CN113054280A - 一种余热利用tec冷却的电动车热管理系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种余热利用TEC冷却的电动车热管理系统及控制方法，涉及汽车电池热管理技术域。本发明包括有半导体制冷片，所述半导体制冷片包括第一制冷片和第二制冷片，所述第一制冷片和所述第二制冷片之间设置有风道；所述第一制冷片和所述第二制冷片连接有供电模块；电机集热单元，所述电机集热单元用于收集位于电动汽车上的动力电机的热量；风机，所述风机将空气送入风道内，所述风机上设置有风源选择单元；控制单元；本发明能够适应于电动车的各种工况，提高了电池工作的稳定性。

Description

一种余热利用TEC冷却的电动车热管理系统及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车电池热管理技术域，尤其涉及一种余热利用TEC冷却的电动车热管理系统及控制方法。

背景技术

现在的电动车热管理系统主要有两大类：其一是驾驶室和乘客室冷暖空调系统；其二是驱动电池的热管理系统，为了保障动力电池的可靠充放电以及其长寿命，就必须给电池提供可靠的冷却和加热环境。

电动车在行驶过程中，动力电池放电电流波动起伏、产热及其不均衡，均需要非常可靠的热管理系统，温度过高或者过低都不利于动力电池的性能发挥，为延长动力电池寿命，提升其电化学性能以及能量效率，必须设计合理的电池热量管理系统，在高温条件下对电池进行散热、低温条件下对电池进行加热或者保温，以提升电动汽车整车性能。

常规的电池冷却和加热主要模式有风冷式、水冷式、相变材料以及PTC电加热等多种模式，这都需要消耗动力电池的电能储量，也直接影响动力电池的续航能力，同时目前的热管理系统不能使得电池的冷却工作和加热工作任意切换，，使得电池并不能保持在稳定的工作环境，从而使得电池不能稳定运行，因此，我们提出了一种余热利用TEC冷却的电动车热管理系统及控制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供一种余热利用TEC冷却的电动车热管理系统及控制方法，以解决现有技术中热管理系统难以保证电池的稳定运行环境的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种余热利用TEC冷却的电动车热管理系统，应用于电池的散热，包括：

半导体制冷片，所述半导体制冷片包括分别贴合于相邻的电池上的第一制冷片和第二制冷片，所述第一制冷片和所述第二制冷片用于对电池加热或冷却，所述第一制冷片和所述第二制冷片之间设置有用于空气通过的风道；所述第一制冷片和所述第二制冷片连接有供电模块；

电机集热单元，所述电机集热单元用于收集位于电动汽车上的动力电机的热量；

风机，所述风机将空气送入风道内，所述风机上设置有用于选择外界空气或流经于电机集热单元的热空气的风源选择单元，所述风源选择单元安装于风机的进气口；

控制单元，所述控制单元用于识别电池工况和控制所述第一制冷片和所述第二制冷片内电流方向，所述控制单元还控制风源选择单元选择空气源。

优选的，多组所述电池组成电池模组，不同的电池模组上的所述第一制冷片和所述第二制冷片连接有不同的供电模块，所述供电模块与控制单元电性连接。

优选的，所述风机连接有送风管道，所述送风管道与风道连通，且风道和送风管道的连接处设置有风门，所述风门用于控制风道的连通，所述风门通过控制单元控制开启和闭合。

一种电动车热管理系统控制方法，用于电动车电池包的热管理，所述电池包由电池组成，其特征在于，所述控制方法采用上述的余热利用TEC冷却的电动车热管理系统，包括以下步骤：

获取电池包的工况信息，所述工况信息包括低温制热工况、过渡工况和高温制冷工况；

选择气源，所述气源包括外界空气及流经于电动车驱动电机的空气；

控制所述第一制冷片和所述第二制冷片内的电流流向。

作为本发明进一步的方案，

所述低温制热工况为：电池的温度低于其稳定工作的温度下限，环境温度低于第二阈值；

所述过渡工况为：电池的温度位于其温度工作的范围之内，或所述电池的温度高于其稳定工作的温度上限且环境温度低于第一阈值；

所述高温制冷工况为：所述电池处于充电状态，或所述电池的温度高于其稳定工作的温度上限且环境温度高于第一阈值。

作为本发明再进一步的方案，所述电池包处于低温制热工况时，所述控制方法的具体步骤为：

通过风源选择单元控制风机和电机集热单元连通，所述风机将流经电机集热单元的空气送入风道内；

所述第一制冷片和所述第二制冷片上的制冷片负极接入供电模块的正极，所述第一制冷片和所述第二制冷片的制冷片正极接入供电模块的负极。

作为本发明更进一步的方案，所述电池包处于低温制热工况时，所述控制方法的具体步骤为：

所述控制单元控制通过风源选择单元控制风机和电机集热单元连通，所述风机将流经电机集热单元的空气送入风道内；

处于工作状态的所述电池上的第一制冷片和第二制冷片上的制冷片负极接入供电模块的正极，第一制冷片和第二制冷片的制冷片正极接入供电模块的负极；

处于非工作状态的所述电池上的第一制冷片和第二制冷片连接位于电动汽车上的充电模块。

作为本发明再进一步的方案，所述电池包处于过渡工况时，所述控制方法的具体步骤为：

通过风源选择单元控制风机和外界空气连通，所述风机将外界空气送入风道内；

所述第一制冷片和所述第二制冷片连接位于电动汽车上的充电模块。

作为本发明再进一步的方案，所述电池包处于高温制冷工况时，所述控制方法的具体步骤为：

通过风源选择单元控制风机和外界空气连通，所述风机将外界空气送入风道内；

所述第一制冷片和所述第二制冷片上的制冷片正极接入供电模块的正极，所述第一制冷片和所述第二制冷片上的制冷片负极接入供电模块的负极。

作为本发明更进一步的方案，所述电池包处于高温制冷工况时，所述控制方法的具体步骤为：

通过风源选择单元控制风机和外界空气连通，所述风机将外界空气送入风道内；

所述第一制冷片和所述第二制冷片连接位于电动汽车上的充电模块。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明通过改变贴合于电池上的第一制冷片和第二制冷片内的电流从而改变热管理系统的供电方式，使得热管理系统能够对电池加热和制冷，同时还能够根据电池及外界温度选择第一制冷片和第二制冷片的工作状态，相对于现有技术，本发明能够适应于电动车的各种工况，提高了电池工作的稳定性。

2、本发明在对电池工作时还能够根据电池的工况对电池充电，提高了电能的利用率和电动车的行程。

3、本发明还能够在电池充电时发电，提高的电池的充电效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中电池模组的结构示意图。

附图标记：1-电池，2-第一制冷片，3-第二制冷片，4-风道，5-风门，6-送风管道，7-风机，8-风源选择单元，9-电机集热单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

由图1～图2所示，一种余热利用TEC冷却的电动车热管理系统，应用于电池1的散热，包括：

半导体制冷片，所述半导体制冷片包括分别贴合于相邻的电池1上的第一制冷片2和第二制冷片3，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3用于对电池1加热或冷却，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3之间设置有用于空气通过的风道4，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3均通过导线有供电模块；

电机集热单元9，所述电机集热单元9用于收集位于电动汽车上的动力电机的热量；

风机7，所述风机7将空气送入风道4内，所述风机7上设置有用于选择外界空气或流经于电机集热单元9的热空气的风源选择单元8，所述风源选择单元8安装于风机7的进气口；

控制单元，所述控制单元用于识别电池工况和通过控制供电模块控制所述第一制冷片2和所述第二制冷片3内电流方向，所述控制单元还控制风源选择单元8选择空气源；

当电池1处于高温放电工况时，即电池1的温度高于其稳定工作温度的上限，且环境温度高于第一阈值时，此时，自然冷却的方式不能有效的将排放热量时，所述电池1控制所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上的制冷片正极接入供电模块的正极，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上的制冷片负极接入供电模块的负极，此时，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上贴合于电池1上的一端为低温端，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3吸收热量，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3远离电池1的一面散发热量，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3散发的热量进入风道4内，从而使得2和第二制冷片3能够起到对电池1降温的作用，此时，所述控制单元控制风源选择单元8将风机7和外界控制连通，风机7抽取外界的空气并将其送入风道4内，外界的空气进入风道4内后将第一制冷片2和3散发的热量带走并从风道4排出；从而完成对电池1的持续降温；

当电池1处于过渡工况时，即电池1的温度高于其稳定工作温度的上限，且环境温度低于第一阈值时，此时，自然冷却的方式能够对电池1降温，使得电池1保持稳定工作的温度，此时，控制单元通过控制供电模块对所述第一制冷片2和所述第二制冷片3断电，此时，控制单元控制风源选择单元8选择外界空气作为气源，风机7和外界空气连通，风机7抽取外界空气并将其送入风道4内，进入风道4内的外界控制带走电池1表面的热量；

当电池1处于低温制热工况时，即电池1的温度低于其稳定工作的温度下限，其外界环境温度低于第二阈值时，所述控制单元通过控制供电模块的正极接入所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上的制冷片负极，供电模块的负极接入所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上的制冷片正极，使得所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上的低温端远离电池1，所述控制单元控制风源选择单元8将风机7和电机集热单元9连通，所述电机集热单元9收集电动汽车上驱动电机的热量，外界控制经过电机集热单元9并被电机集热单元9加热后进入风机7内，所述风机7将被电机集热单元9加热后的空气送入风道4内，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3的低温端吸收风道4的热量，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3的高温端贴合于电池1上，风道4内的热量经过所述第一制冷片2和所述第二制冷片3搬运进入电池1内，从而对电池1加热；

多组所述电池1组成电池模组，多组所述电池模组组成电池包，所述电池包的外部设置有具有保温作用的电池包外壳，所述电池包安装于电动车上，用于对电动车供电；

所述电池模组由电池支架和电池1组成，所述电池1通过焊接的方式固定于电池支架上，所述风道4设置于电池模组内，在一些示例中，所述风道4为方形铜管，风道4的表面设置有绝缘层，所述风道4通过焊接的方式固定于电池支架上，且风道4位于所述第一制冷片2和所述第二制冷片3之间，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3通过胶粘的方式固定连接到电池1上，且所述第一制冷片2和所述第二制冷片3通过胶粘的方式与风道4贴合；

优选的，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3与电池1和风道4之间的胶为导热胶，从而使得所述第一制冷片2和所述第二制冷片3能够快速的与电池1和风道4完成热交换；

作为本发明的一种优选的方式，不同的电池模组上的所述第一制冷片2和所述第二制冷片3连接有不同的供电模块，从而使得控制单元能够分别控制电池模组，由于电池1在电动车上的供电方式以电池模组为单元进行供电，从而防止所述第一制冷片2和所述第二制冷片3对非工作状态的下的电池模组加热或降温，达到介于能源的问题；

所述风机7连接有送风管道6，所述送风管道6与风道4连通，且风道4和送风管道6的连接处设置有风门5，所述风门5用于控制风道4的连通，所述风门5通过控制单元控制开启和闭合，从而使得控制单元能够通过风门5控制不同模组内的风道4的连通；

在一些示例中，所述控制单元通过第一温度传感器检测电池1的温度，所述第一温度传感器固定连接于电池1的表面，所述控制单元通过第二温度传感器检测外界环境温度，所述第二温度传感器安装于电动车的外侧；

所述风门5和风源选择单元8均为电磁阀，所述风门5为两位两通电磁阀，所述风源选择单元8为两位三通电磁阀，所述风门5和风源选择单元8均通过导线与控制单元电性连接；

所述风机7为离心风机，所述风机7和风源选择单元8连通；

在一些示例中，所述电机集热单元9为设置与电机上的散热鳍片，所述散热鳍片的外部罩有导风罩，所述外界空气流经散热鳍片时，吸收散热鳍片的热量；

需要说明的是，本发明的电机集热单元9并未固有结构，电机集热单元9可以为任意能够吸收驱动电机热量的结构；

所述控制模块为单片机。

实施例2

一种基于上述余热利用TEC冷却的电动车热管理系统的电动车热管理系统控制方法，用于电动车电池包的热管理，包括：

获取电池包的工况信息，所述工况信息包括低温制热工况、过渡工况和高温制冷工况；

选择气源，所述气源包括外界空气及流经于电动车驱动电机的空气；

控制所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上的制冷片正极和制冷片负极与供电模块的接入方式；

当所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上的制冷片正极接入供电模块的正极，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上的制冷片负极接入供电模块的负极时，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3贴合于电池1上的一端为低温端，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3贴合于风道4的一端为高温端；

当所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上的制冷片负极接入供电模块的正极，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3的制冷片正极接入供电模块的负极时，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3贴合于电池1上的一端为高温端，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3贴合于风道4的一端为低温端；

当电池包处于低温制热工况时，即电池1的温度低于其稳定工作的温度下限，所述控制单元检测到环境温度低于第二阈值时，所述控制单元控制通过风源选择单元8控制风机7和电机集热单元9连通，所述控制单元控制所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上的制冷片负极接入供电模块的正极，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3的制冷片正极接入供电模块的负极，此时，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3贴合于电池1上的一端为高温端，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3贴合于风道4的一端为低温端，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3吸收风道4的热量并将其运输到电池1上，从而对电池1进行加热；

优选的，当电动车的驱动电机处于工作状态时，所述控制单元打开位于电池包内所有的电池模组上的风门5，外界空气流经电机集热单元9时吸收驱动电机的热量将经过风机7和送风管道6进入风道4内，处于工作状态的电池模组所述第一制冷片2和所述第二制冷片3接通供电模块，处于工作状态的电池模组上的所述第一制冷片2和所述第二制冷片3加热电池1，处于非工作状态电池模组上的所述第一制冷片2和所述第二制冷片3连接位于电动汽车上的充电模块，此时，处于非工作状态电池模组上的所述第一制冷片2和所述第二制冷片3的两端存在温差，处于非工作状态电池模组上的所述第一制冷片2和所述第二制冷片3能够产生电流，从而为电池1充电；

在一些示例中，位于第一制冷片2上的制冷片正极接入供电模块负极，位于第一制冷片2上的制冷片负极接入供电模块正极，第二制冷片3连接位于电动汽车上的充电模块，第一制冷片2能够对电池1降温，第二制冷片3能够发电，从而使得第二制冷片3能够补充第一制冷片2所消耗的电能；

当电池包处于过渡工况时，即电池1的温度位于其温度工作的范围之内，或者所述电池1的温度高于其稳定工作的温度上限且环境温度低于第一阈值时，所述控制单元控制所述第一制冷片2和所述第二制冷片3均断电，所述电池1通过其自身的被动散热完成散热工作；

优选的，当电池1处于工作状态时，所述控制单元通过8控制风机7和电机集热单元9连通，此时，风机7将外界控制送入风道4内，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3接入充电模块，此时，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3的两端存在温度差，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3能够发电，从而为电池1补充电能；

当电池包处于高温制冷工况时，所述控制单元通过风源选择单元8控制风机7和外界空气连通，所述风机7将外界空气送入风道4内，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上的制冷片正极接入供电模块的正极，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上的制冷片负极接入供电模块的负极，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3贴合于电池1上的一端为低温端，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3贴合于风道4的一端为高温端，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3对电池1吸收电池1的温度，进入所述风道4内的外界空气带走风道4内的热量；

所述高温制冷工况包括电池1处于充电状态和所述电池1的温度高于其稳定工作的温度上限且环境温度高于第一阈值时；

在一些示例中，所述电池1的温度高于其稳定工作的温度上限且环境温度高于第一阈值时，所述控制单元打开位于电池包内所有的电池模组上的风门5，所述控制单元通过风源选择单元8控制风机7和外界空气连通，所述风机7将外界空气送入风道4内；所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上的制冷片正极接入供电模块的正极，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3上的制冷片负极接入供电模块的负极，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3贴合于电池1上的一端为低温端，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3贴合于风道4的一端为高温端，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3对电池1吸收电池1的温度，进入所述风道4内的外界空气带走风道4内的热量；

所述电池1处于充电状态时，所述控制单元通过风源选择单元8控制风机7和外界空气连通，所述风机7将外界空气送入风道4内，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3连接位于电动汽车上的充电模块，由于环境温度低于所述电池1充电时的温度上限，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3的两端存在温差，所述第一制冷片2和所述第二制冷片3能够产生电流，从而达到提高充电效率的作用，同时还能够起到对电池1降温的作用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种余热利用TEC冷却的电动车热管理系统，应用于电池的散热，其特征在于，包括：

半导体制冷片，所述半导体制冷片包括分别贴合于相邻的电池上的第一制冷片和第二制冷片，所述第一制冷片和所述第二制冷片用于对电池加热或冷却，所述第一制冷片和所述第二制冷片之间设置有用于空气通过的风道；所述第一制冷片和所述第二制冷片连接有供电模块；

电机集热单元，所述电机集热单元用于收集位于电动汽车上的动力电机的热量；

风机，所述风机将空气送入风道内，所述风机上设置有用于选择外界空气或流经于电机集热单元的热空气的风源选择单元，所述风源选择单元安装于风机的进气口；

控制单元，所述控制单元用于识别电池工况和控制所述第一制冷片和所述第二制冷片内电流方向，所述控制单元还控制风源选择单元选择空气源。

2.根据权利要求1所述的余热利用TEC冷却的电动车热管理系统，其特征在于，多组所述电池组成电池模组，不同的电池模组上的所述第一制冷片和所述第二制冷片连接有不同的供电模块，所述供电模块与控制单元电性连接。

3.根据权利要求1所述的余热利用TEC冷却的电动车热管理系统，其特征在于，所述风机连接有送风管道，所述送风管道与风道连通，且风道和送风管道的连接处设置有风门，所述风门用于控制风道的连通，所述风门通过控制单元控制开启和闭合。

4.一种电动车热管理系统控制方法，用于电动车电池包的热管理，所述电池包由电池组成，其特征在于，所述控制方法采用权利要求1-3任意一项所述的余热利用TEC冷却的电动车热管理系统，包括以下步骤：

获取电池包的工况信息，所述工况信息包括低温制热工况、过渡工况和高温制冷工况；

选择气源，所述气源包括外界空气及流经于电动车驱动电机的空气；

控制所述第一制冷片和所述第二制冷片内的电流流向。

5.根据权利要求4所述的电动车热管理系统控制方法，其特征在于，

所述低温制热工况为：电池的温度低于其稳定工作的温度下限，环境温度低于第二阈值；

所述过渡工况为：电池的温度位于其温度工作的范围之内，或所述电池的温度高于其稳定工作的温度上限且环境温度低于第一阈值；

所述高温制冷工况为：所述电池处于充电状态，或所述电池的温度高于其稳定工作的温度上限且环境温度高于第一阈值。

6.根据权利要求5所述的电动车热管理系统控制方法，其特征在于，所述电池包处于低温制热工况时，所述控制方法的具体步骤为：

通过风源选择单元控制风机和电机集热单元连通，所述风机将流经电机集热单元的空气送入风道内；

所述第一制冷片和所述第二制冷片上的制冷片负极接入供电模块的正极，所述第一制冷片和所述第二制冷片的制冷片正极接入供电模块的负极。

7.根据权利要求6所述的电动车热管理系统控制方法，其特征在于，所述电池包处于低温制热工况时，所述控制方法的具体步骤为：

所述控制单元控制通过风源选择单元控制风机和电机集热单元连通，所述风机将流经电机集热单元的空气送入风道内；

处于工作状态的所述电池上的第一制冷片和第二制冷片上的制冷片负极接入供电模块的正极，第一制冷片和第二制冷片的制冷片正极接入供电模块的负极；

处于非工作状态的所述电池上的第一制冷片和第二制冷片连接位于电动汽车上的充电模块。

8.根据权利要求5所述的电动车热管理系统控制方法，其特征在于，所述电池包处于过渡工况时，所述控制方法的具体步骤为：

通过风源选择单元控制风机和外界空气连通，所述风机将外界空气送入风道内；

所述第一制冷片和所述第二制冷片连接位于电动汽车上的充电模块。

9.根据权利要求5所述的电动车热管理系统控制方法，其特征在于，所述电池包处于高温制冷工况时，所述控制方法的具体步骤为：

通过风源选择单元控制风机和外界空气连通，所述风机将外界空气送入风道内；

所述第一制冷片和所述第二制冷片上的制冷片正极接入供电模块的正极，所述第一制冷片和所述第二制冷片上的制冷片负极接入供电模块的负极。

10.根据权利要求9所述的电动车热管理系统控制方法，其特征在于，所述电池的温度高于其稳定工作的温度上限且环境温度高于第一阈值时，所述控制方法的具体步骤为：

通过风源选择单元控制风机和外界空气连通，所述风机将外界空气送入风道内；

所述第一制冷片和所述第二制冷片连接位于电动汽车上的充电模块。

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