專(zhuān)利名稱(chēng)：水冷式電池冷卻的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷卻技術(shù)，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及對(duì)電池的水冷技術(shù)。
背景技術(shù)：
電池裝置通常包括一個(gè)或多個(gè)電池模塊，每個(gè)電池模塊具有多個(gè)電池單元。這多個(gè)電池單元重疊地設(shè)置在一行或者多行中。電池模塊的電池單元相互串聯(lián)地和/或并聯(lián)地電連接，從而能夠?yàn)殡妱?dòng)機(jī)提供足夠的動(dòng)力。電池在工作時(shí)可能會(huì)達(dá)到很高的溫度，需要對(duì)它們進(jìn)行冷卻。否則如果不能夠高效并可靠地保證足夠的冷卻，就可能發(fā)生故障，影響安全并縮短電池壽命。針對(duì)電池的冷卻問(wèn)題,不同文獻(xiàn)中已經(jīng)披露了一些解決方案,例如一件中國(guó)專(zhuān)利(CN201010149721. O)中公開(kāi)了一種帶液體冷卻系統(tǒng)的車(chē)用電池系統(tǒng)，包括液體冷卻系統(tǒng)和電池包，液體冷卻系統(tǒng)包括液體循環(huán)管路、導(dǎo)熱板，液體循環(huán)管路和導(dǎo)熱板四周包圍固定電池包，導(dǎo)熱板的端部固定于液體循環(huán)管路中、并用于實(shí)現(xiàn)電池包的熱量與液體循環(huán)管路的熱量交換。另一件中國(guó)專(zhuān)利(CN201010266526. 6)中公開(kāi)了一種用于燃料電池汽車(chē)的冷卻系
統(tǒng)，包括堆疊式散熱器；電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)散熱器，該電動(dòng)傳熱系統(tǒng)散熱器串聯(lián)布置在所述堆疊式散熱器的側(cè)面；空調(diào)冷凝器，該空調(diào)冷凝器布置在堆疊式散熱器的前方，以罩住該堆疊式散熱器而不罩住電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)散熱器；以及多個(gè)冷卻扇，冷卻扇設(shè)置在串聯(lián)布置的堆疊式散熱器和電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)散熱器的后方。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種電池冷卻系統(tǒng)的控制方法，所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻劑回路和制冷劑回路，所述方法包括冷卻劑回路控制步驟和制冷劑回路控制步驟，其中，所述冷卻劑回路控制步驟包括監(jiān)測(cè)電池溫度；在所述電池溫度超過(guò)第一溫度時(shí)啟動(dòng)冷卻劑回路對(duì)所述電池降溫；以及在所述電池溫度低于第二溫度時(shí)關(guān)閉冷卻劑回路，所述制冷劑回路控制步驟包括監(jiān)測(cè)電池芯體最高溫度；在所述電池芯體最高溫度超過(guò)第三溫度時(shí)啟動(dòng)制冷劑回路對(duì)所述冷卻劑降溫；以及在所述電池芯體最高溫度低于第四溫度時(shí)關(guān)閉制冷劑回路。根據(jù)本發(fā)明的控制方法，其中第一溫度是31°C，第二溫度是26°C，第三溫度是32. 5 °C，以及第四溫度是28 °C。根據(jù)本發(fā)明的控制方法，其中所述制冷劑回路控制步驟還包括監(jiān)測(cè)所述冷卻劑溫度；以及以第五溫度為控制目標(biāo)來(lái)控制進(jìn)入電池區(qū)域處的冷卻劑的溫度。根據(jù)本發(fā)明的控制方法，其中所述第五溫度為10°C。根據(jù)本發(fā)明的控制方法，其中所述第五溫度根據(jù)電池溫度控制目標(biāo)和電池芯體最高溫度之間的溫差而確定。根據(jù)本發(fā)明的控制方法，其中通過(guò)調(diào)整壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻劑的溫度控制目標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的控制方法，其中所述冷卻劑回路同時(shí)對(duì)車(chē)廂進(jìn)行冷卻。根據(jù)本發(fā)明的控制方法，其中冷卻劑回路包括順序連接并形成回路的冷卻器、冷卻劑感應(yīng)器、電池和電動(dòng)泵。根據(jù)本發(fā)明的控制方法，其中制冷劑回路包括順序連接并形成回路的冷卻器、電動(dòng)壓縮機(jī)、冷凝器和閥門(mén)，以及冷凝器旁的PWM散熱風(fēng)扇。


通過(guò)閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明并參考附圖，可以對(duì)本發(fā)明有一個(gè)更全面的了解。附圖中圖1示出了一種電池冷卻系統(tǒng)；圖2示出了電池冷卻系統(tǒng)的一種控制流程；圖3示出了電池冷卻系統(tǒng)的另一種控制流程；圖4示出了電池溫·度與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線。
具體實(shí)施例方式圖1中，標(biāo)記101表示冷凝器，102表示制冷劑回路，103表示閥門(mén)，例如帶有關(guān)閉閥的熱力膨脹閥(TXV with shut off valve), 104表示車(chē)廂蒸發(fā)器,105表示冷卻器蒸發(fā)器(chiller evaporator), 106表示電動(dòng)壓縮機(jī)，107表示PWM散熱風(fēng)扇，108表示電動(dòng)泵，109表示冷卻劑感應(yīng)器,110表示電池，111表示冷卻劑回路。從圖1可以看出，冷卻劑回路由電池、冷卻劑感應(yīng)器、電動(dòng)泵和冷卻器組成。其中，冷卻劑可以是水。當(dāng)冷卻劑回路的開(kāi)動(dòng)足以降低電池溫度時(shí)，就不需要啟動(dòng)制冷劑回路。圖2示出的正是這種情況。在冷卻系統(tǒng)工作時(shí)，首先監(jiān)測(cè)電池的溫度(210)。當(dāng)其上升到某個(gè)溫度Tl，例如31°C時(shí)，打開(kāi)電動(dòng)泵，啟動(dòng)冷卻劑回路(220)，在降低到一定的溫度T2，例如26°C以下時(shí)，關(guān)閉電動(dòng)泵，即關(guān)閉冷卻劑回路(230)。因此，冷卻劑回路僅僅在電池溫度高于Tl時(shí)才被啟動(dòng)，并在溫度降到T2就停止工作。如果電池的發(fā)熱量比較大，僅僅依靠冷卻劑回路的工作不能有效地降低電池溫度，此時(shí)需要制冷劑回路的協(xié)同工作。如圖1所示，制冷劑回路可以包括冷卻器、閥門(mén)、電動(dòng)壓縮機(jī)、冷凝器以及PWM散熱風(fēng)扇。其中，制冷劑可以是冷媒Rl2或者Rl34。圖3示出了需要制冷劑協(xié)同工作的情況。與圖2相比，圖3在步驟220與230之間多了 2個(gè)步驟，即在一定的條件下啟動(dòng)制冷劑回路，以及在達(dá)到控制目標(biāo)之后關(guān)閉制冷劑回路。需要注意的是，制冷劑回路需要在冷卻劑回路啟動(dòng)之后才啟動(dòng)，并在冷卻劑回路關(guān)閉之前就要關(guān)閉。否則冷卻器蒸發(fā)器處的溫度會(huì)過(guò)低，又不能對(duì)電池進(jìn)行有效的降溫，會(huì)造成能量的浪費(fèi)。關(guān)于制冷劑回路的控制，本發(fā)明提出了一種雙目標(biāo)控制策略。其中，第一個(gè)目標(biāo)是電池溫度。如果電池芯體最高溫度超過(guò)某個(gè)溫度T3，例如32. 5 0C，則啟動(dòng)壓縮機(jī)對(duì)冷卻劑進(jìn)行降溫，從而通過(guò)冷卻劑為電池降溫。當(dāng)電池芯體最高溫度降至某個(gè)溫度T4，例如28°C，則停止壓縮機(jī)的工作。第二個(gè)目標(biāo)是冷卻劑入口溫度T5，即進(jìn)入電池區(qū)域處的冷卻劑的溫度，該溫度由圖1中示出的冷卻劑感應(yīng)器109檢測(cè)。考慮到電池降溫盤(pán)的露點(diǎn)溫度，可以將冷卻劑入口溫度的目標(biāo)設(shè)為10°C。即以將冷卻劑入口溫度控制在10°C為控制目標(biāo)。這里的10°c為粗略值，應(yīng)該理解為10°C左右，例如10±1°C。作為一種替換方案，也可以根據(jù)電池芯體最高溫度和目標(biāo)電池溫度(例如30°C )之間的溫差T6來(lái)設(shè)定目標(biāo)冷卻劑入口溫度。例如，當(dāng)T6高于5°C時(shí)，可以設(shè)定目標(biāo)冷卻劑入口溫度T5設(shè)為5°C，從而加速降溫過(guò)程。制冷劑回路可以屬于制熱、通風(fēng)與空調(diào)控制(HVAC)與制冷系統(tǒng)。因此，正如圖1所示，制冷劑回路承擔(dān)對(duì)車(chē)廂和冷卻器二者的冷卻任務(wù)。所以，對(duì)制冷劑回路的管理存在兩種情況(I)僅僅需要對(duì)冷卻器降溫有時(shí)并不需要對(duì)車(chē)廂進(jìn)行降溫，在這種條件下，壓縮機(jī)速度可以根據(jù)當(dāng)前電池溫度和目標(biāo)電池溫度之間的差異而定。圖4示出了壓縮機(jī)速度和電池溫度之間的關(guān)系的一種方案?？梢钥吹剑跍囟葟妮^低點(diǎn)升至T3，例如32. 5°C之前，壓縮機(jī)保持不啟動(dòng)；一旦溫度達(dá)到T3，壓縮機(jī)開(kāi)動(dòng)并保持轉(zhuǎn)速在例如1000轉(zhuǎn)每秒；之后如果溫度降低了，壓縮機(jī)保持轉(zhuǎn)速不變直至溫度降低到T4，例如28°C，然后壓縮機(jī)關(guān)機(jī)；否則，如果溫度在達(dá)到T3后并沒(méi)有因?yàn)閴嚎s機(jī)的開(kāi)啟而下降，則隨溫度的升高增加壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，直至在T0，例如35°C處最大轉(zhuǎn)速達(dá)到例如2500轉(zhuǎn)每秒的最大壓縮機(jī)速度。需要注意的是，在電池溫度為T(mén)3時(shí)，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速要保證在大多數(shù)條件下能夠降低電池溫度，而最大壓縮機(jī)速度保證在任何情況下都可以將電池溫度降低。(2)車(chē)箱和冷卻器都 需要降溫如果車(chē)箱和冷卻器同時(shí)需要降溫，此時(shí)的目標(biāo)是在將電池溫度控制在期望的范圍內(nèi)的同時(shí)將車(chē)廂蒸發(fā)器的溫度控制到期望值。如果這兩個(gè)目標(biāo)不能同時(shí)達(dá)到，則優(yōu)先降低電池的溫度而犧牲車(chē)廂的舒適度，即放棄對(duì)車(chē)廂蒸發(fā)器的溫度控制目標(biāo)。雖然附圖和前面的詳述中介紹了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案和裝置，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于具體公布的實(shí)施方案，在不偏離權(quán)利要求規(guī)定的范圍的前提下，仍然可以有多種的修改和變形。
權(quán)利要求
1.一種電池冷卻系統(tǒng)的控制方法，所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻劑回路和制冷劑回路，所述方法包括冷卻劑回路控制步驟和制冷劑回路控制步驟，其中，所述冷卻劑回路控制步驟包括監(jiān)測(cè)電池溫度；在所述電池溫度超過(guò)第一溫度時(shí)啟動(dòng)冷卻劑回路對(duì)所述電池降溫；以及在所述電池溫度低于第二溫度時(shí)關(guān)閉冷卻劑回路，所述制冷劑回路控制步驟包括監(jiān)測(cè)電池芯體最高溫度；在所述電池芯體最高溫度超過(guò)第三溫度時(shí)啟動(dòng)制冷劑回路對(duì)所述冷卻劑降溫；以及在所述電池芯體最高溫度低于第四溫度時(shí)關(guān)閉制冷劑回路。
2.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其中第一溫度是31°C，第二溫度是26°C，第三溫度是 32. 5 °C，以及第四溫度是28 °C。
3.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其中所述制冷劑回路控制步驟還包括監(jiān)測(cè)進(jìn)入電池區(qū)域處的冷卻劑溫度；以及以第五溫度為控制目標(biāo)來(lái)控制所述冷卻劑溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的控制方法，其中所述第五溫度為10°C。
5.如權(quán)利要求3所述的控制方法，其中所述第五溫度根據(jù)電池溫度控制目標(biāo)和電池芯體最高溫度之間的溫差而確定。
6.如權(quán)利要求3所述的控制方法，其中通過(guò)調(diào)整壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻劑溫度的控制目標(biāo)。
7.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其中所述冷卻劑回路同時(shí)對(duì)車(chē)廂進(jìn)行冷卻。
8.如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的控制方法，其中冷卻劑回路包括順序連接并形成回路的冷卻器、冷卻劑感應(yīng)器、電池和電動(dòng)泵。
9.如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的控制方法，其中制冷劑回路包括順序連接并形成回路的冷卻器、電動(dòng)壓縮機(jī)、冷凝器和閥門(mén)，以及冷凝器旁的PWM散熱風(fēng)扇。
10.如權(quán)利要求9所述的控制方法，其中閥門(mén)包括車(chē)廂蒸發(fā)器支路和冷卻器蒸發(fā)器支路閥門(mén)，所述控制方法包括控制車(chē)廂蒸發(fā)器支路和冷卻器蒸發(fā)器支路閥門(mén)的開(kāi)關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電池冷卻系統(tǒng)的控制方法，冷卻系統(tǒng)包括冷卻劑回路和制冷劑回路，該方法包括冷卻劑回路控制步驟和制冷劑回路控制步驟，其中，冷卻劑回路控制步驟包括監(jiān)測(cè)電池溫度；在電池溫度超過(guò)第一溫度時(shí)啟動(dòng)冷卻劑回路對(duì)電池降溫；以及在電池溫度低于第二溫度時(shí)關(guān)閉冷卻劑回路，制冷劑回路控制步驟包括監(jiān)測(cè)電池芯體最高溫度；在電池芯體最高溫度超過(guò)第三溫度時(shí)啟動(dòng)制冷劑回路對(duì)冷卻劑降溫；以及在電池芯體最高溫度低于第四溫度時(shí)關(guān)閉制冷劑回路。通過(guò)本發(fā)明可以高效地實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的降溫。
文檔編號(hào)H01M10/50GK103035974SQ201110291208
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者張良, 陳吉, 潘樂(lè)燕 申請(qǐng)人:上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司