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CN113241488B - 一种动力电池热管理系统用冷却液泵总成及其控制方法 - Google Patents

一种动力电池热管理系统用冷却液泵总成及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种动力电池热管理系统用冷却液泵总成及其控制方法，所述动力电池热管理系统用冷却液泵总成包括液体泵和加热器，通过液体泵接收冷却液，通过加热器将冷却液加热并排出。所述动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法包括以下步骤：S1：经一周期时间循环检测液体泵的输出电流；S2：将所述输出电流与一预设电流进行比较，所述预设电流为液体泵在气液混合状态下的输出电流；当所述输出电流大于所述预设电流时，返回步骤S1；当所述输出电流小于或等于所述预设电流且持续一预设时间后，进入步骤S3；S3：停止加热冷却液。本发明通过检测液体泵的输出电流识别液体泵的气液混合状态，及时停止加热器，有效可靠地防止加热器干烧。

Description

一种动力电池热管理系统用冷却液泵总成及其控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车电池热管理技术领域，尤其是涉及一种动力电池热管理系统用冷却液泵总成及其控制方法，IPC分类属于G01R19/165。
背景技术
电动汽车的热管理系统应用液体泵在冷却液循环管路中提供介质的循环流动动力，又应用加热装置在电池需要加热时启动，提高冷却液温度。现有热管理系统主要是在加热装置出水口进行液体的温度检测，从而判断加热装置的工况是否异常。但是这种方法的局限在于：出水口的温度反馈存在滞后性。在出水口温度异常时，加热装置可能已经烧毁，此时即使立刻采取保护措施也无法有效保护加热装置。
有关术语和公知常识参见国家标准GB/T 14278-1993《电子设备热设计术语》、GB/T 33925.1-2017《液体泵及其装置通用术语、定义、量、字符和单位第1部分：液体泵》和GB/T7021-2019《离心泵名词术语》、机械工业出版社1983年或1997年版的《机械工程手册》和《电机工程手册》、机械工业出版社2014年版《泵理论与技术》、中国宇航出版社2011年版《现代泵理论与技术》、中国电力出版社2008年版《泵与风机》和化学工业出版社2011年版《电动汽车动力电源系统》。
发明内容
为解决背景技术所提到的现存技术问题，本发明提供一种动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法，所述动力电池热管理系统用冷却液泵总成包括液体泵和加热器，通过液体泵接收冷却液，通过加热器将冷却液加热并排出，其特征在于，所述动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法包括以下步骤：
S1：经一周期时间循环检测液体泵的输出电流；
S2：将所述输出电流与一预设电流进行比较，所述预设电流为液体泵在气液混合状态下的输出电流；
当所述输出电流大于所述预设电流时，返回步骤S1；
当所述输出电流小于或等于所述预设电流且持续一预设时间后，进入步骤S3；
S3：停止加热冷却液。
优选地，检测液体泵的转速，按照液体泵的转速与加热器的加热功率之间的对应关系，根据液体泵的转速控制加热器的加热功率：
所述液体泵的转速处于1500至2000转之间，所述加热器的加热功率为1000W。
所述液体泵的转速处于2000至2800转之间，所述加热器的加热功率为1500W。
所述液体泵的转速处于2800至3400转之间，所述加热器的加热功率为2000W。
所述液体泵的转速处于3400至4000转之间，所述加热器的加热功率为2500W。
所述液体泵的转速处于4000至6000转之间，所述加热器的加热功率为3000W。
具体地，所述步骤S1中，所述周期时间为2ms。
具体地，所述步骤S2中，所述预设时间为200ms。
本发明还提供一种动力电池热管理系统用冷却液泵总成，还包括：与液体泵及加热器电连接的控制器；与控制器电连接，用于周期性检测液体泵的输出电流，并将所述输出电流与一预定电流进行比较的测量模块；控制器在所述输出电流小于或等于预设电流且持续一预设时间后，控制停止所述加热器。
优选地，所述测量模块还检测液体泵的转速，所述控制器按照液体泵的转速与加热器的加热功率之间的预设对应关系，控制加热器的加热功率。
本发明具有如下有益效果：
(1)通过检测液体泵的输出电流间接获知其负载运行状态，当液体泵的输出电流大于预定电流时，液体泵处于满载运行状态，加热器需持续工作以加热冷却液；当液体泵的输出电流小于或等于预定电流时，液体泵处于气液混合的负载运行状态，及时停止加热器，避免了加热器在冷却液不足时继续工作，导致部分传热面干烧的情况，防止加热器因过热而损毁。
(2)在低温条件下，冷却液的流动性减弱，此时若液体泵转速减小，冷却液的流速也会相应减小，由于冷却液的流速减小，加热器的传热面堆积气泡可能性提高，若不限制加热器的加热功率，加热器容易发生干烧。通过液体泵的转速调节加热器的加热功率，在气泡可能堆积在传热面的情况下，及时降低加热功率，有效提高加热器工作的可靠性，防止加热器干烧损坏。
(3)通过快速的周期检测液体泵的输出电流，及时检测出液体泵处于气液混合状态的时间点，有效可靠地对加热器干烧工况进行响应。
(4)在输出电流小于或等于预设电流的基础上，增加一持续时间的条件，可避免加热器在液体泵正常运行时误停止，提高了加热器干烧工况识别的可靠性。
附图说明
图1是本发明提供的动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法中加热器是否工作的判断流程示意图；
图2是本发明提供的动力电池热管理系统用冷却液泵总成的电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明实施例提供了一种动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法，应用于动力电池热管理系统中，所述动力电池热管理系统用冷却液泵总成包括液体泵和加热器，通过液体泵接收冷却液，通过加热器将冷却液加热并排出。
所述动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法包括以下步骤：
S1：检测液体泵的输出电流。
液体泵由一三相电机驱动，液体泵的输出电流即三相电机的相电流。液体泵负载的变化会导致三相电机的相电流的变化，因此三相电机的相电流可以间接反映液体泵的负载状态。
S2：将所述输出电流与一预设电流进行比较，所述预设电流为液体泵在气液混合状态下的输出电流。
液体泵在满载运行时，加热器接收到的冷却液不会混杂空气，加热器的传热面与冷却液充分接触，不会发生干烧的情况。液体泵在运行阶段，冷却液由于管道漏液、冷却液挥发、冷却液补充等情况，导致混杂了一定的气体，此时液体泵处于气液混合的负载运行状态。加热器因此接收到的冷却液混杂气体，加热器的部分传热面与混杂的气体接触，发生干烧，该部分传热面的温度异常升高，会损毁加热器。
为获得液体泵的输出电流和液体泵负载状态的对应关系，确定预设电流的取值，本申请的发明人对液体泵在12V额定电压下的负载运行进行了测试。测试结果表明：液体泵在满载运行时，其输出电流维持在相对较高的水平；液体泵在气液混合的负载运行状态下，输出电流相较于液体泵满载运行时存在一定水平的下降。发明人根据某型号产品测试结果，选定该型号产品的预设电流为4A，即液体泵在气液混合的负载运行状态下，其输出电流为4A。
当所述输出电流大于所述预设电流时，返回步骤S1。
若当前液体泵的输出电流大于4A，则判断液体泵处于满载运行状态，冷却液的排量没有减少，需持续对冷却液进行加热，因此返回步骤S1循环监测，以持续检测液体泵的输出电流，监测液体泵的负载状态。
当所述输出电流小于或等于所述预设电流时，进入步骤S3；
若当前液体泵的输出电流小于或等于4A，则判断液体泵处于气液混合的负载运行状态，冷却液的排量减少，不需要继续对冷却液进行加热，
S3：停止加热冷却液，即加热器停止工作。
本发明实施例提供的动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法，通过检测液体泵的输出电流间接获知其负载运行状态，当液体泵的输出电流大于预定电流时，液体泵处于满载运行状态，加热器需持续工作以加热冷却液；当液体泵的输出电流小于或等于预定电流时，液体泵处于气液混合的负载运行状态，及时控制关闭加热器，避免了加热器在冷却液不足时继续工作，导致部分传热面干烧的情况，防止加热器因过热而损毁。
经发明人长期研究发现，低速大功率加热时，冷却液温度上升速率大，会导致气泡产生增多，加热器发生干烧的几率增大。在电动汽车的热管理系统中，在低温条件下，冷却液的流动性减弱，此时若液体泵转速减小，冷却液的流速也会相应减小。在该情况下，加热器的传热面堆积气泡可能性提高，若不限制加热器的加热功率，加热器容易发生干烧。
为了解决加热器在冷却液的流速变化时干烧的问题，本申请的发明人对液体泵的转速与加热器的加热功率之间的对应关系进行了测试。发明人以液体泵满载运行，冷却液的温度﹣40℃作为初始条件，调节液体泵的转速以及加热器的加热功率，直至加热器的传热面温度到达所设定的最高温度150℃，若加热器的传热面无气泡堆积，则判断加热器的可靠性合格。
实验结果如下表所示：
Figure BDA0003051199910000031
Figure BDA0003051199910000041
根据以上实验结果，得出液体泵的转速与加热器的加热功率之间的优选对应关系，见下表：
Figure BDA0003051199910000042
Figure BDA0003051199910000051
因此本发明提供的动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法，为防止加热器在工作时发生干烧，有优化设计实施例之一，其步骤为：检测液体泵的转速，根据当前转速所属的转速区间，按照以上液体泵的转速与加热器的加热功率之间的优选对应关系，控制加热器以所对应的加热功率工作。本优化设计实施例通过液体泵的转速调节加热器的加热功率，有效提高加热器工作的可靠性，防止加热器干烧损坏。
为了提高对加热器干烧工况的响应速度，本发明提供的动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法有优化设计实施例之二，步骤S1中，经一周期时间检测液体泵的输出电流，所述周期时间设定为2ms。通过快速的周期检测液体泵的输出电流，及时检测出液体泵处于气液混合状态的时间点，有效可靠地对加热器干烧工况进行响应。
为了减小对加热器干烧工况的识别误差，发明提供的动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法有优化设计实施例之三，步骤S2中，当所述输出电流小于或等于所述预设电流且持续一预设时间后，进入步骤S3；所述预设时间设定为200ms。液体泵在运行过程中，有可能受电磁干扰等因素影响，导致输出电流出现瞬间的下降。在输出电流小于或等于预设电流的基础上，增加一持续时间的条件，可避免加热器在液体泵正常运行时误停止，提高了加热器干烧工况识别的可靠性。
本发明还提供一种动力电池热管理系统用冷却液泵总成，还包括：与动力电池热管理系统通信连接的通讯模块；与通讯模块、液体泵及加热器电连接的控制器；与控制器电连接，用于周期性检测液体泵的输出电流，并将所述输出电流与一预定电流进行比较的测量模块；控制器在所述输出电流小于或等于预设电流且持续一预设时间后，控制关闭所述加热器。
优选地，所述测量模块还检测液体泵的转速，所述控制器按照液体泵的转速与加热器的加热功率之间的预设对应关系，控制加热器的加热功率。
尽管上文已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法，所述动力电池热管理系统用冷却液泵总成包括液体泵和加热器，通过所述液体泵接收冷却液，通过所述加热器将冷却液加热并排出，其特征在于，所述动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法包括以下步骤：
S1：经一周期时间循环检测所述液体泵的输出电流；
S2：将所述输出电流与一预设电流进行比较，所述预设电流为所述液体泵在气液混合状态下的输出电流；
当所述输出电流大于所述预设电流时，返回步骤S1；
当所述输出电流小于或等于所述预设电流且持续一预设时间后，进入步骤S3；
S3：停止加热冷却液；
所述动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法还包括：检测液体泵的转速，根据所述转速所属的预设转速区间，按照所述预设转速区间与加热器的加热功率之间的预设对应关系，控制加热器以对应的加热功率工作。
2.根据权利要求1所述的动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法，其特征在于，还包括根据所述液体泵的转速控制所述加热器的加热功率，当所述液体泵的转速处于1500至2000转之间时，所述加热器的加热功率为1000W。
3.根据权利要求1所述的动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法，其特征在于，还包括根据所述液体泵的转速控制所述加热器的加热功率，当所述液体泵的转速处于2000至2800转之间时，所述加热器的加热功率为1500W。
4.根据权利要求1所述的动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法，其特征在于，还包括根据所述液体泵的转速控制所述加热器的加热功率，当所述液体泵的转速处于2800至3400转之间时，所述加热器的加热功率为2000W。
5.根据权利要求1所述的动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法，其特征在于，还包括根据所述液体泵的转速控制所述加热器的加热功率，当所述液体泵的转速处于3400至4000转之间时，所述加热器的加热功率为2500W。
6.根据权利要求1所述的动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法，其特征在于，还包括根据所述液体泵的转速控制所述加热器的加热功率，当所述液体泵的转速处于4000至6000转之间时，所述加热器的加热功率为3000W。
7.根据权利要求1所述的动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述周期时间为2ms。
8.根据权利要求1所述的动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述预设时间为200ms。
9.一种动力电池热管理系统用冷却液泵总成，应用包括权利要求1至8中任一项所述的动力电池热管理系统用冷却液泵总成的控制方法，其特征在于，包括：
与液体泵及加热器电连接的控制器；
与控制器电连接，用于周期性检测液体泵的输出电流，并将所述输出电流与一预定电流进行比较的测量模块；
控制器在所述输出电流小于或等于预设电流且持续一预设时间后，控制关闭加热器；所述测量模块还检测液体泵的转速，所述控制器按照液体泵的转速与加热器的加热功率之间的预设对应关系，控制加热器的加热功率。
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