CN115891561A - 一种增程式混合动力汽车集成热管理系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增程式混合动力汽车热管理系统及其控制方法，该系统包括增程器冷却单元、乘员舱制热空调单元、电驱动冷却单元和电池热管理单元，乘员舱制热空调单元设置有热交换器，热交换器分别与电池热管理单元、增程器冷却单元连接，以实现乘员舱制热单元与电池热管理单元之间的热交换；热交换器还通过四通电磁阀与电驱动冷却单元相连接，以切换电池热管理回路和电驱动冷却回路的串、并联模式，在低温环境中实现电池的快速加热。与现有技术相比，本发明充分利用增程器、电驱动系统运行时产生的废热，并将其用于低温环境下乘员舱和电池的加热，能够有效提高乘员舱的热舒适性以及动力电池的运行效率和使用寿命，并减少加热过程中的能量损耗。

Description

一种增程式混合动力汽车集成热管理系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车热管理技术领域，尤其是涉及一种增程式混合动力汽车集成热管理系统及其控制方法。

背景技术

从汽车节能减排的趋势来看，纯电动车因其“零油耗、零排放”的特点而被视为最理想的新能源汽车类型。然而，由于纯电动汽车续航里程不足、电池成本高等问题在短期内无法取得突破，因此，兼具燃油车和电动车优点的增程式混合动力汽车成为了向纯电动汽车过渡的最佳技术方案。增程式混合动力汽车是在纯电动车的基础上配置增程器，利用增程器发电进行电池电能补充或驱动车辆，在充分利用电网充入的低成本电能的同时，能够延伸电动车的续驶里程，从而在长距离行驶中更具优势。

但在冬季低温条件下，电池的功率和可用容量衰退严重，充放电效率下降，再加上对乘员舱和电池组加热产生的能量损耗，使得增程式混动动力汽车的综合续驶里程大幅下降。增程式混合动力汽车一般具有增程器冷却回路、电驱动系统冷却回路、电池热管理回路和乘员舱制热空调回路。目前普遍采用的分布式热管理系统由于没有将各回路耦合，导致动力总成工作产生的大量废热散失在外部环境中，无法被有效利用起来。而在低温环境下，若能将增程器废热和电驱动系统废热用于动力电池和乘员舱的加热，将在很大程度上缓解动力电池低温充放电效率低和容量衰退的问题，并降低PTC消耗的能量，提高增程式电动车的经济性和乘员舱的热舒适性。因此，有必要提出改进的技术方案，以优化现有增程式热管理中存在的问题，充分协调整车热流，实现精准、全面和节能的热控制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种增程式混合动力汽车集成热管理系统及其控制方法，能够在低温条件下充分利用增程器、电驱动系统运行时产生的废热，并将其用于低温环境下乘员舱和电池的加热，以提高乘员舱的热舒适性以及动力电池的运行效率和使用寿命，并减少加热过程中的能量损耗。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种增程式混合动力汽车热管理系统，包括增程器冷却单元、乘员舱制热空调单元、电驱动冷却单元和电池热管理单元，所述增程器冷却单元包括增程器本体，所述增程器本体分别连接有机械水泵和调温器，所述调温器连接至第一散热器；

所述乘员舱制热空调单元包括依次连接的第二电子水泵、PTC电加热器、暖风芯体和热交换器，所述暖风芯体的一侧设置有鼓风机，所述第二电子水泵的进口分别连接至第三储液罐、调温器，所述热交换器分别与电池热管理单元、增程器冷却单元连接，以实现乘员舱制热单元与电池热管理单元之间的热交换；

所述增程器冷却单元出口的高温冷却液依次经过调温器、第二电子水泵、PTC电加热器、暖风芯体，以实现对乘员舱的加热，之后经过热交换器再进入增程器冷却单元，以实现对电池的间接加热；

所述热交换器还通过四通电磁阀与电驱动冷却单元相连接，以进行回路串、并联模式的切换，经热交换器间接加热后的高温冷却液体再流经电驱动冷却单元进行废热回收，实现电池的二次加热。

进一步地，所述第一散热器一侧设置有前端冷却风扇。

进一步地，所述热交换器与增程器冷却单元之间通过第三三通电磁阀相连接，所述第三三通电磁阀的一个阀门连接有第三三通接头，所述第三三通接头分别与调温器、第二电子水泵相连接，增程器本体运行、即增程模式时，第三三通电磁阀的阀门全开，高温冷却液的一部分依次经过调温器、第一散热器、机械水泵，以实现外界环境的散热循环，另一部分高温冷却液依次流经第二电子水泵、PTC电加热器、暖风芯体、热交换器、第三三通电磁阀、机械水泵，以实现对乘员舱和电池的加热；

增程器本体不运行、即纯电动模式时，第三三通电磁阀与增程器冷却单元连接的阀门关闭，此时经PTC电加热器加热后的高温冷却液依次流经暖风芯体、热交换器、第三三通电磁阀、第二电子水泵、再次进入PTC电加热器进行加热，以构成对乘员舱和电池加热的循环回路。

进一步地，所述电池热管理单元包括电池包冷却模块，所述电池包冷却模块分别连接有第三电子水泵和第二三通电磁阀，所述第三电子水泵连接至第七三通接头，所述第七三通接头分别连接至第六三通接头、第一蒸发器，所述第六三通接头分别连接至热交换器和第二储液罐；

所述第二储液罐连接至电池包冷却模块，所述第一蒸发器分别连接至第二三通电磁阀、第一三通电磁阀，所述第二三通电磁阀分别连接至电池包冷却模块、四通电磁阀，所述第一三通电磁阀分别连接至第二蒸发器、冷凝器，所述第二蒸发器和冷凝器均连接至第一蒸发器；

所述第二三通电磁阀与电池包冷却模块之间安装有第三温度传感器，所述第二三通电磁阀通过阀门的开启或关闭，以实现电池加热和电池冷却控制，在进行电池冷却时，所述第二三通电磁阀与四通电磁阀连接的阀门关闭，电池出口冷却液依次流经第三温度传感器、电池包冷却模块、第三电子水泵、第七三通接头、第一蒸发器，最后回到第二三通电磁阀；在进行电池加热时，所述第二三通电磁阀与第一蒸发器连接的阀门关闭，电池出口冷却液依次流经第三温度传感器、电池包冷却模块、第三电子水泵、第七三通接头、第六三通接头、热交换器、四通电磁阀，最后回到第二三通电磁阀。

进一步地，所述电驱动冷却单元包括电驱动冷却模块，所述电驱动冷却模块分别连接至第一电子水泵、第一储液罐和四通电磁阀，所述第一电子水泵分别与第一储液罐、第二散热器连接，所述第二散热器连接至第四三通电磁阀，所述第四三通电磁阀分别连接至四通电磁阀、第一电子水泵，所述第四三通电磁阀通过阀门的开启或关闭，以实现电驱动冷却单元冷却回路和保温回路的切换。

进一步地，所述电池加热包括并联加热模式和串联加热模式，在并联加热模式下，四通电磁阀的电池回路入口端和电池回路出口端相连、电驱动回路入口端和电驱动回路出口端相连，此时电驱动冷却单元不对电池进行加热，电池出口冷却液依次流经第三电子水泵、第七三通接头、第六三通接头、热交换器、四通电磁阀的电池回路入口端、四通电磁阀的电池回路出口端、第二三通电磁阀、第三温度传感器、电池冷却模块，实现加热循环；

在串联加热模式下，四通电磁阀的电池回路入口端和电驱动回路出口端相连、电池回路出口端和电驱动回路入口端相连，电池冷却液在流经四通电磁阀的电池回路入口端后，接着流经四通电磁阀的电驱动回路出口端、电驱动冷却模块、第一电子水泵、第四三通电磁阀、四通电磁阀的电驱动回路入口端，再回到四通电磁阀的电池回路出口端、第二三通电磁阀、第三温度传感器、电池冷却模块，实现电驱动冷却单元对电池的二次加热循环，即经热交换器加热后的冷却液再流入电驱动冷却单元进行二次加热，再流入电池入口端，从而加快电池的加热速度。

进一步地，所述电驱动冷却模块的出口位置和电池包冷却模块中部某一电池单体表面分别安装有第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器分别连接至热管理控制器，所述热管理控制器与增程器控制器进行增程器启停信号的交互，所述热管理控制器用于分别控制PTC电加热器、第二电子水泵、第三电子水泵、第二三通电磁阀、四通电磁阀、第三三通电磁阀、鼓风机的工作状态，从而实现不同工作模式的切换。

进一步地，所述热管理控制器具体是以增程器启停信号、电池加热需求信号、乘员舱加热需求信号、电驱动预热模式先决条件信号作为不同工作模式的判定条件，若判定车辆为纯电动模式，则以PTC电加热器作为热源进行加热控制；若判定车辆为增程模式，则以增程器高温冷却液作为热源进行加热控制。

一种增程式混合动力汽车集成热管理系统的纯电动模式加热控制方法，包括以下步骤：

步骤a1、判断电池温度，若电池温度≤电池目标温度下限阈值，则电池加热需求信号＝1；若电池温度≥电池目标温度上限阈值，则电池加热需求信号＝0；若电池温度在电池目标温度上限阈值和下限阈值之间，则电池加热需求信号保持前一时刻值；

步骤a2、乘员舱加热需求由乘员手动输入，若乘员舱有加热需求，则乘员舱加热需求信号＝1；否则，乘员舱加热需求信号＝0；

步骤a3、判断是否达到开启电驱动系统预热模式的先决条件：

当电池温度＜目标温度上限阈值时，电池请求电机加热信号＝1，当电池温度首次达到目标温度上限阈值后，电池请求加热信号＝0，直到下一次车辆启动时重置；

当电驱动系统出口水温<设定的最低预热水温，或电驱动系统出口水温<电池回路进口水温时，则电驱动系统加热条件信号＝0；当首次同时满足电驱动系统出口水温≥设定的最低预热水温，且电驱动系统出口水温≥电池回路进口水温时，电驱动系统加热条件信号＝1，且一直保持，直到下一次车辆启动时重置；

若上述电池请求加热信号＝1且电驱动系统加热条件信号＝1，则电驱动系统预热模式的先决条件＝1；否则电驱动系统预热模式的先决条件＝0；

步骤a4、若电驱动系统预热模式的先决条件＝1，电池加热需求信号＝1，乘员舱加热需求信号＝1，则进入步骤a5；否则进入步骤a6；

步骤a5、第三三通电磁阀靠近增程器一侧的阀门保持常闭，接通PTC电加热器，第二电子水泵开启，采用PID控制调节鼓风机转速，以控制调节乘员舱内温度，电池回路中第二三通电磁阀切换到加热模式，四通电磁阀切换到串联模式，关闭第三电子水泵，返回步骤a1；

步骤a6、若电机预热模式的先决条件＝1，电池加热需求信号＝1，乘员舱加热需求信号＝0，则进入步骤a7；否则进入步骤a8；

步骤a7、第三三通电磁阀靠近增程器一侧的阀门保持常闭，接通PTC电加热器，第二电子水泵开启，关闭乘员舱鼓风机，电池回路中第二三通电磁阀切换到加热模式，四通电磁阀切换到串联模式，关闭第三电子水泵，返回步骤a1；

步骤a8、若电池加热需求信号＝0，且乘员舱加热需求信号＝1，则进入步骤a9；否则进入步骤a10；

步骤a9、第三三通电磁阀靠近增程器一侧的阀门保持常闭，接通PTC电加热器，第二电子水泵开启，采用PID控制调节鼓风机转速，以控制调节乘员舱内温度，电池回路中第二三通电磁阀切换到冷却模式，四通电磁阀切换到并联模式，开启第三电子水泵，返回步骤a1；

步骤a10、若电池加热需求信号＝0，且乘员舱加热需求信号＝0，则进入步骤a11；否则进入步骤a12；

步骤a11、第三三通电磁阀靠近增程器一侧的阀门保持常闭，断开PTC电加热器，第二电子水泵关闭，关闭乘员舱鼓风机，电池回路中第二三通电磁阀切换到冷却模式，四通电磁阀切换到并联模式，开启第三电子水泵，返回步骤a1；

步骤a12、若电机预热模式的先决条件＝0，电池加热需求信号＝1，乘员舱加热需求信号＝1，则进入步骤a13；否则进入步骤a15；

步骤a13、第三三通电磁阀靠近增程器一侧的阀门保持常闭，接通PTC电加热器，第二电子水泵开启，采用PID控制调节鼓风机转速，以控制调节乘员舱内温度，电池回路中第二三通电磁阀切换到加热模式，四通电磁阀切换到并联模式，开启第三电子水泵，返回步骤a1；

步骤a15、第三三通电磁阀靠近增程器一侧的阀门保持常闭，接通PTC电加热器，第二电子水泵开启，关闭乘员舱鼓风机，电池回路中第二三通电磁阀切换到加热模式，四通电磁阀切换到并联模式，开启第三电子水泵，返回步骤a1。

一种增程式混合动力汽车集成热管理系统的增程模式加热控制方法，包括以下步骤：

步骤b1、判断电池温度，若电池温度≤电池目标温度下限阈值，则电池加热需求信号＝1；若电池温度≥电池目标温度上限阈值，则电池加热需求信号＝0；若电池温度在电池目标温度上限阈值和下限阈值之间，则电池加热需求信号保持前一时刻值；

步骤b2、乘员舱加热需求由乘员手动输入，若乘员舱有加热需求，则乘员舱加热需求信号＝1；否则，乘员舱加热需求信号＝0；

步骤b3、判断温度需求信号，若电池加热需求信号＝1，乘员舱加热需求信号＝1，则进入步骤b4；否则进入步骤b5；

步骤b4、第三三通电磁阀的三个阀门保持常开，PTC电加热器和第二电子水泵保持常闭，采用PID控制调节鼓风机转速，以控制调节乘员舱内温度，电池回路中第二三通电磁阀切换到加热模式，四通电磁阀切换到串联模式，关闭第三电子水泵，返回步骤b1；

步骤b5、判断温度需求信号，若电池加热需求信号＝1，乘员舱加热需求信号＝0，则进入步骤b6；否则进入步骤b7；

步骤b6、第三三通电磁阀的三个阀门保持常开，PTC电加热器和第二电子水泵保持常闭，关闭乘员舱鼓风机，电池回路中第二三通电磁阀切换到加热模式，四通电磁阀切换到串联模式，关闭第三电子水泵，返回步骤b1；

步骤b7、判断温度需求信号，若电池加热需求信号＝0，乘员舱加热需求信号＝0，则进入步骤b8；否则进入步骤b9；

步骤b8、第三三通电磁阀的三个阀门保持常开，PTC电加热器和第二电子水泵保持常闭，关闭乘员舱鼓风机，电池回路中第二三通电磁阀切换到冷却模式，四通电磁阀切换到并联模式，开启第三电子水泵，返回步骤b1；

步骤b9、第三三通电磁阀的三个阀门保持常开，PTC电加热器和第二电子水泵保持常闭，采用PID控制调节鼓风机转速，以控制调节乘员舱内温度，电池回路中第二三通电磁阀切换到冷却模式，四通电磁阀切换到并联模式，开启第三电子水泵，返回步骤b1。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、与传统的分布式热管理系统相比，本发明在乘员舱制热空调单元内设置热交换器，通过热交换器实现乘员舱制热空调单元与电池热管理单元之间的热交换，并通过四通电磁阀将热交换器分别与电驱动冷却单元、增程器冷却单元、电池热管理单元相连接，利用热交换器和四通电磁阀分别实现了增程器和电驱动系统的废热回收，能够有效提高能量利用率。

二、本发明中，增程器高温回路液体经PTC电加热器加热后的液体先流经暖风芯体，实现乘员舱的取暖，再流经热交换器对电池回路进行间接加热，即增程器回路和电池回路之间为间接换热，避免了增程器高温冷却液对电池进行直接加热，防止电池局部过热，有利于保障电池的热安全性。

三、本发明利用第二三通电磁阀通过阀门的开启或关闭，以实现电池加热和电池冷却控制；利用第四三通电磁阀通过阀门的开启或关闭，以实现电驱动冷却单元冷却回路和保温回路的切换；利用四通电磁阀通过阀门的开启或关闭，以实现电池回路和电驱动系统回路之间串、并联模式的切换。由此实现多种工作模式，能够同时满足电池组的加热和冷却需求，实现电池组的精准控温，提高电池组的效率和使用寿命。

四、本发明在增程模式下，增程器废热在加热电池的同时，也能够对电驱动系统进行加热，由此使电驱动总成能够更快达到其最佳工作温度，有效提高运行效率。

附图说明

图1为本发明中增程式混合动力汽车集成热管理系统的结构示意图；

图2为本发明中热管理控制器与各部件的连接示意图；

图3为本发明中增程式混合动力汽车集成热管理系统控制方法的流程图；

图4为本发明中增程模式下增程器对电池和电驱动系统加热的工作示意图；

图5为本发明中增程模式下电池无加热需求情况的工作示意图；

图6为本发明中纯电模式下电驱动系统和PTC电加热器对电池进行加热的工作示意图；

图7为本发明中纯电模式下电驱动系统不满足加热电池条件时PTC电加热器对电池进行加热的工作示意图；

图8为本发明中纯电模式下电池无加热需求但乘员舱有加热需求时的工作示意图；

图9为本发明中纯电模式下电池和乘员舱均无加热需求时的工作示意图；

图中标记说明：1、电驱动冷却模块，2、增程器本体，3、电池包冷却模块，4、第一温度传感器，5、第一电子水泵，6、第一三通接头，7、第二三通接头，8、第一储液罐，9、空调压缩机，10、调温器，11、第三三通接头，12、第四三通接头，13、第二电子水泵，14、PTC电加热器，15、第五三通接头，16、第六三通接头，17、第二储液罐，18、第一蒸发器，19、第一膨胀阀，20、第二温度传感器，21、第三电子水泵，22、第七三通接头，23、第三温度传感器，24、第一三通电磁阀，25、第二三通电磁阀，26、第二蒸发器，27、暖风芯体，28、鼓风机，29、热交换器，30、第二膨胀阀，31、第三储液罐，32、机械水泵，33、四通电磁阀，33a、电池回路入口端，33b、电池回路出口端，33c、电驱动回路入口端，33d、电驱动回路出口端，34、第三三通电磁阀，35、第八三通接头，36、第九三通接头，37、第四三通电磁阀，38、前端冷却风扇，39、第一散热器，40、第二散热器，41、冷凝器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种增程式混合动力汽车集成热管理系统，包括增程器冷却单元、乘员舱制热空调单元、电驱动冷却单元和电池热管理单元。其中，增程器冷却单元包括增程器本体2、机械水泵32、调温器10、第一散热器39以及前端冷却风扇38，增程器本体2分别与机械水泵32、调温器10连接，调温器10连接至第一散热器39，前端冷却风扇38位于第一散热器39的一侧，调温器10用于调节进入大循环和小循环冷却液的流量分配。

乘员舱制热空调单元包括依次连接的第二电子水泵13、PTC电加热器14、暖风芯体27、热交换器29，暖风芯体27的一侧设置鼓风机28，第二电子水泵13的进口处通过第四三通接头12与第三储液罐31固定相连，增程器小循环冷却支路出口处则安装有第三三通接头11，第三三通接头11与乘员舱制热空调回路的第三储液罐31相连，在小循环进口侧安装第三三通电磁阀34，由热管理控制器控制第三三通电磁阀34靠近增程器机械水泵32一侧阀门的开闭，以实现增程和纯电模式下乘员舱制热空调回路的切换：在增程模式下，第三三通电磁阀34阀门全开，增程器本体2出口的高温冷却液依次经过调温器10、第三三通接头11、第四三通接头12、第二电子水泵13、PTC电加热器14、暖风芯体27、热交换器29、第三三通电磁阀34、第八三通接头35、机械水泵32，最后再次进入增程器本体2，从而实现增程器高温冷却液对乘员舱和电池的加热过程；在纯电模式下，第三三通电磁阀34靠近增程器机械水泵32一侧的阀门关闭，回路中的冷却液经PTC电加热器14加热后依次流经暖风芯体27、热交换器29、第三三通电磁阀34、第三三通接头11、第四三通接头12、第二电子水泵13，再次进入PTC电加热器14进行加热，实现另一套制热循环回路。

电池热管理单元包括加热和冷却两条回路，在进行冷却时，第二三通电磁阀25靠近热交换器29一侧的阀门关闭，冷却液依次流经第三温度传感器23、电池包冷却模块3、第三电子水泵21、第七三通接头22、第一蒸发器18，最后回到第二三通电磁阀25，在电池热负荷较大时，可以开启空调制冷循环，冷却液在第一蒸发器18中与制冷剂进行热交换实现快速降温。在电池需要加热时，第二三通电磁阀25靠近第一蒸发器18一侧的阀门关闭，冷却液依次流经第三温度传感器23、电池包冷却模块3、第三电子水泵21、第七三通接头22、第六三通接头16、热交换器29、四通电磁阀33，最后回到第二三通电磁阀25，第六三通接头16与第二储液罐17相连。

电驱动冷却单元包括电驱动冷却模块1、第一温度传感器4、第一电子水泵5、第一三通接头6、第二三通接头7、第二散热器40、第四三通电磁阀37。第四三通电磁阀37用于控制冷却液是否流经第二散热器40，即负责电驱动冷却单元冷却回路和保温回路的切换。在电驱动冷却单元进水口以及第四三通电磁阀37之间、与热交换器29电池侧出水口以及第二三通电磁阀25之间，安装有四通电磁阀33，以实现电驱动单元回路和电池回路的串、并联模式。在并联模式下，四通电磁阀33的电池回路入口端33a和电池回路出口端33b相连，电驱动回路入口端33c和电驱动回路出口端33d相连，此时电驱动冷却单元不对电池加热；在串联模式下，四通电磁阀33的电池回路入口端33a和电驱动回路出口端33d相连，电池回路出口端33b和电驱动回路入口端33c相连，经热交换器29加热后的冷却液再流入电驱动冷却单元进行二次加热，再流入电池入口端，以加快电池的预热速度、提高电驱动系统的废热利用率。需要说明的是，在实际应用中，电驱动冷却模块1具体为包括但不局限于驱动电机、驱动电机控制器、发电机、发电机控制器、充电机、DC/DC等需要冷却、且对冷却液温度需求介于增程器冷却回路和电池热管理回路之间的所有部件的总称。

如图2所示，本发明以增程器启停信号、电池加热需求信号、乘员舱加热需求信号、电机预热模式的先决条件信号作为热管理控制器的输入，以PTC电加热器14、第二电子水泵13、第三电子水泵21、第二三通电磁阀25、四通电磁阀33、第三三通电磁阀34、乘员舱鼓风机28作为输出的执行机构，实现不同工作模式的切换。

具体的，增程器启停信号通过增程器控制器获取，乘员舱加热需求信号由乘员手动输入。

电池温度采用开关阈值控制，当电池温度≤温度目标温度下限阈值，则判定其有加热需求；当电池温度≥温度目标温度上限阈值，则判定其无加热需求；当电池温度在目标温度上下限阈值之间时，电池加热需求信号维持前一时刻值。

电驱动单元预热模式的先决条件考虑到电驱动单元冷却液是否有加热电池的能力，当首次同时满足电驱动单元出口水温≥设定的最低预热水温，且电驱动单元出口水温≥电池回路进口水温，且电池有加热需求时，则判定电驱动单元满足对电池进行加热的先决条件，可以对电池进行加热。该信号一直保持，直到电池首次达到目标温度上限阈值时，才判定电驱动单元不需要再对电池加热，并在之后一直保持，直到车辆下一次启动后所有信号重置。

图3所示为上述增程式混合动力汽车集成热管理系统的控制方法逻辑框图，以增程器启停信号、电池加热需求信号、乘员舱加热需求信号、电驱动单元预热模式的先决条件信号作为各模式的判定条件。

电驱动冷却单元出口水温、电池回路进口水温、以及电池温度分别由第一温度传感器4、第三温度传感器23、第二温度传感器20测量得到，第一温度传感器4安装在电驱动冷却单元出口冷却管路内，第三温度传感器23安装在电池包冷却模块3的进口冷却管路内，第二温度传感器20安装在电池包中部某单体电池表面上。第一温度传感器4、第二温度传感器20、第三温度传感器23分别连接至热管理控制器，热管理控制器与增程器控制器进行增程器启停信号的交互，以及用于判断电池是否有加热需求、判断电驱动系统冷却回路是否满足预热条件。热管理控制器的控制逻辑为：依据增程器启停信号判断车辆的运行模式，若为纯电动运行状态，则以PTC电加热器14作为热源进行加热控制；若车辆处于增程模式，则以增程器高温冷却液作为热源进行加热控制。

下面针对各模式的切换条件和工作流程做进一步说明。

热管理控制器读取增程器启停信号，当增程器启停信号＝1时，进入增程模式热管理控制策略；当增程器启停信号＝0时，进入纯电模式热管理控制策略。

在增程模式下，PTC电加热器14和第二电子水泵13保持常闭状态。增程器本体2启动后，带动机械水泵32运转，第三三通电磁阀34的三个阀门全开，调温器10处于关闭状态，冷却液一部分在缸体内进行小循环，另一部分进入乘员舱制热空调回路中。加热后的冷却液依次经过调温器10小循环端、第三三通接头11、第四三通接头12、第二电子水泵13、PTC电加热器14、暖风芯体27、热交换器29、第三三通电磁阀34、第八三通接头35、机械水泵32，最后再次进入增程器本体2。当增程器水温高于调温器10开启温度后，增程器本体2出口冷却液一部分进入第一散热器39，实现大循环，防止增程器水温过高。

热管理控制器读取电池加热需求信号和乘员舱加热需求信号。

当电池加热需求信号＝1时，进入图4所示工作状态。电池回路进入加热循环，第二三通电磁阀25靠近第一蒸发器18一侧的阀门关闭，四通电磁阀33切换为串联模式，电池出口冷却液依次流经第三电子水泵21、第七三通接头22、第六三通接头16、热交换器29、四通电磁阀33的电池回路入口端33a、电驱动回路出口端33d、电驱动冷却模块1、第一温度传感器4、第一电子水泵5、第一三通接头6、第二三通接头7、第四三通电磁阀37、四通电磁阀33的电驱动回路入口端33c、电池回路出口端33b、第二三通电磁阀25、第三温度传感器23、电池包冷却模块3，实现增程器对电池和电驱动单元的加热；当乘员舱无加热需求时，鼓风机28关闭；当乘员舱有加热需求时，根据乘员舱设置的目标温度和实际温度的差值，采用PID控制鼓风机28转速，将乘员舱温度维持在一个相对稳定的状态。

当电池加热需求信号＝0时，进入图5所示工作状态。电池回路进入冷却循环，第二三通电磁阀25靠近热交换器29一侧的阀门关闭，四通电磁阀33切换为并联模式。冷却液依次流经第三电子水泵21、第七三通接头22、第一蒸发器18、第二三通电磁阀25、第三温度传感器23、电池包冷却模块3实现冷却，不再经过四通电磁阀33。当电池热负荷较大，第一蒸发器18冷负荷不足时，可以开启空调制冷循环实现快速降温。电驱动冷却单元独立运行，四通电磁阀33的电驱动回路入口端33c和出口端33d连通。当电驱动回路冷却液高于设定值上限时，第四三通电磁阀37靠近第二散热器40侧的阀门打开，与第二三通接头7连接的阀门关闭，使冷却液流经第二散热器40进行冷却。当乘员舱无加热需求时，鼓风机28关闭；当乘员舱有加热需求时，根据乘员舱设置的目标温度和实际温度的差值，采用PID控制鼓风机转速28，将乘员舱温度维持在一个相对稳定的状态。

在纯电动模式下，第三三通电磁阀34靠近增程器机械水泵32一侧的阀门保持常闭。乘员舱制热空调回路中的冷却液经PTC电加热器14加热后、依次流经暖风芯体27、热交换器29、第三三通电磁阀34、第三三通接头11、第四三通接头12、第二电子水泵13，再次进入PTC电加热器14进行加热，实现制热循环。当乘员舱和电池均无加热需求时，PTC电加热器14和第二电子水泵13才关闭，其他情况下均默认开启。

当电机预热先决条件＝1，且电池加热需求信号＝1时，进入图6所示工作状态。电池回路进入加热循环，第二三通电磁阀25靠近第一蒸发器18一侧的阀门关闭，四通电磁阀33切换为串联模式，电池出口冷却液依次流经第三电子水泵21、第七三通接头22、第六三通接头16、热交换器29、四通电磁阀33的电池回路入口端33a、电驱动回路出口端33d、电驱动冷却模块1、第一温度传感器4、第一电子水泵5、第一三通接头6、第二三通接头7、第四三通电磁阀37、四通电磁阀33的电驱动回路入口端33c、电池回路出口端33b、第二三通电磁阀25、第三温度传感器23、电池包冷却模块3，实现增程器对电池和电驱动单元的加热。当乘员舱无加热需求时，鼓风机28关闭；当乘员舱有加热需求时，根据乘员舱设置的目标温度和实际温度的差值，采用PID控制鼓风机28转速，将乘员舱温度维持在一个相对稳定的状态。

当电机预热先决条件＝0，且电池加热需求信号＝1时，进入图7所示工作状态。电池回路进入加热循环，第二三通电磁阀25靠近第一蒸发器18一侧的阀门关闭，四通电磁阀33切换为并联模式，电池出口冷却液依次流经第三电子水泵21、第七三通接头22、第六三通接头16、热交换器29、四通电磁阀33的电池回路入口端33a、电池回路出口端33b、第二三通电磁阀25、第三温度传感器23、电池包冷却模块3，实现增程器对电池的加热。此时，电驱动单元因不满足预热条件不对电池加热，仅独立运行。当乘员舱无加热需求时，鼓风机28关闭；当乘员舱有加热需求时，根据乘员舱设置的目标温度和实际温度的差值，采用PID控制鼓风机28转速，将乘员舱温度维持在一个相对稳定的状态。

当电池加热需求信号＝0时，进入图8或图9所示工作状态。电池回路进入冷却循环，第二三通电磁阀25靠近热交换器29一侧的阀门关闭，四通电磁阀33切换为并联模式。冷却液依次流经第三电子水泵21、第七三通接头22、第一蒸发器18、第二三通电磁阀25、第三温度传感器23、电池包冷却模块3实现冷却，不经过四通电磁阀33。电驱动单元独立运行，四通电磁阀33的电驱动回路入口端33c和出口端33d连通。当电驱动回路冷却液高于设定值上限时，第四三通电磁阀37靠近第二散热器40侧的阀门打开，与第二三通接头7连接的阀门关闭，使冷却液流经第二散热器40进行冷却。当乘员舱有加热需求时，参见图8工作状态，根据乘员舱设置的目标温度和实际温度的差值，采用PID控制鼓风机28转速，将乘员舱温度维持在一个相对稳定的状态；当乘员舱无加热需求时，参见图9工作状态，鼓风机28、PTC加热器14以及第二电子水泵13均关闭。

综上所述，本技术方案提出了一种适用于低温条件下的增程式混合动力汽车集成热管理系统，其中，电池热管理回路通过热交换器与乘员舱制热空调回路进行热交换，同时，四通电磁阀可以切换电池热管理回路和电驱动系统冷却回路的串、并联模式，在低温环境中实现电池的快速加热。本技术方案还公开了一种集成热管理系统的低温加热控制方法，其控制逻辑为：判断车辆的运行状态、电池和乘员舱有无加热需求，对应控制乘员舱制热空调回路电磁阀的状态、电池加热和冷却回路的切换、以及电驱动系统回路与电池回路的串、并联状态。本技术方案充分利用了增程器、电驱动系统运行时产生的废热，并用于低温环境下乘员舱和电池的加热，能够有效提高动力电池的运行效率和使用寿命，减少加热过程的能耗，并提高乘员舱内的热舒适性。

Claims (10)

1.一种增程式混合动力汽车热管理系统，其特征在于，包括增程器冷却单元、乘员舱制热空调单元、电驱动冷却单元和电池热管理单元，所述增程器冷却单元包括增程器本体(2)，所述增程器本体(2)分别连接有机械水泵(32)和调温器(10)，所述调温器(10)连接至第一散热器(39)；

所述乘员舱制热空调单元包括依次连接的第二电子水泵(13)、PTC电加热器(14)、暖风芯体(27)和热交换器(29)，所述暖风芯体(27)的一侧设置有鼓风机(28)，所述第二电子水泵(13)的进口分别连接至第三储液罐(31)、调温器(10)，所述热交换器(29)分别与电池热管理单元、增程器冷却单元连接，以实现乘员舱制热单元与电池热管理单元之间的热交换；

所述增程器冷却单元出口的高温冷却液依次经过调温器(10)、第二电子水泵(13)、PTC电加热器(14)、暖风芯体(27)，以实现对乘员舱的加热，之后经过热交换器(29)再进入增程器冷却单元，以实现对电池的间接加热；

所述热交换器(29)还通过四通电磁阀(33)与电驱动冷却单元相连接，以进行回路串、并联模式的切换，经热交换器(29)间接加热后的高温冷却液体再流经电驱动冷却单元进行废热回收，实现电池的二次加热。

2.根据权利要求1所述的一种增程式混合动力汽车热管理系统，其特征在于，所述第一散热器(39)一侧设置有前端冷却风扇(38)。

3.根据权利要求1所述的一种增程式混合动力汽车热管理系统，其特征在于，所述热交换器(29)与增程器冷却单元之间通过第三三通电磁阀(34)相连接，所述第三三通电磁阀(34)的一个阀门连接有第三三通接头(11)，所述第三三通接头(11)分别与调温器(10)、第二电子水泵(13)相连接，增程器本体(2)运行、即增程模式时，第三三通电磁阀(34)的阀门全开，高温冷却液的一部分依次经过调温器(10)、第一散热器(39)、机械水泵(32)，以实现外界环境的散热循环，另一部分高温冷却液依次流经第二电子水泵(13)、PTC电加热器(14)、暖风芯体(27)、热交换器(29)、第三三通电磁阀(34)、机械水泵(32)，以实现对乘员舱和电池的加热；

增程器本体(2)不运行、即纯电动模式时，第三三通电磁阀(34)与增程器冷却单元连接的阀门关闭，此时经PTC电加热器(14)加热后的高温冷却液依次流经暖风芯体(27)、热交换器(29)、第三三通电磁阀(34)、第二电子水泵(13)、再次进入PTC电加热器(14)进行加热，以构成对乘员舱和电池加热的循环回路。

4.根据权利要求3所述的一种增程式混合动力汽车热管理系统，其特征在于，所述电池热管理单元包括电池包冷却模块(3)，所述电池包冷却模块(3)分别连接有第三电子水泵(21)和第二三通电磁阀(25)，所述第三电子水泵(21)连接至第七三通接头(22)，所述第七三通接头(22)分别连接至第六三通接头(16)、第一蒸发器(18)，所述第六三通接头(16)分别连接至热交换器(29)和第二储液罐(17)；

所述第二储液罐(17)连接至电池包冷却模块(3)，所述第一蒸发器(18)分别连接至第二三通电磁阀(25)、第一三通电磁阀(24)，所述第二三通电磁阀(25)分别连接至电池包冷却模块(3)、四通电磁阀(33)，所述第一三通电磁阀(24)分别连接至第二蒸发器(26)、冷凝器(41)，所述第二蒸发器(26)和冷凝器(41)均连接至第一蒸发器(18)；

所述第二三通电磁阀(25)与电池包冷却模块(3)之间安装有第三温度传感器(23)，所述第二三通电磁阀(25)通过阀门的开启或关闭，以实现电池加热和电池冷却控制，在进行电池冷却时，所述第二三通电磁阀(25)与四通电磁阀(33)连接的阀门关闭，电池出口冷却液依次流经第三温度传感器(23)、电池包冷却模块(3)、第三电子水泵(21)、第七三通接头(22)、第一蒸发器(18)，最后回到第二三通电磁阀(25)；在进行电池加热时，所述第二三通电磁阀(25)与第一蒸发器(18)连接的阀门关闭，电池出口冷却液依次流经第三温度传感器(23)、电池包冷却模块(3)、第三电子水泵(21)、第七三通接头(22)、第六三通接头(16)、热交换器(29)、四通电磁阀(33)，最后回到第二三通电磁阀(25)。

5.根据权利要求4所述的一种增程式混合动力汽车热管理系统，其特征在于，所述电驱动冷却单元包括电驱动冷却模块(1)，所述电驱动冷却模块(1)分别连接至第一电子水泵(5)、第一储液罐(8)和四通电磁阀(33)，所述第一电子水泵(5)分别与第一储液罐(8)、第二散热器(40)连接，所述第二散热器(40)连接至第四三通电磁阀(37)，所述第四三通电磁阀(37)分别连接至四通电磁阀(33)、第一电子水泵(5)，所述第四三通电磁阀(37)通过阀门的开启或关闭，以实现电驱动冷却单元冷却回路和保温回路的切换。

6.根据权利要求5所述的一种增程式混合动力汽车热管理系统，其特征在于，所述电池加热包括并联加热模式和串联加热模式，在并联加热模式下，四通电磁阀(33)的电池回路入口端(33a)和电池回路出口端(33b)相连、电驱动回路入口端(33c)和电驱动回路出口端(33d)相连，此时电驱动冷却单元不对电池进行加热，电池出口冷却液依次流经第三电子水泵(21)、第七三通接头(22)、第六三通接头(16)、热交换器(29)、四通电磁阀(33)的电池回路入口端(33a)、四通电磁阀(33)的电池回路出口端(33b)、第二三通电磁阀(25)、第三温度传感器(23)、电池冷却模块，实现加热循环；

在串联加热模式下，四通电磁阀(33)的电池回路入口端(33a)和电驱动回路出口端(33d)相连、电池回路出口端(33b)和电驱动回路入口端(33c)相连，电池冷却液在流经四通电磁阀(33)的电池回路入口端(33a)后，接着流经四通电磁阀(33)的电驱动回路出口端(33d)、电驱动冷却模块(1)、第一电子水泵(5)、第四三通电磁阀(37)、四通电磁阀(33)的电驱动回路入口端(33c)，再回到四通电磁阀(33)的电池回路出口端(33b)、第二三通电磁阀(25)、第三温度传感器(23)、电池冷却模块，实现电驱动冷却单元对电池的二次加热循环，即经热交换器(29)加热后的冷却液再流入电驱动冷却单元进行二次加热，再流入电池入口端，从而加快电池的加热速度。

7.根据权利要求6所述的一种增程式混合动力汽车热管理系统，其特征在于，所述电驱动冷却模块(1)的出口位置和电池包冷却模块(3)中部某一电池单体表面分别安装有第一温度传感器(4)和第二温度传感器(20)，所述第一温度传感器(4)、第二温度传感器(20)和第三温度传感器(23)分别连接至热管理控制器，所述热管理控制器与增程器控制器进行增程器启停信号的交互，所述热管理控制器用于分别控制PTC电加热器(14)、第二电子水泵(13)、第三电子水泵(21)、第二三通电磁阀(25)、四通电磁阀(33)、第三三通电磁阀(34)、鼓风机(28)的工作状态，从而实现不同工作模式的切换。

8.根据权利要求7所述的一种增程式混合动力汽车热管理系统，其特征在于，所述热管理控制器具体是以增程器启停信号、电池加热需求信号、乘员舱加热需求信号、电驱动预热模式先决条件信号作为不同工作模式的判定条件，若判定车辆为纯电动模式，则以PTC电加热器(14)作为热源进行加热控制；若判定车辆为增程模式，则以增程器高温冷却液作为热源进行加热控制。

9.一种增程式混合动力汽车集成热管理系统的纯电动模式加热控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a1、判断电池温度，若电池温度≤电池目标温度下限阈值，则电池加热需求信号＝1；若电池温度≥电池目标温度上限阈值，则电池加热需求信号＝0；若电池温度在电池目标温度上限阈值和下限阈值之间，则电池加热需求信号保持前一时刻值；

步骤a2、乘员舱加热需求由乘员手动输入，若乘员舱有加热需求，则乘员舱加热需求信号＝1；否则，乘员舱加热需求信号＝0；

步骤a3、判断是否达到开启电驱动系统预热模式的先决条件：

当电池温度＜目标温度上限阈值时，电池请求电机加热信号＝1，当电池温度首次达到目标温度上限阈值后，电池请求加热信号＝0，直到下一次车辆启动时重置；

当电驱动系统出口水温<设定的最低预热水温，或电驱动系统出口水温<电池回路进口水温时，则电驱动系统加热条件信号＝0；当首次同时满足电驱动系统出口水温≥设定的最低预热水温，且电驱动系统出口水温≥电池回路进口水温时，电驱动系统加热条件信号＝1，且一直保持，直到下一次车辆启动时重置；

若上述电池请求加热信号＝1且电驱动系统加热条件信号＝1，则电驱动系统预热模式的先决条件＝1；否则电驱动系统预热模式的先决条件＝0；

步骤a4、若电驱动系统预热模式的先决条件＝1，电池加热需求信号＝1，乘员舱加热需求信号＝1，则进入步骤a5；否则进入步骤a6；

步骤a5、第三三通电磁阀(34)靠近增程器一侧的阀门保持常闭，接通PTC电加热器(14)，第二电子水泵(13)开启，采用PID控制调节鼓风机(28)转速，以控制调节乘员舱内温度，电池回路中第二三通电磁阀(25)切换到加热模式，四通电磁阀(33)切换到串联模式，关闭第三电子水泵(21)，返回步骤a1；

步骤a6、若电机预热模式的先决条件＝1，电池加热需求信号＝1，乘员舱加热需求信号＝0，则进入步骤a7；否则进入步骤a8；

步骤a7、第三三通电磁阀(34)靠近增程器一侧的阀门保持常闭，接通PTC电加热器(14)，第二电子水泵(13)开启，关闭乘员舱鼓风机(28)，电池回路中第二三通电磁阀(25)切换到加热模式，四通电磁阀(33)切换到串联模式，关闭第三电子水泵(21)，返回步骤a1；

步骤a8、若电池加热需求信号＝0，且乘员舱加热需求信号＝1，则进入步骤a9；否则进入步骤a10；

步骤a9、第三三通电磁阀(34)靠近增程器一侧的阀门保持常闭，接通PTC电加热器(14)，第二电子水泵(13)开启，采用PID控制调节鼓风机(28)转速，以控制调节乘员舱内温度，电池回路中第二三通电磁阀(25)切换到冷却模式，四通电磁阀(33)切换到并联模式，开启第三电子水泵(21)，返回步骤a1；

步骤a10、若电池加热需求信号＝0，且乘员舱加热需求信号＝0，则进入步骤a11；否则进入步骤a12；

步骤a11、第三三通电磁阀(34)靠近增程器一侧的阀门保持常闭，断开PTC电加热器(14)，第二电子水泵(13)关闭，关闭乘员舱鼓风机(28)，电池回路中第二三通电磁阀(25)切换到冷却模式，四通电磁阀(33)切换到并联模式，开启第三电子水泵(21)，返回步骤a1；

步骤a12、若电机预热模式的先决条件＝0，电池加热需求信号＝1，乘员舱加热需求信号＝1，则进入步骤a13；否则进入步骤a15；

步骤a13、第三三通电磁阀(34)靠近增程器一侧的阀门保持常闭，接通PTC电加热器(14)，第二电子水泵(13)开启，采用PID控制调节鼓风机(28)转速，以控制调节乘员舱内温度，电池回路中第二三通电磁阀(25)切换到加热模式，四通电磁阀(33)切换到并联模式，开启第三电子水泵(21)，返回步骤a1；

步骤a15、第三三通电磁阀(34)靠近增程器一侧的阀门保持常闭，接通PTC电加热器(14)，第二电子水泵(13)开启，关闭乘员舱鼓风机(28)，电池回路中第二三通电磁阀(25)切换到加热模式，四通电磁阀(33)切换到并联模式，开启第三电子水泵(21)，返回步骤a1。

10.一种增程式混合动力汽车集成热管理系统的增程模式加热控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤b1、判断电池温度，若电池温度≤电池目标温度下限阈值，则电池加热需求信号＝1；若电池温度≥电池目标温度上限阈值，则电池加热需求信号＝0；若电池温度在电池目标温度上限阈值和下限阈值之间，则电池加热需求信号保持前一时刻值；

步骤b2、乘员舱加热需求由乘员手动输入，若乘员舱有加热需求，则乘员舱加热需求信号＝1；否则，乘员舱加热需求信号＝0；

步骤b3、判断温度需求信号，若电池加热需求信号＝1，乘员舱加热需求信号＝1，则进入步骤b4；否则进入步骤b5；

步骤b4、第三三通电磁阀(34)的三个阀门保持常开，PTC电加热器(14)和第二电子水泵(13)保持常闭，采用PID控制调节鼓风机(28)转速，以控制调节乘员舱内温度，电池回路中第二三通电磁阀(25)切换到加热模式，四通电磁阀(33)切换到串联模式，关闭第三电子水泵(21)，返回步骤b1；

步骤b5、判断温度需求信号，若电池加热需求信号＝1，乘员舱加热需求信号＝0，则进入步骤b6；否则进入步骤b7；

步骤b6、第三三通电磁阀(34)的三个阀门保持常开，PTC电加热器(14)和第二电子水泵(13)保持常闭，关闭乘员舱鼓风机(28)，电池回路中第二三通电磁阀(25)切换到加热模式，四通电磁阀(33)切换到串联模式，关闭第三电子水泵(21)，返回步骤b1；

步骤b7、判断温度需求信号，若电池加热需求信号＝0，乘员舱加热需求信号＝0，则进入步骤b8；否则进入步骤b9；

步骤b8、第三三通电磁阀(34)的三个阀门保持常开，PTC电加热器(14)和第二电子水泵(13)保持常闭，关闭乘员舱鼓风机(28)，电池回路中第二三通电磁阀(25)切换到冷却模式，四通电磁阀(33)切换到并联模式，开启第三电子水泵(21)，返回步骤b1；

步骤b9、第三三通电磁阀(34)的三个阀门保持常开，PTC电加热器(14)和第二电子水泵(13)保持常闭，采用PID控制调节鼓风机(28)转速，以控制调节乘员舱内温度，电池回路中第二三通电磁阀(25)切换到冷却模式，四通电磁阀(33)切换到并联模式，开启第三电子水泵(21)，返回步骤b1。

Images