CN114991249A - 一种电动挖机热管理控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动挖机热管理控制系统及控制方法，该控制方法在充电时采用加热器对电池包进行加热，当电动挖机整机工作过程中，电池包可利用充电机，四合一控制器和电机的散热余量，降低加热器加热功率，优化电量分配，节省能耗；对充电机，四合一控制器，电机进行并联散热，加入水泵，进行强制水流动，控制散热器中水流方向，提高散热器利用效率，同时改水壶为上下独立的两个水壶空间，增加对电池包的并联散热，让其保持在最佳工作状态。

Description

一种电动挖机热管理控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及纯电动挖机热管理技术领域，具体的说是一种电动挖机热管理控制系统及控制方法。

背景技术

在国家大力提倡电车的背景下，工程机械各主机厂也都加大纯电动挖机的投入力度，其中热管理系统尤为关键，影响整机使用时间和寿命，需要为各零部件提供合适的工作温度。

目前纯电动挖机大都采用简单串联散热系统，导致串联在后面的原器件散热不良，甚至冷却液起不到散热作用，且并未对庞大的电池系统进行散热，对电池系统的使用寿命有弊无益。且，现有技术中，未考虑电池包中无加热控制单元的情况，当机器处于极寒地区，充电时，会出现充不进电或充电效率低的情况，且在工作放电时，虽然电池自身在放电时也会放热，但是也不能满足其在合适温度范围，由于温度过低，还会出现电池电量消耗过快的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动挖机热管理控制系统及控制方法，通过利用电机、控制器和充电机的散热余热来加热低温高寒环境中工作的电池包。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种电动挖机热管理控制系统，包括水泵，换热板，加热器，水壶和电动挖机的电池包；

所述水壶内部划分为第一水壶空间和第二水壶空间上下两个独立的空间；所述水泵包括第一水泵和第二水泵；

所述第一水壶空间，电动挖机的电机、充电机和四合一控制器，以及第二水泵通过水管连接，构成辅热系统；

第二水壶空间通过水管依次与电动挖机的电池包、加热器和第一水泵连接；所述第一水泵的出口依次通过第一换向阀、第二三通连接至第二水壶空间；所述换热板的一端通过水管连接所述第二三通的一个水口，另一端通过水管连接至电动挖机的电池包；

所述第一换向阀的一个阀口通过水管连接所述第二水泵的入口；所述电动挖机的电机、充电机和四合一控制器的水管出口通过水管连接至所述电动挖机的电池包。

进一步的，所述第一水壶空间和第二水壶空间内置冷却液。

进一步的，所述第一水壶空间通过水管连接第二水泵，所述第二水泵的出口通过第三四通分别连接电动挖机的充电机、电机和四合一控制器，所述充电机、电机和四合一控制器的水管出口依次通过第二四通、第二换向阀连接至第一水壶空间。

进一步的，所述电动挖机的电池包的进口处设第一四通，所述第一四通的水口分别连接电池包、换热板、第二水壶空间和第二换向阀；

所述电池包的出口处通过第一三通与加热器连接。

进一步的，所述辅热系统还包括散热器，所述散热器的一端通过水管连接所述第二换向阀的一个阀口，另一端通过水管连接至第二水泵的入口。

进一步的，所述第一四通处设温度传感器一；所述第一三通处设温度传感器二；所述第二水泵的入口处设温度传感器三；所述第二四通处设温度传感器四。

进一步的，所述电池包由至少一组电池组组成。

本发明还提供一种电动挖机热管理控制方法，包括：

获取权利要求1至7任意一项所述的电动挖机热管理控制系统中温度传感器一、温度传感器二、温度传感器三和温度传感器四的监测数据T₁、T₂、T₃和T₄；

当T₁<T₄<T_MIN<T_MAX，控制第二换向阀口3和口4形成通路，口1和口2关闭，第一换向阀口2与口1形成通路，第一换向阀口3关闭，启动加热器工作，对由电池包、加热器、第一水泵和第二水泵构成的水路进行加热，同时利用充电机、电机和四合一控制器的散热辅助加热；其中，T_MAX和T_MIN分别为电池包内最高温度和最低温度；

当T₁<T_MIN <T₄<T_MAX，控制第二换向阀口3和口4形成通路，口1和口2关闭，第一换向阀口2与口1形成通路，第一换向阀口3关闭，停止加热器工作，维持电池包系统处于工作温度；

当T₁<T_MIN <T_MAX<T₄，控制第一换向阀口2与口1形成通路，第一换向阀口3关闭，第二换向阀口1、口2、口3和口4均打开，标定第二换向阀的阀门开度，使第二换向阀口3处的冷却液一部分经口2流向散热器进行散热，一部分经口4流向电池包系统进行加热；

当T₄<T₁ <T_MIN <T_MAX，控制第二换向阀口4关闭，口1、口2和口3打开，第一换向阀口1关闭，第一换向阀口2与口3形成通路，控制加热器工作加热冷却液，换热板不工作，使电池包处于工作温度；

当T₄ <T_MIN<T₁ <T_MAX，控制第二换向阀口4关闭，口1、口2和口3打开，第一换向阀口1关闭，第一换向阀口2与口3形成通路，加热器和换热板都不需工作；维持电池包处于工作温度；

当T₄ <T_MIN <T_MAX<T₁，控制第二换向阀口4关闭，口1、口2和口3打开，第一换向阀口1关闭，第一换向阀口2与口3形成通路，控制换热板工作，加热器无须工作，对电池包系统进行散热。

本发明所达到的有益效果为：

（1）本发明通过利用电机、控制器和充电机的散热余热来加热低温高寒环境中工作的电池包。

（2）本发明整个热管理系统中利用并联和水泵增加散热或加热的效率，提高能量利用率。

附图说明

图1为本发明实施例1中的电动挖机热管理系统结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供一种电动挖机热管理控制系统，参见图1，包括电池包，两个水泵，两个换向阀，三个四通，两个三通，换热板，四个温度传感器，加热器，散热器，电机，充电机，四合一控制器和水壶。

参见图1，水壶内部划分为第一水壶空间1和第二水壶空间2上下两个独立的空间。第一水壶空间1和第二水壶空间2内置冷却液。

电机，充电机，四合一控制器，第二水泵和第一水壶空间1构成辅热系统。

第二水壶空间通过水管依次与电池包、加热器和第一水泵连接形成回路。

电池包的进口处通过第一四通与第二水壶空间连接，电池包的出口处通过第一三通与加热器连接。

第一水泵的出口处依次设置第一换向阀和第二三通；具体的，第一水泵的出口连接第一换向阀口2，第二三通的一个水口连接第一换向阀口3。

第二三通的另两个水口，一个水口通过管道经换热板连接至第一四通，一个水口通过管道连接至第二水壶。

第一四通的一个水口处设温度传感器一，用于对电池包进口水温进行监测。

第一三通的一个水口处设温度传感器二，用于对电池包出口水温进行监测。

本实施例中，第二水壶空间中的冷却液经过水管到达第一四通，流经电池包到达第一三通，经过加热器后的冷却液由第一水泵经第一换向阀口2到口3抽吸到第二三通；经由第二三通的一个水口回流到第二水壶，经由第二三通的另一水口经换热板回流到第一四通，形成单个回路。

第一水壶空间通过水管连接第二水泵，第二水泵的出口处设第三四通，第三四通的三个水口分别连接电动挖机中的充电机、电机和四合一控制器，充电机，电机和四合一控制器通过第二四通连接至第一水壶空间。

第二四通和第一水壶之间的管道上还设第二换向阀。具体的，第二换向阀口3连接第二四通的水口，第二换向阀口1通过管道连接至第一水壶，第二换向阀口2通过管道经散热器连接至第二水泵的入口。

第二水泵的入口处设温度传感器三，用于对第二水泵入口水温进行监测。

第二四通处设温度传感器四，用于对流经充电机、电机和四合一控制器后的水温进行监测。

本实施例中，第一水壶中的冷却液经水管到达第二水泵，进入第三四通中，分别流向充电机、电机和四合一控制器，经电机、四合一控制器和充电机的散热余热加热后的冷却液流至第二四通，通过第二换向阀出口1回流至第一水壶，由第二换向阀出口2流出的冷却液经散热器回流至第二水泵形成回路。

需要说明的是，第一换向阀口1通过管道连接第二水泵入口；第二换向阀口4通过管道连接第一四通。

作为一种优选的实施方式，电池包可由一组、两组或多组电池组成。

实施例2

本实施例基于实施例1的电动挖机热管理控制系统，提供一种电动挖机热管理控制方法，该方法包括：

获取温度传感器一、温度传感器二、温度传感器三和温度传感器四的监测数据T₁、T₂、T₃和T₄；

当T₁<T₄<T_MIN<T_MAX，控制第二换向阀口3和口4形成通路，口1和口2关闭，第一换向阀口2与口1形成通路，第一换向阀口3关闭，此时整个热管理系统集成，启动加热器工作，对由电池包、加热器、第一水泵和第二水泵构成的水路进行加热；同时利用充电机、电机和四合一控制器的散热辅助加热；其中，T_MAX和T_MIN分别为电池包内最高温度和最低温度；最高温度和最低温度根据电池包厂家要求的电池包可耐最高温度和最低温度人为设置。

当T₁<T_MIN <T₄<T_MAX，控制第二换向阀口3和口4形成通路，口1和口2关闭，第一换向阀口2与口1形成通路，第一换向阀口3关闭，此时整个热管理系统集成，停止加热器工作，形成最经济的集成回路；

当T₁<T_MIN <T_MAX<T₄，第一换向阀口2与口1形成通路，第一换向阀口3关闭，第二换向阀口1、口2、口3和口4均打开，标定第二换向阀的阀门开度，使第二换向阀口3处的冷却液一部分经口2流向散热器进行散热，一部分经口4流向电池包系统进行加热。

当T₄<T₁ <T_MIN <T_MAX，此时第二换向阀口4关闭，口1、口2和口3打开，第一换向阀口1关闭，第一换向阀口2与口3形成通路，加热器工作加热冷却液，换热板不工作，使电池包处于合适工作温度。

当T₄ <T_MIN<T₁ <T_MAX，此时第二换向阀口4关闭，口1、口2和口3打开，第一换向阀口1关闭，第一换向阀口2与口3形成通路，此时加热器和换热板都不需工作。

当T₄ <T_MIN <T_MAX<T₁，此时第二换向阀口4关闭，口1、口2和口3打开，第一换向阀口1关闭，第一换向阀口2与口3形成通路，此时换热板需要工作，加热器无须工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电动挖机热管理控制系统，其特征在于，包括水泵，换热板，加热器，水壶和电动挖机的电池包；

所述水壶内部划分为第一水壶空间和第二水壶空间上下两个独立的空间；所述水泵包括第一水泵和第二水泵；

所述第一水壶空间，电动挖机的电机、充电机和四合一控制器，以及第二水泵通过水管连接，构成辅热系统；

第二水壶空间通过水管依次与电动挖机的电池包、加热器和第一水泵连接；所述第一水泵的出口依次通过第一换向阀、第二三通连接至第二水壶空间；所述换热板的一端通过水管连接所述第二三通的一个水口，另一端通过水管连接至电动挖机的电池包；

所述第一换向阀的一个阀口通过水管连接所述第二水泵的入口；所述电动挖机的电机、充电机和四合一控制器的水管出口通过水管连接至所述电动挖机的电池包。

2.根据权利要求1所述的一种电动挖机热管理控制系统，其特征在于，所述第一水壶空间和第二水壶空间内置冷却液。

3.根据权利要求1所述的一种电动挖机热管理控制系统，其特征在于，所述第一水壶空间通过水管连接第二水泵，所述第二水泵的出口通过第三四通分别连接电动挖机的充电机、电机和四合一控制器，所述充电机、电机和四合一控制器的水管出口依次通过第二四通、第二换向阀连接至第一水壶空间。

4.根据权利要求3所述的一种电动挖机热管理控制系统，其特征在于，所述电动挖机的电池包的进口处设第一四通，所述第一四通的水口分别连接电池包、换热板、第二水壶空间和第二换向阀；

所述电池包的出口处通过第一三通与加热器连接。

5.根据权利要求4所述的一种电动挖机热管理控制系统，其特征在于，所述辅热系统还包括散热器，所述散热器的一端通过水管连接所述第二换向阀的一个阀口，另一端通过水管连接至第二水泵的入口。

6.根据权利要求4所述的一种电动挖机热管理控制系统，其特征在于，所述第一四通处设温度传感器一；所述第一三通处设温度传感器二；所述第二水泵的入口处设温度传感器三；所述第二四通处设温度传感器四。

7.根据权利要求1所述的一种电动挖机热管理控制系统，其特征在于，所述电池包由至少一组电池组组成。

8.一种电动挖机热管理控制方法，其特征在于，包括：

获取权利要求1至7任意一项所述的电动挖机热管理控制系统中温度传感器一、温度传感器二、温度传感器三和温度传感器四的监测数据T₁、T₂、T₃和T₄；

当T₁<T₄<T_MIN<T_MAX，控制第二换向阀口3和口4形成通路，口1和口2关闭，第一换向阀口2与口1形成通路，第一换向阀口3关闭，启动加热器工作，对由电池包、加热器、第一水泵和第二水泵构成的水路进行加热，同时利用充电机、电机和四合一控制器的散热辅助加热；其中，T_MAX和T_MIN分别为电池包内最高温度和最低温度；

当T₁<T_MIN <T₄<T_MAX，控制第二换向阀口3和口4形成通路，口1和口2关闭，第一换向阀口2与口1形成通路，第一换向阀口3关闭，停止加热器工作，维持电池包系统处于工作温度；

当T₁<T_MIN <T_MAX<T₄，控制第一换向阀口2与口1形成通路，第一换向阀口3关闭，第二换向阀口1、口2、口3和口4均打开，标定第二换向阀的阀门开度，使第二换向阀口3处的冷却液一部分经口2流向散热器进行散热，一部分经口4流向电池包系统进行加热；

当T₄<T₁ <T_MIN <T_MAX，控制第二换向阀口4关闭，口1、口2和口3打开，第一换向阀口1关闭，第一换向阀口2与口3形成通路，控制加热器工作加热冷却液，换热板不工作，使电池包处于工作温度；

当T₄ <T_MIN<T₁ <T_MAX，控制第二换向阀口4关闭，口1、口2和口3打开，第一换向阀口1关闭，第一换向阀口2与口3形成通路，加热器和换热板都不需工作；维持电池包处于工作温度；

当T₄ <T_MIN <T_MAX<T₁，控制第二换向阀口4关闭，口1、口2和口3打开，第一换向阀口1关闭，第一换向阀口2与口3形成通路，控制换热板工作，加热器无须工作，对电池包系统进行散热。

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