CN110854475B - 一种电动汽车温控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动汽车的温控系统，包括：动力电池、驱动系统、空调、电池冷却器、第一、第二、第三多通路阀门，动力电池和驱动系统并联连接在第一多通路阀门与第二多通路阀门之间，驱动系统、第二多通路阀门、动力电池、第一多通路阀门形成第一加热回路；电池冷却器并联连接在空调制冷回路上，用于进行电池冷却液与空调制冷回路的冷媒之间的热交互，电池冷却器还分别与第一多通路阀门和第三多通路阀门相连，第三多通路阀门与第二多通路阀门相连；第一多通路阀门、动力电池、第二多通路阀门、第三多通路阀门、电池冷却器形成第一冷却回路。该温控系统实现对动力电池的快速冷却，以及利用驱动系统的余热给动力电池加热，提高系统能量利用率。

Description

一种电动汽车温控系统
技术领域
本发明涉及电动汽车温控领域，尤其涉及一种电动汽车温控系统。
背景技术
由电池特性决定，电动汽车动力电池在温度过低和过高时，工作状态都很不理想，如环境温度过低，导致电池活性较差，工作效率低，充放电性能差；环境温度过高时，会导致动力电池温度过高会有过温风险，因而电动汽车上具有一套温度管理系统，为动力电池和驱动系统进行温度调节，使其工作在合适温度下。现有的温控系统多分为两个模块，一个模块单独为电池冷却或加热，另一个模块为驱动系统冷却。上述温控系统能量利用率低，驱动系统产生的热量没有有效利用，如：环境温度较低时，驱动系统产生大量热量，需散热，但同时电池所处环境温度低，需加热；此外，上述温控系统电池冷却效率低，如：环境温度较高或电池在较长时间快充充电时，温度快速上升，需要快速冷却降温，而上述温控系统难以快速将电池温度控制在理想范围内。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电动汽车温控系统，该温控系统能够实现电动汽车动力电池的快速冷却以及利用电动汽车的驱动系统的热量为动力电池进行加热。
为了解决上述问题，本发明提供一种电动汽车温控系统，包括：
动力电池、驱动系统、空调、电池冷却器、第一多通路阀门、第二多通路阀门、第三多通路阀门，其中，
所述动力电池和驱动系统并联连接在第一多通路阀门与第二多通路阀门之间，所述驱动系统、第二多通路阀门、动力电池、第一多通路阀门形成第一加热回路；
所述电池冷却器并联连接在空调制冷回路上，用于进行电池冷却液与空调制冷回路的冷媒之间的热交互，所述电池冷却器还分别与所述第一多通路阀门和第三多通路阀门相连，所述第三多通路阀门与所述第二多通路阀门相连；所述第一多通路阀门、动力电池、第二多通路阀门、第三多通路阀门、电池冷却器形成第一冷却回路。
其中，所述温控系统还包括：
连接在所述第一多通路阀门与所述第三多通路阀门之间的电池散热器，所述动力电池、第二多通路阀门、第三多通路阀门、电池散热器、第一多通路阀门形成第二冷却回路。
其中，所述温控系统还包括：
连接在所述第一多通路阀门与所述第二多通路阀门之间的驱动系统散热器，所述第二多通路阀门、驱动系统散热器、第一多通路阀门、驱动系统形成第三冷却回路。
其中，所述温控系统还包括：
连接在所述第一多通路阀门与所述动力电池之间的加热器，所述加热器、动力电池、第二多通路阀门、第三多通路阀门、电池冷却器、第一多通路阀门形成第二加热回路。
其中，所述温控系统还包括：
设置在所述第一冷却回路、第二冷却回路以及第二加热回路中、用于驱动电池冷却液流动的第一电动水泵；以及
设置在所述驱动系统与所述第二多通路阀门之间、用于驱动冷却液流动的第二电动水泵。
其中，所述第一多通路阀门为第一四通阀，所述第二多通路阀门为第二四通阀，所述第三多通路阀门为三通阀，所述动力电池连接在所述第一多通路阀门的第四端与所述第二多通路阀门的第四端之间，所述电池冷却器的第一端与所述空调制冷回路中的冷凝器的一端连接，所述冷凝器的另外一端与制冷回路中的压缩机的一端连接，所述压缩机的另外一端与电池冷却器的第二端连接，所述电池冷却器的第三端与所述三通阀的第二端连接，所述三通阀的第一端与所述第二四通阀的第二端连接，所述电池冷却器的第四端通过所述第一电动水泵与所述第一四通阀的第二端连接。
其中，所述驱动系统连接在所述第一四通阀的第三端与所述第二四通阀的第三端之间。
其中，所述电池散热器的一端通过所述第一电动水泵与所述第一四通阀的第二端连接，所述电池散热器的另外一端与所述三通阀的第三端连接。
其中，所述驱动系统散热器连接在所述第一四通阀的第一端与所述第二四通阀的第一端之间。
其中，所述加热器连接于所述第一四通阀的第四端与所述动力电池之间。
本发明实施例的有益效果在于：在动力电池需要冷却时，能够通过电池冷却液与空调冷媒进行热交互从而对电池进行快速冷却，在动力电池需要进行加热时，能够通过电动汽车的驱动系统的热量对动力电池进行加热。因而本发明的温控系统能够实现对动力电池的快速冷却，还能有效地利用驱动系统的余热给动力电池加热，提高系统能量利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种电动汽车温控系统的电路示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
请参照图1所示，本发明提供一种电动汽车温控系统，包括：动力电池1、驱动系统2、空调3、电池冷却器4、第一多通路阀门5、第二多通路阀门6、第三多通路阀门7，其中，动力电池1和驱动系统2并联连接在第一多通路阀门5与第二多通路阀门6之间，驱动系统2、第二多通路阀门6、动力电池1、第一多通路阀门5形成第一加热回路；电池冷却器4并联连接在空调制冷回路上，用于进行电池冷却液与空调制冷回路的冷媒之间的热交互，电池冷却器4还分别与第一多通路阀门5和第三多通路阀门7相连，第三多通路阀门7与第二多通路阀门6相连；第一多通路阀门5、动力电池1、第二多通路阀门6、第三多通路阀门7、电池冷却器4形成第一冷却回路。
具体地，驱动系统2主要指电动汽车的驱动电机。
具体地，空调制冷回路包括冷凝器8和压缩机9，冷凝器8与空调3的一端连接，压缩机9的一端与所述冷凝器8的另外一端连接，压缩机9的另外一端与空调3的另外一端连接。
具体地，第一加热回路利用所述驱动系统产生的热量为所述动力电池加热。
具体地，第一冷却回路通过电池冷却液与空调冷媒进行热交互，从而实现动力电池的快速冷却。
其中，温控系统还包括：连接在第一多通路阀门5与第三多通路阀门7之间的电池散热器，动力电池1、第二多通路阀门6、第三多通路阀门7、电池散热器4、第一多通路阀门5形成第二冷却回路。
具体地，所述第二冷却回路为动力电池1的一般冷却回路。
其中，温控系统还包括：连接在第一多通路阀门5与第二多通路阀门6之间的驱动系统散热器11，第二多通路阀门6、驱动系统散热11器、第一多通路阀门5、驱动系统2形成第三冷却回路。
具体地，第三冷却回路为驱动系统的散热回路，驱动系统经由所述第三冷却回路进行散热。
其中，温控系统还包括：连接在第一多通路阀门5与动力电池1之间的加热器12，加热器12、动力电池1、第二多通路阀门6、第三多通路阀门7、电池冷却器4、第一多通路阀门5形成第二加热回路。
需要说明的是，当电池冷却器4不与空调冷媒进行交换时，冷却液也可以从电池冷却器4的进口进出，并且可以从其对应的出口输出冷却液。
需要说明的是，当加热器12不工作时，冷却液也可以通过加热器12进行流通。
其中，温控系统还包括：设置在第一冷却回路、第二冷却回路以及第二加热回路中、用于驱动电池冷却液流动的第一电动水泵13；以及设置在驱动系统与第二多通路阀门6之间、用于驱动冷却液流动的第二电动水泵14。
具体地，第一多通路阀门5为第一四通阀，第二多通路阀门6为第二四通阀，第三多通路阀门7为三通阀，第一多通路阀门5的第一端C1通过驱动系统散热器11与第二多通路阀门6的第一端D1连接，第一多通路阀门5的第二端C2通过第一电动水泵13与电池冷却器4的第四端B4连接，电池冷却器4的第三端B3与第三多通路阀门7的第二端A2连接，第三多通路阀门的第一端A1与第二多通路阀门6的第二端D2连接，电池冷却器的第一端B1与空调制冷回路的冷凝器8的一端连接，冷凝器8的另外一端与压缩机9的一端连接，压缩机9的另外一端与电池冷却器4的第二端B2连接。第一多通路阀门5的第二端C2还通过所述第一电动水泵13与电池散热器10的一端连接，电池散热器10的另外一端与第三多通路阀门7的第三端A3连接，第一多通路阀门5的第三端C3通过驱动系统2、第二电动水泵14与第二多通路阀门6的第三端D3连接，第一多通路阀门5的第四端C4通过加热器12、动力电池1与第二多通路阀门6的第四端D4连接。
需要说明的是，该第一多通路阀门5、第二多通路阀门6以及第三多通路阀门7还可以利用其它的部件代替，具体地，可以采用多个电磁阀来代替第一多通路阀门、第二多通路阀门或第三多通路阀门，只是采用多个电磁阀代替四通阀或三通阀的成本相对较高。
其中，温控系统还包括设置在压缩机9与电池冷却器4的第二端口之间的第一温度传感器T1，该第一温度传感器T1用于测量空调制冷回路的温度，设置在加热器12和动力电池1之间的第二温度传感器T2，该第二温度传感器T2用于测量动力电池进水口的温度，设置在动力电池1和第二四通阀6的第四端口之间的第三温度传感器T3，该第三温度传感器T3用于测量动力电池出水口的温度，设置在第一四通阀5的第三端与驱动系统2之间的第四温度传感器T4，该第四温度传感器T4用于测量驱动系统的温度。
需要说明的是，本发明的温控系统还可以包括电动汽车中的其他散热部件15，该其他散热部件15可与所述驱动系统2的一端连接，其另外一端与所述第一四通阀的第三端连接，具体地，其他散热部件15可以是充电机、直流变换器等部件，上述部件在工作时会发热，因而需要散热。
具体地，该其他散热部件15可以通过第三冷却回路进行散热，也可以通过第一加热回路对动力电池进行加热。
以下具体介绍本发明的温控系统的工作原理。
关于电池加热：
电池加热的条件为：一般情况是冬季环境温度较低的情况下，需要为电池加热以保证电池性能。具体地，可以是以下三种工况：
工况模拟1：环境温度较低，电池性能差，车辆key off状态。此时驾驶员上车，打钥匙，车辆key on状态，整车上高压，驱动系统开始工作发出大量热量，借用此热量为电池加热，改善电池工作环境，以节省整车能量。
工况模拟2：环境温度较低，电池性能差，车辆key off状态。此时驾驶员插充电枪，为车辆充电(此时，驱动系统不工作)，整车开始充电，充电机、直流变换器等部件散发出大量热量，借用此热量为电池加热，改善电池工作环境，以节省整车能量。
工况模拟3：环境温度较低，电池性能差，车辆key off状态。此时驾驶员上车，打钥匙，车辆key off状态，整车上高压，驱动系统开始工作发出大量热量，借用此热量为电池加热，改善电池工作环境。随着驱动系统所处环境温度的逐渐上升，需要对其进行加大散热功率，此时驱动系统的冷却回路切换，不再为电池加热，进而通过驱动系统散热器与空气进行热交换来散热，而电池仍然需要加热以维持较优工作环境，此时通过加热器为电池冷却液加热。
为电池加热存在两种方式，分别为通过驱动系统热量为电池冷却液进行加热，另外一种方式为仅依靠加热器工作加热。
模式一、动力电池经由第一加热回路进行加热
使C3和C4导通，D4和D3导通，第二电动水泵14驱动冷却液流动，从D3到D4，穿过第三温度传感器T3，流经动力电池1为电池加热，穿过第二温度传感器T2，从C4到C3，穿过第四温度传感器T4和其他散热部件15到驱动系统2，又流回第二电动水泵处14。
需要说明的是，在动力电池经由第一加热回路进行加热的过程中，该加热器可以处于加热状态。
需要说明的是，此时电池的加热回路与空调冷却回路无关，空调系统仍然可以正常工作。
模式二、动力电池经由第二加热回路进行加热
使C2和C4导通，D2和D4导通，A1和A2导通，第一电动水泵13驱动冷却液流动，从C2到C4，流经加热器12为冷却液进行加热，流经第二温度传感器T2，到动力电池1，为动力电池加热，冷却液穿过第三温度传感器T3，从D4到D2，从A1到A2，B3到B4，回到第一电动水泵13处。
模式三、驱动系统经由第三冷却回路进行冷却
使得C1和C3导通，D1和D3导通，冷却液经过第二电动水泵14进行驱动，从D3到D1，在驱动系统散热器11处，冷却液与空气进行热交换，经过热交换后的冷却液从C1到C3，经过第四温度传感器T4、其他散热部件15、驱动系统2回到第二电动水泵14处。
模式四、动力电池经由第二冷却回路进行一般冷却
使得C2和C4导通，A1和A3导通，D2和D4导通，此时加热器12不工作，但是冷却液可以从加热器中流过，冷却液从动力电池1中流出，经温度传感器T3后，再经D4、D2、A1、A3，流入电池散热器10，在电池散热器10处，冷却液与空气进行热交换达到散热的目的，冷却液从电池散热器10中流出，经过第一电动水泵13驱动，穿过C2和C4，穿过加热器12和第二温度传感器T2，流回动力电池1处。
需要说明的是，动力电池通过所述第二冷却回路进行一般冷却和驱动系统通过第三散热回路进行散热两者可以同时工作，两者之间没有热交换，也可以只选择两者中的其一进行工作，具体视车辆工况需求而定。
模式五、动力电池经由第一冷却回路进行快速冷却
使得C2和C4导通，D2和D4导通，A1和A2导通，电池冷却液经第一电动水泵13进行驱动，从C2至C4，穿过加热器12，冷却液经过第二温度传感器T2、动力电池1，第三温度传感器T3，从D4到D2，从A1到A2，流入B3，在电池冷却器4处，电池冷却液与空调冷媒进行热交换，从B4流出，流回第一电动水泵13，从而达到降温的目的。而在此过程中，空调冷却回路的冷媒经压缩机到冷凝器，然后分流，分别经过空调3和电池冷却器4，空调冷却回路进行制冷。
需要说明的是，在动力电池通过电池冷却器进行快速冷却的过程中，加热器并不工作，但冷却液可以穿过加热器。
需要说明的是，在空调进行制冷的过程中，如果乘员舱不开启空调或吹风，经过空调总成的冷媒不会为乘员舱空气制冷的，也就是不会影响到乘客正常使用空调。
以下说明动力电池在加热和冷却过程中的模式切换。
假设T慢为动力电池经由第二冷却回路进行冷却的温度阈值，T快为动力电池经由第一冷却回路进行冷却的温度阈值，T0为电池经过第一加热回路进行加热时的驱动系统的温度阈值，T动为动力电池的温度，T驱为驱动系统的温度，其中，T慢、T快、T0为设定值。
当动力电池需要加热时，当T驱＜T0时，此时驱动系统产生大量热量，由于动力电池需要加热，驱动系统和动力电池工作在模式一的状态，利用驱动系统散发的热量为动力电池加热，随着驱动系统产生的热量越来越多，驱动系统的温度越来越高，当T驱＞T0时，此时，不再利用驱动系统产生的热量为动力电池充电，驱动系统自身需要散热，如果此时，动力电池的温度仍然较低，动力电池仍然需要充电，则驱动系统由模式一切换到模式三，驱动系统通过第三冷却回路进行冷却，动力电池由模式一切换到模式二，动力电池通过第二加热回路进行加热，直至电池的温度处于合适的范围内。
当动力电池需要冷却，当T慢＜T动＜T快，则使得动力电池工作在模式四，动力电池通过第二冷却回路进行一般冷却，当T动＞T快，则应使得动力电池工作在模式五，动力电池通过第一冷却回路进行快速冷却。
本发明的温控系统，在动力电池需要冷却时，能够通过电池冷却液与空调冷媒进行热交互从而对动力电池进行快速冷却，在动力电池需要进行加热时，能够通过电动汽车的驱动系统的热量对动力电池进行加热。因而本发明的温控系统能够实现对动力电池的快速冷却，还能有效地利用驱动系统的余热给动力电池加热，提高系统能量利用率。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种电动汽车温控系统，其特征在于，包括：
动力电池、驱动系统、空调、电池冷却器、第一四通阀、第二四通阀、三通阀、电池散热器、驱动系统散热器、加热器；
所述动力电池和驱动系统并联连接在第一四通阀与第二四通阀之间；所述电池冷却器并联连接在空调制冷回路上，用于进行电池冷却液与空调制冷回路的冷媒之间的热交互，所述电池冷却器还分别与所述第一四通阀和三通阀相连，所述三通阀与所述第二四通阀相连；所述电池散热器连接在所述第一四通阀与所述三通阀之间；所述驱动系统散热器连接在所述第一四通阀与所述第二四通阀之间；所述加热器连接在所述第一四通阀与所述动力电池之间；
所述驱动系统、第二四通阀、动力电池、加热器、第一四通阀用于形成第一加热回路；所述加热器、动力电池、第二四通阀、三通阀、电池冷却器、第一四通阀用于形成第二加热回路；所述第一四通阀、加热器、动力电池、第二四通阀、三通阀、电池冷却器用于形成第一冷却回路；所述动力电池、第二四通阀、三通阀、电池散热器、第一四通阀、加热器用于形成第二冷却回路；所述第二四通阀、驱动系统散热器、第一四通阀、驱动系统用于形成第三冷却回路。
2.根据权利要求1所述的温控系统，其特征在于，还包括：
设置在所述第一冷却回路、第二冷却回路以及第二加热回路中、用于驱动电池冷却液流动的第一电动水泵；以及
设置在所述驱动系统与所述第二四通阀之间、用于驱动冷却液流动的第二电动水泵。
3.根据权利要求2所述的温控系统，其特征在于：
所述动力电池连接在所述第一四通阀的第四端与所述第二四通阀的第四端之间，所述电池冷却器的第一端与所述空调制冷回路中的冷凝器的一端连接，所述冷凝器的另外一端与制冷回路中的压缩机的一端连接，所述压缩机的另外一端与电池冷却器的第二端连接，所述电池冷却器的第三端与所述三通阀的第二端连接，所述三通阀的第一端与所述第二四通阀的第二端连接，所述电池冷却器的第四端通过所述第一电动水泵与所述第一四通阀的第二端连接。
4.根据权利要求3所述的温控系统，其特征在于：
所述驱动系统连接在所述第一四通阀的第三端与所述第二四通阀的第三端之间。
5.根据权利要求4所述的温控系统，其特征在于：
所述电池散热器的一端通过所述第一电动水泵与所述第一四通阀的第二端连接，所述电池散热器的另外一端与所述三通阀的第三端连接。
6.根据权利要求5所述的温控系统，其特征在于：
所述驱动系统散热器连接在所述第一四通阀的第一端与所述第二四通阀的第一端之间。
7.根据权利要求6所述的温控系统，其特征在于：
所述加热器连接于所述第一四通阀的第四端与所述动力电池之间。
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