CN107627875A - 一种电动汽车动力电池智能温度控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车动力电池智能温度控制系统及控制方法，所述控制系统中，水泵、三通阀、电池冷却器、水暖PTC、冷却水温传感器、电池冷却水管、水泵依次连接，形成电池加热/冷却水循环回路，水泵、三通阀、电池散热组件、水暖PTC、冷却水温传感器、电池冷却水管、水泵依次连接，形成电池冷却风扇液冷循环回路，压缩机、压力传感器、冷凝器、电磁膨胀阀、电池冷却器、压缩机依次相连组成制冷剂循环回路；电池温度传感器设置有多个，分别与动力电池内部的各电芯连接。与现有技术相比，本发明具有满足整车电池在各种工况下的温度精确控制需求、根据智能控制算法可以满足整车动力电池加热、温度均衡、冷却需求，节能控制的同时增加整车续航里程等优点。

Description

一种电动汽车动力电池智能温度控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动汽车整车热管理系统，尤其是涉及一种电动汽车动力电池智能温度控制系统及控制方法。

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，电池的温度控制的好坏直接影响电池的运行状态。若电池温度过低，电池的活性降低，工作效率降低；若电池温度过高，则会有潜在燃烧的可能性，影响行车安全；若电池内部电芯温度差异过大，则会影响电池的使用寿命。所以动力电池的温度控制比较敏感，低温时需要加热，高温时需要冷却，温度分布不均时需要均衡散热。另外，目前电动汽车的加热和冷却主要是靠PTC和电动压缩机，控制算法的好坏直接影响整车的续航里程。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电动汽车动力电池智能温度控制系统。

本发明的上述目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电动汽车动力电池智能温度控制系统，其特征在于，包括控制器以及分别与控制器连接的电池温度传感器、水泵、三通阀、电池冷却器、水暖PTC、冷却水温传感器、压缩机、压力传感器、冷凝器、电磁膨胀阀和电池散热组件，所述动力电池处设置有电池冷却水管，所述水泵连接有膨胀水箱，其中，

所述水泵、三通阀、电池冷却器、水暖PTC、冷却水温传感器、电池冷却水管、水泵依次连接，形成电池加热/冷却水循环回路，所述水泵、三通阀、电池散热组件、水暖PTC、冷却水温传感器、电池冷却水管、水泵依次连接，形成电池冷却风扇液冷循环回路，所述压缩机、压力传感器、冷凝器、电磁膨胀阀、电池冷却器、压缩机依次相连组成制冷剂循环回路；

所述电池温度传感器设置有多个，分别与所述动力电池内部的各电芯连接。

进一步地，所述电池散热组件包括电池散热器和冷却风扇。

本发明的另一目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于电动汽车动力电池智能温度控制系统的智能温度控制方法。

本发明的上述目的可以通过以下技术方案来实现：

一种智能温度控制方法，控制器根据所述电池温度传感器采集的温度信号对所述水泵、三通阀、电池冷却器、水暖PTC、压缩机和电池散热组件进行控制，具体包括以下情况：

a)当满足Tcellmin<Tcelllow时，控制器控制电池加热/冷却水循环回路连通，电池冷却风扇液冷循环回路和制冷剂循环回路断路，且水暖PTC开启，对动力电池加热，Tcellmin为电池温度传感器采集的电芯最低温度，Tcelllow为电池允许最低温度；

b)当满足Tcelllow<Tcellmin<Tcellmax<Tcellhigh1时，无需加热和冷却，控制器控制电池加热/冷却水循环回路、电池冷却风扇液冷循环回路和制冷剂循环回路均断路，且水暖PTC关闭，Tcellmax为电池温度传感器采集的电池最高温度，Tcellhigh1为电池第一允许高温；

c)当满足Tcellhigh1<Tcellmax<Tcellhigh2时，控制器控制电池冷却风扇液冷循环回路连通，电池加热/冷却水循环回路和制冷剂循环回路断路，且水暖PTC关闭，对动力电池降温，Tcellhigh2为电池第二允许高温；

d)当满足Tcellhigh2<Tcellmax时，控制器控制制冷剂循环回路连接，电池加热/冷却水循环回路和电池冷却风扇液冷循环回路断路，且水暖PTC关闭，对动力电池快速降温。

进一步地，在情况a)中，根据冷却水实时温度控制水泵和水暖PTC，具体地，

当满足Tclt<Tcltmin时，开启水暖PTC，Tclt为冷却水实时温度，Tcltmin为冷却水允许最低温；

当满足Tclt>Tcltmax或Tcellmin>Tcelllow时，关闭水暖PTC，Tcltmax为冷却水允许最高温；

当满足Tclt-Tcellmin<ΔTclt时，水泵关闭。

进一步地，在情况a)中，水暖PTC的输出功率表示为：

P＝K1*(Tcelllow-Tcellmin)+K2*d(Tcelllow-Tcellmin)/dt

其中，P为水暖PTC的输出功率，K1和K2均为标定参数，且K1>0，K2>0。

进一步地，在情况b)中，当满足Tcellmin-Tcellmax>ΔTcell时，控制器仅控制水泵开启，ΔTcell为电池内部允许最大温差。

进一步地，在情况d)中，根据冷却水实时温度控制压缩循环组件中压缩机的功率，具体地，

当满足Tcellhigh2≤Tcellmax<Tcellhigh3时，调大压缩机功率，且在Tclt<Tclt1时关闭压缩机，在Tclt>Tclt2时，开启压缩机，Tcellhigh3为电池第三允许高温，Tclt1为第一设定水温，Tclt2为第二设定水温，且Tclt1<Tclt2；

当满足Tcellmax>Tcellhigh3时，将压缩机功率设为最大，且在Tclt<Tclt3时关闭压缩机，在Tclt>Tclt4时，开启压缩机，Tclt3为第三设定水温，Tclt4为第四设定水温，且Tclt3<Tclt1<Tclt4<Tclt2。

与现有技术相比，本发明满足整车电池在各种工况下的温度精确控制需求，可根据智能控制算法可以满足整车动力电池加热、温度均衡、冷却需求，节能控制的同时增加整车续航里程，具有以下有益效果：

1)本发明设置有多个回路，可根据电池实时温度进行多级别的温度精确控制，温度精度高，效果好。

2)本发明通过设置的多个回路及节能控制方法，既可以满足整车电池在各个工况下的温度控制需求，又通过智能控制算法减少压缩机运行时间和PTC运行功率，增加整车的续航里程。

3)本发明对动力电池内各电芯温度均匀性进行考虑，在电池内部温度不均匀且超过允许最大温差时，利用冷却水循环流动，使电池内部温度均匀一致，提高电池使用寿命。

4)本发明在动力电池温度较高时，设计两种冷却循环，包括电池冷却风扇液冷循环回路和制冷剂循环回路，在节能的同时，可以尽快地降低动力电池温度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的控制流程示意图。

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，本实施例提供一种电动汽车动力电池智能温度控制系统，包括控制器以及分别与控制器连接的电池温度传感器16、水泵14、三通阀13、电池冷却器12、水暖PTC2、冷却水温度传感器17、压缩机7、压力传感器6、冷凝器5和电池散热组件，动力电池1处设置有电池冷却水管，水泵14连接有膨胀水箱15，其中，水泵14、三通阀13、电池冷却器12、水暖PTC2、冷却水温度传感器17、电池冷却水管、水泵14依次连接，形成电池加热/冷却水循环回路，水泵14、三通阀13、电池散热组件、水暖PTC2、冷却水温传感器17、电池冷却水管、水泵14依次连接，形成电池冷却风扇液冷循环回路，压缩机7、压力传感器6、冷凝器5、电磁膨胀阀11、电池冷却器12、压缩机7依次相连组成制冷剂循环回路。通过上述多个回路可方便地对动力电池1的温度进行智能控制。

电池温度传感器16设置于动力电池1内，设置有多个，分别与动力电池1内部的各电芯连接。电池内部温度分布并不均匀，需要时时检测电池内部电芯温度值，故存在电池最高温度Tcellmax，电池最低温度Tcellmin，其中Tcellmin<Tcellmax。

在某些实施例中，电池散热组件包括电池散热器4和冷却风扇3，电池散热器4连接于三通阀13和水暖PTC2之间，冷却风扇3设置于电池散热器4处。

在某些实施例中，该系统还包括乘客舱冷却组件，该乘客舱冷却组件包括蒸发器9、鼓风机8和电磁膨胀阀10，蒸发器9与电池冷却器12相连接，鼓风机8设置于蒸发器9处。打开电磁膨胀阀10可实现乘客舱的冷却。

基于上述电动汽车动力电池智能温度控制系统的智能温度控制方法，控制器根据电池温度传感器采集的温度信号对水泵、三通阀、电池冷却器、水暖PTC、压缩机和电池散热组件进行控制。如图2所示，划分了四个温度区间：低于Tcelllow，Tcelllow～Tcellhigh1，Tcellhigh1～Tcellhigh2，大于Tcellhigh2。其中Tcelllow为电池允许最低温度，Tcellhigh1为电池第一允许高温，Tcellhigh2为电池第二允许高温，Tcelllow<Tcellhigh1<Tcellhigh2，各值需根据实际电池实际特性设定。当Tcellmin<Tcelllow，电池需要水暖PTC辅助加热。当Tcelllow<Tcellmin<Tcellmax<Tcellhigh1，无需辅助加热和冷却。当Tcellhigh1<Tcellmax时，开启电池冷却循环，若Tcellhigh1<Tcellmax<Tcellhigh2，则仅开启电池冷却风扇液冷循环回路对电池进行降温，若Tcellhigh2<Tcellmax，则仅开启制冷剂循环回路对电池进行降温。

如图2所示，具体控制过程如下：

a)当满足Tcellmin<Tcelllow时，控制器控制电池加热/冷却水循环回路连通，电池冷却风扇液冷循环回路和制冷剂循环回路均断路，且水暖PTC开启，对动力电池加热，Tcellmin为电池温度传感器采集的电池最低温度，Tcelllow为电池允许最低温度。此时，三通阀切换为电池冷却器方向，冷却水依次流经水泵→三通阀→电池冷却器→水暖PTC→冷却水温度传感器→电池冷却水管(动力电池)→水泵。

b)当满足Tcelllow<Tcellmin<Tcellmax<Tcellhigh1时，无需加热和冷却，控制器控制电池加热/冷却水循环回路、电池冷却风扇液冷循环回路和制冷剂循环回路均断路，且水暖PTC关闭，Tcellmax为电池温度传感器采集的电池最高温度，Tcellhigh1为电池第一允许高温。

c)当满足Tcellhigh1<Tcellmax<Tcellhigh2时，控制器控制电池冷却风扇液冷循环回路连通，电池加热/冷却水循环回路和制冷剂循环回路均断路，且水暖PTC关闭，对动力电池降温，Tcellhigh2为电池第二允许高温。

d)当满足Tcellhigh2<Tcellmax时，控制器控制制冷剂循环回路连接，电池加热/冷却水循环回路和电池冷却风扇液冷循环回路断路，且水暖PTC关闭，对动力电池快速降温。

在某些实施例的情况a)中，进一步根据冷却水实时温度控制水泵和水暖PTC，具体地，

当满足Tclt<Tcltmin时，开启水暖PTC，Tclt为冷却水实时温度，Tcltmin为冷却水允许最低温；

当满足Tclt>Tcltmax或Tcellmin>Tcelllow时，关闭水暖PTC，Tcltmax为冷却水允许最高温；

当满足Tclt-Tcellmin<ΔTclt时，关闭水泵。

在某些实施例的情况a)中，水暖PTC的输出功率表示为：

P＝K1*(Tcelllow-Tcellmin)+K2*d(Tcelllow-Tcellmin)/dt

其中，P为水暖PTC的输出功率，K1和K2均为标定参数，且K1>0，K2>0。这个智能控制算法既可以满足整车电池温度辅助加热需求，PTC运行功率大小控制更加合理。如果Tcellmin远小于Tcelllow，则说明电池温度较低，PTC需要较大功率运行；若两者温度值接近时，Tcelllow-Tcellmin的值变小，PTC功率会相应变小；如果电池温度Tcellmin温度上比较快(d(Tcelllow-Tcellmin)/dt<<0),那么PTC功率会相应变小，直到关闭。

在某些实施例的情况b)中，在电池温度不均匀Tcellmin-Tcellmax>ΔTcell时，控制器仅控制水泵开启，ΔTcell为电池内部允许最大温差。此时仅开启水泵，让冷却水循环流动，使电池内部温度均匀一致。

在某些实施例的情况d)中，根据冷却水实时温度控制压缩循环组件中压缩机的功率，具体地，

当满足Tcellhigh2≤Tcellmax<Tcellhigh3时，调大压缩机功率，尽快降低冷却水水温，且在Tclt<Tclt1时关闭压缩机，在Tclt>Tclt2时，开启压缩机，Tcellhigh3为电池第三允许高温，Tclt1为第一设定水温，Tclt2为第二设定水温，且Tclt1<Tclt2；

当满足Tcellmax>Tcellhigh3时，将压缩机功率设为最大，关闭车内制冷膨胀阀，同时限制电池输出功率，尽快降低冷却水水温，且在Tclt<Tclt3时关闭压缩机，在Tclt>Tclt4时，开启压缩机，Tclt3为第三设定水温，Tclt4为第四设定水温，且Tclt3<Tclt1<Tclt4<Tclt2。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电动汽车动力电池智能温度控制系统，其特征在于，包括控制器以及分别与控制器连接的电池温度传感器、水泵、三通阀、电池冷却器、水暖PTC、冷却水温传感器、压缩机、压力传感器、冷凝器、电磁膨胀阀和电池散热组件，所述动力电池处设置有电池冷却水管，所述水泵连接有膨胀水箱，其中，

所述水泵、三通阀、电池冷却器、水暖PTC、冷却水温传感器、电池冷却水管、水泵依次连接，形成电池加热/冷却水循环回路，所述水泵、三通阀、电池散热组件、水暖PTC、冷却水温传感器、电池冷却水管、水泵依次连接，形成电池冷却风扇液冷循环回路，所述压缩机、压力传感器、冷凝器、电磁膨胀阀、电池冷却器、压缩机依次相连组成制冷剂循环回路；

所述电池温度传感器设置有多个，分别与所述动力电池内部的各电芯连接。

2.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池智能温度控制系统，其特征在于，所述电池散热组件包括电池散热器和冷却风扇。

3.一种基于权利要求1所述的电动汽车动力电池智能温度控制系统的智能温度控制方法，其特征在于，控制器根据所述电池温度传感器采集的温度信号对所述水泵、三通阀、电池冷却器、水暖PTC、蒸发组件、压缩循环组件和电池散热组件进行控制，具体包括以下情况：

a)当满足Tcellmin<Tcelllow时，控制器控制电池加热/冷却水循环回路连通，电池冷却风扇液冷循环回路和制冷剂循环回路断路，且水暖PTC开启，对动力电池加热，Tcellmin为电池温度传感器采集的电芯最低温度，Tcelllow为电池允许最低温度；

b)当满足Tcelllow<Tcellmin<Tcellmax<Tcellhigh1时，无需加热和冷却，控制器控制电池加热/冷却水循环回路、电池冷却风扇液冷循环回路和制冷剂循环回路均断路，且水暖PTC关闭，Tcellmax为电池温度传感器采集的电池最高温度，Tcellhigh1为电池第一允许高温；

c)当满足Tcellhigh1<Tcellmax<Tcellhigh2时，控制器控制电池冷却风扇液冷循环回路连通，电池加热/冷却水循环回路和制冷剂循环回路断路，且水暖PTC关闭，对动力电池降温，Tcellhigh2为电池第二允许高温；

d)当满足Tcellhigh2<Tcellmax时，控制器控制制冷剂循环回路连接，电池加热/冷却水循环回路和电池冷却风扇液冷循环回路断路，且水暖PTC关闭，对动力电池快速降温。

4.根据权利要求3所述的智能温度控制方法，其特征在于，在情况a)中，根据冷却水实时温度控制水泵和水暖PTC，具体地，

当满足Tclt<Tcltmin时，开启水暖PTC，Tclt为冷却水实时温度，Tcltmin为冷却水允许最低温；

当满足Tclt>Tcltmax或Tcellmin>Tcelllow时，关闭水暖PTC，Tcltmax为冷却水允许最高温；

当满足Tclt-Tcellmin<ΔTclt时，水泵关闭。

5.根据权利要求3所述的智能温度控制方法，其特征在于，在情况a)中，水暖PTC的输出功率表示为：

P＝K1*(Tcelllow-Tcellmin)+K2*d(Tcelllow-Tcellmin)/dt

其中，P为水暖PTC的输出功率，K1和K2均为标定参数，且K1>0，K2>0。

6.根据权利要求3所述的智能温度控制方法，其特征在于，在情况b)中，当满足Tcellmin-Tcellmax>ΔTcell时，控制器仅控制水泵开启，ΔTcell为电池内部允许最大温差。

7.根据权利要求3所述的智能温度控制方法，其特征在于，在情况d)中，根据冷却水实时温度控制压缩循环组件中压缩机的功率，具体地，

当满足Tcellhigh2≤Tcellmax<Tcellhigh3时，调大压缩机功率，且在Tclt<Tclt1时关闭压缩机，在Tclt>Tclt2时，开启压缩机，Tcellhigh3为电池第三允许高温，Tclt1为第一设定水温，Tclt2为第二设定水温，且Tclt1<Tclt2；

当满足Tcellmax>Tcellhigh3时，将压缩机功率设为最大，且在Tclt<Tclt3时关闭压缩机，在Tclt>Tclt4时，开启压缩机，Tclt3为第三设定水温，Tclt4为第四设定水温，且Tclt3<Tclt1<Tclt4<Tclt2。