CN103035974A - 水冷式电池冷却的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池冷却系统的控制方法，冷却系统包括冷却剂回路和制冷剂回路，该方法包括冷却剂回路控制步骤和制冷剂回路控制步骤，其中，冷却剂回路控制步骤包括：监测电池温度；在电池温度超过第一温度时启动冷却剂回路对电池降温；以及在电池温度低于第二温度时关闭冷却剂回路，制冷剂回路控制步骤包括：监测电池芯体最高温度；在电池芯体最高温度超过第三温度时启动制冷剂回路对冷却剂降温；以及在电池芯体最高温度低于第四温度时关闭制冷剂回路。通过本发明可以高效地实现对电池的降温。

Description

水冷式电池冷却的控制方法
技术领域
本发明涉及冷却技术，更具体地说，本发明涉及对电池的水冷技术。
背景技术
电池装置通常包括一个或多个电池模块，每个电池模块具有多个电池单元。这多个电池单元重叠地设置在一行或者多行中。电池模块的电池单元相互串联地和/或并联地电连接，从而能够为电动机提供足够的动力。电池在工作时可能会达到很高的温度，需要对它们进行冷却。否则如果不能够高效并可靠地保证足够的冷却，就可能发生故障，影响安全并缩短电池寿命。
针对电池的冷却问题，不同文献中已经披露了一些解决方案，例如一件中国专利(CN201010149721.0)中公开了一种带液体冷却系统的车用电池系统，包括液体冷却系统和电池包，液体冷却系统包括液体循环管路、导热板，液体循环管路和导热板四周包围固定电池包，导热板的端部固定于液体循环管路中、并用于实现电池包的热量与液体循环管路的热量交换。
另一件中国专利(CN201010266526.6)中公开了一种用于燃料电池汽车的冷却系统，包括堆叠式散热器；电动传动系统散热器，该电动传热系统散热器串联布置在所述堆叠式散热器的侧面；空调冷凝器，该空调冷凝器布置在堆叠式散热器的前方，以罩住该堆叠式散热器而不罩住电动传动系统散热器；以及多个冷却扇，冷却扇设置在串联布置的堆叠式散热器和电动传动系统散热器的后方。
发明内容
本发明公开了一种电池冷却系统的控制方法，所述冷却系统包括冷却剂回路和制冷剂回路，所述方法包括冷却剂回路控制步骤和制冷剂回路控制步骤，其中，所述冷却剂回路控制步骤包括：监测电池温度；在所述电池温度超过第一温度时启动冷却剂回路对所述电池降温；以及在所述电池温度低于第二温度时关闭冷却剂回路，所述制冷剂回路控制步骤包括：监测电池芯体最高温度；在所述电池芯体最高温度超过第三温度时启动制冷剂回路对所述冷却剂降温；以及在所述电池芯体最高温度低于第四温度时关闭制冷剂回路。
根据本发明的控制方法，其中第一温度是31℃，第二温度是26℃，第三温度是32.5℃，以及第四温度是28℃。
根据本发明的控制方法，其中所述制冷剂回路控制步骤还包括：监测所述冷却剂温度；以及以第五温度为控制目标来控制进入电池区域处的冷却剂的温度。
根据本发明的控制方法，其中所述第五温度为10℃。
根据本发明的控制方法，其中所述第五温度根据电池温度控制目标和电池芯体最高温度之间的温差而确定。
根据本发明的控制方法，其中通过调整压缩机转速来实现冷却剂的温度控制目标。
根据本发明的控制方法，其中所述冷却剂回路同时对车厢进行冷却。
根据本发明的控制方法，其中冷却剂回路包括顺序连接并形成回路的冷却器、冷却剂感应器、电池和电动泵。
根据本发明的控制方法，其中制冷剂回路包括顺序连接并形成回路的冷却器、电动压缩机、冷凝器和阀门，以及冷凝器旁的PWM散热风扇。
附图说明
通过阅读以下详细说明并参考附图，可以对本发明有一个更全面的了解。附图中：
图1示出了一种电池冷却系统；
图2示出了电池冷却系统的一种控制流程；
图3示出了电池冷却系统的另一种控制流程；
图4示出了电池温度与压缩机转速的关系曲线。
具体实施方式
图1中，标记101表示冷凝器，102表示制冷剂回路，103表示阀门，例如带有关闭阀的热力膨胀阀(TXV with shut off valve)，104表示车厢蒸发器，105表示冷却器蒸发器(chiller evaporator)，106表示电动压缩机，107表示PWM散热风扇，108表示电动泵，109表示冷却剂感应器，110表示电池，111表示冷却剂回路。
从图1可以看出，冷却剂回路由电池、冷却剂感应器、电动泵和冷却器组成。其中，冷却剂可以是水。当冷却剂回路的开动足以降低电池温度时，就不需要启动制冷剂回路。图2示出的正是这种情况。在冷却系统工作时，首先监测电池的温度(210)。当其上升到某个温度T1，例如31℃时，打开电动泵，启动冷却剂回路(220)，在降低到一定的温度T2，例如26℃以下时，关闭电动泵，即关闭冷却剂回路(230)。因此，冷却剂回路仅仅在电池温度高于T1时才被启动，并在温度降到T2就停止工作。
如果电池的发热量比较大，仅仅依靠冷却剂回路的工作不能有效地降低电池温度，此时需要制冷剂回路的协同工作。如图1所示，制冷剂回路可以包括冷却器、阀门、电动压缩机、冷凝器以及PWM散热风扇。其中，制冷剂可以是冷媒R12或者R134。
图3示出了需要制冷剂协同工作的情况。与图2相比，图3在步骤220与230之间多了2个步骤，即在一定的条件下启动制冷剂回路，以及在达到控制目标之后关闭制冷剂回路。需要注意的是，制冷剂回路需要在冷却剂回路启动之后才启动，并在冷却剂回路关闭之前就要关闭。否则冷却器蒸发器处的温度会过低，又不能对电池进行有效的降温，会造成能量的浪费。
关于制冷剂回路的控制，本发明提出了一种双目标控制策略。其中，第一个目标是电池温度。如果电池芯体最高温度超过某个温度T3，例如32.5℃，则启动压缩机对冷却剂进行降温，从而通过冷却剂为电池降温。当电池芯体最高温度降至某个温度T4，例如28℃，则停止压缩机的工作。第二个目标是冷却剂入口温度T5，即进入电池区域处的冷却剂的温度，该温度由图1中示出的冷却剂感应器109检测。考虑到电池降温盘的露点温度，可以将冷却剂入口温度的目标设为10℃。即以将冷却剂入口温度控制在10℃为控制目标。这里的10℃为粗略值，应该理解为10℃左右，例如10±1℃。作为一种替换方案，也可以根据电池芯体最高温度和目标电池温度(例如30℃)之间的温差T6来设定目标冷却剂入口温度。例如，当T6高于5℃时，可以设定目标冷却剂入口温度T5设为5℃，从而加速降温过程。
制冷剂回路可以属于制热、通风与空调控制(HVAC)与制冷系统。因此，正如图1所示，制冷剂回路承担对车厢和冷却器二者的冷却任务。所以，对制冷剂回路的管理存在两种情况：
(1)仅仅需要对冷却器降温
有时并不需要对车厢进行降温，在这种条件下，压缩机速度可以根据当前电池温度和目标电池温度之间的差异而定。图4示出了压缩机速度和电池温度之间的关系的一种方案。可以看到，在温度从较低点升至T3，例如32.5℃之前，压缩机保持不启动；一旦温度达到T3，压缩机开动并保持转速在例如1000转每秒；之后如果温度降低了，压缩机保持转速不变直至温度降低到T4，例如28℃，然后压缩机关机；否则，如果温度在达到T3后并没有因为压缩机的开启而下降，则随温度的升高增加压缩机的转速，直至在T0，例如35℃处最大转速达到例如2500转每秒的最大压缩机速度。
需要注意的是，在电池温度为T3时，压缩机的转速要保证在大多数条件下能够降低电池温度，而最大压缩机速度保证在任何情况下都可以将电池温度降低。
(2)车箱和冷却器都需要降温
如果车箱和冷却器同时需要降温，此时的目标是在将电池温度控制在期望的范围内的同时将车厢蒸发器的温度控制到期望值。如果这两个目标不能同时达到，则优先降低电池的温度而牺牲车厢的舒适度，即放弃对车厢蒸发器的温度控制目标。
虽然附图和前面的详述中介绍了本发明的优选实施方案和装置，但是应当理解的是，本发明并不局限于具体公布的实施方案，在不偏离权利要求规定的范围的前提下，仍然可以有多种的修改和变形。

Claims (10)

1.一种电池冷却系统的控制方法，所述冷却系统包括冷却剂回路和制冷剂回路，所述方法包括冷却剂回路控制步骤和制冷剂回路控制步骤，其中，
所述冷却剂回路控制步骤包括：
监测电池温度；
在所述电池温度超过第一温度时启动冷却剂回路对所述电池降温；以及
在所述电池温度低于第二温度时关闭冷却剂回路，
所述制冷剂回路控制步骤包括：
监测电池芯体最高温度；
在所述电池芯体最高温度超过第三温度时启动制冷剂回路对所述冷却剂降温；以及
在所述电池芯体最高温度低于第四温度时关闭制冷剂回路。
2.如权利要求1所述的控制方法，其中第一温度是31℃，第二温度是26℃，第三温度是32.5℃，以及第四温度是28℃。
3.如权利要求1所述的控制方法，其中所述制冷剂回路控制步骤还包括：
监测进入电池区域处的冷却剂温度；以及
以第五温度为控制目标来控制所述冷却剂温度。
4.如权利要求3所述的控制方法，其中所述第五温度为10℃。
5.如权利要求3所述的控制方法，其中所述第五温度根据电池温度控制目标和电池芯体最高温度之间的温差而确定。
6.如权利要求3所述的控制方法，其中通过调整压缩机转速来实现冷却剂温度的控制目标。
7.如权利要求1所述的控制方法，其中所述冷却剂回路同时对车厢进行冷却。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的控制方法，其中冷却剂回路包括顺序连接并形成回路的冷却器、冷却剂感应器、电池和电动泵。
9.如权利要求1-7中任意一项所述的控制方法，其中制冷剂回路包括顺序连接并形成回路的冷却器、电动压缩机、冷凝器和阀门，以及冷凝器旁的PWM散热风扇。
10.如权利要求9所述的控制方法，其中阀门包括车厢蒸发器支路和冷却器蒸发器支路阀门，所述控制方法包括控制车厢蒸发器支路和冷却器蒸发器支路阀门的开关。
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