專利名稱：電池熱管理系統和方法
技術領域：
本發明通常涉及電池熱管理系統，尤其涉及大功率動力電池熱管理系統。
背景技術：
電動汽車和強混合動力汽車等，安裝有大功率的動力蓄電池，它需要設計專門的熱管理系統，以幫助其運行在最佳的溫度區間內。目前已經上市的車輛中的動力蓄電池功率相對較小，冷卻方式采用單純的空氣冷卻，比如從乘客艙引入空氣來冷卻動力蓄電池。這種空氣冷卻方式對乘客艙空調性能有較大的影響，而且冷卻能力較小，適合于弱混合動力車上的小型動力蓄電池。顯然，單純的空氣冷卻不能適應大功率動力電池熱管理需要，必需專門設計一套熱管理系統以適合大功率動力蓄電池，確保其有效熱管理，保證電池性能和壽命。
發明內容
本發明的一個目的在于提供電池熱管理系統，確保對電池進行有效熱管理，確保其正常工作。本發明提供電池熱管理系統，包括電池模塊，包括電池和與電池表面配合的導熱體；第一泵；用于對電池進行散熱的低溫散熱單元和常溫散熱單元，其中導熱體、第一泵、 低溫散熱單元和常溫散熱單元通過導管連接形成第一回路；溫度檢測單元，用于檢測并發送電池溫度Tb和環境溫度Te ；控制單元，耦合到溫度檢測單元、低溫散熱單元、常溫散熱單元和第一泵，所述控制單元被配置為接收Tb和Te ；比較Tb和第一預定值T1 ；比較Te和第二預定值T2 ；如果Tb彡T1并且Te彡T2,啟動低溫散熱單元和第一泵；如果Tb彡T1并且Te < T2時，啟動常溫散熱單元和第一泵。優選地，在本發明的上述的電池熱管理系統中，如果Tb < T1時，關閉低溫散熱單元或常溫散熱單元。優選地，在本發明的上述的電池熱管理系統中，低溫散熱單元包括電池冷卻蒸發器、空調電動壓縮機和第二泵；其中電池冷卻蒸發器、空調電動壓縮機和第二泵通過導管連接形成第二回路，導熱體、第一泵、低溫散熱單元中的電池冷卻蒸發器和常溫散熱單元通過導管連接形成第一回路；通過啟動空調電動壓縮機、第一泵和第二泵使得第一回路和第二回路通過電池冷卻蒸發器進行熱交換。優選地，在本發明的上述的電池熱管理系統中，常溫散熱單元包括鼓風機和電池散熱器，其中鼓風機在電池散熱器之上，導熱體、第一泵、低溫散熱單元和常溫散熱單元中的電池散熱器通過導管連接形成第一回路，啟動第一泵和鼓風機通過電池散熱器使得第一回路與環境空氣進行熱交換。優選地，在本發明的上述的電池熱管理系統中，T1彡35T2彡30°C。本發明提供另一種電池熱管理系統，包括電池；第一泵；用于對電池進行散熱的低溫散熱單元和常溫散熱單元；用于對電池進行加熱的加熱單元，其中電池模塊，包括電池和與電池表面配合的導熱體；第一泵；用于對電池進行散熱的低溫散熱單元和常溫散熱單元；用于對電池進行加熱的加熱單元，其中的導熱體、第一泵、加熱單元、低溫散熱單元和常溫散熱單元通過導管連接形成第四回路；溫度檢測單元，用于檢測并發送電池溫度Tb和環境溫度TE;控制單元，耦合到溫度檢測單元、低溫散熱單元、常溫散熱單元、加熱單元和第一泵，所述控制單元被配置為接收Tb和Te ；比較Tb和第一預定值T1，第三預定值T3 ；如果 Tb彡T3，啟動加熱單元和第一泵；如果Tb彡T1,比較Te和第二預定值T2 ；如果Te彡T2，啟動低溫散熱單元和第一泵；如果Te < T2，啟動常溫散熱單元和第一泵。
優選地，在本發明的上述的電池熱管理系統中，如果Tb < T1時，關閉低溫散熱單元或常溫散熱單元。優選地，在本發明的上述的電池熱管理系統中，如果Tb > T3，關閉加熱單元。優選地，在本發明的上述的電池熱管理系統中，T3 ^ -10°C。優選地，在本發明的上述的電池熱管理系統中，低溫散熱單元包括電池冷卻蒸發器、空調電動壓縮機和第二泵；其中電池冷卻蒸發器、空調電動壓縮機和第二泵通過導管連接形成第二回路，導熱體、第一泵、加熱單元、低溫散熱單元中的電池冷卻蒸發器和常溫散熱單元通過導管連接形成第四回路，通過啟動空調電動壓縮機、第一泵和第二泵使第四回路和第二回路通過電池冷卻蒸發器進行熱交換。優選地，在本發明的上述的電池熱管理系統中，常溫散熱單元包括鼓風機和電池散熱器，其中鼓風機在電池散熱器之上，導熱體、第一泵、加熱單元、低溫散熱單元和常溫散熱單元中的電池散熱器通過導管連接形成第四回路，啟動第一泵和鼓風機通過電池散熱器使第四回路與環境空氣進行熱交換優選地，在本發明的上述的電池熱管理系統中，加熱單元包括電池加熱器、發動機和第三泵，電池加熱器、發動機和第三泵通過導管連接形成第三回路，導熱體、第一泵、加熱單元中的電池加熱器、低溫散熱單元和常溫散熱單元通過導管形成第四回路，啟動發動機、 第一泵和第三泵使得第三回路和第四回路通過電池加熱器進行熱交換。本發明提供電池熱管理方法，包括檢測電池溫度Tb和環境溫度Te ；當Tb >第一預定值T1并且Te >第二預定值T2時，開始對電池進行低溫散熱；當Tb > T1并且Te < T2時， 開始對電池進行常溫散熱；當Tb < T1時，停止散熱。本發明提供另一種電池熱管理方法，包括檢測電池溫度Tb和環境溫度TE;當 Tb <第三預定值T3時，開始對電池進行加熱；當Tb >第一預定值T1并且Te >第二預定值 T2時，開始對電池進行低溫散熱；當Tb ^ T1并且Te < T2時，開始對電池進行常溫散熱；當 Tb < T1時，停止散熱；當Tb > T3時，停止加熱。本發明的技術效果之一在于，根據不同的環境溫度和電池溫度，選擇合適的熱管理方式，即保證電池適當的工作溫度，又保證系統節能效果。
本發明的實施例通過舉例的方式而不是通過限制的方式被示出，在附圖的圖中圖1為根據本發明的第一實施例的方框圖；圖2為根據本發明的第二實施例的方框圖；圖3為低溫散熱單元的示意性結構圖4為常溫散熱單元的示意性結構圖；圖5為加熱單元的示意性結構圖。
具體實施方式
。通過參考附圖會最佳地理解本發明的實施例和它們的優點。相同的標號被用于各個附圖的相同和對應的部分。圖1為根據本發明的第一實施例的方框圖。如圖所示，電池熱管理系統包括電池模塊1、低溫散熱單元2、常溫散熱單元3、溫度檢測單元4、控制器5以及泵6。電池模塊1 包括電池和與電池表面配合的導熱體(未示出)，其中與電池表面配合包括但不限于與電池表面接觸。低溫散熱單元2、常溫散熱單元3用于對電池模塊1中的電池進行散熱。溫度檢測單元4用于檢測電池溫度Tb和環境溫度Te并將電池溫度Tb和環境溫度Te發送到控制器5，其中該環境溫度Te例如為當時的外界大氣環境溫度。低溫散熱單元2、常溫散熱單元3、電池模塊1以及泵6通過導管連接形成第一回路。該第一回路優選為在其中流動電池冷卻水的回路。該電池冷卻水可以為但不限于為無水冷卻液或水與乙二醇的混合液，其中該無水冷卻液為汽車冷卻通用的無水冷卻液。控制器5與低溫散熱單元2、常溫散熱單元3、溫度檢測單元4和泵6耦合，用于接收溫度檢測單元4所發送的電池溫度Tb和環境溫度Te并且根據預定條件控制低溫散熱單元2和常溫散熱單元3使其僅有一個保持工作。圖2為根據本發明的第二實施例的方框圖。與圖1所示的第一實施例的熱管理系統相比，其區別在于，根據本發明的第二實施例的熱管理系統還包括加熱單元7，用于在環境溫度過低時，對電池進行加熱。其中加熱單元7、低溫散熱單元2、常溫散熱單元3、電池模塊1以及泵6通過導管連接形成第四回路。該第四回路優選為在其中流動電池冷卻水的回路。該電池冷卻水可以為但不限于為無水冷卻液或水與乙二醇的混合液，其中該無水冷卻液為汽車冷卻通用的無水冷卻液。控制器5與加熱單元7、低溫散熱單元2、常溫散熱單元3、溫度檢測單元4和泵6 耦合，用于接收溫度檢測單元4所發送的電池溫度Tb和環境溫度Te根據預定條件控制加熱單元7、低溫散熱單元2和常溫散熱單元3使其僅有一個保持工作。圖3為低溫散熱單元2的示意性結構圖。如圖所示，低溫散熱單元2包括電池冷卻蒸發器21、空調電動壓縮機22和泵23。電池冷卻蒸發器21、空調電動壓縮機22和泵23 通過導管連接形成第二回路，該第二回路優選為在其中流動空調制冷劑的回路。圖4為常溫散熱單元3的示意性結構圖。如圖所示，常溫散熱單元3包括鼓風機 31和電池散熱器32，其中鼓風機31在電池散熱器32之上。圖5為加熱單元7的示意性結構圖。如圖所示，加熱單元7包括電池加熱器71、發動機72和泵73。電池加熱器71、發動機72和泵73通過導管連接形成第三回路，該第三回路優選為在其中流動發動機加熱水的回路。下面將結合圖1、圖3和圖4詳細描述第一實施例的具體結構和工作流程。低溫散熱單元2中的電池冷卻器21、常溫散熱單元3中的電池散熱器32、電池模塊1中的導熱體以及水泵6通過導管連接形成第一回路。電池冷卻蒸發器21、空調電動壓縮機22和泵23通過導管連接形成第二回路。
溫度檢測單元4檢測電池溫度Tb和環境溫度Te并將該其發送到控制器5，當控制器5收到TB、TE之后，比較Tb和第一預定值T1、比較Te和第二預定值T2。其中，例如T1S 35°C， T2 彡 30°C。如果Tb彡T1并且Te彡T2,則表示環境溫度較高且電池溫度較高，控制器5發送啟動信號給低溫散熱單元2中的空調電動壓縮機22和泵23，以及第一回路中的泵6。此時空調電動壓縮機22。泵23開始工作，致使低溫的流動的液體在第二回路中，同時泵6開始工作，致使液體在第一回路流動。第一回路和第二回路通過電池冷卻蒸發器21進行液液熱量交換。由于第二回路采用空調電動壓縮機，其可以實現快速制冷，從而達到在外界溫度較高的時候實現快速對電池降溫的目的，冷卻能力強。如果Tb彡T1并且Te < T2，則表示環境溫度較低但電池溫度較高，控制器5發送啟動信號給常溫散熱單元3中的鼓風機31和第一回路中的泵23。通過鼓風機31對電池散熱器32進行降溫，使得第一回路和環境空氣通過電池散熱器32進行熱交換，從而達到利用溫度較低的環境空氣來冷卻電池的目的，能耗較低。當Tb < T1,控制器5發送關閉信號給正在工作的器件使其停止工作。下面將結合圖2至圖5詳細描述第二實施例的具體結構和工作流程。加熱單元7中的電池加熱器71、低溫散熱單元2中的電池冷卻器21、常溫散熱單元3中的電池散熱器32、電池模塊1中的導熱體以及水泵6形成第四回路。電池冷卻蒸發器21、空調電動壓縮機22和泵23通過導管連接形成第二回路。電池加熱器71、發動機72 和泵73通過導管連接形成第三回路。溫度檢測單元4檢測電池溫度Tb和環境溫度Te并將該其發送到控制器5，當控制器5收到TB、Te之后，比較Tb和第一預定值T1與第三預定值T3、比較Te和第二預定值Τ2。 其中，例如 T1 彡 35°C、T2 彡 30°C、T3 彡-IO0C0如果Tb ^ T3,則表示電池溫度過低，需要加熱電池，控制器5發送啟動信號給加熱單元7的發動機72和泵73、第四回路的泵6。此時發動機72和泵73開始工作，致使溫度較高的液體在第三回路中流動，同時泵6開始工作，致使液體在第四回路中流動。第三回路和第四回路通過電池加熱器71進行液液熱量交換，從而實現對電池加熱的目的。當Tb > T3,控制器5發送關閉信號給發動機72、泵73、泵6使其停止工作。如果Tb彡T1并且Te彡T2，則表示環境溫度較高且電池溫度較高，控制器5發送啟動信號給低溫散熱單元2中的空調電動壓縮機22和泵23，以及第四回路中的泵6。此時空調電動壓縮機22、泵23開始工作，致使低溫的液體在第二回路中流動，同時泵6開始工作， 致使液體在第四回路中流動。第四回路和第二回路通過電池冷卻蒸發器21進行液液熱量交換。由于第二回路采用空調電動壓縮機，其可以實現快速制冷，從而達到在外界溫度較高的時候實現快速對電池降溫的目的，冷卻能力強。如果Tb彡T1并且Te < T2,則表示環境溫度較低但電池溫度較高，控制器5發送啟動信號給常溫散熱單元3中的鼓風機31和第四回路中的泵23。通過鼓風機31對電池散熱器32進行降溫，使得第四回路和環境空氣通過電池散熱器32進行熱交換，從而達到利用溫度較低的環境空氣來冷卻電池的目的，能耗較低。當Tb < T1,控制器5發送關閉信號給正在工作的器件使其停止工作。鑒于這些教導，熟悉本領域的技術人員將容易想到本發明的其它實施例、組合和修改。因此，當結合上述說明和附圖進行閱讀時，本發明僅僅由權利要求限定。
權利要求
1.電池熱管理系統，其特征在于，包括電池模塊，包括電池和與電池表面配合的導熱體；第一泵；用于對電池進行散熱的低溫散熱單元和常溫散熱單元，其中導熱體、第一泵、低溫散熱單元和常溫散熱單元通過導管連接形成第一回路；溫度檢測單元，用于檢測并發送電池溫度Tb和環境溫度Te ；控制單元，耦合到溫度檢測單元、低溫散熱單元、常溫散熱單元和第一泵，所述控制單元被配置為接收Tb和Te ；比較Tb和第一預定值T1;比較Te和第二預定值T2;如果Tb彡T1并且Te彡T2,啟動低溫散熱單元和第一泵； 如果Tb彡T1并且Te < T2時，啟動常溫散熱單元和第一泵。
2.如權利要求1所述的電池熱管理系統，其特征在于，如果Tb< T1時，關閉低溫散熱單元或常溫散熱單元。
3.如權利要求1或2所述的電池熱管理系統，其特征在于，低溫散熱單元包括電池冷卻蒸發器、空調電動壓縮機和第二泵；其中電池冷卻蒸發器、空調電動壓縮機和第二泵通過導管連接形成第二回路，導熱體、 第一泵、低溫散熱單元中的電池冷卻蒸發器和常溫散熱單元通過導管連接形成第一回路； 通過啟動空調電動壓縮機、第一泵和第二泵使得第一回路和第二回路通過電池冷卻蒸發器進行熱交換。
4.如權利要求1或2所述的電池熱管理系統，其特征在于，常溫散熱單元包括鼓風機和電池散熱器，其中鼓風機在電池散熱器之上，導熱體、第一泵、低溫散熱單元和常溫散熱單元中的電池散熱器通過導管連接形成第一回路，啟動第一泵和鼓風機通過電池散熱器使得第一回路與環境空氣進行熱交換。
5.如權利要求1或2所述的電池熱管理系統，其特征在于，T1^ 35°C。
6.如權利要求1或2所述的電池熱管理系統，其特征在于，T2^ 30°C。
7.電池熱管理系統，其特征在于，包括電池模塊，包括電池和與電池表面配合的導熱體； 第一泵；用于對電池進行散熱的低溫散熱單元和常溫散熱單元；用于對電池進行加熱的加熱單元，其中的導熱體、第一泵、加熱單元、低溫散熱單元和常溫散熱單元通過導管連接形成第四回路；溫度檢測單元，用于檢測并發送電池溫度Tb和環境溫度Te ；控制單元，耦合到溫度檢測單元、低溫散熱單元、常溫散熱單元、加熱單元和第一泵，所述控制單元被配置為 接收Tb和Te ；比較Tb和第一預定值T1，第三預定值T3 ； 如果Tb ^ T3，啟動加熱單元和第一泵；如果Tb彡T1,比較Te和第二預定值T2 ； 如果Te彡T2,啟動低溫散熱單元和第一泵； 如果Te < T2，啟動常溫散熱單元和第一泵。
8.如權利要求7所述的電池熱管理系統，其特征在于，如果Tb< T1時，關閉低溫散熱單元或常溫散熱單元。
9.如權利要求7所述的電池熱管理系統，其特征在于，如果Tb> T3，關閉加熱單元。
10.如權利要求7至9中之一所述的電池熱管理系統，其特征在于，T3^ -10°C。
11.如權利要求7所述的電池熱管理系統，其特征在于，低溫散熱單元包括電池冷卻蒸發器、空調電動壓縮機和第二泵；其中電池冷卻蒸發器、空調電動壓縮機和第二泵通過導管連接形成第二回路，導熱體、 第一泵、加熱單元、低溫散熱單元中的電池冷卻蒸發器和常溫散熱單元通過導管形成第四回路，通過啟動空調電動壓縮機、第一泵和第二泵使得第四回路和第二回路通過電池冷卻蒸發器進行熱交換。
12.如權利要求7所述的電池熱管理系統，其特征在于，常溫散熱單元包括鼓風機和電池散熱器，其中鼓風機在電池散熱器之上，導熱體、第一泵、加熱單元、低溫散熱單元和常溫散熱單元中的電池散熱器通過導管連接形成第四回路，啟動第一泵和鼓風機通過電池散熱器使得第四回路與環境空氣進行熱交換。
13.如權利要求7所述的電池熱管理系統，其特征在于，加熱單元包括電池加熱器、發動機和第三泵，電池加熱器、發動機和第三泵通過導管連接形成第三回路，導熱體、第一泵、加熱單元中的電池加熱器、低溫散熱單元和常溫散熱單元通過導管連接形成第四回路，啟動發動機、 第一泵和第三泵使得第三回路和第四回路通過電池加熱器進行熱交換。
14.電池熱管理方法，其特征在于，包括 檢測電池溫度Tb和環境溫度Te ；當Tb彡第一預定值T1并且Te彡第二預定值T2時，開始對電池進行低溫散熱； 當Tb彡T1并且Te < T2時，開始對電池進行常溫散熱； 當KT1時，停止散熱。
15.電池熱管理方法，其特征在于，包括 檢測電池溫度Tb和環境溫度Te ；當Tb <第三預定值T3時，開始對電池進行加熱；當Tb彡第一預定值T1并且Te彡第二預定值T2時，開始對電池進行低溫散熱； 當Tb彡T1并且Te < T2時，開始對電池進行常溫散熱； 當KT1時，停止散熱； 當Tb > T3時，停止加熱。
全文摘要
本發明提供電池熱管理系統及其方法。該系統包括電池模塊，包括電池和導熱體；第一泵；用于對電池進行散熱的低溫散熱單元和常溫散熱單元，其中導熱體、第一泵、低溫散熱單元和常溫散熱單元通過導管連接形成第一回路；溫度檢測單元，用于檢測并發送電池溫度TB和環境溫度TE；控制單元，耦合到溫度檢測單元、低溫散熱單元和常溫散熱單元，所述控制單元被配置為接收TB和TE；比較TB和第一預定值T1；比較TE和第二預定值T2；如果TB≥T1并且TE≥T2，啟動低溫散熱單元和第一泵；如果TB≥T1并且TE＜T2時，啟動常溫散熱單元和第一泵。
文檔編號H01M10/50GK102340044SQ20101023239
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月21日 優先權日2010年7月21日
發明者潘樂燕, 王天英, 趙鵬程 申請人:上海汽車集團股份有限公司