[發明專利]一種溫度控制裝置及其控制方法、電動汽車

在審

• 申請號: 201811472892.X
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN111276768A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 段煉;黎帥;袁俠義;李四旺;陳正琪;葛吉偉
• 申請（專利權）人: 廣州汽車集團股份有限公司
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/625;H01M10/42;H01M10/663;H01M10/6567;B60L58/32
• 代理公司: 深圳匯智容達專利商標事務所(普通合伙) 44238
• 代理人: 潘中毅;熊賢卿

本申請提供一種溫度控制裝置及其控制方法、電動汽車，裝置包括控制單元、乘員艙熱負荷檢測單元、壓縮機、冷凝器、電池管理系統（BMS）、乘員艙空調系統和動力電池冷卻系統；壓縮機、冷凝器、乘員艙空調系統形成第一閉環回路，壓縮機、冷凝器、動力電池冷卻系統形成第二閉環回路，冷媒在第一閉環回路和第二閉環回路中流通；乘員艙空調系統連接冷凝器的管路上設置有第一電子膨脹閥，動力電池冷卻系統連接冷凝器的管路上設置有第二電子膨脹閥。本申請控制單元接收并根據乘員艙熱負荷檢測單元的乘員艙熱負荷數據和電池管理系統的電池熱負荷數據確定壓縮機的轉速，并調節第一電子膨脹閥和第二電子膨脹閥的開度，對電池和乘員艙進行降溫。

技術領域

本申請涉及動力電池冷卻技術領域，具體涉及一種溫度控制裝置及其控制方法、電動汽車。

背景技術

動力電池是電動汽車的主要能源，當車輛在高速、低速、加速、減速等交替變換的不同行駛狀況下運行時，動力電池會以不同倍率放電，以不同生熱速率產生大量熱量，加上時間累積以及空間影響會產生不均勻熱量聚集，從而導致電池組運行環境溫度復雜多變，如果不及時有效地冷卻會影響電池的性能和壽命。動力電池最適宜的工作溫度一般為25攝氏度至30攝氏度，同時為了使電池的輸出電壓、電流、功率盡量一致，充分發揮電池模組的效能，電池模組的溫度差異需在5攝氏度范圍內，即具有良好的均勻性。

目前動力電池的冷卻方式主要有以下幾種：

（1）自然風冷

自然冷卻沒有額外的裝置進行換熱，利用電池與外界的溫差，實現熱量傳遞。例如BYD在秦，唐，宋，E6，騰勢等車型上都采用了自然冷卻。

（2）強迫風冷

風冷系統組件：冷卻風道、風機、電阻絲。

利用風扇引入冷風或熱風，輔以電池包內外的風道設計，實現冷卻和加熱。風機的選型和風道結構的設計直接影響電池包空冷系統的冷卻效果。需要根據電池的熱生成速率確定空氣流量；滿足每個模塊的溫升要求；基于系統所需空氣流量以及系統的壓降曲線選擇滿足要求的風機。例如豐田普銳斯采用了強迫風冷。

（3）液冷

利用冷卻液循環系統，將電池的熱量帶到外界或給電池加熱。電池冷卻回路里循環流動冷卻液，將電池模塊的熱量帶走，電池冷卻回路通過chiller（液液交換器）與空調冷卻回路換熱，最后通過前端冷卻模塊的冷凝器將熱量耗散到車外。液體冷卻有較好的冷卻效果，而且可以使電池組的溫度分布均勻，但是液體冷卻對電池包的密封性有很高的要求，這樣不僅增加了系統的復雜性而且降低了冷卻效果。液冷系統的重量和成本高、體積大。例如特斯拉Model S也采用了液冷。

（4）冷媒直冷

直冷采用冷媒（R134a）作為換熱介質，冷媒能在氣液相變過程中吸收了大量的熱，相比冷凍液而言冷卻速率可極大地提升，更快速的將電池系統內部的熱量帶走。BMW i3、i8，奔馳S400曾采用過直冷方案。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下技術問題：

第（1）種自然冷卻，冷卻能力完全取決于外界環境，適合電池模組較小，發熱量不大的車型。

第（2）種強制風冷由于風冷的對流換熱系數很低，因此冷卻和加熱的速度很慢。

第（3）種液冷在實車上應用最多，液體冷卻有較好的冷卻效果，而且可以使電池組的溫度分布均勻，但是液體冷卻對電池包的密封性有很高的要求，這樣不僅增加了系統的復雜性而且降低了冷卻效果。液冷系統的可靠性低，冷卻速率慢，系統可動零部件太多，重量和成本高、體積大。

第（4）種車載應用案例較少，技術難度高，控制困難，相變吸熱的可控性和均勻性較差。

綜上，現有技術的車輛動力電池的冷卻技術還有待進一步改進。

發明內容