CN113571807B - 蓄能式电池液冷和加热的热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，所述热管理系统包括有：蓄热供热系统，用于给跨临界制热和制冷系统提供换热的冷源，以及给电池加热系统提供换热的热源；跨临界制热和制冷系统，用于将冷源与跨临界制热和制冷系统中的换热源进行换热，并将换热后的换热源提供给电池冷却系统进行换热；电池加热系统，用于对电池进行加热；电池冷却系统，用于对电池进行冷却。本发明有效的对蓄能式电池进行热管理。

Description

蓄能式电池液冷和加热的热管理系统

技术领域

本发明属于电池保护技术领域，特别涉及蓄能式电池液冷和加热的热管理系统。

背景技术

电池系统的热管理技术是对电池温度进行有效管理和安全监控的关键技术，通过设计电池热管理系统，确保电池工作在合适的温度范围。电池热管理系统可避免电池温度过高、电池内部化学反应速度过快从而可能引发的爆炸和起火等安全事故，减小电池单体之间的温差从而提高电池单体一致性，避免电池充放电功率等电池主要性能及电池使用寿命的降低；同时解决低温环境下出现无法充电的问题，避免电池温度过低而导致的电池容量和功率等电池充放电性能的降低。电池热管理系统适用于动力电池、电池储能系统等，相较于风冷和自然冷却的电池热管理系统，液冷结构的电池热管理系统具有更高热效率、更高温度均匀性和安全性，能够起到提升电池安全性、储能密度、电池容量和功率、延长循环寿命等作用。

目前，现有技术中，专利号为CN106785185A的发明专利公开了一种液冷和加热一体化动力锂电池PACK，公开了包括锂电池箱体、电池管理系统、液冷板、锂电池模组、泵、三通阀、水管、翅片散热器、散热风扇和加热器；其中，电池管理系统、液冷板和锂电池模组位于锂电池箱体内，液冷板与锂电池模组接触；泵、三通阀、翅片散热器、散热风扇和加热器位于锂电池箱体外，三通阀分别经水管与泵、翅片散热器和加热器连接，泵的另一端经水管与液冷板的一端连接，翅片散热器、加热器的另一端经水管与液冷板的另一端连接，形成液体循环管路，散热风扇安装在翅片散热器上。

该专利中，采用泵将液体从液冷板里面抽出，经过三通阀，液体根据阀门开关进入翅片散热器（此回路为液冷回路）或者加热器（此回路为加热回路）后流回液冷板，液冷回路特点是散热风扇安装在翅片散热器上，散热风扇对翅片散热器进行强制风冷，液体流经散热器被冷却后流回液冷板对锂电池模组冷却；加热回路的特点是液体流过加热器而被加热，再流进液冷板对锂电池模组加热。

该专利中，加热器由液体管路、电加热装置、壳体及其保温材料组成；电加热装置包括陶瓷电加热器或镍络合金加热器。翅片散热器由带翅片的铝合金制成。电池管理系统分别与锂电池模组、泵、三通阀、散热风扇和加热器相连。通过电池管理系统采集锂电池模组上的温度值，智能控制三通阀来决定液体流经液冷回路或者加热回路，同时控制泵、冷却风扇、加热器的开关状态。该项发明特点为提供了液冷与加热一体化的锂电池PACK，将液冷与加热做成一体化，将泵、散热器、加热器等装置布置在电池PACK外部，节省PACK内部空间、简化了结构设计。

然而该专利中的技术方案存在的问题是：最终热阱为大气环境，采用空气通过翅片散热器将液冷工质的热量带走，最低温度为环境温度，如果在夏季高温天气可能出现电池温度过高的问题，影响到电池安全性、电池容量和功率、循环寿命等问题。

因此，需要设计一种蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，来解决上述技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，所述热管理系统包括有：

蓄热供热系统，用于给跨临界制热和制冷系统提供换热的冷源，以及给电池加热系统提供换热的热源；

跨临界制热和制冷系统，用于将冷源与跨临界制热和制冷系统中的换热源进行换热，并将换热后的换热源提供给电池冷却系统进行换热；

电池加热系统，用于对电池进行加热；

电池冷却系统，用于对电池进行冷却。

进一步的，所述电池加热系统与电池冷却系统共用同一个热管理工质泵，所述电池上连接有入口管以及出口管，所述热管理工质泵的输出端连接在入口管上。

进一步的，所述蓄热供热系统包括有蓄热水罐以及均与蓄热水罐连接的供冷组件和供热组件；

所述供冷组件，用于将储存在蓄热水罐内的冷源提供给跨临界制热和制冷系统，以及实现跨临界制热和制冷系统的余热回收；

所述供热组件，用于将储存在蓄热水罐内的热源提供给电池加热系统。

进一步的，所述换热源包括有第一循环工质。

进一步的，所述跨临界制热和制冷系统包括有第一换热器、第二换热器以及第三换热器；

所述第一换热器，用于将第一循环工质进行第一次换热；

所述第二换热器，用于将经过第一次换热后的第一循环工质进行第二次换热；

所述第三换热器，用于将经过第二次换热后的第一循环工质进行第三次换热。

进一步的，所述电池冷却系统包括有第一阀门以及第二阀门；

所述第一阀门的一端通过管道与第三换热器连接，第一阀门的另一端通过管道连接在热管理工质泵的输入端；所述第二阀门的一端通过管道与第三换热器连接，第二阀门的另一端通过管道与电池上的出口管连接。

进一步的，所述电池加热系统包括有第四换热器；

所述第四换热器，用于将通过供热组件提供的热源与换热工质之间进行换热。

进一步的，所述电池加热系统还包括有第三阀门；

所述第三阀门的一端通过管道与第四换热器连接，第三阀门的另一端通过管道与电池的电池上的出口管连接，所述第四换热器通过管道与热管理工质泵的输入端连接；

所述第四换热器与热管理工质泵之间的管道上设有电加热器。

进一步的，所述供冷组件包括有冷源泵；

所述冷源泵的一端通过管道与蓄热水罐连接，冷源泵的另一端通过管道与第一换热器连接，所述第一换热器通过管道与蓄热水罐连接。

进一步的，所述供热组件包括有热源泵以及第四阀门；

所述热源泵的一端通过管道与蓄热水罐连接，热源泵的另一端通过管道与第四换热器连接；所述第四阀门的一端通过管道与蓄热水罐连接，第四阀门的另一端通过管道与第四换热器连接。

进一步的，所述跨临界制热和制冷系统还包括有压缩机以及储液罐；

所述压缩机的一端通过管道与第一换热器连接，所述第一换热器通过管道与第二换热器连接，所述第二换热器通过管道与第三换热器连接，所述第三换热器通过管道与储液罐连接，所述储液罐通过管道与第二换热器连接，所述第二换热器通过管道与压缩机的另一端连接；

所述第二换热器与第三换热器之间的管道上设有节流阀。

进一步的，所述蓄热供热系统还包括有冷水泵、热水泵、第五阀门以及第六阀门；

所述热水泵的一端通过管道与第五阀门的一端连接，热水泵的另一端通过管道与蓄热水罐连接；所述第五阀门的另一端通过管道连接在蓄热水罐上；所述第六阀门的一端通过管道连接在热水泵与第五阀门之间的管道上，所述第六阀门的另一端连接热用户；所述冷水泵的一端通过管道连接在第五阀门与蓄热水罐之间的管道上，所述冷水泵的另一端连接热用户。

进一步的，所述蓄热水罐的内部设有可滑移隔板，所述可滑移隔板将蓄热水罐的内部分成冷源腔室以及热源腔室，所述冷源腔室位于热源腔室的下方，所述冷源储存在冷源腔室中，所述热源储存在热源腔室中；

所述可滑移隔板沿蓄热水罐的轴向滑动。

本发明提供的蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，对电池系统的传热现象和工作温度进行有效管理和安全监控，实现电池系统的高温散热和低温加热功能，确保电池工作在合适的温度范围。

本发明的热管理系统中，通过跨临界制热和制冷系统控制的循环，制备得到电池冷却和加热所需的稳定冷却源和加热源，并通过蓄热供热系统进行储存；通过电池冷却系统对电池进行冷却，解决电池运行温度过高和电池内部化学反应速度过快问题、提高电池安全性，提高电池单体温度均匀性和一致性，避免高温导致的充放电功率等电池性能降低和电池寿命降低；通过电池加热系统对电池进行加热，解决低温环境下电池无法充电的问题，或避免低温导致的电池容量和功率等电池性能的降低；通过设置蓄热供热系统，可通过可再生能源电力或者低谷电进行可间歇运行的制热和制冷，同时持续提供电池冷却和加热，跨临界制热和制冷系统的多余热量还用于用于供热。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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一个简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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示出了根据本发明实施例的结构示意图。

图中：1、压缩机，2、第一换热器，3、第二换热器，4、节流阀，5、第三换热器，6、储液罐，7、蓄热水罐，8、可滑移隔板，9、冷源泵，10、热用户，11、冷水泵，12、热水泵，13、热管理工质泵，14、电池模组，15、热源泵，16、第四换热器，17、电加热器，18、第一压力表，19、第一热电偶，20、第二压力表，21、第二热电偶，22、第三热电偶，23、控制器，25、冷源腔室，26、热源腔室，241、第一阀门，242、第二阀门，243、第四阀门，244、第三阀门，245、第六阀门，246、第五阀门，141、电池，142、导热垫片，143、液冷板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。

本发明提供了蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，热管理系统包括有：

蓄热供热系统，用于给跨临界制热和制冷系统提供换热的冷源，以及给电池加热系统提供换热的热源。

跨临界制热和制冷系统，用于将冷源与跨临界制热和制冷系统中的换热源进行换热，并将换热后的换热源提供给电池冷却系统进行换热。在本实施例中，换热源包括有第一循环工质。

电池加热系统，用于对电池141进行加热；

电池冷却系统，用于对电池141进行冷却。

具体的，如图1所述的，蓄热供热系统包括有蓄热水罐7以及均与蓄热水罐7连接的供冷组件和供热组件；

供冷组件，用于将储存在蓄热水罐7内的冷源提供给跨临界制热和制冷系统，以及实现跨临界制热和制冷系统的余热回收。

供热组件，用于将储存在蓄热水罐7内的热源提供给电池加热系统。

在本实施例中，如图1所示的，蓄热水罐7的内部设有可滑移隔板8，可滑移隔板8将蓄热水罐7的内部分成冷源腔室25以及热源腔室26，冷源腔室25位于热源腔室26的下方，冷源储存在冷源腔室25中，热源储存在热源腔室26中。其中，在本实施例中，冷源为冷水，热源为热水。

可滑移隔板8沿蓄热水罐7的轴向滑动，具体的，在图1中，可滑移隔板8能在蓄热水罐7内上下移动，在冷源腔室25中的冷源体积增加时，可滑移隔板8向上移动，在热源腔室26中的热源体积增加时，可滑移隔板8向下移动。

跨临界制热和制冷系统包括有第一换热器2、第二换热器3以及第三换热器5；跨临界制热和制冷系统还包括有压缩机1以及储液罐6，压缩机1的一端通过管道与第一换热器2连接，第一换热器2通过管道与第二换热器3连接，第二换热器3通过管道与第三换热器5连接，第三换热器5通过管道与储液罐6连接，储液罐6通过管道与第二换热器3连接，第二换热器3通过管道与压缩机1的另一端连接。第二换热器3与第三换热器5之间的管道上设有节流阀4。

第一换热器2，用于将第一循环工质进行第一次换热，优选的，第一换热器2为气体冷却器，其中，第一次换热是第一循环工质与通过供冷组件提供的冷源之间的换热。

在本实施例中，供冷组件，是用于将储存在蓄热水罐7内的冷源提供给跨临界制热和制冷系统的，具体的，供冷组件包括有冷源泵9。冷源泵9的另一端通过管道与第一换热器2连接。冷源泵9是将蓄热水罐7内的冷源抽出来（冷源泵9与蓄热水罐7的冷源腔室连通）与第一循环工质之间进行换热，这个换热过程如下：

第一换热器2内有两个第一换热通道，冷源泵9与其中一个第一换热通道之间是连通的。具体的，冷源泵9在启动后，冷源腔室25中的冷源会通过冷源泵9进入其中一个第一换热通道，冷源在其中一个第一换热通道中时，此时，在压缩机1与第二换热器3之间的管道中的第一循环工质可以在压缩机1启动时，被压缩机1增压，压缩机1入口压力低于临界压力、压缩机1出口压力高于第一循环工质的临界压力（发生相变的压力），被压缩机1增压后的第一循环工质进入另一个第一换热通道内，此时的第一循环工质会与冷源之间进行换热（此时，第一循环工质的温度是高于第一换热工质的温度的），第一循环工质放热，温度降低，第一循环工质放出的热量会被冷源吸收，第一循环工质与冷源之间的冷却换热过程是显热交换（不发生相变的热量传递），第一循环工质的第一次换热完成。

至于供冷组件，还用于实现跨临界制热和制冷系统的余热回收，具体的，第一换热器2通过管道与蓄热水罐7连接，第一换热器2与蓄热水罐7之间的管道与其中一个第一换热通道之间是连通的，因此，在第一换热器2内的第一循环工质放热，温度降低时，冷源吸热，温度上升，温度上升的冷源变成了热源，在冷源泵9的作用下，使得此时的热源流出其中一个第一换热通道并进入蓄热水罐7内的热源腔室26中储存起来（此时，热源腔室26内的热源体积增加，可滑移隔板8向下移动，冷源腔室内的冷源流向第一换热器2的其中一个第一换热通道中，这样形成一个平衡的循环）。

第二换热器3，用于将经过第一次换热后的第一循环工质进行第二次换热，优选的，第二换热器3为回热器，其中，第二次换热是第一次换热后的第一循环工质与第二换热器3内储存的第一循环工质之间的换热。第二次换热的具体过程如下：

第二换热器3内有第二换热通道，第一换热器2的另一个第一换热通道，与第二换热器3的第二换热通道之间是可以连通的。具体的，经过第一次换热的高压侧（第一循环工质从压缩机1中流出，直到节流阀4之前都是保持高压力，称为该循环的高压侧）第一循环工质会从另一个第一换热通道流出，然后通过第一换热器2与第二换热器3之间的管道，进入第二换热器3的第二换热通道中，第一循环工质会与第二换热器3内的低压侧（第一循环工质从节流阀4流出后，直到回到压缩机1之前都维持低压力，所以称为该循环的低压侧）第一循环工质之间进行换热，低压侧的第一循环工质吸热，温度升高，高压侧的第一循环工质放热，温度降低，高压侧的第一循环工质的第二次换热完成。

第三换热器5，优选的，第三换热器5为蓄冷式蒸发器，用于将经过第二次换热后的低压侧（经过了节流阀4）的第一循环工质进行第三次换热，第三次换热的具体过程如下：

第二换热器3中的第二换热通道与第三换热器5的加热室之间是连通的。具体的，第三换热器5的加热室内有换热工质，温度降低的高压侧的第一循环工质在通过节流阀4节流膨胀后压力降低（压力与温度有关，压力降低，温度随之降低），流入第三换热器5内的加热室中（此时的第一循环工质的温度是低于换热工质的），加热室内的换热工质给加热室中的第一循环工质提供蒸发热量，换热工质放热，第一循环工质进行蒸发吸热（第一循环工质由液态变成气态，所以此过程为蒸发吸热过程，且第一循环工质蒸发吸热过程是在亚临界条件下进行的），放热后的换热工质温度降低，并储存在第三换热器5内加热室（加热室用于储存温度降低的换热工质，起到给电池141储存冷却介质的作用，因此也可称为储冷室）备用，作为电池冷却系统的冷却介质。

其中，第三换热器5的加热室与储液罐6是连通的，储液罐6与第二换热器3的第二换热通道之间是连通的，第二换热器3与压缩机1之间是连通的。具体的，在加热室的第一循环工质蒸发吸热后成为气态、但气态中可能夹带小液滴（即第一循环工质为两相流状态），两相流状态的第一循环工质可以通过第三换热器5与储液罐6之间的管道流入储液罐6中；储液罐6中的第一循环工质在储液罐6上部为气态，少量小液滴则沉积于储液罐6下部，气态的第一循环工质（位于循环的低压侧）通过第二换热器3后，被高压侧的第一循环工质加热后，可以通过第二换热器3与压缩机1之间的管道，进入压缩机1中进行增压。

在本实施例中，跨临界制热和制冷系统中运行的跨临界循环（第一循环工质在，压缩机1、第一换热器2、第二换热器3、节流阀4、第三换热器5以及储液罐6中的循环即为跨临界循环）工作压力高、但压比较低，压缩机1效率相对较高，具有较高的放热效率，满足较高温度和较大温差的储热供热需求。第一循环工质在第三换热器5内的蒸发吸热前的温度可通过压缩机1和节流阀4的控制来进行调节（通过控制压缩机1的压比、和节流阀4开度，能够对第一循环工质形成不同压力，从而改变第一循环工质在第三换热器5内的蒸发吸热的温度），满足高温条件下电池冷却系统对第三换热器5中的换热工质不同冷却温度（如5°C，10°C等）的需求。

在本实施例中，电池加热系统与电池冷却系统共用同一个热管理工质泵13（热管理工质泵13即为管理换热工质的一个泵），电池141上连接有入口管以及出口管，热管理工质泵13的输出端连接在入口管上，其中，电池141包括有电池模组14、导热垫片142以及液冷板143，导热垫片142设在电池模组14的底部，液冷板143为凹槽型结构，液冷板143与导热垫片142连接，导热垫片142与液冷板143之间形成一个内部腔室144。

电池冷却系统包括有第一阀门241以及第二阀门242；第一阀门241的一端通过管道与第三换热器5连接，第一阀门241的另一端通过管道连接在热管理工质泵13的输入端；第二阀门242的一端通过管道与第三换热器5连接，第二阀门242的另一端通过管道与电池141上的出口管连接。对于本实施例而言，具体的，电池141的入口管以及出口管，是均与电池141的内部腔室144连通的，因此，第一阀门241的一端是通过管道与第三换热器5的加热室连通的，第二阀门242的一端通过管道与第三换热器5的加热室也是连通的。

电池加热系统包括有第四换热器16；第四换热器16，用于将通过供热组件提供的热源与换热工质之间进行换热。对于本实施例而言，第四换热器16内有两个第四换热通道。

供热组件包括有热源泵15以及第四阀门243，优选的，热源泵15为水泵；热源泵15的一端通过管道与蓄热水罐7连接，热源泵15的另一端通过管道与第四换热器16连接，第四阀门243的一端通过管道与蓄热水罐7连接，第四阀门243的另一端通过管道与第四换热器16连接。对于本实施例而言，具体的，热源泵15的一端是通过管道与蓄热水罐7的冷源腔室连接的，热源泵15的另一端通过管道与第四换热器16的其中一个第四换热通道连通的，第四阀门243的一端通过管道与蓄热水罐7的热源腔室是连通的，第四阀门243的另一端通过管道与第四换热器16的其中一个第四换热通道是连通的。

电池加热系统还包括有第三阀门244；第三阀门244的一端通过管道与第四换热器16连接，第三阀门244的另一端通过管道与电池141的电池141上的出口管连接，第四换热器16通过管道与热管理工质泵13的输入端连接。在本实施例中，具体的，第三阀门244的一端通过管道与第四换热器16的另一个第四换热通道连通，第四换热器16的另一个第四换热通道通过管道与热管理工质泵13的输入端连接。

在电池141的电池模组14温度过高时，开启热管理工质泵13，第一阀门241以及第二阀门242开启，此时，热管理工质泵13驱动在加热室中备用的换热工质流出，并通过热管理工质泵13进入电池141上的入口管中，然后进入电池141的内部腔室144中，带走电池模组14的热量，此时的换热工质还会通过第二阀门242回到第三换热器5的加热室中。

在电池141的电池模组14温度过低时，关闭第一阀门241以及第二阀门242，开启热源泵15以及热管理工质泵13，热源泵15可将热源腔室26内的热源通过第四阀门243进入到第四换热器16的其中一个第四换热通道中（此时热源的温度是大于换热工质的温度），在其中一个第四换热通道中热源放热，温度降低，换热工质吸热，温度升高。在热管理工质泵13的驱动下，第一阀门241与热管理工质泵13之间的管道内的换热工质，流向第四换热器16的另一个第四换热通道通中，由于此时的换热工质已经是吸热后的，因此，换热工质的温度升高，在管理工质泵13的驱动下，温度升高后的换热工质会流向电池141上的入口管，并进入电池141的内部腔室144中，使电池模组14进行加热，优选的，第四换热器16与热管理工质泵13之间的管道上设有电加热器17，因此，在必要时（极端低温天气），可开启电加热器17，对换热工质进一步加热。

在本实施例中，具体的，在其中一个第四换热通道中进行放热的热源在温度降低后会变成冷源，通过开启第四阀门243，此时由热源转变而成的冷源会流出其中一个第四换热通道，并可通过热源泵15进入蓄热水罐7的冷源腔室中。

蓄热供热系统还包括有冷水泵11、热水泵12、第五阀门246以及第六阀门245；蓄热供热系统还包括有冷水泵11、热水泵12、第五阀门246以及第六阀门245；热水泵12的一端通过管道与第五阀门246的一端连接，热水泵12的另一端通过管道与蓄热水罐7连接；第五阀门246的另一端通过管道连接在蓄热水罐7上；第六阀门245的一端通过管道连接在热水泵12与第五阀门246之间的管道上，第六阀门245的另一端连接热用户10；冷水泵11的一端通过管道连接在第五阀门246与蓄热水罐7之间的管道上，冷水泵11的另一端连接热用户10。具体的，热水泵12的另一端通过管道是与蓄热水罐7的热源腔室连通的；第五阀门246的另一端是通过管道连接在蓄热水罐7的冷源腔室中的。

在本实施例中，由于热源就是热水，冷源就是冷水，因此，在供热侧，冷水泵11驱动冷水从热用户10流出，流入蓄热水罐7内的冷水腔室，下方冷水腔室中冷水体积增加，可滑移隔板8向上移动，热水泵12驱动蓄热水罐7上方热源腔室中的热水流入热用户10，根据所需热用户10的需求调节第五阀门246开度，适量混合来自冷水泵11的冷水和来自热水泵12的热水，得到所需温度的热水。

在本实施例中，热管理系统还包括有控制系统，跨临界制热和制冷系统、蓄热供热系统、电池加热系统、电池冷却系统均由控制系统控制，控制系统中包括有主控制器23。

在热管理工质泵13与电池141之间的管道上安装有第一压力表18以及第一热电偶19，第二阀门242与电池141之间的管道上安装有第二压力表20以及第二热电偶21；第一压力表18以及第二压力表20均用于检测换热工质的压力，第一热电偶19以及第二热电偶21均用于检测换热工质的温度；电池141上安装有能检测电池141温度的第三热电偶22。

第一压力表18、第二压力表20、第一热电偶19、第二热电偶21以及第三热电偶22检测到的数据均传输给主控制器23，图中，in为主控制器23的输入端，out为主控制器23的输出端，节流阀4、冷源泵9、压缩机1、热源泵15、电加热器17以及热管理工质泵13均由主控制器23输出信号控制。

通过控制系统中的第一压力表18、第二压力表20、第一热电偶19、第二热电偶21以及第三热电偶22，可以实时监测电池141的相关情况，从而通过控制节流阀4、冷源泵9、压缩机1、热源泵15、电加热器17以及热管理工质泵13，实现了根据电池141的温度来控制冷却或加热模式的切换及其换热功率（即如果电池141温度过高，则需要提高换热工质对电池的冷却功率，此时可调高压缩机1的压比、减小节流阀4的开度、增加冷源泵9的流量、增加热管理工质泵13的流量，从而最终降低换热工质的温度、增加换热工质的流量，增加换热工质对电池的冷却能力。

如果电池141温度过低，则增加热源泵15的流量、增加电加热器17的加热功率、提高热管理工质泵13的流量，从而最终增加换热工质的温度、增加换热工质的流量，增加换热工质对电池的加热能力），实现电池141温度的精确可控。

在电池冷却系统运行时，通过监测电池模组14的温度，调节压缩机1的压缩比和流量、节流阀4的开度、冷源泵9流量，实现第一循环工质的流量调节、压力和温度调节，再通过热管理工质泵13对换热工质的流量的调节，从而降低电池141的温度并维持到合适的工作温度。在电池加热系统运行时，通过监测电池模组14温度，调节热管理工质泵13的流量、热源泵15流量、电加热器17功率，从而将电池141的温度升高并维持到合适的工作温度。

综上，本实施例通过设置控制系统，能控制电池冷却系统或电池加热系统的运行流程、模式控制（冷却或加热模式的控制）以及换热功率。控制系统通过监测电池模组14的温度、换热工质温度和压力，从而运行电池冷却系统或电池加热系统，实现电池模组14自动维持在合理工作温度范围，避免热失控或者低温影响。

本发明的热管理系统适用于动力电池、电池储能系统等，相较于传统的风冷或自然冷却的电池热管理系统，本发明的热管理系统同时具备对电池高温下冷却和低温下加热功能，且对电池的温度实现了自动控制功能，具有更高热效率、更高温度均匀性，提升了电池安全性、系统效率、储能密度、高温或低温环境下能够维持电池性能和循环寿命。通过设置的蓄热供热系统和第三换热器5，提高了本发明中，热管理系统的灵活性，兼容可再生能源电力或者低谷电来驱动第一循环工质进行循环，从而最终可以通过蓄热水罐7储存热量，通过第三换热器5储存冷量，从而实现可间歇运行的制热或制冷、持续提供电池141冷却或加热以及降低热管理系统的用电成本。通过蓄热供热系统中的供冷组件，从而有效利用了跨临界制热和制冷系统的余热，余热用于电池加热系统、同时还用于给热用户供热水，提高了本发明热管理系统的性能系数（Coefficient Of Performance，COP）；同时进行蓄冷和蓄热（即蓄热水罐7储存热量，第三换热器5储存冷量），进一步提高了热管理系统的性能系数COP和系统效率。

另外，在本实施例中，跨临界制热和制冷系统中：

第一循环工质在经过压缩机增压后首先进入第一换热器2（气体冷却器），第一循环工质在第一换热器2中的加热是通过蓄热供热系统提供的水实现的，并同时实现了水蓄热。第一换热器2和蓄热供热系统的设置，使得第一循环工质在跨临界循环的放热过程和蓄热供热系统的热源温度相匹配，得到了较高的系统效率。

第一循环工质从第一换热器2流出后，再进入第二换热器3加热第二换热器3内部低压侧的换热工质。第二换热器的设置，降低了流出第一换热器2第一循环工质温度、为低压侧的换热工质提供了热量，提高了压缩机1入口的第一循环工质的干度、有效避免液击事故发生、降低压缩机1功耗、减小节流损失，获得更多制热量和制冷量，提高跨临界制热和制冷系统性能。

从第二换热器流出的第一循环工质，经节流阀4节流膨胀后压力降低，流入第三换热器5（蓄冷式蒸发器）内的加热室蒸发，蒸发吸热过程在亚临界条件下进行；蓄冷式蒸发器内部储存换热工质，第一循环工质蒸发吸热、换热工质放热，换热工质被冷却后储存在第三换热器5中备用。第三换热器5的设置，提高了循环的制冷效率、提高了储能密度、实现了制冷温度稳定和可调节、同时可利用可再生能源或低谷电制冷和蓄冷、提高经济性。

跨临界循环压（跨临界循环压缩比）比较低，压缩机1效率较高、循环效率提高；放热效率高，满足较高温度和较大温差的储热供热需求。

在跨临界制热和制冷系统中，“制热和蓄热”与“制冷和蓄冷”同时进行，在相同的耗电情况下，同时获得了所需的热能和冷能，因此极大提高了跨临界制热和制冷系统的性能系数，也提高了本发明“蓄能式电池液冷和加热的热管理系统”总效率。同时可利用可再生能源或低谷电进行“制热和蓄热”和“制冷和蓄冷”、提高经济性。

电池冷却系统：该电池冷却系统运行可靠、结构简单能耗低、具备第三换热器（蓄冷式蒸发器），可利用可再生能源或低谷电制冷、电池冷却系统连续运行、提高系统经济性和安全性。

电池加热系统：电池加热系统利用蓄热水罐7的释放热量，可利用可再生能源或低谷电“制热和蓄热”、电池加热系统连续运行、提高系统经济性和安全性。

蓄热供热系统：单罐式的蓄热水罐7设置，提高了储能密度、减小了占地面积，可利用可再生能源或低谷电“制热和蓄热”、提高经济性。蓄热水罐7的冷源腔室为跨临界制热和制冷系统提供冷水，蓄热水罐7热水区实现对跨临界制热和制冷系统的余热储存和对电池141加热、热用户10供热的余热利用。

需要说明的是，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”、“竖直”、“水平”、“顺时针”及“逆时针”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (12)

1.蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，其特征在于，所述热管理系统包括有：

蓄热供热系统，用于给跨临界制热和制冷系统提供换热的冷源，以及给电池加热系统提供换热的热源；

跨临界制热和制冷系统，用于将冷源与跨临界制热和制冷系统中的换热源进行换热，并将换热后的换热源提供给电池冷却系统进行换热；

电池加热系统，用于对电池（141）进行加热；

电池冷却系统，用于对电池（141）进行冷却；

其中，所述蓄热供热系统包括有蓄热水罐（7）以及均与蓄热水罐（7）连接的供冷组件和供热组件；所述供冷组件，用于将储存在蓄热水罐（7）内的冷源提供给跨临界制热和制冷系统，以及实现跨临界制热和制冷系统的余热回收；所述供热组件，用于将储存在蓄热水罐（7）内的热源提供给电池加热系统。

2.根据权利要求1所述的蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，其特征在于，所述电池加热系统与电池冷却系统共用同一个热管理工质泵（13），所述电池（141）上连接有入口管以及出口管，所述热管理工质泵（13）的输出端连接在入口管上。

3.根据权利要求1所述的蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，其特征在于，所述换热源包括有第一循环工质。

4.根据权利要求3所述的蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，其特征在于，所述跨临界制热和制冷系统包括有第一换热器（2）、第二换热器（3）以及第三换热器（5）；

所述第一换热器（2），用于将第一循环工质进行第一次换热；

所述第二换热器（3），用于将经过第一次换热后的第一循环工质进行第二次换热；

所述第三换热器（5），用于将经过第二次换热后的第一循环工质进行第三次换热。

5.根据权利要求4所述的蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，其特征在于，所述电池冷却系统包括有第一阀门（241）以及第二阀门（242）；

所述第一阀门（241）的一端通过管道与第三换热器（5）连接，第一阀门（241）的另一端通过管道连接在热管理工质泵（13）的输入端；所述第二阀门（242）的一端通过管道与第三换热器（5）连接，第二阀门（242）的另一端通过管道与电池（141）上的出口管连接。

6.根据权利要求1所述的蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，其特征在于，所述电池加热系统包括有第四换热器（16）；

所述第四换热器（16），用于将通过供热组件提供的热源与换热工质之间进行换热。

7.根据权利要求6所述的蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，其特征在于，所述电池加热系统还包括有第三阀门（244）；

所述第三阀门（244）的一端通过管道与第四换热器（16）连接，第三阀门（244）的另一端通过管道与电池（141）的电池（141）上的出口管连接，所述第四换热器（16）通过管道与热管理工质泵（13）的输入端连接；

所述第四换热器（16）与热管理工质泵（13）之间的管道上设有电加热器（17）。

8.根据权利要求4所述的蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，其特征在于，所述供冷组件包括有冷源泵（9）；

所述冷源泵（9）的一端通过管道与蓄热水罐（7）连接，冷源泵（9）的另一端通过管道与第一换热器（2）连接，所述第一换热器（2）通过管道与蓄热水罐（7）连接。

9.根据权利要求6所述的蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，其特征在于，所述供热组件包括有热源泵（15）以及第四阀门（243）；

所述热源泵（15）的一端通过管道与蓄热水罐（7）连接，热源泵（15）的另一端通过管道与第四换热器（16）连接；所述第四阀门（243）的一端通过管道与蓄热水罐（7）连接，第四阀门（243）的另一端通过管道与第四换热器（16）连接。

10.根据权利要求4所述的蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，其特征在于，所述跨临界制热和制冷系统还包括有压缩机（1）以及储液罐（6）；

所述压缩机（1）的一端通过管道与第一换热器（2）连接，所述第一换热器（2）通过管道与第二换热器（3）连接，所述第二换热器（3）通过管道与第三换热器（5）连接，所述第三换热器（5）通过管道与储液罐（6）连接，所述储液罐（6）通过管道与第二换热器（3）连接，所述第二换热器（3）通过管道与压缩机（1）的另一端连接；

所述第二换热器（3）与第三换热器（5）之间的管道上设有节流阀（4）。

11.根据权利要求1所述的蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，其特征在于，所述蓄热供热系统还包括有冷水泵（11）、热水泵（12）、第五阀门（246）以及第六阀门（245）；

所述热水泵（12）的一端通过管道与第五阀门（246）的一端连接，热水泵（12）的另一端通过管道与蓄热水罐（7）连接；所述第五阀门（246）的另一端通过管道连接在蓄热水罐（7）上；所述第六阀门（245）的一端通过管道连接在热水泵（12）与第五阀门（246）之间的管道上，所述第六阀门（245）的另一端连接热用户（10）；所述冷水泵（11）的一端通过管道连接在第五阀门（246）与蓄热水罐（7）之间的管道上，所述冷水泵（11）的另一端连接热用户（10）。

12.根据权利要求1所述的蓄能式电池液冷和加热的热管理系统，其特征在于，所述蓄热水罐（7）的内部设有可滑移隔板（8），所述可滑移隔板（8）将蓄热水罐（7）的内部分成冷源腔室（25）以及热源腔室（26），所述冷源腔室（25）位于热源腔室（26）的下方，所述冷源储存在冷源腔室（25）中，所述热源储存在热源腔室（26）中；

所述可滑移隔板（8）沿蓄热水罐（7）的轴向滑动。

Images