CN115117512A - 电池包温度调节系统及车辆 - Google Patents

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CN115117512A CN202210932833.6A CN202210932833A CN115117512A CN 115117512 A CN115117512 A CN 115117512A CN 202210932833 A CN202210932833 A CN 202210932833A CN 115117512 A CN115117512 A CN 115117512A
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Abstract

本申请提供了一种电池包温度调节系统，属于电池包温度调节技术领域，该温度调节系统主要包括加热单元和冷却单元。冷却单元用于通过冷却液回路中的冷却液对电池包进行冷却。加热单元包括排气主管路，该排气主管路与车辆的发动机连接，通过排气主管路中的废气余热可以对冷却管路中的冷却液进行冷却。基于此，在车辆启动情况下，利用废气余热就可以对电池包进行加热，减少了因加热电池包而消耗的电池包电量，从而提高了车辆的续航能力。

Description

电池包温度调节系统及车辆
技术领域
本申请涉及电池包温度调节技术领域，特别涉及一种电池包温度调节系统及车辆。
背景技术
汽车动力电池具有理想的工作温度范围，温度过低会降低电池容量和放电平台电压。因此为了保证电池的良好性能，无论车辆处于何种工作模式、负荷还是特定环境温度，都应使电池的温度保持在理想范围内。
相关技术通常采用PTC加热器通过消耗动力电池的电量来加热电池包冷却液，从而对电池包进行加热。但当环境温度偏低时，PTC加热器需要消耗大量电能来对冷却液进行加热，严重消耗了动力电池的电量，大大降低了混合动力车辆的续航能力。
发明内容
鉴于此，本申请提供了一种电池包温度调节系统，以借助排放的废气余热对电池包进行加热，避免消耗动力电池电量，从而提高车辆的续航能力。具体而言，本申请实施例包括以下的技术方案：
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种电池包温度调节系统，所述温度调节系统包括加热单元、冷却单元和电池包；
所述冷却单元包括冷却液回路，所述冷却液回路中流动有冷却液，所述冷却液回路的第一部分经过所述电池包；
所述加热单元包括排气主管路，所述排气主管路适于与车辆的发动机连接；
所述排气主管路中用于排出所述废气发动机的废气，所述排气主管路与所述冷却液回路的第二部分邻近布置。
可选地，所述加热单元还包括第一加热装置；所述第一加热装置内部填充有相变材料，所述第一加热装置的第一部分与所述冷却液回路的第三部分邻近布置，且所述第一加热装置的第二部分与所述排气主管路邻近布置。
可选地，所述加热单元还包括与所述排气主管路连通的第一进气子支路和第一出气子支路；其中
所述第一进气子支路和所述第一出气子支路形成气体回路，所述第一进气子支路用于接收来自所述排气主管路的废气，所述第一出气子支路用于将废气排回至所述排气主管路；并且
所述第一进气子支路和所述第一出气子支路形成的回路与所述第一加热装置的第二部分邻近布置。
可选地，所述第一进气子支路与所述排气主管路之间设置有第一电磁阀，所述第一电磁阀被配置在所述电池包的温度低于第一预设温度时被开启；
所述第一出气子支路与所述排气主管路之间设置有单向阀，所述单向阀被配置为只允许废气从所述第一出气子支路流向所述排气主管路。
可选地，所述相变材料包括NaCl或/和MgCl2。
可选地，所述加热单元还包括第二加热装置，所述第二加热装置与所述冷却液回路的第四部分邻近设置。
可选地，所述第二加热装置是PTC加热器。
可选地，所述冷却液回路第二部分、第三部分和第四部分均包括弯曲盘旋的管路，所述管路中流通冷却液。
可选地，所述冷却单元还包括连接在所述冷却液回路上的散热装置，冷却器和电动水泵；其中，
所述散热装置位于所述电池包的内部，所述散热装置中流动有冷却液；
所述冷却器用于对所述冷却液进行降温；
所述电动水泵用于调节所述冷却液的流速和流量。
根据本申请实施例的第二方面，提供了一种车辆，所述车辆包括根据第一方面任一实施例所述的电池包温度调节系统。
本申请实施例提供了一种电池包温度调节系统，该温度调节系统主要包括加热单元和冷却单元。冷却单元用于通过冷却液回路中的冷却液对电池包进行冷却。加热单元包括排气主管路，该排气主管路与车辆的发动机连接，通过排气主管路中的废气余热可以对冷却管路中的冷却液进行冷却。基于此，在车辆启动情况下，利用废气余热就可以对电池包进行加热，减少了因加热电池包而消耗的电池包电量，从而提高了车辆的续航能力。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请一个实施例提供的电池包温度调节系统的示意图；
图2为本申请另一实施例提供电池包温度调节系统的示意图；
图3为本申请再一实施例提供电池包温度调节系统的示意图；
图4为本申请再一实施例提供电池包温度调节系统的示意图；
图5为本申请实施例中的相变材料在相变过程中的吸能和放能原理示意图；
图6为本申请再一实施例提供电池包温度调节系统的示意图；
图7为本申请再一实施例提供电池包温度调节系统的示意图。
图中的附图标记分别表示为：
1-加热单元；
11-排气主管路；111-第一进气子支路；112-第一出气子支路；113-第二进气子支路；114-第二出气子支路；1111-第一电磁阀；1112-第一单向阀；1113-第二电磁阀；1114-第二单向阀；
12-第一加热装置；
13-第二加热装置；
2-冷却单元；
21-冷却液回路；22-散热装置；23-冷却器；24-电动水泵；
3-电池包；
4-发动机；
5-排放后处理系统；
6-排气消声器。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请中，说明书以及权利要求书中的术语“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
本文中，“电池包”是指将组合(串联或并联)在一起的电池进行封装所形成的整体；“PTC加热器”又称“PTC发热体”，通常由PTC陶瓷发热元件与铝管组成，是一种自动恒温的电加热器。当PTC加热器对电池包加热时，一般由电池包为其供电。除非另有定义，本申请实施例所用的所有技术术语均具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。
为使本申请的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
尽管车辆的电池包在工作时能够放出热量，但当外界环境温度很低时，例如在寒冷的冬季环境下，放出热量难以抵抗过低的外界环境温度，而过低的温度会降低电池的容量和放电平台电压。
相关技术通常通过PTC加热器来对电池包进行加热，以将电池包的温度维持在其理想的工作环境温度。但PTC加热器在工作时需消耗电池包的电量，导致车辆的续航能力下降。
需说明的是，本申请实施例中的车辆是指可由电池包供电的混合动力汽车。
为解决上述问题，本申请实施例提供了一种电池包温度调节系统，如图1所示，该温度调节系统包括加热单元1、冷却单元2和电池包3。
冷却单元2包括冷却液回路21，冷却液回路21中流动有冷却液，冷却液回路21的第一部分经过电池包3，从而通过循环往复流动的冷却液来改变电池包的温度。
这里“冷却液回路21的第一部分经过电池包3”是指冷却液回路的至少一部分管路与电池包的相距较近，从而通过冷却液回路中的冷却液可以改变电池的温度。“冷却液回路21的第一部分经过电池包3”可以包括冷却液回路的至少一部分管路位于电池包外部，并且冷却液回路的分布能够遍及电池包所在位置和/电池包的周围的情况，还可以包括冷却液回路的至少一部分管路位于电池包内部的情况。
这里“改变电池包的温度”包括启动冷却单元利用冷却液对电池包降温，还包括启动加热单元利用冷却液对电池包升温。
加热单元1包括排气主管路11，排气主管路11适于与车辆的发动机4连接，从而发动机工作时产生的废气能够进入到排气主管路中，并最终通过排气主管路排出至外界。排气主管路11与冷却液回路21的第二部分邻近布置，也即冷却液回路的至少一部分管路与排气主管路相邻近。由于排气主管路与冷却液回路相距较近，因此排气主管路中的废气余热很容易传导给冷却液回路中的冷却液(即对冷却液进行加热)，从而被升温后的冷却液在流经电池包时可以对电池包进行加热。
通过排气主管路中的废气余热可以对冷却管路中的冷却液进行冷却。基于此，在车辆启动情况下，利用废气余热就可以对电池包进行加热，减少了因加热电池包而消耗的电池包电量，从而提高了车辆的续航能力。
在一些实施例中，排气主管路也可以通过与冷却液回路的至少一部分接触来传导热量。
需说明的是，上述冷却液回路的第一部分可以与冷却液回路的第二部分不重合、部分重合或者完全重合。
如图1所示，废气从发动机排出后可以在经过排放后处理系统5的处理后再排入至排气主管路11。排放后处理系统通过催化还原反应将废气中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)等成分转化为对环境无害的物质。然后排气主管路11中的废气最终经过排气消声器6向外排出，通过设置排气消声器可以有效降低排气时产生的噪声。
考虑到车辆内部结构较为复杂，空间可能有限，为了利于发动机排出的废气对冷却液回路中的冷却液进行加热，在一些实施例中，如图2所示，加热单元1还可以包括与排气主管路11连通的第二进气子支路113和第二出气子支路114，并且第二进气子支路113和第二出气子支路114之间连通形成气体回路。该气体回路邻近于冷却液回路。第二进气子支路113用于接收来自排气主管路11的废气，第二出气子支路114用于将废气排回至排气主管路11。也即是，排气主管路中的废气可以流入第二进气子支路，并通过气体回路流向第二出气子支路，最终再从第二出气子支路流回排气主管路。基于上述管路布置，可以延长用于加热冷却液的管路长度，从而提高加热效果。
在一些实施例中，如图2所示，第二进气子支路113与排气主管路11之间可以设置第二电磁阀1113。通过控制第二电磁阀1113的开闭可以控制废气的流向，当第二电磁阀开启时，废气可以通过上述气体回路流经冷却液回路，从而对冷却液进行加热；当第二电磁阀关闭时，废气无法流经冷却液回路。也就是说，可以通过控制第二电磁阀1113的开闭来控制利用废气对冷却液加热的时机。例如，可以在检测到电池包的温度低于第一预设温度时控制第二电磁阀开启，从而废气可以对冷却液进行加热。
上述第一预设温度可以为18-22℃，比如20℃。当电池包温度高于第一预设温度时，无需对电池包进行加热。此时，第一电磁阀处于关闭状态，冷却单元占主导作用，对电池包进行降温或恒温处理，使电池包维持在理想工作温度范围内。
电池包温度的监测可以由电池包温度传感器实现。
在一些实施例中，控制第二电磁阀开启的同时还可以控制第二电磁阀的开度，由此控制进入至支路中的废气量，进而控制废气对冷却液的加热程度。
再如图2所示，第二出气子支路114与排气主管路11之间可以设置第二单向阀1112，第二单向阀1114被配置为只允许废气从第二出气子支路114流向排气主管路11。基于此，废气的流动方向只能是排气主管路——第二进气子支路——第二出气子支路——排气主管路，从而只需通过控制进气支路上电磁阀的开闭就能控制废气的流向，避免在不需要利用废气加热冷却液时，排气主管路中的废气通过第二出气子支路倒流入气体回路中。
如图3所示，加热单元1还可以包括第一加热装置12。第一加热装置12内部填充有相变材料。第一加热装置12的第一部分与冷却液回路21的第三部分邻近布置，也即是第一加热装置12的至少一部分与冷却液回路21的至少一部分相邻近，并且第一加热装置12的第二部分与排气主管路11邻近布置，也即是第一加热装置12的至少一部分与排气主管路相邻近。相变材料具有相变温度，当达到相变温度时会发生相变，例如在固态与液态之间进行变换。由此，排气主管路中的废气可以对第一加热装置12进行加热，从而使相变材料发生相变而将能量储存起来(即此相变过程吸热)。当第一加热装置12的温度下降至相变温度点时，相变材料会发生相变而将能量释放出来(此相变过程放热)，从而对冷却液进行加热。
需说明的是，冷却液回路的第一部分、第二部分和第三部分两两之间可以不重合、部分重合或者完全重合。第一加热装置12的第一部分和第一加热装置12的第二部分可以不重合、部分重合或者完全重合。
在一些实施例中，第一加热装置12还可以包括温度传感器，利用该温度传感器可以监测第一加热装置的温度。
在一些实施例中，如图3所示，加热单元1还可以包括与排气主管路11连通的第一进气子支路111和第一出气子支路112，第一进气子支路111和第一出气子支路112形成气体回路，第一进气子支路111用于接收来自排气主管路11的废气，第一出气子支路112用于将废气排回至排气主管路11；并且第一进气子支路111和第一出气子支路112形成的回路与第一加热装置12的第二部分邻近布置。也即是，排气主管路中的废气可以流入第一进气子支路，并通过气体回路流向第一出气子支路，最终再从第一出气子支路流回排气主管路。基于上述管路布置，可以延长用于加热第一加热装置的管路长度，从而提高对第一加热装置的加热效果。
在一些实施例中，如图3所示，第一进气子支路111与排气主管路11之间设置有第一电磁阀1111。通过控制第一电磁阀的开闭可以控制废气的流向，当第一电磁阀开启时，废气可以通过上述气体回路流经冷却液回路，从而对冷却液进行加热；当第一电磁阀关闭时，废气无法流经冷却液回路。也就是说，可以通过控制第一电磁阀的开闭来控制利用废气对冷却液加热的时机。例如，可以在检测到电池包的温度低于第一预设温度时控制第一电磁阀开启，从而废气可以对冷却液进行加热。
上述第一预设温度可以为18-22℃，比如20℃。当电池包温度高于第一预设温度时，无需对电池包进行加热。此时，第一电磁阀处于关闭状态，冷却单元占主导作用，对电池包进行降温或恒温处理，使电池包保持在理想工作温度范围内。
在一些实施例中，控制第一电磁阀开启的同时还可以控制第一电磁阀的开度，由此控制进入至支路中的废气量，进而控制废气对冷却液的加热程度。
再如图3所示，第一出气子支路112与排气主管路11之间可以设置有第一单向阀1112，第一单向阀1112被配置为只允许废气从第一出气子支路112流向排气主管路11。基于此，废气的流动方向只能是排气主管路——第一进气子支路——第一出气子支路——排气主管路，从而只需通过控制进气支路上电磁阀的开闭就能控制废气的流向，避免在不需要利用废气对冷却液进行加热时，排气主管路中的废气通过第一出气子支路倒流入气体回路中。
在一些实施例中，如图4所示，加热单元还可以包括进气主支路115，该进气主支路115与排气主管路连通，用于接收来自排气主管路的废气。进气主支路115的出气端(即远离排气主管路的一端)可以连通第一进气子支路111和第二进气子支路113。基于此，既能实现利用废气分别加热冷却液和第一加热装置，又能减少管路的布置，提供管路的利用率。此外，基于此，只需在进气主支路与排气主管路设置一个电磁阀就能实现对废气流动方向的控制，减少了电磁阀的布置。
在一些实施例中，相变材料可以包括NaCl或/和MgCl2。也即相变材料既可以只包括NaCl或MgCl2，也可以包括NaCl和MgCl2。
优选地，相变材料包括NaCl和MgCl2，并且两者的比例各为50％，基于上述组分、比例以及材料自身的物理性质，可以使得相变材料的的相变时机以及释放的热量能够适于电池包的加热。如图5所示，相变材料NaCl和MgCl2由液态转变为固态时会释放能量(即放热)，而由固态转变为液态时会吸收能量(即吸热)。
相变材料还可以包括MgF2、KF、NaNO3、Li2SO4、KOH、LiOH、Na2CO3等。
在一些实施例中，如图3所示，加热单元1可以还包括第二加热装置13，第二加热装置13与冷却液回路21的第四部分邻近设置，也即与冷却液回路21的第二加热装置13的至少一部分管路相邻近。基于此，可以在废气余热或者第一加热装置无法使电池包保持在理想的工作环境温度的情况下，通过第二加热器对电池包的加热使其保持在理想温度下。也即是，只有在必要的情况下才启动第二加热器。
需说明的是，冷却液回路的第一部分、第二部分、第三部分和第四部分两两之间可以不重合、部分重合或者完全重合。
在一些实施例中，第二加热装置13可以是PTC加热器。由此，通过废气、第一加热装置和第二加热装置三种加热方式的组合，既能使电池包保持在理想的工作环境温度下，还能有效减少PTC加热器对电池包电量的消耗，从而提高车辆的续航能力。
在一些实施例中，冷却液回路21的第二部分、第三部分和第四部分均可以包括弯曲盘旋的管路，管路中流通冷却液，由此被加热的不是冷却液回路上的一个点，而是弯曲盘旋的管路，由此可以增大排气主管路11(邻近第二部分)、第一加热装置12(邻近第三部分)和第二加热装置13(邻近第四部分)的受热面积，从而提高冷却液的加热效果。
在一些实施例中，如图6所示，冷却单元2还可以包括连接在冷却液回路21上的散热装置22，冷却器23和电动水泵24。
散热装置22可以位于电池包3的内部，散热装置22中流动有冷却液，通过散热装置可以更好地对电池包进行降温。在一些实施例中，散热装置可以包括弯曲盘旋的管路，冷却液在管路中流动，由此可以在有限的空间内增大冷却液流动路径的长度，从而提高冷却效果。
冷却器23用于对冷却液进行降温，从而在电池包需要被降温的情况下保证冷却液的冷却效果。
电动水泵24用于调节冷却液的流量和流速，通过对冷却液流速和流量的控制提高冷却效果。
下面对本申请实施例提供的电池包温度调节系统的加热单元的工作原理进行介绍。以加热单元包括排气主管路、第一加热装置和第二加热装置为例进行说明。
在车辆处于启动状态下，由于发动机在工作时可以产生废气，因此可以将废气回收利用，通过废气余热加热电池包的冷却液的方式来加热电池包。在车辆初步启动，废气的温度不高无法使电池包维持在理想温度的情况下，或者外界环境温度极低，仅凭废气余热的加热无法使电池包维持在理想温度的情况下，则可以在利用废气对冷却液加热的同时启动第二加热装置，例如PTC加热器对冷却液进行加热。需说明的是，在车辆处于启动状态下，优先利用废气对电池包进行加热，只有在废气的加热无法使电池包处于理想温度才启动第二加热装置，由此既能保证电池包始终处于理想温度，还能减少第二加热装置对电池包电量的消耗。
在车辆处于非启动状态下，此时发动机熄火，无法产生废气，因此排气主管路和各个支路上没有废气流动。在这种情况下，若第一加热装置的温度大于或等于相变材料的相变温度，那么相变材料将自发地进行相变，在相变过程中会向外释放热量从而对冷却液进行加热。在第一加热装置的能量释放完毕(即相变过程结束)的情况下，或者外界环境温度极低，仅凭第一加热装置所释放的能量无法使电池包处于理想温度的情况下，则可以在利用第一加热装置对冷却液加热的同时启动第二加热装置，例如PTC加热器对冷却液进行加热。由此既能保证电池包始终处于理想温度，还能减少第二加热装置对电池包电量的消耗。
综上所述，通过废气、第一加热装置和第二加热装置三种加热方式的组合，既能使电池包保持在理想的工作环境温度下，还能有效减少第二加热装置对电池包电量的消耗，从而提高车辆的续航能力。
本申请实施例还提供了一种车辆，该车辆包括上述实施例中的电池包温度调节系统。该电池包温度调节系统可以利用发动机排除的废气对电池包进行加热，减少了因加热电池包而消耗的电量，从而提高了车辆的续航能力。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的本申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种电池包温度调节系统，其特征在于，所述温度调节系统包括加热单元(1)、冷却单元(2)和电池包(3)；
所述冷却单元(2)包括冷却液回路(21)，所述冷却液回路(21)中流动有冷却液，所述冷却液回路(21)的第一部分经过所述电池包(3)；
所述加热单元(1)包括排气主管路(11)，所述排气主管路(11)适于与车辆的发动机(4)连接；
所述排气主管路(11)中用于排出所述发动机(4)的废气，所述排气主管路(11)与所述冷却液回路(21)的第二部分邻近布置。
2.根据权利要求1所述的温度调节系统，其特征在于，
所述加热单元(1)还包括第一加热装置(12)；所述第一加热装置(12)内部填充有相变材料，所述第一加热装置(12)的第一部分与所述冷却液回路(21)的第三部分邻近布置，且所述第一加热装置(12)的第二部分与所述排气主管路(11)邻近布置。
3.根据权利要求2所述的温度调节系统，其特征在于，
所述加热单元(1)还包括与所述排气主管路(11)连通的第一进气子支路(111)和第一出气子支路(112)；其中
所述第一进气子支路(111)和所述第一出气子支路(112)形成气体回路，所述第一进气子支路(111)用于接收来自所述排气主管路(11)的废气，所述第一出气子支路(112)用于将废气排回至所述排气主管路(11)；并且
所述第一进气子支路(111)和所述第一出气子支路(112)形成的回路与所述第一加热装置(12)的第二部分邻近布置。
4.根据权利要求3所述的温度调节系统，其特征在于，所述第一进气子支路(111)与所述排气主管路(11)之间设置有第一电磁阀(1111)，所述第一电磁阀(1111)被配置在所述电池包(3)的温度低于第一预设温度时被开启；
所述第一出气子支路(112)与所述排气主管路(11)之间设置有第一单向阀(1112)，所述第一单向阀(1112)被配置为只允许废气从所述第一出气子支路(112)流向所述排气主管路(11)。
5.根据权利要求2所述的温度调节系统，其特征在于，
所述相变材料包括NaCl或/和MgCl2。
6.根据权利要求1所述的温度调节系统，其特征在于，所述加热单元(1)还包括第二加热装置(13)，所述第二加热装置(13)与所述冷却液回路(21)的第四部分邻近设置。
7.根据权利要求6所述的温度调节系统，其特征在于，所述第二加热装置(13)是PTC加热器。
8.根据权利要求2或6所述的温度调节系统，其特征在于，所述冷却液回路(21)的第二部分、第三部分和第四部分均包括弯曲盘旋的管路，所述管路中流通冷却液。
9.根据权利要求1所述的温度调节系统，其特征在于，
所述冷却单元(2)还包括连接在所述冷却液回路(21)上的散热装置(22)，冷却器(23)和电动水泵(24)；其中，
所述散热装置(22)位于所述电池包(3)的内部，所述散热装置(22)中流动有冷却液；
所述冷却器(23)用于对所述冷却液进行降温；
所述电动水泵(24)用于调节所述冷却液的流速和流量。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-9任一项所述的电池包温度调节系统。
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