CN110364785A - 用于电动车辆的控温装置及电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动车辆的控温装置及电动车辆，属于电池技术领域，包括：电池，安装于电动车辆并构成其动力来源；接电部件，用于连接电动车辆外的外接电源；若干个并联的加热部件，附接至电池并与接电部件电连接，能够在接电部件接通外接电源时，通过对加热部件供电来加热电池。本发明通过若干个并联连接的加热部件对电池加热，可实现高功率加热，使电池快速升温至最佳工况；相并联的加热部件具有发热功率差异性小的特点，使电池升温一致性好且电池的温度场均匀；在车辆处于超低温环境时，通过接电部件连接外接电源为电池加热，使电池在低温环境中也能保持正常运行。

Description

用于电动车辆的控温装置及电动车辆
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种用于电动车辆的控温装置及具有该控温装置的车辆，该车辆理解为包括电动车辆、混合电动车辆等环保车辆，具体可选为电动汽车、电动列车和高尔夫球车等。
背景技术
锂电池已被广泛使用于电动车辆的电池中，然而外界温度的变化会直接影响锂电池的充放电性能，尤其是在低温环境中，锂电池的充放电性能显著下降，直接影响锂电池的使用寿命。
为解决锂电池在低温环境下的充放电问题，目前多通过引入用于锂电池的加热***以实现低温状态下对锂电池的加热，从而保证其在低温状态下的正常使用。现有加热***的设置形式有如下几种：
一、将加热膜置于锂电池的液冷板的下方，加热膜加热冷却液，再使冷却液循环的方法实现电池加热；而冷却液具有很大的比热容，尤其在北方的冬季当温度低于0℃时，则需要浪费大量的电能和时间用于加热冷却液，不利于整车节能降耗，导致用户体验差。
二、为提高加热***的加热面积，通过将多个加热膜串联连接并直接贴附于电池模组表面，由于加热膜端电压受其内阻影响变化较大，导致不同位置加热膜的加热功率不同以致不同位置电芯的升温速率不同，易导致电芯的热失控。且串联连接的加热膜具有整体加热功率低，使电池升温至最佳工况所需温度(20-30℃)耗时长，用户体验差。
三、将恒流源与电池包串联，加热膜与电池包并联，根据电池包和加热膜两端的电压变化，自动开启和关闭电池包的充放电，以达到提升电池包升温速度的效果。
但上述加热***普遍存在加热功率低、电池升温慢的问题，且加热膜贴附在电池外侧先通过加热冷却液，再通过冷却液的循环实现电芯的加热，不利于整车节能降耗。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明的目的是提供一种用于电动车辆的控温装置及电动车辆，通过若干个并联连接的加热部件对电池加热，可实现高功率加热，使电池快速升温至最佳工况；相并联的加热部件具有发热功率差异性小的特点，使电池升温一致性好且电池的温度场均匀；在车辆未行驶且处于超低温环境时，通过接电部件连接外接电源为电池加热，使电池在低温环境中也能保持正常运行。
本发明的一种用于电动车辆的控温装置，包括：电池，安装于所述电动车辆并构成其动力来源；接电部件，用于连接电动车辆外的外接电源；若干个并联的加热部件，附接至所述电池并与所述接电部件电连接，能够在所述接电部件接通所述外接电源时，通过对所述加热部件供电来加热所述电池。
进一步地，所述加热部件还与所述电池电连接，能够在所述外接电源与接电部件断开连接时，通过所述电池对加热部件供电来加热所述电池；其中，所述电池和加热部件之间还设置有第一开关。
进一步地，还包括设置于所述加热部件和接电部件之间的第二开关以及控制所述第一开关和第二开关的接通或断开的电池管理器；
其中，所述电池管理器还与所述电池相连，能够探测所述电池的温度，当获知所述电池的温度低于第一参考值时，其控制所述第二开关接通；当获知所述电池温度低于第二参考值时，控制所述第一开关接通并使所述第二开关断开。
进一步地，还包括与所述加热部件相连的电池液冷机构和连接所述电池液冷机构与电动车辆的车室的热泵，用于将所述加热部件的热量通过所述电池液冷机构和热泵传递至所述电动车辆的车室。
进一步地，所述电池液冷机构包括与所述加热部件背离所述电池的一侧相连的液冷部件、与所述液冷部件及电池管理器相连的水泵、与所述水泵、液冷部件及热泵相连的换热器；
其中，当获知所述电池温度处于第一参考值区间时，所述电池管理器启动所述水泵以使所述换热器能够将液冷部件从所述加热部件吸收的热量通过热泵传递给车室。
进一步地，所述电池管理器还与所述加热部件相连，能够探测所述加热部件的温度，当获知所述加热部件的温度大于等于第三参考值时，其控制所述第一开关和第二开关均为断开。
进一步地，所述加热部件为加热膜或加热板；其中，所述加热膜为PTC加热膜。
进一步地，所述接电部件为高压连接器。
进一步地，所述第一开关和第二开关均为继电器或MOS管。
本发明还提供了一种电动车辆，其包括上述任一项所述的电动车辆的控温装置。
本发明的电动车辆的控温装置，通过若干个并联连接的加热部件对电池加热，不仅可以实现高功率加热，可使电池快速升温至最佳工况，耗时短提升客户使用满意度，而且相并联的加热部件发热功率差异性小，使不同位置电池升温一致性好且温度场均匀。本发明通过将加热部件置于电池与液冷部件之间，一方面能避免液冷部件与电池直接接触而吸收电池的热量，致使电池出现局部温度不均匀，而影响电池的使用性能，另一方面还能将加热部件多余的热量传递至电动车辆的车室实现余热的充分利用，利于节能减排。本实施例中还通过电池管理器依据加热部件的温度变化控制该加热部件的发热功率；另外当加热部件为PTC加热膜，其可实现自控温功能，无需外界控制，其发热功率随温度升高而阶跃性降低，从而有效降低了电池升温过快造成的热失控问题，有助于延长电池的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明实施例所述电动车辆的控温装置的一种电路结构图；
图2是本发明实施例所述电动车辆的控温装置的另一种电路结构图；
图3是本发明实施例所述电动车辆的控温装置的一种功能结构图；
图4是本发明实施例所述电动车辆的控温装置的一种加热电路示意图；
图5是本发明实施例所述电动车辆的控温装置的另一种加热电路示意图；
图6是本发明实施例所述电动车辆的控温装置的再一种电路结构图；
图7是本发明实施例所述电动车辆的控温装置的另一种功能结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
参见图1本发明的一种用于电动车辆的控温装置100，包括：接电部件10、电池20和加热部件30，电池20，安装于所述电动车辆并构成其动力来源；接电部件10，用于连接电池20以外的外接电源；若干个相并联的加热部件30，附接至电池20并与接电部件10电连接，能够在外接电源对加热部件30供电时对电池20提供热量。本实施例中的接电部件可以为高压连接器，用于连接电动车辆以外的高压电源；加热部件的数量依据电池的电压平台及加热部件的电阻特定而定，数量可以为1-10片甚至更多，在此不做具体限定。
本实施例通过若干个并联连接的加热部件对电池20加热，显著提升了加热部件的加热功率，利于电池20的快速升温从而缩短了电池20被加热至最佳工况所需时间，与现有串联连接的加热膜工艺相比，本实施例并联连接的加热部件，具有发热功率差异小、电池20升温一致性好且温度场均匀等特点，利于电池20的正常运行。本实施例的电池20为锂电池20，加热部件为加热膜(如聚酰亚胺、环氧板加热膜或PTC加热膜)或加热板(如硅胶加热板)，本实施例优选加热部件为加热膜，可以更好地贴附于电池20的底面，增大其与电池20的接触面积，利于电池20的有效升温。
本实施例的接电部件10为高压连接器，在车辆未行驶且电池温度低于第一参考值(如0℃)时，可通过充电枪将电动车辆以外的高压电源与高压连接器相连进而为加热部件30供电，以实现在车辆关闭状态下通过外接电源对电池20进行持续加热，避免电池20长期处于低温而被冻伤。
如图2和图3所示，加热部件30还与电池20电连接，能够在外接电源与接电部件10断开连接时，通过电池20对加热部件供电来加热电池20；其中电池20和加热部件之间还设置有第一开关40以及设置于加热部件和接电部件10之间的第二开关50以及控制第一开关40和第二开关50的接通或断开的电池管理器60。本实施例中的电池管理器为BMS管理器能够探测到电池20的温度以及控制第一开关40和第二开关50的接通和断开，在另一个实施例中，还可以通过温度传感器来探测电池的温度。
在车辆未行驶过程中，当电池管理器探测到电池20的温度低于第一参考值时(如0℃)，则控制第二开关50接通(参见图4)(第一开关40处于断开状态)，通过与接电部件10相连的外接高压电源为加热部件供电以实现对电池20的加热；在车辆行驶过程中，当电池管理器探测到电池20的温度低于第二参考值区间时(如-5℃)，此时可以通过电池管理器控制第一开关40接通并使第二开关50断开(参见图5)，通过电池20对加热部件供电来加热电池20本身，满足电动车辆行驶过程中的持续加热。
本实施例的第一开关40和第二开关50均可为继电器，其能通过较小电流来控制较大电流，具有自动开关的功能。本实施例还可以在与加热部件相连的电池20所在电路和接电部件10所在电路上分别再安装一个继电器，避免当一个继电器粘连时，另一个继电器还可以正常断开高压环路。本实施例的第一开关40和第二开关50还可以为MOS管(即场效应晶体管)。
本实施例的控温装置还包括与加热部件30相连的电池液冷机构70(详见图6)和连接电池液冷机构70与电动车辆的车室的热泵(未示出)，用于将加热部件30的热量通过电池液冷机构70和热泵传递至电动车辆的车室。
参见图6，电池液冷机构70包括与加热部件背离电池20的一侧相连的液冷部件71、与液冷部件71及电池管理器相连的水泵72、与水泵72、液冷部件71及热泵相连的换热器73，当电池温度处于第一参考值区间时，电池管理器启动水泵以使换热器73能够将液冷部件71从加热部件吸收的热量通过热泵传递给车室。
在车辆行驶过程中，电池持续向加热组件供电以实现对电池的加热，当电池管理器60探测到电池20的温度处于第一参考值区间(20℃-30℃，即电池运行最佳工况的温度范围)时，电池管理器60启动水泵72，此时冷却液开始流动并以对流的方式吸收加热部件多余的热量从而在冷却液内部传递，跟随冷却液的受迫流动将该热量传递至换热器73，换热器73内的制冷剂吸收该部分热量并将其传递给热泵，热泵将吸收的该部分热量经过电能做功转换为可被人们所用的高位热能进而传送至车室，实现了低温环境下可对车室供热，本实施例通过将电池液冷机构70和热泵相关联实现了低温热泵的功能，使的加热部件所产生的余热得到充分利用，利于节能减排。本实施例的水泵72为可调速水泵72，具体为具有CAN或者LIN通讯接口的直流PWM调速水泵72，通过其通讯接口可与电池管理器60电连接。
本实施例的液冷部件71多为充满冷却液的冷却板或弯曲的冷却管，通过将多个相并联的加热部件贴附于电池20的外表面和液冷部件71之间避免液冷部件71与电池20直接接触而吸收电池20的热量，致使电池20出现局部温度不均匀，而影响电池20的使用性能；同时加热部件直接与电池接触利于电池的快速升温并缩短达到最佳工况的时长，提升用户满意度。
本发明的电池管理器60还与加热部件30相连(参见图7)，能够探测加热部件30的温度，并能够根据加热部件的温度变化调整加热部件30的输出功率。在车辆运行过程中或未行驶时，电池20或外接电源持续为加热部件30供电，使加热部件30持续为电池供热，然而当加热部件温度过高时，会导致电池20升温过快而造成热失控问题的发生，为此本实施例当电池管理器60探测到加热部件30的温度大于等于第三参考值(如65℃，易使电池发生热失控的风险值)时，电池管理器60则控制第一开关和第二开关均为断开，以中断给加热部件的供电，进而停止加热部件对电池的持续加热，实现了加热部件的有效控温。同理，当电池管理器探测到加热部件30的温度低于第二参考值(如-5℃)时，电池管理器60则恢复第一开关和第二开关的原始接通或断开状态(如原始为电池供电，则恢复第一开关接通；如原始为外接电源供电，则恢复第二开关接通)，进而恢复加热部件的持续供热。
在另一个实施例中，当加热部件为PTC加热膜(Positive TemperatureCoefficient，正温度系数热敏电阻)时，使该加热部件具有过热保护功能，在一定温度范围内其电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高，尤其当其温度达到第三参考值(如65℃)时，其电阻值近乎处于无穷大，由于该加热部件的电压一定，因此此时通过该加热部件的电流极小，致使该加热部件的加热功率几乎为零，进而停止了对电池的供热，从而保护电池不易因升温过快而导致热失控问题的发生。同理，随加热部件温度的逐渐降低(例如加热部件的热量被电池液冷机构带走或者是传递给电池)其电阻值又会阶跃性降低，进而恢复该加热部件的加热功率，从而可继续为电池供热，本实施例中PTC加热膜的选取利于实现加热膜的自控温功能，具有简化该控温装置结构的特点。
本实施例中通过加热部件的自控温功能有效降低了电池升温过快造成的热失控问题，有助于延长电池的使用寿命。
本实施例的第一参考值、第二参考值、第三参考值和第一参考值区间的具体数值均可根据车辆和外界环境的实际情况进行人为调整以满足车辆使用性能需求，具体数值不局限于本实施例如上所示的数值。
本发明实施例还包括一种电动车辆，其包括如上任一实施例中的电动车辆的控温装置100。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请中，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。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于电动车辆的控温装置，其特征在于，包括：
电池，安装于所述电动车辆并构成其动力来源；
接电部件，用于连接所述电池外的外接电源；
若干个并联的加热部件，附接至所述电池并与所述接电部件电连接，能够在所述接电部件接通所述外接电源时，通过对所述加热部件供电来加热所述电池。
2.根据权利要求1所述的控温装置，其特征在于，所述加热部件还与所述电池电连接，能够在所述外接电源与接电部件断开连接时，通过所述电池对加热部件供电来加热所述电池；其中，所述电池和加热部件之间还设置有第一开关。
3.根据权利要求2所述的控温装置，其特征在于，还包括设置于所述加热部件和接电部件之间的第二开关以及控制所述第一开关和第二开关的接通或断开的电池管理器；
其中，所述电池管理器还与所述电池相连，能够探测所述电池的温度，当获知所述电池的温度低于第一参考值时，其控制所述第二开关接通；当获知所述电池温度低于第二参考值时，控制所述第一开关接通并使所述第二开关断开。
4.根据权利要求3所述的控温装置，其特征在于，还包括与所述加热部件相连的电池液冷机构和连接所述电池液冷机构与电动车辆的车室的热泵，用于将所述加热部件的热量通过所述电池液冷机构和热泵传递至所述电动车辆的车室。
5.根据权利要求4所述的控温装置，其特征在于，所述电池液冷机构包括与所述加热部件背离所述电池的一侧相连的液冷部件、与所述液冷部件及电池管理器相连的水泵、与所述水泵、液冷部件及热泵相连的换热器；
其中，当获知所述电池温度处于第一参考值区间时，所述电池管理器启动所述水泵以使所述换热器能够将液冷部件从所述加热部件吸收的热量通过热泵传递给车室。
6.根据权利要求3所述的控温装置，其特征在于，所述电池管理器还与所述加热部件相连，能够探测所述加热部件的温度，当获知所述加热部件的温度大于等于第三参考值时，其控制所述第一开关和第二开关均为断开。
7.根据权利要求1所述的控温装置，其特征在于，所述加热部件为加热膜或加热板；其中，所述加热膜为PTC加热膜。
8.根据权利要求1所述的控温装置，其特征在于，所述接电部件为高压连接器。
9.根据权利要求3所述的电动车辆的控温装置，其特征在于，所述第一开关和第二开关均为继电器或MOS管。
10.一种电动车辆，其特征在于，包括根据权利要求1到9中任一项所述的电动车辆的控温装置。
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