CN117080625A - 一种直冷电池热管理系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直冷电池热管理系统及其控制方法，直冷电池热管理系统包括：压缩机、模式切换单元、第一换热器、第二换热器、风机、节流阀和电池单元；压缩机的第一端口与模式切换单元以及第一换热器的第一端口连接；模式切换单元还分别与第二换热器的第一端口、电池单元的第二端口以及压缩机的第二端口连接；第一换热器与第二换热器的第二端口均与节流阀的第一端口连接，节流阀的第二端口与电池单元的第一端口连接；第一换热器与第二换热器之间的距离小于第一预设值，风机位于第二换热器远离第一换热器的一侧；在制热模式中，第一换热器用作加热器，第二换热器用作蒸发器。改善了环境温度对制热运行范围的限制问题，拓宽了应用范围。

Description

一种直冷电池热管理系统及其控制方法

技术领域

本发明实施例涉及储能热管理技术领域，尤其涉及一种直冷电池热管理系统及其控制方法。

背景技术

随着新能源技术发展，集装箱式储能系统在新能源、光伏、电能站的应用增多，占地面积更小、安装运输更方便，受到新能源光伏行业青睐。而专用集装箱式储能系统的冷却系统，也越来越走向高性能、高稳定的技术行列。储能电池组若温度控制不好，就会造成电池温度不稳定，导致短路和损坏周边组件的风险增加。

目前，不少厂家在研究电池直冷的可行性，即制冷剂直接进入电池冷板对电池进行冷却。但是目前的直冷电池热管理系统由于少了冷却液回路，原有的液热PTC(PositiveTemperature Coefficient，正温度系数)方案无法实施，直冷系统必须具备热泵功能，即在低温下对电池进行加热。但其低温制热功能有天然缺陷，最低运行环境温度只能到-15℃左右。

发明内容

本发明实施例提供了一种直冷电池热管理系统及其控制方法，以改善环境温度对制热运行范围的限制问题，拓宽了应用范围。

根据本发明的一方面，提供了一种直冷电池热管理系统，包括：

压缩机、模式切换单元、第一换热器、第二换热器、风机、节流阀和电池单元；

所述压缩机的第一端口与所述模式切换单元以及所述第一换热器的第一端口连接；所述模式切换单元还分别与所述第二换热器的第一端口、所述电池单元的第二端口以及所述压缩机的第二端口连接；

所述第一换热器的第二端口和所述第二换热器的第二端口均与所述节流阀的第一端口连接，所述节流阀的第二端口与所述电池单元的第一端口连接；

所述第一换热器与所述第二换热器之间的距离小于第一预设值，并且所述风机位于所述第二换热器远离所述第一换热器的一侧；

其中，所述直冷电池热管理系统的工作模式包括制冷模式和制热模式；在所述制热模式中，所述模式切换单元用于连通所述压缩机的第一端口与所述电池单元的第二端口，以及连通所述压缩机的第二端口与所述第二换热器的第一端口；所述压缩机用于向所述第一换热器输入温度高于第二预设值的制冷剂；所述第一换热器用作加热器，所述第二换热器用作蒸发器。

可选的，在所述制冷模式中，所述压缩机的第一端口输出高温高压的气态制冷剂，所述模式切换单元用于连通所述压缩机的第一端口与所述第二换热器的第一端口，以及连通所述压缩机的第二端口与所述电池单元的第二端口；所述压缩机的第二端口输入低温低压的气态制冷剂；所述第一换热器和所述第二换热器均用作冷凝器。

可选的，所述模式切换单元包括四通阀，所述四通阀包括第一通口、第二通口、第三通口和第四通口；

所述压缩机的第一端口与所述第一通口连通；所述第二换热器的第一端口与所述第二通口连通；所述压缩机的第二端口与所述第三通口连通；所述电池单元的第二端口与所述第四通口连通；

在所述制冷模式中，所述第一通口与所述第二通口导通，所述第三通口与所述第四通口导通；

在所述制热模式中，所述第一通口与所述第四通口导通，所述第二通口与所述第三通口导通。

可选的，所述直冷电池热管理系统还包括第一电磁阀；所述第一电磁阀设置于所述第一换热器的第二端口与所述节流阀的第一端口之间的通路上；

所述电磁阀用于在制冷模式下若环境温度低于第三预设值时，控制断开所述第一换热器的第二端口与所述节流阀的第一端口之间的通路。

可选的，所述直冷电池热管理系统还包括：

回热器，所述回热器包括第一换热通道和第二换热通道；所述第一换热通道连接在所述第一换热器的第二端口和所述节流阀的第二端口之间；所述第二换热通道连接在所述模式切换单元和所述电池单元的第二端口之间；

第二电磁阀，所述第二电磁阀连接在所述第一换热器的第二端口和所述节流阀的第二端口之间，所述第二电磁阀用于控制所述第一换热通道的导通状态。

可选的，所述第二电磁阀设置在所述第一换热器的第二端口与所述第一换热通道之间的通路上；

在所述制冷模式中，所述第二电磁阀用于断开所述第一换热器的第二端口与所述第一换热通道之间的通路；

在所述制热模式中，所述第二电磁阀用于导通所述第一换热器的第二端口与所述第一换热通道之间的通路，所述第一换热通道中的制冷剂的温度小于所述第二换热通道中的制冷剂的温度。

可选的，所述电池单元包括多个电池包；

所述直冷电池热管理系统还包括分配器，所述分配器连接在所述节流阀与所述电池单元之间；

每一所述电池包的第一端口分别与所述分配器的不同端口连通；每一所述电池包的第二端口的公共连通端口用于作为所述电池单元的第二端口。

根据本发明的另一方面，提供了一种直冷电池热管理系统的控制方法，用于控制本发明任一实施例所述的直冷电池热管理系统，包括：

在所述制热模式中，控制所述模式切换单元连通所述压缩机的第一端口与所述电池单元的第二端口，以及连通所述压缩机的第二端口与所述第二换热器的第一端口；

控制所述压缩机向所述第一换热器输入温度高于第二预设值的制冷剂，以使所述第二换热器吸收所述第一换热器的排气热量，调高所述第二换热器的蒸发温度。

可选的，所述的直冷电池热管理系统的控制方法还包括：

在制冷模式中，控制所述压缩机的第一端口输出高温高压的气态制冷剂，并控制所述模式切换单元连通所述压缩机的第一端口与所述第二换热器的第一端口，以及连通所述压缩机的第二端口与所述电池单元的第二端口；其中，所述第一换热器和所述第二换热器均用作冷凝器；所述压缩机的第二端口输入低温低压的气态制冷剂。

可选的，所述直冷电池热管理系统还包括：第一电磁阀；所述第一电磁阀设置于所述第一换热器的第二端口与所述节流阀的第一端口之间的通路上；直冷电池热管理系统的控制方法还包括：

在制冷模式下，若环境温度低于第三预设值，控制所述第一电磁阀断开所述第一换热器的第二端口与所述节流阀的第一端口之间的通路；

所述直冷电池热管理系统还包括：第二电磁阀和回热器所述回热器的第一换热通道连接在所述第一换热器的第二端口和所述节流阀的第二端口之间，第二换热通道连接在所述模式切换单元和所述电池单元的第二端口之间；所述第二电磁阀连接在所述第一换热器的第二端口和所述节流阀的第二端口之间；直冷电池热管理系统的控制方法还包括：

在所述制冷模式中，控制第二电磁阀断开所述第一换热器的第二端口与所述第一换热通道之间的通路；

在所述制热模式中，控制第二电磁阀导通所述第一换热器的第二端口与所述第一换热通道之间的通路；其中所述第一换热通道中的制冷剂的温度小于所述第二换热通道中的制冷剂的温度。

本发明实施提供的技术方案，在直冷电池热管理系统中设置了两个换热器，在制热模式中，压缩机的第一端口输出高温高压的气态制冷剂，使得压缩机可以向第一换热器输入温度高于第二预设值的制冷剂，以及通过模式切换单元向电池单元输入温度高于第二预设值的制冷剂对电池单元进行加热；对电池单元进行热交换的后的制冷剂通过节流阀流入第二换热器；此时第一换热器用作加热器，第二换热器用作蒸发器；风机产生的风会先经过第一加热器再吹向第二换热器，而第一换热器的温度较高，因此可以使第二换热器吸收第一换热器的排气热量，调高第二换热器的蒸发温度，摆脱环境温度对制热运行范围的限制，拓宽了应用范围；并且第一换热器的配置在制热时由于可以提高系统的蒸发温度，因此还可以延缓系统的结霜甚至实现无霜运行。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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是本发明实施例提供的一种直冷电池热管理系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种直冷电池热管理系统在制冷模式中制冷剂的流向示意图；

图3是本发明实施例提供的一种直冷电池热管理系统在制热模式中制冷剂的流向示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种直冷电池热管理系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种直冷电池热管理系统在制冷模式中制冷剂的流向示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种直冷电池热管理系统在制冷模式中制冷剂的流向示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种直冷电池热管理系统在制热模式中制冷剂的流向示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例提供了一种直冷电池热管理系统，图1是本发明实施例提供的一种直冷电池热管理系统的结构示意图，参考图1，直冷电池热管理系统包括：

压缩机1、模式切换单元20、第一换热器4、第二换热器3、风机5、节流阀6和电池单元80；

压缩机1的第一端口a与模式切换单元20以及第一换热器4的第一端口连接；模式切换单元20还分别与第二换热器3的第一端口、电池单元80的第二端口以及压缩机1的第二端口b连接；

第一换热器4的第二端口和第二换热器3的第二端口均与节流阀6的第一端口连接，节流阀6的第二端口与电池单元80的第一端口连接；

第一换热器4与第二换热器3之间的距离小于第一预设值，并且风机5位于第二换热器3远离第一换热器4的一侧；

其中，所述直冷电池热管理系统的工作模式包括制冷模式和制热模式；在所述制热模式中，所述模式切换单元20用于连通所述压缩机1的第一端口a与所述电池单元80的第二端口，以及连通所述压缩机1的第二端口b与第二换热器3的第一端口；压缩机1用于向第一换热器4输入温度高于第二预设值的制冷剂；第一换热器4用作加热器，第二换热器3用作蒸发器，以使第二换热器3吸收第一换热器4的排气热量，调高第二换热器3的蒸发温度。

具体的，直冷电池热管理系统的工作模式包括制冷模式和制热模式。图2是本发明实施例提供的一种直冷电池热管理系统在制冷模式中制冷剂的流向示意图，参考图2，在制冷模式中，模式切换单元20可以用于连通压缩机1的第一端口a与第二换热器3的第一端口，以及连通压缩机1的第二端口b与电池单元80的第二端口。压缩机1将第二端口b输入的低温低压的气态制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂后通过压缩机1的第一端口a排出。一部分的高温高压的气态制冷剂通过模式切换单元20流入室外侧的第二换热器3(此时做冷凝器使用)；另一部分的高温高压的气态直接进入室外侧的第一换热器4(此时做冷凝器使用)。第二换热器3和第一换热器4用于将流入各自内的高温高压的气态制冷剂冷凝成高压中温的液态制冷剂。两路冷凝成高压中温的液态制冷剂后汇总后流入节流阀6，通过节流阀6的节流降压作用，形成低温低压的气液两相态制冷剂。节流阀6流出的低温低压的气液两相态制冷剂流入电池单元80，对电池单元80中的冷板进行制冷，从而实现对电池单元80的直冷。制冷剂吸收电堆产生的热量蒸发完成后，通过模式切换单元20回到压缩机1吸气侧，即压缩机1的第二端口b。此过程中，第二换热器3和第一换热器4可以看作为两个并联的冷凝器。

图3是本发明实施例提供的一种直冷电池热管理系统在制热模式中制冷剂的流向示意图，参考图3，在制热模式中，模式切换单元20可以用于连通压缩机1的第一端口a与电池单元80的第二端口，以及连通压缩机1的第二端口b与第二换热器3的第一端口。压缩机1将第二端口b输入的低温低压的气态制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂后通过压缩机1的第一端口a排出。一部分的高温高压的气态制冷剂通过模式切换单元20流入电池单元80的第二端口，对电池单元80中的冷板进行制热，从而实现系统对电池单元80的热泵功能。另一部分的高温高压的气态直接进入室外侧的第一换热器4。其中，进入电池单元80的高温高压的气态制冷剂冷凝成高压中温的液态制冷剂后，汇总进入节流阀6。通过节流阀6的节流降压作用，形成低温低压的气液两相态制冷剂。从第一换热器4流出的制冷剂可以从节流阀6的第一端口处，与从节流阀6的第一端口流出的经过电池单元80的制冷剂一起流入第二换热器3(如图3)，或者，从第一换热器4流出的制冷剂可以流入节流阀6的第二端口，再通过节流阀6与从电池单元80流出的制冷剂一起流入第二换热器3(可参见下文实施例中的图7)。此时第二换热器3作为蒸发器使用，流入第二换热器3的制冷剂吸热蒸发后形成低温低压的气态制冷剂，通过模式切换单元20进入压缩机1吸气侧，即压缩机1的第二端口b。

此过程中，第一换热器4用作加热器，第二换热器3用作蒸发器。风机5产生的风会先经过第一换热器4再流向第二换热器3，而第一换热器4的温度较高，因此可以使第二换热器3吸收第一换热器4的排气热量，调高第二换热器3的蒸发温度，摆脱环境温度对制热运行范围的限制，拓宽了应用范围。另外，在制热模式中，若第二换热器3的蒸发温度低于外部环境的露点温度，比如蒸发温度是-5℃，环境温度是0℃，若环境的湿度比较大，第二换热器3就会结霜。在制热时，由于第一换热器4的配置可以提高第二换热器3的蒸发温度，因此还可以延缓系统的结霜甚至实现无霜运行。通过节流阀6的流量调节(节流阀6的开度减小)，可以把制冷剂流量主要放在第一换热器4中，从而进一步的提高第二换热器3的蒸发温度。

本发明实施例提供了直冷电池热管理系统，在直冷电池热管理系统中设置了两个换热器，在制热模式中，压缩机的第一端口输出高温高压的气态制冷剂，使得压缩机可以向第一换热器输入温度高于第二预设值的制冷剂，以及通过模式切换单元向电池单元输入温度高于第二预设值的制冷剂对电池单元进行加热；对电池单元进行热交换的后的制冷剂通过节流阀流入第二换热器；此时第一换热器用作加热器，第二换热器用作蒸发器；风机产生的风会先经过第一加热器再吹向第二换热器，而第一换热器的温度较高，因此可以使第二换热器吸收第一换热器的排气热量，调高第二换热器的蒸发温度，摆脱环境温度对制热运行范围的限制，拓宽了应用范围；并且第一换热器的配置在制热时由于可以提高系统的蒸发温度，因此还可以延缓系统的结霜甚至实现无霜运行。

在本发明的一个实施例中，请继续参考图1～图3，模式切换单元20包括四通阀2，四通阀2包括第一通口201、第二通口202、第三通口203和第四通口204；

压缩机1的第一端口a与第一通口201连通；第二换热器3的第一端口与第二通口202连通；压缩机1的第二端口b与第三通口203连通；电池单元80的第二端口与第四通口204连通；

在制冷模式中，第一通口201与第二通口202导通，第三通口203与第四通口204导通；

在制热模式中，第一通口201与第四通口204导通，第二通口202与第三通口203导通。

具体的，四通阀2通过改变制冷介质的流动方向，进而实现直冷电池热管理系统在制冷功能和制热功能之间进行便捷切换。

在本发明的一个实施例中，请继续参考图1～图3，可选的，直冷电池热管理系统还包括第一电磁阀10；第一电磁阀10设置于第一换热器4的第二端口与节流阀6的第一端口之间的通路上；

第一电磁阀10用于在制冷模式下若环境温度低于第三预设值时，控制断开第一换热器4的第二端口与节流阀6的第一端口之间的通路。

具体的，电磁阀是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。在第一换热器4的第二端口与节流阀6的第一端口之间的通路上设置第一电磁阀10，可以通过第一电磁阀10控制第一换热器4与节流阀6之间的连通和断开。环境温度比较低时进行制冷时，例如0℃以下，会导致压缩机1压缩形成的高温高压的制冷剂的压力降低，若第二换热器3和第一换热器4都参与工作，系统启动会比较困难。此时通过第一电磁阀10控制第一换热器4与节流阀6之间断开，使第一换热器4不参与工作，相当于减小了冷凝侧的换热面积，结合风机5控制逻辑，可以实现低温工况下的制冷稳定运行。

在本发明的一个实施例中，图4是本发明实施例提供的另一种直冷电池热管理系统的结构示意图，参考图4，可选的，直冷电池热管理系统还包括：

回热器9，包括第一换热通道和第二换热通道；第一换热通道连接在第一换热器4的第二端口和节流阀6的第二端口之间；第二换热通道连接在模式切换单元20和电池单元80的第二端口之间；

第二电磁阀11，第二电磁阀11连接在第一换热器4的第二端口和节流阀6的第二端口之间，第二电磁阀11用于控制第一换热通道的导通状态。

具体的，回热器9是一种把热量从一种介质中传到另一种介质中的装置。回热器9包括第一换热通道和第二换热通道；第一换热通道连接在第一换热器4的第二端口和节流阀6的第二端口之间，第二电磁阀11同样连接在第一换热器4的第二端口和节流阀6的第二端口之间，第二电磁阀11用于控制第一换热通道与第一换热器4的第二端口之间的连通状态，或者用于控制第一换热通道与节流阀6的第二端口之间的连通状态。优选的，参考图4，第二电磁阀11设置在第一换热器4的第二端口与第一换热通道之间的通路上，用于控制第一换热器4的第二端口与第一换热通道之间的通路的导通或断开，可以在需要断开第一换热通道时，防止从第一换热器4的第二端口输出的制冷剂输入第一换热通道。在制冷模式中，第二电磁阀11用于断开第一换热器4的第二端口与第一换热通道之间的通路。在制热模式中，第二电磁阀11用于导通第一换热器4的第二端口与第一换热通道之间的通路，第一换热通道中的制冷剂的温度小于第二换热通道中的制冷剂的温度。可以理解为，回热器9的配置，可以实现制热时使用第一冷凝器4后的制冷剂对进入电池单元的制冷剂的降温，以防止电池单元进出口的温差过大。

在本发明的一个实施例中，请继续参考图4，可选的，电池单元80包括多个电池包8；直冷电池热管理系统还包括分配器7，分配器7连接在节流阀6与电池单元80之间；每一电池包8的第一端口分别与分配器7的不同端口连通；每一电池包8的第二端口的公共连通端口用于作为电池单元80的第二端口。

综上，直冷电池热管理系统包括压缩机1、四通阀2、第一换热器4、第二换热器3、节流阀6、冷凝风机5、第一电磁阀10、第二电磁阀11、回热器9、分配器7和多个电池包8。直冷即直接将制冷剂通到电池冷板对电池包进行冷却，省去了中间载冷剂的二次换热过程，蒸发温度能够得到提高，亦即提升了系统运行效率。另一方面，由于不再需要水泵等各种冷却液侧部件，系统造价也会降低。

图5是本发明实施例提供的另一种直冷电池热管理系统在制冷模式中制冷剂的流向示意图，参考图5，直冷电池热管理系统在制冷模式中的运行过程：压缩机1将第二端口b输入的低温低压的气态制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂后通过压缩机1的第一端口a排出。一部分的高温高压的气态制冷剂通过四通阀2流入室外侧的第二换热器3(此时做冷凝器使用)；另一部分的高温高压的气态直接进入室外侧的第一换热器4(此时做冷凝器使用)。第二换热器3和第一换热器4用于将流入各自内的高温高压的气态制冷剂冷凝成高压中温的液态制冷剂。第一电磁阀10导通，第二电池阀11断开，使得两路冷凝成高压中温的液态制冷剂后汇总后流入节流阀6。通过节流阀6的节流降压作用，形成低温低压的气液两相态制冷剂。然后通过分配器7进入各电池包8，输出系统的制冷能力，吸收电堆产生的热量；蒸发完成后经过回热器9(此时仅作为通道)进入四通阀2(204-203)，回到压缩机1吸气侧。

图6是本发明实施例提供的另一种直冷电池热管理系统在制冷模式中制冷剂的流向示意图，参考图6，可选的，当环境温度比较低时，第一电磁阀10和第二电磁阀11全部关闭，第一换热器4不工作，相当于减小了冷凝侧的换热面积，结合风机5控制逻辑，实现低温工况下的制冷稳定运行。

图7是本发明实施例提供的另一种直冷电池热管理系统在制热模式中制冷剂的流向示意图，参考图7，直冷电池热管理系统在制热模式中的运行过程：压缩机1将吸入的低温低压的气态制冷剂压缩为高温高压后排出，一部分高温高压的气态制冷剂经过四通阀2(201-204)，经过回热器9，进入各电池包8冷凝成高压中温的液态制冷剂后，通过分配器7汇总进入节流阀6。经过节流阀6的节流降压形成低温低压的气液两相态制冷剂，进入第二换热器3(此时做蒸发器使用)，吸热后经过四通阀2(202-203)进入压缩机1；此时另一部分制冷剂从压缩机1直接进入第一换热器4，经冷凝后通过电磁阀11和回热器9(此时电磁阀10关闭)，与上述电池包8出来的液体混合。为确保各电池包的均温性，系统制热运行时电池包进出口的温差不宜过大。回热器9的作用在于使用第一换热器4出口的液态制冷剂吸收压缩机1排气的显热，降低进入电池包8的排气温度，提高电池均温性。

本发明实施例还提供了一种直冷电池热管理系统的控制方法，用于控制本发明中任一实施例所述的直冷电池热管理系统，包括：

参考图3，在制热模式中，控制模式切换单元20连通压缩机1的第一端口a与电池单元80的第二端口，以及连通压缩机1的第二端口b与第二换热器3的第一端口；

控制压缩机1向第一换热器4输入温度高于第二预设值的制冷剂，以使第二换热器3吸收第一换热器4的排气热量，调高第二换热器3的蒸发温度。

具体的，在制热模式中，控制模式切换单元20连通压缩机1的第一端口a与电池单元80的第二端口，以及连通压缩机1的第二端口b与第二换热器3的第一端口后，控制压缩机1将第二端口输入的低温低压的气态制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂后通过压缩机1的第一端口a排出。其中，一部分的高温高压的气态制冷剂通过模式切换单元20流入电池单元80的第二端口，对电池单元80中的冷板进行制热，从而实现系统对电池单元80的热泵功能。另一部分的高温高压的气态直接进入室外侧的第一换热器4(此时第一换热器4作为加热器使用)。

进入电池单元80的高温高压的气态制冷剂冷凝成高压中温的液态制冷剂后，汇总进入节流阀6。通过节流阀6的节流降压作用，形成低温低压的气液两相态制冷剂。从第一换热器4流出的制冷剂可以流向节流阀6的第二端口，再通过节流阀6与从电池单元80流出的制冷剂一起流入第二换热器3；或者，从第一换热器4流出的制冷剂可以从节流阀6的第一端口处，与从节流阀6的第一端口流出的经过电池单元80的制冷剂一起流入第二换热器3(此时第二换热器3作为蒸发器使用)。流入第二换热器3的制冷剂吸热蒸发后形成低温低压的气态制冷剂，通过模式切换单元20进入压缩机1吸气侧，即压缩机1的第二端口b。

此过程中，第一换热器4用作加热器，第二换热器3用作蒸发器；风机5产生的风会先经过第一加热器再吹向第二换热器3，而第一换热器4的温度较高，因此可以使第二换热器3吸收第一换热器4的排气热量，调高第二换热器3的蒸发温度，摆脱环境温度对制热运行范围的限制，拓宽了应用范围。另外，在制热过程中，若第二换热器3的蒸发温度低于外部环境的露点温度，比如蒸发温度是-5℃，环境温度是0℃，若环境温度的湿度比较大，第二换热器3就会结霜。由于第一换热器4的配置，在制热时可以提高第二换热器3的蒸发温度，因此还可以延缓系统的结霜甚至实现无霜运行。通过节流阀6的流量调节(节流阀6的开度减小)，可以把制冷剂流量主要放在第一换热器4中，从而进一步的提高第二换热器3的进风温度。

可选的，直冷电池热管理系统的控制方法，还包括：

参考图2，在制冷模式中，控制压缩机1的第一端口a输出高温高压的气态制冷剂，并控制模式切换单元20连通压缩机1的第一端口a与第二换热器3的第一端口，以及连通压缩机1的第二端口b与电池单元80的第二端口；其中，第一换热器4和第二换热器3均用作冷凝器；压缩机1的第二端口b输入低温低压的气态制冷剂。

可选的，参考图5～图7，直冷电池热管理系统还包括：第一电磁阀10；第一电磁阀10设置于第一换热器4的第二端口与节流阀6的第一端口之间的通路上；直冷电池热管理系统的控制方法还包括：

在制冷模式下，若环境温度低于第三预设值，控制第一电磁阀10断开第一换热器4的第二端口与节流阀6的第一端口之间的通路；

直冷电池热管理系统还包括：第二电磁阀11和回热器9；回热器9的第一换热通道连接在第一换热器4的第二端口和节流阀6的第二端口之间，第二换热通道连接在模式切换单元20和电池单元的第二端口之间；第二电磁阀11连接在第一换热器4的第二端口和节流阀6的第二端口之间；电池单元包括多个电池包8，系统还包括分配器7。直冷电池热管理系统的控制方法还包括：

在制冷模式中，控制第二电磁阀11断开第一换热器4的第二端口与第一换热通道之间的通路；

在制热模式中，控制第二电磁阀11导通第一换热器4的第二端口与第一换热通道之间的通路；其中第一换热通道中的制冷剂的温度小于第二换热通道中的制冷剂的温度。

本发明实施例所提供的直冷电池热管理系统的控制方法可控制本发明任意实施例所提供的直冷电池热管理系统，具备直冷电池热管理系统相应的有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种直冷电池热管理系统，其特征在于，包括：

压缩机、模式切换单元、第一换热器、第二换热器、风机、节流阀和电池单元；

所述压缩机的第一端口与所述模式切换单元以及所述第一换热器的第一端口连接；所述模式切换单元还分别与所述第二换热器的第一端口、所述电池单元的第二端口以及所述压缩机的第二端口连接；

所述第一换热器的第二端口和所述第二换热器的第二端口均与所述节流阀的第一端口连接，所述节流阀的第二端口与所述电池单元的第一端口连接；

所述第一换热器与所述第二换热器之间的距离小于第一预设值，并且所述风机位于所述第二换热器远离所述第一换热器的一侧；

其中，所述直冷电池热管理系统的工作模式包括制冷模式和制热模式；在所述制热模式中，所述模式切换单元用于连通所述压缩机的第一端口与所述电池单元的第二端口，以及连通所述压缩机的第二端口与所述第二换热器的第一端口；所述压缩机用于向所述第一换热器输入温度高于第二预设值的制冷剂；所述第一换热器用作加热器，所述第二换热器用作蒸发器。

2.根据权利要求1所述的直冷电池热管理系统，其特征在于，

在所述制冷模式中，所述压缩机的第一端口输出高温高压的气态制冷剂，所述模式切换单元用于连通所述压缩机的第一端口与所述第二换热器的第一端口，以及连通所述压缩机的第二端口与所述电池单元的第二端口；所述压缩机的第二端口输入低温低压的气态制冷剂；所述第一换热器和所述第二换热器均用作冷凝器。

3.根据权利要求2所述的直冷电池热管理系统，其特征在于，所述模式切换单元包括四通阀，所述四通阀包括第一通口、第二通口、第三通口和第四通口；

所述压缩机的第一端口与所述第一通口连通；所述第二换热器的第一端口与所述第二通口连通；所述压缩机的第二端口与所述第三通口连通；所述电池单元的第二端口与所述第四通口连通；

在所述制冷模式中，所述第一通口与所述第二通口导通，所述第三通口与所述第四通口导通；

在所述制热模式中，所述第一通口与所述第四通口导通，所述第二通口与所述第三通口导通。

4.根据权利要求1所述的直冷电池热管理系统，其特征在于，还包括第一电磁阀；所述第一电磁阀设置于所述第一换热器的第二端口与所述节流阀的第一端口之间的通路上；

所述电磁阀用于在制冷模式下若环境温度低于第三预设值时，控制断开所述第一换热器的第二端口与所述节流阀的第一端口之间的通路。

5.根据权利要求4所述的直冷电池热管理系统，其特征在于，还包括：

回热器，所述回热器包括第一换热通道和第二换热通道；所述第一换热通道连接在所述第一换热器的第二端口和所述节流阀的第二端口之间；所述第二换热通道连接在所述模式切换单元和所述电池单元的第二端口之间；

第二电磁阀，所述第二电磁阀连接在所述第一换热器的第二端口和所述节流阀的第二端口之间，所述第二电磁阀用于控制所述第一换热通道的导通状态。

6.根据权利要求5所述的直冷电池热管理系统，其特征在于，所述第二电磁阀设置在所述第一换热器的第二端口与所述第一换热通道之间的通路上；

在所述制冷模式中，所述第二电磁阀用于断开所述第一换热器的第二端口与所述第一换热通道之间的通路；

在所述制热模式中，所述第二电磁阀用于导通所述第一换热器的第二端口与所述第一换热通道之间的通路，所述第一换热通道中的制冷剂的温度小于所述第二换热通道中的制冷剂的温度。

7.根据权利要求1所述的直冷电池热管理系统，其特征在于，所述电池单元包括多个电池包；

所述直冷电池热管理系统还包括分配器，所述分配器连接在所述节流阀与所述电池单元之间；

每一所述电池包的第一端口分别与所述分配器的不同端口连通；每一所述电池包的第二端口的公共连通端口用于作为所述电池单元的第二端口。

8.一种直冷电池热管理系统的控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1～7中任一所述的直冷电池热管理系统，包括：

在所述制热模式中，控制所述模式切换单元连通所述压缩机的第一端口与所述电池单元的第二端口，以及连通所述压缩机的第二端口与所述第二换热器的第一端口；

控制所述压缩机向所述第一换热器输入温度高于第二预设值的制冷剂，以使所述第二换热器吸收所述第一换热器的排气热量，调高所述第二换热器的蒸发温度。

9.根据权利要求8所述的直冷电池热管理系统的控制方法，其特征在于，还包括：

在制冷模式中，控制所述压缩机的第一端口输出高温高压的气态制冷剂，并控制所述模式切换单元连通所述压缩机的第一端口与所述第二换热器的第一端口，以及连通所述压缩机的第二端口与所述电池单元的第二端口；其中，所述第一换热器和所述第二换热器均用作冷凝器；所述压缩机的第二端口输入低温低压的气态制冷剂。

10.根据权利要求8所述的直冷电池热管理系统的控制方法，其特征在于，所述直冷电池热管理系统还包括：第一电磁阀；所述第一电磁阀设置于所述第一换热器的第二端口与所述节流阀的第一端口之间的通路上；直冷电池热管理系统的控制方法还包括：

在制冷模式下，若环境温度低于第三预设值，控制所述第一电磁阀断开所述第一换热器的第二端口与所述节流阀的第一端口之间的通路；

所述直冷电池热管理系统还包括：第二电磁阀和回热器；所述回热器的第一换热通道连接在所述第一换热器的第二端口和所述节流阀的第二端口之间，第二换热通道连接在所述模式切换单元和所述电池单元的第二端口之间；所述第二电磁阀连接在所述第一换热器的第二端口和所述节流阀的第二端口之间；直冷电池热管理系统的控制方法还包括：

在所述制冷模式中，控制第二电磁阀断开所述第一换热器的第二端口与所述第一换热通道之间的通路；

在所述制热模式中，控制第二电磁阀导通所述第一换热器的第二端口与所述第一换热通道之间的通路；其中所述第一换热通道中的制冷剂的温度小于所述第二换热通道中的制冷剂的温度。