CN114087843B - 采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的系统及方法，涉及工业器件热管理技术领域，包括高温部件、低温部件、水泵、节温器、换热器、传感器，所述节温器包括节温器一和节温器二，所述换热器包括换热器一和换热器二；本发明采用一个水泵，两个换热器和两个节温器，通过换热器短路，在启动阶段，尽快达到高温部件运行所需的温度，通过调整节温器一的开度，减小回路二的流量，增大回路一的流量，使得冷却水经过换热器，来应对高温部件出口水温高的情况，在增大回路一的流量时，同步增加回路四和回路五的流量，有利于对低温部件散热，综上，实现不同管路的流量调节与分配，进而保证不同工况下两种不同温度等级器件运行的热稳定性。

Description

采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的系统及方法
技术领域
本发明涉及工业器件热管理技术领域，尤其涉及采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的系统及方法。
背景技术
在诸多工业实践场合，热管理是维持设备或产品系统稳定运行的关键，例如锂电池、燃料电池、汽车发动机等，一般情况下，一套冷却循环系统仅能实现维持一个温度水平的器件或系统的热稳定性，对于具有多个温度水平的热管理系统，一般需要对应设置多个相对独立的冷却循环回路，燃料电池系统是较为典型的具有两个温度水平的热管理系统，对于低温质子交换膜燃料电池的工作温度一般在60℃以上，大部分在70-90℃，有些工作在100℃以上，对于高温型的质子交换膜燃料电池，工作温度一般在150℃或更高，而燃料电池系统中除了电池堆以外还包括锂电池、DCDC、空压机、控制器等部件，这些器件的工作温度一般在65℃以下，这与电堆的工作温度水平存在较大的差异，在常规的热管理方案中，一般采用两套冷却水循环回路：即高温回路用于冷却燃料电池电堆，低温回路用于冷却除电堆外的其他器件，进而维持整个系统的稳定运行。
在实际操作过程中，高低温两路冷却系统虽然控制相对简单，但增加了一定的系统冗余度，容易产生故障，因此，本发明提出采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的系统及方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的系统及方法，该采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的系统及方法实现不同管路的流量调节与分配，进而保证不同工况下两种不同温度等级器件运行的热稳定性。
为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的系统，包括高温部件、低温部件、水泵、节温器、换热器、传感器，所述节温器包括节温器一和节温器二，所述换热器包括换热器一和换热器二，所述高温部件的冷却出水端连接水泵，且水泵的出水端通过回路一、回路二分别连接换热器一和节温器一的输入端，所述换热器一和换热器二之间连接有回路五，所述回路五连接有回路三和回路四，且回路三和回路四分别连接节温器一、节温器二的输入端，所述节温器一、节温器二的输出端连接高温部件的冷却进水端，所述传感器包括P/T1、P/T2和P/T3，所述P/T1设在高温部件的冷却出水端，用于监测高温部件冷却出水端的温度，所述P/T2设在高温部件的冷却进水端，用于监测高温部件冷却进水端的温度，所述P/T3设在低温部件的出水端，用于监测低温部件出水端的温度；
所述换热器二的输出端连接低温部件的进水端，所述低温部件的出水端连接节温器二的输入端。
采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的方法，包括以下步骤：
步骤一：监测水温
利用P/T1、P/T2传感器来监测高温部件的出口水温、监测高温部件的进出口温差，利用P/T3传感器来监测低温部件的出口水温；
步骤二：换热器短路
在启动阶段，将换热器一和换热器二进行短路，将冷却水从高温部件内流出以后全部直接回流入高温部件，而不经过散热器；
步骤三：调节节温器一
此时，设置节温器一的开度，使得回路二流量增大，回路一无流量或者流量小；
步骤四：温高应对
当传感器监测高温部件出口水温高时，调整节温器一的开度，减小回路二的流量，增大回路一的流量；
步骤五：同步散热
节温器二的开度保持不变，增大回路一的流量时，同步增加回路四和回路五的流量，在此过程中，随着高温部件温度的上升，低温部件的发热量也逐渐上升，增加回路五的流量对低温部件散热；
步骤六：增加换热量
当调节流量后，传感器仍监测到高温部件出口水温高或进出口温差大时，此时同时或延时增加换热器一的换热量，在此过程中，节温器二的调节方式与节温器一相同。
进一步改进在于：所述步骤一中，监测高温部件出口水温是为了确保高温部件工作在规定的温度水平，监测高温部件进出口温差是为了确保高温部件从进口到出口温度的均一性，规避温差过大。
进一步改进在于：所述步骤二中，为了维持高温部件的稳定运行，尽快达到高温部件运行所需的温度，从而将换热器短路。
进一步改进在于：所述步骤四中，高温部件出口水温高的具体表现为：高温部件出口水温大于节温器一的设置温度。
进一步改进在于：所述步骤五中，传感器同步监测低温部件出口水温，当低温部件出口水温仍然大于节温器二的设置温度时，调节扩大节温器二的开度。
进一步改进在于：所述步骤六中，延时增加换热器一的换热量时，先判断此时流量是否已经达到管路流量上限。
进一步改进在于：所述步骤六中，增加换热器一的换热量具体表现为：提高换热器一的换热风扇转速。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用一个水泵，两个换热器和两个节温器，通过换热器短路，在启动阶段，尽快达到高温部件运行所需的温度，通过调整节温器一的开度，减小回路二的流量，增大回路一的流量，使得冷却水经过换热器，来应对高温部件出口水温高的情况，在增大回路一的流量时，同步增加回路四和回路五的流量，有利于对低温部件散热，综上，实现不同管路的流量调节与分配，进而保证不同工况下两种不同温度等级器件运行的热稳定性。
2、本发明利用P/T1、P/T2传感器来监测高温部件的出口水温、监测高温部件的进出口温差，利用P/T3传感器来监测低温部件的出口水温，确保高温部件工作在规定的温度水平，确保高温部件从进口到出口温度的均一性，规避温差过大，使用更加可靠。
3、本发明采用单个水泵来驱动冷却循环，实现对不同温度水平器件的热管理，可进一步拓展至两个以上温度等级的散热部件的冷却，降低了热管理冷却系统的结构，成本低，使用更方便。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一
根据图1所示，本实施例提出了采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的系统，包括高温部件、低温部件、水泵、节温器、换热器、传感器，所述节温器包括节温器一和节温器二，所述换热器包括换热器一和换热器二，所述高温部件的冷却出水端连接水泵，且水泵的出水端通过回路一、回路二分别连接换热器一和节温器一的输入端，所述换热器一和换热器二之间连接有回路五，所述回路五连接有回路三和回路四，且回路三和回路四分别连接节温器一、节温器二的输入端，所述节温器一、节温器二的输出端连接高温部件的冷却进水端；所述换热器二的输出端连接低温部件的进水端，所述低温部件的出水端连接节温器二的输入端。在启动阶段，将换热器一和换热器二进行短路，将冷却水从高温部件内流出以后全部直接回流入高温部件，而不经过散热器；此时，设置节温器一的开度，使得回路二流量增大，回路一无流量或者流量小；当传感器监测高温部件出口水温高时，调整节温器一的开度，减小回路二的流量，增大回路一的流量；节温器二的开度保持不变，增大回路一的流量时，同步增加回路四和回路五的流量，在此过程中，随着高温部件温度的上升，低温部件的发热量也逐渐上升，增加回路五的流量对低温部件散热，传感器同步监测低温部件出口水温，当低温部件出口水温仍然大于节温器二的设置温度时，调节扩大节温器二的开度；当调节流量后，传感器仍监测到高温部件出口水温高或进出口温差大时，此时同时或延时增加换热器一的换热量，在此过程中，节温器二的调节方式与节温器一相同。
所述传感器包括P/T1、P/T2和P/T3，所述P/T1设在高温部件的冷却出水端，用于监测高温部件冷却出水端的温度，所述P/T2设在高温部件的冷却进水端，用于监测高温部件冷却进水端的温度。所述P/T3设在低温部件的出水端，用于监测低温部件出水端的温度。利用P/T1、P/T2传感器来监测高温部件的出口水温、监测高温部件的进出口温差，利用P/T3传感器来监测低温部件的出口水温，确保高温部件工作在规定的温度水平，确保高温部件从进口到出口温度的均一性，规避温差过大，使用更加可靠。
实施例二
根据图2所示，本实施例提出了采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的方法，包括以下步骤：
步骤一：监测水温
利用P/T1、P/T2传感器来监测高温部件的出口水温、监测高温部件的进出口温差，利用P/T3传感器来监测低温部件的出口水温，监测高温部件出口水温是为了确保高温部件工作在规定的温度水平，监测高温部件进出口温差是为了确保高温部件从进口到出口温度的均一性，规避温差过大，使用更加可靠；
步骤二：换热器短路
在启动阶段，为了维持高温部件的稳定运行，尽快达到高温部件运行所需的温度，将换热器一和换热器二进行短路，将冷却水从高温部件内流出以后全部直接回流入高温部件，而不经过散热器；
步骤三：调节节温器一
此时，设置节温器一的开度，使得回路二流量增大，回路一无流量或者流量小；
步骤四：温高应对
当传感器监测高温部件出口水温高时，具体表现为：高温部件出口水温大于节温器一的设置温度，调整节温器一的开度，减小回路二的流量，增大回路一的流量；
步骤五：同步散热
节温器二的开度保持不变，增大回路一的流量时，同步增加回路四和回路五的流量，在此过程中，随着高温部件温度的上升，低温部件的发热量也逐渐上升，增加回路五的流量对低温部件散热，传感器同步监测低温部件出口水温，当低温部件出口水温仍然大于节温器二的设置温度时，调节扩大节温器二的开度；采用一个水泵，两个换热器和两个节温器，通过换热器短路，在启动阶段，尽快达到高温部件运行所需的温度，通过调整节温器一的开度，减小回路二的流量，增大回路一的流量，使得冷却水经过换热器，来应对高温部件出口水温高的情况，在增大回路一的流量时，同步增加回路四和回路五的流量，有利于对低温部件散热，综上，实现不同管路的流量调节与分配，进而保证不同工况下两种不同温度等级器件运行的热稳定性；
步骤六：增加换热量
当调节流量后，传感器仍监测到高温部件出口水温高或进出口温差大时，此时同时或延时增加换热器一的换热量，其中，延时增加换热器一的换热量时，先判断此时流量是否已经达到管路流量上限，增加换热器一的换热量具体表现为：提高换热器一的换热风扇转速，在此过程中，节温器二的调节方式与节温器一相同。
本发明采用一个水泵，两个换热器和两个节温器，通过换热器短路，在启动阶段，尽快达到高温部件运行所需的温度，通过调整节温器一的开度，减小回路二的流量，增大回路一的流量，使得冷却水经过换热器，来应对高温部件出口水温高的情况，在增大回路一的流量时，同步增加回路四和回路五的流量，有利于对低温部件散热，综上，实现不同管路的流量调节与分配，进而保证不同工况下两种不同温度等级器件运行的热稳定性。且本发明利用P/T1、P/T2传感器来监测高温部件的出口水温、监测高温部件的进出口温差，利用P/T3传感器来监测低温部件的出口水温，确保高温部件工作在规定的温度水平，确保高温部件从进口到出口温度的均一性，规避温差过大，使用更加可靠。同时，本发明采用单个水泵来驱动冷却循环，实现对不同温度水平器件的热管理，可进一步拓展至两个以上温度等级的散热部件的冷却，降低了热管理冷却系统的结构，成本低，使用更方便。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。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 (8)

1.采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的系统，包括高温部件、低温部件、水泵、节温器、换热器、传感器，其特征在于：所述节温器包括节温器一和节温器二，所述换热器包括换热器一和换热器二，所述高温部件的冷却出水端连接水泵，且水泵的出水端通过回路一、回路二分别连接换热器一和节温器一的输入端，所述换热器一和换热器二之间连接有回路五，所述回路五连接有回路三和回路四，且回路三和回路四分别连接节温器一、节温器二的输入端，所述节温器一、节温器二的输出端连接高温部件的冷却进水端，所述传感器包括P/T1、P/T2和P/T3，所述P/T1设在高温部件的冷却出水端，用于监测高温部件冷却出水端的温度，所述P/T2设在高温部件的冷却进水端，用于监测高温部件冷却进水端的温度，所述P/T3设在低温部件的出水端，用于监测低温部件出水端的温度；
所述换热器二的输出端连接低温部件的进水端，所述低温部件的出水端连接节温器二的输入端。
2.采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：监测水温
利用P/T1、P/T2传感器来监测高温部件的出口水温、监测高温部件的进出口温差，利用P/T3传感器来监测低温部件的出口水温；
步骤二：换热器短路
在启动阶段，将换热器一和换热器二进行短路，将冷却水从高温部件内流出以后全部直接回流入高温部件，而不经过散热器；
步骤三：调节节温器一
此时，设置节温器一的开度，使得回路二流量增大，回路一无流量或者流量小；
步骤四：温高应对
当传感器监测高温部件出口水温高时，调整节温器一的开度，减小回路二的流量，增大回路一的流量；
步骤五：同步散热
节温器二的开度保持不变，增大回路一的流量时，同步增加回路四和回路五的流量，在此过程中，随着高温部件温度的上升，低温部件的发热量也逐渐上升，增加回路五的流量对低温部件散热；
步骤六：增加换热量
当调节流量后，传感器仍监测到高温部件出口水温高或进出口温差大时，此时同时或延时增加换热器一的换热量，在此过程中，节温器二的调节方式与节温器一相同。
3.根据权利要求2所述的采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的方法，其特征在于：所述步骤一中，监测高温部件出口水温是为了确保高温部件工作在规定的温度水平，监测高温部件进出口温差是为了确保高温部件从进口到出口温度的均一性，规避温差过大。
4.根据权利要求3所述的采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的方法，其特征在于：所述步骤二中，为了维持高温部件的稳定运行，尽快达到高温部件运行所需的温度，从而将换热器短路。
5.根据权利要求4所述的采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的方法，其特征在于：所述步骤四中，高温部件出口水温高的具体表现为：高温部件出口水温大于节温器一的设置温度。
6.根据权利要求5所述的采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的方法，其特征在于：所述步骤五中，传感器同步监测低温部件出口水温，当低温部件出口水温仍然大于节温器二的设置温度时，调节扩大节温器二的开度。
7.根据权利要求6所述的采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的方法，其特征在于：所述步骤六中，延时增加换热器一的换热量时，先判断此时流量是否已经达到管路流量上限。
8.根据权利要求7所述的采用单冷却循环系统对不同温度器件热管理的方法，其特征在于：所述步骤六中，增加换热器一的换热量具体表现为：提高换热器一的换热风扇转速。
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