CN113506927B - 一种流向可换的电动汽车液冷系统及其换向控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流向可换的电动汽车液冷系统及其换向控制方法，所述液冷系统包括液冷管路和监控装置，所述液冷管路包括离心泵、可调速电机、母管、三通接头、电磁三通阀、换热器和风扇等，所述监控装置包括信息输入模块、存储模块、运算模块、控制模块和环境温度传感器，所述控制方法包括离心泵转速和电磁三通阀接通状态的调节等步骤。本发明提供的液冷系统结构简单、成本低廉，其换向控制方法稳定可靠、适应性广、易于实现。

Description

一种流向可换的电动汽车液冷系统及其换向控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，具体涉及一种流向可换的电动汽车液冷系统及其换向控制方法。
背景技术
电动汽车具有绿色环保和舒适节能等突出优点，是当前经济社会发展的重要领域。当前电动汽车多由锂离子动力电池包供能，并使用液冷方式通过换热器对电池包进行冷却以控制其工作过程的最高温度值和电池包内部各处的温差值。液冷换热器内流通冷却液并与电池包进行热交换。由于液冷换热器中的管路必然存在上下游之分，故冷却液从上游流入换热器后，不断吸收电池包的热量并逐步升温，使得冷却液与其周围电芯的温差不断减小，最终导致其换热能力的下降。这种情况下，与换热器上游管路靠近的电芯得到最强的冷却且温度较低，与换热器下游管路靠近的电芯得到最弱的冷却且温度较高，这往往容易造成电池包内部各电芯之间的温差较大，电芯的一致性下降，不利于电池包的稳定健康运行。为了解决这一问题，可以让换热器内的冷却液采取交替式流动方式，即某些时间段内冷却液从上游往下游流动，而某些时间段内冷却液则反过来从原来的下游往上游流动。但是，当前公知的技术手段中，缺少能较好满足交替式流动换热需要且结构简单轻便的液冷系统设计方案，也缺少逻辑清晰、稳定可靠的交替式流动控制方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低廉、稳定可靠、适应性广、易于实现且流向可换的电动汽车液冷系统及其换向控制方法。本发明解决上述问题的技术方案是：一种流向可换的电动汽车液冷系统，用于电动汽车动力电池包冷却，所述电动汽车液冷系统包括液冷管路和监控装置，所述电动汽车液冷管路包括离心泵(1)、与离心泵(1)机械连接且用于驱动离心泵(1)运转的可调速电机(2)、与离心泵(1)入口机械连接的入口母管(3)、与离心泵(1)出口机械连接的出口母管(4)、第一三通接头(5)、第二三通接头(6)、第一电磁三通阀(7)、第二电磁三通阀(8)、膨胀水箱(9)、第一换热器(10)、第二换热器(11)和风扇(13)，所述第一三通接头(5)的第一支管(51)与入口母管(3)机械连接，所述第一三通接头(5)的第二支管(52)与第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)机械连接，所述第一三通接头(5)的第三支管(53)与第二电磁三通阀(8)的第三通路(83)机械连接，所述第二三通接头(6)的第一支管(61)与出口母管(4)机械连接，所述第二三通接头(6)的第二支管(62)与第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)机械连接，所述第二三通接头(6)的第三支管(63)与第一电磁三通阀(7)的第三通路(73)机械连接，所述第一电磁三通阀(7)的第一通路(71)、膨胀水箱(9)、第一换热器(10)、第二换热器(11)和第二电磁三通阀(8)的第一通路(81)通过管道依次连接，所述第一换热器(10)相对的两端分别设有第一管道接口(101)和第二管道接口(102)，所述第一换热器(10)的第一管道接口(101)通过管道与第一电磁三通阀(7)的第一通路(71)连接且二者之间的管道与膨胀水箱(9)连通，所述第一换热器(10)的第二管道接口(102)通过管道与第二换热器(11)连接，所述第一换热器(10)与动力电池包(12)紧贴并用于动力电池包(12)的冷却，所述动力电池包(12)内相对的两端分别设有第一温度测点(14)和第二温度测点(15)用于测量动力电池包(12)相应位置的温度，所述动力电池包(12)内的第一温度测点(14)靠近第一换热器(10)的第一管道接口(101)，所述动力电池包(12)内的第二温度测点(15)靠近第一换热器(10)的第二管道接口(102)，所述第二换热器(11)的表面附近设有风扇(13)以利用外界空气对冷却液进行降温；所述监控装置包括信息输入模块(20)、存储模块(21)、运算模块(22)、控制模块(23)和环境温度传感器(24)，所述信息输入模块(20)、存储模块(21)、运算模块(22)和控制模块(23)依次电性连接；所述环境温度传感器(24)和第一温度测点(14)、第二温度测点(15)分别与存储模块(21)电性连接，所述可调速电机(2)和第一电磁三通阀(7)、第二电磁三通阀(8)分别与控制模块(23)电性连接；其中：
(a)所述信息输入模块(20)用于输入可调速电机(2)调速控制用参数信息，包括但不限于第一参考温度R1、第二参考温度R2和第三参考温度R3且有R1<R2，以及离心泵(1)的最低设计转速Nmin和最高设计转速Nmax；
(b)所述存储模块(21)用于存储环境温度传感器(24)、第一温度测点(14)和第二温度测点(15)的采集数据以及信息输入模块(20)的输入信息；
(c)所述运算模块(22)用于从存储模块(21)读取数据进行运算并将运算结果传输至控制模块(23)；
(d)所述控制模块(23)用于第一电磁三通阀(7)和第二电磁三通阀(8)各通路的接通状态感知与控制、计时以及可调速电机(2)的速度感知与控制。
根据上述流向可换的电动汽车液冷系统，提供一种换向控制方法，电动汽车使用过程中，保持风扇(13)的开启状态，始终使第一电磁三通阀(7)的第一通路(71)和第二电磁三通阀(8)的第一通路(81)均保持接通状态，同时按一定时间间隔通过第一温度测点(14)、第二温度测点(15)和环境温度传感器(24)分别采集获得第一温度测采集值T14、第二温度测采集值T15和环境温度采集值Ta，并同步计算得到第一温差值ΔT1和第二温差值ΔT2：
ΔT1＝0.5×(T14+T15)-Ta (1)
ΔT2＝|T14-T15| (2)
在以上基础上，依次进行以下步骤：
步骤1、接通第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)和第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)，断开第一电磁三通阀(7)的第三通路(73)和第二电磁三通阀(8)的第三通路(83)；
步骤2、将第一温差值ΔT1分别与第一参考温度R1、第二参考温度R2进行比较，并调节离心泵(1)的转速N为：
Figure GDA0003603713650000031
式(2)中，N为离心泵(1)的转速，R1和R2分别为根据设计资料事先输入信息输入模块(20)中的第一参考温度和第二参考温度且有R1<R2，Nmin和Nmax分别为根据设计资料事先输入信息输入模块(20)中的离心泵(1)的最低设计转速和最高设计转速，ΔT1为第一温差值；
步骤3、将第二温差值ΔT2与第三参考温度R3进行比较，将第一温度测采集值T14和第二温度测采集值T15进行比较，获得当前第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)的接通状态，并根据以下判定结果进行相应的操作：
(a)若ΔT2≤R3，则返回步骤2；
(b)若ΔT2>R3且T14>T15且第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)处于接通状态，则返回步骤2；
(c)若ΔT2>R3且T14>T15且第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)处于断开状态，则进行第一换向操作，然后返回步骤2；
(d)若ΔT2>R3且T14<T15且第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)处于断开状态，则返回步骤2；
(e)若ΔT2>R3且T14<T15且第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)处于接通状态，则进行第二换向操作，然后返回步骤2。
上述电动汽车液冷系统的换向控制方法，步骤3所述的第一换向操作，分为以下子步骤：
子步骤P1、在满足第一换向操作条件的瞬间，启动计时并设置该时刻的时间t＝0，记录该时刻离心泵(1)的转速N0；
子步骤P2、逐步降低离心泵(1)的转速N直至离心泵(1)的转速N＝0时为止；
子步骤P3、接通第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)和第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)，断开第一电磁三通阀(7)的第三通路(73)和第二电磁三通阀(8)的第三通路(83)；
子步骤P4、逐步升高离心泵(1)的转速N直至离心泵(1)的转速N＝N0时为止。
上述电动汽车液冷系统的换向控制方法，步骤3所述的第二换向操作，分为以下子步骤：
子步骤Q1、在满足第二换向操作条件的瞬间，启动计时并设置该时刻的时间t＝0，记录该时刻离心泵(1)的转速N0；
子步骤Q2、逐步降低离心泵(1)的转速N直至离心泵(1)的转速N＝0时为止；
子步骤Q3、接通第一电磁三通阀(7)的第三通路(73)和第二电磁三通阀(8)的第三通路(83)，断开第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)和第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)；
子步骤Q4、逐步升高离心泵(1)的转速N直至离心泵(1)的转速N＝N0时为止。
上述电动汽车液冷系统的换向控制方法，所述第一换向操作的子步骤P2和第二换向操作的子步骤Q2中离心泵(1)转速N的逐步降低操作按照下式进行：
N＝N0-kt2 (3)
式(3)中k为大于0的二次项系数，t为计时时间，N0为t＝0时刻离心泵(1)的转速；所述第一换向操作的子步骤P4和第二换向操作的子步骤Q4中离心泵(1)转速N的逐步升高操作按照下式进行：
N＝kt2 (4)
式(4)中k为大于0的二次项系数，t为计时时间。
上述流向可换的电动汽车液冷系统，通过电气互锁设计，使第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)的接通状态和第三通路(73)的接通状态始终处于互斥关系，且第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)的接通状态和第三通路(83)的接通状态始终处于互斥关系。
本发明的有益效果在于：
1、本发明在现有最基本的电动汽车液冷系统基础上仅仅只额外增设三通接头和电磁三通阀以及若干相应的管道等机械元件，而不需要额外的离心泵且离心泵叶轮旋转方向始终不变，其控制所需电子元件可借用现有控制模块，故只需要增加很低的硬件投入成本就可以实现液冷系统的流动换向功能，且结构简单、成本低廉。
2、本发明的控制方法同时考虑了动力电池包平均温度相对环境温度的升高幅度以及电池包相对的两端处温差的影响，针对前者进行离心泵调速控制以实现冷却需求和离心泵运行能耗二者之间的平衡，针对后者则进行流动换向控制以尽量降低电池包相对的两端处温差且尽量不付出额外成本，故控制方法考虑全面、稳定可靠、适应性广。
3、本发明在对液冷系统进行换向操作时，首先使离心泵的转速按照以时间为自变量的二次函数逐渐降低至零，这一过程离心泵转速的下降速率随时间的进行而不断增大，即转速先缓慢下降后迅速下降，相应地其流量和压力也是先缓慢降低而后迅速降低；完成电磁三通阀的换向切换后，再使离心泵的转速按照以时间为自变量的二次函数逐渐升高至换向操作前的转速值，这一过程离心泵转速的上升速率随时间的进行而不断减小，即转速先迅速上升后缓慢上升，相应地其流量和压力也是先迅速上升后缓慢上升。以上换向操作过程不存在管内流体流动方向的突然改变，既保证流量和压力变化平稳，管内流体流动的波动较小，尤其是大流量和高压力状态时离心泵转速变化速率较小，这可以尽量避免水锤效应，对管路的冲击小；同时也较为节约时间，在离心泵低转速状态时给与其较大的转速变化速率以尽快完成换向操作，避免长时间流量供给不足。这种换向控制方法安全高效、稳定可靠。
附图说明
图1为本发明实施例中流向可换的电动汽车液冷系统的结构示意图，其中1为离心泵，2为与离心泵(1)机械连接且用于驱动离心泵(1)运转的可调速电机，3为与离心泵(1)入口机械连接的入口母管，4为与离心泵(1)出口机械连接的出口母管，5为第一三通接头，51、52和53分别为第一三通接头(5)的第一支管、第二支管和第一三支管，6为第二三通接头，61、62和63分别为第二三通接头(6)的第一支管、第二支管和第一三支管，7为第一电磁三通阀，71、72和73分别为第一电磁三通阀(7)的第一通路、第二通路和第三通路，8为第二电磁三通阀，81、82和83分别为第二电磁三通阀(8)的第一通路、第二通路和第三通路，9为膨胀水箱，10为第一换热器，101和102分别为第一换热器(10)相对的两端设有的第一管道接口和第二管道接口，11为第二换热器，12为动力电池包，13为风扇，14和15分别为动力电池包(12)内相对的两端设有的第一温度测点和第二温度测点；20至24共同构成监控装置，其中20为信息输入模块，21为存储模块，22为运算模块，23为控制模块，24为环境温度传感器。
图2为本发明电动汽车液冷系统的换向控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种流向可换的电动汽车液冷系统，用于电动汽车动力电池包冷却，所述电动汽车液冷系统包括包括液冷管路和监控装置，所述电动汽车液冷管路包括离心泵(1)、与离心泵(1)机械连接且用于驱动离心泵(1)运转的可调速电机(2)、与离心泵(1)入口机械连接的入口母管(3)、与离心泵(1)出口机械连接的出口母管(4)、第一三通接头(5)、第二三通接头(6)、第一电磁三通阀(7)、第二电磁三通阀(8)、膨胀水箱(9)、第一换热器(10)、第二换热器(11)和风扇(13)，所述第一三通接头(5)的第一支管(51)与入口母管(3)机械连接，所述第一三通接头(5)的第二支管(52)与第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)机械连接，所述第一三通接头(5)的第三支管(53)与第二电磁三通阀(8)的第三通路(83)机械连接，所述第二三通接头(6)的第一支管(61)与出口母管(4)机械连接，所述第二三通接头(6)的第二支管(62)与第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)机械连接，所述第二三通接头(6)的第三支管(63)与第一电磁三通阀(7)的第三通路(73)机械连接，所述第一电磁三通阀(7)的第一通路(71)、膨胀水箱(9)、第一换热器(10)、第二换热器(11)和第二电磁三通阀(8)的第一通路(81)通过管道依次连接，所述第一换热器(10)相对的两端分别设有第一管道接口(101)和第二管道接口(102)，所述第一换热器(10)的第一管道接口(101)通过管道与第一电磁三通阀(7)的第一通路(71)连接且二者之间的管道与膨胀水箱(9)连通，所述第一换热器(10)的第二管道接口(102)通过管道与第二换热器(11)连接，所述第一换热器(10)与动力电池包(12)紧贴并用于动力电池包(12)的冷却，所述动力电池包(12)内相对的两端分别设有第一温度测点(14)和第二温度测点(15)用于测量动力电池包(12)相应位置的温度，所述动力电池包(12)内的第一温度测点(14)靠近第一换热器(10)的第一管道接口(101)，所述动力电池包(12)内的第二温度测点(15)靠近第一换热器(10)的第二管道接口(102)，所述第二换热器(11)的表面附近设有风扇(13)以利用外界空气对冷却液进行降温；所述监控装置包括信息输入模块(20)、存储模块(21)、运算模块(22)、控制模块(23)和环境温度传感器(24)，所述信息输入模块(20)、存储模块(21)、运算模块(22)和控制模块(23)依次电性连接；所述环境温度传感器(24)和第一温度测点(14)、第二温度测点(15)分别与存储模块(21)电性连接，所述可调速电机(2)和第一电磁三通阀(7)、第二电磁三通阀(8)分别与控制模块(23)电性连接；其中：
(a)所述信息输入模块(20)用于输入可调速电机(2)调速控制用参数信息，包括但不限于第一参考温度R1、第二参考温度R2和第三参考温度R3且有R1<R2，以及离心泵(1)的最低设计转速Nmin和最高设计转速Nmax；
(b)所述存储模块(21)用于存储环境温度传感器(24)、第一温度测点(14)和第二温度测点(15)的采集数据以及信息输入模块(20)的输入信息；
(c)所述运算模块(22)用于从存储模块(21)读取数据进行运算并将运算结果传输至控制模块(23)；
(d)所述控制模块(23)用于第一电磁三通阀(7)和第二电磁三通阀(8)各通路的接通状态感知与控制、计时以及可调速电机(2)的速度感知与控制。
膨胀水箱(9)用于补偿因温度变化造成的冷却液容积变动。
进一步地，通过电气互锁设计，使第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)的接通状态和第三通路(73)的接通状态始终处于互斥关系，且第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)的接通状态和第三通路(83)的接通状态始终处于互斥关系。
基于上述流向可换的电动汽车液冷系统的换向控制方法，电动汽车使用过程中，保持风扇(13)的开启状态，始终使第一电磁三通阀(7)的第一通路(71)和第二电磁三通阀(8)的第一通路(81)均保持接通状态，同时按一定时间间隔通过第一温度测点(14)、第二温度测点(15)和环境温度传感器(24)分别采集获得第一温度测采集值T14、第二温度测采集值T15和环境温度采集值Ta，并同步计算得到第一温差值ΔT1和第二温差值ΔT2：
ΔT1＝0.5×(T14+T15)-Ta (1)
ΔT2＝|T14-T15| (2)
在以上基础上，如图2所示，依次进行以下步骤：
步骤1、接通第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)和第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)，断开第一电磁三通阀(7)的第三通路(73)和第二电磁三通阀(8)的第三通路(83)；
步骤2、将第一温差值ΔT1分别与第一参考温度R1、第二参考温度R2进行比较，并调节离心泵(1)的转速N为：
Figure GDA0003603713650000081
式(2)中，N为离心泵(1)的转速，R1和R2分别为根据设计资料事先输入信息输入模块(20)中的第一参考温度和第二参考温度且有R1<R2，Nmin和Nmax分别为根据设计资料事先输入信息输入模块(20)中的离心泵(1)的最低设计转速和最高设计转速，ΔT1为第一温差值；
步骤3、将第二温差值ΔT2与第三参考温度R3进行比较，将第一温度测采集值T14和第二温度测采集值T15进行比较，获得当前第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)的接通状态，并根据以下判定结果进行相应的操作：
(a)若ΔT2≤R3，则返回步骤2；
(b)若ΔT2>R3且T14>T15且第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)处于接通状态，则返回步骤2；
(c)若ΔT2>R3且T14>T15且第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)处于断开状态，则进行第一换向操作，然后返回步骤2；
(d)若ΔT2>R3且T14<T15且第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)处于断开状态，则返回步骤2；
(e)若ΔT2>R3且T14<T15且第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)处于接通状态，则进行第二换向操作，然后返回步骤2。
进一步地，步骤3所述的第一换向操作，分为以下子步骤：
子步骤P1、在满足第一换向操作条件的瞬间，启动计时并设置该时刻的时间t＝0，记录该时刻离心泵(1)的转速N0；
子步骤P2、逐步降低离心泵(1)的转速N直至离心泵(1)的转速N＝0时为止；
子步骤P3、接通第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)和第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)，断开第一电磁三通阀(7)的第三通路(73)和第二电磁三通阀(8)的第三通路(83)；
子步骤P4、逐步升高离心泵(1)的转速N直至离心泵(1)的转速N＝N0时为止。
进一步地，步骤3所述的第二换向操作，分为以下子步骤：
子步骤Q1、在满足第二换向操作条件的瞬间，启动计时并设置该时刻的时间t＝0，记录该时刻离心泵(1)的转速N0；
子步骤Q2、逐步降低离心泵(1)的转速N直至离心泵(1)的转速N＝0时为止；
子步骤Q3、接通第一电磁三通阀(7)的第三通路(73)和第二电磁三通阀(8)的第三通路(83)，断开第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)和第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)；
子步骤Q4、逐步升高离心泵(1)的转速N直至离心泵(1)的转速N＝N0时为止。
进一步地，所述第一换向操作的子步骤P2和第二换向操作的子步骤Q2中离心泵(1)转速N的逐步降低操作按照下式进行：
N＝N0-kt2 (3)
式(3)中k为大于0的二次项系数，t为计时时间，N0为t＝0时刻离心泵(1)的转速。优选地，选取合适的k值，使得当t＝0时刻离心泵(1)的转速N0为其任意可能值时，可以在1分钟内将其转速N逐步降低至0。
所述第一换向操作的子步骤P4和第二换向操作的子步骤Q4中离心泵(1)转速N的逐步升高操作按照下式进行：
N＝kt2 (4)
式(4)中k为大于0的二次项系数，t为计时时间。
实施例
某纯电动汽车使用液冷方式进行热管理，冷却液为水，其液冷管路和监控装置可参见附图1，本实施例中监控装置及其控制方法主要基于Arm芯片及相关集成电路并进行嵌入式开发来实现。
通过查阅该款电动汽车设计和试验资料，确定第一参考温度R1＝2℃，第二参考温度R2＝10℃，第三参考温度R3＝4℃，离心泵(1)的最低设计转速Nmin＝500r/min，最高设计转速Nmax＝5000r/min。该电动汽车行驶过程中，保持风扇(13)的开启状态，始终使第一电磁三通阀(7)的第一通路(71)和第二电磁三通阀(8)的第一通路(81)均保持接通状态，某时刻监测得到第一温度测采集值T14＝24℃，第二温度测采集值T15＝27℃，环境温度采集值Ta＝20℃，故计算得到该时刻第一温差值ΔT1为：ΔT1＝0.5×(T14+T15)-Ta＝0.5×(24+27)-20＝5.5℃，
第二温差值ΔT2为：ΔT2＝|T14-T15|＝|24-27|＝3℃。
由于该时刻R1<ΔT1<R2，故调节离心泵(1)的转速N为：
Figure GDA0003603713650000101
又由于该时刻ΔT2<R3，说明动力电池包相对的两端处电芯的温差较低，故不需要考虑液冷系统流动换向操作。
若干时长后，监测得到第一温度测采集值T14＝25℃，第二温度测采集值T15＝29.5℃，环境温度采集值Ta＝20℃，计算得到此时第一温差值ΔT1为7.25℃，
第二温差值ΔT2为4.5℃，由于此时R1<ΔT1<R2，故调节离心泵(1)的转速N为3453r/min；又由于此时ΔT2>R3且T14<T15且控制模块感知发现第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)处于接通状态，故需要进行第二换向操作。第二换向操作具体分为以下子步骤：
子步骤Q1、在满足第二换向操作条件的瞬间，启动计时并设置该时刻的时间t＝0，时间t的单位为秒，记录该时刻离心泵(1)的转速N0＝3453r/min。
子步骤Q2、逐步降低离心泵(1)的转速N直至离心泵(1)的转速N＝0时为止，降速过程选取二次项系数k＝1.5，按下式对离心泵(1)进行降速：
N＝N0-kt2＝N0-kt2＝3453-1.5t2
以上约花费48秒时间将离心泵(1)的转速降为0。
子步骤Q3、接通第一电磁三通阀(7)的第三通路(73)和第二电磁三通阀(8)的第三通路(83)，断开第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)和第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)。
子步骤Q4、逐步升高离心泵(1)的转速N直至离心泵(1)的转速N＝N0时为止，按下式对离心泵(1)进行升速：
N＝kt2＝1.5t2
以上约花费48秒时间将离心泵(1)的由0升为3453r/min。
至此，完成第二换向操作，离心泵(1)继续暂时维持3453r/min的转速，然后根据第一温度测采集值T14、第二温度测采集值T15和环境温度采集值Ta的后续变化情况进行速度调节并视判定情况执行相关的换向操作。
本实施例提供的流向可换的电动汽车液冷系统及其换向控制方法，在现有最基本的电动汽车液冷系统基础上仅仅只额外增设三通接头和电磁三通阀以及若干相应的管道等机械元件，不需要额外的离心泵且离心泵叶轮旋转方向始终不变，控制所需电子元件可借用现有控制模块，故只需要增加很低的硬件投入成本就可以实现液冷系统的流动换向功能。控制方法同时考虑了动力电池包平均温度相对环境温度的升高幅度以及电池包相对的两端处温差的影响，针对前者进行离心泵调速控制以实现冷却需求并控制离心泵运行能耗，针对后者则进行流动换向控制以尽量降低电池包相对的两端处温差。对液冷系统进行换向操作时，首先使离心泵的转速按照以时间为自变量的二次函数逐渐降低至零，这一过程离心泵转速先缓慢下降后迅速下降，相应地其流量和压力也是先缓慢降低而后迅速降低；完成电磁三通阀的换向切换后，再使离心泵的转速按照以时间为自变量的二次函数逐渐升高至换向操作前的转速值，这一过程离心泵转速先迅速上升后缓慢上升，相应地其流量和压力也是先迅速上升后缓慢上升。这种换向操作过程不存在管内流体流动方向的突然改变，转速高的大流量和高压力状态时离心泵转速变化速率较小，这可以尽量避免水锤效应，对管路的冲击小；而转速低时给与离心泵较大的转速变化速率以尽快完成换向操作，避免长时间流量供给不足。因此，本实施例提供的流向可换的电动汽车液冷系统结构简单、成本低廉、适用性广，相应的换向控制方法安全高效、稳定可靠。

Claims (4)

1.一种流向可换的电动汽车液冷系统的换向控制方法，其特征在于，该控制方法基于流向可换的电动汽车液冷系统，用于电动汽车动力电池包冷却，所述电动汽车液冷系统包括液冷管路和监控装置，所述电动汽车液冷管路包括离心泵(1)、与离心泵(1)机械连接且用于驱动离心泵(1)运转的可调速电机(2)、与离心泵(1)入口机械连接的入口母管(3)、与离心泵(1)出口机械连接的出口母管(4)、第一三通接头(5)、第二三通接头(6)、第一电磁三通阀(7)、第二电磁三通阀(8)、膨胀水箱(9)、第一换热器(10)、第二换热器(11)和风扇(13)，所述第一三通接头(5)的第一支管(51)与入口母管(3)机械连接，所述第一三通接头(5)的第二支管(52)与第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)机械连接，所述第一三通接头(5)的第三支管(53)与第二电磁三通阀(8)的第三通路(83)机械连接，所述第二三通接头(6)的第一支管(61)与出口母管(4)机械连接，所述第二三通接头(6)的第二支管(62)与第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)机械连接，所述第二三通接头(6)的第三支管(63)与第一电磁三通阀(7)的第三通路(73)机械连接，所述第一电磁三通阀(7)的第一通路(71)、膨胀水箱(9)、第一换热器(10)、第二换热器(11)和第二电磁三通阀(8)的第一通路(81)通过管道依次连接，所述第一换热器(10)相对的两端分别设有第一管道接口(101)和第二管道接口(102)，所述第一换热器(10)的第一管道接口(101)通过管道与第一电磁三通阀(7)的第一通路(71)连接且二者之间的管道与膨胀水箱(9)连通，所述第一换热器(10)的第二管道接口(102)通过管道与第二换热器(11)连接，所述第一换热器(10)与动力电池包(12)紧贴并用于动力电池包(12)的冷却，所述动力电池包(12)内相对的两端分别设有第一温度测点(14)和第二温度测点(15)用于测量动力电池包(12)相应位置的温度，所述动力电池包(12)内的第一温度测点(14)靠近第一换热器(10)的第一管道接口(101)，所述动力电池包(12)内的第二温度测点(15)靠近第一换热器(10)的第二管道接口(102)，所述第二换热器(11)的表面附近设有风扇(13)以利用外界空气对冷却液进行降温；所述监控装置包括信息输入模块(20)、存储模块(21)、运算模块(22)、控制模块(23)和环境温度传感器(24)，所述信息输入模块(20)、存储模块(21)、运算模块(22)和控制模块(23)依次电性连接；所述环境温度传感器(24)和第一温度测点(14)、第二温度测点(15)分别与存储模块(21)电性连接，所述可调速电机(2)和第一电磁三通阀(7)、第二电磁三通阀(8)分别与控制模块(23)电性连接；其中：
(a)所述信息输入模块(20)用于输入可调速电机(2)调速控制用参数信息，包括但不限于第一参考温度R1、第二参考温度R2和第三参考温度R3且有R1<R2，以及离心泵(1)的最低设计转速Nmin和最高设计转速Nmax；
(b)所述存储模块(21)用于存储环境温度传感器(24)、第一温度测点(14)和第二温度测点(15)的采集数据以及信息输入模块(20)的输入信息；
(c)所述运算模块(22)用于从存储模块(21)读取数据进行运算并将运算结果传输至控制模块(23)；
(d)所述控制模块(23)用于第一电磁三通阀(7)和第二电磁三通阀(8)各通路的接通状态感知与控制、计时以及可调速电机(2)的速度感知与控制；
所述电动汽车液冷系统通过电气互锁设计，使第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)的接通状态和第三通路(73)的接通状态始终处于互斥关系，且第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)的接通状态和第三通路(83)的接通状态始终处于互斥关系；
所述控制方法为，电动汽车使用过程中，保持风扇(13)的开启状态，始终使第一电磁三通阀(7)的第一通路(71)和第二电磁三通阀(8)的第一通路(81)均保持接通状态，同时按一定时间间隔通过第一温度测点(14)、第二温度测点(15)和环境温度传感器(24)分别采集获得第一温度测采集值T14、第二温度测采集值T15和环境温度采集值Ta，并同步计算得到第一温差值ΔT1和第二温差值ΔT2：
ΔT1＝0.5×(T14+T15)-Ta (1)
ΔT2＝|T14-T15| (2)
在以上基础上，依次进行以下步骤：
步骤1、接通第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)和第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)，断开第一电磁三通阀(7)的第三通路(73)和第二电磁三通阀(8)的第三通路(83)；
步骤2、将第一温差值ΔT1分别与第一参考温度R1、第二参考温度R2进行比较，并调节离心泵(1)的转速N为：
Figure FDA0003603713640000021
式(2)中，N为离心泵(1)的转速，R1和R2分别为根据设计资料事先输入信息输入模块(20)中的第一参考温度和第二参考温度且有R1<R2，Nmin和Nmax分别为根据设计资料事先输入信息输入模块(20)中的离心泵(1)的最低设计转速和最高设计转速，ΔT1为第一温差值；
步骤3、将第二温差值ΔT2与第三参考温度R3进行比较，将第一温度测采集值T14和第二温度测采集值T15进行比较，获得当前第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)的接通状态，并根据以下判定结果进行相应的操作：
(a)若ΔT2≤R3，则返回步骤2；
(b)若ΔT2>R3且T14>T15且第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)处于接通状态，则返回步骤2；
(c)若ΔT2>R3且T14>T15且第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)处于断开状态，则进行第一换向操作，然后返回步骤2；
(d)若ΔT2>R3且T14<T15且第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)处于断开状态，则返回步骤2；
(e)若ΔT2>R3且T14<T15且第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)处于接通状态，则进行第二换向操作，然后返回步骤2。
2.权利要求1所述电动汽车液冷系统的换向控制方法，其特征在于，步骤3所述的第一换向操作，分为以下子步骤：
子步骤P1、在满足第一换向操作条件的瞬间，启动计时并设置该时刻的时间t＝0，记录该时刻离心泵(1)的转速N0；
子步骤P2、逐步降低离心泵(1)的转速N直至离心泵(1)的转速N＝0时为止；
子步骤P3、接通第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)和第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)，断开第一电磁三通阀(7)的第三通路(73)和第二电磁三通阀(8)的第三通路(83)；
子步骤P4、逐步升高离心泵(1)的转速N直至离心泵(1)的转速N＝N0时为止。
3.权利要求1所述电动汽车液冷系统的换向控制方法，其特征在于，步骤3所述的第二换向操作，分为以下子步骤：
子步骤Q1、在满足第二换向操作条件的瞬间，启动计时并设置该时刻的时间t＝0，记录该时刻离心泵(1)的转速N0；
子步骤Q2、逐步降低离心泵(1)的转速N直至离心泵(1)的转速N＝0时为止；
子步骤Q3、接通第一电磁三通阀(7)的第三通路(73)和第二电磁三通阀(8)的第三通路(83)，断开第一电磁三通阀(7)的第二通路(72)和第二电磁三通阀(8)的第二通路(82)；
子步骤Q4、逐步升高离心泵(1)的转速N直至离心泵(1)的转速N＝N0时为止。
4.权利要求2和权利要求3任意一项所述的电动汽车液冷系统的换向控制方法，其特征在于，所述第一换向操作的子步骤P2和第二换向操作的子步骤Q2中离心泵(1)转速N的逐步降低操作按照下式进行：
N＝N0-kt2 (3)
式(3)中k为大于0的二次项系数，t为计时时间，N0为t＝0时刻离心泵(1)的转速；所述第一换向操作的子步骤P4和第二换向操作的子步骤Q4中离心泵(1)转速N的逐步升高操作按照下式进行：
N＝kt2 (4)
式(4)中k为大于0的二次项系数，t为计时时间。
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