动力电池包冷却与加热系统及使用该系统的方法与流程

本发明涉及电动车电池包技术领域，尤其涉及一种动力电池包冷却与加热系统及使用该系统的方法。

背景技术：

电动汽车在不同环境启动和行驶过程中，由于环境温度和运行工况的变化，动力电池的温度调节需求也在改变。因此，必须随时调节对动力电池的冷却强度。强制式水冷系统的冷却强度，一般由动力电池的温度以及外界气温来决定。当使用条件变化时，如外界气温高，动力电池输出功率较大时，要求冷却强度要强，否则电池易于过热。当外界气温低，电动汽车刚启动时则需要对动力电池进行预热，不然在低温环境下动力电池的使用寿命和功率就会受到影响。因此，要保证动力电池在最佳的温度下工作，不应出现过热过冷现象，就必须能根据使用条件的变化自动调节强制式水冷系统的冷却强度。传统的冷却强度的调整方法有两种：一是改变流经散热器的空气流量和流速；二是改变冷却液的流量和循环路线。

动力电池冷却系统的核心是如何将电池整体维持在一个适当的温度范围内，并且保证在低温下的电动汽车启动后，冷却系统要求动力电池迅速升温，尽快达到正常的工作温度；于此同时也要防止动力电池过热。由于受现阶段冷却液物性的限制，在低温下，我们需要冷却液的比热容要小以迅速加热电池，而在电池温度过高时，则要求冷却液的比热容要大以吸收更多电池热量，两者之间存在一定的矛盾，传统动力电池冷却系统无法满足这一要求。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种动力电池包冷却与加热系统，以解决有效调节动力电池包的温度的技术问题。

本发明的第二目的是提供一种动力电池包冷却与加热系统的使用方法，以解决有效调节动力电池包的温度的技术问题。

本发明的动力电池包冷却与加热系统是这样实现的：

一种动力电池包冷却与加热系统，用于调节配置有动力电池包的车辆中的动力电池包的温度，包括：

散热器；

加热器；

蒸馏器；

第一冷却液存储器，所述第一冷却液存储器用于存储高浓度状态下的冷却液；

第二冷却液存储器，所述第二冷却液存储器用于存储低浓度状态下的冷却液；

液体泵；

第一三通阀、第二三通阀和第三三通阀；所述第一三通阀、第二三通阀和第三三通阀分别具有第一流通阀口、第二流通阀口和第三流通阀口；

第一冷却液流通单元，所述第一冷却液存储器中的高浓度状态下的冷却液经第一三通阀串行地流动通过加热器后由液体泵泵入动力电池包中，且动力电池包中的低浓度状态下的冷却液经第三三通阀串行地流动至第二三通阀后进入第二冷却液存储器中存储；

第二冷却液流通单元，泵入动力电池包中的高浓度状态下的冷却液依次经第三三通阀、第二三通阀和第一三通阀流入加热器加热，经加热器加热的高浓度状态下的冷却液经液体泵再次泵入动力电池包中；以及

第三冷却液流通单元，动力电池包中的高温的高浓度状态下的冷却液经第三三通阀流入散热器中冷却；

第四冷却液流通单元，第二冷却液存储器中的低浓度状态下的冷却液经蒸馏器的作用下产生的水蒸气和高浓度状态的冷却液，此时，经蒸馏器的作用下产生的高浓度状态下的冷却液流通进入第一冷却液存储中存储，而水蒸气与第三冷却液流通单元中经散热器冷却后的高浓度状态下的冷却液汇流形成新的低浓度状态下的冷却液再由液体泵泵入动力电池包中。

在本发明较佳的实施例中，所述动力电池包冷却与加热系统还包括在动力电池包与第三三通阀之间的通道中设有的第一温度传感器，以及在所述第一三通阀和液体泵之间的通道中设有的流量传感器。

在本发明较佳的实施例中，所述散热器还外接有一适于对散热器通入冷却水的补偿水桶。

在本发明较佳的实施例中，所述动力电池包冷却与加热系统还包括分别与散热器、加热器、蒸馏器、液体泵、第一三通阀、第二三通阀和第三三通阀电性连接的控制器。

在本发明较佳的实施例中，所述高浓度状态下的冷却液和低浓度状态下的冷却液均为水和防冻剂混合形成的混合物；其中

高浓度状态下的冷却液的浓度大于低浓度状态下的冷却液的浓度。

在本发明可选的实施例中，所述动力电池包冷却与加热系统还包括在所述散热器与蒸馏器交汇后流向液体泵的通道上设置浓度检测传感器，以及与该通道连通的补水单元；

所述补水单元包括补水箱体和设于所述补水箱体与在所述散热器与蒸馏器交汇后流向液体泵的通道之间的止回阀。

在本发明可选的实施例中，所述散热器还与一电动风扇相连，所述电动风扇与所述控制器电性连接；以及

在所述散热器与液体泵之间的通道中设有第二温度传感器。

本发明的动力电池包冷却与加热系统的使用方法是这样实现的：

一种动力电池包冷却与加热系统的使用方法，采用所述的动力电池包冷却与加热系统，包括：

当处于低温条件下的动力电池包需要快速加热时，依次启动第一冷却液流通单元和第二冷却液流通单元，使得高浓度状态下的冷却液进入动力电池包同时排出动力电池包中原有的浓度状态下的冷却液，再使得高浓度状态下的冷却液再第二冷却液流通单元的作用下实现持续加热后以实现对动力电池包的快速加热。

在本发明较佳的实施例中，当处于高温条件下的动力电池包需要快速冷却时，同时启动第三冷却液流通单元和第四冷却液流通单元，使得从动力电池包中流出的处于高温条件下的高浓度状态下的冷却液经散热器的作用冷却并同时经蒸馏器作用产生的水蒸气的稀释以形成冷却后的低浓度状态下的冷却液回流至动力电池包中以实现对动力电池包的快速冷却。

采用了上述技术方案，本发明具有一下的有益效果：本发明的动力电池包冷却与加热系统及使用该系统的方法，通过调节在动力电池包的加热和冷却过程中的冷却液的浓度来实现需要对动力电池包进行加热时对比热容较低浓度较高的冷却液进行加热来快速实现动力电池包的加热，而当需要对动力电池包进行高温状态的快速冷却时，调节冷却液的浓度，使用比热容较高的浓度较低的冷却液实现动力电池包的快速冷却，保证动力电池包的温度维持在一个适当的温度范围内。

进一步的，通过设有的蒸馏器可以实现冷却液的高浓度和低浓度的自我循环切换，即通过蒸馏器来实现同质量的冷冻剂与不同质量的水的混合来实现高浓度和低浓度的冷却液的切换调节，避免在本发明的动力电池包冷却与加热系统中使用两套不同浓度的冷却液。

附图说明

图1为本发明的动力电池包冷却与加热系统的第一冷却液流通单元的结构示意图；

图2为本发明的动力电池包冷却与加热系统的第二冷却液流通单元的结构示意图；

图3为本发明的动力电池包冷却与加热系统的第三冷却液流通单元和第四冷却液流通单元的结构示意图；

图4为本发明的动力电池包冷却与加热系统在另一可选实施方式下的第三冷却液流通单元和第四冷却液流通单元的结构示意图。

图中：散热器1、加热器8、蒸馏器3、液体泵9、第一冷却液存储器6、第二冷却液存储器4、第一三通阀7、第二三通阀5、第三三通阀2、第一温度传感器10、流量传感器11、补偿水桶12、动力电池包13、第二温度传感器16、电动风扇15、浓度检测传感器17、止回阀18、补水箱体20。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

请参阅图1和图2所示，本实施例提供了一种动力电池包13冷却与加热系统，用于调节配置有动力电池包13的车辆中的动力电池包13的温度，包括：散热器1、加热器8、蒸馏器3；液体泵9；第一冷却液存储器6、第二冷却液存储器4；第一三通阀7、第二三通阀5和第三三通阀2；第一冷却液流通单元、第二冷却液流通单元、第三冷却液流通单元和第四冷却液流通单元；其中第一冷却液存储器6用于存储高浓度状态下的冷却液，第二冷却液存储器4用于存储低浓度状态下的冷却液；第一三通阀7、第二三通阀5和第三三通阀2分别具有第一流通阀口、第二流通阀口和第三流通阀口。对于本实施例中的加热器8采用例如但不限于ptc加热器。

需要说明的是，本实施例的高浓度状态下的冷却液和低浓度状态下的冷却液均为水和防冻剂混合形成的混合物；其中高浓度状态下的冷却液的浓度大于低浓度状态下的冷却液的浓度。可选的，冷冻剂采用目前市面上使用较为广泛的醇类物质，醇类物质可以与水以任意比例互溶，其混合溶液的比热容会随含水量的变化而变化，水的质量分数越高，混合溶液的比热容越大。低浓度状态下的冷却液的比热容较高，使得低浓度状态下的冷却液可以对于高温状态下需要冷却的动力电池包13吸收更多电池热量来实现动力电池包13的快速降温；而高浓度状态下的冷却液的比热容较低，使得高浓度状态下的冷却液经加热器8可以快速加热对于低温状态下需要加热的动力电池包13实现快速预热。

第一冷却液流通单元具体为，请参阅图1所示，第一冷却液存储器6中的高浓度状态下的冷却液经第一三通阀7串行地流动通过加热器8后由液体泵9泵入动力电池包13中，且动力电池包13中的低浓度状态下的冷却液经第三三通阀2串行地流动至第二三通阀5后进入第二冷却液存储器4中存储；此处需要加以说明的是，对于第一冷却液流通单元中的第一冷却液在流通入加热器8的过程中，此时的加热器8是处于非工作状态下，因此，此时的加热器8对于流通该加热器8的高浓度状态下的冷却液是不存在加热效果的，此时的加热器8仅仅起到的是过流载体的作用，方便高浓度状态下的冷却液的流通。故此，此处的第一冷却液流通单元的作用在于将动力电池包13中原有的低浓度状态下的冷却液进行排放，替换以高浓度状态下的冷却液。

具体的，在第一冷却液流通单元中第一三通阀7分别与第一冷却液存储器6和加热器8之间的流通阀口打开；而第一三通阀7与第二三通阀5之间的流通阀口呈关闭状态。第二三通阀5与第二冷却液存储器4之间的流通阀口打开，第二三通阀5与第三三通阀2之间的流通阀口打开，而第二三通阀5与第一三通阀7之间的流通阀口则处于关闭状态。第三三通阀2与散热器1之间的流通阀口关闭，而第三三通阀2分别与动力电池包13和第二三通阀5之间的流通阀口呈打开状态。

第二冷却液流通单元具体为，请参阅图2所示，泵入动力电池包13中的高浓度状态下的冷却液依次经第三三通阀2、第二三通阀5和第一三通阀7流入加热器8加热，经加热器8加热的高浓度状态下的冷却液经液体泵9再次泵入动力电池包13中。第二冷却液流通单元具体的作用在于使得流通入动力电池包13中高浓度状态下的冷却液进行循环的加热，使得被加热后的高浓度状态下的冷却液在热传递作用下可以对动力电池包13起到快速预热的作用。

此处需要加以说明的是，第二冷却液流通单元中的第一三通阀7关闭与第一冷却液存储器6之间存在的流通阀口，同时开放第一三通阀7与第二三通阀5和液体泵9之间的流通阀口。第二三通阀5则是关闭与第二冷却液存储器4之间的流通阀口，同时开放与第一三通阀7和第三三通阀2之间的流通阀口。第三三通阀2则是关闭与散热器1之间的流通阀口，同时分别开放与动力电池包13和第二三通阀5之间的流通阀阀口。

第三冷却液流通单元具体为，请参阅图3所示，动力电池包13中的高温的高浓度状态下的冷却液经第三三通阀2流入散热器1中冷却，第三冷却液流通单元的作用主要在于对处于高温条件下的动力电池包13通过与冷却液之间的热传递作用实现动力电池包13的快速冷却降温。此处需要说明的是，此时的第三三通阀2关闭与第二三通阀5之间的流通阀口，同时开放与动力电池包13和散热器1之间的流通阀口，使得动力电池包13、散热器1和液体泵9之间形成一条冷却液的流通回路。此处需要说明的是，针对动力电池包13的冷却过程来说，冷却液在动力电池包13、散热器1和液体泵9之间形成的流通回路中的循环过程可能是一次，也可能是多次，通过第一温度传感器10实时采集在上述流通回路中流通的冷却液的温度，当上述流通回路中流通的冷却液温度达到预设温度时，即表示动力电池包13的温度调节到位。

第四冷却液流通单元具体为，第二冷却液存储器4中的低浓度状态下的冷却液经蒸馏器3的作用下产生的水蒸气和高浓度状态的冷却液，此时，经蒸馏器的作用下产生的高浓度状态下的冷却液流通进入第一冷却液存储器6中存储形成新的高浓度状态下的冷却液，而水蒸气与第三冷却液流通单元中经散热器1冷却后的高浓度状态下的冷却液汇流混合降低从动力电池包13中的高浓度状态下的冷却液的浓度来形成新的低浓度状态下的冷却液，此时的低浓度状态下的冷却液再由液体泵9泵入动力电池包13中。因此，此处是通过水蒸气与经散热器1冷却后的高浓度状态下的冷却液汇流混合以降低经散热器1冷却后的高浓度状态下的冷却液的浓度，形成了新的低浓度状态下的冷却液，所以对于本实施例中的蒸馏器3所起的作用主要在于调节冷却液中的同一质量的冷冻剂与不同质量的水进行混合来调节混合后的冷却液的浓度分别形成高浓度状态下的冷却液和低浓度状态下的冷却液。

为了智能化监控流入动力电池包13中的冷却液的温度和流量，本实施例的动力电池包13冷却与加热系统还包括在动力电池包13与第三三通阀2之间的通道中设有的第一温度传感器10，以及在第一三通阀7和液体泵9之间的通道中设有的流量传感器11。

通过设置的第一温度传感器10当检测到动力电池包13与第三三通阀2之间通道中的高浓度状态下的冷却液达到预先设定温度之后，以表示此时的动力电池包13处于高温状态需要进行冷却调节，开始执行第三冷却液流通单元和第四冷却液流通单元，此时，加热器8停止工作，以及第三三通阀2与第二三通阀5之间的流通阀口关闭，而第三三通阀2与散热器1之间的流通阀口打开，启动第三冷却流通单元和第四冷却液流通单元，进行动力电池包13的加热过程向冷却过程的切换。因此，在整体的动力电池包13的运行过程中，由第一温度传感器10来结合控制器实现对于动力电池包13的加热和冷却的调节控制。

流量传感器11的作用在于第一冷却液流通单元和第二冷却液流通单元之间的切换控制，当高浓度状态下的冷却液流经第一三通阀7的流量经流量传感器11测量达到预先设定值之后，第一三通阀7与第一冷却液存储器6之间的流通阀口关闭，此时第二三通阀5与第二冷却液存储器4之间的流通阀口关闭，加热器8则开启运行，以实现对于第二冷却液流通单元中的高浓度状态下的冷却液的快速加热。

综上，通过本实施例设置的第一温度传感器10和流量传感器11智能化地实现第一冷却液流通单元和第二冷却液流通单元，以及第三冷却液流通单元和第四冷却液流通单元之间工作状态的有效切换，以此有效调节动力电池包13运行状态下的温度，使得动力电池包13维持在一个较为合适的运行温度，保证其使用寿命及功率。

本实施例的散热器1还外接有一适于对散热器1通入冷却水的补偿水桶12。通过冷却水与高温条件下的高浓度状态下的冷却液的换热来实现高温条件下的高浓度状态下的冷却液的快速冷却。

本实施例中的散热器1、加热器8、蒸馏器3、液体泵9、第一三通阀7、第二三通阀5和第三三通阀2均电性连接有一控制器。通过控制器来智能化调节动力电池包13温度调节的过程。

为了有效控制散热器1的散热效果，一种方式下散热器1还与一电动风扇15相连，电动风扇15与控制器电性连接；以及在散热器1与液体泵9之间的通道中设有第二温度传感器16。通过第二温度传感器16来获取经过散热器1后的冷却液的温度，并结合电动风扇15来调整散热器1的散热效果，使得散热器1的对于冷却液的冷却效果的控制更加智能高效。

请参阅图4所示，对于本实施例中的高浓度状态下的冷却液经过散热器1的作用后仅仅是起到了降低高浓度状态下的冷却液的温度，对于此处的高浓度状态下的冷却液的浓度则是主要通过蒸馏器3产生的水蒸气进行与高浓度状态下的冷却液的混合来实现的，因此，为了有效控制经过水蒸气的混合后的冷却液的浓度，本实施例的动力电池包13冷却与加热系统还包括在散热器1与蒸馏器3交汇后流向液体泵9的通道上设置浓度检测传感器17，以及与该通道连通的补水单元；具体的，补水单元包括补水箱体20和设于补水箱体20与在散热器1与蒸馏器3交汇后流向液体泵9的通道之间的止回阀18。此处的止回阀18使得补水箱体20中的冷却水只能向散热器1与蒸馏器3交汇后流向液体泵9的通道中流通，这样不会造成散热器1与蒸馏器3交汇后流向液体泵9的通道中冷却液流入补水箱体20中。通过此处的补水相同的冷却水的补偿作用来实现对于水蒸气混合后的低浓度状态下的冷却水的浓度依然达不到比热容的升高效果时进一步升高冷却液的比热容。

实施例2：

在实施例1的动力电池包13冷却与加热系统基础上，本实施例提供了一种动力电池包13冷却与加热系统的使用方法，采用实施例1的动力电池包13冷却与加热系统。

当处于低温条件下的动力电池包13需要快速加热时，依次启动第一冷却液流通单元和第二冷却液流通单元，使得高浓度状态下的冷却液进入动力电池包13同时排出动力电池包13中原有的浓度状态下的冷却液，再使得高浓度状态下的冷却液再第二冷却液流通单元的作用下实现持续加热后以实现对动力电池包13的快速加热。

当处于高温条件下的动力电池包13需要快速冷却时，同时启动第三冷却液流通单元和第四冷却液流通单元，使得从动力电池包13中流出的处于高温条件下的高浓度状态下的冷却液经散热器1的作用冷却并同时经蒸馏器3作用产生的水蒸气的稀释以形成冷却后的低浓度状态下的冷却液回流至动力电池包13中以实现对动力电池包13的快速冷却。

以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。