CN108711658A - 电动车辆的动力电池加热方法及装置 - Google Patents

电动车辆的动力电池加热方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出电动车辆的动力电池加热方法及装置。方法包括：A、电动车辆的车辆控制单元VCU确定电动车辆的动力电池需要加热，判断电动车辆的电机是否需要冷却，若是，执行步骤B；否则，执行步骤C；B、VCU通过换向阀改变空调系统的冷媒的流向，将电机的热量通过第一热交换器带入空调系统，从而实现电机冷却，并控制空调系统通过第二热交换器将热量带给动力电池，实现给动力电池加热，本流程结束；C、VCU通过蒸发器将车外的热量搬进空调系统，再通过第二热交换器，将热量交换给动力电池，实现给动力电池加热。本发明降低了电动车辆的动力电池的加热成本，并有效利用了电动车辆自身的及车外的热能。

Description

电动车辆的动力电池加热方法及装置
技术领域
本发明涉及电动车辆技术领域，尤其涉及电动车辆的动力电池加热方法及装置。
背景技术
对于使用锂离子动力电池的电动车辆来说，由于锂离子动力电池的温度影响电池的性能，当动力电池温度低时，电池容量降低，电池的放电电流小，导致车辆无法正常行驶。为了满足在低温环境下电池能够正常使用，需要对动力电池进行加热，使动力电池的温度保持在最佳的工作温度范围之内。
现有技术利用PTC等电阻制热装置给动力电池供热，成本高、安装空间大，而且需要动力电池来供电，对能源的消耗太大，影响续航里程。
发明内容
本发明提供电动车辆的动力电池加热方法及装置，以降低电动车辆的动力电池的加热成本。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种电动车辆的动力电池加热方法，该方法包括：
A、电动车辆的整车控制单元VCU确定电动车辆的动力电池需要加热，判断电动车辆的电机是否需要冷却，若是，执行步骤B；否则，执行步骤C；
B、VCU通过换向阀改变空调系统的冷媒的流向，将电机的热量通过第一热交换器带入空调系统，从而实现电机冷却，并控制空调系统通过第二热交换器将热量带给动力电池，实现给动力电池加热，本流程结束；
C、VCU通过蒸发器将车外的热量搬进空调系统，再通过第二热交换器，将热量交换给动力电池，实现给动力电池加热。
所述电动车辆的VCU确定电动车辆的动力电池需要加热包括：
VCU判断动力电池的温度是否小于预设第一温度阈值，若是，确定动力电池需要加热；否则，确定动力电池不需要加热；
所述判断电动车辆的电机是否需要冷却包括：
判断电机的温度是否大于预设第二温度阈值，若是，确定电机需要冷却；否则，确定电机不需要冷却。
所述步骤B具体包括：
VCU向第一水泵发送开启指令，以使得用于冷却电机的第一冷却液在第一水泵的驱动下从电机流动到第一热交换器，其中，第一水泵位于电机与第一热交换器之间；同时，
VCU向两位三通电磁阀发送向第一热交换器方向移动的指令，以使得空调系统的压缩机与第一热交换器之间的通路连通，并使得压缩机与蒸发器之间的通路断开，其中，两位三通电磁阀位于压缩机与第一热交换器以及蒸发器之间；同时，
VCU向压缩机发送开启指令，从而使得在压缩机的驱动下，空调系统的冷媒通过两位三通电磁阀流动到第一热交换器，从而冷媒与第一冷却液在第一热交换器处交换热量，实现电机冷却，然后，在压缩机的驱动下交换到热量的冷媒从第一热交换器通过两位三通电磁阀流动到第二热交换器，从而将冷媒交换到的热量带到第二热交换器；同时，
VCU向第二水泵发送开启指令，以使得在第二水泵的驱动下，用于冷却动力电池的第二冷却液从动力电池流动到第二热交换器，从而在第二热交换器处冷媒与第二冷却液交换热量，然后，在第二水泵的驱动下交换到热量的第二冷却液流动回动力电池，从而给动力电池加热，其中，第二水泵位于动力电池与第二热交换器之间。
所述步骤C具体包括：
VCU向两位三通电磁阀发送向蒸发器方向移动的指令，以使得压缩机与第一热交换器之间的通路断开，并使得压缩机与蒸发器之间的通路连通，其中，两位三通电磁阀位于压缩机与第一热交换器以及蒸发器之间；同时，
VCU向压缩机和风扇发送开启指令，以使得在压缩机的驱动下，空调系统的冷媒通过两位三通电磁阀流动到蒸发器，从而冷媒吸收蒸发器吸收的车外热量，然后在压缩机的驱动下，吸收到热量的冷媒通过两位三通电磁阀流动到第二热交换器；同时，
VCU向第二水泵发送开启指令，以使得在第二水泵的驱动下，用于冷却动力电池的第二冷却液从动力电池流动到第二热交换器，从而在第二热交换器处冷媒与第二冷却液交换热量，然后，在第二水泵的驱动下交换到热量的第二冷却液流动回动力电池，从而给动力电池加热。
所述方法进一步包括：
VCU确定电动车辆的动力电池不需要加热，则向压缩机、风扇和第二水泵发送关闭指令。
所述动力电池为锂离子动力电池。
一种电动车辆的动力电池加热装置，该装置包括：
加热判断模块，用于确定电动车辆的动力电池需要加热，判断电动车辆的电机是否需要冷却，若是，向第一加热处理模块发送加热指令，否则，向第二加热处理模块发送加热指令；
第一加热处理模块，用于在接收到加热指令时，通过换向阀改变空调系统的冷媒的流向，将电机的热量通过第一热交换器带入空调系统，从而实现电机冷却，并控制空调系统通过第二热交换器将热量带给动力电池，实现给动力电池加热；
第二加热处理模块，用于在接收到加热指令时，通过蒸发器将车外的热量搬进空调系统，再通过第二热交换器，将热量交换给动力电池，实现给动力电池加热。
所述第一加热处理模块具体用于，
向第一水泵发送开启指令，以使得用于冷却电机的第一冷却液在第一水泵的驱动下从电机流动到第一热交换器，其中，第一水泵位于电机与第一热交换器之间；同时，
向两位三通电磁阀发送向第一热交换器方向移动的指令，以使得压缩机与第一热交换器之间的通路连通，并使得压缩机与蒸发器之间的通路断开，其中，两位三通电磁阀位于压缩机与第一热交换器以及蒸发器之间；同时，
向压缩机发送开启指令，从而使得在压缩机的驱动下，空调系统的冷媒通过两位三通电磁阀流动到第一热交换器，从而冷媒与第一冷却液在第一热交换器处交换热量，实现电机冷却，然后，在压缩机的驱动下交换到热量的冷媒从第一热交换器通过两位三通电磁阀流动到第二热交换器，从而将冷媒交换到的热量带到第二热交换器；同时，
向第二水泵发送开启指令，以使得在第二水泵的驱动下，用于冷却动力电池的第二冷却液从动力电池流动到第二热交换器，从而在第二热交换器处冷媒与第二冷却液交换热量，然后，在第二水泵的驱动下交换到热量的第二冷却液流动回动力电池，从而给动力电池加热。
所述第二加热处理模块具体用于，
向两位三通电磁阀发送向蒸发器方向移动的指令，以使得压缩机与第一热交换器之间的通路断开，并使得压缩机与蒸发器之间的通路连通，其中，两位三通电磁阀位于压缩机与第一热交换器以及蒸发器之间；同时，
向压缩机和风扇发送开启指令，以使得在压缩机的驱动下，空调系统的冷媒通过两位三通电磁阀流动到蒸发器，从而冷媒吸收蒸发器吸收的车外热量，然后在压缩机的驱动下，吸收到热量的冷媒通过两位三通电磁阀流动到第二热交换器；同时，
向第二水泵发送开启指令，以使得在第二水泵的驱动下，用于冷却动力电池的第二冷却液从动力电池流动到第二热交换器，从而在第二热交换器处冷媒与第二冷却液交换热量，然后，在第二水泵的驱动下交换到热量的第二冷却液流动回动力电池，从而给动力电池加热。
所述加热判断模块进一步用于，在确定电动车辆的动力电池不需要加热时，直接向压缩机、风扇和第二水泵发送关闭指令。
本发明无需PTC这类昂贵的不稳定的大功率加热装置，只需利用电动车辆自身产生的热能或者利用车外的热能来给动力电池加热，降低了加热成本，且有效利用了电动车辆自身的及车外的热能。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的电动车辆的动力电池加热方法流程图；
图2为本发明实施例一的动力电池加热的系统示意图；
图3为本发明实施例二提供的电动车辆的动力电池加热方法流程图；
图4为本发明实施例二的动力电池加热的系统示意图；
图5为本发明实施例提供的电动车辆的动力电池加热装置的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
发明人经过分析发现：
自然界中没有“冷量”只有“热量”，所谓的制冷，不是把“冷量”搬进来，而是把“热量”搬运出去。根据热力学第二定律，需要利用空调系统把热量带到需要的地方，而整个系统所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这是其节能特点。
同时，发明人发现，当电动车辆的电机温度过高需要降温时，大量的热能通过热管理系统被排放到车外，造成能源的流失和浪费。
图1为本发明实施例一提供的电动车辆的动力电池加热方法流程图，其具体步骤如下：
步骤101：电动车辆的VCU(Vehicle Control Unit，整车控制单元)确定电动车辆的动力电池需要加热。
步骤102：电动车辆的VCU判断电动车辆的电机是否需要冷却，若是，执行步骤103；否则，执行步骤104。
步骤103：电动车辆的VCU通过换向阀改变空调系统的冷媒的流向，将电机的热量通过第一热交换器带入空调系统，从而实现电机冷却，并控制空调系统通过第二热交换器将热量带给动力电池，实现给动力电池加热，本流程结束。
步骤104：电动车辆的VCU通过蒸发器将车外的热量搬进空调系统，再通过第二热交换器，将热量交换给动力电池，实现给动力电池加热。
图2为本发明实施例一的动力电池加热的系统示意图。
图3为本发明实施例二提供的电动车辆的动力电池加热方法流程图，其具体步骤如下：
步骤301：电动车辆的VCU实时或周期性地获取电动车辆的动力电池的温度T1。
动力电池具有专门测量其温度的温度传感器，VCU可直接从该温度传感器获取动力电池的温度。
步骤302：电动车辆的VCU判断T1<T0_1是否成立，若是，确定动力电池需要加热，执行步骤303；否则，确定动力电池不需加热，执行步骤307。
T0_1为预设第一温度阈值，其具体取值可根据经验确定。
步骤303：电动车辆的VCU实时或周期性地获取电动车辆的电机的温度T2。
电机同样具有专门测量其温度的温度传感器，VCU可直接从该温度传感器获取电机的温度。
步骤304：电动车辆的VCU判断T2>T0_2是否成立，若是，确定电机需要冷却，执行步骤305；否则，确定电机不需冷却，执行步骤306。
T0_2为预设第二阈值，其具体取值可根据经验确定。
步骤305：电动车辆的VCU向第一水泵发送开启指令，以使得用于冷却电机的第一冷却液在第一水泵的驱动下从电机流动到第一热交换器，其中，第一水泵位于电机与第一热交换器之间；
同时，VCU向两位三通电磁阀发送向第一热交换器方向移动的指令，以使得空调系统的压缩机与第一热交换器之间的通路连通，并使得压缩机与蒸发器之间的通路断开，其中，两位三通电磁阀位于压缩机与第一热交换器以及蒸发器之间；
同时，VCU向压缩机发送开启指令，从而使得在压缩机的驱动下，空调系统的冷媒通过两位三通电磁阀流动到第一热交换器，从而冷媒与第一冷却液在第一热交换器处交换热量，实现电机冷却，然后，在压缩机的驱动下交换到热量的冷媒从第一热交换器通过两位三通电磁阀流动到第二热交换器，从而将冷媒交换到的热量带到第二热交换器；
同时，VCU向第二水泵发送开启指令，以使得在第二水泵的驱动下，用于冷却动力电池的第二冷却液从电池流动到第二热交换器，从而在第二热交换器处冷媒与第二冷却液交换热量，然后，在第二水泵的驱动下交换到热量的第二冷却液流动回动力电池，从而给动力电池加热，其中，第二水泵位于动力电池与第二热交换器之间，本流程结束。
步骤306：电动车辆的VCU向两位三通电磁阀发送向蒸发器方向移动的指令，以使得压缩机与第一热交换器之间的通路断开，并使得压缩机与蒸发器之间的通路连通；
同时，VCU向压缩机和风扇发送开启指令，以使得在压缩机的驱动下，空调系统的冷媒通过两位三通电磁阀流动到蒸发器，从而冷媒吸收蒸发器吸收的车外热量，然后在压缩机的驱动下，吸收到热量的冷媒通过两位三通电磁阀流动到第二热交换器；
同时，VCU向第二水泵发送开启指令，以使得在第二水泵的驱动下，用于冷却动力电池的第二冷却液从电池流动到第二热交换器，从而在第二热交换器处冷媒与第二冷却液交换热量，然后，在第二水泵的驱动下交换到热量的第二冷却液流动回动力电池，从而给动力电池加热，本流程结束。
步骤307：电动车辆的VCU向压缩机、风扇和第二水泵发送关闭指令。
图4为本发明实施例二的动力电池加热的系统示意图。
图5为本发明实施例提供的电动车辆的动力电池加热装置的组成示意图，该装置位于电动车辆的VCU上，该装置主要包括：加热判断模块51、第一加热处理模块52和第二加热处理模块53，其中：
加热判断模块51，用于确定电动车辆的动力电池需要加热，判断电动车辆的电机是否需要冷却，若是，向第一加热处理模块52发送加热指令，否则，向第二加热处理模块53发送加热指令。
第一加热处理模块52，用于在接收到加热判断模块51发来的加热指令时，通过换向阀改变空调系统的冷媒的流向，将电机的热量通过第一热交换器带入空调系统，从而实现电机冷却，并控制空调系统通过第二热交换器将热量带给动力电池，实现给动力电池加热。
第二加热处理模块53，用于在接收到加热判断模块51发来的加热指令时，通过蒸发器将车外的热量搬进空调系统，再通过第二热交换器，将热量交换给动力电池，实现给动力电池加热。
在实际应用中，第一加热处理模块51具体用于，
向第一水泵发送开启指令，以使得用于冷却电机的第一冷却液在第一水泵的驱动下从电机流动到第一热交换器，其中，第一水泵位于电机与第一热交换器之间；同时，
向两位三通电磁阀发送向第一热交换器方向移动的指令，以使得压缩机与第一热交换器之间的通路连通，并使得压缩机与蒸发器之间的通路断开，其中，两位三通电磁阀位于压缩机与第一热交换器以及蒸发器之间；同时，
向压缩机发送开启指令，从而使得在压缩机的驱动下，空调系统的冷媒通过两位三通电磁阀流动到第一热交换器，从而冷媒与第一冷却液在第一热交换器处交换热量，实现电机冷却，然后，在压缩机的驱动下交换到热量的冷媒从第一热交换器通过两位三通电磁阀流动到第二热交换器，从而将冷媒交换到的热量带到第二热交换器；同时，
向第二水泵发送开启指令，以使得在第二水泵的驱动下，用于冷却动力电池的第二冷却液从动力电池流动到第二热交换器，从而在第二热交换器处冷媒与第二冷却液交换热量，然后，在第二水泵的驱动下交换到热量的第二冷却液流动回动力电池，从而给动力电池加热。
在实际应用中，第二加热处理模块53具体用于，
向两位三通电磁阀发送向蒸发器方向移动的指令，以使得压缩机与第一热交换器之间的通路断开，并使得压缩机与蒸发器之间的通路连通，其中，两位三通电磁阀位于压缩机与第一热交换器以及蒸发器之间；同时，
向压缩机和风扇发送开启指令，以使得在压缩机的驱动下，空调系统的冷媒通过两位三通电磁阀流动到蒸发器，从而冷媒吸收蒸发器吸收的车外热量，然后在压缩机的驱动下，吸收到热量的冷媒通过两位三通电磁阀流动到第二热交换器；同时，
向第二水泵发送开启指令，以使得在第二水泵的驱动下，用于冷却动力电池的第二冷却液从动力电池流动到第二热交换器，从而在第二热交换器处冷媒与第二冷却液交换热量，然后，在第二水泵的驱动下交换到热量的第二冷却液流动回动力电池，从而给动力电池加热。
在实际应用中，加热判断模块51进一步用于，在确定电动车辆的动力电池不需要加热时，直接向压缩机、风扇和第二水泵发送关闭指令。
在实际应用中，加热判断模块51确定电动车辆的VCU确定电动车辆的动力电池需要加热具体包括：
判断动力电池的温度是否小于预设第一温度阈值，若是，确定动力电池需要加热；否则，确定动力电池不需要加热；
加热判断模块51判断电动车辆的电机是否需要冷却具体包括：
判断电机的温度是否大于预设第二温度阈值，若是，确定电机需要冷却；否则，确定电机不需要冷却。
本发明中的动力电池可为锂离子动力电池。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种电动车辆的动力电池加热方法，其特征在于，该方法包括：
A、电动车辆的整车控制单元VCU确定电动车辆的动力电池需要加热，判断电动车辆的电机是否需要冷却，若是，执行步骤B；否则，执行步骤C；
B、VCU通过换向阀改变空调系统的冷媒的流向，将电机的热量通过第一热交换器带入空调系统，从而实现电机冷却，并控制空调系统通过第二热交换器将热量带给动力电池，实现给动力电池加热，本流程结束；
C、VCU通过蒸发器将车外的热量搬进空调系统，再通过第二热交换器，将热量交换给动力电池，实现给动力电池加热。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电动车辆的VCU确定电动车辆的动力电池需要加热包括：
VCU判断动力电池的温度是否小于预设第一温度阈值，若是，确定动力电池需要加热；否则，确定动力电池不需要加热；
所述判断电动车辆的电机是否需要冷却包括：
判断电机的温度是否大于预设第二温度阈值，若是，确定电机需要冷却；否则，确定电机不需要冷却。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：
VCU向第一水泵发送开启指令，以使得用于冷却电机的第一冷却液在第一水泵的驱动下从电机流动到第一热交换器，其中，第一水泵位于电机与第一热交换器之间；同时，
VCU向两位三通电磁阀发送向第一热交换器方向移动的指令，以使得空调系统的压缩机与第一热交换器之间的通路连通，并使得压缩机与蒸发器之间的通路断开，其中，两位三通电磁阀位于压缩机与第一热交换器以及蒸发器之间；同时，
VCU向压缩机发送开启指令，从而使得在压缩机的驱动下，空调系统的冷媒通过两位三通电磁阀流动到第一热交换器，从而冷媒与第一冷却液在第一热交换器处交换热量，实现电机冷却，然后，在压缩机的驱动下交换到热量的冷媒从第一热交换器通过两位三通电磁阀流动到第二热交换器，从而将冷媒交换到的热量带到第二热交换器；同时，
VCU向第二水泵发送开启指令，以使得在第二水泵的驱动下，用于冷却动力电池的第二冷却液从动力电池流动到第二热交换器，从而在第二热交换器处冷媒与第二冷却液交换热量，然后，在第二水泵的驱动下交换到热量的第二冷却液流动回动力电池，从而给动力电池加热，其中，第二水泵位于动力电池与第二热交换器之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：
VCU向两位三通电磁阀发送向蒸发器方向移动的指令，以使得压缩机与第一热交换器之间的通路断开，并使得压缩机与蒸发器之间的通路连通，其中，两位三通电磁阀位于压缩机与第一热交换器以及蒸发器之间；同时，
VCU向压缩机和风扇发送开启指令，以使得在压缩机的驱动下，空调系统的冷媒通过两位三通电磁阀流动到蒸发器，从而冷媒吸收蒸发器吸收的车外热量，然后在压缩机的驱动下，吸收到热量的冷媒通过两位三通电磁阀流动到第二热交换器；同时，
VCU向第二水泵发送开启指令，以使得在第二水泵的驱动下，用于冷却动力电池的第二冷却液从动力电池流动到第二热交换器，从而在第二热交换器处冷媒与第二冷却液交换热量，然后，在第二水泵的驱动下交换到热量的第二冷却液流动回动力电池，从而给动力电池加热。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
VCU确定电动车辆的动力电池不需要加热，则向压缩机、风扇和第二水泵发送关闭指令。
6.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，所述动力电池为锂离子动力电池。
7.一种电动车辆的动力电池加热装置，其特征在于，该装置包括：
加热判断模块，用于确定电动车辆的动力电池需要加热，判断电动车辆的电机是否需要冷却，若是，向第一加热处理模块发送加热指令，否则，向第二加热处理模块发送加热指令；
第一加热处理模块，用于在接收到加热指令时，通过换向阀改变空调系统的冷媒的流向，将电机的热量通过第一热交换器带入空调系统，从而实现电机冷却，并控制空调系统通过第二热交换器将热量带给动力电池，实现给动力电池加热；
第二加热处理模块，用于在接收到加热指令时，通过蒸发器将车外的热量搬进空调系统，再通过第二热交换器，将热量交换给动力电池，实现给动力电池加热。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一加热处理模块具体用于，
向第一水泵发送开启指令，以使得用于冷却电机的第一冷却液在第一水泵的驱动下从电机流动到第一热交换器，其中，第一水泵位于电机与第一热交换器之间；同时，
向两位三通电磁阀发送向第一热交换器方向移动的指令，以使得压缩机与第一热交换器之间的通路连通，并使得压缩机与蒸发器之间的通路断开，其中，两位三通电磁阀位于压缩机与第一热交换器以及蒸发器之间；同时，
向压缩机发送开启指令，从而使得在压缩机的驱动下，空调系统的冷媒通过两位三通电磁阀流动到第一热交换器，从而冷媒与第一冷却液在第一热交换器处交换热量，实现电机冷却，然后，在压缩机的驱动下交换到热量的冷媒从第一热交换器通过两位三通电磁阀流动到第二热交换器，从而将冷媒交换到的热量带到第二热交换器；同时，
向第二水泵发送开启指令，以使得在第二水泵的驱动下，用于冷却动力电池的第二冷却液从动力电池流动到第二热交换器，从而在第二热交换器处冷媒与第二冷却液交换热量，然后，在第二水泵的驱动下交换到热量的第二冷却液流动回动力电池，从而给动力电池加热。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述第二加热处理模块具体用于，
向两位三通电磁阀发送向蒸发器方向移动的指令，以使得压缩机与第一热交换器之间的通路断开，并使得压缩机与蒸发器之间的通路连通，其中，两位三通电磁阀位于压缩机与第一热交换器以及蒸发器之间；同时，
向压缩机和风扇发送开启指令，以使得在压缩机的驱动下，空调系统的冷媒通过两位三通电磁阀流动到蒸发器，从而冷媒吸收蒸发器吸收的车外热量，然后在压缩机的驱动下，吸收到热量的冷媒通过两位三通电磁阀流动到第二热交换器；同时，
向第二水泵发送开启指令，以使得在第二水泵的驱动下，用于冷却动力电池的第二冷却液从动力电池流动到第二热交换器，从而在第二热交换器处冷媒与第二冷却液交换热量，然后，在第二水泵的驱动下交换到热量的第二冷却液流动回动力电池，从而给动力电池加热。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述加热判断模块进一步用于，在确定电动车辆的动力电池不需要加热时，直接向压缩机、风扇和第二水泵发送关闭指令。
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