一种车辆CO2热管理系统用直冷冷板及系统和控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种车辆CO2热管理系统用直冷冷板及系统和控制方法，包括板材、冷板入口和冷板出口以及设置在板材内的换热通道、制冷剂第一通道、制冷剂第二通道和阀门组件；制冷剂第一通道设置有第一端口和第二端口，制冷剂第二通道设置有第一端口和第二端口，换热通道设置有第一端口和第二端口；冷板入口与制冷剂第一通道连接，冷板出口与制冷剂第二通道第一端口连接；通过控制阀门组件，能使得制冷剂在正向流动和逆向流动两种流动方式间切换。本发明专利技术可以解决冷板中制冷剂蒸发使得下游干度高引起的局部温度升高，温度不均匀及热失控问题。温度不均匀及热失控问题。温度不均匀及热失控问题。

【技术实现步骤摘要】
一种车辆CO2热管理系统用直冷冷板及系统和控制方法


[0001]本专利技术涉及跨临界二氧化碳系统
，涉及一种车辆CO2热管理系统用直冷冷板及系统和控制方法。

技术介绍

[0002]目前，电池系统已成为电动汽车的核心系统，随着电池技术发展，电池能量密度提高，散热问题日益严重，影响电池的安全性和寿命，对电池热管理提出了更加严格的要求，传统的自然冷却方式或者风冷散热的方式已难以满足电池散热的需求。目前大多数产品采用的是液冷系统，传统的液冷技术是由冷媒作为介质参与制冷剂与电池之间的换热，冷媒吸收电池的热量，冷板中的制冷剂再吸收冷媒中的热量。而电池直冷技术是将换热器直接与电池相接触，即冷板与电池直接接触，冷板中流动的制冷剂直接吸收来自电池的热量，发生气化或显热换热。相较于液冷减少了一次换热过程，减少一次换热热阻，降低换热温差，传热性能好。而且制冷剂在电池冷板内沸腾化热，效率更高，换热能力显著增强，同时由于换热温差减少，对应的冷板蒸发温度可以上升，对应吸气压力可以提升，压比将减小，系统的COP得到提升，具有更加广阔的应用前景。
[0003]冷板的结构设计和控制策略对整个液冷系统温差控制起到很重要的作用。传统冷板中制冷剂在吸收电池热量后潜热蒸发，在冷板下游通常干度较高，较高干度的制冷剂在继续吸收热量后温度上升较快，引起冷板下游局部温度显著升高，使得冷板整体温度不均匀，易发生热失控等问题，严重影响液冷性能和安全性。因此，研究一种应对电池直冷热不均匀的冷板设计和系统性的控制方法就尤为重要，对于推动电池技术革新和提高现有电动汽车中电池寿命和安全性具有重要价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种车辆CO2热管理系统用直冷冷板及系统和控制方法，以解决冷板中制冷剂蒸发使得下游干度高引起的局部温度升高，温度不均匀及热失控问题。本专利技术给出了解决冷板局部温度过高的结构设计方案，并结合此结构设计方案给出了在不同运行工况下的控制策略，二者相互配合工作具有较高的完整度和实用性。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种车辆CO2热管理系统用直冷冷板，包括板材、冷板入口和冷板出口以及设置在板材内的换热通道、制冷剂第一通道、制冷剂第二通道和阀门组件；
[0007]制冷剂第一通道设置有第一端口和第二端口，制冷剂第二通道设置有第一端口和第二端口，换热通道设置有第一端口和第二端口；冷板入口与制冷剂第一通道连接，冷板出口与制冷剂第二通道第一端口连接；
[0008]通过控制阀门组件，能使得制冷剂在正向流动和逆向流动两种流动方式间切换，正向流动：从冷板入口进入制冷剂第一通道的制冷剂依次流经第一通道第一端口、换热通道第一端口、换热通道、换热通道第二端口、制冷剂第二通道第二端口、制冷剂第二通道第
一端口和冷板出口后流出；逆向流动：从冷板入口进入制冷剂第一通道的制冷剂依次流经制冷剂第一通道第二端口、换热通道第二端口、换热通道、换热通道第一端口和冷板出口后流出。
[0009]优选的，阀门组件包括：一号阀、一号阀第一挡板垫、一号阀第二挡板垫、二号阀、二号阀第一挡板垫和二号阀第二挡板垫；
[0010]一号阀和二号阀均为能转动的挡板，当一号阀与一号阀第一挡板垫接触时，二号阀与二号阀第一挡板垫接触，制冷剂的流动方式为正向流动；当一号阀与一号阀第二挡板垫接触时，二号阀与二号阀第二挡板垫接触，制冷剂的流动方式为逆向流动。
[0011]优选的，阀门组件为电磁阀，第一通道第一端口与换热通道第一端口之间、冷板出口与换热通道第一端口之间、第一通道第二端口与换热通道第二端口之间以及换热通道第二端口与制冷剂第二通道第二端口之间均通过电磁阀连接。
[0012]优选的，换热通道为U型管。
[0013]一种车辆CO2热管理系统，包括如上所述的直冷冷板。
[0014]所述的车辆CO2热管理系统的控制方法，通过控制阀门组件，使得制冷剂在正向流动和逆向流动两种流动方式间切换；
[0015]正向流动：从冷板入口进入制冷剂第一通道的制冷剂依次流经第一通道第一端口、换热通道第一端口、换热通道、换热通道第二端口、制冷剂第二通道第二端口、制冷剂第二通道第一端口和冷板出口后流出；
[0016]逆向流动：从冷板入口进入制冷剂第一通道的制冷剂依次流经制冷剂第一通道第二端口、换热通道第二端口、换热通道、换热通道第一端口和冷板出口后流出。
[0017]优选的，定义制冷剂正向流动和逆向流动之间变动的时间为脉动时间T，车辆CO2热管理系统常规运行时，检测冷板出口制冷剂的过热度，通过冷板出口制冷剂的过热度与设定的温度阈值的对比关系，确定脉动时间T的大小，具体为：
[0018](1)当冷板出口制冷剂的过热度大于温度阈值时，脉动时间T计算公式为：
[0019][0020](2)当冷板出口制冷剂的过热度小于等于温度阈值时，脉动时间T计算公式为：
[0021][0022]其中，x为冷板出口制冷剂的过热度；Q为电动汽车乘员舱风量；N为压缩机转速；T2为电动汽车乘员舱送风温度；T1为电动汽车乘员舱回风温度；i、j和k均为正数；s为时间单位，秒。
[0023]进一步的，脉动时间T不小于20秒。
[0024]优选的，定义制冷剂正向流动和逆向流动之间变动的时间为脉动时间T，车辆CO2热管理系统在进行电池快充时，检测冷板出口是否存在过热度，根据检测结果确定脉动时间T的大小，具体为：
[0025](1)若冷板出口存在过热度，脉动时间T计算公式为：
[0026][0027](2)若冷板出口不存在过热度，脉动时间T计算公式为：
[0028][0029]其中，x为冷板出口制冷剂的过热度；N为压缩机转速；i和k为正数；s为时间单位，秒。
[0030]进一步的，脉动时间T不小于20秒。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0032]本专利技术通过控制阀门组件可以实现冷板内部制冷剂流向的改变，正向流动与逆向流动时，低温低压且低干度的制冷剂均由冷板入口进入冷板，假设初始流动方向为正向流动，则换热通道第一端口为制冷剂入口，换热通道第二端口制冷剂出口，换热通道第一端口侧制冷剂温度与干度均较低，而经过换热通道充分换热后的换热通道第二端口侧制冷剂温度和干度均较高，换热能力已显著降低，冷板在该侧温度显著升高；此时流动方向改为逆向流动，则低温低压低干度的制冷剂改为从换热通道第二端口侧流入，降低了此时换热通道第二端口侧的制冷剂温度与干度，增强了换热通道第二端口侧的换热能力，且降低了冷板在该侧温度，避免了温度不均匀和热失控现象的发生。通过逆向流动与正向流动交替运行，实现在充分换热后的换热通道末端干度降低，温度降低，从而改善热均匀性，防止局部温度升高，以防发生温度不均匀及热失控问题。
[0033]本专利技术使用所涉及的冷板的热管理系统，可以提供一种针对电池冷板中制冷剂蒸发使得下游干度高引起的局部温度升高，温度不均匀及热失控问题的解决方案。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车辆CO2热管理系统用直冷冷板，其特征在于，包括板材(12)、冷板入口(9)和冷板出口(10)以及设置在板材(12)内的换热通道、制冷剂第一通道(13
‑
1)、制冷剂第二通道(13
‑
2)和阀门组件；制冷剂第一通道(13
‑
1)设置有第一端口和第二端口，制冷剂第二通道(13
‑
2)设置有第一端口和第二端口，换热通道设置有第一端口和第二端口；冷板入口(9)与制冷剂第一通道(13
‑
1)连接，冷板出口(10)与制冷剂第二通道(13
‑
2)第一端口连接；通过控制阀门组件，能使得制冷剂在正向流动和逆向流动两种流动方式间切换，正向流动：从冷板入口(9)进入制冷剂第一通道(13
‑
1)的制冷剂依次流经第一通道(13
‑
1)第一端口、换热通道第一端口、换热通道、换热通道第二端口、制冷剂第二通道(13
‑
2)第二端口、制冷剂第二通道(13
‑
2)第一端口和冷板出口(10)后流出；逆向流动：从冷板入口(9)进入制冷剂第一通道(13
‑
1)的制冷剂依次流经制冷剂第一通道(13
‑
1)第二端口、换热通道第二端口、换热通道、换热通道第一端口和冷板出口(10)后流出。2.根据权利要求1所述的车辆CO2热管理系统用直冷冷板，其特征在于，阀门组件包括：一号阀(14)、一号阀第一挡板垫(15)、一号阀第二挡板垫(16)、二号阀(17)、二号阀第一挡板垫(18)和二号阀第二挡板垫(19)；一号阀(14)和二号阀(17)均为能转动的挡板，当一号阀(14)与一号阀第一挡板垫(15)接触时，二号阀(17)与二号阀第一挡板垫(18)接触，制冷剂的流动方式为正向流动；当一号阀(14)与一号阀第二挡板垫(16)接触时，二号阀(17)与二号阀第二挡板垫(19)接触，制冷剂的流动方式为逆向流动。3.根据权利要求1所述的车辆CO2热管理系统用直冷冷板，其特征在于，阀门组件为电磁阀，第一通道(13
‑
1)第一端口与换热通道第一端口之间、冷板出口(10)与换热通道第一端口之间、第一通道(13
‑
1)第二端口与换热通道第二端口之间以及换热通道第二端口与制冷剂第二通道(13
‑
2)第二端口之间均通过电磁阀连接。4.根据权利要求1所述的车辆CO2热管理系统用直冷冷板，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷翔，邢浩威，曹锋，杨旭，宋昱龙，崔策，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：