CN114552062A - 一种换电站余热利用***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换电站余热利用***及其控制方法，***包括充电***AC‑DC模块、电池模组、主动式冷源、温度传感器和控制器，主动式冷源通过管道连接AC‑DC模块中的散热流道，所述散热流道通过管道连接电池模组中的加热流道，加热流道通过管道连接主动式冷源；控制器根据电池温度控制主动式冷源工作，主动式冷源驱动冷却液将AC‑DC模块中的余热传输到电池模组中;本发明利用余热，避免了资源浪费；利用余热代替电池模组的PTC加热***，为电池模组提供持续的热能，提高充电效率；电池模组的热量可以通过AC‑DC模块中PFC侧的频率进行控制，进而控制冷却温度，反馈到电池模组，不需额外控制***。
Description
技术领域
本发明涉及换电站充电***，尤其涉及一种换电站余热利用***及其控制方法。
背景技术
现阶段市场新能源电动汽车与日俱增，相对于充电***，换电模式的独特优势使其快速发展。在换电站快速崛起的同时，换电站内充电***的使用率相比与市场定点投放的充电***将大幅度提升，换电站的基建成本和余热循环利用将成为节约能源的关注重点。如何降低换电站能源损耗和余热循环利用，是目前业界急需解决的一个问题。
现有充电***风冷却***中AC-DC充电模块在充电过程中效率约为94%，在功率转换时会产生很大的能量损耗，功率转换过程损耗的能量大多是通过被动冷却***风扇传递到室外大气环境中扩散；其次，此种方案会造成风冷充电***的余热无法收集和循环利用，直排到环境中造成污染和资源浪费，且此种方案会导致换电站的运营成本过高。如图1所示为现有技术中风冷***热量直排示意图。AC-DC充电***产生的热量通过风扇直接排出来达到降温的目的，而电池在低温环境下会有析锂现象，严重影响电池充电速度，故换电站一般采用PTC加热***，PTC加热***为纯阻性负载，消耗电网能量产生热能来为电池充电过程提供持续的热能，从而加快充电速度。此方案会造成电网资源的浪费，风扇和PCT***都需要电网提供能量，会额外增加换电站的运用成本。
因此，设计一种利用换电站充电***AC-DC充电模块中的余热，以节省换电站能耗的余热利用***，是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种换电站余热利用***及其控制方法。
本发明采用的技术方案是设计一种换电站余热利用***，包括充电***AC-DC模块、电池模组、主动式冷源、温度传感器和控制器，其中主动式冷源通过管道连接AC-DC模块中的散热流道，所述散热流道通过管道连接电池模组中的加热流道，所述加热流道通过管道连接主动式冷源；所述温度传感器检测电池模组的电池温度，并将电池温度传送给控制器；所述控制器根据电池温度控制主动式冷源工作，主动式冷源驱动冷却液流转循环将AC-DC模块中的余热传输到电池模组中。
所述AC-DC模块包括依次连接的交流输入接口、EMI单元、PFC功率单元、DC-DC单元、输出接口，所述控制器控制PFC功率单元中功率开关的开关频率，以调节所述余热的大小。
所述主动式冷源中包括冷却液驱动泵和降温装置。
所述降温装置包括冷凝片和散热风扇。
所述电池模组中设有辅助加热器PTC。
所述充电***包括至少一个AC-DC模块。
所述散热流道与加热流道之间的管道上设有一进二出分水阀，其进水口连接散热流道，其第一出水口连接加热流道，其第二出水口连接主动式冷源。
本发明还设计了一种换电站余热利用***的控制方法，所述余热利用***采用上述的换电站余热利用***，所述控制方法包括驱动冷却液循环流经AC-DC模块和电池模组，将AC-DC模块中的余热传输到电池模组中。
在一个方案中，所述控制方法还包括：检测电池温度，根据电池温度控制PFC功率单元中功率开关的开关频率，以调节所述余热的大小。
在一个控制方案中，包括如下步骤：步骤10、冷却液驱动泵工作，驱动冷却液流转循环；步骤20、获取电池模组的电池温度，将电池温度传送给控制器；步骤60、判断电池温度是否大于上限温度，大于上限温度则转步骤61，不大于上限温度则转步骤62；步骤61、降低PFC功率单元中功率开关的开关频率，转步骤62；步骤62、判断电池温度是否小于下限温度，小于下限温度则转步骤63，不小于下限温度则转步骤20；步骤33、增加PFC功率单元中功率开关的开关频率，转步骤20。
在较佳一个方案中，所述控制方法具体包括如下步骤：步骤10、冷却液驱动泵工作，驱动冷却液流转循环；步骤20、获取电池模组的电池温度，将电池温度传送给控制器；步骤30、判断电池温度是否大于上限温度，是则转步骤40、否则转步骤31；步骤31、判断电池温度是否小于下限温度，是则转步骤50，否则转步骤20；步骤40、判断PFC功率单元中功率开关当前的开关频率是否大于下限频率，大于下限频率则转步骤41；等于小于下限频率则维持下限频率后转步骤43；步骤41、降低开关频率；步骤42、判断电池温度是否大于上限温度，是则转步骤43、否则转步骤20；步骤43、开启降温装置，转步骤20；步骤50、判断PFC功率单元中功率开关当前的开关频率是否大于上限频率，大于等于上限频率则维持上限频率后转步骤53；小于上限频率则转步骤51；步骤51、升高开关频率；步骤52、判断电池温度是否小于下限温度，是则转步骤53，否转步骤20；步骤53、开启辅助加热器PTC，转步骤20。
所述控制方法还包括如下步骤：步骤1、获取电池模组的电池温度，将电池温度传送给控制器；步骤2、判断电池温度是否大于水阀触发阈值，小于水阀触发阈值则转步骤3，大于等于水阀触发阈值则转步骤4；步骤3、将所述一进二出分水阀的进水口连通第一出水口，阻断进水口和第二出水口，转步骤10；步骤4、将所述一进二出分水阀的进水口连通第二出水口，阻断进水口和第一出水口。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1、使用液冷充电***将充电***功率转换的余热循环利用，避免了资源浪费；
2、利用液冷技术使充电***与电池模组进行热量交换，来代替电池模组的PTC加热***，为电池模组提供持续的热能，提高充电效率；
3、电池模组的热量可以通过AC-DC模块中PFC侧的频率进行控制，进而控制冷却温度，反馈到电池模组，不需额外控制***。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是现有技术中风冷***热量直排示意图；
图2是本发明换电站余热利用***示意图；
图3是本发明AC-DC模块示意图；
图4是本发明实施开关频率控制的流程图；
图5是本发明电池模组进水端设置分水阀的实施例；
图6是分水阀控制流程图；
图7是电池模组增加辅助加热器PTC的原理图；
图8是本发明实施开关频率、辅助加热、降温装置控制的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种换电站余热利用***，参看图2示出的换电站余热利用***示意图，***包括充电***AC-DC模块、电池模组、主动式冷源、温度传感器和控制器，其中主动式冷源通过管道连接AC-DC模块中的散热流道，所述散热流道通过管道连接电池模组中的加热流道，所述加热流道通过管道连接主动式冷源；所述温度传感器检测电池模组的电池温度，并将电池温度传送给控制器；所述控制器根据电池温度控制主动式冷源工作，主动式冷源驱动冷却液流转循环将AC-DC模块中的余热传输到电池模组中。本发明优化了现有技术中将充电***损耗的能量利用风冷***直吹到大气环境中的模式，本发明提出了一种换电站余热利用***与控制方法，通过利用液冷充电***代替电池模组中的PTC加热***，实现余热循环利用。
AC-DC液冷充电***充电过程中效率大约为95%，功率转换过程损耗的能量用来加热冷却液，使冷却液温度上升，利用热传递的工作原理，冷却液的余热可以循环利用，因此在电池模组附件设置冷却管道，与AC-DC液冷充电***的冷却通道连接，通过热传递的原理，将功率转换过程中产生的热量用于给电池模组加热，提高充电效率。此种方案完全取代现有技术中PTC的功能，既节约了PTC***的基建成本，又减少了PTC加热过程中造成的能量损耗，实现余热循环利用。
余热利用***中包括温度传感器，用来采样电池模组的温度；该温度传感器可以为外部设置的，也可以为电池模组内部设有的，本发明不予限定。由热传递的原理可知电池模组的温度等于在电池模组出水口冷却液的温度，也可以将温度传感器安装在电池模组出水口，以获取电池模组的温度数据信息，并将温度数据传递给控制器。
参看图3示出的较佳实施例，所述AC-DC模块包括依次连接的交流输入接口、EMI单元、PFC功率单元、DC-DC单元、输出接口。PFC功率单元中功率开关的开关频率与开关损耗相关。开关频率越高损耗越大，发热量越大；开关频率越低损耗越小，发热量越小。因此可以用控制器控制PFC功率单元中功率开关的开关频率，来调节所述余热的大小。
在较佳实施例中，所述主动式冷源中包括冷却液驱动泵和降温装置。所述降温装置包括冷凝片和散热风扇。
所述充电***包括至少一个AC-DC模块，许多实施例中，会出现数个AC-DC模块共同使用的情况。
参看图5示出的实施例，所述散热流道与加热流道之间的管道上设有一进二出分水阀，其进水口连接散热流道，其第一出水口连接加热流道，其第二出水口连接主动式冷源。这相当与在电池模组两端增加了旁通管，正常调节时，将进水口连通第一出水口，进水口与第二出水口截止，冷却液流经电池模组，可正常利用充电***余热。当环境温度较高时，可将进水口连通第二出水口，进水口与第一出水口截止，冷却液不流经电池模组，不再利用余热。
参看图7示出的一个实施例，所述电池模组中设有辅助加热器PTC。在寒冷区域或极寒天气情况下，可以开启辅助加热器PTC对电池加热。
本发明还公开了一种换电站余热利用***的控制方法，所述余热利用***采用上述的换电站余热利用***，所述控制方法包括驱动冷却液循环流经AC-DC模块和电池模组，将AC-DC模块中的余热传输到电池模组中。
所述控制方法还包括：检测电池温度，根据电池温度控制PFC功率单元中功率开关的开关频率，以调节所述余热的大小。PFC功率单元中功率开关的开关频率与开关损耗相关。开关频率越高损耗越大，余热越大；开关频率越低损耗越小，余热越小。
参看图4示出的一个控制方法，其包括如下步骤：
步骤10、冷却液驱动泵工作，驱动冷却液流转循环；
步骤20、获取电池模组的电池温度，将电池温度传送给控制器；
步骤60、判断电池温度是否大于上限温度，大于上限温度则转步骤61，不大于上限温度则转步骤62；
步骤61、降低PFC功率单元中功率开关的开关频率（降低开关发热量），转步骤62；
步骤62、判断电池温度是否小于下限温度，小于下限温度则转步骤63，不小于下限温度则转步骤20；
步骤33、增加PFC功率单元中功率开关的开关频率（增加开关发热量），转步骤20。
参看图8示出的较佳实施例的控制流程图，所述控制方法具体包括如下步骤：
步骤10、冷却液驱动泵工作，驱动冷却液流转循环；
步骤20、获取电池模组的电池温度，将电池温度传送给控制器；
步骤30、判断电池温度是否大于上限温度，是则转步骤40（进入冷却液降温步骤），否则转步骤31；
步骤31、判断电池温度是否小于下限温度，是则转步骤50（进入冷却液升温步骤），否则转步骤20；
步骤40（降温步骤），判断PFC功率单元中功率开关当前的开关频率是否大于下限频率，大于下限频率则转步骤41；等于小于下限频率则维持下限频率后转步骤43（不再调节频率，开启辅助降温）；
步骤41、降低开关频率；
步骤42、判断电池温度是否大于上限温度，是（温度还是降不下来）则转步骤43、否（温度已经降下来，重新检测）则转步骤20；
步骤43、开启降温装置，转步骤20；
步骤50（升温步骤）、判断PFC功率单元中功率开关当前的开关频率是否大于上限频率，大于等于上限频率则维持上限频率后转步骤53（不再调节频率）；小于上限频率则转步骤51；
步骤51、升高开关频率；
步骤52、判断电池温度是否小于下限温度，是（温度升上不上去，开启辅助升温）则转步骤53，否（温度已经升上去，重新检测）转步骤20；
步骤53、开启辅助加热器PTC，转步骤20。
在图5示出的实施例中所述散热流道与加热流道之间的管道上设有一进二出分水阀，其操作步骤如图6所示，所述控制方法还包括如下步骤：
步骤1、获取电池模组的电池温度，将电池温度传送给控制器；
步骤2、判断电池温度是否大于水阀触发阈值，小于水阀触发阈值则转步骤3，大于等于水阀触发阈值则转步骤4；
步骤3、将所述一进二出分水阀的进水口连通第一出水口，阻断进水口和第二出水口（利用余热），转步骤10；
步骤4、将所述一进二出分水阀的进水口连通第二出水口，阻断进水口和第一出水口（不利用余热）。
需要指出：本控制流程是在***刚启动时检测到环境温度处于电池模组适宜温度范围或高于此温度范围时才会采用步骤4，此时电池模组不会发生低温析锂现象，采用步骤4意味着不再利用充电***余热给电池模组加热。低于水阀触发温度时需要利用余热，高于水阀触发温度则不需要利用余热。
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。
Claims (12)
1.一种换电站余热利用***，包括充电***AC-DC模块、电池模组、其特征在于，还包括主动式冷源、温度传感器和控制器，其中
主动式冷源通过管道连接AC-DC模块中的散热流道，所述散热流道通过管道连接电池模组中的加热流道，所述加热流道通过管道连接主动式冷源；
所述温度传感器检测电池模组的电池温度，并将电池温度传送给控制器；
所述控制器根据电池温度控制主动式冷源工作，主动式冷源驱动冷却液流转循环将AC-DC模块中的余热传输到电池模组中。
2.如权利要求1所述的换电站余热利用***，其特征在于，所述AC-DC模块包括依次连接的交流输入接口、EMI单元、PFC功率单元、DC-DC单元、输出接口，所述控制器控制PFC功率单元中功率开关的开关频率，以调节所述余热的大小。
3.如权利要求2所述的换电站余热利用***，其特征在于，所述主动式冷源中包括冷却液驱动泵和降温装置。
4.如权利要求3所述的换电站余热利用***，其特征在于，所述降温装置包括冷凝片和散热风扇。
5.如权利要求4所述的换电站余热利用***，其特征在于，所述电池模组中设有辅助加热器PTC。
6.如权利要求1所述的换电站余热利用***，其特征在于，所述充电***包括至少一个AC-DC模块。
7.如权利要求1所述的换电站余热利用***，其特征在于，所述散热流道与加热流道之间的管道上设有一进二出分水阀，其进水口连接散热流道，其第一出水口连接加热流道，其第二出水口连接主动式冷源。
8.一种换电站余热利用***的控制方法，其特征在于，所述余热利用***采用权利要求1至7任一项所述的换电站余热利用***，所述控制方法包括驱动冷却液循环流经AC-DC模块和电池模组，将AC-DC模块中的余热传输到电池模组中。
9.如权利要求8所述的换电站余热利用***的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：检测电池温度，根据电池温度控制PFC功率单元中功率开关的开关频率，以调节所述余热的大小。
10.如权利要求9所述的换电站余热利用***的控制方法，其特征在于，所述控制方法具体包括如下步骤：
步骤10、冷却液驱动泵工作，驱动冷却液流转循环；
步骤20、获取电池模组的电池温度，将电池温度传送给控制器；
步骤60、判断电池温度是否大于上限温度，大于上限温度则转步骤61，不大于上限温度则转步骤62；
步骤61、降低PFC功率单元中功率开关的开关频率，转步骤62；
步骤62、判断电池温度是否小于下限温度，小于下限温度则转步骤63，不小于下限温度则转步骤20；
步骤33、增加PFC功率单元中功率开关的开关频率，转步骤20。
11.如权利要求9所述的换电站余热利用***的控制方法，其特征在于，所述控制方法具体包括如下步骤：
步骤10、冷却液驱动泵工作，驱动冷却液流转循环；
步骤20、获取电池模组的电池温度，将电池温度传送给控制器；
步骤30、判断电池温度是否大于上限温度，是则转步骤40、否则转步骤31；
步骤31、判断电池温度是否小于下限温度，是则转步骤50，否则转步骤20；
步骤40、判断PFC功率单元中功率开关当前的开关频率是否大于下限频率，大于下限频率则转步骤41；等于小于下限频率则维持下限频率后转步骤43；
步骤41、降低开关频率；
步骤42、判断电池温度是否大于上限温度，是则转步骤43、否则转步骤20；
步骤43、开启降温装置，转步骤20；
步骤50、判断PFC功率单元中功率开关当前的开关频率是否大于上限频率，大于等于上限频率则维持上限频率后转步骤53；小于上限频率则转步骤51；
步骤51、升高开关频率；
步骤52、判断电池温度是否小于下限温度，是则转步骤53，否转步骤20；
步骤53、开启辅助加热器PTC，转步骤20。
12.如权利要求10或11任一项所述的换电站余热利用***的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括如下步骤：
步骤1、获取电池模组的电池温度，将电池温度传送给控制器；
步骤2、判断电池温度是否大于水阀触发阈值，小于水阀触发阈值则转步骤3，大于等于水阀触发阈值则转步骤4；
步骤3、将所述一进二出分水阀的进水口连通第一出水口，阻断进水口和第二出水口，转步骤10；
步骤4、将所述一进二出分水阀的进水口连通第二出水口，阻断进水口和第一出水口。
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