CN115742663B - 电池热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动车和(或)储能技术领域，涉及一种电池热管理系统，包括压缩机、液冷冷凝器、节流装置、电池换热器、电子风扇、第一四通阀、第二四通阀、第一水泵和第二水泵，室外设有散热器，电子风扇设在散热器上，电池设在电池包内；压缩机、液冷冷凝器、节流装置、电池换热器和压缩机依次连接形成冷媒循环回路；第一四通阀的四个口分别与电池包的冷却液出口、液冷冷凝器的冷却液进口、电池换热器的冷却液进口和散热器的冷却液出口连接；第二四通阀的四个口分别与液冷冷凝器的冷却液出口、第一水泵的进口、第二水泵的进口和电池换热器的冷却液出口连接；第一水泵的出口与散热器的冷却液进口连接，第二水泵的出口与电池包的冷却液进口连接。

Description

电池热管理系统

技术领域

本发明属于电动车和(或)储能技术领域，尤其涉及一种电池热管理系统。

背景技术

当前使用热泵系统的电动车或储能的电池热管理具有两个基本工作模式，分别为热泵模式和制冷模式。热泵模式是冷媒通过室外换热器吸收外界环境的热量再通过液冷冷凝器把热量交换给冷却液，最终将热量提供给电池包；制冷模式则是电池包将热量通过冷却液传输给电池换热器中的冷媒，冷媒再通过室外换热器把热量释放到外界环境。通过电池热管理的热泵模式和制冷模式保证了电池的工作温度，进而保证了电池充放电的效率和使用寿命。

现有使用热泵系统的电动车或储能的电池热管理具有以下的缺陷和不足：1.热泵模式下室外换热器(或冷凝器)易结霜，导致系统的制热效率降低，影响电池工作，损害电池使用寿命；2.电池热管理系统零部件较多，冷却液和冷媒的管路多且复杂，占用空间较大；3.成本高、工艺繁琐。

发明内容

为解决现有技术存在的电池热管理系统的制热效率低，以及冷却液和冷媒的管路多且复杂的问题，本发明提供一种电池热管理系统。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种电池热管理系统，包括压缩机、液冷冷凝器、节流装置、电池换热器、电子风扇、散热器、第一四通阀、第二四通阀、第一水泵和第二水泵，所述电池设置在电池包内，所述散热器设置在室外，所述电子风扇设置在散热器上；所述压缩机、液冷冷凝器、节流装置、电池换热器和压缩机依次连接形成冷媒循环回路；

所述第一四通阀的四个口分别与电池包的冷却液出口、液冷冷凝器的冷却液进口、电池换热器的冷却液进口和散热器的冷却液出口连接；所述第二四通阀的四个口分别与液冷冷凝器的冷却液出口、第一水泵的进口、第二水泵的进口和电池换热器的冷却液出口连接；所述第一水泵的出口与散热器的冷却液进口连接，所述第二水泵的出口与电池包的冷却液进口连接。

作为优选，该电池热管理系统还包括冷媒流道板和冷却液流道板，所述冷媒流道板用于将液冷冷凝器的冷媒出口与节流装置的进口连接，以及节流装置的出口与电池换热器的冷媒进口连接，所述液冷冷凝器、节流装置和电池换热器集成装配在冷媒流道板上；所述冷却液流道板用于将第一四通阀对应的两个口分别与液冷冷凝器的冷却液进口和电池换热器的冷却液进口连接，以及所述第二四通阀的四个口分别与液冷冷凝器的冷却液出口、第一水泵的进口、第二水泵的进口和电池换热器的冷却液出口连接，所述第一水泵、第二水泵、第一四通阀和第二四通阀集成装配在冷却液流道板上。冷媒侧和冷却液侧均采用集成式结构，集成式结构布局合理紧凑，省去了集成件之间连接的管路，节省空间，且方便生产组装，降低成本。

作为优选，所述压缩机的出气口通过冷媒管与液冷冷凝器的冷媒进口连接，所述电池换热器的冷媒出口通过冷媒管与压缩机的进气口连接；所述散热器的冷却液进口通过水管或通过所述的冷却液流道板与第一水泵的出口连接，所述散热器的冷却液出口通过水管或通过所述的冷却液流道板与第一四通阀的进口连接，所述电池包的冷却液出口通过水管与第一四通阀的进口连接，所述电池包的冷却液进口通过水管与第二水泵的出口连接。压缩机、散热器和电池包在该电池热管理系统的连接方式简单可靠，便于该电池热管理系统的装配，且成本较低。

作为优选，所述电池换热器和压缩机之间可以设置气液分离器，所述气液分离器的进口通过所述冷媒流道板与电池换热器的冷媒出口连接，所述气液分离器的出口通过冷媒管与压缩机的进口连接，所述液冷冷凝器、节流装置、电池换热器和气液分离器集成装配在冷媒流道板上。气液分离器过滤掉冷媒气体内的液体，确保进入压缩机的冷媒都是气态的，防止液态的冷媒进入压缩机导致压缩机液击损坏，以保护压缩机，确保对冷媒气体的压缩效果。

作为优选，所述液冷冷凝器和节流装置之间可以设置储液罐，所述储液罐的进口通过所述冷媒流道板与液冷冷凝器的冷媒出口连接，所述储液罐的出口通过所述冷媒流道板与节流装置的进口连接，所述储液罐也集成装配在冷媒流道板上。保证进入到节流装置的冷媒都是液态的，防止气液混合状态的冷媒在进入节流装置时产生气泡堵住节流装置的进口，降低效率和产生噪声。

作为优选，所述液冷冷凝器的冷却液出口与第二四通阀之间可以设置比例三通阀，所述液冷冷凝器的冷却液出口与比例三通阀的进口连接，所述比例三通阀的第一出口与第二四通阀连接，所述比例三通阀的第二出口与电池换热器的冷却液进口连接。电池换热器中的冷媒温度与外界环境温度差不多或者比外界温度更高时，电池换热器没有办法通过冷媒蒸发从外界吸热，电池热管理系统无法实现热泵模式，则可以通过比例三通阀实现系统制热，运行工况如下：比例三通打开到电池换热器的阀口，将一部分被加热的冷却液直接进入电池换热器中，这样电池换热器中的冷媒就可以吸收这部分冷却液的热量，通过调整过热度，保证从电池换热器出来的冷媒是气态的，这个模式所有的热量都是来自压缩机，所以整个系统的效率会比较低，但有利于适应极冷工况。

进一步地，所述液冷冷凝器为水冷冷凝器；所述散热器为翅片散热器。选用水冷冷凝器确保冷却液和冷媒的换热效果，选用翅片散热器确保该电池热管理系统与室外热量的换热效果。

进一步地，所述第一四通阀和第二四通阀均为电子四通阀，所述压缩机为电动压缩机。便于该电池热管理系统的制冷模式、制热模式和自然风冷却模式的控制与调节。

有益效果：

1、本发明的电池热管理系统，将电动汽车常用的热泵系统中的冷媒通过室外换热器从外界环境吸收热量的任务交给散热器中的冷却液，冷却液再通过液冷冷凝器与冷媒进行热量交换，这样极大的减少系统中冷媒的使用量，降低成本，减少冷媒加注时间；

2、本发明的电池热管理系统，制热模式是利用冷却液通过散热器从外界吸收热量，极大的降低结霜现象的发生；确保在外界环境温度低，湿度高的工况下电池的正常使用，提高电池的使用寿命；

3、本发明的电池热管理系统，冷媒侧和冷却液侧均采用集成式结构，省去了集成件之间连接的管路，节省空间，方便生产组装；

4、本发明的电池热管理系统，在外界环境温度不高但电池包有制冷需求时，该电池热管理系统可以进入自然风冷却模式，冷媒侧不工作，通过风冷散热器冷却液的方式给电池包散热，在春秋季节大幅度减少压缩机工作时间，增加压缩机寿命，节减能源损耗，降低产品使用成本；

5、本发明的电池热管理系统，通过控制第一四通阀和第二四通阀，即可实现该电池热管理系统的制冷模式、制热模式和自然风冷却模式之间的转换，便捷智能，用户体验好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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它附图。

图1是本发明电池热管理系统的实施例1的制冷模式的原理示意图；

图2是本发明电池热管理系统的实施例1的制热模式的原理示意图；

图3是本发明电池热管理系统的实施例1的自然风冷却模式的原理示意图；

图4是本发明电池热管理系统的实施例2的制冷模式的原理示意图；

图5是本发明电池热管理系统的实施例2的制热模式的原理示意图；

图6是本发明电池热管理系统的实施例2的自然风冷却模式的原理示意图；

图7是本发明电池热管理系统的实施例3的制冷模式的原理示意图；

图8是本发明电池热管理系统的实施例3的制热模式的原理示意图；

图9是本发明电池热管理系统的实施例3的自然风冷却模式的原理示意图；

图10是本发明电池热管理系统的实施例4的第一种制热模式的原理示意图；

图11是本发明电池热管理系统的实施例4的第二种制热模式的原理示意图；

图12是本发明电池热管理系统的实施例4的第三种制热模式的原理示意图；

图中：1、压缩机，2、液冷冷凝器，3、节流装置，4、电池换热器，5、电子风扇，6、散热器，7、第一四通阀，8、第二四通阀，9、第一水泵，10、第二水泵，11、电池包，12、冷媒管，13、水管，14、气液分离器，15、储液罐，16、比例三通阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1～3所示，一种电池热管理系统，包括压缩机1、液冷冷凝器2、节流装置3、电池换热器4、电子风扇5、散热器6、第一四通阀7、第二四通阀8、第一水泵9和第二水泵10，所述电池设置在电池包11内，所述散热器6设置在室外，所述散热器6也可设置在室内，本实施例的所述散热器6为翅片散热器，所述电子风扇5设置在散热器6上；所述压缩机1、液冷冷凝器2、节流装置3、电池换热器4和压缩机1依次连接形成冷媒循环回路，本实施例的所述压缩机1为电动压缩机，本实施例的所述液冷冷凝器2为水冷冷凝器，本实施例的所述节流装置3可以为电子膨胀阀或热力膨胀阀等；所述第一四通阀7的四个口分别与电池包11的冷却液出口、液冷冷凝器2的冷却液进口、电池换热器4的冷却液进口和散热器6的冷却液出口连接；所述第二四通阀8的四个口分别与液冷冷凝器2的冷却液出口、第一水泵9的进口、第二水泵10的进口和电池换热器4的冷却液出口连接，本实施例的所述第一四通阀7和第二四通阀8均为电子四通阀；所述第一水泵9的出口与散热器6的冷却液进口连接，所述第二水泵10的出口与电池包11的冷却液进口连接。

为了便于描述和理解，在本实施例中，记第一四通阀7的四个口分别为A口、B口、C口和D口，第一四通阀7的A口与电池换热器4的冷却液进口连接，第一四通阀7的B口与散热器6的冷却液出口连接，第一四通阀7的C口与电池包11的冷却液出口连接，第一四通阀7的D口与液冷冷凝器2的冷却液进口连接；记第二四通阀8的四个口分别为A口、B口、C口和D口，所述第二四通阀8的A口与电池换热器4的冷却液出口连接，所述第二四通阀8的B口与第一水泵9的进口连接，所述第二四通阀8的C口与第二水泵10的进口连接，所述第二四通阀8的D口与液冷冷凝器2的冷却液出口连接。

为了提高该电池热管理系统的集成度，节省空间，便于装配，以及确保整体结构的可靠性和稳定性，在本实施例中，该电池热管理系统还包括冷媒流道板和冷却液流道板，所述冷媒流道板用于将液冷冷凝器2的冷媒出口与节流装置3的进口连接，以及节流装置3的出口与电池换热器4的冷媒进口连接，所述液冷冷凝器2、节流装置3和电池换热器4集成装配在冷媒流道板上(图中为示意出)，即冷媒侧采用集成式结构；所述冷却液流道板用于将第一四通阀7对应的两个口分别与液冷冷凝器2的冷却液进口和电池换热器4的冷却液进口连接，以及所述第二四通阀8的四个口分别与液冷冷凝器2的冷却液出口、第一水泵9的进口、第二水泵10的进口和电池换热器4的冷却液出口连接，所述第一水泵9、第二水泵10、第一四通阀7和第二四通阀8集成装配在冷却液流道板上(图中为示意出)，即冷却液侧采用集成式结构。

为了便于压缩机1、散热器6和电池包11连接至该电池热管理系统中，以及确保安装的可靠性和稳定性，在本实施例中，所述压缩机1的出气口通过冷媒管12与液冷冷凝器2的冷媒进口连接，所述电池换热器4的冷媒出口通过冷媒管12与压缩机1的进气口连接；所述散热器6的冷却液进口通过水管13与第一水泵9的出口连接，所述散热器6的冷却液出口通过水管13与第一四通阀7的进口连接，所述电池包11的冷却液出口通过水管13与第一四通阀7的进口连接，所述电池包11的冷却液进口通过水管13与第二水泵10的出口连接。

为了确保电池的工作环境温度，在本实施例中，当外界环境温度较高时(例如：20℃-40℃)，该电池热管理系统运行制冷模式，如图1所示；当外界环境温度较低时(例如-30℃-5℃：)，该电池热管理系统运行制热模式，如图2所示；当外界环境温度适宜时(例如：5℃-20℃)，该电池热管理系统运行自然风冷却模式，如图3所示。在外界环境温度不高但电池包11有制冷需求时，该电池热管理系统可以进入自然风冷却模式，冷媒侧不工作，通过风冷散热器6冷却液的方式给电池包11散热，在春秋季节大幅度减少压缩机1工作时间，增加压缩机1寿命，节减能源损耗，降低产品使用成本。

该电池热管理系统的运行模式如下：

制冷模式(外界环境温度较高时，比如20-40℃)：当电池包11有制冷需求时该电池热管理系统进入制冷模式，系统运行工况如下：第一四通阀7与第二四通阀8运行到图1所示位置，冷媒(低温低压气体)由压缩机1加压后(冷媒为高温高压气体)进入液冷冷凝器2，将热量传递给液冷冷凝器2的冷却液后冷媒(高温高压液体)再流入节流装置3进行节流降压(冷媒为低温低压气液两相混合体)，再进入电池换热器4中吸收电池换热器4的冷却液的热量，冷媒(冷媒为低温低压气体)再进入压缩机1中再被加压，从而完成了冷媒侧的循环；在液冷冷凝器2中被加热的冷却液经过第二四通阀8的D口和B口进入第一水泵9，通过第一水泵9进入散热器6中，中温冷却液通过散热器6的扁管和翅片与电子风扇5作用将热量传递给外界的空气，被降温的冷却液再通过第一四通阀7的B口和D口进入液冷冷凝器2中吸收热量，这样冷却液就完成在外界环境中散热的任务；在电池换热器4中被降温的冷却液经过第二四通阀8的A口和C口进入第二水泵10中，再通过第二水泵10流入电池包11给电池包11散热，吸收热量后的冷却液从电池包11流出，流经第一四通阀7的C口和A口进入电池换热器4中被冷媒冷却，这样冷却液就完成给电池包11散热的任务；

制热模式(外界环境温度较低时，比如-30-5℃)：当电池包11有加热需求时该电池热管理系统进入热泵模式，系统运行工况如下：第一四通阀7与第二四通阀8运行到图2所示位置，冷媒侧的循环同上述制冷模式，不再赘述；冷却液侧的循环如下：在液冷冷凝器2中吸收热量的冷却液经过第二四通阀8的D口和C口进入第二水泵10中，通过第二水泵10流入电池包11中给电池包11加热，释放热量后的冷却液从电池包11经第一四通阀7的C口和D口进入液冷冷凝器2中吸收热量，这样冷却液就完成给电池包11加热的任务；电池换热器4中被降温的冷却液经过第二四通阀8的A口和B口流入到第一水泵9，再通过第一水泵9进入散热器6，低温冷却液通过散热器6中的扁管和翅片与电子风扇5的作用从外界的空气中吸收热量，吸收热量后的冷却液再通过第一四通阀7的B口和A口进入电池换热器4中将热量传递给冷媒，这样冷却液就完成从外界环境中吸热的任务；

自然风冷却模式(外界环境温度适宜时，比如：5-20℃)：当电池包11有散热需求且外界环境温度较低的情况下该电池热管理系统进入自然风冷却模式，第一四通阀7与第二四通阀8运行到图3位置，冷媒侧不工作；从电池包11流出的中温冷却液流经第一四通阀7的C口和A口后进入电池换热器4，再流经第二四通阀8的A口和B口后通过第一水泵9进入散热器6，中温冷却液通过散热器6中的扁管和翅片与电子风扇5的作用将热量传递给外界的空气，被降温的冷却液经过第一四通阀7的B口和D口后流入液冷冷凝器2，再通过第二四通阀8的D口和C口进入第二水泵10最终流入电池包11，冷却液从电池包11中吸收热量后再流出，这样就完成给电池散热的任务。

实施例2

如图4～6所示，在本实施例中，与实施例1的区别在于，所述电池换热器4和压缩机1之间设置有气液分离器14，所述气液分离器14的进口通过所述冷媒流道板与电池换热器4的冷媒出口连接，所述气液分离器14的出口通过冷媒管12与压缩机1的进口连接，所述液冷冷凝器2、节流装置3、电池换热器4和气液分离器14集成装配在冷媒流道板上(图中为示意出)。气液分离器过滤掉冷媒气体内的液体，确保进入压缩机的冷媒都是气态的，防止液态的冷媒进入压缩机导致压缩机液击损坏，以保护压缩机，确保对冷媒气体的压缩效果。

实施例3

如图7～9所示，在本实施例中，与实施例1的区别在于，所述液冷冷凝器2和节流装置3之间设置有储液罐15，所述储液罐15的进口通过所述冷媒流道板与液冷冷凝器2的冷媒出口连接，所述储液罐15的出口通过所述冷媒流道板与节流装置3的进口连接，所述储液罐15也集成装配在冷媒流道板上(图中为示意出)。保证进入到节流装置的冷媒都是液态的，防止气液混合状态的冷媒在进入节流装置时产生气泡堵住节流装置的进口，降低效率和产生噪声。

实施例4

如图10～12所示，在本实施例中，与实施例1、2或3的区别在于，所述液冷冷凝器2的冷却液出口与第二四通阀8之间设置有比例三通阀16，所述液冷冷凝器2的冷却液出口与比例三通阀16的进口连接，所述比例三通阀16的第一出口与第二四通阀8连接，所述比例三通阀16的第二出口与电池换热器4的冷却液进口连接。比例三通阀16的作用是，一端进水，两端出水，且可以调整两端的出水量；在极冷工况下(比如：环境温度≤-30℃)，由于冷媒温度与外界环境温度差不多或者比外界环境温度更高时，电池换热器4不能通过冷媒蒸发从外界吸热，该电池热管理系统无法通过热泵模式实现制热效果，则可以通过比例三通阀16实现系统制热，运行工况如下：比例三通阀16打开到电池换热器4的冷却液进口，将一部分被加热的冷却液直接进入电池换热器4中，这样电池换热器4中的冷媒就可以吸收这部分冷却液的热量，通过调整过热度，保证从电池换热器4出来的冷媒是气态的，这个模式所有的热量都是来自压缩机1，整个系统的效率比较低，但又确保适应极冷工况。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电池热管理系统，其特征在于：包括压缩机（1）、液冷冷凝器（2）、节流装置（3）、电池换热器（4）、电子风扇（5）、散热器（6）、第一四通阀（7）、第二四通阀（8）、第一水泵（9）和第二水泵（10），所述电池设置在电池包（11）内，所述散热器（6）设置在室外，所述电子风扇（5）设置在散热器（6）上；所述压缩机（1）、液冷冷凝器（2）、节流装置（3）、电池换热器（4）和压缩机（1）依次连接形成冷媒循环回路；

所述第一四通阀（7）的四个口分别与电池包（11）的冷却液出口、液冷冷凝器（2）的冷却液进口、电池换热器（4）的冷却液进口和散热器（6）的冷却液出口连接；所述第二四通阀（8）的四个口分别与液冷冷凝器（2）的冷却液出口、第一水泵（9）的进口、第二水泵（10）的进口和电池换热器（4）的冷却液出口连接；所述第一水泵（9）的出口与散热器（6）的冷却液进口连接，所述第二水泵（10）的出口与电池包（11）的冷却液进口连接；

该电池热管理系统还包括冷媒流道板和冷却液流道板，所述冷媒流道板用于将液冷冷凝器（2）的冷媒出口与节流装置（3）的进口连接，以及节流装置（3）的出口与电池换热器（4）的冷媒进口连接，所述液冷冷凝器（2）、节流装置（3）和电池换热器（4）集成装配在冷媒流道板上；所述冷却液流道板用于将第一四通阀（7）对应的两个口分别与液冷冷凝器（2）的冷却液进口和电池换热器（4）的冷却液进口连接，以及所述第二四通阀（8）的四个口分别与液冷冷凝器（2）的冷却液出口、第一水泵（9）的进口、第二水泵（10）的进口和电池换热器（4）的冷却液出口连接，所述第一水泵（9）、第二水泵（10）、第一四通阀（7）和第二四通阀（8）集成装配在冷却液流道板上；

所述压缩机（1）的出气口通过冷媒管（12）与液冷冷凝器（2）的冷媒进口连接，所述电池换热器（4）的冷媒出口通过冷媒管（12）与压缩机（1）的进气口连接；所述散热器（6）的冷却液进口通过水管（13）或通过所述的冷却液流道板与第一水泵（9）的出口连接，所述散热器（6）的冷却液出口通过水管（13）或通过所述的冷却液流道板与第一四通阀（7）的进口连接，所述电池包（11）的冷却液出口通过水管（13）与第一四通阀（7）的进口连接，所述电池包（11）的冷却液进口通过水管（13）与第二水泵（10）的出口连接；

所述电池换热器（4）和压缩机（1）之间设置有气液分离器（14），所述气液分离器（14）的进口通过所述冷媒流道板与电池换热器（4）的冷媒出口连接，所述气液分离器（14）的出口通过冷媒管（12）与压缩机（1）的进口连接，所述液冷冷凝器（2）、节流装置（3）、电池换热器（4）和气液分离器（14）集成装配在冷媒流道板上。

2.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于：所述液冷冷凝器（2）和节流装置（3）之间设置有储液罐（15），所述储液罐（15）的进口通过所述冷媒流道板与液冷冷凝器（2）的冷媒出口连接，所述储液罐（15）的出口通过所述冷媒流道板与节流装置（3）的进口连接，所述储液罐（15）也集成装配在冷媒流道板上。

3.根据权利要求1或2任一项所述的电池热管理系统，其特征在于：所述液冷冷凝器（2）的冷却液出口与第二四通阀（8）之间设置有比例三通阀（16），所述液冷冷凝器（2）的冷却液出口与比例三通阀（16）的进口连接，所述比例三通阀（16）的第一出口与第二四通阀（8）连接，所述比例三通阀（16）的第二出口与电池换热器（4）的冷却液进口连接。

4.根据权利要求1或2任一项所述的电池热管理系统，其特征在于：所述液冷冷凝器（2）为水冷冷凝器；所述散热器（6）为翅片散热器。

5.根据权利要求4所述的电池热管理系统，其特征在于：所述第一四通阀（7）和第二四通阀（8）均为电子四通阀，所述压缩机（1）为电动压缩机。