CN110626213A - 一种电动汽车的动力电池加热装置及控制方法 - Google Patents

一种电动汽车的动力电池加热装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车的动力电池加热装置及控制方法，属汽车技术领域，电池加热装置包括通过管路依次连接形成循环回路的换热器、电加热机构及循环泵，循环回路内充设有工作介质，换热器能够对动力电池进行加热，动力电池加热装置还包括系统控制器和驱动电机，系统控制器分别与动力电池、循环泵、电加热机构及驱动电机电连接，驱动电机能够对电动汽车制动并回收制动能量，以对动力电池充电和/或对电加热机构供电。相比于现有技术，能在环境温度相对较低，动力电池的许用充能功率相对较小的情况下，对制动能量的回收以对动力电池充电并加热，提高动力电池的温度，进而提升动力电池的充放电能力，提升电动汽车的续驶里程。

Description

一种电动汽车的动力电池加热装置及控制方法
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车的动力电池加热装置及控制方法。
背景技术
纯电动汽车的储能装置是动力电池，受到续驶里程的限制，纯电动汽车的动力电池主要采用锂离子电池，锂离子电池的优点是能量密度高，相同质量下存储的电能更多，但缺点是为了满足电池使用寿命的要求，低温条件下功率受到限制，尤其是充电功率，下降更为明显，甚至无法充电。
对此，申请号为201610257591.X的前期专利中公开了纯电动汽车及其动力电池加热控制系统和加热控制方法，系统包括热源装置、循环回路和控制器，热源装置包括油箱、油泵、燃烧室、进气风扇和点火器，利用油和空气的混合物燃烧来为动力电池进行加热，但是设置油箱增加了纯电动汽车的结构，并且油燃烧造成环境污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车的动力电池加热装置及控制方法，以解决现有技术中存在的在低温环境下采用燃油的方式增加了纯电动汽车的结构，并且造成环境污染的问题。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种电动汽车的动力电池加热装置，包括通过管路依次连接形成循环回路的换热器、电加热机构及循环泵，所述循环回路内充设有工作介质，所述换热器能够对动力电池进行加热，所述动力电池加热装置还包括系统控制器和驱动电机，所述系统控制器分别与所述动力电池、所述循环泵、所述电加热机构及所述驱动电机电连接，所述驱动电机能够在电动汽车制动时回收制动能量以对所述动力电池充电和/或对所述电加热机构供电。
进一步地，所述动力电池加热装置还包括设置于所述循环回路上的温度检测器，所述温度检测器电连接于所述系统控制器，所述温度检测器被配置为检测所述循环回路内的所述工作介质的温度。
为实现上述目的，本发明还提供一种如上述所述的电动汽车的动力电池加热装置的控制方法，包括：
在T≤T1时，当所述系统控制器采集到制动指令后，控制所述驱动电机对所述电动汽车制动并回收制动能量，所述系统控制器采集所述驱动电机的输出电功率P，若0<P<P0，所述系统控制器控制所述动力电池的充能功率为0，所述系统控制器控制所述驱动电机向所述电加热机构供电，并控制所述电加热机构以加热功率P工作，同时控制所述循环泵工作；
P0为电加热机构的最大加热功率，T为动力电池的实时温度，T1为第一预设温度。
进一步地，若P＞P0，所述系统控制器控制所述动力电池的充能功率为0，所述系统控制器控制所述驱动电机向所述电加热机构供电，并控制所述电加热机构以加热功率P0工作，同时控制所述循环泵工作。
进一步地，还包括：在T1<T<T2时，当所述系统控制器采集到制动指令后，控制所述驱动电机对所述电动汽车制动并回收制动能量，所述系统控制器采集所述驱动电机的输出电功率P，若p1≤P≤p1+P0，所述系统控制器控制所述动力电池的充能功率为p1，所述系统控制器控制所述驱动电机向所述电加热机构供电，并控制所述电加热机构以加热功率(P-p1)工作，同时控制所述循环泵工作；
p1为T1<T<T2时动力电池的许用充能功率，p1＞0，T2为第二预设温度，T2＞T1。
进一步地，若P＜p1，所述系统控制器控制所述动力电池的充能功率为P，此时所述电加热机构和所述循环泵不工作。
进一步地，若P＞p1+P0，所述系统控制器控制所述动力电池的充能功率为p1，所述系统控制器控制所述驱动电机向所述电加热机构供电，并控制所述电加热机构以最大加热功率P0工作，同时控制所述循环泵工作。
进一步地，还包括：在T1<T<T2时，当所述系统控制器采集到制动指令后，控制所述驱动电机对所述电动汽车制动并回收制动能量，所述系统控制器采集所述驱动电机的输出电功率P，若P≥p1，且所述电加热机构和/或所述循环泵故障时，所述系统控制器控制所述动力电池的充能功率为p1。
进一步地，还包括：在T1<T<T2时，当所述系统控制器采集到制动指令后，控制所述驱动电机对所述电动汽车制动并回收制动能量，所述系统控制器采集所述驱动电机的输出电功率P，若P＜p1，且所述电加热机构和/或所述循环泵故障时，所述系统控制器控制所述动力电池的充能功率为P。
进一步地，还包括：在T≥T2时，当所述系统控制器采集到制动指令后，控制所述驱动电机对所述电动汽车制动并回收制动能量，所述系统控制器采集所述驱动电机的输出电功率P，所述系统控制器控制所述动力电池的充电功率为P，p2为T≥T2时动力电池的许用充能功率，p2＞P。
本发明的有益效果为：
本发明提出的动力电池加热装置及其控制方法，通过设置循环回路和驱动电机，相比于现有技术，能够在环境温度相对较低，动力电池的许用充能功率相对较小的情况下，实现对制动能量的回收，并且利用回收的制动能量对动力电池充电并加热，以提高动力电池的温度，进而提升动力电池的充放电能力，提升电动汽车的续驶里程。
附图说明
图1是本发明提供的电动汽车的动力电池加热装置的示意图。
图中：
101、膨胀水箱；102、循环泵；103、电加热机构；104、温度检测器；105、换热器；106、管路；
201、动力电池；202、驱动电机；203、DCDC转换器；
301、系统控制器。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1所示，本实施例提供了一种电动汽车的动力电池加热装置，该动力电池加热装置包括通过管路106依次连接形成循环回路的膨胀水箱101、换热器105、电加热机构103及循环泵102，膨胀水箱101内充设有工作介质，在本实施例中，工作介质为水，当然在其他实施例中，工作介质还可以为冷媒。上述换热器105能够对动力电池201进行加热。当电加热机构103工作时，能够对工作介质进行加热，随后工作介质在循环泵102的带动下在管路106内循环流动，从而能够通过换热器105对动力电池201进行加热。当然，在电加热机构103不工作时，工作介质还能够通过换热器105对动力电池201进行降温。该动力电池加热装置还包括系统控制器301和驱动电机202，系统控制器301分别与动力电池201、循环泵102、电加热机构103及驱动电机202电连接，驱动电机202能够对电动汽车制动并回收制动能量，以供动力电池201和/或电加热机构103使用。动力电池201电连接于电加热机构103、驱动电机202以及循环泵102，并且动力电池201通过DCDC转换器203连接于循环泵102，可以理解的是，动力电池201能够为电加热机构103、驱动电机202以及循环泵102供电。在本实施例中，电加热机构103可以为水冷电阻、PTC加热器等，本实施例不做具体限制。
系统控制器301接收到制动指令后，系统控制器301通过控制驱动电机202产生负扭矩，对电动汽车进行制动，同时回收制动能量，通过驱动电机202来制动并回收制动能量为电动汽车领域内成熟的现有技术，其原理和结构在此不再详细赘述。
通过设置驱动电机202，当在低温环境下时，能够通过回收的制动能量以对动力电池201充电和/或对电加热机构103供电，以使动力电池201的充能功率保持不变的情况下，将多余的能量供电加热机构103使用，以对循环回路内的工作介质进行加热，从而提高动力电池201的温度，提升动力电池201的充放电能力。
上述动力电池加热装置还包括设置在循环回路上的温度检测器104，温度检测器104连接于系统控制器301，用于检测循环回路内的工作介质的温度。具体地，沿工作介质的流动方向，温度检测器104设置于换热器105的上游，从而检测进入到换热器105内的工作介质的温度，避免动力电池201的温度过高。
本实施例还提供了一种电动汽车的电池加热装置的控制方法，该电池加热装置的控制方法，包括：
1、在T＜T1时，当系统控制器301采集到制动指令后，控制驱动电机202对电动汽车制动并回收制动能量，系统控制器301采集驱动电机202的输出电功率P。
(1)、若0<P<P0，系统控制器301控制动力电池201的许用充能功率为零，系统控制器301控制驱动电机202向电加热机构103供电，并控制电加热机构103以加热功率P工作，同时控制循环泵102工作。P0为电加热机构103的最大加热功率，T为动力电池的实时温度，可通过设置在动力电池201上的温度传感器获得，温度传感器连接于系统控制器301，T1为第一预设温度。
具体地，在环境温度T＜T1时，由于温度过低，此时动力电池201的许用充能功率等于零，也就是此时无法对动力电池201进行充电，那么此时回收的制动能量无法充入到动力电池201中，导致制动能量浪费，同时此时的动力电池201放电功率较小，使得电动汽车的续驶里程减少。在上述情况下，当系统控制器301采集到制动指令后，控制驱动电机202对电动汽车制动并回收制动能量，系统控制器301采集驱动电机202的输出电功率P，若0<P<P0，则说明系统控制器301可控制驱动电机202向电加热机构103供电，使得电加热机构103以加热功率P工作，以对循环回路内的工作介质进行加热，同时系统控制器301控制循环泵102工作，在循环泵102的带动下，工作介质在循环回路内流动并通过换热器105对动力电池201进行加热，以提高动力电池201的温度。此时，虽然动力电池201的温度在逐渐上升，但是为了延长动力电池201的使用寿命，系统控制器301控制动力电池201的充能功率保持在零，待得动力电池201的温度上升到预设温度后，系统控制器301可控制驱动电机202向动力电池201充电，实现对制动能量的回收利用，延长电动汽车的续驶里程。
(2)、若P≥P0，系统控制器301控制动力电池201的充能功率为零，系统控制器301控制驱动电机202向电加热机构103供电，并控制控制电加热机构103以P0工作，同时控制循环泵102工作。
具体地，若P≥P0，那么此时回收的制动能量能够满足电加热机构103以最大加热功率P0工作。因此，系统控制器301可控制驱动电机202向电加热机构103供电，使得电加热机构103以加热功率P0工作，以对循环回路内的工作介质进行加热，同时系统控制器301控制循环泵102工作，在循环泵102的带动下，工作介质在循环回路内流动并通过换热器105对动力电池201进行加热，以提高动力电池201的温度。此时虽然动力电池201的温度在逐渐上升，但是为了延长动力电池201的使用寿命，系统控制器301控制动力电池201的充能功率保持在零，待得动力电池201的温度上升到预设温度后，系统控制器301可控制驱动电机202向动力电池201充电，实现对制动能量的回收利用，延长电动汽车的续驶里程。
可以理解的是，上述T1根据电动汽车的动力电池201的类型或者型号进行设置，电加热机构103和循环泵102等也可根据实际需要进行选择，只要能够满足对动力电池201的加热需求即可，在此不做具体限制。
2、在T1<T<T2时，当系统控制器301采集到制动指令后，控制驱动电机202对电动汽车制动并回收制动能量，系统控制器301采集驱动电机202的输出电功率P。
(1)、若p1≤P＜p1+P0，系统控制器301控制动力电池201的充能功率为p1，系统控制器301控制驱动电机202向电加热机构103供电，并控制电加热机构103以加热功率(P-P1)工作，同时控制循环泵102工作，T2为第二预设温度，T2大于T1，P1为T1<T<T2时动力电池201的许用充能功率，P1＞0。
具体地，在动力电池的实时温度T大于T1且小于T2时，此时的温度相对较高，动力电池201的许用充能功率p1大于零，此时的制动能量能够部分对动力电池201进行充电，但是仍然会有部分的制动能量浪费，同时此时的动力电池201放电功率仍相对较小，使得电动汽车的续驶里程减少。在上述情况下，当系统控制器301采集到制动指令后，控制驱动电机202对电动汽车制动并回收制动能量，系统控制器301采集驱动电机202的输出电功率P，若p1≤P＜p1+P0，则说明无法满足电加热机构103以最大加热功率P0工作。因此，系统控制器301控制动力电池201的充能功率保持在p1，以延长动力电池201的使用寿命，同时系统控制器301控制能量回收机构向电加热机构103供电，并控制电加热机构103以加热功率(P-p1)工作，以对循环回路内的工作介质进行加热，同时系统控制器301控制循环泵102工作，在循环泵102的带动下，工作介质在循环回路内流动并通过换热器105对动力电池201进行加热，以提高动力电池201的温度。可以理解的是，此时的制动能量部分用于对动力电池201进行充电，而剩余的部分制动能量用于使得电加热机构103工作。当动力电池201的温度上升到预设温度后，系统控制器301可控制驱动电机202将回收的制动能量全部用于向动力电池201充电，实现对制动能量的回收利用，延长电动汽车的续驶里程。
(2)、若P＜p1，系统控制器301控制动力电池201的充能功率为P，此时电加热机构103和所述循环泵102不工作。
具体地，若P＜p1，则说明此时回收的制动能量不足以供给电加热机构103，以使得电加热机构103工作，因此回收的制动能量则完全用来对动力电池201进行充电，则此时动力电池201的充能功率为P，而电加热机构103和循环泵102均不工作。
(3)、若P≥p1+P0，系统控制器301控制动力电池201的充能功率为p1，系统控制器301控制驱动电机202向电加热机构103供电，并控制电加热机构103以最大加热功率P0工作，同时控制循环泵102工作。
具体地，当系统控制器301采集到制动指令后，系统控制器301采集驱动电机202的输出电功率P，若P≥p1+P0，则说明此时能够使得电加热机构103以最大加热功率P0工作。因此，系统控制器301控制动力电池201的许用充电功率为p1，以延长动力电池201的使用寿命。此外，系统控制器301控制能量回收机构向电加热机构103供电，并控制电加热机构103以最大加热功率P0工作，以对循环回路内的工作介质进行加热，同时系统控制器301控制循环泵102工作，在循环泵102的带动下，工作介质在循环回路内流动并通过换热器105对动力电池201进行加热，以提高动力电池201的温度。可以理解的是，此时的制动能量部分用于对动力电池201进行充电，部分制动能量用于使得电加热机构103工作，而剩余的部分制动能量则可以通过备用电池储存起来。当动力电池201的温度上升到预设温度后，系统控制器301可控制驱动电机202将回收的制动能量全部用于向动力电池201充电，实现对制动能量的回收利用，延长电动汽车的续驶里程。
可以理解的是，上述T2同样根据电动汽车的动力电池201的类型或者型号进行设置，且T2＞T1。
此外，在T1<T<T2时，若电加热机构103和/或循环泵102出现故障时，无法对动力电池201进行加热。若P＜p1，则系统控制器301控制动力电池201的充能功率为P。若P≥p1，则系统控制器301控制动力电池201的充能功率为p1。此时系统控制器301可通过提示机构，比如显示屏或者语音播报系统对驾驶员进行提示，提示电加热机构103和/或循环泵102故障，以便驾驶员能够及时对该电池加热装置进行维修。
3、在T≥T2时，当系统控制器301采集到制动指令后，控制驱动电机202对电动汽车制动并回收制动能量，系统控制器301采集驱动电机202的输出电功率P，系统控制器301控制动力电池201的充电功率为P，p2为T≥T2时动力电池201的许用充能功率，p2＞P，此时p2无限制，也就是制动能量可完全用于对动力电池201进行充电。
具体地，当环境温度T≥T2时，此时的温度相对较高，动力电池201的许用充能功率为p2，p2无限制，那么此时制动能量完全用于对动力电池201进行充电，系统控制器301控制动力电池201的充电功率为P，此时电加热机构103和循环泵102不工作。
可以理解的是，在T＜T2的情况下，将动力电池201加热到温度为T2，也就是上文提到的预设温度后，系统控制器301可控制驱动电机202以功率P对动力电池201充电，也就是回收的制动能量完全用于对动力电池201充电。而当动力电池201的温度过高时，系统控制器301可仅控制循环泵102工作，通过工作介质对动力电池201进行冷却降温。
综上，本实施例提供的动力电池加热装置及其控制方法，相比于现有技术，能够在动力电池的温度相对较低，动力电池201的许用充能功率相对较小的情况下，实现对制动能量的回收，并且利用回收的制动能量对动力电池201充电并加热，以提高动力电池201的温度，进而提升动力电池201的充放电能力，提升电动汽车的续驶里程。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种电动汽车的动力电池加热装置，其特征在于，包括通过管路(106)依次连接形成循环回路换热器(105)、电加热机构(103)及循环泵(102)，所述循环回路内充设有工作介质，所述换热器(105)能够对动力电池(201)进行加热，所述动力电池加热装置还包括系统控制器(301)和驱动电机(202)，所述系统控制器(301)分别与所述动力电池(201)、所述循环泵(102)、所述电加热机构(103)及所述驱动电机(202)电连接，所述驱动电机(202)能够对电动汽车制动并回收制动能量，以对所述动力电池(201)充电和/或对所述电加热机构(103)供电。
2.根据权利要求1所述的电动汽车的动力电池加热装置，其特征在于，所述动力电池加热装置还包括设置于所述循环回路上的温度检测器(104)，所述温度检测器(104)电连接于所述系统控制器(301)，所述温度检测器(104)被配置为检测所述循环回路内的所述工作介质的温度。
3.一种如权利要求1或2所述的电动汽车的动力电池加热装置的控制方法，其特征在于，包括：
在T≤T1时，当所述系统控制器采集到制动指令后，控制所述驱动电机对所述电动汽车制动并回收制动能量，所述系统控制器采集所述驱动电机的输出电功率P，若0<P<P0，所述系统控制器控制所述动力电池的充能功率为0，所述系统控制器控制所述驱动电机向所述电加热机构供电，并控制所述电加热机构以加热功率P工作，同时控制所述循环泵工作；
P0为电加热机构的最大加热功率，T为动力电池的实时温度，T1为第一预设温度。
4.根据权利要求3所述的电动汽车的动力电池加热装置的控制方法，其特征在于，若P≥P0，所述系统控制器控制所述动力电池的充能功率为0，所述系统控制器控制所述驱动电机向所述电加热机构供电，并控制所述电加热机构以加热功率P0工作，同时控制所述循环泵工作。
5.根据权利要求3所述的电动汽车的动力电池加热装置的控制方法，其特征在于，还包括：在T1<T<T2时，当所述系统控制器采集到制动指令后，控制所述驱动电机对所述电动汽车制动并回收制动能量，所述系统控制器采集所述驱动电机的输出电功率P，若p1≤P＜p1+P0，所述系统控制器控制所述动力电池的充能功率为p1，所述系统控制器控制所述驱动电机向所述电加热机构供电，并控制所述电加热机构以加热功率(P-p1)工作，同时控制所述循环泵工作；
p1为T1<T<T2时动力电池的许用充能功率，p1＞0，T2为第二预设温度，T2＞T1。
6.根据权利要求5所述的电动汽车的动力电池加热装置的控制方法，其特征在于，若P＜p1，所述系统控制器控制所述动力电池的充能功率为P，此时所述电加热机构和所述循环泵不工作。
7.根据权利要求6所述的电动汽车的动力电池加热装置的控制方法，其特征在于，若P≥p1+P0，所述系统控制器控制所述动力电池的充能功率为p1，所述系统控制器控制所述驱动电机向所述电加热机构供电，并控制所述电加热机构以最大加热功率P0工作，同时控制所述循环泵工作。
8.根据权利要求5所述的电动汽车的动力电池加热装置的控制方法，其特征在于，还包括：在T1<T<T2时，当所述系统控制器采集到制动指令后，控制所述动力电池对所述电动汽车制动并回收制动能量，所述系统控制器采集所述驱动电机的输出电功率P，若P≥p1，且所述电加热机构和/或所述循环泵故障时，所述系统控制器控制所述动力电池的充能功率为p1。
9.根据权利要求3所述的电动汽车的动力电池加热装置的控制方法，其特征在于，还包括：在T1<T<T2时，当所述系统控制器采集到制动指令后，控制所述动力电池对所述电动汽车制动并回收制动能量，所述系统控制器采集所述驱动电机的输出电功率P，若P＜p1，且所述电加热机构和/或所述循环泵故障时，所述系统控制器控制所述动力电池的充能功率为P。
10.根据权利要求3所述的电动汽车的动力电池加热装置的控制方法，其特征在于，还包括：在T≥T2时，当所述系统控制器采集到制动指令后，控制所述动力电池对所述电动汽车制动并回收制动能量，所述系统控制器采集所述驱动电机的输出电功率P，所述系统控制器控制所述动力电池的充电功率为P，p2为T≥T2时动力电池的许用充能功率，p2＞P。
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