CN115503440A - 一种集成式电池余热利用系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种集成式电池余热利用系统及其控制方法；制冷器的第一进口和第一出口分别与电池冷却液管路相连通；电池冷却液管路与电池相配合；制冷器的第二进口通过制冷剂管路与风冷冷凝器的出口、空调HVAC入口、水冷冷凝器的第一出口相连通；制冷剂管路上设置有电子膨胀阀；风冷冷凝器的进口设置有第一截止阀；水冷冷凝器的第一进口设置有第二截止阀；车身空调的进口设置有第三截止阀；制冷器的第二出口通过制冷剂管路与风冷冷凝器的进口、空调HVAC出口、水冷冷凝器的第一进口相连通。本发明有效利用了动力电池系统余热、降低了空调加热功耗。
Description
技术领域
本发明属于汽车控制技术领域，具体涉及一种集成式电池余热利用系统及其控制方法。
背景技术
目前纯电动车型动力电池热管理系统和空调系统相互独立。电池加热通过电加热膜进行；电池制冷采用强制风冷和液冷两种方案，风冷散热效果差，水冷冷却水路中设有制冷器，冷媒经过制冷器时，带走冷却液热量，达到制冷效果。驾驶加热，通过高压水PTC加热冷却液，加热后的冷却液到达暖风系统，加热驾驶室。独立式热管理系统中电池热管理系统和空调系统相互独立，互不关联。系统占用空间大，成本高。而且整车热能不能得到有效利用，系统能耗高，经济效益低。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种集成式电池余热利用系统及其控制方法，有效利用了动力电池系统余热、降低了空调加热功耗。
本发明采用的技术方案是：一种集成式电池余热利用系统，包括电池、制冷器、车身空调、风冷冷凝器、水冷冷凝器、空调暖风机、控制器；制冷器的第一进口和第一出口分别与电池冷却液管路相连通；电池冷却液管路与电池相配合；制冷器的第二进口通过制冷剂管路与风冷冷凝器的出口、空调HVAC进口、水冷冷凝器的第一出口相连通；制冷器的第二进口的制冷剂管路上设置有电子膨胀阀；风冷冷凝器的进口的制冷剂管路上设置有第一截止阀；水冷冷凝器的第一进口的制冷剂管路上设置有第二截止阀；空调HVAC进口的制冷剂管路上设置有第三截止阀；制冷器的第二出口通过制冷剂管路与风冷冷凝器的进口、空调HVAC出口、水冷冷凝器的第一进口相连通；车身空调的压缩机设置于空调HVAC的出口的制冷剂回路上；空调暖风机的出口通过加热水管路与三通的进口相连通；三通的第一出口与水冷冷凝器的第二进口相连通；水冷冷凝器的第二出口通过加热水管路与空调暖风机的进口相连通；三通的第二出口与水冷冷凝器的第二出口和空调暖风机的进口之间的加热水管路相连通；三通用于实现其进口与第一出口和第二出口的导通状态的切换；三通的第二出口与空调暖风机的进口之间的加热水管路上设置有加热器；电池冷却液管路上设置有电池冷却水泵；加热水管路上设置有加热回路水泵；
所述控制器通过CAN线接收车身空调请求、电池单体温度信号，与电池冷却水泵、加热回路水泵、电子膨胀阀、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀和三通的控制端相连接；电池冷却液流转于电池冷却液管路中；制冷剂流转于制冷剂管路中；加热水流转于加热水管路中；电池冷却水泵、加热回路水泵、电子膨胀阀、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀均为常闭状态。
上述技术方案中，还包括环境温度传感器，用于检测环境温度，与控制器电连接。
上述技术方案中，电池冷却液管路通过电池进口和电池出口与电池内部管路相连通；连接电池进口的电池冷却液管路设置有第二温度传感器；连接电池出口的电池冷却液管路设置有第三温度传感器，第二温度传感器和第三温度传感器与控制器电连接。
上述技术方案中，制冷剂管路上设置有由于检测制冷剂温度的第四传感器，第四传感器与控制器电连接。
上述技术方案中，电池本体设置有加热膜，由电池管理系统控制加热。
上述技术方案中，当控制器判定环境温度高于设定的环境温度阈值且电池单体温度高于设定的温度阈值时，控制器驱动电池冷却水泵开启、车身空调的压缩机开启、风冷冷凝器的风扇启动、第一截止阀开启、电子膨胀阀开启；风冷冷凝器进行散热，电池冷却液在制冷器中和制冷剂进行热交换，利用制冷剂为电池冷却液降温，降温后的电池冷却液对电池进行散热。
上述技术方案中，当控制器判定电池单体温度高于设定的温度阈值且接收到驾驶室制冷的外部指令时，控制器驱动电池冷却水泵开启、车身空调的压缩机开启、风冷冷凝器风扇启动，第一截止阀和第三截止阀开启、电子膨胀阀开启、蒸发器总成中鼓风机开启；电池冷却液在制冷器中和制冷剂进行热交换，利用制冷剂为电池冷却液降温，降温后的电池冷却液对电池进行散热；通过调节电子膨胀阀，实现电池和驾驶室制冷量的分配。
上述技术方案中，当控制器判定环境温度低于设定的环境温度低阈值且电池单体温度高于电池第一温度阈值时；控制器驱动电池冷却水泵开启、车身空调的压缩机开启、第二截止阀开启、电子膨胀阀开启；制冷剂回路采用水冷冷凝器进行散热，电池冷却液在制冷器中和制冷剂进行热交换，利用制冷剂为电池冷却液降温，降温后的电池冷却液对电池进行散热；当控制判定水冷冷凝器带走的热量不足以满足电池散热需求时，驱动第一截止阀开启，风冷冷凝器介入，电子风扇按需调节转速；
当车身空调有加热请求时，控制器驱动加热回路水泵开启、空调暖风鼓风机开启、三通的进口与其第一出口连通；车身空调散入到水冷冷凝器中的热量用于加热空调换风机的加热水，进入空调暖风机用于加热驾驶室；当水冷冷凝器传递出的热量不足以满足驾驶室加热需求时，开启加热器，补充加热。
上述技术方案中，当控制器判定环境温度低于设定的环境温度低阈值且电池单体温度高于电池温度阈值时；如果车身空调无加热请求时，第一截止阀开启、第二截止阀保持关闭；
当电池单体最高温度大于等于电池第一温度阈值且小于电池第二温度阈值，且电池单体温差小于温差第一阈值时：
将风冷冷凝器的风扇转速设置为第一转速；电池进水目标水温设置为第一温度；将车身空调的压缩机起始转速设为第一转速,并以电池进口水温与第一温度的差值为输入进行PID调节；将电子膨胀阀初始开度设为第一开度，并以目标过热度进行PID调节；
当电池单体最高温度大于等于电池第一温度阈值且小于电池第二温度阈值，且电池单体温差大于温差第一阈值并小于温差第二阈值时：
将风冷冷凝器的风扇转速设置为第一转速；电池进水目标水温设置为电池单体平均温度与设定温度差值的差值；将车身空调的压缩机起始转速设为第一转速,并以电池进口水温与其目标温度的差值为输入进行PID调节；将电子膨胀阀初始开度设为第一开度，并以目标过热度进行PID调节；
当电池单体最高温度大于等于电池第二温度阈值时：
将风冷冷凝器的风扇转速设置为第二转速；电池进水目标水温设置为第二温度；将车身空调的压缩机起始转速设为第二转速,并以电池进口水温与第二温度的差值为输入进行PID调节；电子膨胀阀以目标过热度进行PID调节。
上述技术方案中，当控制器判定环境温度低于设定的环境温度低阈值且电池单体温度高于电池温度阈值时；如果车身空调有加热请求时，第一截止阀关闭、第二截止阀保持开启，三通的进口与其第一出口连通，水冷冷凝器接入加热水回路；根据驾驶室的制热量和加水回路升温量调节加热器的PWM值；
当电池单体最高温度大于等于电池第一温度阈值且小于电池第二温度阈值，且电池单体温差小于温差第一阈值时：电池进水目标水温设置为第一温度；将车身空调的压缩机起始转速设为第一转速,并以电池进口水温与第一温度的差值为输入进行PID调节；将电子膨胀阀初始开度设为第一开度，并以目标过热度进行PID调节；
当电池单体最高温度大于等于电池第一温度阈值且小于电池第二温度阈值，且电池单体温差大于温差第一阈值并小于温差第二阈值时：电池进水目标水温设置为电池单体平均温度与设定温度差值的差值；将车身空调的压缩机起始转速设为第一转速,并以电池进口水温与其目标温度的差值为输入进行PID调节；将电子膨胀阀初始开度设为第一开度，并以目标过热度进行PID调节；
当电池单体最高温度大于等于电池第二温度阈值时：
将第一截止阀打开、第二截止阀关闭；将风冷冷凝器的风扇转速设置为第二转速；电池进水目标水温设置为第二温度；将车身空调的压缩机起始转速设为第二转速,并以电池进口水温与第二温度的差值为输入进行PID调节；电子膨胀阀以目标过热度进行PID调节；三通的进口与其第二出口连通，水冷冷凝器不接入加热水回路；根据驾驶室的制热量调节加热器的PWM值。
本发明的有益效果是：本发明提供一种集成式电池余热利用系统及控制方法，将电池热管理系统和空调系统进行集成化设计，采用全新的设计理念和控制方法，以达到有效利用电池热能，降低整车能耗，同时减小整车布置空间，简化整车装配的目的。本发明通过在空调系统制冷回路内并联水冷冷凝器、加热回路内加三通阀，实现了动力电池余热利用、降低了驾驶室加热功耗。本发明提出的控制方式可以在不同电池温度、电池单体温差下，采用不同的电池目标进水温度，保证了电池不同使用工况下的电化学性能；根据压缩机、膨胀阀本身特性，设置合适的起始转速和开度，保证热管理系统高效运行；通过对水冷冷凝器加热量的计算，精确控制PTC补偿加热量。实现了低环境温度下，不同整车工况时电池制冷和驾驶室加热协同，有效利用了动力电池系统余热、降低了空调加热功耗。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
图2为本发明的工作状态示意图a；
图3为本发明的工作状态示意图b；
图4为本发明的工作状态示意图c；
图5为本发明的工作状态示意图d；
图6为本发明的工作状态示意图e；
图7为本发明的模块示意图。
其中，1-第一截止阀，2-第二截止阀，3-第三截止阀，4-电子膨胀阀，5-制冷剂温度传感器，6-第二温度传感器，7-第三温度传感器，8-空调HVAC，含蒸发器、鼓风机，9-加热水温度传感器，10-压力传感器，11-三通的进口，12-三通的第一进口，13-三通的第二进口，14-压缩机
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，本发明提供了一种集成式电池余热利用系统，包括电池、制冷器、车身空调、风冷冷凝器、水冷冷凝器、空调暖风机、控制器；制冷器的第一进口和第一出口分别与电池冷却液管路相连通；电池冷却液管路与电池相配合；制冷器的第二进口通过制冷剂管路与风冷冷凝器的出口、空调HVAC进口、水冷冷凝器的第一出口相连通；制冷器的第二进口的制冷剂管路上设置有电子膨胀阀4；风冷冷凝器的进口的制冷剂管路上设置有第一截止阀1；水冷冷凝器的第一进口的制冷剂管路上设置有第二截止阀2；空调HVAC进口的制冷剂管路上设置有第三截止阀3；制冷器的第二出口通过制冷剂管路与风冷冷凝器的进口、空调暖风机的进口、水冷冷凝器的第一进口相连通；车身空调的压缩机14设置于空调HVAC的出口的制冷剂回路上；空调暖风机的出口通过加热水管路与三通的进口11相连通；三通的第一出口12与水冷冷凝器的第二进口相连通；水冷冷凝器的第二出口通过加热水管路与空调暖风机的进口相连通；三通的第二出口13与水冷冷凝器的第二出口和空调暖风机的进口之间的加热水管路相连通；三通用于实现其进口与第一出口和第二出口的导通状态的切换；三通的第二出口13与空调暖风机的进口之间的加热水管路上设置有加热器；电池冷却液管路上设置有电池冷却水泵；加热水管路上设置有加热回路水泵；
所述控制器通过CAN线接收车身空调请求、电池单体温度信号，与电池冷却水泵、加热回路水泵、电子膨胀阀4、第一截止阀1、第二截止阀2、第三截止阀3和三通的控制端相连接；电池冷却液流转于电池冷却液管路中；制冷剂流转于制冷剂管路中；加热水流转于加热水管路中；电池冷却水泵、加热回路水泵、电子膨胀阀4、第一截止阀1、第二截止阀2、第三截止阀3均为常闭状态。
制冷剂回路中设置有压力传感器10，用于检测制冷剂回路压力，并将检测数据反馈至控制器。当控制器判定制冷剂压力过高时断开制冷剂回路，起到压力保护作用。
制冷剂回路中设置有制冷剂温度传感器5，用于检测压缩机排气温度，并将检测数据反馈至控制器。当控制器判定车身空调的压缩机排气温度过高时断开制冷剂回路，保护压缩机。
具体地，还包括环境温度传感器，用于检测环境温度，与控制器电连接。
具体地，电池冷却液管路通过电池进口和电池出口与电池内部管路相连通；连接电池进口的电池冷却液管路设置有第二温度传感器6；连接电池出口的电池冷却液管路设置有第三温度传感器7，第二温度传感器6和第三温度传感器7与控制器电连接。
具体地，制冷剂管路上设置有由于检测制冷剂温度的第四传感器，第四传感器与控制器电连接。
具体地，电池本体设置有加热膜，由电池管理系统控制其加热。
具体地，当控制器判定环境温度高于设定的环境温度阈值且电池温度高于设定的温度阈值时，控制器驱动电池冷却水泵开启、压缩机开启、风冷冷凝器的风扇启动、第一截止阀1开启、电子膨胀阀4开启；风冷冷凝器进行散热，电池冷却液在制冷器中和制冷剂进行热交换，利用制冷剂为电池冷却液降温，降温后的电池冷却液对电池进行散热。
具体地，当控制器判定环境温度高于设定的环境温度阈值且电池温度高于设定的温度阈值且接收到驾驶室制冷的外部指令时，控制器驱动电池冷却水泵开启、车身空调的压缩机开启、风冷冷凝器风扇启动，第一截止阀1和第三截止阀3开启、电子膨胀阀4开启、蒸发器总成中鼓风机8开启；电池冷却液在制冷器中和制冷剂进行热交换，利用制冷剂为电池冷却液降温，降温后的电池冷却液对电池进行散热；通过调节电子膨胀阀4，实现电池和驾驶室制冷量的分配。
具体地，当控制器判定环境温度低于设定的环境温度低阈值且电池单体温度高于电池第一温度阈值时；控制器驱动电池冷却水泵开启、车身空调的压缩机开启、第二截止阀2开启、电子膨胀阀4开启；采用水冷冷凝器进行散热，电池冷却液在制冷器中和制冷剂进行热交换，利用制冷剂为电池冷却液降温，降温后的电池冷却液对电池进行散热；当控制判定水冷冷凝器带走的热量不足以满足电池散热需求时，驱动第一截止阀1开启，风冷冷凝器介入，电子风扇按需调节转速；
当车身空调发出加热请求，控制器驱动加热回路水泵开启、空调暖风鼓风机开启、三通的进口11与其第一出口连通；车身空调散入到水冷冷凝器中的热量用于加热空调换风机的加热水，进入空调暖风机用于加热驾驶室；当水冷冷凝器传递出的热量不足以满足驾驶室加热需求时，开启加热器，补充加热。
具体地，当控制器判定环境温度低于设定的环境温度低阈值且电池单体温度高于电池温度阈值时；如果车身空调空调无加热请求，第一截止阀1开启、第二截止阀2保持关闭；
当电池单体最高温度大于等于电池第一温度阈值且小于电池第二温度阈值，且电池单体温差小于温差第一阈值时：
将风冷冷凝器的风扇转速设置为第一转速；电池进水目标水温设置为第一温度；将车身空调的压缩机起始转速设为第一转速,并以电池进口水温与第一温度的差值为输入进行PID调节；将电子膨胀阀4初始开度设为第一开度，并以目标过热度进行PID调节；
当电池单体最高温度大于等于电池第一温度阈值且小于电池第二温度阈值，且电池单体温差大于温差第一阈值并小于温差第二阈值时：
将风冷冷凝器的风扇转速设置为第一转速；电池进水目标水温设置为电池单体平均温度与设定温度差值的差值；将车身空调的压缩机起始转速设为第一转速,并以电池进口水温与其目标温度的差值为输入进行PID调节；将电子膨胀阀4初始开度设为第一开度，并以目标过热度进行PID调节；
当电池单体最高温度大于等于电池第二温度阈值时：
将风冷冷凝器的风扇转速设置为第二转速；电池进水目标水温设置为第二温度；将车身空调的压缩机起始转速设为第二转速,并以电池进口水温与第二温度的差值为输入进行PID调节；电子膨胀阀4以目标过热度进行PID调节。
具体地，当控制器判定环境温度低于设定的环境温度低阈值且电池单体温度高于电池温度阈值时；如果车身空调空调有加热请求，第一截止阀1关闭、第二截止阀2保持开启，三通的进口11与其第一出口连通，水冷冷凝器接入加热水回路；根据驾驶室的制热量和加水回路升温量调节加热器的PWM值；
当电池单体最高温度大于等于电池第一温度阈值且小于电池第二温度阈值，且电池单体温差小于温差第一阈值时：电池进水目标水温设置为第一温度；将车身空调的压缩机起始转速设为第一转速,并以电池进口水温与第一温度的差值为输入进行PID调节；将电子膨胀阀4初始开度设为第一开度，并以目标过热度进行PID调节；
当电池单体最高温度大于等于电池第一温度阈值且小于电池第二温度阈值，且电池单体温差大于温差第一阈值并小于温差第二阈值时：电池进水目标水温设置为电池单体平均温度与设定温度差值的差值；将车身空调的压缩机起始转速设为第一转速,并以电池进口水温与其目标温度的差值为输入进行PID调节；将电子膨胀阀4初始开度设为第一开度，并以目标过热度进行PID调节；
当电池单体最高温度大于等于电池第二温度阈值时：
将第一截止阀1打开、第二截止阀2关闭；将风冷冷凝器的风扇转速设置为第二转速；电池进水目标水温设置为第二温度；将车身空调的压缩机起始转速设为第二转速,并以电池进口水温与第二温度的差值为输入进行PID调节；电子膨胀阀4以目标过热度进行PID调节；三通的进口11与其第二出口连通，水冷冷凝器不接入加热水回路；根据驾驶室的制热量调节加热器的PWM值。
本具体实施例的电池余热利用系统方案如图2-6所示，可以实现驾驶室制冷、加热，电池制冷、加热、均温自循环、余热利用。并具备以下工作模式：
(1)电池制冷
如图2所示，当环境温度较高，电池单体最高温度高于Tbatmax1时，电池需要制冷。电池冷却水泵开启，车身空调的压缩机开启，风冷冷凝器风扇启动，第一截止阀1开启，电子膨胀阀开启。空调系统用风冷冷凝器进行散热，电池冷却回路冷却液在制冷器中和空调冷媒进行热交换，利用空调冷媒的制冷剂给冷却液降温，降温后的冷却液对电池进行散热。
(2)电池加热
电池单体最低温度低于Tbatmin1时，电池需要加热。电池管理系统控制电加热膜，为电池加热。
(3)驾驶室制冷
如图3所示，根据空调系统发的指令执行，控制器驱动压缩机开启，风冷冷凝器风扇启动，第一截止阀和第三截止阀开启，蒸发器总成中鼓风机开启。空调系统用风冷冷凝器进行散热。
(4)驾驶室加热
如图4所示，根据空调系统发的指令执行，控制器驱动空调水加热回路水泵开启，PTC开启，三通阀置0(即三通的进口与三通的第二进口连通)，空调暖风鼓风机开启。利用水PTC给加热水水路加热，加热后的加热水回路加热驾驶室。可以通过调节PTC的加热功率来调节空调暖风进水温度，从而调节驾驶室加热量。
(5)驾驶室、电池制冷协同
如图5所示，当电池和驾驶室同时存在制冷需求时，电池冷却水泵开启，空调车身发压缩机开启，风冷冷凝器风扇启动，第一截止阀1和第三截止阀3开启，电子膨胀阀开启，蒸发器总成中鼓风机开启。空调系统用风冷冷凝器进行散热，在制冷器中和空调冷媒制冷剂进行热交换，利用空调冷媒制冷剂给电池冷却液降温，降温后的电池冷却液对电池进行散热。通过调节电子膨胀阀，可以实现电池和驾驶室制冷量的分配。
(6)电池余热利用
如图6所示，当环境温度较低，电池需要散热、驾驶室需要加热时：
电池冷却水泵开启，车身空调的压缩机开启，第二截止阀2开启，电子膨胀阀开启。空调系统用水冷冷凝器进行散热，在制冷器中和空调冷媒制冷剂进行热交换，利用空调冷媒制冷剂给冷却液降温，降温后的冷却液对电池进行散热。当水冷冷凝器带走的热量不足以满足电池散热需求时第一截止阀1开启，风冷冷凝器介入，电子风扇按需调节转速。
空调水加热回路水泵开启，空调暖风鼓风机开启，三通阀置1即三通的进口与三通的第一进口连通)。空调系统散入到水冷冷凝器中的热量用于加热空调加热水，进入空调暖风系统加热驾驶室。实现电池余热利用。当水冷冷凝器传递出的热量不足以满足驾驶室加热需求时，开启水PTC，补充加热。
其中电池余热利用模式控制方法如下：
当环境温度较低、低于Tamb1时。电池单体最高温度Tbatmax高于Tbatmax1时，电池制冷开启，电池水泵开启，读取空调状态信号、电池进水温度信号。
当空调关闭，冷媒常闭截止阀1开启、冷媒常闭截止阀2保持关闭。
电池单体最高温度Tbatmax1≤Tbatmax＜Tbatmax2且电池单体温差△T＜△T1时：风冷冷凝器风扇转速n1；电池进水目标水温Tw1；压缩机起始转速ncmp1,并以Tw-Tw1为输入进行PID调节；电子膨胀阀初始开度K1，为根据电子膨胀阀特性给定的经验值，并以目标过热度SC0进行PID调节。
由于空调系统和电池热管理系统共用压缩机。即使驾驶室制冷功能关闭，但是电池需要制冷，车身空调的压缩机运转，使制冷剂带走电池制冷器内的热量。
PID调节通用公式如下：
电池单体最高温度Tbatmax1≤Tbatmax＜Tbatmax2且电池单体温差△T1＜△T＜△T2时：风冷冷凝器风扇转速n1；电池进水目标水温Tbatavg-T0；压缩机起始转速ncmp1,并以Tw-(Tbatavg-T0)为输入进行PID调节；电子膨胀阀初始开度K1，并以目标过热度SC0进行PID调节。
当电池单体最高温度Tbatmax2≤Tbatmax时，风冷冷凝器风扇转速n2；电池进水目标水温Tw2；压缩机起始转速ncmp2,并以Tw-Tw2为输入进行PID调节；电子膨胀阀以目标过热度SC0进行PID调节。
当空调开启，第一截止阀1保持关闭、第二截止阀2开启，三通阀置1、水冷冷凝器接入空调加热水路，根据Q-cρυ(T2-T1)调节空调加热水PTC的PWM值。
电池单体最高温度Tbatmax1≤Tbatmax＜Tbatmax2且电池单体温差△T＜△T1时：电池进水目标水温Tw1；压缩机起始转速ncmp1,并以Tw-Tw1为输入进行PID调节；电子膨胀阀初始开度K1，并以目标过热度SC0进行PID调节。
电池单体最高温度Tbatmax1≤Tbatmax＜Tbatmax2且电池单体温差△T1＜△T＜△T2时：电池进水目标水温Tbatavg-T0；压缩机起始转速ncmp1,并以Tw-(Tbatavg-T0)为输入进行PID调节；电子膨胀阀初始开度K1，并以目标过热度SC0进行PID调节。
当电池单体最高温度Tbatmax2≤Tbatmax时，第一截止阀1保打开、第二截止阀2关闭，风冷冷凝器风扇转速n2；电池进水目标水温Tw2；压缩机起始转速ncmp2,并以Tw-Tw2为输入进行PID调节；电子膨胀阀以目标过热度SC0进行PID调节；三通阀置0、水冷冷凝器不介入空调加热水路，根据Q调节空调加热水PTC的PWM值。
通过以上控制方法，不同电池温度、电池单体温差下，采用不同的电池目标进水温度，保证了电池不同使用工况下的电化学性能；根据压缩机、膨胀阀本身特性，设置合适的起始转速和开度，保证热管理系统高效运行；通过对水冷冷凝器加热量的计算，精确控制PTC补偿加热量。实现了低环境温度下，不同整车工况时电池制冷和驾驶室加热协同，有效利用了动力电池系统余热、降低了空调加热功耗。
上文中各参数的定义和设定方式如下：
Tamb1，低温余热回收环境温度判定值；(采用驾驶室需要加热的温度，通常15℃以下)
Tbatmax，电池单体最高温度值；
Tbatmax1、Tbatmax2，电池热管理系统工况判定值，电池单体最高温度判定值；(由动力电池特性、维保要求决定，通常由仿真分析给出初始值，后期可实车标定)
△T，电池单体温差；
△T1、△T2，电池热管理系统工况判定值，电池单体温差判定值；(由动力电池特性、维保要求决定，通常由仿真分析给出初始值，后期可实车标定)
Tw，电池进口水温；
Tw1、Tw2，不同工况下电池进口目标水温；(由动力电池特性、维保要求决定，通常由仿真分析给出初始值，后期可实车标定)
Tbatavg，电池单体平均温度；
T0，设定温度差值；(给定初始经验值，后期实车标定)
ncmp1、ncmp2,不同工况下压缩机起始转速；(根据压缩机转速与制冷量的对应关系，给定初始经验值，后期实车标定)
n1、n2，不同工况下风冷冷凝器风扇转速；(根据风扇转速与冷凝器散热量的对应关系，给定初始经验值，后期实车标定)
K1，电子膨胀阀初始开度；(根据电子膨胀阀特性给定初始经验值，后期实车标定)
SC0，目标过热度；(给定初始经验值，后期实车标定)
Q，驾驶室制热量；
c，驾驶室加热水比热容；
ρ，驾驶室加热水密度；
υ，驾驶室加热水流量；
T1，位于三通进口处的加热水温度传感器检测到的水温值；
T2，位于三通第二出口的加热水温度传感器检测到的水温值。
该发明通过集成化设计思路，实现了驾驶室、电池系统之间的能量交换，通过在空调系统制冷回路内并联水冷冷凝器、加热回路内加三通阀，实现了动力电池余热利用、降低了驾驶室加热功耗。同时减小了整车布置空间，简化了整车装配。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种集成式电池余热利用系统，其特征在于：包括电池、制冷器、车身空调、风冷冷凝器、水冷冷凝器、空调暖风机、控制器；制冷器的第一进口和第一出口分别与电池冷却液管路相连通；电池冷却液管路与电池相配合；制冷器的第二进口通过制冷剂管路与风冷冷凝器的出口、空调HVAC入口、水冷冷凝器的第一出口相连通；制冷器的第二进口的制冷剂管路上设置有电子膨胀阀；风冷冷凝器的进口的制冷剂管路上设置有第一截止阀；水冷冷凝器的第一进口的制冷剂管路上设置有第二截止阀；空调HVAC进口的制冷剂管路上设置有第三截止阀；制冷器的第二出口通过制冷剂管路与风冷冷凝器的进口、空调HVAC的出口、水冷冷凝器的第一进口相连通；车身空调的压缩机设置于空调HVAC的出口的制冷剂回路上；空调暖风机的出口通过加热水管路与三通的进口相连通；三通的第一出口与水冷冷凝器的第二进口相连通；水冷冷凝器的第二出口通过加热水管路与空调暖风机的进口相连通；三通的第二出口与水冷冷凝器的第二出口和空调暖风机的进口之间的加热水管路相连通；三通用于实现其进口与第一出口和第二出口的导通状态的切换；三通的第二出口与空调暖风机的进口之间的加热水管路上设置有加热器；电池冷却液管路上设置有电池冷却水泵；加热水管路上设置有加热回路水泵；
所述控制器通过CAN线接收车身空调请求、电池单体温度信号，与电池冷却水泵、加热回路水泵、电子膨胀阀、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀和三通的控制端相连接；电池冷却液流转于电池冷却液管路中；制冷剂流转于制冷剂管路中；加热水流转于加热水管路中；电池冷却水泵、加热回路水泵、电子膨胀阀、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀均为常闭状态。
2.根据权利要求1所述的一种集成式电池余热利用系统，其特征在于：还包括环境温度传感器，用于检测环境温度，与控制器电连接。
3.根据权利要求2所述的一种集成式电池余热利用系统，其特征在于：电池冷却液管路通过电池进口和电池出口与电池内部管路相连通；连接电池进口的电池冷却液管路设置有第二温度传感器；连接电池出口的电池冷却液管路设置有第三温度传感器，第二温度传感器和第三温度传感器与控制器电连接。
4.根据权利要求3所述的一种集成式电池余热利用系统，其特征在于：制冷剂管路上设置有由于检测制冷剂温度的第四传感器，第四传感器与控制器电连接。
5.根据权利要求4所述的一种集成式电池余热利用系统，其特征在于：电池本体设置有加热膜，由电池管理系统控制加热。
6.如权利要求4所述的一种集成式电池余热利用系统的控制方法，其特征在于：当控制器判定环境温度高于设定的环境温度阈值且电池单体温度高于设定的温度阈值时，控制器驱动电池冷却水泵开启、车身空调的压缩机开启、风冷冷凝器的风扇启动、第一截止阀开启、电子膨胀阀开启；风冷冷凝器进行散热，电池冷却液在制冷器中和制冷剂进行热交换，利用制冷剂为电池冷却液降温，降温后的电池冷却液对电池进行散热。
7.根据权利要求6所述的一种集成式电池余热利用系统的控制方法，其特征在于：当控制器判定电池单体温度高于设定的温度阈值且接收到驾驶室制冷的外部指令时，控制器驱动电池冷却水泵开启、车身空调的压缩机开启、风冷冷凝器风扇启动，第一截止阀和第三截止阀开启、电子膨胀阀开启、蒸发器总成中鼓风机开启；电池冷却液在制冷器中和制冷剂进行热交换，利用制冷剂为电池冷却液降温，降温后的电池冷却液对电池进行散热；通过调节电子膨胀阀，实现电池和驾驶室制冷量的分配。
8.根据权利要求6所述的一种集成式电池余热利用系统的控制方法，其特征在于：当控制器判定环境温度低于设定的环境温度低阈值且电池单体温度高于电池第一温度阈值时；控制器驱动电池冷却水泵开启、车身空调的压缩机开启、第二截止阀开启、电子膨胀阀开启；制冷剂回路采用水冷冷凝器进行散热，电池冷却液在制冷器中和制冷剂进行热交换，利用制冷剂为电池冷却液降温，降温后的电池冷却液对电池进行散热；当控制判定水冷冷凝器带走的热量不足以满足电池散热需求时，驱动第一截止阀开启，风冷冷凝器介入，电子风扇按需调节转速；
当车身空调有加热请求时，控制器驱动加热回路水泵开启、空调暖风鼓风机开启、三通的进口与其第一出口连通；车身空调散入到水冷冷凝器中的热量用于加热空调换风机的加热水，进入空调暖风机用于加热驾驶室；当水冷冷凝器传递出的热量不足以满足驾驶室加热需求时，开启加热器，补充加热。
9.根据权利要求8所述的一种集成式电池余热利用系统的控制方法，其特征在于：当控制器判定环境温度低于设定的环境温度低阈值且电池单体温度高于电池温度阈值时；如果车身空调无加热请求，第一截止阀开启、第二截止阀保持关闭；
当电池单体最高温度大于等于电池第一温度阈值且小于电池第二温度阈值，且电池单体温差小于温差第一阈值时：
将风冷冷凝器的风扇转速设置为第一转速；电池进水目标水温设置为第一温度；将车身空调的压缩机起始转速设为第一转速,并以电池进口水温与第一温度的差值为输入进行PID调节；将电子膨胀阀初始开度设为第一开度，并以目标过热度进行PID调节；
当电池单体最高温度大于等于电池第一温度阈值且小于电池第二温度阈值，且电池单体温差大于温差第一阈值并小于温差第二阈值时：
将风冷冷凝器的风扇转速设置为第一转速；电池进水目标水温设置为电池单体平均温度与设定温度差值的差值；将车身空调的压缩机起始转速设为第一转速,并以电池进口水温与其目标温度的差值为输入进行PID调节；将电子膨胀阀初始开度设为第一开度，并以目标过热度进行PID调节；
当电池单体最高温度大于等于电池第二温度阈值时：
将风冷冷凝器的风扇转速设置为第二转速；电池进水目标水温设置为第二温度；将车身空调的压缩机起始转速设为第二转速,并以电池进口水温与第二温度的差值为输入进行PID调节；电子膨胀阀以目标过热度进行PID调节。
10.根据权利要求8所述的一种集成式电池余热利用系统的控制方法，其特征在于：当控制器判定环境温度低于设定的环境温度低阈值且电池单体温度高于电池温度阈值时；如果车身空调有加热请求，第一截止阀关闭、第二截止阀保持开启，三通的进口与其第一出口连通，水冷冷凝器接入加热水回路；根据驾驶室的制热量和加水回路升温量调节加热器的PWM值；
当电池单体最高温度大于等于电池第一温度阈值且小于电池第二温度阈值，且电池单体温差小于温差第一阈值时：电池进水目标水温设置为第一温度；将车身空调的压缩机起始转速设为第一转速,并以电池进口水温与第一温度的差值为输入进行PID调节；将电子膨胀阀初始开度设为第一开度，并以目标过热度进行PID调节；
当电池单体最高温度大于等于电池第一温度阈值且小于电池第二温度阈值，且电池单体温差大于温差第一阈值并小于温差第二阈值时：电池进水目标水温设置为电池单体平均温度与设定温度差值的差值；将车身空调的压缩机起始转速设为第一转速,并以电池进口水温与其目标温度的差值为输入进行PID调节；将电子膨胀阀初始开度设为第一开度，并以目标过热度进行PID调节；
当电池单体最高温度大于等于电池第二温度阈值时：
将第一截止阀打开、第二截止阀关闭；将风冷冷凝器的风扇转速设置为第二转速；电池进水目标水温设置为第二温度；将车身空调的压缩机起始转速设为第二转速,并以电池进口水温与第二温度的差值为输入进行PID调节；电子膨胀阀以目标过热度进行PID调节；三通的进口与其第二出口连通，水冷冷凝器不接入加热水回路；根据驾驶室的制热量调节加热器的PWM值。
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