CN107539065B - 一种用于电动汽车的热量调节控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动汽车的热量调节控制系统及方法，所述系统包括：内部子系统，与整车控制器连接，为动力电池和乘客舱供热；外部子系统，与整车控制器连接，利用电机的余热为内部子系统供热或对电机散热；开关水阀，与整车控制器连接，分别连接内部子系统和外部子系统，实现热量传递；所述方法包括：车对热量调节控制系统进行初始化；读取内部子系统的待供热状态，并开启相应阀门；根据电机当前的余热状态，与内部子系统的待供热状态进行比对，开启相应阀门，并控制相应部件工作。与现有技术相比，本发明具有能量利用率高、易于实现以及控制便捷等优点。

Description

一种用于电动汽车的热量调节控制系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车控制领域，尤其是涉及一种用于电动汽车的热量调节控制系统及方法。

背景技术

近几年，电动汽车技术在我国取得了飞速发展，动力电池作为电动汽车的动力来源，是电动汽车重要的核心部件，故动力电池的运行状态十分重要。众所周知，电池是电化学的产物，动力电池的温度控制的好坏直接影响电池的运行状态。若动力电池温度过低，电池的活性降低，工作效率降低，故电池在低温条件下需要加热。

电动汽车并没有传统汽车的发动机，目前电动汽车乘客舱的制热来源以高压水暖PTC或者高压空气PTC为主，冬季对动力电池耗电量比较大。动力电机运行一段时间后，电机温度上升，对电机运行带来不利影响，需要冷却风扇及水管管路将电机热量及时带走。这部分热量损失掉非常可惜，因为不论是动力电池还是乘客舱内都存在热量需求。

专利CN201410478401提供了一种混合动力汽车加热管理系统，通过循环水泵、节温器、三通阀与PCT加热器等共同构成了一个可以利用发动机的高温冷却水对乘客舱进行加热的系统，虽然该系统可以实现对余热的利用，但是一方面该系统只能实现对乘客舱的加热，另一方面该系统对余热的利用控制不够精确，不能对余热进行充分利用，仍存在能量浪费的情况，同时该系统只考虑到了余热的利用，并没有考虑到余热在利用后仍有剩余时存在的散热需求，这样会导致系统的安全性大大降低。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种用于电动汽车的热量调节控制系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于电动汽车的热量调节控制系统，通过整车控制器的控制实现电动汽车内部的热量调节，所述系统包括：

内部子系统，与整车控制器连接，在整车控制器的控制下为动力电池和乘客舱供热；

外部子系统，与整车控制器连接，在整车控制器的控制下利用电机的余热为内部子系统供热或对电机散热；

开关水阀，与整车控制器连接，分别连接内部子系统和外部子系统，实现二者之间的热量传递。

所述内部子系统包括第一膨胀水箱、第一比例三通阀、第一电子水泵和高压水暖PTC，所述第一膨胀水箱分别与动力电池和暖风芯体连接，所述第一电子水泵的输入端分别与开关水阀和膨胀水箱连接，所述高压水暖PTC的输入端分别与第一电子水泵的输出端和内部子系统连接，所述第一比例三通阀的输入端与高压水暖PCT的输出端连接，第一输出端与乘客舱的暖风芯体连接，第二输出端与动力电池连接。

所述外部子系统包括第二膨胀水箱、第二电子水泵、散热器和第二比例三通阀，所述第二膨胀水箱与第二电子水泵的输入端连接，所述第二电子水泵的输出端与散热器的输入端连接，所述散热器的输出端与电机的输入端连接，所述电机的输出端与第二比例三通阀的输入端连接，所述第二比例三通阀的第一输出端与内部子系统连接，第二输出端与第二膨胀水箱连接。

所述外部子系统还包括冷却风扇，所述冷却风扇设置于散热器旁侧，与整车控制器连接。

一种用于电动汽车的热量调节控制方法，所述方法包括下列步骤：

s1)对热量调节控制系统进行初始化；

s2)读取内部子系统的待供热状态，并根据带供热状态开启相应阀门；

s3)根据电机当前的余热状态，与步骤s2)得到的内部子系统的待供热状态进行比对，根据比对结果开启相应阀门，并控制相应部件工作。

所述步骤s1)具体为：

s11)关闭热量调节控制系统内的所有阀门；

s12)关闭热量调节控制系统内的所有部件。

所述步骤s2)具体为：

s21)读取内部子系统的待供热状态，判断动力电池或乘客舱是否需要供热，若是则进入步骤s22)，若否则保持所有阀门处于关闭状态；

s22)判断是否动力电池和乘客舱同时需要供热，若是则同时开启第一比例三通阀的第一输出端和第二输出端，若否则进入步骤s23)；

s23)判断动力电池是否需要供热，若是则只开启第一比例三通阀的第二输出端，若否则只开启第一比例三通阀的第一输出端。

所述步骤s3)具体为：

s31)判断电机当前是否存在余热，若是则进入步骤s32)，若否则开启第二电子水泵和高压水暖PTC；

s32)判断电机当前的余热是否不小于内部子系统的所需供热，若是则进入步骤s33)，若否则开启开关水阀、第二电子水泵、第二比例三通阀的第一输出端和高压水暖PTC；

s33)判断电机当前的余热是否大于内部子系统的所需供热，若是则进入步骤s34)，若否则开启开关水阀、第二电子水泵和第二比例三通阀的第一输出端；

s34)开启开关水阀、第二电子水泵、第二比例三通阀的第一输出端与第二输出端和散热器。

所述方法还包括：根据内部子系统的待供热状态和电机的余热状态，调节相应阀门的流量。

所述相应阀门包括第一比例三通阀和第二比例三通阀。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提出的热量调节控制系统，由通过开关水阀连接的内部子系统和外部子系统构成，通过内外两个子系统之间的相互配合，在外部子系统存在余热时充分利用外部余热为内部子系统供热，在外部子系统无余热可提供时，内部子系统也可以通过自身的热量循环实现对热量的高效利用，同时外部子系统也可以在余热过多时实现自身的散热，保证了系统的安全性能。

(2)内部子系统包括第一膨胀水箱、第一比例三通阀、第一电子水泵和高压水暖PTC，通过第一比例三通阀的控制可以实现对动力电池和暖风芯体的精确控制，根据二者需求热量的高低来确定第一比例三通阀的开关状态和流量比例，同时高压水暖PCT的设置使得在外部子系统余热不足时，也可以补充供热，保证了供热的同时也保证了能量利用率达到最高；同时第一膨胀水箱和第一电子水泵的设置，使得在外部子系统无法提供余热时，直接通过内部水循环来实现供热，比起使用外部子系统的水箱和水泵进行供热，这种设置方式可以使得水循环的路程缩短，降低热量损耗，提高能量利用效率。

(3)外部子系统包括第二膨胀水箱、第二电子水泵、散热器和第二比例三通阀，通过第二比例三通阀的设置，使得对电机的余热利用达到最优，在内部子系统所需余热多时，第二比例三通阀将产生的余热完全通向内部子系统，保证余热的完全利用，而在内部子系统无需过多余热时，也可以通过第二比例三通阀的流量调节，将多余的余热通过散热器进行散发，保证了电机不会过热而导致的安全问题。

(4)外部子系统还包括冷却风扇，可以配合散热器对电机产生的余热进行充分扩散，进一步提高系统的安全性。

(5)本发明提出的热量调节控制方法，首先根据内部子系统的待供热状态对内部子系统的阀门进行操作，确保需要供热的部件可以得到热量提供，再通过读取电机当前的余热状态，与内部子系统的待供热状态进行比对，从而实现热量的精确调节，这种按照优先级次序进行相应控制的方法，可以保证在绝大多数情况下不会发生控制混乱的情况，同时将整个步骤按照两个优先级次序来依次实现，可以保证控制的稳定性，便于整车控制器实现的同时，也便于根据实际情况进行故障的排除和维修。

(6)本发明提出的方法还包括调节相应阀门的流量，可以提高热量调节的精确程度，使得热量可以充分利用。

附图说明

图1为用于电动汽车的热量调节控制系统的结构示意图；

图2为用于电动汽车的热量调节控制方法的流程图；

其中，1为第一膨胀水箱，2为动力电池，3为第一比例三通阀，4为高压水暖PTC，5为第一电子水泵，6为暖风芯体，7为开关水阀，8为第二电子水泵，9为散热器，10为电机，11为第二比例三通阀，12为第二膨胀水箱，13为冷却风扇。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供了一种用于电动汽车的热量调节控制系统，通过整车控制器的控制实现电动汽车内部的热量调节，包括：内部子系统，与整车控制器连接，在整车控制器的控制下为动力电池2和乘客舱供热；外部子系统，与整车控制器连接，在整车控制器的控制下利用电机10的余热为内部子系统供热或对电机10散热；开关水阀7，与整车控制器连接，分别连接内部子系统和外部子系统，实现二者之间的热量传递。

其中，内部子系统包括第一膨胀水箱1、第一比例三通阀3、第一电子水泵5和高压水暖PTC4，第一膨胀水箱1分别与动力电池2和暖风芯体6连接，第一电子水泵5的输入端分别与开关水阀7和膨胀水箱连接，高压水暖PTC4的输入端分别与第一电子水泵5的输出端和内部子系统连接，第一比例三通阀3的输入端与高压水暖PCT的输出端连接，第一输出端与乘客舱的暖风芯体6连接，第二输出端与动力电池2连接。

外部子系统包括第二膨胀水箱12、第二电子水泵8、散热器9和第二比例三通阀11，第二膨胀水箱12与第二电子水泵8的输入端连接，第二电子水泵8的输出端与散热器9的输入端连接，散热器9的输出端与电机10的输入端连接，电机10的输出端与第二比例三通阀11的输入端连接，第二比例三通阀11的第一输出端与内部子系统连接，第二输出端与第二膨胀水箱12连接。外部子系统还包括冷却风扇13，设置于散热器9旁侧，与整车控制器连接。

基于上述系统实现的用于电动汽车的热量调节控制方法，如图2所示，包括下列步骤：

s1)对热量调节控制系统进行初始化：

s11)关闭热量调节控制系统内的所有阀门；

s12)关闭热量调节控制系统内的所有部件；

s2)读取内部子系统的待供热状态，并根据带供热状态开启相应阀门：

s21)读取内部子系统的待供热状态，判断动力电池2或乘客舱是否需要供热，若是则进入步骤s22)，若否则保持所有阀门处于关闭状态；

s22)判断是否动力电池2和乘客舱同时需要供热，若是则同时开启第一比例三通阀3的第一输出端和第二输出端，若否则进入步骤s23)；

s23)判断动力电池2是否需要供热，若是则只开启第一比例三通阀3的第二输出端，若否则只开启第一比例三通阀3的第一输出端；

s3)根据电机10当前的余热状态，与步骤s2)得到的内部子系统的待供热状态进行比对，根据比对结果开启相应阀门，并控制相应部件工作：

s31)判断电机10当前是否存在余热，若是则进入步骤s32)，若否则开启第二电子水泵8和高压水暖PTC4；

s32)判断电机10当前的余热是否不小于内部子系统的所需供热，若是则进入步骤s33)，若否则开启开关水阀7、第二电子水泵8、第二比例三通阀11的第一输出端和高压水暖PTC4；

s33)判断电机10当前的余热是否大于内部子系统的所需供热，若是则进入步骤s34)，若否则开启开关水阀7、第二电子水泵8和第二比例三通阀11的第一输出端；

s34)开启开关水阀7、第二电子水泵8、第二比例三通阀11的第一输出端与第二输出端和散热器9。

上述方法还包括：根据内部子系统的待供热状态和电机10的余热状态，调节相应阀门的流量，具体包括第一比例三通阀3和第二比例三通阀11。

根据上述步骤，可以在内部子系统与外部子系统之间实现水流的循环，具体可以分为如下几种情况：

A.当动力电池2和乘客舱内无需加热，电机10温度在正常范围内，无余热可利用时，第二电子水泵8关闭，冷却风扇13关闭，第一电子水泵5关闭，高压水暖PTC4关闭，开关水阀7关闭，整个系统无需工作。

B.当动力电池2需加热时，乘客舱内无需加热，电机10温度在正常范围内无余热可利用时，第一电子水泵5开启，高压水暖PTC4开启，第一比例三通阀3完全通向动力电池2方向，开关水阀7关闭，冷却风扇13不开启，第二电子水泵8关闭。冷却水回路：第一电子水泵5→高压水暖PTC4→第一比例三通阀3→动力电池2→第一电子水泵5。高压水暖PTC4的功率大小根据动力电池2温度和水温的高低来决定，动力电池2温度低，水温低时，高压水暖PTC4的功率开大；动力电池2温度高，水温高时，高压水暖PTC4功率开小；动力电池2达到目标温度时，高压水暖PTC4关闭。

C.当动力电池2无需加热，乘客舱内需加热，电机10温度在正常范围内无余热可利用时，第一电子水泵5开启，高压水暖PTC4开启，第一比例三通阀3完全通向暖风芯体6方向，开关水阀7关闭，冷却风扇13不开启，第二电子水泵8关闭。冷却水回路：第一电子水泵5→高压水暖PTC4→第一比例三通阀3→暖风芯体6→第一电子水泵5。高压水暖PTC4的功率大小根据暖风芯体6水温和空调设定温度高低来决定，暖风芯体6水温温度低，空调设定温度高时，高压水暖PTC4的功率开大；暖风芯体6水温温度高，空调设定温度低时，高压水暖PTC4功率开小；乘客舱内达到目标温度时，高压水暖PTC4关闭。

D.当动力电池2和乘客舱都需加热，而电机10温度在正常范围内无余热可利用时，第一电子水泵5开启，高压水暖PTC4开启，第一比例三通阀3一部分部分通向暖风芯体6方向，一部分通向动力电池2方向，开关水阀7关闭，冷却风扇13不开启，第二电子水泵8关闭，此时有两个冷却水回路，回路1：第一电子水泵5→高压水暖PTC4→第一比例三通阀3→暖风芯体6→第一电子水泵5。回路2：第一电子水泵5→高压水暖PTC4→第一比例三通阀3→动力电池2→第一电子水泵5。

根据外界条件和设定温度等信息判断乘客舱加热需求和动力电池2加热需求大小，根据加热需求的大小调整第一比例三通阀3通向动力电池2或暖风芯体6的开度来调节冷却水流量大小。高压水暖PTC4的功率大小根据乘客舱和动力电池2加热需求总大小来确定，两者加热需求均满足后，高压水暖PTC4关闭。

E.当动力电池2和乘客舱内无需加热时，电机10温度超过正常范围，有余热可以利用时，但是由于此时车内无加热需求，热量直接通过冷却水散热器9循环被冷却风扇13散掉。第二电子水泵8开启，冷却风扇13开启，第二比例三通阀11完全通向散热器9水循环，开关水阀7关闭，第一电子水泵5关闭，高压水暖PTC4关闭。冷却水循环：第二电子水泵8→散热器9→电机10→第二比例三通阀11→第二电子水泵8，热量在冷却水流经散热器9时被冷却风扇13带走。

F.当动力电池2无需加热，乘客舱内需要加热，电机10温度超过正常范围，有余热可以利用时。优先采用电机10余热为乘客舱加热，热量不足时需要高压水暖PTC4进行补充。第二电子水泵8开启，冷却风扇13开启，第二比例三通阀11一部分通向散热器9水循环，一部分通向暖风芯体6，根据暖风芯体6热量需求的大小调节第二比例三通阀11通向暖风芯体6的流量大小，开关水阀7开启，第一比例三通阀3完全通向暖风芯体6，第一电子水泵5关闭。若电机10余热不足时，高压水暖PTC4开启补充热量，若电机10余热足够，则高压水暖PTC4关闭。此时冷却液有两个回路：

回路1：第二电子水泵8→散热器9→电机10→第二比例三通阀11→第二电子水泵8。

回路2：第二电子水泵8→散热器9→电机10→第二比例三通阀11→高压水暖PTC4→第一比例三通阀3→暖风芯体6→开关水阀7→第二电子水泵8。

G.当动力电池2需加热，乘客舱内无需要加热，电机10温度超过正常范围，有余热可以利用时。优先采用电机10余热为动力电池2加热，热量不足时需要高压水暖PTC4进行补充。第二电子水泵8关闭，冷却风扇13开启，第二比例三通阀11一部分通向散热器9水循环，一部分通向动力电池2，根据动力电池2热量需求的大小调节第二比例三通阀11通向动力电池2的流量大小，开关水阀7开启，第一比例三通阀3完全通向动力电池2，第一电子水泵5关闭。若电机10余热不足时，高压水暖PTC4开启补充热量，若电机10余热足够，则高压水暖PTC4关闭。此时冷却液有两个回路：

回路1：第二电子水泵8→散热器9→电机10→第二比例三通阀11→第二电子水泵8。

回路2：第二电子水泵8→散热器9→电机10→第二比例三通阀11→高压水暖PTC4→第一比例三通阀3→动力电池2→开关水阀7→第二电子水泵8。

H.当动力电池2需加热，乘客舱内需要加热，电机10温度超过正常范围，有余热可以利用时。优先采用电机10余热为动力电池2和乘客舱进行加热，热量不足时需要高压水暖PTC4进行补充。第二电子水泵8关闭，冷却风扇13开启，第二比例三通阀11一部分通向散热器9水循环，一部分通向动力电池2，根据动力电池2和乘客舱热量需求的总大小调节第二比例三通阀11通向动力电池2和暖风芯体6的流量大小，第一比例三通阀3一部分通向动力电池2，一部分通向暖风芯体6，根据暖风芯体6和动力电池2热量需求大小，控制第一比例三通阀3通向动力电池2和暖风芯体6的流量。开关水阀7开启，第一电子水泵5关闭。若电机10余热不足时，高压水暖PTC4开启补充热量，若电机10余热足够，则高压水暖PTC4关闭。此时冷却液有三个回路：

回路1：第二电子水泵8→散热器9→电机10→第二比例三通阀11→第二电子水泵8。

回路2：第二电子水泵8→散热器9→电机10→第二比例三通阀11→高压水暖PTC4→第一比例三通阀3→动力电池2→开关水阀7→第二电子水泵8。

回路3：第二电子水泵8→散热器9→电机10→第二比例三通阀11→高压水暖PTC4→第一比例三通阀3→暖风芯体6→开关水阀7→第二电子水泵8。

这样就可以从整车能源管路角度考虑，通过多个系统回路和节能控制算法，采用一个水暖PTC及电机10余热就可以满足整车动力电池2加热及乘客舱制热需求，从而增加整车能源利用效率，并增加整车续航里程。

Claims (2)

1.一种用于电动汽车的热量调节控制系统的方法，通过整车控制器的控制实现电动汽车内部的热量调节，其特征在于，所述系统包括：

内部子系统，与整车控制器连接，在整车控制器的控制下为动力电池和乘客舱供热；

外部子系统，与整车控制器连接，在整车控制器的控制下利用电机的余热为内部子系统供热或对电机散热；

开关水阀，与整车控制器连接，分别连接内部子系统和外部子系统，实现二者之间的热量传递；

所述内部子系统包括第一膨胀水箱、第一比例三通阀、第一电子水泵和高压水暖PTC，所述第一膨胀水箱分别与动力电池和暖风芯体连接，所述第一电子水泵的输入端分别与开关水阀和膨胀水箱连接，所述高压水暖PTC的输入端分别与第一电子水泵的输出端和内部子系统连接，所述第一比例三通阀的输入端与高压水暖PCT的输出端连接，第一输出端与乘客舱的暖风芯体连接，第二输出端与动力电池连接；动力电池和暖风芯体通过所述的第一比例三通阀并联；

所述外部子系统包括第二膨胀水箱、第二电子水泵、散热器和第二比例三通阀，所述第二膨胀水箱与第二电子水泵的输入端连接，所述第二电子水泵的输出端与散热器的输入端连接，所述散热器的输出端与电机的输入端连接，所述电机的输出端与第二比例三通阀的输入端连接，所述第二比例三通阀的第一输出端与内部子系统连接，第二输出端与第二膨胀水箱连接；在所述外部子系统无法提供余热时，直接通过内部水循环来实现供热；

根据内部子系统的待供热状态和电机的余热状态，通过调节第一比例三通阀和第二比例三通阀的开关状态和流量比例，对动力电池和暖风芯体的热量进行控制，包括只给动力电池提供热量，只给暖风芯体提供热量，以及根据二者各自需求热量的高低按照比例调节同时给二者提供热量；

所述方法包括下列步骤：

s1）对热量调节控制系统进行初始化；

s2）读取内部子系统的待供热状态，并根据待供热状态开启相应阀门；

所述步骤s2）具体为：

s21）读取内部子系统的待供热状态，判断动力电池或乘客舱是否需要供热，若是则进入步骤s22），若否则保持所有阀门处于关闭状态；

s22）判断是否动力电池和乘客舱同时需要供热，若是则同时开启第一比例三通阀的第一输出端和第二输出端，若否则进入步骤s23）；

s23）判断动力电池是否需要供热，若是则只开启第一比例三通阀的第二输出端，若否则只开启第一比例三通阀的第一输出端；

s3）根据电机当前的余热状态，与步骤s2）得到的内部子系统的待供热状态进行比对，根据比对结果开启相应阀门，并控制相应部件工作；

所述步骤s3）具体为：

s31）判断电机当前是否存在余热，若是则进入步骤s32），若否则开启第二电子水泵和高压水暖PTC；

s32）判断电机当前的余热是否不小于内部子系统的所需供热，若是则进入步骤s33），若否则开启开关水阀、第二电子水泵、第二比例三通阀的第一输出端和高压水暖PTC；

s33）判断电机当前的余热是否大于内部子系统的所需供热，若是则进入步骤s34），若否则开启开关水阀、第二电子水泵和第二比例三通阀的第一输出端；

s34）开启开关水阀、第二电子水泵、第二比例三通阀的第一输出端与第二输出端和散热器。

2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的热量调节控制系统的方法，其特征在于，所述外部子系统还包括冷却风扇，所述冷却风扇设置于散热器旁侧，与整车控制器连接。