CN114300779A - 一种基于新能源汽车空调热泵的电池热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于新能源汽车空调热泵的电池热管理系统，包括热泵装置、风冷散热器和水冷板，各风冷散热器和水冷板沿上下方向导向移动装配于导向支架上，电池热管理系统还包括散热风扇和滑台，滑台具有高低布置的第一顶推端面和第二顶推端面，滑台左右移动过程中具有风冷散热工位和热泵温度调节工位，滑台在风冷散热工位时，各风冷散热器的底部与对应第一顶推面接触，风冷散热器的上端面与电池包外壁面接触；滑台在热泵温度调节工位时，各风冷散热器的底部与对弈第二顶推面接触，水冷板的上端面与电池包外壁面接触。本发明解决了现有技术中，仅依靠热泵装置对电池包进行温度调节而导致能耗较高的技术问题。

Description

一种基于新能源汽车空调热泵的电池热管理系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种基于新能源汽车空调热泵的电池热管理系统。

背景技术

低碳节能环保的新能源汽车迅猛发展，动力电池是新能源汽车的关键部件，动力电池的热管理系统作为影响新能源汽车安全、搞笑、舒适运行的重要因素，其研发及产业话也成为目前首要关注的问题。

热管理系统的目的是对动力电池的工作环境温度进行调节，使动力电池工作爱合适的温度范围之内，以维持其最佳的使用状态，保证电池系统的性能和寿命，从而提升新能源汽车的总体质量。

也就是说，电池热管理系统的关键是对动力电池的电池包进行升温和降温的温度调节，在现有技术中，根据导热介质的不同，电池冷却系统主要有空气冷却式和液体冷却式。其中，采用空气作为导热介质的成本最低，但是空气冷却使用也有其限制地方，比如说空气温度与汽车外部环境温度有关，不能实现较大范围的温度调节，且空气与电池避免之间的换热系数低，冷却速度也不是特别快；液冷方式的冷却效果较好，液冷方式的冷却介质为液体，因此需要设置对液体进行升温或降温的设备，采用热泵或PTC装置对液体进行温度调节，PTC加热系统功耗较大，因此采用热泵技术对液体介质进行温度调节越来越受到人们的欢迎。

中国专利CN113415211B公开了“电动汽车电池热管理与空调热泵联合系统及其控制方法”，该专利中就公开了使用热泵装置来实现对液体介质进行温度调节的方案，热泵装置包括压缩机、冷凝器、储液干燥器、膨胀阀、蒸发器，蒸发器的一侧贴合固定有换热器，蒸发器的另一侧通过导管连通有鼓风机，换热器的输出端通过导管连接有循环泵，循环泵与去离子器之间串联有节流阀，去离子器的输出端通过导管与电池包相连，动力电池设置于电池包内，电池板的温度即为动力电池的环境温度。

热泵装置其实就是空调热泵技术的应用，使用时，通过热泵装置可以实现对液体介质的制冷模式和加热模式。现有的这种单独采用热泵技术来实现电池热管理，热泵装置虽然相比PTC装置具有一定的节能效果，但是毕竟热泵装置中要使用功率较大的压缩机，其相比单纯的风冷技术来说，其耗能仍然较大，比如说在春季、秋季，室外空气温度较为凉爽，如果能通过风冷技术来对电池包进行冷却，那会大大的降低新能源汽车的耗能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于新能源汽车空调热泵的电池热管理系统，以解决现有技术中，仅依靠热泵装置对电池包进行温度调节而导致能耗较高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明中的技术方案如下：

一种基于新能源汽车空调热泵的电池热管理系统，包括热泵装置，还包括导向支架和沿左右方向间隔布置的多个长度沿前后方向延伸的风冷散热器，相邻风冷散热器之间设置有与热泵装置相连的水冷板，各风冷散热器和水冷板沿上下方向导向移动装配于所述导向支架上，风冷散热器的上端面、水冷板的上端面用于与电池包外壁面接触导热，电池热管理系统还包括与风冷散热器对应设置的散热风扇，以及位于风冷散热器和水冷板下侧的滑台，滑台由滑台驱动机构渠道而能够左右移动，滑台具有高低布置的第一顶推端面和第二顶推端面，滑台左右移动过程中具有风冷散热工位和热泵温度调节工位，滑台在风冷散热工位时，各风冷散热器的底部与对应第一顶推面接触，各水冷板的底部与对应第二顶推面接触，风冷散热器的上端面与电池包外壁面接触；滑台在热泵温度调节工位时，各风冷散热器的底部与对弈第二顶推面接触，各水冷板的底部与对应第一顶推面接触，水冷板的上端面与电池包外壁面接触。

本发明的有益效果为：本发明中，并不是单独使用现有技术中的热泵装置，而是热泵装置与风冷同时存在，当外部空气温度可以直接用于对电池包散热时，通过滑台的移动，将各风冷散热器顶至高位，此时风冷散热器的上端面与电池包外壁面直接接触导热，与热泵装置相连的水冷板处于不与电池包接触的低位，热泵装置不工作，仅需散热风扇工作，即可完成对电池包的散热，散热风扇耗电不多，非常节能；当需要热泵装置对电池包进行温度调节时，移动滑台，将各水冷板顶至高位，此时水冷板的上端面与电池包外壁面接触导热，散热风扇不工作，通过热泵装置调节水冷板的水冷通道内的液体温度，从而实现对电池包温度调节。

进一步的，滑台沿左右方向导向移动装配于滑台座上，滑台驱动机构包括减速电机，减速电机的动力输出端连接有轴线沿左右方向延伸的驱动丝杆，驱动丝杆与滑台螺纹连接。

进一步的，第一顶推端面与其两侧的第二顶推端面之间通过过渡斜面连接。

进一步的，风冷散热器包括散热器支架和设置于散热器支架上端的散热器板体，散热器支架上设置有长度沿前后方向延伸的支架散热通道，散热器板体包括固定于散热器支架上端的散热器中部板体，散热器中部板体的下端设置有伸入所述支架散热通道内的中部散热翅片；散热器板体还包括铰接于散热器中部板体左右两侧的散热器边缘板体，散热器边缘板体的铰接轴线沿前后方向延伸设置，散热器边缘板体的下端设置有位于支架散热通道外侧的边缘散热翅片，散热器支架上设置有用于与散热器边缘板体挡止配合以限制散热器边缘板体朝下翻转极限的散热器边缘板体支撑，散热器边缘板体与散热器中部板体之间具有V形间隙，风冷散热器相对相邻的水冷板朝下移动过程中，边缘散热翅片被水冷板顶推，散热器边缘板体朝上翻转而避让水冷板，散热器中部板体、散热器边缘板体的上板面用于与电池包接触导热。

进一步的，边缘散热翅片的下端截面形状为朝向散热器支架方向卷曲的弧形。

进一步的，水冷板包括水冷板支架和设置于水冷板支架上端的水冷板板体，水冷板支架上设置有长度沿前后方向延伸的水冷板散热通道，水冷板板体包括固定于水冷板散热通道上端的水冷板中部板体；水冷板板体还包括铰接于水冷板中部板体左右两侧的水冷板边缘板体，水冷板边缘板体的铰接轴线沿前后方向延伸设置，水冷板中部板体和水冷板边缘板体内均设置有长度沿前后方向延伸的水冷通道，水冷板支架上设置有用于与水冷板边缘板体挡止配合以限制水冷板边缘板体朝下翻转极限的水冷板边缘板体支撑，水冷板边缘板体与水冷板中部板体之间具有V形间隙，水冷板相对相邻的风冷散热器朝下移动过程中，水冷板边缘板体被风冷散热器顶推，水冷板边缘板体朝上翻转而避让风冷散热器，水冷板中部板体、水冷板边缘板体的上板面用于与电池包接触导热。

进一步的，电池管理系统还包括与各水冷板对应设置的支路分配器和与热泵装置相连的干路分配器，各支路分配器的一端与所述干路分配器相连，另外一端分别与对应水冷板的各水冷通道相连。

进一步的，支路分配器与对应水冷板的各水冷通道之间通过可变形的软管相连。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应地标号表示相同或对应地部分，其中：

图1是本发明中使用风冷散热器对电池包进行散热时的状态示意图；

图2是本发明中使用水冷板对电池包进行散热时的状态示意图；

图3是由图1到图2切换过程中，风冷散热器与水冷板的配合示意图；

图4是俯视方向上，风冷散热器与水冷板的配合示意图；

图5是图1中散热风扇与风冷散热器的配合示意图；

图6是图2中热泵装置与水冷板的配合示意图；

图7是图1中的A处放大图；

图8是图2中的B处放大图；

附图标记说明：1、电池包；2、减速电机；3、驱动丝杆；4、滑台座；5、滑台；6、过渡斜面；7、第一顶推面；8、散热器中部板体；9、第二顶推面；10、水冷板；11、风冷散热器；12、边缘散热翅片；13、散热器边缘板体；14、散热器边缘板体支撑；15、中部散热翅片；16、散热器支架；17、散热器支腿；18、水冷板支架；19、水冷板支腿；20、水冷板中部板体；21、水冷板边缘板体；22、水冷通道；23、散热器导向杆；24、水冷板导向杆；25、导向支架；26、热泵装置；27、干路分配器；28、支路分配器；29、软管；30、散热风扇。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。

本发明中基于新能源汽车空调热泵的电池热管理系统的实施例如图1~8所示：包括热泵装置26，热泵装置包括压缩机、冷凝器、储液干燥器、膨胀阀、蒸发器等，热泵装置属于现有技术，如本发明背景技术中所记载的热泵装置，在此对其具体结构不再详述。

电池热管理系统还包括使用时至于电池包下侧的导向支架25，导向支架25上沿上下方向导向移动装配有多个长度沿前后方向延伸的风冷散热器11和多个长度沿前后方向延伸的水冷板10，各风冷散热器11沿左右方向间隔布置，各水冷板10分别设置于对应相邻两个风冷散热器之间。

风冷散热器的上端面、水冷板的上端面用于与电池包外壁面接触导热，电池热管理系统还包括与风冷散热器对应设置的散热风扇30，本实施例中，散热风扇有三个，三个散热风扇沿左右方向间隔布置，图5中箭头方向表示散热风扇的气流方向。

电池热管理系统还包括位于风冷散热器和水冷板下侧的滑台5，滑台5由滑台驱动机构驱动而能够左右移动，滑台沿左右方向导向移动装配于滑台座4上，滑台驱动机构包括减速电机2，减速电机的动力输出端连接有轴线沿左右方向延伸的驱动丝杆3，驱动丝杆3与滑台5螺纹连接，移动的滑台构成了与驱动丝杠配合的丝母。

滑台上沿左右方向设置有顺序布置的凸起和凹陷，凸起、凹陷的长度沿前后方向延伸，凸起的顶部构成第一顶推面7，凹陷的底部构成第二顶推面9，第一顶推面与其两侧的第二顶推面之间通过过渡斜面6连接，第一顶推面的高度高于第二顶推面。滑台左右移动过程中具有风冷散热工位和热泵温度调节工位，滑台在风冷散热工位时，各风冷散热器的底部与对应第一顶推面接触，各水冷板的底部与对应第二顶推面接触，风冷散热器的上端面与电池包外壁面接触；滑台在热泵温度调节工位时，各风冷散热器的底部与对应第二顶推面接触，各水冷板的底部与对应第一顶推面接触，水冷板的上端面与电池包外壁面接触

在本实施例中，风冷散热器包括散热器支架16和设置于散热器支架16上端的散热器板体，散热器支架16上设置有长度沿前后方向延伸的支架散热通道，整个散热器支架呈U形，散热器支架的底部设置有散热器支腿17，散热器支腿17的底部用于与第一顶推面、第二顶推面和过渡斜面配合；散热器板体包括固定于散热器支架上端的散热器中部板体8，散热器中部板体的下端设置有伸入所述支架散热通道内的中部散热翅片15；散热器板体还包括铰接于散热器中部板体左右两侧的散热器边缘板体13，散热器边缘板体的铰接轴线沿前后方向延伸设置，散热器边缘板体的下端设置有位于支架散热通道外侧的边缘散热翅片12，散热器支架上设置有用于与散热器边缘板体挡止配合以限制散热器边缘板体朝下翻转极限的散热器边缘板体支撑14，散热器边缘板体支撑为固定于散热器支架上的支撑块结构。散热器边缘板体与散热器中部板体之间具有V形间隙，风冷散热器相对相邻的水冷板朝下移动过程中，边缘散热翅片被水冷板顶推，散热器边缘板体朝上翻转而避让水冷板，散热器中部板体、散热器边缘板体的上板面用于与电池包1接触导热。

边缘散热翅片12的下端截面形状为朝向散热器支架方向卷曲的弧形，从外形上开，边缘散热翅片为猪尾巴形，这样的边缘散热翅片，在不占用太多高度空间的情况下，可以增加散热面积的同时，还能够与水冷板之间形成导向，使得散热器边缘板体顺利上翻而避让水冷板。

水冷板包括水冷板支架18和设置于水冷板支架上端的水冷板板体，水冷板支架上设置有长度沿前后方向延伸的水冷板散热通道，水冷板支架整体为U形结构，水冷板支架的下端设置有水冷板支腿19，水冷板支腿的底部用于与第一顶推面、第二顶推面和过渡斜面配合。水冷板板体包括固定于水冷板散热通道上端的水冷板中部板体20；水冷板板体还包括铰接于水冷板中部板体左右两侧的水冷板边缘板体21，水冷板边缘板体的铰接轴线沿前后方向延伸设置，水冷板中部板体和水冷板边缘板体内均设置有长度沿前后方向延伸的水冷通道22，水冷板支架上设置有用于与水冷板边缘板体挡止配合以限制水冷板边缘板体朝下翻转极限的水冷板边缘板体支撑，水冷板边缘板体与水冷板中部板体之间具有V形间隙，水冷板相对相邻的风冷散热器朝下移动过程中，水冷板边缘板体被风冷散热器顶推，水冷板边缘板体朝上翻转而避让风冷散热器，水冷板中部板体、水冷板边缘板体的上板面用于与电池包接触导热。

电池管理系统还包括与各水冷板对应设置的支路分配器28和与热泵装置相连的干路分配器27，各支路分配器28的一端与干路分配器27相连，另外一端分别与对应水冷板的各水冷通道相连。支路分配器与对应水冷板的各水冷通道之间通过可变形的软管29相连，软管由图6中的虚线表示。使用软管连接支路分期器和水冷板，水冷板上下移动过程中，软管适应性变形，而保证水冷板可以顺利移动。支路分配器、干路分配器为现有技术，其一侧具有一个主水口，另外一侧具有多个与该主水口相连的支水口，水冷板进水侧的干路分配器和支路分配器用于将一路水路分为多路水路，水冷板出水侧的干路分配器和支路分配器用于将多路水路聚集成一路水路。

图中项23表示与散热器支架固定连接的散热器导向杆，散热器导向杆的轴线沿前后方向延伸设置，导向支架25上开设有导向方向沿上下方向延伸的散热器导向孔，散热器导向杆23与散热器导向孔在上下方向上导向移动配合，通过散热器导向杆与导向支架25的导向实现风冷散热器与导向支架的导向；图中项24表示与水冷板支架固定连接的水冷板导向杆，水冷板导向杆24的轴线沿前后方向延伸设置，导向支架25上开设有导向方向沿上下方向延伸的水冷板导向孔，水冷板导向杆24与水冷板导向孔在上下方向上导向移动配合，通过水冷板导向杆与导向支架25的导向实现水冷板与导向支架的导向。

在使用时，当电池包外界空气温度足以用于电池包降温时，比如说春秋天，滑台移动至风冷散热工位，如图1所示，此时水冷板处于位置较低的低位而不与电池包接触，风冷散热器的上端直接与电池包接触，热泵装置不工作，仅需散热风扇工作，了；利用电池包外侧的空气对电池包进行降温，比直接启动热泵装置的压缩机而言，大大节约了能耗；当利用外界空气不足以对电池包降温，或者电池包需要升温时，滑台朝右移动，如图2所示，滑台移动到热泵温度调节工位，此时水冷板处于位置较高的高位，水冷板的上端直接与电池包底部接触，风冷散热器移动至不与电池包接触的低位，此时散热风扇不需工作，通过热泵装置调节水冷通道内液体介质的温度，来实现对电池包进行温度调节。散热器边缘板体、水冷板边缘板体的设置，使得可以保证足够大的接触导热面积的同时，保证对电池包的温度调节效果，还不影响风冷散热器、水冷板之间的交替更换。

在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“中心”、“纵向”、“横向”、“顺时针”或“逆时针”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本发明的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本发明方案的限制。

另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于新能源汽车空调热泵的电池热管理系统，包括热泵装置，其特征在于：还包括导向支架和沿左右方向间隔布置的多个长度沿前后方向延伸的风冷散热器，相邻风冷散热器之间设置有水冷通道与热泵装置相连的水冷板，各风冷散热器和水冷板沿上下方向导向移动装配于所述导向支架上，风冷散热器的上端面、水冷板的上端面用于与电池包外壁面接触导热，电池热管理系统还包括与风冷散热器对应设置的散热风扇，以及位于风冷散热器和水冷板下侧的滑台，滑台由滑台驱动机构驱动而能够左右移动，滑台具有高低布置的第一顶推端面和第二顶推端面，滑台左右移动过程中具有风冷散热工位和热泵温度调节工位，滑台在风冷散热工位时，各风冷散热器的底部与对应第一顶推面接触，各水冷板的底部与对应第二顶推面接触，风冷散热器的上端面与电池包外壁面接触；滑台在热泵温度调节工位时，各风冷散热器的底部与对弈第二顶推面接触，各水冷板的底部与对应第一顶推面接触，水冷板的上端面与电池包外壁面接触。

2.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于：滑台沿左右方向导向移动装配于滑台座上，滑台驱动机构包括减速电机，减速电机的动力输出端连接有轴线沿左右方向延伸的驱动丝杆，驱动丝杆与滑台螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于：第一顶推端面与其两侧的第二顶推端面之间通过过渡斜面连接。

4.根据权利要求1~3任意一项所述的电池管理系统，其特征在于：风冷散热器包括散热器支架和设置于散热器支架上端的散热器板体，散热器支架上设置有长度沿前后方向延伸的支架散热通道，散热器板体包括固定于散热器支架上端的散热器中部板体，散热器中部板体的下端设置有伸入所述支架散热通道内的中部散热翅片；散热器板体还包括铰接于散热器中部板体左右两侧的散热器边缘板体，散热器边缘板体的铰接轴线沿前后方向延伸设置，散热器边缘板体的下端设置有位于支架散热通道外侧的边缘散热翅片，散热器支架上设置有用于与散热器边缘板体挡止配合以限制散热器边缘板体朝下翻转极限的散热器边缘板体支撑，散热器边缘板体与散热器中部板体之间具有V形间隙，风冷散热器相对相邻的水冷板朝下移动过程中，边缘散热翅片被水冷板顶推，散热器边缘板体朝上翻转而避让水冷板，散热器中部板体、散热器边缘板体的上板面用于与电池包接触导热。

5.根据权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于：边缘散热翅片的下端截面形状为朝向散热器支架方向卷曲的弧形。

6.根据权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于：水冷板包括水冷板支架和设置于水冷板支架上端的水冷板板体，水冷板支架上设置有长度沿前后方向延伸的水冷板散热通道，水冷板板体包括固定于水冷板散热通道上端的水冷板中部板体；水冷板板体还包括铰接于水冷板中部板体左右两侧的水冷板边缘板体，水冷板边缘板体的铰接轴线沿前后方向延伸设置，水冷板中部板体和水冷板边缘板体内均设置有长度沿前后方向延伸的水冷通道，水冷板支架上设置有用于与水冷板边缘板体挡止配合以限制水冷板边缘板体朝下翻转极限的水冷板边缘板体支撑，水冷板边缘板体与水冷板中部板体之间具有V形间隙，水冷板相对相邻的风冷散热器朝下移动过程中，水冷板边缘板体被风冷散热器顶推，水冷板边缘板体朝上翻转而避让风冷散热器，水冷板中部板体、水冷板边缘板体的上板面用于与电池包接触导热。

7.根据权利要求6所述的电池管理系统，其特征在于：电池管理系统还包括与各水冷板对应设置的支路分配器和与热泵装置相连的干路分配器，各支路分配器的一端与所述干路分配器相连，另外一端分别与对应水冷板的各水冷通道相连。

8.根据权利要求7所述的电池管理系统，其特征在于：支路分配器与对应水冷板的各水冷通道之间通过可变形的软管相连。

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