动力电池包热管理系统及热管理控制方法与流程

1.本发明涉及动力电池包技术领域，特别涉及动力电池包热管理系统及热管理控制方法。


背景技术：

2.新能源汽车的动力电池包总成低温续航能力差是推广普及新能源汽车的一大重要影响因素，当前的动力电池包总成，大多数为磷酸铁锂和三元锂电池，这些电池在环境温度为20℃240℃时候能达到最佳的充放电效率区间。为了解决动力电池包总成的冬季低温充放电效率问题，当前普遍的现象是使用ptc加热技术或者热泵技术给动力电池包总成进行加热。两种加热方式理论上来说也是需要消耗电池的电量，对车辆续航有极大的影响。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提出动力电池包热管理系统及热管理控制方法，旨在解决现有新能源汽车上动力电池包总成在低温环境下需要耗电用以加热自身，从而影响续航的问题。
4.为实现上述目的，本发明提出的动力电池包热管理系统包括：
5.导热管结构，用以包覆设置于动力电池包的周侧壁，所述导热管结构具有导热管入口及导热管出口；
6.加热装置，包括外部热源及加热水箱，所述外部热源用以加热所述加热水箱，所述加热水箱具有水箱入口和水箱出口，所述水箱出口通过第一管路连通至所述导热管入口，所述水箱入口通过第二管路连通至所述导热管出口；以及，
7.电子水泵，设于所述第一管路或者所述第二管路。
8.可选地，所述导热管结构包括：
9.入水总管，形成有所述导热管入口；
10.出水总管，形成有所述导热管出口；以及，
11.多个导热分管，呈并联设置，多个所述导热分管的两端分别对应连通至所述入水总管与所述出水总管，其中，多个所述导热分管包覆设置于所述动力电池包的周侧壁。
12.可选地，所述外部热源包括压缩气罐，所述压缩气罐用以供气燃烧加热所述加热水箱。
13.可选地，所述第一管路与所述第二管路上均设有三通阀，且所述三通阀设于所述电子水泵与所述水箱入口之间或所述电子水泵与所述水箱出口之间，各所述三通阀均具有支路通水口；
14.所述动力电池包热管理系统还包括电子散热器，所述电子散热器具有散热入口及散热出口，所述散热入口与所述散热器出口分别对应连通至两个所述支路通水口。
15.可选地，所述第一管路与所述第二管路内均设有水温传感器。
16.可选地，所述第一管路与所述第二管路上均设有三通阀，且所述三通阀设于所述
电子水泵与所述水箱入口之间或所述电子水泵与所述水箱出口之间，各所述三通阀均具有支路通水口；
17.所述动力电池包热管理系统还包括供热管结构，所述供热管结构用以设置于空调暖机风管内部，所述供热管结构具有供热管入口及供热管出口，所述供热管入口与所述供热管出口分别对应连通至两个所述支路通水口。
18.为实现上述目的，本发明提出的动力电池包热管理控制方法基于上述所述动力电池包热管理系统，所述动力电池包热管理系统包括：
19.导热管结构，用以包覆设置于动力电池包的周侧壁，所述导热管结构具有导热管入口及导热管出口；
20.加热装置，包括外部热源及加热水箱，所述外部热源用以加热所述加热水箱，所述加热水箱具有水箱入口和水箱出口，所述水箱出口通过第一管路连通至所述导热管入口，所述水箱入口通过第二管路连通至所述导热管出口；以及，
21.电子水泵，设于所述第一管路或者所述第二管路；
22.所述第一管路与所述第二管路上均设有三通阀，且所述三通阀设于所述电子水泵与所述水箱入口之间或所述电子水泵与所述水箱出口之间，各所述三通阀均具有支路通水口；
23.所述动力电池包热管理系统还包括电子散热器，所述电子散热器具有散热入口及散热出口，所述散热入口与所述散热器出口分别对应连通至两个所述支路通水口。
24.所述动力电池包热管理控制方法，包括以下步骤：
25.获取所述第二管路内的水温；
26.当所述第二管路内的水温低于第一预设温度时，控制两个所述三通阀分别切换所述水箱入口与所述导热管出口导通，以及将所述水箱出口与所述导热管入口导通；
27.当所述第二管路内的水温高于第二预设温度时，控制两个所述三通阀分别切换所述导热管出口与所述散热入口导通，以及将所述导热管入口与所述散热出口导通。
28.可选地，所述动力电池包热管理系统的外部热源包括压缩气罐，所述压缩气罐用以供气燃烧加热所述加热水箱，且所述压缩气罐具有出气阀；
29.所述控制两个所述三通阀分别切换所述水箱入口与所述导热管出口导通，以及将所述水箱出口与所述导热管入口导通的步骤之后，还包括如下步骤：
30.获取所述第一管路内的水温；
31.当所述第一管路内的水温高于第二预设温度时，控制所述出气阀减小开度。
32.可选地，在所述控制两个所述三通阀分别切换所述水箱入口与所述导热管出口导通，以及将所述水箱出口与所述导热管入口导通的步骤之后，还包括如下步骤：
33.当所述第二管路内的水温处于所述第二预设温度与所述第一预设温度之间时，获取所述第一管路内的水温；
34.根据所述第一管路内的水温与所述第二管路内的水温计算得出水温差值；
35.当所述水温差值大于预设温差且所述第一管路内的水温高于所述第二管路内的水温时，控制所述出气阀减小开度；
36.当所述水温差值大于预设温差且所述第一管路内的水温低于所述第二管路内的水温时，控制所述出气阀增大开度。
37.可选地，所述第一预设温度为t1，其中t1＝20℃；和/或，
38.所述第二预设温度为t2，其中t2＝40℃。
39.本发明提供的技术方案中，通过导热管结构包覆设置于所述动力电池包的周侧壁，从而实现了对所述动力电池包的热交换，再通过所述外部热源对所述加热水箱进行加热，以实现对所述导热管结构供应热水，从而提高所述动力电池包的工作温度，以使其工作在最佳放电效率区间，如此设置不需要消耗所述动力电池包的储存电量，保证了所述动力电池包的续航能力。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
41.图1为本发明提供动力电池包热管理系统的一实施例的结构示意图。
42.附图标号说明：
43.标号名称标号名称100动力电池包热管理系统22加热水箱1导热管结构3电子水泵11入水总管4三通阀12出水总管5电子散热器13导热分管6水温传感器2加热装置7供热管结构21外部热源
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44.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
45.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
47.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
48.新能源汽车的动力电池包总成低温续航能力差是推广普及新能源汽车的一大重要影响因素，当前的动力电池包总成，大多数为磷酸铁锂和三元锂电池，这些电池在环境温度为20℃240℃时候能达到最佳的充放电效率区间。为了解决动力电池包总成的冬季低温充放电效率问题，当前普遍的现象是使用ptc加热技术或者热泵技术给动力电池包总成进行加热。两种加热方式理论上来说也是需要消耗电池的电量，对车辆续航有极大的影响。
49.鉴于此，本发明提出一种动力电池包热管理系统及热管理控制方法，旨在解决现有新能源汽车上动力电池包总成在低温环境下需要耗电用以加热自身，从而影响续航的问题，其中图1为本发明提供动力电池包热管理系统的一实施例的结构示意图。
50.请参阅图1，所述动力电池包热管理系统100包括导热管结构1、加热装置2及电子水泵3，导热管结构1用以包覆设置于动力电池包的周侧壁，导热管结构1具有导热管入口及导热管出口；加热装置2包括外部热源21及加热水箱22，外部热源21用以加热加热水箱22，加热水箱22具有水箱入口和水箱出口，水箱出口通过第一管路连通至导热管入口，水箱入口通过第二管路连通至导热管出口；电子水泵3设于第一管路或者第二管路。
51.本发明提供的技术方案中，通过导热管结构1包覆设置于所述动力电池包的周侧壁，从而实现了对所述动力电池包的热交换，再通过所述外部热源21对所述加热水箱22进行加热，以实现对所述导热管结构1供应热水，从而提高所述动力电池包的工作温度，以使其工作在最佳放电效率区间，如此设置不需要消耗所述动力电池包的储存电量，保证了所述动力电池包的续航能力。
52.需要说明的是，所述外部热源21有多种形式，只要不采用所述动力电池包储存的电量进行加热即可，本实施例对此不作限定；所述电子水泵3则起到循环泵水的作用，设置在所述第一管路用以向所述导热管结构1内泵水，或者设置在所述第二管路用以向所述导热管结构1外抽水。
53.所述导热管结构1的具体形式有多种，具体地，本实施例中，所述导热管结构1包括入水总管11、出水总管12及多个导热分管13，所述入水总管11形成有所述导热管入口；所述出水总管12形成有所述导热管出口；多个所述导热分管13呈并联设置，多个所述导热分管13的两端分别对应连通至所述入水总管11与所述出水总管12，其中，多个所述导热分管13包覆设置于所述动力电池包的周侧壁。通过呈并联设置的多个所述导热分管13进行导热，对所述动力电池包的各个部位导热较为均匀，不会出现入水侧导热效果好，出水侧水温降低导致导热效果欠缺的情况。
54.在其他实施例中，多个所述导热分管13还可以呈串联设置，或部分所述导热分管13呈串联设置，部分所述导热分管13呈并联设置。
55.所述外部热源21有多种形式，可以采用太阳能电池板进行储电，从而对所述加热水箱22进行电加热，然而太阳能电池板占用空间较大，不便于存放，具体地，本实施例中，所述外部热源21包括压缩气罐，所述压缩气罐用以供气燃烧加热所述加热水箱22。可以理解的是，所述压缩气罐对车间空间的占用较小，便于存放，而所述压缩气罐对所述加热水箱22的加热方式可以采用天然气热水器的加热方式，设置燃烧室连通所述压缩气罐燃烧气体对所述加热水箱22进行加热，其具体设置方式本实施例不作赘述；同时，所述压缩气罐还能拆卸下来用以为野外野炊提供气源。
56.为了避免所述压缩气罐在车内随车发生晃动而碰撞泄露，本实施例中，所述压缩
气罐的底部包括限位安装座，所述限位安装座呈多边形设置，对应所述限位安装座，所述加热装置2还包括固定配合座，所述固定配合座用以设置于车内，所述固定配合座上端面设置固定配合槽，所述限位安装座能适配装入至所述固定配合槽，通过所述固定配合座与所述限位安装座的定位连接，所述压缩气罐能被稳定限位固定，避免发生与车体的碰撞，安全性能好。
57.具体地，为了防止所述压缩气罐在供气燃烧过程中气体用完而需要拆卸下来进行充气，本实施例中，所述压缩气罐的底部设置有底部加气口，通过所述底部加气口能随时向所述压缩气罐内加气，避免出现断气的情况。
58.由于所述动力电池包的充放电效率区间还存在温度上限，因此，对工作在高温状态下的所述动力电池包进行降温也是必要的，具体地，本实施例中，所述第一管路与所述第二管路上均设有三通阀4，且所述三通阀4设于所述电子水泵3与所述水箱入口之间或所述电子水泵3与所述水箱出口之间，各所述三通阀4均具有支路通水口；所述动力电池包热管理系统100还包括电子散热器5，所述电子散热器5具有散热入口及散热出口，所述散热入口与所述散热器出口分别对应连通至两个所述支路通水口。可以理解的是，所述三通阀4具有三个通水口，其内部的阀芯能控制任意的两个通水口或者全部三个通水口导通，通过所述三通阀4导通所述第一管路或所述第二管路之后闲置的所述支路通水口，可以额外连通至所述电子散热器5，当所述三通阀4导通所述导热管结构1与所述电子散热器5而阻断所述加热水箱22时，通过所述电子散热器5能对所述导热管结构1内的水进行散热，从而达到使所述动力电池包降温至充放电效率区间的效果。
59.为了准确监测所述导热管结构1与所述动力电池包的换热状况，本实施例中，所述第一管路与所述第二管路内均设有水温传感器6。如此设置，则能实施监测所述第一管路的通水温度和所述第二管路的排水温度，从而根据所述通水温度和所述排水温度及时反映所述动力电池包的热需求情况，以便于及时调整所述外部热源21的供热功率。而所述水温传感器6电性连接至电路板以反馈电信号为本领域常规技术手段，本发明实施例对此不作赘述。
60.当外部环境温度较低时，为确保车内温度舒适，驾驶员通常会采用开启车内空调暖风机的形式进行加供热，而在新能源汽车上需要使用所述动力电池包提供电力供热，这无疑又会影响所述动力电池包的续航，基于此，本实施例中，所述第一管路与所述第二管路上均设有三通阀4，且所述三通阀4设于所述电子水泵3与所述水箱入口之间或所述电子水泵3与所述水箱出口之间，各所述三通阀4均具有支路通水口；所述动力电池包热管理系统100还包括供热管结构7，所述供热管结构7用以设置于空调暖机风管内部，所述供热管结构7具有供热管入口及供热管出口，所述供热管入口与所述供热管出口分别对应连通至两个所述支路通水口。通过所述支路通水口额外连通至所述供热管结构7，可以使用所述加热水箱22同时为所述导热管结构1与所述供热管结构7供热，以减少所述动力电池包为车内供热而消耗的电量，进一步确保了续航能力。
61.需要说明的是，所述供热管结构7通过通水供热，使得所述空调暖机风管内部空间得以被加热，从而实现对通风的加热。
62.基于上述的“所述第一管路与所述第二管路上均设有三通阀4，且所述三通阀4设于所述电子水泵3与所述水箱入口之间或所述电子水泵3与所述水箱出口之间，各所述三通
阀4均具有支路通水口；所述动力电池包热管理系统100还包括电子散热器5，所述电子散热器5具有散热入口及散热出口，所述散热入口与所述散热器出口分别对应连通至两个所述支路通水口”这一实施例，本发明公开的所述动力电池包热管理控制方法包括以下步骤：
63.获取所述第二管路内的水温；
64.当所述第二管路内的水温低于第一预设温度时，控制两个所述三通阀4分别切换所述水箱入口与所述导热管出口导通，以及将所述水箱出口与所述导热管入口导通；
65.当所述第二管路内的水温高于第二预设温度时，控制两个所述三通阀4分别切换所述导热管出口与所述散热入口导通，以及将所述导热管入口与所述散热出口导通；
66.通过获取所述第二管路的水温，能直接反映所述动力电池包的工作温度情况，从而做出相应的调整，当所述第二管路内的水温低于第一预设温度时，意味着所述动力电池包的工作温度偏低，所述动力电池包的充放电效率较低，此时通过控制两个所述三通阀4将所述加热水箱22与所述导热管结构1导通形成循环水路，以对所述动力电池包进行加热，使得所述动力电池包回到充放电效率区间，从而提高所述动力电池包的续航能力；而当所述第二管路内的水温高于第二预设温度时，意味着所述动力电池包的工作温度偏高，所述动力电池包的充放电效率较低，此时通过控制两个所述三通阀4将所述电子散热器5与所述导热管结构1导通形成循环水路，以对所述动力电池包进行散热，使得所述动力电池包回到充放电效率区间，从而提高所述动力电池包的续航能力。需要说明的是，所述导热管结构1内的换热水的流速控制得较慢，因此，所述第二管路内的水温能较为准确的体现出所述动力电池包的整体温度，同时，可以理解的是，自所述加热水箱的水箱出口流出的换热水的温度至少高于所述第一预设温度，此时才能起到有效加热的目的。
67.其中，获取所述第一管路内的水温与获取所述第二管路内的水温的方式可以通过温度传感器实现，亦或者是通过水银温度计测量实现，本实施例不作限定；同时，控制所述三通阀4的形式可以为机械控制，也可以为电控，本发明实施例对此不作限定。
68.由于所述导热管结构1的换热是沿着供水方向线性进行的，所述导热管结构1的导热管入口的温度一般较高，而如果该处温度过高时，虽然能起到对所述动力电池包的升温作用，但也会导致所述动力电池包靠近所述导热管入口的一侧的温度过高，同样不利于所述动力电池包的续航，因此，本实施例中，所述动力电池包热管理系统100的外部热源21包括压缩气罐，所述压缩气罐用以供气燃烧加热所述加热水箱22，且所述压缩气罐具有出气阀；所述控制两个所述三通阀4分别切换所述水箱入口与所述导热管出口导通，以及将所述水箱出口与所述导热管入口导通的步骤之后，还包括如下步骤：
69.获取所述第一管路内的水温；
70.当所述第一管路内的水温高于第二预设温度时，控制所述出气阀减小开度；
71.通过获取所述第一管路内的水温，以反应所述加入水箱的供水温度是否过高，从而对所述压缩气罐的供气速率做出相应的调整，当所述第一管路内的水温高于第二预设温度时，意味着所述第一管路内的水温过高，此时通过控制所述出气阀减小开度从而降低所述压缩气罐的供气速率，也即是降低所述加热水箱22的供水温度，确保所述导热管结构1内的水温始终处于合适的范围，从而确保所述动力电池包的续航能力。需要说明的是，所述出气阀以最小开度供热所述加热水箱时，自所述水箱出口流出的换热水的水温高于所述第一预设温度，此时才能起到有效加热所述动力电池包的目的。
72.为了将所述动力电池包的工作温度稳定控制在充放电效率区间所对应的温度范围，本实施例中，在所述控制两个所述三通阀分别切换所述水箱入口与所述导热管出口导通，以及将所述水箱出口与所述导热管入口导通的步骤之后，还包括如下步骤：
73.当所述第二管路内的水温处于所述第二预设温度与所述第一预设温度之间时，获取所述第一管路内的水温；
74.根据所述第一管路内的水温与所述第二管路内的水温计算得出水温差值；
75.当所述水温差值大于预设温差且所述第一管路内的水温高于所述第二管路内的水温时，控制所述出气阀减小开度；
76.当所述水温差值大于预设温差且所述第一管路内的水温低于所述第二管路内的水温时，控制所述出气阀增大开度；
77.其中，当所述水温差值大于预设温差时，意味着所述导热管结构1与所述动力电池包的换热作用过强，也即是意味着所述动力电池包的温度正在快速升高或降低，为了防止所述动力电池包的温度变换至所述第二预设温度与所述第一预设温度的区间之外，相应的控制所述出气阀增大或减小开度，以对所述导热管结构1与所述动力电池包的换热作用进行调控，使得所述动力电池包的温度保持在最佳区间，从而保证所述动力电池包的续航能力。
78.需要说明的是，所述压缩气罐的出气口具有出气阀为本领域公知常识，本实施例不作赘述，同时，控制所述出气阀的形式可以为机械控制，也可以为电控，本发明实施例对此不作限定。
79.所述第一预设温度的设定值有多种情况，只要处于充放电效率区间内的温度即可，具体地，本实施例中，所述第一预设温度为t1，其中t1＝20℃，将所述第一预设温度设定为所述充放电效率区间内的温度下限值能保证足够的温度变化区间足够大，避免所述三通阀4频繁的通断。
80.所述第二预设温度的设定值有多种情况，只要处于充放电效率区间内的温度即可，具体地，本实施例中，所述第二预设温度为t2，其中t2＝40℃，将所述第二预设温度设定为所述充放电效率区间内的温度上限值能保证足够的温度变化区间足够大，避免所述三通阀4频繁的通断。
81.需要说明的是，上述两个并列的技术特征“所述第一预设温度为t1，其中t1＝20℃”与“所述第二预设温度为t2，其中t2＝40℃”可以同时设置也可以择一设置，显而易见的是，同时设置的效果更好。
82.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。