CN109927504B - 用于车舱和电池的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于车舱和电池的控制方法，该控制方法包括：当车舱和电池均有冷却需求时，根据当前环境参数设置当前目标蒸发温度和当前目标冷却液温度；获取蒸发器出口实际蒸发温度，并根据蒸发器出口实际温度与当前目标蒸发温度调节压缩机的转速，直至实际蒸发温度达到当前目标蒸发温度；还获取电池冷却回路中冷却液的实际温度，并根据其与当前目标冷却液温度调节所述电池冷却回路中的制冷剂流量，直至冷却液的实际温度达到当前目标冷却液温度。该控制方法在车舱和电池均有冷却需求时，能够同时对两者进行精确控制，同时保证车舱进风温度和电池冷却液温度，在提高车舱舒适性的同时，确保电池的寿命和续航能力。

Description

用于车舱和电池的控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，特别是涉及一种用于车舱和电池的控制方法。

背景技术

新能源汽车，包括电池模块，电池模块为整车动力的主要来源或全部来源，电池的性能和寿命影响着整车的续航时间。

一般情况下，电池在放电状态会产生热量，当热量过高使得电池温度超出正常工作的温度范围值后，会导致电池性能下降，降低电池的使用寿命，为此需要对电池进行降温，以提高电池的寿命和续航能力。

对于汽车来说，车舱内也有冷却的需求，目前将车舱和电池的冷却系统集成在一起，即在空调系统的冷凝器与压缩机之间设有一条与蒸发器并联的制冷剂管路，该制冷剂管路上设有冷却器，其中，冷却器、泵和电池构成电池冷却回路，冷却器中的冷却液与流经冷却器的制冷剂进行热交换后，由泵输送至电池，对电池进行冷却降温。

当车舱和电池均有冷却需求时，压缩机不能同时控制车舱进风温度和电池冷却液温度，势必会造成有一侧温度无法精确的保证；如果保证乘客舱温度，电池温度就无法很好的控制，如果保证电池温度，乘客舱的舒适性就无法得到保证。

有鉴于此，如何提供一种车舱和电池的控制方法，在车舱和电池同时有冷却需求时，能够实现车舱进风温度和电池冷却液温度的精确控制，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于车舱和电池的控制方法，所述控制方法包括：

当车舱和电池均有冷却需求时，根据当前环境参数设置当前目标蒸发温度和当前目标冷却液温度；

获取蒸发器出口实际蒸发温度，并根据蒸发器出口实际蒸发温度与当前目标蒸发温度调节压缩机的转速，直至实际蒸发温度达到当前目标蒸发温度；

还获取电池冷却回路中冷却液的实际温度，并根据冷却液的实际温度与当前目标冷却液温度调节所述电池冷却回路中的制冷剂流量，直至冷却液的实际温度达到当前目标冷却液温度。

本发明提供的用于车舱和电池的控制方法，在车舱和电池均有冷却需求时，通过调节压缩机的转速来控制蒸发器出口的蒸发温度，从而控制车舱的进风温度，同时，通过调节电池冷却回路中的制冷剂流量来控制冷却液温度，从而控制电池温度；该控制方法在车舱和电池均有冷却需求时，能够同时对两者进行精确控制，避免了背景技术中偏向一方的控制方式，能够同时保证车舱进风温度和电池冷却液温度，在提高车舱舒适性的同时，确保电池的寿命和续航能力。

附图说明

图1为用于车舱和电池的冷却系统的原理示意图；

图2为具体实施例中车舱和电池均需要冷却时控制方法的流程图；

图3为具体实施例中仅车舱需要冷却时控制方法的流程图；

图4为具体实施例中仅电池需要冷却时控制方法的流程图；

图5为具体实施例中冷却器过热度的异常判断及保护控制策略的流程图；

图6为具体实施例中冷却器过热度的计算逻辑示意图。

其中，图1中部件名称与附图标记之间的一一对应关系如下所示：

压缩机10，冷凝器20，蒸发器30，冷却器40，泵50，电池60，电子膨胀阀70，热膨胀阀80，温度传感器90a、90b、90c、90d。

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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为车舱和电池的冷却系统的原理示意图。

本发明所提供的用于车舱和电池的控制方法基于图1所示的冷却系统。

如图1所示，车舱和电池的冷却系统包括压缩机10、冷凝器20、蒸发器30、冷却器40、泵50和电池60。

其中，压缩机10的出口与冷凝器20的进口连接，冷凝器20的出口分出两条支路，其中一条与蒸发器30的进口连接，另一条与冷却器40的制冷剂进口连接，蒸发器30的出口与压缩机10的进口连接，冷却器40的制冷剂出口也与压缩机10的进口连接；另外，冷却器40的冷却液出口与泵50的入口连接，泵50的出口与电池60的冷却液入口连接，电池60的冷却液出口与冷却器40的冷却液入口连接。

如上，冷却器40、泵50和电池60形成电池冷却回路，冷却液经冷却器40散热后，由泵50输送至电池60吸收热量，以给电池60冷却降温；其中，流经冷却器40的制冷剂与冷却液进行热交换。

压缩机10、冷凝器20和蒸发器30形成空调系统，对车舱内进行冷却降温。

具体的方案中，在蒸发器30的进口支路上设置有热膨胀阀80，在冷却器40的制冷剂进口支路上设置有电子膨胀阀70，以调节流经冷却器40的制冷剂流量。

可以理解，实际设置时，蒸发器30的进口支路上也可设置电子膨胀阀，不局限于热膨胀阀，冷却器40的制冷剂进口支路上也可设置其他流量调节阀，只要能够对制冷剂流量进行调节即可。

实际应用中，车舱和电池的冷却需求分为以下三种：仅车舱需要冷却；仅电池需要冷却；车舱和电池均需要冷却；对应地，该控制方法也分为三种情形，下面具体说明。

具体的，可通过车舱内实际温度和电池实际温度来判断车舱、电池是否需要冷却。

比如，可预先设定车舱舒适性温度(具体可通过标定、仿真或试验等获取)，当监测到车舱内实际温度高于预定设定的舒适性温度时，即判定车舱需要冷却；同样地，也可预先设定电池安全温度阈值(具体也可通过标定、仿真或试验等获取)，当监测到电池实际温度高于预先设定的安全温度阈值时，即判定电池需要冷却。

具体方案中，可通过温度传感器来监测车舱内温度和电池温度，这些温度传感器与冷却系统的控制器通信连接，在控制器内预存有前述设定温度，控制器在接收相关温度信号后，能够与预存值进行比较判定，并发送相应的控制指令。

可以理解，实际应用中，车舱、电池是否需要冷却，也可通过比较其他相关参数来判定，不限于温度。

下面就三种情形对应的控制方法一一说明。

请参考图2，图2为具体实施例中车舱和电池均需要冷却时，控制方法的流程图。

当车舱和电池均有冷却需求时，对应的控制方法包括下述步骤：

S11、控制器根据当前环境参数设置当前目标蒸发温度和当前目标冷却液温度；

其中，当前环境参数可以包括车内温度、车外温度等，具体可根据实际应用需求而定。

因车舱内的冷却需求及电池的冷却需求与周边环境参数相关，所以目标参数的设置可以依据当前环境参数来设定，具体的对应关系可以通过试验标定获取，也可以通过仿真获取。

S12、控制器获取蒸发器30出口实际蒸发温度，并根据蒸发器30出口实际蒸发温度与当前目标蒸发温度调节压缩机10的转速，直至实际蒸发温度达到当前目标蒸发温度；

同时，控制器还获取电池冷却回路中冷却液的实际温度，并根据获取的的电池冷却回路中冷却液的实际温度与当前目标冷却液温度调节电池冷却回路中的制冷剂流量，直至冷却液的实际温度达到当前目标冷却液温度。

具体的，控制器对蒸发器30出口蒸发温度调节，以及对电池冷却回路中冷却液温度的调节均可采用PI控制策略，实施简单又可靠。当然，实际设置中，也可采用其他的控制策略。

其中，蒸发器30出口蒸发温度可以通过下述方式获取：

第一，可以在压缩机10的吸气口位置布置压力传感器(图1中未示出)，根据压力传感器测得的压力，结合制冷剂的物性参数，通过修正，可以计算出蒸发器30出口的蒸发温度；

其中，具体的计算公式及修正公式等预先存储于控制器内，以供控制器调用。

第二，可以在蒸发器30的出口布置温度传感器90c，控制器根据温度传感器测得的蒸发器30出口温度，经过修正后，即可近似计算出蒸发器30出口的蒸发温度。

其中，电池冷却回路中的实际冷却液温度可通过布置在电池60的冷却液出口管路上的温度传感器90d检测得到，当然，也可将温度传感器布置电池60的冷却液进口管路上。

其中，在图1所示的冷却系统中，电池冷却回路中制冷剂流量的调节具体通过调节电子膨胀阀70的开度来实现。

如上，该车舱和电池的控制方法，在车舱和电池均有冷却需求时，通过调节压缩机10的转速来控制蒸发器30出口蒸发温度，从而控制车舱的进风温度，同时，通过调节电池冷却回路中的制冷剂流量来控制冷却液温度，从而控制电池60的温度；该控制方法在车舱和电池60均有冷却需求时，能够同时对两者进行精确控制，避免了背景技术中偏向一方的控制方式，能够同时保证车舱进风温度和电池冷却液温度，在提高车舱舒适性的同时，确保电池60的寿命和续航能力。

请参考图3，图3为具体实施例中仅车舱需要冷却时控制方法的流程图。

当仅车舱有冷却需求时，对应的控制方法包括下述步骤：

S21、控制器关闭电池冷却回路；

具体的，通过截止制冷剂流向电池冷却回路来关闭电池冷却回路。

在图1所示的冷却系统中，控制器具体可通过关闭设于冷却器40制冷剂进口支路上的电子膨胀阀70来实现电池冷却回路的关闭。

S22、控制器根据当前环境参数设置当前目标蒸发温度；控制器获取蒸发器30出口实际蒸发温度，并根据其与当前目标蒸发温度调节压缩机10的转速，直至实际蒸发温度达到当前目标蒸发温度。

其中，当前环境参数可以包括车内温度、车外温度等，具体可根据实际应用需求而定。

具体的，对蒸发器30出口蒸发温度调节可采用PI控制策略，实施简单又可靠，当然也可根据实际需求采用其他控制策略。

具体的，蒸发器30出口蒸发温度的获取方式与前述说明一致，此处不再重复。

除了上述方式外，仅车舱需要冷却时，其控制方法还可以如下：

S21’、控制器关闭电池冷却回路；

S22’、控制器根据当前环境参数，控制压缩机10以其转速控制逻辑重新输出转速，至蒸发器30出口的实际蒸发温度降低到预定阈值以下。

具体的，压缩机10的转速控制逻辑可以由压缩机10生产商设定，当前环境参数具体为跟压缩机10转速控制逻辑相关的车外温度、车内温度等参数。

所述预定阈值与车舱内的冷却需求对应，当蒸发器30出口的实际蒸发温度降低到预定阈值以下时，可满足车舱内的冷却降温要求。

请参考图4，图4为具体实施例中仅电池需要冷却时控制方法的流程图。

当仅电池有冷却需求时，对应的控制方法包括下述步骤：

S31、控制器关闭蒸发器侧回路；

具体的，通过截止制冷剂流向蒸发器30来关闭蒸发器侧回路。

在图1所示的冷却系统中，控制器具体可通过关闭设于蒸发器30进口管路上的热膨胀阀80来实现蒸发器侧回路的关闭。

S32、控制器根据当前环境参数设置当前目标冷却液温度，控制器获取电池冷却回路中的实际冷却液温度，并根据其与当前目标冷却液温度调节电池冷却回路中的制冷剂流量，直至实际冷却液温度达到当前目标冷却液温度。

其中，当前环境参数可以包括车内温度、车外温度等，具体可根据实际应用需求而定。

具体的，对电池冷却回路中冷却液温度的调节可采用PI控制策略，实施简单又可靠。当然，实际设置中，也可采用其他的控制策略。

其中，电池冷却回路中，冷却液温度的获取方式及制冷剂流量的调节方式与前述一致，不再重复。

本发明所提供的控制方法还包括：在电池60冷却过程中，对电池冷却回路中的冷却器40的过热度进行周期性计算，并对冷却器40的过热度进行异常判断及保护控制策略。

可以理解，只要电池冷却回路处于工作状态，均对冷却器40的过热度进行监测，包括仅电池60冷却模式和电池60和车舱均冷却模式。

如此，可对冷却器40进行保护，延长其使用寿命。

请参考图5，图5为具体实施例中冷却器过热度的异常判断及保护控制策略的流程图。

具体的方案中，冷却器40的过热度的异常判断及保护控制策略包括下述步骤：

S41、控制器采集计算得到的冷却器40的当前过热度；

S42、控制器判断冷却器40的当前过热度是否低于安全阈值，若是，进入步骤S43，若否，控制器判断冷却器过热度正常，返回步骤S41；

需要指出的是，安全阈值可根据冷却器40的特性，并结合试验或仿真等确定。

还需要指出的是，具体实施中，控制器可判断在第一设定时间段内，冷却器40的当前过热度是否低于安全阈值，以确保冷却器40的过热度值稳定，以免作出错误判断。其中，第一设定时间段可人为设置。

S43、控制器判断冷却器40的过热度异常，并进入第一保护控制策略；

其中，第一保护控制策略具体包括：

S431、控制器将电池冷却回路中的泵50调到最大转速，预定时间后，计算冷却器40的当前过热度，并判断冷却器40的当前过热度是否低于安全阈值；

若是，控制器判断冷却器40的过热度仍旧异常，并进入第二保护控制策略；

若否，控制器判断冷却器40的过热度恢复正常，并返回步骤S41；

需要说明的是，该步骤S431中，所述预定时间可根据实际需求来设定；具体判断时，可判断在第二设定时间段内，冷却器40的当前过热度是否低于安全阈值，以免作出误判，其中，第二设定时间段也可人为设置，具体也可与前述第一设定时间段相同。

其中，第二保护控制策略具体包括：

S4311、控制器调节电池冷却回路中的制冷剂流量，预定时间后，采集冷却器40的当前过热度，并判断冷却器40的当前过热度是否低于安全阈值；

若是，停机保护；

若否，控制器判断冷却器40的过热度恢复正常，返回步骤S41，并控制电池冷却回路中制冷剂流量的调节恢复至冷却液温度的调节策略。

同样地，该步骤S4311中，所述预定时间可根据实际需求来设定；具体判断时，可判断在第三设定时间段内，冷却器40的当前过热度是否低于安全阈值，以免误判，其中，第三设定时间段也可人为设置，具体也可与前述第一或第二设定时间段相同。

具体到图1所示方案中，控制器通过调节电子膨胀阀70的开度来调节电池冷却回路中的制冷剂流量。

需要说明的是，因冷却器40的过热度监测及异常判断保护策略是在电池冷却回路工作状态下进行，而电池冷却回路工作状态下，其制冷剂流量有相应的调节策略，所以此处在因冷却器40异常而对制冷剂流量进行保护性控制使得冷却器40的过热度恢复正常后，为确保电池冷却回路的正常运行，其制冷剂流量的调节应恢复原来的冷却液温度的调节策略。

上述对冷却器40的监测过程中，冷却器40的过热度的计算方法包括两种情形：

第一，当制冷剂压降低于设定阈值时，冷却器40的过热度等于冷却器40的出口温度减去冷却器40的进口温度。

具体的，可以在冷却器40的制冷剂进口管路和出口管路上分别设置温度传感器90a、90b，以采集相应位置的温度。其中，温度传感器90a、90b与控制器通信连接。

第二，当制冷剂压降不低于设定阈值时，冷却器40的过热度可通过计算逻辑获得。

其中，所述设定阈值可结合冷却器40的自身结构，根据试验或仿真等确定。

请参考图6，图6为具体实施例中冷却器过热度的计算逻辑示意图。

当制冷剂压降不低于设定阈值时，冷却器40的过热度的计算逻辑如下：

S51、控制器采集温度传感器90a检测到的冷却器40进口的制冷剂温度T1，并结合制冷剂物性计算到冷却器40进口的制冷剂压力P1；

具体的，根据制冷剂的物性能够拟合出饱和温度与饱和压力换算的方程式f1(x)，该方程式f1(x)预存于控制器内，控制器采集温度传感器90a测得的温度T1后，能够调用该方程式计算得到与T1对应的饱和压力Ps＝f1(T1)。

因冷却器40进口处，制冷剂处于气液两相饱和区，冷却器40进口的压力P1即为饱和压力，也就是说，冷却器40进口的制冷剂压力P1＝Ps＝f1(T1)。

S52、控制器计算冷却器40的压降Ploss，并结合步骤S51中冷却器40进口的制冷剂压力P1计算得到冷却器40出口的制冷剂压力P2；

具体的，根据冷却器40的特性可知通过冷却器40的制冷剂流量M为影响Ploss的主要因素，通过试验可以得到Ploss关于M的经验公式f2(x)，即Ploss＝f2(M)，该经验公式可预先存储在控制器内，以供需要时调用。

其中，压缩机10的转速R和电子膨胀阀70的开度C为影响制冷剂流量M的主要因素，通过试验可以得到M关于C和R的经验公式M＝f3(x)，即M＝f3(C，R)，该经验公式可预先存储在控制器内，以供需要时调用。

可见，在获知压缩机10的转速R和电子膨胀阀70的开度C后，即可计算出冷却器40的压降Ploss，即Ploss＝f2(M)＝f2(f3(C，R))。

在计算得到冷却器40的压降Ploss后，冷却器40出口的制冷剂压力P2即为冷却器40进口的制冷剂压力P1减去冷却器40的压降Ploss，即P2＝P1-Ploss＝f1(T1)-f2(f3(C，R))。

S53、根据步骤S52中计算得到的冷却器40出口的制冷剂压力P2和制冷剂物性计算得到冷却器40出口的制冷剂饱和温度Ts。

具体的，根据制冷剂的物性能够拟合出饱和温度与饱和压力换算的方程式f4(x)，该方程式可预存于控制器内，以供调用。

控制器在计算得到冷却器40出口的制冷剂压力P2后，调用方程式f4(x)即可计算得到与P2对应的冷却器40出口的制冷剂饱和温度Ts，即Ts＝f4(P2)＝f4(f1(T1)-f2(f3(C，R)))。

S54、控制器采集温度传感器90b检测得到的冷却器40出口的制冷剂温度T2，并结合步骤S53中的冷却器40出口的制冷剂饱和温度Ts计算得到冷却器40的过热度。

具体的，冷却器40的过热度为T2-Ts＝T2-f4(f1(T1)-f2(f3(C，R)))。

以上对本发明所提供的用于车舱和电池的控制方法行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.用于车舱和电池的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

当车舱和电池均有冷却需求时，根据当前环境参数设置当前目标蒸发温度和当前目标冷却液温度；

获取蒸发器出口实际蒸发温度，并根据蒸发器出口实际蒸发温度与当前目标蒸发温度调节压缩机的转速，直至实际蒸发温度达到当前目标蒸发温度；

还获取电池冷却回路中冷却液的实际温度，并根据冷却液的实际温度与当前目标冷却液温度调节所述电池冷却回路中的制冷剂流量，直至冷却液的实际温度达到当前目标冷却液温度；

所述控制方法还包括：在电池冷却过程中，对所述电池冷却回路中冷却器的过热度进行周期性计算，并对所述冷却器的过热度进行异常判断及保护控制策略；所述异常判断及保护控制策略包括：

采集计算得到的所述冷却器的当前过热度；

判断所述冷却器的当前过热度是否低于安全阈值；

若是，判断所述冷却器的过热度异常，并进入第一保护控制策略；其中，所述第一保护控制策略包括将电池冷却回路中的泵调到最大转速；

若否，判断所述冷却器的过热度正常。

2.根据权利要求1所述的用于车舱和电池的控制方法，其特征在于，所述第一保护控制策略还包括：

自所述泵调到最大转速的预定时间后，计算所述冷却器的当前过热度，并判断所述冷却器的当前过热度是否低于所述安全阈值；

若是，判断所述冷却器的过热度仍旧异常，并进入第二保护控制策略；

若否，判断所述冷却器的过热度恢复正常。

3.根据权利要求2所述的用于车舱和电池的控制方法，其特征在于，所述第二保护控制策略具体包括：

调节所述电池冷却回路中的制冷剂流量，预定时间后，采集计算得到的所述冷却器的当前过热度，并判断所述冷却器的当前过热度是否低于所述安全阈值；

若是，停机保护；

若否，判断所述冷却器的过热度恢复正常，并所述电池冷却回路中制冷剂流量的调节恢复至冷却液温度的调节策略。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于车舱和电池的控制方法，其特征在于，所述冷却器的过热度的计算方法包括：

当制冷剂压降低于设定阈值时，所述冷却器的过热度等于所述冷却器的出口温度减去所述冷却器的进口温度；

当制冷剂压降不低于设定阈值时，所述冷却器的过热度通过计算逻辑获得。

5.根据权利要求4所述的用于车舱和电池的控制方法，其特征在于，所述计算逻辑具体包括：

获取所述冷却器进口的制冷剂温度T1，并结合制冷剂物性计算得到所述冷却器进口的制冷剂压力P1；

计算所述冷却器的压降Ploss，并结合所述冷却器进口的制冷剂压力P1计算得到所述冷却器出口的制冷剂压力P2；

根据所述冷却器出口的制冷剂压力P2和制冷剂物性计算得到所述冷却器出口的制冷剂饱和温度Ts；

获取冷却器出口的制冷剂温度T2；

所述冷却器的过热度等于所述冷却器出口的制冷剂温度T2减去所述冷却器出口的制冷剂饱和温度Ts。

6.根据权利要求5所述的用于车舱和电池的控制方法，其特征在于，所述冷却器的压降Ploss的计算方法如下：

获取所述压缩机的转速，以及设于所述冷却器进口前的流量调节阀的开度，并根据所述转速和所述开度计算所述冷却器的制冷剂流量；

再根据所述制冷剂流量计算得到所述冷却器的压降Ploss。

7.根据权利要求1-3任一项所述的用于车舱和电池的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

当仅车舱有冷却需求时，关闭电池冷却回路；

根据当前环境参数设置当前目标蒸发温度，获取蒸发器出口实际蒸发温度，并根据其与当前目标蒸发温度调节压缩机转速，直至实际蒸发温度达到当前目标蒸发温度；或者，

根据当前环境参数，控制压缩机以其转速控制逻辑重新输出转速，至蒸发器出口实际蒸发温度降低到预定阈值以下。

8.根据权利要求1-3任一项所述的用于车舱和电池的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

当仅电池有冷却需求时，关闭蒸发器侧回路；

根据当前环境参数设置当前目标冷却液温度，获取所述电池冷却回路中的实际冷却液温度，并根据其与当前目标冷却液温度调节所述电池冷却回路中的制冷剂流量，直至实际冷却液温度达到当前目标冷却液温度。

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