CN115799723A - 电池温度控制方法、系统及设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电池温度控制方法、系统及设备，方法包括：运算模块根据电池包温度模型运算得到电池冷板换热目标温度；空调控制模块根据电池冷板换热目标温度调节电池冷板换热温度；通过电池冷板换热温度调节电池温度。本申请的电池温度控制方法，减少了零部件的使用，可以有效排除因系统零部件故障问题带来的系统故障，在系统层级实现关键零部件信号的强耦合控制，实现系统的精确智能控制，避免因零部件问题导致电池表面过冷的情况。
Description
技术领域
本申请的实施例涉及电池温度控制技术领域，特别涉及一种电池温度控制方法、系统及设备。
背景技术
随着新能源电动汽车市场的蓬勃发展，整车对动力电池的应用要求越来越高。其中动力电池热管理技术作为动力电池安全性和可靠性的保障条件，更是面临着越发严苛的挑战。直冷技术作为电池热管理新型技术，具有换热效率高，响应快，得到逐步推广应用。现在动力电池直冷技术强烈依赖于传感器硬件信号进行系统控制，零部件成本高，系统集成度低，零部件信号多，控制复杂。采用制冷剂直冷方式的电池热管理系统通过动力电池上设置的温度传感器反馈信号控制调节压缩机转速，从而调整制冷剂流量，控制电池温度，控制方法简单，电池容易出现表面过冷情况。
发明内容
本申请的实施例提供一种电池温度控制方法、系统及设备，以解决现有技术中对电池进行温度控制容易造成电池表面过冷的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请的实施例公开了如下技术方案：
第一方面，提供了一种电池温度控制方法，所述方法包括：
运算模块根据电池包温度模型运算得到电池冷板换热目标温度；
空调控制模块根据所述电池冷板换热目标温度调节电池冷板换热温度；
通过所述电池冷板换热温度调节电池温度。
结合第一方面，所述电池包温度模型的构建方法包括：
根据电池的参数建立单个电池温度模型；
基于电池包组件的参数建立电池包组件温度模型；
耦合所述电池包组件温度模型和多个所述单个电池温度模型结合整包系统架构构建电池包温度模型。
结合第一方面，所述运算模块根据电池包温度模型运算得到电池冷板换热目标温度的方法包括如下步骤：
将环境温度、电池包功率和制冷剂蒸发温度输入所述电池包温度模型获得电池包温度场；
基于所述电池包温度场，获得电池冷板温度；
通过第一温度传感器获得电池温度；
基于所述电池冷板温度和所述电池温度联合计算得到电池冷板换热目标温度。
结合第一方面，对计算得到的所述电池冷板换热目标温度进行修正，包括：
基于所述电池冷板换热温度与所述制冷剂蒸发温度构建的对应关系，获得温度系数；
将计算获得的所述电池冷板换热目标温度与对应的所述温度系数相乘，获得修正后的所述电池冷板换热目标温度。
结合第一方面，所述空调控制模块根据所述电池冷板换热目标温度调节电池冷板换热温度的方法包括如下步骤：
所述空调控制模块根据修正后的所述电池冷板换热目标温度控制执行部件；
所述执行部件通过调节制冷剂流量和所述制冷剂蒸发温度控制所述电池冷板换热温度达到所述电池冷板换热目标温度。
结合第一方面，所述执行部件包括压缩机、冷凝器风扇和电子膨胀阀中的一种或多种。
结合第一方面，所述电池的参数包括所述电池的HPPC数据、比热容、导热系数、尺寸和质量；
所述电池包组件的参数包括电池包组件的比热容、导热系数、尺寸和质量。
结合第一方面，所述电池包组件温度包括电池温度、冷板温度和环境温度中的一种或多种。
第二方面，根据第一方面任一项所述的电池温度控制方法的系统，所述系统包括：
运算模块，所述运算模块用于根据电池包温度模型运算得到电池冷板换热目标温度；
空调控制模块，所述空调控制模块用于根据所述电池冷板换热目标温度调节电池冷板换热温度；
执行部件，所述执行部件用于调节制冷剂流量和所述制冷剂蒸发温度控制所述电池冷板换热温度；
温度传感器模块，所述温度传感器模块用于获取电池温度、冷板温度和环境温度。
一种电子设备，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如第一方面所述的电池温度控制方法。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本申请的一种电池温度控制方法，包括：运算模块根据电池包温度模型运算得到电池冷板换热目标温度；空调控制模块根据电池冷板换热目标温度调节电池冷板换热温度；通过电池冷板换热温度调节电池温度。本申请的电池温度控制方法，减少了零部件的使用，可以有效排除因系统零部件故障问题带来的系统故障，在系统层级实现关键零部件信号的强耦合控制，实现系统的精确智能控制，避免因零部件问题导致电池表面过冷的情况。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的方法流程结构示意图；
图2为本申请实施例提供的系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本申请提供了基于温度模型的电池直冷技术热管理控制方案，基于前期电池模型的理论仿真分析和试验标定，建立电池温度模型，得到基于电池温度模型的数据驱动型电池直冷系统的控制方法。通过软件内置温度模型进行系统控制调节，满足电池直冷系统的换热需求。
直冷(制冷剂直接冷却)：利用制冷剂蒸发潜热的原理，在整车或电池系统中建立空调系统，将空调系统的蒸发器安装在电池系统中，制冷剂在蒸发器中蒸发并快速高效地将电池系统的热量带走，从而完成对电池系统冷却的作业。
本申请利用基于数据驱动的电池温度模型代替传统的电池包进出口温度传感器进行电池直冷系统的控制，调节制冷剂，对电池散热进行精确耦合调节控制。系统零部件高度集成精简设计一直是现代控制系统的设计目标，同时基于数据驱动的数字孪生控制技术逐渐成为当前系统的有效建模控制方法。基于温度模型的直冷控制系统可以有效排除因系统零部件故障问题带来的系统故障，在系统层级实现关键零部件信号的强耦合控制，实现系统的精确智能控制。
以下通过实施例来阐述本申请的具体实施方式：
如图1所示，本申请实施例提供了一种电池温度控制方法，方法包括：
S1：运算模块根据电池包温度模型运算得到电池冷板换热目标温度；
其中，电池包温度模型的构建方法包括：
首先，构建电池温度模型，基于电池的HPPC测试数据，建立电池等效二阶RC模型，根据电池的比热容、导热系数、尺寸和质量参数构建获得电池温度模型；其中，混合功率脉冲特性(Hybrid PulsePower Characteristic，简称HPPC)是用来体现动力电池脉冲充放电性能的一种特征，HPPC测试一般采用专用电池检测设备完成，由于电池包中包括多个电池，因此需要将每个电池的不同特性分别建立温度模型，最终得到多个电池温度模型。
构建电池包组件温度模型，基于电池包内部的组件以及组件的参数建立电池包组件温度模型，电池包组件包括电池包内部的连接件、壳体以及底板等用于连接或固定电池所涉及到的组件，其中，电池包组件的参数包括电池包组件的比热容、导热系数、尺寸和质量，根据上述参数将电池包组件构建电池包组件温度模型，从而可以直接获得电池包组件的温度。
耦合上述得到的电池包组件温度模型和多个电池温度模型构建电池包温度模型；电池包温度模型用于描述电池包内部的温度分布情况，根据电池自身的温度和电池包组件的温度得到具体的温度分布，从而进一步推算出其它部件的温度情况。
在本申请实施例中，运算模块根据电池包温度模型运算得到电池冷板换热目标温度的方法包括如下步骤：
将环境温度、电池包功率和制冷剂蒸发温度输入电池包温度模型获得电池包温度场；
基于电池包温度场，获得电池冷板温度；
通过温度传感器获得电池温度；
基于电池冷板温度和电池温度联合计算得到电池冷板换热目标温度；
其中，电池包当前的功率反映了电池包当前的工作状态，如果功率较大，则说明当前电池包的负荷较重，电池包内部的温度较高，急需降温；而功率较小时，则说明电池包的温度较低，不需要进行降温；环境温度同时也反映了电池包内部的温度，当环境温度较高时，说明电池包中存在某个电池温度过高，从而导致电池将温度传递至周边环境；而当环境温度较低时，说明电池包中的电池温度处于正常范围；制冷剂蒸发温度通过压缩机入口处的PT传感器采集数据后计算获得；根据电池温度和制冷剂蒸发温度可以得到电池冷板换热目标温度；通过电池冷板换热目标温度对电池冷板温度的控制可以使电池温度控制在一个确定的目标范围，从而确保电池温度不会出现持续过低或过高的情况。
在本申请实施例中，制冷剂蒸发温度通过设于压缩机入口处的温度传感器获取；将获取的制冷剂蒸发温度传输给空调控制模块。
在本申请实施例中，在计算获得冷板换热目标温度后，为了使电池温度能够控制的更加精确，需要对计算获得的电池冷板换热目标温度进行修正，具体步骤包括：
基于电池冷板换热温度与制冷剂蒸发温度构建的对应关系，获得温度系数；
将计算获得的电池冷板换热目标温度与对应的温度系数相乘，获得修正后的电池冷板换热目标温度。
其中，温度系数的构建如下表：
如上表中所示，根据制冷剂蒸发温度和电池冷板换热温度获得所对应的温度系数，如当制冷剂蒸发温度为0℃、电池冷板换热温度为30℃时，温度系数为1.1，将获得的温度系数乘以获得的电池冷板换热目标温度，即得到修正后的电池冷板换热目标温度。
S2：空调控制模块根据电池冷板换热目标温度调节电池冷板换热温度；
空调控制模块根据电池冷板换热目标温度调节电池冷板换热温度的方法包括如下步骤：
空调控制模块根据修正后的电池冷板换热目标温度控制执行部件；
执行部件通过调节制冷剂流量和制冷剂蒸发温度控制电池冷板换热温度达到电池冷板换热目标温度；
空调控制模块根据电池冷板换热系数对执行部件进行控制，其中执行部件包括压缩机、冷凝器风扇和电子膨胀阀；空调控制模块通过调节压缩机的运行速度、冷凝器风扇的转速和电子膨胀阀的功率从而达到增大或减小制冷剂流量，同时控制制冷剂蒸发温度从而达到对电池冷板换热温度的调节。
通过对电池冷板换热温度的动态调整，使电池温度不会一直持续降低，当电池表面温度降到接近目标时，通过调节电池冷板换热温度来放缓降温的速率。
S3：通过电池冷板换热温度调节电池温度；
基于电池冷板温度调节到目标温度后与电池冷板连接的电池的温度跟电池冷板进行热交换，进而降低电池温度。
如图2所示，本申请提供了还一种电池温度控制系统，系统包括：
运算模块，运算模块用于根据电池包温度模型运算得到电池冷板换热目标温度和换热温度；
空调控制模块，空调控制模块用于根据电池冷板换热温度调节电池冷板换热温度；
执行部件，执行部件用于调节制冷剂流量和制冷剂蒸发温度控制电池冷板换热温度；
温度传感器模块，温度传感器模块用于获取制冷剂蒸发温度、电池包壳体温度、隔热层温度、底板温度、冷板温度和环境温度。
本申请提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于当执行计算机程序时，实现上述的电池温度控制方法。
以上对本申请实施例所提供的一种电池温度控制方法、系统及设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种电池温度控制方法，其特征在于，所述方法包括：
运算模块根据电池包温度模型运算得到电池冷板换热目标温度；
空调控制模块根据所述电池冷板换热目标温度调节电池冷板换热温度；
通过所述电池冷板换热温度调节电池温度。
2.如权利要求1所述的电池温度控制方法，其特征在于，所述电池包温度模型的构建方法包括：
根据电池的参数建立单个电池温度模型；
基于电池包组件的参数建立电池包组件温度模型；
耦合所述电池包组件温度模型和多个所述单个电池温度模型结合整包系统架构构建电池包温度模型。
3.如权利要求2所述的电池温度控制方法，其特征在于，所述运算模块根据电池包温度模型运算得到电池冷板换热目标温度的方法包括如下步骤：
将环境温度、电池包功率和制冷剂蒸发温度输入所述电池包温度模型获得电池包温度场；
基于所述电池包温度场，获得电池冷板温度；
通过温度传感器获得电池温度；
基于所述电池冷板温度和所述电池温度联合计算得到电池冷板换热目标温度。
4.如权利要求3所述的电池温度控制方法，其特征在于，对计算得到的所述电池冷板换热目标温度进行修正，包括：
基于所述电池冷板换热温度与所述制冷剂蒸发温度构建的对应关系，获得温度系数；
将计算获得的所述电池冷板换热目标温度与对应的所述温度系数相乘，获得修正后的所述电池冷板换热目标温度。
5.如权利要求1所述的电池温度控制方法，其特征在于，所述空调控制模块根据所述电池冷板换热目标温度调节电池冷板换热温度的方法包括如下步骤：
所述空调控制模块根据修正后的所述电池冷板换热目标温度控制执行部件；
所述执行部件通过调节制冷剂流量和所述制冷剂蒸发温度控制所述电池冷板换热温度达到所述电池冷板换热目标温度。
6.如权利要求5所述的电池温度控制方法，其特征在于，所述执行部件包括压缩机、冷凝器风扇和电子膨胀阀中的一种或多种。
7.如权利要求3所述的电池温度控制方法，其特征在于，所述电池的参数包括所述电池的HPPC数据、比热容、导热系数、尺寸和质量；
所述电池包组件的参数包括电池包组件的比热容、导热系数、尺寸和质量。
8.如权利要求2所述的电池温度控制方法，其特征在于，所述电池包组件温度包括电池温度、冷板温度和环境温度中的一种或多种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的电池温度控制方法的系统，其特征在于，包括：
运算模块，所述运算模块用于根据电池包温度模型运算得到电池冷板换热目标温度和换热温度；
空调控制模块，所述空调控制模块用于根据所述电池冷板换热温度调节电池冷板换热温度；
执行部件，所述执行部件用于调节制冷剂流量和所述制冷剂蒸发温度控制所述电池冷板换热温度；
温度传感器模块，所述温度传感器模块用于获取制冷剂蒸发温度、电池包壳体温度、隔热层温度、底板温度、冷板温度和环境温度。
10.一种电子设备，其特征在于：包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至8所述的电池温度控制方法。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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