CN108275021B - 一种用于电动汽车电池的温度控制装置及一种充电桩 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于电动汽车电池的温度控制装置及一种充电桩，所述温度控制装置包括至少一个温控回路、至少一个热泵回路及至少一第一换热器，所述第一换热器串接于所述温控回路及热泵回路，所述温控回路内的第一工质与所述热泵回路内的第二工质通过所述第一换热器热交换；所述温度控制装置与所述电动汽车连接，所述温控回路与所述电动汽车内的与电池热交换的车载回路连通构成一工作回路，所述热泵回路通过所述第一换热器加热或冷却所述温控回路内的第一工质，所述第一工质在所述工作回路内循环流动并与所述电池热交换以加热或冷却所述电池。采用上述技术方案后，实现在电动汽车电池快速充电时对电池的温度进行控制，使其保持在合理范围内。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车电池温度控制领域，尤其涉及一种用于电动汽车电池的温度控制装置及一种充电桩。
背景技术
随着汽车技术的发展，电动汽车在车辆中的占有率越来越高，而电动汽车以电池为动力，需要经常充电。为了方便用户使用，电动汽车快速充电的需求也越来越大，然而快速充电时电池的发热量较大，现有的车载电池液体冷却方式无法满足其散热要求，从而限制了充电电流，影响了充电速度。此外，冬天环境温度较低时，电池的温度也较低，导致充电效率较低，需要对电池进行预热使其工作温度达到合适的温度范围，现有的车载电池预热方式在低温环境下较难满足电池预热需求，因此还需要对现有的电池温度控制装置进行改进。
解决上述技术问题的一种思路是开发一种大功率车载冷却系统，这种车载冷却系统的额定功率为原有车载冷却系统的2-3倍，同时车载冷却系统的重量显著增加，导致电动汽车续航里程下降。此外，这种方案仅适用于快速充电时的状态，对于正常行驶的车辆来说设计过于冗余，同时提高了成本。
现有技术已经在上述技术领域作了努力，如中国发明专利公开说明书(公开号：CN106711549A)公开了一种带冷却系统和加热系统的快速充电桩，包括供电模块、充电枪、充电枪座、加热器、换热器、冷凝散热器、冷却液枪、冷却液枪座和壳体。此种设计采用被动方式，加热用的电加热方式效率不高，且只能在制冷或制热的同时向车辆输出冷量或热量。
因此需要设计一种新的用于电动汽车电池的温度控制装置及一种充电桩，能够在快速充电时使电动汽车的电池的温度保持在合理范围。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种用于电动汽车电池的温度控制装置及一种充电桩，能够在电动汽车的电池快速充电时使电池的温度保持在合理范围。
本发明公开了一种用于电动汽车电池的温度控制装置，所述温度控制装置包括至少一个温控回路、至少一个热泵回路及至少一第一换热器，所述第一换热器串接于所述温控回路及热泵回路，所述温控回路内的第一工质与所述热泵回路内的第二工质通过所述第一换热器热交换；所述温度控制装置与所述电动汽车连接，所述温控回路与所述电动汽车内的与电池热交换的车载回路连通构成一工作回路，所述热泵回路通过所述第一换热器加热或冷却所述温控回路内的第一工质，所述第一工质在所述工作回路内循环流动并与所述电池热交换以加热或冷却所述电池。
优选地，所述热泵回路包括：第二换热器，串接于所述热泵回路内，与外部环境热交换；四通换向阀，其第一端及第三端串接于所述热泵回路内，切换所述第二工质的流动方向为第一方向或第二方向；压缩机，与所述四通换向阀的第二端及第四端连接，压缩所述第二工质；所述第二工质按所述第一方向流动时，所述第一换热器为冷凝器，所述第二换热器为蒸发器，所述热泵回路工作于制热模式；所述第二工质按所述第二方向流动时，所述第一换热器为蒸发器，所述第二换热器为冷凝器，所述热泵回路工作于制冷模式。
优选地，所述热泵回路还包括：风扇，设于所述第二换热器外侧，为所述第二换热器提供气流。
优选地，所述热泵回路还包括：双向膨胀阀，串接于所述热泵回路内，调节所述热泵回路的流量。
优选地，所述温控回路包括：接头，串接于所述温控回路内，用于与电动汽车内的车载回路连接，使所述温控回路与所述车载回路连通；泵，串接于所述温控回路内，使所述第一工质循环流动。
优选地，所述温控回路还包括：短路支路，跨接于所述接头的两侧；三通阀，串接于所述接头的任一侧，并与所述短路支路的任一端连接；至少一蓄冷储热罐，串接于所述温控回路内；当所述接头未与所述电动汽车连接时，所述三通阀连通所述短路支路与所述温控回路以将所述接头短路，所述第一工质在所述温控回路内循环流动，所述热泵回路加热或冷却所述温控回路内的第一工质，所述蓄冷储热罐存储加热或冷却后的第一工质；当所述接头与所述电动汽车连接时，所述三通阀连通所述接头与所述温控回路，所述温控回路与所述电动汽车内的车载回路连通构成所述工作回路，所述蓄冷储热罐释放加热或冷却后的第一工质，所述第一工质在所述工作回路内循环流动以加热或冷却所述电池。
优选地，所述蓄冷储热罐内设有温度传感器；所述蓄冷储热罐的入口或出口设有一电磁阀；当所述接头未与所述电动汽车连接时，打开所述电磁阀，所述热泵回路加热或冷却所述第一工质，所述蓄冷储热罐存储所述第一工质，当所述温度传感器检测所述蓄冷储热罐内第一工质的温度大于一第一温度阈值或小于一第二温度阈值时，所述热泵回路停止制热或制冷，关闭所述电磁阀。
优选地，所述蓄冷储热罐采用真空绝热板作为绝热材料。
优选地，所述温控回路还包括：电加热器，串接于所述温控回路内；当环境温度低于一第三温度阈值时，所述电加热器加热所述第一工质。
优选地，所述第一换热器为板式换热器。
本发明还公开了一种充电桩，包括上述的温度控制装置。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.实现在电动汽车电池快速充电时对电池的温度进行控制，使其保持在合理范围内；
2.支持在短时间内对多个车辆进行电池温度控制，无需等待。
附图说明
图1为符合本发明一优选实施例中温度控制装置的结构示意图；
图2为符合本发明一优选实施例中温度控制装置的蓄冷工作状态示意图；
图3为符合本发明一优选实施例中温度控制装置的储热工作状态示意图；
图4为符合本发明一优选实施例中温度控制装置的冷却工作状态示意图；
图5为符合本发明一优选实施例中温度控制装置的预热工作状态示意图。
附图标记：
10-充电装置、11-短路支路、12-充电插头、13-热泵回路、14-温控回路、15-接头、16-压缩机、17-双向膨胀阀、18-四通换向阀、19-第二换热器、20-第一换热器、21-风扇、22-泵、23-蓄冷储热罐、24-电加热器、25-三通阀、26-电磁阀。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
参阅图1，为符合本发明一优选实施例中温度控制装置的结构示意图，用于对电动汽车的电池进行加热或冷却。所述温度控制装置包括：
-温控回路14
所述温控回路14设于所述温度控制装置内，其内有第一工质。所述第一工质可以是冷却液、水等液体。
-热泵回路13
所述热泵回路13设于所述温度控制装置内，工作于制热或制冷模式，其内有第二工质。所述第二工质可以是制冷剂，在工作过程中发生相态变化。
-第一换热器20
所述第一换热器20串接于所述温控回路14及热泵回路13，所述温控回路14内的第一工质与所述热泵回路13内的第二工质通过所述第一换热器20热交换。所述第一换热器20优选为板式换热器。
所述温度控制装置工作时与所述电动汽车连接，所述温控回路14与所述电动汽车内的与电池热交换的车载回路连通构成一工作回路，所述热泵回路13通过所述第一换热器20加热或冷却所述温控回路14内的第一工质，所述第一工质在所述工作回路内循环流动并与所述电池热交换以加热或冷却所述电池。当所述电动汽车停车充电时，可将所述温度控制装置与所述电动汽车连接，通过所述第一工质作为媒介将所述电池的温度控制在合理范围内。当气候温暖时，快速充电会引起电池温度升高，所述热泵回路13工作于制冷模式，冷却所述电池；当气候寒冷时，所述热泵回路13工作于制热模式，预热所述电池。上述方案实现了从电动汽车外部对电池进行冷却或加热，避免了车载装置的成本增加。所述第一工质可选择与车载冷却液相同的工质，以保持稳定的冷却或加热效果，避免不同的工质混合造成的潜在隐患。
所述温度控制装置既可以作为独立的设备使用，也可以集成在充电桩内，作为充电桩的一个部分，以便在充电的过程中同步使用，还减小了设备体积。图1中虚线部分内均为充电桩的内部构造，该充电桩还包括充电装置10及充电插头12。
具体地，所述热泵回路13包括：
-第二换热器19
所述第二换热器19串接于所述热泵回路13内，与外部环境热交换。所述第二换热器19常设于室外以充分利用外部环境的温度。
-四通换向阀18
所述四通换向阀18串接于所述热泵回路13内，切换所述第二工质的流动方向为第一方向或第二方向。所述四通换向阀18是冷暖空调中常用的用于改变工质流动方向的部件，其第一端和第三端串接在所述热泵回路13内，其第二端和第四端与下文所述的压缩机16连接。
-压缩机16
所述压缩机16与所述四通换向阀18的第二端及第四端连接，压缩所述第二工质。
所述第二工质按所述第一方向流动时，所述第一换热器20为冷凝器，所述第二换热器19为蒸发器，所述热泵回路13工作于制热模式；所述第二工质按所述第二方向流动时，所述第一换热器20为蒸发器，所述第二换热器19为冷凝器，所述热泵回路13工作于制冷模式。
进一步地，所述热泵回路13还包括：
-风扇21
所述风扇21设于所述第二换热器19外侧，为所述第二换热器19提供气流，取得更好地热交换效果。
-双向膨胀阀17
所述双向膨胀阀17串接于所述热泵回路13内，调节所述热泵回路13的流量。由于所述热泵回路13内的第二工质会根据不同的工作模式改变流动方向，因此须采用双向膨胀阀17实现在不同方向上的流量调节。
作为所述温度控制装置的进一步改进，所述温控回路14包括：
-接头15
所述接头15串接于所述温控回路14内，用于与电动汽车内的车载回路连接，使所述温控回路14与所述车载回路连通，以构成工作回路。
-泵22
所述泵22串接于所述温控回路14内，使所述第一工质循环流动。
进一步地，所述温控回路14还包括：
-短路支路11
所述短路支路11跨接于所述接头15的两侧。
-三通阀25
所述三通阀25串接于所述接头15的任一侧，并与所述短路支路11的任一端连接。
-蓄冷储热罐23
所述蓄冷储热罐23串接于所述温控回路14内，由绝热材料制成，例如真空绝热板，可保持其内存储的第一工质的温度以保存冷量或热量。
当所述接头15未与所述电动汽车连接时，所述三通阀25连通所述短路支路11与所述温控回路14以将所述接头15短路，所述第一工质在所述温控回路14内循环流动，所述热泵回路13加热或冷却所述温控回路14内的第一工质，所述蓄冷储热罐23存储加热或冷却后的第一工质。当所述接头15与所述电动汽车连接时，所述三通阀25连通所述接头15与所述温控回路14，所述温控回路14与所述电动汽车内的车载回路连通构成所述工作回路，所述蓄冷储热罐23释放加热或冷却后的第一工质，所述第一工质在所述工作回路内循环流动以加热或冷却所述电池。本方案实施后，所述温度控制装置可以在空闲时段进行储能，当有多辆电动汽车需要充电时，无需等待热泵回路13启动工作，可利用所述蓄冷储热罐23直接对电动汽车的电池进行冷却或预热，缩短等待时间，在短时间内能对多辆电动汽车的电池进行冷却或加热，方便快捷。所述热泵回路13可以视情况选择不工作或者作为补充的冷源或热源工作。
为了在低温环境下提供更好地加热性能，所述温控回路14还包括：
-电加热器24
所述电加热器24串接于所述温控回路14内，当环境温度低于一第三温度阈值时，所述电加热器24加热所述第一工质。所述电加热器24可以是PTC电加热器，所述第三温度阈值可以是零下5摄氏度，这种低温情况下仅热泵回路13提供的热能可能不充足，需要所述电加热器24辅助加热。
作为所述温度控制装置的进一步改进，所述蓄冷储热罐23内设有温度传感器，所述温度传感器可设于所述蓄冷储热罐23内的顶部、中部或底部，以全面检测所述蓄冷储热罐23内第一工质的温度。所述蓄冷储热罐23的入口或出口设有电磁阀26，以控制所述第一工质流入或流出所述蓄冷储热罐23。当所述接头15未与所述电动汽车连接时，打开所述电磁阀26以允许所述第一工质流入所述蓄冷储热罐23，所述热泵回路13加热或冷却所述第一工质，所述蓄冷储热罐23存储所述第一工质。当所述温度传感器检测所述蓄冷储热罐23内第一工质的温度大于一第一温度阈值或小于一第二温度阈值时，所述热泵回路13停止制热或制冷，关闭所述电磁阀26。所述第一温度阈值可以是50摄氏度，所述第二温度阈值可以是10摄氏度。本改进实施例通过温度传感器来反馈控制所述蓄冷储热罐23的储能，所述热泵回路13在制热模式下，当所述蓄冷储热罐23内第一工质的温度过高时，停止制热；反之，所述热泵回路13在制冷模式下，当所述蓄冷储热罐23内第一工质的温度过低时，停止制冷。以上技术方案实现了节约能源的技术效果，使所述蓄冷储热罐23内的第一工质的温度保持在合理地范围，避免过热或过冷。
参阅图2，为符合本发明一优选实施例中温度控制装置的蓄冷工作状态示意图，该图显示了利用所述蓄冷储热罐23进行蓄冷的工作状态。当所述温度控制装置未与电动汽车连接时，所述温控回路14及热泵回路13可利用闲暇时段工作以蓄冷。从图2中可以看出所述热泵回路13中的第二工质受所述四通换向阀18的控制沿逆时针方向流动，即沿第二方向流动，此时所述第二换热器19为冷凝器，所述第一换热器20为蒸发器，所述热泵回路13工作于制冷状态，通过所述第一换热器20冷却所述温控回路14中的第一工质。所述三通阀25连通所述短路支路11与所述温控回路14，使所述接头15被短路(在图中用虚线显示)，所述温控回路14构成自循环的回路，所述泵22工作使所述第一工质在所述温控回路14内循环流动，所述电磁阀26打开，冷却后的第一工质存储在所述蓄冷储热罐23内。在夏季需要大量冷却电池的情况时，若没有电动汽车停靠或充电，所述温度控制装置可进行蓄冷，以便在电动汽车到来时迅速进入工作状态。
参阅图3，为符合本发明一优选实施例中温度控制装置的储热工作状态示意图，该图显示了利用所述蓄冷储热罐23进行储热的工作状态。当所述温度控制装置未与电动汽车连接时，所述温控回路14及热泵回路13可利用闲暇时段工作以储热。从图2中可以看出所述热泵回路13中的第二工质受所述四通换向阀18的控制沿顺时针方向流动，即沿第一方向流动，此时所述第二换热器19为蒸发器，所述第一换热器20为冷凝器，所述热泵回路13工作于制热状态，通过所述第一换热器20加热所述温控回路14中的第一工质。所述三通阀25连通所述短路支路11与所述温控回路14，使所述接头15被短路(在图中用虚线显示)，所述温控回路14构成自循环的回路，所述泵22工作使所述第一工质在所述温控回路14内循环流动，所述电磁阀26打开，加热后的第一工质存储在所述蓄冷储热罐23内。在冬季需要对电池预热时，若没有电动汽车停靠或充电，所述温度控制装置可进行储热，以便在电动汽车到来时迅速进入工作状态。
参阅图4，为符合本发明一优选实施例中温度控制装置的冷却工作状态示意图，该图显示了所述温度控制装置与电动汽车连接时，对所述电池进行冷却的工作状态。图中显示所述三通阀25连通所述接头15与所述温控回路14，使车载回路与温控回路14构成所述工作回路，所述电磁阀26打开，所述蓄冷储热罐23释放已冷却的第一工质以冷却所述电池。所述热泵回路13可视情况作为补充冷源进行工作。
参阅图5，为符合本发明一优选实施例中温度控制装置的预热工作状态示意图，该图显示了所述温度控制装置与电动汽车连接时，对所述电池进行预热的工作状态。图中显示所述三通阀25连通所述接头15与所述温控回路14，使车载回路与温控回路14构成所述工作回路，所述电磁阀26打开，所述蓄冷储热罐23释放已加热的第一工质以预热所述电池。所述热泵回路13可视情况作为补充热源进行工作。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种用于电动汽车电池的温度控制装置，其特征在于，
所述温度控制装置包括至少一个温控回路、至少一个热泵回路及至少一第一换热器，所述第一换热器串接于所述温控回路及热泵回路，所述温控回路内的第一工质与所述热泵回路内的第二工质通过所述第一换热器热交换；
所述温度控制装置与所述电动汽车连接，所述温控回路与所述电动汽车内的与电池热交换的车载回路连通构成一工作回路，所述热泵回路通过所述第一换热器加热或冷却所述温控回路内的第一工质，所述第一工质在所述工作回路内循环流动并与所述电池热交换以加热或冷却所述电池；
所述第二工质为制冷剂；
所述温控回路包括：
接头，串接于所述温控回路内，用于与电动汽车内的车载回路连接，使所述温控回路与所述车载回路连通；
泵，串接于所述温控回路内，使所述第一工质循环流动；
所述温控回路还包括：
短路支路，跨接于所述接头的两侧；
三通阀，串接于所述接头的任一侧，并与所述短路支路的任一端连接；
至少一蓄冷储热罐，串接于所述温控回路内；
当所述接头未与所述电动汽车连接时，所述三通阀连通所述短路支路与所述温控回路以将所述接头短路，所述第一工质在所述温控回路内循环流动，所述热泵回路加热或冷却所述温控回路内的第一工质，所述蓄冷储热罐存储加热或冷却后的第一工质；
当所述接头与所述电动汽车连接时，所述三通阀连通所述接头与所述温控回路，所述温控回路与所述电动汽车内的车载回路连通构成所述工作回路，所述蓄冷储热罐释放加热或冷却后的第一工质，所述第一工质在所述工作回路内循环流动以加热或冷却所述电池。
2.如权利要求1所述的温度控制装置，其特征在于，
所述热泵回路包括：
第二换热器，串接于所述热泵回路内，与外部环境热交换；
四通换向阀，其第一端及第三端串接于所述热泵回路内，切换所述第二工质的流动方向为第一方向或第二方向；
压缩机，与所述四通换向阀的第二端及第四端连接，压缩所述第二工质；
所述第二工质按所述第一方向流动时，所述第一换热器为冷凝器，所述第二换热器为蒸发器，所述热泵回路工作于制热模式；
所述第二工质按所述第二方向流动时，所述第一换热器为蒸发器，所述第二换热器为冷凝器，所述热泵回路工作于制冷模式。
3.如权利要求2所述的温度控制装置，其特征在于，
所述热泵回路还包括：
风扇，设于所述第二换热器外侧，为所述第二换热器提供气流。
4.如权利要求3所述的温度控制装置，其特征在于，
所述热泵回路还包括：
双向膨胀阀，串接于所述热泵回路内，调节所述热泵回路的流量。
5.如权利要求1所述的温度控制装置，其特征在于，
所述蓄冷储热罐内设有温度传感器；
所述蓄冷储热罐的入口或出口设有一电磁阀；
当所述接头未与所述电动汽车连接时，打开所述电磁阀，所述热泵回路加热或冷却所述第一工质，所述蓄冷储热罐存储所述第一工质，当所述温度传感器检测所述蓄冷储热罐内第一工质的温度大于一第一温度阈值或小于一第二温度阈值时，所述热泵回路停止制热或制冷，关闭所述电磁阀。
6.如权利要求1所述的温度控制装置，其特征在于，
所述蓄冷储热罐采用真空绝热板作为绝热材料。
7.如权利要求1-4任一项所述的温度控制装置，其特征在于，
所述温控回路还包括：
电加热器，串接于所述温控回路内；
当环境温度低于一第三温度阈值时，所述电加热器加热所述第一工质。
8.如权利要求2-4任一项所述的温度控制装置，其特征在于，
所述第一换热器为板式换热器。
9.一种充电桩，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的温度控制装置。
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