CN110281754B - 电动汽车动力电池冷却系统及其冷却方法 - Google Patents

电动汽车动力电池冷却系统及其冷却方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种电动汽车动力电池冷却系统及其冷却方法。该所述电动汽车动力电池冷却系统包括电池冷板，所述电池冷板用于冷却动力电池，所述电池冷板内设置有制冷剂流通管路，所述电池冷板设置有制冷剂流入口和制冷剂流出口，所述制冷剂流入口和制冷剂流出口分别和制冷剂流通管路连通；其中，所述制冷剂流通管路的液态制冷剂的供给量大于所述制冷剂流通管路的液态制冷剂的蒸发量。该电动汽车动力电池冷却方法包括如上所述的电动汽车动力电池冷却系统。本申请通过设置制冷剂流通管路的液态制冷剂的供给量大于制冷剂流通管路的液态制冷剂的蒸发量，可保证电池冷板的冷却温度的均匀性。

Description

电动汽车动力电池冷却系统及其冷却方法
技术领域
本申请涉及一种电动汽车动力电池冷却系统及其冷却方法。
背景技术
目前，电动汽车具备使用时噪音低、无污染的优势而越来越广泛使用。电动汽车的主要成本在于电池，电池对温度敏感，需要进行温度控制，保证电池温度20℃～30℃，这是因为较高的温度会导致电极降解以及电解液分解，影响电池的使用寿命；此外，低温时电解液粘度增加，阻碍电荷载体的移动，影响电流产生，影响电池的使用安全，极端情况下，电解液甚至冻结，造成电池无法放电，使电动汽车无法启动。
因此，电动汽车的电池需要降温，一开始采用空气冷却，由于冷却空气的温度受限于环境温度，造成换热效率太低；之后转变成液体冷却，液体冷却需要制冷机组和水路循环系统，增加了重量和成本；采用制冷剂直接冷却，可以省去水泵、水路、氟水换热器等、蒸发温度高制冷量大、能效高；但是制冷剂直接冷却，制冷剂在电池冷板内部的分配的不均匀，导致电池冷板的冷却的温度不均匀，会导致有些电池的区域没有得到有效冷却，而在过热区域，电池温度过高，导致电池过快老化，同时限制了快充，导致充电时间变长。
发明内容
本发明提供一种电动汽车动力电池冷却系统及其冷却方法，其可保证电池冷板的冷却温度的均匀性。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种电动汽车动力电池冷却系统，其包括电池冷板，所述电池冷板用于冷却动力电池，所述电池冷板内设置有制冷剂流通管路，所述电池冷板设置有制冷剂流入口和制冷剂流出口，所述制冷剂流入口和制冷剂流出口分别和制冷剂流通管路连通；
其中，所述制冷剂流通管路内部加注有制冷剂，其中，所述制冷剂流通管路的液态制冷剂的供给量大于所述制冷剂流通管路的液态制冷剂的蒸发量。
可选的，所述制冷剂流通管路的液态制冷剂的供给量为所述制冷剂流通管路的液态制冷剂的蒸发量的100％～130％。
可选的，所述制冷剂流通管路的液态制冷剂的供给量为所述制冷剂流通管路的液态制冷剂的蒸发量的110％～120％。
可选的，所述电动汽车动力电池冷却系统还包括：
制冷装置，所述制冷装置通过连接管路分别连接至所述电池冷板的制冷剂流入口和制冷剂流出口；
第一控制阀，所述第一控制阀设于所述连接管路靠近所述制冷剂流入口的一端；
第一温度传感器，所述第一温度传感器设于所述制冷剂流通管路靠近所述制冷剂流出口处，用于检测所述连接管路靠近所述制冷剂流出口处的制冷剂的第一温度；
第二温度传感器，所述第二温度传感器设于所述连接管路靠近所述制冷剂流入口处，用于检测所述连接管路靠近所述制冷剂流入口处的制冷剂的第二温度；
控制器，所述制冷装置、所述第一控制阀和所述第一温度传感器、所述第二温度传感器均与所述控制器电连接。
可选的，所述连接管路靠近所述电池冷板的制冷剂流出口的一端设有换热器，所述换热器用于气化未蒸发完全的所述液态制冷剂，并通过气化未蒸发完全的所述液态制冷剂冷却进入所述制冷剂流入口前的所述连接管路中的所述液态制冷剂。
可选的，所述电池冷板内的所述制冷剂流通管路包括多个制冷剂分支管路，每一所述制冷剂分支管路的两端均分别与所述制冷剂流入口和制冷剂流出口连通；
所述第一温度传感器设于多个所述制冷剂分支管路中所述液态制冷剂的供给量与所述液态制冷剂的蒸发量的差值最小的一所述制冷剂分支管路的出口上。
可选的，所述电动汽车动力电池冷却系统还包括：
空调蒸发器，所述空调蒸发器包括空调蒸发器入口和空调蒸发器出口，所述空调蒸发器入口和空调蒸发器出口分别与所述连接管路连通，所述空调蒸发器与所述控制器电连接；
第二控制阀，所述第二控制阀设于所述连接管路靠近所述空调蒸发器入口的一端，所述第二控制阀与所述控制器电连接。
可选的，所述连接管路靠近所述电池冷板的制冷剂流出口的一端设有气液分离器，所述气液分离器用于分离未蒸发完全的所述液态制冷剂，所述气液分离器包括液体出口和气体出口，所述液体出口与所述空调蒸发器的空调蒸发器入口连通，所述气体出口与所述连接管路连通。
可选的，所述电动汽车动力电池冷却系统还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器与所述控制器电连接，所述第二温度传感器设于所述连接管路靠近所述制冷剂流入口处。
本发明实施例还提供一种电动汽车动力电池冷却方法，其包括如上所述的电动汽车动力电池冷却系统，将所述第一温度传感器测得的所述第一温度与所述第二温度传感器测得的所述第二温度进行比较，根据所述第一温度与所述第二温度的比较结果对所述制冷装置的制冷进行控制；和/或，
根据所述第一温度与所述第二温度的比较结果，通过所述第一控制阀对所述连接管路中的所述液态制冷剂的流量进行调整。
可选的，将所述第二温度传感器测得的所述第二温度与一预设温度值进行比较，所述第二温度高于所述预设温度值时，加大所述制冷装置的压缩机的转速；所述第二温度低于所述预设温度值时，降低所述制冷装置的压缩机的转速。
本发明实施例又提供一种电动汽车动力电池冷却方法，其包括如上所述的电动汽车动力电池冷却系统，所述第一控制阀根据所述换热器的出口的制冷剂过热度对所述连接管路中的所述液态制冷剂的流量进行调整，以保持所述制冷剂过热度的温度为3℃～12℃。
上述实施例的电动汽车动力电池冷却系统及其冷却方法中，通过设置制冷剂流通管路的液态制冷剂的供给量大于制冷剂流通管路的液态制冷剂的蒸发量，以达到所有的制冷剂流通管路得到过量的液态制冷剂，也就是说，即使是在靠近制冷剂流出口的流通管路中也有足够的液态制冷剂能够对动力电池进行冷却，从而保证液态制冷剂在电池冷板内部的分配的均匀性，从而保证电池冷板的冷却温度的均匀性。
附图说明
图1是实施例1的电动汽车动力电池冷却系统的结构示意图。
图2是实施例2的电动汽车动力电池冷却系统的结构示意图。
附图标记说明
电池冷板10
制冷剂流通管路11
制冷剂分支管路111
制冷剂流入口12
制冷剂流出口13
制冷装置20
压缩机21
冷凝器22
空调蒸发器30
第一控制阀41
温包411
第二控制阀42
换热器50
气液分离器60
第一温度传感器71
第二温度传感器72
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“多个”包括两个，相当于至少两个。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
实施例1
请结合图1予以理解，本实施案例提供一种电动汽车动力电池冷却系统，其包括电池冷板10、制冷装置20、第一控制阀41、换热器50、第一温度传感器71、第二温度传感器72、报警器(图中未标示)和控制器(图中未标示)。制冷装置20、第一控制阀41、第一温度传感器71、第二温度传感器72和所述报警器均与所述控制器电连接。
电池冷板10用于冷却动力电池，电池冷板10内设置有制冷剂流通管路11，电池冷板10设置有制冷剂流入口12和制冷剂流出口13，制冷剂流入口12和制冷剂流出口13分别和制冷剂流通管路连通。制冷剂流通管路11内部加注有制冷剂，该制冷剂为气液两相，即该制冷剂包括气态的制冷剂和液态的制冷剂，液态制冷剂可以蒸发吸热降温而转变为气态制冷剂。其中，制冷剂流通管路11的液态制冷剂的供给量大于制冷剂流通管路11的液态制冷剂的蒸发量。具体地，制冷剂流通管路11的液态制冷剂的供给量为制冷剂流通管路11的液态制冷剂的蒸发量的100％～130％。较佳地，制冷剂流通管路11的液态制冷剂的供给量为制冷剂流通管路11的液态制冷剂的蒸发量的110％～120％。这样，通过供应过量的液态制冷剂给电池冷板10，让所有的动力电池接触的都是制冷剂的两相区，从而保证冷却温度的均匀性。所述电池冷板10内的制冷剂流通管路11包括多个制冷剂分支管路111，每一制冷剂分支管路111的两端均分别与所述制冷剂流入口12和制冷剂流出口13连通。这样，通过设置多个制冷剂分支管路111，能够提供更为均匀的冷却效果。
制冷装置20通过连接管路分别连接至电池冷板的10的制冷剂流入口12和制冷剂流出口13。制冷装置20包括依次连接的压缩机21和冷凝器22。
第一控制阀41设于所述连接管路靠近制冷剂流入口12的一端。第一控制阀41用于对所述连接管路中的所述液态制冷剂的流量进行调整。
换热器50设于所述连接管路靠近电池冷板10的制冷剂流出口13的一端，所述换热器50用于气化未蒸发完全的液态制冷剂，并通过气化未蒸发完全的制冷剂冷却进入所述制冷剂流入口12前的连接管路中的所述液态制冷剂。在本实施例中，由于制冷剂流通管路11的液态制冷剂的供给量大于制冷剂流通管路11的液态制冷剂的蒸发量，因此在制冷剂流出口13的液态制冷剂是未蒸发完全的所述液态制冷剂，而通过设置换热器50能够气化未蒸发完全的所述液态制冷剂，使完全气化的制冷剂沿所述连接管路再回到制冷装置20。
在本实施例中，所述换热器50为过冷器，但不限于所述过冷器，也可以是其他具有换热功能的装置。通过设置所述过冷器，能够对进入制冷剂流入口12前的所述连接管路中的所述液态制冷剂进一步过冷，同时，将通过电池冷板10的液态制冷剂流通管路11后未蒸发完全的所述液态制冷剂完全气化。
第一温度传感器71设于所述制冷剂流通管路靠近制冷剂流出口13处，第一温度传感器71用于检测所述连接管路靠近所述制冷剂流出口处的制冷剂的第一温度。第一温度传感器71设于多个所述制冷剂分支管路111中所述液态制冷剂的供给量与所述液态制冷剂的蒸发量的差值最小的一制冷剂分支管路111的出口上，也就是，设置在于多个制冷剂分支管路111中最不利的一制冷剂分支管路111的出口上。这样，一旦最不利的制冷剂分支管路111的出口形成过热热度，第一温度传感器71向所述控制器发送过热信号，所述控制器根据过热信号控制警报器发出警报，并根据第一温度传感器71测得的蒸发温度调整压缩机21转速。
第二温度传感器72与所述控制器电连接，第二温度传感器72设于所述连接管路靠近制冷剂流入口12处，用于检测所述连接管路靠近制冷剂流入口12处的液态制冷剂的第二温度，等同于蒸发温度。
在电动汽车动力电池冷却系统中，液态制冷剂由冷凝器22的出口进入连接管路，并依次通过换热器50、第一控制阀41、制冷剂流入口12流入制冷剂流通管路11，在制冷剂流通管路11中实现对动力电池的冷却后，未蒸发完全的所述液态制冷剂通过制冷剂流出口13流出后，再通过换热器50完全气化，完全气化的制冷剂进入压缩机21的吸气口而实现往复循环。
本实施例还提供一种电动汽车动力电池冷却方法，其包括如上所述的电动汽车动力电池冷却系统，将第一温度传感器71测得的所述第一温度与第二温度传感器72测得的所述第二温度进行比较，根据所述第一温度与所述第二温度的比较结果对制冷装置20的制冷进行控制，即所述控制器根据第一温度传感器71测得的所述第一温度与第二温度传感器72测得的所述第二温度比较结果来调整压缩机21转速。
和/或，根据所述第一温度与所述第二温度的比较结果，通过第一控制阀41对所述连接管路中的所述液态制冷剂的流量进行调整，即所述控制器根据第一温度传感器71测得的所述第一温度与第二温度传感器72测得的所述第二温度的比较结果，通过控制第一控制阀41对所述连接管路中的所述液态制冷剂的流量进行调整。
具体地，当所述第一温度与所述第二温度的差值大于一个预设值时，可以通过加大制冷装置20的压缩机21的转速来降低所述第二温度；或者，通过调大第一控制阀41的开度来降低所述第二温度；或者通过加大制冷装置20的压缩机21的转速、以及调大第一控制阀41的开度来降低所述第二温度。
在本实施例中，第一控制阀41为电子膨胀阀。正常控制时，电子膨胀阀根据换热器50的出口的制冷剂过热度对所述连接管路中的所述液态制冷剂的流量进行调整，以保持所述制冷剂过热度的温度为3℃～12℃，优选地，保持所述制冷剂过热度的温度为5℃～8℃。在本实施例中，第一控制阀41也可以为热力膨胀阀，热力膨胀阀的温包411放置在换热器50出口处，热力膨胀阀根据换热器50的出口的制冷剂过热度对所述连接管路中的所述液态制冷剂的流量进行调整，以保持所述制冷剂过热度的温度为3℃～12℃，优选地，保持所述制冷剂过热度的温度为5℃～8℃。
在本实施例中，所述电动汽车动力电池冷却方法还包括将第二温度传感器72测得的所述第二温度与一预设温度值进行比较，所述第二温度高于所述预设温度值时，加大制冷装置20的压缩机21的转速；所述第二温度低于所述预设温度值时，降低制冷装置20的压缩机21的转速。所述预设温度值可以来自电动电池的温控系统，即电动电池温度；也可以是内置的蒸发温度曲线，和压缩机21转速对应，在压缩机21运行稳定后(压缩机21初始运行时有可能出现热度过大的情况)，保证所述第二温度在所述预设温度值以下，以保证第一温度传感器71测得的所述第一温度不过热，如蒸发温度为10℃(类似于水温)。
在其他实施例中，还可以通过第一控制阀41根据换热器50的出口的制冷剂过热度对所述连接管路中的所述液态制冷剂的流量进行调整，以保持所述制冷剂过热度的温度为3℃～12℃。
上述实施例的电动汽车动力电池冷却系统及其冷却方法中，通过设置制冷剂流通管路的液态制冷剂的供给量大于制冷剂流通管路的液态制冷剂的蒸发量，以达到所有的制冷剂流通管路得到过量的液态制冷剂，也就是说，即使是在靠近制冷剂流出口的流通管路中也有足够的液态制冷剂能够对动力电池进行冷却，从而保证液态制冷剂在电池冷板内部的分配的均匀性，从而保证电池冷板的冷却温度的均匀性。
实施例2
如图2所示，本实施例的过滤装置的整体结构基本和实施例1中的结构相同，其不同的之处在于，所述电动汽车动力电池冷却系统还包括空调蒸发器30、第二控制阀42和气液分离器60。
空调蒸发器30包括空调蒸发器入口和空调蒸发器出口，空调蒸发器入口和空调蒸发器出口分别与所述连接管路连通，空调蒸发器30与所述控制器电连接。
第二控制阀42设于所述连接管路靠近所述空调蒸发器入口的一端，第二控制阀42与所述控制器电连接。在本实施例中，第二控制阀42为热力膨胀阀，第一控制阀42为电子膨胀阀，第一温度传感器71设置在靠近电池冷板10的制冷剂流出口13处，用于检测制冷剂的第一温度，保证电池冷板10的制冷剂流出口13处的制冷剂为两相，控制压缩机21的吸气口的过热度，避免制冷剂带液进入压缩机21的吸气口。
气液分离器60设于所述连接管路靠近电池冷板10的制冷剂流出口13的一端。气液分离器60用于分离未蒸发完全的所述液态制冷剂，气液分离器60包括液体出口和气体出口，所述液体出口与空调蒸发器30的空调蒸发器入口连通，所述气体出口与所述连接管路连通，并进入压缩机21的吸气口。
本实施例的电动汽车动力电池冷却方法和实施例1中的冷却方法基本相同，其不同之处在于，因为设置电池冷板10所需的蒸发温度高于空调蒸发器30的蒸发温度大约8℃～12℃，所以电池冷板10和空调蒸发器30采用串联结构，第一控制阀41采用电子膨胀阀，控制电池冷板10的液态制冷剂的供给量，超过电池冷板10的液态制冷剂的蒸发量的10％～30％。电池冷板10的制冷剂流出口的两相的制冷剂，经过一个气液分离器60进行分离，气体回到压缩机21中，液体进入空调室内机。
上述实施例的电动汽车动力电池冷却系统及其冷却方法中，通过设置制冷剂流通管路的液态制冷剂的供给量大于制冷剂流通管路的液态制冷剂的蒸发量，以达到所有的制冷剂流通管路得到过量的液态制冷剂，也就是说，即使是在靠近制冷剂流出口的流通管路中也有足够的液态制冷剂能够对动力电池进行冷却，从而保证液态制冷剂在电池冷板内部的分配的均匀性，从而保证电池冷板的冷却温度的均匀性。再通过设置气液分离器将未蒸发完全的所述液态制冷剂进行气液分离以进一步分离及利用未蒸发完全的所述液态制冷剂。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种电动汽车动力电池冷却系统，其特征在于，所述电动汽车动力电池冷却系统包括电池冷板，所述电池冷板用于冷却动力电池，所述电池冷板内设置有制冷剂流通管路，所述电池冷板设置有制冷剂流入口和制冷剂流出口，所述制冷剂流入口和制冷剂流出口分别和制冷剂流通管路连通；
其中，所述制冷剂流通管路的液态制冷剂的供给量大于所述制冷剂流通管路的液态制冷剂的蒸发量。
2.如权利要求1所述的电动汽车动力电池冷却系统，其特征在于，所述制冷剂流通管路的液态制冷剂的供给量为所述制冷剂流通管路的液态制冷剂的蒸发量的100％～130％。
3.如权利要求2所述的电动汽车动力电池冷却系统，其特征在于，所述制冷剂流通管路的液态制冷剂的供给量为所述制冷剂流通管路的液态制冷剂的蒸发量的110％～120％。
4.如权利要求1所述的电动汽车动力电池冷却系统，其特征在于，所述电动汽车动力电池冷却系统还包括：
制冷装置，所述制冷装置通过连接管路分别连接至所述电池冷板的制冷剂流入口和制冷剂流出口；
第一控制阀，所述第一控制阀设于所述连接管路靠近所述制冷剂流入口的一端；
第一温度传感器，所述第一温度传感器设于所述制冷剂流通管路靠近所述制冷剂流出口处，用于检测所述连接管路靠近所述制冷剂流出口处的制冷剂的第一温度；
第二温度传感器，所述第二温度传感器设于所述连接管路靠近所述制冷剂流入口处，用于检测所述连接管路靠近所述制冷剂流入口处的制冷剂的第二温度；
控制器，所述制冷装置、所述第一控制阀和所述第一温度传感器、所述第二温度传感器均与所述控制器电连接。
5.如权利要求4所述的电动汽车动力电池冷却系统，其特征在于，所述连接管路靠近所述电池冷板的制冷剂流出口的一端设有换热器，所述换热器用于气化未蒸发完全的所述液态制冷剂，并通过气化未蒸发完全的所述液态制冷剂冷却进入所述制冷剂流入口前的所述连接管路中的所述液态制冷剂。
6.如权利要求4所述的电动汽车动力电池冷却系统，其特征在于，所述电池冷板内的所述制冷剂流通管路包括多个制冷剂分支管路，每一所述制冷剂分支管路的两端均分别与所述制冷剂流入口和制冷剂流出口连通；
所述第一温度传感器设于多个所述制冷剂分支管路中所述液态制冷剂的供给量与所述液态制冷剂的蒸发量的差值最小的一所述制冷剂分支管路的出口上。
7.如权利要求4所述的电动汽车动力电池冷却系统，其特征在于，所述电动汽车动力电池冷却系统还包括：
空调蒸发器，所述空调蒸发器包括空调蒸发器入口和空调蒸发器出口，所述空调蒸发器入口和空调蒸发器出口分别与所述连接管路连通，所述空调蒸发器与所述控制器电连接；
第二控制阀，所述第二控制阀设于所述连接管路靠近所述空调蒸发器入口的一端，所述第二控制阀与所述控制器电连接。
8.如权利要求7所述的电动汽车动力电池冷却系统，其特征在于，所述连接管路靠近所述电池冷板的制冷剂流出口的一端设有气液分离器，所述气液分离器用于分离未蒸发完全的所述液态制冷剂，所述气液分离器包括液体出口和气体出口，所述液体出口与所述空调蒸发器的空调蒸发器入口连通，所述气体出口与所述连接管路连通。
9.一种电动汽车动力电池冷却方法，其特征在于，其包括如权利要求4-8中任意一项所述的电动汽车动力电池冷却系统，将所述第一温度传感器测得的所述第一温度与所述第二温度传感器测得的所述第二温度进行比较，根据所述第一温度与所述第二温度的比较结果对所述制冷装置的制冷进行控制；和/或，
根据所述第一温度与所述第二温度的比较结果，通过所述第一控制阀对所述连接管路中的所述液态制冷剂的流量进行调整。
10.如权利要求9所述的电动汽车动力电池冷却方法，其特征在于，将所述第二温度传感器测得的所述第二温度与一预设温度值进行比较，所述第二温度高于所述预设温度值时，加大所述制冷装置的压缩机的转速；所述第二温度低于所述预设温度值时，降低所述制冷装置的压缩机的转速。
11.一种电动汽车动力电池冷却方法，其特征在于，其包括如权利要求5所述电动汽车动力电池冷却系统，所述第一控制阀根据所述换热器的出口的制冷剂过热度对所述连接管路中的所述液态制冷剂的流量进行调整，以保持所述制冷剂过热度的温度为3℃～12℃。
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