專利名稱：車用電池熱管理系統及其工作方法
技術領域：
本發明涉及一種車用電池熱管理系統，本發明還涉及一種車用電池熱 管理系統的工作方法。
背景技術：
近年來，由于面臨能源成本的壓力以及政府和消費者對于環保的曰益 重視，混合動力汽車和電動汽車以其能夠大幅減少或消除尾氣排放和降低 能耗的優點，引起眾多汽車生產廠家的重視，并紛紛投入巨資研發和推廣。
為新能源汽車發展的瓶頸。
動力電池作為能量存儲器件，在混合動力汽車和電動汽車中起到異常 關鍵作用，其性能好壞極大的影響整車的性能。動力電池由多個電池單體
進行串并聯后組成，目前的動力電池單體在極端低溫(小于-30°C)和極端 高溫(大于50°C)的環境下都無法正常工作，導致以動力電池為能量來源 的車輛此時也無法正常工作，使車輛無法達到全天候運行的要求，和傳統 汽車相比其使用有較大局限性。
另外，目前的動力電池由幾十或幾百個電池單體串并聯組成，如果某 一電池因老化或其他原因造成單體性能下降，就會造成整個動力電池的性 能大幅下降，如果某一電池單體失效，就有可能造成整個動力電池的失效。 這樣就給動力電池的維護帶來很大麻煩如果任一電池單體失效，就必須更換整個電池包，同時由于目前電池本身價格昂貴，這樣就導致了電池的維 護成本居高不下。造成電池單體性能不一致有很多原因，而其中一個重要 的原因就是各電池單體的溫度不均衡，導致溫度過高的電池單體加速老化 或失效。
另外，動力電池與其它系統之間的大功率能量交換(包括能量注入電池 包或能量從電池包輸出)，以及動力電池部分電路發生故障(如短路)時， 電池包可能因過熱而引起性能的惡化甚至引起動力電池爆炸的嚴重事故， 給車輛的運行造成了安全隱患。
上述問題的存在都嚴重制約了混合動力汽車和電動汽車的推廣使用， 動力電池目前已經成為新能源汽車發展的瓶頸，全球各大汽車廠商和科研 機構也紛紛投入大量資金和人力到動力電池的研究工作上去，但就目前的 電池技術發展來看，短時間內解決動力電池單體技術的問題仍然非常困難。
本發明中所說的汽車包括電動汽車和混合動力汽車。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種車用電池熱管理系統及其工作 方法，能夠使得電池系統始終保持在良好的工作環境中，延長電池系統的 壽命，保證電池系統的安全，降低電池系統的使用成本。
為解決上述技術問題，本發明車用電池熱管理系統的技術方案是，包
括
電池包，所述電池包內設置有相互電連接的電池單元，所述電池單元 由一個或相互電連接的多個電池單體組成，所述電池包密封封裝，每個電池單元的大部分或全部都被填充有冷卻液的空隙所包圍，且所有填充有冷 卻液的空隙都相互連通，所述填充有冷卻液的空隙中設置有溫度傳感器， 所述電池包上設置有冷卻液的入口和出口 ，所述電池包內設置有浸入在冷
卻液中的加熱單元；
所述冷卻液的入口和出口分別連接到兩個管路中從而組成兩個循環， 分別是大循環和小循環，所述大循環是所述電池包冷卻液的入口和出口與 主熱交換器組成的循環管路，所述小循環是所述電池包冷卻液的入口和出 口與管路中串聯連接的制冷單元組成的循環管路，所述大循環與小循環的 管路中各設置有一個驅動冷卻液在大循環中或者小循環中流動的泵；
還包括一個控制單元，所述控制單元采集所述溫度傳感器的信號，并 且控制所述制冷單元和加熱單元的工作狀態，并控制所述兩個泵的工作。
本發明還提供一種上述車用電池熱管理系統的工作方法，其技術方案
是，
當汽車未啟動時，以及在汽車啟動運行初期，主熱交換器循環回路中 的冷卻液還未經過足夠的預熱或預冷，尚不能實現調節電池包溫度功能時， 如果電池溫度處于使電池單體正常工作且性能良好的溫度水平，所述控制 單元控制制冷單元、加熱單元和小循環管路中的泵都不工作；如果電池溫 度高于使電池單體正常工作且性能良好的溫度水平，所述控制單元根據電 池包中溫度傳感器的溫度信息控制制冷單元和小循環管路中的泵的工作， 使得冷卻液只可能在小循環中循環，使得電池包中冷卻液的溫度降低至使 電池單體正常工作且性能良好的溫度水平；如果電池溫度低于使電池單體正常工作且性能良好的溫度水平，所述控制單元根據電池包中溫度傳感器 的溫度信息控制加熱單元工作，使得電池包中冷卻液的溫度升高至使電池
單體正常工作且性能良好的溫度水平；
當汽車啟動運行后，主熱交換器循環回路中的冷卻液已經過足夠的預 熱或預冷后，循環回路巳能實現調節電池包溫度功能時，所述控制單元根 據電池包中溫度傳感器的溫度信息控制所述主熱交換器及大循環管路中的 泵的工作，使得冷卻液只可能在大循環管路中循環，使得電池包中冷卻液 的溫度保持在使電池單體正常工作且性能良好的溫度水平。
本發明能夠使得電池始終處于一個合適的溫度環境中，從而延長了電 池系統的使用壽命，保證了電池系統的安全，降低了電池系統的使用成本。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明
附圖為本發明車用電池熱管理系統的結構示意圖。
具體實施例方式
本發明車用電池熱管理系統的結構如附圖所示，包括 電池包，所述電池包內設置有相互電連接的電池單元，所述電池單元 由一個或相互電連接的多個電池單體組成，所述電池包密封封裝，每個電 池單元的大部分或全部都被填充有冷卻液的空隙所包圍，且所有填充有冷 卻液的空隙都相互連通，所述填充有冷卻液的空隙中設置有溫度傳感器， 所述電池包上設置有冷卻液的入口和出口 ，所述電池包內設置有浸入在冷 卻液中的加熱單元；所述冷卻液的入口和出口分別連接到兩個管路中從而組成兩個循環， 分別是大循環和小循環，所述大循環是所述電池包冷卻液的入口和出口與 主熱交換器組成的循環管路，所述小循環是所述電池包冷卻液的入口和出 口與管路中串聯連接的制冷單元組成的循環管路，所述大循環與小循環的
管路中各設置有一個驅動冷卻液在大循環中或者小循環中流動的泵；其中 主熱交換器就是現有汽車上的熱交換系統，其只在汽車啟動之后，由汽車 發動機帶動工作；其中主熱交換器的一般制冷和制熱的功率較大，制冷可 以使用空調壓縮機系統，制熱可以采用發動機的冷卻循環用水加熱或電加
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還包括一個控制單元，所述控制單元采集所述溫度傳感器的信號，并 且控制所述制冷單元和加熱單元的工作狀態，并控制所述兩個泵的工作。 所述電池包外層還設置有絕熱套。 所述車用電池熱管理系統中還設置有太陽能電池。
所述浸入冷卻液中的加熱單元為一個或多個，且該多個加熱單元在所 述電池包內均勻分布。
所述電池包中的溫度傳感器為一個或多個，且均勻分布在所述電池包中。
所述大循環和小循環中的泵是一種在不工作的時候將循環管路截止的 泵，本發明中，兩個泵中最多只有一個在工作而另外一個不工作，因此當 其中一個泵在工作的時候，另外一個泵將其所在的循環管路截止，可以使 得冷卻液僅在工作的泵所在的管路中流動，這樣可以提高冷卻液的熱交換效率。
所述加熱單元為電加熱單元，例如在加熱單元采用電熱絲或PTC。 所述制冷單元為采用壓縮機的制冷單元，這是目前最常規的制冷裝置 的結構，廣泛應用于例如空調、冰箱等需要進行制冷的場合。
所述制冷單元還可以是采用半導體制冷裝置的制冷單元。這種制冷裝 置體積小，并且由于沒有機械運動部件，不會產生機械噪音，已經被應用 于一些小型冰箱上，在本發明的制冷單元中也可以采用。
本發明還提供了一種采用上述車用電池熱管理系統的工作方法， 當汽車未啟動時，以及在汽車啟動運行初期，主熱交換器循環回路中 的冷卻液還未經過足夠的預熱或預冷，尚不能實現調節電池包溫度功能時， 如果電池溫度處于使電池單體正常工作且性能良好的溫度水平，所述控制 單元控制制冷單元、加熱單元和小循環管路中的泵都不工作；如果電池溫 度高于使電池單體正常工作且性能良好的溫度水平，所述控制單元根據電 池包中溫度傳感器的溫度信息控制制冷單元和小循環管路中的泵的工作， 使得冷卻液只可能在小循環中循環，使得電池包中冷卻液的溫度降低至使 電池單體正常工作且性能良好的溫度水平；如果電池溫度低于使電池單體 正常工作且性能良好的溫度水平，所述控制單元根據電池包中溫度傳感器 的溫度信息控制加熱單元工作，使得電池包中冷卻液的溫度升高至使電池 單體正常工作且性能良好的溫度水平；
當汽車啟動運行后，主熱交換器循環回路中的冷卻液已經過足夠的預 熱或預冷后，循環回路已能實現調節電池包溫度功能時，所述控制單元根據電池包中溫度傳感器的溫度信息控制所述主熱交換器及大循環管路中的 泵的工作，使得冷卻液只可能在大循環管路中循環，使得電池包中冷卻液 的溫度保持在使電池單體正常工作且性能良好的溫度水平。
汽車未啟動時，以及在電池包中冷卻液的溫度過低情況下的汽車剛剛 啟動時，汽車發動機的溫度尚未升高到足夠高。如果電池包中冷卻液的溫 度過低，而此時汽車發動機的溫度不足以提高電池包中冷卻液的溫度，此 時不能切換至大循環。除了上述情況之外，如果電池包中冷卻液的溫度過 低，主熱交換器循環回路中的冷卻液足以提高電池包中冷卻液的溫度，此 時可以由大循環對電池包中冷卻液進行溫度調節。
當汽車未啟動時，以及在汽車啟動運行初期，主熱交換器循環回路中 的冷卻液還未經過足夠的預熱或預冷，尚不能實現調節電池包溫度功能時， 所述控制單元、制冷單元、加熱單元和小循環管路中的泵由所述電池包供 電。
所述控制單元還控制所述太陽能電池對所述電池單體進行充電。 當汽車未啟動時，以及在汽車啟動運行初期，主熱交換器循環回路中 的冷卻液還未經過足夠的預熱或預冷，尚不能實現調節電池包溫度功能時， 所述控制單元、制冷單元、加熱單元和小循環管路中的泵由所述太陽能電 池供電。
當汽車未啟動時，以及在汽車啟動運行初期，主熱交換器循環回路中 的冷卻液還未經過足夠的預熱或預冷，尚不能實現調節電池包溫度功能時， 如果所述電池包中多個溫度傳感器中只有部分溫度傳感器的溫度信息低于使電池單體正常工作且性能良好的溫度水平，所述控制單元控制這些部分 溫度傳感器附近的加熱單元工作，使得電池包中冷卻液的溫度升高至使電 池單體正常工作且性能良好的溫度水平。
本發明中，加熱單元由于完全浸入電池包的冷卻液中，在使用加熱單 元對電池包進行加熱時，可以不用啟動小循環管路中的泵，如果只有局部 部分需要加熱，也可以不必啟動全部的加熱單元，僅對溫度過低的部分進 行加熱，可以進一步節省能量的消耗。
有時會因為陰天或者晚上，導致太陽光線不足，當汽車未啟動時，以 及在汽車啟動運行初期，主熱交換器循環回路中的冷卻液還未經過足夠的 預熱或預冷，尚不能實現調節電池包溫度功能時，如果太陽能電池的電能 不足以對所述控制單元、制冷單元、加熱單元和小循環管路中的泵進行供 電，所述控制單元控制由所述電池包對所述控制單元、制冷單元、加熱單 元和小循環管路中的泵進行供電。
在本發明中，制冷單元和加熱單元的功率都比較小，主要是實現停機
狀態下，即汽車未啟動時，以及在汽車啟動運行初期，主熱交換器循環回 路中的冷卻液還未經過足夠的預熱或預冷，尚不能實現調節電池包溫度功 能時的情況下電池的保溫功能。而主熱交換器的功率比較大，主要是實現 汽車正常運行時的電池冷卻與加熱功能。
電池包中的電池單元彼此間都保持一定距離，其外殼之間沒有直接接 觸，電池單元浸入冷卻液中，這樣不但能使電池單元和冷卻液有較大的熱 接觸面積，保證電池單元和冷卻液能快速地交換熱量，使所有電池單元的溫度保持一致，從而提高電池的性能和使用壽命；而且在某一個電池單元 發生過熱時避免其產生的熱量直接傳遞到其他電池單元從而引起連鎖反 應，使過熱局限在該電池單元，大大提高了電池包的安全系數。
電池單元放置在電池包內，電池單元和電池包的空隙里充滿了冷卻液 并布置一個或多個溫度傳感器以便測量電池溫度，電池包密封好，防止冷 卻液泄漏造成安全隱患。電池包上留上一個冷卻液入口和冷卻液出口，以 便實現冷卻液的循環流動。電池包外覆蓋一層絕熱套，該絕熱套可以減少 電池與外界的熱量交換，實現電池保溫功能，使電池在極端低溫或高溫情 況下只需較少能量便能維持在適宜的溫度。
在車輛行駛過程中，電池一般都會產生大量的熱量，這時候電子控制 單元根據外界溫度和電池的溫度、冷卻液溫度等條件來判斷是否啟動大循 環。
在車輛停止工作后，控制單元仍然繼續工作， 一方面可以根據環境溫 度和電池溫度等條件來判斷是否啟動小循環，當環境溫度過高時啟動制冷 單元，環境溫度過低時啟動加熱單元，這樣動力電池就可以長時間的保持 在良好的狀況下，當車輛需要再次啟動時，駕駛員便能夠迅速啟動車輛而 無需等待電池慢慢恢復到適合的工作溫度；另一方面在太陽能電池發電的 情況下可以對動力電池進行充電。
太陽能電池可安裝于車輛前風窗、后風窗、車頂或其它易于安裝、布 置及維護保養或易于接受陽光的部位，它在光線充足的情況下便能發電， 經直流轉換器提高電壓后向動力電池補充電能，避免車輛長時間停放后動力電池的電能消耗過多造成電池不能保持在正常工作溫度以及電池的soc
大幅下降，造成車輛不能正常工作，同時太陽能電池在車輛行駛過程中發 電，所以它也能提高車輛的續駛里程，降低能量的消耗。
制冷單元和加熱單元工作時，當太陽能電池所發的電能夠滿足制冷單 元或加熱單元的需要時，制冷單元和加熱單元便消耗太陽能電池產生的電
能；如不足，制冷單元和加熱單元便消耗動力電池儲蓄的電能。
綜上所述，本發明能夠使得電池始終處于一個合適的溫度環境中，從 而延長了電池系統的使用壽命，保證了電池系統的安全，降低了電池系統 的使用成本。
權利要求
1.一種車用電池熱管理系統，其特征在于，包括電池包，所述電池包內設置有相互電連接的電池單元，所述電池單元由一個或相互電連接的多個電池單體組成，所述電池包密封封裝，每個電池單元的大部分或全部都被填充有冷卻液的空隙所包圍，且所有填充有冷卻液的空隙都相互連通，所述填充有冷卻液的空隙中設置有溫度傳感器，所述電池包上設置有冷卻液的入口和出口，所述電池包內設置有浸入在冷卻液中的加熱單元；所述冷卻液的入口和出口分別連接到兩個管路中從而組成兩個循環，分別是大循環和小循環，所述大循環是所述電池包冷卻液的入口和出口與主熱交換器組成的循環管路，所述小循環是所述電池包冷卻液的入口和出口與管路中串聯連接的制冷單元組成的循環管路，所述大循環與小循環的管路中各設置有一個驅動冷卻液在大循環中或者小循環中流動的泵；還包括一個控制單元，所述控制單元采集所述溫度傳感器的信號，并且控制所述制冷單元和加熱單元的工作狀態，并控制所述兩個泵的工作。
2. 根據權利要求1所述的車用電池熱管理系統，其特征在于，所述電 池包外層還設置有絕熱套。
3. 根據權利要求1所述的車用電池熱管理系統，其特征在于，所述車 用電池熱管理系統中還設置有太陽能電池。
4. 根據權利要求1所述的車用電池熱管理系統，其特征在于，所述浸 入冷卻液中的加熱單元為一個或多個，且該多個加熱單元在所述電池包內 均勻分布。
5. 根據權利要求1所述的車用電池熱管理系統，其特征在于，所述電 池包中的溫度傳感器為一個或多個，且均勻分布在所述電池包中。
6. 根據權利要求1所述的車用電池熱管理系統，其特征在于，所述大 循環和小循環中的泵是一種在不工作的時候將循環管路截止的泵。
7. 根據權利要求1所述的車用電池熱管理系統，其特征在于，所述加 熱單元為電加熱單元。
8. 根據權利要求1所述的車用電池熱管理系統，其特征在于，所述制 冷單元為采用壓縮機的制冷單元。
9. 根據權利要求1所述的車用電池熱管理系統，其特征在于，所述制 冷單元為采用半導體制冷裝置的制冷單元。
10. —種如權利要求1 9中任意一項所述的車用電池熱管理系統的工 作方法，其特征在于，當汽車未啟動時，以及在汽車啟動運行初期，主熱交換器循環回路中 的冷卻液還未經過足夠的預熱或預冷，尚不能實現調節電池包溫度功能時， 如果電池溫度處于使電池單體正常工作且性能良好的溫度水平，所述控制 單元控制制冷單元、加熱單元和小循環管路中的泵都不工作；如果電池溫 度高于使電池單體正常工作且性能良好的溫度水平，所述控制單元根據電 池包中溫度傳感器的溫度信息控制制冷單元和小循環管路中的泵的工作， 使得冷卻液只可能在小循環中循環，使得電池包中冷卻液的溫度降低至使 電池單體正常工作且性能良好的溫度水平；如果電池溫度低于使電池單體 正常工作且性能良好的溫度水平，所述控制單元根據電池包中溫度傳感器 的溫度信息控制加熱單元工作，使得電池包中冷卻液的溫度升高至使電池單體正常工作且性能良好的溫度水平；當汽車啟動運行后，主熱交換器循環回路中的冷卻液已經過足夠的預 熱或預冷后，循環回路已能實現調節電池包溫度功能時，所述控制單元根 據電池包中溫度傳感器的溫度信息控制所述主熱交換器及大循環管路中的 泵的工作，使得冷卻液只可能在大循環管路中循環，使得電池包中冷卻液 的溫度保持在使電池單體正常工作且性能良好的溫度水平。
11. 根據權利要求10所述的車用電池熱管理系統的工作方法，其特征 在于，當汽車未啟動時，以及在汽車啟動運行初期，主熱交換器循環回路 中的冷卻液還未經過足夠的預熱或預冷，尚不能實現調節電池包溫度功能 時，所述控制單元、制冷單元、加熱單元和小循環管路中的泵由所述電池 包供電。
12. 根據權利要求10所述的車用電池熱管理系統的工作方法，其特征 在于，所述控制單元還控制所述太陽能電池對所述電池單體進行充電。
13. 根據權利要求10所述的車用電池熱管理系統的工作方法，其特征 在于，當汽車未啟動時，以及在汽車啟動運行初期，主熱交換器循環回路 中的冷卻液還未經過足夠的預熱或預冷，尚不能實現調節電池包溫度功能 時，所述控制單元、制冷單元、加熱單元和小循環管路中的泵由所述太陽 能電池供電。
14. 根據權利要求13所述的車用電池熱管理系統的工作方法，其特征 在于，當汽車未啟動時，以及在汽車啟動運行初期，主熱交換器循環回路 中的冷卻液還未經過足夠的預熱或預冷，尚不能實現調節電池包溫度功能 時，如果太陽能電池的電能不足以對所述控制單元、制冷單元、加熱單元和小循環管路中的泵進行供電，所述控制單元控制由所述電池包對所述控 制單元、制冷單元、加熱單元和小循環管路中的泵進行供電。
15.根據權利要求10所述的車用電池熱管理系統的工作方法，其特征 在于，當汽車未啟動時，以及在汽車啟動運行初期，主熱交換器循環回路 中的冷卻液還未經過足夠的預熱或預冷，尚不能實現調節電池包溫度功能 時，如果所述電池包中多個溫度傳感器中只有部分溫度傳感器的溫度信息 低于使電池單體正常工作且性能良好的溫度水平，所述控制單元控制這些 部分溫度傳感器附近的加熱單元工作，使得電池包中冷卻液的溫度升高至 使電池單體正常工作且性能良好的溫度水平。
全文摘要
本發明公開了一種車用電池熱管理系統，包括由電池單元組成的電池包，且電池單元之間填充有冷卻液；冷卻液的入口和出口分別連接到兩個管路中從而組成大循環和小循環，大循環連接主熱交換器，小循環連接制冷單元，所述大循環與小循環的管路中各設置有一個驅動冷卻液在大循環中或者小循環中流動的泵；另外還包括一個控制單元，采集電池包中溫度傳感器的信號，并且控制其他部件。本發明還公開了一種上述車用電池熱管理系統的方法，能夠始終保證電池包中冷卻液的溫度恒定在一個合適的范圍內。本發明能夠使得電池始終處于一個合適的溫度環境中，從而延長了電池系統的使用壽命，保證了電池系統的安全，降低了電池系統的使用成本。
文檔編號H01M10/44GK101577354SQ200910050750
公開日2009年11月11日 申請日期2009年5月7日 優先權日2009年5月7日
發明者盧萬成, 陳賢章, 陳長飛 申請人:聯合汽車電子有限公司