电池包热管理系统及其控制方法、车辆与流程

1.本技术涉及电池热管理技术领域，特别是涉及一种电池包热管理系统及其控制方法、车辆。


背景技术：

2.近年来，新能源汽车的研发逐步成为汽车领域里主流的研究方向，而制约新能源汽车发展的一个因素在于新能源汽车所使用的动力电池包的工作温度。电池包中电池单元的工作温度过高会影响电池的寿命及车辆的安全性，电池单元温度过低会导致汽车续航能力弱。为保持电池单元处于一个良好的工作温度下，可以运用电池包热管理技术调节电池包的温度。
3.传统技术中，电池包热管理通过风冷技术或结合板式换热器的液冷技术实现。风冷热管理技术是指利用空气流经电池表面进行换热冷却，该技术利用自然风或空气强制对流，配合汽车自带的蒸发器为电池降温。结合板式换热器的液冷技术通过冷却液与电池单元进行直接接触传热或间接换热，在流动或者蒸发过程中带走热量继而降低电池单元的温度，对电池包进行冷却。但是，发明人发现，采用上述两种方式进行电池包热管理都存在电池单元温度分布不均匀的问题。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够保持电池单元温度一致的电池包热管理系统及其控制方法、车辆。
5.第一方面，本技术实施例提供一种电池包热管理系统，所述系统包括：
6.电池包，所述电池包内部设置有电池单元，所述电池单元浸没于液态的换热介质中；
7.换热板，贴合设置于所述电池包的箱体外壁，用于与所述换热介质进行热交换；
8.热管理控制模块，与所述电池包及所述换热板电性连接，用于当所述电池单元温度高于第一温度阈值时，控制制冷剂输入所述换热板，使所述换热板与所述换热介质进行热交换，通过所述换热介质的降温使所述电池单元降温；
9.当所述温度低于第二温度阈值时，控制防冻液输入所述换热板，使所述换热板与所述换热介质进行热交换，通过所述换热介质的升温使所述电池单元升温。
10.在其中一个实施例中，换热板包括多个换热管：
11.所述热管理控制模块，用于当所述温度高于所述第一温度阈值时，控制所述制冷剂输入所述换热板，使所述换热板与所述换热介质进行热交换，通过所述换热介质的降温使所述电池单元降温，包括：
12.所述热管理控制模块，用于当所述温度高于所述第一温度阈值时，控制所述制冷剂输入多个所述换热管中的第一换热管，所述第一换热管与所述换热介质进行热交换，通过所述换热介质的降温使所述电池单元降温；
13.所述热管理控制模块，用于当所述温度低于所述第二温度阈值时，控制所述防冻液输入所述换热板，使所述换热板与所述换热介质进行热交换，通过所述换热介质的升温使所述电池单元升温，包括：
14.所述热管理控制模块，用于当所述温度低于所述第二温度阈值时，控制所述防冻液输入多个所述换热管中的第二换热管，所述第二换热管与所述换热介质进行热交换，通过所述换热介质的升温使所述电池单元升温。
15.在其中一个实施例中，所述第一换热管与所述第二换热管为所述换热板上相互独立的管道。
16.在其中一个实施例中，所述热管理控制模块，包括：
17.空调系统，与所述换热板连接，用于当所述温度高于第一温度阈值时，接收降温工作信号，根据所述降温工作信号冷却所述制冷剂，向所述换热板输送冷却后的所述制冷剂；
18.水暖加热器，与所述换热板连接，用于当所述温度低于第二温度阈值时，接收升温工作信号，根据所述升温工作信号加热所述防冻液；
19.电子水泵，与所述水暖加热器及所述换热板连接，用于向所述换热板输送加热后的所述防冻液。
20.在其中一个实施例中，所述热管理控制模块，还包括：
21.电子膨胀阀，与所述空调系统及所述换热板连接，用于控制所述空调系统输送所述制冷剂的流量。
22.在其中一个实施例中，所述电池包，还包括：
23.温度传感器，设置于所述电池包内部，用于检测所述温度，并将所述温度发送至电池管理系统；
24.所述电池管理系统，与所述温度传感器连接，用于将所述温度与所述第一温度阈值和所述第二温度阈值进行比较，当所述温度高于所述第一温度阈值时，向热管理控制器发送降温指令；当所述温度低于所述第二温度阈值时，向所述热管理控制器发送升温指令；
25.所述热管理控制器，与所述电池管理系统及所述热管理控制模块电性连接，用于当接收到所述降温指令时，向所述热管理控制模块发送所述降温工作信号；当接收到所述升温指令时，向所述热管理控制模块发送所述升温工作信号。
26.在其中一个实施例中，所述换热介质为高压绝缘油。
27.第二方面，本技术实施例提供一种电池包热管理控制方法，所述方法包括：
28.获取电池包中电池单元的温度，所述电池包的箱体外壁贴合设置换热板，所述电池单元浸没于液态的换热介质中；
29.将所述温度与第一温度阈值及第二温度阈值比较；
30.当所述温度高于所述第一温度阈值时，生成降温工作信号，所述降温工作信号用于指示热管理控制模块控制制冷剂输入至所述换热板；
31.当所述温度低于所述第二温度阈值时，生成升温工作信号，所述升温工作信号用于指示热管理控制模块控制防冻液输入至所述换热板。
32.在其中一个实施例中，所述换热板，包括多个换热管：
33.当所述温度高于所述第一温度阈值时，生成降温工作信号，所述降温工作信号用于指示热管理控制模块控制所述制冷剂输入至所述换热板，包括：
34.当所述温度高于所述第一温度阈值时，生成所述降温工作信号，所述降温工作信号用于指示所述热管理控制模块控制所述制冷剂输入至多个所述换热管中的第一换热管；
35.当所述温度低于所述第二温度阈值时，生成升温工作信号，所述升温工作信号用于指示热管理控制模块控制所述防冻液输入至所述换热板，包括：
36.当所述温度低于所述第二温度阈值时，生成所述升温工作信号，所述升温工作信号用于指示所述热管理控制模块控制所述防冻液输入至多个所述换热管中的第二换热管。
37.第三方面，本技术实施例提供一种车辆，搭载上述第一方面所述的电池包热管理系统，运行时实现上述第二方面所述的电池热管理控制方法。
38.上述电池包热管理系统及其控制方法、车辆，将电池包中的电池单元浸没于液态的换热介质中，使电池单元能够充分与换热介质进行热交换。当电池单元温度高于第一温度阈值时，控制制冷剂输入换热板，使换热板与换热介质进行热交换，通过换热介质的降温使电池单元降温。当电池单元温度低于第二温度阈值时，控制防冻液输入换热板，使换热板与换热介质进行热交换，通过换热介质的升温使电池单元升温，从而可以消除电池单元内部温度不均匀的问题，延长了电池单元的使用寿命。
附图说明
39.为了更清楚地说明本说明书实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1为一个实施例中电池包热管理系统的结构示意图；
41.图2为一个实施例中电池包的结构示意图；
42.图3为一个实施例中换热板的结构示意图；
43.图4为一个实施例中热管理控制模块的结构框图；
44.图5为一个实施例中电池热管理控制方法的流程图；
具体实施方式
45.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
46.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以直接是连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“贴合”“底部”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
47.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
48.图1示例性示出了一个电池包热管理系统的结构示意图。如图1所示，该电池包热
管理系统包括电池包10、电池单元11、换热介质12、换热板20、热管理控制模块30。
49.其中，电池包10是一种为新能源汽车提供动力能源的部件，是新能源汽车最为核心的零部件之一，其电池容量决定了新能源汽车的续航能力。电池包10包括箱体以及多个电池单元11。
50.电池单元11是一种提供电能的部件，设置于电池包10内部，电池单元11可以是铅酸蓄电池、二次锂电池、碱性燃料电池等材质，内部设置有多个电池模块，用于电池管理。
51.电池单元11浸没于换热介质12中，浸没可以但不限于是浸没四分之一电池单元11，浸没二分之一电池单元11，浸没全部电池单元等情况。
52.换热介质12是一种能与其他物体进行热交换的介质，属于液态介质，可以是电子氟化液、高压绝缘油等，用于与电池单元11直接接触进行热交换。
53.换热板20是一种能与其他物体进行热交换的装置，贴合设置于电池包10的箱体外壁上，包括但不限于一块换热板20位于电池包10的侧壁、顶部或底部等任意一个外壁表面，两块换热板20位于电池包10外壁任意两个表面，两块以上换热板20位于电池包10外壁的多个表面等情况。
54.热管理控制模块30与电池包10及换热板20以电信号的方式进行连接，通过将电池单元11的温度与第一温度阈值及第二温度阈值进行比较，控制制冷剂或防冻液流入换热板20，实现电池单元11的升温或降温。
55.第一温度阈值为电池单元11正常工作时温度的上限值。第二温度阈值为电池单元11正常工作时温度的下限值。电池单元11在第一温度阈值和第二温度阈值形成的温度范围内可以维持较好的性能及放电能力。
56.具体地，当电池单元11的温度高于第一温度阈值时，热管理控制模块30控制制冷剂输入换热板20。换热板20与换热介质12进行热交换，通过换热介质12的降温使电池单元11降温。当电池单元11的温度低于第二温度阈值时，热管理控制模块30控制防冻液输入换热板20，换热板20与换热介质12进行热交换，通过换热介质12的升温使电池单元11升温。
57.上述电池包热管理系统，通过将电池包中的电池单元浸没于液态的换热介质中，使电池单元能够充分与换热介质进行热交换。当电池单元温度高于第一温度阈值时，控制制冷剂输入换热板，使换热板与换热介质进行热交换，通过换热介质的降温使电池单元降温。当电池单元温度低于第二温度阈值时，控制防冻液输入换热板，使换热板与换热介质进行热交换，通过换热介质的升温使电池单元升温，从而可以消除电池单元内部温度不均匀的问题，延长了电池单元的使用寿命。
58.在一个实施例中，换热介质12使用高压绝缘油。
59.其中，高压绝缘油是一种液态的耐高压油品，其型号包括十号、二十五号、四十五号等，可以是现有高压输电线上变压器中的油品。根据车辆不同运行区域温度的差异，可以将运行区域分为普通地区，低温地区以及高寒地区。例如，将温度高于零下十度的地区归为普通地区，如长江以南地区，可以使用十号高压绝缘油；将温度高于零下二十五度低于零下十度的地区归为低温地区，如长江以北地区，可以使用二十五号高压绝缘油；将温度高于零下四十五度低于零下二十五度的地区归为高寒地区，如东北、新疆等极寒地区，可以使用四十五号高压绝缘油。
60.本实施例中，通过使用高压绝缘油作为换热介质，能够使电池包内部的电子元器
件避免被外界空气和水汽腐蚀，保证绝缘效果。
61.图2示例性示出了一种电池包结构。如图2所示，该电池包10还包括，温度传感器13、电池管理系统14及热管理控制器15。
62.温度传感器13是一种能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，设置于电池包10内部，用于检测电池单元11温度，并将该温度以电信号的形式发送给电池管理系统14。
63.电池管理系统14是一种用于监控电池的状态，智能化管理及维护各个电池单元11的系统。电池管理系统14与温度传感器13连接，用于将接收到的电池单元11温度与第一温度阈值及第二温度阈值比较，下发升温或降温指令。
64.具体地，当电池单元11温度高于第一温度阈值时，电池管理系统14向热管理控制器15发送降温指令；当电池单元11温度低于第二温度阈值时，电池管理系统14向热管理控制器15发送升温指令。
65.热管理控制器15，与电池管理系统14及热管理控制模块30连接，当接收到降温指令时，向热管理控制模块30发送降温工作信号。当接收到升温指令时，向热管理控制模块30发送升温工作信号。
66.本实施例中，通过温度传感器完成电池单元温度的检测，通过电池管理系统进行温度逻辑判断，可以实现在不同的温度条件下发生不同的指令，从而能够有效调动系统内部的各个元器件进行工作，提高了各个元器件的工作效率，而且还能够节省能耗。
67.在一个实施例中，换热板20包括多个换热管，多个换热管中包括相互独立的第一换热管21和第二换热管22。
68.其中，第一换热管21用于输入制冷剂，使换热介质12降温；第二换热管22用于输入防冻液，使换热介质12升温。
69.第一换热管21与第二换热管22的数量可以为一个或多个。第一换热管21与第二换热管22的位置关系可以为平行，交叉或重叠等排列方式。
70.图3示例性示出了一种换热板20的结构示意图。如图3所示，换热板20贴合设置于电池包10箱体外壁的一个表面上，第一换热管21与第二换热管22的数量均为一个，平行贴合呈回字形设置，为双通道结构。
71.具体地，热管理控制模块30，用于当电池单元11温度高于第一温度阈值时，控制制冷剂输入第一换热管21，以使第一换热管21与换热介质12进行热交换，通过换热介质12的降温使电池单元11降温。当电池单元11温度低于第二温度阈值时，控制防冻液输入第二换热管22，以使第二换热管22与换热介质12进行热交换，通过换热介质12的升温使电池单元11升温。
72.本实施例中，通过采用双通道结构的换热板进行热交换，与传统的装载冷却器的换热板相比，由于取消了冷却器部分，使得电池包整体的制造成本降低。而且，通过采用双通道结构的换热板，还可以减小换热板的体积，减轻换热板的重量，进而使得电池包重量也减轻。此外，通过采用双通道结构的换热板使得制冷剂和防冻液输入不同的换热管中，去除制冷剂与防冻液的二次热交换，提高了换热效率，降低了能耗。
73.图4示例性示出了一个热管理控制模块的结构示意图。如图4所示，该热管理控制模块包括空调系统、水暖加热器、电子水泵、电子膨胀阀。
74.其中，空调系统可以是搭载有电池包热管理系统的新能源汽车的车载空调系统，
通过空调低压管及空调高压管与换热板相连，用于冷却制冷剂。
75.电子膨胀阀是一种新型节流控制器件，可以是外控式膨胀阀或内控式膨胀阀，与空调系统及换热板连接，用于根据接收到的电信号来调节膨胀阀开度，控制输入制冷剂的流量。
76.水暖加热器是一种驻车加热器，可以采用高压正温度系数热敏电阻加热器。水暖加热器通过暖风管道与换热板连接，用于当电池单元温度低于第二温度阈值时，接收升温工作信号，根据该升温工作信号加热防冻液。
77.电子水泵是一种带有电子控制驱动单元的水泵，与水暖加热器及换热板连接，用于当电池单元温度低于第二温度阈值时，接收升温工作信号，根据该升温工作信号向换热板输送加热后的防冻液。
78.具体地，当电池管理系统判断电池单元温度高于第一温度阈值时，电池管理系统向热管理控制器发送降温指令。
79.热管理控制器接收降温指令后向空调系统发送降温工作信号，空调系统根据该降温工作信号对制冷剂进行冷却，再将冷却后的制冷剂输入换热板。热管理控制器接收降温指令后向电子膨胀阀发送降温工作信号，电子膨胀阀根据该降温工作信号增大开度，使输入制冷剂的流量增大，加快降温速度。
80.当电池管理系统判断电池单元温度低于第二温度阈值时，电池管理系统向热管理控制器发送升温指令。
81.热管理控制器接收升温指令后向水暖加热器发送升温工作信号，水暖加热器根据该升温工作信号对防冻液进行加热。热管理控制器接收升温指令后向电子水泵发送升温工作信号，电子水泵根据该升温工作信号增大转速，将加热后的防冻液输入换热板，加快升温速度。
82.本实施例中，通过调节电子膨胀阀的开度可以精确控制输入制冷剂的流量，调节电子水泵的转速可以控制输入防冻液的流量，从而可以节省能源，为电池包提供更高的升温能力和降温能力，满足后续超级快充中对大功率、大电流、高发热充电系统的需求。
83.在一个实施例中，提供一种电池包热管理系统。该电池包热管理系统包括电池包、换热板及热管理控制模块。
84.其中，电池包可以但不限于包括电池单元、换热介质、温度传感器、电池管理系统、热管理控制器。电池单元完全浸没于换热介质中。换热介质为高压绝缘油。换热板包括相互独立的第一换热管及第二换热管，平行贴合呈回字形设置，为双通道结构。
85.热管理控制模块可以但不限于包括空调系统、电子膨胀器、水暖加热器、电子水泵。
86.空调系统采用车载的空调系统，通过空调低压管及空调高压管与换热板相连，用于冷却制冷剂。电子膨胀阀采用外控式膨胀阀，与空调系统及换热板连接，用于调节输入的制冷剂流量。水暖加热器采用高压正温度系数热敏电阻加热器，通过汽车的暖风管道与换热板连接，用于加热防冻液。电子水泵采用电动式水泵，与水暖加热器及换热板连接，用于输入加热后的防冻液。
87.具体地，温度传感器检测电池单元的温度，将该温度发送给电池管理系统。电池管理系统将该温度与第一温度阈值及第二温度阈值进行比较。当获取电池单元温度高于第一
温度阈值时，电池管理系统向热管理控制器发送降温指令，以使热管理控制器向空调系统和电子膨胀阀下发降温工作信号。空调系统根据该降温工作信号对制冷剂进行冷却，再将冷却后的制冷剂输入换热板。电子膨胀阀根据该降温工作信号增大开度，使输入的制冷剂流量增大，加快降温速度。
88.当获取电池单元温度低于第二温度阈值时，电池管理系统向热管理控制器发送升温指令，以使热管理控制器向水暖加热器和电子水泵发送升温工作信号。水暖加热器根据该升温工作信号对防冻液进行加热。电子水泵根据该升温工作信号增大转速，将加热后的防冻液输入换热板，加快升温速度。
89.上述电池包热管理系统，可以应用于新能源汽车的动力电池包上，能够用于调节电池包内部电池单元的温度，延长电池包使用寿命，提高电池包使用时的安全性，使电池包具有更强的升温能力和降温能力，满足对新能源汽车充电系统后续大功率、大电流、高发热的超级快充需求。
90.图5示例性示出了一种电池包热管理控制方法，该电池包热管理控制方法应用于上述任一项实施例所述的电池包热管理系统。如图5所示，包括以下步骤：
91.步骤s510，获取电池包中电池单元的温度，电池包的箱体外壁贴合设置换热板，电池单元浸没于液态的换热介质中。
92.步骤s520，将电池单元温度与第一温度阈值及第二温度阈值比较.
93.步骤s530，当温度高于第一温度阈值时，生成降温工作信号，降温工作信号用于指示热管理控制模块控制制冷剂输入至换热板。
94.步骤s540，当温度低于第二温度阈值时，生成升温工作信号，升温工作信号用于指示热管理控制模块控制防冻液输入至换热板。
95.具体地，电池包热管理系统获取电池单元温度，将该电池单元温度与第一温度阈值和第二温度阈值比较。当温度高于第一温度阈值时，电池包热管理系统生成降温工作信号，通过输入制冷剂至换热板以使电池单元降温。当温度低于第二温度阈值时，电池包热管理系统生成升温工作信号，通过输入防冻液至换热板以使电池单元升温。
96.上述电池包热管理控制方法，通过将电池单元温度与第一温度阈值和第二温度阈值进行比较，生成不同温度情况下的不同工作信号，控制输入制冷剂或输入防冻液至换热板，从而可以使得电池单元升温或降温，使得电池单元的工作温度处于第一温度阈值和第二温度阈值区间内，延长了电池单元的使用寿命。
97.在一个实施例中，换热板包括多个换热管；当温度高于第一温度阈值时，生成降温工作信号，降温工作信号用于指示热管理控制模块控制制冷剂输入至换热板，包括：当温度高于第一温度阈值时，生成降温工作信号，降温工作信号用于指示热管理控制模块控制制冷剂输入至多个换热管中的第一换热管。
98.在本实施例中，当温度低于第二温度阈值时，生成升温工作信号，升温工作信号用于指示热管理控制模块控制防冻液输入至换热板，还包括：当温度低于第二温度阈值时，生成升温工作信号，升温工作信号用于指示热管理控制模块控制防冻液输入至多个换热管中的第二换热管。
99.具体地，通过包括多个换热管的换热板对电池包进行温度调节的具体实现方式可以参照上述实施例，在此不作具体阐述。本实施例中，通过采用双通道结构的换热板进行热
交换，与传统的装载冷却器的换热板相比，由于取消了冷却器部分，使得电池包整体的制造成本降低。而且，通过采用双通道结构的换热板，还可以减小换热板的体积，减轻换热板的重量，进而使得电池包重量也减轻。
100.应该理解的是，虽然上述流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，上述流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
101.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
102.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。