发明内容
本发明的发明目的在于:为了解决现有技术中所存在的问题,本发明提供了动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统及控制方法。
为了解决现有技术中所存在的问题,本发明采用以下技术方案:
动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统,包括有通过管道依次串联设置的压缩机、油气分离器、冷凝器组、储液器、干燥过滤器、板换换热器组、电池包直冷板、气液分离器、真空泵、多个阀体和控制系统;
所述控制系统分别与多个所述阀体电连接,所述控制系统用于切换多个所述阀体的开闭,多个所述阀体包括有多个电磁阀、多个截止阀、多个单向阀和多个节流阀;
所述动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统包括有直冷系统和直热系统,通过阀体开闭切换所述直冷系统和直热系统。
作为本发明动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统的技术方案的一种改进,所述气液分离器、所述压缩机和所述油气分离器依次连接,所述油气分离器的出口连接冷凝器组的入口,所述冷凝器组包括有并联设置的第一冷凝器和第二冷凝器,所述冷凝器组的出口连接所述储液器的入口,且所述储液器的出口与干燥过滤器的入口相连接;所述干燥过滤器的出口与板换换热器组的相连接,所述板换换热器组包括有串联设置的第一板换换热器和第二板换换热器,所述第二板换换热器的入口与所述电池包直冷板的入口相连,所述电池包直冷板的出口与所述气液分离器的入口连接;
所述冷凝器组的出口还与所述电池包直冷板的进口和出口连接,所述油气分离器的出口与气液分离器的入口相连接,且所述油气分离器的回油口与所述压缩机的进口连接;
所述第一板换换热器的第一出液口与所述第二板换换热器的第一进气口连接,所述第一板换换热器的第二出气口与所述气液分离器的进口连接;
所述第一板换换热器的第一出液口与所述第二板换换热器的冷媒进口连接,所述第二板换换热器的冷媒出口与所述气液分离器的进口连接;
所述电池包直冷板与所述真空泵相连接;所述第二板换换热器的出水口与水箱的进口连接,所述水箱的出口与所述水泵的进口连接。
作为本发明动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统的技术方案的一种改进,所述直冷系统包括有依次通过管道连接的所述电池包直冷板、第二截止阀、第一电磁阀、第一单向阀、所述气液分离器、所述压缩机、所述油气分离器、冷凝器组、第四电磁阀、所述储液器、所述干燥过滤器、所述视液镜、所述第一板换换热器、第五节流阀、第四单向阀、第一截止阀,并连接回到所述电池包直冷板。
作为本发明动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统的技术方案的一种改进,所述第一单向阀和所述气液分离器之间连接有第一分支管道,所述第一分支管道的一端连通在所述第一单向阀和所述气液分离器之间的管道上,另一端连通在所述储液器和所述干燥过滤器之间的管道上,且所述第一分支管道还设置有第三节流阀,所述第三节流阀可按需打开或关闭。
作为本发明动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统的技术方案的一种改进,所述冷凝器组与所述油气分离器之间连接有第二分支管道,所述第二分支管道的一端连通在所述冷凝器组和所述油气分离器之间的管道上,所述第二分支管道的另一端连通在所述气液分离器和所述第一单向阀之间的管道上,所述第二分支管道上设置有可按需打开或关闭的第一节流阀。
作为本发明动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统的技术方案的一种改进,所述直热系统包括有所述电池包直冷板、第一截止阀、第六电磁阀、第三单向阀、所述储液器、所述干燥过滤器、所述视液镜、所述第一板换换热器、第四节流阀、第五电磁阀、第二板换换热器、所述气液分离器、所述压缩机、所述油气分离器、所述冷凝器组、第四电磁阀、第二截止阀,并回到所述电池包直冷板;且所述第二板换换热器连接有带有PTC加热装置的水箱和水泵。
作为本发明动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统的技术方案的一种改进,动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统还包括有电池包直冷板抽真空系统;
所述电池包直冷板抽真空系统包括有依次连接的第二截止阀、所述电池包直冷板和第一截止阀,所述电池包直冷板和所述第一截止阀之间的管道连接有第七电磁阀、第五单向阀和真空泵。
动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统的控制方法,使用如上述的动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统;多个所述阀体包括有多个电磁阀、多个截止阀、多个单向阀和多个节流阀;所述控制系统分别与多个所述阀体电连接,所述控制系统用于切换多个所述阀体的开闭。
本发明的有益效果:
1、在本发明中,利用冷媒直接通道电池包冷板内部,冷媒在电池直冷板内蒸发化热,换热能力显著增强,更能满足电池包快充快放散热需求,即依靠冷媒蒸发吸热、冷凝放热原理对电池包进行升温或降温;相比于液冷热管理系统,减少一次换热过程,减少一次换热热阻,具有换热速率快、效率高;
2、本发明减少了冷却液回路,系统简单,结构紧凑,极大地降低了系统成本,且无冻结风险,体系小重量轻,无冷却液泄漏风险等优点;
3、本发明配置全直流变频系统,以及多组高精度压力、温度传感器,相比于液冷热管理系统,可快速制冷、直热,控制精度更高,且能有效测试不同负荷大小的电池包和直冷板;
4、本发明具有对电池包直冷板自动抽真空功能,有利于操作使用;
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
如图1至图4所示,动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统,包括有通过管道依次串联设置的压缩机10、油气分离器12、冷凝器、储液器、干燥过滤器20、板换换热器、电池包直冷板1、气液分离器9、真空泵36、多个阀体和控制系统;控制系统分别与多个阀体电连接,控制系统用于切换多个阀体的开闭。
在本发明中,利用冷媒直接通道电池包冷板内部,冷媒在电池直冷板内蒸发化热,换热能力显著增强,更能满足电池包快充快放散热需求,通过;而且,在本发明中,减少了冷却液回路,系统简单,结构紧凑,极大地降低了系统成本,且无冻结风险,体系小重量轻,无冷却液泄漏风险等优点。这样,相比于液冷热管理系统,减少一次换热过程,减少一次换热热阻,具有换热速率快、效率高。
优选的,压缩机10配置为能够实现液态制冷剂和气态制冷剂的两种状态压缩的直流变频压缩机10。
优选的,在冷凝器组的一侧设置有冷凝风机15,冷凝风机15用于对冷凝器中的气态冷媒进行冷却放热。
优选的,干燥过滤器20与板换换热器组之间的管道上设置有视液镜21。
在本发明中,控制系统可以为全直流变频系统。
在本发明的一些实施方式中,气液分离器9、压缩机10和油气分离器12依次连接,油气分离器12的出口连接冷凝器组的入口,冷凝器组包括有并联设置的第一冷凝器14和第二冷凝器16,冷凝器组的出口连接储液器19的入口,且储液器19的出口与干燥过滤器20的入口相连接;干燥过滤器20的出口与板换换热器组的相连接,板换换热器组包括有串联设置的第一板换换热器22和第二板换换热器28,第二板换换热器28的出口与电池包直冷板1的入口相连,电池包直冷板1的出口与气液分离器9的入口连接;
冷凝器组的出口还与电池包直冷板1的进口和出口连接,油气分离器12的出口与气液分离器9的入口相连接,且油气分离器12的回油口与压缩机10的进口连接;
第一板换换热器22的第一出液口与第二板换换热器28的第一进气液口连接,第一板换换热器22的第二出气口与气液分离器9的进口连接;
第一板换换热器22的第一出液口与第二板换换热器28的冷媒进口连接,第二板换换热器28的冷媒出口与气液分离器9的进口连接;
电池包直冷板1与真空泵36相连接;第二板换换热器28的出水口与水箱5的进口连接,水箱5的出口与水泵6的进口连接。
优选的,水箱5里设置有加热装置,基于PTC电加热的特点,PTC发热体,又叫PTC加热器4,是一种电加热设备,其核心发热体是PTC陶瓷发热元件与铝管组成。该类型的PTC加热器4具有热阻小、换热效率高的优点,是一种自动恒温、省电的电加热器。其安全性能突出,任何应用情况下均不会产生如电热管类加热器的表面“发红”现象,从而引起烫伤、火灾等安全隐患。在本发明中,加热装置以PTC电加热为优。
在本发明的一些实施方式中,多个阀体包括有多个电磁阀、多个截止阀、多个单向阀和多个节流阀。
其中,电池包直冷板1与气液分离器9之间的管道上设置有第一电磁阀7;压缩机10与冷凝器组之间的管道上设置有第二电磁阀13;冷凝器组与电池包直冷板1的管道上设置有第三电磁阀17;冷凝器组与储液器19之间的管道上设置有第四电磁阀18,第一板换换热器22与第二板换换热器28之间的管道上设置有第五电磁阀29;储液器19与电池包直冷板1之间的管道上设置有第六电磁阀32;电池包直冷板1与真空泵36之间的管道上设置有第七电磁阀35。
第一板换换热器22与电池包直冷板1之间的管道上设置有第一截止阀2;电池包直冷板1与气液分离器9之间的管道上设置有第二截止阀3。
电池包直冷板1与气液分离器9之间的管道上设置有第一单向阀8;第二板换换热器28与气液分离器9之间的管道上设置有第二单向阀27;电池包直冷板1与储液器19之间的管道上设置有第三单向阀30;第一板换换热器22与电池包直冷板1之间的管道上设置有第四单向阀31;电池包直冷板1与真空泵36之间的管道上设置有第五单向阀34。
油气分离器12的出口与压缩机10的进口之间的管道上设置有第一节流阀11;第一板换换热器22的第一出液口与第一板换换热器22的第一进气液口之间的管道上设置有第二节流阀23;储液器19的出口与气液分离器9的进口之间的管道上设置有第三节流阀24;第一板换换热器22与电池包直冷板1之间的管道上设置有第四节流阀25和第五节流阀26,第四节流阀25和第五节流阀26串联连接。
优选的,在本发明中,基于双向节流阀的特点,节流阀均为双向节流阀,其中,双向节流阀的特点为双向节流阀是一种可以实现双向流量控制的阀门,它可以控制流体在两个方向上的流量,双向节流阀通常由阀体、阀芯、弹簧、密封件等组成,双向节流阀的工作原理是通过调节阀芯的位置实现流量控制,当阀芯向一个方向移动时,流体的流量会减小,而当阀芯向另一个方向移动时,流体的流量会增大,双向节流阀通常具有较高的流量控制精度和较好的流体控制性能。
在本发明的一些实施方式中,动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统还包括有多个温度传感器、多个压力传感器和电子真空计33;
其中,第一板换换热器22与第四节流阀25和第五节流阀26之间的管道上、电池包直冷板1与第二截止阀3管道上、气液分离器9与压缩机10之间的管道上、压缩机10与油气分离器12之间的管道上,以及第一截止阀2与电池包直冷板1之间的管道上对应设置有温度传感器T1、T2、T3、T4和T6以及对应设置有压力传感器P1、P2、P3、P4和P6;水箱55里设置有温度传感器T5;电池包直冷板1与真空泵36之间的管道上设置有电子真空计33P5。
本发明还提供了一种动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统的控制方法,使用上述的动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统。
其中,多个阀体包括有多个电磁阀、多个截止阀、多个单向阀和多个节流阀。多个阀体包括有多个电磁阀、多个截止阀、多个单向阀和多个节流阀;控制系统分别与多个阀体电连接,控制系统用于切换多个阀体的开闭。
作为本发明的一个实施例,多个电磁阀包括有第一电磁阀7、第二电磁阀13、第三电磁阀17、第四电磁阀18、第五电磁阀29、第六电磁阀32和第七电磁阀35;多个截止阀包括有第一截止阀2和第二截止阀3;多个单向阀包括有第一单向阀8、第二单向阀27、第三单向阀30、第四单向阀31和第五单向阀34。
详细地说,直冷系统包括有依次通过管道连接的电池包直冷板、第二截止阀、第一电磁阀、第一单向阀、气液分离器、压缩机、油气分离器、冷凝器组、第四电磁阀、储液器、干燥过滤器、视液镜、第一板换换热器、第五节流阀、第四单向阀、第一截止阀,并连接回到电池包直冷板;
进一步的,第一单向阀和气液分离器之间连接有第一分支管道,第一分支管道的一端连通在第一单向阀和气液分离器之间的管道上,另一端连通在储液器和干燥过滤器之间的管道上,且第一分支管道还设置有第三节流阀,第三节流阀可按需打开或关闭。
进一步的,冷凝器组与油气分离器之间连接有第二分支管道,第二分支管道的一端连通在冷凝器组和干燥过滤器之间的管道上,第二分支管道的另一端连通在气液分离器和第一单向阀之间的管道上,第二分支管道上设置有可按需打开或关闭的第一节流阀。
当需要直冷时,控制第四电磁阀18和第一电磁阀7处于打开状态,控制第二电磁阀13根据电池包负荷大小可选择处于打开状态或关闭状态,控制第四电磁阀18、第五电磁阀29、第六电磁阀32和第五电磁阀29处于关闭状态,控制第五节流阀26处于打开状态,控制第二节流阀23根据过冷度控制需要可选择处于打开状态或关闭状态,控制第一节流阀11根据电池包直冷板1出口压力控制需要可选择处于打开状态或关闭状态,控制第三节流阀24根据压缩机10排气温度控制需要可选择处于打开状态或关闭状态,控制第四节流阀25处于关闭状态,控制第一截止阀2和第二截止阀3处于打开状态,控制水泵6、真空泵36和加热装置处于关闭状态;
压缩机10流出的制冷剂经油气分离器12进入冷凝器中,经冷凝器冷凝换热后再经第四电磁阀18、储液器19、干燥器、视液镜21和第一板换换热器22进入第五节流阀26,再流经第四单向阀31和第一截止阀2进入电池包直冷板1,实现电池的降温,再流经第二截止阀3、第一电磁阀7、第一单向阀8和气液分离器9回到压缩机10。
进一步的,设定第四节流阀25和第五节流阀26前冷媒压力为P1,P1相对应的饱和温度为T饱1,第四节流阀25和第五节流阀26前温度为T1,第四节流阀25和第五节流阀26前冷媒过冷度为T1-T饱1;设定电池包直冷板1出口压力为P2,P2相对应的饱和温度为T饱2,电池包直冷板1出口温度为T2,电池包直冷板1出口冷媒过热度为T2-T饱2;设定压缩机10排气温度为T4;
冷凝风机15与P1建立PID调节关系,P1为目标量,冷凝风机15转速为控制量;
第二节流阀23与T1-T饱1建立PID调节关系,T1-T饱1为目标量,第二节流阀23开度为控制量;压缩机10和第一节流阀11与P2建立PID调节关系,P2为目标量,压缩机10转速和节流阀开度为控制量;
第五节流阀26与T2-T饱2建立PID调节关系,T2-T饱2为目标量,第五节流阀26开度为控制量;
第三节流阀24与T4建立PID调节关系,T4为目标量,第三节流阀24开度为控制量。以实现各控制目标量通过建立PID调节关系,设备可以很好的满足直冷测试需求。
详细地说,直热系统包括有电池包直冷板、第一截止阀、第六电磁阀、第三单向阀、储液器、干燥过滤器、视液镜、第一板换换热器、第四节流阀、第五电磁阀、第二板换换热器、气液分离器、压缩机、油气分离器、冷凝器组、第四电磁阀、第二截止阀,并回到电池包直冷板;且第二板换换热器连接有带有PTC加热装置的水箱和水泵;
进一步的,第一单向阀和气液分离器之间连接有第一分支管道,第一分支管道的一端连通在第一单向阀和气液分离器之间的管道上,另一端连通在储液器和干燥过滤器之间的管道上,且第一分支管道还设置有第三节流阀,第三节流阀可按需打开或关闭。
当需要直热时,控制第三电磁阀17、第六电磁阀32和第五电磁阀29处于打开状态,控制第二电磁阀13、第三电磁阀17、第一电磁阀7和第七电磁阀35处于关闭状态,控制第四节流阀25处于打开状态,控制第二节流阀23处于关闭状态,控制第一节流阀11根据电池包直冷板1进口温度控制需要可选择处于打开状态或关闭状态,控制第三节流阀24根据压缩机10排气温度控制需要可选择处于打开状态或关闭状态,控制第五节流阀26处于关闭状态,控制第一截止阀2和第二截止阀3处于打开状态,控制真空泵36处于关闭状态;压缩机10流出的制冷剂经油气分离器12进入第二冷凝器16中,经冷凝器冷凝换热后再经第二电磁阀13和第二截止阀3进入电池包直冷板1,实现电池的升温,再流经第一截止阀2、第六电磁阀32、第三单向阀30、储液器19、干燥器、视液镜21、第一板换换热器22、第四节流阀25、第五电磁阀29、第二板换换热器28、第二单向阀27进入气液分离器9回到压缩机10;当需要直热时,水系统工作流程:控制水泵6处于工作状态,控制加热装置处于工作状态,给水箱5中的水加热,制冷剂通过第二板换换热器28吸收水的热量蒸发,最后回到压缩机10。
进一步的,设定电池包直冷板1进口压力为P2,P2相对应的饱和温度为T饱2,电池包直冷板1进口温度为T2,电池包直冷板1进口冷媒过热度为T2-T饱2;设定压缩机10回气压力为P3,P3相对应的饱和温度为T饱3,压缩机10回气温度为T3,压缩机10回气冷媒过热度为T3-T饱3;设定压缩机10排气温度为T4;设定水箱5水温为T5;
冷凝风机15和第一节流阀11与T2建立PID调节关系,T2为目标量,冷凝风机15转速和第一节流阀11开度为控制量;
压缩机10与T2-T饱2建立PID调节关系,T2-T饱2为目标量,压缩机10转速为控制量;第四节流阀25与T3-T饱3建立PID调节关系,T3-T饱3为目标量,第四节流阀25开度为控制量;
第三节流阀24与T4建立PID调节关系,T4为目标量,第三节流阀24开度为控制量;
PTC电加热4与T5建立PID调节关系,T5为目标量,PTC电加热4加热量为控制量,T5的设定值为25℃,以实现各控制目标量通过建立PID调节关系,设备可以很好的满足直热测试需求。
在本发明的一些实施方式中,动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统还包括有电池包直冷板抽真空系统;电池包直冷板抽真空系统包括有依次连接的第二截止阀、电池包直冷板和第一截止阀,电池包直冷板和第一截止阀之间的管道连接有第七电磁阀、第五单向阀和真空泵。
当需要对电池包直冷板1抽真空时,控制第一截止阀2和第二截止阀3处于关闭状态,控制第七电磁阀35处于打开状态,控制其它电磁阀和节流阀处于关闭状态,控制冷凝风机15、压缩机10、水泵6和加热装置处于关闭状态;启动真空泵36就可以对电池包直冷板1抽真空。
进一步的,设定电子真空计33的压力为P5;真空泵36与P5和抽真空时间建立工作关系,P5和抽真空时间为目标量,P5的设定值为绝对压力20Pa,抽真空时间根据电池包直冷板1大小及要求可设定为180秒、420秒和720秒。
本发明还公开了动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统的控制方法,使用如上述的动力电池热管理性能检测用冷媒直冷直热系统;多个阀体包括有多个电磁阀、多个截止阀、多个单向阀和多个节流阀;控制系统分别与多个阀体电连接,控制系统用于切换多个阀体的开闭。
当需要直冷时,控制第四电磁阀18和第一电磁阀7处于打开状态,控制第二电磁阀13根据电池包负荷大小可选择处于打开状态或关闭状态,控制第四电磁阀18、第五电磁阀29、第六电磁阀32和第五电磁阀29处于关闭状态,控制第五节流阀26处于打开状态,控制第二节流阀23根据过冷度控制需要可选择处于打开状态或关闭状态,控制第一节流阀11根据电池包直冷板1出口压力控制需要可选择处于打开状态或关闭状态,控制第三节流阀24根据压缩机10排气温度控制需要可选择处于打开状态或关闭状态,控制第四节流阀25处于关闭状态,控制第一截止阀2和第二截止阀3处于打开状态,控制水泵6、真空泵36和加热装置处于关闭状态;
压缩机10流出的制冷剂经油气分离器12进入冷凝器中,经冷凝器冷凝换热后再经第四电磁阀18、储液器19、干燥器、视液镜21和第一板换换热器22进入第五节流阀26,再流经第四单向阀31和第一截止阀2进入电池包直冷板1,实现电池的降温,再流经第二截止阀3、第一电磁阀7、第一单向阀8和气液分离器9回到压缩机10。
当需要直热时,控制第三电磁阀17、第六电磁阀32和第五电磁阀29处于打开状态,控制第二电磁阀13、第三电磁阀17、第一电磁阀7和第七电磁阀35处于关闭状态,控制第四节流阀25处于打开状态,控制第二节流阀23处于关闭状态,控制第一节流阀11根据电池包直冷板1进口温度控制需要可选择处于打开状态或关闭状态,控制第三节流阀24根据压缩机10排气温度控制需要可选择处于打开状态或关闭状态,控制第五节流阀26处于关闭状态,控制第一截止阀2和第二截止阀3处于打开状态,控制真空泵36处于关闭状态;压缩机10流出的制冷剂经油气分离器12进入第二冷凝器16中,经冷凝器冷凝换热后再经第二电磁阀13和第二截止阀3进入电池包直冷板1,实现电池的升温,再流经第一截止阀2、第六电磁阀32、第三单向阀30、储液器19、干燥器、视液镜21、第一板换换热器22、第四节流阀25、第五电磁阀29、第二板换换热器28、第二单向阀27进入气液分离器9回到压缩机10;当需要直热时,水系统工作流程:控制水泵6处于工作状态,控制加热装置处于工作状态,给水箱5中的水加热,制冷剂通过第二板换换热器28吸收水的热量蒸发,最后回到压缩机10。
基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。