CN112331962A - 一种电池温控系统中水泵的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池温控系统中水泵的控制方法，实时检测电池芯温度Tb，根据电池芯温度Tb判断温度控制装置的启停，并建立Tm‑Z计算模型，根据Tm变化实时调节水泵运行的占空比Z，避免因温度对冷却液运动粘度影响造成的循环流量减少，热量交换不稳定，保证电池包内充分稳定的热量交换，缩短温控时间，提高调节精度，降低能耗；采用进液和出液的平均温度Tm作为冷却液的温度，避免因整个循环路径一内冷却液温度分布不均导致的循环流量分布不均，减少调节误差，增加调节精度。

Description

一种电池温控系统中水泵的控制方法
技术领域
本发明涉及电池温度调节技术领域，具体涉及一种电池温控系统中水泵的控制方法。
背景技术
电池包作为电动汽车的主要储能装置，是电动汽车的动力源，电池包内温度过高或过低，将严重影响电池组电化学系统的运行、循环寿命、安全性和可靠性。因此电池包多设有电池温度控制装置，通过电池包冷却板与循环的冷却液进行热交换进而调节电池包的温度。电池包冷却板与循环冷却液的热交换效率，将直接影响各电池组单元之间的温度均衡性、电池性能的一致性，甚至影响到电动车的系统控制及寿命。目前的电池温度控制装置多采用定速定占空比的方式驱动水泵，冷却液以固定流量循环以提供稳定的热交换量。而且目前多采用50％乙二醇作为冷却液。然而乙二醇的运动粘度受温度影响较大，在低温环境下，运动粘度较大，冷却液的循环流量减小，导致电池温度控制装置无法提供稳定的热将换量，热交换效率低，进而导致温度调节时间长、精度低以及能耗高。
发明内容
本发明的目的克服现有技术的不足，提供一种电池温控系统中水泵的控制方法，根据冷却液的温度实时调节水泵运行的占空比，维持热交换量稳定，调节时间短，调节精度高，调节能耗低。
本发明的目的是通过以下技术措施达到的：一种电池温控系统中水泵的控制方法，包括如下步骤：
(1)检测电池芯温度Tb，并根据Tb判断是否需要启动温度控制装置进行温度调节，若是，则电池管理系统发出控制指令，否则继续检测电池芯温度Tb；
(2)检测电池包进液温度T进和出液温度T出，计算进液和出液的平均温度Tm并根据Tm建立Tm-Z计算模型，根据Tm-Z计算模型计算当前平均温度Tm下水泵运行的占空比Z；
(3)温度控制装置接收控制指令，水泵按占空比Z运行，电池包进行温度调节，同时实时检测电池芯温度Tb并判断是否达到电池温控系统的要求，若是，则停止温度控制装置，否则实时检测电池包进液温度T进和出液温度T出并根据进液和出液的平均温度Tm重新计算占空比Z，重新调节水泵占空比Z。
进一步地，所述步骤(2)中检测电池包进液温度T进和出液温度T出之前先启动水泵，水泵以全功率运行5s。
进一步地，所述步骤(1)中电池管理系统发出控制指令之前，先检测温度控制装置是否存在故障，若是，则发出故障提醒并及时判断故障是否消除，若温度控制装置不存在故障则电池管理系统发出控制指令，启动温度控制装置。
进一步地，所述Tm-Z计算模型为：Z＝Z0+(T区间最高-Tm)×Δk，其中，Z0为温度区间的最高温度对应的占空比，T区间最高为温度区间内的最高温度，△k为温度区间内占空比的平均变化速率，所述温度区间、Z0和△k均由实验确定。
进一步地，所述温度区间、Z0和△k的实验确定方法为：启动温度控制装置，用流量计测得冷却液的循环流量，调节水泵的占空比维持循环流量不变，记录电池包的进液温度T进、出液温度T出和水泵占空比Z的值，计算进液和出液的平均温度Tm，并作出平均温度Tm与占空比Z的曲线图，根据曲线图将平均温度Tm按照T1＜T2＜……＜Tn-1＜Tn划分为n-1个温度区间(n≥2)，且每个温度区间均满足温度区间(Tn-1,Tn)内曲线的斜率变化的差值△＜0.1，所述Z0为温度区间(Tn-1,Tn)内Tn温度所对应的占空比，所述△k的计算公式为：
Figure BDA0002759395970000031
其中，△T为温度区间(Tn-1,Tn)的温度差值，ZTn-1和ZTn分别为Tn-1和Tn所对应的占空比。
进一步地，所述温度控制装置包括电芯温度传感器、进液温度传感器、出液温度传感器、水泵、电池冷却板、加热模块、板式换热器、压缩机、冷凝器和风机，所述电芯温度传感器用于检测电池包电池芯温度Tb，所述进液温度传感器用于检测电池冷却板入口端的冷却液的温度T进，所述出液温度传感器用于检测电池冷却板出口端的冷却液的温度T出，所述电池冷却板、水泵、板式换热器和加热模块顺序连接并形成闭合循环路径一，所述闭合循环路径一用于循环冷却液，所述压缩机、冷凝器和板式换热器顺序连接并形成闭合循环路径二，所述闭合循环路径二用于循环外界冷媒，所述冷却液与外界冷媒在所述板式换热器内进行热交换，所述风机用于对外界冷媒进行降温。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：所述电池温控系统中水泵的控制方法，根据Tm变化实时调节水泵运行的占空比Z，避免因温度对冷却液运动粘度影响造成的循环流量减少，热量交换不稳定，保证电池包内充分稳定的热量交换，缩短温控时间，提高调节精度，降低能耗；采用进液和出液的平均温度Tm作为冷却液的温度，避免因整个循环路径一内冷却液温度分布不均导致的循环流量分布不均，减少调节误差，增加调节精度。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是所述电池温控系统中水泵的控制方法的流程图。
图2是所述温度控制装置的结构示意图。
图3是-20-40℃下Z随Tm变化关系曲线图。
其中，1.电池包，2.电芯温度传感器，3.出液温度传感器，4.水泵，5.板式换热器，6.风机，7.冷凝器，8.压缩机，9.加热模块，10.进液温度传感器。
具体实施方式
如图1至3所示，一种电池温控系统中水泵的控制方法，包括如下步骤：
(1)检测电池芯温度Tb，并根据Tb判断是否需要启动温度控制装置进行温度调节，若是，则电池管理系统发出控制指令，否则继续检测电池芯温度Tb。具体的，判断Tb是否落在电池包1的最佳温度范围内，若是，则继续检测Tb，否则发出启动温度控制装置的控制指令。所述最佳温度范围由电池包1性能具体确定。
(2)检测电池包1进液温度T进和出液温度T出，计算进液和出液的平均温度Tm并根据Tm建立Tm-Z计算模型，根据Tm-Z计算模型计算当前平均温度Tm下水泵4运行的占空比Z。
(3)温度控制装置接收控制指令，水泵4按占空比Z运行，电池包1进行温度调节，同时实时检测电池芯温度Tb并判断是否达到电池温控系统的要求，即Tb是否落在电池包1的最佳温度范围内。若是，则停止温度控制装置，否则实时检测电池包1进液温度T进和出液温度T出并根据进液和出液的平均温度Tm重新计算占空比Z，重新调节水泵4占空比Z。根据Tm变化实时调节水泵4运行的占空比Z，避免因温度对冷却液运动粘度影响造成的循环流量减少，热量交换不稳定，保证电池包1内充分稳定的热量交换，缩短温控时间，提高调节精度，降低能耗。采用进液和出液的平均温度Tm作为冷却液的温度，避免因整个循环路径一内冷却液温度分布不均导致的循环流量分布不均，减少调节误差，增加调节精度。
所述步骤(2)中检测电池包1进液温度T进和出液温度T出之前先启动水泵4，水泵4以全功率运行5s。由于温度控制装置启动前，闭合循环路径一内的冷却液为非循环状态，电池包1的T进和T出近似相同，而电池包1冷却板内的冷却液的温度比电池包1外部循环管线内的冷却液的温度高，先启动水泵4使冷却液循环，可使闭合循环路径一内的冷却液温度达到均衡，增加初始调节精度。
所述步骤(1)中电池管理系统发出控制指令之前，先检测温度控制装置是否存在故障，若是，则发出故障提醒并及时判断故障是否消除，若温度控制装置不存在故障则电池管理系统发出控制指令，启动温度控制装置。
所述Tm-Z计算模型为：Z＝Z0+(T区间最高-Tm)×Δk，其中，Z0为温度区间的最高温度对应的占空比，T区间最高为温度区间内的最高温度，△k为温度区间内占空比的平均变化速率，所述温度区间、Z0和△k均由实验确定。
所述温度区间、Z0和△k的实验确定方法为：启动温度控制装置，用流量计测得冷却液的循环流量，调节水泵4的占空比维持循环流量不变，记录电池包1的进液温度T进、出液温度T出和水泵4占空比Z的值，计算进液和出液的平均温度Tm，并作出平均温度Tm与占空比Z的曲线图，根据曲线图将平均温度Tm按照T1＜T2＜……＜Tn-1＜Tn划分为n-1个温度区间(n≥2)，且每个温度区间均满足温度区间[Tn-1,Tn]内曲线的斜率变化的差值△＜0.1，所述Z0为温度区间[Tn-1,Tn]内Tn温度所对应的占空比，所述△k的计算公式为：
Figure BDA0002759395970000051
其中，△T为温度区间[Tn-1,Tn]的温度差值，ZTn-1和ZTn分别为Tn-1和Tn所对应的占空比。具体的，在固定循环流量下，对电池包1温度进行温度调节，测定占空比Z随温度Tm的变化关系。所述固定循环流量根据客户对电池包1单位时间热交换量的需求而定。例如，在固定循环流量10L/min的目标流量下，测得了-20-40℃内占空比Z随温度Tm的变化关系，并绘制了Tm-Z曲线图，根据曲线的斜率变化差值△＜0.1，将温度范围分为4个温度区间，T1＝-20℃，T2＝-5℃，T3＝5℃，T4＝15℃，T5＝40℃，即4个温度区间分别为：(-20，-5)、(-5，5)、(5,15)和(15,40)，并分别测得T1、T2、T3、T4和T5温度下的占空比Z1、Z2、Z3、Z4和Z5，分别求出4个温度区间的Tm-Z计算模型：
-20℃＜Tm＜-5℃时，Z＝78+(-5-Tm)×1.4；
-5℃＜Tm＜5℃时，Z＝70+(5-Tm)×0.8；
5℃＜Tm＜15℃时，Z＝64+(15-Tm)×0.6；
15℃＜Tm＜40℃时，Z＝55+(40-Tm)×0.36。
所述温度控制装置包括电芯温度传感器2、进液温度传感器10、出液温度传感器3、水泵4、电池冷却板、加热模块9、板式换热器5、压缩机8、冷凝器7和风机6，所述电芯温度传感器2用于检测电池包1电池芯温度Tb，所述进液温度传感器10用于检测电池冷却板入口端的冷却液的温度T进，所述出液温度传感器3用于检测电池冷却板出口端的冷却液的温度T出。所述电池冷却板内置在电池包1内。电池管理系统分别控制电芯温度传感器2、进液温度传感器10、出液温度传感器3、水泵4、电池冷却板、加热模块9、板式换热器5、压缩机8、冷凝器7和风机6。所述电池冷却板、水泵4、板式换热器5和加热模块9顺序连接并形成闭合循环路径一，所述闭合循环路径一用于循环冷却液，所述压缩机8、冷凝器7和板式换热器5顺序连接并形成闭合循环路径二，所述闭合循环路径二用于循环外界冷媒，所述冷却液与外界冷媒在所述板式换热器5内进行热交换，所述风机6用于对外界冷媒进行降温。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种电池温控系统中水泵的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)检测电池芯温度Tb，并根据Tb判断是否需要启动温度控制装置进行温度调节，若是，则电池管理系统发出控制指令，否则继续检测电池芯温度Tb；
(2)检测电池包进液温度T进和出液温度T出，计算进液和出液的平均温度Tm并根据Tm建立Tm-Z计算模型，根据Tm-Z计算模型计算当前平均温度Tm下水泵运行的占空比Z；
(3)温度控制装置接收控制指令，水泵按占空比Z运行，电池包进行温度调节，同时实时检测电池芯温度Tb并判断是否达到电池温控系统的要求，若是，则停止温度控制装置，否则实时检测电池包进液温度T进和出液温度T出并根据进液和出液的平均温度Tm重新计算占空比Z，重新调节水泵占空比Z。
2.根据权利要求1所述的电池温控系统中水泵的控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中检测电池包进液温度T进和出液温度T出之前先启动水泵，水泵以全功率运行5s。
3.根据权利要求1所述的电池温控系统中水泵的控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中电池管理系统发出控制指令之前，先检测温度控制装置是否存在故障，若是，则发出故障提醒并及时判断故障是否消除，若温度控制装置不存在故障则电池管理系统发出控制指令，启动温度控制装置。
4.根据权利要求1所述的电池温控系统中水泵的控制方法，其特征在于：所述Tm-Z计算模型为：Z＝Z0+(T区间最高-Tm)×Δk，其中，Z0为温度区间的最高温度对应的占空比，T区间最高为温度区间内的最高温度，△k为温度区间内占空比的平均变化速率，所述温度区间、Z0和△k均由实验确定。
5.根据权利要求4所述的电池温控系统中水泵的控制方法，其特征在于：所述温度区间、Z0和△k的实验确定方法为：启动温度控制装置，用流量计测得冷却液的循环流量，调节水泵的占空比维持循环流量不变，记录电池包的进液温度T进、出液温度T出和水泵占空比Z的值，计算进液和出液的平均温度Tm，并作出平均温度Tm与占空比Z的曲线图，根据曲线图将平均温度Tm按照T1＜T2＜……＜Tn-1＜Tn划分为n-1个温度区间(n≥2)，且每个温度区间均满足温度区间(Tn-1,Tn)内曲线的斜率变化的差值△＜0.1，所述Z0为温度区间(Tn-1,Tn)内Tn温度所对应的占空比，所述△k的计算公式为：
Figure FDA0002759395960000021
其中，△T为温度区间(Tn-1,Tn)的温度差值，ZTn-1和ZTn分别为Tn-1和Tn所对应的占空比。
6.根据权利要求1所述的电池温控系统中水泵的控制方法，其特征在于：所述温度控制装置包括电芯温度传感器、进液温度传感器、出液温度传感器、水泵、电池冷却板、加热模块、板式换热器、压缩机、冷凝器和风机，所述电芯温度传感器用于检测电池包电池芯温度Tb，所述进液温度传感器用于检测电池冷却板入口端的冷却液的温度T进，所述出液温度传感器用于检测电池冷却板出口端的冷却液的温度T出，所述电池冷却板、水泵、板式换热器和加热模块顺序连接并形成闭合循环路径一，所述闭合循环路径一用于循环冷却液，所述压缩机、冷凝器和板式换热器顺序连接并形成闭合循环路径二，所述闭合循环路径二用于循环外界冷媒，所述冷却液与外界冷媒在所述板式换热器内进行热交换，所述风机用于对外界冷媒进行降温。
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