本發(fā)明屬于汽車動力電池，具體涉及一種混合動力汽車電池包熱管理系統(tǒng)。
背景技術：
隨著人們對環(huán)保意識的提升，新能源車型也越來越多的出現(xiàn)在我們的生活當中。目前，新能源車型的發(fā)展有兩個方向。一是純電動汽車，一種是插電式混合動力汽車。由于受到續(xù)航里程的影響，純電動汽車的使用受到一定的限制。相對于純電動汽車，插電式混合動力汽車因為使用電機和發(fā)動機兩套動力系統(tǒng)，既可以減少能源的消耗，又可以保證行駛性能不受限制，是目前替代傳統(tǒng)內燃機汽車最理想的方案。
相比較傳統(tǒng)內燃機汽車，插電式混合動力車增加了驅動電機、動力電池、充電機等部件。其中動力電池的性能決定了插電式混合動力車的駕駛性能、安全性和使用壽命。通常情況下，電池包的工作溫度范圍為-20～50°C，當溫度高于50°C或低于-20°C時，電池包將無法進行充電及放電。電池包最合適的工作溫度范圍為10°C～40°C，當超出這個使用范圍后，電池包將出現(xiàn)電流的充放，為了保證動力電池的性能，就必須需要一套熱管理系統(tǒng)來保證電池包能工作在合理的工作范圍內。
目前電池包熱管理主流技術路線包括風冷式和水冷式兩種。如CN 202413396U記載了一種混合動力汽車動力電池包冷卻系統(tǒng)（電池包風冷方式），該技術方案通過將乘員艙的空氣通過鼓風機輸送到電池包內部，通過風冷來給電池模塊進行降溫，該方案可以達到對電池包冷卻的作用，但是也會存在一些問題，如必須設計一套復雜的風管系統(tǒng)，鼓風機的噪音問題，電池包冷卻對乘員艙降溫性能的影響，電池包預熱速度慢，以及電池包冷卻不均勻的問題。又如：CN 103287252 A記載了一種電動車熱管理系統(tǒng)（電池包水冷式方案），該方案由電池自然冷卻、強制冷卻、預熱系統(tǒng)構成，三個系統(tǒng)通過兩個三通閥相互切換，可以很好的對電池包進行冷卻和預熱。但是其預熱系統(tǒng)中使用的燃油加熱器一般需要專門的油泵、輸油管，進氣管、空氣濾芯、排氣管、排氣消音器，使得該系統(tǒng)結構復雜，控制穩(wěn)定性差。又如CN 101551175 A記載了一種空調和電池熱管理方案。其中電池加熱是通過電池本身的電量進行加熱，但該方案沒有考慮到電池本身在低溫情況下無法進行放電的特性，以及當電池電量低進行加熱后電池本身也會饋電的問題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種混合動力汽車電池包熱管理系統(tǒng)，能實現(xiàn)對電池包的冷卻和預熱，使電池包在不同環(huán)境工況下都能發(fā)揮最大性能，能延長電池包的使用壽命。
本發(fā)明所述的混合動力汽車電池包熱管理系統(tǒng)，包括：
路徑控制閥，該路徑控制閥包括進口、第一出口和第二出口；
電池包，其包括動力電池模組、電池冷卻板、電子水泵、溫度傳感器，以及連接路徑控制閥的進口、電池包、電子水泵的第一冷卻液管路，所述溫度傳感器用于檢測電池包上游的冷卻液溫度；
一級冷卻回路，其包括電池散熱器，以及連接路徑控制閥的第一出口、電池散熱器和電子水泵的第二冷卻液管路；
二級冷卻回路，其包含連接路徑控制閥的第二出口與電子水泵的第三冷卻液管路，以及通過制冷劑管路連接的壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、電池冷卻器，該電池冷卻器位于第三冷卻液管路上；
還包括：
預熱裝置，其包括為電池包預熱的電加熱器，以及為電加熱器提供電源的供電模塊，該供電模塊包括發(fā)動機、發(fā)電機和逆變器，所述發(fā)動機與發(fā)電機電連接，發(fā)電機與逆變器電連接，逆變器與電加熱器連接；通過發(fā)電機發(fā)電，逆變器將AC-320V逆變成DC-320V，為電加熱器供電；所述供電模塊還包括充電機和外接插座，所述充電機分別與電加熱器、外接插座連接，所述外接插座用于與市電連接；充電機將市電AC-220V逆變成DC-320V，為電加熱器供電；
熱管理控制器，熱管理控制器分別與路徑控制閥、電子水泵、溫度傳感器、電池冷卻器電連接，熱管理控制器根據(jù)溫度傳感器所檢測的溫度值在一級冷卻回路、二級冷卻回路、預熱裝置之間進行切換。
所述充電機位于第一冷卻液管路上，通過第一冷卻液管路上的冷卻液進行冷卻。
所述一級冷卻回路還包括設置在電池散熱器一側的冷卻風扇，該冷卻風扇與熱管理控制器電連接；通過冷卻風扇能夠加快電池散熱器表面空氣流動的速度，提高了散熱效果。
還包括電池蓄水壺，該電池蓄水壺與路徑控制閥的進口連接，用于給整個冷卻循環(huán)補充水。
第一冷卻液管路還通過排氣管與電池蓄水壺連接，將整個冷卻液循環(huán)中的氣體排出。
本發(fā)明的有益效果：
（1）預熱裝置具有充電預熱模式和行駛預熱模式，解決了電池在低溫條件下無法放電及電量低的問題。
（2）冷卻系統(tǒng)分為自然冷卻（即一級冷卻）和強制冷卻（即二級冷卻）；自然冷卻的優(yōu)點在于：在春秋兩季，電池包可以通過環(huán)境空氣進行冷卻，節(jié)約電能；強制冷卻的優(yōu)點在于：在夏季，電池包通過空調制冷劑強制冷卻，保證了電池包的工作溫度 。
綜上所述，本發(fā)明實現(xiàn)了對電池包的溫度控制，包括冷卻功能和預熱功能，使得插電式混合動力汽車能夠在一些極端環(huán)境工況下正常行駛，提高了動力電池包的效率及使用壽命。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
圖中，1、壓縮機，2、電池散熱器，3、冷凝器，4、冷卻風扇，5、壓力傳感器，6、第一電子開關，7、蒸發(fā)器，8、第二電子開關，9、電池冷卻器，10、發(fā)動機，11、電子水泵，12、發(fā)電機，13、逆變器，14、電加熱器，15、第一冷卻液管路，16、溫度傳感器，17、電池包，18、充電機，19、電池蓄水壺，20、路徑控制閥，20a、進口，20b、第一出口，20c、第二出口， 21、第二冷卻液管路，22、第三冷卻液管路，23、制冷劑管路，24、排氣管，25、外接插座。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
如圖1所示的混合動力汽車電池包熱管理系統(tǒng)，包括電池包17、路徑控制閥20、一級冷卻回路、二級冷卻回路、預熱裝置和熱管理控制裝置。
如圖1所示，路徑控制閥20包括進口20a、第一出口20b和第二出口20c。
如圖1所示，電池包17包括動力電池模組、電池冷卻板、電子水泵11、溫度傳感器16，以及連接路徑控制閥20的進口20a、電池包17、電子水泵11的第一冷卻液管路15。電池包17為現(xiàn)有技術，此處不再贅述。
溫度傳感器16用于檢測電池包17上游的冷卻液溫度。電池冷卻板緊貼電池模組，冷卻液通過電子水泵11引入到電池冷卻板內，電池冷卻板將動力電池模組的溫度通過冷卻液帶走或者吸收冷卻液的熱量，達到對電池模組冷卻和預熱的作用。
如圖1所示，一級冷卻回路包括電池散熱器2，以及連接路徑控制閥20的第一出口20b、電池散熱器2和電子水泵11的第二冷卻液管路21。
如圖1所示，二級冷卻回路包含連接路徑控制閥20的第二出口20c與電子水泵11的第三冷卻液管路22，以及通過制冷劑管路23連接的壓縮機1、冷凝器3、蒸發(fā)器7、電池冷卻器9。該電池冷卻器9位于第三冷卻液管路22上。在冷凝器3的出口與蒸發(fā)器7的入口之間設有壓力傳感器5。通過第一電子開關6用于控制蒸發(fā)器7開啟和關閉。通過第二電子開關8用于控制電池冷卻器9的開啟和關閉。其中的壓縮機1、冷凝器3、蒸發(fā)器7、電池冷卻器9、壓力傳感器5均屬于車載空調系統(tǒng)，為現(xiàn)有技術，此處不再贅述。
本發(fā)明中，電池包17分為兩級冷卻，一級冷卻為電池散熱器2冷卻，二級冷卻為電池冷卻器9冷卻，熱管理控制器（圖中未示出）根據(jù)環(huán)境溫度、冷卻液溫度通過控制路徑控制閥20來控制兩個冷卻回路之間的切換。電池散熱器2冷卻的優(yōu)點在于可以通過外界環(huán)境溫度和冷卻風扇來冷卻電池包，節(jié)能經濟。電池冷卻器9冷卻的優(yōu)點在于，其利用空調制冷劑冷卻，冷卻液溫度可以被冷卻到15°C左右，當環(huán)境溫度超過30°C時，冷卻效果明顯，保證了電池包在高溫工況下的性能。本發(fā)明通過兩種冷卻模式可以保證電池包17工作在最合適的溫度范圍內，延長了電池包17的使用壽命，延長了純電動續(xù)航里程。
為了保證電池包17在低溫條件下的充電機放電性能，本發(fā)明還設計了預熱裝置。預熱裝置包括為電池包17預熱的電加熱器14，以及為電加熱器14提供電源的供電模塊。該供電模塊包括發(fā)動機10、發(fā)電機12、逆變器13、充電機18和外接插座25，發(fā)動機10與發(fā)電機12電連接，發(fā)電機12與逆變器13電連接，逆變器13與電加熱器14連接；通過發(fā)電機發(fā)電，逆變器將AC-320V逆變成DC-320V，為電加熱器14供電。充電機18分別與電加熱器14、外接插座25連接，外接插座25用于與市電連接；充電機將市電AC-220V逆變成DC-320V，為電加熱器14供電。本發(fā)明既可以使用發(fā)動機10帶動發(fā)電機12發(fā)電，也可以通過外接插座25接市電進行預熱，其結構簡單，解決了車輛在低溫環(huán)境下充電和行駛的問題。充電機18位于第一冷卻液管路15上，通過第一冷卻液管路15上的冷卻液進行冷卻。
熱管理控制器分別與路徑控制閥20、電子水泵11、溫度傳感器16、電池冷卻器9電連接，熱管理控制器根據(jù)溫度傳感器16所檢測的溫度值在一級冷卻回路、二級冷卻回路、預熱裝置之間進行切換。
如圖1所示，所述一級冷卻回路還包括設置在電池散熱器2一側的冷卻風扇4，該冷卻風扇4與熱管理控制器電連接；通過冷卻風扇能夠加快電池散熱器表面空氣流動的速度，提高了散熱效果。
如圖1所示，還包括電池蓄水壺19，電池蓄水壺19與路徑控制閥20的進口20a連接，用于給整個冷卻循環(huán)補充水。第一冷卻液管路15還通過排氣管24與電池蓄水壺19連接，將整個冷卻液循環(huán)中的氣體排出。
本發(fā)明的工作原理：
首先當電池包17的溫度超過30°C后，熱管理控制器啟動電子水泵11工作，路徑控制閥20切換至一級冷卻回路，并根據(jù)電池包17進口的溫度傳感器16控制電子水泵11的流量，以及冷卻風扇4的轉速。此時，電池包17的熱量通過冷卻液帶入到電池散熱器2，通過電池散熱器2釋放到環(huán)境中。當電池模組的溫度低于25°C，關閉電子水泵11和冷卻風扇4。此循環(huán)適用于環(huán)境溫度低于30°C的工況。
當自然冷卻無法滿足電池包17的冷卻需求時，電池包17的溫度繼續(xù)上升超過40°C后，熱管理控制器設置電子水泵11工作為最高轉速，以提升換熱效率，路徑控制閥20切換至二級冷卻回路，發(fā)送壓縮機1工作使能信號至空調控制器，并打開第二電子開關8（即電池冷卻器9開啟），此時由于電池冷卻器9為冷卻液和空調制冷劑進行熱交換，冷卻液的溫度可以被冷卻至15°C，被冷卻后的冷卻液再通過電子水泵、第一冷卻液管路15引入到電池包17內，對電池包進行冷卻，從而保證了電池包17在高溫工況下的性能。當電池包17的溫度低于30°C后，關閉第二電子開關8（即電池冷卻器9關閉），電子水泵11繼續(xù)工作。
本發(fā)明中對電池包17的預熱有兩種控制模式：充電預熱模式和行駛預熱模式。
充電預熱模式的功能為：當電池包17溫度過低，無法進行充電時，可以通過外接插座25與市電連接，充電機18將AC-220V逆變?yōu)镈C-320V供電加熱器14工作，此時熱管理控制器控制電子水泵11和電加熱器14為電池包17預熱，當電池包17溫度升至允許充電溫度后，關閉電加熱器14。
行駛預熱模式的功能為：車輛在低溫工況下行駛，由于電池包17溫度過低，無法進行放電時，可以啟動發(fā)電機12發(fā)電，逆變器13將發(fā)電機12輸出的AC-320V逆變?yōu)镈C-320V供電加熱器14工作，此時熱管理控制器控制電子水泵11和電加熱器14為電池包17預熱，當電池包17溫度升至允許充電溫度后，關閉電加熱器14。