，使得冷却介质以改变的流动方向流过每一冷却单元110。
如图4所示，该热管理系统100包括八个电池模组120，分别是编号1-8，其中编号为1-4的电池模组120布置在图4中的上方，编号为5-8的电池模组120布置在图4中的下方。该热管理系统100还包括四个冷却单元110，分别是第一冷却单元11、第二冷却单元12、第三冷却单元13和第四冷却单元14。其中，第一冷却单元11用来冷却编号为1和5的电池模组120，第二冷却单元12用来冷却编号为2和6的电池模组120，第三冷却单元13用来冷却编号为3和7的电池模组120，第四冷却单元14用来冷却编号为4和8的电池模组120。假设初始状态下，冷却介质的流动方向与图4所示的流动方向相反。该热管理系统100的工作原理为：当编号为5-8中温度较高温差较大的电池模组120的数量比编号为1-4中温度较高温差较大的电池模组120的数量多，则控制器150向泵160发送开始反转的指令，泵160接收到指令后开始进行反转操作，反转操作后，冷却介质的流动方向改变，即变为图4中的流动方向。此时，位于图4中的下部的端口变为入口71，位于图4中的上部的端口变为出口72。并且，此时位于图4中的下部的一组流量阀140变为打开状态，位于图4中的上部的一组流量阀140变为关闭状态。泵160是否需要进行反转操作的另一个影响因素可以包括电池模组120的升温速率。即泵160是否需要进行反转操作，不仅要考虑电池模组120的温度和温差，还要考虑电池模组120的升温速率。
由此，本发明的方案，在每一冷却单元110冷却两个电池模组120的情况下，可以改变冷却介质的流动方向，并在每一冷却单元110的两端均设置流量阀140。当需要冷却某一电池模组120时，通过泵160的反转操作，更改冷却介质的流动方向，以使得靠近需要被冷却的电池模组120处的端口作为入口71。入口71处的电池模组120由于首先接收温度最低的冷却介质而使得温度得以有效降低。从而随着时间的推移，电池模组120之间温差逐渐缩小，可以在任一电池模组120温度升高时，有效缩小其与其他电池模组120之间的温差。
上述实施例一至实施例三中，入口71和出口72的位置设置需要进行精确计算，以满足使得冷却介质流经每一冷却介质流动路径的长度基本相同为标准。此外，本发明的方案更加适用于冷却单元110的数量大于或等于三个的情况。当然，在冷却单元110的数量小于三个时，同样适用，只是成本略高。当冷却单元110的数量至少为三个时，本发明的方案可以有效缩小任一电池模组120之间的温差，且成本相对较低，可以广泛应用。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种热管理系统，用于对混合动力车辆或电动车辆中的动力电池进行热管理，所述动力电池包括多个电池模组，包括：
与所述多个电池模组分别对应的多个冷却单元，每一冷却单元构造成能够流通冷却介质以冷却对应的电池模组，所述多个冷却单元以并联的方式接收所述冷却介质；
与所述多个冷却单元分别对应的多个流量阀，每一流量阀配置成能够控制流经对应的冷却单元的所述冷却介质的流量；
温度获取模块，用于获取所述多个电池模组的温度；和
控制器，用于根据所述电池模组的温度确定每一电池模组对应的冷却单元的流量阀的应开开度，并根据所述应开开度使得每一流量阀打开相应开度，其中，温度高的电池模组对应的流量阀的开度大于温度低的电池模组对应的流量阀的开度，以使不同电池模组之间的温差逐渐缩小。
2.根据权利要求1所述的热管理系统，其中，还包括：
分别设置在所述冷却单元两端的两个端口，当所述两个端口中的一个作为接收所述冷却介质的入口时，所述两个端口中的另一端口作为排出所述冷却介质的出口。
3.根据权利要求2所述的热管理系统，其中，所述多个流量阀设置在靠近所述入口的一端处，每一组流量阀配置成能够从所述入口接收所述冷却介质；
每一冷却单元配置成对应冷却一个电池模组；
所述控制器配置成当任一电池模组的温度升高至不低于第一预设温度时，控制所述电池模组对应的冷却单元处的流量阀的开度增大至所述应开开度。
4.根据权利要求3所述的热管理系统，其中，所述控制器配置成当任一电池模组的温度在一预设时间内升高至不低于所述第一预设温度时，控制所述电池模组对应的流量阀的开度增大至所述应开开度。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的热管理系统，其中，还包括：
泵，用于将所述冷却介质从所述入口泵送至所述出口；
其中，所述流量阀包括分别设置在所述冷却单元两端的两组流量阀，每一组流量阀配置成具有与所述多个冷却单元对应的多个流量阀，并能够从所述入口接收所述冷却介质，当一组流量阀处于打开状态时，另一组流量阀处于关闭状态；
其中，所述泵是可反转操作的，以使所述两个端口中的任一端口能够作为所述入口或所述出口，使得所述冷却介质以改变的流动方向流过每一冷却单元。
6.根据权利要求5所述的热管理系统，其中，每一冷却单元配置成对应冷却至多两个电池模组。
7.根据权利要求6所述的热管理系统，其中，所述泵配置成当每一冷却单元配置成对应冷却两个电池模组，且当任一冷却单元对应的任一电池模组的温度升高至第二预设温度时，开启反转操作，以将所述两个端口中靠近所述电池模组的一个端口作为入口，所述两个端口中的另一端口作为出口；
所述两组流量阀配置成靠近所述入口处的一组流量阀处于打开状态，所述两组流量阀中的另一组流量阀处于关闭状态。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的热管理系统，其中，所述两个端口的位置配置成以使所述冷却介质流经每一冷却介质流动路径的长度基本相同。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的热管理系统，其中，所述多个冷却单元为至少三个冷却单元。
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