CN206086422U - 车辆动力电池冷启动加热系统及车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种车辆动力电池冷启动加热系统及车辆，其中，该系统包括：太阳能光伏电池板、系统控制器、DC/DC直流变压器和蓄电池形成供电回路，组成太阳能光伏电池电力系统；电子水泵、HV‑PTC水暖加热器、液冷电池包形成液体工质循环回路，组成液冷动力电池加热系统；温度传感器与系统控制器相连接，形成温度检测控制回路，用于检测液冷电池包的环境温度。本实用新型提供的系统及车辆，在液冷电池包的温度较低时，利用液冷动力电池以外的太阳能光伏电池板来产生电能为液冷电池包加热实现冷启动，使得液冷电池包的液体工质加热使电池维持在最佳工作温度工作，可有效延长动力电池包的循环寿命，提高汽车在低温环境时的续航里程。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池管理技术领域，具体涉及车辆领域的电池包管理技术，尤其涉及一种车辆动力电池冷启动加热系统及车辆。
背景技术
动力电池是电动汽车的动力源，但是当动力电池长期在低温环境0℃以下使用时，锂电池的能量会急剧损失，整车的续航里程平均会衰减40％以上，同时电池包循环寿命也会急剧缩短。这样就限制了电动汽车在寒冷气候和高海拔地区的使用，同时由低温环境带来的能量损失也需要更大更贵的电池包来进行汽车冷启动、充电和制动能量回收，严重增加了汽车的使用成本。
目前动力电池的热管理系统大多使用自然冷却方案，有主动冷却方案的热管理系统设计为风冷或水冷等结构。为了改善锂离子电池的低温性能，风冷方案一般是使用HV-PTC直接给电池模组加热后使电池包升温到最佳工作温度；而水冷方案的动力电池包通常会将热管理系统与空调系统相连，采用热泵等空调系统在制热循环模式下通过热水循环来给电池包加热。
但是，上述方案缺点如下：只能解决在有电源的情况下充电时汽车的冷启动加热问题，特别是低温环境0℃以下天气时在室外没有电源的情况下，用电池包的电量给电池包本身加热仍然会导致电池包循环寿命急剧减短；在低温环境0℃以下，开空调本身就需要耗费电池包相当大的电量，同时，电池包的电量再用来给电池包本身加热也需要耗费很大的电量，这样就会导致整车续航里程急剧降低。
因此，有必要研究一种新型的车辆动力电池冷启动加热系统以解决现有技术存在的上述技术问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的一个技术问题是如何使用一种新型的动力电池冷启动加热系统以提高动力电池的使用寿命来降低整车的使用成本。
本实用新型提供车辆动力电池冷启动加热系统，包括：太阳能光伏电池板、系统控制器、DC/DC直流变压器、蓄电池、电子水泵、高压正温度系数HV-PTC水暖加热器、液冷电池包、温度传感器；其中，太阳能光伏电池板、系统控制器、DC/DC直流变压器和蓄电池形成供电回路，组成太阳能光伏电池电力系统；电子水泵、HV-PTC水暖加热器、液冷电池包形成液体工质循环回路，组成液冷动力电池加热系统；温度传感器与所述系统控制器相连接，形成温度检测控制回路，用于检测液冷电池包的环境温度。
进一步地，温度传感器检测液冷电池包的环境温度是否低于设定温度，其中，所述设定温度包括0摄氏度；若液冷电池包的环境温度低于设定温度时，系统控制器用于控制太阳能光伏电池板来产生电能为液冷电池包加热以实现冷启动，液冷电池包的液体工质加热使电池包得以维持在设定工作温度范围工作，进而可以有效延长动力电池包的循环寿命；若液冷电池包的环境温度不低于设定温度时，系统控制器用于控制太阳能光伏电池板来产生直流电直接给液冷电池包和蓄电池充电。
进一步地，还包括：所述太阳能光伏电池板设置在车辆顶部。
进一步地，车辆利用所述太阳能光伏电池板发电产生的电能供电。
进一步地，所述太阳能光伏电池板使用大于设定的光电转换效率单晶硅实现光电转换，将太阳或灯光的光能转换为直流电能，其中，所述设定光电转换效率为17％。
进一步地，所述系统控制器还用于检测蓄电池和液冷电池包的充电状态以实现蓄电池或液冷电池包防过充保护；其中，所述蓄电池为12V蓄电池。
进一步地，所述DC/DC直流变压器与整车DC/DC直流变压器共用，用于将输入电压范围为250V～440V的电压转换成12V电压给12V蓄电池充电。
进一步地，所述电子水泵采用高效无刷直流BLDC电机及驱动电路，其中，所述驱动电路具有脉宽调制PWM信号控制调速功能，控制液体工质保持在恒定流量以保证液体工质加热的连续一致性。
进一步地，所述HV-PTC水暖加热器包括蜂窝型水流道、HV-PTC导热条、双层绝缘膜以及HV-PTC加热片，其中，所述HV-PTC水暖加热器采用水电分离加热方式，将HV-PTC加热片夹在经过防腐处理的铝合金水槽中间，经过电极板、双重绝缘板、铝合金水槽给水槽内的循环水加热。
进一步地，所述HV-PTC加热片以HV-PTC半导体陶瓷材料作发热元件，采用水电分离的方式在水槽的外壁加热，使电能以面状形式与液体工质的分子键结合转化热能。
进一步地，所述液冷电池包通过管道特殊结构设计将冷却管道紧贴到电池包每个电芯的圆柱侧面，通过所述冷却管道形成液体工质制热回路。
本实用新型还提供一种车辆，该车辆包括如上所述的车辆动力电池冷启动加热系统；其中，所述车辆包括纯电动汽车、混和动力汽车。
本实用新型提供车辆动力电池冷启动加热系统及车辆，在液冷电池包的温度较低时，利用液冷动力电池以外的太阳能光伏电池板来产生电能为液冷电池包加热实现冷启动，使得液冷电池包的液体工质加热使电池维持在最佳工作温度工作，可有效延长动力电池包的循环寿命，提高汽车在低温环境时的续航里程。
附图说明
图1示出本实用新型一个实施例的车辆液冷动力电池冷启动加热系统结构示意图。
图2示出本实用新型一个实施例的液冷电池包结构主视图。
图3示出本实用新型一个实施例的电子水泵结构主视图。
图4示出本实用新型一个实施例的HV-PTC结构主视图。
图5示出本实用新型一个实施例的车辆的结构框图。
具体实施方式
下面参照附图对本实用新型进行更全面的描述，其中说明本实用新型的示例性实施例。
图1示出本实用新型一个实施例的车辆液冷动力电池冷启动加热系统结构示意图，如图1所示，该车辆动力电池冷启动加热系统包括太阳能光伏电池板101、系统控制器102、DC/DC(Direct Current/Direct Current，直流变压器)直流变压器103、蓄电池104、、电子水泵105、HV-PTC(High Voltage-Positive Temperature Coefficient，高压正温度系数)水暖加热器106、液冷电池包107、温度传感器108，其中，太阳能光伏电池板101、系统控制器102、DC/DC直流变压器103和蓄电池104形成供电回路，组成太阳能光伏电池电力系统；电子水泵105、HV-PTC水暖加热器106、液冷电池107包形成液体工质循环回路，组成液冷动力电池加热系统；温度传感器108与所述系统控制器102相连接，形成温度检测控制回路，用于检测液冷电池包107的环境温度；系统控制器102基于温度传感器108确定系统工作方式。
在一个实施例中，温度传感器108检测液冷电池包107的环境温度是否低于设定温度，其中，所述设定温度包括0摄氏度；若液冷电池包107的环境温度低于设定温度时，系统控制器102用于控制太阳能光伏电池板101来产生电能为液冷电池包107加热以实现冷启动，液冷电池包107的液体工质加热使液冷电池包得以维持在设定工作温度范围工作，进而可以有效延长动力电池包的循环寿命；若液冷电池包107的环境温度不低于设定温度时，系统控制器102用于控制太阳能光伏电池板来产生直流电直接给液冷电池包和蓄电池充电。
具体的需要根据电池包所用电芯的低温性能来确定该设定温度的值，例如可以设定为-15℃到4℃之间，具体地，可以为-1℃、0、或1℃，所述环境温度为电池包内部电芯温度，如果车辆处在低温环境，但是液冷电池包由于处在工作状态，液冷电池包的环境温度高于设定温度，则可以不用启动加热系统；当然，如果车辆环境温度较低，但是电池包温度低于设定温度值，则需要启动液体冷却系统，给电池包降温。
在一个实施例中，可以将电池包维持在设定工作温度范围设置为0-40摄氏度，该工作范围可以为锂离子电池的最佳工作范围，温度过高或者过低都不利于电池的最佳性能。
本实用新型实施例的车辆动力电池冷启动加热系统，在液冷电池包的温度较低时，利用液冷动力电池以外的太阳能光伏电池板来产生电能为液冷电池包加热实现冷启动，使得液冷电池包的液体工质加热使电池维持在最佳工作温度工作，可有效延长动力电池包的循环寿命，提高汽车在低温环境0℃以下时的续航里程。
本实用新型不仅可用于汽车液冷动力电池加热系统，也可用于家庭或企业储能电池加热系统。
进一步作为本实用新型技术方案的改进，可以将该系统与热泵系统或电空调系统联合起来，共同实现汽车液冷动力电池的冷启动加热和热启动冷却，共同将电池包温度控制在电芯最佳工作温度以延长电池包的使用寿命，降低整车使用成本。
在一个实施例中，所述太阳能光伏电池板设置在车辆顶部，例如所述太阳能光伏电池板设置在汽车的天窗；车辆利用所述太阳能光伏板发电产生的电能供电；所述太阳能光伏电池板使用大于设定光电转换效率单晶硅实现光电转换，将太阳或灯光的光能转换为直流电能，其中，所述设定光电转换效率为17％。
具体地，所述太阳能光伏电池板101是本系统的核心部件，使用光电转换效率能达到17％以上的单晶硅实现光电转换，以将太阳或灯光的光能转换为直流电能。同时，该太阳能光伏电池板可以与汽车车身顶部集成在一起或嵌入到汽车车身顶部，减小汽车行驶时的迎风阻力。
在一个实施例中，所述的系统控制器102对整个动力电池冷启动加热系统起到控制的作用，根据太阳能光伏电池板的工作状态和电池包电芯的温度信息来决定整个系统的工作方式，对液冷电池包及时进行温度补偿，同时还能对12V蓄电池或液冷电池包起到防过充的保护。
在一个实施例中，所述的DC/DC直流变压器103与整车DC/DC直流变压器可以共用，可实现将输入电压范围从250V～440V的电压转换成12V电压给12V蓄电池104充电。
所述的电子水泵105采用高效BLDC(Pulse Width Modulator，脉宽调制)电机及驱动，具有PWM(Pulse Width Modulator，脉宽调制)信号控制调速，可以恒定流量控制，保证液体工质加热的连续一致性。
在一个实施例中，所述高压正温度系数HV-PTC水暖加热器106内部结构含有蜂窝型水流道、HV-PTC导热条、双层绝缘膜以及HV-PTC加热片。加热器采用水电分离加热方式，将HV-PTC加热片夹在经过防腐处理的铝合金水槽中间，经过电极板、双重绝缘板、铝合金水槽给水槽内的循环水加热。HV-PTC加热片在水槽的外壁加热，真正实现了水电分离，以HV-PTC半导体陶瓷材料作发热元件，使电能以面状形式与液体工质的分子键结合转化热能。
在一个实施例中，所述的液冷电池包107通过管道特殊结构设计可以将冷却水道紧贴到每个电芯的圆柱侧面，通过管道形成液体工质制热回路，有效地保证电芯温度的一致性。
图2示出本实用新型一个实施例的液冷电池包结构主视图，所述液冷电池包包括多颗车辆动力电池；图3示出本实用新型一个实施例的电子水泵结构主视图；图4示出本实用新型一个实施例的HV-PTC结构主视图，图1至图4共同显示了本实用新型应用的具体结构。以下将详细说明本实用新型各元件的工作方式，如何让液体工质在水道内被加热并循环流动，以液冷电池包107内的电芯升温到最佳工作温度。
在一个实施例中，使用时，在有太阳光照或灯光的地方将车停稳后，打开汽车天窗上的太阳能光伏电池板101的工作开关使其处于工作状态，即可给液冷电池包107加热保温或给液冷电池包107直接小电流充电。当需要再次启动汽车时，先关闭汽车天窗上的太阳能光伏电池板101的工作开关使其处于不工作状态即可。
温度传感器108安装在液冷电池包107内BMS(Battery Management System，电池管理系统)的从控板上，用于检测电芯的温度，并将温度信息反馈给系统控制器102。
当系统控制器102从BMS接收到的温度信息在低温环境0℃以上时，系统控制器102将天窗太阳能光伏电池板101发电产生的直流电直接用小电流给液冷电池包充电，这样即使汽车长期闲置不使用也不会对液冷电池包107的循环寿命产生大的影响。该充电过程中由BMS实施控制，对液冷电池包107实施过压、欠压、过冲、短路、绝缘等保护。
当系统控制器102从BMS接收到的温度信息在低温环境0℃以下时，系统控制器102将天窗太阳能光伏电池板101的发电产生的直流电一部分电能经DC/DC直流变压器103转换成低压电给12V蓄电池104充电后让电子水泵105运转，以使电池包水道的液体工质循环流动；另一部分电能直接输送给高压正温度系数HV-PTC水暖加热器106，以加热液冷电池包107内水道的液体工质。
当系统控制器102根据从BMS接收到的温度信息判断当前环境过高、超过了电芯的工作范围时，要是汽车上已经设计有液冷动力电池热启动冷却系统(该系统可以不涵盖在液冷动力电池冷启动加热系统之内)，则可以启动液冷动力电池热启动冷却系统；要是汽车上没有设计液冷动力电池热启动冷却系统，系统控制器102会发出指令不给高压正温度系数HV-PTC水暖加热器106供电，仅使液体工质循环流动起来，达到为液冷动力电池散热的目的。
这样通过使用太阳能光伏电池板产生的电能，使液冷电池包107内的液体工质加热并循环起来，直到温度传感器108检测到电芯的温度处于最佳工作温度，系统控制器102断开工作回路，停止给液体工质加热并循环。
本实用新型还提供了一种车辆，包括：如上所述的车辆动力电池冷启动加热系统装置，图5示出本实用新型一个实施例的车辆的结构框图，参照图5所示，所述车辆包括车辆动力电池冷启动加热系统装置517，如图5所示，该车辆主要还包括：中控装置、智能驾驶模块513、仪表盘510以及中控显示器511、HUD(Head Up Display，平视显示器)抬头显示器512。仪表盘510具有12.3寸LCD显示设备，该仪表盘可以采用TI的J6CPU；仪表盘的操作系统可以基于QNX嵌入式系统，仪表盘可以用于显示车辆状态、车辆导航信息，所述车辆状态信息包括速度、转速、电量、胎压、车辆驻车、档位等。HUD抬头显示器512可以显示GPS导航信息、导航路径信息、时间信息等。
在一个实施例中，智能驾驶模块513可以用于处理与智能驾驶相关的操作，例如可以结合ADAS装置进行智能驾驶，该智能驾驶可以是完全无人的驾驶，也可以是驾驶员进行驾驶控制的辅助并线、车道偏移等高级辅助驾驶功能。
中控装置可以由多个模块组成，主要可以包括：主板501；SATA(Serial AdvancedTechnology Attachment，串行高级技术附件)模块502，连接到如SSD503的存储设备，可以用来存储数据信息；AM(Amplitude Modulation，调幅)/FM(Frequency Modulation，调频)模块504，为车辆提供收音机的功能；功放模块505，用于声音处理；WIFI(Wireless-Fidelity，无线保真)/Bluetooth模块506，为车辆提供WIFI/Bluetooth的服务；LTE(LongTerm Evolution，长期演进)通信模块507，为车辆提供与电信运营商的通信功能；电源模块508，电源模块508为该中控装置提供电源；Switch转接模块509，该Switch转接模块509可以作为一种可扩展的接口连接多种传感器，例如如果需要添加夜视功能传感器、PM2.5功能传感器，可以通过该Switch转接模块509连接到中控装置的主板，以便中控装置的处理器进行数据处理，并将数据传输给中控显示器。
在一个实施例中，可以通过switch接口509连接车辆动力电池冷启动加热系统517，实现控制液冷电池包的液体工质加热循环使电池维持在最佳工作温度工作，可有效延长动力电池包的循环寿命。
本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (10)
1.一种车辆动力电池冷启动加热系统，其特征在于，包括：太阳能光伏电池板、系统控制器、DC/DC直流变压器、蓄电池、电子水泵、高压正温度系数HV-PTC水暖加热器、液冷电池包、温度传感器；
其中，太阳能光伏电池板、系统控制器、DC/DC直流变压器和蓄电池形成供电回路，组成太阳能光伏电池电力系统；
电子水泵、HV-PTC水暖加热器、液冷电池包形成液体工质循环回路，组成液冷动力电池加热系统；
温度传感器与所述系统控制器相连接，形成温度检测控制回路，用于检测液冷电池包的环境温度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
温度传感器检测液冷电池包的环境温度是否低于设定温度，其中，所述设定温度包括0摄氏度；
若液冷电池包的环境温度低于设定温度时，系统控制器用于控制太阳能光伏电池板来产生电能为液冷电池包加热以实现冷启动，液冷电池包的液体工质加热使电池包得以维持在设定工作温度范围工作以有效延长动力电池包的循环寿命；
若液冷电池包的环境温度不低于设定温度时，系统控制器用于控制太阳能光伏电池板来产生的直流电直接给液冷电池包和蓄电池充电。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
所述太阳能光伏电池板设置在车辆顶部；
和\或
车辆利用所述太阳能光伏电池板发电产生的电能供电；
和\或
所述太阳能光伏电池板使用大于设定的光电转换效率单晶硅实现光电转换，将太阳或灯光的光能转换为直流电能，
其中，所述设定光电转换效率包括17％。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统控制器还用于检测蓄电池和液冷电池包的充电状态以实现蓄电池或液冷电池包防过充保护；
其中，所述蓄电池为12V蓄电池。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述DC/DC直流变压器与整车DC/DC直流变压器共用，用于将输入电压范围为250V～440V的电压转换成12V电压给12V蓄电池充电。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电子水泵采用高效无刷直流BLDC电机及驱动电路，
其中，所述驱动电路具有脉宽调制PWM信号控制调速功能，控制液体工质保持在恒定流量以保证液体工质加热的连续一致性。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述HV-PTC水暖加热器包括蜂窝型水流道、HV-PTC导热条、双层绝缘膜以及HV-PTC加热片，
其中，所述HV-PTC水暖加热器采用水电分离加热方式，将HV-PTC加热片夹在经过防腐处理的铝合金水槽中间，经过电极板、双重绝缘板、铝合金水槽给水槽内的循环水加热。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述HV-PTC加热片以HV-PTC半导体陶瓷材料作发热元件，采用水电分离的方式在水槽的外壁加热，使电能以面状形式与液体工质的分子键结合转化热能。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：
所述液冷电池包通过管道特殊结构设计将冷却管道紧贴到电池包每个电芯的圆柱侧面，通过所述冷却管道形成液体工质制热回路。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一所述的车辆动力电池冷启动加热系统；
其中，所述车辆包括纯电动汽车、混和动力汽车。
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