电池热管理检测的直冷直热制冷系统及控制方法与流程

本发明属于制冷设备及其热管理控制技术的，具体涉及一种电池热管理检测的直冷直热制冷系统及控制方法。

背景技术：

1、随着动力电池技术在不断更新，动力电池需求量也在不断上升，在需求量大的情况下也需保证动力电池的高效性和安全性，因此通过检测动力电池的各项性能来评估动力电池的高能化与安全化是非常重要的。根据国内动力电池冷却散热方式情况评估，由于直冷冷却散热的特性，更适合动力电池未来技术发展。对于国内来说直冷冷却散热属于新型的散热方式术，需要进行实验进行验证，此时就需要动力电池直冷直热热管理系统检测平台模拟整车结构设计，为整车热管理控制匹配做前期调试和装车前安全性评估判定。

2、直冷直热试验台架是用于模拟动力电池热管理系统的设备，更属于新型制冷设备，为了更贴近动力电池实际的使用情况，故要求该制冷设备运行时对关键参数如制冷时需控制：阀前压力、阀前过冷度、冷板出口压力、冷板出口过热度等进行准确控制，而所控参数较多且相互影响，运行过程十分复杂。制热时需控制：冷板入口温度、冷板入口过热度等。另一方面直冷直热试验台架系统需要满足适配不同型号大小动力电池的测试。

技术实现思路

1、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检测的直冷直热制冷系统及控制方法，该系统能够通过各阀件的组合实现换热器用于冷凝器或蒸发器的切换；该方法能够满足在制冷制热时对关键参数进行控制。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、一种电池热管理检测的直冷直热制冷系统，其特征在于，包括：压缩机、第一电磁阀、第二电磁阀、第一冷凝器、第二冷凝器、第一单向阀、第二单向阀、四通阀、单向阀组、板式换热器、第三电磁阀、电池冷板；

4、其中，所述单向阀组包括第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀、第六单向阀以及第七单向阀，所述第三单向阀的出口与所述第五单向阀的出口连接形成第二连接点，所述第五单向阀的出口与所述第六单向阀的出口连接形成第三连接点，所述第六单向阀的出口第七单向阀的出口连接形成第四连接点，所述第七单向阀的出口与所述第四单向阀的出口连接形成第五连接点，所述第四单向阀的进口与所述第三单向阀的进口连接形成第六连接点；

5、所述压缩机的出口通过第一电磁阀与所述第一冷凝器的第一端连接，所述压缩机的出口还与所述第二冷凝器的第一端连接，所述压缩机的回流口与所述四通阀的第三端连接；

6、所述第一冷能器的第二端分别与所述第一单向阀的进口和所述第二单向阀的出口连接，所述第二单向阀的进口与所述单向阀组的第二连接点连接；

7、所述第二冷凝器的第二端分别与所述第一单向阀的出口和所述四通阀的第一端连接，所述四通阀的第四端与所述单向阀组的第六连接点连接，所述第一电磁阀和所述第一冷凝器之间的连接点通过第二电磁阀连接于所述单向阀组的第六连接点；

8、其中，所述四通阀在关闭状态时，所述四通阀第一端和第四端相通，所述四通阀的第二端和第三端相通；所述四通阀在开启状态时，所述四通阀的四个端口相通；

9、其中第一冷凝器具有第一冷凝风机，第二冷凝器具有第二冷凝风机；

10、所述板式换热器的主路进口连接于所述单向阀组的第五连接点，所述板式换热器的分路出口与所述压缩机的曾晗补气口连接，所述板式换热器的主路出口与所述第三电磁阀的第一端连接，所述第三电磁阀的第二端连接于所述单向阀组的第三连接点；

11、所述电池冷板的第一端连接于所述单向阀组的第四连接点，所述电池冷板的第二端连接于所述四通阀的第二端。

12、进一步的，还包括第一膨胀阀、第二膨胀阀、第三膨胀阀、第一手动阀以及第二手动阀；所述板式换热器的分路进口通过所述第一膨胀阀与所述板式换热器的主路出口连接；所述第三电池阀的第二端分为两条支路，两条支路分别与所述第二膨胀阀的第一端和所述第三膨胀阀的第一端连接，所述第二膨胀阀的第二端和第三膨胀阀的第二端相连后，连接于所述单向阀组的第三连接点；所述电池冷板的第一端通过第一手动阀连接于所述单向阀组的第四连接点，所述电池冷板的第二端通过第二手动阀连接于所述四通阀的第二端。

13、进一步的，所述压缩机的回流口连接有第一压力传感器和第一温度传感器；所述第三电磁阀的第二端连接有第二压力传感器和第二温度传感器；所述电池冷板的第一端连接有第三压力传感器和第三温度传感器；所述电池冷板的第二端连接有第四压力传感器和第四温度传感器。

14、一种直冷直热制冷系统的控制方法，采用上述直冷直热制冷系统，其特征在于，包括：

15、电池冷板制冷模式：运行压缩机，开启第一电池阀并关闭第二电磁阀，四通阀处于关闭状态，压缩机将制冷剂流向第一冷凝器和第二冷凝器，制冷剂通过第一冷凝器和第二冷凝器汇合后流入四通阀的第一端，进而从四通阀的第四端流向第四单向阀，制冷剂进一步流入板式换热器的主路进口进行过冷，由板式换热器流出的制冷剂通过板式换热器自身的支路分出部分制冷剂，支路分出的制冷剂通过板式换热器蒸发后从板式换热器的支路出口流回压缩机的曾晗补气口；开启第三电磁阀和第一手动阀，部分制冷剂通过板式换热器主路出口流向第二膨胀阀和/或第三膨胀阀，由于第四连接点的压力小于第二连接点的压力，故经过第二膨胀阀和/或第三膨胀阀节流后的制冷剂流向第六单向阀，制冷剂流经第六单向阀的制冷剂通过第一手动阀流入电池冷板中；开启第二手动阀，制冷剂在待测动力的电池冷板中蒸发后经过第二手动阀回流至四通阀的第二端，进而经过四通阀的第二端回流至压缩机的回流口，完成制冷循环；

16、电池冷板制热模式：启动压缩机，关闭第一电磁阀，四通阀处于开启状态，压缩机将制冷剂经过第二冷凝器进入四通阀，制冷剂从四通阀的第二端经过第二手动阀，进入电池冷板内，制冷剂进一步从电池冷板的第一端流入单向阀组的第四连接点，进过第七单向阀流入板式换热器的主路进口；关闭第一膨胀阀，开启第三电磁阀，制冷剂从板式换热器的主路出口，经过第三电磁阀，进而经过第二膨胀阀和/或第三膨胀阀后，流入单向阀组的第三连接点，由于单向阀组中第四连接点的压力大于第三连接点的压力，制冷剂进一步经过第五单向阀和第二单向阀流入第一冷凝器，制冷剂进一步通过第二电磁阀流入四通阀的第一端，由于单向阀组第五连接点的压力大于第六连接点的压力，故制冷剂进一步从四通阀的第三端回流至压缩机的回流口，完成制热循环。

17、在所述电池冷板制冷模式下，对所述系统进行如下配置：

18、第一电磁阀与(p阀-p阀s)建立调节关系，(p阀-p阀s)为第二压力传感器的阀前压力p阀与预设压力p阀s的差值，基于目标系数-3bar，控制第一电磁阀的启闭；

19、第一冷凝风机与(p阀-p阀s)建立pid调节关系，基于(p阀-p阀s)的控制精度系数δ1，控制第一冷凝风机的转速；第二冷凝风机的转速按第一冷凝风机的转速运行；

20、第一膨胀阀与(δt冷-δt冷s)建立pid调节关系，δt冷为实际阀前过冷度，δt冷s为阀前预设过冷度，δt冷由第二压力传感器的阀前压力p阀对应的饱和温度与第二温度传感器的阀前温度的差值获得，基于(δt冷-δt冷s)的控制精度系数δ2，控制第一膨胀阀的开度；

21、第二膨胀阀与第三膨胀阀的开启选择与p阀s建立调节关系，基于目标系数4.5bar，选择第二膨胀阀或第三膨胀阀开启；

22、第二膨胀阀与(δt热-δt热s)建立pid调节关系，δt热为电池冷板出口实际过热度，δt热s为电池冷板出口预设过热度，δt热由第四温度传感器的冷板出口温度t冷出与电池冷板出口的第四压力传感器的冷板出口压力对应的饱和温度的差值获得，基于(δt热-δt热s)的控制精度系数δ3，控制第二膨胀阀的开度；第三膨胀阀的开度控制与第二膨胀阀的开度控制相同；

23、压缩机与(p冷出-p冷出s)建立pid调节关系，(p冷出-p冷出s)为第四压力传感器的电池冷板出口压力与冷板出口预设压力的差值，δ4为(p冷出-p冷出s)的控制精度系数，压缩机的转速为控制量。

24、在所述电池冷板制热模式下，对所述系统进行如下配置：

25、压缩机与(p热入-p热入目标)建立pid调节关系，(p热入-p热入目标)为第四压力传感器的电池冷板入口压力p热入与第四压力传感器的电池冷板入口目标压力p热入目标的差值，基于(p热入-p热入目标)的控制精度系数δ5，控制压缩机的转速；

26、第二冷凝风机与(t热入-t热入s)建立pid调节关系，(t热入-t热入s)为第四温度传感器的电池冷板入口温度与第四传感器的电池冷板入口设定温度的差值，基于(t热入-t热入s)的控制精度系数δ6，控制第二冷凝风机的转速；

27、第一冷凝风机与(δt吸-δt吸目标)建立pid调节关系，δt吸为压缩机回流口的压缩机吸气过热度，δt吸目标为压缩机回流口的压缩机吸气目标过热度，δt吸由第一温度传感器的压缩机吸气温度与第一压力传感器的压缩机吸气压力对应下的饱和温度的差值，基于(δt吸-δt吸目标)的控制精度系数δ7，控制第一冷凝风机的转速。

28、本发明具有如下有益效果：

29、1、本发明电池热管理检测的直冷直热制冷系统，通过设置四通阀、第一电磁阀和第二电磁阀的启闭，以实现系统电池冷板制冷模式和制热模式的切换，在切换过程中通过电磁阀控制冷凝器的冷凝参与数量，以使换热面积大小得以调节，同时配合单向阀组，以控制制冷剂在板式换热器、电池冷板、第一冷凝器之间的流通顺序，以使电池冷板制冷或制热模式的切换更加智能，则需要单个板式换热器既可以实现制冷制热模式切换。相比于现有技术采用多个换热器单独实现制冷或制热模式的方式，本发明的制冷系统具有制冷制热模式切换智能、高效的优点。

30、2、本发明的直冷直热制冷系统的控制方法，在电池冷板制冷制热模式下，能够通过对应的温度传感器和压力传感，检测相应的阀前实际温度、阀前实际压力，阀前过冷度、阀前过热度、冷板出口压力、冷板出口过热度、冷板入口温度，冷奔入口过热度的相应参数，并且通过建立相应的调节关系，以便于控制在制冷或制热模式下相应压缩机转速、第一冷凝风机转速、第二冷凝风机转速、第一膨胀阀开度、第二膨胀阀开度、第三膨胀阀开度，进而满足直冷直热试验台架在制冷制热时对关键参数进行控制，进而用于实现板式换热器用于冷凝器和蒸发器的切换，因此具有制冷制热模式切换高效、运行稳定、节约成本的有益效果。