电动汽车电池板冷却系统及控制方法与流程

本发明涉及电动汽车相关技术领域，特别是一种电动汽车电池板冷却系统及控制方法。

背景技术：

目前，新能源电动汽车发展越来越受重视，动力电池作为纯电动汽车的唯一动力，其工作温度一般在0℃～40℃之间。放电的不均衡以及散热的不均衡导致电池模组单体间温差较大，电池包内部温度一致性较差，易引起热量集中，使得单体某区域温度过高而使电池寿命终结。现有的电池包冷却系统无法实现电池包内温度一致性，导致电池热管理策略不理想。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有技术的电池板冷却系统无法实现电池包内温度一致性的技术问题，提供一种电动汽车电池板冷却系统及控制方法。

本发明提供一种电动汽车电池板冷却系统，包括：第一冷却装置、第二冷却装置、多个冷却支路、以及控制器，每个所述冷却支路中设置有用于电池模组散热的液冷冷板，所述第一冷却装置的出液口与干路分流阀的进液口连通，每个所述冷却支路的进液口依次设置有支路分流阀及支路流量阀，所述干路分流阀的第一出液口、所述第二冷却装置的出液口与每个所述冷却支路的所述支路分流阀的进液口连通，所述干路分流阀的第二出液口与所述第二冷却装置的进液口连通，多个所述冷却支路的出液口与所述第一冷却装置的进液口连通，其中：

所述控制器控制所述干路分流阀、每个所述冷却支路的支路分流阀、以及每个所述冷却支路的支路流量阀。

进一步的，所述液冷冷板包括基板、以及覆盖所述基板用于与所述电池模组接触的盖板，所述基板与所述盖板所形成的空间内容置有冷却液流道，所述冷却液流道的进液口和出液口分别与所述冷却支路连通。

本实施例采用双层结构的液冷冷板，提高换热效率。

更进一步的，所述基板为铝材，所述盖板为铜材。

本实施例采用铝材作为基板，采用铜材作为盖板，进一步提高换热效率。

进一步的，还包括设置在所述液冷冷板的进液口与控制器输入端通信连接的液冷冷板入口温度传感器、设置在所述液冷冷板的进液口与控制器输入端通信连接的液冷冷板入口流量传感器、设置在所述第一冷却装置出液口与控制器输入端通信连接的第一冷却装置温度传感器、设置在所述第二冷却装置出液口与控制器输入端通信连接的第二冷却装置温度传感器、以及设置在所述电池模组与控制器输入端通信连接的电池电芯温度传感器。

本实施例通过设置温度传感器，以根据各测试点温度，实时调节干路分流阀、每个所述冷却支路的支路分流阀、以及每个所述冷却支路的支路流量阀。

进一步的，还包括第一驱动泵、以及第二驱动泵，所述第一冷却装置的出液口通过所述第一驱动泵与所述干路分流阀的进液口连通，所述第二冷却装置的出液口通过所述第二驱动泵与每个所述冷却支路的所述支路分流阀的进液口连通。

本实施例在第一冷却装置1和第二冷却装置2的出液口设置水泵，以定流量和定压力驱动冷却液。

进一步的，所述干路分流阀为步进电机分流阀，所述支路分流阀为步进电机分流阀，所述支路流量阀为步进电机流量阀。

本实施例使用步进电机分流阀和步进电机流量阀以精确调节分流比例和支路流量。

再进一步的，所述第一冷却装置为风冷散热器，所述第二冷却装置为制冷压缩机。

本实施例采用风冷和压缩机进行散热，提供冷却效率。

本发明提供一种如前所述的电动汽车电池板冷却系统的控制方法，包括：

所述控制器根据每个冷却支路所冷却的电池模组的电芯温度、每个所述液冷冷板的入口温度、每个所述液冷冷板的流量，控制每个所述冷却支路的支路分流阀和支路流量阀；

所述控制器根据第一冷却装置的出口温度、第二冷却装置的出口温度、以及每个液冷冷板的入口温度，控制所述干路分流阀的分流比例。

本实施例通过流量及温度联合调控液冷冷板的冷却效率，能够使得电池包内部温度场均匀，实现温控一致性和精确性，提高冷却效率。同时能够提高电池的使用寿命。

进一步的，所述根据所述电池模组的电芯温度、每个所述液冷冷板的入口温度、每个所述液冷冷板的流量，控制每个所述冷却支路的支路分流阀和支路流量阀，具体包括：

对液冷冷板的散热功率q散与液冷冷板的入口流量v、液冷冷板的入口温度tinlet进行对应标定，得到与不同的q散对应的(v,tinlet)对；

以固定采集频率对每个冷却支路所冷却的电池模组的电芯温度进行采样，得到单位时间温度变化量，根据关系式q生＝cm电芯δt电芯求得每个冷却支路所冷却的电池模组的电芯生热率q生，其中c为冷却液比热容，m电芯为冷却支路所冷却的电池模组的电芯质量，δt电芯为冷却支路所冷却的电池模组的电芯的单位时间温度变化量；

令每个冷却支路的液冷冷板目标散热功率为每个冷却支路所冷却的电池模组的电芯生热率q生，确定每个冷却支路的液冷冷板目标散热功率对应的(v,tinlet)对，设定每个冷却支路的液冷冷板的入口流量目标v目标为每个冷却支路的液冷冷板目标散热功率对应的v值，设定每个冷却支路的液冷冷板的入口温度目标t目标为每个冷却支路的液冷冷板目标散热功率对应的tinlet值；

动态调节每个所述冷却支路的支路分流阀直至每个所述冷却支路的液冷冷板的入口温度等于t目标，动态调节每个所述冷却支路的支路流量阀直至每个所述冷却支路的液冷冷板的入口流量等于v目标。

本实施例通过精确调整支路冷却液的混合比例和流量，使得液冷冷板4的散热功率达到电芯生热率，从而使得电池包内部温度场均匀，实现温控一致性和精确性。

进一步的，所述根据第一冷却装置的出口温度、第二冷却装置的出口温度、以及每个液冷冷板的入口温度，控制所述干路分流阀的分流比例，具体包括：

周期性采集第一冷却装置的出口周期平均温度t1、以及第二冷却装置的出口周期平均温度t2；

计算各冷却支路的液冷冷板的入口温度的实时多路平均值tav；

确定干路分流阀的分流比例

根据分流比例k对干路分流阀进行调整。

本实施例通过每个支路的温度传感器的实时值进行平均，从而反馈到干路实现干路温度与支路温度平衡。

本发明电池包液冷冷却系统控制器控制所述干路分流阀、每个所述冷却支路的支路分流阀、以及每个所述冷却支路的支路流量阀，能够使得电池包内部温度场均匀，实现温控一致性和精确性，提高冷却效率。同时能够提高电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一种电动汽车电池板冷却系统的系统示意图；

图2为液冷冷板的基板结构示意图；

图3为液冷冷板的盖板结构示意图；

图4为液冷冷板的立体结构示意图；

图5为本发明一种如前所述的电动汽车电池板冷却系统的控制方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示为本发明一种电动汽车电池板冷却系统的系统示意图，包括：第一冷却装置1、第二冷却装置2、多个冷却支路3、以及控制器，每个所述冷却支路3中设置有用于电池模组5散热的液冷冷板4，所述第一冷却装置12的出液口与干路分流阀6的进液口连通，每个所述冷却支路3的进液口依次设置有支路分流阀7及支路流量阀8，所述干路分流阀6的第一出液口、所述第二冷却装置2的出液口与每个所述冷却支路3的所述支路分流阀7的进液口连通，所述干路分流阀6的第二出液口与所述第二冷却装置2的进液口连通，多个所述冷却支路3的出液口与所述第一冷却装置1的进液口连通，其中：

所述控制器控制所述干路分流阀6、每个所述冷却支路的支路分流阀7、以及每个所述冷却支路的支路流量阀8。

具体来说，第一冷却装置1输出的冷却液的通路形成第一冷却干路101，第二冷却装置2输出的冷却液的通路形成第二冷却干路201，控制器控制所述干路分流阀6调节第一冷却干路101和第二冷却干路201的流量。每个所述冷却支路的支路分流阀7控制第一冷却干路101和第二冷却干路201进入每个冷却支路的流量，支路流量阀8控制进入液冷冷板4的总流量。

本发明电池包液冷冷却系统控制器控制所述干路分流阀、每个所述冷却支路的支路分流阀、以及每个所述冷却支路的支路流量阀，能够使得电池包内部温度场均匀，实现温控一致性和精确性，提高冷却效率。同时能够提高电池的使用寿命。

如图2至图3所示，在其中一个实施例中，所述液冷冷板4包括基板41、以及覆盖所述基板41用于与所述电池模组接触的盖板42，所述基板41与所述盖板42所形成的空间内容置有冷却液流道43，所述冷却液流道43的进液口和出液口分别与所述冷却支路连通。

液冷冷板4采用双层结构，分别是布置冷却液流道43的基板41和与电池换热的盖板42，热量44向盖板42散发。液冷冷板4的四周通过沉孔螺栓固定，进出口分别与冷却支路相连。

本实施例采用双层结构的液冷冷板，提高换热效率。

在其中一个实施例中，所述基板41为铝材，所述盖板42为铜材。

本实施例采用铝材作为基板，采用铜材作为盖板，进一步提高换热效率。

在其中一个实施例中，还包括设置在所述液冷冷板4的进液口与控制器输入端通信连接的液冷冷板入口温度传感器9、设置在所述液冷冷板4的进液口与控制器输入端通信连接的液冷冷板入口流量传感器10、设置在所述第一冷却装置1出液口与控制器输入端通信连接的第一冷却装置温度传感器11、设置在所述第二冷却装置2出液口与控制器输入端通信连接的第二冷却装置温度传感器12、以及设置在所述电池模组5与控制器输入端通信连接的电池电芯温度传感器13。

本实施例通过设置温度传感器，以根据各测试点温度，实时调节干路分流阀6、每个所述冷却支路的支路分流阀7、以及每个所述冷却支路的支路流量阀8。

在其中一个实施例中，还包括第一驱动泵14、以及第二驱动泵15，所述第一冷却装置1的出液口通过所述第一驱动泵14与所述干路分流阀6的进液口连通，所述第二冷却装置2的出液口通过所述第二驱动泵15与每个所述冷却支路3的所述支路分流阀7的进液口连通。

本实施例在第一冷却装置1和第二冷却装置2的出液口设置水泵，以定流量和定压力驱动冷却液。

在其中一个实施例中，所述干路分流阀6为步进电机分流阀，所述支路分流阀7为步进电机分流阀，所述支路流量阀8为步进电机流量阀。

本实施例使用步进电机分流阀和步进电机流量阀以精确调节分流比例和支路流量。

在其中一个实施例中，所述第一冷却装置1为风冷散热器，所述第二冷却装置2为制冷压缩机。

本实施例采用风冷和压缩机进行散热，提供冷却效率。

如图5所示为本发明一种如前所述的电动汽车电池板冷却系统的控制方法的工作流程图：

步骤s501，所述控制器根据每个冷却支路3所冷却的电池模组的电芯温度、每个所述液冷冷板4的入口温度、每个所述液冷冷板4的流量，控制每个所述冷却支路的支路分流阀7和支路流量阀8；

步骤s502，所述控制器根据第一冷却装置1的出口温度、第二冷却装置2的出口温度、以及每个液冷冷板4的入口温度，控制所述干路分流阀6的分流比例。

其中，步骤s501、s502的顺序可以交换或者并联执行。

本实施例通过流量及温度联合调控液冷冷板的冷却效率，能够使得电池包内部温度场均匀，实现温控一致性和精确性，提高冷却效率。同时能够提高电池的使用寿命。

在其中一个实施例中，所述根据所述电池模组的电芯温度、每个所述液冷冷板4的入口温度、每个所述液冷冷板4的流量，控制每个所述冷却支路的支路分流阀7和支路流量阀8，具体包括：

对液冷冷板4的散热功率q散与液冷冷板4的入口流量v、液冷冷板4的入口温度tinlet进行对应标定，得到与不同的q散对应的(v,tinlet)对；

以固定采集频率对每个冷却支路3所冷却的电池模组的电芯温度进行采样，得到单位时间温度变化量，根据关系式q生＝cm电芯δt电芯求得每个冷却支路3所冷却的电池模组的电芯生热率q生，其中c为冷却液比热容，m电芯为冷却支路3所冷却的电池模组的电芯质量，δt电芯为冷却支路3所冷却的电池模组的电芯的单位时间温度变化量；

令每个冷却支路3的液冷冷板4目标散热功率为每个冷却支路3所冷却的电池模组的电芯生热率q生，确定每个冷却支路3的液冷冷板4目标散热功率对应的(v,tinlet)对，设定每个冷却支路3的液冷冷板4的入口流量目标v目标为与每个冷却支路3的液冷冷板4目标散热功率对应的v值，设定每个冷却支路3的液冷冷板4的入口温度目标t目标为每个冷却支路3的液冷冷板4目标散热功率对应的tinlet值；

动态调节每个所述冷却支路3的支路分流阀7直至每个所述冷却支路3的液冷冷板4的入口温度等于t目标，动态调节每个所述冷却支路的支路流量阀8直至每个所述冷却支路3的液冷冷板4的入口流量等于v目标。

具体来说，先对散热功率q散与液冷冷板4的入口流量v、液冷冷板4的入口温度tinlet进行对应标定，即确定不同的散热功率所对应的入口流量值和入口温度值。然后实时检测每个冷却支路3所冷却的电池模组的电芯温度，确定其电芯生热率，该电芯生热率即为液冷冷板4所要达到的散热功率，因此，将该电芯生热率作为液冷冷板4的目标散热功率，并获取标定的入口流量值作为入口流量目标v目标，将标定的入口温度值作为入口温度目标t目标，并通过调节支路分流阀7和支路流量阀8使得入口流量和入口温度分别达到v目标和t目标。

本实施例通过精确调整支路冷却液的混合比例和流量，使得液冷冷板4的散热功率达到电芯生热率，从而使得电池包内部温度场均匀，实现温控一致性和精确性。

在其中一个实施例中，所述根据第一冷却装置1的出口温度、第二冷却装置2的出口温度、以及每个液冷冷板4的入口温度，控制所述干路分流阀6的分流比例，具体包括：

周期性采集第一冷却装置1的出口周期平均温度t1、以及第二冷却装置2的出口周期平均温度t2；

计算各冷却支路3的液冷冷板4的入口温度的实时多路平均值tav；

确定干路分流阀6的分流比例

根据分流比例k对干路分流阀6进行调整。

整个冷却系统存在如下热量关系：

令q1+q2＝q支，即cρv1t1+cρv2t2＝cρv总tav，其中：

c：冷却液比热容；

ρ：冷却液密度；

所以，分流阀干路分流阀6的比例系数

故根据各温度传感器返回值实时求得k值，动态调节干路分流阀6即可实现分流。

本实施例通过每个支路的温度传感器的实时值进行平均，从而反馈到干路实现干路温度与支路温度平衡。

如图1为本发明最佳实施例一种电动汽车电池板冷却系统的系统示意图，包括：第一冷却装置1、第二冷却装置2、多个冷却支路3、第一驱动泵14、以及第二驱动泵15、以及控制器，每个所述冷却支路3中设置有用于电池模组5散热的液冷冷板4，所述第一冷却装置12的出液口与干路分流阀6的进液口连通，每个所述冷却支路3的进液口依次设置有支路分流阀7及支路流量阀8，所述干路分流阀6的第一出液口、所述第二冷却装置2的出液口与每个所述冷却支路3的所述支路分流阀7的进液口连通，所述干路分流阀6的第二出液口与所述第二冷却装置2的进液口连通，多个所述冷却支路3的出液口与所述第一冷却装置1的进液口连通，在所述液冷冷板4的进液口设置与控制器输入端通信连接的液冷冷板入口温度传感器9、在所述液冷冷板4的进液口设置与控制器输入端通信连接的液冷冷板入口流量传感器10、在所述第一冷却装置1出液口设置与控制器输入端通信连接的第一冷却装置温度传感器11、在所述第二冷却装置2出液口设置与控制器输入端通信连接的第二冷却装置温度传感器12、以及设置在所述电池模组5与控制器输入端通信连接的电池电芯温度传感器13，所述第一冷却装置1的出液口通过所述第一驱动泵14与所述干路分流阀6的进液口连通，所述第二冷却装置2的出液口通过所述第二驱动泵15与每个所述冷却支路3的所述支路分流阀7的进液口连通，所述第一冷却装置1为风冷散热器，所述第二冷却装置2为制冷压缩机，其中：

所述控制器控制所述干路分流阀6、每个所述冷却支路的支路分流阀7、以及每个所述冷却支路的支路流量阀8。

如图2至图3所示，所述液冷冷板4包括基板41、以及覆盖所述基板41用于与所述电池模组接触的盖板42，所述基板41与所述盖板42所形成的空间内容置有冷却液流道43，所述冷却液流道43的进液口和出液口分别与所述冷却支路连通，所述基板41为铝材，所述盖板42为铜材。

液冷冷板采用双层结构，分别是布置冷却液流道43的基板41和与电池换热的盖板42，四周通过沉孔螺栓固定，进出口分别与冷却支路相连。

其中温控传感器采集电池电芯温度、冷却支路温度和外部环境温度，流量计采集冷却支路流量大小，并将采集数据实时反馈至单片机控制器。

控制器为单片机控制器，分流阀和流量阀包括步进电机阀及其驱动器。

第一冷却装置1输出的冷却液的通路形成第一冷却干路101，第二冷却装置2输出的冷却液的通路形成第二冷却干路201，控制器控制所述干路分流阀6调节第一冷却干路101和第二冷却干路201的流量。每个所述冷却支路的支路分流阀7控制第一冷却干路101和第二冷却干路201进入每个冷却支路的流量，支路流量阀8控制进入液冷冷板4的总流量。

其中温度传感器、流量传感器、步进电机驱动器均与单片机电连接。

控制方法如下：

步骤一：信号采集系统，包括电池电芯温度传感器13动态实时采集电池电芯温度、液冷冷板入口温度传感器9采集环境温度、冷却支路入口温度、以及液冷冷板入口流量传感器10采集入口流量，第一冷却装置温度传感器11采集第一冷却装置1的出液口温度，第二冷却装置温度传感器12采集第二冷却装置2的出液口温度。

步骤二：信号采集系统将采集数据反馈至单片机控制器；

步骤三：单片机经内部控制算法驱动，动态发送指令至步进电机驱动器；

步骤四：完成液冷冷板冷却功率动态调控。

其中，控制逻辑如下：

1.预先标定液冷冷板散热功率q散与入口流量v及入口温度tinlet对应关系式q散＝q(v,tinlet)；

2.电池电芯温度传感器13固定采集频率得到电芯的温度数据，求得单位时间温度变化量，根据关系式q生＝cm电芯δt电芯求得电芯生热率，其中c为冷却液比热容，m电芯为电芯质量，δt电芯为电芯的单位时间温度变化量；

3.令q生＝q散求得所需液冷冷板入口流量v目标及温度t目标；

4.动态调节支路分流阀7直至液冷冷板入口温度传感器9采集数据等于t目标，动态调节支路流量阀8直至液冷冷板入口流量传感器10采集数据等于v目标为止。

冷却干路控制逻辑如下：

1.根据第一冷却装置温度传感器11和第二冷却装置温度传感器12周期性采集得到的数据，可得风冷散热器出口温度周期平均值t风和压缩机散热器出口温度周期平均值t压；

2.实时求得多个支路液冷冷板入口温度的平均值tav；

3.干路总流量存在关系：v总＝v风+v压，则整个冷却系统存在如下热量关系：

令q风+q压＝q支，即cρv风t风+cρv压t压＝cρv总tav，其中：

c：冷却液比热容；

ρ：冷却液密度；

所以，干路分流阀6的比例系数

故根据各温度传感器返回值实时求得k值，动态调节干路分流阀6即可实现分流。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。