电池包热管理系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池包热管理系统及控制方法。

背景技术

目前，电池包热管理主要涉及两种方式，即风冷方式和水冷方式。风冷系统构造原理比较简单，主要通过风扇转动带动气流流动，从而带走电芯表面的温度，制作成本低，适用于一些对电池包热管理性能要求不高的使用场景。水冷系统主要是通过换热器对冷却液进行冷热交换，使其温度降低，然后通过水泵带动冷却液流动，从而带走电芯表面的温度。通过冷却液给电芯降温，其优点在于降温比较均匀，适用于一些对电池包热管理系统要求比较高的使用场景。每次电池包使用完毕时，电池包热管理系统内的换热介质仍具有一定的冷量可供回收，但目前的电池包热管理系统不具备对这部分冷量进行回收和应用的相关设计，造成能量浪费。

因此，亟需一种电池包热管理系统及控制方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的一个目的在于：提供一种电池包热管理系统，能够避免能量浪费，提高能源利用率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种电池包热管理系统，包括：

N个电池包管路，N个所述电池包管路均一端连通于进液口，另一端连通于出液口，M个电池包分别设置在N个所述电池包管路上，以使每个所述电池包管路上均设置有至少一个所述电池包；

主管路，所述主管路的一端连通于所述进液口，另一端为分叉口；

加热器，所述加热器用于加热所述主管路；

三通阀，所述三通阀的A口连通于所述出液口；

储液箱，所述储液箱的一端口连通于所述分叉口，另一端口连通于所述三通阀的B口；

一级换热器，所述一级换热器的一端口连通于所述分叉口，另一端口连通于所述三通阀的C口；

一级保温箱，所述一级保温箱的端口通过第一管路连通于所述出液口；

真空泵，所述真空泵通过抽吸管路连通于所述进液口；

阀组，包括第一阀、第二阀、第三阀和第四阀，所述第一阀设置在所述主管路与所述进液口之间的管路上，所述第二阀设置在所述抽吸管路上，所述第三阀设置在所述第一管路上，所述第四阀设置在所述出液口与所述A口之间的管路上。

作为电池包热管理系统的一种优选方案，还包括二级保温箱和第五阀，所述二级保温箱的端口通过第二管路连通于所述出液口，所述第五阀设置在所述第二管路上。

作为电池包热管理系统的一种优选方案，还包括依次连通形成循环管路的冷凝器、压缩机、膨胀阀和二级换热器，所述二级换热器与所述一级换热器之间换热。

作为电池包热管理系统的一种优选方案，还包括风扇，所述风扇朝向所述储液箱和/或所述冷凝器吹风。

作为电池包热管理系统的一种优选方案，还包括液泵，所述液泵设置在所述主管路上。

作为电池包热管理系统的一种优选方案，还包括膨胀壶，所述膨胀壶通过管路连通于所述液泵的下游。

本发明的另一个目的在于：提供一种控制方法，能够避免能量浪费，提高能源利用率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种控制方法，应用于上述的电池包热管理系统，所述控制方法在夏季工况下包括以下步骤：

S1、一级回收冷量模式：电池系统工作完毕后，关闭第一阀和第四阀，打开第二阀和第三阀，开启真空泵，以将电池包管路内的换热介质压入一级保温箱；

S2、二级回收冷量模式：关闭所述第三阀，开启第五阀，开启所述真空泵，以将二级保温箱内的换热介质压入所述电池包管路，关闭所述第二阀和所述第五阀，开启所述第一阀和所述第四阀，连通三通阀的A口和C口，液泵开启预设时长T1，关闭所述第一阀和所述第四阀，开启所述第二阀和所述第五阀，开启所述真空泵，以将所述电池包管路内的换热介质压入所述二级保温箱，关闭所述真空泵、所述第二阀和所述第五阀；

S3、冷量应用模式：判断所述二级保温箱内的换热介质的温度是否低于环境温度，是即进入一级冷量应用模式，完毕后判断所述一级保温箱内的换热介质的温度是否低于环境温度，是即进入二级冷量应用模式；

所述一级冷量应用模式：开启所述第二阀、所述第五阀，开启所述真空泵，以将所述二级保温箱内的换热介质压入所述电池包管路，关闭所述真空泵预设时长T2，开启所述真空泵，以将所述电池包管路内的换热介质压入所述二级保温箱，关闭所述真空泵、所述第二阀和所述第五阀；

所述二级冷量应用模式：开启所述第二阀、所述第三阀和所述真空泵，以将所述一级保温箱内的换热介质压入所述电池包管路内。

作为控制方法的一种优选方案，所述控制方法在冬季工况下包括以下步骤：

S01、一级回收热量模式：所述电池系统工作完毕后，关闭所述第一阀和所述第四阀，打开所述第二阀和所述第三阀，开启所述真空泵，以将所述电池包管路内的换热介质压入所述一级保温箱；

S02、二级回收热量模式：关闭所述第三阀，开启所述第五阀，开启所述真空泵，以将所述二级保温箱内的换热介质压入所述电池包管路，关闭所述第二阀和所述第五阀，开启所述第一阀和所述第四阀，连通所述三通阀的A口和B口，所述液泵开启预设时长T3，关闭所述第一阀和所述第四阀，开启所述第二阀和所述第五阀，开启所述真空泵，以将所述电池包管路内的换热介质压入所述二级保温箱，关闭所述真空泵、所述第二阀和所述第五阀；

S03、热量应用模式：判断所述二级保温箱内的换热介质的温度是否高于环境温度，是即进入一级热量应用模式，完毕后判断所述一级保温箱内的换热介质的温度是否高于环境温度，是即进入二级热量应用模式；

所述一级热量应用模式：开启所述第二阀、所述第五阀，开启所述真空泵，以将所述二级保温箱内的换热介质压入所述电池包管路，关闭所述真空泵预设时长T4，开启所述真空泵，以将所述电池包管路内的换热介质压入所述二级保温箱，关闭所述真空泵、所述第二阀和所述第五阀；

所述二级热量应用模式：开启所述第二阀、所述第三阀和所述真空泵，以将所述一级保温箱内的换热介质压入所述电池包管路内。

作为控制方法的一种优选方案，所述控制方法在夏季工况下还包括：

S001、一级降温模式：所述电池系统工作时，判断任一电池包的温度高于临界温度上限时，连通所述三通阀的A口和B口，开启所述液泵预设时长T01；

S002、二级降温模式：所述电池包的温度仍高于所述临界温度上限时，开启风扇，以加速储液箱外的气流流动，保持预设时长T02；

S003、三级降温模式：所述电池包的温度仍高于所述临界温度上限时，开启压缩机、切换所述三通阀至A口和C口连通。

作为控制方法的一种优选方案，所述控制方法在冬季工况下还包括：

加热模式：当所述电池包的温度低于临界温度下限时，连通所述三通阀的A口和B口，开启加热器。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种电池包热管理系统，包括N个电池包管路、主管路、加热器、三通阀、储液箱、一级换热器、一级保温箱、真空泵以及阀组。其中，N个电池包管路均一端连通于进液口，另一端连通于出液口，M个电池包分别设置在N个电池包管路上，以使每个电池包管路上均设置有至少一个电池包。主管路的一端连通于进液口，另一端为分叉口，加热器用于加热主管路，三通阀的A口连通于出液口，储液箱的一端口连通于分叉口，另一端口连通于三通阀的B口，一级换热器的一端口连通于分叉口，另一端口连通于三通阀的C口。一级保温箱的端口通过第一管路连通于出液口，真空泵通过抽吸管路连通于进液口，电池包系统停止工作时，开启真空泵即可将电池包管路内的具有可利用冷量或热量的换热介质压入一级保温箱进行储存，电池包再次工作时，即可开启真空泵将保温箱内的换热介质压入电池包管路内，即可实现对这部分换热介质所携带的冷量或热量的储存和应用。阀组包括第一阀、第二阀、第三阀和第四阀，第一阀设置在主管路与进液口之间的管路上，第二阀设置在抽吸管路上，第三阀设置在第一管路上，第四阀设置在出液口与A口之间的管路上，以对管路的启闭进行控制。该电池包热管理系统能够储存和应用余剩的冷量或热量，即可避免能量浪费，提高能源利用率。

本发明提供了一种控制方法，应用于上述的电池包热管理系统，控制方法在夏季工况下包括以下步骤：S1、一级回收冷量模式：电池系统工作完毕后，关闭第一阀和第四阀，打开第二阀和第三阀，开启真空泵，以将电池包管路内的换热介质压入一级保温箱；S2、二级回收冷量模式：关闭第三阀，开启第五阀，开启真空泵，以将二级保温箱内的换热介质压入电池包管路，关闭第二阀和第五阀，开启第一阀和第四阀，连通三通阀的A口和C口，液泵开启预设时长T1，关闭第一阀和第四阀，开启第二阀和第五阀，开启真空泵，以将电池包管路内的换热介质压入二级保温箱，关闭真空泵、第二阀和第五阀；S3、冷量应用模式：判断二级保温箱内的换热介质的温度是否低于环境温度，是即进入一级冷量应用模式，完毕后判断一级保温箱内的换热介质的温度是否低于环境温度，是即进入二级冷量应用模式；一级冷量应用模式：开启第二阀、第五阀，开启真空泵，以将二级保温箱内的换热介质压入电池包管路，关闭真空泵预设时长T2，开启真空泵，以将电池包管路内的换热介质压入二级保温箱，关闭真空泵、第二阀和第五阀；二级冷量应用模式：开启第二阀、第三阀和真空泵，以将一级保温箱内的换热介质压入电池包管路内。

通过一级回收冷量模式和二级回收冷量模式可以在电池系统工作完毕时，对电池包热管理系统中的余剩的冷量进行回收储存，并通过冷量应用模式再在电池系统开启工作时利用这部分冷量，即可达到避免能量浪费，提高能源利用率的效果。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的电池包热管理系统的结构示意图；

图2是本发明实施例所提供的控制方法的流程示意图。

图中：

1、电池包管路；2、主管路；3、加热器；

4、三通阀；401、A口；402、B口；403、C口；

5、储液箱；6、一级换热器；7、一级保温箱；8、第一管路；9、真空泵；10、抽吸管路；11、第一阀；12、第二阀；13、第三阀；14、第四阀；15、二级保温箱；16、第二管路；17、第五阀；18、冷凝器；19、压缩机；20、膨胀阀；21、二级换热器；22、风扇；23、液泵；24、膨胀壶；

101、进液口；102、出液口；103、分叉口；

900、电池包。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，本实施例的电池包热管理系统包括N个电池包管路1、主管路2、加热器3、三通阀4、储液箱5、一级换热器6、一级保温箱7、真空泵9以及阀组。其中，N个电池包管路1均一端连通于进液口101，另一端连通于出液口102，M个电池包900分别设置在N个电池包管路1上，以使每个电池包管路1上均设置有至少一个电池包900，通过电池包管路1内的换热介质对电池包900的温度进行调节。主管路2的一端连通于进液口101，另一端为分叉口103，加热器3用于加热主管路2，以在冬季工况下提高电池包900的温度，保证电池包900的正常启动。三通阀4的A口401连通于出液口102，储液箱5的一端口连通于分叉口103，另一端口连通于三通阀4的B口402，一级换热器6的一端口连通于分叉口103，另一端口连通于三通阀4的C口403。三通阀4的A口401和B口402连通，即可使换热介质循环流动时经过储液箱5，以实现换热介质温度的降低，三通阀4的A口401和C口403连通，即可使换热介质循环流动时经过一级换热器6，实现温度的进一步降低。

一级保温箱7的端口通过第一管路8连通于出液口102，真空泵9通过抽吸管路10连通于进液口101，电池包900系统停止工作时，开启真空泵9即可将电池包管路1内的具有可利用冷量或热量的换热介质压入一级保温箱7进行储存，电池包900再次工作时，即可开启真空泵9将保温箱内的换热介质压入电池包管路1内，即可实现对这部分换热介质所携带的冷量或热量的储存和应用。阀组包括第一阀11、第二阀12、第三阀13和第四阀14，第一阀11设置在主管路2与进液口101之间的管路上，第二阀12设置在抽吸管路10上，第三阀13设置在第一管路8上，第四阀14设置在出液口102与A口401之间的管路上，以对管路的启闭进行控制。该电池包热管理系统能够储存和应用余剩的冷量或热量，即可避免能量浪费，提高能源利用率。

为了进一步提高对余剩的冷量或热量的回收效率，优选地，该电池包热管理系统还包括二级保温箱15和第五阀17，二级保温箱15的端口通过第二管路16连通于出液口102，第五阀17设置在第二管路16上。二级保温箱15的工作原理将在下文中详细阐述。

为了对一级换热器6进行降温，提高其对换热介质的降温能力，优选地，该电池包热管理系统还包括依次连通形成循环管路的冷凝器18、压缩机19、膨胀阀20和二级换热器21，二级换热器21与一级换热器6之间换热。压缩机19通过对其内部的冷媒进行压缩，使得其变为高温高压的液体，当其经过冷凝器18冷却后，变为低温高压的液体，当其经过膨胀阀20后，高压变为低压，液体变为雾状的液滴，并在二级换热器21内发生气化过程，冷媒的气化过程需要吸热，即可吸收一级换热器6内的换热介质的热量，使得换热介质的温度降低，以提升其对电池包900的降温能力。

优选地，该电池包热管理系统还包括风扇22，风扇22朝向储液箱5和/或冷凝器18吹风，以提高储液箱5和/或冷凝器18所在环境内的气流流速，以提高储液箱5和/或冷凝器18与空气换热的效率，加速降温。

优选地，该电池包热管理系统还包括液泵23，液泵23设置在主管路2上，以提供换热介质流动的动力。

优选地，该电池包热管理系统还包括膨胀壶24，膨胀壶24通过管路连通于液泵23的下游，以保证主管路2内的液压的稳定性。

优选地，在本实施例中，为了保证对每个电池包900的降温或加热效果较为均衡，每个电池包管路1上均设置有一个电池包900。当然在其他实施例中，也可以在一个电池包管路1上设置两个或多个电池包900，以适应实际的应用场景。

为了便于监控温度，优选地，该电池包热管理系统还包括第一温度传感器(图中未示出)，第一温度传感器用于测量电池包管路1内的液温。优选地，该电池包热管理系统还包括第二温度传感器(图中未示出)，第二温度传感器用于测量环境温度。

为了保证各个电池包管路1内的换热介质的流量均衡，优选地，该电池包热管理系统还包括分流件(图中未示出)，分流件设置在进液口101处，以使多个电池包管路1内的换热介质的流量一致。

如图2所示，本实施例还提供了一种控制方法，应用于上述的电池包热管理系统，该控制方法在夏季工况下可对电池包热管理系统内的余剩的冷量进行回收利用，具体包括以下步骤：

S1、一级回收冷量模式：由于夏季的环境温度高于电池包900的工作温度，电池包热管理系统内的换热介质的温度低于环境温度，电池系统工作完毕后，电池包热管理系统内的换热介质具有余剩的冷量可供回收。首先关闭第一阀11和第四阀14，打开第二阀12和第三阀13，然后开启真空泵9，在气压的作用下，将电池包管路1内的换热介质压入一级保温箱7，对这部分具有余剩冷量的换热介质进行储存，且此时的电池包管路1内充满空气，操作完毕后关闭真空泵9。

S2、二级回收冷量模式：此时电池包900本身的温度仍然低于环境温度，且主管路2以及经过一级换热器6的管路内的换热介质仍然具有一定的冷量。关闭第三阀13，开启第五阀17，开启真空泵9反向转动，以将二级保温箱15内的换热介质压入电池包管路1。然后关闭真空泵9、第二阀12和第五阀17，开启第一阀11和第四阀14，连通三通阀4的A口401和C口403，液泵23开启预设时长T1，以使从二级保温箱15注入的换热介质吸收电池包900以及一级换热器6处的冷量，并与原管路内的换热介质进行换热。预设时长T1可设置为开始至换热介质的温度不再发生变化的时刻。此时液泵23停止工作，关闭第一阀11和第四阀14，开启第二阀12和第五阀17，开启真空泵9，以将电池包管路1内的换热介质压入二级保温箱15，对这部分冷量进行储存，然后关闭真空泵9、第二阀12和第五阀17。

S3、冷量应用模式：当电池系统停滞一段时间需要重启时，因电池系统的温度与环境温度一致，为了保证电池系统能正常工作，需要对电池系统进行降温。

由于一级保温箱7内的液温低于二级保温箱15内的液温，可先利用二级保温箱15所储存的冷量。首先判断二级保温箱15内的换热介质的温度是否低于环境温度，是即进入一级冷量应用模式，以使用二级保温箱15内的换热介质对电池包900进行降温。完毕后再判断一级保温箱7内的换热介质的温度是否低于环境温度，是即进入二级冷量应用模式，以利用二级保温箱15所存储的冷量。如二级保温箱15内的换热介质的温度等于环境温度，或与环境温度之间的温差过小，即直接判断一级保温箱7内的换热介质的温度是否低于环境温度，是即进入二级冷量应用模式，否则直接进入正常的制冷模式。

一级冷量应用模式：开启第二阀12、第五阀17，开启真空泵9，以将二级保温箱15内的换热介质压入电池包管路1。关闭真空泵9预设时长T2，这段时间内换热介质不断吸收电池包900的热量，使电池包900的温度不断降低。预设时长T2可设置为电池包管路1内的液温不再发生变化的时刻。然后开启真空泵9，以将电池包管路1内的换热介质压入二级保温箱15，关闭真空泵9、第二阀12和第五阀17。

二级冷量应用模式：开启第二阀12、第三阀13和真空泵9，以将一级保温箱7内的换热介质压入电池包管路1内。待到电池包管路1内的液温趋于稳定时，即可开启电池系统，后续进入正常的制冷模式。

优选地，该控制方法在冬季工况下可对电池包热管理系统内的余剩的热量进行回收利用，具体包括以下步骤：

S01、一级回收热量模式：由于冬季的环境温度低于电池包900的工作温度，电池包热管理系统内的换热介质的温度高于环境温度，以对电池包900进行加热，电池系统工作完毕后，电池包热管理系统内的换热介质具有余剩的热量可供回收。首先电池系统工作完毕后，关闭第一阀11和第四阀14，打开第二阀12和第三阀13，开启真空泵9，以将电池包管路1内的换热介质压入一级保温箱7；

S02、二级回收热量模式：此时电池包900本身的温度仍然高于环境温度，且主管路2以及经过储液箱5的管路内的换热介质仍然具有一定的热量。关闭第三阀13，开启第五阀17，开启真空泵9，以将二级保温箱15内的换热介质压入电池包管路1，关闭第二阀12和第五阀17，开启第一阀11和第四阀14，连通三通阀4的A口401和B口402，液泵23开启预设时长T3，以使换热介质循环流动，以使注入的换热介质的温度不断升高，以吸收储存一部分热量。预设时长T3可设置为电池包管路1内的液温趋于稳定的时刻，关闭第一阀11和第四阀14，开启第二阀12和第五阀17，开启真空泵9，以将电池包管路1内的换热介质压入二级保温箱15进行储存，关闭真空泵9、第二阀12和第五阀17。

S03、热量应用模式：当电池系统停滞一段时间需要重启时，因电池系统的温度与环境温度一致，为了保证电池系统能正常工作，需要对电池系统进行加热。首先判断二级保温箱15内的换热介质的温度是否高于环境温度，是即进入一级热量应用模式，以使用二级保温箱15内的换热介质对电池包900进行加热。完毕后判断一级保温箱7内的换热介质的温度是否高于环境温度，是即进入二级热量应用模式，以利用二级保温箱15所存储的热量。如二级保温箱15内的换热介质的温度等于环境温度，或与环境温度间的温差过小，即直接判断一级保温箱7内的换热介质的温度是否低于环境温度，是即进入二级热量应用模式，否则直接进入正常的加热模式。

一级热量应用模式：开启第二阀12、第五阀17，开启真空泵9，以将二级保温箱15内的换热介质压入电池包管路1。关闭真空泵9预设时长T4，这段时间内换热介质不断吸收电池包900的冷量，使电池包900的温度不断升高。预设时长T4可设置为电池包管路1内的液温不再发生变化的时刻。开启真空泵9，以将电池包管路1内的换热介质压入二级保温箱15，关闭真空泵9、第二阀12和第五阀17。

二级热量应用模式：开启第二阀12、第三阀13和真空泵9，以将一级保温箱7内的换热介质压入电池包管路1内。待到电池包管路1内的液温趋于稳定时，即可开启电池系统，后续进入正常的加热模式。

优选地，控制方法在夏季工况下的正常降温模式包括以下步骤：

S001、一级降温模式：电池系统工作时，判断任一电池包900的温度高于临界温度上限时，连通三通阀4的A口401和B口402，开启液泵23预设时长T01，利用换热介质的循环流动，以吸收电池包900的热量，并在后续的流动过程中将热量向环境中耗散。

S002、二级降温模式：电池包900的温度仍高于临界温度上限时，开启风扇22，以加速储液箱5外的气流流动，以降低储液箱5内的换热介质的温度，从而提高电池包900的降温效果，保持预设时长T02。

S003、三级降温模式：电池包900的温度仍高于临界温度上限时，开启压缩机19、切换三通阀4至A口401和C口403连通。即利用一级换热器6来降低换热介质的温度，以提高对电池包900的降温效果。

优选地，该控制方法在冬季工况下的正常加热模式为：当电池包900的温度低于临界温度下限时，连通三通阀4的A口401和B口402，开启加热器3，利用加热器3对主管路2内的换热介质进行加热，从而提高电池包900的温度。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。