CN113594577B - 一种电动汽车的强化散热控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车的强化散热控制方法，其特征在于：包括，通过电池箱温度压强检测模块检测电池箱内部实时的温度T和压强P；根据电池箱内部实时的温度T计算温度T对应的最佳散热效率的压强P(0)；通过压强P计算电池箱内部压强的变化率，根据变化率并利用电动调节控制阀模块调节电动调节阀的开度；若电动调节阀的开度已调至100％，则通过真空泵变频调节控制模块控制调节真空泵电机的转速，直至压强误差率X≤5％时，结束控制。本发明能够提高电池模组的散热效率，降低电池模组的结构复杂程度，提高电池模组运行的安全性与稳定性，推动气液两相沸腾换热在电动汽车中的应用。

Description

一种电动汽车的强化散热控制方法
技术领域
本发明涉及电池冷却的技术领域，尤其涉及一种电动汽车的强化散热控制方法。
背景技术
电池箱在电动汽车整体重量中占比很高，因而提高电池箱的能量密度即可以相应的降低电动汽车的功耗，从而增加电动汽车的行驶里程。
大量案例证明冷却系统具有很大的减重空间，且我国冷却效率较发达国家相比低20％左右，节能潜力可达20％-40％，有很大的提升空间。目前，我国电动汽车的冷却系统主要以传统的风冷和液冷为主，风冷冷却结构简单但效率不高，液冷冷却效率高但结构十分复杂，温均性和可靠性不能保证，与传统的冷却方式相比，气液两相沸腾冷却将电池直接浸入介电冷却介质中，取消了传统液冷板，可以有效减小电池间距，大大减小电池箱体积，对整车进行减重。
气液两相沸腾换热可以通过降低电池箱内的压强来降低液体的沸点，可以实现冷却系统冷却效率提高，其冷却效率由临界热流密度和最小热流密度定义。其中，由于核态沸腾状态中用很小的过余温度就可以获得很高的传热速率。因此，沸腾换热的关键问题之一就是如何将电池箱内介电冷却液尽可能保持核态沸腾状态。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明提供了一种电动汽车的强化散热控制方法，能够将电池箱内介电冷却液尽可能保持核态沸腾状态。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，通过电池箱温度压强检测模块检测电池箱内部实时的温度T和压强P；根据所述电池箱内部实时的温度T计算温度T对应的最佳散热效率的压强P(0)；通过所述压强P计算电池箱内部压强的变化率，根据所述变化率并利用电动调节控制阀模块调节电动调节阀的开度；若所述电动调节阀的开度已调至100％，则通过真空泵变频调节控制模块控制调节真空泵电机的转速，直至压强误差率X≤5％时，结束控制。
作为本发明所述的电动汽车的强化散热控制方法的一种优选方案，其中：所述压强P(0)包括，利用所述电池箱内部实时的温度T计算所述压强P(0)：
其中，a和b为液体本身的经验参数。
作为本发明所述的电动汽车的强化散热控制方法的一种优选方案，其中：所述电池箱内部压强的变化率包括，第k个采样周期中电池箱内部压强的变化率e(k)为：
其中，P(k)为第k个采样周期中电池箱温度压强检测模块采集到的电池箱内部的压强，即所述压强P经模数转换的结果；P(k-1)为第k-1个采样周期中电池箱温度压强检测模块采集到的电池箱内部的压强。
作为本发明所述的电动汽车的强化散热控制方法的一种优选方案，其中：所述真空泵变频调节控制模块还包括，第k个采样周期中所述真空泵变频调节控制模块向步进电机发送的脉冲数Q(k)为：
其中，μ为控制系数；α为步进电机步距角。
作为本发明所述的电动汽车的强化散热控制方法的一种优选方案，其中：所述调节电动调节阀的开度包括，若所述压强P(k)上升，即e(k)＞0，Q(k)＞0，则所述真空泵变频调节控制模块(300)按顺时针方向向所述步进电机发送Q(k)个脉冲，使所述电动调节阀的开度变大；若所述压强P(k)下降，即e(k)＜0，Q(k)＜0，则所述真空泵变频调节控制模块按逆时针方向向所述步进电机发送Q(k)个脉冲，使所述电动调节阀的开度变小；若所述压强P(k)不变，则所述电动调节阀的开度保持不变。
作为本发明所述的电动汽车的强化散热控制方法的一种优选方案，其中：还包括，真空泵变频调节控制模块控制的第k个采样周期的真空泵电机的转速n(k)为：
n(k)＝n(k-1)[1+c0e(k)]
其中，n(k-1)为第k-1个采样周期的真空泵电机的转速；c0为转速调节系数。
作为本发明所述的电动汽车的强化散热控制方法的一种优选方案，其中：还包括，设置真空泵电机的转速的最小转速为n(0)，当所述真空泵电机的转速小于或等于所述最小转速n(0)时，令n(k)＝n(0)。
作为本发明所述的电动汽车的强化散热控制方法的一种优选方案，其中：所述压强误差率X包括，
本发明的有益效果：本发明能够提高电池模组的散热效率，降低电池模组的结构复杂程度，提高电池模组运行的安全性与稳定性，推动气液两相沸腾换热在电动汽车中的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一个实施例所述的电动汽车的强化散热控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种电动汽车的强化散热控制方法，包括：
S1：通过电池箱温度压强检测模块100检测电池箱内部实时的温度T和压强P。
本实施例的电池箱温度压强检测模块100为温度传感器和压力传感器，温度传感器安装在电池箱内强化散热板中部，压力传感器安装在电池箱盖抽气口处，并用数据总线将各部分连接以进行通信；当温度传感器、压强传感器采集到温度T和压强P后，通过PLC的模拟量输入模块对温度传感器、压强传感器信号进行采集，并通过模数转换得到温度T(k)和压强P(k)。
S2：根据电池箱内部实时的温度T计算温度T对应的最佳散热效率的压强P(0)。
利用电池箱内部实时的温度T计算压强P(0)：
其中，a和b为液体本身的经验参数。
S3：通过压强P计算电池箱内部压强的变化率，根据变化率并利用电动调节控制阀模块200调节电动调节阀的开度。
第k个采样周期中电池箱内部压强的变化率e(k)为：
其中，P(k)为第k个采样周期中电池箱温度压强检测模块100采集到的电池箱内部的压强，即压强P经模数转换的结果；P(k-1)为第k-1个采样周期中电池箱温度压强检测模块100采集到的电池箱内部的压强。
进一步的，根据变化率e(k)并利用电动调节控制阀模块200调节电动调节阀的开度p(k)，①若压强P(k)上升，即e(k)＞0，Q(k)＞0，则真空泵变频调节控制模块300按顺时针方向向步进电机发送Q(k)个脉冲，使电动调节阀的开度变大；②若压强P(k)下降，即e(k)＜0，Q(k)＜0，则真空泵变频调节控制模块300按逆时针方向向步进电机发送Q(k)个脉冲，使电动调节阀的开度变小；③若压强P(k)不变，则电动调节阀的开度保持不变。
具体的，用变化率e(k)作为自变量，在控制系数的修正下，与电动调节阀中步进电动机步距角做除计算，经round函数取整后作为电动调节阀中步进电动机接收的脉冲数大小，最后，根据脉冲数Q(k)、步距角α以及电动调节阀机械传动关系来计算出电动调节阀开度p(k)，实现整个电动调节控制阀模块200的设计。
较佳的是，电动调节控制阀模块200设计中，在第k个采样周期中PLC控制驱动器向电动调节阀中步进电动机发送脉冲数计算中，将变化率e(k)作为计算的输入，这使压强变化时，可快速调节电动调节阀开度p(k)，且浓度变化越大，电动调节阀开度调节尺度越大，达到提高电动调节阀的控制灵敏度，缩短开度调节时间的目的。
其中，第k个采样周期中真空泵变频调节控制模块300向步进电机发送的脉冲数Q(k)为：
其中，μ为控制系数；α为步进电机步距角。
S4：若电动调节阀的开度已调至100％，则通过真空泵变频调节控制模块300控制调节真空泵电机的转速，直至压强误差率X≤5％时，结束控制。
若电动调节阀的开度已调至100％，则通过真空泵变频调节控制模块300控制调节真空泵电机的转速，来控制抽气速率；对于变频电机，当电池箱内压强P(k)上升时，e(k)＞0，所以变频电机转速相应变大，当压强P(k)下降时，e(k)＜0，变频电机转速相应减小，考虑到安全性，本实施例设置变频电机的最小转速为n(0)，当变频电机的转速计算值小于等于最小转速n(0)时，令：
n(k)＝n(0)
其中，真空泵变频调节控制模块300控制的第k个采样周期的真空泵电机的转速n(k)为：
n(k)＝n(k-1)[1+c0e(k)]
其中，n(k-1)为第k-1个采样周期的真空泵电机的转速；c0为转速调节系数。
当压强误差率X≤5％时，电池箱内压强达到最佳散热效率对应的压强范围，结束控制，其中，根据P(k)、P(0)计算压强误差率X：
实施例2
为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例对变频前后能耗对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。
在电池箱的抽气中，为了获得最大吸气量，获得一定的真空度，真空泵的电机总处于最大转速，当电池箱内真空度较低时，长时间的满负荷运行会产生大量无用功，造成电能的浪费；在本方法的分级调控中，如果检测到真空度较低时，先减小电动调节阀的开度，后降低真空泵转速来降低此时的吸气量，从而维持电池箱内一定的真空度范围，通过真空泵变频调节控制模400可以有效节约电能。
通过降低真空泵的转速来减少吸气流量时，其节能分析原理如下：泵类设备的转速与流量，转速与功率之间的关系如下式所示。
其中，n1、n2为真空泵转速；Q1为n1转速下所对应的真空泵吸气流量；Q2为n2转速下所对应的真空泵吸气流量；P1为n1转速下所对应的真空泵牵引电动机功率；P2为n2转速下所对应的真空泵牵引电动机功率。
分析上式可得出，真空泵的转速比例与其对应的真空泵吸气量比例成一次比，用降低真空泵转速的方式来减小真空泵吸气流量时，真空泵牵引电动机功率和真空泵转速存在立方比关系；如当转速降低为额定转速的85％时，降低转速后电动机实际功率仅为降低前功率的61.41％，由此可见，真空泵的变频调速控制可以有效的降低能耗。
在本方法设计模块中，可以根据检测到的真空度的大小调节转速，使真空泵吸气量与电池箱内真空度相匹配，当检测到真空度变小时，可以利用降低真空泵的转速的方法来减小其吸气量，不仅可以维持电池箱内真空度的稳定性，还有利于节约电能，达到节能目的。
对比测试中真空泵牵引电动机的额定功率为315W，通过对各项能耗数据指标进行监测，系统中真空泵牵引电动机变频调速和未进行变频调速的各项指标对比如表1所示。
表1：变频前后能耗数据指标对比。
项目 变频控制前 变频控制后
电机电压(V) 220 0～220
电机输入功率因数 0.75 0.9
平均功率(W) 311.8 235.8
通过对变频控制前后的平均功率进行计算，其节能比例计算如下：
可见在经本方法变频控制后，节能比例达到24.4％。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种电动汽车的强化散热控制方法，其特征在于：包括，
通过电池箱温度压强检测模块(100)检测电池箱内部实时的温度T和压强P；
根据所述电池箱内部实时的温度T计算温度T对应的最佳散热效率的压强P(0)；
通过所述压强P计算电池箱内部压强的变化率，根据所述变化率并利用电动调节控制阀模块(200)调节电动调节阀的开度；
若所述电动调节阀的开度已调至100％，则通过真空泵变频调节控制模块(300)控制调节真空泵电机的转速，直至压强误差率X≤5％时，结束控制；
所述压强P(0)包括，
利用所述电池箱内部实时的温度T计算所述压强P(0)：
其中，a和b为液体本身的经验参数；
所述电池箱内部压强的变化率包括，
第k个采样周期中电池箱内部压强的变化率e(k)为：
其中，P(k)为第k个采样周期中电池箱温度压强检测模块(100)采集到的电池箱内部的压强，即所述压强P经模数转换的结果；P(k-1)为第k-1个采样周期中电池箱温度压强检测模块(100)采集到的电池箱内部的压强；
所述真空泵变频调节控制模块(300)还包括，
第k个采样周期中所述真空泵变频调节控制模块(300)向步进电机发送的脉冲数Q(k)为：
其中，μ为控制系数；α为步进电机步距角；
所述调节电动调节阀的开度包括，
若所述压强P(k)上升，即e(k)＞0，Q(k)＞0，则所述真空泵变频调节控制模块(300)按顺时针方向向所述步进电机发送Q(k)个脉冲，使所述电动调节阀的开度变大；
若所述压强P(k)下降，即e(k)＜0，Q(k)＜0，则所述真空泵变频调节控制模块(300)按逆时针方向向所述步进电机发送Q(k)个脉冲，使所述电动调节阀的开度变小；
若所述压强P(k)不变，则所述电动调节阀的开度保持不变。
2.如权利要求1所述的电动汽车的强化散热控制方法，其特征在于：还包括，
真空泵变频调节控制模块(300)控制的第k个采样周期的真空泵电机的转速n(k)为：
n(k)＝n(k-1)[1+c0e(k)]
其中，n(k-1)为第k-1个采样周期的真空泵电机的转速；c0为转速调节系数。
3.如权利要求2所述的电动汽车的强化散热控制方法，其特征在于：还包括，
设置真空泵电机的转速的最小转速为n(0)，当所述真空泵电机的转速小于或等于所述最小转速n(0)时，令n(k)＝n(0)。
4.如权利要求3所述的电动汽车的强化散热控制方法，其特征在于：所述压强误差率X包括，
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