本發明涉及一種純電動汽車動力電池空氣熱管理系統及其工作方法,屬于電動汽車技術領域。
背景技術:
隨著經濟的快速發展,全球性能源短缺以及環境污染等問題日益嚴重,發展純電動汽車成為目前解決這一問題的有效途徑。而動力電池作為制約電動汽車發展的核心部件,一直是眾多研發、生產單位爭相投入的熱點。其中動力電池的熱管理成為關鍵技術之一。
現在工程應用的電池熱管理方法主要有空氣冷卻、液體冷卻。液體冷卻系統結構復雜,質量大,易短路,冷卻介質容易泄露,所以使用較少。以空氣為介質對動力電池進行熱管理,就是讓空氣橫掠電池組,以帶走或帶來熱量,達到散熱或加熱的目的。風冷式散熱系統以其結構簡單,質量較小,冷卻介質泄露不會污染環境,產生有害氣體時能有效通風,成本較低等優點成為電動汽車動力電池散熱的首選方案。
現在使用的空氣冷卻方案大多比較簡單,有些把電池暴露于空氣中自然冷卻,無法滿足動力電池熱管理的需求。部分動力電池的冷卻方案采用不變的強制冷卻,不能根據電池的溫度變化進行相應的冷卻,增加了電池電量的額外消耗,節能效果差。
技術實現要素:
針對現有技術的不足,本發明提供一種純電動汽車動力電池空氣熱管理系統。
本發明還提供上述純電動汽車動力電池空氣熱管理系統的工作方法。
本發明的技術方案如下:
一種純電動汽車動力電池空氣熱管理系統,其特征在于,包括連接動力電池組箱的空氣分配管路、溫度傳感器和電池管理系統一體機;
空氣分配管路一端依次連接加熱器、空氣泵、儲氣罐、二位三通電磁換向閥E、冷卻器、二位三通電磁換向閥F和二位二通電磁換向閥,其中二位三通電磁換向閥E還通過管路連接二位三通電磁換向閥F;空氣分配管路另一端依次連接二位三通電磁換向閥A和二位二通電磁換向閥;
溫度傳感器設置在動力電池組箱內并與電池管理系統一體機電連接,電池管理系統一體機還分別與二位三通電磁換向閥A、加熱器、空氣泵、二位三通電磁換向閥E、冷卻器、二位三通電磁換向閥F及二位二通電磁換向閥電連接。
優選的,所述二位二通電磁換向閥還連接空氣過濾器A。
優選的,所述二位三通電磁換向閥E還連接空氣過濾器B。
優選的,所述空氣熱管理系統還包括二位三通電磁換向閥C、二位三通電磁換向閥D和二位三通電磁換向閥B;空氣分配管路一端通過連接二位三通電磁換向閥C、二位三通電磁換向閥D后再連接加熱器,空氣分配管路另一端通過連接二位三通電磁換向閥B后再連接二位三通電磁換向閥A,所述二位三通電磁換向閥C還通過管路連接二位三通電磁換向閥A,二位三通電磁換向閥D還通過管路連接二位三通電磁換向閥B;二位三通電磁換向閥C、二位三通電磁換向閥D和二位三通電磁換向閥B還分別與電池管理系統一體機電連接。
優選的,所述動力電池組箱的上下兩側各設置有三個接口,空氣分配管路通過接口與動力電池組箱連通。此設計的優勢在于,空氣分配管路是將空氣通過三個分散布置的入口輸入到動力電池組箱內,然后通過三個分散布置的出口將經過熱傳導的空氣輸出,防止散(加)熱集中,有利于分散散(加)熱及均衡散(加)熱,還可以降低動力電池組箱體的設計加工成本。
一種純電動汽車動力電池空氣熱管理系統的工作方法,其特征在于,包括以下步驟,
A儲氣循環模式:
當純電動汽車開始啟動時,電池管理系統一體機啟動儲氣循環模式,此時二位三通電磁換向閥A通電動作,空氣泵啟動,進行空氣循環;
B常溫冷卻模式:
當動力電池組箱內的溫度達到設定閾值時,電池管理系統一體機先啟動常溫冷卻模式Ⅰ,此時二位三通電磁換向閥E通電動作,空氣泵啟動,實現外部空氣進入系統,對動力電池組從下到上進行常溫冷卻;
當常溫冷卻模式Ⅰ運行一段時間后,電池管理系統一體機再啟動常溫冷卻模式Ⅱ,此時二位三通電磁換向閥B、二位三通電磁換向閥C、二位三通電磁換向閥D、二位三通電磁換向閥E通電動作,空氣泵啟動,實現外部空氣進入系統,對動力電池組從上到下進行常溫冷卻;
C低溫冷卻模式:
當動力電池組箱內的溫度達到設定閾值時,電池管理系統一體機先啟動低溫冷卻模式Ⅰ,此時二位三通電磁換向閥A通電動作,空氣泵和冷卻器啟動,外部常溫空氣經過冷卻器冷卻成為低溫空氣,低溫空氣對動力電池組從下到上進行低溫冷卻;
當低溫冷卻模式Ⅰ運行一段時間后,電池管理系統一體機再啟動低溫冷卻模式Ⅱ,此時二位三通電磁換向閥A、二位三通電磁換向閥B、二位三通電磁換向閥C、二位三通電磁換向閥D通電動作,空氣泵和冷卻器啟動,外部常溫空氣經過冷卻器冷卻成為低溫空氣,低溫空氣對動力電池組從上到下進行低溫冷卻;
D加熱模式:
當動力電池組箱內的溫度達到設定閾值時,電池管理系統一體機先啟動加熱模式Ⅰ,此時二位三通電磁換向閥F和二位二通電磁換向閥通電動作,形成封閉內循環空氣回路,空氣泵和加熱器啟動,內部空氣開始循環流動,同時開始對空氣進行加熱,對動力電池組從下到上進行加熱;
當加熱模式Ⅰ運行一段時間后,電池管理系統一體機再啟動加熱模式Ⅱ,此時二位三通電磁換向閥B、二位三通電磁換向閥C、二位三通電磁換向閥D、二位三通電磁換向閥F、二位二通電磁換向閥通電動作,空氣泵和加熱器啟動,內部空氣開始循環流動,同時開始對空氣進行加熱,對動力電池組從上到下進行加熱。
本發明的有益效果在于:
1、本發明動力電池空氣熱管理系統,具有多種溫度調節模式,可以針對不同的電池工況進行相應地模式選擇,實現對動力電池的合理化、精細化管理。
2、本發明動力電池空氣熱管理系統,采用相對閉式風冷模式,相比傳統的開放式冷卻模式,溫度調節更精確,空氣質量更高。
3、本發明動力電池空氣熱管理系統,采用閉式加熱模式,能夠實現熱空氣的循環利用,節約能源,提高加熱效率。
4、本發明采用智能化控制的空氣熱管理系統,能夠根據電池箱內的溫度變化實現多種模式的自動切換和控制,具有調節精準、轉換快速等優勢。
5、本發明選取合適的空氣電磁換向閥,保證在此系統中的不同模式下,盡量少的部件通電動作,使得系統電量消耗最低。
附圖說明
圖1為本發明空氣熱管理系統各部件的連接關系示意圖;
圖2為本發明空氣熱管理系統在儲氣循環模式下的工作狀態圖;
圖3為本發明空氣熱管理系統在常溫冷卻模式Ⅰ下的工作狀態圖;
圖4為本發明空氣熱管理系統在常溫冷卻模式Ⅱ下的工作狀態圖;
圖5為本發明空氣熱管理系統在低溫冷卻模式Ⅰ下的工作狀態圖;
圖6為本發明空氣熱管理系統在低溫冷卻模式Ⅱ下的工作狀態圖;
圖7為本發明空氣熱管理系統在加熱模式Ⅰ下的工作狀態圖;
圖8為本發明空氣熱管理系統在加熱模式Ⅱ下的工作狀態圖;
其中:1、空氣過濾器A;2、二位三通電磁換向閥A;3、二位三通電磁換向閥B;4、電池管理系統一體機;5、溫度傳感器;6、動力電池組箱;7、空氣分配管路;8、二位三通電磁換向閥C;9、二位三通電磁換向閥D;10、加熱器;11、空氣泵;12、儲氣罐;13、空氣過濾器B;14、二位三通電磁換向閥E;15、冷卻器;16、二位三通電磁換向閥F;17、二位二通電磁換向閥。
具體實施方式
下面通過實施例并結合附圖對本發明做進一步說明,但不限于此。
實施例1:
一種純電動汽車動力電池空氣熱管理系統,包括連接動力電池組箱6的空氣分配管路7、溫度傳感器5和電池管理系統一體機4;
空氣分配管路7一端依次連接加熱器10、空氣泵11、儲氣罐12、二位三通電磁換向閥E14、冷卻器15、二位三通電磁換向閥F16和二位二通電磁換向閥17,其中二位三通電磁換向閥E14還通過管路連接二位三通電磁換向閥F16;空氣分配管路7另一端連接二位三通電磁換向閥A2和二位二通電磁換向閥17;
溫度傳感器5設置在動力電池組箱6內并與電池管理系統一體機4電連接,電池管理系統一體機4還分別與二位三通電磁換向閥A2、加熱器10、空氣泵11、二位三通電磁換向閥E14、冷卻器15、二位三通電磁換向閥F16及二位二通電磁換向閥17電連接。
本實施例中,空氣泵型號為氣海FQY4816,二位三通電磁換向閥選用型號PC23-1/2T的直動式電磁閥,二位二通電磁換向閥選用型號PC22-1/2T的直動電磁閥,空氣過濾器的型號為LF-1/8-D-5M-MINI-A,溫度傳感器選用型號SA1-TH-44004-40-T的熱敏電阻傳感器,儲氣罐、冷卻器、加熱器根據實際情況進行定制,電池管理系統一體機選用浙江高泰昊能科技有限公司生產的型號為QT-BCU-48T16C的電池管理系統一體機。
在動力電池組箱6內上下側各設置四個溫度傳感器,中間位置處設置一個溫度傳感器。此設計能夠全面、準確地采集電池組箱內各個位置處的溫度,為后續準確調節電池組箱內的溫度提供依據,避免出現電池組箱內溫差過大的現象。
動力電池組箱6的上下兩側各設置有三個接口,空氣分配管路7通過接口與動力電池組箱6連通。此設計的優勢在于,空氣分配管路是將空氣通過三個分散布置的入口輸入到動力電池組箱內,然后通過三個分散布置的出口將經過熱傳導的空氣輸出,防止散(加)熱集中,有利于分散散(加)熱及均衡散(加)熱,還可以降低動力電池組箱體的設計加工成本。
另外,二位二通電磁換向閥17還連接空氣過濾器A1,二位三通電磁換向換向閥E14還連接空氣過濾器B13。增加的空氣過濾器,能夠保證進入系統內空氣的純凈度,避免雜質影響動力電池的使用效果和使用壽命。
工作原理:本實施例技術方案,由溫度傳感器采集電池組箱內的溫度數據,并將溫度數據轉換為電信號傳輸給電池管理系統一體機,由電池管理系統一體機進行判斷,當達到某一閾值范圍時通過啟動事先植入電池管理系統一體機內的相應程序,來開啟該程序下對應的機械電子元件,實現不同工作模式的運行,以此達到調節電池組箱內溫度的目的,保障動力電池的正常運作。
實施例2:
一種純電動汽車動力電池空氣熱管理系統,結構如實施例1所述,其不同之處在于:空氣熱管理系統還包括二位三通電磁換向閥B3、二位三通電磁換向閥C8和二位三通電磁換向閥D9,空氣分配管路7一端通過連接二位三通電磁換向閥C8、二位三通電磁換向閥D9后再連接加熱器10;空氣分配管路7另一端通過連接二位三通電磁換向閥B3后再連接二位三通電磁換向閥A2,所述二位三通電磁換向閥C7還通過管路連接二位三通電磁換向閥A2,二位三通電磁換向閥D9還通過管路連接二位三通電磁換向閥B3;二位三通電磁換向閥C8、二位三通電磁換向閥D9和二位三通電磁換向閥B3還分別與電池管理系統一體機4電連接。
本實施例在實施例1的基礎上,可以實現同一模式下,空氣流動從下至上或從上至下兩種方向對動力電池進行溫度調節,其目的是使動力電池組的內部不同位置的溫差更小,更好的均衡散熱。
實施例3:
一種純電動汽車動力電池空氣熱管理系統的工作方法,利用實施例2所述的空氣熱管理系統,具體工作過程包括以下步驟,
A儲氣循環模式:(如圖2所示)
當純電動汽車開始啟動時,電池管理系統一體機4啟動儲氣循環模式,此時二位三通電磁換向閥A2通電動作,空氣泵11啟動,進行空氣循環;
在此模式下,整個系統中電池工作釋放的有毒氣體被排出,同時測試整個系統是否通暢,防止由于長時間未更換空氣濾芯或內部結構故障造成的系統阻塞,并使儲氣罐內存有足夠的空氣,為系統的內循環做好準備。
B常溫冷卻模式:
純電動汽車在普通工況下,動力電池發熱較低,使用常溫空氣進行冷卻可以達到溫度要求。常溫冷卻模式分為Ⅰ、Ⅱ兩種,常溫冷卻模式Ⅰ使得熱空氣從動力電池組的下部進入,然后從動力電池組的上部排出;常溫冷卻模式Ⅱ使得熱空氣從動力電池組的上部進入,從動力電池組的下部排出,從而實現交替式常溫冷卻。
當溫度傳感器檢測到動力電池組箱內的溫度達到設定閾值時,電池管理系統一體機4先啟動常溫冷卻模式Ⅰ(如圖3所示),此時二位三通電磁換向閥E14通電動作,空氣泵11啟動,實現外部空氣進入系統,對動力電池組從下到上進行常溫冷卻;
當常溫冷卻模式Ⅰ運行一段時間后(可通過編程設定運行時間),電池管理系統一體機4再啟動常溫冷卻模式Ⅱ(如圖4所示),此時二位三通電磁換向閥B3、二位三通電磁換向閥C8、二位三通電磁換向閥D9、二位三通電磁換向閥E14通電動作,空氣泵11啟動,實現外部空氣進入系統,對動力電池組從上到下進行常溫冷卻;
該模式下,采用常溫冷卻模式Ⅰ和常溫冷卻模式Ⅱ交替進行,最終使動力電池的溫度維持在合理范圍內,防止動力電池溫度過熱以及動力電池箱內進出口處的溫差過大影響動力電池的使用效果和使用壽命。
C低溫冷卻模式:
純電動汽車在重載荷工況下,動力電池的輸出功率變大,自身發熱嚴重,常溫空氣冷卻已經不能滿足散熱的要求,這時候需要采用低溫冷卻模式。低溫冷卻模式分為Ⅰ、Ⅱ兩種,低溫冷卻模式Ⅰ使得熱空氣從動力電池組的下部進入,從動力電池組的上部排出;低溫冷卻模式Ⅱ使得熱空氣從動力電池組的上部進入,從動力電池組的下部排出,從而實現交替式低溫冷卻。
當溫度傳感器檢測到動力電池組箱內的溫度達到設定閾值時,電池管理系統一體機4先啟動低溫冷卻模式Ⅰ(如圖5所示),此時二位三通電磁換向閥A2通電動作,空氣泵11和冷卻器15啟動,外部常溫空氣經過冷卻器15冷卻成為低溫空氣,低溫空氣經由空氣泵11對動力電池組從下到上進行低溫冷卻;
當低溫冷卻模式Ⅰ運行一段時間后(可通過編程設定運行時間),電池管理系統一體機4再啟動低溫冷卻模式Ⅱ(如圖6所示),此時二位三通電磁換向閥A2、二位三通電磁換向閥B3、二位三通電磁換向閥C8、二位三通電磁換向閥D9通電動作,空氣泵11和冷卻器15啟動,外部常溫空氣經過冷卻器15冷卻成為低溫空氣,低溫空氣經由空氣泵11對動力電池組從上到下進行低溫冷卻;
該模式下,采用低溫冷卻模式Ⅰ和低溫冷卻模式Ⅱ交替進行,最終使動力電池的溫度維持在合理范圍內,防止動力電池溫度過熱以及動力電池箱內進出口處的溫差過大影響動力電池的使用效果和使用壽命。
D加熱模式:
在我國北方,冬天的溫度能夠達到零下二三十攝氏度,這使得動力電池不能正常工作,純電動汽車的推廣受到限制。所以動力電池需要加熱使其工作在合理溫度范圍內,使動力電池能在寒冷地域正常工作。
本發明的加熱模式屬于內循環加熱,能夠更好的對內部空氣進行加熱,并使得熱空氣循環使用,提高加熱速度,減少電池在這方面的能耗。加熱模式分為Ⅰ、Ⅱ兩種,加熱模式Ⅰ使得熱空氣從動力電池組的下部進入,從動力電池組的上部排出;加熱模式Ⅱ使得熱空氣從動力電池組的上部進入,從動力電池組的下部排出,從而實現交替式加熱。
當溫度傳感器檢測到動力電池組箱內的溫度達到設定閾值時,電池管理系統一體機4先啟動加熱模式Ⅰ(如圖7所示),此時二位三通電磁換向閥F16和二位二通電磁換向閥17通電動作,形成封閉內循環空氣回路,空氣泵11和加熱器10啟動,內部空氣開始循環流動,同時開始對空氣進行加熱,對動力電池組從下到上進行加熱;
當加熱模式Ⅰ運行一段時間后(可通過編程設定運行時間),電池管理系統一體機4再啟動加熱模式Ⅱ(如圖8所示),此時二位三通電磁換向閥B3、二位三通電磁換向閥C8、二位三通電磁換向閥D9、二位三通電磁換向閥F16、二位二通電磁換向閥17通電動作,空氣泵11和加熱器10啟動,內部空氣開始循環流動,同時開始對空氣進行加熱,對動力電池組從上到下進行加熱。
該模式下,采用加熱模式Ⅰ和加熱模式Ⅱ交替進行,最終使動力電池的溫度維持在合理范圍內,防止動力電池溫度過冷以及動力電池箱內進出口處的溫差過大影響動力電池的使用效果和使用壽命。