CN102848877B - 电动汽车的空气自动调节系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车的空气调节系统及控制方法，所述系统包括电池仓、客舱、制冷/制热装置、连接在以上结构之间的通风管路和截止阀、以及控制电路，客舱和电池仓空气进口借助制冷或制热装置连接在汽车的进气管路上，客舱的空气出口接至电池仓的进气管路和排空管路上，电池仓的排气出口借助过滤器接到客舱进气口或借助热交换器设置在客舱的进气管路上或者直接排空，在客舱或电池仓内、进出气口处、和通风管路的分叉节点处设置可控的截止阀和温度传感器，温度传感器的输出端接控制电路的输入端，控制电路的输出端接截止阀的控制端。采用本发明可保护电池不会被损害，延长电池的使用寿命、降低电动汽车的使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车温度管理系统，特别是涉及电动汽车的空气自动调节系统及控制方法。
背景技术
电动汽车作为新能源汽车的代表，具备简单经济、清洁环保等优点。其中，电池作为能源储存和供給部件，在电动汽车中起到异常关键的作用。电动汽车的工作过程就是能源形式的转换过程，其工作环境指标的好坏极大地影响整车的效率、寿命和性能。在众多的环境指标中，环境温度的影响较大，电池工作环境区间在低温（-10℃）和高温（50℃）之间。实际上当电池连续工作时，环境温度应当控制在10℃—30℃之间，才能可以保证它的高效放电和安全的基板电压维持，这对延长电池寿命是极其重要的。超过这一温度区间的长时间或大负荷放电可能导致电池组的致命的损伤。极端温度条件下对电池的造成的伤害已经成为电动汽车、特别是大型电动客车成本偏高的关键。但是大多数的司机不具备专业知识，严格的操作规范也不可能保证电池的环境条件，动力电池常常会因某一电池单体温度过高或过低性能而会造成整个电池的性能大幅下降，甚至整个电池组失效，导致电池的使用成本居高不下。
为了将电池的工作温度控制在较适宜的范围内，人们进行了多方面的研究，设置了制冷或/和制热的系统，如申请号为201120204490.9的专利公开了一种电动汽车电池系统热管理装置，其从储液罐中取液，通过油水分离器、单向阀后进入热交换器中，经热交换器换热后，冷媒或热媒进入电池系统，实现对电池的冷却或加热。在保证电池工作温度的同时，车内环境的温度适宜也很关键。但是，电池温度调节和车内温度调节必然会消耗电池能量，降低电动汽车的续驶里程。如公开号为101913314A中国专利申请公开了一种电动汽车空调系统及其控制方法，其通过电动压缩机和燃油加热器调节车内温度。在汽车的设备系统中，增加致冷或发热装置来实现电池温度的调控是一般的技术常识，关键不在于调节温度的设备，而在于如何利用现有的设备、装置来实现动力电池迫切需要实现的控温手段，在目前的电动汽车领域，特别是大型电动客车中急待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种耗电量低、能够同时调节客舱温度和电池仓温度的电动汽车的空气自动调节系统及控制方法，其设置了严格的温度管理和控制方法，严格控制电池的连续工作温度，从而延长了电池的工作寿命，降低了电池的使用成本。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：
一种电动汽车的空气调节系统，该系统包括电池仓，客舱，制冷/制热装置，连接在电池仓、客舱和制冷/制热装置之间的通风管路和截止阀，以及控制电路，客舱和电池仓空气进口借助制冷/制热装置连接在汽车的进气管路上，客舱的空气出口接至电池仓的进气管路和排空管路上，电池仓的排气出口一路借助过滤器接到客舱进气口，另一路借助热交换器设置在汽车的进气管路上，该排气出口还具有一路直接排空，在汽车进气管路和热交换器交汇处、客舱和电池仓内、进出气口处、和通风管路的分叉节点处设置可控的截止阀和温度传感器，温度传感器的输出端接控制电路的输入端，控制电路的输出端接截止阀的控制端。
本发明还提供了一种用于控制上述电动汽车的空气调节系统的控制方法，其步骤如下：
步骤一、判断电池仓温度是否低于最低警戒温度T警戒L，当低于时、启动燃油加热器至电池仓温度高于T警戒L，当高于时、直接进入步骤二；
步骤二、启动开关、进入自动控制程序；
2.1、温度传感器定时采集温度参数并传送至单片机，储存、计算电池仓温度变化率，判断电池仓温度是否高于最高警戒温度T警戒H，当高于时、经报警强制电路报警，延迟一定时间后，强制关闭电源，当温度介于T警戒L~T警戒H时，进入步骤2.2；
2.2、判断电池仓温度和客舱温度是否分别处于设定的连续工作温度范围内，然后根据判定结果、启动相应的制冷和制热措施；其特征在于电池仓进口处的风机按照下述方法进行控制：
A、判断电池仓是否处于连续工作温度T连续L~T连续H范围内
当电池仓温度在T连续L~T连续H范围内时，关闭风机，电池仓自然风冷；
当电池仓温度不在T连续L~T连续H范围内时，进入步骤B；
B、判断电池仓温度是否处于连续工作温度T连续H~T警戒H范围内
当电池仓温度在该范围内时，判断电池仓温度变化率是否大于0，当大于0时、风机速率调至较高挡，且档位与温度变化率相对应，当小于0时、风机速率调至较低挡、且档位与温度变化率相对应；
当电池仓温度不在该范围内时，进入步骤C；
步骤C、判断电池仓温度变化率是否大于0，当大于0时、风机速率调至较低挡，且档位与温度变化率相对应，当小于0时、风机速率调至较高挡、且档位与温度变化率相对应。
采用上述技术方案产生的有益效果在于：（1）将客舱内经制冷的空气引入至电池仓，形成制冷循环，或者充分利用电池余热将对客舱进行供暖，实现了客舱温度调节和电池仓温度调节的二合一，充分利用了电池的制冷或制热能量，降低了电池的电量消耗，提高了电动汽车的续航里程；（2）采用单片机模块严格控制制冷和制热循环，将电池的工作温度保持在连续工作所适宜的范围，从而提高了电池的使用寿命，降低了使用成本；当出现极端温度时，可以通过报警强制电路报警后、延迟一定时间，以便驾驶人员作好安全准备，然后强制关闭电源，避免电池受损。
附图说明
图1是本发明系统的连接示意图；
图2是本发明电路模块的连接示意图；
图3是本发明控制方法的流程图；
图4是本发明风机速率控制的流程图。
具体实施方式
参看图1~图2，本发明的系统包括电池仓，客舱，制冷/制热装置，连接在电池仓、客舱和制冷/制热装置之间的通风管路和截止阀，以及控制电路，客舱和电池仓空气进口借助制冷/制热装置连接在汽车的进气管路上，客舱的空气出口接至电池仓的进气管路和排空管路上，电池仓的排气出口一路借助过滤器接到客舱进气口，另一路借助热交换器设置在汽车的进气管路上，该排气出口还具有一路直接排空，在汽车进气管路和热交换器交汇处、客舱和电池仓内、进出气口处、和通风管路的分叉节点处设置可控的截止阀和温度传感器，温度传感器的输出端接控制电路的输入端，控制电路的输出端接截止阀的控制端。参看图1，在电池仓的进口、内部和出口分别设置了温度传感器t1~t4，其中在电池仓内部对应的温度传感器处还设有空气进口和可控的截止阀，当内部温度t2或t3高于设定的温度时，打开相应空气进口的截止阀，以防止电池局部温度过高而损坏某个电池单体导致整个动力电池失效。在客舱的出口和进口分别设有温度传感器t5和t6，用于监测客舱的温度。在制冷装置和制热装置的进口端和出口端分别设有t8和t7。
所述制冷装置采用电动压缩机，所述制热装置采用燃油加热器，燃油加热器的使用，一方面可以降低电动汽车的电能消耗，另一方面当电池的温度低于启动温度时，可以用于给电池升温，使电池在适宜的温度环境下工作。
电池仓内的进气口处设有调节风量的风机。根据电池仓的温度来调节风机的风速。
所述控制电路包括单片机，与单片机输入端连接的键盘电路、温度传感器编码电路，与单片机输出端连接的阀控电路、报警强制电路，以及与单片机双向通讯的存储模块和EPROM。所述控制电路还包括自动/手动电路和状态显电路。所述温度传感器的输出端通过A/D转换模块接温度传感器编码电路的输入端。所述报警强制电路的输出端通过延迟电路接电源的开关。
本发明根据经验数据将电池的温度划分为连续工作温度范围T连续L~T连续H、最低警戒温度T警戒L和最高T警戒H、最低极限温度和最高极限温度进行控制。一般，当电池仓内的温度传感器处在连续工作温度范围T连续L~T连续H时，无需进行温度控制，此时电池仓内采用自然风冷即可；当电池仓内的温度传感器监测到超过连续工作温度范围时，需要对电池的工作温度进行强制干预，此时，需要打开制冷或制热系统，并根据电池仓内的温度变化趋势进行风量的调节，以便在充分利用制冷或制热能量的同时、节约电池能量、而且能够控制电池温度不会迅速升温超过而最高警戒温度，所述电动压缩机根据系统设定的温度与电池仓内传感器温度之差等因素进行制冷量的调节。
利用本发明的制冷和制热装置，实现动力电池的严格控温。具体的控制步骤为：
步骤一、判断电池仓温度是否低于最低警戒温度T警戒L，当低于时、启动燃油加热器至电池仓温度高于T警戒L，当高于时、直接进入步骤二；
步骤二、启动开关、进入自动控制程序；
2.1、温度传感器定时采集温度参数并传送至单片机，储存、计算电池仓温度变化率，判断电池仓温度是否高于最高警戒温度T警戒H，当高于时、经报警强制电路报警，延迟一定时间后（驾驶人员作出反应，或路边停车），强制关闭电源，、或关闭自动程序驶入安全地段后停车；当温度介于T警戒L~T警戒H时，进入步骤2.2；
2.2、判断电池仓温度和客舱温度是否分别处于设定的连续工作温度范围内，然后根据判定结果、启动相应的制冷和制热措施；具体的措施是：
①当电池仓温度在设定的连续工作温度范围内、客舱温度也在设定的温度范围时，空气由风门进入客舱，再经电池仓后、排空；
②当电池仓温度在设定的连续工作温度范围内、客舱温度低于设定的温度范围时，空气份两路，一路经风门、制热装置进入客舱、排空，另一路再经电池仓、排空；
③当电池仓温度在设定的连续工作温度范围内、客舱温度高于设定的温度范围时，空气份两路，一路经风门、制冷装置进入客舱、排空，另一路再经电池仓、排空；
④当电池仓温度低于设定的连续工作温度范围时，此时，客舱温度一定低于设定的温度范围，启动制热程序，空气经风门、制热装置进入电池仓，再经过滤器进入客舱、排空；
⑤当电池仓温度高于设定的连续工作温度范围、客舱温度也高于设定的温度范围时，启动制冷装置，空气从风门进入，再依次经制冷机构、客舱、电池仓、排空；
⑥当电池仓温度高于设定的连续工作温度范围、客舱温度低于设定的温度范围时，空气由风门进入电池仓，再经过滤器进入客舱、排空；
为了充分监测和降低电池仓内的温度，在电池仓内设置2个以上温度传感器及对应的风口，当监测的温度高于或低于电池仓的连续工作温度范围时，打开风口相对应的截止阀；
当电池仓内的温度高于电池仓的最高温度时，经报警强制电路报警，延迟设定时间后关闭电源。
然后跳转至步骤2.1，进行循环。
其中关键在于电池仓进口处的风机按照下述方法进行控制：
A、判断电池仓是否处于连续工作温度T连续L~T连续H范围内
当电池仓温度在T连续L~T连续H范围内时，关闭风机，电池仓自然风冷；
当电池仓温度不在T连续L~T连续H范围内时，进入步骤B；
B、判断电池仓温度是否处于连续工作温度T连续H~T警戒H范围内
当电池仓温度在该范围内时，判断电池仓温度变化率是否大于0，当大于0时、风机速率调至较高挡，且档位与温度变化率相对应，当小于0时、风机速率调至较低挡、且档位与温度变化率相对应；
当电池仓温度不在该范围内时，进入步骤C；
步骤C、判断电池仓温度变化率是否大于0，当大于0时、风机速率调至较低挡，且档位与温度变化率相对应，当小于0时、风机速率调至较高挡、且档位与温度变化率相对应。
电池仓的连续工作温度范围是10~30℃、最低警戒温度为-5℃，最高警戒温度为50℃。
综上，采用本发明可准确监测电池仓温度，控制电池仓温度在设定的合理范围内，保护电池不会被损害，延长电池的使用寿命、降低电动汽车的使用成本。
Claims (9)
1.一种电动汽车的空气调节系统，该系统包括电池仓，客舱，制冷/制热装置，连接在电池仓、客舱和制冷/制热装置之间的通风管路和截止阀，以及控制电路，其特征在于：客舱和电池仓空气进口借助制冷/制热装置连接在汽车的进气管路上，客舱（1）的空气出口接至电池仓的进气管路和排空管路上，电池仓的排气出口一路借助过滤器接到客舱进气口，另一路借助热交换器设置在汽车的进气管路上，该排气出口还具有一路直接排空，在汽车进气管路和热交换器交汇处、客舱和电池仓内、进出气口处、和通风管路的分叉节点处设置可控的截止阀和温度传感器，温度传感器的输出端接控制电路的输入端，控制电路的输出端接截止阀的控制端；电池仓内的进气口处设有调节风量的风机。
2.根据权利要求1所述的电动汽车的空气调节系统，其特征在于所述制冷装置采用电动压缩机，所述制热装置采用燃油加热器。
3.根据权利要求2所述的电动汽车的空气调节系统，其特征在于所述电池仓内设有2个以上温度传感器，并对应设置气体进口、及可控的截止阀。
4.根据权利要求3所述的电动汽车的空气调节系统，其特征在于所述控制电路包括单片机，与单片机输入端连接的键盘电路、温度传感器编码电路，与单片机输出端连接的阀控电路、报警强制电路，以及与单片机双向通讯的存储模块和EPROM。
5.根据权利要求4所述的电动汽车的空气调节系统，其特征在于所述控制电路还包括自动/手动电路和状态显电路。
6.根据权利要求4所述的电动汽车的空气调节系统，其特征在于所述温度传感器的输出端通过A/D转换模块接温度传感器编码电路的输入端。
7.根据权利要求4所述的电动汽车的空气调节系统，其特征在于所述报警强制电路的输出端通过延迟电路接电源的开关。
8.一种用于控制如权利要求1所述的电动汽车的空气调节系统的控制方法，其步骤如下：
步骤一、判断电池仓温度是否低于最低警戒温度T警戒L，当低于时、启动燃油加热器至电池仓温度高于T警戒L，当高于时、直接进入步骤二；
步骤二、启动开关、进入自动控制程序；
2.1、温度传感器定时采集温度参数并传送至单片机，储存、计算电池仓温度变化率，判断电池仓温度是否高于最高警戒温度T警戒H，当高于时、经报警强制电路报警，延迟一定时间后，强制关闭电源，当温度介于T警戒L~T警戒H时，进入步骤2.2；
2.2、判断电池仓温度和客舱温度是否分别处于设定的连续工作温度范围内，然后根据判定结果、启动相应的制冷和制热措施；其特征在于电池仓进口处的风机按照下述方法进行控制：
A、判断电池仓是否处于连续工作温度T连续L~T连续H范围内
当电池仓温度在T连续L~T连续H范围内时，关闭风机，电池仓自然风冷；
当电池仓温度不在T连续L~T连续H范围内时，进入步骤B；
B、判断电池仓温度是否处于连续工作温度T连续H~T警戒H范围内
当电池仓温度在该范围内时，判断电池仓温度变化率是否大于0，当大于0时、风机速率调至较高挡，且档位与温度变化率相对应，当小于0时、风机速率调至较低挡、且档位与温度变化率相对应；
当电池仓温度不在该范围内时，进入步骤C；
步骤C、判断电池仓温度变化率是否大于0，当大于0时、风机速率调至较低挡，且档位与温度变化率相对应，当小于0时、风机速率调至较高挡、且档位与温度变化率相对应。
9.根据权利要求8所述的电动汽车的空气调节系统的控制方法，其特征在于电池仓的连续工作温度范围是10~30℃、最低警戒温度为-5℃，最高警戒温度为50℃。
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