一种顶置式电池热管理机组的制作方法

本实用新型涉及电池热管理技术领域，特别涉及一种顶置式电池热管理机组。

背景技术：

大量实验证明，锂电池的工作温度范围应控制在25℃到40℃，工作温度过高、过低，或者电池组内温度均匀，都会对锂电池的供电能力有较大影响。

电池温度过高：锂电池工作温度过高，对充放电容量、电池寿命等的影响较大，可能导致安全隐患。电芯在环境温度23℃条件下剩余容量衰减值80％需要6230天，但在环境温度55℃下仅需270天；同样的电芯剩余容量为90％时，25℃下输出容量为300kwh，35℃下输出容量仅为160kwh。

电池温度过低：锂电池温度过低会使电池容量降低，降低电池寿命。温度低于0度时，充电会引发内部析锂刺穿电池内部隔膜，引起电池内部短路。

电池单体温度不一致：单体电池温度不一致产生的热量累积会造成各处温度不均匀，影响一致性、降低充放电循环效率，甚至导致单体热失控。

因此，需提供一种顶置式电池热管理机组，对电池的温度进行调节，减少电池组的温度差异，以使电池工作温度维持在合适的范围内，保证电池性能、可靠性以及安全性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种顶置式电池热管理机组，对电池的温度进行调节，减少电池组的温度差异，以使电池工作温度维持在合适的范围内，保证电池性能、可靠性以及安全性。

为实现上述实用新型的目的，本实用新型采用的技术方案实现如下：一种顶置式电池热管理机组，包括设置于汽车内的电池组以及设置于汽车顶部的电池热管理机组，所述电池组和电池热管理机组通过管道连接；所述电池热管理机组包括基座以及连接于所述基座上的盖体；所述基座上左右设有电气腔和冷凝腔，所述基座沿其长度方向设有位于所述电气腔和冷凝腔上下两侧的第一腔体和第二腔体；

所述冷凝腔内设有冷凝器，所述冷凝器包括冷凝器芯体以及多个设置于所述冷凝器芯体上的冷凝风机；

所述电气腔内设有压缩机、换热器、膨胀阀、电气盒以及主控制器，所述主控制器与电气盒、压缩机、多个冷凝风机连接；所述压缩机与电气盒电连接；

所述压缩机、冷凝器、膨胀阀和换热器通过管道依次循环连接，形成第一媒体回路；

还包括设置于汽车内的电加热器和水泵，所述水泵和所述电加热器与主控制器电连接；所述换热器、电池组、电加热器和水泵通过管道依次循环连接，形成第二媒体回路；

所述第一媒体回路和第二媒体回路通过换热器进行热交换。

优选地，所述主控制器和所述换热器分别设置于所述电气腔的右下角和右上角位置；所述电气盒位于所述电气腔靠近所述第二腔体的一侧，所述压缩机设置于所述电气腔靠近所述第一腔体的一侧。

优选地，所述电气盒的低压电源输入侧设有第一低压滤波器，所述第一低压滤波器位于所述电气盒远离所述主控制器的一侧且与所述主控制器连接；所述压缩机的输入侧设有第二低压滤波器和高压滤波器，所述第二低压滤波器位于所述压缩机左侧且与所述主控制器连接；所述高压滤波器位于所述电气盒内且与所述主控制器和压缩机连接。

优选地，所述电气盒的高压输入侧设有高压预充电路，所述高压预充电路包括高压电源、保险管、主接触器、预充接触器、预充电阻和预充电容；所述压缩机的两端分别与所述高压电源的正极和负极连接；所述压缩机的正极端与所述高压电源的正极之间串联主接触器；所述主接触器和所述高压电源的额正极之间串联一个保险管；所述预充电容并联于所述压缩机的两端；所述预充接触器和所述预充电阻串联后并联在所述主接触器的两端。

优选地，所述冷凝器和膨胀阀之间依次设有干燥瓶，所述干燥瓶设置于所述第二腔体内且与所述冷凝器位于同一侧；所述干燥瓶的两端通过管道分别与冷凝器和膨胀阀连接；在连接所述干燥瓶与所述膨胀阀的管道上设有压力传感器，所述压力传感器设置于所述第二腔体内且与所述主控制器连接。

优选地，在连接所述水泵与换热器的管道上设有进水温度传感器，所述进水温度传感器设置于所述电气腔内且与所述主控制器连接。

优选地，在连接所述电池组与换热器的管道上设有出水温度传感器，所述出水温度传感器设置于所述电气腔内且与所述主控制器连接。

优选地，所述第二腔体内对应所述电气盒的位置设有膨胀水箱，所述膨胀水箱通过管道穿过所述电气腔与所述水泵连接，所述膨胀水箱与所述主控制器电连接；所述盖体对应所述膨胀水箱的位置设有小盖；所述小盖可相对所述盖体上下分翻合。

优选地，在连接所述膨胀阀与换热器的管道上设有防冻结传感器，所述防冻结传感器与所述主控制器连接；所述压缩机与冷凝器连接的高压管道上安装有排气保护开关，所述排气保护开关与所述主控制器连接。

优选地，所述冷凝腔为一上下贯穿且开口水平朝外的槽体，所述冷凝器芯体设置于所述冷凝腔内；在所述冷凝器芯体的上方设置有矩形状的罩体，所述罩体的上端面设有多个与所述冷凝风机一一对应的安装孔，所述安装孔包括第一安装孔和第二安装孔，每个所述安装孔均对应安装一冷凝风机；所述盖体对应所述冷凝器的一侧设有多个进风孔，多个所述进风孔与所述冷凝腔连通。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型取得的有益效果为：

1.本实用新型的顶置式电池热管理机组为独立一体式机组，结构紧凑高效，专用于电池组的热量管理；不占用车辆其他部件的安装空间，产品外形轮廓为圆弧设计，风格与整车外形保持一致。

2.电池热管理机组内安装有多种传感器，能根据进出水温度传感器检测换热媒体的温度来自动控制电池组的温度；电池热管理系统能根据进出水温度传感器、压力传感器、水位传感器检测的温度、压力、水位来自动对电池组进行冷却和加热，使得电池热管理系统的稳定、可靠工作。

2.本实用新型的顶置式电池热管理机组低压电源输入侧安装有第一低压滤波器，压缩机输入侧安装有第二低压滤波器和高压滤波器，通过过滤电源输入对电池热管理机组的干扰以及电池热管理机组对电源的干扰，有效提高现有顶置式电池热管理机组的emc性能。

3.本实用新型的顶置式电池热管理机组高压输入侧安装有高压预充电路，高压电源经过预充电阻和电容组成的预充电路到达压缩机，能有效降低高压电源的电压跃变，降低压缩机的起动电流，保护压缩机，以及压缩机起动对高压电源输入侧的冲击。

4.本实用新型的顶置式电池热管理机组压缩机高压管路侧安装有排气保护开关，当压缩机排气温度过高时，压力保护开关动作，产生一个排气温度过高报警信号，主控制器收到该报警信号后停止压缩机工作，达到保护压缩机和冷凝器作用。

5.本实用新型的顶置式电池热管理机组为智能控制，优点在于压缩机速度与功率根据电池组的温度需求自动调节，减少压缩机高功率、高转速工作时间，整机节能、降噪、延长部件工作寿命。

6.本实用新型的顶置式电池热管理机组为智能控制，冷凝风机速度与功率根据电池热管理机组的压力需求自动调节，减少风机高功率、高转速工作时间，整机节能、降噪、延长部件工作寿命。

附图说明

图1是本实用新型的电池热管理机组在车辆上的安装示意图；

图2是本实用新型的电池热管理机组的整体结构图；

图3是本实用新型的基座的整体结构图；

图4是本实用新型的基座的斜视图；

图5是本实用新型的罩体的结构示意图；

图6是本实用新型的原理结构图；

图7是本实用新型的预充电路的电路图。

附图中的标记所对应的技术特征为：1-电池热管理机组，100-基座，11-电气腔，1101-主控制器，1102-压缩机，1103-膨胀阀，1104-电气盒，1105-第一低压滤波器，1106-第二低压滤波器，1107-高压滤波器，1108-换热器，1109-排气保护开关，1110-进水温度传感器，1111-出水温度传感器，1112-防冻结传感器，12-冷凝腔，1201-冷凝器，12011-冷凝器芯体，12012-冷凝风机，1202-罩体，12021-第一安装孔，12022-第二安装孔，13-第一腔体，14-第二腔体，1401-干燥瓶，1402-膨胀水箱，1403-压力传感器，200-盖体，21-小盖，22-进风孔，车辆-300。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

如图1和图2所示，一种顶置式电池热管理机组，包括设置于汽车内的电池组以及设置于汽车顶部的电池热管理机组，所述电池组和电池热管理机组通过管道连接；所述电池热管理机组包括基座100以及连接于所述基座上的盖体200；所述基座100上左右设有电气腔11和冷凝腔12，所述基座100沿其长度方向设有位于所述电气腔11和冷凝腔12上下两侧的第一腔体13和第二腔体14；

如图3和图4所示，所述冷凝腔12为一上下贯穿且开口水平朝外的槽体，所述冷凝腔12内设有冷凝器1201，所述冷凝器1201包括冷凝器芯体12011以及多个设置于所述冷凝器芯体12011上的冷凝风机12012；所述冷凝器芯体12011设置于所述冷凝腔12内；所述冷凝腔12提供了一个安装的空间，便于设置冷凝器1201。

如图3和图5所示，在所述冷凝器芯体12011的上方设置有矩形状的罩1202体，所述罩体1202的上端面设有多个与所述冷凝风机12012一一对应的安装孔，所述安装孔包括第一安装孔12021和第二安装孔12022，每个所述安装孔均对应安装一冷凝风机12012；所述盖体200对应所述冷凝器1201的一侧设有多个进风孔22，多个所述进风孔22与所述冷凝腔12连通。所述进风孔22、冷凝腔12和安装孔形成空气循环通道，当冷凝风机1202工作时，冷凝腔内部形成负压，空气通过进风孔22进入冷凝腔12，然后经过冷凝器芯体1201，与冷凝器芯体1201内部的制冷剂进行热交换，并通过冷凝风机1202和安装孔向外排出，从而对冷凝芯体体1201内部的制冷剂进行降温。

如图4所述电气腔11内设有压缩机1102、换热器1108、膨胀阀1103、电气盒1104以及主控制器1101，所述主控制器1101与电气盒1104、压缩机1102、多个冷凝风机连接；所述电池热管理机组通过主控制器与车辆通过can网络进行通讯传输信息。

所述压缩机1102、冷凝器1201、膨胀阀1103和换热器1108通过管道依次循环连接，形成第一媒体回路；所述换热器1108在第一媒体回路中充当制冷媒体。

如图6所示，还包括设置于汽车内的电加热器和水泵，所述水泵和电加热器与所述主控制器1101电连接；所述换热器1108、电池组、电加热器和水泵通过管道依次循环连接，形成第二媒体回路；所述换热器1108在第二媒体回路中充当换热媒体。

所述第一媒体回路和第二媒体回路通过换热器1108进行热交换，对电池组的温度进行调节。

如图3所示，所述主控制器1101和所述换热器1108分别设置于所述电气腔11的右下角和右上角位置；所述电气盒1104位于所述电气腔11靠近所述第二腔体14的一侧，所述压缩机1102设置于所述电气腔11靠近所述第一腔体13的一侧。

如图3和图4所示，所述电气盒1104的低压电源输入侧设有第一低压滤波器1105，所述第一低压滤波器1105位于所述电气盒1104远离所述主控制器1101的一侧且与所述主控制器1101连接；所述压缩机1102的输入侧设有第二低压滤波器1106和高压滤波器1107，所述第二低压滤波器1106位于所述压缩机1102左侧且与所述主控制器1101连接；所述高压滤波器1107位于所述电气盒1104内且与所述主控制器1101和压缩机1102连接。通过过滤电源输入对电池热管理机组的干扰以及电池热管理机组对电源的干扰，有效提高现有顶置式电池热管理机组的emc(电磁兼容)性能。

如图6和图7所示，所述电气盒1104的高压输入侧设有高压预充电路，所述高压预充电路包括高压电源、保险管、主接触器、预充接触器、预充电阻和预充电容；所述压缩机的两端分别与所述高压电源的正极和负极连接；所述压缩机的正极端与所述高压电源的正极之间串联主接触器；所述主接触器和所述高压电源的额正极之间串联一个保险管；所述预充电容并联于所述压缩机的两端；所述预充接触器和所述预充电阻串联后并联在所述主接触器的两端。高压电源经过预充电阻和电容组成的预充电路到达压缩机1102，能有效降低高压电源的电压跃变，降低压缩机的起动电流，保护压缩机，以及压缩机1102起动对高压电源输入侧的冲击。

如图3所示，所述冷凝器1201和膨胀阀1103之间依次设有干燥瓶1401，所述干燥瓶1401设置于所述第二腔体14内且与所述冷凝器1201位于同一侧；所述干燥瓶1401的两端通过管道分别与冷凝器1201和膨胀阀1103连接；制冷剂通过冷凝器1201冷却降温后，并通过管道输送到干燥瓶1401进行干燥，然后通过管道输送到所述膨胀阀1103；

如图3所示，在连接所述干燥瓶1401与所述膨胀阀1103的管道上设有压力传感器1403，所述压力传感器1403设置于所述第二腔体14内且与所述主控制器1101连接。通过设置所述压力传感器，将检测到的干燥后的制冷剂通过时的管道压力值转化为电信号传输到所述主控制器1101。所述主控制器1101根据所述压力传感器1403的压力信号控制冷凝风机的转速，当压力值高于设定的阈值时，冷凝风机速度相应提高，增加散热效果；当压力值低于设定的阈值时，冷凝风机速度相应减小，在保证散热效果的同时减小各冷凝风机功耗。由于各冷凝风机的适时调速，在电池组温度需求较小时，整个机组消耗的功率小，同时，电池组的温度波动小，对于电池组的温度稳定性控制更好。冷凝风机速度与功率根据电池热管理机组的压力需求自动调节，减少冷凝风机高功率、高转速工作时间，整个机组节能、降噪；延长冷凝风机的工作寿命。

如图3所示，在连接所述水泵300与换热器1108的管道上设有进水温度传感器1110，所述进水温度传感器1110设置于所述电气腔11内且与所述主控制器1101连接。通过设置进水温度传感器1110，将检测到的水泵从电池组内抽取到电池热管理机组内的高温冷却液的温度值转化为电信号并传输到主控制器1101进行处理。所述主控器1101根据进水温度传感器1110传输过来的温度值与设定温度的差值确定电池组的温度需求，从而控制压缩机1102的速度和功率，当这个差值较大时，所述主控制器1101控制压缩机1102以高速工作，大功率制冷，通过第一媒体回路第二媒体回路对电池组快速降温；当这个差值较小时，压缩机1102逐步减速工作，制冷功率逐步减小，通过第一媒体回路第二媒体回路对电池组慢速降温，直至温度差为零时停止工作。由于压缩机1102的变频调速，在温度需求较小时，制冷功率小，温度波动小，对于电池组的温度稳定性控制更好。

在连接所述电池组与换热器1108的管道上设有出水温度传感器1111，所述出水温度传感器1111设置于所述电气腔11内且与所述主控制器1101连接。通过设置出水温度传感器1111，将检测到的进行热交换后的冷却液的温度值转化电信号并传输到主控制器1101进行处理。

如图3和图4所示，所述第二腔体14内对应所述电气盒1104的位置设有膨胀水箱1402，所述膨胀水箱1402通过管道穿过所述电气腔11与所述水泵连接，所述膨胀水箱1402与所述主控制器1101电连接；所述盖体200对应所述膨胀水箱1402的位置设有小盖21；所述小盖21可相对所述盖体200上下分翻合。当水泵内的冷却液不足时，通过膨胀水箱1402向水泵内注入足量的冷却液；另外，当膨胀水箱1402的冷却液不足时，翻开小盖21，可往膨胀水箱1402内添加冷却液。

如图3所示，在连接所述膨胀阀1103与换热器1108的管道上设有防冻结传感器1112，所述防冻结传感器1112与所述主控制器1101连接。通过设置防冻结传感器1112，对膨胀后的制冷剂流过的管道的温度值进行检测，并传输到所述主控制器1101，所述主控制器1101根据该温度值控制冷凝风机的转速，对流经换热器1108的制冷剂的温度进行控制，防止换热器1108冻结。

如图3所示，在连接所述压缩机1102与冷凝器1201的高压管道上安装有排气保护开关1109，所述排气保护开关1109与所述主控制器1101连接。具体地，当压缩机1102排气温度过高时，所述排气保护开关1109动作，产生一个排气温度过高报警信号，所述主控制器1101收到该报警信号后停止压缩机1102工作，达到保护压缩机1102和冷凝器1201的作用。

所述汽车上设有plc控制器(附图中未有画出)，所述plc控制器与所述主控制器信号连接；电池组上设有温度传感器(附图中未有画出)，所述温度传感器与所述plc控制器连接；所述plc控制器根据温度传感器传输的温度值向电池热管理机组发送相应的温度指令和工作模式指令；所述电池热管理机组收到车辆发过来的温度指令与工作模式指令确定本机工作状态，分为待机、制冷、制热和自循环等工作模式。当收到待机模式指令时，电池热管理机组高压电源经过预充电路完成预充，低压控制电源进入预备工作状态。当收到制冷模式指令时，电池热管理机组根据设定的温度自动控制各部件的工作状态，实现温度自动调节。当收到制热指令时，所述主控制器控制第一媒体回路不运行，并控制水泵和电加热器工作，所述电加热器对水泵从电池组内抽取的低温冷却液进行加热，然后通过管道流回电池组内，对电池组进行升温，并在第二媒体回路内循环；当收到自循环模式指令时，电池热管理机组通过主控制器开启水泵，并控制电加热器不工作，冷却液在第二媒体回路内循环，实现电池组在无换热情况下的温度均衡功能。

下面详细描述本实用新型的工作原理：

当电池组的温度过高时，在所述主控制器1101的控制下，制冷剂由压缩机1102压缩成高温高压的过热蒸汽，经管道进入冷凝器1201，通过各冷凝风机12012进行强制冷却，冷凝成高压中温液体后进入干燥瓶1401进行干燥，干燥后流入膨胀阀1103，经膨胀阀1103膨胀降压后形成低温低压的液态并通过管道流入换热器1108；所述水泵通过管道将电池组内的高温冷却液吸入到换热器1108内与低温低压的制冷剂进行热交换，高温冷却液通过热交换后变成低温冷却液，并通过管道流回电池组内，对电池组进行冷却降温；低温低压的制冷剂经过热交换后蒸发成低压蒸汽，然后通过管道被压缩机1102吸入，进行下一个循环。

当电池组的温度过低时，所述主控制器1101控制第一媒体回路不运行，并控制水泵和电加热器工作，所述电加热器对水泵从电池组内抽取的低温冷却液进行加热，然后通过管道流回电池组内，对电池组进行升温，并在第二媒体回路内循环，直到电池组的温度处于合适的范围内，所述电加热器停止工作。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准，根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属技术领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，保护范围并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对权利要求的一些修改和变更也应当落入本实用新型的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。