CN112428881A - 一种用于混合动力车辆的电池加热方法及加热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于混合动力车辆的电池加热方法及加热系统，属于车辆控制领域。该电池加热方法包括：在所述电池的温度小于设定值时，控制车辆进入以下充放电循环：在满足放电进入条件时控制所述电机优先提供扭矩，以使得所述电池放电，其中，所述放电进入条件包括电池SOC大于第一电量阈值；在达到放电退出条件时控制车辆进行正常扭矩分配，以使得所述电池充电，其中，所述放电退出条件包括电池SOC小于第二电量阈值。本发明的电池加热方法和加热系统能够在不增加加热元件的前提下快速加热电池。
Description
技术领域
本发明属于车辆控制领域，特别是涉及一种用于混合动力车辆的电池加热方法及加热系统。
背景技术
随着国家法规对油耗和排放要求的日益严格，以及电气化系统的发展，混合动力技术是实现节能减排的关键。为了适应国家政策和满足排放法规，整车厂与零部件供应商均在寻找解决方案。但目前纯电动车技术系统电池技术复杂、成本较高，混合动力系统节能环保高效得以广泛推广，本文研究是中度及重度混合动力系统，由于电池包布置空间有限，基本采用小电量高功率电芯做成电池包，高功率电芯对热管理要求非常严苛，低温时要快速加热电池，保证电池性能及安全。另一方面，动力电池作为混动汽车的重要动力来源，工作能力受温度影响较大，比如在寒冷冬季条件下动力电池的充放电性能及使用寿命都会大幅度下降，影响车辆油耗及用户体验。
冬季电池温度较低、放电功率受限制，对下面的工况有影响：
1)对能量管理需要电机扭矩来转移发动机负荷点的工况影响较大，对油耗产生较大影响；
2)同时对大油门急加速需要电机扭矩助力的工况，比如离合器启动后电机补扭，影响较大，对驾驶性有较大影响；
3)由于电机扭矩受限，踩制动时，更多的是摩擦制动，对制动能量回收有影响；
4)由于低温条件下，发动机一直起机，如果仍然按照正常的扭矩分配方式，优先分给发动机扭矩，分配给电机扭矩很少，电池温度上升很慢，在低温下长时间工作对电池寿命有影响。
在现有技术中，主流的电池包需要目前电池加热一般需要PTC等外界装置对电池进行加热，成本较高且增加布置空间。现有技术还有利用发动机余热对电池冷却液进行加热，这种方法加热时间比较长，并且对发动机负荷较大，对于油耗不利。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于混合动力车辆的电池加热方法，能够在不增加加热元件的前提下快速加热电池。
本发明的进一步的一个目的是要增加电池寿命。
特别地，本发明提供了一种用于混合动力车辆的电池加热方法，所述混合动力车辆包括发动机、电池和电机，所述电池加热方法包括：
在所述电池的温度小于设定值时，控制车辆进入以下充放电循环：
在满足放电进入条件时控制所述电机优先提供扭矩，以使得所述电池放电，其中，所述放电进入条件包括电池SOC大于第一电量阈值；
在达到放电退出条件时控制车辆进行正常扭矩分配，以使得所述电池充电，其中，所述放电退出条件包括电池SOC小于第二电量阈值。
可选地，所述放电进入条件还包括同时满足以下所有条件：
所述电池的最大放电功率小于第一功率阈值、发动机冷却液温度大于第一冷却液温度阈值且车速大于第一车速阈值。
可选地，当满足以下任意一个条件时认为满足所述放电退出条件：
所述电池的最大放电功率大于第二功率阈值、发动机冷却液温度小于第二冷却液温度阈值、车速小于第一车速阈值。
可选地，在满足放电进入条件时控制所述电机优先提供扭矩的步骤，包括：
根据驾驶员请求功率和电池放电功率设定值确定分配给所述电机和所述发动机的扭矩。
可选地，所述电池放电功率设定值根据所述电池的低温放电能力确定。
可选地，根据驾驶员请求功率和电机放电功率值确定分配给所述电机和所述发动机的扭矩的步骤，包括：
取所述驾驶员请求功率和所述电池放电功率设定值的较小值作为分配给所述电机的功率；
根据分配给所述电机的功率和所述电机的转速计算所述电机的请求扭矩。
可选地，根据驾驶员请求功率和电机放电功率值确定分配给所述电机和所述发动机的扭矩的步骤，还包括：
若所述驾驶员请求功率大于所述电池放电功率设定值，则将所述驾驶员请求功率与所述电池放电功率设定值的差值作为分配给所述发动机的功率；
根据分配给所述发动机的功率计算所述发动机的扭矩。
可选地，在达到放电退出条件时控制车辆进行正常扭矩分配的步骤，包括：
根据驾驶员请求扭矩和能量管理模块计算的充电请求扭矩计算总请求扭矩；
将所述总请求扭矩优先分配给所述发动机，且剩余扭矩分配给所述电机。
特别地，本发明还提供了一种用于混合动力车辆的电池加热系统，包括存储器和处理器，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现上述任一项所述的电池加热方法。
本发明在电池温度较低需要加热且电池电量足够时，通过控制扭矩分配的优先级来控制电池进入放电和充电的循环，直至电池温度达到设定值。这种加热方法简单可靠，不需要外加加热元件，提高了低温下电池加热的速度，让电池充放电功率快速增加，减小油耗，增加电池使用寿命和用户体验，节约了成本。
进一步地，本发明中放电进入条件还需要同时满足：电池的最大放电功率小于第一功率阈值、发动机冷却液温度大于第一冷却液温度阈值和车速大于第一车速阈值。电池的最大放电功率的限制能够防止电池温度传感器故障导致误报温度而误进入电池放电模式。第一冷却液温度阈值能够保证在发动机暖机后再进入电池放电，以减小油耗及排放。第一车速阈值可以限制车辆处于中速区间，保证发动机效率比较高。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的用于混合动力车辆的电池加热方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的用于混合动力车辆的电池加热方法的电池放电部分的扭矩分配原理图；
图3是根据本发明一个实施例的用于混合动力车辆的电池加热方法的正常扭矩分配部分的原理图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的用于混合动力车辆的电池加热方法的流程图。本发明提供了一种用于混合动力车辆的电池加热方法，混合动力车辆包括发动机、电池和电机。如图1所示，一个实施例中，该电池加热方法包括：
步骤S10：判断电池的温度是否小于设定值，若是进入步骤S20，否则结束电池加热程序。这个设定值用于表示电池温度较低，处于充放电功率受限的状态。可选地，设定值为1℃。当电池的温度达到1℃时电池放电功率能达到40-60kw，可以正常的满足充放电请求。这里的电池的温度可以认为是电池包中各个电芯的最高温度或者平均温度。
步骤S20：判断车辆是否满足放电进入条件，若是进入步骤S30，否则进入步骤S40。其中，放电进入条件包括电池SOC大于第一电量阈值。这里的第一电量阈值用于表征电池还具备一定的电量余量并且处于低温下可以进行放电的最优SOC区间。因此，该第一电量阈值可以根据电池当前的温度进行设定，例如电池的在-30度，SOC最佳区间40％-60％。可选地，第一电量阈值设定为45％。
步骤S30：控制电机优先提供扭矩，以使得电池放电。电池放电一段时间后，电池电量以及车辆的其他参数会发生变化，此时会导致车辆会退出电池放电状态，即车辆达到了放电退出条件。
步骤S40：判断车辆是否满足放电退出条件，若是进入步骤S50，否则返回步骤S30继续进行电池放电。其中，放电退出条件包括电池SOC小于第二电量阈值，可选地，第二电量阈值为40％。
步骤S50：控制车辆进行正常扭矩分配，以使得电池充电。
通过步骤S30和步骤S50进行电池充电和放电后，电池的温度会上升，因此电池充电和放电后都要进行电池的温度判断，如果电池的温度达到了设定值，就结束电池加热程序，否则再进行步骤S20至步骤S50进行电池的充放电循环。
本实施例在电池温度较低需要加热且电池电量足够时，通过控制扭矩分配的优先级来控制电池进入放电和充电的循环，直至电池温度达到设定值。具体地，在满足放电进入条件时，禁掉电机的充电请求，将驾驶员请求扭矩优先分给电机，强制让电池放电；在不满足条件时，按正常的扭矩分配控制方法分配扭矩，优先发动机扭矩，让电池充电。当SOC在增加到一定阈值且满足其他条件时，再次进入电池放电模式。电池充电放电循环，一直至电池温度达到设定值。这种加热方法简单可靠，不需要外加加热元件，提高了低温下电池加热的速度，让电池充放电功率快速增加，减小油耗，增加电池使用寿命和用户体验，节约了成本。
一个实施例中，放电进入条件还需要同时满足：电池的最大放电功率小于第一功率阈值。可选地，第一功率阈值为47kW。这个条件为了防止电池温度传感器故障，误报温度＜-1℃，而实际放电功率确大于47kw，此时不能进入电池放电模式。
进一步的一个实施例中，放电进入条件还需要同时满足：发动机冷却液温度大于第一冷却液温度阈值。第一冷却液温度阈值用于限制发动机的状态为暖机成功。可选地，第一冷却液低温阈值为70℃。也就是在发动机暖机后再进入电池放电，这样可以减小油耗及排放。
进一步的一个实施例中，放电进入条件还需要同时满足：车速大于第一车速阈值。这里的第一车速阈值用于限定车辆处于中速区间，能够保证发动机效率比较高。可选地，第一车速阈值为30Km/h。
另一个实施例中，当满足以下任意一个条件时认为满足放电退出条件：
电池SOC小于第二电量阈值、电池的最大放电功率大于第二功率阈值、发动机冷却液温度小于第二冷却液温度阈值、车速小于第一车速阈值。可选地，第二功率阈值为50kW。可选地，第二冷却液温度阈值为60℃。可选地，第一车速阈值为20km/h。
也就是说当电池放电至车辆进入上述任一放电退出条件时，控制电池停止放电，整车进入正常的扭矩控制逻辑，把驾驶员请求扭矩与电池充电扭矩的总扭矩优先分给发动机，其余分给电机，让电机充电，当SOC在增加到一定阈值且满足其他条件时，再次进入电池加热模式。
一个实施例中，步骤S30包括：
根据驾驶员请求功率和电池放电功率设定值确定分配给电机和发动机的扭矩。
可选地，电池放电功率设定值根据电池的低温放电能力确定。例如，考虑电池的在-30℃，SOC最佳区间40％-60％对应的低温放电能力为15kw以上，因此在此电池温度下，将电池放电功率设定值设定为15kw能保证在电池-30℃时，40％以上的工况，驾驶员请求功率都分给电机。如果设置小于15kw,分给电机的功率少了，如果设置大于15kw，都分给电机可能还能力不够。
图2是根据本发明一个实施例的用于混合动力车辆的电池加热方法的电池放电部分的扭矩分配原理图。如图2所示，进一步的一个实施例中，根据驾驶员请求功率和电机放电功率值确定分配给电机和发动机的扭矩的步骤，包括：
取驾驶员请求功率和电池放电功率设定值的较小值作为分配给电机的功率。
根据分配给电机的功率和电机的转速计算电机的请求扭矩。如图2所示，电机的请求扭矩等于分配给电机的功率除以电机的转速。
若驾驶员请求功率大于电池放电功率设定值，则将驾驶员请求功率与电池放电功率设定值的差值作为分配给发动机的功率。
根据分配给发动机的功率计算发动机的扭矩。
图2中还包括将能量管理模块充电扭矩请求(即能量管理模块计算的充电请求扭矩)与电机的请求扭矩取大的步骤，在计算机程序中，能量管理模块充电扭矩请求为负值，因此在取大时实际上是把能量管理模块充电扭矩请求屏蔽了。当确定电机的请求扭矩后，再将剩余的扭矩分配给发动机执行，也就是将驾驶员请求功率与电机请求功率的差值作为发动机的请求功率。
如果驾驶员请求功率大于请求电机放电功率设定值(15kw)，那么电机放电功率优先分配给电机，驾驶员请求功率减请求电机放电功率差值分给发动机。如果驾驶员请求功率等于请求电机放电功率设定值(15kw)，那么驾驶员请求功率都分给电机，发动机请求扭矩为0。如果驾驶员请求功率小于请求电机放电功率设定值(15kw)，那么驾驶员请求功率都分给电机，发动机请求扭矩为0。
图3是根据本发明一个实施例的用于混合动力车辆的电池加热方法的正常扭矩分配部分的原理图。一个实施例中，如图3所示，步骤S50包括：
根据驾驶员请求扭矩和能量管理模块计算的充电请求扭矩计算总请求扭矩；
将总请求扭矩优先分配给发动机，且剩余扭矩分配给电机。
比如驾驶员请求扭矩为100Nm，能量管理模块计算的充电请求扭矩为-50Nm，那么总请求扭矩为150Nm，那么分配给发动机150Nm。如果发动机最大扭矩能力大于150Nm，那么分配给电机为-50Nm进行充电。如果发动机最大扭矩能力为120Nm，那么分配给电机为-20Nm进行充电。如果发动机最大扭矩能力为70Nm，那么分配给电机为30Nm进行放电。
本发明的电池加热方法不需要外加元件，相当于一种基于电池加热的扭矩分配控制方法，在满足电池加热条件时(例如SOC较高时、发动机已经接近暖机、且中等车速附近)，此时进入基于电池加热的扭矩分配控制方法，此时通过设定电机放电功率(15kW)，把电池充电请求关掉，驾驶员请求扭矩优先分配给电机，让电机放电，分配给发动机扭矩减小。当SOC降到一定阈值时，退出电池放电模式，进入正常的扭矩分配控制，把驾驶员请求扭矩与电池充电扭矩的总扭矩优先分给发动机，其余分给电机，让电机充电，当SOC在增加到一定阈值且满足其他条件时，再次进入电池加热模式。电池充电放电循环，一直至电池温度达到目标设定值。
本发明还提供了一种用于混合动力车辆的电池加热系统，包括存储器和处理器，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现上述任一项所述的电池加热方法。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (9)
1.一种用于混合动力车辆的电池加热方法，所述混合动力车辆包括发动机、电池和电机，其特征在于，所述电池加热方法包括：
在所述电池的温度小于设定值时，控制车辆进入以下充放电循环：
在满足放电进入条件时控制所述电机优先提供扭矩，以使得所述电池放电，其中，所述放电进入条件包括电池SOC大于第一电量阈值；
在达到放电退出条件时控制车辆进行正常扭矩分配，以使得所述电池充电，其中，所述放电退出条件包括电池SOC小于第二电量阈值。
2.根据权利要求1所述的电池加热方法，其特征在于，
所述放电进入条件还包括同时满足以下所有条件：
所述电池的最大放电功率小于第一功率阈值、发动机冷却液温度大于第一冷却液温度阈值且车速大于第一车速阈值。
3.根据权利要求2所述的电池加热方法，其特征在于，
当满足以下任意一个条件时认为满足所述放电退出条件：
所述电池的最大放电功率大于第二功率阈值、发动机冷却液温度小于第二冷却液温度阈值、车速小于第一车速阈值。
4.根据权利要求3所述的电池加热方法，其特征在于，在满足放电进入条件时控制所述电机优先提供扭矩的步骤，包括：
根据驾驶员请求功率和电池放电功率设定值确定分配给所述电机和所述发动机的扭矩。
5.根据权利要求4所述的电池加热方法，其特征在于，
所述电池放电功率设定值根据所述电池的低温放电能力确定。
6.根据权利要求5所述的电池加热方法，其特征在于，根据驾驶员请求功率和电机放电功率值确定分配给所述电机和所述发动机的扭矩的步骤，包括：
取所述驾驶员请求功率和所述电池放电功率设定值的较小值作为分配给所述电机的功率；
根据分配给所述电机的功率和所述电机的转速计算所述电机的请求扭矩。
7.根据权利要求6所述的电池加热方法，其特征在于，根据驾驶员请求功率和电机放电功率值确定分配给所述电机和所述发动机的扭矩的步骤，还包括：
若所述驾驶员请求功率大于所述电池放电功率设定值，则将所述驾驶员请求功率与所述电池放电功率设定值的差值作为分配给所述发动机的功率；
根据分配给所述发动机的功率计算所述发动机的扭矩。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的电池加热方法，其特征在于，在达到放电退出条件时控制车辆进行正常扭矩分配的步骤，包括：
根据驾驶员请求扭矩和能量管理模块计算的充电请求扭矩计算总请求扭矩；
将所述总请求扭矩优先分配给所述发动机，且剩余扭矩分配给所述电机。
9.一种用于混合动力车辆的电池加热系统，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现根据权利要求1-8中任一项所述的电池加热方法。
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