一种电池温度调节方法与流程

1.本发明涉及电池温度控制技术领域，具体涉及一种电池温度调节方法。


背景技术：

2.电池是新能源汽车中重要组成部分，电池需要在一定的温度范围内工作，电池工作的温度不宜过高或者过低，因此现有电池箱体中设置有换热系统对电池箱体中的电池进行温度控制。目前电池温控系统主要包括直冷系统、低温散热器冷却系统、直接冷却水冷却系统、空冷、水冷混合冷却系统和直接空气冷却系统等，电池安装于电池箱体中，并在电池箱体中安装换热器对电池换热，换热器与前述电池温控系统连接而实现换热。
3.其中直冷系统主要由冷凝器、压缩机和蒸发器组成，压缩机对制冷剂进行压缩，制冷剂经过冷凝器散热后流向蒸发器，制冷剂在蒸发器处进行吸热，从而完成对电池的冷却降温。低温散热器冷却系统是电池的一个单独系统，主要由散热器、水泵和换热器组成，冷却水在换热器处对电池进行吸热，吸热之后通过水泵流向散热器，散热器将冷却水中的热量通过散热风扇进行散发。直接冷却水冷却系统是前述直冷系统和低温散热器冷却系统的结合，散热器不再依靠散热风扇进行冷却，而是利用直冷系统中的制冷剂对低温散热器冷却系统中的散热器进行降温。空冷、水冷混合冷却系统是在直接冷却水冷却系统的基础之上又添加了对冷却水进行空气冷却的结构。直接空气冷却系统是利用前述直冷系统对驾驶舱进行降温，然后再将驾驶舱中的冷气吹向电池，从而实现了对电池的冷却降温。
4.以上多种冷却系统虽然都能够实现对电池箱体中电池的有效冷却，但是都存在如下缺陷：1、上述所有的冷却系统均只有对电池的冷却功能，不具有制热功能。制热功能还需要依靠其他部件实现，例如加热器（内有加热棒）对水进行加热，水通过换热器再对电池进行制热，这样电池的制热和冷却的结构复杂。
5.2、直接冷却水冷却系统，空冷、水冷混合冷却系统均为对电池进行间接冷却的方式，对电池的冷却效率低。
6.3、换热器是安装于电池箱体的底板上，换热过程中电池的温度传递给换热器进行换热，电池箱体的结构复杂、重量大且换热效率低。


技术实现要素：

7.本发明意在提供一种电池温度调节方法，以解决现有技术中电池温度控制系统无法同时对电池进行高效制冷和制热的问题。
8.为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种电池温度调节方法，用于对电池进行制冷或者制热，电池箱体内设有内部换热器且电池箱体上连接有外部换热器，内部换热器和外部换热器之间流通有冷媒，内部换热器内一体成型有热交换流道，内部换热器和外部换热器之间设有控制冷媒流动方向的控制器；电池温度调节方法如下：控制器控制冷媒由外部换热器向内部换热器内流动时，外部换热器形成冷凝器，
内部换热器形成蒸发器，外部换热器、控制器以及内部换热器之间形成制冷回路，内部换热器被制冷；控制器控制冷媒由内部换热器向外部换热器流动时，外部换热器形成蒸发器，内部换热器形成冷凝器，内部换热器、控制器以及外部换热器之间形成制热回路，内部换热器被制热。
9.本方案的原理是：本技术中，通过控制器控制冷媒在外部换热器和内部换热器之间的流动方向，从而使得外部换热器、控制器和内部换热器之间形成制热回路和制冷回路，使得内部换热器能够被制冷或者制热，而内部换热器是连接于电池箱体内的，因此可以通过内部换热器对电池箱体中的电池进行制冷或者制热，使电池处于适当的温度环境中。
10.结合现有技术中蒸发器和冷凝器的工作原理，由于制热过程中制热回路会承受大于制冷时制冷回路中的冷媒压力，本技术中，热交换流道是一体成型于内部换热器内，使得内部换热器生产难度较低且内部换热器的强度较大，可以承受制热时制热回路中较大的压力，因此采用本技术中内部换热器中的热交换流道，可以对电池箱体以及电池箱体中的电池进行加热操作，相比于现有技术中通过拼焊的具有弯曲流道的内部换热器，加热效果更加的稳定且安全，现有技术中的内部换热器在耐压与强度方面存在较大的短板，无法适应于本方案中的换热方式。
11.另外，本方案具有制冷和制热两种换热模式，通过改变冷媒在外部换热器、控制器和内部换热器之间的流动方向，即可实现制冷和制热两种换热模式的切换，制冷和制热过程无需两套单独的系统来完成，有效地将制冷和制热两种系统合二为一，从而简化电池温度调节系统并能够节省出更多的空间以安装更多的电池，提高了电池的总体积。
12.综上所述，采用本方案中的温度调节方法，可以方便地实现对电池的制冷和制热，更重要的是，由于采用本技术中内部换热器中一体成型的热交换流道结构，可以承受制热过程中冷媒的高温高压，从而使得整个调温过程能够稳定且安全地进行。
13.优选的，作为一种改进，所述控制器包括第一压缩机、第二压缩机、第一节流器和第二节流器，所述内部换热器、第一压缩机、第一节流器和外部换热器之间连通为制冷回路，所述外部换热器、第二压缩机、第二节流器和内部换热器之间连通为制热回路。
14.本方案中，利用双压缩机形式，形成相互独立的制热回路和制冷回路，当第一压缩机处于工作状态时，第二压缩机处于关闭状态，此时内部换热器、第一压缩机、第一节流器和外部换热器之间连通为制冷回路而使内部换热器被制冷；当第一压缩机关闭而第二压缩机开启时，外部换热器、第二压缩机、第二节流器和内部换热器之间连通为制热回路，内部换热器被制热，结构简单且控制方便。
15.优选的，作为一种改进，所述控制器包括第三压缩机、四通换向阀和第三节流器，所述压缩机与四通换向阀连接，四通换向阀连通于外部换热器和内部换热器之间。
16.本方案中，利用四通换向阀作为冷媒流向的控制件，使得制热回路和制冷回路共用一条连通回路，使得整个控制器的结构进一步的简化。
17.优选的，作为一种改进，所述内部换热器由若干块基板相邻固定连接而成，所述热交换流道设置于基板内，内部换热器的两端设有用于连通相邻基板上热交换流道的连接件。
18.本方案中，内部换热器有若干块基板相邻固定连接而成，从而可以将整体热交换面积较大的内部换热器分解为多块基板，面积体积较小的基板加工更加简单且能够更加方
便地在基板内一体成型出热交换流道，降低加工成本；同时，本技术中在内部换热器的两端设置连接件，利用连接件将相邻基板上的热交换流道连通起来，从而使所有基板上的热交换流道依次连通，以便内部换热器内部形成相互连通的流道，使得冷媒在流经连通的流道时对电池起到制冷或者制热的作用；而且，通过在内部换热器的两端设置连接件，利用连接件使得相邻基板上的热交换流道相互连通的同时，还能够利用连接件对相邻基板之间的固定连接强度进行补强，从而使得基板之间的连接更加稳固，整个内部换热器使用起来更加的安全可靠。
19.优选的，作为一种改进，所述连接件包括与基板的端部固定连接的连接板，连接板上开有若干个连通流道，相邻基板上的热交换流道均与连通流道之间连通有分流道。
20.本方案中，当将连接板与基板固定连接后，通过相互连通的连通流道和分流道，即可使相邻的热交换流道连通，连接板的结构简单且安装方便。
21.优选的，作为一种改进，所述连接板上开有连通槽，连接板上固定连接有用于密封连通槽的密封板，所述密封板与连通槽围成所述的连通流道。
22.本方案中，在连接板上直接开设连通槽，然后再利用密封板将连通槽密封，使得密封槽作为连通流道，密封槽的加工方便且密封板的安装简单，在较低加工成本下即可完成连通流道的加工。
23.优选的，作为一种改进，所述基板内设有若干个热交换流道，若干个热交换流道均分为多个热交换流道组，相邻热交换流道组之间通过连接件连通。
24.本方案中，在一块基板上设置多个热交换流道，并将多个热交换流道均分为多组，然后利用连接板上的连通流道将相邻热交换流道组连通，使得基板内冷媒的流量可以增大，从而提升换热性能。
25.优选的，作为一种改进，所述热交换流道通过挤压方式一体成型，连接件与基板之间，以及基板与基板之间采用搅拌摩擦焊固定连接。
26.本方案中，热交换流道通过挤压成型的方式一体成型，使得基板内的热交换流道呈直线布置，方便冷媒在热交换流道内的顺畅流动，同时通过一体成型出热交换流道，基板的加工速度快且加工的工艺简单，热交换流道位于基板内，基板的整体强度不会受到较大影响，使得热交换流道能够承受高温高压的冷媒；同时，本方案中，连接件与基板之间，以及基板与基板之间均采用搅拌摩擦焊固定连接，使得多块基板可以相互稳定连接而形成内部热交换器，且连接件与基板之间相互焊接固定，进一步提升内部换热器结构强度。
27.优选的，作为一种改进，所述内部换热器作为电池箱体的底板而集成于电池箱体内。
28.本方案中，内部换热器是作为电池箱体的底板直接集成于电池箱体内，内部换热器不仅作为热交换部件，还作为底板对电池起支撑的作用，电池位于电池箱体中，内部换热器可以与电池直接接触进行热交换，从而更加高效地完成换热过程；由于直接利用内部换热器作为电池箱体的底板，简化了整个电池箱体结构并减轻电池箱体的重量，对于以新能源汽车为例的电力设备而言，可以有效提升新能源汽车的续航能力，还可以节省出更多的空间以安装更多的电池，能够提高电池的总体积，进一步提升新能源汽车的续航能力。
29.优选的，作为一种改进，所述连接板上设有连接槽，其中一个或者多个连通流道与所述连接槽连通。
30.本方案中，在内部热交换器的两端均连接有连接板，连接板上设有使两个热交换流道组连通的连通流道，因此通过内部热交换器两端的连接板结构，可以使内部热交换器内的多个热交换流道组依次先后连通而形成一条或者多条连续的流道，对应的，通过在连接板上设置的连接槽，并使连接槽与其中一个或者多个连通流道连通，可以将整个内部热交换器内部的热交换流道分隔为多个独立的流道集合，通过连接槽向多个流道集合输送冷媒时，可以同时对多个分隔的流道集合进行单独供给冷媒，从而在内部热交换器上形成多个不同的循环热交换的连续流道，在内部热交换器面积较大或者内部热交换器热交换效率要求较高时，进一步提升内部热交换器的热交换效率。
附图说明
31.图1为本发明实施例一中制冷回路和制热回路的示意图。
32.图2为本发明实施例一中电池箱体的示意图。
33.图3为实施例一中连接板、密封板和基板连接的爆炸图。
34.图4为本发明实施例一中冷媒在底板中流动路线示意图。
35.图5为本发明实施例一中制冷回路和制热回路的示意图。
36.图6为本发明实施例二中基板与连接板连接的剖视示意图。
37.图7本发明实施例五的示意图。
38.图8为本发明实施例五中基板与连接板连接的剖视示意图。
39.图9为本发明实施例五中冷媒流动路线的示意图。
40.图10为本发明实施例五中基板与连接板连接的剖视正视图。
具体实施方式
41.下面通过具体实施方式进一步详细说明：说明书附图中的附图标记包括：底板1、基板101、热交换流道1011、连接板2、连通槽201、分流道202、安装槽203、连接槽204、连接道205、密封板3、连接头4、外部换热器5、第一压缩机6、第二压缩机7、第一节流器8、第二节流器9、水嘴10、第三压缩机11、四通换向阀12、第三节流器13、第一三通换向阀14、第二三通换向阀15。
42.实施例一本实施例一基本如附图1所示：一种电池温度调节方法，用于对电池进行制冷或者制热，使得电池箱体内安装的现有技术中的电池被降温或者加热，从而使电池处于适当的温度范围而良好地供电。电池箱体内设置有内部换热器且电池箱体之外连接有外部换热器5，内部换热器和外部换热器5之间流通有冷媒，冷媒为氟利昂等制冷剂，内部换热器和外部换热器5之间设有控制冷媒流动方向的控制器。
43.本实施例中，控制器包括第一压缩机6、第二压缩机7、第一节流器8和第二节流器9，内部换热器、第一压缩机6、第一节流器8和外部换热器5之间连通为制冷回路，外部换热器5、第二压缩机7、第二节流器9和内部换热器之间连通为制热回路，节流器为膨胀阀或者毛细管，本实施例优选膨胀阀。
44.结合图2和图3，内部换热器包括由若干块基板101横向相邻排列固定而成的板状结构,基板101的数量可以是一块或者多块，具体数量根据内部换热器的大小确定，且本实
施例中，内部换热器作为电池箱体的底板1而集成于电池箱体内，使得内部换热器既能作为换热部件，也能作为电池箱体的底板对电池起支撑作用。
45.当基板101的数量为多块时，相邻基板101之间采用搅拌摩擦焊的方式相互固定，在基板101相互固定之前，如图3所示，基板101内一体成型有沿着基板101长度方向设置的热交换流道1011，本实施例中，基板101中的热交换流道1011通过挤压成型方式跟随基板101一体成型，且同一基板101内热交换流道1011的数量为多个，多个热交换流道1011均分为多个热交换流道组，本实施例中，同一基板101内热交换流道组的数量为六组，每组热交换流道组内热交换流道1011的数量均为三个，在本实施例以外的其他实施例中，同一基板101中热交换流道组的数量以及热交换流道组内热交换流道1011的数量可以根据实际冷却需求进行更改，此处不再赘述。
46.如图2所示，底板1的前后两端均连接有连接件，连接件用于连通相邻的冷却组，本实施例中，连接件为固定连接于底板1端部的连接板2，结合图3，连接板2的顶面开有向下延伸的连通槽201，同时连接板2的顶面开有安装槽203，安装槽203的面积大于连通槽201的面积，使得安装槽203的底壁与连通槽201的侧壁形成阶梯面，安装槽203内采用搅拌摩擦焊的方式固定连接有密封板3，密封板3的底面与安装槽203的底壁贴合，密封板3对连通槽201的顶部开口进行密封，使得密封板3与连通槽201围成前述的连通流道，为了避免密封板3对连接板2的顶面平整度造成影响，密封板3的顶面与连接板2的顶面齐平。
47.连接板2上开有连通冷却组与连通流道的分流道202，利用分流道202的连通效果，使得相邻冷却组之间的热交换流道1011相互连通；同时，图2中电池箱体的前侧设置有两个水嘴10，两个水嘴10分别与位于前侧连接板2两端密封板3所对应的连通流道连通，而两个水嘴10可以与制冷回路和制热回路连通，冷媒可以由其中的一个水嘴10流入底板1内的热交换流道1011中，从而使冷媒与底板1接触而完成热交换，图4示出了冷媒在底板1中的流向示意图。
48.如图3所示，连接板2朝向基板101的侧壁上(图3中的后侧壁上)一体成型有连接头4，基板101的端部设有与连接头4配合的配合孔，本实施例中，在挤压成型基板101时，多成型一个热交换流道1011，使多出的这个热交换流道1011直接作为配合孔，从而不必在基板101的端部再加工配合孔，简化加工工艺并降低加工成本。
49.电池温度调节方法如下：制冷时，制热回路不工作，制热回路中的第二压缩机7处于关闭状态，第一压缩机6处于开启状态，在第一压缩机6的加压作用下，冷媒由底板1中的热交换流道1011依次流向第一压缩机6、外部换热器5和第一节流器8后流回底板1，冷媒完成制冷回路循环流动，此时底板1形成蒸发器，而外部换热器5形成冷凝器，由外部换热器5冷凝后的冷媒流经底板1而对电池箱体中的电池进行冷却降温。
50.制热时，制冷回路不工作，制冷回路中的第一压缩机6处于关闭状态，第二压缩机7处于开启状态，在第二压缩机7的加压作用下，冷媒由外部换热器5依次流经第二压缩机7、底板1和第二节流器9后流回至外部换热器5，冷媒完成制热回路流动，此时底板1形成冷凝器放热，而外部换热器5形成蒸发器，底板1放热过程对电池箱体中的电池进行升温加热。
51.在制热过程中，由于底板1形成冷凝器而外部换热器5形成蒸发器，此时冷媒在制热回路中处于高温高压状态，由于底板1与连接板2形成强度高的流道，能够稳定且可靠地
对高温高压状态的冷媒进行导流，从而使底板1能够稳定且安全地对电池箱体中的电池进行加热。
52.实施例二实施例二与实施例一的区别在于：如图5所示，本实施例中，控制器为第三压缩机11、四通换向阀12和第三节流器13，四通换向阀12连通于外部换热器5和底板1之间，通过换向四通阀对冷媒的换向切换操作，对第三压缩机11中流出的冷媒流动方向进行切换，从而实现了制冷和制热的切换。具体的，四通换向阀12的连接头4a和外部换热器5连接，四通换向阀12的连接头4b和内部换热器连接，四通换向阀12的连接头4c、连接头4d分别与第三压缩机11的输入端和输出端连接。由此，通过连接头4a与连接头4d连通，连接头4b与连接头4c位连通，冷媒的流向为从第三压缩机11出发，经过外部换热器5、底板1后流回第三压缩机11，此时为制冷状态。通过连接头4b与连接头4d连通，连接头4a与连接头4c连通，冷媒的流向为从第三压缩机11出发，经过底板1、外部换热器5流回第三压缩机11，此时为制热状态。
53.由于冷媒在第三节流器13中的流动具有单向性，因此本实施例中的控制器时，第三节流器13的两端分别连接有第一三通换向阀14和第二三通换向阀15，第一三通换向阀14上连接头4a和外部换热器5连接，连接头4b和第三节流器13连接，连接头4c连通过一个支管路和底板1连接。第二三通换向阀15上的连接头4a和第三节流器13连接，连接头4b和底板1连接，连接头4c通过另一支管路和外部换热器5连接。
54.当制冷时，使第一三通换向阀14的a、b连接头4连通，使第二三通换向阀15的a、b连接头4连通，此时冷媒通过第一三通换向阀14的a、b连接头4流向第三节流器13，然后通过第二三通换向阀15的a、b连接头4流向内部换热器。制热时，使第一三通换向阀14的c、b连接头4连通，使第二三通换向阀15的a、c连接头4连通，此时冷媒从底板1流出，通过第三节流器13上方的支管路流向第一三通换向阀14，冷媒通过第一三通换向阀14的c、b连接头4流向第三节流器13，然后通过第二三通换向阀15的a、c连接头4后经过另一支管路流向外部换热器5。由此，通过第一三通换向阀14和第二三通换向阀15的控制，实现了冷媒流经第三节流器13时的方向切换，保证了冷媒流经第三节流器13时的单向流动，且本实施例中通过一个四通换向阀12以及一个第三节流器13即可实现制冷和制热，结构简单。
55.实施例三实施例三与实施例二的区别在于：实施例一中，使用连接头4与基板101连接，本实施例中，如图6所示，在连接板2与基板101之间设置相互插接的插槽结构，使得连接板2与基板101形成稳定的连接，且本实施例中，插槽设置于连接板2的左侧壁上，基板101的右端插入到插槽中，然后利用穿透搅拌摩擦焊使基板101和连接板2焊接，在本实施例以外的其他实施例中，可以将插槽设置于基板101上，而将连接板2插入到基板101上的插槽内，使得连接板2和基板101之间也能够形成稳定的配合，此处不再赘述。
56.实施例四实施例四与实施例三的区别在于：实施例三中利用插槽结构使得基板101和连接板2相互连接，本实施例中，在基板101与连接板2之间利用插槽结构进行连接的情况下，还可以在基板101与连接板2之间设置连接头4而增强连接板2与基板101的连接强度，并在连接板2与基板101配合时利用连接头4的导向，可以使基板101与连接板2快速且准确地配合，并在基板101和连接板2的搅拌摩擦焊过程中对基板101和连接板2起到稳固作用，从而使焊
接更加稳固地进行。
57.实施例五实施例五与实施例四的区别在于:如图7和图8所示，本实施例中，两块连接板2中均成型有沿着连接板2长度方向设置的连接槽204，结合图9，连接板2上的一个或者多个连通流道与连接槽204之间设置有连接道205而相互连通，本实施例中，连接槽204与其中两个连通流道相互连通，其中一个连通流道位于连接板2的端部、另一个连通流道位于连接板2的中部，且位于两块连接板2端部的连通流道位于底板1的两端。
58.本实施例中，通过在连接板2上设置连接槽204并将其中两个连通流道与连接槽204相连通，结合与连接槽204相连通的连通流道位置，将整个底板1上的冷却组均分为上、下两部分，两部分冷却组均的热交换流道1011之间相互独，而每一部分冷却组内的所有热交换流道1011之间按照实施例一中依次连通的顺序连接，因此整个底板1中冷媒的流动路线基本如图7中虚线所示。
59.以冷媒由底板1的右下方流入右侧连接板2内的连接槽204为例，首先冷媒由位于底板1右侧的连接槽204流入，其中一部分冷媒流入到右侧连接板2右下方第一个密封板3所对应的连通流道内，然后由该连通流道流入到底板1下半部分的热交换流道组而对底板1进行热交换操作，最后流动至左侧连接板2中部密封板3对应的连通流道内，并由该连通流道流入到左侧连接板2中的连接槽204中，而后由左侧连接板2内的连接槽204流出底板1之外；右侧连接板2的连接槽204中另一部分冷媒由连接槽204流入到连接板2中部位置密封板3所对应的连通流道内，然后由该连通流道流入到底板1上半部分的热交换流道组而对底板1进行热交换操作，最后流动至左侧连接板2上部密封板3对应的连通流道内，并由该连通流道流入到左侧连接板2中的连接槽204中，而后由左侧连接板2内的连接槽204流出底板1之外。
60.本实施例中，通过连接板2上的两个连通流道与连接槽204连通，使得整个底板1的热交换流道组被分为两个独立部分，连接槽204内的冷媒同时进入到被分隔两部分的热交换流道组内进行换热，以制冷为例，温度较低的冷媒由底板1的一端和中部流入，并在底板1对侧的中部和另一端流出，从而相比于实施例一中仅设置一个入口和出口的方式能够起到更加均匀制冷或者制热的效果，从而对电池箱体内的电池起到更均匀的制热或制冷效果，有利于电池更加稳定且高效地工作。在本实施例以外的其他实施例中，可以根据实际换热需求设置不同数量的连通流道与连接槽204连通，从而合理地对底板1不同位置供给冷媒，使底板1满足换热要求。
61.实施例六实施例六与实施五的区别在于：如图10所示，在连接板2的左侧壁上成型插槽时，插槽的侧壁向连接板2的中部倾斜，对应的，基板101的右端的顶面和底面均设置有向基板101内倾斜设置的配合面，配合面与插槽倾斜角度相等，在将基板101的右端插入插槽中时，沿图8中垂直于纸面的方向插入到插槽中，从而使得基板101的右端与连接板2的左端形成配合。
62.本实施例中，通过在连接板2左端插槽内设置倾斜的面，并在基板101的右端设置匹配的配合面，一方面能够通过配合面与插槽的倾斜面形成卡合关系，从而使得连接板2和基板101之间的连接更加的稳固，进一步增强电池箱体的结构强度；另一方面，由于基板101上的配合面是向基板101内倾斜设置的，因此在采用穿透搅拌摩擦焊对基板101和连接板2
进行焊接时，即使焊缝位置的材质熔化，熔化的材质趋向于向基板101的内部（对应图10中的左向）聚集，可以减少熔化材质流向热交换流道1011而对热交换流道1011造成堵塞。
63.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。