一种基于多模式耦合的动力电池热管理系统及控制方法

1.本公开属于动力电池热管理技术领域，具体涉及一种基于多模式耦合的动力电池热管理系统及控制方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.电池热管理是影响电池汽车电池寿命、容量、续航里程及安全性的重要因素。为了使电池工作的合理的温度范围内，电池热管理系统包括电池的散热、加热及保温。现有电池热管理系统冷却方式采用风冷、水冷、直冷等存在冷却均匀差的问题，采用相变材料加热管的冷却方式则存在相变材料导热性差，不能满足电池高散热工况的需求；特别是电动车在寒区运行时，为了使电池工作在合适的温度范围内，电池加热消耗大量的电能；停放一段时间后电池由于温度过低，导致容量降低显著，影响了电动车的正常实用。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本公开提出了一种基于多模式耦合的动力电池热管理系统及控制方法，在新能源汽车动力电池中利用了多模式耦合的电池散热及加热、保温管理系统及控制策略，解决了现有的动力电池热管理系统冷却均匀性差、热管理系统能耗高、寒区运行电池温度过低性能下降的问题。
5.根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种基于多模式耦合的动力电池热管理系统，采用如下技术方案：
6.一种基于多模式耦合的动力电池热管理系统，包括引射循环装置、储能装置、加热散热装置和控制装置；
7.其中，所述引射循环装置包括依次连通的耦合引射器、气相室、加热循环单向阀和双向循环泵，所述加热循环单相阀上并联有散热循环单向阀，所述加热循环单相阀与所述散热循环单向阀的导通方向相反，所述气相室的外壁上设置有气体温度传感器和气体压力传感器；
8.所述储能装置的外壁上设置有储能温度传感器；
9.所述加热散热装置通过所述储能装置与所述双向循环泵相连通；
10.所述控制装置分别与所述加热循环单向阀、散热循环单向阀、双向循环泵、气体温度传感器、气体压力传感器和储能温度传感器电连接。
11.作为进一步的技术限定，所述储能装置包括储能箱体以及设置在所述储能箱体内的储能材料和换热管。
12.作为进一步的技术限定，所述基于多模式耦合的动力电池热管理系统还包括内设电池箱体、多腔冷板、动力电池和制冷剂的电池包。
13.进一步的，靠近所述耦合引射器端的多腔冷板通过集气细管与所述耦合引射器相
连通。
14.进一步的，所述储能装置的一端与所述双向循环泵相连通，另一端与所述加热散热装置中的三通阀相连通。
15.进一步的，所述加热散热装置还包括加热循环管路和散热器。
16.进一步的，所述三通阀的第一接口与所述加热散热装置相连通，所述三通阀的第二接口通过加热循环管路与所述多腔冷板相连通；所述三通阀的第三接口与所述散热器的一端相连通。
17.进一步的，远离所述三通阀的第三接口的散热器的一端与所述多腔冷板之间的管道上设置有阀门。
18.进一步的，所述阀门与所述动力电池均与所述控制装置电连接。
19.根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种基于多模式耦合的动力电池热管理控制方法，采用了第一方案中所提供的基于多模式耦合的动力电池热管理系统，采用如下技术方案：
20.一种基于多模式耦合的动力电池热管理控制方法，包括动力电池运行过程和动力电池静置过程两个状态；
21.其中，在所述运行过程中，动力电池所释放的热量依次进入多腔冷板、集气细管、耦合引射器、气相室、换热管和储能材料，在气体压力传感器、储能温度传感器和控制装置的作用下，实现热量的储存或散失；
22.在所述静置状态下，在气体温度传感器、储能温度传感器和控制装置的作用下，实现热量的循环。
23.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
24.因液态制冷剂的温度仅仅和饱和压力相关，这就保证了多腔冷板各处的温度均匀性，当某一电池散热量较其它电池大时与其接触的冷板内蒸发量增加，维持冷板保持到一定温度，保证了电池温度的均匀性。可以灵活选取储能箱内的储能材料，储能箱的位置和尺寸规范可以灵活布置，使电动车在寒区运行时回收存储电池放出的热量，并在电池保温、加热过程中循环利用，提高了动力电池总的能源利用率，并防止电池过热、过冷使电动车在热区及寒区恶劣条件下运行时电池工作在理想的温度范围内，提高了动力电池性能。
附图说明
25.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
26.图1是本公开实施例一中的基于多模式耦合的动力电池热管理系统的结构示意图；
27.其中，1、电池箱体，2、多腔冷板，3、动力电池，4、制冷剂，5、阀门，6、加热循环管路，7、散热器，8、三通阀，9、储能箱体，10、储能材料，11、换热管，12、储能温度传感器，13、控制器，14、双向循环泵，15、加热循环单向阀，16、散热循环单向阀，17、气体温度传感器，18、气体压力传感器，19、气相室,20、耦合引射器，21、集气细管。
具体实施方式
28.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
29.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
30.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
31.在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.实施例一
33.本公开实施例一介绍了一种基于多模式耦合的动力电池热管理系统。
34.如图1所示的一种基于多模式耦合的动力电池热管理系统，包括电池包、引射循环装置、储能装置、加热散热装置和控制装置，具体包括电池箱体1、多腔冷板2、动力电池3、制冷剂4、阀门5、加热循环管路6、散热器7、三通阀8、储能箱体9、储能材料10、换热管11、储能温度传感器12、控制器13、双向循环泵14、加热循环单向阀15、散热循环单向阀16、气体温度传感器17、气体压力传感器18、气相室19、耦合引射器20和集气细管21。
35.作为一种或多种实施方式，电池包用于为动力电池散热或者在寒冷地区车辆停止后为动力电池加热保温，在结构上电池包包括电池箱体1以及设置在电池箱体1内部的多腔冷板2、动力电池3和制冷剂4，制冷剂4呈液态分布在多腔冷板2中。
36.作为一种或多种实施方式，引射循环装置用于在常用冷却工况及寒区保温时实现散热系统的双向自动循环降低能耗，并在大散热量时强制循环保证散热能力；在结构上引射循环装置包括储能温度传感器12、双向循环泵14、加热循环单向阀15、散热循环单向阀16、气体温度传感器17、气体压力传感器18、气相室19、耦合引射器20和集气细管21。
37.作为一种或多种实施方式，储能装置用于储存电池放热过程中放出的热量，并在寒区时为电池保温提供热量；在结构上储能装置包括储能箱体9、储能材料10和换热管11。
38.作为一种或多种实施方式，加热散热装置用于当不需要储能或者储能装置饱和时散失电池产生的热量，并在加热循环中通过直通管路防止热量散失；在结构上加热散热装置包括加热循环管路6、散热器7和三通阀8。
39.在本实施例中，三通阀8采用电控三通阀。
40.作为一种或多种实施方式，控制装置用于根据车辆的电池的工作状况及环境温度，控制冷却及加热强度；控制装置内设控制器13。
41.实施例二
42.本公开实施例二介绍了一种基于多模式耦合的动力电池热管理系统的控制方法，采用了实施例一中所介绍的基于多模式耦合的动力电池热管理系统。
43.一种基于多模式耦合的动力电池热管理控制方法，包括动力电池运行过程和动力电池静置过程两个状态；
44.其中，在所述运行过程中，动力电池所释放的热量依次进入多腔冷板、集气细管、耦合引射器和气相室，在气体压力传感器、储能温度传感器和控制装置的作用下，实现热量
的储存或散失；
45.在所述静置状态下，在气体温度传感器、储能温度传感器和控制装置的作用下，实现热量的循环。
46.具体过程如下：
47.车辆运行过程中，电池放热，散失的热量传递到多腔冷板，多腔冷板内的制冷剂吸收传递过来的热量，使多腔冷板的维持在一定温度范围内，制冷剂吸热蒸发后变成气相组分，经多腔冷板上安装的集气细管先耦合引射器流动，耦合引射器加速后进气相室，当压力超过散热循环单向阀16的设置压力后，流过双向循环泵，这是循环泵不启动，进入储能箱内的换热管，制冷剂中的热量先储能材料传递并被储存起来，来不及传输的热量或者当储能材料储能饱和时，气相或者部分液化的制冷剂流过散热器将多余的热量散失走，并降温降压成为液相回流到多腔冷板下端，不断循环实现电池散热的目的。当车辆在寒区影响，电池温度保持到一定范围内才能使电池性能良好，车辆停止后，当电池箱内制冷剂的温度降低到一定范围时，散热过程的正向循环结束，这时由于储能箱内的温度较高，制冷剂的压力升高，在温差的作用下制冷剂从储能材料中带走热量先电池箱循环，使电池箱维持到一定范围内，防止电池过冷。
48.为了使这个系统高效低能耗运行，循环系统内设置耦合引射器20，不同电池之间的多腔冷板链接多条集气细管，集气管连接耦合引射器，耦合引射器的功能当某一集气细管的气相制冷剂流速增加时，可以降低临近集气管出口的压力，催进制冷剂的蒸发，提供扰动源，增加系统的自动循环能力；加热循环单向阀15压力可以调节，根据周围环境温度、电池工作温度和电池冷却需要改变气相组分的压力，环境温度较低或电池低散热要求时系统自动循环不需要开启循环泵，当环境温度较高或者电池散热需求很大，自动循环不能满足要求，开启双向循环泵正向循环，使车辆工作在高温环境时能够满足散热要求；散热循环单向阀16控制储能箱内存储的热量为电池加热或者保温的热流率，寒区停车后为了实现电池的保温，系统在温差能的作用下自动循环，需要为电池加热时开启双向循环泵逆向循环，可以增加储能装置向电池箱的传热量，加快温度升高率；电控三通阀控制经过储能箱后制冷剂的流向，散热正向循环过程中，气相的制冷剂经过散热器，保温或者加热循环中制冷剂经加热循环管路循环防止热量散失。
49.以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。