一种电池系统的热管理方法及系统、电子设备、存储介质与流程

本发明涉及电池系统热管理，特别涉及一种电池系统的热管理方法及系统、电子设备、存储介质。

背景技术：

1、随着新能源的发展，电池系统的能量密度越来越高，这使得系统的安全性存在很大考验，热失控的风险也越来越大。温度控制对于整个系统来说非常重要，电芯的温度控制在合理的范围内不仅可以保证续航，同时还可以提升循环寿命，合理的利用冷却和加热模式对系统来说至关重要。

2、现有的散热系统如图1所示，冷却液回路和冷媒回路需要在外界的板式换热器进行换热，冷却液的温度被降低后再进入到冷板中对电芯进行散热。该方案在外界板式换热器中换热效率不高，而且冷却液从板式换热器到冷板有热量的损失和沿程压力损失，对系统不利。

3、如图2所示，另一种常规的冷却方式是冷媒回路直接进入到冷板中对电芯进行散热。当制冷系统出现问题时，对电池系统来说不利，需要建立多个独立的冷却和加热回路确保电池系统的安全运行，同时由于冷媒的温度过低，仅使用冷媒对于电芯温差来说不利。

4、此外，现有的冷却系统无法跟随电池的属性调整加热和冷却策略，使得整个系统的温度控制不够合理并且能效未能达到最高。

技术实现思路

1、为了实现本发明的上述目的和其他优点，本发明的第一目的是提供一种电池系统的热管理方法，包括以下步骤：

2、实时获取环境信号和电芯信号；

3、将所述环境信号和所述电芯信号与对应的预设值进行比较，以控制系统进入散热模式或加热模式；

4、若当前模式为散热模式，则通过实时的电芯信号动态调节冷却液回路中水泵的流量和/或冷媒回路中压缩机的转速，以控制冷却液和/或制冷剂直接进入电芯的冷板对电芯进行散热；

5、若当前模式为加热模式，则通过实时的电芯信号动态调节冷媒回路中压缩机的转速，或通过ptc加热回路中ptc加热器的加热功率或压缩机的发热量及冷却液温度调节水泵的流量，以控制冷却液体和/或制冷剂直接进入电芯的冷板对电芯进行加热。

6、进一步地，所述环境信号为环境温度，所述电芯信号包括电芯温度、电芯电流、电芯电压。

7、进一步地，所述将所述环境信号和所述电芯信号与对应的预设值进行比较，以控制系统进入散热模式或加热模式包括以下步骤：

8、若所述环境温度大于第一环境温度阈值，并且所述电芯温度达到第一电芯温度阈值以及电芯最高温度不大于最高温度阈值，则控制所述冷媒回路中压缩机上电启动，系统进入冷媒直冷模式；

9、若所述环境温度小于等于第一环境温度阈值且大于等于第二环境温度阈值，并且所述电芯温度达到第二电芯温度阈值，则控制所述冷媒回路中压缩机上电启动以及控制冷却液回路导通，系统进入双散热模式；其中，所述双散热模式包括冷媒直冷模式和冷却液体循环模式；

10、若所述环境温度小于第二环境温度阈值且大于第三环境温度阈值，并且所述电芯温度达到第二电芯温度阈值，则控制所述冷媒回路中压缩机下电关闭，控制冷却液回路导通，系统进入冷却液体循环模式；

11、若所述环境温度小于第三环境温度阈值且大于第四环境温度阈值，并且所述电芯温度小于第三电芯温度阈值，则控制所述冷媒回路中压缩机上电启动，系统进入热泵模式；

12、若所述环境温度小于第四环境温度阈值且大于第五环境温度阈值，并且所述电芯温度小于第三电芯温度阈值，则控制所述冷媒回路中压缩机上电启动以及控制ptc加热回路导通，系统进入双加热模式；其中，所述双加热模式包括热泵模式和ptc加热模式；

13、若所述环境温度小于第五环境温度阈值，并且所述电芯温度小于第三电芯温度阈值，则控制ptc加热回路导通，系统进入ptc加热模式。

14、进一步地，若当前模式为冷媒直冷模式，则通过实时的电芯温度动态调节冷媒回路中压缩机的转速；

15、若当前模式为双散热模式，则通过实时的电芯信号动态调节冷却液回路中水泵的流量和冷媒回路中压缩机的转速；

16、若当前模式为冷却液体循环模式，则通过实时的电芯信号动态调节冷却液回路中水泵的流量。

17、进一步地，所述通过实时的电芯温度动态调节冷媒回路中压缩机的转速包括以下步骤：

18、通过电芯温差和对应的时间计算电芯温升速率，公式为：

19、；

20、其中，为电芯温升速率，为时间的电芯温度，为时间的电芯温度；

21、若所述电芯温升速率大于等于第一温升速率阈值，则控制所述压缩机转速为额定转速；

22、若所述电芯温升速率小于第一温升速率阈值，则通过额定转速、电芯温度计算压缩机的转速，公式为：

23、；

24、其中，为压缩机的转速，n为额定转速，为电芯温度最小值，a为小于1的修正系数。

25、进一步地，所述通过实时的电芯信号动态调节冷却液回路中水泵的流量和冷媒回路中压缩机的转速包括以下步骤：

26、通过电芯的寿命、电芯电流匹配修正因子；

27、通过电芯温度、电芯电压以及修正因子计算电芯实时发热量，公式为：

28、；

29、其中，为发热量，为时间的电芯电流，为时间的电芯电流，为时间的电芯电压，为时间电芯电压，为修正因子；

30、通过制冷量、所述发热量计算水泵的流量，公式为：

31、；

32、其中，为水泵的流量，为制冷量，为冷却液比热容，为冷却液质量流量；

33、通过电芯温升速率与预设温升速率阈值的比较结果，控制所述压缩机的制冷量所对应的级别。

34、进一步地，所述若当前模式为冷却液体循环模式，则通过实时的电芯信号动态调节冷却液回路中水泵的流量包括以下步骤：

35、通过电芯温度、电芯电压以及修正因子计算电芯实时发热量；

36、通过所述发热量、水空气换热器进出水的温差计算水泵的流量，公式为：

37、；

38、其中，为水泵的流量，为水空气换热器进出水的温差。

39、进一步地，若当前模式为热泵模式，则通过实时的电芯信号动态调节冷媒回路中压缩机的转速；

40、若当前模式为双加热模式，则通过ptc加热回路中ptc加热器的加热功率、冷却液温度调节水泵的流量，通过压缩机的发热量及冷却液温度调节水泵进入到压缩机的流量；

41、若当前模式为ptc加热模式，则通过ptc加热回路中ptc加热器的加热功率、冷却液温度调节水泵的流量。

42、进一步地，所述通过实时的电芯信号动态调节冷媒回路中压缩机的转速包括以下步骤：

43、通过电芯初始顶部温度和底部温度计算电芯初始平均温度，公式为：

44、；

45、其中，为电芯初始平均温度，为电芯初始顶部温度，为电芯初始底部温度；

46、通过电芯目标顶部温度和底部温度计算电芯目标平均温度，公式为：

47、；

48、其中，为电芯目标平均温度，为电芯目标顶部温度，为电芯目标底部温度；

49、通过所述电芯初始平均温度和所述电芯目标平均温度计算加热速率，公式为：

50、；

51、其中，为目标加热时间；

52、若所述加热速率大于等于加热速率阈值，则控制所述压缩机转速为额定转速；

53、若所述加热速率小于加热速率阈值，则通过额定转速、电芯初始平均温度和电芯目标平均温度计算压缩机的转速，公式为：

54、；

55、其中，为压缩机的转速，n为额定转速，b为小于1的修正系数。

56、进一步地，若当前模式为双加热模式，则水泵的流量计算公式为：

57、；

58、其中，为水泵的流量，为ptc加热器的加热功率，为冷却液比热容，为冷却液质量流量，为时间的水泵冷却液温度，为时间的水泵冷却液温度；

59、若当前模式为双加热模式，则水泵进入到压缩机的流量计算公式为：

60、；

61、其中，为水泵进入到压缩机的流量，为压缩机的发热量，为压缩机工作时的温度，为冷却液的温度。

62、进一步地，若当前模式为ptc加热模式，则水泵的流量计算公式为：

63、；

64、其中，为水泵的流量，为时间的冷却液温度，为时间的冷却液温度。

65、本发明的第二目的是提供一种电池系统的热管理系统，实现上述的方法，包括压缩机、膨胀阀、储液器、冷凝器、第一阀门、三通阀、水空气换热器、水泵、ptc加热器、第二阀门、控制器，所述控制器控制所述压缩机、所述第一阀门、所述三通阀、所述水泵、所述ptc加热器；其中，

66、电芯的冷板、所述压缩机、所述膨胀阀、所述储液器、所述冷凝器形成冷媒回路，以控制制冷剂直接进入冷板对电芯进行散热或加热；

67、所述冷板、所述第一阀门、所述三通阀、所述水空气换热器、所述水泵形成冷却液回路，以控制冷却液直接进入冷板对电芯进行散热；

68、所述冷媒回路与所述冷却液回路形成双散热回路，以控制冷却液和制冷剂直接进入冷板对电芯进行散热；

69、所述冷板、所述第一阀门、所述三通阀、所述水泵、所述ptc加热器形成ptc加热回路，以控制冷却液直接进入冷板对电芯进行加热；

70、所述ptc加热回路、所述冷媒回路及所述第二阀门形成双加热回路，以控制冷却液和制冷剂直接进入冷板对电芯进行加热。

71、进一步地，所述冷板包括进液口和多个流道，用于冷却液流动的流道与用于制冷剂流动的流道相互独立且交替设置。

72、进一步地，处于中间位置的流道对应的进液口管径大于处于两端位置的流道对应的进液口管径。

73、进一步地，所述进液口包括第一进液口和第二进液口，所述第一进液口与其中一种媒介的流道连通，所述第一进液口的前端设有流道汇流空腔，与所述第一进液口连通的流道在汇流点处设有开孔，所述第一进液口通过所述冷板上部的流通仓与所述开孔连通形成分流管路，所述第二进液口与其中另一种媒介的流道连通形成分流管路。

74、进一步地，所述冷板包括冷却液流道和至少两个制冷剂流道，所述冷却液流道包裹在所述制冷剂流道外，或所述冷却液流道分布式布设于所述制冷剂流道内。

75、本发明的第三目的是提供一种电子设备，包括：存储器，其上存储有程序代码；处理器，其与所述存储器联接，并且当所述程序代码被所述处理器执行时，实现上述的方法。

76、本发明的第四目的是提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，所述程序指令被执行时实现上述的方法。

77、与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：

78、本发明提供一种电池系统的热管理方法及系统、电子设备、存储介质，该系统省去了外界的板式换热器，冷媒和冷却液直接在电芯的冷板中进行换热，冷媒直接参与换热提高了系统的换热效率。该系统设计了2套独立的冷却系统，在一定条件下，单个回路出现问题不影响电池系统的散热；同时设计了双冷却介质的冷板，高温的冷却液和低温冷媒同时对电池系统进行散热，能够降低冷媒的温度，均衡系统的温差。该方法根据电芯实时状态参数以及相关的实验无量纲因子等调整冷却策略，使整个系统的温度控制在合理范围的同时能效达到最高。经过特殊的分流设计，将制冷剂和冷却液分流到相应的流道内部，使系统达到最佳的冷却效果。

79、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。