CN112072201A - 一种新能源汽车动力电池热交换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源汽车动力电池热交换装置，包括电池包、电池组电池冷却装置包括：压缩机、冷却器、膨胀阀、冷却环路、静压箱、控制模块、温度传感器、散热片、电子温度控制阀；电池包内具有电池组；压缩机的一端连接冷却器的一端；冷却器的另一端连接膨胀阀的一端；膨胀阀的另一端连接静压箱的一端，静压箱的另一端连接冷却环路的前端；冷却环路的末端连接压缩机；控制模块设置于静压箱；冷却环路具有散热片和电子温度控制阀；其中，冷却环路安装于电池包，并与电池组并行设置；温度传感器设置于电池组；压缩机、静压箱、电子温度控制阀、温度传感器分别与控制模块电连接。

Description

一种新能源汽车动力电池热交换装置

技术领域

本发明涉及一种新能源汽车动力电池热交换装置。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，新能源汽车的市场占有率逐渐提升，动力电池是新能源汽车的核心部件。

动力电池的工作环境温度对于电池的使用性能、使用寿命和安全性能有着非常重要的影响。一种是工作环境温度过低或者过高时会导致动力电池的充放电性能急剧下降；另一种是工作温度大于一定值时甚至会导致动力电池自燃等危险。

此外，动力电池在放电过程中，特别是高倍率的放电过程中，动力电池本身也会释放大量的热能，这会加剧了动力电池的使用安全性、经济性、技术性和使用寿命等恶化。

发明人还发现，当前所用的动力电池的冷却***，存在传热效果差、能量效率低等方面存在缺陷；冬季气温低、夏季气温高均会影响温度控制效能；夏季一旦发生自燃基本无法扑救，这会造成较大的经济损失。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术缺陷，而提供一种新能源汽车动力电池热交换装置。

为了实现上述本发明的目的，采取如下技术方案：

一种新能源汽车动力电池热交换装置，包括电池包、电池组、压缩机、冷却器、膨胀阀、冷却环路、静压箱、控制模块、温度传感器、散热片和电子温度控制阀；所述电池包内具有电池组；所述压缩机的一端连接冷却器的一端；所述冷却器的另一端连接膨胀阀的一端；所述膨胀阀的另一端连接静压箱的一端，所述静压箱的另一端连接冷却环路的前端；所述冷却环路的末端连接压缩机；所述控制模块设置于静压箱；所述冷却环路具有散热片和电子温度控制阀；其中，所述冷却环路安装于所述电池包，并与所述电池组并行设置；所述温度传感器设置于所述电池组；所述压缩机、静压箱、电子温度控制阀、温度传感器分别与所述控制模块电连接。

工作原理：

压缩机向冷却器输送冷媒，冷媒经冷却器输送出降温后的冷媒，降温后的冷媒经膨胀阀输送出降压后的冷媒，并经膨胀阀输送至静压箱，静压箱对冷媒储存和稳压；

温度传感器探测电池组温度，并向控制模块发生信号，控制模块根据信号控制静压箱向冷却环路输送冷媒的同时，启动压缩机，冷却环路通入冷媒后对电池组冷却降温，再输送回压缩机。作为本领域的公知常识，本方案使用的控制模块及其与之相连的各装置的动作控制属于成熟的单片机技术，可以轻易的从市场上购买得到，经简单调试后即可使用。

作为技术方案的进一步改进，本发明新能源汽车动力电池热交换装置还包括电控变流量气泵；所述电控变流量气泵的一端连接静压箱，其另一端连接冷却环路；所述电控变流量气泵分别与温度传感器、控制模块电连接。

作为技术方案的进一步改进，本发明新能源汽车动力电池热交换装置还包括第三电子控制阀；所述第三电子控制阀设置于压缩机和冷却环路之间，用于控制冷却环路和压缩机连通。

作为技术方案的进一步改进，本发明新能源汽车动力电池热交换装置还包括氮气罐；所述氮气罐连接于压缩机和/或静压箱。

作为技术方案的进一步改进，本发明新能源汽车动力电池热交换装置还包括干燥器；所述干燥器的一端连接于所述冷却环路的末端，其另一端连接于连接压缩机、静压箱；其中，所述干燥器与所述控制模块电连接。

作为技术方案的进一步改进，本发明新能源汽车动力电池热交换装置还包括加热器；所示加热器的一端连接静压箱，其另一端连接冷却环路的末端；其中，所述加热器与所述控制模块电连接。

作为技术方案的进一步改进，本发明新能源汽车动力电池热交换装置还包括第一电子控制阀和第二电子控制阀；所述第一电子控制阀设置于压缩机和干燥器之间，用于控制所述干燥器和压缩机连通；所述第二电子控制阀设置于干燥器和加热器之间，用于控制干燥器和加热器连通。

一种新能源汽车电机冷却装置，使用上述的新能源汽车动力电池热交换装置的尾气冷却电机，其包括电机冷却器；所述电机冷却器与电机并行设置；所述电机冷却器的一端与所述冷却环路的末端连接，其另一端连接压缩机。

一种新能源汽车电子控制单元冷却装置，使用上述的新能源汽车动力电池热交换装置的尾气冷却电子控制单元，其包括电控冷却器；所述电控冷却器安装于电子控制单元；所述电控冷却器的一端连接冷却环路的末端，其另一端连接压缩机。

一种新能源汽车，使用上述的新能源汽车动力电池热交换装置。

本发明相对于现有技术所具有的显著进步：

1.本发明能对电池组的温度实现实时监测，电池组的温度高于设定值时，温度传感器即刻向控制模块发生指令信号，控制模块根据该指令信号向静压箱、压缩机发生控制指令，静压箱即刻向冷却环路输送冷媒，通入冷媒后的冷却环路即刻对电池组实施冷却降温；经冷却后的冷媒经冷却环路输送回压缩机，再经压缩机进入下一循坏；连续循坏向电池组输送冷媒实施冷却降温，使得电池组实现冷却降温；当温度降至设定值以下时，温度传感器向控制模块发生指令信号，控制模块根据指令信号控制静压箱停止向冷却环路输送冷媒、压缩机停止工作。

2.本发明在冷却环路还设有电子温度控制阀，电子温度控制阀具有向外喷射冷媒，实现紧急降温灭火作用；温度传感器探测电池组的温度，当探测到电池组的温度高于200℃时，向控制模块发生控制信号，控制模块根据该控制信号向电子温度控制阀发生控制指令信号，冷却环路上的电子温度控制阀即刻向电池组喷射冷媒，对电池包及电池组起到紧急降温和灭火的作用。

3.本发明静压箱连接有电控变流量气泵，电控变流量气泵能根据温度控制冷媒的流量和流速；既能为冷媒提供流动的动力，又能利于调控流入冷却环路的冷媒流量和流速，能提高冷却环路的冷却效率。

4.本发明利用冷却电池组后的冷媒对电机实施冷却，既能提高冷媒的利用率，又能利于电机工作时温度过高。

5.本发明还利于加热器对冷媒进行加热，气温低时，温度传感器探测到电池组的温度低于20℃时，向控制模块发生控制指令，控制模块根据控制指令向静压箱、电控变流量气泵、加热器发生控制信号，静压箱、电控变流量气泵、加热器启动，冷媒从静压箱经电控变流量气泵输送至冷却环路，冷却环路将冷媒输送至加热器，加热器加热冷媒，冷媒受热温度提高，进入静压箱，经静压箱由电控变流量气泵输送至冷却环路，通过冷却环路加热电池组，冷媒再入加热器循坏加热，进而对电池组实施连续循坏加热；当电池组温度高于20℃时，即可停止循坏加热。

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为本发明一种新能源汽车动力电池热交换装置的结构示意图；

图2为本发明增加安装有干燥器、加热器的结构示意图；

图3为本发明的冷媒经电池包进入电机冷却器的结构示意图；

图4为图中增加电控冷却器的结构示意图；

图5为本发明的冷媒经电池包并联进入电控冷却器、电机冷却器的结构示意图；

图6为本发明电池冷却环路的结构示意图；

图7为本发明电控冷却器的结构示意图；

图8为电机冷却器的结构示意图；

图9为本发明电池组和冷却环路分布的结构示意图；

图中各部件名称及序号：1-电池组，2-电池包，3-静压箱，4-膨胀阀，6-冷却器，7-压缩机，8-干燥器，9-电机冷却器，10-电控冷却器，11-加热器，12-三通管件，15-温度传感器，16-氮气罐，17-冷却管道，18-冷却环路，19-电控变流量气泵，20-控制模块，22-电池外壳，23-散热片，24-电子温度控制阀，27-电机，28-外壳，31-散热器，33-第一电子控制阀，34-第二电子控制阀，35-第三电子控制阀。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本申请中的技术方案，下面将结合附图和实施例来对本发明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申请的一部分实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例1：

如图1-9所示，一种新能源汽车动力电池热交换装置，包括电池包2、电池组1、所述电池冷却装置包括：压缩机7、冷却器6、膨胀阀4、冷却环路18、静压箱3、控制模块20、温度传感器15、散热片23和电子温度控制阀24；所述电池包2内具有电池组1；所述压缩机7的一端连接冷却器6的一端；所述冷却器6的另一端连接膨胀阀4的一端；所述膨胀阀4的另一端连接静压箱3的一端，所述静压箱3的另一端连接冷却环路18的前端；所述冷却环路18的末端连接压缩机7；所述控制模块20设置于静压箱3；所述冷却环路18具有散热片23和电子温度控制阀24；其中，所述冷却环路18安装于所述电池包2，并与所述电池组1并行设置；所述温度传感器15设置于所述电池组1；所述压缩机7、静压箱3、电子温度控制阀24、温度传感器15分别与所述控制模块20电连接。

压缩机7以氮气作为冷媒。即氮气作为制冷剂和灭火剂。

静压箱3用于储存氮气，静压箱保证氮气温度和流量的稳定性。同时能快速向冷却环路提供大量的氮气用于降温或者灭火。

氮气经压缩机1输送至冷却器6，再经冷却器6输送至膨胀阀4，是采用热泵原理。膨胀阀4属于单向阀，即冷媒能从膨胀阀进入静压箱，但，阻挡静压箱内的冷媒回流。压缩机1可选用高压压缩机。

氮气输送路线：压缩机1输送至冷却器6，经冷却器6输送至膨胀阀4，经膨胀阀4进入静压箱3，由静压箱3输送至冷却环路18，经冷却环路18输送至压缩机1循坏。

如图1-5、8所示，电池包2内的电池组1纵横排列分布，相邻电池组之间设有缝隙，在该缝隙内布置冷却环路18，可按电池组1的高度由底部往顶部布置冷却环路18，能利于增大接触面积，进而能提高冷却环路的工作效率。

电池组1可由2以上的电池单体并排连接组成，常用电池单体的数量为2至6个，选用的数量为2、3、4、5或6等。

电池包2采用电池外壳22包裹，该电池外壳22具有隔热，能降低电池包产生的热量对临近电池外壳22的汽车部件的影响。

散热片23沿冷却环路18的外侧面布置，散热片23间隔安装于冷却环路18，散热片相邻之间的间距为2～4cm；散热片能进一步提高冷却环路的工作效率。

具体的工作方式：

温度传感器15探测电池组1的温度，当探测到电池组1的温度高于40℃时，向控制模块20发生控制信号，控制模块20根据该控制信号向静压箱3发生控制指令信号，静压箱3即刻向冷却环路18输送氮气，冷却环路18通入氮气后对电池组1冷却降温；而冷却环路18上的散热片23辅助对电池包2内冷却降温；

温度传感器15探测电池组1的温度，当探测到电池组1的温度低于40℃时，向控制模块20发生控制信号，控制模块20根据该控制信号向静压箱3发生控制指令信号，静压箱3即刻停止向冷却环路18输送氮气，同时压缩机1停止工作；

温度传感器15探测电池组1的温度，当探测到电池组1的温度高于200℃时，向控制模块20发生控制信号，控制模块20根据该控制信号向电子温度控制阀24发生控制指令信号，冷却环路18上的电子温度控制阀24即刻向电池组1喷射氮气，对电池包2起到紧急降温和灭火的作用，冷却环路18再将氮气循坏输送至压缩机1，连续循坏向电池包2输送氮气。

实施例2：

与实施例1相比，区别之处在于：增加安装有电控变流量气泵19。

如图1-5所示，所述电控变流量气泵19的一端连接静压箱3，其另一端连接冷却环路18；所述电控变流量气泵19分别与温度传感器15、控制模块20电连接。

电控变流量气泵19能根据温度控制氮气的流量和流速。

控制模块20根据温度传感器15的信号对电控变流量气泵19实现启/停操控。

电控变流量气泵19根据接收到温度传感器15的数据信号进行调整氮气的流量和流速。

实施例3：

与实施例1或2相比，区别之处在于：增加安装有第三电子控制阀35。

如图1-5所示，所述第三电子控制阀35设置于压缩机7和冷却环路18之间，用于控制冷却环路18和压缩机7连通。

实施例4：

与实施例1-3任一相比，区别之处在于：增加安装有氮气罐16。

如图1-5所示，所述氮气罐16连接于压缩机7和/或静压箱3。

氮气罐16预存有氮气，能补充氮气在工作过程中的损耗。能利于冷却环路的工作有效进行。

氮气罐连接有三种情况：

(1)氮气罐16和压缩机7连接，氮气罐补充的氮气通过压缩机补充入循坏管路内。

(2)氮气罐16连接于静压箱3，能为静压箱补充氮气，从而由静压箱将氮气带入循坏管路，实现补充氮气损耗。

(3)氮气罐16的出口分叉两条连接管路，一条连接于压缩机7，另一条连接静压箱3，能实现为压缩机7、静压箱3同时补充氮气。

实施例5：

与实施例1-4任一相比，区别之处在于：增加安装有干燥器8。

如图2-5所示，所述干燥器8的一端连接于所述冷却环路18的末端，其另一端连接于连接压缩机7、静压箱3；其中，所述干燥器8与所述控制模块20电连接。

冷却环路18的末端分开两条路线，通过三通管件12来实现分叉，两条路线为：

一是经三通管件12的一端输送至第三电子控制阀35，再经第三电子控制阀35回流至压缩机7；

二是经三通管件12的另一端输送至干燥器8，再由干燥器8输送至压缩机7或静压箱3。

干燥器8能对通入其内的氮气实现干燥，能去除氮气所附带有的水分。并能保护压缩机和膨胀阀。

实施例6：

与实施例1-5任一相比，区别之处在于：增加安装有加热器11。

如图2-5所示，所述加热器11的一端连接静压箱3，其另一端连接冷却环路18的末端；其中，所述加热器11与所述控制模块20电连接。

加热器11采用PCT加热器。加热器能对通入其内的氮气进行热交换，提高氮气的温度。

在气温较低的天气时，温度传感器15探测到电池组1的温度低于20℃时，温度传感器15向控制模块20发送控制指令信号，控制模块20根据该控制指令信号控制静压箱3、电控变流量气泵19、干燥器8和加热器11启动；氮气经电控变流量气泵19从静压箱3抽取，再经电控变流量气泵19输送至冷却环路18，冷却环路18将氮气输送至干燥器8，干燥器8对氮气进行干燥，去除氮气所附带有的水分，氮气经干燥器8干燥后输送至加热器11，加热器11对通入其内的氮气进行热交换，提高氮气的温度，经加热后的氮气输送至静压箱3，并与预存于静压箱3内的氮气热交换，提升静压箱3内氮气的温度；

加热后的氮气再经静压箱3通入电控变流量气泵19，电控变流量气泵19将加热后的氮气输送至冷却环路18，冷却环路18对电池包2内的电池组1进行热交换，实现加热电池组1，经冷却环路18后的氮气入干燥器8、加热器11、静压箱3、电控变流量气泵19，再入冷却环路18，对电池组1实现连续循环加热；从而能避免低温天气时电池组1温度过低影响工作效率；

温度传感器15探测电池组1的温度高于20℃时，向控制模块20发送信号，控制模块20根据接收到的该信号控制静压箱3、电控变流量气泵19、干燥器8和加热器11停止工作，即停止对电池组继续加热。

实施例7：

与实施例1-6任一相比，区别之处在于：增加安装有第一电子控制阀33和第二电子控制阀34。

如图2-5所示，所述第一电子控制阀33设置于压缩机7和干燥器8之间，用于控制所述干燥器8和压缩机7连通；所述第二电子控制阀34设置于干燥器8和加热器11之间，用于控制干燥器8和加热器11连通。

第一电子控制阀33、第二电子控制阀34分别与控制模块20电连接，进而能便于通过控制模块20来控制第一电子控制阀33和第二电子控制阀34。

第一电子控制阀33和第二电子控制阀34能利于提高操作便捷性。

第一电子控制阀33关闭，第二电子控制阀34打开，阻隔氮气回流压缩机7，氮气经第二电子控制阀34进入加热器11.

第一电子控制阀33打开，第二电子控制阀34关闭，阻隔氮气回流至加热器11，氮气经第一电子控制阀33回流压缩机7。

实施例8：

一种新能源汽车电机冷却装置，使用上述的新能源汽车动力电池热交换装置的尾气冷却电机，其包括电机冷却器9；所述电机冷却器9与电机27并行设置；所述电机冷却器9与所述冷却环路18的末端连接，其另一端连接压缩机7。

如图3所示，冷却环路18的末端叉开两条氮气走向路线：

一条路线是：氮气经冷却环路18的末端输送至电机冷却器9，经电机冷却器9输送至干燥器8；干燥器8可分两条路线行走，一条是回流压缩机7，另一条是进入加热器11；

另一条路线是：氮气经冷却环路18进入第三电子控制阀35，从第三电子控制阀35的出口处叉开两条走向，一条是冷却路线，另一条是加热路线，冷却路线：氮气经第三电子控制阀35回流至压缩机7；加热路线：氮气经第三电子控制阀35进入加热器11。

实施例9：

一种新能源汽车电子控制单元冷却装置，使用上述的新能源汽车动力电池热交换装置的尾气冷却电子控制单元，其包括电控冷却器10；所述电控冷却器10安装于电子控制单元。所述电控冷却器10的一端连接冷却环路18的末端，其另一端连接压缩机7。

如图4所示，在冷却环路18至电机冷却器9的氮气行走路线上，增加有电控冷却器10。冷却环路18、电控冷却器10、电机冷却器9串联连接。电控冷却器10安装于汽车的电子控制单元。能与电子控制单元热交换，起到冷却电子控制单元的目的。

电子控制单元为电动汽车的高压控制盒，电控冷却器10对电子控制单元实现冷却作用，避免电子控制单元运行时温度过高。

如图5所示，电控冷却器10并联电机冷却器9，氮气的走向为：冷却环路18的末端分一条路线输送至电控冷却器10，分另一条路线输送至电机冷却器9，分别经电控冷却器10、电机冷却器9后汇合。

为了使得氮气有效正常工作，需将经电控冷却器10、电机冷却器9输出的氮气经干燥器8进行干燥，去除氮气内附带有的多余水分。

实施例10：

一种新能源汽车，使用上述的新能源汽车动力电池热交换装置。

实施例11：

一种新能源汽车，使用上述的新能源汽车电机冷却装置。

实施例12：

一种新能源汽车，使用上述的新能源汽车电子控制单元冷却装置。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新能源汽车动力电池热交换装置，其特征在于：包括电池包(2)、电池组(1)、压缩机(7)、冷却器(6)、膨胀阀(4)、冷却环路(18)、静压箱(3)、控制模块(20)、温度传感器(15)、散热片(23)和电子温度控制阀(24)；

所述电池包(2)内具有电池组(1)；

所述压缩机(7)的一端连接冷却器(6)的一端；所述冷却器(6)的另一端连接膨胀阀(4)的一端；所述膨胀阀(4)的另一端连接静压箱(3)的一端，所述静压箱(3)的另一端连接冷却环路(18)的前端；所述冷却环路(18)的末端连接压缩机(7)；

所述控制模块(20)设置于静压箱(3)；

所述冷却环路(18)具有散热片(23)和电子温度控制阀(24)；

其中，所述冷却环路(18)安装于所述电池包(2)，并与所述电池组(1)并行设置；

所述温度传感器(15)设置于所述电池组(1)；

所述压缩机(7)、静压箱(3)、电子温度控制阀(24)、温度传感器(15)分别与所述控制模块(20)电连接。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车动力电池热交换装置，其特征在于：还包括电控变流量气泵(19)；

所述电控变流量气泵(19)的一端连接静压箱(3)，其另一端连接冷却环路(18)；所述电控变流量气泵(19)分别与温度传感器(15)、控制模块(20)电连接。

3.根据权利要求1所述的新能源汽车动力电池热交换装置，其特征在于：还包括第三电子控制阀(35)；

所述第三电子控制阀(35)设置于压缩机(7)和冷却环路(18)之间，用于控制冷却环路(18)和压缩机(7)连通。

4.根据权利要求1所述的新能源汽车动力电池热交换装置，其特征在于：还包括氮气罐(16)；

所述氮气罐(16)连接于压缩机(7)和/或静压箱(3)。

5.根据权利要求1项所述的新能源汽车动力电池热交换装置，其特征在于：还包括干燥器(8)；

所述干燥器(8)的一端连接于所述冷却环路(18)的末端，其另一端连接于连接压缩机(7)、静压箱(3)；

其中，所述干燥器(8)与所述控制模块(20)电连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的新能源汽车动力电池热交换装置，其特征在于：还包括加热器(11)；

所述加热器(11)的一端连接静压箱(3)，其另一端连接冷却环路(18)的末端；

其中，所述加热器(11)与所述控制模块(20)电连接。

7.根据权利要求6所述的新能源汽车动力电池热交换装置，其特征在于：还包括第一电子控制阀(33)和第二电子控制阀(34)；

所述第一电子控制阀(33)设置于压缩机(7)和干燥器(8)之间，用于控制所述干燥器(8)和压缩机(7)连通；

所述第二电子控制阀(34)设置于干燥器(8)和加热器(11)之间，用于控制干燥器(8)和加热器(11)连通。

8.一种新能源汽车电机冷却装置，其特征在于：使用权利要求1至权利要求7所述的新能源汽车动力电池热交换装置的尾气冷却电机，其包括电机冷却器(9)；

所述电机冷却器(9)与电机(27)并行设置；

所述电机冷却器(9)的一端与所述冷却环路(18)的末端连接，其另一端连接压缩机(7)。

9.一种新能源汽车电子控制单元冷却装置，其特征在于：使用权利要求1至权利要求7所述的新能源汽车动力电池热交换装置的尾气冷却电子控制单元，其包括电控冷却器(10)；

所述电控冷却器(10)安装于电子控制单元；

所述电控冷却器(10)的一端连接冷却环路(18)的末端，其另一端连接压缩机(7)。

10.一种新能源汽车，其特征在于：使用权利要求1至权利要求7所述的新能源汽车动力电池热交换装置。

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