电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法及系统

1.本发明属于电动汽车快速充电冷却技术领域，具体涉及了一种电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法及系统。

背景技术：

2.在能源安全和绿色交通的双重推动下，电动汽车近年来发展迅速。锂离子电池因其能量密度高、功率密度高、循环寿命长等优点成为电动汽车的主要动力源。但由于电池参数与使用条件的依赖关系，锂离子电池在实际应用中仍然面临一些困难和挑战。相比于传统燃油汽车，电动汽车补能时间大大延长，在慢充工况下电池包甚至需要8～10h才可充满。解决充电时间焦虑的关键是快充电芯和快充充电桩的推广应用。然而，在超级快充工况下，电池包soc短时间内大幅变化将带来严重的散热问题。同时，充电桩电能转换装置的产热功率也将随充电功率上升而激增。

3.现有电动汽车电池包普遍采用风冷、液冷、制冷剂直冷冷却方式，并通过散热器或与空调制冷系统连接的换热器将电池热量转移至大气环境。现有充电桩多采用风冷、油冷散热方式。一方面，电池包在快充工况下的产热功率可能超过10kw，传统空调散热系统难以满足快充工况下整车的散热需求，极有可能造成热失控。另一方面，传统低功率充电桩的风冷、油冷等散热方式不再适用于超级快充充电桩核心部件的冷却。此外，充电枪与电池包接口处因其接触电阻，而产生了强烈的散热需求。因此，电动汽车快充技术的关键不仅仅在于提高功率，更在于提高系统散热能力。

技术实现要素：

4.为了解决现有技术中的上述问题，即快速充电场景下传统电池包、充电桩散热方式的散热功率不能满足需求，充电接口缺乏有效冷却的问题，本发明提供了一种电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，该联合冷却方法包括：

5.步骤s10，当检测到电动汽车处于快速充电状态时，启动电动汽车联合冷却的冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；

6.步骤s20，采集电池管理系统数据，并计算实时的电池包产热功率p

gen

和电池包充电功率p

charge

；采集充电桩管理系统监测的电网输入功率p

in

，结合所述电池包充电功率p

charge

计算充电接口产热功率p

η

；

7.步骤s30，基于所述电池包产热功率p

gen

和所述充电接口产热功率p

η

，计算总产热功率p

all

，并基于所述总产热功率p

all

计算当前时刻t的冷凝器风速v或冷凝水流速v；

8.步骤s40，获取当前时刻t之后的δt时间内的电池包温度数据、回液端冷却工质的流量数据，判断并执行：

9.若δt时间内冷却工质入口流量的变化值g

t

?

g

t

?1<5％

×

g

t

、电池包温度t

t

?

t

t

?1<1％

×

t

t

且电池包稳态温度t

t

低于阈值t

limit

，则维持冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；否则，启动循环泵并控制其以预设转速n运行，执行强迫循环模式；

10.步骤s50，令当前时刻t＝t+δt，获取当前时刻t之后的δt时间内的电池包温度数据，判断并执行：

11.若δt时间内电池包温度t

t

?

t

t

?1<1％

×

t

t

且电池包稳态温度t

t+1

低于阈值t

limit

，则维持循环泵的转速；否则，根据循环泵的转速增量δn将循环泵的转速调整为n＝n+δn；

12.步骤s60，重复执行步骤s50，直至检测到电动汽车停止快速充电，关闭电动汽车联合冷却的冷凝器风扇和循环泵。

13.在一些优选的实施例中，所述电池包产热功率p

gen

为：p

gen

＝n

×

i2(r0(t,soc)+r

p

(t,soc))

14.其中，r0(t,soc)代表电池包温度为t时的等效内阻，r

p

(t,soc)代表电池包温度为t时的等效极化内阻，soc为电池包的电池荷电状态，n为电池包中的电池数量，i为电池包电流值。

15.在一些优选的实施例中，所述电池包充电功率p

charge

为：p

charge

＝n

×

i

×

u

16.其中，n为电池包中的电池数量，i为电池包电流值，u为电池包电压值。

17.在一些优选的实施例中，所述总产热功率p

all

为：p

all

＝p

gen

+p

η

p

η

＝p

in

?

p

charge

18.其中，p

gen

为电池包产热功率，p

η

为充电接口产热功率，p

in

为电网输入功率，p

charge

为电池包充电功率。

19.在一些优选的实施例中，步骤s30中当前时刻t的冷凝器风速v为：

20.其中，c

p,g

为空气比热容，s为冷凝器面积，ρ

g

为空气密度，δt为进出口空气温度差的绝对值，为冷凝器效率。

21.在一些优选的实施例中，步骤s30中当前时刻t的冷凝水流速v为：

22.其中，c

p,l

为水比热容，s

l

为冷凝水流道总截面积，ρ

l

为水的密度，δt

lm

为平均换热温度差的绝对值，为冷凝器效率。

23.在一些优选的实施例中，所述预设转速n为：

24.其中，n

m

为循环泵的额定转速，δp为系统阻力，ρ为冷却工质密度，g为重力加速度，h

m

为循环泵的额定扬程。

25.在一些优选的实施例中，所述循环泵的转速增量δn为：δn＝n

×

5％

26.本发明的另一方面，提出了一种电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统，该联合冷却系统包括以下模块：

27.状态检测模块，配置为当检测到电动汽车处于快速充电状态时，启动电动汽车联合冷却的冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；

28.产热功率计算模块，配置为采集电池管理系统数据，并计算实时的电池包产热功率p

gen

和电池包充电功率p

charge

；采集充电桩管理系统监测的电网输入功率p

in

，结合所述电池包充电功率p

charge

计算充电接口产热功率p

η

；基于所述电池包产热功率p

gen

和所述充电接口产热功率p

η

，计算总产热功率p

all

；

29.风速或水流速计算模块，配置为基于所述总产热功率p

all

计算当前时刻t的冷凝器风速v或冷凝水流速v；

30.第一判断模块，配置为获取当前时刻t之后的δt时间内的电池包温度数据、回液端冷却工质的流量数据，判断并执行：

31.若δt时间内冷却工质入口流量的变化值g

t

?

g

t

?1<5％

×

g

t

、电池包温度t

t

?

t

t

?1<1％

×

t

t

且电池包稳态温度t

t

低于阈值t

limit

，则维持冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；否则，启动循环泵并控制其以预设转速n运行，执行强迫循环模式；

32.第二判断模块，配置为令当前时刻t＝t+δt，获取当前时刻t之后的δt时间内的电池包温度数据，判断并执行：

33.若δt时间内电池包温度t

t

?

t

t

?1<1％

×

t

t

且电池包稳态温度t

t+1

低于阈值t

limit

，则维持循环泵的转速；否则，根据循环泵的转速增量δn将循环泵的转速调整为n＝n+δn；

34.循环控制模块，配置为重复执行第二判断模块，直至状态检测模块检测到电动汽车停止快速充电，关闭电动汽车联合冷却的冷凝器风扇和循环泵。

35.本发明的第三方面，提出了一种电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统，包括电动汽车电池包、充电桩、充电枪、充电线缆、电池包散热器、充电桩功率模块散热器、储液罐、稳压器、电子流量计、循环泵、冷凝器、风扇、压力表；所述充电桩与充电枪以充电线缆连接；所述电动汽车上设置有充电接口，供充电枪连接，使得电动汽车与充电桩形成一个联合体；所述充电枪和电动汽车充电接口布置有电气接口和冷却接口，用于满足快速充电工况下的冷却需求和充电需求；

36.所述电池包散热器、充电桩功率模块散热器、储液罐、稳压器、电子流量计、循环泵、冷凝器、风扇、压力表组成相变冷却工质循环冷却回路；

37.当检测到电动汽车处于快速充电状态时，启动电动汽车联合冷却的冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；

38.所述冷却工质循环冷却回路通过上述的电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法进行电动汽车电池包与充电桩的联合冷却；

39.当检测到电动汽车停止快速充电，关闭电动汽车联合冷却的冷凝器风扇和循环泵。

40.本发明的有益效果：

41.(1)本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，针对现有充电桩采用空冷、油冷散热方式，散热能力不足以满足快充需求，限制了充电桩功率提升的问题，利用冷却工质相变过程吸收充电桩热量，具有潜热高、换热系数高、相变过程温度不变等优势，能够有效

控制充电桩功率模块温度并提高温均性，使得充电桩充电功率进一步提升成为可能。

42.(2)本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，针对现有充电枪与电池包连接处产热仅依靠自然对流冷却，而快充工况下，由于接触电阻的存在，充电枪与电池包连接处产热激增，仅以自然冷却方式将导致局部过热，甚至引起安全事故的问题，将电池包与充电桩联合冷却，冷却工质将流经接口处吸热，有效控制充电连接处的温度。

43.(3)本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，针对现有整车热管理系统都是基于慢充或行驶工况下整车产热功率设计的，不能满足快充工况下电池包散热需求的问题，在快充工况下电池包热负荷与整车热负荷分离，将电池包冷却系统与充电桩冷却系统联合，由联合冷却系统同时冷却充电桩和电池包，降低电动汽车热管理系统成本并提高充电安全性。

44.(4)本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，针对现有电池包或充电桩冷却过程中均需要泵或风扇克服系统循环阻力，冷却过程耗功高的问题，冷却系统依据系统产热功率和循环特性，可自主选择无泵自循环或强迫循环冷却模式，在保证系统温度安全的同时有效降低系统能耗。

附图说明

45.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

46.图1是本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法的流程示意图；

47.图2是本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统的测控原理图示意图；

48.图3是本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统的结构示意图；

49.图4是本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统一种实施例的充电桩结构示意图；

50.图5是本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统一种实施例的充电枪截面示意图；

51.图6是本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统一种实施例的充电接口与电池包连接示意图。

具体实施方式

52.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

53.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。

54.本发明的一种电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，该联合冷却方法包括：

55.步骤s10，当检测到电动汽车处于快速充电状态时，启动电动汽车联合冷却的冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；

56.步骤s20，采集电池管理系统数据，并计算实时的电池包产热功率p

gen

和电池包充电功率p

charge

；采集充电桩管理系统监测的电网输入功率p

in

，结合所述电池包充电功率

p

charge

计算充电接口产热功率p

η

；

57.步骤s30，基于所述电池包产热功率p

gen

和所述充电接口产热功率p

η

，计算总产热功率p

all

，并基于所述总产热功率p

all

计算当前时刻t的冷凝器风速v或冷凝水流速v；

58.步骤s40，获取当前时刻t之后的δt时间内的电池包温度数据、回液端冷却工质的流量数据，判断并执行：

59.若δt时间内冷却工质入口流量的变化值g

t

?

g

t

?1<5％

×

g

t

、电池包温度t

t

?

t

t

?1<1％

×

t

t

且电池包稳态温度t

t

低于阈值t

limit

，则维持冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；否则，启动循环泵并控制其以预设转速n运行，执行强迫循环模式；

60.步骤s50，令当前时刻t＝t+δt，获取当前时刻t之后的δt时间内的电池包温度数据，判断并执行：

61.若δt时间内电池包温度t

t

?

t

t

?1<1％

×

t

t

且电池包稳态温度t

t+1

低于阈值t

limit

，则维持循环泵的转速；否则，根据循环泵的转速增量δn将循环泵的转速调整为n＝n+δn；

62.步骤s60，重复执行步骤s50，直至检测到电动汽车停止快速充电，关闭电动汽车联合冷却的冷凝器风扇和循环泵。

63.为了更清晰地对本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法进行说明，下面结合图1对本发明实施例中各步骤展开详述。

64.本发明第一实施例的电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，包括步骤s10

?

步骤s60，各步骤详细描述如下：

65.步骤s10，当检测到电动汽车处于快速充电状态时，启动电动汽车联合冷却的冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式。

66.如图1所示，本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法的流程示意图，首先系统自检，确认无故障；当充电桩管理系统检测到充电枪连接时，充电桩管理系统与电池管理系统建立通信，接收电池管理系统采集的电池包温度、电流、电压、soc数据；依据所采集的电池包数据及充电桩电网侧输入功率p

in

计算得到系统总产热功率p

all

，进而计算得到冷凝器中风速v或冷凝水流速v；冷却工质依次流过充电桩功率单元、充电接口、电池散热器，吸收热量发生相变，产生密度差和压力差，驱动工质在系统中循环流动；充电桩管理系统采集电子流量计的冷却工质流量g、电池温度t；运行一段时间后，若δt时间内冷却工质入口流量的变化值g

t

?

g

t

?1<5％

×

g

t

、电池包温度t

t

?

t

t

?1<1％

×

t

t

且电池稳态温度t

t

低于阈值t

limit

，则维持自循环模式；否则，则启动系统中的循环泵并控制其以预设转速n运行，执行强迫循环模式；一段时间后，若δt时间内电池温度t

t

?

t

t

?1<1％

×

t

t

并且当前的电池温度t

t+1

低于阈值t

limit

，则维持循环泵的转速；否则使循环泵的转速增加δn，直至电池稳态温度低于阈值t

limit

。

67.步骤s20，采集电池管理系统数据，并计算实时的电池包产热功率p

gen

和电池包充电功率p

charge

；采集充电桩管理系统监测的电网输入功率p

in

，结合所述电池包充电功率p

charge

计算充电接口产热功率p

η

。采集的电池管理系统数据包括t(电池温度)、soc(电池荷电状态)、充电电流和充电电压等。

68.电池包产热功率p

gen

，其计算方法如式(1)所示：p

gen

＝n

×

i2(r0(t,soc)+r

p

(t,soc))

???

(1)

69.其中，r0(t,soc)代表电池包温度为t时的等效内阻，r

p

(t,soc)代表电池包温度为t

时的等效极化内阻，soc为电池包的电池荷电状态，n为电池包中的电池数量，i为电池包电流值。

70.电池包充电功率p

charge

，其计算方法如式(2)所示：p

charge

＝n

×

i

×

u

???

(2)

71.其中，n为电池包中的电池数量，i为电池包电流值，u为电池包电压值。

72.步骤s30，基于所述电池包产热功率p

gen

和所述充电接口产热功率p

η

，计算总产热功率p

all

，并基于所述总产热功率p

all

计算当前时刻t的冷凝器风速v或冷凝水流速v。

73.总产热功率p

all

，其计算方法如式(3)、式(4)所示：p

all

＝p

gen

+p

η

???

(3)p

η

＝p

in

?

p

charge

???

(4)

74.其中，p

gen

为电池包产热功率，p

η

为充电接口产热功率，p

in

为电网输入功率，p

charge

为电池包充电功率。

75.当前时刻t的冷凝器风速v和冷凝水流速v，其计算方法分别如式(5)、式(6)所示：当前时刻t的冷凝器风速v和冷凝水流速v，其计算方法分别如式(5)、式(6)所示：

76.其中，c

p,g

为空气比热容，s为冷凝器面积，ρ

g

为空气密度，δt为进出口空气温度差的绝对值，为冷凝器效率，c

p,l

为水比热容，s

l

为冷凝水流道总截面积，ρ

l

为水的密度，δt

lm

为平均换热温度差的绝对值。

77.步骤s40，获取当前时刻t之后的δt时间内的电池包温度数据、回液端冷却工质的流量数据，判断并执行：

78.若δt时间内冷却工质入口流量的变化值g

t

?

g

t

?1<5％

×

g

t

、电池包温度t

t

?

t

t

?1<1％

×

t

t

且电池包稳态温度t

t

低于阈值t

limit

，则维持冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；否则，启动循环泵并控制其以预设转速n运行，执行强迫循环模式。

79.预设转速n，其计算方法如式(7)所示：

80.其中，n

m

为循环泵的额定转速，δp为系统阻力，ρ为冷却工质密度，g为重力加速度，h

m

为循环泵的额定扬程。

81.步骤s50，令当前时刻t＝t+δt，获取当前时刻t之后的δt时间内的电池包温度数据，判断并执行：

82.若δt时间内电池包温度t

t

?

t

t

?1<1％

×

t

t

且电池包稳态温度t

t+1

低于阈值t

limit

，则维持循环泵的转速；否则，根据循环泵的转速增量δn将循环泵的转速调整为n＝n+δn。

83.循环泵的转速增量δn，其计算方法如式(8)所示：δn＝n

×

5％

???

(8)

84.步骤s60，重复执行步骤s50，直至检测到电动汽车停止快速充电，关闭电动汽车联

合冷却的冷凝器风扇和循环泵。

85.上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。

86.本发明第二实施例的电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统，该联合冷却系统包括以下模块：

87.状态检测模块，配置为当检测到电动汽车处于快速充电状态时，启动电动汽车联合冷却的冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；

88.产热功率计算模块，配置为采集电池管理系统数据，并计算实时的电池包产热功率p

gen

和电池包充电功率p

charge

；采集充电桩管理系统监测的电网输入功率p

in

，结合所述电池包充电功率p

charge

计算充电接口产热功率p

η

；基于所述电池包产热功率p

gen

和所述充电接口产热功率p

η

，计算总产热功率p

all

；

89.风速或水流速计算模块，配置为基于所述总产热功率p

all

计算当前时刻t的冷凝器风速v或冷凝水流速v；

90.第一判断模块，配置为获取当前时刻t之后的δt时间内的电池包温度数据、回液端冷却工质的流量数据，判断并执行：

91.若δt时间内冷却工质入口流量的变化值g

t

?

g

t

?1<5％

×

g

t

、电池包温度t

t

?

t

t

?1<1％

×

t

t

且电池包稳态温度t

t

低于阈值t

limit

，则维持冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；否则，启动循环泵并控制其以预设转速n运行，执行强迫循环模式；

92.第二判断模块，配置为令当前时刻t＝t+δt，获取当前时刻t之后的δt时间内的电池包温度数据，判断并执行：

93.若δt时间内电池包温度t

t

?

t

t

?1<1％

×

t

t

且电池包稳态温度t

t+1

低于阈值t

limit

，则维持循环泵的转速；否则，根据循环泵的转速增量δn将循环泵的转速调整为n＝n+δn；

94.循环控制模块，配置为重复执行第二判断模块，直至状态检测模块检测到电动汽车停止快速充电，关闭电动汽车联合冷却的冷凝器风扇和循环泵。

95.所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

96.需要说明的是，上述实施例提供的电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

97.本发明第三实施例的一种电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统，包括电动汽车电池包18、充电桩11、充电枪12、充电线缆、电池包散热器10、充电桩功率模块散热器9、储液罐3、稳压器7、电子流量计5、循环泵6、冷凝器1、风扇2、压力表8；所述充电桩与充电枪以充电线缆连接；所述电动汽车上设置有充电接口，供充电枪连接，使得电动汽车与充电桩形成一个联合体；所述充电枪和电动汽车充电接口布置有电气接口和冷却接口，用于满足快速

充电工况下的冷却需求和充电需求；

98.所述电池包散热器、充电桩功率模块散热器、储液罐、稳压器、电子流量计、循环泵、冷凝器1、风扇2、压力表组成相变冷却工质循环冷却回路；

99.当检测到电动汽车处于快速充电状态时，启动电动汽车联合冷却的冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；

100.所述冷却工质循环冷却回路通过上述的电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法进行电动汽车电池包与充电桩的联合冷却；

101.当检测到电动汽车停止快速充电，关闭电动汽车联合冷却的冷凝器风扇和循环泵。

102.如图2所示，为本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统的测控原理图示意图，电池管理系统采集电池包电压、电流、soc等状态信息及温度传输给充电桩管理系统，据此计算得到电池产热功率p

gen

和电池充电功率p

charge

。通过功率传感器可测得电网侧输入充电桩11的功率，计算充电桩及充电接口产热功率p

η

，进而得到系统总产热功率p

all

。充电桩管理系统以系统总产热功率p

all

计算得到冷凝器风速v或冷凝水流速v。电子流量计5采集的冷却工质流量信号与电池包18温度信号用于判断自循环系统的稳定性。当系统不能稳定循环时，充电桩管理系统输出pwm信号控制循环泵6运行，直至电池包18的温度稳定并低于阈值。

103.如图3所示，为本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统的结构示意图，由冷凝器1、储液罐3、三通阀4、电子流量计5、循环泵6、稳压器7、压力表8、充电桩功率单元散热器9、电池包散热器10组成。管路流程依次为冷凝器1

→

储液罐3

→

三通阀4

→

循环泵6(强迫循环)或7(稳压器)

→

电子流量计5

→

压力表8

→

充电桩功率单元散热器9

→

电池包散热器10。其中冷凝器1可选风冷(风扇2)或水冷(接入冷凝水)方式。稳压器7的结构为下进上出，流入散热器的冷却介质经过稳压器7的缓冲作用，可以有效消除循环泵6输送流体或自循环流动的流量脉动现象，保证流体流动的平稳性。三通阀4的通断由充电桩管理系统控制，当系统处于稳定的自循环时，则控制三通阀4右通下闭。否则，控制三通阀4下通右闭，将循环泵6接入系统，系统进入强迫循环冷却模式。

104.如图4所示，为本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统一种实施例的充电桩结构示意图，充电桩壳体内安装有冷凝器1、风扇2、储液罐3、三通阀4、循环泵6、稳压器7、充电桩功率单元散热器9、充电桩功率单元。其中，为保证自循环动力，冷凝器1、风扇2、储液罐3、三通阀4、循环泵6、稳压器7安装于充电桩箱体上部，充电桩功率单元竖直安装于充电桩箱体下部。充电桩功率单元散热器9安装于充电桩功率单元的背部吸收热量，控制功率单元的温度处于合适范围内。充电桩11引出的线缆中包含电线及冷却工质管道，并与充电枪12连接。为减小自循环阻力，需要使充电枪、线缆、电动车充电接口处于相对接近的高度位置。采用支撑架19支撑线缆，达到减小循环阻力的目的。

105.如图5所示，为本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统一种实施例的充电枪截面示意图，负极端子13与正极端子14分别连接充电线缆中的正、负极电线；进液口14与出液口15分别与充电线缆中的冷却工质管道连接，充电枪12内安装有电磁阀，控制流路通断，防止工质泄漏。当充电桩管理系统检测到充电枪12与电动汽车充电接口17连接时，电磁阀打开，冷却工质经由充电枪12流入电动汽车充电接口17。此时，负极端子13与正极端子16

与电动汽车充电接口17相应端子连接，充电桩开始为电动汽车充电。

106.如图6所示，为本发明电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统一种实施例的充电接口与电池包连接示意图，电动汽车充电接口17各功能接口与充电枪12各功能接口成镜像布置，实现电池包与充电桩的电气与冷却功能连接。当充电桩管理系统检测到充电枪12与电动汽车充电接口17连接时，控制进液管道20上的三通阀4下闭右通，控制出液管道21上的三通阀4上闭右通，以此将电池包散热器10与车载电池热管理系统分离。充电枪12流出的工质从进液口14进入电动汽车内，流过电磁阀20进入电池包散热器10内。气液两相工质从电池包散热器10流出后经由电动汽车充电接口17的出液口15流入充电枪12中，并进入充电桩11中的冷凝器1冷却，完成一个制冷循环。

107.本发明第四实施例的一种电子设备，包括：

108.至少一个处理器；以及

109.与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

110.所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法。

111.本发明第五实施例的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法。

112.所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

113.本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd

?

rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

114.术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

115.术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

116.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。技术特征：

1.一种电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，其特征在于，该联合冷却方法包括：步骤s10，当检测到电动汽车处于快速充电状态时，启动电动汽车联合冷却的冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；步骤s20，采集电池管理系统数据，并计算实时的电池包产热功率p

gen

和电池包充电功率p

charge

；采集充电桩管理系统监测的电网输入功率p

in

，结合所述电池包充电功率p

charge

计算充电接口产热功率p

η

；步骤s30，基于所述电池包产热功率p

gen

和所述充电接口产热功率p

η

，计算总产热功率p

all

，并基于所述总产热功率p

all

计算当前时刻t的冷凝器风速v或冷凝水流速v；步骤s40，获取当前时刻t之后的δt时间内的电池包温度数据、回液端冷却工质的流量数据，判断并执行：若δt时间内冷却工质入口流量的变化值g

t

?

g

t

?1＜5％

×

g

t

、电池包温度t

t

?

t

t

?1＜1％

×

t

t

且电池包稳态温度t

t

低于阈值t

limit

，则维持冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；否则，启动循环泵并控制其以预设转速n运行，执行强迫循环模式；步骤s50，令当前时刻t＝t+δt，获取当前时刻t之后的δt时间内的电池包温度数据，判断并执行：若δt时间内电池包温度t

t

?

t

t

?1＜1％

×

t

t

且电池包稳态温度t

t+1

低于阈值t

limit

，则维持循环泵的转速；否则，根据循环泵的转速增量δn将循环泵的转速调整为n＝n+δn；步骤s60，重复执行步骤s50，直至检测到电动汽车停止快速充电，关闭电动汽车联合冷却的冷凝器风扇和循环泵。2.根据权利要求1所述的电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，其特征在于，所述电池包产热功率p

gen

为：p

gen

＝n

×

i2(r0(t，soc)+r

p

(t，soc))其中，r0(t，soc)代表电池包温度为t时的等效内阻，r

p

(t，soc)代表电池包温度为t时的等效极化内阻，soc为电池包的电池荷电状态，n为电池包中的电池数量，i为电池包电流值。3.根据权利要求1所述的电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，其特征在于，所述电池包充电功率p

charge

为：p

charge

＝n

×

i

×

u其中，n为电池包中的电池数量，i为电池包电流值，u为电池包电压值。4.根据权利要求1所述的电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，其特征在于，所述总产热功率p

all

为：p

all

＝p

gen

+p

η

r

η

＝p

in

?

p

charge

其中，p

gen

为电池包产热功率，p

η

为充电接口产热功率，p

in

为电网输入功率，p

charge

为电池包充电功率。5.根据权利要求1所述的电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，其特征在于，步骤s30中当前时刻t的冷凝器风速v为：

其中，c

p，g

为空气比热容，s为冷凝器面积，ρ

g

为空气密度，δt为进出口空气温度差的绝对值，为冷凝器效率。6.根据权利要求1所述的电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，其特征在于，步骤s30中当前时刻t的冷凝水流速v为：其中，c

p，l

为水比热容，s

l

为冷凝水流道总截面积，ρ

l

为水的密度，δt

lm

为平均换热温度差的绝对值，为冷凝器效率。7.根据权利要求1所述的电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，其特征在于，所述预设转速n为：其中，n

m

为循环泵的额定转速，δp为系统阻力，ρ为冷却工质密度，g为重力加速度，h

m

为循环泵的额定扬程。8.根据权利要求7所述的电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法，其特征在于，所述循环泵的转速增量δn为：δn＝n

×

5％。9.一种电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统，其特征在于，该联合冷却系统包括以下模块：状态检测模块，配置为当检测到电动汽车处于快速充电状态时，启动电动汽车联合冷却的冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；产热功率计算模块，配置为采集电池管理系统数据，并计算实时的电池包产热功率p

gen

和电池包充电功率p

charge

；采集充电桩管理系统监测的电网输入功率p

in

，结合所述电池包充电功率p

charge

计算充电接口产热功率p

η

；基于所述电池包产热功率p

gen

和所述充电接口产热功率p

η

，计算总产热功率p

all

；风速或水流速计算模块，配置为基于所述总产热功率p

all

计算当前时刻t的冷凝器风速v或冷凝水流速v；第一判断模块，配置为获取当前时刻t之后的δt时间内的电池包温度数据、回液端冷却工质的流量数据，判断并执行：若δt时间内冷却工质入口流量的变化值g

t

?

g

t

?1＜5％

×

g

t

、电池包温度t

t

?

t

t

?1＜1％

×

t

t

且电池包稳态温度t

t

低于阈值t

limit

，则维持冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；否则，启动循环泵并控制其以预设转速n运行，执行强迫循环模式；第二判断模块，配置为令当前时刻t＝t+δt，获取当前时刻t之后的δt时间内的电池包温度数据，判断并执行：若δt时间内电池包温度t

t

?

t

t

?1＜1％

×

t

t

且电池包稳态温度t

t+1

低于阈值t

limit

，则维持循环泵的转速；否则，根据循环泵的转速增量δn将循环泵的转速调整为n＝n+δn；循环控制模块，配置为重复执行第二判断模块，直至状态检测模块检测到电动汽车停止快速充电，关闭电动汽车联合冷却的冷凝器风扇和循环泵。

10.一种电动汽车电池包与充电桩联合冷却系统，包括电动汽车电池包、充电桩、充电枪、充电线缆、电池包散热器、充电桩功率模块散热器、储液罐、稳压器、电子流量计、循环泵、冷凝器、风扇、压力表；所述充电桩与充电枪以充电线缆连接；所述电动汽车上设置有充电接口，供充电枪连接，使得电动汽车与充电桩形成一个联合体；所述充电枪和电动汽车充电接口布置有电气接口和冷却接口，用于满足快速充电工况下的冷却需求和充电需求；其特征在于：所述电池包散热器、充电桩功率模块散热器、储液罐、稳压器、电子流量计、循环泵、冷凝器、风扇、压力表组成相变冷却工质循环冷却回路；当检测到电动汽车处于快速充电状态时，启动电动汽车联合冷却的冷凝器风扇或冷凝水的自循环模式；所述冷却工质循环冷却回路通过权利要求1

?

8任一项所述的电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法进行电动汽车电池包与充电桩的联合冷却；当检测到电动汽车停止快速充电，关闭电动汽车联合冷却的冷凝器风扇和循环泵。

技术总结

本发明属于电动汽车快速充电冷却技术领域，具体涉及了一种电动汽车电池包与充电桩联合冷却方法及系统，旨在解决快速充电场景下传统电池包、充电桩散热方式的散热功率不能满足需求，充电接口缺乏有效冷却的问题。本发明包括：快充状态启动自循环冷却；计算总产热量并获取当前时刻的冷凝器风速或冷凝水流速；若Δt时间内系统冷却处于稳态，则维持自循环，否则启动循环泵并以预设转速n运行，进入强迫循环模式；若Δt时间内系统冷却处于稳态，则维持循环泵的转速，否则，将进行循环泵的转速增量调整；重复执行直至电动汽车停止快充，关闭冷凝器风扇和循环泵。本发明同时冷却充电桩和电池包，降低成本和系统耗能，提高充电安全性和冷却效果。却效果。却效果。

技术研发人员：阮琳 王军

受保护的技术使用者：中国科学院电工研究所

技术研发日：2021.08.06

技术公布日：2021/12/2