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CN115284971A - 一种车载电池热管理控制系统及方法 - Google Patents

一种车载电池热管理控制系统及方法 Download PDF

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CN115284971A
CN115284971A CN202210853490.4A CN202210853490A CN115284971A CN 115284971 A CN115284971 A CN 115284971A CN 202210853490 A CN202210853490 A CN 202210853490A CN 115284971 A CN115284971 A CN 115284971A
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赵红光
李云龙
杜胜凯
耿胜斌
孙达
张军刚
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Zhongtong Bus Holding Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种车载电池热管理控制系统及方法，包括变频压缩机的出口连接四通换向阀的a口，四通换向阀的b口连接室外换热器，室外换热器通过管道分别连接第一双向膨胀阀和第二双向膨胀阀，第一双向膨胀阀通过管道连接室内换热器，第二双向膨胀阀通过管道连接电池单元内的换热器，室内换热器和电池单元的换热器均通过管道连接四通换向阀的d口，四通换向阀的c口通过管道经气液分离器连接变频压缩机的入口。以电池和乘客舱共同作为制冷或制热的需求端，以电池和乘客舱分别处于不同的热量/冷量需求状态划分热管理系统的工作模式，利用换向阀和双向膨胀阀改变系统内工质的流向以切换工作模式，使工质的热量/冷量得到合理分配。

Description

一种车载电池热管理控制系统及方法
技术领域
本发明涉及车载电池单元技术领域，具体为一种车载电池热管理控制系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
车载电池热管理控制系统是车载电池搭载的用于控制电池热平衡，避免发生高温事故的部件。目前的车载电池热管理控制系统中，常见散热方式采用自然冷却、强制风冷和冷却液冷却三种冷却方式，常见加热方式为加热膜加热和冷却液液热两种方式。但以上几种散热方式对解决动力电池快充和快放时温升速率急剧增大问题均不能有显著效果。加热膜加热由于故障率高、安全风险系数大，正逐步被电池生产厂家淘汰。冷却液液热由于换热效率和温升速率低问题饱受用户诟病。采取冷却液液冷时，系统管路和换热器又容易结冰。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种车载电池热管理控制系统及方法，以电池和乘客舱共同作为制冷或制热的需求端，以电池和乘客舱分别处于不同的热量/冷量需求状态划分热管理系统的工作模式，利用换向阀和双向膨胀阀改变系统内工质的流向以切换工作模式，使工质的热量/冷量得到合理分配。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种车载电池热管理控制系统，包括：
变频压缩机的出口连接四通换向阀的a口，四通换向阀的b口连接室外换热器，室外换热器通过管道分别连接第一双向膨胀阀和第二双向膨胀阀，第一双向膨胀阀通过管道连接室内换热器，第二双向膨胀阀通过管道连接电池单元内的换热器，室内换热器和电池单元的换热器均通过管道连接四通换向阀的d口，四通换向阀的c口通过管道经气液分离器连接变频压缩机的入口。
室外换热器连接室外风机。
室外换热器与第一双向膨胀阀和第二双向膨胀阀连接的管道上设有干燥过滤器。
室内换热器连接加热器和室内风机。
变频压缩机的入口和出口设有压力传感器。
本发明的第二个方面提供基于上述系统实现热管理的方法，包括以下步骤：
获取电池单元内的温度，根据温度的最大值和平均值与设定值之间的关系，通过第一双向膨胀阀、第二双向膨胀阀、四通换向阀切换热管理工作模式，具体为：
模式一：电池和乘客舱制冷模式；
模式二：电池制冷模式；
模式三：电池和乘客舱制热模式；
模式四：电池制热模式；
模式五：乘客舱制冷模式；
模式六：乘客舱制热模式；
模式七：待机模式
当温度的最大值Tmax不小于第一设定值T1且温度的平均值Tmean不小于第二设定值T2，发出制冷请求，若同时收到乘客区制冷需求时，变频压缩机开启，四通阀的a口和b口导通，c口和d口导通，第一双向膨胀阀和第二双向膨胀阀开启并根据工况调节开度，进入模式一；若没有收到乘客区制冷需求，第一双向膨胀阀关闭进入模式二。
当温度的最小值Tmin不大于第三设定值T3且温度的平均值Tmean不大于第四设定值T4，发出制热请求，若同时收到乘客区制热需求时，变频压缩机开启，四通阀的a口和d口导通，c口和b口导通，第一双向膨胀阀和第二双向膨胀阀开启并根据工况调节开度，进入模式三；若没有收到乘客区制热需求，第一双向膨胀阀关闭，进入模式四。
当仅收到乘客区制冷需求时，变频压缩机开启，四通阀的a口和b口导通，c口和d口导通，第一双向膨胀阀开启并根据工况调节开度，第二双向膨胀阀关闭，进入模式五。
当仅收到乘客区制热需求时，变频压缩机开启，四通阀的a口和d口导通，c口和b口导通，第一双向膨胀阀开启并根据工况调节开度，第二双向膨胀阀关闭，进入模式六。当没有收到任何请求时，进入模式七。
与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
1、系统以电池和乘客舱共同作为制冷或制热的需求端，以电池和乘客舱分别处于不同的热量/冷量需求状态划分热管理系统的工作模式，利用换向阀和双向膨胀阀改变系统内工质的流向以切换工作模式，使工质的热量/冷量得到合理分配，从而使电池温度维持在合适区间，提高充放电效率。
2、切换工作模式时，利用乘客区的制冷需求补充电池的制冷需求，从而避免传统冷却液液冷系统中管路和换热器易结冰的问题。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明一个或多个实施例提供的电池热管理系统的结构示意图；
图2是本发明一个或多个实施例提供的电池热管理系统的工作流程示意图；
图中：1、变频压缩机；2、第一压力传感器；3、四通换向阀；4、室外风机；5、室外换热器；6、干燥过滤器；7、第一双向膨胀阀；8、第二双向膨胀阀；9、电池单元；10、PTC加热器；11、室内风机；12、室内换热器；13、气液分离器；14、第二压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术中所描述的，目前的车载电池热管理控制系统中，常见散热方式采用自然冷却、强制风冷和冷却液冷却三种冷却方式，常见加热方式为加热膜加热和冷却液液热两种方式。以上几种散热方式对解决动力电池快充和快放时温升速率急剧增大问题均不能有显著效果。在采取冷却液液冷时，冷却系统的管路和换热器受冷量分配问题容易结冰。
因此，以下实施例给出了一种车载电池热管理控制系统及方法，解决直冷直热模式下系统管路和换热器易结冰问题，通过充放电电流智能分配制冷量，结合电池热管理不同工作模式，使电池温度维持在合适区间，提高充放电效率。
实施例一：
如图1所示，一种车载电池热管理控制系统，包括：
变频压缩机1的出口连接四通换向阀3的a口，四通换向阀3的b口连接室外换热器5，室外换热器5通过管道分别连接第一双向膨胀阀7和第二双向膨胀阀8，第一双向膨胀阀7通过管道连接室内换热器12，第二双向膨胀阀8通过管道连接电池单元9内的换热器，室内换热器12和电池单元9的换热器均通过管道连接四通换向阀3的d口，四通换向阀3的c口通过管道经气液分离器13连接变频压缩机1的入口。
室外换热器5连接室外风机4。
室外换热器5与第一双向膨胀阀7和第二双向膨胀阀8连接的管道上设有干燥过滤器6。
室内换热器12连接PTC加热器10和室内风机11。
变频压缩机1的入口和出口设有压力传感器，本实施例中，第一压力传感器2位于变频压缩机1的出口管道上，第二压力传感器14位于变频压缩机1的入口管道上。
具体的：
第一双向膨胀阀7连接室内换热器12的一端，室内换热器12的一侧有PTC加热器10和室内风机11，室内换热器12的另一端连接四通换向阀3的d口，四通换向阀3的d口连接气液分离器13的入口，气液分离器13的出口连接变频压缩机1的入口，连接变频压缩机1的输入输出的管路内装有第一压力传感器2和第二压力传感器14；
第二双向膨胀阀8的另一端连接电池单元9，电池单元9通常有多个电池包，电池包包含直冷直热换热器、多个温感探点和母线电流传感器，电池单元9另一端连接和室内换热器12汇合后连接四通换向阀3的d口。
上述系统以电池和乘客舱共同作为制冷或制热的需求端，以电池和乘客舱分别处于不同的热量/冷量需求状态划分热管理系统的工作模式，利用换向阀和双向膨胀阀改变系统内工质的流向以切换工作模式，使工质的热量/冷量得到合理分配。
切换工作模式时，利用乘客区的制冷需求补充电池的制冷需求，从而避免传统冷却液液冷系统中管路和换热器易结冰的问题。
实施例二：
如图2所示，本实施例提供基于实施例一中的系统实现热管理的方法，包括以下步骤：
获取电池单元内的温度，根据温度的最大值和平均值与设定值之间的关系，通过第一双向膨胀阀7、第二双向膨胀阀8、四通换向阀3切换热管理工作模式，包括：
模式一：电池和乘客舱制冷模式；
模式二：电池制冷模式；
模式三：电池和乘客舱制热模式；
模式四：电池制热模式；
模式五：乘客舱制冷模式；
模式六：乘客舱制热模式；
模式七：待机模式。
具体的：
本实施例中，通过控制器采集并监控多个电池包内所有温感探点温度，当探点温度的最大值Tmax大于等于设定值T1且探点温度的平均值Tmean大于等于设定值T2，控制器发出制冷请求，若同时收到乘客区制冷需求时，变频压缩机1开启，四通阀3的a口和b口导通，c口和d口导通，第一双向膨胀阀7和第二双向膨胀阀8开启，并根据工况调节开度，热管理工作模式进入模式一；若没有收到乘客区制冷需求，第一双向膨胀阀关闭，热管理工作模式进入模式二。
本实施例中，当探点温度的最小值Tmin小于等于设定值T3且探点温度的平均值Tmean小于等于设定值T4，控制器发出制热请求，若同时收到乘客区制热需求时，变频压缩机1开启，四通阀3的a口和d口导通，c口和b口导通，第一双向膨胀阀7和第二双向膨胀阀开启8，并根据工况调节开度，热管理工作模式进入模式三；若没有收到乘客区制热需求，第一双向膨胀阀关闭，热管理工作模式进入模式四。
本实施例中，当仅收到乘客区制冷需求时，变频压缩机1开启，四通阀3的a口和b口导通，c口和d口导通，第一双向膨胀阀7开启，并根据工况调节开度，第二双向膨胀阀8关闭，热管理工作模式进入模式五。
本实施例中，当仅收到乘客区制热需求时，变频压缩机1开启，四通阀3的a口和d口导通，c口和b口导通，第一双向膨胀阀7开启，并根据工况调节开度，第二双向膨胀阀8关闭，热管理工作模式进入模式六。当没有收到任何请求时，热管理工作模式进入模式七。
本实施例中，通过第一压力传感器2和第二压力传感器14监控冷却管路压力，当压力达到设定阈值时关闭变频压缩机1，防止管路、换热器结冰。
本实施例中，当处在工作模式三和模式六时，乘客舱温升速率低于阈值X时，开启PTC加热器10进行辅热。当处在工作模式一时，控制器读取母线电流传感器发送的电池充放电电流结合查表法实时计算所需制冷量，动态调整第一双向膨胀阀7、第二双向膨胀阀8开度，确保动力电池在高倍率充放电时的效果。在模式二时，控制器根据电池充放电电流实时调整变频压缩机1的输出功率，使电池温度维持在合适区间，提高充放电效率。
模式一、二和五均为制冷模式，制冷模式下，压缩机1压缩工质使其升温升压，压缩后的工质经四通阀3的a口和b口进入室外换热器5，降温成中温高压工质，通过两台并联的双向膨胀阀7和8膨胀吸热形成低温中压工质，通过各自的管道使工质分别进入室内换热器12和电池单元9内部的换热器中，根据需求为电池和乘客舱制冷，制冷后的工质经四通阀3的d口、c口和气液分离器13后返回压缩机1中继续循环。
模式三、四和六均为制热模式，制热模式下，压缩机1压缩工质使其升温升压，压缩后的工质经四通阀3的a口和d口分别进入室内换热器12和电池单元9内部的换热器，释放热量满足电池和乘客舱的制热需求形成中温高压工质，通过两台并联的双向膨胀阀7和8控制工质是否流过室内换热器12和电池单元9内部的换热器，双向膨胀阀使工质膨胀吸热形成低温中压工质，通过管道使工质进入室外换热器5中，吸收室外环境的热量，吸热后的工质经四通阀3的b口、c口和气液分离器13后返回压缩机1中继续循环。
上述循环中，工质在压缩机中的流向不变，通过换向阀改变工质在室内和室外换热器之间的流动方向，配合双向膨胀切换制冷/制热模式，同时在制热模式下利用加热器实现辅热。
上述系统以电池和乘客舱共同作为制冷或制热的需求端，以电池和乘客舱分别处于不同的热量/冷量需求状态划分热管理系统的工作模式，利用换向阀和双向膨胀阀改变系统内工质的流向以切换工作模式，使工质的热量/冷量得到合理分配，使电池温度维持在合适区间，提高充放电效率。
传统冷却液液冷系统中管路和换热器易结冰，制冷状态下，空气中的水蒸气会聚集在低温的管路和换热器表面，在冷量分配不均匀时水蒸气凝结下来的液态水还未来得及排出时，就已经被低温的管路和换热器降温成为冰，从而出现结冰的问题，而上述实施例在切换工作模式时，利用乘客区的制冷需求补充电池的制冷需求，即先开启一台膨胀阀优先满足电池的制冷需求，在制冷需求增大时开启另一台与其并联的膨胀阀以满足乘客舱的制冷需求，使管路和换热器表面冷凝下来的液态水排出，从而避免传统冷却液液冷系统中管路和换热器易结冰的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载电池热管理控制系统，其特征在于：包括变频压缩机的出口连接四通换向阀的a口，四通换向阀的b口连接室外换热器，室外换热器通过管道分别连接第一双向膨胀阀和第二双向膨胀阀，第一双向膨胀阀通过管道连接室内换热器，第二双向膨胀阀通过管道连接电池单元内的换热器，室内换热器和电池单元的换热器均通过管道连接四通换向阀的d口，四通换向阀的c口通过管道经气液分离器连接变频压缩机的入口。
2.如权利要求1所述的一种车载电池热管理控制系统，其特征在于：所述室外换热器连接室外风机。
3.如权利要求1所述的一种车载电池热管理控制系统，其特征在于：所述室外换热器与第一双向膨胀阀和第二双向膨胀阀连接的管道上设有干燥过滤器。
4.如权利要求1所述的一种车载电池热管理控制系统，其特征在于：所述室内换热器连接加热器和室内风机。
5.如权利要求1所述的一种车载电池热管理控制系统，其特征在于：所述变频压缩机的入口和出口均设有压力传感器。
6.基于权利要求1-5任一项所述系统实现热管理的方法，包括以下步骤：
获取电池单元内的温度，根据温度的最大值和平均值与设定值之间的关系，通过第一双向膨胀阀、第二双向膨胀阀、四通换向阀切换热管理工作模式，具体为：
模式一：电池和乘客舱制冷模式；
模式二：电池制冷模式；
模式三：电池和乘客舱制热模式；
模式四：电池制热模式；
模式五：乘客舱制冷模式；
模式六：乘客舱制热模式；
模式七：待机模式。
7.如权利要求6所述的机动方法，其特征在于：当温度的最大值不小于第一设定值且温度的平均值不小于第二设定值，发出制冷请求，若同时收到乘客区制冷需求时，变频压缩机开启，四通阀的a口和b口导通，c口和d口导通，第一双向膨胀阀和第二双向膨胀阀开启并根据工况调节开度，进入模式一；若没有收到乘客区制冷需求，第一双向膨胀阀关闭进入模式二。
8.如权利要求6所述的机动方法，其特征在于：当温度的最小值不大于第三设定值且温度的平均值不大于第四设定值，发出制热请求，若同时收到乘客区制热需求时，变频压缩机开启，四通阀的a口和d口导通，c口和b口导通，第一双向膨胀阀和第二双向膨胀阀开启并根据工况调节开度，进入模式三；若没有收到乘客区制热需求，第一双向膨胀阀关闭，进入模式四。
9.如权利要求6所述的机动方法，其特征在于：当仅收到乘客区制冷需求时，变频压缩机开启，四通阀的a口和b口导通，c口和d口导通，第一双向膨胀阀开启并根据工况调节开度，第二双向膨胀阀关闭，进入模式五。
10.如权利要求6所述的机动方法，其特征在于：当仅收到乘客区制热需求时，变频压缩机开启，四通阀的a口和d口导通，c口和b口导通，第一双向膨胀阀开启并根据工况调节开度，第二双向膨胀阀关闭，进入模式六；当没有收到任何请求时，进入模式七。
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