CN108539327B - 基于液冷系统的动力电池液热系统及其控制方法 - Google Patents

基于液冷系统的动力电池液热系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于液冷系统的动力电池液热系统及其控制方法，包括发动机（1）、节温器（2）、散热器（3）、风扇（4）、水箱（5）、第一水泵（7）、换热器（9）、第一电磁阀（10）、第二水泵（11）、电池包（13）、第二电磁阀（15）、第三电磁阀（16）及加热器（17）；发动机、第一电磁阀、换热器、第一水泵连成发动机热水回路，发动机、节温器、散热器、水箱、第一水泵通连成发动机冷却回路，散热器上装有风扇，第三电磁阀、加热器、第二水泵、电池包连接成电池包第一液热回路，第二水泵、电池包、第二电磁阀、换热器连成电池包第二液热回路，整车控制器控制各回路。本发明利用发动机余热加热电池包，使电池在低温下快速大倍率充放电。

Description

基于液冷系统的动力电池液热系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车动力电池热管理技术，尤其涉及一种基于液冷系统的动力电池液热系统及其控制方法。
背景技术
电池包的性能与寿命很大程度上依赖于环境温度的影响，尤其是低温下，电池不能正常大倍率充放电工作，加上混合动力发动机的局限性，导致整车动力性能受到了严重的影响。另外由于南北方温度的差异，尤其北方冬天往往温度很低，最低能达到-40℃左右，经常导致动力电池不能正常工作，也不能直接充电，故此时需要对动力电池进行预加热。
电池低温下充放电性能差，加上发动机排量限制，无法满足整车VTS（vehicletechnical specification，意为整车技术规范）需求；对于带有液冷回路的动力电池一般会采用液热的方式对其进行加热。因此，如何能使动力电池温度快速上升到可充放电温度范围，有效提高用户体验是行业重大难题。
中国申请号为201610029322.8的发明专利申请公开了一种混合动力汽车动力电池低温加热系统及控制方法，包括发动机高温冷却回路及电池低温加热回路，发动机水冷却回路与发动机热水加热电池包回路二者在不同的情况下可进行切换，但两个回路不可同时工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于液冷系统的动力电池液热系统及其控制方法，综合利用混合动力汽车发动机热水的余热快速加热电池包，并利用加热器快速加热电池包，有效解决了电池低温下无法快速大倍率充放电工作的问题。
本发明是这样实现的：
一种基于液冷系统的动力电池液热系统，包括发动机、节温器、散热器、风扇、水箱、第一水泵、换热器、第一电磁阀、第二水泵、电池包、第二电磁阀、第三电磁阀及加热器；发动机、节温器、第一电磁阀、换热器、水箱、第一水泵通过发动机管路连接构成发动机热水回路，发动机、节温器、散热器、水箱、第一水泵通过发动机管路连接构成发动机冷却回路，散热器的一侧安装有风扇，发动机热水回路与发动机冷却回路共用发动机、节温器、水箱和第一水泵；第三电磁阀、加热器、电池包、第二水泵通过电池包管路连接构成电池包第一液热回路，电池包、第二水泵、第二电磁阀、换热器通过电池包管路连接构成电池包第二液热回路，电池包第一液热回路和电池包第二液热回路共用第二水泵和电池包，整车控制器连接并控制电池包第一液热回路、电池包第二液热回路、发动机热水回路和发动机冷却回路；电池包第二液热回路和发动机热水回路共用换热器，发动机的余热与电池包第二液热回路的热量在换热器处热交换，热量通过电池包第二液热回路循环加热电池包。
所述的水箱上设有第一温度传感器，换热器上设有第二温度传感器，电池包内设有第三温度传感器，第一温度传感器、第二温度传感器及第三温度传感器的输出端分别与整车控制器的输入端连接，整车控制器的输出端与散热器、风扇、第一水泵、第一电磁阀、第二水泵、第二电磁阀及第三电磁阀的输入端连接。
所述的电池包第一液热回路还包括膨胀水壶，膨胀水壶与第二水泵连接。
一种基于液冷系统的动力电池液热系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：所述的第一温度传感器检测水箱的温度，第二温度传感器检测换热器的温度，第三温度传感器检测电池包的温度；
步骤2：第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器分别将温度数据发送到整车控制器；
步骤3：整车控制器根据温度数据分别控制电池包第二液热回路加热电池包、电池包第一液热回路加热电池包、发动机热水回路传递热量和发动机冷却回路冷却发动机。
所述的第一温度传感器检测到水箱的温度大于水箱温度阈值时，整车控制器控制第一水泵、散热器、风扇动作，发动机冷却回路工作。
所述的第二温度传感器检测到电池包内的电芯温度小于低温阈值，且整车控制器检测到发动机工作时，整车控制器控制第三电磁阀关闭、第二电磁阀和第一电磁阀打开、第一水泵和第二水泵工作，电池包第二液热回路与发动机热水回路通过换热器耦合换热，发动机的热水通过换热器加热电池包第二液热回路。
所述的温度传感器检测到电池包加热后的电芯温度大于加热阈值时，整车控制器控制第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀关闭，第二水泵关闭，电池包第二液热回路对电池包的加热停止，加热完成。
所述的第二温度传感器检测到换热器出水口加热的温度大于换热器温度阈值时，整车控制器控制第一电磁阀和第三电磁阀关闭、第二电磁阀打开、第二水泵打开，通过电池包第二液热回路自循环加热电池包。
所述的第三温度传感器检测到电池包内电芯温度小于电池包温度阈值，且整车控制器检测到发动机不工作时，整车控制器控制第三电磁阀打开，第二电磁阀关闭，第二水泵工作，电池包第一液热回路工作，直至第三温度传感器的检测温度高于安全温度阈值时关闭电池包第一液热回路。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明利用混合动力汽车的发动机需要冷却和电池在低温下需要加热的特点，结合动力电池液冷系统，低温下将发动机热水的余热用于快速加热电池包以解决电池在低温下不能正常大倍率放电工作的问题，同时减少发动机冷却系统及电池加热系统的能量消耗，提升整车能量利用率，充分发挥基于液冷系统的电驱动加速性能及燃油经济性的优势。
2、本发明可集电池包液冷与液热系统为一体，且发动机冷却回路与电池包第二液热回路耦合换热，当电池有加热需求时，发动机冷却回路与电池加热回路两个回路可以按需同时处于工作状态，这样可提升整车性能，适合应用于的动力电池热管理系统中。
3、本发明同时考虑了电池包第一液热回路，当电池低温充电有加热需求时，此时发动机不工作，第一液热回路可按需给电池包加热，以解决电池在低温下不能正常大倍率充电的问题。
本发明综合利用基于液冷系统的发动机热水的余热快速加热电池包，和利用加热器快速加热电池，有效解决了电池低温下无法快速大倍率充放电工作的问题。
附图说明
图1是本发明基于液冷系统的动力电池液热系统的连接示意图；
图2是本发明基于液冷系统的动力电池液热系统与整车控制器的连接示意图。
图中，1发动机，2节温器，3散热器，4风扇，5水箱，6第一温度传感器，7第一水泵，8第二温度传感器，9换热器，10第一电磁阀，11第二水泵，12膨胀水壶，13电池包，14第三温度传感器，15第二电磁阀，16第三电磁阀，17加热器，18发动机管路，19电池包管路，20整车控制器（HCU）。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
请参见附图1及附图2，一种基于液冷系统的动力电池液热系统，包括发动机1、节温器2、散热器3、风扇4、水箱5、第一水泵7、换热器9、第一电磁阀10、第二水泵11、电池包13、第二电磁阀15、第三电磁阀16及加热器17；发动机1、节温器2、第一电磁阀10、换热器9、水箱5、第一水泵7通过发动机管路18连接构成发动机热水回路，发动机1、节温器2、散热器3、水箱5、第一水泵7通过发动机管路18连接构成发动机冷却回路，散热器3的一侧安装有风扇4，发动机热水回路与发动机冷却回路共用发动机1、节温器2、水箱5和第一水泵7；第三电磁阀16、加热器17、电池包13、第二水泵11通过电池包管路19连接构成电池包第一液热回路，电池包13、第二水泵11、第二电磁阀15、换热器9通过电池包管路19连接构成电池包第二液热回路，电池包第一液热回路和电池包第二液热回路共用第二水泵11和电池包13，整车控制器20连接并控制电池包第一液热回路、电池包第二液热回路、发动机热水回路和发动机冷却回路；电池包第二液热回路和发动机热水回路共用换热器9，使发动机热水回路和电池包第二液热回路在换热器9处汇合，发动机1的余热与电池包第二液热回路的热量在换热器9处进行热交换，热量通过电池包第二液热回路循环加热电池包13。
所述的水箱5上设有第一温度传感器6，换热器9上设有第二温度传感器8，电池包13内设有第三温度传感器14，第一温度传感器6、第二温度传感器8及第三温度传感器14的输出端分别与整车控制器（HCU）20的输入端连接，整车控制器（HCU）20的输出端与散热器3、风扇4、第一水泵7、第一电磁阀10、第二水泵11、第二电磁阀15及第三电磁阀16的输入端连接。
所述的电池包第一液热回路还包括膨胀水壶12，膨胀水壶12与第二水泵11连接，膨胀水壶12可对第二水泵11进行水位补偿。
所述的电池包管路19可采用橡胶软管。
一种基于液冷系统的动力电池液热系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：所述的第一温度传感器6检测水箱5的温度，第二温度传感器8检测换热器9的温度，第三温度传感器14检测电池包13的温度；
步骤2：第一温度传感器6、第二温度传感器8、第三温度传感器14分别将温度数据发送到整车控制器（HCU）20；
步骤3：整车控制器（HCU）20根据温度数据分别控制电池包第二液热回路加热电池包13、电池包第一液热回路冷却电池包13、发动机热水回路传递热量和发动机冷却回路冷却发动机1，最终实现发动机冷却回路以及电池包第二液热回路的控制。
所述的第一温度传感器6检测到水箱5的温度较高时，即大于水箱温度阈值时，例如水箱5的温度>85℃时，整车控制器（HCU）20控制第一水泵7、散热器3、风扇4动作，发动机冷却回路工作，发动机1的热量通过风扇4向散热器3吹风，将热量散发到空气中。
所述的第二温度传感器14检测到电池包13内的电芯温度较低时，即小于低温阈值，且发动机1处于工作状态时，例如电芯温度<-20℃时，整车控制器（HCU）20控制第三电磁阀16关闭、第二电磁阀15和第一电磁阀10打开、第一水泵7和第二水泵11工作，电池包第二液热回路与发动机热水回路通过换热器9耦合换热，最终发动机1的热水可通过换热器9来加热电池包第二液热回路，从而对电池包13进行快速加热。
所述的温度传感器14检测到电池包13加热后的电芯温度较高时，即大于加热阈值时，例如电芯温度>15℃时，整车控制器（HCU）20控制第一电磁阀10、第二电磁阀15和第三电磁阀16关闭，第二水泵11关闭，电池包第二液热回路对电池包13的加热停止，加热完成。
所述的第二温度传感器8检测到换热器9出水口加热的温度较高时，即大于换热器温度阈值时，例如出水口温度>40℃时，整车控制器（HCU）20控制第一电磁阀10和第三电磁阀16关闭、第二电磁阀15打开、第二水泵11打开，通过电池包第二液热回路自循环加热电池包13。
所述的第三温度传感器14检测到电池包13内电芯温度较低时，即小于电池包低温阈值，且发动机1处于关闭状态时，例如电芯温度<-20℃时，整车控制器（HCU）20控制第三电磁阀16打开，第二电池阀15关闭，第二水泵11工作，电池包第一液热回路工作，直至第三温度传感器14的检测温度高于安全温度阈值时，即高于加热温度阈值时，例如15℃时关闭电池包第一液热回路。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于液冷系统的动力电池液热系统，其特征是：包括发动机（1）、节温器（2）、散热器（3）、风扇（4）、水箱（5）、第一水泵（7）、换热器（9）、第一电磁阀（10）、第二水泵（11）、电池包（13）、第二电磁阀（15）、第三电磁阀（16）及加热器（17）；发动机（1）、节温器（2）、第一电磁阀（10）、换热器（9）、水箱（5）、第一水泵（7）通过发动机管路（18）连接构成发动机热水回路，发动机（1）、节温器（2）、散热器（3）、水箱（5）、第一水泵（7）通过发动机管路（18）连接构成发动机冷却回路，散热器（3）的一侧安装有风扇（4），发动机热水回路与发动机冷却回路共用发动机（1）、节温器（2）、水箱（5）和第一水泵（7）；第三电磁阀（16）、加热器（17）、电池包（13）、第二水泵（11）通过电池包管路（19）连接构成电池包第一液热回路，电池包（13）、第二水泵（11）、第二电磁阀（15）、换热器（9）通过电池包管路（19）连接构成电池包第二液热回路，电池包第一液热回路和电池包第二液热回路共用第二水泵（11）和电池包（13），整车控制器（20）连接并控制电池包第一液热回路、电池包第二液热回路、发动机热水回路和发动机冷却回路；电池包第二液热回路和发动机热水回路共用换热器（9），发动机（1）的余热与电池包第二液热回路的热量在换热器（9）处热交换，热量通过电池包第二液热回路循环加热电池包（13）；
所述的水箱（5）上设有第一温度传感器（6），换热器（9）上设有第二温度传感器（8），电池包（13）内设有第三温度传感器（14），第一温度传感器（6）、第二温度传感器（8）及第三温度传感器（14）的输出端分别与整车控制器（20）的输入端连接，整车控制器（20）的输出端与散热器（3）、风扇（4）、第一水泵（7）、第一电磁阀（10）、第二水泵（11）、第二电磁阀（15）及第三电磁阀（16）的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于液冷系统的动力电池液热系统，其特征是：所述的电池包第一液热回路还包括膨胀水壶（12），膨胀水壶（12）与第二水泵（11）连接。
3.一种如权利要求1所述的基于液冷系统的动力电池液热系统的控制方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤1：所述的第一温度传感器（6）检测水箱（5）的温度，第二温度传感器（8）检测换热器（9）的温度，第三温度传感器（14）检测电池包（13）的温度；
步骤2：第一温度传感器（6）、第二温度传感器（8）、第三温度传感器（14）分别将温度数据发送到整车控制器（20）；
步骤3：整车控制器（20）根据温度数据分别控制电池包第二液热回路加热电池包（13）、电池包第一液热回路加热电池包（13）、发动机热水回路传递热量和发动机冷却回路冷却发动机（1）；
所述的第三温度传感器（14）检测到电池包（13）内电芯温度低于电池包温度阈值，且整车控制器（20）检测到发动机（1）不工作时，整车控制器（20）控制第三电磁阀（16）打开，第一电磁阀（10）、第二电磁阀（15）关闭，第二水泵（11）工作，电池包第一液热回路工作，直至第三温度传感器（14）的检测温度大于安全温度阈值时关闭电池包第一液热回路。
4.根据权利要求3所述的基于液冷系统的动力电池液热系统的控制方法，其特征是：所述的第一温度传感器（6）检测到水箱（5）的温度大于水箱温度阈值时，整车控制器（20）控制第一水泵（7）、散热器（3）、风扇（4）动作，发动机冷却回路工作。
5.根据权利要求3所述的基于液冷系统的动力电池液热系统的控制方法，其特征是：所述的第三温度传感器（14）检测到电池包（13）内的电芯温度小于低温阈值，且整车控制器（20）检测到发动机（1）工作时，整车控制器（20）控制第三电磁阀（16）关闭、第二电磁阀（15）和第一电磁阀（10）打开、第一水泵（7）和第二水泵（11）工作，电池包第二液热回路与发动机热水回路通过换热器（9）耦合换热，发动机（1）的热水通过换热器（9）加热电池包第二液热回路。
6.根据权利要求3所述的基于液冷系统的动力电池液热系统的控制方法，其特征是：所述的第三温度传感器（14）检测到电池包（13）加热后的电芯温度大于加热阈值时，整车控制器（20）控制第一电磁阀（10）、第二电磁阀（15）和第三电磁阀（16）关闭，第二水泵（11）关闭，电池包第二液热回路对电池包（13）的加热停止，加热完成。
7.根据权利要求3所述的基于液冷系统的动力电池液热系统的控制方法，其特征是：所述的第二温度传感器（8）检测到换热器（9）出水口加热的温度大于换热器温度阈值时，整车控制器（20）控制第一电磁阀（10）和第三电磁阀（16）关闭、第二电磁阀（15）打开、第二水泵（11）打开，通过电池包第二液热回路自循环加热电池包（13）。
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