換向器、電池包熱管理方法及系統與流程

本發明涉及電池包管理領域，尤其是一種換向器、電池包熱管理方法及系統。

背景技術：

目前電池溫度適應范圍基本在0℃至40℃范圍內，電動車整個電池包作為一個動力源，為滿足更長的續航里程，電池的電量不斷增加。現有電池水冷/熱方案中，電池的進口和出口是固定不變的，電池內部水的流向也是固定不變的。水從換熱介質進口經過換熱管道的過程中，進而不斷的和電池進行熱交換，由于冷卻水的流向不變，從而導致換熱管道進水端和出水端(若水流方向不變的話，則換熱管道存在進水口和出水口，若水流流向改變，則不存在進水口出水口)溫差大，電池內部電芯的溫差也會隨之增大。現有主流技術要滿足較低的電池包內部溫差，進出電池包的介質溫差必須足夠小，但是這樣會導致電池加熱或冷卻周期過長。故電池包在極寒或極熱條件下無法快速的達到需求溫度。

現有技術中的電池熱管理介質采用風冷，液冷和變相材料。其中風冷式，因為空氣的比熱容較小，空氣流動方向無法控制，電池內部所容納的空氣體積非常有限；故采用風冷熱管理，電芯的溫差會非常大。液冷式熱管理是現在研究的主流，因為液體介質流向和流速容易控制，已經被很多制造公司運用，但是在實際加熱或冷卻的過程中，液體從電池入口進入電池內部換熱管道后，液體介質不斷的與電池進行熱交換，水溫不斷變化，從而在電池出口的水溫已經非常接近電池溫度，故無法進行熱交換。在這個過程當中，液體流經的路程越長，電池換熱管道進水口和出水口的溫差越大。

故現有技術有待改進和發展。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術存在的問題，提供一種通過三通閥或四通閥實現換熱介質流向換向的換向器；同時提供一種電池包熱管理方法及系統，在預設時間和/或電池包內溫差值滿足預設條件后，采用電池包內部水道換向器換向的設計,控制換熱介質的流向反向，以實現降低電池包溫差的目的。

本發明采用的技術方案如下：

一種換向器，用于內置換熱管道的電池包熱管理，換熱管道兩個端口之間設有閥體,所述閥體實現換熱管道內換熱介質的流向換向。在換熱管道兩個端口之間設有用于提供控制換熱管道內換熱介質的流向換向的閥體，通過改變換熱管道的進水口和出水口的相對關系，降低各個電池單體溫差的目的，實現電池包內的溫度場均衡。

進一步的，所述閥體為四通閥。采用四通閥實現電池包內換熱管道內的換熱介質流向換向其壓力穩定且實現方式簡單。

進一步的，所述閥體包括分別連接換熱介質進口與換熱介質出口的第一三通閥和第二三通閥，第一三通閥的第一通口連通所述換熱管道的第一端口，第一三通閥的第二通口連接所述換熱管道的第二端口；第二三通閥的第一通口連通所述換熱管道的第二端口，第二三通閥的第二通口連接所述換熱管道的第一端口；第一三通閥入口與換熱介質入口連接；第二三通閥出口與換熱介質出口連接。兩個三通電磁閥的組合實現電池包內換熱管道內換熱介質換向其優點是結構簡單冗余性強。

一種電池包熱管理方法，換熱管道內的換熱介質流向在預設條件觸發后，該換熱介質的流向反向。

該方法實現內置于電池包的換熱管道內換熱介質流向換向降低各個電芯之間的溫度差，達到均衡電池包內溫度場的目的。

進一步的，所述預設條件為預設時間和/或電池包內溫差值。

進一步的，所述預設時間和電池包內溫差值作為預設條件時,當電池包內溫差值達到預定值的時間早于預設時間，則以電池包內溫度差值為準，進行換熱管道內換熱介質換向；否則，以預設時間為準，進行換熱管道內換熱介質換向。因現有技術的電池其工作溫度區間較窄，故電池包內溫差值達到預定值作為預設條件具有最高優先級，以保護各個電芯的穩定工作，提高電池包的使用壽命。進一步的，電池包內n個檢測點中任意兩個檢測點之間的溫差值中最大值作為電池包內溫差值。采用任意兩檢測點最大溫差值作為電池包內溫差值使得電池包內各個電芯的工作溫度，提高整體電池包的壽命。

進一步的，所述電池包內溫差值為電池包內換熱管道第一端口與換熱管道第二端口之間的溫差。通過實驗測定大多數的最大溫差值為換熱管道第一端口與換熱管道第二端口之間的溫差，直接選取換熱管道第一端口與換熱管道第二端口之間的溫差作為電池包內溫度差值可以減少檢測點的布置，同時提高。

一種電池包熱管理系統,電池包內設有換熱管道，該系統包括用于接收換向信號以使得換熱管道內換熱介質流向換向的控制器。

進一步的，所述控制器為權利要求1至權利要求3任意一項所述的換向器。

進一步的，所述換向信號是預設時間和/或電池包內溫差值作為預設條件被觸發后，發送換向信號給換向器。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：

采用兩個三通(電磁/比例)閥或者四通閥，在極寒或極熱條件下，使電池包內換熱管道換熱介質分時換向流動，快速達到適宜的工作溫度，比單向水流式電池包加熱/冷卻周期減少(根據不同測試環境，減少時間不同)，減少車輛使用者的等待時間。同時電池溫差能夠快速在工作前達到預設值，溫度誤差值根據不同測試環境不同)。

附圖說明

本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1是一個實施例，通過兩個三通閥與電池包內換熱管道連接示意圖。

圖2、圖3為第一實施例兩個三通閥實現換熱介質相反流向的示意圖。

圖4、圖5為第二實施例四通閥實現換熱介質相反流向的結構示意圖。

附圖標記:

1-第一三通閥 2-第二三通閥

3-電池包內換熱管道 4-電池包

5-四通閥 11-第一三通閥入口

12-第一三通閥第一通口 13-第一三通閥第二通口

21-第二三通閥入口 22-第二三通閥第一通口

23-第二三通閥第二通口 31-換熱管道第一端口

32-換熱管道第二端口 51-四通閥進口

52-四通閥第一工作口 53-四通閥第二工作口

54-四通閥出口。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

本發明相關說明：

1.電池包內換熱管道3的換熱介質流向的改變則電池包換熱管道3的兩個端口方向也在變化，故在本專利中換熱管道入口和出口被稱作為換熱管道第一端口31和換熱介質第二端口32。換熱介質入口與換熱介質出口方向一直保持不變。電池包內換熱管道3是換熱介質經過的封閉的換熱管道通道3，通過換熱管道3兩個端口與閥體連接。

2.預設時間的設置與電池特性、電池最低/高溫度、單體溫差參數相關。

3.換熱介質裝置是輸出換熱介質并接受換熱介質的裝置。換熱介質：氣態優選R134a；液態優選50％的水和50％的乙二醇。換熱介質裝置輸出的換熱介質通過換熱介質入口與第一三通閥入口連接；第二三通閥入口輸出的換熱介質通過換熱介質出口流入換熱介質裝置。

本發明包括：

電池包溫度檢測器，用于通過多個溫度傳感器分別檢測電池包4的n個檢測點的溫度值，并將n個監測點的溫度值發送給電控信息采集器；

電控信息采集器，用于根據所述n個監測點的溫度值中任意兩個監測點之間的最大溫差值作為電池包內溫差值，若電池包內溫差值達到預設值和/或預設時間達到預設值發送換向信號；電控信息采集器通過處理器實現。

閥體，用于根據電控信息采集器發送的換向信號切換電池包內換熱管道3換熱介質的流向；

其中1)：電池包內換熱管道3設置在電池包4內壁并緊貼；通過換熱介質裝置通過換熱介質入口將換熱介質送入閥體；閥體通過換熱介質出口將換熱介質送入換熱介質裝置，保持換熱介質持續在電池包內部水道流通。

2)：預設條件時電池包內溫差值時，當電池包內溫差值大于某一預設值，則電控信息采集器發出換向信號；否則不發出換向信號；預設條件是預設時間時，系統監控時間達到預設時間時，則電控信息采集器發出換向信號。

3)：若閥體通過兩個三通閥(指的是電磁/比例閥)實現，閥體包括分別連接換熱介質進口與換熱介質出口的第一三通閥1和第二三通閥2，第一三通閥第一通口12連通所述換熱管道第一端口31，第一三通閥第二通口13連接換熱管道第二端口32；第二三通閥第一通口22連通所述換熱管道第二端口32，第二三通閥第二通口23連接換熱管道第一端口31。

其中第一換熱介質流向是換熱介質裝置出口將換熱介質通過第一三通閥入口11后，經過第一三通閥第一通口12、電池內部換熱管道3、第二三通電磁閥第一通口22、第二三通閥入口21流出后到換熱介質裝置，進行換熱介質循環制冷；當電控信息采集器發送的換向信號同時控制兩個三通閥換向時，產生第二換熱介質流向，即第二換熱介質流向是換熱介質裝置將換熱介質通過第一三通閥入口11后，經過第一三通閥第二通口13、電池內換熱管道3、第二三通閥第二通口23、第二三通閥入口23流出后到換熱介質裝置，進行換熱介質換向；依次類推當電控信息采集器發送換向信號時，換熱介質流向在第一換熱介質流向與第二換熱介質流向之間來回切換。

4)：若閥體四通閥5(四通電磁閥)實現；四通閥進口51與換熱介質入口連接，四通閥出口54與換熱介質出口連接，四通閥第一工作口52與電池包內換熱管道第一端口31連通；四通閥第二工作口53與電池包內換熱管道第二端口32連通；

當電控信息采集器發送的控制信號控制四通閥第一工作口52與第二工作口53在四通電磁閥兩個工作位置來回切換，使得換熱介質流向在電池包內換熱管道來回切換。

5)：電池包內溫差值為電池包內換熱管道第一端口31與換熱管道第二端口32之間的溫差。所述溫度傳感器均勻設置在電池包內部，緊貼電池包內表面。所述溫度傳感器至少有兩個溫度傳感器，兩個溫度傳感器分別對應設置在電池包內換熱管道第一端口31、電池包內換熱管道第二端口32，并且兩個溫度傳感器都緊貼在電池包表面。

6)：電池包熱管理系統還包括用于調節電池內換熱管道壓力的膨脹閥。

實施例一：

1、本發明中的換向器是通過兩個三通(電磁/比例)閥組合使用，電池包冷卻或加熱過程中，電池包換熱管道第一端口31水溫和電池包換熱管道第二端口32溫度相差大，電池包的溫差也隨著電池內換熱管道3溫度而逐漸變化，本發明通過預設時間或者電池內溫差(電池包內部平均散布有若干個溫度檢測點，溫度監測點緊貼電池包表面，通過電池內部的電控信息采集器進行電池溫度采集和溫差值計算)達到預定值時閥體控制換熱介質流向反向，以改變電池內部溫度差異，達到電池內部溫度快速均衡的目的。

如圖1兩種工作狀態所示，本發明換向器通過兩個三通閥實現。其中第一三通閥入口11與換熱介質入口連接，第一三通閥第一通口12、第一三通閥第二通口13都為換熱介質換向連接口；第二三通閥入口21與換熱介質出口連接，第二三通閥第一通口22、第二三通閥第二通口23都為換熱介質換向連接口。第一三通閥第一通口12、第二三通閥第一通口22同時與換熱管道第一端口31連接；第一三通閥第二通口22、第二三通閥第二通口23同時與換熱管道第二端口32連接；通過換向信號控制第一三通閥第一通口12和第二通口13進行換向，同時控制第二三通閥第一通口22與第二通口23換向，則產生如圖2、圖3所示的相反方向的換熱介質流向，通過換熱介質這兩種相反流向的方式，改變電池內部溫度差異。

實施例二：本發明電池包內部水道換向器通過一個四通閥5(四通電磁閥)實現。四通閥5進口與換熱介質入口連接，四通閥出口54與換熱介質出口連接，四通閥第一工作口52與電池包內換熱管道第一端口31連通；四通閥第二工作口53與電池包內換熱管道第二端口32連通。通過換向信號控制四通閥第一工作口52和四通閥第二工作口53換向，則產生如圖4、圖5所示的相反方向的換熱介質流向，通過換熱介質這兩種相反流向的方式，改變電池內部溫度差異。

本發明并不局限于前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。