CN101962000A - 一种纯电动汽车动力电池的加热系统及其控制方法 - Google Patents

一种纯电动汽车动力电池的加热系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提出一种纯电动汽车动力电池的加热系统及其控制方法，以解决低温对纯电动汽车动力电池性能的影响，使纯电动汽车能够在冬季严寒地区使用。该加热系统包括安装于电池包内的电池加热装置，所述电池加热装置设置有中空的散热片，所述散热片设置有进水口和出水口，关键在于还包括一个辅助加热器，所述辅助加热器与燃料供给装置相连，辅助加热器内置有热交换器，热交换器的进水口通过水泵及水管与膨胀水箱的出水口相通，热交换器的出水口通过电控阀与散热片的进水口相通，散热片的出水口与膨胀水箱的进水口相通，所述电控阀、辅助加热器、水泵与整车控制器连接并受整车控制器所控制，所述整车控制器还与电池管理系统相连。

Description

一种纯电动汽车动力电池的加热系统及其控制方法
技术领域
本发明属于纯电动汽车技术领域，特别涉及到纯电动汽车动力电池的加热系统及其控制方法。
背景技术
实验研究表明，纯电动汽车所用动力锂电池最适宜工作的(充放电)温度为35～45℃，在冬季严寒地区(如-25℃以下温度)使用时，动力锂电池的放电性能、充电接受能力都受低温影响而大大下降，比如若动力电池包布置在车厢地板下面，其底部即使是靠车身底板完全密封也难免受外界低温影响，从而在行车过程中可能电池放电的产生的热量小于电池包向外界的散热量，致使各电池单体的温度不在最佳工作范围内；在室外停车充电时各电池单体停止散热，同时风道再不输送舱内等温的空气以维持包内温度，导致无论快充还是慢充都是效率低下；而早晨驻车启动时，若电动车整夜都停在室外则极难在较短时间内启动，上述问题都会影响电动汽车在严寒地区的动力性和续驶里程，甚至影响动力电池的使用寿命，严重限制了其使用推广的范围。
为了解决上述低温问题，现阶段的做法如下：在电池包内设置温控装置，同时在电池包内部合理设置功率电阻单元或电加热膜材料，BMS(电池管理系统)检测到电池单体环境温度低于设定温度时，使温控装置开始工作，利用电池包本身的电池电量对电池进行加热，当温度高于设定温度时就自动关闭加热。在理想的实验室中实验表明，该加热系统从-25℃加热至设定温度所需时间小于10分钟，但实际严寒地区温度的变化和电动汽车使用工况的复杂，使加热时间极可能远大于这个时间，而且该加热系统如果频繁使用，会大大消耗电池本身的电能，影响整车的动力性和续驶里程。而利用外界热源的电池加热采暖技术，目前国内外尚处在探索阶段。
发明内容
本发明的目的是提出一种纯电动汽车动力电池的加热系统及其控制方法，以解决低温对纯电动汽车动力电池性能的影响，使纯电动汽车能够在冬季严寒地区使用。
本发明的纯电动汽车动力电池的加热系统包括安装于电池包内的电池加热装置，所述电池加热装置设置有中空的散热片，所述散热片设置有进水口和出水口，关键在于还包括一个辅助加热器，所述辅助加热器与燃料供给装置相连，辅助加热器内置有热交换器，热交换器的进水口通过水泵及水管与膨胀水箱的出水口相通，热交换器的出水口通过电控阀与散热片的进水口相通，散热片的出水口与膨胀水箱的进水口相通，所述电控阀、辅助加热器、水泵与整车控制器连接并受整车控制器所控制，所述整车控制器还与电池管理系统相连。
上述纯电动汽车动力电池的加热系统的控制方法包括如下步骤：
A：在行车过程及停车为电池充电时，整车控制器通过电池管理系统检测电池包内的温度，当电池包内的温度低于预定温度时，整车控制器控制辅助加热器加热，并控制电控阀的开度以分配高温冷却液的流量而调节电池包内的温度，直到电池包内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器及电控阀；
B：在整车启动之前，整车控制器接收到遥控器的启动信号后，整车控制器通过电池管理系统检测电池包内的温度，若电池包内的温度低于预定温度，整车控制器控制辅助加热器加热，并控制电控阀的开度以调节电池包内的温度，直到电池包内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器及电控阀。
为了充分利用辅助加热器的加热功能，上述动力电池加热系统还包括空调系统，所述辅助加热器内的热交换器的进水口通过水泵及水管与膨胀水箱的出水口相通，热交换器的出水口通过第二电控三通阀分别与空调系统的进水口、散热片的进水口相通，空调系统的出水口、散热片的出水口分别通过第一电控三通阀与膨胀水箱的进水口相通，所述第一电控三通阀、第二电控三通阀与整车控制器连接并受整车控制器所控制。
当上述动力电池加热系统包括空调系统时，其控制方法包括如下步骤：
A：在行车过程中，整车控制器通过电池管理系统检测电池包内的温度，整车控制器还通过空调控制器检测车内温度传感器信号从而判断空调系统的工作状态，当电池包内的温度低于预定温度或空调系统为加热状态时，整车控制器控制辅助加热器加热，并控制第一电控三通阀、第二电控三通阀的开度以分配高温冷却液的流量，调节电池包内和/或车内的温度，直到电池包内和/或车内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器；
B：在乘员离开车内停车为电池充电时，整车控制器通过电池管理系统检测电池包内的温度，当电池包内的温度低于预定温度时，整车控制器控制辅助加热器加热，并控制第一电控三通阀、第二电控三通阀和空调及膨胀水箱的相关管路的开度，以关闭空调系统的水循环通路，同时调节电池包内的温度，直到电池包内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器；
C：在整车启动之前，整车控制器接收到遥控器的启动信号后，整车控制器通过电池管理系统检测电池包内的温度，整车控制器还检测车内的温度，当电池包内和/或车内的温度低于预定温度时，整车控制器控制辅助加热器加热，并控制第一电控三通阀、第二电控三通阀的开度以分配高温冷却液的流量，调节电池包内和/或车内的温度，直到电池包内和/或车内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器。
所述电池包设置有通风口，所述通风口与整车控制器连接并受整车控制器控制其开度。当整车控制器控制辅助加热器只为电池包加热时，整车控制器关闭电池包的通风口，避免热量损失，提高电池包的加热速度。
为提高环保性，所述辅助加热器为乙醇加热器，所述燃料供给装置由耐醇材料制成。
本发明的纯电动汽车动力电池的加热系统利用辅助加热器产生的热能来对电池包进行加热，不会消耗电池电量，因此不会影响电动车的动力性和续航里程，同时还可以保证空调系统所需的热量，整车控制器通过控制各电控阀的开度来分配热量，控制方法简单。辅助加热器可以通过整车控制器及遥控器来遥控启动，因此可以在启动整车前单独启动，提前加热电池包及启动空调除霜除雾，避免因电池包温度过低不能启动整车，因此扩大了纯电动汽车的使用范围。
附图说明
图1是实施例1的纯电动汽车动力电池的加热系统的原理图；
图2是实施例1的乙醇加热器的燃料供给装置的布置图；
图3、4是实施例1的乙醇加热器与空调系统及电池包电池加热装置的布置图；
图5是实施例2的纯电动汽车动力电池的加热系统的原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图来详细说明本发明。
实施例1：
如图1所示，本实施例的纯电动汽车动力电池的加热系统包括安装于电池包1内的电池加热装置11，电池加热装置11设置有中空的散热片111，散热片111设置有进水口和出水口，该加热系统还包括一个辅助加热器2，辅助加热器2与燃料供给装置3相连，辅助加热器2内置有热交换器21，热交换器21的进水口通过水泵4及水管与膨胀水箱5的出水口相通，热交换器21的出水口通过第二电控三通阀62分别与空调系统9的进水口、散热片111的进水口相通，空调系统9的出水口、散热片111的出水口分别通过第一电控三通阀61与膨胀水箱5的进水口相通，第一电控三通阀61、第二电控三通阀62、辅助加热器2、水泵4分别与整车控制器7连接并受整车控制器7所控制，整车控制器7还与空调系统9、电池管理系统8相连，电池管理系统8与电池包1相连(整车控制器7与空调系统9的连接在图中未画出，管路内的箭头表示管内液体的流动方向)。
电池包1设置有通风口12，通风口12与整车控制器7连接并受整车控制器7控制其开度。
为提高环保性，辅助加热器2为乙醇加热器，燃料供给装置3由耐醇材料制成。
具体地说，如图2所示，为保证电动汽车加装乙醇加热器后的燃料供给，10L左右耐乙醇腐蚀塑料储备箱34盛装生物乙醇，储备箱34布置在车身后地板下，靠螺栓和车身及电池包联接，储备箱34设置有重力阀、油量传感器、电磁计量油泵36等装置(图中未画出重力阀、油量传感器)，加注时乙醇通过加注口31、加注管32进入储备箱34，在电磁计量油泵36的作用下，通过乙醇供给管35将燃料输送到布置在电动汽车前舱的乙醇加热器燃烧，加注管31、加注通气软管33和乙醇供给管35均为耐乙醇腐蚀的材料制成。
如图3所示，布置在电动车前舱的乙醇加热器2配以膨胀水箱5储存冷却液，水泵4通过膨胀水箱5的出水管51将冷却液抽入连接热交换器的内置水道内，乙醇在乙醇加热器2内部燃烧后产生的热能通过内置热交换器后将出水管51过来的冷却液加热，加热后的冷却液经过第二电控三通阀62分别流向空调系统和电池包内的散热片，从空调系统和电池包内的散热片流出的冷却液经过第一电控三通阀61及进水管52后流回膨胀水箱5。
如图4所示，电池包1设置有通风口12，电池加热装置布置在电池包1内部，其位置由电池单体所组成的模组在包内的布置结构结合流场分析结果而定。加热片的进水管1111与第二电控三通阀62连通，出水管1112与第一电控三通阀61连通。
上述动力电池加热系统的控制方法包括如下步骤：
A：在行车过程中，整车控制器7通过电池管理系统8检测电池包1内的温度，整车控制器7还通过空调控制器检测车内温度传感器信号从而判断空调系统9的工作状态，当电池包1内的温度低于预定温度或空调系统9为加热状态时，整车控制器7控制辅助加热器2加热，水泵4运转，并控制第一电控三通阀61、第二电控三通阀62的开度以分配高温冷却液的流量，调节电池包内和/或车内的温度，直到电池包内和/或车内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器2；
B：在乘员离开车内停车为电池充电时，整车控制器7通过电池管理系统8检测电池包1内的温度，当电池包1内的温度低于预定温度时，整车控制器7控制辅助加热器2加热，并控制第一电控三通阀61、第二电控三通阀62和空调及膨胀水箱的相关管路的开度，以关闭空调系统的水循环通路，同时调节电池包1内的温度，直到电池包1内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器2；
C：在整车启动之前，整车控制器7接收到遥控器的启动信号后，整车控制器7通过电池管理系统8检测电池包1内的温度，整车控制器7还通过空调控制器检测车内温度传感器信号从而判断车内的温度，当电池包内和/或车内的温度低于预定温度时，整车控制器7控制辅助加热器2加热，并控制第一电控三通阀61、第二电控三通阀62的开度以分配高温冷却液的流量，调节电池包内和/或车内的温度，直到电池包内和/或车内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器2。
当整车控制器7控制辅助加热器2只为电池包1加热时，整车控制器7关闭电池包的通风口12，避免热量损失，提高电池包的加热速度。
实施例2：
如图5所示，本实施例的纯电动汽车动力电池的加热系统包括安装于电池包1内的电池加热装置11，电池加热装置11设置有中空的散热片111，散热片111设置有进水口和出水口，该加热系统还包括一个辅助加热器2，辅助加热器2与燃料供给装置3相连，辅助加热器2内置有热交换器21，热交换器21的进水口通过水泵4及水管与膨胀水箱5的出水口相通，热交换器21的出水口通过电控阀6与散热片111的进水口相通，散热片111的出水口与膨胀水箱5的进水口相通，所述电控阀6、辅助加热器2、水泵4与整车控制器7连接并受整车控制器7所控制，整车控制器7还与电池管理系统8相连，电池管理系统8与电池包1相连(管路内的箭头表示管内液体的流动方向)。
上述纯电动汽车动力电池的加热系统的控制方法包括如下步骤：
A：在行车过程及停车为电池充电时，整车控制器7通过电池管理系统8检测电池包1内的温度，当电池包1内的温度低于预定温度时，整车控制器7控制辅助加热器2加热，并控制电控阀6的开度以调节电池包1内的温度，直到电池包1内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器2及电控阀6；
B：在整车启动之前，整车控制器7接收到遥控器的启动信号后，整车控制器7通过电池管理系统8检测电池包1内的温度，若电池包1内的温度低于预定温度，整车控制器7控制辅助加热器1加热，并控制电控阀6的开度以调节电池包1内的温度，直到电池包1内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器2及电控阀6。
当整车控制器7控制辅助加热器2只为电池包1加热时，整车控制器7关闭电池包的通风口12，避免热量损失，提高电池包的加热速度。

Claims (9)

1.一种纯电动汽车动力电池的加热系统，包括安装于电池包内的电池加热装置，所述电池加热装置设置有中空的散热片，所述散热片设置有进水口和出水口，其特征在于还包括一个辅助加热器，所述辅助加热器与燃料供给装置相连，辅助加热器内置有热交换器，热交换器的进水口通过水泵及水管与膨胀水箱的出水口相通，热交换器的出水口通过电控阀与散热片的进水口相通，散热片的出水口与膨胀水箱的进水口相通，所述电控阀、辅助加热器、水泵与整车控制器连接并受整车控制器所控制，所述整车控制器还与电池管理系统相连。
2.根据权利要求1所述的纯电动汽车动力电池的加热系统，其特征在于还包括空调系统，所述辅助加热器内的热交换器的进水口通过水泵及水管与膨胀水箱的出水口相通，热交换器的出水口通过第二电控三通阀分别与空调系统的进水口、散热片的进水口相通，空调系统的出水口、散热片的出水口分别通过第一电控三通阀与膨胀水箱的进水口相通，所述第一电控三通阀、第二电控三通阀与整车控制器连接并受整车控制器所控制。
3.根据权利要求1所述的纯电动汽车动力电池的加热系统，其特征在于所述电池包设置有通风口，所述通风口与整车控制器连接并受整车控制器控制其开度。
4.根据权利要求2所述的纯电动汽车动力电池的加热系统，其特征在于所述电池包设置有通风口，所述通风口与整车控制器连接并受整车控制器控制其开度。
5.根据权利要求1或2或3所述的纯电动汽车动力电池的加热系统，其特征在于所述辅助加热器为乙醇加热器，所述燃料供给装置由耐醇材料制成。
6.根据权利要求1所述的纯电动汽车动力电池的加热系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
A：在行车过程及停车为电池充电时，整车控制器通过电池管理系统检测电池包内的温度，当电池包内的温度低于预定温度时，整车控制器控制辅助加热器加热，并控制电控阀的开度以分配高温冷却液的流量而调节电池包内的温度，直到电池包内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器及电控阀；
B：在整车启动之前，整车控制器接收到遥控器的启动信号后，整车控制器通过电池管理系统检测电池包内的温度，若电池包内的温度低于预定温度，整车控制器控制辅助加热器加热，并控制电控阀的开度以调节电池包内的温度，直到电池包内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器及电控阀。
7.根据权利要求6所述的纯电动汽车动力电池的加热系统的控制方法，其特征在于当整车控制器控制辅助加热器为电池包加热时，整车控制器关闭电池包的通风口。
8.根据权利要求2所述的纯电动汽车动力电池的加热系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
A：在行车过程中，整车控制器通过电池管理系统检测电池包内的温度，整车控制器还通过空调控制器检测车内温度传感器信号从而判断空调系统的工作状态，当电池包内的温度低于预定温度或空调系统为加热状态时，整车控制器控制辅助加热器加热，并控制第一电控三通阀、第二电控三通阀的开度以分配高温冷却液的流量，调节电池包内和/或车内的温度，直到电池包内和/或车内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器；
B：在乘员离开车内停车为电池充电时，整车控制器通过电池管理系统检测电池包内的温度，当电池包内的温度低于预定温度时，整车控制器控制辅助加热器加热，并控制第一电控三通阀、第二电控三通阀和空调及膨胀水箱的相关管路的开度，以关闭空调系统的水循环通路，同时调节电池包内的温度，直到电池包内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器；
C：在整车启动之前，整车控制器接收到遥控器的启动信号后，整车控制器通过电池管理系统检测电池包内的温度，整车控制器还检测车内的温度，当电池包内和/或车内的温度低于预定温度时，整车控制器控制辅助加热器加热，并控制第一电控三通阀、第二电控三通阀的开度以分配高温冷却液的流量，调节电池包内和/或车内的温度，直到电池包内和/或车内的温度升高到预定温度范围内后才关闭辅助加热器。
9.根据权利要求8所述的纯电动汽车动力电池的加热系统的控制方法，其特征在于当整车控制器控制辅助加热器只为电池包加热时，整车控制器关闭电池包的通风口。
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