CN112918211A - 一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，包括热管理系统、冷车启动工况策略模块、行车工况策略模块和稳定工况策略模块，所述冷车启动工况策略模块、行车工况策略模块和稳定工况策略模块用于制定不同工况下的热管理控制策略，所述热管理系统用于执行不同工况下的热管理控制策略，所述热管理系统包括控制单元系统、乘员舱空调系统、电池热管理加热系统和电池换热器冷水机组总成；通过让热管理系统根据整车不同使用工况采用不同的控制策略，能够保证电池的电芯基本放电活性，从而提升电池的工作效率、提升了采暖速率，还能够有效避免反复调温造成的PTC加热器产生过多能量消耗以及外界系统的热损失。

Description

一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统
技术领域
本发明涉及纯电动汽车电池热管理控制技术领域，尤其涉及一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统。
背景技术
纯电池汽车的动力电池寿命及续航里程与电芯温度息息相关，电芯的最佳充电放电温度在15℃左右，为保证电池工作在恒温区域，电池液冷技术已日趋成熟；在冬季成员采暖和电池均需要进行加热，加热过程中能量利用率关系到整车的续航衰减，最优化的电池热管理策略对电池冬季加热的功耗至关重要；
目前行业内液冷电池采用的电池加热方案是通过水加热PTC，通过加热电池内部水冷板中冷却液，与电芯进行换热以达到电池加热的目的；采用的方案包括：1、空调暖风和电池加热采用两个独立的PTC，按照乘员仓空调和电池的各自需求独立加热，该方案采用两个独立PTC，使用成本高，经济性差；2、空调采用风暖PTC，电池采用独立的水加热PTC；此方案同样存在成本高的问题；因此，本发明提出一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，以解决现有技术中的不足之处。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，通过让热管理系统根据整车不同使用工况采用不同的控制策略，能够保证电池的电芯基本放电活性，从而提升电池的工作效率、提升了采暖速率，还能够有效避免反复调温造成的PTC加热器产生过多能量消耗以及外界系统的热损失。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，其特征在于：包括热管理系统、冷车启动工况策略模块、行车工况策略模块和稳定工况策略模块，所述冷车启动工况策略模块、行车工况策略模块和稳定工况策略模块用于制定不同工况下的热管理控制策略，所述热管理系统用于执行冷车启动工况策略模块、行车工况策略模块和稳定工况策略模块定制的不同工况下的热管理控制策略；
所述热管理系统包括控制单元系统、乘员舱空调系统、电池热管理加热系统和电池换热器冷水机组总成，所述控制单元系统由整车控制器、驱动模块、DC-DC变换器、第一水泵、散热器和风扇电动机组成，所述散热器与第一膨胀壶连接，所述乘员舱空调系统由PTC加热器、第二水泵、可调三通阀门、蒸发器芯体和暖风芯体组成，所述电池热管理加热系统由电池和第三水泵组成，所述电池换热器冷水机组总成连接乘员舱空调系统和电池热管理加热系统，所述电池换热器冷水机组总成上连接有冷凝器，所述冷凝器连接蒸发器芯体。
进一步改进在于：所述第一水泵与散热器之间的通路上设有第一支路，所述第一支路与通路的连接处设有第一阀门，所述第一支路一端与第一膨胀壶连通；
进一步改进在于：所述第二水泵与第一膨胀壶之间的通路上设有第二支路，所述第二支路与通路的连接处设有第二阀门，所述第二支路一端与第一膨胀壶连通。
进一步改进在于：所述第三水泵与电池之间的通路上设有第三支路，所述第三支路与通路的连接处设有第三阀门，所述第三支路的一端连接第二膨胀壶，所述第二膨胀壶与电池换热器冷水机组总成连接。
进一步改进在于：所述冷车启动工况策略模块定制的热管理控制策略内容包括：根据电池的电芯温度判断能量分配比例，当所述电池的电芯温度低于设定的目标阈值时，优先利用热管理系统对电池的电芯进行加热，并控制所述可调三通阀门的分配比例在电池一侧优先。
进一步改进在于：所述冷车启动工况策略模块定制的热管理控制策略内容还包括：当所述电池的电芯温度低于设定的目标阈值时，控制所述PTC加热器以最大功率运行，并控制所述第二水泵低速运转，使冷却液温度迅速提升至50℃，控制所述热管理系统中存在温差，迅速使所述电池的电芯温度达到设定的目标阈值。
进一步改进在于：所述行车工况策略模块定制的热管理控制策略内容包括：当所述电池的电芯温度达到设定的目标阈值时，在保证电池的电芯稳定达到设定的目标阈值情况下，控制所述可调三通阀门的分配比例在乘员舱空调系统一侧优先。
进一步改进在于：所述行车工况策略模块定制的热管理控制策略内容还包括：空调控制器根据车内温度控制外气的比例，当车内温度0℃以下时，完全采用车内循环，当车内温度0℃以上时，采用65%车内空气，并根据水温线性变化对所述第二水泵的流量进行调节。
进一步改进在于：所述稳定工况策略模块定制的热管理控制策略内容包括：当车内温度稳定达到乘员设定目标时，以车内温度为目标，通过车辆的PID控制器控制所述PTC加热器的功率以及第二水泵的转速，保持车内温度维持在乘员设定目标的温度。
进一步改进在于：所述稳定工况策略模块定制的热管理控制策略内容还包括：当所述电池的电芯温度通过行车放电过程稳定在特定的温度范围时，启动节能优先控制，以电池的电芯温度为目标，采用PID车辆的PID控制器控制PTC加热器功率以及第三水泵的转速，保证冷却液温度高于所述电池的电芯温度。
本发明的有益效果为：本发明系统通过设置冷车启动工况策略模块、行车工况策略模块和稳定工况策略模块，让热管理系统根据整车不同使用工况采用不同的控制策略，在冷车启动工况下通过采用大功率加热和低流量的策略，可以迅速提升冷却液温度，通过加大电池的电芯和冷却液温差，能够实现迅速使电池的电芯温度提升到设定的目标阈值，能够保证电池的电芯基本放电活性，从而提升电池的工作效率；在行车工况下通过将可调三通阀门的分配比例在乘员舱空调系统一侧优先，以及采用加大车内循环空气的比例，控制第二水泵的流量以及对水温关联的控制，可以保证暖风芯体的出风温度维持在高温区，提升了采暖速率；在稳定工况下通过以节能策略为主要控制方式，能够维持车内和电池的电芯温度不降低，能够有效避免反复调温造成的PTC加热器产生过多能量消耗以及外界系统的热损失。
附图说明
图1为本发明系统中热管理系统结构示意图。
其中：1、整车控制器；2、驱动模块；3、DC-DC变换器；4、第一水泵；5、散热器；6、风扇电动机；7、PTC加热器；8、第二水泵；9、可调三通阀门；10、蒸发器芯体；11、暖风芯体；12、电池；13、第三水泵；14、冷凝器；15、第一支路；16、第一阀门；17、第二支路；18、第二阀门；19、第三支路；20、第三阀门。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
根据图1所示，本实施例提出一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，包括热管理系统、冷车启动工况策略模块、行车工况策略模块和稳定工况策略模块，所述冷车启动工况策略模块、行车工况策略模块和稳定工况策略模块用于制定不同工况下的热管理控制策略，所述热管理系统用于执行冷车启动工况策略模块、行车工况策略模块和稳定工况策略模块定制的不同工况下的热管理控制策略；
所述热管理系统包括控制单元系统、乘员舱空调系统、电池热管理加热系统和电池换热器冷水机组总成，所述控制单元系统由整车控制器1、驱动模块2、DC-DC变换器3、第一水泵4、散热器5和风扇电动机6组成，所述散热器5与第一膨胀壶连接，所述乘员舱空调系统由PTC加热器7、第二水泵8、可调三通阀门9、蒸发器芯体10和暖风芯体11组成，所述电池热管理加热系统由电池12和第三水泵13组成，所述电池换热器冷水机组总成连接乘员舱空调系统和电池热管理加热系统，所述电池换热器冷水机组总成上连接有冷凝器14，所述冷凝器14连接蒸发器芯体10。
所述第一水泵4与散热器5之间的通路上设有第一支路15，所述第一支路15与通路的连接处设有第一阀门16，所述第一支路15一端与第一膨胀壶连通；
所述第二水泵8与第一膨胀壶之间的通路上设有第二支路17，所述第二支路17与通路的连接处设有第二阀门18，所述第二支路17一端与第一膨胀壶连通。
所述第三水泵13与电池12之间的通路上设有第三支路19，所述第三支路19与通路的连接处设有第三阀门20，所述第三支路19的一端连接第二膨胀壶，所述第二膨胀壶与电池换热器冷水机组总成连接。
所述冷车启动工况策略模块定制的热管理控制策略内容包括：根据电池12的电芯温度判断能量分配比例，当所述电池12的电芯温度低于设定的目标阈值时，优先利用热管理系统对电池12的电芯进行加热，并控制所述可调三通阀门9的分配比例在电池12一侧优先。
所述冷车启动工况策略模块定制的热管理控制策略内容还包括：当所述电池12的电芯温度低于设定的目标阈值时，控制所述PTC加热器7以最大功率运行，并控制所述第二水泵8低速运转，使冷却液温度迅速提升至50℃，控制所述热管理系统中存在温差，迅速使所述电池12的电芯温度达到设定的目标阈值。
所述行车工况策略模块定制的热管理控制策略内容包括：当所述电池12的电芯温度达到设定的目标阈值时，在保证电池12的电芯稳定达到设定的目标阈值情况下，控制所述可调三通阀门9的分配比例在乘员舱空调系统一侧优先。
所述行车工况策略模块定制的热管理控制策略内容还包括：空调控制器根据车内温度控制外气的比例，当车内温度0℃以下时，完全采用车内循环，当车内温度0℃以上时，采用65%车内空气，并根据水温线性变化对所述第二水泵8的流量进行调节。
所述稳定工况策略模块定制的热管理控制策略内容包括：当车内温度稳定达到乘员设定目标时，以车内温度为目标，通过车辆的PID控制器控制所述PTC加热器7的功率以及第二水泵8的转速，保持车内温度维持在乘员设定目标的温度。
所述稳定工况策略模块定制的热管理控制策略内容还包括：当所述电池12的电芯温度通过行车放电过程稳定在特定的温度范围时，启动节能优先控制，以电池12的电芯温度为目标，采用PID车辆的PID控制器控制PTC加热器7功率以及第三水泵13的转速，保证冷却液温度高于所述电池12的电芯温度。
本发明系统通过设置冷车启动工况策略模块、行车工况策略模块和稳定工况策略模块，让热管理系统根据整车不同使用工况采用不同的控制策略，在冷车启动工况下通过采用大功率加热和低流量的策略，可以迅速提升冷却液温度，通过加大电池12的电芯和冷却液温差，能够实现迅速使电池12的电芯温度提升到设定的目标阈值，能够保证电池12的电芯基本放电活性，从而提升电池12的工作效率；在行车工况下通过将可调三通阀门9的分配比例在乘员舱空调系统一侧优先，以及采用加大车内循环空气的比例，控制第二水泵8的流量以及对水温关联的控制，可以保证暖风芯体11的出风温度维持在高温区，提升了采暖速率；在稳定工况下通过以节能策略为主要控制方式，能够维持车内和电池12的电芯温度不降低，能够有效避免反复调温造成的PTC加热器7产生过多能量消耗以及外界系统的热损失。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进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)

1.一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，其特征在于：包括热管理系统、冷车启动工况策略模块、行车工况策略模块和稳定工况策略模块，所述冷车启动工况策略模块、行车工况策略模块和稳定工况策略模块用于制定不同工况下的热管理控制策略，所述热管理系统用于执行冷车启动工况策略模块、行车工况策略模块和稳定工况策略模块定制的不同工况下的热管理控制策略；
所述热管理系统包括控制单元系统、乘员舱空调系统、电池热管理加热系统和电池换热器冷水机组总成，所述控制单元系统由整车控制器（1）、驱动模块（2）、DC-DC变换器（3）、第一水泵（4）、散热器（5）和风扇电动机（6）组成，所述散热器（5）与第一膨胀壶连接，所述乘员舱空调系统由PTC加热器（7）、第二水泵（8）、可调三通阀门（9）、蒸发器芯体（10）和暖风芯体（11）组成，所述电池热管理加热系统由电池（12）和第三水泵（13）组成，所述电池换热器冷水机组总成连接乘员舱空调系统和电池热管理加热系统，所述电池换热器冷水机组总成上连接有冷凝器（14），所述冷凝器（14）连接蒸发器芯体（10）。
2.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，其特征在于：所述第一水泵（4）与散热器（5）之间的通路上设有第一支路（15），所述第一支路（15）与通路的连接处设有第一阀门（16），所述第一支路（15）一端与第一膨胀壶连通。
3.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，其特征在于：所述第二水泵（8）与第一膨胀壶之间的通路上设有第二支路（17），所述第二支路（17）与通路的连接处设有第二阀门（18），所述第二支路（17）一端与第一膨胀壶连通。
4.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，其特征在于：所述第三水泵（13）与电池（12）之间的通路上设有第三支路（19），所述第三支路（19）与通路的连接处设有第三阀门（20），所述第三支路（19）的一端连接第二膨胀壶，所述第二膨胀壶与电池换热器冷水机组总成连接。
5.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，其特征在于：所述冷车启动工况策略模块定制的热管理控制策略内容包括：根据电池（12）的电芯温度判断能量分配比例，当所述电池（12）的电芯温度低于设定的目标阈值时，优先利用热管理系统对电池（12）的电芯进行加热，并控制所述可调三通阀门（9）的分配比例在电池（12）一侧优先。
6.根据权利要求5所述的一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，其特征在于：所述冷车启动工况策略模块定制的热管理控制策略内容还包括：当所述电池（12）的电芯温度低于设定的目标阈值时，控制所述PTC加热器（7）以最大功率运行，并控制所述第二水泵（8）低速运转，使冷却液温度迅速提升至50℃，控制所述热管理系统中存在温差，迅速使所述电池（12）的电芯温度达到设定的目标阈值。
7.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，其特征在于：所述行车工况策略模块定制的热管理控制策略内容包括：当所述电池（12）的电芯温度达到设定的目标阈值时，在保证电池（12）的电芯稳定达到设定的目标阈值情况下，控制所述可调三通阀门（9）的分配比例在乘员舱空调系统一侧优先。
8.根据权利要求7所述的一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，其特征在于：所述行车工况策略模块定制的热管理控制策略内容还包括：空调控制器根据车内温度控制外气的比例，当车内温度0℃以下时，完全采用车内循环，当车内温度0℃以上时，采用65%车内空气，并根据水温线性变化对所述第二水泵（8）的流量进行调节。
9.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，其特征在于：所述稳定工况策略模块定制的热管理控制策略内容包括：当车内温度稳定达到乘员设定目标时，以车内温度为目标，通过车辆的PID控制器控制所述PTC加热器（7）的功率以及第二水泵（8）的转速，保持车内温度维持在乘员设定目标的温度。
10.根据权利要求9所述的一种纯电动汽车电池热管理节能控制系统，其特征在于：所述稳定工况策略模块定制的热管理控制策略内容还包括：当所述电池（12）的电芯温度通过行车放电过程稳定在特定的温度范围时，启动节能优先控制，以电池（12）的电芯温度为目标，采用PID车辆的PID控制器控制PTC加热器（7）功率以及第三水泵（13）的转速，保证冷却液温度高于所述电池（12）的电芯温度。
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