一种动力电池热管理设备及其控制方法与流程

本发明涉及动力电池热管理领域，具体为一种动力电池热管理设备及其控制方法。

背景技术：

1、伴随着工程机械行业电动化的加速，大功率动力电池是保证工程机械产品正常运行的关键，电池热管理技术成为影响电池能效主要原因之一，如果热管理设备对电池的降温或升温效果不佳，可能会导致热失控或电池里程衰减，进而导致电池短路、鼓包、明火，最终引起安全事故，凸显电池热管理设备是保证整个工程机械产品持续安全运行的关键，其中电池的最佳工作温度范围通常在20℃到30℃之间‌。在这个温度范围内，电池的性能和寿命都能得到较好的保障‌。

2、行业内目前采用的动力电池热管理设备，是独立冷却设备和独立加热设备分开控制，这种分布式结构设备的控制能效比不高，不利于根据环境温度进行节能控制；现有的锂电池在一些特殊的环境中，特别是在一些昼夜温差大的环境中，需要将电池的温度从0℃加热到20℃，消耗的能量较多，其整体的设备消耗的能量较高，因此不满足现有的需求，对此我们提出了一种动力电池热管理设备及其控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种动力电池热管理设备及其控制方法，以解决上述背景技术中提出等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种动力电池热管理设备，包括水泵，所述水泵的一端连接有进水管，所述进水管表面的一侧连接有回水温度传感器，水泵的一端连接有第一三通管, 第一三通管的一端连接有低温散热器，低温散热器的一端通过管道连接有第二三通管，第二三通管的一端通过管道连接有第一加热器，所述第一加热器的出水端通过管道连接有热量交换器，所述热量交换器表面的一个出水端和第一三通管通过管道连接，所述第二三通管的另一端连接有电池，所述电池表面一侧设有出水温度传感器；

3、所述热量交换器表面的另一个出水口通过管道连接有压缩机，所述压缩机的一端通过管道连接有冷凝器，所述冷凝器的一端和热量交换器的其中一个进水口通过管道连接。

4、优选的，所述压缩机和热量交换器之间连接的管道表面设有低温温度传感器，所述压缩机和冷凝器之间连接的管道表面设有高温温度传感器。

5、优选的，所述低温散热器的一侧设有环境温度传感器，所述低温散热器和第一三通管之间的管道表面设有第二截止阀，所述第一三通管和热量交换器之间连接的管道上设有第一截止阀。

6、优选的，所述冷凝器的外侧设有冷凝风机，所述压缩机和热量交换器之间连接的管道表面设有低温温度传感器，所述压缩机和冷凝器之间连接的管道表面设有高温温度传感器。

7、优选的，所述热量交换器、第一加热器和低温散热器通过管道串联为水循环回路。

8、优选的，所述热量交换器、压缩机和冷凝器通过管道串联为冷媒循环回路。

9、优选的，所述第一加热器出水端的管道上和第二三通管的一端连接有支路管，所述支路管的表面设有第五截止阀，所述第一加热器的出水端连接有第三截止阀，所述第一加热器的进水端连接有第四截止阀，所述支路管的另一端连接有第六截止阀，所述支路管的中间处设有第二加热器；

10、所述第二加热器包括进水腔和加热腔，所述加热腔的四周端面均固定连接有多个加热板，所述进水腔和加热腔之间固定连接有隔板，所述隔板的中间处设有齿轮箱，所述齿轮箱上侧的连接轴上连接有旋转叶，所述齿轮箱下侧的输出端通过联轴器连接有旋转杆，所述旋转杆的两侧均固定连接有多个连接杆，所述连接杆的一侧固定连接有旋转板，所述旋转杆上端的两侧均连接有蜗轮叶；

11、所述进水腔内部一侧的上端设有进水口，进水口和固定连接，进水腔内部另一侧的下端设有通液孔，加热腔内部底端的一侧设有出液口，出液口和第五截止阀通过管道连接。

12、优选的，所述出水管和进水管之间连接有热量回收器，所述热量回收器内插装有电池。

13、优选的，所述热量回收器包括固定连接在电池上下两端的导热铜片，所述导热铜片的表面排列设有多个导热槽，所述导热槽内贴合安装有导热铜管，所述每个导热铜管的两端均连接有缓冲罐，所述其中一个缓冲罐的一端和出水管连接，所述另一个出水管的一端连接有进水管。

14、一种动力电池热管理设备的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

15、步骤a：当电池无加热且无需制冷时，设备中水循环回路的第一加热器和冷媒循环回路中的热量交换器都不工作，打开第一截止阀，并打开第二截止阀，水泵运转进行冷却液循环流动，达到保持电池均温的目的；

16、步骤b：当电池温度高于30℃且环境温度＜5℃时，设备开启低温制冷对高于30℃的电池进行降温，打开第二截止阀，关闭第一截止阀，第一加热器不工作，通过水泵运转使冷却液流经低温散热器，通过冷凝风机的高速运转产生的风透过冷凝器向低温散热器吹动，将冷却液热量与低温环境进行热交换，将冷却液温度降低，从而达到为电池降温的目的；

17、步骤c：当电池温度高于30℃且环境温度≥5℃时，设备开启高温制冷，打开第一截止阀，关闭第二截止阀，第一加热器不工作，打开压缩机使冷媒循环回路运转，通过水泵运转使冷却液流经热量交换器，在热量交换器中完成制冷剂与冷却液的热交换，将冷却液温度降低至℃，从而达到为电池降温的目的；

18、步骤d：当电池温度低于10℃需要加热时，设备开启制热，其中的回水温度传感器和出水温度传感器监测到冷却液平均温度低于10℃，则中央处理器控制打开第一截止阀，关闭第二截止阀，水泵由外部电源供电并进行运转，使得冷却液循环流动，同时开启第一加热器将冷却液加热，并将冷却液温度加热至20℃，从而达到为电池升温的目的；

19、步骤e：当环境温度在白天时温度上升至30℃时，热量交换器不进行通电运行，其中第二截止阀关闭，第一截止阀打开，第三截止阀和第四截止阀为打开状态，第五截止阀和第六截止阀也为打开状态，且第一加热器不进行通电运行，电池在运行过程产生的热量会不断地散发至热量回收器中，加上环境温度使得的管道中的冷却液温度上升至20℃，而其中第二加热器内的冷却液受到环境影响被加热至30℃；

20、步骤f：当环境温度在夜晚时，温度降低到10℃时，这时的第一加热器内部的冷却液温度已经为10℃，第二加热器内的冷却液和第一加热器以及管道中冷却液混合后，使得冷却液温度维持在20℃。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、1、本发明由出水温度传感器、回水温度传感器、水泵、低温散热器、水路截止阀和热量交换器构成的水循环回路；

23、由压缩机、高温温度传感器、低温温度传感器、冷凝器、第一加热器、电子膨胀阀和热量交换器构成的冷媒循环回路,其中环境温度传感器来监测环境温度，设备可根据环境温度，自动控制设备在自循环、低温制冷、高温制冷、制热等多个工作模式间切换。

24、2、本发明中当环境温度在白天时温度会逐渐的上升至30℃，首先热量交换器不进行通电运行，其中第二截止阀关闭，第一截止阀打开，第三截止阀和第四截止阀为打开状态，第五截止阀和第六截止阀也为打开状态，且第一加热器不进行通电运行，这时水泵通电运作，将管道中的冷却液进行循环流动，电池在运行过程产生的热量会不断地散发至热量回收器中，同时第二加热器利用环境温度使得管道中的冷却液温度保持在30℃；

25、到了夜晚，当低温温度传感器监测到环境温度降低到10℃时，这时电池的温度由于白天在冷媒循环回路的运作下维持在10℃，其中的管道中的冷却液也为10℃，则先开启第五截止阀和第六截止阀，使得第二加热器内部30℃的冷却液和第一加热器内部及其管道内余留的10℃的冷却液混合并循环进入到第一加热器内， 将30℃的冷却液和10℃的冷却液混合得到20℃摄氏度的冷却液，该设置中，利用白天环境的温度将冷却液的温度维持在10℃至20℃之间，从而节省了第一加热器直接对冷却液加热而耗费的电能，因此该设置的节能模式能够节约电池加热所消耗的能量。