CN117936994A - 一种电池热管理过热度控制方法、系统及电池 - Google Patents

一种电池热管理过热度控制方法、系统及电池 Download PDF

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李成军
李海全
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Abstract

本发明公开了一种电池热管理过热度控制方法、系统及电池，控制方法包括以下步骤：S10：设定冷板的目标过热度值，获取冷板的实际过热度值，根据第一膨胀阀的反馈步数，获取目标过热度值与实际过热度值之差，作为第一膨胀阀步数的PID计算输入值，将PID计算输入值与第一膨胀阀的反馈步数总和作为第一膨胀阀的输出步数；S20：根据目标过热度值以及第一膨胀阀的反馈步数，基于第一膨胀阀开度的边界条件，获取第二膨胀阀的步数增量和反馈步数，将第二膨胀阀与第二膨胀阀的反馈步数的总和作为第二膨胀阀的输出步数。通过采用以上设置，能够快速匹配负载，以使电池热管理系统中相应阀门的输出步数及时响应，提高过热度控制精度和抗干扰能，提高电池测试性能。

Description

一种电池热管理过热度控制方法、系统及电池
技术领域
本发明属于电池热管理控制方法及系统的技术领域，具体涉及一种电池热管理过热度控制方法、系统及电池。
背景技术
随着新能源行业的崛起，电动汽车动力电池、储能电池市场规模快速增长，电池热管理系统的重要性与日俱增。当动力电池在充放电过程中，设定条件的变化，其所需制冷量也随之变化。当电池热管理平台在负载发生变化时，电池热管理系统中相应阀门的输出步数会存在响应不及时、跟随较慢的情况，进而导致负载端出口处的过热度出现剧烈波动，而极大影响电池的性能测试。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电池热管理过热度控制方法、系统及电池，能够快速匹配负载，以使电池热管理系统中相应阀门的梳齿步数及时响应，提高过热度控制精度和抗干扰能，提高电池测试性能。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种电池热管理过热度控制方法，包括以下步骤：
S10：设定所述冷板的目标过热度值；根据所述压力传感器和温度传感器对所述冷板的检测值，获取实际过热度值；根据所述第一膨胀阀的反馈步数，获取所述目标过热度值与所述实际过热度值之差，以作为所述第一膨胀阀步数的PID计算输入值；将所述PID计算输入值与所述第一膨胀阀的反馈步数总和作为所述第一膨胀阀的输出步数，以调节所述第一膨胀阀输出制冷液的流速及输出量；
S20：根据所述目标过热度值以及所述第一膨胀阀的反馈步数，同时基于所述第一膨胀阀开度的边界条件下，获取所述第二膨胀阀的步数增量和反馈步数，将所述第二膨胀阀与所述第二膨胀阀的反馈步数的总和作为所述第二膨胀阀的输出步数，以调节所述第二膨胀阀输出制冷液的流量和输出量。
进一步的，在所述步骤S20中，当所述实际过热度值与所述目标过热度值之差为正数，且所述第一膨胀阀的反馈步数最大时，或者，当所述实际过热度值与所述目标过热度值之差为负数，且所述第一膨胀阀的反馈步数最小时，则确定所述第二膨胀阀的输出步数为当前所述第二膨胀阀的步数增量和所述第二膨胀阀的反馈步数的总和。
进一步的，在所述步骤S20中，当获取所述第二膨胀阀的步数增量时，建立所述第二膨胀阀的步数增量与所述实际过热度值之间的计算模型，所述技术模型采用以下公式：
ΔS＝k(TSH-tSH)+σ；
其中，ΔS为第二膨胀阀的步数增量，k为系数，TSH为实际过热度，tSH为目标过热度，σ为补偿值；通过上述计算模型获取所述第二膨胀阀的步数增量。
一种过热控制系统，应用于过热度控制方法，包括冷板、压缩机、冷凝器、第一膨胀阀、第二膨胀阀、压力传感器以及温度传感器；所述冷板的出口与所述压缩机的回气口连接，所述压缩机的排气口与所述冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口分出两条支路，两条支路分别与所述第一膨胀阀和第二膨胀阀的进口连接，所述第一膨胀阀和第二膨胀阀的出口均与所述冷板的进口连接，所述压力传感器和温度传感器均串联在所述冷板和所述压缩机之间。
进一步的，还包括毛细管，所述毛细管串接在所述第一膨胀阀和所述冷板之间，所述第一膨胀阀和毛细管与所述第二膨胀阀并联。
进一步的，所述制冷器采用风冷制冷器。
一种电池，包括上述过热控制系统。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明的过热控制系统，利用压缩机提供动力将冷凝器的制冷液通过第一膨胀阀和第二膨胀阀向冷板传输，以对冷却冷板，冷凝液经过冷板后会回流至压缩机中。其中，第一膨胀阀和第二膨胀阀均为电控阀门，通过电路系统控制第一膨胀阀和第二膨胀阀的输出步数，从而调节第一膨胀阀和第二膨胀阀的开度，进而调节第一膨胀阀和第二膨胀阀流通的制冷液的流速及输出量，从而实现快速冷却冷板的作用，该过热控制系统在实际应用中，能够根据当前电池热管理平台在负载发生变化时，如充放电的过程中，利用第一膨胀阀和第二膨胀阀及时做出相应，并快速调节第一膨胀阀和第二膨胀阀的输出步数，以快速利用制冷液度冷板进行冷却，从而快速匹配负载，进而提高过热度控制精度和抗干扰能力，进而提高测试性能。
2、本发明的电池热管理过热度控制方法，通过设定冷板的目标过热度值，同时获取冷板的实际过热度值，进而根据第一膨胀阀的反馈步数，获取目标过热度值与实际过热度值之差，作为第一膨胀阀步数的PID计算输入值；由此，将PID计算输入值和第一膨胀阀的反馈步数总和作为第一膨胀阀的输出步数，以调节第一膨胀阀的开度，从而调节第一膨胀阀输出制冷液的流速及输出量；与此同时，基于第一膨胀阀开度的边界条件下，获取第二膨胀阀的步数增量和反馈步数，以将第二膨胀阀与第二膨胀阀的反馈步数的总和作为第二膨胀阀的输出步数，以调节第二膨胀阀的开度，从而调节第二膨胀阀输出制冷液的流速和输出量。由此将获取的第一膨胀阀的输出步数和第二膨胀阀的输出步数相结合，以便于较佳的匹配负载，并及时做出响应，从而提高过热度控制精度和抗干扰能力，提高测试能力。
3、将本发明的过热控制系统应用于电池中，在电池进行充放电的过程中，利用过热控制系统能够及时对电池负载及时做出响应，从而提高过热度控制精度和抗干扰能力，进而提高电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的电池热管理系统原理图。
图2为本发明的电池热管理过热度控制逻辑图。
图中：1、压缩机；2、冷凝器；3、第一膨胀阀；4、第二膨胀阀；5、毛细管；6、冷板；7、温度传感器；8、压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。本说明书中所引用的如“上”、“内”、“中”、“左”、“右”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
一种过热控制系统，如图1所示，包括冷板、压缩机、冷凝器、第一膨胀阀、第二膨胀阀、毛细管、压力传感器以及温度传感器；冷板的出口与压缩机的回气口连接，压缩机的排气口与冷凝器的进口连接，冷凝器的出口分出两条支路，两条支路分别与第一膨胀阀和第二膨胀阀的进口连接，第一膨胀阀和第二膨胀阀的出口均与冷板的进口连接，毛细管串接在第一膨胀阀和冷板之间，第一膨胀阀和毛细管与第二膨胀阀并联，压力传感器和温度传感器均串联在冷板和压缩机之间。其中，制冷器采用风冷制冷器。
以上，本发明的过热控制系统，利用压缩机提供动力将冷凝器的制冷液通过第一膨胀阀和第二膨胀阀向冷板传输，以对冷却冷板，冷凝液经过冷板后会回流至压缩机中。其中，第一膨胀阀和第二膨胀阀均为电控阀门，通过电路系统控制第一膨胀阀和第二膨胀阀的输出步数，从而调节第一膨胀阀和第二膨胀阀的开度，进而调节第一膨胀阀和第二膨胀阀流通的制冷液的流速及输出量，从而实现快速冷却冷板的作用，该过热控制系统在实际应用中，能够根据当前电池热管理平台在负载发生变化时，如充放电的过程中，利用第一膨胀阀和第二膨胀阀及时做出相应，并快速调节第一膨胀阀和第二膨胀阀的输出步数，以快速利用制冷液度冷板进行冷却，从而快速匹配负载，进而提高过热度控制精度和抗干扰能力，进而提高测试性能。
除此之外，本发明的过热控制系统通过设置毛细管，能够使第一膨胀阀输出的制冷液流速稳定，以提高制冷效率。
实施例2
一种电池热管理过热度控制方法，如图1和图2所示，主要采用实施例1的过热控制系统，该控制方法包括以下步骤：
S10：设定冷板的目标过热度值；根据压力传感器和温度传感器对冷板的检测值，获取冷板的实际过热度值；根据第一膨胀阀的反馈步数，获取目标过热度值与实际过热度值之差，以作为第一膨胀阀步数的PID计算输入值；将PID计算输入值与第一膨胀阀的反馈步数总和作为第一膨胀阀的输出步数，以调节第一膨胀阀输出制冷液的流速及输出量。
需要说明的是，PID计算输入值可以采用以下PID输出值计算公式：
u(t)＝Kp*e(t)+Ki*∫e(t)dt+Kd*de(t)/dt；
其中，u(t)为PID计算输入值，e(t)为目标过热度值与实际过热度值之差，Kp为比例增益，Ki为积分增益，Kd为微分增益；
由于比例增益Kp为1，积分增益Ki为0，微分增益Kd为0，故取目标过热度值与实际过热度值之差，作为第一膨胀阀步数的PID计算输入。
S20：根据目标过热度值以及第一膨胀阀的反馈步数，同时基于第一膨胀阀开度的边界条件下，获取第二膨胀阀的步数增量和反馈步数，将第二膨胀阀与第二膨胀阀的反馈步数的总和作为第二膨胀阀的输出步数，以调节第二膨胀阀输出制冷液的流量和输出量。
在步骤S20中，当获取第二膨胀阀的步数增量时，基于第一膨胀阀开度的边界条件下，建立第二膨胀阀的步数增量与实际过热度值之间的计算模型，技术模型采用以下公式：
ΔS＝k(TSH-tSH)+σ；
其中，ΔS为第二膨胀阀的步数增量，k为系数，TSH为实际过热度，tSH为目标过热度，σ为补偿值；通过上述计算模型获取第二膨胀阀的步数增量。
由此，通过建立计算模型中采用的计算公式，能够快速精准地获取第二膨胀阀的步数增量，进而便于快速获取第二膨胀阀的输出步数，以使过热控制系统能够快速匹配负载，及时做出响应，提高过热度控制精度和抗干扰能力，提高测试能力。
进一步的，当通过获取的第二膨胀阀的步数增量和第二膨胀阀的反馈步数获取第二膨胀阀的输出步数之前，还需要对当前实际过热度值、目标过热度值以及第一膨胀阀的反馈步数情况进行判断，即：当实际过热度值与目标过热度值之差为正数，且第一膨胀阀的反馈步数最大时，或者，当实际过热度值与目标过热度值之差为负数，且第一膨胀阀的反馈步数最小时，则确定第二膨胀阀的输出步数为当前第二膨胀阀的步数增量和第二膨胀阀的反馈步数的总和。
由此，通过上述对当前实际过热度值、目标过热度值以及第一膨胀阀的反馈步数情况进行判断，从而确定第二膨胀阀的输出步数，能够提高所获得的第二膨胀阀的输出步数的准确性，以使第二膨胀阀和第一膨胀阀能够根据电池热管理平台在负载发生变化时，及时匹配负载，并及时做出准确的响应，从而提高过热度控制精度和抗干扰能力，提高测试能力。
综上所述，本发明的电池热管理过热度控制方法，通过设定冷板的目标过热度值，同时获取冷板的实际过热度值，进而根据第一膨胀阀的反馈步数，获取目标过热度值与实际过热度值之差，作为第一膨胀阀步数的PID计算输入值；由此，将PID计算输入值和第一膨胀阀的反馈步数总和作为第一膨胀阀的输出步数，以调节第一膨胀阀的开度，从而调节第一膨胀阀输出制冷液的流速及输出量；与此同时，基于第一膨胀阀开度的边界条件下，获取第二膨胀阀的步数增量和反馈步数，以将第二膨胀阀与第二膨胀阀的反馈步数的总和作为第二膨胀阀的输出步数，以调节第二膨胀阀的开度，从而调节第二膨胀阀输出制冷液的流速和输出量。由此将获取的第一膨胀阀的输出步数和第二膨胀阀的输出步数相结合，以便于较佳的匹配负载，并及时做出响应，从而提高过热度控制精度和抗干扰能力，提高测试能力。
实施例3
一种电池，包括如实施例1的过热控制系统，通过该过热控制系统可以实现如实施例2的电池热管理过热度控制方法：
S10：设定冷板的目标过热度值；根据压力传感器和温度传感器的值，获取实际过热度值；根据第一膨胀阀的反馈步数，获取目标过热度值与实际过热度值之差，以作为第一膨胀阀步数的PID计算输入值；将PID计算输入值与第一膨胀阀的反馈步数总和作为第一膨胀阀的输出步数，以调节第一膨胀阀调节制冷液的流速及输出量；
S20：根据目标过热度值以及第一膨胀阀的反馈步数，同时基于第一膨胀阀开度的边界条件下，获取第二膨胀阀的步数增量和反馈步数，将第二膨胀阀与第二膨胀阀的反馈步数的总和作为第二膨胀阀的输出步数，以调节第二膨胀阀调节制冷液的流量和输出量。
综上所述，将本发明的过热控制系统应用于电池中，在电池进行充放电的过程中，利用过热控制系统能够及时对电池负载及时做出响应，从而提高过热度控制精度和抗干扰能力，进而提高电池的使用寿命。
本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或组合，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电池热管理过热度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：设定所述冷板的目标过热度值；根据所述压力传感器和温度传感器对所述冷板的检测值，获取实际过热度值；根据所述第一膨胀阀的反馈步数，获取所述目标过热度值与所述实际过热度值之差，以作为所述第一膨胀阀步数的PID计算输入值；将所述PID计算输入值与所述第一膨胀阀的反馈步数总和作为所述第一膨胀阀的输出步数，以调节所述第一膨胀阀输出制冷液的流速及输出量；
S20：根据所述目标过热度值以及所述第一膨胀阀的反馈步数，同时基于所述第一膨胀阀开度的边界条件下，获取所述第二膨胀阀的步数增量和反馈步数，将所述第二膨胀阀与所述第二膨胀阀的反馈步数的总和作为所述第二膨胀阀的输出步数，以调节所述第二膨胀阀输出制冷液的流量和输出量。
2.如权利要求1所述的过热度控制方法，其特征在于：
在所述步骤S20中，当所述实际过热度值与所述目标过热度值之差为正数，且所述第一膨胀阀的反馈步数最大时，或者，当所述实际过热度值与所述目标过热度值之差为负数，且所述第一膨胀阀的反馈步数最小时，则确定所述第二膨胀阀的输出步数为当前所述第二膨胀阀的步数增量和所述第二膨胀阀的反馈步数的总和。
3.如权利要求1或2所述的过热度控制方法，其特征在于：
在所述步骤S20中，当获取所述第二膨胀阀的步数增量时，建立所述第二膨胀阀的步数增量与所述实际过热度值之间的计算模型，所述技术模型采用以下公式：
ΔS＝k(TSH-tSH)+σ；
其中，ΔS为第二膨胀阀的步数增量，k为系数，TSH为实际过热度，tSH为目标过热度，σ为补偿值；通过上述计算模型获取所述第二膨胀阀的步数增量。
4.一种过热控制系统，应用于如权利要求1至3任一所述的过热度控制方法，其特征在于，包括冷板、压缩机、冷凝器、第一膨胀阀、第二膨胀阀、压力传感器以及温度传感器；所述冷板的出口与所述压缩机的回气口连接，所述压缩机的排气口与所述冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口分出两条支路，两条支路分别与所述第一膨胀阀和第二膨胀阀的进口连接，所述第一膨胀阀和第二膨胀阀的出口均与所述冷板的进口连接，所述压力传感器和温度传感器均串联在所述冷板和所述压缩机之间。
5.如权利要求4所述的过热控制系统，其特征在于，还包括毛细管，所述毛细管串接在所述第一膨胀阀和所述冷板之间，所述第一膨胀阀和毛细管与所述第二膨胀阀并联。
6.如权利要求4所述的过热控制系统，其特征在于，所述制冷器采用风冷制冷器。
7.一种电池，其特征在于，包括如权利要求4至6任一所述的过热控制系统。
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