技术领域
[0001] 本
发明涉及电动或混合动
力车辆领域，尤其涉及一种用于电动或混合动力车辆的
电池组的电池温度管理系统。
背景技术
[0002] 近年来，采用
电动机作为驱动源的
电动车辆以及采用电动机及其他驱动源组合的混合动力车辆越来越多地被投入实际应用。在这些车辆中，一般装载有向电动机供应
能量的电池，例如：可重复充电并放电的二次电池(包括
锂离子电池、
镍镉电池、镍氢电池等)。二次电池一般以电池组的形式存储于电池
箱体内并搭载于车辆中。在这样的电池组中，通常因为电池内部发生的化学反应而引起电池组周边温度的升高。如果电池组长期处于高温状态，电池的蓄
电能力将明显降低，电池的寿命
液晶大幅缩短，这对车辆动力性和续航里程等都会带来非常不利的影响。同样，当电池处于较低温环境下时，电池充放电效率都会受到影响，严重时可能导致车辆无法正常行驶。
[0003]
现有技术中，如图1所示，针对
水冷式电池组，通常采用自然水冷冷却方式对电池进行降温，如图1所示，内部装设有电池的电池组箱体16具有进水口161和出水口162，进水口161通
过冷却管15依次与
电子水
泵14、
散热器12和出水口162相连，从而构成循环管路，电子水泵14带动
循环水在循环管路中循环，通过
散热器12将电池组箱体16内部产生的热量散发到空气中，从而对电池组进行降温。
[0004] 由于电池对温度的要求比较苛刻，电池允许的温度范围大致为5℃至35℃，采用自然水冷冷却方式对电池进行降温时，当
环境温度过高时，此种方式便无法将电池温度降到适宜温度范围内，电池的高温会
加速内部化学反应，损坏电池极板，容易导致过充电现象，严重影响电池的额使用寿命；当环境温度过低时，由于此种方式没有加热功能，无法将电池的温度提升到适宜的
工作温度范围内，处于低温的电池反应
电阻大大增加，放电容量快速衰减，充电期间内压上升加快，对电池安全产生隐患。
发明内容
[0005] 针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种电池温度管理系统。
[0006] 本发明提出的电池温度管理系统，用于调节车辆中的电池组温度，包括：具有进水口和出水口的电池组箱体；热交换元件，所述热交换元件、所述电池组箱体和第一水泵依次通过管体相连，在所述第一水泵的作用下，自然水在所述电池组箱体和所述热交换元件之间能够进行第一循环；用于降低电池组温度的冷却模组，所述冷却模组与所述热交换元件通过管体相连，在所述冷却模组的作用下，冷媒在所述冷却模组和所述热交换元件之间能够进行第二循环；用于提升电池组温度的加热模组，所述加热模组、所述热交换元件和第二水泵依次通过管体相连，在所述第二水泵的作用下，来自所述加热模组的热水在所述加热模组和所述热交换元件之间能够进行第三循环；所述第一循环与所述第二循环之间、所述第一循环与所述第三循环之间均能够通过所述热交换元件进行热量交换。
[0007] 这样的电池温度管理系统，只需要提供具有进水口和出水口的电池组箱体即可实施，能够得以广泛的应用。该系统不仅具有冷却模组同时具有加热模组，当环境温度过低时，加热膜组可以将热量传递给电池组箱体，从而将电池组的温度提升至适宜的工作温度范围内；当环境温度过高时，冷却模组可以对电池组箱体进行降温，从而使电池组的温度降到适宜的工作温度范围内。所以，本发明的电池温度管理系统能够使得电池组的温度不会受到环境温度的影响，始终处于适宜的工作温度范围内，从而提高了电池组的使用寿命。另外，本发明使用自然水进行热量传递，相比较现有技术中的空气导热，效率更高，热传递更迅速，能够使得电池组温度很快达到适宜的工作温度范围。
[0008] 在一个优选的
实施例中，所述热交换元件为换热器，该换热器至少包括3路通道，所述3路通道分别为用于接入所述第一循环的第一通道、用于接入所述第二循环的第二通道和用于接入所述第三循环的第三通道。
[0009] 换热器是常见的热交换元件，具有多种不同的规格，方便根据具体的实施情况进行选用。
[0010] 作为对冷却模组的进一步改进，所述冷却模组包括
压缩机和
冷凝器，所述压缩机、所述冷凝器和所述热交换元件依次通过管体相连，在所述压缩机的作用下，所述冷媒依次通过所述冷凝器和所述热交换元件。
[0011] 压缩机和冷凝器是普遍采用的制冷元件，在常规的车辆中均含有此两种元件，因此，既可以为该冷却模组专
门配备压缩机和冷凝器，也可以使用车辆中原有的压缩机和冷凝器，从而降低冷却模组的成本。
[0012] 作为对本发明的进一步改进，该电池温度管理系统还包括第一膨胀
阀，所述第一膨胀阀设置在所述冷凝器与所述热交换元件之间。第一膨胀阀能够控制冷媒的流量，提高冷却模组的制冷效果，尤其当第一膨胀阀为电磁膨胀阀时，可以电动控制第一膨胀阀的通断，从而能够自动控制冷却模组的工作状况。
[0013] 作为对本发明的进一步改进，该电池温度管理系统还包括压力
传感器，所述
压力传感器设置在所述冷凝器和所述第一膨胀阀之间。该压力传感器用于监测冷却模组的压力，当冷却模组的压力偏离预设压力时，系统会发出警示，防止由于压力过高出现爆管，进一步保证了系统的安全。
[0014] 作为对本发明的进一步改进，该电池温度管理系统还包括通过管体相连的
蒸发器和第二膨胀阀，所述
蒸发器和所述第二膨胀阀分别与所述压缩机和所述压力传感器相连，在所述压缩机的作用下，所述冷媒能够依次通过所述冷凝器、所述压力传感器、所述第二膨胀阀和所述蒸发器。
[0015] 蒸发器可以用来降温，尤其当蒸发器设置在车辆内室时，该系统使得车辆的内室
空调系统和电池组箱体共用一套冷却模组，通过控制第一膨胀阀和第二膨胀阀的工作状态，可以使得冷却模组在电池组箱体降温和车辆内室降温之间进行转换，当然也可以同时进行电池组箱体降温和车辆内室降温，这样就提高了冷却模组的利用效率，同时降低了车辆冷却系统的成本。
[0016] 作为对本发明的进一步改进，该电池温度管理系统还包括三通
电磁阀，所述三通电磁阀设置在所述第二水泵与所述热交换元件和所述加热膜组之间，在所述三通电磁阀的作用下，所述第二水泵与所述热交换元件相连或所述第二水泵与所述加热膜组相连。
[0017] 这样设置，当需要对电池组箱体进行加热时，可以使得第二水泵通过三通电磁阀与热交换元件相连，使得第三循环将热量传递给第一循环，从而提升电池组箱体的温度，当电池组的温度处于适宜的工作温度范围时，可以使第二水泵与加热膜组相连，热水不再流经热交换元件，从而不会对电池组的温度产生影响。
[0018] 作为对加热膜组的进一步改进，所述加热膜组包括
发动机。对于混合动力车辆，使用发动机作为加热膜组，可以充分利用发动机产生的热量来为电池组箱体进行加热，这样不仅充分利用了
能源，而且降低了加热膜组的成本。
[0019] 作为对加热膜组的进一步改进，所述加热膜组还包括PTC元件，所述PTC元件与所述发动机采用
串联的的方式向所述热交换元件提供所述热水。当发动机产生的热量不足或发动机不工作时，可以使用PTC元件来对第三循环中的自然水进行加热，从而使得第三循环向第一循环传递热量。另外，PTC元件属于常用的加热元件，加热效率高、成本低，从而降低了加热膜组的成本。
[0020] 在一个优选的实施例中，所述加热膜组还包括PTC元件，所述PTC元件与所述发动机采用并联的方式向所述热交换元件提供所述热水。这样的加热模组可以分别选择发动机或PTC元件进行加热，也可以二者一起加热，并且当发动机不工作时，由于PTC元件产生的热水不再或有少量经过发动机循环，这样就避免了在发动机不工作时热水对发动机的影响，保证了发动机的寿命。
[0021] 作为对本发明的进一步改进，该电池组温度管理系统还包括第一温度传感器，所述第一温度传感器设置在所述加热膜组与所述第二水泵之间。通过第一温度传感器监测加热模组提供的热水温度，从而保证第三循环中的元件处于安全的工作温度范围。
[0022] 作为对本发明的进一步改进，该电池组温度管理系统还包括散热元件，所述散热元件设置在所述加热膜组与所述第一温度传感器之间。散热元件可以利用流经热交换元件之后的热水的余热向车辆车室内散热，提高车室内的温度，从而提高了当环境温度过低时车室内的舒适度。
[0023] 在一个优选的实施例中，所述加热膜组包括PTC元件。对于纯电动车辆，由于其不具有发动机，可以直接使用PTC元件向第三循环提供热水，从而向第一循环传递热量，提升电池组箱体的温度。
[0024] 作为对本发明的进一步改进，所述电池组温度管理系统还包括控制单元，在所述控制单元的作用下，所述第一循环与所述第二循环之间进行热量交换或所述第一循环与所述第三循环之间进行热量交换。控制单元能够实现对电池组温度管理系统的自动控制，在控制单元的作用下，电池组能始终处于适宜的工作温度范围内。
[0025] 作为对本发明的进一步改进，所述电池组温度管理系统还包括与所述控制单元相连的第二温度传感器，所述第二温度传感器用于感测电池组的温度。控制单元通过第二温度传感器反馈的温度值，控制电池组温度管理系统的工作。
[0026] 具体地，当所述第二温度传感器测量所述电池组的温度低于第一预定温度时，在所述控制单元的作用下，所述第一循环与所述第三循环进行热量交换；当所述第二温度传感器测量所述电池组的温度高于第二预定温度时，在所述控制单元的作用下，所述第一循环与所述第二循环进行热量交换；所述第一预定温度小于所述第二预定温度。
[0027] 作为对本发明的进一步改进，该电池组温度管理系统还包括
风扇，所述风扇设置在所述热交换元件的一侧，当所述第二温度传感器测量所述电池组的温度高于第二预定温度时，在所述控制单元的作用下，所述风扇能够为所述热交换元件散热。风扇可以协助冷却模组对电池组箱体进行降温，使得电池组更快地降到适宜的工作温度范围。
[0028] 作为对本发明的进一步改进，该电池组温度管理系统还包括
膨胀水箱，所述膨胀水箱用于平衡所述第一循环和所述第二循环中的水量。膨胀水箱能够收容和补偿系统中水的胀缩量，防止系统出现缺水或胀管的风险。
[0029] 总之，本发明的电池组温度管理系统主要具有如下几个有点：
[0030] 第一，由于具有冷却模组和加热膜组，使得电池组不会受到环境温度和工况的影响，始终处于适宜的工作温度范围内，保证了电池的充放电效率和使用寿命。
[0031] 第二：本发明的电池组温度管理系统取消了自然水冷系统，由于与车室内的空调系统共用冷却模组，在保证电池组温度的前提下降低了整车能耗，同时实现了整车轻量化。
[0032] 第三：加热膜组中设置的三通电磁阀，当电池组工作温度适宜时，能够通过三通电磁阀切断热交换元件与加热模组的连接，避免热水对电池组温度的影响，同时降低了整车的热量损失。
附图说明
[0033] 在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
[0034] 图1为现有技术中自然水冷冷却方式示意图；
[0035] 图2为本发明实施例一提出的电池温度管理系统；
[0036] 图3为的热交换元件的结构示意图；
[0037] 图4a和图4b分别为第二实施例中第二循环的管路连接示意图；
[0038] 图5为实施例三中电池组温度管理系统与车室内空调系统共用冷却模组的管路连接示意图；
[0039] 图6为第四实施例中第三循环的管路连接示意图；
[0040] 图7a、图7b和图7c分别为实施例五中加热膜组的结构示意图；
[0041] 图8为本发明的电池组温度管理系统的工作模式
流程图。
[0042] 在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
[0043] 以下将结合附图对本发明的内容作出详细的说明，下文中的“上”“下”“左”“右”均为相对于图示方向，不应理解为对本发明的限制。
[0044] 实施例一：
[0045] 图2为本实施例的电池温度管理系统的连接示意图，从图2中可以看出，电池组箱体16的出水口161与第一水泵14、热交换元件20和电池组箱体16的进水口162依次通过管体相连，在第一水泵14的作用下，内部的自然水可以在电池组箱体16和热交换元件之间20进行循环，从而构成了第一循环。优选地，热交换元件20为换热器，换热器是常用的热交换元件，具有多种不同的规格，可以根据具体的实施情况进行选用。在这里，热交换元件20至少包含3路通道，其中，第一通道201接入至第一循环中。
[0046] 图3示意出了热交换元件20的结构示意图，第一通道201具有两个端口A1和A2，第二通道202具有两个端口B1和B2，第三通道203具有两个端口C1和C2。
[0047] 从图2中还可以看出，本实施例还包含第二循环和第三循环。
[0048] 第二循环包含冷却模组30和热交换元件20的第二通道202及连接二者的管体，在冷却模组30的作用下，自冷却模组30的第二端302出来的冷媒流经热交换元件的第二通道202后从第一端301再次进入冷却模组30中。这样，流经第一通道201的自然水就能够与流经第二通道的冷媒通
过热交换元件20进行热量交换，然后，第一循环中的自然水变成温度较低的自然水并对电池组箱体16中的电池组进行降温，从而使电池组的温度降到适宜的工作温度范围内。
[0049] 第三循环包括加热膜组40、第二水泵51、热交换元件20的第三通道203及依次连接三者的管体，在第二水泵51的作用下，加热膜组40中的热水自端口402流出后经过热交换元件20的第三通道203后，再次经过端口401流回至加热膜组40中。这样，流经第一通道201的自然水就能够与流经第三通道203的热水通过热交换元件20进行热量交换，然后，第一循环中的自然水变成温度较高的自然水并对电池组箱体16中的电池组进行升温，从而将电池组的温度提升至适宜的工作温度范围内。
[0050] 所以，这样的电池温度管理系统能够使得电池组的温度不会受到环境温度的影响，始终处于适宜的工作温度范围内，从而提高了电池组的使用寿命。另外，本实施例中自然水进行热量传递，相比较现有技术中的空气导热，效率更高，热传递更迅速，能够使得电池组温度很快达到适宜的工作温度范围。
[0051] 由于自然水在加热时会产生
蒸汽或体积发生变化，为了平衡循环管路中的水量，本发明的电池组温度管理系统中同时设置了用于平衡第一循环和第三循环中的水量的膨胀水箱，膨胀水箱的设置
位置可以根据具体需要设定。
[0052] 实施例二：
[0053] 在第二个实施例中，如图4a所示，冷却模组30’包括压缩机31和冷凝器32，热交换元件20的第二通道的端口B1依次与压缩机31、冷凝器32和端口B2通过管体连接，在压缩机31的作用下，从压缩机31出来的冷媒依次经过冷凝器32和热交换元件20的第二通道后再进入压缩机31中。
[0054] 压缩机31和冷凝器32是普遍采用的制冷元件，在常规的车辆中均含有此两种元件，因此，既可以为该冷却模组专门配备压缩机和冷凝器，也可以使用车辆中原有的压缩机和冷凝器，从而降低冷却模组的成本。
[0055] 为了更灵活地控制冷媒的循环，优选地，在冷凝器32与热交换元件20的端口B2之间设置有第一膨胀阀33，如图4b所示，通过第一膨胀阀33可以控制冷媒的流量，从而提高冷却模组的效率，同时当第一膨胀阀33截止时，可以使得第二循环停止。为了能够检测第二循环管路中的压力，防止过大压力对器件的损伤，优选地，在冷凝器32与第一膨胀阀33之间设置有压力传感器34。当压力传感器34测得冷却模组的压力偏离预设压力时，系统会发出警示，防止由于压力过高出现爆管，进一步保证了系统的安全。
[0056] 实施例三：
[0057] 与实施例一和实施例二不同的是，在本实施例中，电池组温度管理系统与车辆中车室内的空调系统共用一套冷却模组，如图5所示，冷却模组30’的第一端301’不仅与热交换元件20的B1端相连，同时与蒸发器35的一端通过管体相连，蒸发器35的另一端与压力传感器34和第一膨胀阀33的公共端37通过管体相连，当然，蒸发器35的另一端也可以直接与冷却模组30’的第二端302’通过管体相连。为了能够控制空调系统的制冷状态，优选地，在蒸发器35与公共端37之间设置有第二膨胀阀36。这样，在冷却模组30’的作用下，冷媒也能够在蒸发器35和冷却模组30’之间进行循环。
[0058] 在第一膨胀阀33和第二膨胀阀36的作用下，当第一膨胀阀33打开而第二膨胀阀36关闭时，冷媒只在冷却模组30’和热交换元件20之间进行循环；当第一膨胀阀33关闭而第二膨胀阀36打开时，冷媒只在冷却模组30’和蒸发器35之间进行循环，当第一膨胀阀33和第二膨胀阀36同时打开时，冷媒同时经过热交换元件20和蒸发器35；当第一膨胀阀33和第二膨胀阀36同时关闭时，冷却模组30’也会停止工作，从而冷媒不再循环。
[0059] 在本实施例中，电池组温度管理系统与车辆的空调系统共用一套冷却模组，从而降低了车辆冷却系统的成本，当分别设置第一膨胀阀和第二膨胀阀时，通过膨胀阀可以分别控制电池组温度管理系统和空调系统的工作状态，并能够根据需要使得冷却模组在两种系统之间进行切换，从而提供了冷却模组的利用效率。
[0060] 实施例四：
[0061] 如6为本实施例中电池组温度管理系统的加热部分的结构示意图，在本实施例中，在第三循环管路中还设置有三通电磁阀52，三通电磁阀52设置在第二水泵51与热交换元件16之间，具体为三通电磁阀52的第一端521与第二水泵51通过管体连接，三通电磁阀52的第二端522与热交换元件16的端口C2通过管体连接，三通电磁阀52的第三端523与加热模组40的端口401通过管体连接，这里的三通电磁阀52有两种工作状态，即第一端521与第二端522连通，或第一端521与第三端523连通。因此，这样的第三循环管路，当需要向第一循环提供热量时，使三通电磁阀52的第一端521与第二端522连接，从而热水流经热交换元件20的第三通道，并与第一通道中的自然水进行热量交换；当不需要向第一循环提供热量时，便改变三通电磁阀52的工作状态，使第一端521与第三端523连通，从而加热膜组40产生的热水不流经热交换元件16的第三通道，进一步防止了加热模组对电池组温度产生额外影响。
[0062] 为了实时检测第三循环管路中热水的温度，优选地，在第二水泵51与加热膜组40的端口402之间设置有第一温度传感器53，通过第一温度传感器53能够检测热水的温度，控制加热膜组40的加热状况，防止管路中温度过高。
[0063] 为了充分利用第三循环管路中的余热，优选地，在第一温度传感器53与加热膜组40的端口402之间设置有散热元件54，通过将散热元件54设置在车辆车室内，可以利用流经热交换元件之后的热水的余热向车辆车室内供热，提高车室内的温度，从而提高了当环境温度过低时车室内的舒适度。
[0064] 在本实施例中，针对混合动力车辆，即含有发动机的车辆，加热模组40包含发动机41，如图7a所示，为了保证当发动机41不工作时仍能够实现加热膜组的作用，优选地，加热膜组40还包括PTC元件42，PTC元件42可以与发动机41通过串联的方式向第三循环提供热水，当然，PTC元件42’还可以与发动机41’通过并联的方式向第三循环提供热水，如图7b所示。
[0065] 对于纯电动的车辆，由于其不具备发动机，因此加热膜组40”包括PTC元件42”，如图7c所示，由PTC元件42”对第三循环中的水进行加热，进而向电池组温度管理系统提供其所需要的热水。
[0066] 实施例五：
[0067] 在本实施例中，电池组温度管理系统还包括控制单元(图中未示出)，同时包括与控制单元相连的第二温度传感器(图中未示出)，第二温度传感器用于感测电池组箱体中的电池组的温度。为了促进热交换元件中的第一循环与第二循环之间的热量交换，在热交换元件的一侧设置有风扇60，如图2所示。
[0068] 现在，具体说明一下本发明的电池组温度管理系统的工作模式。在这里，设定第二温度传感器测得电池组箱体中的温度为T0，第一预定温度为T1(设T1为5度)，第二预定温度为T2(设T2为35度)，且T1
[0069] 图8为电池组温度管理系统的工作模式流程图，下面结合图8，具体说明本系统的工作流程：
[0070] (1)控制单元对电池组箱体中的温度进行判断，如果T1
[0071] (2)当T0≤T1，在控制单元的作用下，第一水泵工作，第二水泵工作，第一膨胀阀关闭，三通电磁阀的第一端与第二端连通，同时加热膜组开始工作，且加热膜组产生的热水在第二水泵的作用下通过三通电磁阀进入至热交换元件中，第一循环与第三循环通过热交换元件进行热量交换，当第二温度传感器测得T0达到Th时，在控制单元的作用下，第一水泵、第二水泵停止工作，同时三通电磁阀的第一端与第二端截止，热水不再流经热交换元件，即第一循环与第三循环均停止。
[0072] (3)当T0≥T2时，在控制单元的作用下，第一水泵工作，压缩机工作，第一膨胀阀打开，风扇工作，冷媒流经热交换元件，第一循环与第二循环通过热交换元件进行热量交换，当第二温度传感器测得T0达到Th时，在控制单元的作用下，第一水泵停止工作、第一膨胀阀关闭，冷媒不再流经热交换元件，即第一循环与第二循环均停止。
[0073] 最后说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行
修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围当中。
