CN107565191A - 电动汽车及其动力电池主动温度均衡系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车及其动力电池主动温度均衡系统，所述系统包括动力电池；温度检测器，温度检测器用以检测动力电池中每个电芯的温度；换热冷板，换热冷板对应动力电池设置以通过换热液对动力电池进行加热或冷却；水泵，水泵与换热冷板相连，其中，水泵正转时，换热液从换热冷板的第一端向第二端流动，水泵反转时，换热液从换热冷板的第二端向第一端流动；控制器，控制器分别与温度检测器和水泵相连，控制器用于根据每个电芯的温度判断任意两个电芯之间的温度差值大于等于预设温度阈值时，控制水泵在正转与反转之间进行切换以改变换热液的流动方向，从而实现动力电池的温度均衡。

Description

电动汽车及其动力电池主动温度均衡系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车及其动力电池主动温度均衡系统。

背景技术

温度对动力电池的工作状态影响很大，例如，在低温条件下，动力电池的放电容量下降很快，特别是锂离子电池下降的更快；在高温条件下，由于动力电池工作电流大，产生的热量大，同时动力电池是一个相对封闭的环境，如果不及时将热量排出，将导致动力电池出现热失控、寿命减短以及损坏等。因此，需要对动力电池进行加热或冷却。

但是，不管是对动力电池进行加热还是冷却，由于动力电池中单体电池的密集摆放，中间区域聚集的热量必然较多，而边缘区域的热量必然较少，因而将导致动力电池的各个单体之间的温度出现不均衡，造成各单体电池性能的不均衡，从而影响动力电池性能的一致性以及动力电池荷电状态估计的准确性，进而影响对电动汽车的控制。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种电动汽车动力电池主动温度均衡系统，该系统在判断任意两个电芯之间的温度差值大于等于预设温度阈值时，通过控制水泵来改变换热液的流动方向，以实现动力电池的温度均衡。

本发明的另一个目的在于提出一种电动汽车。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种电动汽车动力电池主动温度均衡系统，包括：动力电池；温度检测器，所述温度检测器用以检测所述动力电池中每个电芯的温度；换热冷板，所述换热冷板对应所述动力电池设置以通过换热液对所述动力电池进行加热或冷却；水泵，所述水泵与所述换热冷板相连，其中，所述水泵正转时，所述换热液从所述换热冷板的第一端向第二端流动，所述水泵反转时，所述换热液从所述换热冷板的第二端向第一端流动；控制器，所述控制器分别与所述温度检测器和所述水泵相连，所述控制器用于根据所述每个电芯的温度判断任意两个电芯之间的温度差值大于等于预设温度阈值时，控制所述水泵在正转与反转之间进行切换以改变所述换热液的流动方向，实现所述动力电池的温度均衡。

根据本发明实施例的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，换热冷板对应动力电池设置以通过换热液对动力电池进行加热或冷却，水泵与换热冷板相连，其中，当水泵正转时，换热液从换热冷板的第一端向第二端流动；当水泵反转时，换热液从换热冷板的第二端向第一端流动，控制器根据温度检测器检测的每个电芯的温度判断任意两个电芯之间的温度差值大于等于预设温度阈值时，控制水泵在正转与反转之间进行切换以改变换热液的流动方向，从而实现动力电池的温度均衡，保证动力电池性能的一致性，为准确估计动力电池荷电状态提供有利基础，进而提高对电动汽车控制的准确性和可靠性。

根据本发明的一个实施例，所述动力电池包括多个串联的电池模组，每个电池模组包括多个电芯。

根据本发明的一个实施例，上述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，还包括：四通换向阀，所述四通换向阀的第一端口与所述换热冷板的第二端相连，所述换热冷板的第一端与所述水泵的一端相连；加热器，所述加热器的一端与所述水泵的另一端相连，所述加热器的另一端与所述四通换向阀的第二端口相连，所述加热器用于加热所述换热液；其中，在对所述动力电池进行加热时，所述控制器控制所述四通换向阀的第一端口与第二端口连通，并控制所述加热器进行加热工作，以及在任意两个电芯之间的温度差值大于等于所述预设温度阈值时控制所述水泵切换转动方向。

根据本发明的一个实施例，上述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，还包括：冷却散热器，所述冷却散热器的一端与所述加热器的另一端相连，所述冷却散热器的另一端与所述四通换向阀的第三端口相连，所述冷却散热器用于冷却所述换热液；冷却风扇，所述冷却风扇对应所述冷却散热器设置；其中，在对所述动力电池进行冷却时，所述控制器控制所述四通换向阀的第一端口与第三端口连通，并控制所述加热器停止工作，以及控制所述冷却散热器与所述换热冷板通过所述换热液进行热交换，并在任意两个电芯之间的温度差值大于等于所述预设温度阈值时控制所述水泵切换转动方向。

根据本发明的一个实施例，上述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，还包括热泵空调，所述热泵空调包括：压缩机；冷凝器，所述冷凝器的入口与所述压缩机的出口相连；第一节流阀，所述第一节流阀的入口与所述冷凝器的出口相连；第二节流阀，所述第二节流阀的入口与所述冷凝器的出口相连；蒸发器，所述蒸发器的入口与所述第一节流阀的出口相连，所述蒸发器的出口与所述压缩机的入口相连；板式换热器，所述板式换热器的第一换热流路的入口与所述第二节流阀的出口相连，所述板式换热器的第一换热流路的出口与所述压缩机的入口相连，所述板式换热器的第二换热流路的一端与所述加热器的另一端相连，所述板式换热器的第二换热流路的另一端与所述四通换向阀的第四端口相连；其中，在对所述动力电池进行冷却时，所述控制器还控制所述四通换向阀的第一端口与第四端口连通，并控制所述加热器停止工作，以及控制所述第二节流阀以使所述板式换热器与所述换热冷板通过所述换热液进行热交换，并在任意两个电芯之间的温度差值大于等于所述预设温度阈值时控制所述水泵切换转动方向。

根据本发明的一个实施例，所述第一节流阀和所述第二节流阀均为电子膨胀阀。

根据本发明的一个实施例，当所述第一节流阀处于关闭状态时，所述热泵空调仅对所述动力电池进行冷却。

根据本发明的一个实施例，当所述第二节流阀处于关闭状态时，所述热泵空调仅对车内进行制冷。

根据本发明的一个实施例，所述预设温度阈值为3-8摄氏度。

此外，本发明的实施例还提出了一种电动汽车，其包括上述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统。

本发明实施例的电动汽车，通过上述的动力电池主动温度均衡系统，能够在任意两个电芯之间的温度差值大于等于预设温度阈值时，通过控制水泵来改变换热液的流动方向，以实现动力电池的温度均衡，保证动力电池性能的一致性，为准确估计动力电池荷电状态提供有利基础，进而提高对电动汽车控制的准确性和可靠性。

附图说明

图1是根据本发明第一个实施例的电动汽车动力电池主动温度均衡系统的结构示意图；

图2是根据本发明第二个实施例的电动汽车动力电池主动温度均衡系统的结构示意图；

图3是根据本发明第三个实施例的电动汽车动力电池主动温度均衡系统的结构示意图；

图4是根据本发明第四个实施例的电动汽车动力电池主动温度均衡系统的结构示意图；以及

图5是根据本发明第五个实施例的电动汽车动力电池主动温度均衡系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例提出的电动汽车动力电池主动温度均衡系统和具有其的电动汽车。

图1是根据本发明一个实施例的电动汽车动力电池主动温度均衡系统的结构示意图。如图1所示，该电动汽车动力电池主动温度均衡系统包括：动力电池10、温度检测器(图中未具体示出)、换热冷板20、水泵30和控制器(图中未具体示出)。

具体地，动力电池10可以包括多个串联的电池模组，每个电池模组包括多个电芯。

温度检测器用以检测动力电池10中每个电芯的温度。换热冷板20对应动力电池10设置以通过换热液对动力电池10进行加热或冷却。水泵30与换热冷板20相连，其中，水泵30正转时，换热液从换热冷板20的第一端向第二端流动(图中箭头所指方向)，水泵30反转时，换热液从换热冷板20的第二端向第一端流动(图中箭头所指反方向)。

控制器分别与温度检测器和水泵30相连，控制器用于根据每个电芯的温度判断任意两个电芯之间的温度差值大于等于预设温度阈值时，控制水泵30在正转与反转之间进行切换以改变换热液的流动方向，实现动力电池10的温度均衡。其中，预设温度阈值可以为3-8摄氏度。

具体而言，当动力电池10的温度低于某一温度值时，需要对动力电池10进行加热；当动力电池10的温度高于某一温度值时，需要对动力电池10进行冷却，但是，不管是对动力电池10进行加热还是冷却，动力电池10内部的各个电芯由于换热关系会存在温差。

为了保证动力电池10的温度均衡，即保证各个电芯之间的温度差值在较小范围内，可通过温度检测器实时检测每个电芯的温度，然后，控制器实时判断任意两个电芯之间的温度差值是否大于等于预设温度阈值(如5摄氏度)。如果是，则开启温度均衡功能，即控制器控制水泵30由原来的正转(假设加热或冷却时，水泵30处于正转)切换为反转，使得原来温度较高的电芯降低温度，同时使温度较低的电芯提高温度；如果否，控制器则继续控制水泵30正转。从而有效实现动力电池的温度均衡，保证动力电池性能的一致性，为准确估计动力电池荷电状态提供有利基础，进而提高对电动汽车控制的准确性和可靠性。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，上述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，还包括：四通换向阀40和加热器50，四通换向阀40的第一端口与换热冷板20的第二端相连，换热冷板20的第一端与水泵30的一端相连；加热器50的一端与水泵30的另一端相连，加热器50的另一端与四通换向阀40的第二端口相连，加热器50用于加热换热液。其中，在对动力电池10进行加热时，控制器控制四通换向阀40的第一端口与第二端口连通，并控制加热器50进行加热工作，以及在任意两个电芯之间的温度差值大于等于预设温度阈值时控制水泵30切换转动方向。其中，加热器50可以为电加热器，例如PTC(PositiveTemperature Coefficient，正温度系数)加热器。

具体而言，当需要对动力电池10进行加热时，控制器可以控制四通换向阀40的第一端口与第二端口连通，并控制加热器50进行加热工作，以及控制水泵30正转，此时经加热器50加热后的换热液通过水泵30进入换热冷板20，以对动力电池10进行加热。在加热过程中，温度检测器实时检测每个电芯的温度，控制器对任意两个电芯之间的温度差值进行判断，当温度差值大于等于预设温度阈值(如5摄氏度)时，控制器控制水泵30反转，以实现动力电池的温度均衡。

进一步地，如图2所示，上述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统还可以包括：冷却散热器60和冷却风扇70，冷却散热器60的一端与加热器50的另一端相连，冷却散热器60的另一端与四通换向阀40的第三端口相连，冷却散热器60用于冷却换热液，冷却风扇70对应冷却散热器60设置。其中，在对动力电池10进行冷却时，控制器控制四通换向阀40的第一端口与第三端口连通，并控制加热器50停止工作，以及控制冷却散热器60与换热冷板20通过换热液进行热交换，并在任意两个电芯之间的温度差值大于等于预设温度阈值时控制水泵30切换转动方向。

具体而言，当需要对动力电池10进行冷却时，控制器控制加热器50停止工作，同时控制四通换向阀40的第一端口与第三端口连通，并控制冷却风扇70开始工作，以及控制水泵30正转，此时被冷却散热器60冷却后的换热液经水泵30后进入换热冷板20，以对动力电池10进行冷却。在冷却过程中，温度检测器实时检测每个电芯的温度，控制器对任意两个电芯之间的温度差值进行判断，当温度差值大于等于预设温度阈值(如5摄氏度)时，控制器控制水泵30反转，以实现动力电池的温度均衡。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，上述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，还包括热泵空调。热泵空调包括：压缩机81、冷凝器82、第一节流阀83、第二节流阀84、蒸发器85和板式换热器86，冷凝器82的入口与压缩机81的出口相连，第一节流阀83的入口与冷凝器82的出口相连，第二节流阀84的入口与冷凝器82的出口相连，蒸发器85的入口与第一节流阀83的出口相连，蒸发器85的出口与压缩机81的入口相连，板式换热器86的第一换热流路的入口与第二节流阀84的出口相连，板式换热器86的第一换热流路的出口与压缩机81的入口相连，板式换热器86的第二换热流路的一端与加热器50的另一端相连，板式换热器86的第二换热流路的另一端与四通换向阀40的第四端口相连。第一节流阀83和第二节流阀84均可以为电子膨胀阀。

其中，在对动力电池10进行冷却时，控制器还控制四通换向阀40的第一端口与第四端口连通，并控制加热器50停止工作，以及控制第二节流阀84以使板式换热器86与换热冷板20通过换热液进行热交换，并在任意两个电芯之间的温度差值大于等于预设温度阈值时控制水泵30切换转动方向。当第一节流阀83处于关闭状态时，热泵空调仅对动力电池10进行冷却；当第二节流阀84处于关闭状态时，热泵空调仅对车内进行制冷。

具体而言，如图3所示，当只需对动力电池10进行冷却时，控制器控制加热器50停止工作，同时控制四通换向阀40的第一端口与第四端口连通，并控制第一节流阀83处于关闭状态，以及控制第二节流阀84处于开通状态。此时，从压缩机81的排气口出来的高温高压制冷剂，经冷凝器82吸热后变成中温高压液体，经第二节流阀84节流后变成低温低压液体，然后进入板式换热器86，与从换热冷板20流出至板式换热器86的换热液进行换热，换热液被冷却后通过水泵30再次进行换热冷板20，以对动力电池10进行冷却。在对动力电池10冷却过程中，温度检测器实时检测每个电芯的温度，控制器对任意两个电芯之间的温度差值进行判断，当温度差值大于等于预设温度阈值(如5摄氏度)时，控制器控制水泵30反转，以实现动力电池的温度均衡。

当只需对驾驶室进行制冷时，控制器控制加热器50停止工作，同时控制水泵30停止工作，以及控制第一节流阀83处于开通状态，并控制第二节流阀84处于关闭状态，此时从冷凝器82流出的制冷剂全部通过第一节流阀83进入蒸发器85，以对驾驶室进行制冷。

当需要对动力电池10进行冷却，同时对驾驶室进行制冷时，控制器控制加热器50停止工作，同时控制水泵30正转，并控制四通换向阀40的第一端口与第四端口连通，以及控制第一节流阀83和第二节流阀84均处于开通状态。此时，从冷凝器82流出的一部分制冷剂通过第一节流阀83进入蒸发器85，经蒸发器85吸热后对驾驶室进行制冷；另一部分制冷剂通过第二节流阀84进入板式换热器86，与从换热冷板20流出至板式换热器86的换热液进行换热，换热液被冷却后通过水泵30再次进行换热冷板20，以对动力电池10进行冷却。在对动力电池10冷却过程中，温度检测器实时检测每个电芯的温度，控制器对任意两个电芯之间的温度差值进行判断，当温度差值大于等于预设温度阈值(如5摄氏度)时，控制器控制水泵30反转，以实现动力电池的温度均衡。

根据本发明的一个实施例，如图4所示，电动汽车动力电池主动温度均衡系统可以同时包括冷却散热器60、冷却风扇70和热泵空调，其中，当动力电池10的温度较高时，可以通过冷却散热器60和冷却风扇70对动力电池10进行冷却；当动力电池10的温度很高时，通过冷却散热器60和冷却风扇70无法快速将动力电池10的温度降低至某一温度值时，可以通过热泵空调对动力电池10进行冷却，并在冷却过程中通过控制水泵30改变换热液的流动方向，以实现动力电池的温度均衡，具体这里不再详述。

进一步地，如图5所示，可以将冷却散热器60的另一端和板式换热器86的第二换热流路的另一端均与四通换向阀40的第三端口相连，此时四通换向阀40可由三通换向阀代替。当需要对动力电池10冷却时，控制器可以控制四通换向阀40的第一端口与第三端口连通，一方面可以通过冷却散热器60和冷却风扇70对换热液进行换热，另一方面可以通过热泵空调的板式换热器86对换热液进行换热，从而进一步增加对动力电池10的冷却速度，使得动力电池10的温度快速降低至某一温度值。

另外，在本发明的实施例中，如图5所示，动力电池10中还可以包括相变材料90(如液体石蜡)，相变材料90具有较强的传热蓄热能力，并且当达到相变温度时，可以大量吸收或放热，而且自身温度不会出现较大变化。通过选择合适的相变材料90也可以降低各个电芯的温度不均衡，很好的控制动力电池的温度上下限，避免产生过高过低的现象，但是相变材料90的成本比较高。

根据本发明实施例的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，换热冷板对应动力电池设置以通过换热液对动力电池进行加热或冷却，水泵与换热冷板相连，其中，当水泵正转时，换热液从换热冷板的第一端向第二端流动；当水泵反转时，换热液从换热冷板的第二端向第一端流动，控制器根据温度检测器检测的每个电芯的温度判断任意两个电芯之间的温度差值大于等于预设温度阈值时，控制水泵在正转与反转之间进行切换以改变换热液的流动方向，从而实现动力电池的温度均衡，保证动力电池性能的一致性，为准确估计动力电池荷电状态提供有利基础，进而提高对电动汽车控制的准确性和可靠性。

此外，本发明的实施例还提出了一种电动汽车，其包括上述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统。

本发明实施例的电动汽车，通过上述的动力电池主动温度均衡系统，能够在任意两个电芯之间的温度差值大于等于预设温度阈值时，通过控制水泵来改变换热液的流动方向，以实现动力电池的温度均衡，保证动力电池性能的一致性，为准确估计动力电池荷电状态提供有利基础，进而提高对电动汽车控制的准确性和可靠性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电动汽车动力电池主动温度均衡系统，其特征在于，包括：

动力电池；

温度检测器，所述温度检测器用以检测所述动力电池中每个电芯的温度；

换热冷板，所述换热冷板对应所述动力电池设置以通过换热液对所述动力电池进行加热或冷却；

水泵，所述水泵与所述换热冷板相连，其中，所述水泵正转时，所述换热液从所述换热冷板的第一端向第二端流动，所述水泵反转时，所述换热液从所述换热冷板的第二端向第一端流动；

控制器，所述控制器分别与所述温度检测器和所述水泵相连，所述控制器用于根据所述每个电芯的温度判断任意两个电芯之间的温度差值大于等于预设温度阈值时，控制所述水泵在正转与反转之间进行切换以改变所述换热液的流动方向，实现所述动力电池的温度均衡。

2.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，其特征在于，所述动力电池包括多个串联的电池模组，每个电池模组包括多个电芯。

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，其特征在于，还包括：

四通换向阀，所述四通换向阀的第一端口与所述换热冷板的第二端相连，所述换热冷板的第一端与所述水泵的一端相连；

加热器，所述加热器的一端与所述水泵的另一端相连，所述加热器的另一端与所述四通换向阀的第二端口相连，所述加热器用于加热所述换热液；

其中，在对所述动力电池进行加热时，所述控制器控制所述四通换向阀的第一端口与第二端口连通，并控制所述加热器进行加热工作，以及在任意两个电芯之间的温度差值大于等于所述预设温度阈值时控制所述水泵切换转动方向。

4.根据权利要求3所述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，其特征在于，还包括：

冷却散热器，所述冷却散热器的一端与所述加热器的另一端相连，所述冷却散热器的另一端与所述四通换向阀的第三端口相连，所述冷却散热器用于冷却所述换热液；

冷却风扇，所述冷却风扇对应所述冷却散热器设置；

其中，在对所述动力电池进行冷却时，所述控制器控制所述四通换向阀的第一端口与第三端口连通，并控制所述加热器停止工作，以及控制所述冷却散热器与所述换热冷板通过所述换热液进行热交换，并在任意两个电芯之间的温度差值大于等于所述预设温度阈值时控制所述水泵切换转动方向。

5.根据权利要求3所述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，其特征在于，还包括热泵空调，所述热泵空调包括：

压缩机；

冷凝器，所述冷凝器的入口与所述压缩机的出口相连；

第一节流阀，所述第一节流阀的入口与所述冷凝器的出口相连；

第二节流阀，所述第二节流阀的入口与所述冷凝器的出口相连；

蒸发器，所述蒸发器的入口与所述第一节流阀的出口相连，所述蒸发器的出口与所述压缩机的入口相连；

板式换热器，所述板式换热器的第一换热流路的入口与所述第二节流阀的出口相连，所述板式换热器的第一换热流路的出口与所述压缩机的入口相连，所述板式换热器的第二换热流路的一端与所述加热器的另一端相连，所述板式换热器的第二换热流路的另一端与所述四通换向阀的第四端口相连；

其中，在对所述动力电池进行冷却时，所述控制器还控制所述四通换向阀的第一端口与第四端口连通，并控制所述加热器停止工作，以及控制所述第二节流阀以使所述板式换热器与所述换热冷板通过所述换热液进行热交换，并在任意两个电芯之间的温度差值大于等于所述预设温度阈值时控制所述水泵切换转动方向。

6.根据权利要求5所述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，其特征在于，所述第一节流阀和所述第二节流阀均为电子膨胀阀。

7.根据权利要求5所述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，其特征在于，当所述第一节流阀处于关闭状态时，所述热泵空调仅对所述动力电池进行冷却。

8.根据权利要求5所述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，其特征在于，当所述第二节流阀处于关闭状态时，所述热泵空调仅对车内进行制冷。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统，其特征在于，所述预设温度阈值为3-8摄氏度。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的电动汽车动力电池主动温度均衡系统。