CN109301386B - 一种汽车动力电池的加热冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种汽车动力电池的加热冷却系统，包括：膨胀水壶、循环水泵、电池冷却器和加热器。所述膨胀水壶通过第一管路与循环水泵相连，所述循环水泵通过第二管路与电池冷却器相连，所述电池冷却器通过第三管路与所述加热器相连，所述加热器通过第四管路与所述膨胀水壶相连。所述电池冷却器用于对动力电池进行制冷；所述加热器用于对动力电池进行加热。在所述循环水泵运转时，所述循环水泵驱动冷却液在所述电池冷却器和所述加热器上循环流动，以增加所述电池冷却器和所述加热器与动力电池的热交换效率。本发明能降低电动汽车成本，增加动力电池的热管理效率。

Description

一种汽车动力电池的加热冷却系统
技术领域
本发明涉及汽车电池热交换技术领域，尤其涉及一种汽车动力电池的加热冷却系统。
背景技术
随着电动汽车对续航里程的增加，电动汽车的动力电池的性能要求也越来越高。但是伴随高能量密度动力电池的发展，电池热问题更加突出。要使纯电动汽车的动力电池容量较大，需要在有限体积内布置电池数目较多，这将导致动力电池的散热成为关键。同时，由于电池在充放电过程中会产生大量的化学反应热和焦耳热，易造成动力电池因温度过高产生安全隐患。另外，动力电池还受到外界气候环境作用影响，如在寒冷低温下，会造成动力电池输出能力降低。目前市场上对动力电池的冷却和加热主要通过各自系统进行管理，设备成本较高。同时，冷却主要通过风冷和液冷两种方式，风冷成本低，但是效果差，液冷系统结构复杂、部件成本高。
发明内容
本发明提供一种汽车动力电池的加热冷却系统，解决现有电动汽车的动力电池加热和冷却采用独立系统，造成制备成本高、效率低的问题，能降低电动汽车成本，增加动力电池的热管理效率。
为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：
一种汽车动力电池的加热冷却系统，包括：膨胀水壶、循环水泵、电池冷却器和加热器；
所述膨胀水壶通过第一管路与循环水泵相连，所述循环水泵通过第二管路与电池冷却器相连，所述电池冷却器通过第三管路与所述加热器相连，所述加热器通过第四管路与所述膨胀水壶相连；
所述电池冷却器用于对动力电池进行制冷；
所述加热器用于对动力电池进行加热；
在所述循环水泵运转时，所述循环水泵驱动冷却液在所述电池冷却器和所述加热器上循环流动，以增加所述电池冷却器和所述加热器与动力电池的热交换效率。
优选的，还包括：电池控制器和温度传感器；
所述电池控制器分别与所述循环水类、所述电池冷却器和所述加热器信号连接；
所述温度传感器与所述电池控制器信号连接，所述温度传感器用于检测动力电池的电池温度；
在所述电池温度小于第一温度阈值时，所述电池控制器控制所述加热器对动力电池进行加热；
在所述电池温度大于第二温度阈值时，所述电池控制器控制所述电池冷却器对动力电池进行制冷；
在所述电池温度大于第三温度阈值时，所述电池控制器控制所述循环水泵运转，使冷却液在所述电池冷却器内循环流动，其中，所述第三温度阈值大于所述第二温度阈值。
优选的，还包括：湿度传感器；
所述湿度传感器与所述电池控制器信号连接，所述湿度传感器用于检测所述膨胀水壶底部的湿度；
在所述湿度大于设定湿度阈值时，所述电池控制器发送膨胀水壶漏水报文。
优选的，所述膨胀水壶的底部设有出水口，所述膨胀水壶的上部设有进水口，所述膨胀水壶通过所述出水口与所述第一管路连接，所述膨胀水壶通过所述进水口与所述第四管路连接；
所述膨胀水壶的顶部设置有排气口，所述排气口设有压力阀，在所述膨胀水壶内的气体压力大于设定气压阈值时，所述压力阀打开阀门，以排放所述膨胀水壶内的气体。
优选的，所述膨胀水壶为分体结构，所述膨胀水壶包括：上壳体和下壳体，所述上壳体与所述下壳体密封连接；
所述排气口设置在所述上壳体的顶部，所述出水口设置在所述下壳体的底部，所述进水口设置在所述下壳体的上部。
优选的，所述电池冷却器包括：膨胀阀和第一热交换器；
所述第一热交换器通过所述膨胀阀与汽车空调的冷媒管相连，所述第一热交换器用于冷媒与冷却液的热交换；
在所述电池温度大于第四温度阈值时，所述电池控制器控制所述膨胀阀导通汽车空调的冷媒管与所述第一热交换器的连接，使冷却液温度降低，其中，所述第四温度阈值大于所述第三温度阈值。
优选的，所述加热器包括：PTC加热芯体和第二热交换器；
所述第二热交换器用于所述PTC加热芯体与冷却液进行热交换，所述第二热交换设有进水管和出水管，所述进水管与所述第三管路相连，所述出水管与所述第四管路相连。
本发明提供一种汽车动力电池的加热冷却系统，将电池冷却器和加热器通过管路串接，并在管路上设有膨胀水壶和循环水泵，使冷却液流经电池冷却器和加热器，进而实现对动力电池进行制冷或加热，解决现有电动汽车的动力电池加热和冷却采用独立系统，造成制备成本高、效率低的问题，能降低电动汽车成本，增加动力电池的热管理效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1：是本发明提供的一种汽车动力电池的加热冷却系统示意图；
图2：是本发明提供的膨胀水壶的结构示意图；
图3：是本发明提供的电池冷却器的结构示意图；
图4：是本发明提供的加热器的结构示意图。
附图标记
1 膨胀水壶
11 上壳体
12 下壳体
13 出水口
14 进水口
15 压力阀
2 循环水泵
3 电池冷却器
31 冷却液进口
32 冷却液出口
33 第一热交换器
34 冷媒管
4 加热器
41 进水管
42 出水管
43 PTC加热芯体
5 湿度传感器
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实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
针对当前电动汽车的动力电池的热管理，采用独立的加热系统和制冷系统，其制备成本高的问题。本发明提供一种汽车动力电池的加热冷却系统，将电池冷却器和加热器通过管路串接，并在管路上设有膨胀水壶和循环水泵，使冷却液流经电池冷却器和加热器，进而实现对动力电池进行制冷或加热，解决现有电动汽车的动力电池加热和冷却采用独立系统，造成制备成本高、效率低的问题，能降低电动汽车成本，增加动力电池的热管理效率。
如图1所示，一种汽车动力电池的加热冷却系统，包括：膨胀水壶1、循环水泵2、电池冷却器3和加热器4。所述膨胀水壶1通过第一管路与循环水泵2相连，所述循环水泵2通过第二管路与电池冷却器3相连，所述电池冷却器2通过第三管路与所述加热器4相连，所述加热器4通过第四管路与所述膨胀水壶1相连。所述电池冷却器3用于对动力电池进行制冷；所述加热器用于对动力电池进行加热。在所述循环水泵2运转时，所述循环水泵2驱动冷却液在所述电池冷却器3和所述加热器4上循环流动，以增加所述电池冷却器和所述加热器与动力电池的热交换效率。
具体地，将膨胀水壶、循环水泵、电池冷却器和加热器串接在循环管路中，在循环水泵运转时，形成冷却液循环回路，并由膨胀水壶补充回路中的冷却液，如果循环回路中有空气时，通过膨胀水壶将管中的气体排出。采用电池冷却器对动力电池进行制冷，冷却液在电池冷却器上循环流动，以带走动力电池产生的热量，并保持电池冷地器输出低温。加热器可以通过加热冷却液，使冷却液温度升高，在冷却液循环流动时，高温的冷却液可通过电池冷却器和加热器同时对动力电池升温。这种将加热制冷同时集成一体的热管理系统能降低动力电池的热管理成本，提高热管理效率。
该系统还包括：电池控制器和温度传感器。所述电池控制器分别与所述循环水类、所述电池冷却器和所述加热器信号连接。所述温度传感器与所述电池控制器信号连接，所述温度传感器用于检测动力电池的电池温度。在所述电池温度小于第一温度阈值时，所述电池控制器控制所述加热器对动力电池进行加热。在所述电池温度大于第二温度阈值时，所述电池控制器控制所述电池冷却器对动力电池进行制冷。在所述电池温度大于第三温度阈值时，所述电池控制器控制所述循环水泵运转，使冷却液在所述电池冷却器内循环流动，其中，所述第三温度阈值大于所述第二温度阈值。
在实际应用中，在动力电池的电池温度处于低温时，需要对动力电池进行加热，此时，电池控制器控制加热器进行加热，使流经加热器的冷却液温度升高，冷却液通过管路和电池冷却器对动力电池进行加热，使其升高至设定温度。在动力电池的电池温度过高时，可分阶段对动力电池进行降温，首先控制电池冷却器对动力电池直接降温，其次，可启动循环水泵，使流经电池冷却器的冷却液对动力电池进行液冷降温，最后，还可采用将汽车空调的冷媒与冷却液进行热交换，使冷却液的温度下降，进而更为有效提高降温效率。
进一步，该系统还包括：湿度传感器。所述湿度传感器与所述电池控制器信号连接，所述湿度传感器用于检测所述膨胀水壶底部的湿度。在所述湿度大于设定湿度阈值时，所述电池控制器发送膨胀水壶漏水报文。
在实际应用中，由于膨胀水壶直接设置在冷却液循环回路中，在循环水泵运转时，膨胀水壶可能会出现漏水现象，比如，出水口漏水、壳体渗水和壳体破裂等原因造成，如图2所示，湿度传感器5设置在膨胀水壶的底部，湿度传感器5检测膨胀水壶壳体的底部湿度，如果湿度大于设定湿度阈值，则电池控制器发送漏水报警报文。
如图2所示，所述膨胀水壶的底部设有出水口13，所述膨胀水壶的上部设有进水口14，所述膨胀水壶通过所述出水口13与所述第一管路连接，所述膨胀水壶通过所述进水口14与所述第四管路连接。所述膨胀水壶的顶部设置有排气口，所述排气口设有压力阀15，在所述膨胀水壶内的气体压力大于设定气压阈值时，所述压力阀打开阀门，以排放所述膨胀水壶内的气体。
进一步，所述膨胀水壶为分体结构，所述膨胀水壶包括：上壳体11和下壳体12，所述上壳体与所述下壳体密封连接。所述排气口设置在所述上壳体的顶部，所述出水口13设置在所述下壳体的底部，所述进水口14设置在所述下壳体的上部。
在实际应用中，膨胀水壶的上壳体常作为壶盖，壶盖与下壳体采用密封连接，壶盖开启压力常设为35Kpa。
所述电池冷却器包括：膨胀阀和第一热交换器。所述第一热交换器通过所述膨胀阀与汽车空调的冷媒管相连，所述第一热交换器用于冷媒与冷却液的热交换。在所述电池温度大于第四温度阈值时，所述电池控制器控制所述膨胀阀导通汽车空调的冷媒管与所述第一热交换器的连接，使冷却液温度降低，其中，所述第四温度阈值大于所述第三温度阈值。
在实际应用中，如图3所示，汽车空调的冷媒管34通过膨胀阀(图中未示出)与第一热交换器33相连，通过膨胀阀控制冷媒的开关，进入第一热交换器33；冷却液通过冷却液进口31进入第一热交换器33，并通过冷却液出口32流出。冷媒与冷却液在第一热交换器可一层为冷却液一层为冷媒，相互叠加组成电池冷却器芯体。冷媒通过这种一层冷却液一层冷媒这种结构，互相交换热量，使冷却液温度降低，冷却液在动力电池中循环达到对动力电池冷却目的；第一热交换器为一层冷却液一层冷媒相互叠加，能实现有效体积范围内得到最大程度上的换热面积。
如图4所示，所述加热器包括：PTC加热芯体43和第二热交换器。所述第二热交换器用于所述PTC加热芯体43与冷却液进行热交换，所述第二热交换设有进水管41和出水管42，所述进水管41与所述第三管路相连，所述出水管42与所述第四管路相连。
可见，本发明提供一种汽车动力电池的加热冷却系统，将电池冷却器和加热器通过管路串接，并在管路上设有膨胀水壶和循环水泵，使冷却液流经电池冷却器和加热器，进而实现对动力电池进行制冷或加热，解决现有电动汽车的动力电池加热和冷却采用独立系统，造成制备成本高、效率低的问题，能降低电动汽车成本，增加动力电池的热管理效率。
以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种汽车动力电池的加热冷却系统，其特征在于，包括：膨胀水壶、循环水泵、电池冷却器、加热器、电池控制器、温度传感器和湿度传感器；
所述膨胀水壶通过第一管路与循环水泵相连，所述循环水泵通过第二管路与电池冷却器相连，所述电池冷却器通过第三管路与所述加热器相连，所述加热器通过第四管路与所述膨胀水壶相连；
所述电池冷却器用于对动力电池进行制冷；
所述加热器用于对动力电池进行加热；
在所述循环水泵运转时，所述循环水泵驱动冷却液在所述电池冷却器和所述加热器上循环流动，以增加所述电池冷却器和所述加热器与动力电池的热交换效率；所述电池控制器分别与所述循环水泵、所述电池冷却器和所述加热器信号连接；
所述温度传感器与所述电池控制器信号连接，所述温度传感器用于检测动力电池的电池温度；
在所述电池温度小于第一温度阈值时，所述电池控制器控制所述加热器对动力电池进行加热；
在所述电池温度大于第二温度阈值时，所述电池控制器控制所述电池冷却器对动力电池进行制冷；
在所述电池温度大于第三温度阈值时，所述电池控制器控制所述循环水泵运转，使冷却液在所述电池冷却器内循环流动，其中，所述第三温度阈值大于所述第二温度阈值；
所述电池冷却器包括：膨胀阀和第一热交换器；
所述第一热交换器通过所述膨胀阀与汽车空调的冷媒管相连，所述第一热交换器用于冷媒与冷却液的热交换；
在所述电池温度大于第四温度阈值时，所述电池控制器控制所述膨胀阀导通汽车空调的冷媒管与所述第一热交换器的连接，使冷却液温度降低，其中，所述第四温度阈值大于所述第三温度阈值。
2.根据权利要求1所述的汽车动力电池的加热冷却系统，其特征在于，所述膨胀水壶的底部设有出水口，所述膨胀水壶的上部设有进水口，所述膨胀水壶通过所述出水口与所述第一管路连接，所述膨胀水壶通过所述进水口与所述第四管路连接；
所述膨胀水壶的顶部设置有排气口，所述排气口设有压力阀，在所述膨胀水壶内的气体压力大于设定气压阈值时，所述压力阀打开阀门，以排放所述膨胀水壶内的气体。
3.根据权利要求2所述的汽车动力电池的加热冷却系统，其特征在于，所述膨胀水壶为分体结构，所述膨胀水壶包括：上壳体和下壳体，所述上壳体与所述下壳体密封连接；
所述排气口设置在所述上壳体的顶部，所述出水口设置在所述下壳体的底部，所述进水口设置在所述下壳体的上部。
4.根据权利要求1所述的汽车动力电池的加热冷却系统，其特征在于，所述加热器包括：PTC加热芯体和第二热交换器；
所述第二热交换器用于所述PTC加热芯体与冷却液进行热交换，所述第二热交换设有进水管和出水管，所述进水管与所述第三管路相连，所述出水管与所述第四管路相连。
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