一种电池热管理空调系统论文和设计-孙鲁鲁

全文摘要

本实用新型提供了一种电池热管理空调系统，包括电池、空调系统及为所述电池降温的电池冷却回路，所述空调系统包括通过管路顺序连接的压缩机、四通阀、冷凝器及蒸发器，所述空调系统还包括制冷支路，所述制冷支路的冷媒入口端与所述冷凝器和蒸发器之间的管路连通，冷媒出口端与所述压缩机入口连通，所述制冷支路上连接有换热器，所述换热器为所述电池冷却回路降温。本实用新型提供的一种电池热管理空调系统，通过在冷媒入口处的并联管路上分别设置电磁阀，解决了电池空调的局限性，使得热泵空调即可供车厢使用，又可在制冷和制热状态下均供电池散热使用。

主设计要求

1.一种电池热管理空调系统，包括电池、空调系统及为所述电池降温的电池冷却回路，所述空调系统包括通过管路顺序连接的压缩机、四通阀、冷凝器及蒸发器，其特征在于：所述空调系统还包括制冷支路，所述制冷支路的冷媒入口端包括并与所述冷凝器和蒸发器之间的管路连通，冷媒出口端与所述压缩机入口连通，所述制冷支路上连接有换热器，所述换热器为所述电池冷却回路降温。

设计方案

2.如权利要求1所述的一种电池热管理空调系统，其特征在于：所述冷凝器和蒸发器之间连接有空调系统电子膨胀阀，所述制冷支路的冷媒入口端通过并联的管路分别与所述电子膨胀阀的两端连接。

3.如权利要求2所述的一种电池热管理空调系统，其特征在于：所述并联管路上各设置有一个电磁阀。

4.如权利要求3所述的一种电池热管理空调系统，其特征在于：所述空调系统制热状态下，所述电子膨胀阀和冷凝器之间连接的所述制冷支路的电磁阀关闭，另一电磁阀开通，所述空调系统制冷状态下，所述电子膨胀阀和蒸发器之间连接的所述制冷支路的电磁阀关闭，另一电磁阀开通。

5.如权利要求1所述的一种电池热管理空调系统，其特征在于：所述制冷支路上设有控制回路通断的控制阀。

6.如权利要求1所述的一种电池热管理空调系统，其特征在于：所述换热器的入口端连接有制冷支路电子膨胀阀。

7.如权利要求1所述的一种电池热管理空调系统，其特征在于：所述换热器为板式换热器。

8.如权利要求1所述的一种电池热管理空调系统，其特征在于：所述电池冷却回路为水冷回路。

9.如权利要求8所述的一种电池热管理空调系统，其特征在于：所述水冷回路上连接有水泵。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电池领域，特别是涉及电池的热管理系统。

背景技术

轨道车辆上的电池包通常采用蓄电池，在车辆运行过程，电池包会持续发热，需进行散热处理，防止电池包过热发生意外。目前给电池包散热的空调都是独立的，或者是单冷的空调供电池包和车厢使用。当空调需要制热并且电池需要降温时，给电池散热的热泵系统由此产生了。现有常用的技术方案是当电池包热负荷较高时，通过单冷空调给电池包降温。当电池包热负荷较低时，停止压缩机运转，通过增加水冷器使其高温水与空气进行热交换，实现水的冷却进而实现电池包的降温。此方案只用于单冷空调，并未兼容于热泵系统空调，轨道车辆需配套两套空调系统，一套冷暖空调，供车厢内使用，另一套单冷空调专为电池包降温使用，成本较高，同时也增了车辆的重量。

发明内容

本实用新型的主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种利用车上原有的冷暖空调为电池降温的电池热管理系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种电池热管理空调系统，包括电池、空调系统及为所述电池降温的电池冷却回路，所述空调系统包括通过管路顺序连接的压缩机、四通阀、冷凝器及蒸发器，所述空调系统还包括制冷支路，所述制冷支路的冷媒入口端与所述冷凝器和蒸发器之间的管路连通，冷媒出口端与所述压缩机入口连通，所述制冷支路上连接有换热器，所述换热器为所述电池冷却回路降温。

进一步的，所述冷凝器和蒸发器之间连接有空调系统电子膨胀阀，所述制冷支路的冷媒入口端通过并联的管路分别与所述电子膨胀阀的两端连接。

进一步的，所述并联管路上各设置有一个电磁阀。

进一步的，所述空调系统制热状态下，所述电子膨胀阀和冷凝器之间连接的所述制冷支路的电磁阀关闭，另一电磁阀开通，所述空调系统制冷状态下，所述电子膨胀阀和蒸发器之间连接的所述制冷支路的电磁阀关闭，另一电磁阀开通。

进一步的，所述制冷支路上设有控制回路通断的控制阀。

进一步的，所述换热器的入口端连接有制冷支路电子膨胀阀。

进一步的，所述换热器为板式换热器。

进一步的，所述电池冷却回路为水冷回路。

进一步的，所述水冷回路上连接有水泵。

综上所述，本实用新型提供的一种电池热管理空调系统，与现有技术相比，具有如下优点：

1.通过在冷媒入口处的并联管路上分别设置电磁阀，解决了电池空调的局限性，使得热泵空调即可供车厢使用，又可供电池散热使用；

2.车内空调无论制冷还是制热状态下均可为电池散热，无需额外设置电池包散热用空调，提高空调的利用率，降低成本，减轻车体重量；

3.结构简单，易于实现。

附图说明：

图1：本实用新型一种电池热管理空调系统组成示意图；

其中，压综体内1，四通阀2，冷凝器3，蒸发器4，冷凝风机5，蒸发风机6，第一电磁阀7，第二电磁阀8，电子膨胀阀9，支路电子膨胀阀10，板式换热器11，水泵12，电池13，气液分离器14。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

一种电池热管理空调系统，包括电池12、空调系统及为电池13降温的电池冷却回路，空调系统包括通过管路顺序连接的压缩机1、四通阀2、冷凝器3及蒸发器4，空调系统还包括制冷支路，制冷支路的冷媒入口端与冷凝器3和蒸发器4之间的管路连通，冷媒出口端与压缩机1入口连通，制冷支路上连接有换热器，换热器为电池冷却回路降温。

如图1所示，本实用新型提供的电池热管理系统，包括热泵空调系统和电池冷却回路，热泵空调可采用常规技术，包括通过管路顺序连接的压缩机1、四通阀2、冷凝器3、电子膨胀阀9、蒸发器4、气液分离器14，各器件之间通过管路形成冷媒流通的回路，冷凝风机5、蒸发风机6分别为冷凝器3、蒸发器4实现散热和空气流通，通过四通阀2的换向作用，确定冷媒在冷凝器3、蒸发器4之间的运转方向，实现空调系统的制热和制冷功能。此为现有技术，采用常规技术手段即可实现，不做赘述。

通过电池冷却回路给电池13降温，在本实用新型中，采用水冷回路为电池13降温，管路中的采用水为冷却剂，在实际应用中，可采用任意冷却剂，在电池13处，设置水冷箱，水冷箱可与电池13的任一侧壁相抵靠，或水冷箱可制成可容纳电池13的结构形态，水冷箱的侧壁与电池13至少两个以上的侧壁相抵靠，实现换热，为电池13降温，水冷箱上通过管路形成封闭的回路，并在回路上设置水泵12，实现回路内水的循环，提高电池13与水冷箱之间的换热效率。

为进一步提高电池13的散热，在本实用新型中，在空调系统中设置为电池冷却回路降温的制冷支路，如图1所示，制冷支路一端与冷凝器3和蒸发器4之间的管路连通，为制冷支路冷媒入口端，另一端与压缩机1的入口端连通，为制冷支路冷媒出口端，在制冷支路上，设置有可对电池冷却回路降温的换热器，在本实用新型中，采用板式换热器11。

为使得空调系统在制冷或制热状态下均可对电池13降温，在本实用新型中，制冷支路的冷媒入口通过并联的管路分别与电子膨胀阀9的两端连接，在并联的管路中，与电子膨胀阀9和冷凝器3之间的管路上连接有第一电磁阀7，与电子膨胀阀9和蒸发器4之间的管路上连接有第二电磁阀8，在制冷、制热不同情况下，两电磁阀择一开通，另一个关闭。

电池冷却回路在板式换热器11处设置有换热水箱，换热水箱与板式换热器11的任一侧壁抵靠接触换热，也可将换热水箱设置成如水冷箱类似的结构，使换热水箱的至少两个侧壁与板式换热器11的不同位置接触，进行有效换热。

本实用新型提供的一种电池热管理空调系统采用如下工作模式：

空调系统制冷柜式下，电池13热负荷高时，打开第一电磁阀7，关闭第二电磁阀8，板式换热器11可作为蒸发器使用。电池冷却回路中，从电池13处的水冷箱中流出的高温水经水泵12处理后流经板式换热器11，进行热交换，高温水变为冷却水再进入电池13处的水冷箱，继续为电池13降温。空调系统制热模式下，电池13需要降温时，打开第二电磁阀8，关闭第一电磁阀7，在四通阀2的作用下，板式换热器11仍作为蒸发器使用，从电池13处的水冷箱中流出的高温水经水泵12处理后流经板式换热器11，进行热交换，高温水变为冷却水再进入电池13处的水冷箱，继续为电池13降温。

具体来说：空调系统制冷模式下，压缩机1流出的高温高压气体，流向冷凝器3进行冷凝，流出冷凝器3后的高温高压液体分两路，主路通过电子膨胀阀9节流后流向蒸发器4，冷媒在蒸发器中蒸发变为低温低压气体，再流回压缩机1，完成一个完整的制冷过程。此时，制冷支路中的第一电磁阀7打开，第二电磁阀8关闭，高温高压的液体冷媒通过支路电子膨胀阀10节流后流向板式换热器11，再流回压缩机1，板式换热器11作为蒸发器使用，需吸热。从电池13处的水冷箱中流出的主温水经水泵12升压后流经板式换热器11处的换热水箱，经板式换热器11换热后，再经管路回到水冷箱，继续为电池13降温换热。

在制热模式下，压缩机1流出发的高温高压气体，通过四通阀2切换，使冷媒换向流入蒸发器4，此时，原蒸发器4和冷凝器3的作用互换，为叙述明确，不做区别，仍按原标号和术语描述，从蒸发器4流出的高温高压液体分为两路，主路通过电子膨胀阀9节流后流向冷凝器3，冷媒在冷凝器3中蒸发变为低温低压气体，再流回压缩机1，完成一个完整的制热过程。冷媒从蒸发器4流出后，第一电磁阀7关闭，第二电磁阀打开，冷媒按图1中键头所示方向经支路电子膨胀阀10流入板式换热器11，冷媒在板式换热器11中吸热蒸发，蒸发后的低温低压的冷媒与从冷凝器3中出来的冷媒汇合后再流向压缩机1。从电池13处的水冷箱中流出的主温水经水泵12升压后流经板式换热器11处的换热水箱，经板式换热器11换热后，再经管路回到水冷箱，继续为电池13降温换热。

综上所述，本实用新型提供的一种电池热管理空调系统，与现有技术相比，具有如下优点：

1.通过在冷媒入口处的并联管路上分别设置电磁阀，解决了电池空调的局限性，使得热泵空调即可供车厢使用，又可供电池散热使用；

2.车内空调无论制冷还是制热状态下均可为电池散热，无需额外设置电池包散热用空调，提高空调的利用率，降低成本，减轻车体重量；

3.结构简单，易于实现。

如上所述，结合所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

设计图

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