CN108417926B - 动力电池组件及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力电池组件及电动汽车，包括外壳(1)、电池组(3)和温度管理模块(5)，所述温度管理模块(5)包括：电池换热部件，与所述电池组(3)以热传导方式相接触；换热器(8)，其设有制冷剂进口管(12)、制冷剂出口管(13)、换热介质出口以及换热介质入口；所述换热介质出口管连通所述电池换热部件的换热介质入口，所述电池换热部件的换热介质出口连通所述换热介质入口；所述制冷剂进口管(12)上设有制冷剂节流部件，所述换热介质出口管或换热介质入口管上设有换热介质循环驱动部件。该动力电池带有温度控制系统，能够实现动力电池温度均匀，并可以调节充放电工作温度处在合理范围，使动力电池能够在最佳温度下进行工作。

Description

动力电池组件及电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别是作为电动汽车能量供应模块的动力电池。本发明还涉及设有所述动力电池的电动汽车。
背景技术
由于电动汽车采用电作为能源，具有无污染物排放、环境友好等优势，因此得到了快速的发展和广泛的应用。
动力电池是电动汽车的能量供应模块，动力电池的使用对环境要求较高，充放电对温度有一定的要求，整个电池模块需要保证温度均匀，才能保证电池的容量和使用寿命。
现有中低端乘用车的动力电池模块一般采用自然风冷，或者只带有加热设备，温度控制能力比较差，无法保证动力电池温度均匀，电池容量和寿命在使用过程中衰减比较严重。
高端乘用车的动力电池模块并不带温度控制功能或者温度控制功能不完善，而且其电池和热管理模块都是分别由不同零配件供应商供应，需要整车厂家自己去配齐相关温度控制设备，给车内空间布局增加了难度，存在安装布局协调困难等缺陷。
因此，如何保证动力电池能够在最佳温度下进行工作，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力电池组件。该动力电池组件带有温度控制系统，能够实现动力电池温度均匀，并可以调节充放电工作温度处在合理范围，使动力电池能够在最佳温度下进行工作，从而有效保证动力电池具有较长的循环寿命和较大的容量。
本发明的另一目的是提供一种设有所述动力电池组件的电动汽车。
为实现上述目的，本发明提供一种动力电池组件，包括外壳、电池组和温度管理模块，所述温度管理模块与所述电池组为整体式结构，所述电池组和温度管理模块设置于所述外壳内，所述温度管理模块包括：
电池换热部件，与所述电池组以热传导方式相接触，用于冷却或加热所述电池组，其内部设有换热介质流道；
换热器，用于在制冷剂和换热介质之间进行热交换，其设有制冷剂进口、制冷剂出口、换热介质出口以及换热介质入口；所述换热器的换热介质出口连通所述电池换热部件的换热介质入口，所述电池换热部件的换热介质出口连通所述换热器的换热介质入口；
制冷剂进口管和制冷剂出口管；
制冷剂节流部件，所述制冷剂节流部件设置于所述制冷剂进口管与所述换热器的制冷剂进口之间；
换热介质循环驱动部件，所述换热介质循环驱动部件设置于所述换热器的换热介质出口与所述电池换热部件的换热介质入口之间或所述电池换热部件的换热介质出口与所述换热器的换热介质入口之间。
优选地，所述电池换热部件的换热介质入口与所述换热介质循环驱动部件之间设有电加热设备。
优选地，所述换热器的换热介质入口与所述电池换热部件的换热介质出口之间设有电子三通阀，所述电子三通阀的旁路管道直接连通所述换热器的换热介质出口。
优选地，还包括电池管理模块，所述电池管理模块与所述电池组和温度管理模块为整体式结构，三者集成在同一模块中。
优选地，进一步包括隔板，所述隔板将所述动力电池内部的非电池组区域分隔为至少两个空间，其中一个空间布置所述温度管理模块，另一空间布置所述电池管理模块。
优选地，所述电池管理模块包括电池管理电路板、连接所述电池管理电路板与电池组的电池信号采集线路和动力电源线路、以及连接于所述电池管理电路板且对外的电源接口和信号接口，所述电池管理模块与所述电池换热部件相对应，所述电池换热部件与所述电池管理模块进行热交换。
优选地，所述电池换热部件为水冷板，所述水冷板上表面光滑、平整，与所述电池组底部紧密贴合，其覆盖范围包括所述温度管理模块范围或不包括所述温度管理模块范围，其流道布置范围包括所述电源管理模块范围和所述电池组范围。
优选地，所述电池管理电路板安装在所述水冷板上，所述水冷板与动力电池的底部壳体通过螺栓刚性连接，所述电子水泵、换热器与所述水冷板通过螺栓与动力电池的底部壳体刚性连接。
为实现上述第二目的，本发明提供一种电动汽车，包括车体、车轮以及动力电池，所述动力电池为上述任一项所述的动力电池组件，所述动力电池组件的换热器连接于所述电动汽车的空调系统，所述空调系统的制冷剂管道在其制冷剂节流部件之前分出一路连通所述动力电池组件的制冷剂进口管，所述动力电池组件的制冷剂出口管在车内空调换热器之后并入所述空调系统的制冷剂管道。
为实现上述第一目的，本发明提供另一种动力电池组件，包括外壳、电池组和温度管理模块，所述温度管理模块与所述电池组为整体式结构，所述电池组和温度管理模块设置于所述外壳内，所述温度管理模块包括：
电池换热部件，与所述电池组以热传导方式相接触，用于冷却或加热所述电池组，其设有制冷剂进口管、制冷剂出口管和制冷剂流道，所述制冷剂进口管上设有制冷剂节流部件。
本发明所提供动力电池组件包括电池组和温度管理模块，其中温度管理模块又包括制冷剂节流部件、换热器、电池换热部件、以及换热介质循环驱动部件，使用时，温度管理模块可连接在汽车的传统空调系统上，空调的制冷剂工质在换热器中和换热介质进行热交换，换热介质在循环驱动部件的驱动下流入电池换热部件中，通过电池换热部件实现换热介质与电池组的热交换，当空调系统处于制冷模式时，温度管理模块对电池组进行冷却，当空调系统处于制热模式时，温度管理模块对电池组进行加热，在不同环境温度下，都能够实现动力电池温度均匀，并可以调节充放电工作温度处在合理范围，使动力电池能够在最佳温度下进行工作，从而有效保证动力电池具有较长的循环寿命和较大的容量。
在一种优选方案中，所述换热介质入口管上设有电加热设备。具体可以是PTC电加热辅助设备，当环境温度比较低而空调制热量不足的时候，可以启动电加热设备实现电池的快速加热升温。
在另一种优选方案中，所述温度管理模块与所述电池组为整体式结构，两者集成在同一模块中。将动力电池的电池组和温度管理模块集成在一个模块中，作为一个整体来提供，将大大降低整车生产厂家车内空间安排的难度，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明所提供动力电池组件的分解结构示意图；
图2为图1中I部位的局部放大图；
图3为图1所示动力电池在拆除温度管理模块盖板之后的俯视图；
图4为图3中所示温度管理模块的局部放大图；
图5为图1所示动力电池的侧视图；
图6为图5的A-A视图；
图7为图5的B-B视图；
图8为一种水冷板的俯视图；
图9为图8所示水冷板的仰视图；
图10为另一种水冷板的俯视图；
图11为图10所示水冷板的仰视图；
图12为本发明所提供动力电池组件与电动汽车空调系统相连接的示意图。
图中：
1.外壳 2.盖板 3.电池组 4.电池组保温层 5.温度管理模块 6.电池管理模块7.水冷板 8.换热器 9.电子膨胀阀 10.电子水泵 11.隔热垫 12.制冷剂进口管 13.制冷剂出口管 14.出水管 15.进水管16.PTC加热器 17.电子三通阀 18.控制电路接口 19.第一导线 20.第二导线 21.第三导线 22.第四导线 23.电池管理电路板 24.电池信号采集线路 25.动力电源线路 26.电源接口和信号接口 27.隔板 28.膨胀阀 29.车内空调换热器 30.压缩机 31.外部环境换热器
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
在本文中，“上、下、左、右”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
请参考图1、图2，图1为本发明所提供动力电池组件的分解结构示意图；图2为图1中I部位的局部放大图。
如图所示，本实施例提供的动力电池组件主要用作电动汽车的动力电池模块，包括铝制外壳1、盖板2、电池组3、电池组保温层4、温度管理模块5以及电池管理模块6等，其中，温度管理模块5又包括水冷板7、换热器8、电子膨胀阀9、电子水泵10以及管路、导线等部件。
水冷板7用于冷却或加热电池组3，其内部设有连续弯曲的蛇形换热介质流道，水冷板7以层叠的方式设置在电池组3的下方，与电池组3以热传导方式相接触，并涂有导热胶以减小热阻，水冷板7下面铺设有隔热垫11减少热损失。
换热器8用于在制冷剂和水之间进行热交换，其设有制冷剂进口管12、制冷剂出口管13、出水管14以及进水管15，其中，换热器8的出水管14连通水冷板7的入水口，水冷板7的出水口连通换热器8的入水管15；电子膨胀阀9安装在换热器8的制冷剂进口管12上，换热器8的出水管14上设有电子水泵10，以驱动作为换热介质的水循环流经水冷板7和换热器8。当然，电子水泵10也可以安装在换热器8的进水管15上。
换热器8的出水管14上设有PTC加热器16(辅助电加热设备)。当环境温度比较低，空调制热量不足的时候，可以启动PTC加热器16对循环水进行加热，实现电池的快速加热升温。
换热器8的进水管15上设有电子三通阀17，电子三通阀17的旁路管道直接连通电子水泵10之前的出水管14，可以根据需要，使水通过电子三通阀17绕过换热器8直接进入电子水泵10进行循环。
外壳1的侧壁上集中设有PTC加热器、电子水泵、电子膨胀阀和电子三通阀的控制电路接口18，各控制电路接口18通过第一导线19、第二导线20、第三导线21、第四导线22分别连接电子膨胀阀9、电子水泵10、PTC加热器16、以及电子三通阀17。
电池管理模块6包括电池管理电路板23、连接电池管理电路板与电池组的电池信号采集线路24和动力电源线路25、以及连接于电池管理电路板且对外的电源接口和信号接口26。
电池管理模块6与电池组3和温度管理模块5为整体式结构，三者集成在同一模块中。将电池组3与电池管理模块6和温度管理模块5集成在一个模块中，作为一个整体来提供，将大大降低整车生产厂家车内空间安排的难度，提高生产效率。
请参考图3、图4、图5、图6、图7，图3为图1所示动力电池在拆除温度管理模块盖板之后的俯视图；图4为图3中所示温度管理模块的局部放大图；图5为图1所示动力电池的侧视图；图6为图5的A-A视图；图7为图5的B-B视图。
如图所示，外壳1大体呈扁平的长方体形状，其内部的电池组3在形状上具有一缺角区域，以便留出安装温度管理模块5和电池管理模块6的空间，盖板2分为电池组盖板和温度管理模块盖板，在缺角区域内设有一隔板27，此隔板27将动力电池内部的非电池组区域分隔为两个空间，其中一个空间安装上述温度管理模块5，另一空间安装电池管理模块6的电池管理电路板23。
电池管理电路板23安装在水冷板7上，电路板运行过程中产生的热量将由水冷板7带走，可以实现有效的散热和降温。
水冷板7与动力电池的底部壳体通过螺栓刚性连接，电子水泵10、换热器8与水冷板7通过螺栓与动力电池的底部壳体刚性连接。各管路长度非常小，均在150mm以内，整体性较好，有很好的抗振动性能。
请参考图8、图9、图10、图11，图8为一种水冷板的俯视图；图9为图8所示水冷板的仰视图；图10为另一种水冷板的俯视图；图11为图10所示水冷板的仰视图。
如图所示，水冷板7可以有两种形式，其上表面光滑、平整，与电池组3底部紧密贴合，其覆盖范围包括温度管理模块范围(图8)，也可以不包括温度管理模块范围(图10)，但是水冷板7的流道布置范围包括电源管理模块范围和所述电池组范围，水冷板7的流道布置范围不能承重，非流道布置范围可以承重。
请参考图12，图12为本发明所提供动力电池与电动汽车空调系统相连接的示意图。
如图所示，使用时，上述动力电池的温度管理模块5可以连接在汽车的传统空调系统上，空调的制冷剂在温度管理模块5的换热器8中和冷却液(水)换热，冷却液(水)在电子水泵10的驱动下流入水冷板7中，通过水冷板7实现冷却液(水)和电池组3的热交换，从而保证电池能够在最佳温度下进行工作。
传统的空调制冷循环为虚线框以外的模块，制冷剂经过膨胀阀28绝热膨胀，进入车内空调换热器29中，制冷剂蒸发，从车内吸收热量，然后进入压缩机30，经过压缩机30压缩后，变成高温高压状态，进入和外部环境换热器31，冷凝放热，将热量释放到外部环境中，之后流入膨胀阀28，进入下一个循环。
电池需要冷却的情况下工作模式为：从车用空调的制冷剂管道中分出的一路制冷剂，通过制冷剂进口管12进入电子膨胀阀9中，经过电子膨胀阀9后绝热膨胀，变为低温低压的液体进入温度管理模块5的换热器8中，在换热器8中蒸发吸热，冷却冷却液，然后通过制冷剂出口管13回到车用空调的制冷循环中进入压缩机30；冷却液和制冷剂在换热器8中进行换热，经过冷却的冷却液进入电子水泵10中，被冷却的冷却液经过出水管14与水冷板7的入水口相连，在电子水泵10的驱动下进入到水冷板7中，通过水冷板7冷却动力电池，冷却液通过换热器8的进水管15进入电子三通阀17，然后回到换热器8中进行换热，进行下一循环。
电池需要加热的情况下工作模式为：环境温度较低，空调系统切换为制热模式，制冷剂进入温度管理模块5的换热器8中向冷却液传递热量，冷却液携带热量进入水冷板7中对电池进行加热。若环境温度太低，空调系统制热效果较差，则启动PTC加热器16，加快动力电池的加热速度。
当电池组内的温度不均衡，或者不通过制冷剂循环加热冷却液的时候，冷却液可以通过电子三通阀17绕过换热器8直接进入电子水泵10，进行循环。
上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，电池换热部件不仅可以设计成水冷板7的形式，还可以设计成同时在底部、四周甚至顶部与电池组3接触换热的形状；或者，电池管理模块6和温度管理模块5不设置在电池组3的一角处，而是设置在电池组3一边的中间或电池组3的中央；又或者，将电池管理模块6与温度管理模块5分开设置，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
作为一种简化，从电动汽车空调系统引出的制冷剂在经过电子膨胀阀9之后，可进入微通道换热器中和动力电池直接进行换热。
具体地，这种温度管理模块的微通道换热器与电池组3以热传导方式相接触，用于冷却或加热电池组3，其设有制冷剂进口管、制冷剂出口管和制冷剂流道，制冷剂进口管上设有电子膨胀阀9，电池模块内可加装辅助电加热设备。
同样地，电池管理模块6与电池组3和温度管理模块5为整体式结构，三者集成在同一模块中，微通道换热器下面铺设有隔热垫，微通道换热器与电池组3之间涂有导热胶以减小热阻。
与上述实施方式相比，此种温度管理模块采用空调系统的制冷剂直接与电池组3进行热交换，无需设置换热器8、电子水泵10、水循环管路等部件，省去了间接换热的水循环回路，因此换热效率更高，但是制冷剂的流道布置更复杂，增加了制冷剂泄露的风险。
除了上述动力电池，本发明还提供一种电动汽车，包括车体、车轮以及动力电池，所述动力电池为上文所述的动力电池组件，所述动力电池的换热器8连接于所述电动汽车的空调系统，所述空调系统的制冷剂管道在其制冷剂节流部件之前分出一路连通所述动力电池的制冷剂进口管12，所述动力电池的制冷剂出口管13在车内空调换热器29之后并入所述空调系统的制冷剂管道，其余结构请参考现有技术，本文不再赘述。
以上对本发明所提供的动力电池组件及电动汽车进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.动力电池组件，包括外壳（1）、电池组（3）和温度管理模块（5），其特征在于，所述温度管理模块（5）与所述电池组（3）为整体式结构，所述电池组（3）和温度管理模块（5）设置于所述外壳（1）内，所述温度管理模块（5）包括：
电池换热部件，与所述电池组（3）以热传导方式相接触，用于冷却或加热所述电池组（3），其内部设有换热介质流道；
换热器（8），用于在制冷剂和换热介质之间进行热交换，其设有制冷剂进口、制冷剂出口、换热介质出口以及换热介质入口；所述换热器（8）的换热介质出口连通所述电池换热部件的换热介质入口，所述电池换热部件的换热介质出口连通所述换热器（8）的换热介质入口；
制冷剂进口管（12）和制冷剂出口管（13）；
制冷剂节流部件，所述制冷剂节流部件设置于所述制冷剂进口管（12）与所述换热器（8）的制冷剂进口之间；
换热介质循环驱动部件，所述换热介质循环驱动部件设置于所述换热器（8）的换热介质出口与所述电池换热部件的换热介质入口之间或所述电池换热部件的换热介质出口与所述换热器（8）的换热介质入口之间；
所述电池换热部件的换热介质入口与所述换热介质循环驱动部件之间设有电加热设备；
所述换热器（8）的换热介质入口与所述电池换热部件的换热介质出口之间设有电子三通阀（17），所述电子三通阀（17）的旁路管道直接连通所述换热器（8）的换热介质出口。
2.根据权利要求1所述的动力电池组件，其特征在于，还包括电池管理模块（6），所述电池管理模块（6）与所述电池组（3）和温度管理模块（5）为整体式结构，三者集成在同一模块中。
3.根据权利要求2所述的动力电池组件，其特征在于，进一步包括隔板（27），所述隔板（27）将所述动力电池内部的非电池组区域分隔为至少两个空间，其中一个空间布置所述温度管理模块（5），另一空间布置所述电池管理模块（6）。
4.根据权利要求3所述的动力电池组件，其特征在于，所述电池管理模块（6）包括电池管理电路板（23）、连接所述电池管理电路板与电池组的电池信号采集线路（24）和动力电源线路（25）、以及连接于所述电池管理电路板且对外的电源接口和信号接口（26），所述电池管理模块（6）与所述电池换热部件相对应，所述电池换热部件与所述电池管理模块（6）进行热交换。
5.根据权利要求4所述的动力电池组件，其特征在于，所述电池换热部件为水冷板（7），所述水冷板（7）上表面光滑、平整，与所述电池组（3）底部紧密贴合，其覆盖范围包括所述温度管理模块范围或不包括所述温度管理模块范围，其流道布置范围包括所述电池管理模块范围和所述电池组范围。
6.根据权利要求5所述的动力电池组件，其特征在于，所述电池管理电路板（23）安装在所述水冷板（7）上，所述水冷板（7）与动力电池的底部壳体通过螺栓刚性连接，所述换热器（8）、电子水泵（10）与所述水冷板（7）通过螺栓与动力电池的底部壳体刚性连接。
7.电动汽车，包括车体、车轮以及动力电池，其特征在于，所述动力电池为上述权利要求1至6任一项所述的动力电池组件，所述动力电池组件的换热器连接于所述电动汽车的空调系统，所述空调系统的制冷剂管道在其制冷剂节流部件之前分出一路连通所述动力电池组件的制冷剂进口管（12），所述动力电池组件的制冷剂出口管（13）在车内空调换热器（29）之后并入所述空调系统的制冷剂管道。
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