[发明专利]电动汽车动力电池液冷系统实时制冷量计算方法及其控制

说明书

本发明公开了电动汽车动力电池液冷系统实时制冷量计算方法及其控制，通过公式(1)和(2)计算电池制冷系统当前t时刻所需的制冷量，然后根据压缩机转速与制冷量之间的对应关系调节压缩机转速，达到当前t时刻电池所需该制冷量。本发明提出的液冷系统的制冷量方法实际考虑了电池的温度、发热功率、电池荷电状态SOC、衰退等因素，得到的制冷量相比传统方法具有更好地适应性，将显著增强液冷系统的温控能力。本发明的制冷控制系统可根据电动汽车行驶过程中电池热负荷的动态变化自动调节制冷量，使得液冷系统在满足电池散热需求的情况下以最小功率运行，将显著降低液冷系统的能耗，从而提高电动汽车的续航里程。

技术领域

本发明属于电动汽车动力电池热管理技术领域，涉及一种电动汽车动力电池液冷系统实时制冷量计算方法及其控制。

背景技术

目前，锂离子电池由于其在比能量、寿命、成本等方面的优异性能而成为电动汽车最为常用的储能元件，但其性能指标受温度影响较大。温度过低，锂离子电池易出现充电析锂和容量(或功率)缩水等现象；温度过高，锂离子电池内部的衰退过程将明显加快，同时还易引发热失控等安全问题。因此，对电动汽车动力锂离子电池服役过程中的温度应进行严格控制，通常锂离子电池的最佳运行温度范围为15～35℃，适宜运行温度范围为10～40℃。

电动汽车动力电池常见的冷却方法主要包括风冷系统、液冷系统和直冷系统。液冷系统由于其具有换热效率高、制冷量大、结构紧凑、技术成熟度高等方面的优点，已成为当前电动汽车动力电池冷却的主流技术选择。目前，基于液冷技术的电动汽车动力电池典型液冷系统如图1所示。当电动汽车采用上述液冷系统进行电池冷却时，液冷系统和制冷系统的启停通常基于电池管理系统采集到的电池温度进行控制。

也存在少部分的电动汽车对其冷却系统的制冷量进行实时控制，但其制冷量的控制思路是：利用电池温度或电池温升速率，对液冷系统中的压缩机转速或节流阀开度或循环泵转速进行控制，从而实现对液冷系统制冷效果的实时控制，以适应电动汽车动力电池散热负荷的动态变化。在电动汽车实际行驶过程中，利用上述控制方法进行液冷系统实时控制时，存在液冷系统制冷效果与电池散热负荷之间的适应性较差的缺陷。图2给出了液冷系统制冷效果控制过程中常见的4个工况点(1-A、2-A、1-B和2-B)，其中曲线1的升温速率小于曲线2的升温速率，A点的电池剩余电量高于B点的电池剩余电量。根据经验，显然上述4个工况点所需要的制冷量各不相同。当利用电池温度进行液冷系统制冷效果控制时，将不能区分上述4个工况点散热需求的差异；当利用电池温升速率进行液冷系统制冷量控制，将不能区分A点和B点散热需求的差异。

因此，上述方法将带来以下问题：①液冷系统制冷量可能过大，引起液冷系统频繁启停，从而影响压缩机、节流阀和循环泵的使用寿命，同时冷却液流量过大将增大冷却液泄漏等风险；过大的制冷量增大了系统能耗，从而降低电动汽车的续航能力。②液冷系统制冷量可能过小，引起电池降温不及时而易出现“电池过热”问题，进一步降低电池的性能指标(如：寿命、容量等)，增大了电动汽车发生“热安全”事故的风险。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种电动汽车动力电池液冷系统实时制冷量计算方法及其控制，克服现有技术制冷量计算不准确而引起的电动汽车液冷系统实时控制与电池散热负荷之间适应性较差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种电动汽车动力电池液冷系统实时制冷量计算方法，通过公式(1)和(2)计算电池制冷系统当前t时刻所需的制冷量

其中，为当前t时刻电池散热所需的制冷量，单位为W；

T_{cool_out}(t)为当前t时刻液冷板出口处冷却液体的温度，单位为K；