CN110635197A - 汽车电池的温控系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种汽车电池的温控系统。该温控系统包括：制冷装置、加热装置和控制装置；控制装置分别与制冷装置和加热装置电连接，制冷装置和加热装置均用于与汽车电池相连通，并供导热介质流动而调整导热介质的温度；基于汽车状态信号以及汽车电池的温度信号，控制装置控制制冷装置和/或加热装置，以通过导热介质的热传导而调整汽车电池的温度；其中，汽车状态信号包括：充电模式和行驶模式。

Description

汽车电池的温控系统
技术领域
本申请涉及汽车的技术领域，特别涉及一种汽车电池的温控系统。
背景技术
目前新能源汽车的安全性越来越受到消费者的重视，其中新能源车的核心动力是汽车电池，汽车电池的安全性直接决定了新能源车的安全性。现阶段电池在使用过程中电芯会产生化学热和焦耳热，从而造成电芯温度过高。电芯温度过高可能会造成汽车电池热失控，严重时会起火爆炸。
而汽车电池在低温下充电，也会因温度过低而造成充电较慢或充电障碍，汽车电池会产生不可逆损害，严重时会导致汽车电池的正负极短路，从而影响汽车电池的寿命和安全。因此有必要将汽车电池的温度控制在合理的范围内，避免出现高温热失控和低温充电危险。
发明内容
本申请的目的在于提供一种汽车电池的温控系统，以解决现有汽车电池出现高温热失控和低温充电危险的问题。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种汽车电池的温控系统。该汽车电池的温控系统包括：制冷装置、加热装置和控制装置；所述控制装置分别与所述制冷装置和所述加热装置电连接，所述制冷装置和所述加热装置均用于与汽车电池相连通，并供导热介质流动而调整所述导热介质的温度；基于汽车状态信号以及所述汽车电池的温度信号，所述控制装置控制所述制冷装置和/或所述加热装置，以通过所述导热介质的热传导而调整所述汽车电池的温度；其中，所述汽车状态信号包括：充电模式和行驶模式。
一实施例中，所述控制装置包括：第一控制器和第二控制器；所述制冷装置包括：压缩机、冷凝器、制冷膨胀阀、蒸发器、制冷交换器和电池膨胀阀；所述压缩机、所述冷凝器、所述制冷膨胀阀和所述蒸发器依次相连而形成制冷回路；所述电池膨胀阀一端连接在所述冷凝器和所述制冷膨胀阀之间，另一端连接所述制冷交换器，所述制冷交换器远离所述电池膨胀阀的一端连接在所述蒸发器和所述压缩机之间，并与所述汽车电池相连通；所述导热介质经过所述制冷交换器进入所述冷却回路，以降低所述导热介质的温度；基于所述汽车状态信号、所述汽车电池的温度信号、以及所述第二控制器的反馈信号，所述第一控制器控制所述制冷膨胀阀的开度、以及控制所述压缩机和所述冷凝器的风机的转速，并输出第一控制信号；所述第二控制器接收所述制冷装置的状态信号和所述第一控制信号，以控制所述蒸发器的风机的转速。
一实施例中，所述控制装置还包括：第三控制器；所述加热装置包括：加热水泵、加热器和加热交换器；所述加热水泵、所述加热器和所述加热交换器依次连通以形成加热回路，所述加热交换器与所述汽车电池相连通；所述导热介质经过所述加热交换器进入所述加热回路，以提高所述导热介质的温度；所述第一控制器基于接收的所述汽车状态信号、所述汽车电池的温度信号、以及所述第三控制器的反馈信号，以控制所述加热器的启停，并输出第二控制信号；所述第三控制器接收所述加热装置的状态信号和所述第二控制信号，以控制所述加热水泵的转速。
一实施例中，所述温控系统还包括：冷却水泵，所述冷却水泵设于所述冷却交换器和所述汽车电池之间；所述第三控制器与所述冷却水泵电连接，以控制所述冷却水泵的转速。
一实施例中，当所述汽车处于充电模式或行驶模式、所述制冷装置关闭且所述汽车电池的温度大于或等于40℃时，所述第一控制器控制所述冷凝器的风机启动，所述第三控制器控制所述冷却水泵启动，而后所述第一控制器再控制所述电池膨胀阀和所述压缩机启动，以使所述导热介质带走所述汽车电池的热量。
一实施例中，当所述汽车处于充电模式或行驶模式、所述制冷装置开启且所述汽车电池的温度大于或等于35℃时，所述第一控制器控制所述冷凝器的风机启动，所述第三控制器控制所述冷却水泵启动，而后所述第一控制器再控制所述制冷膨胀阀、所述电池膨胀阀和所述压缩机启动，以使所述导热介质带走所述汽车电池的热量。
一实施例中，当所述第一控制器确定所述汽车电池不同位置上的温度之差大于或等于10℃时，所述第三控制器控制所述冷却水泵重复开启40s～120s且关闭240s～360s的过程；直至所述汽车电池不同位置上的温度之差小于或等于6℃，所述第三控制器控制所述冷却水泵关闭。
一实施例中，当所述第一控制器确定所述汽车处于充电模式或充电完成，并且所述汽车电池的温度小于或等于5℃时，所述第三控制器控制所述加热水泵启动，而后所述第一控制器控制所述加热器开启且所述第三控制器控制所述冷却水泵启动，以提高所述汽车电池的温度。
一实施例中，所述温控系统还包括：电池温度传感器和水温传感器；所述电池温度传感器用于获取所述汽车电池的温度，所述水温传感器用于获取所述导热介质的温度，并分别以所述汽车电池的温度信号和所述导热介质的温度信号的形式反馈给所述控制装置；所述控制装置用于在所述汽车电池的温度小于或等于5℃，且该汽车电池与所述导热介质的温差小于或等于8℃～12℃时，控制所述加热装置启动；以及在所述汽车电池的温度大于或等于10℃时，控制所述加热装置关闭。
一实施例中，所述控制装置控制所述水温传感器每间隔预设时间获取所述导热介质的温度；当所述导热介质在相邻时刻或同一时刻获取到的最大温度和最小温度的差值大于或等于15℃时，所述控制装置丢弃该最大温度和最小温度，并控制所述水温传感器在4s～10s后重新获取所述导热介质的温度。
本申请的温控系统可以对汽车电池进行冷却或加热，以调节汽车电池的温度。在满足控制汽车电池温度的同时，降低汽车的整体能耗。此外，所述温控系统还可以预防汽车电池出现温度不均的情况，并使得汽车电池在低温的外界环境下也可以具有相对稳定的工作温度，以降低安全隐患并提高汽车电池的使用寿命。
附图说明
图1是本申请一实施例的汽车电池的温控系统的框架图。
图2是本申请一实施例的汽车电池的温控系统的原理图。
图3是本申请一实施例的制冷装置的原理图。
图4是本申请一实施例的加热装置的原理图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请同时参阅图1至图2，本申请实施例提供一种汽车电池的温控系统100，该温控系统100可以对汽车电池7进行冷却或加热，以调节汽车电池7的温度，以此在满足控制汽车电池温度的同时，降低汽车的整体能耗。通过本温控系统100，还可以预防汽车电池7出现温度不均的情况，并使得汽车电池7在低温的外界环境下也可以具有相对稳定的工作温度。
请参考图1，该温控系统100包括：制冷装置110、加热装置120和控制装置130。控制装置130分别与制冷装置110和加热装置120电连接，制冷装置110和加热装置120均通过管道而与汽车电池7相连通，导热介质可以在汽车电池7、制冷装置110和加热装置120之间流动。由此，制冷装置110和加热装置120均可以通过调节导热介质的温度以调节该汽车电池7的温度。应当理解，该导热介质可以水或者其他导热性能良好的液体，不加限制。当导热介质流经制冷装置110后，该制冷装置110可以降低该导热介质的温度，而后导热介质再通过管道流经汽车电池7，以带走汽车电池7的热量，并由此降低汽车电池7的温度。当导热介质流经加热装置120后，该加热装置120可以提高该导热介质的温度，而后导热介质再流经汽车电池7以使汽车电池7带走导热介质的热量，并由此提高汽车电池7的温度。
应当理解，该温控系统100可以设有冷板(未标示)来间隔汽车电池7和导热介质。汽车电池7和导热介质直接通过冷板来实现热传导，由此可以提高或降低汽车电池7的温度，以实现对汽车电池的温度控制。
基于汽车状态信号11以及汽车电池7的温度信号，控制装置130相应地控制制冷装置110和/或加热装置120，以适应性地调整汽车电池7的温度。一些实施例中，汽车状态信号11包括：充电模式和行驶模式。充电模式是指汽车的充电口与充电桩电连接，以此实现对汽车电池7的充电。行驶模式是指汽车处于行驶的状态。
请参考图2，一实施例中，控制装置130包括：第一控制器1、第二控制器2和第三控制器3。第一控制器1分别与第二控制器2和第三控制器3电连接，以使第一控制器1可以分别与第二控制器2和第三控制器3实现数据交换。
第一控制器1可以接收汽车状态信号11、外界环境温度信号，汽车电池7的温度信号、以及第二控制器2的反馈信号4和第三控制器3的反馈信号5等等，进而该第一控制器1可以输出第一控制信号6a或第二控制信号6b。相应的，第二控制器2可以接收制冷装置110的状态信号和第一控制信号6a；由此，第一控制器1和第二控制器2可以控制制冷装置110，以控制制冷装置110开启或关闭。第三控制器3可以接收加热装置120的状态信号和第二控制信号6b；第一控制器1、第三控制器3用于控制加热装置120，以控制加热装置120开启或关闭。
请同时参考图2和图3，一实施例中，制冷装置110包括：冷凝器13、制冷膨胀阀15、压缩机16、蒸发器20、制冷交换器22和电池膨胀阀14。应当理解，以上示出的制冷装置110的各部件均可以通过管道连通。冷凝器13和蒸发器20均对应设有风机，以提高运转效率，如图2和图3为例，冷凝器13设有风机17，蒸发器20设有风机18。
压缩机16、冷凝器13、制冷膨胀阀15和蒸发器20依次相连而形成制冷回路，该制冷回路可以供导热介质流经。电池膨胀阀14一端连接在冷凝器13和制冷膨胀阀15之间，另一端连接制冷交换器22，制冷交换器22远离电池膨胀阀14的一端连接在蒸发器20和压缩机16之间，并且与汽车电池7相连通。由此，导热介质可以经过制冷交换器22进入冷却回路，以通过该冷却回路来带走导热介质的热量，进而可以降低导热介质的温度。
一些实施例中，第一控制器1可以控制制冷膨胀阀15的开度、压缩机16的转速和冷凝器13的风机17的转速。第二控制器2则可以控制蒸发器20的风机18的转速。
请同时参考图2和图4，一实施例中，加热装置120包括：加热交换器8、加热水泵9和加热器10。应当理解，类比的，以上示出的加热装置120的各部件均可以通过管道连通。
加热水泵9、加热器10和加热交换器8依次连通以形成加热回路，加热交换器8与汽车电池7相连通。导热介质经过加热交换器8进入加热回路，以通过该加热回路来给导热介质提供能量，进而可以提高导热介质的温度。
一些实施例中，第一控制器1还可以控制加热器10的启停，第三控制器3则可以控制加热水泵9的转速。
请再参考图2，一实施例中，温控系统100还包括冷却水泵19，该冷却水泵19用于将由制冷装置110降温后的导热介质传输至汽车电池7，以此降低汽车电池7的温度。为了实现对该冷却水泵19的控制，第三控制器3与冷却水泵19电连接，并由此控制该冷却水泵19的转速。应当理解，在一些实施例中也可以将冷却水泵19作为制冷装置110的一部分。
一些实施例中，当汽车处于充电模式或行驶模式、制冷装置110关闭且汽车电池7的温度大于或等于40℃时，可以判断该汽车的汽车电池7的温度较高，并且存在较大的安全隐患；尤其是对于行驶中的汽车而言，存在较大的风险。基于此，为了防止汽车在充电或行驶的过程中出现意外情况，第一控制器1控制冷凝器13的风机17启动，第三控制器3控制冷却水泵19启动，而后第一控制器1再控制电池膨胀阀14和压缩机16启动，以使导热介质在汽车电池7和制冷装置110之间流动，而带走汽车电池7的热量，并由此降低汽车电池7的温度。
而当汽车电池7的温度降低至35℃时，可以确定汽车电池7的温度已经降低到相对合适的范围，进而可以通过控制装置130关闭制冷装置110。例举的，第一控制器1关闭压缩机16，而后第一控制器1关闭电池膨胀阀14和冷凝器13的风机17，第三控制器3关闭冷却水泵19。
在其他的一些实施例中，当汽车处于充电模式或行驶模式、制冷装置110开启且汽车电池7的温度大于或等于35℃时，判断该汽车的汽车电池7的温度较高。尤其是对于行驶中的汽车而言，存在较大的风险。为了防止汽车在充电或行驶的过程中出现意外情况，第一控制器1控制冷凝器13的风机17启动，第三控制器3控制冷却水泵19启动，而后第一控制器1再控制制冷膨胀阀15、电池膨胀阀14和压缩机16启动，以使导热介质带走汽车电池7的热量。
对应的，当汽车电池7的温度降低至30℃时，可以确定汽车电池7的温度已经降低到相对合适的范围，进而可以通过控制装置130关闭制冷装置110。例举的，第一控制器1关闭压缩机16，而后第一控制器1关闭电池膨胀阀14和冷凝器13的风机17，第三控制器3关闭冷却水泵19。
一实施例中，为了预防汽车电池7的温度不均(该温度不均可以是指汽车电池7局部温度过高或者局部温度过低的情况)，而导致汽车电池7的使用寿命缩短或者容易导致安全事故发生。本实施例通过第一控制器1来获取汽车电池7不同位置上的温度，而当汽车电池7不同位置上的温度之差大于或等于10℃时，利用第三控制器3控制冷却水泵19重复以下过程:开启40s～120s(比如：50s、60s、70s、80s、90s、100s或110s)且关闭240s～360s(比如：250s、260s、270s、280s、290s、300s、310s、320s、330s、340s或350s)；以此用过冷却水泵19和制冷装置110来调节汽车电池7的不同位置的温度，由此将汽车电池7不同位置上的温度之差控制在一定的范围内。
而当冷却水泵19重复开启和关闭多次并直至汽车电池7不同位置上的温度之差小于或等于6℃时，可以确定汽车电池7不同位置上的温度之差较小，由此第三控制器3控制关闭冷却水泵19。
一些实施例中，为了使汽车在充电过程中或充电完成后，汽车电池7具有合适的温度，以在用户启动汽车后，汽车电池7能够良好地运作以提供电能。本实施例通过第一控制器1获取汽车电池7在充电过程中或充电完成后的温度，当汽车电池7的温度小于或等于5℃时，第三控制器3控制加热水泵9启动，而后第一控制器1控制加热器10开启且第三控制器3控制冷却水泵19启动，以此在汽车电池7、冷却水泵19、制冷交换器22和加热交换器8之间形成循环水路，并通过该加热装置120来提高导热介质的温度。进而，通过导热介质在循环水路间的流动来提高汽车电池7的温度，以延长汽车电池7的使用寿命，并降低安全隐患。
一些实施例中，汽车电池7的温控系统100还可以包括：电池温度传感器23和水温传感器24。该电池温度传感器23用于获取汽车电池7的温度，并以汽车电池7的温度信号的形式反馈给第三控制器3。该水温传感器24用于获取导热介质的温度，并以导热介质的温度信号的形式反馈给第三控制器3。第三控制器3再将汽车电池温度的数据和导热介质温度的数据反馈给第一控制器1。由此，第一控制器1可以通过第三控制器3给予的反馈信号5而向第三控制器3发送第二控制信号6b，第三控制器3基于第一控制器1发出的第二控制信号6b，相应调整加热水泵9的转速。
当第一控制器1确定汽车电池7的温度小于或等于5℃，且该汽车电池7与导热介质的温差小于或等于8℃～12℃(比如：9℃、10℃或11℃)时，可以确定汽车电池7和导热介质的温度均较低。基于此，第三控制器3控制加热水泵9开启，然后第一控制器1控制加热器10和电池膨胀阀14开启，以通过该加热装置120来提高导热介质的温度，进而通过导热介质来提高汽车电池7的温度。而当汽车电池7加热到其温度大于或等于10℃时，可以确定汽车电池7的温度相对较高，此情况下，汽车进行充电或者行驶均不会有较大的风险。由此，第一控制器1关闭加热器10，而后第三控制器3再关闭加热水泵9，以结束该汽车电池7的加热过程。
一些实施例中，在该汽车电池7的加热过程中，当导热介质的温度大于或等于40℃，第一控制器1控制关闭加热器10；当导热介质的温度小于或等于35℃，第一控制器1控制开启加热器10。由此，在此加热过程中，导热介质可以具有相对稳定的温度，并使汽车电池7可以相对稳定地提高温度，便于该温控系统100对汽车电池7的温度进行控制，并预防汽车电池7加热过快或过慢而可能导致的安全隐患。
应当理解，当汽车电池7的温度又降低到5℃或以下，且该汽车电池7与导热介质的温差小于或等于8℃～12℃时，控制装置130又会进行以上的加热流程，以提高汽车电池7的温度。
为了防止外界环境的剧烈变化而导致水温传感器24获取到一些无效的温度数据，本申请实施例提供的温控系统100还可以通过第三控制器3及水温传感器24的配合，而对导热介质的温度数据进行筛选。第三控制器3每间隔预设时间获取一次导热介质的温度，该预设时间可以是几秒、十几秒或几十秒，不做限定。而当导热介质在相邻时刻或者同一时刻获取到的最大温度和最小温度的差值大于或等于15℃时，第三控制器3丢弃该最大温度和最小温度(或者可以指不将该最大温度和最小温度反馈给第一控制器1)，进而第三控制器3控制水温传感器24在4s～10s(比如：5s、6s、7s、8s或9s)后重新获取导热介质的温度，以此消除外界环境变化而对水温传感器24所造成的影响，并使温控系统100维持正常的工作状态。
应当理解，相邻时刻之间的时间即为预设时间。而当第三控制器3丢弃该最大温度和最小温度时，可以是保持之前时刻获取到的最大温度和最小温度，并在4s～10s后重新获取导热介质的温度。此外，最大温度和最小温度也可以来源于汽车电池7在同一时刻的不同位置上的温度。
一些实施例中，上述实施例中的温控系统100还可以包括压力传感器25，该压力传感器25可以获取制冷装置110内部的压力数据，并以压力信号的形式传输给第一控制器1，以使第一控制器1可以根据需求调整制冷装置110内部的压强。
以上所述是本申请具体的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽车电池的温控系统，其特征在于，包括：制冷装置、加热装置和控制装置；
所述控制装置分别与所述制冷装置和所述加热装置电连接，所述制冷装置和所述加热装置均用于与汽车电池相连通，并供导热介质流动而调整所述导热介质的温度；
基于汽车状态信号以及所述汽车电池的温度信号，所述控制装置控制所述制冷装置和/或所述加热装置，以通过所述导热介质的热传导而调整所述汽车电池的温度；其中，所述汽车状态信号包括：充电模式和行驶模式。
2.如权利要求1所述的汽车电池的温控系统，其特征在于，所述控制装置包括：第一控制器和第二控制器；所述制冷装置包括：压缩机、冷凝器、制冷膨胀阀、蒸发器、制冷交换器和电池膨胀阀；
所述压缩机、所述冷凝器、所述制冷膨胀阀和所述蒸发器依次相连而形成制冷回路；所述电池膨胀阀一端连接在所述冷凝器和所述制冷膨胀阀之间，另一端连接所述制冷交换器，所述制冷交换器远离所述电池膨胀阀的一端连接在所述蒸发器和所述压缩机之间，并与所述汽车电池相连通；所述导热介质经过所述制冷交换器进入所述冷却回路，以降低所述导热介质的温度；
基于所述汽车状态信号、所述汽车电池的温度信号、以及所述第二控制器的反馈信号，所述第一控制器控制所述制冷膨胀阀的开度、以及控制所述压缩机和所述冷凝器的风机的转速，并输出第一控制信号；所述第二控制器接收所述制冷装置的状态信号和所述第一控制信号，以控制所述蒸发器的风机的转速。
3.如权利要求2所述的汽车电池的温控系统，其特征在于，所述控制装置还包括：第三控制器；所述加热装置包括：加热水泵、加热器和加热交换器；
所述加热水泵、所述加热器和所述加热交换器依次连通以形成加热回路，所述加热交换器与所述汽车电池相连通；所述导热介质经过所述加热交换器进入所述加热回路，以提高所述导热介质的温度；
所述第一控制器基于接收的所述汽车状态信号、所述汽车电池的温度信号、以及所述第三控制器的反馈信号，以控制所述加热器的启停，并输出第二控制信号；所述第三控制器接收所述加热装置的状态信号和所述第二控制信号，以控制所述加热水泵的转速。
4.如权利要求3所述的汽车电池的温控系统，其特征在于，所述温控系统还包括：冷却水泵，所述冷却水泵设于所述冷却交换器和所述汽车电池之间；所述第三控制器与所述冷却水泵电连接，以控制所述冷却水泵的转速。
5.如权利要求4所述的汽车电池的温控系统，其特征在于，当所述汽车处于充电模式或行驶模式、所述制冷装置关闭且所述汽车电池的温度大于或等于40℃时，所述第一控制器控制所述冷凝器的风机启动，所述第三控制器控制所述冷却水泵启动，而后所述第一控制器再控制所述电池膨胀阀和所述压缩机启动，以使所述导热介质带走所述汽车电池的热量。
6.如权利要求4所述的汽车电池的温控系统，其特征在于，当所述汽车处于充电模式或行驶模式、所述制冷装置开启且所述汽车电池的温度大于或等于35℃时，所述第一控制器控制所述冷凝器的风机启动，所述第三控制器控制所述冷却水泵启动，而后所述第一控制器再控制所述制冷膨胀阀、所述电池膨胀阀和所述压缩机启动，以使所述导热介质带走所述汽车电池的热量。
7.如权利要求4所述的汽车电池的温控系统，其特征在于，当所述第一控制器确定所述汽车电池不同位置上的温度之差大于或等于10℃时，所述第三控制器控制所述冷却水泵重复开启40s～120s且关闭240s～360s的过程；直至所述汽车电池不同位置上的温度之差小于或等于6℃，所述第三控制器控制所述冷却水泵关闭。
8.如权利要求3所述的汽车电池的温控系统，其特征在于，当所述第一控制器确定所述汽车处于充电模式或充电完成，并且所述汽车电池的温度小于或等于5℃时，所述第三控制器控制所述加热水泵启动，而后所述第一控制器控制所述加热器开启且所述第三控制器控制所述冷却水泵启动，以提高所述汽车电池的温度。
9.如权利要求1所述的汽车电池的温控系统，其特征在于，所述温控系统还包括：电池温度传感器和水温传感器；
所述电池温度传感器用于获取所述汽车电池的温度，所述水温传感器用于获取所述导热介质的温度，并分别以所述汽车电池的温度信号和所述导热介质的温度信号的形式反馈给所述控制装置；
所述控制装置用于在所述汽车电池的温度小于或等于5℃，且该汽车电池与所述导热介质的温差小于或等于8℃～12℃时，控制所述加热装置启动；以及在所述汽车电池的温度大于或等于10℃时，控制所述加热装置关闭。
10.如权利要求8所述的汽车电池的温控系统，其特征在于，所述控制装置控制所述水温传感器每间隔预设时间获取所述导热介质的温度；
当所述导热介质在相邻时刻或同一时刻获取到的最大温度和最小温度的差值大于或等于15℃时，所述控制装置丢弃该最大温度和最小温度，并控制所述水温传感器在4s～10s后重新获取所述导热介质的温度。
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