CN109028676B - 一种新能源汽车的电动压缩机的控制方法、装置及系统 - Google Patents

一种新能源汽车的电动压缩机的控制方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及新能源汽车技术领域，特别涉及一种新能源汽车的电动压缩机的控制方法、装置及系统。本发明通过统一管理动力电池冷却和空调制冷，对电动压缩机进行双目标节能控制，兼顾动力电池冷却需求和乘员舱降温需求，动态调节电动压缩机的转速，提升乘员舱空调制冷效果，可以完全避免空调制冷过程中出现间歇性热风，提高了乘员舱的舒适度；双目标调节动态平衡了空调系统的热负荷，实现了高效节能，进一步可以提升整车的续航里程。

Description

一种新能源汽车的电动压缩机的控制方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，特别涉及一种新能源汽车的电动压缩机的控制方法、装置及系统。
背景技术
随着空气污染治理和国家油耗目标的限制，新能源车型越来越受到市场和企业的关注，其新增电动空调系统、电池的冷却需求直接和其动力性经济性有关。
目前，由于国内电动压缩机发展的局限，整车空调系统里电动压缩机的控制主要采用分级、PWM控制调速等方式，且只针对空调系统工作需求进行单一控制，电动压缩机不参与或只是被动参与对电池系统的冷却工作。空调系统和电池系统各自通过CAN总线与整车控制器通讯，没有形成闭环高效的系统控制。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种新能源汽车的电动压缩机的控制方法、装置及系统。
本发明一方面提供了一种新能源汽车的电动压缩机的控制方法，包括：
获取空调的制冷需求和动力电池的冷却需求；
根据所述制冷需求计算电动压缩机的第一目标转速，并根据所述冷却需求计算电动压缩机的第二目标转速；
根据所述第一目标转速和所述第二目标转速计算电动压缩机的第三目标转速；
根据所述第三目标转速控制电动压缩机工作。
优选地，所述根据所述第三目标转速控制电动压缩机工作之后，还包括：
获取乘员舱的当前温度；
根据所述当前温度和预设的修正系数，对所述第三目标转速进行调整；
根据调整后的第三目标转速控制电动压缩机工作。
优选地，所述获取空调的制冷需求包括：获取用户设定的空调制冷温度；
所述获取动力电池的冷却需求包括：
检测动力电池的工作温度；
判断所述工作温度是否超过预设的温度阈值；
如果所述工作温度超过所述温度阈值，则判定动力电池存在冷却需求，并根据所述温度阈值和工作温度计算获得冷却温差。
优选地，所述根据所述制冷需求计算电动压缩机的第一目标转速包括：
检测车内外环境温度；
根据所述车内外环境温度和所述空调制冷温度，计算空调的出风需求温度；
根据所述出风需求温度，计算空调蒸发器的目标蒸发温度；
根据所述目标蒸发温度和蒸发器实际蒸发温度，计算电动压缩机的第一目标转速。
优选地，所述根据所述冷却需求计算电动压缩机的第二目标转速包括：
获取用于为动力电池降温的冷却器的冷却水温度；
根据所述冷却温差和所述冷却水温度，计算冷却器的目标冷却水温度；
根据所述目标冷却水温度计算电动压缩机的第二目标转速。
优选地，所述根据所述冷却需求计算电动压缩机的第二目标转速包括：根据所述冷却温差，在预先设置的温差与转速的关系对应表中查询获得与所述冷却温差对应的转速，将所述转速作为电动压缩机的第二目标转速。
优选地，所述根据所述第一目标转速和所述第二目标转速计算电动压缩机的第三目标转速包括：在第一目标转速上附加第二目标转速，获得所述电动压缩机的第三目标转速。
本发明另一方面提供了一种新能源汽车的电动压缩机的控制装置，所述装置包括：
第一获取单元，用于获取空调的制冷需求；
第二获取单元，用于获取动力电池的冷却需求；
第一计算单元，用于根据所述制冷需求计算电动压缩机的第一目标转速；
第二计算单元，用于根据所述冷却需求计算电动压缩机的第二目标转速；
第三计算单元，用于根据所述第一目标转速和所述第二目标转速计算电动压缩机的第三目标转速；
控制单元，用于根据所述第三目标转速控制电动压缩机工作。
优选地，所述装置还包括修正单元，所述修正单元，用于获取乘员舱的当前温度，根据所述当前温度和预设的修正系数，对所述第三目标转速进行调整；所述控制单元，还用于根据所述修正单元调整后的第三目标转速控制电动压缩机工作。
本发明另一方面还提供了一种新能源汽车的冷却系统，所述系统包括动力电池、冷却器、电动压缩机、蒸发器、冷凝器、冷媒电磁阀和控制装置，所述电动压缩机与所述冷凝器连接，所述冷凝器分别与所述冷媒电磁阀和所述冷却器连接，所述蒸发器分别与所述冷媒电磁阀和所述电动压缩机连接，所述冷却器分别与所述电动压缩机和所述动力电池连接，所述控制装置与所述电动压缩机相连；所述控制装置为上述的新能源汽车的电动压缩机的控制装置。
由于上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明统一管理动力电池冷却和空调制冷，对电动压缩机进行双目标节能控制，兼顾动力电池冷却需求和乘员舱降温需求，动态调节电动压缩机的转速，提升乘员舱空调制冷效果，可以完全避免空调制冷过程中出现间歇性热风，提高了乘员舱的舒适度；双目标调节动态平衡了空调系统的热负荷，实现了高效节能，进一步可以提升整车的续航里程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明实施例提供的一种新能源汽车的电动压缩机的控制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种新能源汽车的电动压缩机的控制方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种新能源汽车的电动压缩机的控制装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种新能源汽车的冷却系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
随着新能源汽车技术的发展和市场对新能源车续航里程要求的提高，越来越多新能源车型采用三元电池，三元电池具有对高温敏感、高效工作温度范围窄的特点。因此，对电池冷却提出了更高的要求。空调电动压缩机是新能源车型上的重要能耗部件，如果空调电动压缩机能耗过大，电池没有得到很好的冷却热管理，会导致电池寿命降低，整车续航里程减少，带来严重的市场抱怨，影响品牌提升。
上述问题普遍存在国内新能源汽车上，传统的控制策略中，电动压缩机的控制取决于空调系统控制，电池冷却需求的开关取决于电池控制，电动压缩机被动的根据电池需求开关的状态对电池进行冷却，以实现降低电池工作温度，使电池高效工作。发明人仔细研究后发现，传统控制策略存在如下缺陷：
1、空调系统受电池冷却启停影响，有间歇热风问题，用户体验差；
2、电池冷却和空调无法形成统一协调，节能效果差；
3、现有电池的冷却管理只与CHILLER(冷却器)开闭关联，与空调无关联，增加了乘员舱空调系统的热负荷，节能效果差。
针对这些问题，本发明提供一种新能源汽车的电动压缩机的控制方法，通过统一管理电池冷却和空调制冷，对电动压缩机实行双目标节能控制，提高夏季电池运行安全、空调的温度舒适性以及整车续航里程，满足乘员舱和动力电池冷却需求，同时使关联系统达到节能高效的工作。
图1是本发明实施例提供的一种新能源汽车的电动压缩机的控制方法的流程图。请参见图1，本实施例的新能源汽车的电动压缩机的控制方法包括如下步骤：
步骤S102：获取空调的制冷需求和动力电池的冷却需求；
步骤S104：根据所述制冷需求计算电动压缩机的第一目标转速，并根据所述冷却需求计算电动压缩机的第二目标转速；
步骤S106：根据所述第一目标转速和所述第二目标转速计算电动压缩机的第三目标转速；
步骤S108：根据所述第三目标转速控制电动压缩机工作。
本实施例分别获取空调的制冷需求和动力电池的冷却需求，将空调制冷和动力电池冷却作为双目标，分别计算空调制冷对应的电动压缩机的转述和动力电池冷却对应的电动压缩机转速，求得使电动压缩机同时满足空调制冷需求和动力电池冷却需求所需的目标转速，以此目标转速来控制电动压缩机工作，达到提高乘员舱的舒适度和节能的效果。
图2是本发明实施例提供的一种新能源汽车的电动压缩机的控制方法的流程图。图中示出了将空调制冷和动力电池冷却作为双目标来对电动压缩机进行调节的流程。
在一些可能的实现方式中，所述获取空调的制冷需求，根据所述制冷需求计算电动压缩机的第一目标转速包括如下步骤：
步骤212：确定空调的制冷需求。具体可以通过获取用户设定的空调制冷温度来确定空调的制冷需求。
步骤214：确定环境温度及出风温度。
具体的，环境温度包括车内环境温度和车外环境温度，可以通过车内外安装的温度传感器获得；进一步地，可以根据所述车内外环境温度和所述空调制冷温度，计算空调的出风需求温度。在一些可能的实现方式中，可以通过下述公式(1)求得空调的出风需求温度。
Q＝C*q0*ΔT＝C*q0*Δt (1)
其中，Q表示空调热量负荷；C表示空气比热容；q0表示车内空气流量；△T表示设定温度与车外温度差值；△t表示空调出风需求温度与车内温度差值。
步骤216：确定空调目标蒸发温度。
具体的，可以根据所述空调的出风需求温度，计算空调蒸发器的目标蒸发温度。在一些可能的实现方式中，在上述公式(1)的基础上，进一步可以通过下述公式(2)求得空调目标蒸发温度。
Q＝C*q1*Δt0 (2)
其中，Q表示空调热量负荷；C表示空气比热容；q1表示经过蒸发器的空气流量；△t0表示蒸发器表面初始温度和蒸发器目标温度的差值。
步骤218：确定电动压缩机的第一目标转速。
具体的，可以根据蒸发器目标蒸发温度和蒸发器实际蒸发温度，计算电动压缩机的第一目标转速。在一些可能的实现方式中，可通过公式(3)计算电动压缩机的第一目标转速。
SpdAC_Comp＝P*ΔEvapT+k∫ΔEvapTdt (3)
第一目标转速由PID控制决定，其中，SpdAC_comp表示空调压缩机转速；P表示P部分运算参数；K表示I部分运算参数；△EvapT表示蒸发器目标蒸发温度和蒸发器实际蒸发温度之间的差值。
在一些可能的实现方式中，所述获取动力电池的冷却需求，根据所述冷却需求计算电动压缩机的第二目标转速包括如下步骤：
步骤222：确定动力电池的冷却需求。
具体的，所述获取动力电池的冷却需求可以包括：检测动力电池的工作温度；判断所述工作温度是否超过预设的温度阈值；如果所述工作温度超过所述温度阈值，则判定动力电池存在冷却需求，并根据所述温度阈值和工作温度计算获得冷却温差。
步骤224：确定动力电池冷却水温度。
在一些可能的实现方式中，可以通过热量平衡公式，计算动力电池的冷却水温度。
步骤226：确定动力电池目标冷却水温度。在求得动力电池冷却水温度的基础上，进一步根据热量平衡公式，计算动力电池目标冷却水温度。
步骤228：确定电动压缩机的第二目标转速。
具体的，可以根据目标冷却水温度和冷却水实际温度，计算电动压缩机的第二目标转速。在一些可能的实现方式中，可通过公式(4)计算电动压缩机的第二目标转速。
SpdAC_Comp＝P*ΔEvapT0+k∫ΔEvapT0dt (4)
第二目标转速由PID控制决定，其中，SpdAC_comp表示空调压缩机转速；P表示P部分运算参数；K表示I部分运算参数；△EvapT0表示目标冷却水温度和冷却水实际温度之间的差值。
由于电池冷却量小，是一个稳态过程，为简化计算过程，还可以通过查询方式获取电动压缩机的第二目标转。在一些可能的实现方式中，所述获取动力电池的冷却需求，根据所述冷却需求计算电动压缩机的第二目标转速可以包括如下步骤：根据所述冷却温差，在预先设置的温差与转速的关系对应表中查询获得与所述冷却温差对应的转速，将所述转速作为电动压缩机的第二目标转速，第二目标转速的范围可以为400rpm-900rpm。具体的，可以预先通过试验测试将动力电池冷却到目标温度所需的电动压缩机的转速，建立冷却温差与电动压缩机之间的对应关系，在后续控制过程中，不必频繁计算第二目标转速，而是通过查询方式获得第二目标转速，可以减少运算负荷，并提升获取第二目标转速的速度。
在确定了电动压缩机的第一目标转速和第二目标转速之后，还包括如下步骤：
步骤S230：根据第一目标转速和第二目标转速确定电动压缩机的第三目标转速。在一些可能的实现方式中，可通过在第一目标转速上附加第二目标转速，来获得所述电动压缩机的第三目标转速，即第三目标转速为第一目标转速与第二目标转速之和。
步骤S240：根据第三目标转速控制电动压缩机工作。
步骤S250：修正电动压缩机的转速。
在一些可能的实现方式中，可以根据实际的工况随时修正电动压缩机转速，修正系数可以是0.90～1.10。例如，可以实时检测乘员舱的温度，根据乘员舱的温度来对电动压缩机转速进行修正，如果乘员舱的温度升高，则选择较大的修正系数对电动压缩机转速进行修正，如果乘员舱的温度降低，则选择较小的修正系数对电动压缩机转速进行修正。
图3是本发明实施例提供的一种新能源汽车的电动压缩机的控制装置的结构示意图。请参见图3，本实施例的新能源汽车的电动压缩机的控制装置包括第一获取单元31、第二获取单元32、第一计算单元33、第二计算单元34、第三计算单元35和控制单元36。其中，所述第一获取单元31用于获取空调的制冷需求；所述第二获取单元32用于获取动力电池的冷却需求；所述第一计算单元33用于根据所述制冷需求计算电动压缩机的第一目标转速，所述第二计算单元34用于根据所述冷却需求计算电动压缩机的第二目标转速；所述第三计算单元35用于根据所述第一目标转速和所述第二目标转速计算电动压缩机的第三目标转速；所述控制单元36用于根据所述第三目标转速控制电动压缩机工作。
在一些可能的实现方式中，所述新能源汽车的电动压缩机的控制装置还可以包括修正单元37，所述修正单元37用于获取乘员舱的当前温度，根据所述当前温度和预设的修正系数，对所述第三目标转速进行调整；进一步的，所述控制单元36还用于根据所述修正单元37调整后的第三目标转速控制电动压缩机工作。
在一些可能的实现方式中，所述第一获取单元31具体用于：获取用户设定的空调制冷温度。所述第二获取单元32具体用于：检测动力电池的工作温度，判断所述工作温度是否超过预设的温度阈值；如果所述工作温度超过所述温度阈值，则判定动力电池存在冷却需求，并根据所述温度阈值和工作温度计算获得冷却温差。所述第一计算单元33具体用于：检测车内外环境温度；根据所述车内外环境温度和所述空调制冷温度，计算空调的出风需求温度；根据所述出风需求温度，计算空调蒸发器的目标蒸发温度；根据所述目标蒸发温度和蒸发器实际蒸发温度，计算电动压缩机的第一目标转速。所述第二计算单元34具体用于：获取用于为动力电池降温的冷却器的冷却水温度；根据所述冷却温差和所述冷却水温度，计算冷却器的目标冷却水温度；根据所述目标冷却水温度计算电动压缩机的第二目标转速。所述第三计算单元35具体用于：在第一目标转速上附加第二目标转速，获得所述电动压缩机的第三目标转速。
在一些可能的实现方式中，所述第一获取单元31具体用于：获取用户设定的空调制冷温度。所述第二获取单元32具体用于：检测动力电池的工作温度，判断所述工作温度是否超过预设的温度阈值；如果所述工作温度超过所述温度阈值，则判定动力电池存在冷却需求，并根据所述温度阈值和工作温度计算获得冷却温差。所述第一计算单元33具体用于：检测车内外环境温度；根据所述车内外环境温度和所述空调制冷温度，计算空调的出风需求温度；根据所述出风需求温度，计算空调蒸发器的目标蒸发温度；根据所述目标蒸发温度和蒸发器实际蒸发温度，计算电动压缩机的第一目标转速。所述第二计算单元34具体用于：根据所述冷却温差，在预先设置的温差与转速的关系对应表中查询获得与所述冷却温差对应的转速，将所述转速作为电动压缩机的第二目标转速。所述第三计算单元35具体用于：在第一目标转速上附加第二目标转速，获得所述电动压缩机的第三目标转速。
图4是本发明实施例提供的一种新能源汽车的冷却系统的结构示意图。请参见图4，本实施例的一种新能源汽车的冷却系统包括动力电池46、冷却器45、电动压缩机41、蒸发器44、冷凝器42、冷媒电磁阀43和控制装置，所述电动压缩机41与所述冷凝器42连接，所述冷凝器42分别与所述冷媒电磁阀43和所述冷却器45连接，所述蒸发器44分别与所述冷媒电磁阀43和所述电动压缩机41连接，所述冷却器45分别与所述电动压缩机41和所述动力电池46连接，所述控制装置与所述电动压缩机41相连；所述控制装置为上述的新能源汽车的电动压缩机的控制装置，该控制装置的结构参见上述实施例，在此不再赘述。
本发明方案通过统一管理动力电池冷却和空调制冷，对电动压缩机进行双目标节能控制，兼顾了动力电池冷却需求和乘员舱降温需求，动态调节电动压缩机的转速，提升乘员舱空调制冷效果，可以完全避免空调制冷过程中出现间歇性热风，提高了乘员舱的舒适度；双目标调节动态平衡了空调系统的热负荷，实现了高效节能，进一步可以提升整车的续航里程。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种新能源汽车的电动压缩机的控制方法，其特征在于，包括：
获取空调的制冷需求和动力电池的冷却需求；
根据所述制冷需求计算电动压缩机的第一目标转速，并根据所述冷却需求计算电动压缩机的第二目标转速；
在所述第一目标转速上附加所述第二目标转速，获得所述电动压缩机的第三目标转速；
根据所述第三目标转速控制电动压缩机工作；
所述根据所述制冷需求计算电动压缩机的第一目标转速包括：检测车内外环境温度；根据所述车内外环境温度和所述空调制冷温度，计算空调的出风需求温度；根据所述出风需求温度，计算空调蒸发器的目标蒸发温度；根据所述目标蒸发温度和蒸发器实际蒸发温度，计算电动压缩机的第一目标转速。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第三目标转速控制电动压缩机工作之后，还包括：
获取乘员舱的当前温度；
根据所述当前温度和预设的修正系数，对所述第三目标转速进行调整；
根据调整后的第三目标转速控制电动压缩机工作。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取空调的制冷需求包括：获取用户设定的空调制冷温度；
所述获取动力电池的冷却需求包括：
检测动力电池的工作温度；
判断所述工作温度是否超过预设的温度阈值；
如果所述工作温度超过所述温度阈值，则判定动力电池存在冷却需求，并根据所述温度阈值和工作温度计算获得冷却温差。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述冷却需求计算电动压缩机的第二目标转速包括：
获取用于为动力电池降温的冷却器的冷却水温度；
根据所述冷却温差和所述冷却水温度，计算冷却器的目标冷却水温度；
根据所述目标冷却水温度计算电动压缩机的第二目标转速。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述冷却需求计算电动压缩机的第二目标转速包括：
根据所述冷却温差，在预先设置的温差与转速的关系对应表中查询获得与所述冷却温差对应的转速，将所述转速作为电动压缩机的第二目标转速。
6.一种新能源汽车的电动压缩机的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获取单元，用于获取空调的制冷需求；
第二获取单元，用于获取动力电池的冷却需求；
第一计算单元，用于根据所述制冷需求计算电动压缩机的第一目标转速；
第二计算单元，用于并根据所述冷却需求计算电动压缩机的第二目标转速；
第三计算单元，用于根据所述第一目标转速和所述第二目标转速计算电动压缩机的第三目标转速；
控制单元，用于根据所述第三目标转速控制电动压缩机工作；
所述第三计算单元具体用于：在所述第一目标转速上附加所述第二目标转速，获得所述电动压缩机的第三目标转速；
所述第一计算单元用于：检测车内外环境温度；根据所述车内外环境温度和所述空调制冷温度，计算空调的出风需求温度；根据所述出风需求温度，计算空调蒸发器的目标蒸发温度；根据所述目标蒸发温度和蒸发器实际蒸发温度，计算电动压缩机的第一目标转速。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括修正单元，
所述修正单元，用于获取乘员舱的当前温度，根据所述当前温度和预设的修正系数，对所述第三目标转速进行调整；
所述控制单元，还用于根据所述修正单元调整后的第三目标转速控制电动压缩机工作。
8.一种新能源汽车的冷却系统，其特征在于，所述系统包括动力电池、冷却器、电动压缩机、蒸发器、冷凝器、冷媒电磁阀和控制装置，
所述电动压缩机与所述冷凝器连接，所述冷凝器分别与所述冷媒电磁阀和所述冷却器连接，所述蒸发器分别与所述冷媒电磁阀和所述电动压缩机连接，所述冷却器分别与所述电动压缩机和所述动力电池连接，所述控制装置与所述电动压缩机相连；
所述控制装置为权利要求6或7所述的新能源汽车的电动压缩机的控制装置。
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