CN117199631A - 一种宽调节范围的直冷直热式电池包控温测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽调节范围的直冷直热式电池包控温测试系统，包括主控温循环回路中的主压缩机、第一主换热器内的a1换热通道、第二主换热器内的b1换热通道、电子膨胀阀和直冷板；主控温循环回路中还包括四通阀，四通阀包括a通、A通、b通和B通；实现较宽的调节范围；解决压缩机液击。
Description
技术领域
本发明属于电池包控温测试领域。
背景技术
对于直冷直热式动力电池包测试而言，电池包容量不一，充放电工况不一，发热量不一。现有电池温度控制试验需要配置不同功率的设备，变频压缩机由于回油需要，转速调节范围一般是30Hz～90Hz。转速不能从0Hz开始调节。当负载发热量较小时制冷量无法继续下降。直冷时，导致电池包出现过热度过小的，甚至压缩机制冷剂无法蒸发彻底，形成液击。部分市场上设备使用引入压缩机高压端热气进行混合，提高压缩机回气温度，减少液击。但是这种方式回造成电池包端出口压力的波动，甚至出现电池包出口压力明显高于进口压力。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种宽调节范围的直冷直热式电池包控温测试系统，对直冷板的最低冷却功率不受压缩机转速限制。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种宽调节范围的直冷直热式电池包控温测试系统，包括主控温循环回路中的主压缩机、第一主换热器内的a1换热通道、第二主换热器内的b1换热通道、电子膨胀阀和直冷板；主控温循环回路中还包括四通阀，四通阀包括a通、A通、b通和B通；
四通阀包括如下两种状态：
状态一，a通与A通相连通的同时，b通与B通连通，在此状态下，从主压缩机导出端压出的冷媒依次流经四通阀的A通、四通阀的a通、第一主换热器内的a1换热通道、第二主换热器内的b1换热通道、电子膨胀阀、直冷板、四通阀的B通、四通阀的b通，并最终回到主压缩机的导入端；
状态二，a通与b通相连通的同时，A通与B通连通，在此状态下，从主压缩机导出端压出的冷媒依次流经四通阀的A通、四通阀的B通、直冷板、电子膨胀阀、第二主换热器内的b1换热通道、第一主换热器内的a1换热通道、四通阀的a通、四通阀的b通，并最终回到主压缩机的导入端。
进一步的，所述主压缩机的导出端连通有油气分离器，油气分离器的气体导出端通过第一电磁阀连通四通阀的A通，所述油气分离器的液体导出端通过回流管连通主压缩机导入端。
进一步的，还包括由第二电磁阀、旁路电子膨胀阀和旁路换热单元连通而成的旁路系统，所述旁路系统的流入端旁通连接油气分离器的气体导出端，所述旁路系统的流出端旁通连接主压缩机导入端。
进一步的，第一主换热器内的a1换热通道与第二主换热器内的b1换热通道之间串接有干燥过滤器和主储液罐。
进一步的，所述主压缩机导入端与四通阀的b通之间串接有气液分离器、质量流量计和温度传感器。
进一步的，所述四通阀的B通与直冷板之间串接有第三电磁阀、温度传感器和压力传感器。
进一步的，所述电子膨胀阀与直冷板之间串接有温度传感器和压力传感器。
进一步的，一种宽调节范围的直冷直热式电池包控温测试系统的工作方法：
“直冷模拟过程”：
四通阀进入状态一，a通与A通相连通的同时，b通与B通连通；变频主压缩机根据直冷板的发热量以预定功率运行，从主压缩机导出端压出的冷媒依次流经四通阀的A通、四通阀的a通、第一主换热器内的a1换热通道、第二主换热器内的b1换热通道、电子膨胀阀、直冷板、四通阀的B通、四通阀的b通，并最终回到主压缩机的导入端；上述过程中，气体冷媒流过第一主换热器内的a1换热通道和第二主换热器内的b1换热通道的过程中释放热量并转化成液态，随后液态的冷媒经电子膨胀阀进入直冷板内蒸发气化并持续吸收直冷板热量，随后气化吸热的冷媒重新回到主压缩机内；
“直热模拟过程”：
四通阀进入状态二，a通与b通相连通的同时，A通与B通连通；变频主压缩机根据直冷板以预定功率运行，从主压缩机导出端压出的冷媒依次流经冷媒依次流经四通阀的A通、四通阀的B通、直冷板、电子膨胀阀、第二主换热器内的b1换热通道、第一主换热器内的a1换热通道、四通阀的a通、四通阀的b通，并最终回到主压缩机的导入端；上述过程中，偏高温的气体冷媒进入低温直冷板内液化并持续释放热量给直冷板，从而实现了对直冷板的加热，随后液化后的冷媒经电子膨胀阀后依次经第二主换热器内的b1换热通道和第一主换热器内的a1换热通道蒸发气化并持续吸收热量，随后气化吸热的冷媒重新回到变频主压缩机内；
低负载的运行过程：
“直冷模拟过程”状态下，主压缩机在最低转速的情况下，如果要实现“直冷模拟过程”中更低的吸热功率，打开第二电磁阀，使第二电磁阀、旁路电子膨胀阀和旁路换热单元连通而成的旁路系统分担一部分主压缩机压出的冷媒流量，进而实现“直冷模拟过程”中更低的吸热功率。
有益效果：本发明增加一整套旁路系统，作为假负载，在负载电池包发热量明显小于制冷量时提供额外的蒸发。例如：压缩机制冷量调节范围为5～15kw，电池包发热量0～10kw，假负载为5kw，则实现5～15kw的范围内统一减少5kw，来实现0～10kw的调节。W19采用双通道翅片式，直接与空气进行换热。将多余的制冷量、制热量直接散发到环境中去，使得制冷剂得到充分的蒸发。解决负载发热较小时压缩机液击问题。同时假负载部分，实际能耗接近于0；理论上能实现从0kw开始调节；减少试验设备数量。实现较宽的调节范围；解决压缩机液击。
附图说明
附图1为本方案的整体示意图；
附图2为第二实施例示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1和2所示的一种宽调节范围的直冷直热式电池包控温测试系统，包括主控温循环回路中的主压缩机C1、第一主换热器W10内的a1换热通道、第二主换热器W11内的b1换热通道、电子膨胀阀X15和直冷板W2；直冷板W2传热贴合在被测电池包上，直冷板W2根据被测电池包的不同工况来吸收或放出热量，从而达到模拟实际工况下的直冷和直热过程。
主控温循环回路中还包括四通阀X6，四通阀X6包括a通、A通、b通和B通；
四通阀X6包括如下两种状态：
状态一，a通与A通相连通的同时，b通与B通连通，在此状态下，从主压缩机C1导出端压出的冷媒依次流经四通阀X6的A通、四通阀X6的a通、第一主换热器W10内的a1换热通道、第二主换热器W11内的b1换热通道、电子膨胀阀X15、直冷板W2、四通阀X6的B通、四通阀X6的b通，并最终回到主压缩机C1的导入端；
状态二，a通与b通相连通的同时，A通与B通连通，在此状态下，从主压缩机C1导出端压出的冷媒依次流经四通阀X6的A通、四通阀X6的B通、直冷板W2、电子膨胀阀X15、第二主换热器W11内的b1换热通道、第一主换热器W10内的a1换热通道、四通阀X6的a通、四通阀X6的b通，并最终回到主压缩机C1的导入端。
主压缩机C1的导出端连通有油气分离器F2，油气分离器F2的气体导出端通过第一电磁阀X14连通四通阀X6的A通，油气分离器F2的液体导出端通过回流管连通主压缩机C1导入端；
还包括由第二电磁阀X19、旁路电子膨胀阀X18和旁路换热单元W9连通而成的旁路系统，旁路系统的流入端旁通连接油气分离器F2的气体导出端，旁路系统的流出端旁通连接主压缩机C1导入端。
第一主换热器W10内的a1换热通道与第二主换热器W11内的b1换热通道之间串接有干燥过滤器F1和主储液罐W4；主压缩机C1导入端与四通阀X6的b通之间串接有气液分离器W5、质量流量计F01和温度传感器；四通阀X6的B通与直冷板W2之间串接有第三电磁阀X16、温度传感器和压力传感器；电子膨胀阀X15与直冷板W2之间串接有温度传感器和压力传感器。
第一主换热器W10内有与a1换热通道传热配合的a2换热通道、第二主换热器W11内有与b1换热通道传热配合的b2换热通道。
防冻液加热容器E1、第一主换热器W10内的a2换热通道、第二主换热器W11内的b2换热通道、第一循环泵P10构成换热循环回路；在第一循环泵P10的驱动下，防冻液加热容器E1内的防冻液依次流过第一主换热器W10内的a2换热通道、第二主换热器W11内的b2换热通道、第一循环泵P10最终回流到防冻液加热容器E1。
还包括由辅助系统压缩机C2、辅助系统冷凝器W7、辅助系统热力膨胀阀X17和辅助系统蒸发器W6内的蒸发管构成的辅助控温循环回路。
辅助系统蒸发器W6内有与蒸发管传热配合的c1换热通道；还包括第二循环泵P8，第二循环泵P8、辅助系统蒸发器W6内的c1换热通道和防冻液加热容器E1构成调温循环回路；调温循环回路在第二循环泵P8的驱动下，防冻液加热容器E1内的防冻液依次流过第二循环泵P8和辅助系统蒸发器W6内的c1换热通道后最终回流到防冻液加热容器E1。
防冻液加热容器E1的内腔通过连通管连通膨胀罐B3；防冻液加热容器E1内有温度传感器；辅助系统冷凝器W7与辅助系统热力膨胀阀X17之间串接有辅助储液罐W8。
本案的所有压缩机均变频压缩机；
“直冷模拟过程”的操作和原理：
四通阀X6进入状态一，a通与A通相连通的同时，b通与B通连通；变频主压缩机C1根据直冷板W2的发热量以预定功率运行，从主压缩机C1导出端压出的冷媒依次流经四通阀X6的A通、四通阀X6的a通、第一主换热器W10内的a1换热通道、第二主换热器W11内的b1换热通道、电子膨胀阀X15、直冷板W2、四通阀X6的B通、四通阀X6的b通，并最终回到主压缩机C1的导入端；上述过程中，气体冷媒流过第一主换热器W10内的a1换热通道和第二主换热器W11内的b1换热通道的过程中释放热量并转化成液态，随后液态的冷媒经电子膨胀阀X15进入直冷板W2内蒸发气化并持续吸收直冷板W2热量，随后气化吸热的冷媒重新回到变频主压缩机C1内；
与此同时，启动第二循环泵P8，使调温循环回路持续循环运行，第二循环泵P8的驱动下，防冻液加热容器E1内的液体持续的流进调温循环回路后又重新回到防冻液加热容器E1内，进而起到均热搅拌效果，使防冻液加热容器E1内的防冻液体温度均匀化；与此同时，第一循环泵P10持续运行，形成换热循环回路，使防冻液加热容器E1内的防冻液体连续的流过第一主换热器W10内的a2换热通道和第二主换热器W11内的b2换热通道，进而持续的吸收第一主换热器W10内的a1换热通道和第二主换热器W11内的b1换热通道所释放的热量；换热循环回路所吸收的热量会使防冻液加热容器E1内的液体整体温度持续升高；此时控制辅助系统压缩机C2运行、使辅助系统蒸发器W6内的蒸发管持续吸收辅助系统蒸发器W6内的c1换热通道中所流过液体的热量，进而使调温循环回路的热量被持续释放给辅助系统蒸发器W6内的蒸发管，调温循环回路的热量释放过程与换热循环回路的热量吸收过程相互对冲，从而使防冻液加热容器E1内的温度保持不变，进一步降低主控温循环回路的温度波动，提高温控系统实验的可靠性和稳定性；
“直热模拟过程”的操作：
四通阀X6进入状态二，a通与b通相连通的同时，A通与B通连通；变频主压缩机C1根据直冷板W2以预定功率运行，从主压缩机C1导出端压出的冷媒依次流经冷媒依次流经四通阀X6的A通、四通阀X6的B通、直冷板W2、电子膨胀阀X15、第二主换热器W11内的b1换热通道、第一主换热器W10内的a1换热通道、四通阀X6的a通、四通阀X6的b通，并最终回到主压缩机C1的导入端；上述过程中，偏高温的气体冷媒进入低温直冷板W2内液化并持续释放热量给直冷板W2，从而实现了对直冷板W2的加热，随后液化后的冷媒经电子膨胀阀X15后依次经第二主换热器W11内的b1换热通道和第一主换热器W10内的a1换热通道蒸发气化并持续吸收热量，随后气化吸热的冷媒重新回到变频主压缩机C1内；
与此同时，启动第二循环泵P8，使调温循环回路持续循环运行，第二循环泵P8的驱动下，防冻液加热容器E1内的液体持续的流进调温循环回路后又重新回到防冻液加热容器E1内，进而起到均热搅拌效果，使防冻液加热容器E1内的防冻液体温度均匀化；与此同时，第一循环泵P10持续运行，形成换热循环回路，使防冻液加热容器E1内的防冻液体连续的流过第一主换热器W10内的a2换热通道和第二主换热器W11内的b2换热通道，进而持续释放热量给第一主换热器W10内的a1换热通道和第二主换热器W11内的b1换热通道；换热循环回路持续将热量释放给第一主换热器W10内的a1换热通道和第二主换热器W11内的b1换热通道的过程中，防冻液加热容器E1内的液体整体温度持续降低；此时控制加热容器E1内的加热装置运行，从而与换热循环回路的热量释放过程相互对冲，进一步降低主控温循环回路的温度波动，提高温控系统实验的可靠性和稳定性；
低负载的运行过程：
为了使保证主压缩机C1在运行过程中需要有一定量的液体冷媒的润滑，因此需要保证油气分离器F2的回流管内存在一定的液体冷媒回流；当主压缩机C1内的转速低于一定值时，主压缩机C1出口的压力不足以使油气分离器F2的回流管内产生回流液体，进而使主压缩机C1内失去润滑，与此同时，直冷时主压缩机C1的转速超低时，导致电池包出现过热度过小，再循环过程中压缩机制冷剂无法蒸发彻底，形成液击，进而降低主压缩机C1运行寿命；为了保证主压缩机C1的足够润滑和防止液击，主压缩机C1的转速必须高于一定的转速，使主压缩机C1存在一个最低转速；因此“直热模拟过程”和“直冷模拟过程”中；直冷板W2均存在单位时间的发热量下限和单位时间的吸热量下限；主压缩机C1在最低转速的限制下下，直冷板W2无法实现更低的吸热功率和更低的发热功率；为了实现“直热模拟过程”和“直冷模拟过程”中更低的吸热功率和更低的发热功率，采用如下方案：
“直热模拟过程”或“直冷模拟过程”状态下，主压缩机C1在最低转速的情况下，如果要实现“直热模拟过程”和“直冷模拟过程”中更低的吸热功率和更低的发热功率，打开第二电磁阀X19，使第二电磁阀X19、旁路电子膨胀阀X18和旁路换热单元W9连通而成的旁路系统分担一部分主压缩机C1压出的冷媒流量，进而实现“直热模拟过程”和“直冷模拟过程”中更低的吸热功率和更低的发热功率。
本方案在上述方案基础上，设计了如下补充结构：
如图2所示：
还包括三通电磁阀H1，三通电磁阀H1包括a通、b通和c通；三通电磁阀H1的a通、b通和c通分别连通防冻液加热容器E1的内腔、第一循环泵P10泵出端和第二循环泵P8的泵出端；常态下，三通电磁阀H1的a通与c通连通，且b通进入封堵；
在此状态下第二循环泵P8、辅助系统蒸发器W6内的c1换热通道和防冻液加热容器E1构成调温循环回路；
防冻液加热容器E1、第一主换热器W10内的a2换热通道、第二主换热器W11内的b2换热通道、第一循环泵P10构成换热循环回路；
三通电磁阀H1动作后，三通电磁阀H1的b通与c通连通，且a通进入封堵。
特殊情况：在模拟汽车寒冷天气的高功率高负载运行时的工况过程中，由于汽车起步阶段电池需要发热状态的直冷板W2先进行快速升温，然后汽车加速到高功率运行时，电池本身释放过量的热量，因此需要直冷板迅速切换成低温吸热状态，因此需要实现直冷板W2快速的从“直热模拟过程”切换成“直冷模拟过程”；
由于“直热模拟过程”切换成“直冷模拟过程”之后，防冻液加热容器E1内填充的防冻液的温度不会快速的降低，降低到“直冷模拟过程”时的温度还需要很长一段时间，从而使流过第一主换热器W10内的a2换热通道和第二主换热器W11内的b2换热通道的防冻液的温度偏高，进而造成“直热模拟过程”切换成“直冷模拟过程”之后，第一主换热器W10和第二主换热器W11的换热效率低下的问题；
为了解决该问题，“直热模拟过程”切换成“直冷模拟过程”之后，立刻做如下动作：
控制常态下的三通电磁阀H1动作，使三通电磁阀H1的b通与c通连通，且a通进入封堵状态；第二循环泵P8将流过辅助系统蒸发器W6内的c1换热通道的冷防冻液从三通电磁阀H1的c通流进，并从b通流出到与第一循环泵P10的导出端汇流，从而进入换热循环回路，使此状态下流过第一主换热器W10内的a2换热通道和第二主换热器W11内的b2换热通道的防冻液中，有一部分是直接来自辅助系统蒸发器W6内的c1换热通道的冷防冻液，由于辅助系统蒸发器W6内的c1换热通道内的冷防冻液是在防冻液加热容器E1内的液体的基础上经过了一次冷却过程，因此直接来自辅助系统蒸发器W6内的c1换热通道的冷防冻液的温度要低于辅助系统蒸发器W6内的防冻液温度；因此提高了第一主换热器W10和第二主换热器W11的换热效率，提高了“直热模拟过程”切换成“直冷模拟过程”的灵敏度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种宽调节范围的直冷直热式电池包控温测试系统，其特征在于：包括主控温循环回路中的主压缩机(C1)、第一主换热器(W10)内的a1换热通道、第二主换热器(W11)内的b1换热通道、电子膨胀阀(X15)和直冷板(W2)；主控温循环回路中还包括四通阀(X6)，四通阀(X6)包括a通、A通、b通和B通；
四通阀(X6)包括如下两种状态：
状态一，a通与A通相连通的同时，b通与B通连通，在此状态下，从主压缩机(C1)导出端压出的冷媒依次流经四通阀(X6)的A通、四通阀(X6)的a通、第一主换热器(W10)内的a1换热通道、第二主换热器(W11)内的b1换热通道、电子膨胀阀(X15)、直冷板(W2)、四通阀(X6)的B通、四通阀(X6)的b通，并最终回到主压缩机(C1)的导入端；
状态二，a通与b通相连通的同时，A通与B通连通，在此状态下，从主压缩机(C1)导出端压出的冷媒依次流经四通阀(X6)的A通、四通阀(X6)的B通、直冷板(W2)、电子膨胀阀(X15)、第二主换热器(W11)内的b1换热通道、第一主换热器(W10)内的a1换热通道、四通阀(X6)的a通、四通阀(X6)的b通，并最终回到主压缩机(C1)的导入端。
2.根据权利要求1所述的一种宽调节范围的直冷直热式电池包控温测试系统，其特征在于：所述主压缩机(C1)的导出端连通有油气分离器(F2)，油气分离器(F2)的气体导出端通过第一电磁阀(X14)连通四通阀(X6)的A通，所述油气分离器(F2)的液体导出端通过回流管连通主压缩机(C1)导入端。
3.根据权利要求2所述的一种宽调节范围的直冷直热式电池包控温测试系统，其特征在于：还包括由第二电磁阀(X19)、旁路电子膨胀阀(X18)和旁路换热单元(W9)连通而成的旁路系统，所述旁路系统的流入端旁通连接油气分离器(F2)的气体导出端，所述旁路系统的流出端旁通连接主压缩机(C1)导入端。
4.根据权利要求3所述的一种宽调节范围的直冷直热式电池包控温测试系统，其特征在于：第一主换热器(W10)内的a1换热通道与第二主换热器(W11)内的b1换热通道之间串接有干燥过滤器(F1)和主储液罐(W4)。
5.根据权利要求4所述的一种宽调节范围的直冷直热式电池包控温测试系统，其特征在于：所述主压缩机(C1)导入端与四通阀(X6)的b通之间串接有气液分离器(W5)、质量流量计(F01)和温度传感器。
6.根据权利要求5所述的一种宽调节范围的直冷直热式电池包控温测试系统，其特征在于：所述四通阀(X6)的B通与直冷板(W2)之间串接有第三电磁阀(X16)、温度传感器和压力传感器。
7.根据权利要求6所述的一种宽调节范围的直冷直热式电池包控温测试系统，其特征在于：所述电子膨胀阀(X15)与直冷板(W2)之间串接有温度传感器和压力传感器。
8.根据权利要求7所述的一种宽调节范围的直冷直热式电池包控温测试系统的工作方法，其特征在于：
“直冷模拟过程”状态下，主压缩机(C1)在最低转速的情况下，如果要实现“直冷模拟过程”中直冷板(W2)产生更低的吸热功率，打开第二电磁阀(X19)，使第二电磁阀(X19)、旁路电子膨胀阀(X18)和旁路换热单元(W9)连通而成的旁路系统分担一部分主压缩机(C1)压出的冷媒流量，进而实现直冷板(W2)在“直冷模拟过程”更低的吸热功率。
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