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CN112599890A - 一种混动车辆的电池热管理系统及混动车辆 - Google Patents

一种混动车辆的电池热管理系统及混动车辆 Download PDF

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CN112599890A CN202011471415.9A CN202011471415A CN112599890A CN 112599890 A CN112599890 A CN 112599890A CN 202011471415 A CN202011471415 A CN 202011471415A CN 112599890 A CN112599890 A CN 112599890A
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Weichai Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种混动车辆的电池热管理系统，包括用于为动力电池提供热量或者冷量的热力循环系统，热力循环系统至少包括循环泵、电池包换热器、发动机暖芯、PTC以及控制器；发动机暖芯具有供发动机冷却液流通的第一流动腔，和用于供热力循环系统中的换热介质流通并与发动机冷却液进行热量交换的第二流动腔；循环泵、电池包换热器、发动机暖芯以及PTC依次串联形成加热回路；电池包换热器的出口处设置有第一温度传感器，在第一温度传感器测得的温度不高于第一预设温度时，控制器控制换热介质流经加热回路。本发明在低温条件下可以快速提高动力电池的温度，同时显著减小了动力电池加热过程对整车续航里程的影响。本发明还公开了一种混动车辆。

Description

一种混动车辆的电池热管理系统及混动车辆
技术领域
本发明涉及混合动力汽车的电池热管理技术领域，特别涉及一种混动车辆的电池热管理系统。
背景技术
混动车辆目前主要包括三种类型，一种类型是以发动机为主驱动力，电机作为辅助动力在必要情况下介入；另一种类型是以电动机为主驱动力，发动机作为辅助动力在必要情况下介入；还有一种类型是电机作为唯一的驱动力来源，发动机仅作为给电池提供能源的机械。
虽然几种混动车辆的驱动类型不相同，但每一种混动车辆中均需设置用于为电机提供电能的动力电池，动力电池需要在合适的温度区间内才能够高效工作，因此，每一种混动车辆均需设计能够使动力电池的温度处于合适温度区间内的电池热管理系统。
目前混动车辆中的电池热管理系统在低温工作环境下主要依靠PTC(PositiveTemperature Coefficient热敏电阻)对动力电池进行加热，虽然能够达到加热效果，但由于PTC加热会耗费大量电能，这会显著降低整车续航里程。
因此，如何既能够实现对动力电池的加热，又能够尽量小的降低对整车续航里程的影响是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种混动车辆的电池热管理系统，以便既能够在低温时既能够实现对动力电池的加热，又能够尽量小的降低对整车续航里程的影响。
本发明的另一目的还在于提供一种包含有上述电池热管理系统的混动车辆。
为了达到上述目的，本发明第一方面提供如下技术方案：
一种混动车辆的电池热管理系统，包括用于为动力电池提供热量或者冷量的热力循环系统，所述热力循环系统至少包括循环泵、电池包换热器、发动机暖芯、PTC以及控制器；
其中，
所述发动机暖芯具有供发动机冷却液流通的第一流动腔，和用于供热力循环系统中的换热介质流通并与所述发动机冷却液进行热量交换的第二流动腔；
所述循环泵、电池包换热器、发动机暖芯以及所述PTC依次串联形成加热回路；
所述电池包换热器的出口处设置有第一温度传感器，在所述第一温度传感器测得的温度不高于第一预设温度时，所述控制器控制所述换热介质流经所述加热回路。
优选地，还包括散热器，所述散热器的入口直接或间接与所述发动机暖芯的第二流动腔的入口并联，出口直接或间接与所述发动机暖芯的第二流动腔的出口并联，所述循环水泵、电池包换热器以及所述散热器依次串联形成散热回路；
在所述第一温度传感器测得的温度高于所述第一预设温度时，所述控制器控制所述换热介质流经所述散热回路。
优选地，所述散热器的入口直接通过第一电磁阀与所述发动机暖芯的第二流动腔的入口并联，出口直接与所述发动机暖芯的第二流动腔的出口并联。
优选地，所述加热回路中还包括设置在中冷器空气入口端的中冷暖芯，所述中冷暖芯具有供空气流通的第三流动腔，和用于供热力循环系统中的换热介质流通并与空气进行热量交换的第四流动腔，所述中冷暖芯的第四流动腔的出口与所述发动机暖芯的第二流动腔的入口串联；
所述散热器的入口通过第一电磁阀与所述中冷暖芯的第四流动腔的入口并联，所述散热器的出口与所述发动机暖芯的第二流动腔的出口并联。
优选地，所述第二流动腔的出口处还设置有第二温度传感器，在所述第二温度传感器所测得的温度不高于所述第一预设温度时，所述控制器控制所述PTC开启；在所述第二温度传感器所测得的温度高于所述第一预设温度时，所述控制器控制所述PTC关闭。
优选地，所述散热回路中还包括靠近车辆空调蒸发器设置的制冷换热器，所述制冷换热器串联在所述散热器的下游，且所述制冷换热器的出口与所述发动机暖芯的第二流动腔的出口并联。
优选地，还包括一短接管路，所述短接管路的第一端通过第二电磁阀与所述制冷换热器的入口并联，第二端与所述制冷换热器的出口并联；
所述散热器的出口处设置有第三温度传感器，在所述第三温度传感器测得的温度不高于第二预设温度时，所述控制器控制所述换热介质流经所述短接管路；在所述散热器出口处的温度高于所述第二预设温度时，所述控制器控制所述换热介质流经所述制冷换热器。
优选地，所述第一预设温度为15℃，所述第二预设温度为25℃。
优选地，所述发动机暖芯与所述中冷暖芯的结构相同，且由内向外均包括内层管、中层管和外层管；所述中层管与所述内层管之间形成换热介质流通夹层，所述外层管与所述中层管之间形成进液夹层，所述进液夹层与所述换热介质流通夹层之间设置有使所述换热介质呈喷射状进入所述换热介质流通夹层内的喷头；且所述换热介质流通夹层中设置有换热介质出口；
在所述发动机暖芯中，所述内层管的腔体构成所述第一流动腔，所述换热介质流通夹层构成所述第二流动腔；
在所述中冷暖芯中，所述内层管的腔体构成所述第三流动腔，所述换热介质流通夹层构成所述第四流动腔。
优选地，所述内层管的外壁上还设置有用于增加换热面积的凹坑或凸起。
本发明中所公开的混动车辆，包括动力电池，该混动车辆中还包括上述任意一项中所公开的电池热管理系统。
本发明中所公开的电池热管理系统中，循环泵、电池换热器、发动机暖芯以及PTC依次串联形成了加热回路，相比于现有技术而言，本发明中增设了发动机暖芯，发动机暖芯具有供发动机冷却液流通的第一流动腔和供热力循环系统中的换热介质流通的第二流动腔，在发动机暖芯中，发动机冷却液与换热介质实现换热；当电池包换热器的出口处的温度不高于第一预设温度时，控制器控制换热介质流经加热回路进行加热，以便能够通过换热介质预热动力电池，从而使动力电池尽快达到工作温度。
发动机暖芯的采用使得换热介质能够充分利用发动机冷却液中的热量，在低温条件下可以快速提高动力电池的温度；同时发动机暖芯的采用还使得该电池热管理系统有效减小了PTC的能耗，从而显著减小了动力电池加热过程对整车续航里程的影响。
本发明中所公开的混动车辆由于采用了上述电池热管理系统，因而该混动车辆兼具上述电池热管理系统相应的技术优点，本文中对此不再进行赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例中所公开的混动车辆的电池热管理系统的原理示意图；
图2为本发明实施例中所公开的发动机暖芯和中冷暖芯的结构示意图。
其中，1为循环泵，2为第一电磁阀，3为第二电磁阀，4为内层管，5为中层管，6为外层管，7为换热介质流通夹层，8为进液夹层，9为喷头，10为换热介质出口。
具体实施方式
本发明的核心之一在于提供一种混动车辆的电池热管理系统，以便既能够在低温时既能够实现对动力电池的加热，又能够尽量小的降低对整车续航里程的影响。
本发明的另一核心还在于提供一种包含有上述电池热管理系统的混动车辆。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
本发明所公开的混动车辆的电池热管理系统中，包括热力循环系统，该热力循环系统中流通有换热介质，其作用在于为混动车辆的动力电池提供冷量或者热量，以保证动力电池的温度处于高效工作的范围之内；
热力循环系统中至少包括循环泵1、电池包换热器、发动机暖芯、PTC以及控制器，其中，循环泵1用于为换热介质提供流通动力，电池包围绕动力电池设计，其作用在于使换热介质与动力电池进行热量传递，发动机暖芯设置在发动机冷却液的循环管路上，其设置位置较多，例如其可以靠近发动机冷却水套的出口设置，或者其可以设置在发动机的暖风换热器的前端，发动机暖芯的作用主要在于使换热介质与发动机冷却液进行换热，从而充分利用发动机热量对动力电池进行加热；
所述循环泵1、电池包换热器、发动机暖芯以及所述PTC依次串联形成加热回路，发动机暖芯具有供发动机冷却液流通的第一流动腔，和用于供热力循环系统中的换热介质流通并与发动机冷却液进行热量交换的第二流动腔；
电池包换热器的出口处设置有第一温度传感器，在第一温度传感器测得的温度不高于第一预设温度时，控制器控制所述换热介质流经加热回路。
需要进行说明的是，虽然循环泵1、电池包换热器、发动机暖芯以及PTC串联之后能够形成基本的加热回路，但并不意味着加热回路不能够再包括其他的部件，本领域技术人员应当理解，加热回路中应当允许增加其他部件；第一预设温度是根据电池性能参数进行设定的，电池性能不同，第一预设温度可以进行适应性调整，在本实施例中，第一预设温度具体为15℃。
上述实施例所公开的电池热管理系统中，循环泵1、电池换热器、发动机暖芯以及PTC依次串联形成了加热回路，相比于现有技术而言，上述实施例中的电池热管理系统增设了发动机暖芯，发动机暖芯具有供发动机冷却液流通的第一流动腔和供热力循环系统中的换热介质流通的第二流动腔，在发动机暖芯中，发动机冷却液与换热介质实现换热；当电池包换热器的出口处的温度不高于第一预设温度时，控制器控制换热介质流经加热回路进行加热，以便能够通过换热介质预热动力电池，从而使动力电池尽快达到工作温度。
发动机暖芯的采用使得换热介质能够充分利用发动机冷却液中的热量，在低温条件下可以快速提高动力电池的温度；同时发动机暖芯的采用还使得该电池热管理系统有效减小了PTC的能耗，从而显著减小了动力电池加热过程对整车续航里程的影响。
除了考虑低温状况，在温度过高的情况下，电池热管理系统还需要对换热介质进行散热，请参考图1，本实施例中所公开的电池热管理系统还包括散热器，散热器的入口直接或间接与发动机暖芯的第二流动腔的入口并联，散热器的出口直接或间接与所述发动机暖芯的第二流动腔的出口并联，循环水泵、电池包换热器以及散热器依次串联形成散热回路；在第一温度传感器测得的温度高于第一预设温度时，控制器控制所述换热介质流经所述散热回路，在散热回路中，换热介质在散热器位置将热量散发至外界环境中，从而达到散热目的。
需要进行说明的是，热力循环系统中的散热器可以与发动机冷却液的散热器为同一散热器，也可是额外设置的新的散热器。
能够实现换热介质流向转换的管路连接方式并不局限于一种，例如可以在加热回路和散热回路中分别设置开关阀，通过控制器控制开关阀的开关可以实现换热介质流向的转换，也可以是在散热回路与加热回路并联的位置设置电磁阀；本实施例中散热器的入口直接通过第一电池阀与发动机暖芯的第二流动腔的入口并联，出口直接与发动机暖芯的第二流动腔的出口并联。
更进一步的，如图1所示，加热回路中还包括设置在中冷器空气入口端的中冷暖芯，中冷暖芯具有供空气流通的第三流动腔，和用于供热力循环系统中的换热介质流通并与空气进行热量交换的第四流动腔，中冷暖芯的第四流动腔的出口与所述发动机暖芯的第二流动腔的入口串联；
散热器的入口与所述中冷暖芯的第四流动腔的入口通过第一电磁阀2并联，散热器的出口与所述发动机暖芯的第二流动腔的出口并联，可见，在本实施例中，散热器的入口就是通过中冷暖芯间接与第二流动腔的入口并联。
在具有涡轮增压器的混动车辆中，涡轮增压器压气机排出的空气具有很高的温度，因而在中冷器的空气入口端设置中冷暖芯可以充分利用空气中的热量，空气经过中冷暖芯之后再进入中冷器中进一步冷却即可，在中冷暖芯中，换热介质与温度较高的空气进行换热，以充分利用中冷器位置的空气的热量对动力电池进行加热，从而达到进一步降低PTC能耗的目的。
在第二流动腔的出口处还设置有第二温度传感器，并且在第二温度传感器所测得的温度不高于第一预设温度时，说明经过中冷暖芯和发动机暖芯加热后的换热介质的温度依然较低，此时换热介质无法将动力电池加热至理想的工作温度范围内，因此控制器控制PTC开启，以对换热介质进一步加热；在第二温度传感器所测得的温度高于第一预设温度时，说明经过中冷暖芯和发动机暖芯加热后的换热介质的温度已经较高，此时换热介质能够将东西电池加热至理想的工作温度范围内，因此控制器控制PTC关闭。
请继续参考图1，在本实施例中，散热回路中还包括靠近车辆空调蒸发器设置的制冷换热器，制冷换热器串联在散热器的下游，且制冷换热器的出口与发动机暖芯的第二流动腔的出口并联，可见，在本实施例中，散热器的出口通过制冷换热器与第二流动腔的出口间接并联。
车辆的空调蒸发器是空调循环管路中的冷媒蒸发的位置，其温度较低，制冷换热器的作用在于使换热介质与空调蒸发器进行热量交换，以进一步达到对热力循环系统中的换热介质降温的目的。
进一步的优化方案中，电池热管理系统还包括一个短接管路，如图1中所示，短接管路的第一端通过第二电磁阀3与制冷换热器的入口并联，第二端与制冷换热器的出口并联；
散热器的出口处设置有第三温度传感器，在第三温度传感器测得的温度不高于第二预设温度时，控制器控制换热介质流经短接管路，以使换热介质绕开制冷换热器；在散热器出口处的温度高于第二预设温度时，控制器控制换热介质流经制冷换热器，以进一步对换热介质进行降温。
需要进行说明的是，第二预设温度是根据电池性能参数进行设定的，电池性能不同，第二预设温度可以进行适应性调整，在本实施例中，第二预设温度具体为25℃。
请参考图2，发动机暖芯与中冷暖芯的结构相同，且由内向外均依次包括内层管4、中层管5和外层管6；中层管5与内层管4之间形成换热介质流通夹层7，外层管6与中层管5之间形成进液夹层8，进液夹层8与换热介质流通夹层7之间设置有使换热介质呈喷射状进入换热介质流通夹层7内的喷头9，以实现换热介质与发动机冷却液的射流冲击换热，提高换热效率；换热介质流通夹层7中还设置有换热介质出口10；
在发动机暖芯中，上述内层管4的腔体构成第一流动腔，换热介质流通夹层7构成第二流动腔；
在中冷暖芯中，上述内层管4的腔体构成第三流动腔，换热介质流通夹层7构成第四流动腔。
需要进行说明的是，发动机暖芯以及中冷暖芯中的喷头布置位置、布置形式以及喷头数量均可进行适应性调整，附图中的喷头布置方式仅作为说明示意，不应构成对喷头布置方式的范围限制。
为了进一步提高换热介质与发动机冷却液之间的换热效率，还可以在内层管4的外壁设置凹坑或者凸起，以增大换热面积。
除此之外，本发明实施例中还公开了一种混动车辆，该混动车辆包括动力电池，并且该混动车辆中还设置有上述任意一项中所公开的电池热管理系统。
由于采用了上述电池热管理系统，因而该混动车辆兼具上述电池热管理系统相应的技术优点，本领域技术人员可参考上述实施例中的描述进行理解，本文中对此不再进行赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种混动车辆的电池热管理系统，其特征在于，包括用于为动力电池提供热量或者冷量的热力循环系统，所述热力循环系统至少包括循环泵(1)、电池包换热器、发动机暖芯、PTC以及控制器；
其中，
所述发动机暖芯具有供发动机冷却液流通的第一流动腔，和用于供热力循环系统中的换热介质流通并与所述发动机冷却液进行热量交换的第二流动腔；
所述循环泵(1)、电池包换热器、发动机暖芯以及所述PTC依次串联形成加热回路；
所述电池包换热器的出口处设置有第一温度传感器，在所述第一温度传感器测得的温度不高于第一预设温度时，所述控制器控制所述换热介质流经所述加热回路。
2.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，还包括散热器，所述散热器的入口直接或间接与所述发动机暖芯的第二流动腔的入口并联，出口直接或间接与所述发动机暖芯的第二流动腔的出口并联，所述循环水泵、电池包换热器以及所述散热器依次串联形成散热回路；
在所述第一温度传感器测得的温度高于所述第一预设温度时，所述控制器控制所述换热介质流经所述散热回路。
3.根据权利要求2所述的电池热管理系统，其特征在于，所述散热器的入口直接通过第一电磁阀(2)与所述发动机暖芯的第二流动腔的入口并联，出口直接与所述发动机暖芯的第二流动腔的出口并联。
4.根据权利要求2所述的电池热管理系统，其特征在于，所述加热回路中还包括设置在中冷器空气入口端的中冷暖芯，所述中冷暖芯具有供空气流通的第三流动腔，和用于供热力循环系统中的换热介质流通并与空气进行热量交换的第四流动腔，所述中冷暖芯的第四流动腔的出口与所述发动机暖芯的第二流动腔的入口串联；
所述散热器的入口与所述中冷暖芯的第四流动腔的入口通过第一电磁阀(2)并联，所述散热器的出口与所述发动机暖芯的第二流动腔的出口并联。
5.根据权利要求4所述的电池热管理系统，其特征在于，所述第二流动腔的出口处还设置有第二温度传感器，在所述第二温度传感器所测得的温度不高于所述第一预设温度时，所述控制器控制所述PTC开启；在所述第二温度传感器所测得的温度高于所述第一预设温度时，所述控制器控制所述PTC关闭。
6.根据权利要求5所述的电池热管理系统，其特征在于，所述散热回路中还包括靠近车辆空调蒸发器设置的制冷换热器，所述制冷换热器串联在所述散热器的下游，且所述制冷换热器的出口与所述发动机暖芯的第二流动腔的出口并联。
7.根据权利要求6所述的电池热管理系统，其特征在于，
还包括一短接管路，所述短接管路的第一端通过第二电磁阀(3)与所述制冷换热器的入口并联，第二端与所述制冷换热器的出口并联；
所述散热器的出口处设置有第三温度传感器，在所述第三温度传感器测得的温度不高于第二预设温度时，所述控制器控制所述换热介质流经所述短接管路；在所述散热器出口处的温度高于所述第二预设温度时，所述控制器控制所述换热介质流经所述制冷换热器。
8.根据权利要求7所述的电池热管理系统，其特征在于，所述第一预设温度为15℃，所述第二预设温度为25℃。
9.根据权利要求4所述的电池热管理系统，其特征在于，所述发动机暖芯与所述中冷暖芯的结构相同，且由内向外均包括内层管(4)、中层管(5)和外层管(6)；所述中层管(5)与所述内层管(4)之间形成换热介质流通夹层(7)，所述外层管(6)与所述中层管(5)之间形成进液夹层(8)，所述进液夹层(8)与所述换热介质流通夹层(7)之间设置有使所述换热介质呈喷射状进入所述换热介质流通夹层(7)内的喷头(9)；且所述换热介质流通夹层(7)中设置有换热介质出口(10)；
在所述发动机暖芯中，所述内层管(4)的腔体构成所述第一流动腔，所述换热介质流通夹层(7)构成所述第二流动腔；
在所述中冷暖芯中，所述内层管(4)的腔体构成所述第三流动腔，所述换热介质流通夹层(7)构成所述第四流动腔。
10.一种混动车辆，包括动力电池，其特征在于，还包括如权利要求1-9任意一项中所公开的电池热管理系统。
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