CN205194809U - 电动汽车动力电池的热管理系统和电动汽车 - Google Patents

电动汽车动力电池的热管理系统和电动汽车 Download PDF

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张达
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Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车动力电池的热管理系统和电动汽车，其中，热管理系统包括电池温度传感器、控制器、冷却液循环系统和制冷剂循环系统，电池温度传感器设置在动力电池(2)上，冷却液循环系统中设置有水泵(1)、水冷板(3)和换热器(8)，水冷板与动力电池接触换热，制冷剂循环系统中设置有压缩机(10)、冷凝器(11)、第一膨胀阀和所述换热器，控制器用于根据电池温度传感器检测到的温度值控制水泵和压缩机的工作。本实用新型通过设置制冷剂循环系统对动力电池进行散热，可以保证在环境温度较高的情况下仍能对动力电池进行有效散热，保证动力电池的温度不会过高。

Description

电动汽车动力电池的热管理系统和电动汽车
技术领域
本实用新型涉及电动汽车领域，具体地，涉及一种电动汽车动力电池的热管理系统，还涉及一种具有该热管理系统的电动汽车。
背景技术
我国已逐渐成为世界最大汽车销售市场，由此带来的能源需求及污染、温室效应成为制约汽车发展的瓶颈，而电动汽车由于其零排放，能源利用率高等特点，应用前景被广泛看好。电动汽车的驱动部分主要由驱动电机，调速控制器、动力电池和车载充电器组成，作为驱动部分的核心，动力电池的特性直接影响整车的运行。作为一种应用较广的动力电池，三元锂电池具有能量密度高、成本低等特点，但锂电池由于其自身一些特点，要保证电池性能必须将其温度控制在一个合理的范围，温度过高或过低对电池组的容量、充电性能、使用寿命、一致性和安全性等都有很大的影响，又由于动力电池自身在充放电时发热量很大，而且电池在25±10℃内工作性能是最佳状态，故动力电池的热管理设计尤为重要。传统的散热如采用风扇冷却，虽然成本较低但受环境温度限制，当环境温度超过35℃时，无法对电池进行散热，而且空气散热换热系数不高，换热效率低。并且，如果采用空气冷却，则电池箱无法密封，导致电池箱的防尘防水性能较差；而且采用空气冷却，无法保证电池组内部电芯的温差，造成电池组的整体性能下降。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种电动汽车动力电池的热管理系统，在环境温度较高的情况下，该热管理系统仍能对动力电池进行有效散热。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种电动汽车动力电池的热管理系统，其中，包括电池温度传感器、控制器、冷却液循环系统和制冷剂循环系统，所述电池温度传感器设置在动力电池上，所述冷却液循环系统中设置有水泵、水冷板和换热器，所述水冷板与所述动力电池接触换热，所述制冷剂循环系统中设置有压缩机、冷凝器、第一膨胀阀和所述换热器，所述控制器用于根据所述电池温度传感器检测到的温度值控制所述水泵和压缩机的工作，以使所述制冷剂循环系统和冷却液循环系统能够通过所述换热器进行热交换。
优选地，所述制冷剂循环系统包括制冷剂干路以及相互并联的第一制冷剂支路和第二制冷剂支路，所述制冷剂干路通过第一控制阀选择性地与所述第一制冷剂支路和/或第二制冷剂支路连通，所述压缩机和冷凝器设置在所述制冷剂干路上，所述第一膨胀阀和换热器设置在所述第一制冷剂支路上，所述第二制冷剂支路上设置有第二膨胀阀和蒸发器，该蒸发器用于对所述电动汽车的乘客舱制冷，所述控制器还用于控制所述第一控制阀动作。
优选地，所述第一控制阀包括分别设置在所述第一制冷剂支路和第二制冷剂支路上的第一开关阀和第二开关阀。
优选地，所述热管理系统还包括用于检测所述动力电池的输出电流的电流传感器，所述控制器还用于根据所述电流传感器检测到的电流值控制所述压缩机的转速。
优选地，所述冷却液循环系统包括冷却液干路以及相互并联的第一冷却液支路和第二冷却液支路，所述冷却液干路通过第二控制阀选择性地与所述第一冷却液支路或第二冷却液支路连通，所述水泵和水冷板设置在所述冷却液干路上，所述换热器设置在所述第一冷却液支路上，所述第二冷却液支路上设置有散热器和用于向该散热器送风的散热风扇，所述控制器还用于控制所述第二控制阀动作。
优选地，所述热管理系统还包括环境温度传感器，当所述电池温度传感器检测到的温度值大于或等于第一预设电池温度值，并且所述环境温度传感器检测到的温度值小于预设环境温度值时，所述控制器控制所述第二控制阀动作以使所述冷却液干路与第二冷却液支路连通，并控制所述水泵和散热风扇工作；当所述电池温度传感器检测到的温度值大于或等于第一预设电池温度值，并且所述环境温度传感器检测到的温度值大于或等于所述预设环境温度值时，所述控制器控制所述第二控制阀动作以使所述冷却液干路与第一冷却液支路连通，并控制所述水泵和压缩机工作，其中，所述第一预设电池温度值大于所述预设环境温度值。
优选地，所述冷却液循环系统还包括与所述第一冷却液支路并联的第三冷却液支路，所述冷却液干路通过第二控制阀选择性地与所述第一冷却液支路、第二冷却液支路和第三冷却液支路中一者连通，所述冷却液干路或第三冷却液支路上设置有加热器。
优选地，当所述电池温度传感器检测到的温度值小于或等于第二预设电池温度值时，所述控制器控制所述第二控制阀动作以使所述冷却液干路与第三冷却液支路连通，并控制所述水泵和加热器工作。
优选地，所述冷却液循环系统包括冷却液干路以及相互并联的第一冷却液支路和第二冷却液支路，所述冷却液干路通过第二控制阀选择性地与所述第一冷却液支路或第三冷却液支路连通，所述水泵和水冷板设置在所述冷却液干路上，所述换热器设置在所述第一冷却液支路上，所述冷却液干路或第三冷却液支路上设置有加热器。
优选地，当所述电池温度传感器检测到的温度值大于或等于第一预设电池温度值时，所述控制器控制所述第二控制阀动作以使所述冷却液干路与第一冷却液支路连通，并控制所述水泵和压缩机工作；当所述电池温度传感器检测到的温度小于或等于第二预设电池温度值时，所述控制器控制所述第二控制阀动作以使所述冷却液干路与第三冷却液支路连通，并控制所述水泵和加热器工作，其中，所述第一预设电池温度值大于所述第二预设电池温度值。
优选地，所述动力电池为三元锂电池。
本实用新型还提供一种电动汽车，该电动汽车具有如上所述的热管理系统。
在本实用新型的热管理系统中，通过设置制冷剂循环系统对动力电池进行散热，一方面可以提高散热效率，另一方面可以保证在环境温度较高的情况下仍能对动力电池进行有效散热，保证动力电池的温度不会过高。此外，由于本实用新型采用水冷的方式对动力电池进行散热，因此可以允许电池箱密封，以提高电池箱的防尘防水性能。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是根据本实用新型的第一种实施方式的电动汽车动力电池的热管理系统的示意图；
图2是根据本实用新型的第二种实施方式的电动汽车动力电池的热管理系统的示意图；
图3是根据本实用新型的第三种实施方式的电动汽车动力电池的热管理系统的示意图；
图4是根据本实用新型的第四种实施方式的电动汽车动力电池的热管理系统的示意图。
附图标记说明
1水泵2动力电池3水冷板
4电池箱5第二控制阀6散热器
7散热风扇8换热器9加热器
10压缩机11冷凝器12第一开关膨胀阀
13蒸发器14第二开关膨胀阀
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
图1是根据本实用新型的第一种实施方式的电动汽车动力电池的热管理系统的示意图。如图1所示，该热管理系统包括电池温度传感器(未示出)、控制器(未示出)、冷却液循环系统和制冷剂循环系统，电池温度传感器设置在动力电池2上，冷却液循环系统中设置有水泵1、水冷板3和换热器8，水冷板3与动力电池2接触换热，制冷剂循环系统中设置有压缩机10、冷凝器11、第一膨胀阀(未示出)和换热器8，制冷剂在压缩机10的作用下循环流动，压缩机10将气化的制冷剂压缩成高温高压的气态排向冷凝器11，在冷凝器11中液化放热成高温高压的液态，高温高压的液态制冷剂进入第一膨胀阀以雾状小液滴排出，流经换热器8蒸发吸热后再返回压缩机10。换热器8既作为冷却液循环系统的组成部分，又作为制冷剂循环系统的组成部分，冷却液和制冷剂可以以逆流的方式在换热器8中流动，以提高热交换效果。控制器用于根据电池温度传感器检测到的温度值控制水泵1和压缩机10的工作，以使制冷剂循环系统和冷却液循环系统能够通过换热器8进行热交换。
在本实用新型的热管理系统中，通过设置制冷剂循环系统对动力电池2进行散热，一方面可以提高散热效率，另一方面可以保证在环境温度较高(例如超过35℃)的情况下仍能对动力电池2进行有效散热，保证动力电池2的温度不会过高。此外，由于本实用新型采用水冷的方式对动力电池2进行散热，因此可以允许电池箱4密封，以提高电池箱4的防尘防水性能，并且缩小电池组内部电芯的温度差，提高电池的整体性能。
优选地，本实用新型的热管理系统还包括用于检测动力电池2的输出电流的电流传感器(未示出)，控制器还用于根据电流传感器检测到的电流值控制压缩机10的转速。由于动力电池2的发热功率P＝I2×R(其中，I代表动力电池的输出电流，R代表动力电池的内阻)，因此通过上述方式能够使控制器根据动力电池2的发热功率的大小来调节压缩机10的转速，从而调节流经换热器8的制冷剂流量，实现按需调节制冷量以达到节能的目的。
在本实用新型的热管理系统中，压缩机10和冷凝器11可以是专为冷却动力电池2而设的装置。然而，为了降低制造成本、减小所需的安装空间，优选地，压缩机10和冷凝器11可以是车载空调系统中的压缩机和冷凝器，换热器8可以与设置在车辆乘客舱内的蒸发器13并联，通过车载空调系统对冷却液循环系统进行散热。换句话说，所述制冷剂循环系统可以包括制冷剂干路以及相互并联的第一制冷剂支路和第二制冷剂支路，压缩机10和冷凝器11设置在制冷剂干路上，第一膨胀阀和换热器8设置在第一制冷剂支路上，第二制冷剂支路上设置有第二膨胀阀和用于对电动汽车的乘客舱制冷的蒸发器13。这里，制冷剂干路可以通过第一控制阀选择性地与第一制冷剂支路和/或第二制冷剂支路连通，控制器可以控制第一控制阀动作以使制冷剂干路与第一制冷剂支路连通。
在本实用新型的热管理系统中，第一控制阀可以仅为一个阀(例如换向阀)，也可以由多个阀构成，本实用新型对此不做限制，只要能实现两条制冷剂支路的切换即可。作为一种实施方式，第一控制阀可以包括分别设置在第一制冷剂支路和第二制冷剂支路上的第一开关阀和第二开关阀。在需要对动力电池2进行散热时，可以打开第一开关阀，使制冷剂干路与第一制冷剂支路连通；在需要对乘客舱制冷时，可以打开第二开关阀，使制冷剂干路与第二制冷剂支路连通；在需要同时对动力电池2和乘客舱进行散热或制冷时，可以打开第一开关阀和第二开关阀，使制冷剂干路与第一制冷剂支路和第二制冷剂支路都连通。
为了简化制冷剂循环系统的结构，优选地，如图所示，第一开关阀可以与第一膨胀阀集成在一起以作为第一开关膨胀阀12，第二开关阀可以与第二膨胀阀集成在一起以作为第二开关膨胀阀14。
本实用新型的热管理系统适用于各种适当类型的动力电池，其中，由于三元锂电池对其自身温度的要求更高，因此本实用新型的热管理系统尤其适用于三元锂电池。
图2是根据本实用新型的第二种实施方式的热管理系统的示意图。与上述第一种实施方式的热管理系统相比，第二种实施方式的热管理系统还包括第二控制阀5、散热器6和用于向该散热器6送风的散热风扇7，环境温度传感器用于实时检测当前的环境温度，冷却液循环系统具有冷却液干路以及相互并联的第一冷却液支路和第二冷却液支路，冷却液干路通过第二控制阀5选择性地与第一冷却液支路或第二冷却液支路连通，水泵1和水冷板3设置在冷却液干路上，换热器8设置在第一冷却液支路上，散热器6设置在第二冷却液支路上，控制器还用于控制第二控制阀5动作。
在这种实施方式中，热管理系统还可以包括环境温度传感器(未示出)，并且可以以这样的方式运行：当电池温度传感器检测到的温度值大于或等于第一预设电池温度值，并且环境温度传感器检测到的温度值小于预设环境温度值时，控制器控制第二控制阀5动作以使冷却液干路与第二冷却液支路连通，并控制水泵1和散热风扇7工作；当电池温度传感器检测到的温度值大于或等于第一预设电池温度值，并且环境温度传感器检测到的温度值大于或等于预设环境温度值时，控制器控制第二控制阀5动作以使冷却液干路与第一冷却液支路连通，并控制水泵1和压缩机10工作，其中，第一预设电池温度值大于预设环境温度值。即，在电池温度较高而环境温度较低时，利用散热器6和散热风扇7以风冷的方式对冷却液循环系统进行散热；在电池温度较高而环境温度也较高，风冷已无法起到散热作用时，利用制冷剂循环系统以空调制冷的方式对冷却液循环系统进行散热。由于风冷能耗远小于空调能耗，因此，采用这种方式，能够在保证动力电池的温度不会过高的同时，最大限度地降低能耗。
这里，第一预设电池温度值可以根据动力电池工作性能随温度变化的曲线来设定，预设环境温度值应当小于第一预设电池温度值。例如，第一预设电池温度值可以为35℃，预设环境温度值可以为30℃。
在第二种实施方式中，第二控制阀5可以仅为单个的阀(例如换向阀)，也可以由多个阀(例如开关阀)组合而成，本实用新型对此不做限制，只要能实现二条冷却液支路的切换即可。作为一种实施方式，第二控制阀5可以为电控二位换向阀。
图3是根据本实用新型的第三种实施方式的热管理系统的示意图。与上述第二种实施方式的热管理系统相比，第三种实施方式的热管理系统还包括加热器9，冷却液循环系统还包括相互并联的第一冷却液支路、第二冷却液支路并联的第三冷却液支路，冷却液干路通过第二控制阀5选择性地与第一冷却液支路、第二冷却液支路和第三冷却液支路中一者连通，水泵1和水冷板3设置在冷却液干路上，换热器8设置在第一冷却液支路上，散热器6和散热风扇7设置在第二冷却液支路上，加热器9设置在冷却液干路或第三冷却液支路上。
在这种实施方式中，热管理系统可以以这样的方式运行：当电池温度传感器检测到的温度值大于或等于第一预设电池温度值，并且环境温度传感器检测到的温度值小于预设环境温度值时，控制器控制第二控制阀5动作以使冷却液干路与第二冷却液支路连通，并控制水泵1和散热风扇7工作；当电池温度传感器检测到的温度值大于或等于第一预设电池温度值，并且环境温度传感器检测到的温度值大于或等于预设环境温度值时，控制器控制第二控制阀5动作以使冷却液干路与第一冷却液支路连通，并控制水泵1和压缩机10工作；当电池温度传感器检测到的温度值小于或等于第二预设电池温度值时，控制器控制第二控制阀5动作以使冷却液干路与第三冷却液支路连通，并控制水泵1和加热器9工作，其中，第一预设电池温度值大于预设环境温度值第二预设电池温度值小于预设环境温度值。即，在电池温度较高而环境温度较低时，利用散热器6和散热风扇7以风冷的方式对冷却液循环系统进行散热；在电池温度较高而环境温度也较高，风冷已无法起到散热作用时，利用制冷剂循环系统以水冷的方式对冷却液循环系统进行散热；在电池温度较低时，利用加热器9对冷却液进行加热，以使电池温度升高。
这里，第二预设电池温度值可以根据动力电池工作性能随温度变化的曲线来设定。例如，第二预设电池温度值可以为10℃。
在第三种实施方式中，第二控制阀5可以仅为一个阀(例如换向阀)，也可以由多个阀(例如开关阀)构成，本实用新型对此不做限制，只要能实现三条冷却液支路的切换即可。作为一种实施方式，第二控制阀5可以为电控三位换向阀。
采用第三种实施方式的技术方案，能够将动力电池的温度始终保持在较适宜的范围内，不会过高或过低，从而保证电池的工作性能始终处于最佳状态。并且，采用这种方式，能够在保证动力电池的温度不会过高的同时，最大限度地降低能耗。
图4是根据本实用新型的第四种实施方式的热管理系统的示意图。与上述第一种实施方式的热管理系统相比，第四种实施方式的热管理系统还包括加热器9，冷却液循环系统包括冷却液干路以及相互并联的第一冷却液支路和第三冷却液支路，冷却液干路通过第二控制阀5选择性地与第一冷却液支路或第三冷却液支路连通，水泵1和水冷板3设置在冷却液干路上，换热器8设置在第一冷却液支路上，加热器9设置在冷却液干路或第三冷却液支路上。
在这种情况下，热管理系统可以以这样的方式运行：当电池温度传感器检测到的温度值大于或等于第一预设电池温度值时，控制器控制第二控制阀5动作以使冷却液干路与第一冷却液支路连通，并控制水泵1和压缩机10工作；当电池温度传感器检测到的温度小于或等于第二预设电池温度值时，控制器控制第二控制阀5动作以使冷却液干路与第三冷却液支路连通，并控制水泵1和加热器9工作，其中，第一预设电池温度值大于第二预设电池温度值。即，在电池温度较高时，利用制冷剂循环系统以水冷的方式对冷却液循环系统进行散热；在电池温度较低时，利用加热器9对冷却液进行加热，从而使电池温度升高。
在第四种实施方式中，第二控制阀5可以仅为一个阀(例如换向阀)，也可以由多个阀(例如开关阀)构成，本实用新型对此不做限制，只要能实现二条冷却液支路的切换即可。作为一种实施方式，第二控制阀5可以为电控二位换向阀。
采用第四种实施方式的技术方案，能够将动力电池的温度始终保持在较适宜的范围内，不会过高或过低，从而保证电池的工作性能始终处于最佳状态。
除上述热管理系统之外，本实用新型还提供一种电动汽车，该电动汽车可以具有根据上述任意一种实施方式的热管理系统。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (11)

1.一种电动汽车动力电池的热管理系统，其特征在于，包括电池温度传感器、控制器、冷却液循环系统和制冷剂循环系统，所述电池温度传感器设置在动力电池(2)上，所述冷却液循环系统中设置有水泵(1)、水冷板(3)和换热器(8)，所述水冷板(3)与所述动力电池(2)接触换热，所述制冷剂循环系统中设置有压缩机(10)、冷凝器(11)、第一膨胀阀和所述换热器(8)，所述控制器用于根据所述电池温度传感器检测到的温度值控制所述水泵(1)和压缩机(10)的工作，以使所述制冷剂循环系统和冷却液循环系统能够通过所述换热器(8)进行热交换。
2.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述制冷剂循环系统包括制冷剂干路以及相互并联的第一制冷剂支路和第二制冷剂支路，所述制冷剂干路通过第一控制阀选择性地与所述第一制冷剂支路和/或第二制冷剂支路连通，所述压缩机(10)和冷凝器(11)设置在所述制冷剂干路上，所述第一膨胀阀和换热器(8)设置在所述第一制冷剂支路上，所述第二制冷剂支路上设置有第二膨胀阀和蒸发器(13)，该蒸发器(13)用于对所述电动汽车的乘客舱制冷，所述控制器还用于控制所述第一控制阀动作。
3.根据权利要求2所述的热管理系统，其特征在于，所述第一控制阀包括分别设置在所述第一制冷剂支路和第二制冷剂支路上的第一开关阀和第二开关阀。
4.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述热管理系统还包括用于检测所述动力电池(2)的输出电流的电流传感器，所述控制器还用于根据所述电流传感器检测到的电流值控制所述压缩机(10)的转速。
5.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述冷却液循环系统包括冷却液干路以及相互并联的第一冷却液支路和第二冷却液支路，所述冷却液干路通过第二控制阀(5)选择性地与所述第一冷却液支路或第二冷却液支路连通，所述水泵(1)和水冷板(3)设置在所述冷却液干路上，所述换热器(8)设置在所述第一冷却液支路上，所述第二冷却液支路上设置有散热器(6)和用于向该散热器(6)送风的散热风扇(7)，所述控制器还用于控制所述第二控制阀(5)动作。
6.根据权利要求5所述的热管理系统，其特征在于，所述热管理系统还包括环境温度传感器，
当所述电池温度传感器检测到的温度值大于或等于第一预设电池温度值，并且所述环境温度传感器检测到的温度值小于预设环境温度值时，所述控制器控制所述第二控制阀(5)动作以使所述冷却液干路与第二冷却液支路连通，并控制所述水泵(1)和散热风扇(7)工作；
当所述电池温度传感器检测到的温度值大于或等于第一预设电池温度值，并且所述环境温度传感器检测到的温度值大于或等于所述预设环境温度值时，所述控制器控制所述第二控制阀(5)动作以使所述冷却液干路与第一冷却液支路连通，并控制所述水泵(1)和压缩机(10)工作，
其中，所述第一预设电池温度值大于所述预设环境温度值。
7.根据权利要求5所述的热管理系统，其特征在于，所述冷却液循环系统还包括与所述第一冷却液支路并联的第三冷却液支路，所述冷却液干路通过第二控制阀(5)选择性地与所述第一冷却液支路、第二冷却液支路和第三冷却液支路中的一者连通，所述冷却液干路或第三冷却液支路上设置有加热器(9)。
8.根据权利要求7所述的热管理系统，其特征在于，当所述电池温度传感器检测到的温度值小于或等于第二预设电池温度值时，所述控制器控制所述第二控制阀(5)动作以使所述冷却液干路与第三冷却液支路连通，并控制所述水泵(1)和加热器(9)工作。
9.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述冷却液循环系统包括冷却液干路以及相互并联的第一冷却液支路和第三冷却液支路，所述冷却液干路通过第二控制阀(5)选择性地与所述第一冷却液支路或第三冷却液支路连通，所述水泵(1)和水冷板(3)设置在所述冷却液干路上，所述换热器(8)设置在所述第一冷却液支路上，所述冷却液干路或第三冷却液支路上设置有加热器(9)。
10.根据权利要求9所述的热管理系统，其特征在于，当所述电池温度传感器检测到的温度值大于或等于第一预设电池温度值时，所述控制器控制所述第二控制阀(5)动作以使所述冷却液干路与第一冷却液支路连通，并控制所述水泵(1)和压缩机(10)工作；
当所述电池温度传感器检测到的温度小于或等于第二预设电池温度值时，所述控制器控制所述第二控制阀(5)动作以使所述冷却液干路与第三冷却液支路连通，并控制所述水泵(1)和加热器(9)工作，
其中，所述第一预设电池温度值大于所述第二预设电池温度值。
11.一种电动汽车，其特征在于，该电动汽车具有根据权利要求1至10中任意一项所述的热管理系统。
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