CN110534828A - 电动汽车的动力电池主动保温方法、装置和电动汽车 - Google Patents

电动汽车的动力电池主动保温方法、装置和电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明实施方式公开了一种电动汽车的动力电池主动保温方法、装置和电动汽车。方法包括：当动力电池的温度值低于预定的温度门限值且荷电状态(SOC)值大于预定的SOC门限值时，检测电动汽车的环境温度值；基于预定的对应关系，确定对应于所述环境温度值的冷却液温度值；使能加热元件将冷却液加热到所述冷却液温度值。本发明实施方式基于对应于环境温度值的冷却液温度值实现对动力电池的主动保温，可以降低能耗，节约能源。

Description

电动汽车的动力电池主动保温方法、装置和电动汽车
技术领域
本发明实施方式涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车的动力电池主动保温方法、装置和电动汽车。
背景技术
能源短缺、石油危机和环境污染愈演愈烈，给人们的生活带来巨大影响，直接关系到国家经济和社会的可持续发展。世界各国都在积极开发新能源技术。电动汽车作为一种降低石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车，被认为是解决能源危机和环境恶化的重要途径。混合动力汽车同时兼顾纯电动汽车和传统内燃机汽车的优势，在满足汽车动力性要求和续驶里程要求的前提下，有效地提高了燃油经济性，降低了排放，被认为是当前节能和减排的有效路径之一。
在热管理系统中，普遍使用加热元件对电池系统进行加热。目前，通常的控制逻辑为：当电池温度低于低温门限值时，加热元件启动加热，当电池温度高于高温门限值时，加热元件停止加热。
然而，这种保温方式仅基于电池温度执行保温控制，而没有考虑到电动汽车的环境温度对电池系统的影响，能耗大，容易造成能源浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种电动汽车的动力电池主动保温方法、装置和电动汽车，以节约能源。
本发明实施方式的技术方案如下：
一种电动汽车的动力电池主动保温方法，包括：
当动力电池的温度值低于预定的温度门限值且荷电状态SOC值大于预定的SOC门限值时，检测电动汽车的环境温度值；
基于预定的对应关系，确定对应于所述环境温度值的冷却液温度值；
使能加热元件将冷却液加热到所述冷却液温度值。
在一个实施方式中，所述预定的对应关系包括：
在环境温度的第一区间之内，冷却液温度值为常数；
在邻接所述第一区间且环境温度数值更低的第二区间之内，冷却液温度值随着环境温度值的增大而增大。
在一个实施方式中，所述预定的对应关系为：
当X小于等于零下5摄氏度时，Y＝X+10；
当X大于零下5摄氏度时，Y＝5；
其中X为环境温度值；Y为冷却液温度值。
在一个实施方式中，该方法还包括：
计时加热元件的加热时间；
判断所述加热时间是否大于预定的第一时间值时，如果是，使能加热元件停止加热，如果不是，进一步判断所述加热时间是否大于预定的第二时间值时，如果加热时间大于预定的第二时间值，使能换向阀执行换向操作以改变冷却液流经动力电池的方向，其中第一时间值大于所述第二时间值。
一种电动汽车的动力电池主动保温装置，包括：
环境温度值检测模块，用于当动力电池的温度值低于预定的温度门限值且荷电状态SOC值大于预定的SOC门限值时，检测电动汽车的环境温度值；
冷却液温度值确定模块，用于基于预定的对应关系，确定对应于所述环境温度值的冷却液温度值；
加热模块，用于使能加热元件将冷却液加热到所述冷却液温度值。
在一个实施方式中，所述预定的对应关系包括：
在环境温度的第一区间之内，冷却液温度值为常数；
在邻接所述第一区间且环境温度数值更低的第二区间之内，冷却液温度值随着环境温度值的增大而增大。
在一个实施方式中，所述预定的对应关系为：
当X小于等于零下5摄氏度时，Y＝X+10；
当X大于零下5摄氏度时，Y＝5；
其中X为环境温度值；Y为冷却液温度值。
在一个实施方式中，还包括：
计时模块，用于计时加热元件的加热时间；
判断模块，用于判断所述加热时间是否大于预定的第一时间值时，如果是，使能加热元件停止加热，如果不是，进一步判断所述加热时间是否大于预定的第二时间值时，如果加热时间大于预定的第二时间值，使能换向阀执行换向操作以改变冷却液流经动力电池的方向，其中第一时间值大于所述第二时间值。
一种电动汽车，包括如上任一项所述的电动汽车的动力电池主动保温装置。
一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机可读指令，该计算机可读指令用于执行如上任一项所述的电动汽车的动力电池主动保温方法。
从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式中，当动力电池的温度值低于预定的温度门限值且SOC值大于预定的SOC门限值时，检测电动汽车的环境温度值；基于预定的对应关系，确定对应于所述环境温度值的冷却液温度值；使能加热元件将冷却液加热到所述冷却液温度值。本发明实施方式基于对应于环境温度值的冷却液温度值实现主动保温，可以降低能耗。
而且，本发明实施方式在第一区间之内的冷却液温度值为常数，可以避免盲目提高冷却液温度而导致浪费能源。考虑到第二区间之内的环境温度已经较低，本发明实施方式在第二区间之内的冷却液温度值随着环境温度值的增大而增大，使得冷却液温度值与环境温度值之间的温差保持在一个较小的范围之内，从而不会导致冷却液温度急剧上升，并由此进一步节约能源。
附图说明
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1为根据本发明电动汽车的动力电池主动保温方法的流程图。
图2为根据本发明电动汽车的动力电池的布置方式示意图。
图3为根据本发明冷却液温度值-环境温度的对应关系示意图。
图4为根据本发明电动汽车的动力电池主动保温过程的示范性流程图。
图5为根据本发明电动汽车的换向加热的示范性示意图。
图6为根据本发明电动汽车的动力电池主动保温装置的结构图。
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。
为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。
本发明实施方式涉及一种用于电动汽车的动力电池主动保温技术，适用于部分或全部动力来源为锂离子动力电池的电动汽车。本发明实施方式提供一种低能耗的电池系统主动保温方案。本发明实施方式既可以应用于充电结束后的保温场景，还可以用于非充电状态下的驻车保温场景，而不致消耗过多的电池电量。
图1为根据本发明电动汽车的动力电池主动保温方法的流程图。
如图1所示，该方法包括：
步骤101：当动力电池的温度值低于预定的温度门限值且荷电状态(SOC)值大于预定的SOC门限值时，检测电动汽车的环境温度值。
在这里，检测动力电池的温度值和SOC值。其中，当动力电池的温度值低于预定的温度门限值(比如，零摄氏度)，且SOC值大于预定的SOC门限值(比如百分之三十)时，检测电动汽车的环境温度值。
可见，只有当动力电池的温度值低于预定的温度门限值且SOC值大于预定的SOC门限值时，才开启本发明实施方式的动力电池主动保温过程，从而避免盲目的主动保温。
以上描述了温度门限值和SOC门限值的典型数值，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。
图2为根据本发明电动汽车的动力电池的布置方式示意图。
由图2可见，多个动力电池组通过物理组合构成整车的动力电池，动力电池内部的电池组之间有管路连接，各个电池组内部的水室为串联关系。而且，动力电池外部设置保温层。保温层可以包含橡胶、有机玻璃、泡棉或聚氨酯等材料。
优选的，可以采用安装在前保险杠内或水箱之前的车外温度传感器检测电动汽车的环境温度值。由于车外温度传感器易受到环境(水箱温度、前面车辆的尾排气等)影响，为此，可用两种方法消除环境影响。一种是将车外温度传感器包在一个注塑料树脂壳内，避免环境温度突然变化的影响，使其能准确地检测到车外的平均气温。另一种是在空调ECU内部设置防假输入电路。
步骤102：基于预定的对应关系，确定对应于所述环境温度值的冷却液温度值。
在这里，预定的对应关系包括：
在环境温度的第一区间之内，冷却液温度值为常数；
在邻接所述第一区间且环境温度数值更低的第二区间之内，冷却液温度值随着环境温度值的增大而增大。
其中，相比较第二区间，第一区间为环境温度较高的区间。
在第一区间之内，冷却液温度值为常数，这是因为环境温度已经较高，可以避免盲目提高冷却液温度而导致浪费能源。相比较第一区间，第二区间为环境温度较低的区间。
在第二区间之内，冷却液温度值随着环境温度值的增大而增大，也就是说，环境温度值越低，冷却液温度值越低；环境温度值越高，冷却液温度值越高。这是因为：第二区间之内的环境温度已经较低，冷却液温度值随着环境温度值的增大而增大，可以使得冷却液温度值与环境温度值之间的温差保持在一个较小的范围之内，从而不会导致冷却液温度急剧上升，并由此可以节约能源。
在一个实施方式中，预定的对应关系为：当X小于等于零下5摄氏度时，Y＝X+10；当X大于零下5摄氏度时，Y＝5；其中X为环境温度值；Y为冷却液温度值。
图3为根据本发明冷却液温度值-环境温度的对应关系示意图。
由图3可见，在环境温度为[-5摄氏度,0摄氏度]的区间之内，冷却液温度值为固定值，即5摄氏度。这意味着：当车外温度传感器检测到的电动汽车的环境温度值处于[-5摄氏度,0摄氏度]的区间之内，确定出的冷却液温度值固定为5摄氏度。当环境温度大于0摄氏度时，可以不执行主动保温过程。
在环境温度为低于-10摄氏度的区间之内，冷却液温度值为线性函数Y＝X+10，其中X为环境温度值；Y为冷却液温度值。这意味着：当车外温度传感器检测到的电动汽车的环境温度值低于-10摄氏度时，确定出的冷却液温度值固定为Y＝X+10。其中，冷却液温度值Y随着环境温度值X的增大而增大，也就是说，环境温度值X越低，冷却液温度值Y越低；环境温度值X越高，冷却液温度值Y越高。这是因为：当环境温度低于-10摄氏度时，冷却液温度值Y随着环境温度值X的增大而线性增大，可以使得冷却液温度值Y与环境温度值X之间的温差保持在一个较小的范围之内，从而不会导致冷却液温度急剧上升，并由此可以节约能源。
以上示范性描述了冷却液温度值-环境温度的对应关系的典型示例，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。
步骤103：使能加热元件将冷却液加热到所述冷却液温度值。
在这里，动力电池组管路进出水口和热管理系统连接，其中热管理系统具有加热元件(比如，PTC等)、水泵、换向阀等，可以加热管路中的冷却液至设定的温度(即冷却液温度值)，并使其按照需求流动。必要时，可以使用换向阀改变热水流过动力电池组的方向。
在一个实施方式中，计时加热元件的加热时间；判断加热时间是否大于预定的第一时间值时，如果是，使能加热元件停止加热，如果不是，进一步判断加热时间是否大于预定的第二时间值时，如果加热时间大于预定的第二时间值，使能换向阀执行换向操作以改变冷却液流经动力电池的方向，其中第一时间值大于所述第二时间值。
其中，第一时间值用于限定加热总时间；第二时间值用于定时改变冷却液流经动力电池的方向，从而保证动力电池在各个方向上得到均匀受热。
基于本发明实施方式，可以减少主动保温时的能量消耗，尤其是提高电池模组在低温环境下的温度，增加低温环境下的续航里程，提高低温环境下的动力性能，并由此提高电池寿命。
图4为根据本发明电动汽车的动力电池主动保温过程的示范性流程图。
如图4所示，该方法包括：
步骤401：检测动力电池的电池温度值。
步骤402：判断动力电池的电池温度值是否低于预先设定的温度门限值A(比如，零摄氏度)，如果是，执行步骤403及其后续步骤，否则执行步骤412。
步骤403：判断动力电池的SOC值是否低于预先设定的SOC门限值B(比如，百分之三十)，如果是，执行步骤404及其后续步骤，否则执行步骤412。
步骤404：车外温度传感器检测电动汽车的环境温度值。
步骤405：基于预先确定的冷却液温度值-环境温度的对应关系，检索出(比如，通过查表)对应于电动汽车的环境温度值的冷却液温度值。
步骤406：输出该检索出的冷却液温度值。
步骤407：确定加热元件将冷却液加热到冷却液温度值所需要的加热功率，并调节加热元件，使得其输出功率等于该加热功率。
步骤408：在加热元件开始加热时，计时。
步骤409：判断计时时间是否大于第一时间值C(比如，3小时)，如果是，执行步骤412，否则执行步骤410及其后续步骤。
步骤410：判断计时时间是否大于第二时间值C(比如，0.5小时)，如果是，执行步骤411，否则执行步骤401及其后续步骤。
步骤411：换向阀执行换向操作，以改变冷却液流经动力电池的方向。
比如，图5为根据本发明电动汽车的换向加热的示范性示意图。
图5中的左侧为换向之前的水路；图5中的后侧为换向之后的水路。
可见，换向之后，包含多个电池组的动力电池的进水口和出水口实现互换，从而实现各个电池组的均匀受热。
步骤412：停止本流程。
基于上述描述，本发明实施方式还提出了一种电动汽车的动力电池主动保温装置。
图6为根据本发明电动汽车的动力电池主动保温装置的结构图。
如图6所示，该装置包括：
环境温度值检测模块601，用于当动力电池的温度值低于预定的温度门限值且SOC值大于预定的SOC门限值时，检测电动汽车的环境温度值；
冷却液温度值确定模块602，用于基于预定的对应关系，确定对应于所述环境温度值的冷却液温度值；
加热模块603，用于使能加热元件将冷却液加热到所述冷却液温度值。
在一个实施方式中，所述预定的对应关系包括：
在环境温度的第一区间之内，冷却液温度值为常数；
在邻接所述第一区间且环境温度数值更低的第二区间之内，冷却液温度值随着环境温度值的增大而增大。
在一个实施方式中，所述预定的对应关系为：
当X小于等于零下5摄氏度时，Y＝X+10；
当X大于零下5摄氏度时，Y＝5；
其中X为环境温度值；Y为冷却液温度值。
在一个实施方式中，还包括：计时模块604，用于计时加热元件的加热时间；判断模块605，用于判断所述加热时间是否大于预定的第一时间值时，如果是，使能加热元件停止加热，如果不是，进一步判断所述加热时间是否大于预定的第二时间值时，如果加热时间大于预定的第二时间值，使能换向阀执行换向操作以改变冷却液流经动力电池的方向，其中第一时间值大于所述第二时间值。
综上所述，在本发明实施方式中，当动力电池的温度值低于预定的温度门限值且SOC值大于预定的SOC门限值时，检测电动汽车的环境温度值；基于预定的对应关系，确定对应于所述环境温度值的冷却液温度值；使能加热元件将冷却液加热到所述冷却液温度值。本发明实施方式基于对应于环境温度值的冷却液温度值实现主动保温，可以降低能耗。
而且，本发明实施方式在第一区间之内的冷却液温度值为常数，可以避免盲目提高冷却液温度而导致浪费能源。考虑到第二区间之内的环境温度已经较低，本发明实施方式在第二区间之内的冷却液温度值随着环境温度值的增大而增大，使得冷却液温度值与环境温度值之间的温差保持在一个较小的范围之内，从而不会导致冷却液温度急剧上升，并由此进一步节约能源。
需要说明的是，上述各流程和各结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。各模块的划分仅仅是为了便于描述采用的功能上的划分，实际实现时，一个模块可以分由多个模块实现，多个模块的功能也可以由同一个模块实现，这些模块可以位于同一个设备中，也可以位于不同的设备中。
各实施方式中的硬件模块可以以机械方式或电子方式实现。例如，一个硬件模块可以包括专门设计的永久性电路或逻辑器件(如专用处理器，如FPGA或ASIC)用于完成特定的操作。硬件模块也可以包括由软件临时配置的可编程逻辑器件或电路(如包括通用处理器或其它可编程处理器)用于执行特定操作。至于具体采用机械方式，或是采用专用的永久性电路，或是采用临时配置的电路(如由软件进行配置)来实现硬件模块，可以根据成本和时间上的考虑来决定。
本发明还提供了一种机器可读的存储介质，存储用于使一机器执行如本文所述方法的指令。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施方式的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。此外，还可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作。还可以将从存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施方式中任一实施方式的功能。
用于提供程序代码的存储介质实施方式包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机或云上下载程序代码。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车的动力电池主动保温方法，其特征在于，包括：
当动力电池的温度值低于预定的温度门限值且荷电状态SOC值大于预定的SOC门限值时，检测电动汽车的环境温度值；
基于预定的对应关系，确定对应于所述环境温度值的冷却液温度值；
使能加热元件将冷却液加热到所述冷却液温度值。
2.根据权利要求1所述的电动汽车的动力电池主动保温方法，其特征在于，所述预定的对应关系包括：
在环境温度的第一区间之内，冷却液温度值为常数；
在邻接所述第一区间且环境温度数值更低的第二区间之内，冷却液温度值随着环境温度值的增大而增大。
3.根据权利要求2所述的电动汽车的动力电池主动保温方法，其特征在于，所述预定的对应关系为：
当X小于等于零下5摄氏度时，Y＝X+10；
当X大于零下5摄氏度时，Y＝5；
其中X为环境温度值；Y为冷却液温度值。
4.根据权利要求1所述的电动汽车的动力电池主动保温方法，其特征在于，该方法还包括：
计时加热元件的加热时间；
判断所述加热时间是否大于预定的第一时间值时，如果是，使能加热元件停止加热，如果不是，进一步判断所述加热时间是否大于预定的第二时间值时，如果加热时间大于预定的第二时间值，使能换向阀执行换向操作以改变冷却液流经动力电池的方向，其中第一时间值大于所述第二时间值。
5.一种电动汽车的动力电池主动保温装置，其特征在于，包括：
环境温度值检测模块，用于当动力电池的温度值低于预定的温度门限值且荷电状态SOC值大于预定的SOC门限值时，检测电动汽车的环境温度值；
冷却液温度值确定模块，用于基于预定的对应关系，确定对应于所述环境温度值的冷却液温度值；
加热模块，用于使能加热元件将冷却液加热到所述冷却液温度值。
6.根据权利要求5所述的电动汽车的动力电池主动保温装置，其特征在于，所述预定的对应关系包括：
在环境温度的第一区间之内，冷却液温度值为常数；
在邻接所述第一区间且环境温度数值更低的第二区间之内，冷却液温度值随着环境温度值的增大而增大。
7.根据权利要求5所述的电动汽车的动力电池主动保温装置，其特征在于，所述预定的对应关系为：
当X小于等于零下5摄氏度时，Y＝X+10；
当X大于零下5摄氏度时，Y＝5；
其中X为环境温度值；Y为冷却液温度值。
8.根据权利要求5所述的电动汽车的动力电池主动保温装置，其特征在于，还包括：
计时模块，用于计时加热元件的加热时间；
判断模块，用于判断所述加热时间是否大于预定的第一时间值时，如果是，使能加热元件停止加热，如果不是，进一步判断所述加热时间是否大于预定的第二时间值时，如果加热时间大于预定的第二时间值，使能换向阀执行换向操作以改变冷却液流经动力电池的方向，其中第一时间值大于所述第二时间值。
9.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求5-8中任一项所述的电动汽车的动力电池主动保温装置。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其中存储有计算机可读指令，该计算机可读指令用于执行如权利要求1至5中任一项所述的电动汽车的动力电池主动保温方法。
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