CN114069105A - 一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统 - Google Patents

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罗锋
龚循飞
邹发明
易健
符俊
施鑫隆
张萍
熊慧慧
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Abstract

本发明公开了一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统，涉及增程式电动轻卡车动力电池技术领域，包括动力电池包循环回路和加热循环回路，所述动力电池包循环回路和加热循环回路通过在热交换器进行热交换；所述加热循环回路包括用于对水加热的PTC加热回路，所述PTC加热回路通过电子四通阀连接有进一步对所述PTC加热回路中的水进行加热的发动机。本发明通过发动机的启动增添了热量的传递，将发动机的热量利用起来，从而高效的将该部分热量利用起来，使得发动机的热量与水PTC加热器的热量可同步或单独给动力电池包加热进行热交换，降低PTC的功率使用，从而达到节约能量，提高动力电池包加热速率和效率。

Description

一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统
技术领域
本发明涉及增程式电动轻卡车动力电池技术领域，具体涉及一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统。
背景技术
随着能源短缺和环境污染两大问题日益严重,新能源汽车在世界范围内得到了越来越多的关注。增程式电动汽车作为较为理想的电动汽车过渡车型，受到各国政府的广泛重视。而无论纯电动车还是增程式车，其动力电池的热管理设计均是全社会关注的重点攻关技术。
传统车型中由于无动力电池包，因此传统车无针对动力电池包进行冷却；纯电车型没有发动机，而增程式的车型既包含发动机又有动力电池包；动力电池加热系统而增程式轻卡的动力电池包加热系统涉及到发动机的参与，电池包采用电加热器加热，能量损耗大，整车纯电续航里程锐减，此外，现有的对动力电池加热系统并未涉及到发动机的参与，使得加热的效率较低。
发明内容
为解决现有技术问题，本发明提供一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统，包括动力电池包循环回路和加热循环回路，所述动力电池包循环回路的水和加热循环回路的水通过在热交换器进行热交换；
所述加热循环回路包括用于对水加热的PTC加热回路，所述PTC加热回路通过电子四通阀连接有进一步对所述PTC加热回路中的水进行加热的发动机。
进一步的方案是，所述动力电池包循环回路包括动力电池包、第一承压水壶以及电池包水泵，所述第一承压水壶的出液端与所述电池包水泵的进液端相连，所述电池包水泵的出液端与所述动力电池包的进液端相连，所述动力电池包的出液端与所述热交换器的第一进液端相连，所述热交换器的第一出液端与所述第一承压水壶的进液端相连。
进一步的方案是，所述加热循环回路包括暖风电子水泵、水PTC加热器以及第二承压水壶，所述暖风电子水泵的进液端与所述第二承压水壶的出液端相连，所述暖风电子水泵的出液端与所述水PTC加热器的进液端相连，水PTC加热器的第一出液端与所述热交换器的第二进液端相连，所述热交换器的第二出液端与所述暖风电子水泵的进液端相连，
进一步的方案是，四通阀设置在所述热交换器的第二出液端与所述暖风电子水泵的进液端之间，所述四通阀的一个进液端与所述热交换器的第二出液端相连，所述四通阀的一个出液端与发动机的进液端相连，所述发动机的出液端与所述四通阀的另一个进液端相连，所述四通阀的另一个出液端与所述暖风电子水泵的进液端相连。
进一步的方案是，所述电池包水泵的出液端与所述动力电池包的进液端之间设置有温度传感器，所述温度传感器的信号输出端与控制芯片的信号输入端相连，所述控制芯片的信号输出端与所述电池包水泵电连接。
进一步的方案是，所述水PTC加热器的第二出液端与所述第二承压水壶的进液端相连，且所述水PTC加热器的第二出液端与所述第二承压水壶的进液端之间设置有使水只能从所述水PTC加热器流入所述第二承压水壶的单向阀。
进一步的方案是，所述控制芯片设置在所述电池包水泵的出液端与所述动力电池包的进液端之间，所述控制芯片的一侧面两端分别设置有进水口和出水口，所述进水口和出水口之间连接有辅助加热管，所述辅助加热管中的水通过所述控制芯片工作发热产生的热量进行辅助加热；所述进水口与所述电池包水泵的出液端相连，所述出水口与所述动力电池包的进液端相连。
进一步的方案是，所述水PTC加热器包括管状的铝型材以及设于所述铝型材上的PTC加热组件，铝型材的管壁上设有均匀分布的PTC加热腔，所述PTC 加热腔设有至少六个，所述PTC加热腔的横截面与PTC加热组件的横截面相适配，PTC加热组件被固定于PTC加热腔中，在铝型材的管腔中插设有由耐腐蚀材料制成的过水管，过水管的外壁与铝型材的管腔壁紧密贴合，过水管的两端从铝型材的两端伸出。
进一步的方案是，所述铝型材的管腔壁上设有多个凹陷的第一压合缓冲槽，多个所述第一压合缓冲槽将铝型材的管腔壁划分为多个与过水管的外壁接触的导热面。
进一步的方案是，所述过水管与铝型材的管腔之间设有导热硅脂。
本发明的有益效果：
本发明通过发动机的启动增添了热量的传递，将发动机的热量利用起来，从而高效的将该部分热量利用起来，使得发动机的热量与水PTC加热器的热量可同步或单独给动力电池包加热进行热交换，降低PTC的功率使用，从而达到节约能量，提高动力电池包加热速率和效率；
本发明通过控制电池包水泵工作的控制芯片工作发热产生的热量进行废热利用，进一步提高动力电池包循环回路中水的温度，进一步提高动力电池包加热速率和效率，可减少加热的能耗；
本发明通过在管状的铝型材的管壁上设置均匀分布的至少六个PTC加热腔，在PTC加热腔中设置PTC加热组件，从而提高液体水加热的均匀性；在铝型材的腔体中设置耐腐蚀的过水管，从而满足在水质不佳的情况下提高水PTC加热器的耐腐蚀性，从而提高了水PTC加热器的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统且加热循环回路处于第二工作状态的结构原理图；
图2为图1中的加热循环回路处于第一工作状态的结构原理图；
图3为本发明实施例中水PTC加热器的内部结构示意图；
图4为本发明新型实施例中铝型材的结构示意图；
附图标注：1-动力电池包循环回路；10-动力电池包；11-第一承压水壶；12- 电池包水泵；2-加热循环回路；20-暖风电子水泵；21-水PTC加热器；210-铝型材；211-PTC加热组件；212-PTC加热腔；213-过水管；214-第一压合缓冲槽； 215-导热面；216-第二压合缓冲槽；22-第二承压水壶；23-三通阀；3-热交换器； 4-四通阀；5-发动机；6-温度传感器；7-单向阀；8-控制芯片；80-辅助加热管。
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。
如图1-2所示，本发明的一个实施例公开了一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统，包括动力电池包循环回路1和加热循环回路2，动力电池包循环回路的水1和加热循环回路2的水通过在热交换器3进行热交换；
加热循环回路2包括用于对水加热的PTC加热回路，PTC加热回路通过电子四通阀4连接有进一步对PTC加热回路中的水进行加热的发动机5。
在本实施例中，动力电池包循环回路1包括动力电池包10、第一承压水壶 11以及电池包水泵12，第一承压水壶11的出液端与电池包水泵12的进液端相连，电池包水泵12的出液端与动力电池包10的进液端相连，动力电池包10的出液端与热交换器3的第一进液端相连，热交换器3的第一出液端与第一承压水壶11的进液端相连。
在本实施例中，加热循环回路2包括暖风电子水泵20、水PTC加热器21 以及第二承压水壶22，暖风电子水泵20的进液端与第二承压水壶22的出液端相连，暖风电子水泵20的出液端与水PTC加热器21的进液端相连，水PTC加热器21的第一出液端与热交换器3的第二进液端相连，热交换器3的第二出液端与暖风电子水泵20的进液端相连，水PTC加热器21的第一出液端与热交换器3的第二进液端之间设置有电子三通阀23。
在本实施例中，四通阀4设置在热交换器3的第二出液端与暖风电子水泵 20的进液端之间，四通阀4的一个进液端与热交换器3的第二出液端相连，四通阀4的一个出液端与发动机5的进液端相连，发动机5的出液端与四通阀4的另一个进液端相连，四通阀4的另一个出液端与暖风电子水泵20的进液端相连。
在本实施例中，电池包水泵13的出液端与动力电池包10的进液端之间设置有温度传感器6，温度传感器6的信号输出端与控制芯片8的信号输入端相连，控制芯片8的信号输出端与电池包水泵13电连接。
在本实施例中，水PTC加热器21的第二出液端与第二承压水壶22的进液端相连，且水PTC加热器21的第二出液端与第二承压水壶22的进液端之间设置有使水只能从水PTC加热器21流入第二承压水壶22的单向阀7。
本实施例中的四通阀4为电子四通阀，且设置有1、2、3、4四个阀门，本实施例的三通阀23设置有1、2、3个阀门；
本实施例的动力电池包循环回路以电池包水泵作为动力源，带动该回路中的加热水循环流通；加热水从第一承压水壶流入到电池包水泵，再由电池包水泵流出并流入动力电池包，再由动力电池包流出到热交换器，经过热交换器流回第一承压水壶，从而形成整个动力电池包循环回路。
本实施例的加热循环回路分为两种工作状态，两者工作状态的差别是是否启动发动机；
第一工作状态为发动机未启动，则该加热循环回路以暖风电子水泵作为动力源，带动该回路中的加热水循环流通；水从暖风电子水泵流入到水PTC加热器中，水通过水PTC加热器进行加热，再由电子三通阀6的1-3通路流出到热交换器，再由热交换器流入电子四通阀的1-2通路，从而形成封闭的加热循环回路。
第二工作状态为发动机处于启动时状态，此时的加热循环回路为暖风电子水泵作为动力源，带动该回路中的加热水循环流通；水从暖风电子水泵流入到水 PTC加热器，水通过水PTC加热器进行加热，再由电子三通阀的1-3通路流出到热交换器，再由热交换器流入电子四通阀的2-4通路，通过2-4通路流入发动机进水口，再由发动机出水口流出到电子四通阀的3-1通路，最后流回至暖风电子水泵，从而形成封闭的加热循环回路。
本实施例的加热循环回路还包括为其进行补水的补水回路，则该补水回路为：暖风电子水泵作为动力源，带动该回路中的水循环流通；水从第二承压水壶注入，通过暖风电子水泵带动流入到水PTC加热器，水通过水PTC加热器流入单向阀，再流回至第二承压水壶，从而形成循环的补水回路，为加热循环回路提供水。
动力电池包循环回路和加热循环回路各部分之间连接的管道均采用橡胶软管，并通过夹箍连接和固定，软管具有耐高温、高压作用，软管采用钢带式弹性夹箍安装更方便、快捷、高效。
动力电池包循环回路通过第一承压水壶注入冷却水作为动力电池包循环回路的介质，回路通过控制电池包水泵工作进行管路的排空循环，使管路充满冷却水；加热循环回路通过第二承压水壶注入冷却水作为加热循环回路的介质，通过暖风电子水泵进行排空循环，再加注到规定值。
动力电池包循环回路与加热循环回路通过热交换器实现将第二路循环回路的加热后冷却水与第一路循环回路的冷却水进行热量交换，从而达到对动力电池包的加热效果。
动力电池包循环回路中的温度传感器主要用来实时监控管路中冷却水的温度变化，同步监测动力电池包的温度变化，根据温度传感器采集温度的高低，控制电池包水泵的PWM波占空比，从而实现不同温度段采用不同的电池包水泵转速，间接控制冷却水循环的流速，实现对动力电池包的加热速率和速率。
第二路循环回路通过暖风电子水泵吸入低温的冷却水，通过水PTC进行加热，向循环回路中排出连续加热的热冷却水，排出的热冷却水通过热交换器与第一路循环回路进行热量交换，间接达到对动力电池包的加热作用。
加热循环回路的发动机启动和水PTC同时为该路的冷却水进行加热，利用发动机的热量，从而降低水PTC的电能消耗，达到节能效果；或通过发动机与水PTC同步给冷却水进行双重加热，提高加热效率，快速达到电池包制热效果。
加热循环回路中根据电子四通阀的各个阀的开闭，实现增程式轻卡车辆的增程模式与纯电模式下的加热效果切换，达到高效节能的加热效果。当纯电模式状态时，通过电子四通阀的1-2阀与暖风电子水泵、水PTC加热器、电子三通阀、热交换器形成循环回路进行加热，通过热交换器达到对动电池包的加热效果。当整车为增程模式时，即发动机启动，冷却水从电子四通阀2-4通路与发动机进水口形成通路，发动机出水口与四通阀1-3通路形成通路，并与暖风电子水泵、水 PTC、电子三通阀、热交换器形成回路制热，通过热交换器达到对动电池包的加热效果。
在本实施例中，控制芯片8设置在电池包水泵13的出液端与动力电池包10 的进液端之间，控制芯片的一侧面两端分别设置有进水口和出水口，进水口和出水口之间连接有辅助加热管80，辅助加热管80中的水通过控制芯片8工作发热产生的热量进行辅助加热；进水口与电池包水泵13的出液端相连，出水口与动力电池包10的进液端相连。
本发明实施例通过控制电池包水泵工作的控制芯片工作发热产生的热量进行废热利用，进一步提高动力电池包循环回路中水的温度，进一步提高动力电池包加热速率和效率，可减少加热的能耗。
如图3-4所示，水PTC加热器21包括管状的铝型材210以及设于铝型材210 上的PTC加热组件211，铝型材210的管壁上设有均匀分布的PTC加热腔212， PTC加热腔212设有至少六个，PTC加热腔212的横截面与PTC加热组件211 的横截面相适配，PTC加热组件211被固定于PTC加热腔212中，在铝型材210 的管腔中插设有由耐腐蚀材料制成的过水管213，过水管213的外壁与铝型材210 的管腔壁紧密贴合，过水管213的两端从铝型材210的两端伸出。
在本实施例中，PTC加热腔212上设有第二压合缓冲槽216。
本实施例的铝型材为圆管结构；使各部位受热胀冷缩变形更均匀，大大减小各部件受热胀冷缩松脱的可能性。
铝型材的管腔壁上设有多个凹陷的第一压合缓冲槽，以将铝型材的管腔壁划分为多个与过水管的外壁接触的导热面，导热面均与PTC加热腔一一对应设置， PTC加热腔上还设有第二压合缓冲槽，使铝型材被压合时，压合变形的应力能够被释放，避免应力回弹导致结构不稳定。
第一压合缓冲槽的设置数量与PTC加热腔的数量相同，第一压合缓冲槽分别设置在铝型材的管腔壁上位于两个PTC加热腔之间的位置处；第一压合缓冲槽的截面形状为抛物线形；第一压合缓冲槽均匀分布。
每个PTC加热腔上设有两个第二压合缓冲槽，两个第二压合缓冲槽分别设置在该PTC加热腔与相邻两个PTC加热腔相对的两端上。
在本发明中，在过水管与铝型材的管腔之间设有导热硅脂，从而提高导热效果。
本实施例的过水管4由不锈钢、铜或钛合金材料制成。
装配时，先将多个PTC加热组件依次放入PTC加热腔内，然后将过水管穿过铝型材的管腔后，用压机对铝型材的外壁依次进行压合，形成最终成品。
本发明实施例通过在管状的铝型材的管壁上设置均匀分布的至少六个PTC 加热腔，在PTC加热腔中设置PTC加热组件，从而提高液体加热的均匀性；在铝型材的腔体中设置耐腐蚀的过水管，从而满足在水质不佳的情况下提高PTC 液体加热器的耐腐蚀性，从而提高了PTC液体加热器的使用寿命。
最后说明的是，以上仅对本发明具体实施例进行详细描述说明。但本发明并不限制于以上描述具体实施例。本领域的技术人员对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都涵盖在本发明范围内。

Claims (10)

1.一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统，其特征在于：
包括动力电池包循环回路(1)和加热循环回路(2)，所述动力电池包循环回路(1)的水和加热循环回路(2)的水通过在热交换器(3)进行热交换；
所述加热循环回路(2)包括用于对水加热的PTC加热回路，所述PTC加热回路通过电子四通阀(4)连接有进一步对所述PTC加热回路中的水进行加热的发动机(5)。
2.根据权利要求1所述的一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统，其特征在于：
所述动力电池包循环回路(1)包括动力电池包(10)、第一承压水壶(11)以及电池包水泵(12)，所述第一承压水壶(11)的出液端与所述电池包水泵(12)的进液端相连，所述电池包水泵(12)的出液端与所述动力电池包(10)的进液端相连，所述动力电池包(10)的出液端与所述热交换器(3)的第一进液端相连，所述热交换器(3)的第一出液端与所述第一承压水壶(11)的进液端相连。
3.根据权利要求1所述的一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统，其特征在于：
所述加热循环回路(2)包括暖风电子水泵(20)、水PTC加热器(21)以及第二承压水壶(22)，所述暖风电子水泵(20)的进液端与所述第二承压水壶(22)的出液端相连，所述暖风电子水泵(20)的出液端与所述水PTC加热器(21)的进液端相连，水PTC加热器(21)的第一出液端与所述热交换器(3)的第二进液端相连，所述热交换器(3)的第二出液端与所述暖风电子水泵(20)的进液端相连。
4.根据权利要求3所述的一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统，其特征在于：
四通阀(4)设置在所述热交换器(3)的第二出液端与所述暖风电子水泵(20)的进液端之间，所述四通阀(4)的一个进液端与所述热交换器(3)的第二出液端相连，所述四通阀(4)的一个出液端与发动机(5)的进液端相连，所述发动机(5)的出液端与所述四通阀(6)的另一个进液端相连，所述四通阀(4)的另一个出液端与所述暖风电子水泵(20)的进液端相连。
5.根据权利要求2所述的一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统，其特征在于：
所述电池包水泵(13)的出液端与所述动力电池包(10)的进液端之间设置有温度传感器(6)，所述温度传感器(6)的信号输出端与控制芯片(8)的信号输入端相连，所述控制芯片(8)的信号输出端与所述电池包水泵(13)电连接。
6.根据权利要求3所述的一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统，其特征在于：
所述水PTC加热器(21)的第二出液端与所述第二承压水壶(22)的进液端相连，且所述水PTC加热器(21)的第二出液端与所述第二承压水壶(22)的进液端之间设置有使水只能从所述水PTC加热器(21)流入所述第二承压水壶(22)的单向阀(7)。
7.根据权利要求5所述的一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统，其特征在于：
所述控制芯片(8)设置在所述电池包水泵(13)的出液端与所述动力电池包(10)的进液端之间，所述控制芯片的一侧面两端分别设置有进水口和出水口，所述进水口和出水口之间连接有辅助加热管(80)，所述辅助加热管(80)中的水通过所述控制芯片(8)工作发热产生的热量进行辅助加热；所述进水口与所述电池包水泵(13)的出液端相连，所述出水口与所述动力电池包(10)的进液端相连。
8.根据权利要求1所述的一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统，其特征在于：
所述水PTC加热器(21)包括管状的铝型材(210)以及设于所述铝型材(210)上的PTC加热组件(211)，铝型材(210)的管壁上设有均匀分布的PTC加热腔(212)，所述PTC加热腔(212)设有至少六个，所述PTC加热腔(212)的横截面与PTC加热组件(211)的横截面相适配，PTC加热组件(211)被固定于PTC加热腔(212)中，在铝型材(210)的管腔中插设有由耐腐蚀材料制成的过水管(213)，过水管(213)的外壁与铝型材(210)的管腔壁紧密贴合，过水管(213)的两端从铝型材(210)的两端伸出。
9.根据权利要求8所述的一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统，其特征在于：
所述铝型材(210)的管腔壁上设有多个凹陷的第一压合缓冲槽(214)，多个所述第一压合缓冲槽(214)将铝型材(210)的管腔壁划分为多个与过水管(213)的外壁接触的导热面(215)。
10.根据权利要求8或9所述的一种高效节能增程式轻卡动力电池加热系统，其特征在于：
所述过水管(213)与铝型材(210)的管腔之间设有导热硅脂。
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