CN113991209A - 动力电池包的温控系统及温控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动力电池包的温控系统及动力电池包的温控方法。本发明的动力电池包的温控系统设于配置在车辆底部的电池包上，包括换热仓、水冷单元和风冷单元。其中，换热仓内设有换热单元，换热单元内设有与车载空调连通的冷媒管路；水冷单元包括循环连通的换热液通道、回液通道和换热管路，换热管路位于换热单元内，以可与冷媒管路进行热交换；换热液通道与电池包内部之间进行热交换。风冷单元包括成型于底板下方的风道，回液通道经风冷单元后与换热管路相连，流经风道的气流可构成对回液通道的降温。本发明的动力电池包的温控系统，可节省车载空调的降温负担电池包，从而改善电池包内部工况温度控制的能耗情况。

Description

动力电池包的温控系统及温控方法

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种动力电池包的温控系统。另外，本发明还涉及一种动力电池包的温控方法。

背景技术

随着新能源汽车的发展，动力电池成为电动汽车的重要动力来源。在电池包内部，锂离子单体电池电压、容量相对较小，电池组由各单体电池串并联而成，在电池包内紧密排列，使用过程中产生的热量难以排出，会造成电池包内部温度升高；在冬季或者车辆启动的开始阶段，电池包内部的温度会相对过低，也不利于电池的良好运行。

一般情况下，锂电池工作温度应保持在25-40℃之间，单体电池最大温差不超过5℃。因此优化动力电池包内部的温度控制，对解决由于电池过热导致的电池性能衰减、使用寿命缩短等问题有着极为重要的作用。

目前，对电池包的降温或保温控制，一般采用液冷循环降温；或者采取风冷散热。其中，液冷循环需要借助车载空调的冷媒介质，通过冷媒介质对循环液降温后，通过循环液在电池包内部的循环换热实现对电池包的降温；这种单独依靠车载空调的降温方式，需要耗费较多的电能。

采用强制风冷散热方式，受环境温度影响较大，且与电池包内部的换热效果较差，不利于提高电池包温度均衡性。

因此，有必要不断优化电池包的温度控制方式，以改善电池包的温控效果。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种动力电池包的温控系统，以利于改善电池包内部工况温度控制的能耗情况。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种动力电池包的温控系统，设于配置在车辆底部的电池包上，包括换热仓、水冷单元和风冷单元；

所述换热仓内设有换热单元，所述换热单元内设有与车载空调连通的冷媒管路；所述水冷单元包括循环连通的换热液通道、回液通道和换热管路，所述换热管路位于所述换热单元内，以可与所述冷媒管路进行热交换；所述换热液通道设于所述电池包的底板中或所述底板的上部，以可形成与所述电池包内部之间的热交换；

所述风冷单元包括成型于所述底板下方的风道，所述风道沿所述车辆的长度方向设置，所述回液通道经所述风冷单元后与所述换热管路相连，流经所述风道的气流可构成对所述回液通道的降温。

进一步的，所述底板下方间隔设有防护板，所述底板和所述防护板之间间隔设有多组隔板，所述风道形成于相邻的两组所述隔板之间；每组所述隔板为间隔设置的两个，同组内的两所述隔板之间形成一个所述回液通道。

进一步的，同组内两所述隔板的间隔距离小于相邻两组所述隔板之间的间隔距离。

进一步的，各所述回液通道汇流后经回液总管与所述换热管路连通。

进一步的，所述换热液通道为沿所述车辆的宽度方向间隔设置的多个，各所述换热液通道均经出液总管与所述换热管路连通；所述换热仓设于所述电池包的前部，所述换热液通道和所述回液通道于所述电池包的后部连通。

进一步的，对应相邻的两个所述回液通道，设有一个所述换热液通道。

进一步的，所述换热单元内设有加热装置，所述加热装置可构成对所述换热管路的升温；所述风道的前部设有可启闭的挡风板，闭合的所述挡风板可构成对所述风道的封堵。

进一步的，闭合的所述挡风板呈向着所述车辆的后方倾斜向下设置。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明的动力电池包的温控系统，通过在电池包底部设置风冷单元，以配合水冷单元的工作，经过换热单元降温的换热液在换热液通道中流过，实现对电池包内部的降温，回流的换热液在流经回液通道时，经过风冷单元的风道，当车辆行进时在风道会形成气流，借助该气流可以初步对换热液降温，之后在回流到换热管路，由车载空调的冷媒降温，从而可节省车载空调的降温负担电池包，从而改善电池包内部工况温度控制的能耗情况。

同时，在底板的下方设置防护板，在两者之间设置隔板，从而不仅可以在电池包的底部形成有效的防护，而且可形成风道；每组隔板形成一个回液通道，两组相邻的隔板之间形成风道，可实现风道和回液通道之间的良好热交换效果。

此外，在换热单元内设置加热装置，可以在电池包内部温度过低时对电池包加热，同时为风道设置挡风板，在对电池包加热时可以关闭风道，从而屏蔽掉风冷单元的效果，并在底板底部形成由风道的空腔形成的隔热层，可大大提高系统对电池包的加热效果。

本发明的另一目的在于提出一种动力电池包的温控方法，该方法用于调节本发明所述的动力电池包的温控系统中所述电池包的内部温度，并包括以下步骤：

S1、设定所述电池包的理想工况温度范围，并检测所述电池包的内部温度；

S2、当所述内部温度高出所述理想工况温度范围时，利于所述冷媒管路对所述换热管路进行降温，并开启所述风道；当所述内部温度低于所述理想工况温度范围时，利于加热装置对所述换热管路进行升温，并封堵所述风道。

进一步的，同时检测车辆的外界温度，当所述外界温度高出所述理想工况温度范围时，封堵所述风道。

本发明的动力电池包的温控方法，通过比较电池包内部温度和理想工况温度范围的偏差，采用通断冷媒管路或调节冷媒管路内的冷媒流量以调节电池包内的温度，当需要对电池包降温时，水冷单元内的换热液可以在流经回液通道时被风冷单元进行初步降温，从而可节省车载空调提供的冷媒的能耗，从而改善电池包内部工况温度控制的能耗情况。

附图说明

构成本发明的一部分的附图，是用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明是用于解释本发明，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一所述的动力电池包的温控系统构成示意图；

图2为本发明实施例一所述的电池包立体结构示意图；

图3为本发明实施例一所述的电池包的底部视角下的结构示意图；

图4为本发明实施例一所述的电池包的侧视图；

图5为本发明实施例一所述的电池包的上部视角下的结构示意图；

附图标记说明：

1、电池包；10、模组仓；100、底板；11、换热仓；12、挡风板；13、风冷单元；130、风道；131、隔板；132、防护板；

20、出液总管；21、第一换热部；210、换热液通道；22、连接管路；23、第二换热部；230、回液通道；231、连通管路；24、回液总管；25、换热管路；260、出液温度计；261、回液温度计；

3、换热单元；30、加热装置；300、加热管；31、冷媒管路；310、冷媒进管；311、冷媒回管；

4、车载空调。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“背”等指示方位或位置关系的术语，其为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本发明的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连接件”应做广义理解。例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，亦或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例涉及一种动力电池包的温控系统，有利于改善电池包1内部工况温度控制的能耗情况；其一种示例性系统构成如图1，其配置在电池包1上，该电池包1的一种示例性系统构成如图2至图4所示。

整体而言，该动力电池包的温控系统设于电池包1，用于电池包1内部温度的调控；而且，电池包1配置在车辆底部，形成车辆的地板。该温控系统包括换热仓11、水冷单元和风冷单元13；其中，换热仓11内设有换热单元3，换热单元3内设有与车载空调4连通的冷媒管路31。水冷单元则包括循环连通的换热液通道210、回液通道230和换热管路25，换热管路25位于换热单元3内，以可与冷媒管路31进行热交换；换热液通道210设在电池包1的底板100中或底板100的上部，以可形成与电池包1内部之间的热交换。风冷单元13包括成型于底板100下方的风道130，风道130沿车辆的长度方向设置，回液通道230经风冷单元13后与换热管路25相连，流经风道130的气流可构成对回液通道230的降温。

基于上述的设计思想，如图1、图2所示，本实施例的动力电池包的温控系统主要包括换热仓11、水冷单元和风冷单元13几部分。

由于该系统是设置在电池包1上，故，首先就电池包1的结构加以说明。电池包1包括侧板和底板100，围构形成模组仓10，电池模组均位于模组仓10内。当电池模组运行散热，造成电池包1内部温度升高时，采用水冷单元对电池包1内部温度降温。

为了便于换热单元3的布置，在电池包1的前侧设置有换热仓11，换热单元3固装于换热仓11内；并在换热单元3内设置有加热装置30和冷媒管路31。其中，换热单元3内设有加热装置30，加热装置30用于对设于换热单元3内的换热管路25升温。在换热单元3内设置加热装置30，可以在电池包1内部温度过低时对电池包1加热；加热装置30的加热管300和换热管路25相邻布置，通过两者之间的散热片实现热传递；该加热装置30可采用现有的电加热器等实现。冷媒管路31则通过冷媒进管310和冷媒回管311与车载空调4的冷媒管路连接，冷媒管路31和换热管路25在换热单元3内通过蒸发器、散热片等结构形式进行热量交换，以实现对换热管路25内换热液降温。

如图3、图4所示，上述的水冷单元包括顺畅连通并形成循环的换热液通道210、回液通道230和换热管路25。本实施例中，换热液通道210为沿车辆的宽度方向间隔设置的多个，各换热液通道210均经出液总管20与换热管路25连通。同时，由于换热仓11设在电池包1的前部，换热液通道210和回液通道230则于电池包1的后部连通。这样，回液通道230则从底板100的下方布满电池包1的整个长度，从而提高回液通道230和风道130的接触长度。沿着车辆的长度方向布置换热液通道210，并沿车辆宽度方向间隔设置多个，可在底板100上形成多个换热液的流经通道，进而与底板100下方的各个回液通道230对应连接，可提升水冷单元和电池包1之间的换热效率，利于管路和通道的布置。

如图5所示，优选地，对应相邻的两个回液通道230，设有一个换热液通道210。在电池包1的后部，每个换热液通道210和其对应的两个回液通道230通过一个“门”字形连接管路22连通。每两个回液通道230配设一个换热液通道210，可通过换热液通道210的迂回弯曲设置，增加换热液通道210和电池包1内部的换热效率。为了风道130内气流的顺畅流过，风道130和相邻的回液通道230需要径直布置，为保障回液通道230和风道130之间的充分接触和高效降温，将回液通道230的数量增加为换热液通道210的一倍，可使通道之间的连通以及整体的降温效果得到改善。

结合图1所示，上述的各换热液通道210构成了第一换热部21，通过和电池包1内部的热交换实现对电池包1内部的温度调控；上述的各回液通道230则构成第二换热部23，通过风冷单元13和风道130中的气流进行热交换。在对电池包1进行降温调控时，同时车辆在运行状态下，由于风冷单元13位于车辆的底部，各风道130的前部开口正对前方，车辆底部的气流或快速通过各个风道130，从而形成对各回液通道230内换热液的初步降温，从而可以节省车载空调4的冷媒对换热液降温的能耗。

对于风道130的具体结构，优选采用如图2至图5所示的形式。底板100下方间隔设有防护板132，底板100和防护板132之间间隔设有多组隔板131，风道130形成于相邻的两组隔板131之间；每组隔板131为间隔设置的两个，同组内的两隔板131之间形成一个回液通道230。在底板100的下方设置防护板132，在两者之间设置隔板131，从而不仅可以在电池包1的底部形成有效的防护，而且可形成风道130；每组隔板131形成一个回液通道230，两组相邻的隔板131之间形成风道130，可实现风道130和回液通道230之间的良好热交换效果。

同时，同组内两隔板131的间隔距离小于相邻两组隔板131之间的间隔距离。基于利于大流量的气流对换热液降温的需要，将回液通道230的截面小于风道130的截面设置，从而可保证充分的风冷效果。

基于上述的设置，各回液通道230汇流后经回液总管24与换热管路25连通。对于回液总管24和换热管路25之间的连通形式，可以设置连通管路、或者在底板100中构造出连通腔室来加以实现。通过在回液通道230和回液总管24之间设置连通管路231实现各个回液通道230的汇流，便于管路的布置，也便于通过换热管路25在换热单元3内进行热量的传递。

同时，防护板132的前部边缘相对于底板100的前沿后移设置，从而使风冷单元13的前部呈下倾的斜面状。此刻，闭合的挡风板12呈向着车辆的后方倾斜向下设置，以实现对各个风道130的关闭封堵。当需要开启挡风板12时，挡风板12则向着前方翻转到水平位置，而位于换热仓11的底部。关于挡风板12的启闭驱动形式，则可以灵活选择；例如，挡风板12的底部铰接于电池包1上，采用电机驱动实现翻转启闭操作。将挡风板12设置为向着车辆后方倾斜向下的布置形式，在挡风板12闭合时可在挡风板12向上形成对气流的引导，从而降低风冷单元13造成风阻。挡风板12的设置，在对电池包1加热时可以关闭风道130，从而屏蔽掉风冷单元13的效果，并在底板100底部形成由风道130的空腔形成的隔热层，可大大提高系统对电池包1的加热效果。

综上所述，本实施例的动力电池包的温控系统，通过在电池包1底部设置风冷单元13，以配合水冷单元的工作，经过换热单元3降温的换热液在换热液通道210中流过，实现对电池包1内部的降温，回流的换热液在流经回液通道230时，经过风冷单元13的风道130，当车辆行进时在风道130会形成气流，借助该气流可以初步对换热液降温，之后在回流到换热管路25，由车载空调4的冷媒降温，从而可节省车载空调4的降温负担电池包1，从而改善电池包1内部工况温度控制的能耗情况。

实施例二

本实施例涉及一种动力电池包的温控方法，该方法用于调节实施例一所提供的动力电池包的温控系统中电池包1的内部温度，有利于改善电池包1内部工况温度控制的能耗情况。

该方法主要包括以下步骤：

S1、设定电池包1的理想工况温度范围，并检测电池包1的内部温度；

S2、当内部温度高出理想工况温度范围时，利于冷媒管路31对换热管路25进行降温，并开启风道130；当内部温度低于理想工况温度范围时，利于加热装置30对换热管路25进行升温，并封堵风道130。

其中，理想工况温度范围可设置为25-40℃。在对电池包1降温时，可以同时检测车辆的外界温度，当外界温度高出理想工况温度范围时，则封堵风道130。对车辆的外界温度进行检测，当外界温度过高，不利于风冷效果的实现时，关闭挡风板12从而封堵住风道130，可避免在对电池包1降温过程中，外界高温造成的对回液总管24内换热液的升温。

在上述发温控方法中，为改善控制效果，可在出液总管20上加设出液温度计260，在回液总管24上加设回液温度计261，从而实施采集换热液进出的温度情况。电池包1的内部温度则可通电池管理系统(BMS)中获取，上述的控制可以借助车辆的主控单元实现。此刻，出液温度计260和回液温度计261以及电池包1的内部温度、外界温度均传输到主控单元。同时，在冷媒进管310或则冷媒回管311上可加设开关阀或者调节阀；该开关阀或者调节阀、以及驱动挡风板12启闭的电机均连接到主控单元。

主控单元基于内部温度、设定的理想工况温度范围、回液温度计261和回液温度计261的温差情况、外界温度等灵活调控冷媒的流量、挡风板12的启闭，从而可保持电池包1内适宜的工况温度，并可有效降低车载空调4的能耗。

通过比较电池包1内部温度和理想工况温度范围的偏差，采用通断冷媒管路31或调节冷媒管路31内的冷媒流量以调节电池包1内的温度，当需要对电池包1降温时，水冷单元内的换热液可以在流经回液通道230时被风冷单元13进行初步降温，从而可节省车载空调4提供的冷媒的能耗，从而改善电池包1内部工况温度控制的能耗情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力电池包的温控系统，设于配置在车辆底部的电池包(1)上，其特征在于，包括换热仓(11)、水冷单元和风冷单元(13)；

所述换热仓(11)内设有换热单元(3)，所述换热单元(3)内设有与车载空调(4)连通的冷媒管路(31)；所述水冷单元包括循环连通的换热液通道(210)、回液通道(230)和换热管路(25)，所述换热管路(25)位于所述换热单元(3)内，以可与所述冷媒管路(31)进行热交换；所述换热液通道(210)设于所述电池包(1)的底板(100)中或所述底板(100)的上部，以可形成与所述电池包(1)内部之间的热交换；

所述风冷单元(13)包括成型于所述底板(100)下方的风道(130)，所述风道(130)沿所述车辆的长度方向设置，所述回液通道(230)经所述风冷单元(13)后与所述换热管路(25)相连，流经所述风道(130)的气流可构成对所述回液通道(230)的降温。

2.根据权利要求1所述的动力电池包的温控系统，其特征在于：所述底板(100)下方间隔设有防护板(132)，所述底板(100)和所述防护板(132)之间间隔设有多组隔板(131)，所述风道(130)形成于相邻的两组所述隔板(131)之间；每组所述隔板(131)为间隔设置的两个，同组内的两所述隔板(131)之间形成一个所述回液通道(230)。

3.根据权利要求2所述的动力电池包的温控系统，其特征在于：同组内两所述隔板(131)的间隔距离小于相邻两组所述隔板(131)之间的间隔距离。

4.根据权利要求2所述的动力电池包的温控系统，其特征在于：各所述回液通道(230)汇流后经回液总管(24)与所述换热管路(25)连通。

5.根据权利要求2所述的动力电池包的温控系统，其特征在于：所述换热液通道(210)为沿所述车辆的宽度方向间隔设置的多个，各所述换热液通道(210)均经出液总管(20)与所述换热管路(25)连通；所述换热仓(11)设于所述电池包(1)的前部，所述换热液通道(210)和所述回液通道(230)于所述电池包(1)的后部连通。

6.根据权利要求5所述的动力电池包的温控系统，其特征在于：对应相邻的两个所述回液通道(230)，设有一个所述换热液通道(210)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的动力电池包的温控系统，其特征在于：所述换热单元(3)内设有加热装置(30)，所述加热装置(30)可构成对所述换热管路(25)的升温；所述风道(130)的前部设有可启闭的挡风板(12)，闭合的所述挡风板(12)可构成对所述风道(130)的封堵。

8.根据权利要求7所述的动力电池包的温控系统，其特征在于：闭合的所述挡风板(12)呈向着所述车辆的后方倾斜向下设置。

9.一种动力电池包的温控方法，其特征在于，该方法用于调节权利要求1至8任一项所述的动力电池包的温控系统中所述电池包(1)的内部温度，并包括以下步骤：

S1、设定所述电池包(1)的理想工况温度范围，并检测所述电池包(1)的内部温度；

S2、当所述内部温度高出所述理想工况温度范围时，利于所述冷媒管路(31)对所述换热管路(25)进行降温，并开启所述风道(130)；当所述内部温度低于所述理想工况温度范围时，利于加热装置(30)对所述换热管路(25)进行升温，并封堵所述风道(130)。

10.根据权利要求9所述的动力电池包的温控方法，其特征在于：同时检测车辆的外界温度，当所述外界温度高出所述理想工况温度范围时，封堵所述风道(130)。

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