CN113451674A - 一种工程车辆电池热量管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工程车辆电池热量管理系统以及控制方法，包括电池包，所述的电池包设有入水口和出水口，所述的入水口连接水泵，还包括电子三通阀A、电子三通阀B、散热器、板换器和加热器；所述的电子三通阀A的第一端连接出水口，第二端经散热器连接电子三通阀B的第一端，第三端经板换器连接电子三通阀B的第一端；所述的电子三通阀B的第二端经加热器连接入水口，第三端直接连接入水口；所述的入水口连接入口温度传感器和水泵，所述的出水口连接出口温度传感器，具有以下优点：1、电池散热模式根据环境温度和电池温度可以自动切换；2、可以实现在全温度范围内对电池的热管理；3、热管理系统调节方便灵活，适用性强，可靠性高。

Description

一种工程车辆电池热量管理系统及方法
技术领域
本发明属于新能源技术领域，具体是一种工程车辆电池热量管理系统及方法。
背景技术
随着电机、电池及控制技术的发展，越来越多的大型矿用设备采用电力驱动，包括电动挖掘机、电动装载机和矿用纯电动自卸车。尤其是纯电动自卸车，在大型矿山土石方运输方面占据了绝对优势。电池系统作为纯电动自卸车的重要部件之一，其性能好坏直接影响整车续驶里程。矿车工作环境恶劣，低温或高温环境下，纯电动矿车电池性能均受到不同程度的限制，因此，一款可靠的电池热量管理系统显得格外重要。
传统的电池热量管理系统在电池制冷时需要频繁使用压缩机，导致系统功耗增加且大大降低了高压附件的可靠性；在电池制热时仅依靠加热膜，加热速率较慢并且没有电池保温功能，降低了运输效率。另外传统的电池热管理系统散热制冷模式较为单一，没有停机保温和自循环功能，覆盖的方法窄，这些因素都在一定程度上限制了整车性能的发挥。为了解决这一问题，本发明提出了一种可根据环境温度和电池温度来控制不同散热方式的电池热量管理系统，既降低了整车能耗又提高了电池系统的可靠性。
发明内容
针对纯电动工程车运行环境温度差异大、工作过程温度变化复杂的问题，本发明提供了一种工程车辆电池热量管理系统及方法，可以应对多种复杂工况下的电池热量管理问题。
本发明采用的技术方案：一种工程车辆电池热量管理系统，包括电池包，所述的电池包设有入水口和出水口，所述的入水口连接水泵，还包括电子三通阀A、电子三通阀B、散热器、板换器和加热器；所述的电子三通阀A的第一端连接出水口，第二端经散热器连接电子三通阀B的第一端，第三端经板换器连接电子三通阀B的第一端；所述的电子三通阀B的第二端经加热器连接入水口，第三端直接连接入水口；所述的入水口连接入口温度传感器和水泵，所述的出水口连接出口温度传感器。
优选的，所述的板换器连接压缩机和冷凝器，所述的散热器和冷凝器安装有冷却风扇，所述的冷凝器通过膨胀阀与板换器连接。
优选的，所述的电池包内设有加热膜。
优选的，所述的入水口连接膨胀水箱。
优选的，所述的加热器采用的是水暖PTC加热器
一种工程车辆电池热量管理方法，包括以下方法：
制冷方法：检测电池温度和环境温度，当电池温度＞30℃且环境温度＞10℃时，开启水泵、冷却风扇、压缩机和冷凝器，电子三通阀A连通板换器，电子三通阀B直接连通入水口，冷却液从出水口经过电子三通阀A进入板换器，经过压缩机和冷凝器冷却后经电子三通阀B和入水口回到电池包；
风冷方法：检测电池温度和环境温度，当电池温度＞30℃且环境温度＜10℃时，开启水泵和冷却风扇，电子三通阀A连通散热器，电子三通阀B直接连通入水口，冷却液从出水口经过电子三通阀A进入散热器，冷却后经电子三通阀B和入水口回到电池包；
低温制热方法：检测电池温度和环境温度，当电池温度＜0℃时，开启水泵、加热器和加热膜，电子三通阀A连通板换器，电子三通阀B连通加热器，冷却液从出水口经过电子三通阀A、板换器、电子三通阀B进入加热器，加热后经入水口流回电池包；
低温制冷方法：检测电池温度和环境温度，当电池温度＞30℃且环境温度＜-26℃时，开启水泵，电子三通阀A连通散热器，电子三通阀B直接连通入水口，冷却液从出水口经过电子三通阀A进入散热器，冷却后经电子三通阀B和入水口回到电池包；
自循环方法：检测电池温度，当电池温度处于15℃-30℃之间时，开启水泵，电子三通阀A连通板换器，电子三通阀B直接连通入水口，冷却液从出水口经过电子三通阀A进入板换器，后经电子三通阀B和入水口回到电池包；
停机保温方法：检测环境温度，当环境温度＜-35℃，通过加热膜保温，当环境温度＜-40℃，通过加热器保温。
本发明的有益效果：1、电池散热模式根据环境温度和电池温度可以自动切换； 2、可以实现在全温度范围内对电池的热管理；3、散热系统效率高且能耗低；4、热管理系统调节方便灵活，适用性强，可靠性高；5、水泵可以根据电池温度调节功率。
附图说明
图1为本发明的一种纯电动矿用自卸车电池热量管理系统结构示意图；
图2为本发明的热量管理系统制冷工况的示意图；
图3为本发明的热量管理系统风冷工况和低温制冷工况的示意图；
图4为本发明的热量管理系统低温制热工况的示意图；
图5为本发明的热量管理系统自循环工况的示意图；
图6为本发明的热量管理系统停机保温工况的示意图；
图中，1、电子三通水阀A；2、压缩机；3、冷凝器；4、散热器；5、冷却风扇；6、板换器；7、膨胀阀；8、电子三通水阀B；9、水暖PTC加热器；10、膨胀水箱；11、水泵；12、入口温度传感器；13、电池包；14、出口温度传感器。
具体实施方式
为了进一步说明本发明技术细节及其优点，现结合附图进行说明。
为了检测环境温度，本实施例中配备了环境温度传感器，为了实现自动切换工况功能，本实施例中配备了控制器，以上均为现有技术。
如图1所示，一种工程车辆电池热量管理系统，包括电池包13，所述的电池包13设有入水口和出水口，所述的入水口连接水泵11，其特征在于：还包括电子三通阀A1、电子三通阀B8、散热器4、板换器6和加热器；所述的电子三通阀A的第一端连接出水口，第二端经散热器4连接电子三通阀B8的第一端，第三端经板换器6连接电子三通阀B8的第一端；所述的电子三通阀B8的第二端经加热器连接入水口，第三端直接连接入水口；所述的入水口连接入口温度传感器12和水泵11，所述的出水口连接出口温度传感器14。
本实施例中，所述的板换器6连接压缩机2和冷凝器3，所述的散热器4和冷凝器3安装有冷却风扇5，所述的冷凝器3通过膨胀阀7与板换器连接；所述的电池包13内设有加热膜；所述的入水口连接膨胀水箱10；所述的加热器采用的是水暖PTC加热器9
一种工程车辆电池热量管理方法，包括以下方法：
制冷方法：如图2所示，检测电池温度和环境温度，当电池温度＞30℃且环境温度＞10℃时，开启水泵11、冷却风扇5、压缩机2和冷凝器3，电子三通阀A1连通板换器6，电子三通阀B8直接连通入水口，冷却液从出水口经过电子三通阀A1进入板换器6，经过压缩机2和冷凝器3冷却后经电子三通阀B8和入水口回到电池包；
风冷方法：如图3所示，检测电池温度和环境温度，当电池温度＞30℃且环境温度＜10℃时，开启水泵11和冷却风扇5，电子三通阀A1连通散热器4，电子三通阀B8直接连通入水口，冷却液从出水口经过电子三通阀A1进入散热器4，冷却后经电子三通阀B8和入水口回到电池包；
低温制热方法：如图4所示，检测电池温度和环境温度，当电池温度＜0℃时，开启水泵11、加热器和加热膜，电子三通阀A1连通板换器6，电子三通阀B8连通加热器，冷却液从出水口经过电子三通阀A1、板换器6、电子三通阀B8进入加热器，加热后经入水口流回电池包13；
低温制冷方法：检测电池温度和环境温度，当电池温度＞30℃且环境温度＜-26℃时，开启水泵11，电子三通阀A1连通散热器4，电子三通阀B8直接连通入水口，冷却液从出水口经过电子三通阀A1进入散热器4，冷却后经电子三通阀B8和入水口回到电池包；
自循环方法：如图5所示，检测电池温度，当电池温度处于15℃-30℃之间时，开启水泵11，电子三通阀A1连通板换器6，电子三通阀B8直接连通入水口，冷却液从出水口经过电子三通阀A1进入板换器6，后经电子三通阀B8和入水口回到电池包，平衡电池包内各电芯间的温差；
停机保温方法：如图6所示，检测环境温度，当环境温度＜-35℃，通过加热膜保温，当环境温度＜-40℃，通过加热器保温。
在以上方法中，水泵11的功率可以随着电池包13的温度进行调节，当电池包处于正常温度范围时，水泵11的功率降低，当电池包处于非正常温度范围时，水泵11的功率升高，加快冷却液循环，使电池包尽快回归正常温度。
经过实践，本发明可根据环境温度和电池温度来控制不同散热方式。节约了能耗，降低了成本，提高了高压部件及整个系统可靠性。例如在春季、秋冬季节环境温度低时，电池降温无需采用压缩机制冷，降低了质量风险，系统功耗下降70%；在极寒天气-26℃以下，电池温度高时，也能对电池进行主动降温，实现全工况运行管理。

Claims (6)

1.一种工程车辆电池热量管理系统，包括电池包（13），所述的电池包（13）设有入水口和出水口，所述的入水口连接水泵（11），其特征在于：还包括电子三通阀A（1）、电子三通阀B（8）、散热器（4）、板换器（6）和加热器；所述的电子三通阀A的第一端连接出水口，第二端经散热器（4）连接电子三通阀B（8）的第一端，第三端经板换器（6）连接电子三通阀B（8）的第一端；所述的电子三通阀B（8）的第二端经加热器连接入水口，第三端直接连接入水口；所述的入水口连接入口温度传感器（12）和水泵（11），所述的出水口连接出口温度传感器（14）。
2.根据权利要求1所述的一种工程车辆电池热量管理系统，其特征在于：所述的板换器（6）连接压缩机（2）和冷凝器（3），所述的散热器（4）和冷凝器（3）安装有冷却风扇（5），所述的冷凝器（3）通过膨胀阀（7）与板换器连接。
3.根据权利要求1所述的一种工程车辆电池热量管理系统，其特征在于：所述的电池包（13）内设有加热膜。
4.根据权利要求1所述的一种工程车辆电池热量管理系统，其特征在于：所述的入水口连接膨胀水箱（10）。
5.根据权利要求1所述的一种工程车辆电池热量管理系统，其特征在于：所述的加热器采用的是水暖PTC加热器（9）。
6.一种工程车辆电池热量管理方法，其特征在于：包括以下方法：
制冷方法：检测电池温度和环境温度，当电池温度＞30℃且环境温度＞10℃时，开启水泵（11）、冷却风扇（5）、压缩机（2）和冷凝器（3），电子三通阀A（1）连通板换器（6），电子三通阀B（8）直接连通入水口，冷却液从出水口经过电子三通阀A（1）进入板换器（6），经过压缩机（2）和冷凝器（3）冷却后经电子三通阀B（8）和入水口回到电池包；
风冷方法：检测电池温度和环境温度，当电池温度＞30℃且环境温度＜10℃时，开启水泵（11）和冷却风扇（5），电子三通阀A（1）连通散热器（4），电子三通阀B（8）直接连通入水口，冷却液从出水口经过电子三通阀A（1）进入散热器（4），冷却后经电子三通阀B（8）和入水口回到电池包；
低温制热方法：检测电池温度和环境温度，当电池温度＜0℃时，开启水泵（11）、加热器和加热膜，电子三通阀A（1）连通板换器（6），电子三通阀B（8）连通加热器，冷却液从出水口经过电子三通阀A（1）、板换器（6）、电子三通阀B（8）进入加热器，加热后经入水口流回电池包（13）；
低温制冷方法：检测电池温度和环境温度，当电池温度＞30℃且环境温度＜-26℃时，开启水泵（11），电子三通阀A（1）连通散热器（4），电子三通阀B（8）直接连通入水口，冷却液从出水口经过电子三通阀A（1）进入散热器（4），冷却后经电子三通阀B（8）和入水口回到电池包；
自循环方法：检测电池温度，当电池温度处于15℃-30℃之间时，开启水泵（11），电子三通阀A（1）连通板换器（6），电子三通阀B（8）直接连通入水口，冷却液从出水口经过电子三通阀A（1）进入板换器（6），后经电子三通阀B（8）和入水口回到电池包；
停机保温方法：检测环境温度，当环境温度＜-35℃，通过加热膜保温，当环境温度＜-40℃，通过加热器保温。
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