CN103213473B - 一种混合动力车的水电两用加热系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力车的水电两用加热系统，包括：接入发动机冷却水循环的水散热器；电加热器；用于控制发动机开启和关闭的发动机控制单元；用于检测环境温度的温度传感器；用于监控整车运行状态的整车控制单元；空调控制单元；所述空调控制单元根据来自于所述整车控制单元的行驶模式信号、发动机工作状态信号和来自于温度传感器的环境温度信号来控制打开所述水散热器，并根据来自于所述整车控制单元的行驶模式信号、电池SOC信号和来自于温度传感器的环境温度信号开控制打开所述电加热器。本发明还公开了一种混合动力车的水电两用加热控制方法。本发明能够在同时利用电池和发动机冷却水供暖时，在保证供暖效果的前提下优化电能与油料的消耗，以降低能耗。

Description

一种混合动力车的水电两用加热系统和控制方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车领域，具体涉及一种同时利用发动机冷却水和电池电能发热的加热系统和控制方法。

背景技术

一般的混合动力车，能够以两种模式行驶：纯电行驶模式和增程行驶模式，既纯依靠混合动力车本身携带的电池驱动，或者利用发动机作为增程动力源。一般的混合动力车空调采暖主要有三种方式：（1）采用热泵空调系统，利用四通换向阀使蒸发器转变为冷凝器，而冷凝器转变为蒸发器，这样即可将系统的热量通过冷凝器散失到车内，达到取暖的目的。但热泵空调系统结构及控制复杂，布置时占用较多整车空间；当冬季环境温度低于一定温度（通常为-5℃）时，制热效果差；为满足提高制冷制热能力，需更换制冷剂，目前常用制冷剂为CO2，但温度在35°C以上时，制冷效果差，且压力太高，在检修时，威胁人身安全。（2）采用电加热器，例如PTC加热器，利用热敏电阻本身的电气特性制热。（3）采用混合动力电动汽车燃油发动机的余热，使用暖风水散热器制热。

出于安全、采暖效果等方面的考虑，一般会同时采用第（2）和第（3）种采暖方式，电加热器和水散热器各自独立工作。该方式面临着如何对电加热器和水散热器的工作进行有效控制的问题，因为如果仅使用电加热器必然会对混合动力车的纯电持续行驶里程产生影响，而且在动力电池电量不足时，空调系统难以开启；而仅使用水散热器供暖时，必须开启发动机，耗油增加，并且发动机的水循环要经过小循环后才进入大循环，供暖速度低。因此必须在保证供暖效果的同时实现电能消耗、油耗的平衡。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺点。

一方面，本发明的目的是提供一种综合利用发动机冷却水的热能和汽车电池的电能的系统，以在保证采暖效果的同时平衡油耗与电能消耗，因此本发明提出了如下技术方案：

一种混合动力车的水电两用加热系统，包括：接入发动机冷却水循环的水散热器；电加热器；用于控制发动机开启和关闭的发动机控制单元；用于检测环境温度的温度传感器；用于监控整车运行状态的整车控制单元；空调控制单元；所述空调控制单元根据来自于所述整车控制单元的行驶模式信号、发动机工作状态信号和来自于温度传感器的环境温度信号来控制打开所述水散热器，并根据来自于所述整车控制单元的行驶模式信号、电池SOC信号和来自于温度传感器的环境温度信号开控制打开所述电加热器。

优选地，所述水散热器、所述电加热器和所述温度传感器集成在一起形成如上所述的水电两用加热器。

优选地，所述发动机控制单元、所述空调控制单元与所述整车控制单元中的任意两个或者三者全部集成在一个控制模块上。

优选地，水电两用加热系统还包括手动控制单元以控制所述空调控制单元强制打开或者关闭所述电加热器和所述水散热器。

优选地，所述水散热器还与膨胀水壶连通。

另一方面，本发明的目的是提供一种水电两用加热控制方法，以平衡混合动力车的油、电消耗关系，达到最佳能耗，因此本发明提出了如下技术方案：

一种混合动力车的水电两用加热控制方法，包括以下步骤；判断混合动力车所处的行驶模式；

当混合动力车处于纯电行驶模式时，打开电加热器直到环境温度达到预定值；

当混合动力车处于增程行驶模式时，进入以下步骤：

根据发动机工作状态来判断是否打开水散热器；

当发动机工作状态不适合打开水散热器时，在电池SOC支持打开电加热器的条件下，打开电加热器；

当发动机工作状态适合打开水散热器时，打开水散热器，但当环境温度小于预定值且电池SOC支持打开电加热器的条件下，同时打开电加热器直到环境温度达到预定值。

优选地，发动机工作状态是根据发动机转速和扭矩信号、发动机冷却水温度信号来进行判断的。

本发明的水电两用加热系统由空调控制单元来控制电加热器和水散热器的工作状态，发动机控制单元控制发动机的启动，而整车控制单元同时控制空调控制单元和发动机控制单元，因此系统能够根据汽车的行驶模式来选择打开或者关闭电加热器或者水散热器，并且根据电池SOC（stateofcharge，荷电状态）情况、发动机工作状态等来选择优先打开电加热器或者水加热器，或者两者同时打开相互辅助工作，实现了油、电消耗的最佳配置，节约能源，加热速度快。

进一步地，将水散热器、电加热器和温度传感器集成到一起，便于整车布置和系统控制的实现。

进一步地，将控制单元集成为一个控制模块，使系统的控制部分实现模块化设计，便于整个系统的故障诊断和维修。

进一步地，为水散热器、电加热器设置强制打开或者关闭的控制单元，能够在自动控制的基础上实现手动采暖控制，便于驾驶人员根据需要进行选择。

进一步地，水散热器中的冷却水温度高而膨胀时能够进入膨胀水壶，温度低时能够从膨胀水壶中补充到水散热器中，对散热器进行了保护。

根据本发明的方法，能够使电加热器或者水散热器根据不同的行驶模式而打开进入工作状态，而且，当发动机工作状态不佳或者水温未达到所要求的高度时，但电池SOC仍支持电加热器打开时，能够首先打开电加热器，或者水、电加热同时打开，既平衡了油、电消耗，又保证了采暖效果。

附图说明

接下来将结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细说明，其中：

图1是本发明的实施例的水电两用加热系统的结构框图；

图2是本发明的实施例的水电两用加热控制方法的逻辑框图。

具体实施方式

在接下来对本发明的实施例的描述中，为了清晰，采用PTC加热器作为电加热器的示例，但本发明并不排除采用其它电阻加热、感应加热、电弧加热、电子束加热、红外线加热和介质加热等方式进行加热的加热器，这些形式的加热器均属于本发明所指的电加热器的范畴。

图1表明了本发明的实施例的水电两用加热系统的工作原理。水散热器接入发动机的冷却水循环系统（图中双实线），并且水散热器与膨胀水壶连通，水散热器中的冷却水温度高而膨胀时能够进入膨胀水壶，温度低时能够从膨胀水壶中补充到水散热器中，对散热器进行了保护，对水循环系统起稳压作用。发动机控制单元用于控制发动机的启动、停止，同时控制水泵的旋转，而且，发动机控制单元还通过水温传感器、转速和扭矩传感器等来实时监控发动机的工作状态，并将这些信号传送给整车控制单元。同时，整车控制单元还能够采集加速踏板信号、制动踏板信号、电池SOC信号及其他部件信号等，以监控整车运行状态包括停车状态、充电状态、启动状态（也可以称为自检状态）、运行状态、车辆前进/后退状态、回馈制动状态、机械制动状态、一般故障状态、重大故障状态、电池荷电状态等。PTC加热器利用混合动力车的电池的电能来制热。空调控制单元接收来自于温度传感器的环境温度信号，并且控制PTC加热器和水散热器是否进入工作状态。同时，空调控制单元和发动机控制单元受到整车控制单元的控制，整车控制单元根据混合动力车所处的行驶模式、发动机工作状态和电池荷电状态（SOC）等来控制空调控制单元和发动机控制单元，在本实施例中，是以集成了水散热器、电加热器和温度传感器的水电两用加热器（图中虚线框部分）为示例进行描述的，本领域普通技术人员能够很容易地想象，本系统同样适用于独立式地利用电能和发动机冷却水循环进行供暖的混合动力车。同时，本领域普通技术人员能够很容易地想象，能够将发动机控制单元、空调控制单元与整车控制单元中的任意两个或者三者全部集成在一个控制模块上，同时，反映发动机工作状况、电池荷电状态等的各种信号也传送到所集成的控制模块上，或者传送到不同的控制单元上。

图2以逻辑框图的形式表明了本发明的实施例的水电两用加热系统的控制方法，本领域普通技术人员应当理解，图2中所描述的方法是以图1中的系统为例进行说明的，但本方法同样适用于混合动力车所有同时利用发动机的冷却水循环和电池电能进行加热时的控制。该方法包括的步骤有：

S000：由整车控制单元来判断混合动力车所处的行驶模式，如果处于纯电行驶模式，则进入S101及其后续步骤；如果处于增程行驶模式，则进入S201及其后续步骤。

在纯电行驶模式下包括的步骤有：

S101：空调控制单元向配电箱发送PTC开启信号，通过继电器接通PTC加热器的供电电路，打开PTC加热器。

S102：在PTC加热器的打开过程中，温度传感器探测环境温度，并将信号传递给空调控制单元。

S103：空调控制单元判断环境温度是否小于预定值，如果小于预定值，则进入S104步骤，PTC加热器继续加热工作；如果不小于预定值，则进入S105步骤，空调控制单元向配电箱发送PTC关闭信号，继电器断开，关闭PTC加热器。

在增程行驶模式下包括的步骤有：

S201：整车控制单元向发动机控制单元发送发动机开启信号，发动机控制单元启动发动机；

S202：整车控制单元直接或者间接获得电池SOC信号以实时监控电池电量状态,和发动机转速和扭矩信号、发动机冷却水温度信号等以实时监控发动机工作状态信息。

S203：整车控制单元根据发动机工作状态来判断是否打开水散热器。如果发动机的工作状态适合打开水散热器，则进入S204及其后续步骤；如果发动机的工作状态不适合打开水散热器，则进入S207及其后续步骤。

S204：空调控制单元控制打开水散热器；

S205：温度传感器探测环境温度，并将信号传递给空调控制单元；

S206空调控制单元判断环境温度是否小于预定值，如果小于预定值，则进入S207步骤，如果不小于预定值，则进入S208步骤仅保持打开水散热器。

S207：根据电池SOC信号判断电池SOC是否支持打开PTC加热器，如果电池电量足以打开PTC加热器，则进入S209步骤，同时打开PTC加热器，否则，仅保持打开水散热器。

从以上步骤可知，在纯电行驶模式下，说明电池电量是足够的，因此仅依靠PTC进行加热工作而不打开发动机是比较经济的。由于PTC加热比较迅速，因此不会影响车内空调的供暖效果。而在增程行驶模式下情况比较复杂。虽然在增程模式下发动机启动，能够利用发动机水循环进行供暖，但是例如当发动机冷却水处于小循环时，或者在初始阶段水温不足而不能为车内迅速供暖时，在电池SOC支持打开PTC加热器的条件下，虽然此时电池剩余电量可能不足以驱动汽车，但仍足够打开PTC加热器，同时打开PTC加热器，待温度达到预定值后再关闭PTC加热器仅保持打开水散热器，既能够达到良好的供暖效果，又使电能消耗、燃油消耗得到了优化，平衡了油、电消耗关系。

本领域普通技术人员能够很容易地想象，能够以多种形式的利用电能产生热量的加热器来替换PTC加热器。类似地，能够以多种软件、硬件形式来实现上述控制方法。因此，能够对上述方法中的各步骤进行进一步抽象和简化，形成以下步骤：

判断混合动力车所处的行驶模式；

当混合动力车处于纯电行驶模式时，打开电加热器直到环境温度达到预定值；

当混合动力车处于增程行驶模式时，进入以下步骤：

根据发动机工作状态来判断是否打开水散热器；

当发动机工作状态不适合打开水散热器时，在电池SOC支持打开电加热器的条件下，打开电加热器；

当发动机工作状态适合打开水散热器时，打开水散热器，但当环境温度小于预定值且电池SOC支持打开电加热器的条件下，同时打开电加热器直到环境温度达到预定值。

优选发动机工作状态是根据发动机转速和扭矩信号、发动机冷却水温度信号来进行判断的，因为这些信号易于获得。

当然，上述系统和方法都是通过各个控制单元实现自动控制和调节的，在实际情况下，可能需要对整套系统提供人工干预的功能，例如，当驾驶员或乘客觉得身体不适或者出于节约电能考虑时，需要强制打开或者关闭电加热器和水散热器，因此优选提供例如空气开关、按钮、人机交互界面接口等手动控制单元，用于控制空调控制单元强制打开或者关闭水散热器和电加热器，使得驾驶员能够在自动控制的基础上实现手动采暖控制，便于驾驶人员根据需要进行选择，相应地，在上述方法中能够加入人工干预的步骤。

虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不被限定于上述实施例，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。

Claims (2)

1.一种混合动力车的水电两用加热控制方法，其特征在于，包括以下步骤；

判断混合动力车所处的行驶模式；

当混合动力车处于纯电行驶模式时，打开电加热器直到环境温度达到预定值；

当混合动力车处于增程行驶模式时，进入以下步骤：

根据发动机工作状态来判断是否打开水散热器；

当发动机工作状态不适合打开水散热器时，在电池SOC支持打开电加热器的条件下，打开电加热器；

当发动机工作状态适合打开水散热器时，打开水散热器，但当发动机冷却水处于小循环时，在电池SOC不足以驱动汽车但仍支持打开电加热器的条件下，同时打开电加热器，待温度达到预定值后再关闭PTC加热器仅保持打开水散热器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机工作状态是根据发动机转速和扭矩信号、发动机冷却水温度信号来进行判断的。