一种电池包热管理系统、车辆及电池包热管理方法与流程

专利检索2022-05-11  2



1.本发明涉及车辆领域,具体涉及一种电池包热管理系统、车辆及电池包热管理方法。


背景技术:

2.在车辆的热管理系统架构开发过程中,会随着高压电池包冷却的方式不同而采用不同的热管理方案。
3.目前电池包的热管理系统多采用在电池包前端引入散热器的方式,不仅会增加布置难度和成本,同时冷却效率也比较低,无法满足电池包的换热需求。


技术实现要素:

4.有鉴于此,本发明提供一种电池包热管理系统、车辆及电池包热管理方法。
5.为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
6.根据本发明第一方面实施例的一种电池包热管理系统,所述电池包热管理系统包括:
7.换热器,所述换热器能够与所述电池包交换热量;
8.第一管路,所述第一管路与所述换热器的第一端连通;
9.第二管路,所述第二管路与所述换热器的第二端连通;其中,所述第二端为所述第一端的相反端;
10.ptc热处理装置,所述ptc热处里装置的两端分别与所述第一管路和所述第二管路连通;
11.热泵空调系统,所述热泵空调系统分别与所述第一管路和所述第二管路连通,并与所述ptc热处理装置并联。
12.在一些实施例中,所述电池包热管理系统还包括:电机换热系统,所述电机换热系统与所述ptc热处理装置并联。
13.在一些实施例中,所述电机换热系统包括:
14.第三管路,所述第三管路的相反两端分别与所述第一管路和所述第二管路连通,并与所述ptc热处理装置并联;
15.电机,所述电机与所述第三管路连接,并能够与位于所述第三管路内的传热介质接触换热。
16.在一些实施例中,所述电池包热管理系统还包括:发动机换热系统,所述发动机换热系统与所述ptc热处理装置并联。
17.在一些实施例中,所述发动机换热系统包括:
18.第四管路,所述第四管路的相反两端分别与所述第一管路和所述第二管路连通,并与所述ptc热处理装置并联;
19.发动机,所述发动机与所述第四管路连接,并能够与位于所述第四管路内的传热
介质接触换热。
20.在一些实施例中,所述热泵空调系统包括:内部换热器、膨胀阀、压缩机、四通换向阀、气液分离器和外部换热器;
21.所述内部换热器的两端分别与所述第一管路和所述膨胀阀的一端连通,并位于所述换热器和所述压缩机之间;
22.所述膨胀阀的另一端与所述第二管路连通;
23.所述四通换向阀串联在所述第一管路中,并位于所述内部换热器和所述外部换热器之间;
24.所述压缩机与所述气液分离器连通,并和所述气液分离器分别与所述四通换向阀连通;
25.所述外部换热器的两端分别与所述第一管路和所述第二管路连通。
26.根据本发明第二方面实施例的一种车辆,所述车辆包括:
27.电池包;以及
28.第二方面实施例所述的电池包热管理系统,所述电池包热管理系统中的换热器的两端分别与所述电池包连通。
29.在一些实施例中,所述车辆为混合动力车辆。
30.根据本发明第三方面实施例的一种电池包热管理方法,应用于第二方面实施例所述的车辆,所述电池包热管理方法包括:
31.获取所述电池包的温度;
32.若所述电池包的温度低于或等于预设温度范围的最低值,开启所述ptc热处理装置和/或所述热泵空调系统为所述电池包升温,直至所述电池包的温度位于所述预设温度范围内;
33.若所述电池包的温度大于或等于预设温度范围的最高值,开启所述ptc热处理装置和/或所述热泵空调系统为所述电池包降温,直至所述电池包的温度位于所述预设温度范围内。
34.在一些实施例中,若所述车辆处于电动工作模式,开启所述电机换热系统、所述ptc热处理装置和所述热泵空调系统中至少之一;
35.若所述车辆处于非电动工作模式,开启所述发动机换热系统、所述ptc热处理装置和所述热泵空调系统中至少之一。
36.本发明的上述技术方案的有益效果如下:
37.本发明实施例的电池包热管理系统,通过引入换热器、pct热处理装置和热泵空调系统,能够根据需要选择pct热处理装置和/或热泵空调系统通过换热器实现对电池包的换热。这种换热方式,无需再电池包前端引入散热器,且兼顾了pct热处理装置和热泵空调系统的两者优点,可以择一使用,也可以同时使用,能够在保证电池包换热效果的基础上,降低功耗。
附图说明
38.图1为本发明一个实施例中一种电池包热管理系统的结构示意图;
39.图2为发明一个实施例中一种电池包热管理系统的热管理工况模式示意图。
40.附图标记:
41.第一管路10;第二管路20;热泵空调系统30;电子三通阀40;四通换向阀50;第四管路60;第三管路70;驾驶空间80。
具体实施方式
42.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例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发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
43.下面首先结合附图具体描述根据本发明第一方面实施例的电池包热管理系统。
44.如图1所示,所述电池包热管理系统包括:换热器、第一管路10、第二管路20、ptc热处理装置和热泵空调系统30。
45.其中,所述换热器能够与所述电池包交换热量,所述第一管路10与所述换热器的第一端连通,所述第二管路20与所述换热器的第二端连通;所述第二端为所述第一端的相反端;所述ptc热处里装置的两端分别与所述第一管路10和所述第二管路20连通;所述热泵空调系统30分别与所述第一管路10和所述第二管路20连通,并与所述ptc热处理装置并联。
46.本发明实施例中,取消了电池包独立散热器,依靠电池冷却器完成电池包的热交换,为整车节省了布置散热器的空间;针对于混动车辆复杂的工况模式,灵活的切换热管理循环模式,最大程度节约能耗的同时保证了电池包的散热或加热需求。ptc热处里装置和热泵空调系统30可以各自独立地将传热介质加热或制冷,传热介质通过第一管路10和第二管路20可流向换热器,通过换热器对电池包进行加热或制冷。如图1所示,通过第一管路10、换热器和第二管路20,传热介质可以在换热器和pct热处理装置之间循环,和/或,在换热器和热泵空调系统30之间循环。
47.传热介质包括但不限于液体或气体。例如:传热介质为水或空气。
48.一般地,热泵空调系统30可以在-10℃~10℃的温度区间,甚至-20℃时提供合适的加热处理效果。ptc热处里装置可以满足-10℃以下的温度区间的加热需求。
49.本发明实施例中,通过引入换热器、pct热处理装置和热泵空调系统30,能够根据需要选择pct热处理装置和/或热泵空调系统30通过换热器实现对电池包的换热。这种换热方式兼顾了pct热处理装置和热泵空调系统30的两者优点,可以择一使用,也可以同时使用,能够在保证电池包换热效果的基础上,降低功耗。
50.在一些实施例中,如图1所示,所述热泵空调系统30还包括:电子三通阀40,至少pct热处理装置和热泵空调系统30与第一管路10和/或第二管路20通过电子三通阀40连通。
51.电子三通阀40可实现阀门开度的精确控制,提升了传热介质流量控制精度从而提升系统传热效率。
52.在一些实施例中,所述电池包热管理系统还包括:电机换热系统,所述电机换热系统与所述ptc热处理装置并联。
53.如图1所示,电机换热系统不仅可以进一步丰富热处理方案,还可以并回收电机工作时产生的热量,充分利用了电机的余热,有利于节约能源,进一步降低功耗。
54.在实际应用中,电机余热回收结构可以最大限度的利用电机在工作时产生的废
热,同等条件下在nedc工况,增加电机余热回收后,电池进水温度升高约10~20℃,累计续航里程增加约10km。
55.在一些实施例中,所述电机换热系统包括:第三管路70和电机,其中,所述第三管路70的相反两端分别与所述第一管路10和所述第二管路20连通,并与所述ptc热处理装置并联;所述电机与所述第三管路70连接,并能够与位于所述第三管路70内的传热介质接触换热。
56.如图1所示,电机产生的热量有经过第三管路70的传热介质带走,并经第一管路10或第二管路20流向换热器。
57.进一步地,电机换热系统还包括驱动传热介质流动的第一动力部件。如图1所示,传热介质为水时,第一动力部件为水泵。
58.在一些实施例中,所述电池包热管理系统还包括:发动机换热系统,所述发动机换热系统与所述ptc热处理装置并联。
59.如图1所示,发动机换热系统不仅可以进一步丰富热处理方案,还可以并回收发动机工作时产生的热量,充分利用了发动机的余热,有利于节约能源,进一步降低功耗。
60.在一些实施例中,所述发动机换热系统包括:第四管路60和发动机,其中,所述第四管路60的相反两端分别与所述第一管路10和所述第二管路20连通,并与所述ptc热处理装置并联;所述发动机与所述第四管路60连接,并能够与位于所述第四管路60内的传热介质接触换热。
61.如图1所示,发动机产生的热量有经过第四管路60的传热介质带走,并经第一管路10或第二管路20流向换热器。
62.进一步地,发动机换热系统还包括驱动传热介质流动的第二动力部件。如图1所示,传热介质为水时,第二动力部件为水泵。
63.在一些实施例中,所述热泵空调系统30包括:内部换热器、膨胀阀、压缩机、四通换向阀50、气液分离器和外部换热器;所述内部换热器的两端分别与所述第一管路10和所述膨胀阀的一端连通,并位于所述换热器和所述压缩机之间;所述膨胀阀的另一端与所述第二管路20连通;所述四通换向阀50串联在所述第一管路10中,并位于所述内部换热器和所述外部换热器之间;所述压缩机与所述气液分离器连通,并和所述气液分离器分别与所述四通换向阀50连通;所述外部换热器的两端分别与所述第一管路10和所述第二管路20连通。
64.如图1所示,内部换热器通过所述电子三通阀40与所述第一管路10连通。
65.四通换向阀50的引入可以替代传统热泵空调制冷txv阀和制热txv阀的作用,此外由于车内换热器可以同时起到车内冷凝器和蒸发器的作用,所以空调主机可以直接借用,整车管路布置更为简单。
66.热泵空调系统30包括制冷循环和制热循环。具体地,制冷循环为电动压缩机将高温低压冷媒(亦称传热介质)压缩为高温高压的液体,通过四通换向阀50流向车外换热器放热,冷媒降温为低温高压的液体,经过电子膨胀阀变成低温低压的雾状并被推入车内换热器内,冷媒再与车内气体换热,使得车内空气温度下降,达到制冷效果。制热循环为电动压缩机压缩后的高温高压液体经四通换向阀50流进车内换热器(冷凝)放热,使得车内温度升高,冷媒温度下降后经过电子膨胀阀膨胀为低温低压的雾状,再经过车外换热来吸热转化
为高温低压的气体,再流回电动压缩机行程一个完整的制热循环。
67.在一具体示例中,水冷ptc热处理装置与热泵空调回路并联,通过电子三通阀40控制流经暖风芯体和电池换热器之间的流量,电机同样并联在回路中,一般在驱动电机温度达到一定数值,同时电池包温度仍较低的工况下,辅助加热电池包。发动机仅在hev模式或sport模型这种默认发动机启动的工况下,才介入到电池包的加热循环中,值得注意的是由于发动机水温上升很快,对于电子三通阀40的控制精度要求很高,防止发动机水过热而导致电池包入水口温度急剧上升,影响电池包性能,若电池包入水口处外挂水温传感器,则一般会对电池包入水口的温度信号做一阶或二阶滤波处理以保证温升曲线尽量平缓。
68.在电池包加热部分,该发明引入了热泵空调系统30、ptc热处理装置、电机换热系统和发动机换热系统四大循环。考虑到热泵最佳工作效率区间,见图2所示,电池包温度在-20℃至-10℃之间为一种混合加热工况,此时热泵和ptc都应该介入工作。热管理工况模式划分见下表所示。
[0069][0070]
电池包冷热循环的控制策略:ptc热处理装置和热泵空调系统30进退条件为当热泵空调系统30可满足加热需求时,减少ptc热处理装置开启;热泵空调系统30升温慢的工况下,ptc热处理装置补偿升温;热泵空调系统30能耗差的工况,ptc热处理装置工作,如10℃以上或-20℃以下。压缩机控制依据目标温度进行pid控制,对压缩机的最大转速做出限制,参考吸排气压力、压比和排气温度控制压缩机转速,另外还需要在制冷制热模型切换时设定时间间隔。发动机换热系统进退条件:由于混动车辆起步阶段一般默认为ev(电动,electron volt)模式,此时发动机不工作,若当前环境温度很低,电池包有加热需求时,可依据环境温度区间选取ptc热处理装置、热空调系统或者两者混合的加热模式;车辆在行进中若发动机启动,为了节约整车能耗,可优先通过控制电子三通阀40利用发动机热水加热电池包。电机换热系统开启条件:当驱动电机温度达到阈值后,可控制电子三通阀40辅助加热。本发明实施例提供了的混合动力车型的新型热管理系统结构,并入了发动机换热系统加热电池包的方案,满足更加严苛的热管理工况需求。
[0071]
本发明第二方面实施例提供了一种车辆,所述车辆包括:电池包,以及上述任一实施例所述的电池包热管理系统,所述电池包热管理系统中的换热器的两端分别与所述电池包连通。
[0072]
在实际应用中,如图1所示,电池包热管理系统中的内部换热器和膨胀阀可均位于车辆的驾驶空间80内。电池包热管理系统的其余部分可以位于驾驶空间80外。例如压缩机、外部换热器等均可位于驾驶空间80外。
[0073]
由于根据发明上述实施例的电池包热管理系统具有上述技术效果,因此,根据本发明实施例的车辆也具有相应的技术效果,即通过引入换热器、pct热处理装置和热泵空调系统30,能够根据需要选择pct热处理装置和/或热泵空调系统30通过换热器实现对电池包的换热。这种换热方式兼顾了pct热处理装置和热泵空调系统30的两者优点,可以择一使用,也可以同时使用,能够在保证电池包换热效果的基础上,降低功耗。
[0074]
在一些实施例中,所述车辆为混合动力车辆。
[0075]
混合动力车辆指既能够使用电动模式行驶又能够使用燃油模式行驶的车辆。
[0076]
本发明实施例的电池包管理系统应用于混合动力车辆时,通过零部件散热需求分析计算,即使在最恶劣工况下,仍然可以满足零部件的散热和加热需求,确保了车辆通过三高、越野路试验。
[0077]
本发明第三方面实施例提供了一种电池包热管理方法,应用于第二方面实施例所述的车辆,所述电池包热管理方法包括:
[0078]
步骤s110、获取所述电池包的温度;
[0079]
步骤s120、若所述电池包的温度低于或等于预设温度范围的最低值,开启所述ptc热处理装置和/或所述热泵空调系统30为所述电池包升温,直至所述电池包的温度位于所述预设温度范围内;
[0080]
步骤s130、若所述电池包的温度大于或等于预设温度范围的最高值,开启所述ptc热处理装置和/或所述热泵空调系统30为所述电池包降温,直至所述电池包的温度位于所述预设温度范围内。
[0081]
非限制地,预设温度范围可以是15~25℃。
[0082]
本发明实施例还提供一种可读存储介质,所述可读存储介质上存储程序或指令,所述程序或指令被处理器执行时实现如上述任一实施例所述方法的步骤。且能达到相同的技术效果,为避免重复,这里不再赘述。其中,可读存储介质可以是计算机可读存储介质。所述的计算机可读存储介质,如只读存储器(read-only memory,简称rom)、随机存取存储器(random access memory,简称ram)、磁碟或者光盘等。
[0083]
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个
……”
限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
[0084]
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中,包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机,计算机,服务器,空调器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0085]
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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