CN113871750A - 车载能源系统热管理方法及热管理系统 - Google Patents

车载能源系统热管理方法及热管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车载能源系统热管理方法及热管理系统，系统包括冷却液回路、制冷剂回路和电控系统，冷却液回路与制冷剂回路通过板式换热器实现相互间的热量传递，BMS电池管理系统根据监测到的车载能源系统中的电池温度以及车载能源系统的循环水进口处的冷却液温度生成热管理指令发送给电控系统，电控系统根据接收到的热管理指令控制冷却液回路和制冷剂回路以制冷模式、自循环模式、待机模式或关机中的任意一种模式实现对车载能源系统的热管理。本发明结合车载能源系统的电池温度以及进水口的循环冷却液温度判断是否需要对车载能源系统进行制冷，确保了制冷介入的及时性，有利于降低热管理系统的工作能耗，并提升车载能源系统的充放电安全性。

Description

车载能源系统热管理方法及热管理系统
技术领域
本发明涉及电池冷却技术领域，具体涉及一种车载能源系统热管理方法及热管理系统。
背景技术
车载能源系统由多个动力电池包串并联形成。车载能源系统能够将动力电池包中存储的 电能转换为供车辆行驶的动能。为了提高电驱动的续航里程、加速性能、爬坡性能，要求车 载能源系统中的动力电池可以最大限度的存储能量并可以释放瞬间大能量。电池温度是影响 电驱动性能的重要因素，若电池在给行驶中的车辆提供动力电能时能够保持合适的温度，对 提升电驱动性能具有积极作用。另外，若车载能源系统在充电过程中，电池温度能够保持适 宜的温度，将极大提升充电安全性，同时有利于延长电池使用寿命。
车载能源系统的热管理系统根据车载能源系统的充放电实际工况，依据提前制定的热管 理控制策略，使车载能源系统在放电或充电工况下均工作在最佳温度范围。但在放电工况或 充电工况下，何时介入对车载能源系统进行热管理，对车载能源系统做怎样的热管理，都将 直接影响车载能源系统的电驱动性能、影响电池充放电的安全性以及热管理系统的工作能耗。
发明内容
本发明以提升车载能源系统的电驱动性能，提升电池充放电安全性延长电池使用寿命以 及降低热管理系统的工作能耗为目的，提供了一种车载能源系统热管理方法及热管理系统。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种车载能源系统热管理方法，所述热管理方法包括：
步骤S1，判断车载能源系统中的各单体电池的平均温度Tmean是否小于等于第一温度阈值 或者各所述单体电池的电池温度是否均未超过第二温度阈值，所述第二温度阈值大于所述第 一温度阈值，
若是，则控制关闭热管理系统，不对所述车载能源系统进行热管理；
若否，则转入步骤S2；
步骤S2，判断所述车载能源系统中的各所述单体电池的平均温度Tmean是否大于等于所述 第二温度阈值且是否存在至少一个所述单体电池的电池温度大于等于第三温度阈值，所述第 三温度阈值大于所述第二温度阈值，
若是，则开启所述热管理系统并转入步骤S3；
若否，则保持所述热管理系统为关闭状态；
步骤S3，判断车辆当前处于行车状态还是充电状态，
若判定为行车状态，则转入步骤S41；
若判定为充电状态，则转入步骤S42；
步骤S41，判断所述车载能源系统的进水口温度是否大于等于第四温度阈值，
若是，则控制所述热管理系统进入制冷模式为所述车载能源系统降温；
若否，则转入步骤S411；
步骤S411，判断所述车载能源系统的进水口温度是否大于第五温度阈值且小于所述第四 温度阈值，
若是，则转入步骤S412；
若否，则控制所述热管理系统进入自循环模式；
S412，判断当前t时刻的上一时刻对所述车载能源系统的热管理是否为制冷模式，
若是，则保持对所述车载能源系统的热管理为制冷模式；
若否，则控制所述热管理系统进入自循环模式；
步骤S42，判断所述车载能源系统的进水口温度是否大于等于第六温度阈值，
若是，则控制所述热管理系统进入制冷模式为所述车载能源系统降温；
若否，则转入步骤S421；
步骤S421，判断所述车载能源系统的进水口温度是否大于第七温度阈值且小于所述第六 温度阈值，
若是，则转入步骤S422；
若否，则控制所述热管理系统进入自循环模式；
步骤S422，判断当前t时刻的上一时刻对所述车载能源系统的热管理是否为制冷模式， 若是，则保持对所述车载能源系统的热管理为制冷模式；
若否，则控制所述热管理系统进入自循环模式。
作为本发明的一种优选方案，所述第一温度阈值为24℃。
作为本发明的一种优选方案，所述第二温度阈值为26℃。
作为本发明的一种优选方案，所述第三温度阈值为30℃。
作为本发明的一种优选方案，所述第四温度阈值为15℃。
作为本发明的一种优选方案，所述第五温度阈值为12℃。
作为本发明的一种优选方案，所述第六温度阈值为10℃。
作为本发明的一种优选方案，所述第七温度阈值为7℃。
本发明还提供了一种车载能源系统热管理系统，可实现所述的热管理方法，所述热管理 系统包括冷却液回路、制冷剂回路和电控系统，所述冷却液回路与所述制冷剂回路通过板式 换热器实现相互间的热量传递，BMS电池管理系统根据监测到的车载能源系统中的电池温度 以及所述车载能源系统的循环水进口处的冷却液温度生成热管理指令发送给所述电控系统， 所述电控系统根据接收到的所述热管理指令控制所述冷却液回路和所述制冷剂回路以制冷模 式、自循环模式、待机模式或关机中的任意一种模式实现对所述车载能源系统的热管理，
所述冷却液回路包括电子水泵、膨胀水壶和冷却液循环管路，所述电子水泵根据所述电 控系统的控制信号将所述膨胀水壶中的冷却液泵至所述冷却液循环管路中以带走所述车载能 源系统中的电池热量；
所述制冷剂回路包括压缩机、冷凝器、节流阀和制冷剂管路，所述压缩机将所述板式换 热器输出的气态制冷剂由低压转变为高压后通过所述制冷剂管路输送给所述冷凝器，所述冷 凝器将高压制冷气体转变为高压制冷液体后通过所述制冷剂管路输送给所述节流阀，所述节 流阀将所述高压制冷液体转变为低压湿蒸汽后通过所述制冷剂管路输送给所述板式换热器与 所述冷却液回路中的循环冷却液进行热交换；
所述电控系统包括一控制器，所述控制器与所述车载能源系统的所述BMS电池管理系统 通信连接，所述控制器根据所述BMS电池管理系统发送的所述热管理指令控制所述冷却液回 路和所述制冷剂回路以制冷模式、自循环模式、待机模式或关机中的任意一种模式实现对所 述车载能源系统的热管理。
作为本发明的一种优选方案，所述节流阀为膨胀阀；所述电控系统的所述控制器为飞思 卡尔的MC9S12XET256MAG单片机。
本发明结合车载能源系统的电池温度以及循环冷却液进入车载能源系统的进水口温度判 断是否需要对车载能源系统进行制冷，确保了制冷介入的及时性，有利于降低热管理系统的 工作能耗，同时有利于提升车载能源系统的充放电安全性并延长电池的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附 图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的车载能源系统热管理方法的实现流程图；
图2是本发明一实施例提供的车载能源系统热管理系统的结构示意图。
具体实施方式
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。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利 的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表 实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理 解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中， 需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关 系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此附图中描述位 置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员 而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间 的连接关系，该术语应做广义理解，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， 可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。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。
本发明实施例提供的车载能源系统热管理系统如图2所示，包括冷却液回路、制冷剂回 路和电控系统，冷却液回路与制冷剂回路通过板式换热器1实现相互间的热量传递，冷却液 回路包括电子水泵2、膨胀水壶3和冷却液循环管路100，电子水泵2根据电控系统的控制信 号将膨胀水壶2中的冷却液(优选为“水”)泵至冷却液循环管路100中以带走车载能源系统 中的电池4的热量；
制冷剂回路包括压缩机5、冷凝器6、节流阀7(优选为膨胀阀)和制冷剂管路200，压缩机5将板式换热器1输出的气态制冷剂由低压转变为高压后通过制冷剂管路200输送给冷凝器6，冷凝器6将高压制冷气体转变为高压制冷液体后通过制冷剂管路200输送给节流阀7， 节流阀7将高压制冷液体转变为低压湿蒸汽后通过制冷剂管路200输送给板式换热器1与冷 却液回路中的循环冷却液进行热交换；
电路系统包括一控制器8(优选采用型号为飞思卡尔的MC9S12XET256MAG单片机)，控制 器8与车载能源系统的BMS电池管理系统通信连接，控制器8根据BMS电池管理系统发送的 热管理指令控制冷却液回路和制冷剂回路以制冷模式、自循环模式、待机模式或关机中的任 意一种模式实现对车载能源系统的热管理。
本发明实施例提供的热管理系统对车载能源系统的热管理方法如图1所示，包括：
步骤S1，判断车载能源系统中的各单体电池的平均温度Tmean是否小于等于第一温度阈值 (优选为24℃)或者各单体电池的电池温度(图1中用Tmax表示)是否均未超过第二温度阈 值(优选为26℃)，
若是，则控制关闭热管理系统，不对车载能源系统进行热管理；控制关闭热管理系统的 方法为，车载能源系统的BMS电池管理系统监测到电池温度达到热管理系统关闭条件时，向 热管理系统的控制器8发送一关闭信号，控制器8接收到该关闭信号后控制关闭冷却液回路 中的电子水泵2、制冷剂回路中的压缩机5、冷凝器6，以使得热管理系统进入关机状态；
若否，则转入步骤S2；
步骤S2，判断车载能源系统中的各单体电池的平均温度Tmean是否大于等于第二温度阈值 且是否存在至少一个单体电池的电池温度大于等于第三温度阈值(优选为30℃)，
若是，则开启热管理系统并转入步骤S3；热管理系统开启方法为，车载能源系统的BMS 电池管理系统监测到电池温度达到热管理系统开启条件时，向热管理系统的控制器8发送一 开启信号，控制器8接收到该开启信号后控制开启冷却液回路中的电子水泵2、制冷剂回路 中的压缩机5、冷凝器6，以使得热管理系统进入开启状态；
若否，则保持热管理系统为关闭状态；
步骤S3，判断车辆当前处于行车状态还是充电状态，
若判定为行车状态，则转入步骤S41；
若判定为充电状态，则转入步骤S42；
步骤S41，判断车载能源系统的进水口温度(图1中用T1表示)是否大于等于第四温度 阈值(优选为15℃)，
若是，则控制热管理系统进入制冷模式为车载能源系统降温，
若否，则转入步骤S411；
我们发现，车辆在行驶过程中若车载能源系统的进水口温度维持在15℃左右，车载能源 系统的电池温度通常处于适宜温度区间，车辆的电驱动性能也更容易保持最佳，所以在车辆 处于行驶状态时，我们以将车载能源系统的进水口温度维持在15℃左右为热管理系统的控制 目标。为达到这个控制目标，我们的控制方法为：当监测到处于放电状态的车载能源系统的 进水口温度高于15℃时，控制器8在BMS电池管理系统的控制指令下控制冷却液回路中的电 子水泵2、制冷剂回路中的压缩机5和冷凝器6满功率工作，以确保电池温度能以最快速度 降至适宜的15℃。
步骤S411，判断车载能源系统的进水口温度是否大于第五温度阈值(优选为12℃)且小 于15℃，
若是，则转入步骤S412；
若否，则控制热管理系统进入自循环模式；当车载能源系统的进水口温度小于等于12℃ 时，我们认为车载能源系统中的电池当前温度适宜不需要再通过制冷去进一步降低电池温度， 所以当判断到车载能源系统的进水口温度低于12℃时，车载能源系统的BMS电池管理系统向 热管理系统的控制器8发送一进入自循环模式的信号，控制器8接收到该信号后，控制关闭 制冷剂回路中的压缩机和冷凝器，但启动冷却液回路中的电子水泵，制冷剂回路不工作，仅 由冷却液回路为车载能源系统提供循环冷却液，即可满足车载能源系统当前的换热需求；
步骤S412，判断当前t时刻的上一时刻对车载能源系统的热管理是否为制冷模式，
若是，则保持对车载能源系统的热管理为制冷模式；
若否，则控制热管理系统进入自循环模式；控制进入自循环模式的方法如上所述，在此 不再赘述；
步骤S42，判断车载能源系统的进水口温度是否大于等于第六温度阈值(优选为10℃)， 若是，则控制热管理系统进入制冷模式为车载能源系统降温；
若否，则转入步骤S421；
我们发现在充电状态下，若车载能源系统的进水口温度能够维持在10℃以下，电池温度 通常会处于比较适宜的区间，能够确保电池充电的安全性，有利于延长电池使用寿命，所以 在充电模式下，我们的将热管理目标确定为将车载能源系统的进水口温度保持在10℃左右。 为达到这个控制目标，我们的控制方法为：当监测到处于充电状态的车载能源系统的进水口 温度高于10℃时，控制器8在BMS电池管理系统的热管理指令下控制冷却液回路中的电子水 泵2、制冷剂回路中的压缩机5和冷凝器6满功率工作，以确保电池温度能以最快速度降至 适宜的10℃。
步骤S421，判断车载能源系统的进水口温度是否大于第七温度阈值(优选为7℃)且小 于10℃，
若是，则转入步骤S422；
若否，则控制热管理系统进入自循环模式；
步骤S422，判断当前t时刻的上一时刻对车载能源系统的热管理是否为制冷模式，
若是，则保持对车载能源系统的热管理为制冷模式；
若否，则控制热管理系统进入自循环模式。控制进入自循环模式的方法如上所述，在此 不再赘述。
综上，本发明结合车载能源系统的电池温度以及循环冷却液进入车载能源系统的进水口 温度判断是否需要对车载能源系统进行制冷，确保了制冷介入的及时性，有利于降低热管理 系统的工作能耗，同时有利于提升车载能源系统的充放电安全性并延长电池的使用寿命。
需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领 域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换 只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求 书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (10)

1.一种车载能源系统热管理方法，其特征在于，所述热管理方法包括：
步骤S1，判断车载能源系统中的各单体电池的平均温度Tmean是否小于等于第一温度阈值或者各所述单体电池的电池温度是否均未超过第二温度阈值，所述第二温度阈值大于所述第一温度阈值，
若是，则控制关闭热管理系统，不对所述车载能源系统进行热管理；
若否，则转入步骤S2；
步骤S2，判断所述车载能源系统中的各所述单体电池的平均温度Tmean是否大于等于所述第二温度阈值且是否存在至少一个所述单体电池的电池温度大于等于第三温度阈值，所述第三温度阈值大于所述第二温度阈值，
若是，则开启所述热管理系统并转入步骤S3；
若否，则保持所述热管理系统为关闭状态；
步骤S3，判断车辆当前处于行车状态还是充电状态，
若判定为行车状态，则转入步骤S41；
若判定为充电状态，则转入步骤S42；
步骤S41，判断所述车载能源系统的进水口温度是否大于等于第四温度阈值，
若是，则控制所述热管理系统进入制冷模式为所述车载能源系统降温；
若否，则转入步骤S411；
步骤S411，判断所述车载能源系统的进水口温度是否大于第五温度阈值且小于所述第四温度阈值，
若是，则转入步骤S412；
若否，则控制所述热管理系统进入自循环模式；
S412，判断当前t时刻的上一时刻对所述车载能源系统的热管理是否为制冷模式，
若是，则保持对所述车载能源系统的热管理为制冷模式；
若否，则控制所述热管理系统进入自循环模式；
步骤S42，判断所述车载能源系统的进水口温度是否大于等于第六温度阈值，
若是，则控制所述热管理系统进入制冷模式为所述车载能源系统降温；
若否，则转入步骤S421；
步骤S421，判断所述车载能源系统的进水口温度是否大于第七温度阈值且小于所述第六温度阈值，
若是，则转入步骤S422；
若否，则控制所述热管理系统进入自循环模式；
步骤S422，判断当前t时刻的上一时刻对所述车载能源系统的热管理是否为制冷模式，
若是，则保持对所述车载能源系统的热管理为制冷模式；
若否，则控制所述热管理系统进入自循环模式。
2.根据权利要求1所述的车载能源系统热管理方法，其特征在于，所述第一温度阈值为24℃。
3.根据权利要求1所述的车载能源系统热管理方法，其特征在于，所述第二温度阈值为26℃。
4.根据权利要求1所述的车载能源系统热管理方法，其特征在于，所述第三温度阈值为30℃。
5.根据权利要求1所述的车载能源系统热管理方法，其特征在于，所述第四温度阈值为15℃。
6.根据权利要求1所述的车载能源系统热管理方法，其特征在于，所述第五温度阈值为12℃。
7.根据权利要求1所述的车载能源系统热管理方法，其特征在于，所述第六温度阈值为10℃。
8.根据权利要求1所述的车载能源系统热管理方法，其特征在于，所述第七温度阈值为7℃。
9.一种车载能源系统热管理系统，可实现如权利要求1-8任意一项所述的热管理方法，其特征在于，所述热管理系统包括冷却液回路、制冷剂回路和电控系统，所述冷却液回路与所述制冷剂回路通过板式换热器实现相互间的热量传递，BMS电池管理系统根据监测到的车载能源系统中的电池温度以及所述车载能源系统的循环水进口处的冷却液温度生成热管理指令发送给所述电控系统，所述电控系统根据接收到的所述热管理指令控制所述冷却液回路和所述制冷剂回路以制冷模式、自循环模式、待机模式或关机中的任意一种模式实现对所述车载能源系统的热管理，
所述冷却液回路包括电子水泵、膨胀水壶和冷却液循环管路，所述电子水泵根据所述电控系统的控制信号将所述膨胀水壶中的冷却液泵至所述冷却液循环管路中以带走所述车载能源系统中的电池热量；
所述制冷剂回路包括压缩机、冷凝器、节流阀和制冷剂管路，所述压缩机将所述板式换热器输出的气态制冷剂由低压转变为高压后通过所述制冷剂管路输送给所述冷凝器，所述冷凝器将高压制冷气体转变为高压制冷液体后通过所述制冷剂管路输送给所述节流阀，所述节流阀将所述高压制冷液体转变为低压湿蒸汽后通过所述制冷剂管路输送给所述板式换热器与所述冷却液回路中的循环冷却液进行热交换；
所述电控系统包括一控制器，所述控制器与所述车载能源系统的所述BMS电池管理系统通信连接，所述控制器根据所述BMS电池管理系统发送的所述热管理指令控制所述冷却液回路和所述制冷剂回路以制冷模式、自循环模式、待机模式或关机中的任意一种模式实现对所述车载能源系统的热管理。
10.根据权利要求9所述的车载能源系统热管理系统，其特征在于，所述节流阀为膨胀阀；所述电控系统的所述控制器为飞思卡尔的MC9S12XET256MAG单片机。
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