一种具有一体化功能板的混动汽车电池的温度控制系统技术方案

本发明专利技术涉及了一种具有一体化功能板的混合动力汽车电池的温度控制系统，属于汽车技术领域，该系统包含了发动机冷却系统、电池包以及集加热‑冷却于一体的功能板，通过不同的控制策略实现了混合动力汽车在不同的工况下，电池包对温度需求。本发明专利技术不仅可以对动力电池的温度进行智能化控制，而且电池包热量分布更加均匀，加热效率更高。既能延长动力电池的使用寿命，又能提高电池的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有一体化功能板的混动汽车电池的温度控制系统
本专利技术涉及电动混合汽车的动力电池
，具体涉及一种具有集加热-冷却为一体的板式结构的装置以及动力电池的温度控制系统。
技术介绍
进入21世纪以来，全球面临的能源危机与环境污染压力越来越大，电动汽车具有低碳环保、能源利用率高，电能来源广泛，易实现智能化改造等优点，成为当前汽车工业发展的必然趋势。在电动汽车的构造中，动力电池对于电动的重要性就像发动机对于内燃机一样，因此电池性能的好坏，严重影响电动汽车的安全性、动力性、经济性以及使用寿命。因此，对动力电池的监测和保护是保障电动汽车性能的重要技术手段之一，可明显延长其续驶里程。动力电池对环境温度的要求较高，低温和高温的条件下都会导致电池性能的急剧下降，一般动力电池适宜的工作温度在20℃～40℃。针对动力电池自身的这种属性，可以通过控制尽量使电池工作在这个温度范围之内。一般电池的加热有两种方式：一是用外来热源加热，比如发动机冷却系统中的余热和用加热器把冷媒加热后导入电池箱中，给电池加热。二是用电池中的电能转化为热能为电池加热。现有的电池管理系统(BMS)一般只有单一的电池冷却功能，而且热源比较的单一，很少有热管理系统兼具加热和冷却功能，更别说具有集加热与冷却为一体板式结构的电池温度控制系统。
技术实现思路
为解决上面所述的技术问题，本专利技术设计出一种集加热-冷却为一体的矩形板式结构及温度控制系统，采用了不同的车身热源，针对混合动力汽车在不同的工况下，选择相对应的加热或者冷却模式，能满足混动汽车在不同工作状态下的温控问题，技术方案如下：一种集加热-冷却为一体的矩形板式结构，适用于储能系统的温控问题，本文主要针对动力电池的温控进行研究，所述的板式结构包含：矩形板(15)、电加热器(18)、微通道(16)。优选地，所述的矩形板为铝板，厚度为5mm。优选地，每个矩形板中微通道的个数为3个。优选地，每块一体化功能板内嵌两个矩形状的电加热器，电加热器优选电加热膜，而且微通道介于两个电加热器之间。相应的，本专利提供了一种动力电池的温控系统，适用于混合动力电动汽车，所述的温控系统包括：电池包(11)、电加热器、车载充电机(2)、水箱(7)、水泵(8、14)、散热器(6、13)、冷却风扇(5、12)、电磁阀(4、9)、控制单元(1)、温度传感器(24、25)、发动机(3)、温控电磁阀(10)组成。所述的电池包里面有内嵌电加热器和微通道的矩形板，该板不仅可以对电池进行加热还可以冷却，而且加热的方法更加多样化，高效化。电池包中的冷却管道在进口端与温度控制阀的出水口的管道相连，在出口端与散热器(13)连接，而后再流回水箱。当电池温度较低时，可以通过发动机冷却系统的温水对电池进行加热。优选地，电池包冷媒的入口端在电池包的下方飞，出口端为电池包的上部。优选地，冷媒选用为水溶液。优选地，为了管道布置的简单，冷媒的入口数和出口数为1个。电加热器外接车载充电机相连，也与控制单元相接，同时电加热正负极端，正极端(19)与相邻的单体电池的正极(23)相连，负极端(20)与单体电池负极(22)相连接；在电加热器与单体电池构成的整个回路中，由一个受控制单元(1)控制的开关Ki，控制单元不仅控制着开关的闭合状态还控制每个单体电池的充放电功率。当电动汽车处于纯电动工作的模式时，当电池温度小于电池最佳工作范围的最小值时，控制单元通过对开关Ki以及电流大小的控制，使单体电池对相邻的加热一冷却板进行通电产热，来达到电池升温的目的。本专利技术公开了一种动力电池的温度控制的系统，其电池温度控制逻辑为：混动汽车电池的温度控制系统，首先判断混合动力电动汽车的运行状态，其中混动汽车的运行状态包括插充电状态，纯电动驱动状态和混合驱动状态；其次判断电池包的温度，一般电池的最佳的工作温度范围为20℃～40℃，如果电池包的温度小于20℃，则需要对电池包进行加热；如果电池包的温度介于20℃和40℃之间，则不需要做任何额外的干预；如果电池包的温度大于40℃，则需要进行对电池包进行冷却。如果判断混动汽车的运行状态为插充电状态时，其控制逻辑为：若电池包温度低于20℃，控制单元控制开关Ks闭合，Ki断开，构成了两个回路，一路给电池包充电，一路给电加热器通电产热；在此过程中，电池包不仅充电过程自身产热而且电加热器产生的热量也经过热传导传递给电池，加速了电池的温升，直到电池包的温度达到要求之后，则控制电加热器断电，电池包没充满电继续充电，或者充满后停止充电；若根据温度传感器测得电池包的温度介于20℃和40℃之间，则不需要做任何额外的干预；若根据温度传感器测得电池包的温度大于40℃，此时需要给电池包进行降温操作，控制单元的控制的冷却回路为：冷媒经过水箱→水泵(8)→电磁阀(9)→温度控制阀→电池包→散热器→水箱；在这个过程中，冷媒经过管道流入一体化板的微通道中，把电池包的热量带走，经过散热器(13)和风扇(12)的作用，实现快速的降温。如果判断混动汽车的运行状态为纯电动运行状态时，其控制逻辑为：若电池包温度小于20℃，控制单元通过控制开关Ks、Ki闭合，使得单体电池与其相邻的一体化功能板构成了一个闭合的电路回路：电池正极→电加热器正极端→电加热器负极端→电池负极→电池正极；控制单元根据电池的温度信息、要达到的温度值以及加热时间，对每个单体电池的放电电流进行控制；在这个过程中，单体电池放电的过程中自身温度上升，同时电加热器产热并把热量传给单体电池，加速电池包的温升；若根据温度传感器测得电池包的温度介于20℃和40℃之间，则此时只需保持原工作状态即可，不必额外的干预；若根据温度传感器测得电池包的温度大于40℃，此时需要给电池包进行降温操作，控制单元的控制的冷却回路为：冷媒经过水箱→水泵(8)→电磁阀(9)→温度控制阀(10)→电池包→散热器(13)→水箱；在这个过程中，冷媒经过管道流入一体化板的微通道中，把电池包的热量带走，经过散热器(13)和风扇(12)的作用，实现快速的降温；在这个过程中，可以根据温升速率的大小，通过调节水泵(8)的转速，风扇(12)的转速，快速准确的控制温度。如果判断混动汽车的运行状态为混合动力模式时，其控制逻辑为：若电池包温度小于20℃，使用发动机冷却系统中的发动机冷却水道出水口中冷却液经过管道流到一体化板中的微通道中，经过热传导把热量传递给相邻的单体电池，其控制过程为：水箱→水泵(14)→电磁阀(4)→发动机(3)→温度控制阀→电池包→散热器(13)→水箱，在这个过程中水箱中的冷媒经过给发动机冷却后，变成高温水，在与由水箱→水泵(8)→电磁阀(9)过来的冷媒在温度控制阀经过混合然后导入到电池包内的微通道中，进而实现对电池包的加热目的，既加热了电池包又实现了能量的循环利用；同时也不影响发动机冷却系统的正常工作，其冷却的路径为：水箱→水泵(14)→电磁阀(4)→发动机→散热器(6)→水箱；若电池包的温度介于20℃和40℃之间，则此时只需保持原工作状态即可，不要额外的干预；若电池包的温度大于40℃，需要通过液体冷却的方式对电池进行降温控制；若电池包的温度大于40℃，此时需要给电池包进行降温操作，此时温度控制阀只允许冷媒沿着水箱→水泵(8)→电磁阀(9)→温度控制阀→电池包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有一体化功能板的混动汽车电池的温度控制系统，所述的一体化功能板是一种集加热‑冷却为一体的矩形板式结构，适用于储能系统的温控问题，本文主要针对动力电池的温控进行研究，所述的一体化功能板包含矩形板(15)、电加热器(18)、微通道(16)、冷却管道(17)、电加热器正极端(19)、电加热器负极端(20)。

【技术特征摘要】
1.一种具有一体化功能板的混动汽车电池的温度控制系统，所述的一体化功能板是一种集加热-冷却为一体的矩形板式结构，适用于储能系统的温控问题，本文主要针对动力电池的温控进行研究，所述的一体化功能板包含矩形板(15)、电加热器(18)、微通道(16)、冷却管道(17)、电加热器正极端(19)、电加热器负极端(20)。2.根据权利要求1所述的一体化功能板的混动汽车电池的温度控制系统，其特征在于所述的一体化功能板包括：多个微通道，其作用是用于运输用于冷却或加热电池包(11)的冷媒，而且该微通道可以在电池包温度较低时，通过与发动机冷却系统中发动机冷却道出口连通，发动冷却系统中热的冷媒被引流到一体化功能板内的微通道中，冷媒的热量经过热传导传递到单体电池(21)；优选地，电池单体为方形电池；优选地，冷媒选用为水溶液；当电池包的温度较高时，可以通过与其相连通的水泵(8)、电磁阀(9)、散热器(13)、风扇(12)等设备通过水冷的方式对电池包进行冷却；以及电加热器，其主要用于通电产热来加热电池，电加热器是内嵌在一体化功能板里；优选地，一体化功能板为铝制板；优选地，电加热器选用电加热膜；优选地，微通道选横切面为圆形的通道。3.相应的，本发明还提供了一种动力电池的温控系统，适用于混合动力电动汽车，所述的温控系统包括：用于给电池包充电的车载充电机(2)；用于发动机(3)冷却的包括：水泵(14)、风扇(5)以及电磁阀(4)，所述的电磁阀为二位三通阀，其一端连接到水泵的出口，一端连到发动机冷却水道的进口；以及散热器(6)，其一端连到发动机冷却水道的出口，一端连到水箱(7)；以及用于存储电能供汽车行驶的电池包；所述的电池包包括：电加热器、矩形板(15)、电加热器、微通道、电加热器正极端、电加热器负极端；所述的电池包由若干个单体电池和一体化功能板构成，所述的电池单体由电池正极(23)和电池负极(22)构成；以及多个温度传感器(24、25)，其主要位于电池包(11)内部用来测量电池包内部的温度以及冷却水进出微通道的温度；以及用来提供储存冷媒的水箱；以及用来驱动冷却水循环起来的水泵(8)；以及在电池包(11)温度较高时用于快速散热的散热器(13)；以及通过强制风冷来加速散热器(13)热量的耗散风扇(12)；以及电磁阀(9)，其主要是通过通或者断两个工作状态，已达到冷却水进入或者不进入电池包内；以及控制单元(1)，其主要是控制一些开关、电池阀、风扇等一些部件的工作状态；以及温度控制阀(10)，其主要是控制冷却水的通断状态和对冷媒的温度加以调节。4.根据权利要求3所述的混动汽车电池的温度控制系统，首先判断混合动力电动汽车的运行状态，其中混动汽车的运行状态包括插充电状态，纯电动驱动状态和混合驱动状态；其次判断电池包的温度，一般电池的最佳的工作温度范围为20℃～40℃，如果电池包的温度小于20℃，则需要对电池包进行加热；如果电池包的温度介于20℃和40℃之间，则不需要做任何额外的干预；如果电池包的温度大于40℃，则需要进行对电池包进行冷却。5.根据权利要求4所述的混动汽车的运行状态为插充电状态时，其控制逻辑为：若电池包温度低于20℃，控制单元控制开关Ks闭合，Ki断开，使电流构成了两个回路，一路给电池包充电，一路给电加热器通电产热；在此过程中，电池包不仅自身产热而且电加热器产生的热量也经过热传导传递给电池，加速了电...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵国柱，李亮，招晓荷，周廷博，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32