CN113745705A - 一种纯电动车辆动力电池的加热控制方法及系统 - Google Patents

一种纯电动车辆动力电池的加热控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纯电动车辆动力电池的加热控制方法及系统，车辆启动后采集动力电池温度，判断是否开启自加热控制；自加热开启后，根据动力电池加热温度变化和允许功率的释放，判断加热关闭条件；在车辆运行过程中，根据电机出水口温度的上升判断是否允许电机冷却液进入动力电池系统；同时根据动力电池温度变化和环境温度信息的采集，判断车辆停放是否会导致电池系统降温过快，再次使用时再次持续开启加热，造成能耗增加，并根据降温速率变化维持动力电池温度。本发明通过电机热管理系统的二次利用，充分利用整车可用热源，降低动力电池系统自身加热能耗，防止动力电池因在环境温度停放造成温降过快，以维持动力电池温度，延缓温降速率。

Description

一种纯电动车辆动力电池的加热控制方法及系统
技术领域
本发明涉及动力电池冷却技术，特别涉及一种纯电动车辆动力电池的加热控制方法及系统。
背景技术
随着电动车的广泛使用，动力电池的热管理将变得越来越重要，尤其是在低温情况下，更决定着电动车的使用体验。目前纯电动车辆在北方严寒地区的使用，由于受到环境温度的影响，在低温时动力电池的功率受到限制，可用电量的降低也同时制约着电动车在北方严寒区域的应用。动力电池在低温情况下需要开启加热，同时也大大增加了车辆能耗，降低了续航里程。车辆停放在严寒地区，动力电池在低温环境下降温速率过快，车辆停放一晚，到第二天使用时动力电池又处于低温状态，循环往复。
发明内容
本发明目的是：为了解决动力电池在低温环境下使用性能受到限制，并根据动力电池温度和功率特性，对动力电池低温状态下的热管理进行研究，提出一种纯电动车辆动力电池的加热控制方法及系统，以解决动力电池自身加热所需能耗和减缓动力电池温度降低到低温状态。
同时，在动力电池低温加热控制方法中，充分利用整车热管理系统中的热量，结合动力电池系统自身特点，完善动力电池低温加热控制方法，解决纯电动车辆动力电池低温加热问题，降低加热能耗；综合利用整车热管理，把整车可用热量循环使用，降低动力电池降温速率。
本发明的技术方案是：
一种纯电动车辆动力电池的加热控制方法，包括步骤：
S1、车辆启动后，采集动力电池的最低温度TBATmin，并根据采集到的电池温度对加热是否开启进行控制：
在动力电池温度TBATmin≤自加热开启阈值T1时，电池系统开启自加热；
S2、电池系统自加热开启后，根据动力电池温度变化和允许功率，判断是否停止自加热；
在动力电池自加热到温度TBATmin≥自加热关闭阈值T2，且动力电池系统功率达到允许功率P1，停止电池系统自加热；
S3、在车辆运行过程中，实时获取电机出水口冷却液温度Tmotor，根据电机出水口冷却液温度Tmotor判断是否允许电机冷却液进入动力电池系统；
在电机出水口冷却液温度Tmotor≥水热开启阈值T0时，电机冷却液进入动力电池系统；
动力电池温度持续升高，TBATmin≥水热关闭阈值T3时，电机冷却液停止进入动力电池系统；
S4、在车辆运行过程中，还采集环境温度TH信息，根据动力电池温度和环境温度TH变化信息，判断车辆停放时环境温度变化对电池降温速率的影响，决定是否对动力电池进行温度维持。
优选的，步骤S2的动力电池自加热过程中，如果电机出水口冷却液温度Tmotor先达到预设阈值T0以上，提前停止电池系统自加热，进入步骤S3，电机冷却液进入动力电池系统。
优选的，步骤S4中判断对动力电池进行温度维持的方法包括：
S4-1、动力电池系统周期性采集环境温度TH信息，并根据环境的最高温度、最低温度，结合时间计算环境温度变化率；
S4-2、车辆24小时内首次启动，获取启动时动力电池各部位最高温度、最低温度，并根据上一次关机后的动力电池各部位温度计算出动力电池降温速率；
S4-3、车辆运行过程中，记录动力电池运行时温度范围，并根据温度波动范围计算出行车过程动力电池温度保持率；
S4-4、通过计算得出不同环境温度对动力电池降温速率的影响，再统计近期环境温度的变化，得出动力电池最高温度、降温速率、行车过程动力电池温度保持率之间的关系；
S4-5、根据S4-4得出的关系，通过电机冷却液与动力电池冷却液进行热交换，在动力电池允许达到的上限温度范围提升动力电池温度，以避免车辆下次启动前降温到自加热开启阈值T1以下。
一种纯电动车辆动力电池的加热控制系统，包括电机冷却回路，所述电机出水口的冷却液通过第一电磁阀流入动力电池系统，动力电池系统通过水泵和第二电磁阀将冷却液循环流回电机冷却水路；所述第一电磁阀、第二电磁阀均为三端电磁阀，两个电磁阀的第三端分别接通电机冷却散热器ATS的入水口、出水口。
优选的，当需要开启电机冷却液进入动力电池系统时，控制两个电磁阀，电机冷却液进入动力电池系统，不流进电机冷却散热器ATS，然后开启水泵，让动力电池系统冷却水路与电机冷却水路串联，进行冷却循环。
优选的，当需要停止电机冷却液进入动力电池系统时，控制两个电磁阀，电机冷却液进入电机冷却散热器ATS，不再进入动力电池系统，关停水泵。
本发明的优点是：
本发明设计的纯电动车辆动力电池的加热控制方法及系统，主要根据动力电池在低温条件下性能受到影响，对动力电池的热管理进行控制设计。通过电机热管理系统的二次利用，充分利用整车可用热源，降低动力电池系统自身加热能耗，防止动力电池因在环境温度停放造成温降过快，以维持动力电池温度，延缓温降速率。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的纯电动车辆动力电池的加热控制方法流程图；
图2为本发明的纯电动车辆动力电池的加热控制系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明的总体系统设计方案，是根据动力电池低温工作特性，动力电池在低温下的性能变化，对动力电池热管理进行控制，结合动力电池因温度变化，在满足一定功率情况下，降低开启加热温度，通过系统设计，引入电机冷却水用于动力电池热管理，总体设计减少加热能耗，电池温度保持。如图1所示，本发明的具体构思流程如下：
1、车辆启动后，电池管理系统采集电池温度，并根据采集到的电池温度对加热是否开启进行控制；
2、在动力电池处于低温区间，电池系统开启加热；
3、电池系统加热开启后，根据动力电池加热温度变化和允许功率的释放，判断加热关闭条件，以避免持续加热造成能耗增加；
4、在车辆运行过程中，实时获取电机出水口温度的变化，根据电机出水口温度的上升判断是否允许电机冷却液进入动力电池系统，同时根据电机水温变化控制是否允许持续将电机冷却液进入电池系统，并进行相应的保护措施；
5、行车过程中，根据动力电池温度变化和环境温度信息的采集，判断车辆停放是否会导致电池系统降温过快，再次使用时再次持续开启加热，造成能耗增加，并根据降温速率变化维持动力电池温度。
本发明的纯电动车辆动力电池的加热控制方法，具体实施时，包括步骤：
S1、车辆启动后，采集动力电池的最低温度TBATmin，并根据采集到的电池温度对加热是否开启进行控制：
在动力电池温度TBATmin≤自加热开启阈值T1时，电池系统开启自加热；
S2、电池系统自加热开启后，根据动力电池温度变化和允许功率，判断是否停止自加热；
在动力电池自加热到温度TBATmin≥自加热关闭阈值T2，且动力电池系统功率达到允许功率P1，停止电池系统自加热；
S3、在车辆运行过程中，实时获取电机出水口冷却液温度Tmotor，根据电机出水口冷却液温度Tmotor判断是否允许电机冷却液进入动力电池系统；
在电机出水口冷却液温度Tmotor≥水热开启阈值T0时，电机冷却液进入动力电池系统；
动力电池温度持续升高，TBATmin≥水热关闭阈值T3时，电机冷却液停止进入动力电池系统；
步骤S2的动力电池自加热过程中，如果电机出水口冷却液温度Tmotor先达到预设阈值T0以上，提前停止电池系统自加热，进入步骤S3，电机冷却液进入动力电池系统。
S4、在车辆运行过程中，还采集环境温度TH信息，根据动力电池温度和环境温度TH变化信息，判断车辆停放时环境温度变化对电池降温速率的影响，决定是否对动力电池进行温度维持。具体的，本步骤判断对动力电池进行温度维持的方法包括：
S4-1、动力电池系统周期性采集环境温度TH信息，并根据环境的最高温度、最低温度，结合时间计算环境温度变化率；
S4-2、车辆24小时内首次启动，获取启动时动力电池各部位最高温度、最低温度，并根据上一次关机后的动力电池各部位温度计算出动力电池降温速率；
S4-3、车辆运行过程中，记录动力电池运行时温度范围，并根据温度波动范围计算出行车过程动力电池温度保持率；
S4-4、通过计算得出不同环境温度对动力电池降温速率的影响，再统计近期环境温度的变化，得出动力电池最高温度、降温速率、行车过程动力电池温度保持率之间的关系；
S4-5、根据S4-4得出的关系，通过电机冷却液与动力电池冷却液进行热交换，在动力电池允许达到的上限温度范围提升动力电池温度，以避免车辆下次启动前降温到自加热开启阈值T1以下。
如图2所示，本发明的纯电动车辆动力电池的加热控制系统中，所述电机控制系统的电机出水口的冷却液通过第一电磁阀流K1入动力电池系统，动力电池系统通过水泵和第二电磁阀K2将冷却液循环流回电机冷却水路；所述第一电磁阀K1、第二电磁阀K2均为三端电磁阀，两个电磁阀的第三端分别接通电机冷却散热器ATS的入水口、出水口。
当需要开启电机冷却液进入动力电池系统时，控制两个电磁阀，电机冷却液进入动力电池系统，不流进电机冷却散热器ATS，然后开启水泵，让动力电池系统冷却水路与电机冷却水路串联，进行冷却循环。当需要停止电机冷却液进入动力电池系统时，控制两个电磁阀，电机冷却液进入电机冷却散热器ATS，不再进入动力电池系统，关停水泵。
本发明在具体实施时，动力电池系统和电机出水口电磁阀进行先后控制，当需要开启电机冷却液进入电池系统时，先打开第一电磁阀T1，电机冷却液进入电池系统，不流进ATS，然后开启水泵，让电池系统冷却水路与电机水路串联，进行冷却循环。
具体实施中，当检测到环境最低温度低于-20℃时，根据运行过程中动力电池温度范围，如果车辆停止运行后，降温速率大于设定降温速率温度，在电池系统允许运行温度范围内进行持续升温，并进行温度保持控制，防止24小时内二次运行温度降低，把电池降温进行控制。
具体实施中，不同纯电动车辆配置动力电池电量不同，对于大电量动力电池系统，在环境温度没有达到极端环境下时，动力电池在有限制的功率输出，在满足行车情况下，无需开启加热，待电机冷却液温度上升后再接入动力电池系统，完成对动力电池加热，不需要开启自加热。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种纯电动车辆动力电池的加热控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1、车辆启动后，采集动力电池的最低温度TBATmin，并根据采集到的电池温度对加热是否开启进行控制：
在动力电池温度TBATmin≤自加热开启阈值T1时，电池系统开启自加热；
S2、电池系统自加热开启后，根据动力电池温度变化和允许功率，判断是否停止自加热；
在动力电池自加热到温度TBATmin≥自加热关闭阈值T2，且动力电池系统功率达到允许功率P1，停止电池系统自加热；
S3、在车辆运行过程中，实时获取电机出水口冷却液温度Tmotor，根据电机出水口冷却液温度Tmotor判断是否允许电机冷却液进入动力电池系统；
在电机出水口冷却液温度Tmotor≥水热开启阈值T0时，电机冷却液进入动力电池系统；
动力电池温度持续升高，TBATmin≥水热关闭阈值T3时，电机冷却液停止进入动力电池系统；
S4、在车辆运行过程中，还采集环境温度TH信息，根据动力电池温度和环境温度TH变化信息，判断车辆停放时环境温度变化对电池降温速率的影响，决定是否对动力电池进行温度维持。
2.根据权利要求1所述的纯电动车辆动力电池的加热控制方法，其特征在于，
步骤S2的动力电池自加热过程中，如果电机出水口冷却液温度Tmotor先达到预设阈值T0以上，提前停止电池系统自加热，进入步骤S3，电机冷却液进入动力电池系统。
3.根据权利要求2所述的纯电动车辆动力电池的加热控制方法，其特征在于，步骤S4中判断对动力电池进行温度维持的方法包括：
S4-1、动力电池系统周期性采集环境温度TH信息，并根据环境的最高温度、最低温度，结合时间计算环境温度变化率；
S4-2、车辆24小时内首次启动，获取启动时动力电池各部位最高温度、最低温度，并根据上一次关机后的动力电池各部位温度计算出动力电池降温速率；
S4-3、车辆运行过程中，记录动力电池运行时温度范围，并根据温度波动范围计算出行车过程动力电池温度保持率；
S4-4、通过计算得出不同环境温度对动力电池降温速率的影响，再统计近期环境温度的变化，得出动力电池最高温度、降温速率、行车过程动力电池温度保持率之间的关系；
S4-5、根据S4-4得出的关系，通过电机冷却液与动力电池冷却液进行热交换，在动力电池允许达到的上限温度范围提升动力电池温度，以避免车辆下次启动前降温到自加热开启阈值T1以下。
4.一种纯电动车辆动力电池的加热控制系统，其特征在于，包括电机冷却回路，所述电机出水口的冷却液通过第一电磁阀流入动力电池系统，动力电池系统通过水泵和第二电磁阀将冷却液循环流回电机冷却水路；所述第一电磁阀、第二电磁阀均为三端电磁阀，两个电磁阀的第三端分别接通电机冷却散热器ATS的入水口、出水口。
5.根据权利要求4所述的纯电动车辆动力电池的加热控制系统，其特征在于，当需要开启电机冷却液进入动力电池系统时，控制两个电磁阀，电机冷却液进入动力电池系统，不流进电机冷却散热器ATS，然后开启水泵，让动力电池系统冷却水路与电机冷却水路串联，进行冷却循环。
6.根据权利要求5所述的纯电动车辆动力电池的加热控制系统，其特征在于，当需要停止电机冷却液进入动力电池系统时，控制两个电磁阀，电机冷却液进入电机冷却散热器ATS，不再进入动力电池系统，关停水泵。
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