CN220934226U - 外部热管理系统及整车热管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车辆电池热管理技术领域，公开了一种外部热管理系统及整车热管理系统，本实用新型的外部热管理系统包括充电桩热管理、连接机构、整车电池外部热管理和控制机构。此结构的外部热管理系统，控制机构获得电池的温度，控制机构根据电池温度控制冷热交换装置调节冷却液温度，以调整电池温度至合理范围，以提高充电电流，缩短充电时长，防止电池经常处于低温环境，避免电池老化，以提高电池的使用寿命和降低电池的热失控风险。整车电池外部热管理可配合车辆现有的整车电池内部热管理系统对电池温度进行调节，在整车电池内部热管理系统失效时，整车电池外部热管理也可单独对电池温度进行调节，以使电池温度控制在合理范围内。

Description

外部热管理系统及整车热管理系统

技术领域

本实用新型涉及车辆电池热管理技术领域，具体涉及一种外部热管理系统及整车热管理系统。

背景技术

目前新能源车辆的电池热管理系统为整车电池内部热管理系统，整车电池内部热管理系统的冷却管设置在动力电池的电池包的内部，通过流经冷却管的冷却液调节电池温度。目前新能源车辆在做快充充电时，整车动力电池的温度对充电电流有很大影响，当动力电池温度过高、过低或者整车电池内部热管理系统失效时，都会使充电电流减小，增加车辆充电时间，导致车辆充电时间过长，影响用户的用车感受；同时车辆动力电池经常在高低温环境下充电会导致动力电池衰减老化，同时可能增加动力电池热失控风险。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种外部热管理系统及整车热管理系统，以解决现有技术中仅通过整车电池内部热管理系统对电池温度进行调节无法有效调节电池温度导致充电时间长、电池容易衰减老化和电池热失控风险增加的问题。

第一方面，本实用新型提供了一种外部热管理系统，包括：

充电桩热管理，包括通过第一管路依次连接的储液容器、第一泵体和冷热交换装置；第一泵体与冷热交换装置之间的第一管路适于绕设在充电桩变压模块外；第一泵体的出水口处设置有第一温度检测机构；

连接机构，一侧连接第一管路；

整车电池外部热管理，包括第二管路和连接第二管路的电池外壳管路，连接机构的另一侧适于连接第二管路，连接机构可在连通第一管路与第二管路的第一状态与断开第一管路与第二管路连接的第二状态之间切换；电池外壳管路适于绕设在电池包壳体外；

控制机构，与冷热交换装置、第一温度检测机构和电池系统电连接。

有益效果：控制机构根据电池温度控制冷热交换装置调节冷却液温度，以调整电池温度至合理范围，以提高充电电流，缩短充电时长，防止电池经常处于低温环境，避免电池老化，以提高电池的使用寿命和降低电池的热失控风险。整车电池外部热管理可配合车辆现有的整车电池内部热管理系统对电池温度进行调节，在整车电池内部热管理系统失效时，整车电池外部热管理也可单独对电池温度进行调节，以使电池温度控制在合理范围内。

在一种可选的实施方式中，还包括第三管路和第四管路，第三管路和第四管路的一端均与第一管路并联，第三管路和第四管路的另一端分别连接连接机构；第三管路上设有第一阀门，第四管路上设有第二阀门，冷热交换装置与储液容器之间的第一管路上设有第三阀门。

有益效果：各个管路通过阀门方便快捷地控制管路的通断。

在一种可选的实施方式中，连接机构包括连接管路。

有益效果：连接机构结构简单，与第二管路、第三管路和第四管路连接方便。

在一种可选的实施方式中，冷热交换装置包括冷热交换器。

在一种可选的实施方式中，还包括回收系统，回收系统包括回收管路和设置在回收管路上的第二泵体，回收管路连接第三管路和第四管路。

有益效果：当快充结束后，第二泵体泵送冷却液，以使冷却液依次通过第三管路、连接机构、第二管路、第四管路和回收管路流回储液容器，以对整车电池外部热管理管路上的冷却液进行回收，防止冷却液泄漏。

在一种可选的实施方式中，回收管路包括第五管路和第六管路，第五管路连接第三管路，第六管路的两端分别连接第四管路和储液容器；第二泵体设置在第五管路上；第五管路上设有第四阀门，第六管路上设有第五阀门。

在一种可选的实施方式中，第二泵体包括真空充气一体机，回收系统还包括设置在第五管路上的干燥机构。

在一种可选的实施方式中，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门均为电磁阀，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门均与控制机构电连接。

有益效果：以便控制机构根据不同的工作状态自动控制各个阀门的通断。

在一种可选的实施方式中，电桩变压模块后侧的第一管路上设有第二温度检测机构；

和/或，电池外壳管路进口端和出口端的第二管路上分别设有第三温度检测机构和第四温度检测机构。

第二方面，本实用新型还提供了一种整车热管理系统，包括上述中任一项的外部热管理系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例的一种外部热管理系统的示意图；

图2为充电桩热管理单独工作时的冷却液循环回路图；

图3为快充过程中冷却液的循环回路图；

图4为外部热管理系统冷却液回收状态示意图。

附图标记说明：

1、充电桩热管理；101、第一管路；102、储液容器；103、第一泵体；104、冷热交换装置；105、第一温度检测机构；106、第三管路；107、第四管路；108、第一阀门；109、第二阀门；110、第三阀门；111、第四阀门；112、第五阀门；113、第五管路；114、第六管路；115、第二泵体；116、干燥机构；117、第二温度检测机构；118、压力检测机构；119、液位检测机构；2、充电桩变压模块；3、连接机构；4、整车电池外部热管理；401、第二管路；402、电池外壳管路；403、第三温度检测机构；404、第四温度检测机构。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1至图4，描述本实用新型的实施例。

根据本实用新型的实施例，一方面，提供了一种外部热管理系统，包括充电桩热管理1、连接机构3、整车电池外部热管理4和控制机构。其中，充电桩热管理1包括通过第一管路101依次连接的储液容器102、第一泵体103和冷热交换装置104；第一泵体103与冷热交换装置104之间的第一管路101适于绕设在充电桩变压模块2外；第一泵体103的出水口处设置有第一温度检测机构105；连接机构3一侧连接第一管路101；整车电池外部热管理4包括第二管路401和连接第二管路401的电池外壳管路402，连接机构3的另一侧适于连接第二管路401，连接机构3可在连通第一管路101与第二管路401的第一状态与断开第一管路101与第二管路401连接的第二状态之间切换；电池外壳管路402适于绕设在电池包壳体外；控制机构与冷热交换装置104、第一温度检测机构105和电池系统电连接。

参考电芯的快充MAP，当电池温度为25-40℃时，此时充电倍率最大，充电电流最大。当车辆进行快充时，BMS(电池系统)会给充电桩上的控制机构发送动力电池状态信息报文，控制机构可通过BSM报文得知此时最高动力电池温度和最低动力电池温度。

此结构的外部热管理系统，储液容器102中储存冷却液，当充电桩热管理1未与整车电池外部热管理4的管路连接时，第一泵体103将冷却液泵送至第一管路101中，以对充电桩的变压模块的温度进行调节；第一温度检测机构105检测到冷却液温度超过预定温度时，控制机构控制冷热交换装置104对冷却液进行降温；当第一温度检测机构105检测到冷却液温度低于预定温度时，控制机构控制冷热交换装置104加热冷却液，以使冷却液温度保持在合理范围。

当连接机构3连接第一管路101和第二管路401，即充电桩热管理1与整车电池外部热管理4连接时，断开储液容器102前侧的第一管路101，第一泵体103将储液容器102中的冷却液泵送至第一管路101中，冷却液经冷热交换装置104后侧的第一管路101和连接机构3流通至第二管路401和电池外壳管路402，以在电池包外部对电池的温度进行调节。控制机构根据收到的电池状态信息报文获得电池的温度，控制机构根据电池温度控制冷热交换装置104调节冷却液温度，以调整电池温度至合理范围，以提高充电电流，缩短充电时长，防止电池经常处于低温环境，避免电池老化，以提高电池的使用寿命和降低电池的热失控风险。整车电池外部热管理4可配合车辆现有的整车电池内部热管理系统对电池温度进行调节，在整车电池内部热管理系统失效时，整车电池外部热管理4也可单独对电池温度进行调节，以使电池温度控制在合理范围内。

如图1所示，充电桩热管理1还包括第三管路106和第四管路107，第三管路106和第四管路107的一端均与第一管路101并联，第三管路106和第四管路107的另一端分别连接连接机构3；第三管路106上设有第一阀门108，第四管路107上设有第二阀门109，冷热交换装置104与储液容器102之间的第一管路101上设有第三阀门110。

断开第一阀门108，以使连接机构3断开第一管路101与第二管路401之间的连接；断开第三阀门110，闭合第一阀门108和第二阀门109，以连通第一管路101和第二管路401，第一管路101中的冷却液依次流经第三管路106、连接机构3、第二管路401、电池外壳管路402、第四管路107、第一管路101和储液容器102，完成冷却液的循环。各个管路通过阀门方便快捷地控制管路的通断。

可选地，在一个实施例中，连接机构3包括连接管路。连接管路设有两条，一条连接管路连接第三管路106和第二管路401的进水端，另一条连接管路连接第四管路107和第二管路401的出水端。连接机构3结构简单，与第二管路401、第三管路106和第四管路107连接方便。

在其他实施例中，连接机构3还可呈块状，其上设置两条液体通道，第三管路106的出口端与第二管路401的进口端插接在其中一条液体通道的两侧，第四管路107的入口端和第二管路401的出口端插接在另一条液体通道的两侧。

可选地，在一个实施例中，冷热交换装置104包括冷热交换器。控制机构控制冷热交换器对流经其的冷却液温度进行调节。

具体地，冷热交换器包括AC和PTC，AC用于对冷却液降温，PTC用于加热冷却液。

如图1和图4所示，外部热管理系统还包括回收系统，回收系统包括回收管路和设置在回收管路上的第二泵体115，回收管路连接第三管路106和第四管路107。当快充结束后，第二泵体115泵送冷却液，以使冷却液依次通过第三管路106、连接机构3、第二管路401、第四管路107和回收管路流回储液容器102，以对整车电池外部热管理4管路上的冷却液进行回收，防止冷却液泄漏。

回收管路包括第五管路113和第六管路114，第五管路113连接第三管路106，第六管路114的两端分别连接第四管路107和储液容器102；第二泵体115设置在第五管路113上，第五管路113上设有第四阀门111，第六管路114上设有第五阀门112。如图4所示，回收冷却液时，第四阀门111、第二阀门109和第五阀门112闭合，第二泵体115工作泵送冷却液，冷却液回收回路为第三管路106、连接机构3、第二管路401、电池外壳管路402、第四管路107、第六管路114和储液容器102。

可选地，第二泵体115包括真空充气一体机，回收系统还包括设置在第五管路113上的干燥机构116。真空充气一体机同时具有抽真空和泵送液体功能。在快充状态，连接机构3连接第一管路101和第二管路401后，断开第三阀门110，闭合第一阀门108、第二阀门109、第四阀门111和第五阀门112，真空充气一体机对整个外部热管理系统的管路进行抽真空操作，例如，抽真空10min后，观察整个管路的气密性。干燥机构116用于干燥系统中的水分。可选地，干燥机构116为干燥罐。

可选地，如图1所示，连接机构3与第六管路114之间的第四管路107上设有压力检测机构118。通过压力检测机构118检测到的压力值检测整个回路的气密性。例如，压力检测机构118为压力传感器。

可选地，连接机构3与第六管路114之间的第四管路107上还设有液位检测机构119，待液位检测机构119检测到冷却液充满管路后，进行快充操作。

在一个实施例中，第一阀门108、第二阀门109、第三阀门110和第四阀门111均为电磁阀，第一阀门108、第二阀门109、第三阀门110和第四阀门111均与控制机构电连接，以便控制机构根据不同的工作状态自动控制各个阀门的通断。

如图1所示，电桩变压模块后侧的第一管路101上设有第二温度检测机构117，第二温度检测机构117用于测量流出充电桩变压模块2的冷却液的温度。

在冬季充电桩工作散热时，充电桩变压模块2产生的热量可用于加热冷却液，以加热电池，以使电池温度保持在合适范围内，同时实现热量的回收利用。外部热管理系统中的各个用电器件由充电桩供电，供电功率不受限制。

电池外壳管路402进口端和出口端的第二管路401上分别设有第三温度检测机构403和第四温度检测机构404，第三温度检测机构403和第四温度检测机构404用于检测电池外壳管路402进口侧和出口侧的温度。

可选地，第一温度检测机构105、第二温度检测机构117、第三温度检测机构403和第四温度检测机构404均为温度传感器。

外部热管理系统的工作状态如下：

当充电桩热管理1未与整车电池外部热管理4连接时，第一检测机构检测冷却液温度并将冷却液温度发送至控制机构，控制机构根据获得的冷却液温度控制AC或者PTC工作，以冷却或者加热冷却液。如图2所示，冷却液的循环回路为储液容器102、第一泵体103、第一温度检测机构105、充电桩变压模块2、冷热交换器、第三阀门110和储液容器102。

当充电桩热管理1与整车电池外部热管理4连接时，对外部热管理系统进行如下操作：

连接机构3连接第三管路106和第二管路401、以及第四管路107和第二管路401，保证连接正常；真空充气一体机对整个系统进行抽真空操作，通过压力传感器检测管路的气密性；干燥罐用于过滤系统中的水分；

抽真空回路为：真空充气一体机、干燥罐、第四阀门111、连接机构3、第三温度检测机构403、电池外壳管路402、第四温度检测机构404、连接机构3、压力传感器、液位传感器、第二阀门109。

第一泵体103向第一管路101中泵送冷却液，当检测系统气密性没问题后，先打开第一阀门108、关闭第三阀门110，第二阀门109设置在液位传感器后侧，当液位传感器检测到管路中有液体后打开第二阀门109，关闭第四阀门111和第五阀门112，向回收管路中加入冷却液，液位传感器检测到冷却液充满整个回路后启动车辆进行快充。

如图3所示，快充状态，外部热管理系统的回路为：储液容器102、第一泵体103、第一温度检测机构105、充电桩变压模块2、第二温度检测机构117、冷热交换器、第一阀门108、连接机构3、第三温度检测机构403、电池外壳管路402、第四温度检测机构404、压力传感器、液位传感器、第二阀门109和储液容器102。

快充整个过程中，外部热管理系统一直处于大循环过程并保持动力电池的温度稳定，外部热管理系统可以与整车电池内部热管理系统共同作用起到快速降温作用。

冷却液回收：当快充结束后，打开第三阀门110和第五阀门112、关闭第一阀门108和第二阀门109，启动真空充气一体机后打开第四阀门111，真空抽气一体机将第五管路113、第三管路106、连接机构3、第二管路401、电池外壳管路402、第四管路107和第六管路114中的冷却液输送回储液装置。当液位传感器检测不到液位后关闭真空充气一体机，断开连接机构3的连接。

如图4所示，冷却液回收回路为：真空充气一体机、干燥罐、第四阀门111、连接机构3、第三温度检测机构403、电池外壳管路402、第四温度检测机构404、连接机构3、压力传感器、液位传感器、第五阀门112和储液容器102。

根据本实用新型的实施例，另一方面，还提供了一种整车热管理系统，包括上述的外部热管理系统和整车电池内部热管理系统。整车电池内部热管理系统的冷却管设置在动力电池的电池包的内部，外部热管理系统的电池外壳管路402绕设在电池包壳体外部。

整车热管理系统的管理策略如下：

充电桩热管理1未与整车电池外部热管理4连接时，充电桩热管理1只对充电桩进行工作温度调节：

夏季时，当冷却液温度≥25℃，第三阀门110打开，第一阀门108、第二阀门109、第四阀门111和第五阀门112均关闭，控制机构控制AC对冷却液的温度进行调节，当冷却液温度≤15℃时，关闭所有阀门，控制机构控制AC停止冷却冷却液，使得冷却液温度保持在25℃以下。

冬季时，当冷却液温度≤15℃，第三阀门110打开，第一阀门108、第二阀门109、第四阀门111和第五阀门112均关闭，控制机构控制PTC对冷却液的温度进行调节，当冷却液温度≥25℃时，关闭所有阀门，控制机构控制PTC停止加热冷却液，使得冷却液温度保持在25℃以下。

当快充桩与车辆连接时，依照以下策略进行热管理：

冷却策略：

当最大电池温度≥40℃，或最大电池温度-最小电池温度≥8℃时，开启充电桩热管理1和整车电池外部热管理4对电池包进行冷却，此时第一阀门108和第二阀门109打开，其余阀门关闭，充电桩热管理1伴随整个快充过程。

充电桩热管理1和整车电池外部热管理4的冷却功能一直开启，此时电池温度一直上升，最大电池温度≥46℃，或最大电池温度-最小电池温度≥10℃时，需同时开启整车电池内部热管理系统，此时需要增加BMS的请求电流，需将空调压缩机负载消耗的电流加在BMS的请求电流中。

当最大电池温度≤35℃，或最大电池温度-最小电池温度≤3℃时，此时关闭整车电池内部热管理系统，只需充电桩热管理1和整车电池外部热管理4对电池进行冷却即可。

当快充即将结束时(此时充电电流＝0.1C)，打开第三阀门和第五阀门112，闭合电磁阀第一阀门108、第二阀门109和第四阀门111，通过真空充气一体机将管路内的冷却液运输回储液装置。

加热策略：

当最小电池温度≤20℃时，开启外部热管理系统和整车电池内部热管理系统对电池包进行加热，外部热管理系统伴随整个快充过程，整车电池内部热管理系统开启需要增加BMS的请求电流，需将PTC负载消耗的电流加在BMS的请求电流中。

当20℃＜最小电池温度≤30℃时，外部热管理系统加热功能一直开启，此时整车电池内部热管理系统退出电池加热流程，只需外部热管理系统对电池进行加热即可。

当快充即将结束时(此时充电电流＝0.1C)，通过真空充气一体机将管路内的冷却液运输回储液装置。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种外部热管理系统，其特征在于，包括：

充电桩热管理(1)，包括通过第一管路(101)依次连接的储液容器(102)、第一泵体(103)和冷热交换装置(104)；所述第一泵体(103)与所述冷热交换装置(104)之间的所述第一管路(101)适于绕设在充电桩变压模块(2)外；所述第一泵体(103)的出水口处设置有第一温度检测机构(105)；

连接机构(3)，一侧连接所述第一管路(101)；

整车电池外部热管理(4)，包括第二管路(401)和连接所述第二管路(401)的电池外壳管路(402)，所述连接机构(3)的另一侧适于连接所述第二管路(401)，所述连接机构(3)可在连通所述第一管路(101)与所述第二管路(401)的第一状态与断开所述第一管路(101)与所述第二管路(401)连接的第二状态之间切换；所述电池外壳管路(402)适于绕设在电池包壳体外；

控制机构，与所述冷热交换装置(104)、所述第一温度检测机构(105)和电池系统电连接。

2.根据权利要求1所述的外部热管理系统，其特征在于，还包括第三管路(106)和第四管路(107)，所述第三管路(106)和所述第四管路(107)的一端均与所述第一管路(101)并联，所述第三管路(106)和所述第四管路(107)的另一端分别连接所述连接机构(3)；所述第三管路(106)上设有第一阀门(108)，所述第四管路(107)上设有第二阀门(109)，所述冷热交换装置(104)与所述储液容器(102)之间的所述第一管路(101)上设有第三阀门(110)。

3.根据权利要求1或2所述的外部热管理系统，其特征在于，所述连接机构(3)包括连接管路。

4.根据权利要求1或2所述的外部热管理系统，其特征在于，所述冷热交换装置(104)包括冷热交换器。

5.根据权利要求2所述的外部热管理系统，其特征在于，还包括回收系统，所述回收系统包括回收管路和设置在所述回收管路上的第二泵体(115)，所述回收管路连接所述第三管路(106)和所述第四管路(107)。

6.根据权利要求5所述的外部热管理系统，其特征在于，所述回收管路包括第五管路(113)和第六管路(114)，所述第五管路(113)连接所述第三管路(106)，所述第六管路(114)的两端分别连接所述第四管路(107)和所述储液容器(102)；所述第二泵体(115)设置在所述第五管路(113)上；所述第五管路(113)上设有第四阀门(111)，所述第六管路(114)上设有第五阀门(112)。

7.根据权利要求6所述的外部热管理系统，其特征在于，所述第二泵体(115)包括真空充气一体机，所述回收系统还包括设置在所述第五管路(113)上的干燥机构(116)。

8.根据权利要求6所述的外部热管理系统，其特征在于，所述第一阀门(108)、所述第二阀门(109)、所述第三阀门(110)、所述第四阀门(111)和所述第五阀门(112)均为电磁阀，所述第一阀门(108)、所述第二阀门(109)、所述第三阀门(110)、所述第四阀门(111)和所述第五阀门(112)均与所述控制机构电连接。

9.根据权利要求1或2所述的外部热管理系统，其特征在于，所述电桩变压模块后侧的所述第一管路(101)上设有第二温度检测机构(117)；

和/或，所述电池外壳管路(402)进口端和出口端的所述第二管路(401)上分别设有第三温度检测机构(403)和第四温度检测机构(404)。

10.一种整车热管理系统，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的外部热管理系统。