CN211765062U - 一种用于增程式车辆的电池热管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于增程式车辆的电池热管理系统，属于车辆电池领域。该系统包括：第一温度传感器，用于采集环境温度；第二温度传感器，用于采集动力电池的温度；动力电池；电池冷却器，与动力电池相连；串联的散热器组件和水泵，与动力电池、电池冷却器形成被动冷却回路；串联的压缩机和冷凝器，与电池冷却器形成流通制冷剂的主动冷却回路；控制器用于在动力电池的温度大于加热关闭预设温度且环境温度低于第一设定值时控制散热器组件和水泵开启；控制器还用于在环境温度大于第二预设值或动力电池的温度达到冷却开启设定温度时控制散热器组件关闭且压缩机和冷凝器启动。本实用新型能够对动力电池进行更精细化的温度控制并降低能耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及车辆电池领域，特别是涉及一种用于增程式车辆的电池热管理系统。
背景技术
目前主流的电池包冷却方式为液冷方式，即电池工作时，温度自然上升直至到达设定温度(冷却开启温度)后开启冷却装置，将温度降至设定温度(冷却关闭温度)，形成了“升温-冷却-再升温”的温度控制现状，不利于电池寿命及性能。
而在增程式电动汽车热管理开发过程中，仍然存在很多的挑战，比如，电池温度的恒温控制以及热管理能耗优化。动力电池作为增程式电动汽车的一个重要组成部分，在纯电动行驶模式下是主要的动力来源，而在增程行驶模式下更是承担对增程器发电功率“削峰填谷”的储能作用。由于增程式电动汽车没有续航焦虑，可通过补充燃油的方式连续行驶，对动力电池的温度控制及热管理能耗提出了更高的要求。
现有的动力电池热管理方案是当动力电池温度未达到冷却开启设定温度之前，冷却装置不工作，此过程中动力电池温度逐渐上升；当动力电池温度达到冷却开启设定温度时，启动空调系统快速冷却。现有方案是以冷却降温为目的，无法更加精细化的对动力电池进行全过程的恒温控制，且空调系统工作时能耗较高。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供一种用于增程式车辆的电池热管理系统，能够对动力电池进行更精细化的温度控制并降低能耗。
特别地，本实用新型提供了一种用于增程式车辆的电池热管理系统，包括：
第一温度传感器，用于采集当前的环境温度；
第二温度传感器，用于采集所述动力电池的温度；
动力电池；
电池冷却器，与所述动力电池相连；
串联的散热器组件和水泵，与所述动力电池、所述电池冷却器形成流通冷却液的被动冷却回路；
串联的压缩机和冷凝器，与所述电池冷却器形成流通制冷剂的主动冷却回路；
控制器，与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述水泵、所述压缩机、所述散热器组件和所述冷凝器均信号连接，用于在所述动力电池的温度大于加热关闭预设温度且环境温度低于第一设定值时控制所述散热器组件和所述水泵开启，以对所述动力电池进行预降温；所述控制器还用于在所述环境温度大于第二预设值或所述动力电池的温度达到冷却开启设定温度时控制所述散热器组件关闭且所述压缩机和所述冷凝器启动，以通过所述制冷剂为所述冷却液降温，进而对所述动力电池进行降温。
可选地，电池热管理系统还包括：
第一加热器；
三通阀一，分别与所述第一加热器、所述散热器组件和所述电池冷却器相连，用于连通所述第一加热器与所述电池冷却器或连通所述电池散热器和所述电池冷却器；其中，
所述第一加热器与所述水泵、所述动力电池和所述电池冷却器形成加热回路；
所述控制器还与所述第一加热器和所述三通阀一信号连接，用于在所述动力电池的温度小于加热开启设定温度时控制所述三通阀一连通所述电池冷却器和所述第一加热器，同时控制所述第一加热器开启，以加热所述动力电池。
可选地，所述散热器组件包括电池散热器和电子风扇；
所述控制器还用于根据所述动力电池的温度控制所述电池散热器和所述电子风扇的工作功率。
可选地，所述电池散热器与所述车辆的其它散热器集成布置并共用所述电子风扇。
可选地，电池热管理系统还包括：
膨胀水箱，与所述电池散热器并联，用于加注冷却液或为冷却回路除气。
可选地，所述压缩机为所述车辆的空调压缩机。
可选地，所述第一加热器替换为热交换器；且
所述热交换器与所述车辆的暖风回路连接，所述暖风回路用于为所述车辆的驾驶室供暖。
可选地，所述暖风回路包括依次串联的第二加热器、暖风芯体、三通阀二和暖风电子水泵，所述三通阀二还与所述热交换器相连。
可选地，电池热管理系统还包括：
驾驶室蒸发器，并联于串联的所述压缩机和所述冷凝器的两端。
本实用新型将动力电池热管理思路转变为“控温为主，冷却为辅”：在动力电池的温度T1未达到冷却开启设定温度D之前，通过被动冷却回路利用行车时较低的冷却能力延缓甚至控制了T1的上升趋势，让动力电池趋于恒温控制。由于此时未启用主动冷却回路，节约了空调系统工作能耗。通过先采用被动冷却回路缓慢冷却，再通过主动冷却回路有效降温，使得动力电池的温度控制更加精细，可以使得动力电池更好地工作在适宜温度，有利于提高车辆的经济性，进一步延长续驶里程。
进一步地，本实用新型的电池热管理系统还设置了加热回路，通过控制三通阀一的状态，可以控制加热回路和被动冷却回路的切换。在动力电池的温度T1小于加热开启设定温度E启用加热回路对电池加热，形成了“缓慢升温-缓慢冷却-再缓慢升温”的近似恒温状态。更加精确匹配增程式商用车全天候增程工况行驶时动力电池恒温控制需求。
根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本实用新型一个实施例的电池热管理系统的原理示意图；
图2是根据本实用新型另一个实施例的电池热管理系统的原理示意图；
图3是根据本实用新型再一个实施例的电池热管理系统的原理示意图；
图4是根据本实用新型进一步的一个实施例的电池热管理系统的原理示意图。
具体实施方式
图1是根据本实用新型一个实施例的电池热管理系统的原理示意图。如图1所示，本实用新型提供了一种用于增程式车辆的电池热管理系统，包括：第一温度传感器10、第二温度传感器20、动力电池4、电池冷却器5、串联的散热器组件30和水泵3、串联的压缩机8和冷凝器9以及控制器(未示出)。第一温度传感器10用于采集当前的环境温度。第二温度传感器20用于采集动力电池4的温度。电池冷却器5与动力电池4相连。串联的散热器组件30和水泵3与动力电池4、电池冷却器5形成流通冷却液的被动冷却回路。串联的压缩机8和冷凝器9与电池冷却器5形成流通制冷剂的主动冷却回路。控制器与第一温度传感器10、第二温度传感器20、水泵3、压缩机8、散热器组件30和冷凝器9均信号连接。控制器用于在动力电池4的温度T1大于加热关闭预设温度A且环境温度T2低于第一设定值B时控制散热器组件30和水泵3开启，以对动力电池4进行预降温；控制器还用于在环境温度大于第二预设值C或动力电池4的温度达到冷却开启设定温度D时控制散热器组件30关闭且压缩机8和冷凝器9启动，以通过制冷剂为冷却液降温，进而对动力电池4进行降温。
增程式商用车运行时基本可分为两种工况，纯电动工况和增程工况，纯电动工况下动力电池4工况与普通的纯电动车类似；而在增程工况下，动力电池4工况更加复杂，其承担了对电功率“削峰填谷”的储能作用，动力电池4虽是电量维持，但频繁的脉冲式充放电流使得动力电池4始终处于低功耗发热状态。
本实施例将动力电池热管理思路转变为“控温为主，冷却为辅”：在动力电池4的温度T1未达到冷却开启设定温度D之前，通过被动冷却回路利用行车时较低的冷却能力延缓甚至控制了T1的上升趋势，让动力电池4趋于恒温控制。由于此时未启用主动冷却回路，节约了空调系统工作能耗。通过先采用被动冷却回路缓慢冷却，再通过主动冷却回路有效降温，使得动力电池4的温度控制更加精细，可以使得动力电池4更好地工作在适宜温度，有利于提高车辆的经济性，进一步延长续驶里程。
如图1所示，一个实施例中，电池热管理系统还包括第一加热器7和三通阀一6。三通阀一6分别与第一加热器7、散热器组件30和电池冷却器5相连，用于连通第一加热器7与电池冷却器5或连通电池散热器1和电池冷却器5。第一加热器7与水泵3、动力电池4和电池冷却器5形成加热回路。控制器还与第一加热器7和三通阀一6信号连接，用于在动力电池4的温度T1小于加热开启设定温度E时控制三通阀一6连通电池冷却器5和第一加热器7，同时控制第一加热器7开启，以加热动力电池4。
本实施例的电池热管理系统还设置了加热回路，通过控制三通阀一6的状态，可以控制加热回路和被动冷却回路的切换。具体地，在动力电池4的温度T1小于加热开启设定温度E启用加热回路对电池加热；在动力电池4的温度T1大于加热关闭预设温度A且环境温度T2低于第一设定值B时将加热回路关闭，使用被动冷却回路进行缓慢冷却，直至环境温度大于第二预设值C或动力电池4的温度达到冷却开启设定温度D时关闭被动冷却回路，开启主动冷却回路，对动力电池4进行高效冷却。形成了“缓慢升温-缓慢冷却-再缓慢升温”的近似恒温状态。更加精确匹配增程式商用车全天候增程工况行驶时动力电池4恒温控制需求。
需要说明的是在关闭被动冷却回路时，加热回路处于连通状态，使得冷却液在加热回路中流通，而此时加热器是关闭的，加热回路只是用于流通冷却液。由于加热回路较短，冷却液不断地在电池冷却器5内通过制冷剂带走热量，因此有利于提高冷却效率。
本实用新型能够涵盖不同区域，不同环境温度下，在尽可能多的时间内让动力电池4处于恒温状态。根据初步的设计分析、试验验证，本实用新型方案的被动冷却系统可在25℃环境温度以下保持动力电池4恒温控制，节约空调系统能耗。
如图1所示，另一个实施例中散热器组件30包括电池散热器1和电子风扇17。控制器还用于根据动力电池4的温度控制电池散热器1和电子风扇17的工作功率。也就是说，电池散热器1的散热功率以及电子风扇17的转速根据动力电池4的温度进行相应的调节，例如温度高时，增大散热功率，加快电子风扇17的转速，以对动力电池4进行恒温控制。
如图1所示，一个实施例中，电池热管理系统还包括膨胀水箱2，与电池散热器1并联，用于加注冷却液或为冷却回路除气。
图2是根据本实用新型另一个实施例的电池热管理系统的原理示意图；如图2所示，可选地，电池散热器1与车辆的其它散热器11集成布置并共用电子风扇17，从而提高电子风扇17的使用效率，有利于减少车内冷却系统的部件。其它散热器11可以是驱动电机散热器(纯电动商用车)、发动机散热器(增程式商用车)等等。
可选地，压缩机8为车辆的空调压缩机8。也就是说动力电池4的主动冷却回路是利用了车辆自身的空调系统，因此有利于节约成本。
图3是根据本实用新型再一个实施例的电池热管理系统的原理示意图。如图3所示，一个实施例中，第一加热器7替换为热交换器71。热交换器71与车辆的暖风回路连接，暖风回路用于为车辆的驾驶室供暖。
本实施例通过车辆用于为驾驶室供暖的暖风回路最为动力电池4的加热回路，即采用一套加热系统同时实现驾驶室采暖和动力电池4加热，可以减少部件，减小占用空间，并提高设备的使用率。
可选地，暖风回路包括依次串联的第二加热器12、暖风芯体13、三通阀二14和暖风电子水泵15，三通阀二14还与热交换器71相连。
图4是根据本实用新型进一步的一个实施例的电池热管理系统的原理示意图。如图4所示，电池热管理系统还包括驾驶室蒸发器16，并联于串联的压缩机8和冷凝器9的两端。通过本实施例的连接，主动冷却回路可以同时实现驾驶室降温和动力电池4降温。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (9)
1.一种用于增程式车辆的电池热管理系统，其特征在于，包括：
动力电池；
第一温度传感器，用于采集当前的环境温度；
第二温度传感器，用于采集所述动力电池的温度；
电池冷却器，与所述动力电池相连；
串联的散热器组件和水泵，与所述动力电池、所述电池冷却器形成流通冷却液的被动冷却回路；
串联的压缩机和冷凝器，与所述电池冷却器形成流通制冷剂的主动冷却回路；
控制器，与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述水泵、所述压缩机、所述散热器组件和所述冷凝器均信号连接，用于在所述动力电池的温度大于加热关闭预设温度且环境温度低于第一设定值时控制所述散热器组件和所述水泵开启，以对所述动力电池进行预降温；所述控制器还用于在所述环境温度大于第二预设值或所述动力电池的温度达到冷却开启设定温度时控制所述散热器组件关闭且所述压缩机和所述冷凝器启动，以通过所述制冷剂为所述冷却液降温。
2.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，还包括：
第一加热器；
三通阀一，分别与所述第一加热器、所述散热器组件和所述电池冷却器相连，用于连通所述第一加热器与所述电池冷却器或连通所述散热器组件和所述电池冷却器；其中，
所述第一加热器与所述水泵、所述动力电池和所述电池冷却器形成加热回路；
所述控制器还与所述第一加热器和所述三通阀一信号连接，用于在所述动力电池的温度小于加热开启设定温度时控制所述三通阀一连通所述电池冷却器和所述第一加热器，同时控制所述第一加热器开启，以加热所述动力电池。
3.根据权利要求1或2所述的电池热管理系统，其特征在于，
所述散热器组件包括电池散热器和电子风扇；
所述控制器还用于根据所述动力电池的温度控制所述电池散热器和所述电子风扇的工作功率。
4.根据权利要求3所述的电池热管理系统，其特征在于，
所述电池散热器与所述车辆的其它散热器集成布置并共用所述电子风扇。
5.根据权利要求3所述的电池热管理系统，其特征在于，还包括：
膨胀水箱，与所述电池散热器并联，用于加注冷却液或为冷却回路除气。
6.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，
所述压缩机为所述车辆的空调压缩机。
7.根据权利要求2所述的电池热管理系统，其特征在于，
所述第一加热器替换为热交换器；且
所述热交换器与所述车辆的暖风回路连接，所述暖风回路用于为所述车辆的驾驶室供暖。
8.根据权利要求7所述的电池热管理系统，其特征在于，
所述暖风回路包括依次串联的第二加热器、暖风芯体、三通阀二和暖风电子水泵，所述三通阀二还与所述热交换器相连。
9.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，还包括：
驾驶室蒸发器，并联于串联的所述压缩机和所述冷凝器的两端。
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