CN108448200A - 一种动力电源系统的冷却方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动力电源系统的冷却方法及其系统，该方法采用液冷方式进行动力电源系统冷却，由电池管理系统(BMS)采集电源系统最高温度、最低温度并判断分析后，通过CAN通信将工作指令发送至液冷机，液冷机自检后根据液冷指令执行制冷/关闭/自循环的工作模式。其中，自循环的工作模式能够平衡电源系统温度，防止出现过大温差而导致的电池整体充放电性能和寿命的下降。本发明不但能够根据进水温度、出水温度自行调节液冷机功率输出，提高了效率节约了电能，而且保证了电源系统工作在最佳温度范围内，提高电源系统运行性能，从而提高电动汽车行驶里程。

Description

一种动力电源系统的冷却方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种动力电源系统的冷却方法及其系统，属于电池冷却技术领域。

背景技术

面临环境污染以及传统能源短缺的压力，新能源市场发展迅速；其中，包括电动汽车和混合动力汽车在内的的新能源汽车产业快速发展，电源系统为为新能源汽车提供动力。但作为新能源汽车电源系统的动力电池在使用过程中，会产生大量的热量，导致动力电池温度升高，电池对温度十分敏感，高温会严重影响动力电池的使用效率，从而缩短电动汽车行驶里程，影响用户体验。高温甚至还会导致电池起火等重大安全事故。

为解决上述问题，需要给电源系统降温，降温方式一般包括风冷和液冷两种方式，风冷成本低、效率低，难以满足新能源车辆日益提高的动力系统和电池容量对散热的要求；液冷的冷却效率高，降温速度快，且能满足电源系统防护等级要求，能够保证电源系统工作在最佳温度范围内。并且液冷机在制冷过程中，可以根据进出水温度实时调节自身输出功率，节约电能，提高冷却效率。

公布号为CN 103035974 A的中国专利文件公开了一种水冷式电池冷却的控制方法。该方法基于温度控制冷却系统为新能源汽车动力电池降温，并且压缩机在制冷过程中，可以根据电池温度实时调节自身输出功率，节约了电能，提高了冷却效率。

但是，包括上述方案在内的液冷方案没有考虑到电源系统冷热不均的情况，随着对新能源汽车续航里程的要求不断增加，新能源汽车的电源系统容量也越来越大，往往需要采用多个电池组和大量的单体电池，而对温度十分敏感的大量的单体电池在冷热不均的情况下其充放电速度也不一样，电池温度过低也会影响电池的充放电性能，这一定程度上影响了电池管理系统和部分单体电池的寿命。同时，长期冷热不均或较大的温差对周边的结构和部件的寿命也会造成一定影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种动力电源系统的冷却方法及其系统，用以解决现有电源系统的液冷冷却系统，无法解决电源系统冷热不均而带来缩短部件寿命的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种动力电源系统的冷却方法，包括使冷却液通过动力电源系统各部分并循环的过程，包括如下方法方案：

方法方案一，采集动力电源系统的最高温度和动力电源系统的最低温度，并计算最高温度和最低温度的温度差；当所述温度差不小于第一温度阈值时，启动冷却液循环；当所述温度差小于第一温度阈值时，关闭冷却液循环。

方法方案一能够在电池系统各部分存在一定程度温差时，自动启动冷却液循环，有效平衡温差，提升电池和部件的寿命。

方法方案二，在方法方案一的基础上，当所述最高温度大于第二温度阈值时，启动对冷却液制冷并保持启动冷却液循环。

方法方案二在电源系统温度过高时启动对冷却液制冷，并使冷却液循环，对电源系统降温，防止电池过热。

方法方案三，在方法方案二的基础上，当所述最高温度小于第三温度阈值时，且所述温度差不小于第一温度阈值时，关闭对冷却液制冷启动冷却液循环；当所述最高温度小于第三温度阈值时，且所述温度差小于第一温度阈值时，关闭对冷却液制冷和冷却液循环；所述第二温度阈值大于所述第三温度阈值。

方法方案三当电源系统温度降低到合适范围后，停止对冷却液制冷，节省能源；再判断电源系统温差，若温差过大，保留冷却液循环；若温差在合适范围，关闭冷却液循环，进一步节省能源

方法方案四，在方法方案一或方法方案二或方法方案三的基础上，对冷却液制冷的制冷功率至少根据所述最高温度调节。

本发明在对冷却液制冷时，功率根据系统最高温度和最低温度调节，能够提高效率节约电能。

方法方案五，在方法方案一或方法方案二或方法方案三的基础上，还采集进入动力电源系统前的冷却液进入温度和流出动力电源系统后的冷却液流出温度，根据所述冷却液进入温度和冷却液流出温度的差值判断动力电源冷却系统的故障。

方法方案五通过进入电源系统前和进入后冷却液的温度来判断故障。若在制冷过程中，进入前和进入后的温度差超过出厂设定的液冷温差故障阈值，则说明液冷机或压缩机功率不足出现故障，无法制冷。或冷却液通过一定较高温度的电源系统后，其温度改变未达到期望值，电源系统未达到散热效果，则说明冷却液变质或导热性能下降已不满足散热使用的标准。

本发明的一种动力电源系统的冷却系统，包括如下系统方案：

系统方案一，包括控制器、液冷机、冷却液管道和散热器，所述散热器设置于电源系统上，并通过所述冷却液管道与所述液冷机循环相连；所述控制器连接所述液冷机，所述控制器还至少在电源系统上检测两处的温度；所述处理器还执行方法方案一到方法方案四的方法。

系统方案二，在系统方案一的基础上，所述控制器为动力电源的电池管理系统。

采用电池管理系统BMS作为控制器，不增加新的硬件，有效控制了成本，降低了硬件系统的复杂程度，提高了可靠性。

系统方案三，在系统方案一或系统方案二的基础上，所述控制器和所述液冷机之间通过CAN网络相连。

采用CAN通信可靠不易受干扰。

附图说明

图1是本发明的动力电源液冷系统结构示意图；

图2是本发明的冷却方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示的一种动力电源液冷系统结构示意图，包括电源系统、电池管理系统(BMS)、液冷机；所述电源系统上设置有用于为电源系统散热的散热器，所述散热器两端连接冷却液管道，所述冷却液管道通过液冷机形成循环，所述液冷机用于驱动冷却液在所述冷却液管道中循环流动，为冷却液散热，还为冷却液主动制冷，具体可以为一个包括水泵、压缩机、冷凝器、蒸发器、散热片的结构；所述电池管理系统通过CAN线连接液冷机，能够实现对液冷机的控制和相关数据采集，所述电池管理系统还检测连接电源系统，能够实现采集检测电源系统各部分温度，进出散热器的冷却液温度等。所述冷却液可以采用水或其他散热介质。

具体工作过程包括：

电池管理系统采集进入散热器的冷却液温度、流出散热器的冷却液温度，进而计算出进出散热器的冷却液温度差，并将上述3个参数发送至液冷机；液冷机根据进入散热器的冷却液温度、流出散热器的冷却液温度以及进出散热器的冷却液温度差，自检判断液冷机是否故障，并将故障信息上传至电池管理系统，电池管理系统根据液冷机上传的故障类型执行故障保护。具体故障判断方法为，根据液冷机厂家提供的对应数据，设定冷却液温度差故障阈值，若冷却液温度差大于冷却液温度差故障阈值，则判断为液冷机可能出现故障，并进入自检程序。

然后电池管理系统实时监测电源系统最高温度Tmax、最低温度Tmin；并实时计算电源系统最大温差△T＝Tmax–Tmin。

电源管理系统实时判断电源系统最高温度Tmax是否大于预设的制冷开启阈值Tcoolopen，即“Tmax>Tcoolopen”条件是否满足，若满足，则电源管理系统发送Tmax、Tmin、制冷指令至液冷机，液冷机接收到制冷指令后，开启制冷及驱动冷却液循环，制冷功率根据Tmax、Tmin实时调节。

若不满足“Tmax>Tcoolopen”条件，则电池管理系统实时判断电源系统最高温度Tmax是否小于预设的制冷第一关闭阈值Tcoolclose1即“Tmax<Tcoolclose1”条件是否满足，若不满足，电池管理系统发送Tmax、Tmin、制冷指令发送至液冷机，液冷机接收到制冷指令后，保持制冷及驱动冷却液循环，制冷功率根据Tmax、Tmin实时调节。

若满足“Tmax<Tcoolclose1”条件，则电池管理系统实时判断电源系统最大温差△T是否小于预设的制冷第二关闭阈值，即“△T<Tcoolclose2”条件是否满足，若满足，电池管理系统发送Tmax、Tmin、关闭指令至液冷机，液冷机接收到关闭指令后关闭制冷和停止驱动冷却液循环；若不满足“△T<Tcoolclose2”条件，则电池管理系统发送Tmax、Tmin、自循环指令发送至液冷机，液冷机接收到自循环指令后，开启自循环模式，所述自循环模式为：仅驱动冷却液循环，不对冷却液制冷。

Claims (8)

1.一种动力电源系统的冷却方法，其特征在于，采集动力电源系统的最高温度和动力电源系统的最低温度，并计算最高温度和最低温度的温度差；当所述温度差不小于第一温度阈值时，启动冷却液循环；当所述温度差小于第一温度阈值时，关闭冷却液循环。

2.根据权利要求1所述的一种动力电源系统的冷却方法，其特征在于，当所述最高温度大于第二温度阈值时，启动对冷却液制冷并保持启动冷却液循环。

3.根据权利要求2所述的一种动力电源系统的冷却方法，其特征在于，当所述最高温度小于第三温度阈值时，且所述温度差不小于第一温度阈值时，关闭对冷却液制冷启动冷却液循环；当所述最高温度小于第三温度阈值时，且所述温度差小于第一温度阈值时，关闭对冷却液制冷和冷却液循环；所述第二温度阈值大于所述第三温度阈值。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种动力电源系统的冷却方法，其特征在于，对冷却液制冷的制冷功率至少根据所述最高温度调节。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种动力电源系统的冷却方法，其特征在于，还采集进入动力电源系统前的冷却液进入温度和流出动力电源系统后的冷却液流出温度，根据所述冷却液进入温度和冷却液流出温度的差值判断动力电源冷却系统的故障。

6.一种动力电源系统的冷却系统，其特征在于，包括控制器、液冷机、冷却液管道和散热器，所述散热器设置于电源系统上，并通过所述冷却液管道与所述液冷机循环相连；所述控制器连接所述液冷机，所述控制器还至少在电源系统上检测两处的温度；所述处理器还执行权利要求1到4的方法。

7.根据权利要求6所述的一种动力电源系统的冷却系统，其特征在于，所述控制器为动力电源的电池管理系统。

8.根据权利要求6或7所述的一种动力电源系统的冷却系统，其特征在于，所述控制器和所述液冷机之间通过CAN网络相连。