[發明專利]電動汽車動力電池液冷系統實時制冷量計算方法及其控制

有效

• 申請號: 202010027160.0
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111244568B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 楊乃興;王萌;呂鑫;王娟;付永紅;許世維
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/625;H01M10/633;H01M10/6568;G01K13/00;G01R27/26;G01R31/387;G01R31/389
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李婷;金艷婷

本發明公開了電動汽車動力電池液冷系統實時制冷量計算方法及其控制，通過公式(1)和(2)計算電池制冷系統當前t時刻所需的制冷量，然后根據壓縮機轉速與制冷量之間的對應關系調節壓縮機轉速，達到當前t時刻電池所需該制冷量。本發明提出的液冷系統的制冷量方法實際考慮了電池的溫度、發熱功率、電池荷電狀態SOC、衰退等因素，得到的制冷量相比傳統方法具有更好地適應性，將顯著增強液冷系統的溫控能力。本發明的制冷控制系統可根據電動汽車行駛過程中電池熱負荷的動態變化自動調節制冷量，使得液冷系統在滿足電池散熱需求的情況下以最小功率運行，將顯著降低液冷系統的能耗，從而提高電動汽車的續航里程。

技術領域

本發明屬于電動汽車動力電池熱管理技術領域，涉及一種電動汽車動力電池液冷系統實時制冷量計算方法及其控制。

背景技術

目前，鋰離子電池由于其在比能量、壽命、成本等方面的優異性能而成為電動汽車最為常用的儲能元件，但其性能指標受溫度影響較大。溫度過低，鋰離子電池易出現充電析鋰和容量(或功率)縮水等現象；溫度過高，鋰離子電池內部的衰退過程將明顯加快，同時還易引發熱失控等安全問題。因此，對電動汽車動力鋰離子電池服役過程中的溫度應進行嚴格控制，通常鋰離子電池的最佳運行溫度范圍為15～35℃，適宜運行溫度范圍為10～40℃。

電動汽車動力電池常見的冷卻方法主要包括風冷系統、液冷系統和直冷系統。液冷系統由于其具有換熱效率高、制冷量大、結構緊湊、技術成熟度高等方面的優點，已成為當前電動汽車動力電池冷卻的主流技術選擇。目前，基于液冷技術的電動汽車動力電池典型液冷系統如圖1所示。當電動汽車采用上述液冷系統進行電池冷卻時，液冷系統和制冷系統的啟停通常基于電池管理系統采集到的電池溫度進行控制。

也存在少部分的電動汽車對其冷卻系統的制冷量進行實時控制，但其制冷量的控制思路是：利用電池溫度或電池溫升速率，對液冷系統中的壓縮機轉速或節流閥開度或循環泵轉速進行控制，從而實現對液冷系統制冷效果的實時控制，以適應電動汽車動力電池散熱負荷的動態變化。在電動汽車實際行駛過程中，利用上述控制方法進行液冷系統實時控制時，存在液冷系統制冷效果與電池散熱負荷之間的適應性較差的缺陷。圖2給出了液冷系統制冷效果控制過程中常見的4個工況點(1-A、2-A、1-B和2-B)，其中曲線1的升溫速率小于曲線2的升溫速率，A點的電池剩余電量高于B點的電池剩余電量。根據經驗，顯然上述4個工況點所需要的制冷量各不相同。當利用電池溫度進行液冷系統制冷效果控制時，將不能區分上述4個工況點散熱需求的差異；當利用電池溫升速率進行液冷系統制冷量控制，將不能區分A點和B點散熱需求的差異。

因此，上述方法將帶來以下問題：①液冷系統制冷量可能過大，引起液冷系統頻繁啟停，從而影響壓縮機、節流閥和循環泵的使用壽命，同時冷卻液流量過大將增大冷卻液泄漏等風險；過大的制冷量增大了系統能耗，從而降低電動汽車的續航能力。②液冷系統制冷量可能過小，引起電池降溫不及時而易出現“電池過熱”問題，進一步降低電池的性能指標(如：壽命、容量等)，增大了電動汽車發生“熱安全”事故的風險。

發明內容

為解決現有技術中存在的不足，本發明提供了一種電動汽車動力電池液冷系統實時制冷量計算方法及其控制，克服現有技術制冷量計算不準確而引起的電動汽車液冷系統實時控制與電池散熱負荷之間適應性較差的問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案予以實現：

一種電動汽車動力電池液冷系統實時制冷量計算方法，通過公式(1)和(2)計算電池制冷系統當前t時刻所需的制冷量

其中，為當前t時刻電池散熱所需的制冷量，單位為W；

T_{cool_out}(t)為當前t時刻液冷板出口處冷卻液體的溫度，單位為K；