CN113224418B - 一种带转阀的动力电池往复流动冷却系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种带转阀的动力电池往复流动冷却系统及控制方法，冷却系统包括转阀及冷却器，转阀包括阀壳、扭杆以及阀体，阀壳上开设若干个阀壳通道组，每个阀壳通道组包括通道A、通道B和通道C，同类的通道分别通过工质流道进行连通；阀体设置在阀壳内部，阀体外壁对应通道B和通道C加工凹槽，阀壳内壁在不同阀壳通道组之间加工凹槽；扭杆设置在阀体的中心，扭杆外周开设环形的通道D，阀体沿径向开设有阀体通道；冷却器的冷却工质出口与通道A相连，通道B和通道C分别与电池组的两端连接，冷却器的冷却工质入口与通道D相连，通过阀体的转动分别将通道B或通道C导通，改变冷却工质在电池组两端的流向。本发明能够提高冷却系统的冷却效果和可靠性。

Description

一种带转阀的动力电池往复流动冷却系统及控制方法
技术领域
本发明属于新能源汽车领域，涉及一种带转阀的动力电池往复流动冷却系统及控制方法。
背景技术
为了解决交通领域能源供给的难题，减少内燃机车尾气排放，电动汽车越来越受到人们的关注，这其中，锂离子电池由于较高的能量密度、充放电倍率等特性，能够有效的缓解电动汽车的“里程焦虑”，因此被广泛地应用于电动汽车中。但由于目前的技术局限性，温度对高比能量锂离子电池的性能和寿命会产生较大影响，高效的动力电池冷却系统是动力电池热安全性的保障，合理的冷却系统可以使动力电池系统始终处于最佳温度区间，保证动力电池系统内部电芯的温度一致性，进而可以提升整个电动汽车的使用寿命。
在锂离子电池冷却系统中，目前大多数采用的是单向流动的方式，但是由于电池和冷却工质存在热交换，采用单向流动的动力电池冷却系统会导致动力电池系统内部出现较高的温度梯度，降低动力电池系统的温度均匀性，影响动力电池的性能。因此有学者提出了一种基于往复式流动的热管理系统，如图1(a)和图1(b)所示，该系统在传统冷却流道中并联设计了一个流道，利用两个翻转门阀的开闭控制电池组冷却工质进出口的位置，实现进出口位置的互换，进而完成冷却工质在电池组内部的往复流动。其研究结果表明，采用往复流动的策略，可以将动力电池组的温差降低4℃左右，效果非常显著。但是此方案也存在一定的问题，该方案采用在电池组外部设计额外的通道来实现往复流动，这种设计会增加整个冷却系统的体积和质量，并且使得冷却通道设计复杂，通道中的冷却工质实现往复流动时惯性大，流动阻力大。不仅如此，该设计还采用了翻板门阀来控制冷却通道的开闭，翻板门阀的流动阻力大、可靠度低，采用翻板门阀会极大地影响整个系统的冷却效果和安全性能。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中动力电池往复流动热管理系统存在的实现方式复杂、冷却效果及可靠性欠佳的问题，提供一种带转阀的动力电池往复流动冷却系统及控制方法，结构简单，降低了整个冷却系统的体积和质量，提高冷却系统的冷却效果和可靠性。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种带转阀的动力电池往复流动冷却系统，包括转阀及冷却器，所述的转阀包括阀壳、扭杆以及阀体，阀壳上均布开设若干个阀壳通道组，每个阀壳通道组均包括通道A、通道B和通道C，不同阀壳通道组的同类通道分别通过工质流道进行连通；阀体设置在阀壳的内部，阀体的外壁与阀壳的内壁贴合，每个阀壳通道组的通道A设置在同组的通道B和通道C之间，阀体的外壁对应通道B和通道C加工为凹槽，阀壳的内壁在不同阀壳通道组之间加工为凹槽；扭杆设置在阀体的中心，扭杆能够带动阀体旋转，扭杆外周开设环形的通道D，阀体沿径向开设有用于将通道D与阀体外部连通的阀体通道；冷却器的冷却工质出口与通道A相连，通道B和通道C分别与电池组的两端连接，冷却器的冷却工质入口与通道D相连；通过阀体的转动分别将通道B或通道C进行导通，进而改变冷却工质在电池组两端的流向。
作为一种优选方案，所述冷却器的冷却工质出口经过转速可调的循环泵与通道A相连。
作为一种优选方案，所述的循环泵连接控制系统，控制系统根据电池组的温度调节循环泵的转速。
作为一种优选方案，所述的阀壳上均布开设四个阀壳通道组，阀体等间距的径向开设有四个阀体通道。
作为一种优选方案，所述阀体通道、阀壳内壁的凹槽以及阀体外壁的凹槽满足如下位置关系：所述的阀体通道正对于阀壳内壁的凹槽时，阀体外壁的凹槽均正对于通道B和通道C。
作为一种优选方案，所述的转阀连接控制系统，控制系统根据电池组的温度来调节扭杆的转向和转角。
本发明还提出一种所述带转阀的动力电池往复流动冷却系统的控制方法，存在以下三个工作状态进行控制，包括以下步骤：
工作状态一：
转阀的阀体处于中间位置，冷却器输出的冷却工质从转阀的通道A进入，由于电池组内部的流动阻力，冷却工质直接进入转阀的通道D，回流进冷却器完成小循环，不进入电池组进行冷却，电池组处于升温状态；
工作状态二：
阀体旋转，冷却器输出的冷却工质从转阀的通道A进入，通道C与通道A的连接关闭，冷却工质由通道A进入、从通道B流出进入电池组的一端，对电池组进行正向冷却，然后由电池组的另一端流出，进入转阀的通道C，此时通道C与转阀的通道D连通，冷却工质经由通道D进入冷却器完成冷却循环；
工作状态三：
阀体旋转，冷却器输出的冷却工质从转阀的通道A进入，通道B和通道A的连接关闭，冷却工质由通道A进入、从通道C流出进入电池组的一端，对电池组进行反向冷却，然后由电池组的另一端流出，进入转阀的通道B，此时通道B与转阀的通道D连通，冷却工质经由通道D进入冷却器完成冷却循环。
作为一种优选方案，冷却器的冷却工质流速通过循环泵进行控制，通过调节冷却工质流速来调节对电池组的冷却速度。
作为一种优选方案，通过温度传感器对电池组的两端温度进行采集，采集信号发送至控制系统，由控制系统自动控制转阀的转向和转角，降低电池组的平均温度及两端温差，并且自动控制循环泵调节冷却速度。
相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
通过在冷却器和电池组之间设置转阀，转阀的阀壳上开设由通道A、通道B和通道C组成的阀壳通道组，冷却器的冷却工质由通道A输入，通道B和通道C分别与电池组的两端连接，冷却器的冷却工质入口与阀体内部的通道D连通，阀体沿径向开设阀体通道，以此形成工质的循环流道，当阀体转动时，分别导通通道B或通道C，进而改变冷却工质在电池组两端的流向，实现往复流动冷却。本发明通过调节转阀对应调节冷却工质是否进入电池组内部进行冷却，以及冷却工质在动力电池包内的流动方向，不用单独设计冗余的冷却通道，降低了系统的体积和质量，提高了冷却效率。本发明采用转阀控制冷却工质的流动方向，控制精度高，安全可靠性好，反应快，本发明的冷却方法易于操作和实现，能够显著提高冷却系统的冷却效果和安全可靠性，延长电池组的使用寿命，能够增加电动汽车的安全性。
附图说明
图1(a)现有技术通过翻转门阀实现冷却工质往复流动的第一控制状态结构示意图；
图1(b)现有技术通过翻转门阀实现冷却工质往复流动的第二控制状态结构示意图；
图2本发明实施例的转阀结构示意图；
图3本发明实施例带转阀的动力电池往复流动冷却系统结构示意图；
图4(a)本发明实施例工作状态一转阀的阀体位置示意图；
图4(b)本发明实施例工作状态二转阀的阀体位置示意图；
图4(c)本发明实施例工作状态三转阀的阀体位置示意图；
附图中：1-电池组；2-转阀；3-工质流道；4-循环泵；5-冷却器；21-阀壳；22-扭杆；23-阀体。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
参见图3，本发明提出的一种带转阀的动力电池往复流动冷却系统，包括转阀2、工质流道3、循环泵4以及冷却器5，转阀2包括阀壳21、扭杆22以及阀体23。
参见图2，阀壳21上均布开设四个阀壳通道组，每个阀壳通道组均包括通道A、通道B和通道C，四个阀壳通道组的同类通道分别通过工质流道3进行连通。
阀体23设置在阀壳21的内部，阀体23的外壁与阀壳21的内壁贴合，每个阀壳通道组的通道A设置在同组的通道B和通道C之间，阀体23的外壁对应通道B和通道C加工为凹槽，阀壳21的内壁在不同阀壳通道组之间加工为凹槽；扭杆22设置在阀体23的中心，扭杆22能够带动阀体23旋转，扭杆22外周开设环形的通道D，阀体23沿径向开设有用于将通道D与阀体23外部连通的阀体通道，阀体通道在阀体23上等间距的开设有四个。
冷却器5的冷却工质出口经过转速可调的循环泵4与通道A相连，通道B和通道C分别与电池组1的两端连接，冷却器5的冷却工质入口与通道D相连。
阀体通道、阀壳21内壁的凹槽以及阀体23外壁的凹槽满足如下位置关系：当阀体通道正对于阀壳21内壁的凹槽时，阀体23外壁的凹槽均正对于通道B和通道C。通过阀体23的转动分别将通道B或通道C进行导通，进而改变冷却工质在电池组1两端的流向。
在一种实施例中，循环泵4连接控制系统，控制系统根据电池组1的温度调节循环泵4的转速。转阀2也连接控制系统，控制系统根据电池组1的温度调节扭杆22的转向和转角。
结合图4(a)，图4(b)及图4(c)，本发明所述带转阀的动力电池往复流动冷却系统的控制方法，存在以下三个工作状态进行控制，包括以下步骤：
工作状态一：
转阀2的阀体23处于中间位置，冷却器5输出的冷却工质从转阀2的通道A进入，由于电池组1内部的流动阻力，冷却工质直接进入转阀2的通道D，回流进冷却器5完成小循环，不进入电池组1进行冷却，电池组1处于升温状态；
工作状态二：
阀体23旋转，冷却器5输出的冷却工质从转阀2的通道A进入，通道C与通道A的连接关闭，冷却工质由通道A进入、从通道B流出进入电池组1的一端，对电池组1进行正向冷却，然后由电池组1的另一端流出，进入转阀2的通道C，此时通道C与转阀2的通道D连通，冷却工质经由通道D进入冷却器5完成冷却循环；
工作状态三：
阀体23旋转，冷却器5输出的冷却工质从转阀2的通道A进入，通道B和通道A的连接关闭，冷却工质由通道A进入、从通道C流出进入电池组1的一端，对电池组1进行反向冷却，然后由电池组1的另一端流出，进入转阀2的通道B，此时通道B与转阀2的通道D连通，冷却工质经由通道D进入冷却器5完成冷却循环。
通过调节转阀2对应调节冷却工质是否进入电池组1内部进行冷却，以及和冷却工质在电池组1内的流动方向，不用单独设计冗余的冷却通道，体积和质量小，提高了冷却效率。
在一种实施例中，通过循环泵4控制冷却器5的冷却工质流速，通过调节冷却工质流速来调节对电池组1的冷却速度。通过温度传感器对电池组1的两端温度进行采集，采集信号发送至控制系统，由控制系统自动控制转阀2的转向和转角，冷却工质进入电池组1的内部，从而降低电池组1的平均温度及两端温差，并且自动控制循环泵4调节冷却速度。
以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带转阀的动力电池往复流动冷却系统，其特征在于，包括转阀(2)及冷却器(5)，所述的转阀(2)包括阀壳(21)、扭杆(22)以及阀体(23)，阀壳(21)上均布开设若干个阀壳通道组，每个阀壳通道组均包括通道A、通道B和通道C，不同阀壳通道组的同类通道分别通过工质流道(3)进行连通；阀体(23)设置在阀壳(21)的内部，阀体(23)的外壁与阀壳(21)的内壁贴合，每个阀壳通道组的通道A设置在同组的通道B和通道C之间，阀体(23)的外壁对应通道B和通道C加工为凹槽，阀壳(21)的内壁在不同阀壳通道组之间加工为凹槽；扭杆(22)设置在阀体(23)的中心，扭杆(22)能够带动阀体(23)旋转，扭杆(22)外周开设环形的通道D，阀体(23)沿径向开设有用于将通道D与阀体(23)外部连通的阀体通道；冷却器(5)的冷却工质出口与通道A相连，所述的通道B和通道C分别与电池组(1)的两端连接，冷却器(5)的冷却工质入口与通道D相连；所述阀体通道、阀壳(21)内壁的凹槽以及阀体(23)外壁的凹槽满足如下位置关系：所述的阀体通道正对于阀壳(21)内壁的凹槽时，阀体(23)外壁的凹槽均正对于通道B和通道C；通过阀体(23)的转动分别将通道B或通道C进行导通，进而改变冷却工质在电池组(1)两端的流向。
2.根据权利要求1所述带转阀的动力电池往复流动冷却系统，其特征在于：所述冷却器(5)的冷却工质出口经过转速可调的循环泵(4)与通道A相连。
3.根据权利要求2所述带转阀的动力电池往复流动冷却系统，其特征在于：所述的循环泵(4)连接控制系统，控制系统根据电池组(1)的温度调节循环泵(4)的转速。
4.根据权利要求1所述带转阀的动力电池往复流动冷却系统，其特征在于：所述的阀壳(21)上均布开设四个阀壳通道组，阀体(23)等间距的径向开设有四个阀体通道。
5.根据权利要求1所述带转阀的动力电池往复流动冷却系统，其特征在于：所述的转阀(2)连接控制系统，控制系统根据电池组(1)的温度来调节扭杆(22)的转向和转角。
6.一种根据权利要求1所述带转阀的动力电池往复流动冷却系统的控制方法，其特征在于，存在以下三个工作状态进行控制，包括以下步骤：
工作状态一：
转阀(2)的阀体(23)处于中间位置，冷却器(5)输出的冷却工质从转阀(2)的通道A进入，由于电池组(1)内部的流动阻力，冷却工质直接进入转阀(2)的通道D，回流进冷却器(5)完成小循环，不进入电池组(1)进行冷却，电池组(1)处于升温状态；
工作状态二：
阀体(23)旋转，冷却器(5)输出的冷却工质从转阀(2)的通道A进入，通道C与通道A的连接关闭，冷却工质由通道A进入、从通道B流出进入电池组(1)的一端，对电池组(1)进行正向冷却，然后由电池组(1)的另一端流出，进入转阀(2)的通道C，此时通道C与转阀(2)的通道D连通，冷却工质经由通道D进入冷却器(5)完成冷却循环；
工作状态三：
阀体(23)旋转，冷却器(5)输出的冷却工质从转阀(2)的通道A进入，通道B和通道A的连接关闭，冷却工质由通道A进入、从通道C流出进入电池组(1)的一端，对电池组(1)进行反向冷却，然后由电池组(1)的另一端流出，进入转阀(2)的通道B，此时通道B与转阀(2)的通道D连通，冷却工质经由通道D进入冷却器(5)完成冷却循环。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：冷却器(5)的冷却工质流速通过循环泵(4)进行控制，通过调节冷却工质流速来调节对电池组(1)的冷却速度。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：通过温度传感器对电池组(1)的两端温度进行采集，采集信号发送至控制系统，由控制系统自动控制转阀(2)的转向和转角，降低电池组(1)的平均温度及两端温差，并且自动控制循环泵(4)调节冷却速度。
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