一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理系统

本发明涉及锂电池领域，尤其是涉及一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理系统。

背景技术：

1、锂离子电池以能量密度高，循环寿命长等诸多方面卓越的性能被广泛应用于消费类电子产品、纯电动汽车和储能等各个领域。但锂离子电池在低温和极寒环境下功能受限，电池热管理系统可以为锂离子电池提供适宜的工作温度，提高电池性能和车辆驾驶舒适性。但纯电动车锂离子电池在极低的温度下存在可用容量低、老化衰减严重、循环倍率性能差、析锂现象明显等问题，导致电车启动困难。

2、目前纯电动汽车应对低温环境电池启动困难的问题解决办法有：1)液体加热，利用冷却液传输热量到电池模组/包；2)电热加热，通过在电池模组/包中安装电阻加热器来产生热量；3)热电堆加热，将电能转化为热能为电池加热的设备；4)相变材料：使用相变材料嵌入在电池模组/包中，以帮助稳定温度；5)红外加热，使用红外辐射加热来加热电池模组/包。

3、但上述热管理系统加热电池存在预热时间长，启动缓慢等问题，严重影响纯电动车低温启动性能和驾驶体验。因此开发一种预热时间短，启动速度快的热管理系统是很有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的预热时间长、启动缓慢的缺陷而提供一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理系统，包括相变加热装置、液暖板、电池包、触发装置、复原装置、电池管理系统、第一传感器和第二传感器，液暖板分别连接相变加热装置和电池包，相变加热装置作为电池包的热源，触发装置控制相变加热装置，电池管理系统通过第一传感器获取电池包的温度，通过第二传感器获取相变加热装置内的压力信号，复原装置连接相变加热装置，用于恢复相变加热装置至初始状态，电池管理系统在纯电动汽车电池低温冷启动时根据温度和压力信号，控制相变加热装置依次执行辅助加热阶段、联合控温阶段和余热回收阶段。

4、进一步地，辅助加热阶段具体为：电池管理系统通过第一传感器获取电池包温度，判断其是否达到低温启动临界温度，若达到，则触发装置工作，相变加热装置在触发装置的控制下进行相变放热，液暖板吸收热量，加热电池包，使电池包升温。

5、进一步地，联合控温阶段具体为：电池管理系统通过第一传感器获取电池包温度，判断其是否达到热管理系统启动临界温度，若达到，则第二传感器获取相变加热装置内的压力信号，获得其相变状态，通过温度与压力信号，计算热管理系统启动节点，启动热管理系统，控制电池包温度，使电池处于工作范围内。

6、进一步地，余热回收阶段具体为：相变加热装置通过吸收余热，产生逆相变，还原至初始状态，电池管理系统通过第二传感器获取相变加热装置内的压力信号，判断其是否完全还原，若未完全还原，复原装置启动，促使相变加热装置完全恢复至初始状态。

7、进一步地，相变加热装置设置于液暖板表面，触发装置作用于相变加热装置发生相变释放热量。

8、进一步地，触发装置置于相变加热装置内部，当环境温度小于相变触发温度时，触发装置启动，并触发相变加热装置，使其相变放热，促使液暖板升温为电池包加热。

9、进一步地，液暖板置于相变加热装置与电池包之间，当电池包温度达到正常工作温度的临界值时，热管理系统启动，与相变加热装置联合加热，当相变加热装置相变完成后，通过吸收热管理系统余热，还原至初始状态。

10、进一步地，第一传感器置于电池包中，第一传感器采集电池包的温度信号判断其是否达到低温启动临界温度和热管理系统启动临界温度，第二传感器采集相变加热装置内压力信号，判断余热回收阶段相变加热装置是否完全还原。

11、进一步地，系统在纯电动汽车电池低温冷启动时，依次执行辅助加热阶段、联合控温阶段和余热回收阶段，具体包括以下步骤：

12、s1：纯电动汽车启动前，判断电池包温度是否小于低温启动的临界温度，若小于临界温度，则执行s2；若大于或等于临界温度，则执行s4；

13、s2：装置进入辅助加热阶段；

14、s3：根据相变加热装置的相变进程和电池包的总体温度，计算热管理系统最佳启动节点；

15、s4：根据热管理系统最佳启动节点启动热管理系统和纯电动汽车；

16、s5：装置进入余热回收阶段；

17、s6：判断热管理系统是否处于初始状态；若是，则执行s8，若否，则执行s7；

18、s7：启动加热装置，对相变加热装置进行加热，使相变加热装置恢复至初始状态；

19、s8：热管理系统停机。

20、进一步地，系统的控制电路结构包括车载控制系统、相变加热装置控制电路、温度感应部分和相变感应部分，车载控制系统包括转换及控制电路、输出端口、充电器微处理器和车载控制系统通信端口，转换及控制电路连接输出端口，充电器微处理器连接车载控制系统通信端口，相变加热装置控制电路包括相变加热装置通信端口、bms控制器、温度测量电路、相变复原电路、相变复原开关、充放电控制电路和充放电控制开关，相变加热装置通信端口连接车载控制系统通信端口，温度感应部分包括第一传感器和电源，相变感应部分包括电阻丝和第二传感器，bms控制器连接温度测量电路、第二传感器、相变复原电路、充放电控制电路和相变加热装置通信端口，温度测量电路连接第一传感器，充放电控制电路连接充放电控制开关，相变复原电路连接相变复原开关，输出端口正极并联连接电源负极和电阻丝，电源正极连接充放电保护开关，电阻丝的另一端连接相变复原开关，相变复原开关与充放电保护开关并联连接至输出端口负极。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、1)本发明通过储存纯电动汽车运行过程中产生的余热，对电池低温启动进行辅助，通过电池管理系统接收第一传感器和第二传感器采集的温度和压力数据，判断电池温度和相变加热装置的状态，控制触发装置和复原装置的工作状态，使相变加热装置发热或散热，使用液暖板导热，调节电池包温度，实现快速调节电池包温度，减少预热时间，提高电动车辆在低温环境下的启动效率。

23、2)本发明提出的综合热管理系统适用各种低温启动困难的电池组。

24、3)通过相变加热装置加热量的设计，可满足不同地区的冷启动需求。

25、4)本发明所提出联合热管理系统可智能调节应对不同环境温度，匹配不同电车系统。

26、5)本发明所涉及的相变加热装置结构简单，控制方便，易于实现。

技术特征：

1.一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理系统，其特征在于，包括相变加热装置(1)、液暖板(2)、电池包(3)、触发装置(4)、复原装置(5)、电池管理系统(6)、第一传感器(7)和第二传感器(8)，所述液暖板(2)分别连接相变加热装置(1)和电池包(3)，所述相变加热装置(1)作为电池包(3)的热源，所述触发装置(4)控制相变加热装置(1)，所述电池管理系统(6)通过第一传感器(7)获取电池包(3)的温度，通过第二传感器(8)获取相变加热装置(1)内的压力信号，所述复原装置(5)连接相变加热装置(1)，用于恢复相变加热装置(1)至初始状态，所述电池管理系统(6)在纯电动汽车电池低温冷启动时根据温度和压力信号，控制相变加热装置(1)依次执行辅助加热阶段、联合控温阶段和余热回收阶段。

2.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理系统，其特征在于，所述辅助加热阶段具体为：所述电池管理系统(6)通过第一传感器(7)获取电池包(3)温度，判断其是否达到低温启动临界温度，若达到，则所述触发装置(4)工作，所述的相变加热装置(1)在触发装置(4)的控制下进行相变放热，所述液暖板(2)吸收热量，加热电池包(3)，使电池包(3)升温。

3.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理系统，其特征在于，所述联合控温阶段具体为：所述电池管理系统(6)通过第一传感器(7)获取电池包(3)温度，判断其是否达到热管理系统启动临界温度，若达到，则所述第二传感器(8)获取相变加热装置(1)内的压力信号，获得其相变状态，通过温度与压力信号，计算热管理系统启动节点，启动热管理系统，控制电池包(3)温度，使电池处于工作范围内。

4.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理系统，其特征在于，所述余热回收阶段具体为：所述相变加热装置(1)通过吸收余热，产生逆相变，还原至初始状态，所述电池管理系统(6)通过第二传感器(8)获取相变加热装置(1)内的压力信号，判断其是否完全还原，若未完全还原，所述复原装置(5)启动，促使相变加热装置(1)完全恢复至初始状态。

5.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理系统，其特征在于，所述相变加热装置(1)设置于液暖板(2)表面，所述触发装置(4)作用于相变加热装置(1)发生相变释放热量。

6.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理系统，其特征在于，所述触发装置(4)置于相变加热装置(1)内部，当环境温度小于相变触发温度时，触发装置(4)启动，并触发相变加热装置(1)，使其相变放热，促使液暖板(2)升温为电池包(3)加热。

7.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理装置，其特征在于，所述液暖板(2)置于相变加热装置(1)与电池包(3)之间，当电池包(3)温度达到正常工作温度的临界值时，热管理系统启动，与相变加热装置(1)联合加热，当相变加热装置(1)相变完成后，通过吸收热管理系统余热，还原至初始状态。

8.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理系统，其特征在于，所述第一传感器(7)置于电池包(3)中，所述第一传感器采集电池包(3)的温度信号判断其是否达到低温启动临界温度和热管理系统启动临界温度，第二传感器(8)采集相变加热装置(1)内压力信号，判断余热回收阶段相变加热装置(1)是否完全还原。

9.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理系统，其特征在于，所述系统在纯电动汽车电池低温冷启动时，依次执行辅助加热阶段、联合控温阶段和余热回收阶段，具体包括以下步骤：

10.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理系统，其特征在于，所述系统的控制电路结构包括车载控制系统、相变加热装置控制电路、温度感应部分和相变感应部分，所述车载控制系统包括转换及控制电路、输出端口、充电器微处理器和车载控制系统通信端口，所述转换及控制电路连接输出端口，所述充电器微处理器连接车载控制系统通信端口，所述相变加热装置控制电路包括相变加热装置通信端口、bms控制器、温度测量电路、相变复原电路、相变复原开关、充放电控制电路和充放电控制开关，所述相变加热装置通信端口连接车载控制系统通信端口，所述温度感应部分包括第一传感器(7)和电源，所述相变感应部分包括电阻丝和第二传感器(8)，所述bms控制器连接温度测量电路、第二传感器(8)、相变复原电路、充放电控制电路和相变加热装置通信端口，所述温度测量电路连接第一传感器(7)，所述充放电控制电路连接充放电控制开关，所述相变复原电路连接相变复原开关，所述输出端口正极并联连接电源负极和电阻丝，所述电源正极连接充放电保护开关，所述电阻丝的另一端连接相变复原开关，所述相变复原开关与充放电保护开关并联连接至输出端口负极。

技术总结本发明涉及一种纯电动汽车电池低温冷启动联合热管理系统，包括相变加热装置、液暖板、电池包、触发装置、复原装置、电池管理系统、第一传感器和第二传感器，液暖板分别连接相变加热装置和电池包，相变加热装置作为电池包的热源，触发装置控制相变加热装置，电池管理系统通过第一传感器获取电池包的温度，通过第二传感器获取相变加热装置内的压力信号，复原装置连接相变加热装置，用于恢复相变加热装置至初始状态，电池管理系统在纯电动汽车电池低温冷启动时根据温度和压力信号，控制相变加热装置依次执行辅助加热阶段、联合控温阶段和余热回收阶段。与现有技术相比，本发明具有预热时间短，启动速度快等优点。技术研发人员：马天才,钱利勤,石磊,伊亚辉,夏成宇,苏建彬受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5