CN114683967A - 一种电动车ptc加热电池包的自适应控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源汽车电池包热管理技术领域，具体涉及一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法及系统。提出了一种智能控制算法，根据当前时间段内PTC加热器的耗电量与电池包因低温导致的电量损耗的比较结果，对下一时间段的PTC加热器输出功率进行修正，进而使PTC加热器消耗的电池电量与降低的电池包低温能量损耗保持平衡，使电池包总的非驱动能量损耗降低，提升电动车的续航里程；提出了一种PTC控制系统，通过设置车辆外部温度传感器、电池包温度传感器和车载处理器，能够实时采集环境温度值、电池包温度值并进行处理和计算，然后通过PTC控制器对PTC加热器的输出功率进行实时控制，进而实现低温环境下电池包能量消耗的最优控制。

Description

一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法及系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车电池包热管理技术领域，具体涉及一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法及系统。
背景技术
随着新能源技术的发展，电动车型逐渐成为了车辆市场的主力，电动汽车在行驶经济性和环境友好程度上有很大优势，有很好的发展前景。但是电动汽车的续驶里程较短，在日常使用中很不方便。随着温度的降低，特别是外界温度低于0℃时，动力电池包的剩余可用电量将大幅降低，使电动汽车的续驶里程有很大缩减。电动汽车的续驶里程取决于动力电池包的剩余可用电量和电动汽车的能量消耗。其中动力电池包的剩余可用电量受温度的影响较大，因此可以在电动汽车的使用过程中调节电池包温度，从而优化电动汽车的续驶里程。
现有技术通常采用PTC加热器对车辆电池包进行加热，以使电池包运行在合适的温度，进而提升电动汽车在低温下的使用性能。但是PTC加热器在使用过程中同样会消耗电池包的电量，现有技术并未考虑在PTC加热器消耗电池电量与降低电池包低温能量损耗之间寻找平衡，进而实现低温环境下电池包能量消耗的最优控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法及系统，在低温环境下，能够根据电池包耗电情况实时修正PTC加热功率，降低电池包的总能量消耗，提升电动车的续航里程。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法，包括如下步骤：
S1，判断环境温度是否小于预设环境温度，若是，则执行步骤S2，若否，则自适应控制方法不工作；
S2，判断电池包温度是否小于PTC启动温度，若是，则执行步骤S3，若否，则自适应控制方法不工作；
S3，控制Tn时间段内PTC加热器的输出功率Pn＝P0，其中P0为预设的PTC初始功率，同时计算出Tn时间段内PTC加热器的耗电量Q1n；
S4，检测Tn时间段内电池包的实时温度值，并计算出Tn时间段内电池包的平均温度值Kn；
S5，根据Kn计算出Tn时间段内电池包因低温导致的电量损耗Q2n；
S6，判断Q2n是否大于Q1n，若是，则控制Tn+1时间段内PTC加热器的输出功率Pn+1＝1.2×P0，若是，则控制Tn+1时间段内PTC加热器的输出功率Pn+1＝0.8×P0；
S7，令n＝n+1，并重新执行步骤S1。
进一步的，在步骤S3中，所述Tn时间段内PTC加热器的耗电量Q1n具体计算公式为：
Figure BDA0003571917470000021
进一步的，在步骤S5中，所述Tn时间段内电池包因低温导致的电量损耗Q2n具体计算公式为：
Figure BDA0003571917470000022
其中，Sn为实验室测量得到的温度值为Kn时电池包的单位时间低温能耗，所述Sn已预先存储在存储器中。
进一步的，在步骤S1中，所述环境温度值通过车辆外部温度传感器采集，所述预设环境温度预先输入存储器中，所述预设环境温度具体为0℃。
进一步的，在步骤S2中，所述电池包温度通过电池包温度传感器采集，所述PTC启动温度预先输入存储器中，所述PTC启动温度具体为-25℃。
进一步的，所述PTC加热器的输出功率通过PTC控制器进行控制。
进一步的，所述计算和判断过程均在车载处理器中进行。
一种采用如上所述自适应控制方法的PTC控制系统，包括PTC控制器、车辆外部温度传感器、电池包温度传感器和车载处理器，所述车载处理器设有存储器；
所述PTC控制器用于接收所述车载处理器的信号并对PTC加热器的输出功率进行控制；
所述车辆外部温度传感器，设于电动车头部，用于采集实时环境温度值；
所述电池包温度传感器，设于电池包外表面，用于采集电池包的实时温度值。
进一步的，所述PTC控制器、车辆外部温度传感器、电池包温度传感器均与所述车载处理器电连接。
一种电动汽车，所述电动汽车装有如上所述的PTC控制系统。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
1、提出了一种智能控制算法，根据当前时间段内PTC加热器的耗电量与电池包因低温导致的电量损耗的比较结果，对下一时间段的PTC加热器输出功率进行修正，进而使PTC加热器消耗的电池电量与降低的电池包低温能量损耗保持平衡，使电池包总的非驱动能量损耗降低，提升电动车的续航里程；
2、提出了一种PTC控制系统，通过设置车辆外部温度传感器、电池包温度传感器和车载处理器，能够实时采集环境温度值、电池包温度值并进行处理和计算，然后通过PTC控制器对PTC加热器的输出功率进行实时控制，进而实现低温环境下电池包能量消耗的最优控制。
附图说明
图1为本发明自适应控制方法流程图；
图2为本发明实施例中PTC功率随时间的变化曲线；
图3为本发明实施例中实验室测得的电池包低温能耗随温度的变化曲线；
图4为本发明PTC控制系统示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
一、一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法
如图1所示，本发明的一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法，具体包括如下步骤：
S1，判断环境温度是否小于预设环境温度，若是，则执行步骤S2，若否，则自适应控制方法不工作；
S2，判断电池包温度是否小于PTC启动温度，若是，则执行步骤S3，若否，则自适应控制方法不工作；
S3，控制Tn时间段内PTC加热器的输出功率Pn＝P0，其中P0为预设的PTC初始功率，同时计算出Tn时间段内PTC加热器的耗电量Q1n；
S4，检测Tn时间段内电池包的实时温度值，并计算出Tn时间段内电池包的平均温度值Kn；
S5，根据Kn计算出Tn时间段内电池包因低温导致的电量损耗Q2n；
S6，判断Q2n是否大于Q1n，若是，则控制Tn+1时间段内PTC加热器的输出功率Pn+1＝1.2×P0，若是，则控制Tn+1时间段内PTC加热器的输出功率Pn+1＝0.8×P0；
S7，令n＝n+1，并重新执行步骤S1。
采用如上步骤，反复对各时间段内PTC加热器的输出功率进行修正，能够使PTC加热器消耗的电池电量与降低的电池包低温能量损耗保持平衡，使电池包总的非驱动能量损耗降低，进而提升电动车的续航里程。
进一步的，在步骤S3中，所述Tn时间段内PTC加热器的耗电量Q1n具体计算公式为：
Figure BDA0003571917470000051
进一步的，在步骤S5中，所述Tn时间段内电池包因低温导致的电量损耗Q2n具体计算公式为：
Figure BDA0003571917470000052
其中，Sn为实验室测量得到的温度值为Kn时电池包的单位时间低温能耗，所述Sn已预先存储在存储器中。
进一步的，在步骤S1中，所述环境温度值通过车辆外部温度传感器采集，所述预设环境温度预先输入存储器中，所述预设环境温度具体为0℃。
进一步的，在步骤S2中，所述电池包温度通过电池包温度传感器采集，所述PTC启动温度预先输入存储器中，所述PTC启动温度具体为-25℃。
进一步的，所述PTC加热器的输出功率通过PTC控制器进行控制。
本实施例中，PTC加热器采用热敏电阻，在低温环境下，PTC加热器的输出功率P与输入电流I与电阻值R相关，具体公式为：
P＝I2R
而PTC加热器的电阻值R与PTC加热器的实时温度值Kp相关，即：
P＝I2R＝I2c1KP
其中，C1为PTC加热器的热敏系数。
进一步的，随着PTC加热器的实时温度值Kp升高，热敏系数C1也会增大，即：
P＝I2R＝I2c1KP＝I2c1c2 t
其中，C2为与温度相关系数。
通过实验可以得出，本实施例中，PTC加热器的输出功率随时间的变化曲线如图2所示。
更进一步的，本实施例中，实验室测量得到的电池包的单位时间低温能耗S随电池包温度值的变化曲线如图3所示；
由图3可近似得出，电池包因低温导致的电量损耗Q2具体为：
Figure BDA0003571917470000061
其中，Smax为-25℃时电池包的单位时间低温能耗。
二、一种自适应PTC控制系统
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种自适应PTC控制系统，采用如上所述的自适应控制方法，如图4所示，在现有PTC加热器控制系统的基础上，增加了车辆外部温度传感器、电池包温度传感器和车载处理器，所述车载处理器设有存储器；
其中，现有的PTC控制器与所述车载处理器电连接，用于接收所述车载处理器的信号并对PTC加热器的输出功率进行控制；
所述车辆外部温度传感器，设于电动车头部，用于采集实时环境温度值；
所述电池包温度传感器，设于电池包外表面，用于采集电池包的实时温度值。
进一步的，所述PTC控制器、车辆外部温度传感器、电池包温度传感器均与所述车载处理器电连接，所述车载处理器用于接收传感器的信号进行处理和计算，进而生成相应的控制信号发送给PTC控制器。
综上所述，采用本发明的一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法及系统：
1、提出了一种智能控制算法，根据当前时间段内PTC加热器的耗电量与电池包因低温导致的电量损耗的比较结果，对下一时间段的PTC加热器输出功率进行修正，进而使PTC加热器消耗的电池电量与降低的电池包低温能量损耗保持平衡，使电池包总的非驱动能量损耗降低，提升电动车的续航里程；
2、提出了一种PTC控制系统，通过设置车辆外部温度传感器、电池包温度传感器和车载处理器，能够实时采集环境温度值、电池包温度值并进行处理和计算，然后通过PTC控制器对PTC加热器的输出功率进行实时控制，进而实现低温环境下电池包能量消耗的最优控制。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种电动汽车，所述电动汽车装有如上所述的PTC控制系统。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，判断环境温度是否小于预设环境温度，若是，则执行步骤S2，若否，则自适应控制方法不工作；
S2，判断电池包温度是否小于PTC启动温度，若是，则执行步骤S3，若否，则自适应控制方法不工作；
S3，控制Tn时间段内PTC加热器的输出功率Pn＝P0，其中P0为预设的PTC初始功率，同时计算出Tn时间段内PTC加热器的耗电量Q1n；
S4，检测Tn时间段内电池包的实时温度值，并计算出Tn时间段内电池包的平均温度值Kn；
S5，根据Kn计算出Tn时间段内电池包因低温导致的电量损耗Q2n；
S6，判断Q2n是否大于Q1n，若是，则控制Tn+1时间段内PTC加热器的输出功率Pn+1＝1.2×P0，若是，则控制Tn+1时间段内PTC加热器的输出功率Pn+1＝0.8×P0；
S7，令n＝n+1，并重新执行步骤S1。
2.根据权利要求1所述的一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法，其特征在于步骤S3中，所述Tn时间段内PTC加热器的耗电量Q1n具体计算公式为：
Figure FDA0003571917460000011
3.根据权利要求1所述的一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法，其特征在于步骤S5中，所述Tn时间段内电池包因低温导致的电量损耗Q2n具体计算公式为：
Figure FDA0003571917460000012
其中，Sn为实验室测量得到的温度值为Kn时电池包的单位时间低温能耗，所述Sn已预先存储在存储器中。
4.根据权利要求1所述的一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法，其特征在于步骤S1中，所述环境温度值通过车辆外部温度传感器采集，所述预设环境温度预先输入存储器中，所述预设环境温度具体为0℃。
5.根据权利要求1所述的一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法，其特征在于步骤S2中，所述电池包温度通过电池包温度传感器采集，所述PTC启动温度预先输入存储器中，所述PTC启动温度具体为-25℃。
6.根据权利要求1所述的一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法，其特征在于，所述PTC加热器的输出功率通过PTC控制器进行控制。
7.根据权利要求1所述的一种电动车PTC加热电池包的自适应控制方法，其特征在于，所述计算和判断过程均在车载处理器中进行。
8.一种采用权利要求1至7中任意一项所述自适应控制方法的PTC控制系统，其特征在于，包括PTC控制器、车辆外部温度传感器、电池包温度传感器和车载处理器，所述车载处理器设有存储器；
所述PTC控制器用于接收所述车载处理器的信号并对PTC加热器的输出功率进行控制；
所述车辆外部温度传感器，设于电动车头部，用于采集实时环境温度值；
所述电池包温度传感器，设于电池包外表面，用于采集电池包的实时温度值。
9.根据权利要求8所述的PTC控制系统，其特征在于，所述PTC控制器、车辆外部温度传感器、电池包温度传感器均与所述车载处理器电连接。
10.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求8所述的PTC控制系统。
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