CN110071344A - 电池箱直冷系统及其控制方法、介质和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种电池箱直冷系统及其控制方法、介质和电子设备。电池箱直冷系统包括压缩机、冷凝器、电池箱蒸发器和同轴管。同轴管内部具有第一同轴管道和第二同轴管道。第一同轴管道连接在冷凝器的出口和电池箱蒸发器的入口之间。第二同轴管道连接在电池箱蒸发器的出口和压缩机的入口之间。这样，用同轴管作为回热器，使冷板内的冷媒处于气液两相状态，达到冷板温度一致，同时回到压缩机吸气处变为过热气体保护压缩机。因此，电池箱直冷系统更加可靠，且系统管路简单。

Description

电池箱直冷系统及其控制方法、介质和电子设备
技术领域
本公开涉及电动车辆领域，具体地，涉及一种电池箱直冷系统及其控制方法、介质和电子设备。
背景技术
电动车辆的电池箱内的温度对电芯的可靠性、寿命及性能都有很大的影响，因此，使电池箱内温度维持到一定的温度范围内尤其重要。这主要是通过冷却与加热来实现，电池箱的冷却方式分为风冷、液冷、直冷三种。
风冷是以低温空气为介质，利用热的对流，降低电池箱温度的一种散热方式，分为自然冷却和强制冷却。液体冷却技术通过液体对流换热，将电池产生的热量带走，降低电池温度。液体介质的换热系数高、热容量大、冷却速度快，对降低最高温度、提升电池组温度场一致性的效果显著，同时，热管理系统的体积也相对较小。
直冷(制冷剂直接冷却)方式中，利用制冷剂(例如，R134a等)蒸发潜热的原理，在整车或电池系统中建立空调系统，将空调系统的蒸发器安装在电池系统中，制冷剂在蒸发器中蒸发并快速高效地将电池系统的热量带走，从完成对电池系统冷却的作业。直冷冷却的优点在于：冷却效率比液冷高出3～4倍；更能满足快充需求；结构紧凑；潜在地降低了成本；避免了乙二醇溶液在电池箱体内部流动。但是冷板设计的难度较大，比如同时保证冷板低温温度均匀和压缩机回气过热的问题，需要着重考虑。
发明内容
本公开的目的是提供一种简单、可靠的电池箱直冷系统及其控制方法、介质和电子设备。
为了实现上述目的，本公开提供一种电池箱直冷系统，所述电池箱直冷系统包括压缩机、冷凝器、电池箱蒸发器和同轴管，所述同轴管内部具有第一同轴管道和第二同轴管道，所述第一同轴管道连接在所述冷凝器的出口和所述电池箱蒸发器的入口之间，所述第二同轴管道连接在所述电池箱蒸发器的出口和所述压缩机的入口之间。
可选地，所述电池箱直冷系统还包括电子膨胀阀，所述电池箱蒸发器的入口和所述同轴管之间通过所述电子膨胀阀连接。
可选地，所述电池箱直冷系统还包括H型热力膨胀阀，所述同轴管和所述电池箱蒸发器的入口之间通过所述H型热力膨胀阀的第一通道连接，所述同轴管和所述压缩机的入口之间通过所述H型热力膨胀阀的第二通道连接。
本公开还提供一种电池箱直冷系统的控制方法，所述电池箱直冷系统包括压缩机、冷凝器、电池箱蒸发器、同轴管和电子膨胀阀，所述同轴管内部具有第一同轴管道和第二同轴管道，所述第一同轴管道连接在所述冷凝器的出口和所述电池箱蒸发器的入口之间，所述第二同轴管道连接在所述电池箱蒸发器的出口和所述压缩机的入口之间，所述电池箱蒸发器的入口和所述同轴管之间通过所述电子膨胀阀连接，所述方法包括：
获取所述电池箱蒸发器出口处冷媒的温度和压力；
获取所述同轴管向所述压缩机方向出口处冷媒的温度和压力；
根据所获取的温度和压力控制所述电子膨胀阀的开度和所述压缩机的转速。
可选地，所述根据所获取的温度和压力控制所述电子膨胀阀的开度和所述压缩机的转速，包括：
当T1＞To1，T1＞f(P1)，且To2≤T2-f(P2)时，增大所述压缩机的转速；
当T1＞To1，T1＝f(P1)，且To2≤T2-f(P2)≤To3时，关闭所述电子膨胀阀，直到T2-f(P2)＝To4时，再开启所述电子膨胀阀，并减小所述电子膨胀阀的开度；
当T1＞To1，T1＝f(P1)，且To3＜T2-f(P2)＜To4时，减小所述电子膨胀阀的开度；
当T1＞To1，T1＝f(P1)，且To4≤T2-f(P2)时，增大所述压缩机的转速，
其中，T1为所述电池箱蒸发器出口处冷媒的温度，P1为所述电池箱蒸发器出口处冷媒的压力，f(·)为所述冷媒的温度随压力变化的函数，T2为所述同轴管向所述压缩机方向出口处冷媒的温度，P2为所述同轴管向所述压缩机方向出口处冷媒的压力，To1、To2、To3、To4为预定的温度阈值，且To2＜To3＜To4＜To1。
可选地，所述根据所获取的温度和压力控制所述电子膨胀阀的开度和所述压缩机的转速，还包括：
当T1＝To1，T1＞f(P1)，且To2≤T2-f(P2)时，增大所述电子膨胀阀的开度；
当T1＝To1，T1＝f(P1)，且To2≤T2-f(P2)≤To3时，关闭所述电子膨胀阀，直到T2-f(P2)＝To3时，再开启所述电子膨胀阀，并减小所述电子膨胀阀的开度；
当T1＝To1，T1＝f(P1)，且To3＜T2-f(P2)＜To4时，减小所述压缩机的转速。
可选地，所述根据所获取的温度和压力控制所述电子膨胀阀的开度和所述压缩机的转速，还包括：
当T1＜To1，T1＞f(P1)，且To2≤T2-f(P2)时，增大所述电子膨胀阀的开度；
当T1＜To1，T1＝f(P1)，且To2≤T2-f(P2)≤To3时，关闭所述电子膨胀阀，将所述压缩机的转速降低至预定的转速，直到T2-f(P2)＝To3时，再开启所述电子膨胀阀；
当T1＜To1，T1＝f(P1)，且To3＜T2-f(P2)＜To4时，减小所述压缩机的转速；
当T1＜To1，T1＝f(P1)，且To4≤T2-f(P2)时，增大所述电子膨胀阀的开度。
可选地，所述方法还包括：获取所述压缩机排气口处冷媒的压力；当所述压缩机排气口处冷媒的压力大于预定的压力阈值时，控制所述压缩机停机。
本公开还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本公开提供的上述方法的步骤。
本公开还提供一种电子设备，包括：存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现本公开提供的上述方法的步骤。
通过上述技术方案，用同轴管作为回热器，使冷板内的冷媒处于气液两相状态，达到冷板温度一致，同时回到压缩机吸气处变为过热气体保护压缩机。这样，使电池箱蒸发器的温度均匀，从而达到电芯温度的一致性，保证了电芯的性能、可靠性及寿命。并且，进一步冷却从冷凝器流出的冷媒，提高其过冷度，以增加制冷量和降低能耗。因此，电池箱直冷系统更加可靠，系统管路简单。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是一示例性实施例提供的电池箱直冷系统的示意图；
图2是另一示例性实施例提供的电池箱直冷系统的示意图；
图3是又一示例性实施例提供的电池箱直冷系统的示意图；
图4是一示例性实施例提供的电池箱直冷系统的控制方法的流程图；
图5是一示例性实施例提供的冷媒的温度随压力变化的曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1是一示例性实施例提供的电池箱直冷系统的示意图。如图1所示，电池箱直冷系统包括压缩机、冷凝器、电池箱蒸发器和同轴管。图中的箭头方向表示管道中冷媒的流向。同轴管内部具有第一同轴管道a和第二同轴管道b。第一同轴管道a连接在冷凝器的出口和电池箱蒸发器的入口之间。第二同轴管道b连接在电池箱蒸发器的出口和压缩机的入口之间。
直冷系统中关于乘员舱蒸发器部分的管路与本案无关，因此未在图1中示出。通过上述技术方案，用同轴管作为回热器，使冷板内的冷媒处于气液两相状态，达到冷板温度一致，同时回到压缩机吸气处变为过热气体保护压缩机。因此，电池箱直冷系统更加可靠，且系统管路简单。
在其他实施例中，还可以在系统的管道中设置阀门，用于控制冷媒的流通。图2是另一示例性实施例提供的电池箱直冷系统的示意图。如图2所示，在图1的基础上，电池箱直冷系统还可以包括电子膨胀阀。电池箱蒸发器的入口和同轴管之间通过电子膨胀阀连接。
在图2中，压缩机可以输出高温高压气态冷媒到冷凝器，冷凝器输出中温高压液态冷媒，经同轴管后到达电子膨胀阀(Electronic Expansion Valve，EXV)，电子膨胀阀输出低温低压气液混合冷媒，经过电池箱蒸发器后输入同轴管，冷媒在同轴管中进行热交换，输出低温低压气态冷媒至电动压缩机(Electric compressor，ECMP)。
该实施例中，可以通过控制电子膨胀阀的启闭以及开度大小，来控制电池箱的冷却效果。
图3是又一示例性实施例提供的电池箱直冷系统的示意图。如图3所示，在图1的基础上，电池箱直冷系统还包括H型热力膨胀阀。同轴管和电池箱蒸发器的入口之间通过H型热力膨胀阀的第一通道c连接，同轴管和压缩机的入口之间通过H型热力膨胀阀的第二通道d连接。
在图3中，压缩机可以输出高温高压气态冷媒到冷凝器，冷凝器输出中温高压液态冷媒，经同轴管后到达H型热力膨胀阀(Thermostatic Expansion Valve，TXV)第一通道c，热力膨胀阀输出低温低压气液混合冷媒，经过电池箱蒸发器后输入同轴管，冷媒在同轴管中进行热交换，输出低温低压气态冷媒，经由热力膨胀阀的第二通道d传输至电动压缩机。
本公开还提供一种针对图2的电池箱直冷系统的控制方法。如上所述，在图2的实施例中，电池箱直冷系统包括压缩机、冷凝器、电池箱蒸发器、同轴管和电子膨胀阀，同轴管内部具有第一同轴管道和第二同轴管道，第一同轴管道连接在冷凝器的出口和电池箱蒸发器的入口之间，第二同轴管道连接在蒸发器的出口和压缩机的入口之间，电池箱蒸发器的入口和同轴管之间通过电子膨胀阀连接。
图4是一示例性实施例提供的电池箱直冷系统的控制方法的流程图。如图4所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S11，获取电池箱蒸发器出口处冷媒的温度和压力。
步骤S12，获取同轴管向压缩机方向出口处冷媒的温度和压力。
步骤S13，根据所获取的温度和压力控制电子膨胀阀的开度和压缩机的转速。
其中步骤S11和步骤S12的先后顺序并不限于图4所示。
通过控制电子膨胀阀的开度和压缩机的转速，能够主动调节冷媒流量，且响应迅速，并且能够主动分配驾驶舱和电池箱的冷媒流量。在恶劣工况时，能够根据实际需求和预定的策略分配制冷量，在保证电池安全的情况下提升驾驶体验。
在一实施例中，根据所获取的温度和压力控制电子膨胀阀的开度和压缩机的转速(步骤S13)可以包括：
当T1＞To1，T1＞f(P1)，且To2≤T2-f(P2)时，增大压缩机的转速；
当T1＞To1，T1＝f(P1)，且To2≤T2-f(P2)≤To3时，关闭电子膨胀阀，直到T2-f(P2)＝To4时，再开启电子膨胀阀，并减小电子膨胀阀的开度；
当T1＞To1，T1＝f(P1)，且To3＜T2-f(P2)＜To4时，减小电子膨胀阀的开度；
当T1＞To1，T1＝f(P1)，且To4≤T2-f(P2)时，增大压缩机的转速。
其中，T1为电池箱蒸发器出口处冷媒的温度，P1为电池箱蒸发器出口处冷媒的压力，f(·)为冷媒的温度随压力变化的函数，T2为同轴管向压缩机方向出口处冷媒的温度，P2为同轴管向压缩机方向出口处冷媒的压力，To1、To2、To3、To4为预定的温度阈值，可以根据经验得出，To2＜To3＜To4＜To1。
To1可以等效于现有水冷系统冷板中水换热量，例如，To1＝10℃。忽略蒸发器内压降导致的温降，蒸发器进出口温度一致。
To4可以根据过热度来得到。例如，To4＝5℃，To2＝0℃，To3＝2℃。
冷媒可以采用R134a。函数f(·)可以通过实验的方法获得，表示在不同压力下冷饱和气体的温度。图5是一示例性实施例提供的冷媒的温度随压力变化的曲线图。冷媒的绝对压力与饱和温度之间的关系可以通过试验，并耦合为图5中的曲线。在图5的实施例中：
y＝f(x)＝-23.278x6+140.81x5-352.08x4+475.3x3-387.28x2+229.6x-43.681
根据电池热管理需求，蒸发器内冷媒不能存在过热气体，所以T1不应高于P1下饱和气体温度f(P1)，并且，为保护压缩机不被液击，回热管中回气管处冷媒必须为过热气体，所以T2-f(P2)大于或等于过热度。
并且，根据所获取的温度和压力控制电子膨胀阀的开度和压缩机的转速(步骤S13)还可以包括：
当T1＝To1，T1＞f(P1)，且To2≤T2-f(P2)时，增大电子膨胀阀的开度；
当T1＝To1，T1＝f(P1)，且To2≤T2-f(P2)≤To3时，关闭电子膨胀阀，直到T2-f(P2)＝To3时，再开启电子膨胀阀，并减小电子膨胀阀的开度；
当T1＝To1，T1＝f(P1)，且To3＜T2-f(P2)＜To4时，减小压缩机的转速。
并且，根据所获取的温度和压力控制电子膨胀阀的开度和压缩机的转速(步骤S13)还可以包括：
当T1＜To1，T1＞f(P1)，且To2≤T2-f(P2)时，增大电子膨胀阀的开度；
当T1＜To1，T1＝f(P1)，且To2≤T2-f(P2)≤To3时，关闭电子膨胀阀，将压缩机的转速降低至预定的转速，直到T2-f(P2)＝To3时，再开启电子膨胀阀；
当T1＜To1，T1＝f(P1)，且To3＜T2-f(P2)＜To4时，减小压缩机的转速；
当T1＜To1，T1＝f(P1)，且To4≤T2-f(P2)时，增大电子膨胀阀的开度。
在又一实施例中，所述方法还可以包括以下步骤：获取压缩机排气口处冷媒的压力；当压缩机排气口处冷媒的压力大于预定的压力阈值时，控制压缩机停机。
其中，预定的压力阈值可以根据经验或实验获得，该实施例中，在压缩机排气口的冷媒的压力过大时，控制ECMP停机，以进行高压保护。根据图5，可以待P3-Pset≥0.3MPa后，开启ECMP。其中，P3为压缩机排气口处冷媒的压力，Pset为预定的压力阈值。
TXV的开关可以由电磁阀来控制。根据上述方案，在冷却过程中，实时检测冷媒管路中多处的冷媒温度和压强，并据此控制EXV的开度和ECMP的转速，因此，能够保护压缩机不被液击。
下表1是一示例性实施例提供的各个状态和执行的动作的对应关系。
表1
其中，To2＝0deg，To3＝2deg，To4＝5deg，deg可以为℃。
表1中的状态T1＝To1，T1＝f(P1)，5deg≤T2-f(P2)时，是系统所需要的状态，无需动作。
本公开还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本公开提供的上述方法的步骤。
本公开还提供一种电子设备，该电子设备包括存储器和处理器。存储器上存储有计算机程序。处理器用于执行存储器中的计算机程序，以实现本公开提供的上述方法的步骤。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种电池箱直冷系统，其特征在于，所述电池箱直冷系统包括压缩机、冷凝器、电池箱蒸发器和同轴管，所述同轴管内部具有第一同轴管道和第二同轴管道，所述第一同轴管道连接在所述冷凝器的出口和所述电池箱蒸发器的入口之间，所述第二同轴管道连接在所述电池箱蒸发器的出口和所述压缩机的入口之间。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池箱直冷系统还包括电子膨胀阀，所述电池箱蒸发器的入口和所述同轴管之间通过所述电子膨胀阀连接。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池箱直冷系统还包括H型热力膨胀阀，所述同轴管和所述电池箱蒸发器的入口之间通过所述H型热力膨胀阀的第一通道连接，所述同轴管和所述压缩机的入口之间通过所述H型热力膨胀阀的第二通道连接。
4.一种电池箱直冷系统的控制方法，其特征在于，所述电池箱直冷系统包括压缩机、冷凝器、电池箱蒸发器、同轴管和电子膨胀阀，所述同轴管内部具有第一同轴管道和第二同轴管道，所述第一同轴管道连接在所述冷凝器的出口和所述电池箱蒸发器的入口之间，所述第二同轴管道连接在所述电池箱蒸发器的出口和所述压缩机的入口之间，所述电池箱蒸发器的入口和所述同轴管之间通过所述电子膨胀阀连接，所述方法包括：
获取所述电池箱蒸发器出口处冷媒的温度和压力；
获取所述同轴管向所述压缩机方向出口处冷媒的温度和压力；
根据所获取的温度和压力控制所述电子膨胀阀的开度和所述压缩机的转速。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所获取的温度和压力控制所述电子膨胀阀的开度和所述压缩机的转速，包括：
当T1＞To1，T1＞f(P1)，且To2≤T2-f(P2)时，增大所述压缩机的转速；
当T1＞To1，T1＝f(P1)，且To2≤T2-f(P2)≤To3时，关闭所述电子膨胀阀，直到T2-f(P2)＝To4时，再开启所述电子膨胀阀，并减小所述电子膨胀阀的开度；
当T1＞To1，T1＝f(P1)，且To3＜T2-f(P2)＜To4时，减小所述电子膨胀阀的开度；
当T1＞To1，T1＝f(P1)，且To4≤T2-f(P2)时，增大所述压缩机的转速，
其中，T1为所述电池箱蒸发器出口处冷媒的温度，P1为所述电池箱蒸发器出口处冷媒的压力，f(·)为所述冷媒的温度随压力变化的函数，T2为所述同轴管向所述压缩机方向出口处冷媒的温度，P2为所述同轴管向所述压缩机方向出口处冷媒的压力，To1、To2、To3、To4为预定的温度阈值，且To2＜To3＜To4＜To1。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所获取的温度和压力控制所述电子膨胀阀的开度和所述压缩机的转速，还包括：
当T1＝To1，T1＞f(P1)，且To2≤T2-f(P2)时，增大所述电子膨胀阀的开度；
当T1＝To1，T1＝f(P1)，且To2≤T2-f(P2)≤To3时，关闭所述电子膨胀阀，直到T2-f(P2)＝To3时，再开启所述电子膨胀阀，并减小所述电子膨胀阀的开度；
当T1＝To1，T1＝f(P1)，且To3＜T2-f(P2)＜To4时，减小所述压缩机的转速。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述根据所获取的温度和压力控制所述电子膨胀阀的开度和所述压缩机的转速，还包括：
当T1＜To1，T1＞f(P1)，且To2≤T2-f(P2)时，增大所述电子膨胀阀的开度；
当T1＜To1，T1＝f(P1)，且To2≤T2-f(P2)≤To3时，关闭所述电子膨胀阀，将所述压缩机的转速降低至预定的转速，直到T2-f(P2)＝To3时，再开启所述电子膨胀阀；
当T1＜To1，T1＝f(P1)，且To3＜T2-f(P2)＜To4时，减小所述压缩机的转速；
当T1＜To1，T1＝f(P1)，且To4≤T2-f(P2)时，增大所述电子膨胀阀的开度。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述压缩机排气口处冷媒的压力；
当所述压缩机排气口处冷媒的压力大于预定的压力阈值时，控制所述压缩机停机。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求4-8中任一项所述方法的步骤。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求4-8中任一项所述方法的步骤。
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