CN107492698B - 一种电池水冷系统中的水温模拟算法及电池水冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池水冷系统中的水温模拟算法及电池水冷系统，涉及汽车电池安全控制领域。本水温模拟算法的步骤如下：计算单位时间内的电池生热功率和电池吸热功率；根据所述电池生热功率和所述电池吸热功率计算所述单位时间内的电池传热功率；通过所述电池传热功率计算所述冷却液的水温。采用本发明的水温模拟算法及电池水冷系统，利用当前电池管理系统中的信号信息，通过传热理论公式计算与数值迭代相结合的方式，有效发挥理论完整性和数值简便性优势，在水温传感器失效时，自动计算电池水冷系统中冷却液的水温，有效解决电池冷却系统失效时冷却系统的安全控制问题，从而完善汽车电池安全控制领域。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电池安全控制领域，特别是涉及一种电池水冷系统中的水温模拟算法及电池水冷系统。
背景技术
动力电池是电动汽车最核心的部件之一。在过热情况下，电池会出现鼓胀、泄露甚至燃烧、爆炸等现象，极大地影响车辆甚至人身安全。因此，对电池热管理的设计一直是电动汽车领域重点关注问题。
市面上的电动汽车配备的电池冷却系统以风冷和水冷为主。由于水冷系统热控性能优于风冷系统，目前已经成为设计趋势。但电池冷却系统和整车冷却系统是不同厂商或单位设计提供，整车冷却系统无法直接干预电池系统内部冷却结构来控制电池冷却。因此，通常只能是通过控制电池冷却入口端的水温来实现电池冷却控制的目的。绝大部分的电池水冷系统均配备了水温传感器，以检查电池冷却液的温度是否处于正常范围，如果水温超过正常范围值，那么整车冷却系统会进行相应动作，以保证电池热安全。同时，整车冷却系统还需根据水温传感器的水温值来判定整车上的冷却零部件的安全性。可以说，水温传感器是监控电池冷却和整车冷却的重要零件。但是，目前还很少有考虑到当水温传感器出现故障而无法发送正确的水温值时，冷却系统控制该如何处理。这势必导致冷却系统存在一定的安全漏洞。因而，如何解决在水温传感器出现故障时电池系统热管理控制问题，是非常迫切也是非常有必要的。
目前，当电动汽车出现故障信息时，传统的处理方式一般是报警、限功率或强制断电等方式。报警一般只能起提醒和警示的作用，并没有对故障进行实质处理；而限功率或强制断电等做法则显得比较过激，如果不是能立刻造成人身或车辆安全的故障，用户几乎难以接受这样的处理方式。而当水温传感器出现故障时，不能准确测量水温正是那种并不会立刻影响到人身或车辆安全的故障。但是，时间长了则会引发电池安全和车辆安全，从而会诱发人身安全，然而暂时还未有相应的技术来处理这类情况。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种电池水冷系统中的水温模拟算法，来解决当电池水冷系统中的水温传感器出现故障时，不能准确测量冷却液的水温的问题。
本发明的另一个目的是要提供一种电池水冷系统，来解决当电池水冷系统中的水温传感器出现故障时，不能准确测量冷却液的水温的问题。
特别地，本发明提供了一种电池水冷系统中的水温模拟算法，用于计算电池水冷系统中冷却液的水温，包括：
S1，计算单位时间内的电池生热功率和电池吸热功率；
S2，根据所述电池生热功率和所述电池吸热功率计算所述单位时间内的电池传热功率；
S3，通过所述电池传热功率计算所述冷却液的水温。
进一步地，在所述S3中，根据所述电池传热功率和所述电池与所述冷却液之间的热阻值，计算所述冷却液的水温。
进一步地，在测试车辆上通过迭代法预测和修正所述热阻值。
进一步地，所述迭代法包括：
S11.通过台架测试得到初始时刻所述电池与所述冷却液之间的热阻值；
S12.根据所述S11中得到的热阻值计算第一时刻的热阻误差；
S13.根据所述S12中的热阻误差修正第二时刻所述电池与所述冷却液之间的热阻值；
S14.根据所述S13中得到的热阻值计算第二时刻的热阻误差；
S15.判断所述S14中的热阻误差是否小于等于0.01，若是，则判定所述S13中的热阻值为电池的真实热阻值；若不是，则把所述S13中的热阻值转至所述S12中，继续执行循环，直至所述S14中的热阻误差小于等于0.01。
进一步地，所述电池生热功率由所述电池的平均电流和平均电池电阻计算得到；
优选地，所述平均电池电阻由剩余电量和电池温度计算得到。
优选地，所述电池的平均电流、所述剩余电量和电池比热容可通过电池管理系统中的信息计算得到。
进一步地，所所述电池吸热功率由所述电池的质量、电池比热容和平均电池电阻计算得到；
优选地，所述电池的平均电流、平均电池电阻和电池比热容可通过电池管理系统中的信息计算得到。
本发明还提供了一种电池水冷系统，用于控制电池温度在合理范围之内，所述电池水冷系统包括应用水温模拟算法的水温模拟计算单元，用于计算当水温传感器失效时电池水冷却系统中冷却液的水温。
采用本发明的水温模拟算法及电池水冷系统，利用当前电池管理系统中的信号信息，通过传热理论公式计算与数值迭代相结合的方式，有效发挥理论完整性和数值简便性优势，在水温传感器失效时，自动计算电池水冷系统中冷却液的水温，有效解决电池冷却系统失效时冷却系统的安全控制问题，从而完善汽车电池安全控制领域。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的电池水冷系统中水温模拟算法示意图；
图2是根据本发明一个实施例的系统传热热阻算法示意图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的电池水冷系统中水温模拟算法示意图。如图1所示，电池水冷系统中水温模拟算法的步骤如下：
S1，计算单位时间内的电池生热功率和电池吸热功率；
S2，根据所述电池生热功率和所述电池吸热功率计算所述单位时间内的电池传热功率；
S3，通过所述电池传热功率计算所述冷却液的水温。
在S1中，根据以下公式计算t时刻电池生热功率，
其中，表示t时刻之间的平均电流，表示t-1时刻平均电池电阻，它是电池剩余电量(SOC)和电池温度的函数。socavg(t-1)和分别表示表示t-1时刻平均SOC和平均电池温度；
同时根据以下公式计算t时刻电池吸热功率，
其中，cp表示电池比热容，m表示电池质量，Δt表示采样时间间隔，和表示表示t时刻和t-1时刻的电池平均温度。
在S2中，计算t时刻电池传热功率，由于水冷系统带走的散热功率与实时电池传热功率相等，即Pw(t)＝Ptr(t)，水冷系统带走的散热功率根据公式
Pw(t)＝Pb(t)-Pa(t)
计算得到。
在S3中，通过以下公式计算所述冷却液的水温，
其中，k(t)表示电池到冷却液之间的传热热阻。表示t时刻的电池平均温度，Tw(t)表示t时刻的模拟水温。
经过计算得到t时刻的模拟水温：
目前电池管理系统中，上述平均电流、平均电池电阻、平均SOC和电池比热容等都可以通过电池管理系统中的信息获得，因此这些数据获得不存在任何困难。唯一需要测量的信息是电池与冷却液之间的热阻值，该热阻值可以通过台架测试的方法获得。这种方法虽然简单，但测试完毕后传热热阻是固定不变的。实际上，台架测试与实际车辆有一定的差异，而且随着车辆使用时间推移，传热热阻也会有所变化。因此，这里我们提出一种迭代法来预测和修正系统的热阻值，以减少误差。
本发明首次提出水温传感器失效时的热安全问题，解决了非正常条件下的电池热管理问题，将电池热安全等级进一步提升。该算法有效利用当前电池管理系统(BMS)中的信号信息，只需要增加传热热阻信号，从而可以最大限度的利用原来BMS的程序，不需要过多的修改BMS框架。该计算过程清晰简单且实现周期较短。本发明的算法采用完备的数学方程计算水温值，逻辑严密，因此不存在漏算、错算的可能。
图2是根据本发明一个实施例的系统传热热阻算法示意图。如图2所示，迭代修正过程包括：
S11：初始时刻t＝0，令系统传热热阻值为通过台架测试得到的热阻值，即k(0)＝k_c；
S12：计算系统传热热阻误差Δk(t)。方法如下，t时刻模拟水温值为而真实水温传感器得到的水温值为其中，Tw′(t)表示水温传感器真实水温，k′(t)表示真实水温下的真实的传热热阻，那么得到传热热阻误差：
S13：在t+1时刻，修正传热热阻值k(t+1)＝k(t)+Δk(t)；
S14：在t+1时刻，根据模拟水温Tw(t+1)和真实水温Tw′(t+1)，重新计算传热热阻误差Δk(t+1)；
S15：如果传热热阻误差Δk(t+1)＜＝0.01，那么认为系统的真实热阻为ktrue＝k(t+1)，迭代结束；否则，转至是S12，继续执行循环，直至热阻误差小于等于0.01。
这种迭代修正不是在所有车辆上无时无刻都进行，而是在一台专门的测试车辆上进行传热热阻修正计算，测试期间保持该测试车辆的水温传感器正常工作。一旦测试车辆上的传热热阻修正完毕，就把修正后的传热热组值用于其他车辆上，其他车辆上的热阻便不需要修正了。
采用本发明的水温模拟算法中，传热热阻处理与一般方式不同，采用数值迭代的方法进行修正，从而尽可能减少误差，确保结果的准确性。
在本发明的一实施例中，应用水温模拟算法的电池水冷系统，用于控制电池温度在合理范围之内，电池水冷系统还包括水温模拟计算单元，用于计算当水温传感器失效时电池水冷却系统中冷却液的水温，针对水温模拟算法原理部分本实施例不再赘述。
采用本发明的水温模拟算法及电池水冷系统，利用当前电池管理系统中的信号信息，通过传热理论公式计算与数值迭代相结合的方式，有效发挥理论完整性和数值简便性优势，在水温传感器失效时，自动计算电池水冷系统中冷却液的水温，有效解决电池冷却系统失效时冷却系统的安全控制问题，从而完善汽车电池安全控制领域。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (7)
1.一种计算电池水冷系统中水温的算法，用于计算电池水冷系统中水温传感器失效后冷却液的水温，包括：
S1，计算单位时间内的电池生热功率和电池吸热功率；
S2，根据所述电池生热功率和所述电池吸热功率计算所述单位时间内的电池传热功率；
S3，通过所述电池传热功率计算所述冷却液的水温；
其中，在所述S3中，根据所述电池传热功率和所述电池与所述冷却液之间的热阻值，计算所述冷却液的水温；在测试车辆上通过迭代法预测和修正所述热阻值；所述迭代法包括：
S11.通过台架测试得到初始时刻所述电池与所述冷却液之间的热阻值；
S12.根据所述S11中得到的热阻值计算第一时刻的热阻误差；
S13.根据所述S12中的热阻误差修正第二时刻所述电池与所述冷却液之间的热阻值；
S14.根据所述S13中得到的热阻值计算第二时刻的热阻误差；
S15.判断所述S14中的热阻误差是否小于等于0.01，若是，则判定所述S13中的热阻值为电池的真实热阻值；若不是，则把所述S13中的热阻值转至所述S12中，继续执行循环，直至所述S14中的热阻误差小于等于0.01。
2.根据权利要求1所述的算法，其特征在于，所述电池生热功率由电池的平均电流和平均电池电阻计算得到。
3.根据权利要求2所述的算法，其特征在于，
所述平均电池电阻由剩余电量和电池温度计算得到。
4.根据权利要求3所述的算法，其特征在于，
所述电池的平均电流、所述剩余电量和电池比热容可通过电池管理系统中的信息计算得到。
5.根据权利要求1所述的算法，其特征在于，所述电池吸热功率由电池的质量、电池比热容和平均电池电阻计算得到。
6.根据权利要求5所述的算法，其特征在于，所述电池的平均电流、平均电池电阻和电池比热容可通过电池管理系统中的信息计算得到。
7.一种电池水冷系统，用于控制电池温度在合理范围之内，其特征在于，包括应用权利要求1-6中任一项所述算法的水温模拟计算单元，用于计算当水温传感器失效时电池水冷却系统中冷却液的水温。
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