CN112572095A - 一种电动汽车集成化热管理系统模式切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电动汽车集成化热管理系统控制方法，其特征在于，将电动汽车热管理分为三大版块，包括乘员舱、电池、电机/电控，控制方法步骤包括(1)采集驾驶员操作信号、环境信息与部件状态，提出各版块的模式切换需求；(2)根据各版块的模式切换需求切换到相应的热管理模式；(3)根据各板块的热管理模式控制相应的执行器作动；(4)由于系统具有一定集成度，各版块进行模式切换时部分执行器作动可能存在冲突，故对有冲突的作动进行优先级判断，使个版块之间完美配合，顺利切换到所需模式。

Description

一种电动汽车集成化热管理系统模式切换方法
技术领域
本发明涉及电动汽车热管理领域，尤其是涉及电动汽车集成化热管理控制。
背景技术
能源和环保问题是当今世界性的难题，传统内燃机汽车对环境和碳氢资源造成了严重的问题，作为一种具有环保及节能优势的先进交通工具，美、日、欧等发达国家已经投入大量资金推进电驱动汽车的研究与开发，从维护能源安全，改善大气环境，提高汽车工业在全球市场的竞争力和实现我国汽车工业的快速发展的战略高度来看，发展电动汽车是我国从汽车大国至汽车强国的必经之路。
电动汽车的出现也为电动汽车热管理系统的研究与开发提出了新的课题与挑战，热管理在汽车节能、环保和安全等方面具有突出的战略地位，环球汽车工业发达的国家都相当重视电动汽车热管理技术的研究与开发，并将其作为汽车发展研究计划的主要研究内容之一。
基于进一步节能以及车辆集成化的设计要求，关于混合动力汽车集成化热管理系统的研究越来越受到国内外学者的青睐，但是电动汽车集成化热管理系统虽然在改善热管理效果效果基础上又能够显著降低能耗，提高续航里程，但却对整车热管理控制方案设计与控制策略制定提岀了挑战。
发明内容
本发明提供一种电动汽车集成化热管理系统模式切换方法，来解决电动汽车集成化热管理系统的控制问题，其特征在于，为简化模式增加引起的重复修改的和便于实现模块化，将控制流程分为乘员舱、电池以及电机/电控三大版块，包括如下步骤：
(1)采集车辆当前信息，包括乘员舱温度、驾驶员操作信号、电池温度、电机/电控温度、环境温度，判断乘员舱、电池以及电机/电控将要进入何种模式；
(2)进行乘员舱、电池以及电机/电控版块模式切换，基于上一步骤对三大版块的模式判断，切换到对应的热管理模式；
(3)基于上一步骤的各版块模式切换需求，根据各版块各模式下对应的执行器作动规则，得到各模式下执行器的作动状态；
(4)由于热管理系统具有一定集成度，不同板块在进行模式切换时各部件的执行器作动可能存在冲突，故要再进行一步优先级选择，选取部件的有效行为作为其实际控制输出，向执行器发出控制信号，保证模式切换的顺利进行。
进一步地，步骤(1)中，若在时间阈值之内检测到空调的控制指令按钮发生变化，即认定此次操作为误操作，不进行任何处理，若当前的面板控制指令超过设定的时间阈值，则认为该控制指令有效，以此来规避驾驶员误操作带来的错误响应。
附图说明
图1是本发明的热管理系统模式切换控制流程图；
图2是本发明实施例的集成化热管理系统架构图；
图2中标记：1-压缩机，2-第一换热器，3-第二换热器，4-第三换热器，5-暖风水箱，6-气液分离器，7-第一电磁阀，8-第二电磁阀，9-第三电磁阀，10-第一膨胀阀，11-第二膨胀阀，12-第三膨胀阀，13-冷却风扇，14-鼓风机，15-单向阀，16-第一水泵，17-第二水泵，18-电池换热器，19-电控液冷板，20-电机液冷板，21-电池液冷板，22-低温水箱，23-PTC电加热器，24-第一三通阀，25-第二三通阀，26-第三三通阀，27-第四三通阀，28-第五三通阀，29-第一水箱，30-第二水箱。
具体实施方式
结合实施例说明本发明的具体控制方法。
本发明是一种针对电动汽车集成化热管理系统的模式切换方法，其控制流程如图1所示，如图2所示的集成化热管理系统实施例，可实现多种热管理模式。
以如下工况为例，具体说明本发明的控制流程：驾驶员开启空调系统且设置目标温度低于此时乘员舱实际温度，电池温度高于高效工作温度区间上限，电机温度高于高效工作温度区间上限。
将驾驶员操作信号、乘员舱温度输入到控制器，之后将乘员舱温度与驾驶员设置目标温度进行比较，根据比较结果判断乘员舱应进入到制冷模式。
将电池温度输入到控制器，之后将电池温度与电池高效工作温度阈值进行比较，根据比较结果判断电池应进入到空调冷却模式。
将电机温度输入到控制器，之后将电机温度与电机高效工作温度阈值进行比较，根据比较结果判断电机/电控应进入到低温冷却模式。
根据以上判断，热管理系统需要进入乘员舱制冷/电池空调冷却/电机电控低温冷却模式，将此模式切换需求输出到下一步骤。
进一步地，为规避驾驶员误操作带来的错误响应，在此步骤中进行基于计时的容错判断，若在时间阈值之内检测到空调的控制指令按钮发生变化，即认定此次操作为误操作，不进行任何处理，若当前的面板控制指令超过设定的时间阈值，则认为该控制指令有效。
根据上一步骤输出的乘员舱、电池、电机/电控的模式切换需求，进行各自的模式切换。
进一步地，此步骤并没有使系统真正进行模式切换，而是在控制器中进行虚拟的切换，设置此步骤的原因是基于matlab/simulink控制策略搭建考虑，matlab/simulink中模式切换的需要通过stateflow实现，这一步骤映射到实际建模中对应stateflow模型。
将上一步骤的模式切换结果输入，根据乘员舱、电池、电机/电控各模式与执行器作动对应规则输出执行器控制信号。
进一步地，本步骤所提到术语“执行器”为热管理系统中能够决定系统处于那种模式的元件，具体包括压缩机1、第一电磁阀7、第二电磁阀8、第三电磁阀9、第一膨胀阀10、第二膨胀阀11、第三膨胀阀12、第一水泵16、第二水泵17、PTC加热器23、第一三通阀24、第二三通阀25、第三三通阀26、第四三通阀27、第五三通阀28。
进一步地，乘员舱制冷模式对应的执行器作动规则为：压缩机1开启、第一电磁阀7开启、第二电磁阀8关闭、第三电磁阀9关闭、第一膨胀阀10关闭、第二膨胀阀11关闭、第三膨胀阀12开启、第一水泵16关闭、第二水泵17关闭、PTC加热器23关闭。
进一步地，电池空调冷却模式对应的执行器作动规则为：压缩机1开启、第一电磁阀7开启、第二电磁阀8关闭、第三电磁阀9关闭、第一膨胀阀10关闭、第二膨胀阀11开启、第三膨胀阀12关闭、第一水泵16开启、第二水泵17关闭、PTC加热器23关闭、第二三通阀25右方端口和上方端口开启下方端口关闭、第三三通阀26右方端口和下方端口开启左方端口关闭。
进一步地，电机/电控低温冷却模式对应的执行器作动规则为：压缩机1关闭、第一水泵16关闭、第二水泵17开启、PTC加热器23关闭、第一三通阀24下方端口和上方端口开启右方端口关闭、第二三通阀25右方端口和上方端口开启下方端口关闭、第三三通阀26右方端口和下方端口开启左方端口关闭、第四三通阀27左方端口和下方端口开启上方端口关闭、第五三通阀28左方端口和右方端口开启下方端口关闭。
进一步地，上述各模式与执行器作动对应规则中未涉及的执行器表示其开启状态不影响各模式的正常工作，在控制策略中可以使其维持上一模式状态。
由于实施例热管理系统的高度集成化，当执行器按照上述规则作动时部分执行器作动会发生冲突，故在本步骤根据热管理实际情况进行仲裁，即优先级选择，对作动有冲突的执行器仲裁出能够使系统正确进入需求模式的作动，再将最后的执行器作动控制信号输出到执行器。
进一步地，根据上述规则，热管理系统进入到乘员舱制冷/电池空调冷却/电机电控低温冷却模式时如下执行器作动存在冲突：压缩机1、第二膨胀阀11、第三膨胀阀12、第一水泵16、第二水泵17。
进一步地，根据仲裁原则：执行器作动存在开启/关闭冲突时全部执行为开启，故上述存在冲突的执行器全部执行为开启。
进一步地，经优先级选择后的热管理系统执行器作动为：压缩机1开启、第一电磁阀7开启、第二电磁阀8关闭、第三电磁阀9关闭、第一膨胀阀10关闭、第二膨胀阀11开启、第三膨胀阀12开启、第一水泵16开启、第二水泵17开启、PTC加热器23关闭、第一三通阀24下方端口和上方端口开启右方端口关闭、第二三通阀25右方端口和上方端口开启下方端口关闭、第三三通阀26右方端口和下方端口开启左方端口关闭、第四三通阀27左方端口和下方端口开启上方端口关闭、第五三通阀28左方端口和右方端口开启下方端口关闭，将如上执行作动信号直接输出到热管理系统各个部件中去，系统即可顺利进入乘员舱制冷/电池空调冷却/电机电控低温冷却模式。
以上叙述仅以乘员舱制冷/电池空调冷却/电机电控低温冷却模式为例但不仅限于此，实施例所述热管理系统还可实现多种模式，如乘员舱还具有热泵制热、PTC制热、电池预热制热、电机余热制热模式，电池还具有水泵冷却、PTC制热、电机余热制热模式，将以上模式组合可形成更多的整车热管理模式，本发明在其他模式切换中均适用。

Claims (2)

1.一种电动汽车集成化热管理系统模式切换方法，其特征在于，将整车热管理系统分为乘员舱、电池以及电机/电控三大版块，包括以下步骤：
(1)采集车辆当前信息，包括乘员舱温度、驾驶员操作信号、电池温度、电机/电控温度、环境温度，判断乘员舱、电池以及电机/电控将要进入何种模式；
(2)进行乘员舱、电池以及电机/电控版块模式切换，基于上一步骤对三大版块的模式判断，切换到对应的热管理模式；
(3)基于上一步骤的各版块模式切换需求，根据各版块各模式下对应的执行器作动规则，得到各模式下执行器的作动状态；
(4)由于热管理系统具有一定集成度，不同板块在进行模式切换时各部件的执行器作动可能存在冲突，故要再进行一步优先级选择，选取部件的有效行为作为其实际控制输出，向执行器发出控制信号，保证模式切换的顺利进行。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车集成化热管理系统模式切换方法，其特征在于，在步骤(1)中设置基于计时的容错，即在时间阈值之内检测到空调的控制指令按钮发生变化，即认定此次操作为误操作，不进行任何处理，若当前的面板控制指令超过设定的时间阈值，则认为该控制指令有效，以此来规避驾驶员误操作带来的错误响应。
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