CN116885347A - 一种电动叉车电池热管理系统及其控制方法 - Google Patents

一种电动叉车电池热管理系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电动叉车电池热管理系统及其控制方法，涉及电池热管理系统领域。其中，制冷剂回路利用蒸汽压缩式制冷原理，使制冷剂在热交换器的制冷剂流通腔内蒸发吸热，对热交换器的冷却液流通腔内的冷却液进行降温，热管控制模块根据电池管理控制器实时反馈的电芯温度、第一水温传感器实时反馈的电池出口水温、第二水温传感器实时反馈的电池入口水温、第一压力传感器实时反馈的制冷剂回路低压压力以及第二压力传感器实时反馈的制冷剂回路高压压力，调控电动压缩机、冷凝风机、电子水泵的转速以及PTC加热器的加热功率，对冷却液降温和加热，冷却液通过热传导给动力电池降温和加热。本发明可对电动叉车电池进行高效的加热和降温。

Description

一种电动叉车电池热管理系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电池热管理系统技术领域，特别是涉及一种电动叉车电池热管理系统及其控制方法。
背景技术
由于锂电池系统有循环寿命高、能量密度大、安全性能好的特点，越来越多的新能源非道路车辆，尤其新能源叉车选择使用锂电池系统。叉车应用环境多样化，且其现场高使用效率的应用场景，对充电速度要求越来越高。
锂电池工作适宜工作温度范围为15℃-45℃，目前市面上电动叉车普遍采用自然冷却或者强制风冷的方式对电池冷却，其冷却效率极低且受环境影响因素很大，已无法满足当下叉车电池的热管理需求，电池在大倍率充电，尤其是夏季高温环境下，极易过温，为保证电池安全性、延长电池寿命，只能降低充电倍率，又会导致其充电时间大大加长，使用效率降低。
同样的，电动叉车在低温环境下无法充电，或者充放电倍率极低，也严重影响叉车的使用效率，需要加热到适宜温度。
综上，为保证电动叉车电池的安全性、延长电动叉车电池的使用寿命，以及保证电动叉车的使用效率，对电动叉车电池进行高效的加热和降温是非常必要的，然而目前并没有能够对电动叉车电池进行高效加热和降温的处理技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动叉车电池热管理系统及其控制方法，可对电动叉车电池进行高效的加热和降温。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种电动叉车电池热管理系统，包括：冷却液回路、制冷剂回路、电池管理控制器以及热管控制模块；
所述冷却液回路包括电池水冷板、第一水温传感器、电子水泵、热交换器的冷却液流通腔、PTC加热器和第二水温传感器；所述电池水冷板、所述第一水温传感器、所述电子水泵、所述热交换器的冷却液流通腔、所述PTC加热器和所述第二水温传感器通过管道依次连接构成回路；动力电池安装在所述电池水冷板上；冷却液在所述冷却液回路中流通；
所述制冷剂回路包括热交换器的制冷剂流通腔、第一压力传感器、电动压缩机、第二压力传感器、冷凝器和冷凝风机；所述热交换器的制冷剂流通腔、所述第一压力传感器、所述电动压缩机、所述第二压力传感器和所述冷凝器通过管道依次连接构成回路；所述冷凝风机设置在所述冷凝器侧方，所述冷凝风机的出风侧面向所述冷凝器；制冷剂在所述制冷剂回路中流通；所述制冷剂回路利用蒸汽压缩式制冷原理，使所述制冷剂在所述热交换器的制冷剂流通腔内蒸发吸热，对所述热交换器的冷却液流通腔内的所述冷却液进行降温；
所述热管控制模块分别与所述电池管理控制器、所述电动压缩机、所述冷凝风机、所述电子水泵、所述PTC加热器、所述第一水温传感器、所述第二水温传感器、所述第一压力传感器和所述第二压力传感器电连接；所述热管控制模块根据所述电池管理控制器实时反馈的电芯温度、所述第一水温传感器实时反馈的电池出口水温、所述第二水温传感器实时反馈的电池入口水温、所述第一压力传感器实时反馈的制冷剂回路低压压力以及所述第二压力传感器实时反馈的制冷剂回路高压压力，调控电动压缩机的转速、冷凝风机的转速、电子水泵的转速以及PTC加热器的加热功率，对所述冷却液降温和加热，所述冷却液通过热传导给动力电池降温和加热。
可选地，所述电动叉车电池热管理系统还包括膨胀水箱；
所述膨胀水箱通过三通水管接头与所述冷却液回路连接，连接位置靠近所述电子水泵的进水口；所述膨胀水箱用于向所述冷却液回路加注冷却液并排除所述冷却液回路中的空气。
可选地，所述制冷剂回路还包括膨胀阀；
所述膨胀阀分别与所述热交换器的制冷剂流通腔和所述冷凝器连接。
可选地，所述电池管理控制器内部设置有电芯温度检测模块；
所述电芯温度检测模块用于采集动力电池的电芯温度，并将采集的电芯温度通过电信号实时反馈至所述热管控制模块。
本发明还提供了如下方案：
一种电动叉车电池热管理系统的控制方法，所述控制方法应用于所述的电动叉车电池热管理系统；所述控制方法包括：
步骤S1：获取电池管理控制器实时反馈的电芯温度、第一水温传感器实时反馈的电池出口水温、第二水温传感器实时反馈的电池入口水温、第一压力传感器实时反馈的制冷剂回路低压压力以及第二压力传感器实时反馈的制冷剂回路高压压力；
步骤S2：判断所述电芯温度是否大于设定热管理冷却启动阈值；
若所述电芯温度大于所述设定热管理冷却启动阈值，则执行步骤S3：控制电动压缩机、冷凝风机和电子水泵启动，同时根据所述制冷剂回路低压压力判断电动叉车电池热管理系统是否需要保护运行；
若电动叉车电池热管理系统需要保护运行，则执行步骤S4：控制电动压缩机按照压缩机第一转速工作，冷凝风机按照风机第一转速工作，直至电动叉车电池热管理系统不需要保护运行；
若电动叉车电池热管理系统不需要保护运行，则执行步骤S5：根据所述电池出口水温和所述电池入口水温调控电子水泵的转速和电动压缩机的转速，对冷却液降温，所述冷却液通过热传导给动力电池降温，在降温过程中，根据所述制冷剂回路高压压力调控冷凝风机的转速；
步骤S6：判断动力电池降温后，所述电芯温度是否小于设定热管理冷却关闭阈值；其中，所述设定热管理冷却关闭阈值小于所述设定热管理冷却启动阈值；
若所述电芯温度大于或等于所述设定热管理冷却关闭阈值，返回步骤S5；若所述电芯温度小于所述设定热管理冷却关闭阈值，则执行步骤S7：控制电动压缩机、冷凝风机和电子水泵关闭；
若所述电芯温度小于或等于所述设定热管理冷却启动阈值，则执行步骤S8：判断所述电芯温度是否小于所述设定热管理加热启动阈值；其中，所述设定热管理加热启动阈值小于所述设定热管理冷却关闭阈值；
若所述电芯温度小于所述设定热管理加热启动阈值，则执行步骤S9：控制PTC加热器和电子水泵启动；
步骤S10：根据所述电池出口水温和所述电池入口水温调控PTC加热器的加热功率和电子水泵的转速，对冷却液加热，所述冷却液通过热传导给动力电池加热；
步骤S11：判断动力电池加热后，所述电芯温度是否大于所述设定热管理加热关闭阈值；其中，所述设定热管理加热关闭阈值大于所述设定热管理加热启动阈值，且所述设定热管理加热关闭阈值小于所述设定热管理冷却关闭阈值；
若所述电芯温度小于或等于所述设定热管理加热关闭阈值，返回步骤S10；若所述电芯温度大于所述设定热管理加热关闭阈值，则执行步骤S12：控制PTC加热器和电子水泵关闭；
若所述电芯温度大于或等于所述设定热管理加热启动阈值，则返回步骤S2。
可选地，根据所述制冷剂回路低压压力判断电动叉车电池热管理系统是否需要保护运行，具体包括：
获取第一压力值；所述第一压力值大于0；
判断所述制冷剂回路低压压力是否小于所述第一压力值；
若所述制冷剂回路低压压力小于所述第一压力值，则确定系统需要保护运行；
若所述制冷剂回路低压压力大于或等于所述第一压力值，则确定系统不需要保护运行。
可选地，根据所述电池出口水温和所述电池入口水温调控电子水泵的转速和电动压缩机的转速，具体包括：
获取电池入口的目标冷却水温、第一标定水温和第二标定水温；其中，所述第一标定水温大于所述电池入口的目标冷却水温；所述第二标定水温大于所述电池入口的目标冷却水温；所述第二标定水温小于所述第一标定水温；
当所述电池出口水温大于所述第一标定水温时，将电动压缩机的转速调控为压缩机第二转速，将电子水泵的转速调控为水泵第一转速，使电动压缩机按照所述压缩机第二转速工作，电子水泵按照所述水泵第一转速工作，直至所述电池出口水温小于或等于所述第二标定水温；其中，所述压缩机第二转速大于所述压缩机第一转速；
当所述电池出口水温小于或等于所述第二标定水温时，将电动压缩机的转速调控为压缩机第三转速，将电子水泵的转速调控为水泵第二转速，使电动压缩机按照所述压缩机第三转速工作，电子水泵按照所述水泵第二转速工作，直至所述电池出口水温和所述电池入口水温均小于所述电池入口的目标冷却水温；其中，所述压缩机第三转速大于所述压缩机第一转速，所述压缩机第三转速小于所述压缩机第二转速；所述水泵第二转速小于所述水泵第一转速；
当所述电池出口水温和所述电池入口水温均小于所述电池入口的目标冷却水温时，将电动压缩机的转速调控为0，使电动压缩机停止工作，电子水泵以所述水泵第二转速继续运行均衡水温。
可选地，根据所述制冷剂回路高压压力调控冷凝风机的转速，具体包括：
获取第二压力值；其中，所述第二压力值大于所述第一压力值；
当所述制冷剂回路高压压力大于所述第二压力值时，将冷凝风机的转速调控为风机第二转速，使冷凝风机按照所述风机第二转速工作；
当所述制冷剂回路高压压力小于或等于所述第二压力值时，将冷凝风机的转速调控为风机第三转速，使冷凝风机按照所述风机第三转速工作；其中，所述风机第三转速小于所述风机第二转速，所述风机第三转速大于所述风机第一转速。
可选地，根据所述电池出口水温和所述电池入口水温调控PTC加热器的加热功率和电子水泵的转速，具体包括：
获取电池入口的目标加热水温、第一加热标定水温和第二加热标定水温；其中，所述第一加热标定水温小于所述电池入口的目标加热水温；所述第二加热标定水温小于所述电池入口的目标加热水温；所述第二加热标定水温大于所述第一加热标定水温；
当所述电池出口水温小于所述第一加热标定水温时，将PTC加热器的加热功率调控为第一功率，将电子水泵的转速调控为所述水泵第一转速，使PTC加热器按照所述第一功率工作，电子水泵按照所述水泵第一转速工作，直至所述电池出口水温大于或等于所述第二加热标定水温；
当所述电池出口水温大于或等于所述第二加热标定水温时，将PTC加热器的加热功率调控为第二功率，将电子水泵的转速调控为所述水泵第二转速，使PTC加热器按照所述第二功率工作，电子水泵按照所述水泵第二转速工作，直至所述电池出口水温和所述电池入口水温均大于所述电池入口的目标加热水温；其中，所述第二功率小于所述第一功率；
当所述电池出口水温和所述电池入口水温均大于所述电池入口的目标加热水温时，将PTC加热器的加热功率调控为0，使PTC加热器停止工作，仅电子水泵以所述水泵第二转速继续运行均衡水温。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开的电动叉车电池热管理系统及其控制方法，制冷剂回路利用蒸汽压缩式制冷原理，使制冷剂在热交换器的制冷剂流通腔内蒸发吸热，对热交换器的冷却液流通腔内的冷却液进行降温，热管控制模块根据电池管理控制器实时反馈的电芯温度、第一水温传感器实时反馈的电池出口水温、第二水温传感器实时反馈的电池入口水温、第一压力传感器实时反馈的制冷剂回路低压压力以及第二压力传感器实时反馈的制冷剂回路高压压力，调控电动压缩机、冷凝风机、电子水泵的转速以及PTC加热器的加热功率，对冷却液降温和加热，冷却液通过热传导给动力电池降温和加热；通过运用蒸汽压缩式制冷原理和液冷方案(即采用冷却液给动力电池降温)，冷却效率高，叉车运行环境适应性强；通过运用PTC加热原理和液热方案(即采用冷却液给动力电池加热)，加热效率高；此外，通过加热冷却液间接给电池加热(而不是直接给电芯加热)，安全可靠；热管控制模块通过实时监控电池温度和各水温传感器、压力传感器的反馈，可以实现对电动压缩机、冷凝风机、电子水泵、PTC加热器的变频控制，降低叉车运行能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明电动叉车电池热管理系统的结构示意图；
图2为本发明电动叉车电池热管理系统的控制方法的流程图；
图3为本发明电动叉车电池热管理系统控制原理图；
符号说明：
100-冷却液回路、200-制冷剂回路、1-电池水冷板、101-电池水冷板出口、102-电池水冷板入口、2-膨胀水箱、201-冷却液回路注水口、202-冷却液回路排气口、3-第一水温传感器、4-电子水泵、5-热交换器、501-热交换器的冷却液流通腔、502-热交换器的制冷剂流通腔、6-PTC加热器、7-第二水温传感器、8-第一压力传感器、9-电动压缩机、10-第二压力传感器、11-冷凝器、12-冷凝风机、13-膨胀阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种电动叉车电池热管理系统及其控制方法，可对电动叉车电池进行高效的加热和降温。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明电动叉车电池热管理系统的结构如图1所示，参见图1，本发明电动叉车电池热管理系统包括：冷却液回路100、制冷剂回路200、电池管理控制器(图中未示出)以及热管控制模块(图中未示出)。
冷却液回路100包括电池水冷板1、第一水温传感器3、电子水泵4、热交换器的冷却液流通腔501、PTC加热器6和第二水温传感器7；电池水冷板1、第一水温传感器3、电子水泵4、热交换器的冷却液流通腔501、PTC加热器6和第二水温传感器7通过管道依次连接构成回路；动力电池安装在电池水冷板1上；冷却液回路100各部件通过冷却液管道连接起来，冷却液在冷却液回路(冷却回路)100中流通。
制冷剂回路200包括热交换器的制冷剂流通腔502、第一压力传感器8、电动压缩机9、第二压力传感器10、冷凝器11和冷凝风机12；热交换器的制冷剂流通腔502、第一压力传感器8、电动压缩机9、第二压力传感器10和冷凝器11通过管道依次连接构成回路；冷凝风机12设置在冷凝器11侧方，冷凝风机12的出风侧面向冷凝器11；制冷剂回路200各部件通过制冷剂管道连接，制冷剂在制冷剂回路200中流通；制冷剂回路200利用蒸汽压缩式制冷原理，使制冷剂在热交换器的制冷剂流通腔502内蒸发吸热，对热交换器的冷却液流通腔501内的冷却液进行降温。
热管控制模块分别与电池管理控制器、电动压缩机9、冷凝风机12、电子水泵4、PTC加热器6、第一水温传感器3、第二水温传感器7、第一压力传感器8和第二压力传感器10电连接或信号连接；热管控制模块根据电池管理控制器实时反馈的电芯温度、第一水温传感器3实时反馈的电池出口水温、第二水温传感器7实时反馈的电池入口水温、第一压力传感器8实时反馈的制冷剂回路低压压力以及第二压力传感器10实时反馈的制冷剂回路高压压力，调控电动压缩机9的转速、冷凝风机12的转速、电子水泵4的转速以及PTC加热器6的加热功率，对冷却液降温和加热，冷却液通过热传导给动力电池降温和加热。
其中，制冷剂回路低压压力即制冷剂管道低压压力；制冷剂回路高压压力即制冷剂管道高压压力。
热交换器5包括有热交换器的冷却液流通腔501和热交换器的制冷剂流通腔502。
具体地，本发明电动叉车电池热管理系统还包括膨胀水箱2；膨胀水箱2的冷却液回路注水口201通过三通水管接头与冷却液回路100连接，连接位置靠近电子水泵4的进水口(水泵进水口)；膨胀水箱2用于向冷却液回路100加注、补充冷却液。同时膨胀水箱2的冷却液回路排气口202通过三通水管接头与冷却液回路100连接，冷却液回路100的空气随着水路循环，通过冷却液回路排气口202进入膨胀水箱2，膨胀水箱2用于排除冷却液回路100中的空气，保证冷却液回路100内无空气。一般一个串联回路只需要一个排气口即可。膨胀水箱2布置在整个冷却液回路100最高点，空气会随着冷却液循环，到达冷却液回路排气口202时因为密度要比冷却液低，气体会上升从冷却液回路排气口202排出。如果回路非常曲折，空气无法顺利随水流循环，会聚集在回路某处，这时就需要在回路空气易聚集的地方，再增加排气口和膨胀水箱连接。
电池水冷板1通过电池水冷板入口102与冷却液管道连接。电池水冷板1通过电池水冷板出口101与冷却液管道连接。
制冷剂回路200还包括膨胀阀13；膨胀阀13分别与热交换器的制冷剂流通腔502和冷凝器11连接。
电池管理控制器(BMS)内部设置有电芯温度检测模块(负责电芯温度检测的模块)；电芯温度检测模块用于采集动力电池的电芯温度，并将采集的电芯温度通过电信号实时反馈至(发送给)热管控制模块(HCM)。第一水温传感器3、第二水温传感器7、第一压力传感器8和第二压力传感器10均与HCM电连接，HCM实时监控压力、水温信号。HCM主要有两个功能：监测、控制。监测指的是监测BMS反馈的电芯温度、第一水温传感器3和第二水温传感器7反馈的水温、第一压力传感器8和第二压力传感器反馈的压力这些信号，然后通过监测信号状态的变化，来控制电动压缩机9、电子水泵4、冷凝风机12、PTC加热器6工作。
本发明热管理系统包括两个回路：冷却液回路100、制冷剂回路200。本发明热管理系统还包括两个控制器：电池管理控制器BMS和热管控制模块HCM。BMS实时检测动力电池电芯温度并将温度信号发送给HCM。本发明热管理系统(电动叉车电池热管理系统)原理如图1所示，参见图1，本发明热管理系统工作原理如下：
冷却功能：制冷剂回路200利用蒸汽压缩制冷原理，在热交换器的制冷剂流通腔502内蒸发吸热，将热交换器的冷却液流通腔501内的冷却液降温冷却，电子水泵4驱动冷却液在冷却液管路(冷却液管道)流通至电池水冷板1流道内，动力电池装在电池水冷板1上，低温冷却液通过热传导，带走电池热量给电池降温。
加热功能：PTC加热器6利用PTC加热原理，对流经过的冷却液加热，电子水泵4驱动被加热的冷却液在冷却液管路(冷却液管道)流通至电池水冷板1流道内，通过热传导将热量传递给电池水冷板1上的动力电池，达到给电池加热的目的。
基于所述的电动叉车电池热管理系统，本发明还提供一种电动叉车电池热管理系统的控制方法，该电动叉车电池热管理系统的控制方法应用于所述的电动叉车电池热管理系统；如图2所示，该电动叉车电池热管理系统的控制方法包括如下步骤：
步骤S1：获取电池管理控制器实时反馈的电芯温度、第一水温传感器实时反馈的电池出口水温、第二水温传感器实时反馈的电池入口水温、第一压力传感器实时反馈的制冷剂回路低压压力以及第二压力传感器实时反馈的制冷剂回路高压压力。
步骤S2：判断电芯温度是否大于设定热管理冷却启动阈值。
若电芯温度大于设定热管理冷却启动阈值，则执行步骤S3：控制电动压缩机、冷凝风机和电子水泵启动，同时根据制冷剂回路低压压力判断电动叉车电池热管理系统是否需要保护运行。
若电动叉车电池热管理系统需要保护运行，则执行步骤S4：控制电动压缩机按照压缩机第一转速工作，冷凝风机按照风机第一转速工作，直至电动叉车电池热管理系统不需要保护运行。
若电动叉车电池热管理系统不需要保护运行，则执行步骤S5：根据电池出口水温和电池入口水温调控电子水泵的转速和电动压缩机的转速，对冷却液降温，冷却液通过热传导给动力电池降温，在降温过程中，根据制冷剂回路高压压力调控冷凝风机的转速。
执行步骤S5后，执行步骤S6：判断动力电池降温后(电池温度经过冷却后)，电芯温度是否小于设定热管理冷却关闭阈值；其中，设定热管理冷却关闭阈值小于设定热管理冷却启动阈值。
若电芯温度大于或等于设定热管理冷却关闭阈值，返回步骤S5；若电芯温度小于设定热管理冷却关闭阈值，则执行步骤S7：控制电动压缩机、冷凝风机和电子水泵关闭。步骤S7中HCM关闭热管理系统各运行部件，等待下一次工作响应。
若电芯温度小于或等于设定热管理冷却启动阈值，则执行步骤S8：判断电芯温度是否小于设定热管理加热启动阈值；其中，设定热管理加热启动阈值小于设定热管理冷却关闭阈值。
若电芯温度小于设定热管理加热启动阈值，则执行步骤S9：控制PTC加热器和电子水泵启动。
步骤S10：根据电池出口水温和电池入口水温调控PTC加热器的加热功率和电子水泵的转速，对冷却液加热，冷却液通过热传导给动力电池加热。
在执行步骤S10后，执行步骤S11：判断动力电池加热后(电池温度经过加热后)，电芯温度是否大于设定热管理加热关闭阈值；其中，所述设定热管理加热关闭阈值大于所述设定热管理加热启动阈值，且所述设定热管理加热关闭阈值小于所述设定热管理冷却关闭阈值。
若电芯温度小于或等于设定热管理加热关闭阈值，返回步骤S10；若电芯温度大于设定热管理加热关闭阈值，则执行步骤S12：控制PTC加热器和电子水泵关闭。步骤S12中HCM关闭热管理系统各运行部件，等待下一次工作响应。
若电芯温度大于或等于设定热管理加热启动阈值，则返回步骤S2。
具体地，根据制冷剂回路低压压力判断电动叉车电池热管理系统是否需要保护运行，具体包括：
获取第一压力值；第一压力值大于0。
判断制冷剂回路低压压力是否小于第一压力值。
若制冷剂回路低压压力小于第一压力值，则确定系统需要保护运行。
若制冷剂回路低压压力大于或等于第一压力值，则确定系统不需要保护运行。
根据电池出口水温和电池入口水温调控电子水泵的转速和电动压缩机的转速，具体包括：
获取电池入口的目标冷却水温、第一标定水温和第二标定水温；其中，第一标定水温大于电池入口的目标冷却水温；第二标定水温大于电池入口的目标冷却水温；第二标定水温小于第一标定水温。
当电池出口水温大于第一标定水温时，将电动压缩机的转速调控为压缩机第二转速，将电子水泵的转速调控为水泵第一转速，使电动压缩机按照压缩机第二转速工作，电子水泵按照水泵第一转速工作，直至电池出口水温小于或等于第二标定水温；其中，压缩机第二转速大于压缩机第一转速。
当电池出口水温小于或等于第二标定水温时，将电动压缩机的转速调控为压缩机第三转速，将电子水泵的转速调控为水泵第二转速，使电动压缩机按照压缩机第三转速工作，电子水泵按照水泵第二转速工作，直至电池出口水温和电池入口水温均小于电池入口的目标冷却水温；其中，压缩机第三转速大于压缩机第一转速，压缩机第三转速小于压缩机第二转速；水泵第二转速小于水泵第一转速。
当电池出口水温和电池入口水温均小于电池入口的目标冷却水温时，将电动压缩机的转速调控为0，使电动压缩机停止工作，电子水泵以水泵第二转速继续运行均衡水温。
根据所述制冷剂回路高压压力调控冷凝风机的转速，具体包括：
获取第二压力值；其中，第二压力值大于第一压力值。
当制冷剂回路高压压力大于第二压力值时，将冷凝风机的转速调控为风机第二转速，使冷凝风机按照风机第二转速工作；其中，风机第二转速大于风机第一转速。
当制冷剂回路高压压力小于或等于第二压力值时，将冷凝风机的转速调控为风机第三转速，使冷凝风机按照风机第三转速工作；其中，风机第三转速小于风机第二转速，风机第三转速大于风机第一转速。
根据电池出口水温和电池入口水温调控PTC加热器的加热功率和电子水泵的转速，具体包括：
获取电池入口的目标加热水温、第一加热标定水温和第二加热标定水温；其中，第一加热标定水温小于电池入口的目标加热水温；第二加热标定水温小于电池入口的目标加热水温；第二加热标定水温大于第一加热标定水温。
当电池出口水温小于第一加热标定水温时，将PTC加热器的加热功率调控为第一功率，将电子水泵的转速调控为水泵第一转速，使PTC加热器按照第一功率工作，电子水泵按照水泵第一转速工作，直至电池出口水温大于或等于第二加热标定水温。
当电池出口水温大于或等于第二加热标定水温时，将PTC加热器的加热功率调控为第二功率，将电子水泵的转速调控为水泵第二转速，使PTC加热器按照第二功率工作，电子水泵按照水泵第二转速工作，直至电池出口水温和电池入口水温均大于电池入口的目标加热水温；其中，第二功率小于第一功率。
当电池出口水温和电池入口水温均大于电池入口的目标加热水温时，将PTC加热器的加热功率调控为0，使PTC加热器停止工作，仅电子水泵以水泵第二转速继续运行均衡水温。
具体来说，本发明电动叉车电池热管理系统的控制方法是热管控制模块中的控制方法，本发明电动叉车电池热管理系统利用热管控制模块(热管控制模块中的控制方法)对电动叉车电池热管理系统进行控制，从而实现对电动叉车电池进行高效的加热和降温。
图3为本发明热管理系统控制原理图。参见图3，本发明热管理系统控制原理，即本发明热管理系统的控制方法原理如下：
冷却功能控制：
HCM检测到电池温度(电芯温度)高于(大于)设定阈值(设定热管理冷却启动阈值，是系统标定值，比如35℃)时，启动电动压缩机9、冷凝风机12和电子水泵4。在制冷剂回路中，利用蒸汽压缩式制冷原理，电动压缩机9将制冷剂压缩至高压高温气态制冷剂，流入冷凝器11内，冷凝风机12给冷凝器11风冷降温，制冷剂在冷凝器11内冷凝为液态制冷剂，通过膨胀阀13后，在热交换器的制冷剂流通腔502内蒸发吸热，对热交换器的冷却液流通腔501内的冷却液进行冷却，电子水泵4驱动冷却液在电池水冷板1内循环，实现对电池的降温功能。
HCM通过检测(监测)BMS反馈的电芯温度、冷却液回路的第一水温传感器3以及第二水温传感器7的温度变化，来调控电子水泵4和电动压缩机9的转速，具体的控制策略如下：
首先，第一水温传感器3监测电池出口水温，第二温度传感器7监测电池入口水温，在电池设计初期，会通过仿真、测试等方式得出电池入口的目标冷却水温(比如20℃)，在电池入口水温满足目标冷却水温(电池入口的目标冷却水温)后，电池工作温度会满足电池要求；本发明热管理的冷却目标，就是把第一水温传感器3监测的电池出口水温，降到目标冷却水温。
当HCM监测到BMS电芯温度(BMS反馈的电芯温度)高于设定热管理冷却启动阈值(比如35℃)，启动热管理系统冷却运行，同时电池出口水温与电池目标冷却温度(电池入口的目标冷却水温)做对比，当电池出口水温大于第一标定水温(比如35℃)，认为目前电池出口水温比目标冷却水温相差较大，需要较大的制冷量来给冷却液降温，此时电动压缩机9按照压缩机第二转速(比如4000rpm)工作，电子水泵4按照水泵第一转速(比如100％转速)工作；随着热管理系统启动，电池出口水温开始降低，当电池出口水温小于第二标定水温(比如28℃)，认为目前电池出口水温比目标冷却水温相差较小，只需要较小的制冷量来给冷却液降温，此时电动压缩机9按照压缩机第三转速(比如2000rpm)工作，电子水泵4按照水泵第二转速(比如80％转速)工作。直到第二水温传感器7监测到电池入口水温低于(小于)电池冷却目标水温(电池入口的目标冷却水温)，那么认为热管理系统冷却目标达到，系统不需要提供制冷量了，电动压缩机9可停止工作，电子水泵4继续运行实现水温均衡。当第一水温传感器3监测电池出口水温上升到第二标定水温(比如28℃)后，认为水温又上升了，需要热管理系统继续运行提供制冷量，这时电动压缩机9再启动，按照压缩机第二转速(比如2000rpm)工作，依次循环，直到HCM监测到BMS电芯温度低于设定热管理冷却关闭阈值(比如30℃)，热管理系统关闭，HCM控制电动压缩机9、电子水泵4、冷凝风机12都停止，等待下一次工作。
上述控制策略为电动压缩机9、电子水泵4跟随BMS电芯温度、水温变频运行的简单策略，其中提到的目标水温、标定水温、运行转速可通过测试标定得出，这里只是举例，也可通过测试有多个标定值。
HCM通过检测制冷剂回路的第一压力传感器8和第二压力传感器10的压力值变化，来调控电动压缩机9和冷凝风机12的转速，具体的控制策略(此为电动压缩机9、冷凝风机12跟随压力传感器变频运行的简单策略，其中提到的第一、第二、第三压力值通过标定得出)如下：
由于在电动压缩机9两侧布置有第一压力传感器8(监测制冷剂管道低压压力)和第二压力传感器10(监测制冷剂管道高压压力)。当第一压力传感器8监测的制冷剂管道低压压力(制冷剂回路低压压力)过低时，例如低于第一压力值(比如0.2MPa)时，可以认为制冷剂管路制冷剂不足，系统需要保护运行，电动压缩机9和冷凝风机12很低转速运行，即电动压缩机按照压缩机第一转速(例如500rpm)工作，冷凝风机按照风机第一转速(例如30％转速)工作。当第二压力传感器10监测的制冷剂管道高压压力(制冷剂回路高压压力)较高时，例如高于第二压力值(例如2.0MPa)时，此时可以认为电动压缩机9负载过大，可以提高冷凝风机12转速，即冷凝风机按照风机第二转速(例如100％转速)工作使得冷凝器11快速散热，降低制冷剂管道高压压力。同样的，当制冷剂管道高压压力降低时，例如低于第二压力值(例如2.0MPa)时，此时可以认为电动压缩机9负载处于正常状态，可以适当降低冷凝风机12转速，即冷凝风机按照风机第三转速(例如80％转速)工作以节能。
具体的，可以认为由制冷剂回路低压压力过低决定的压缩机第一转速是对电动压缩机的保护，控制优先级最高。当制冷剂回路低压压力低于第一压力值时，电动压缩机按照压缩机第一转速运行，当制冷剂回路低压压力大于或等于第一压力值时，电动压缩机的转速由电池出口、电池入口水温确定。
HCM通过检测BMS反馈的电芯温度、冷却液回路的第一水温传感器3以及第二水温传感器7的温度变化，来调控电子水泵4和电动压缩机11的转速，通过检测制冷剂回路的第一压力传感器8和第二压力传感器10的压力值变化，来调控压缩机9和冷凝风机12的转速，实现系统(热管理系统)冷却的变频控制，降低系统能耗。
加热功能控制：
HCM检测到电池温度低于热管理加热启动设定阈值(设定热管理加热启动阈值，是系统标定值，比如0℃)后，启动PTC加热器6和电子水泵4，电子水泵4驱动经过PTC加热器6加热后的冷却液，进入电池水冷板1内循环，实现对电池的加热功能。
HCM通过检测BMS反馈的电芯温度、第一水温传感器3、第二水温传感器7的温度变化，来控制PTC加热器7的加热档位(加热功率)和电子水泵4的转速，具体的控制策略如下：
在电池设计初期，会通过仿真、测试等方式得出电池入口的目标加热水温(比如40℃)，在电池入口水温满足目标加热水温(电池入口的目标加热水温)后，加热会满足电池要求；本发明热管理的加热目标，就是把第一水温传感器3监测的电池出口水温，加热到目标加热水温。
当HCM监测到BMS电芯温度低于设定热管理加热启动阈值(比如0℃)，启动热管理系统加热运行，同时电池出口水温与电池目标加热温度(电池入口的目标加热水温)做对比，当电池出口水温低于第一加热标定水温(比如-20℃)，认为目前电池出口水温比目标加热水温相差较大，需要较大的加热量来给冷却液加热，此时PTC加热器6按照PTC第一功率，即第一功率(比如2kW)工作，电子水泵4按照水泵第一转速(比如100％转速)；随着热管理系统加热启动，电池出口水温开始上升，当电池出口水温高于第二加热标定水温(比如30℃)，认为目前电池出口水温比目标加热水温相差较小，只需要较小的加热量来给冷却液加热，此时PTC加热器6按照PTC第二功率，即第二功率(比如1kW)工作，电子水泵4按照水泵第二转速(比如80％转速)工作。直到第二水温传感器7监测到电池入口水温高于电池加热目标水温(电池入口的目标加热水温)，那么认为热管理系统加热目标达到，系统不需要提供加热量了，PTC加热器6可停止工作，电子水泵4继续运行实现水温均衡。当第一水温传感器3监测电池出口水温降低到第二加热标定水温(比如30℃)后，认为水温又降低了，需要热管理系统继续运行提供加热，这时PTC加热器6再启动按照第二功率(比如1kW)工作，依次循环，直到HCM监测到BMS电芯温度高于设定热管理加热关闭阈值(比如15℃)，热管理系统关闭，HCM控制PTC加热器6、电子水泵4停止，等待下一次工作。
HCM通过检测BMS反馈的电芯温度、第一水温传感器3、第二水温传感器7的温度变化，来控制PTC加热器7的加热挡位和电子水泵4的转速，实现系统加热的变频控制，降低系统能耗的控制策略为热管理系统在加热时，PTC加热器6、电子水泵4随BMS电芯温度、水温变频运行的简单策略，其中提到的PTC第一功率、第二功率、水泵的第一转速(水泵第一转速)、第二转速(水泵第二转速)、目标加热水温、热管理加热启动阈值和热管理加热关闭阈值，只是举例，可通过标定得出。
本发明提供了一种高效液冷/液热叉车电池热管理系统及其控制方法(变频控制方法)，可以使叉车动力电池处于最佳工作温度范围内，解决当下电动叉车动力电池大倍率充、放电引起的电池高温、电池寿命下降、电池热失控风险升高的问题，以及电池在低温环境下的充、放电效率下降、电池容量衰减问题。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)运用蒸汽压缩式制冷原理和液冷方案，冷却效率高，叉车运行环境适应性强。
(2)运用PTC加热原理和液热方案，加热效率高；通过加热冷却液间接给电池加热(而不是直接给电芯加热)，安全可靠。
(3)通过在制冷剂回路多增加压力传感器，来对系统控制做变频；控制系统(HCM)通过实时监控电池温度和各水温传感器、压力传感器的反馈，可以实现对电动压缩机9、冷凝风机12、电子水泵4、PTC加热器6的变频控制，降低叉车运行能耗。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种电动叉车电池热管理系统，其特征在于，包括：冷却液回路、制冷剂回路、电池管理控制器以及热管控制模块；
所述冷却液回路包括电池水冷板、第一水温传感器、电子水泵、热交换器的冷却液流通腔、PTC加热器和第二水温传感器；所述电池水冷板、所述第一水温传感器、所述电子水泵、所述热交换器的冷却液流通腔、所述PTC加热器和所述第二水温传感器通过管道依次连接构成回路；动力电池安装在所述电池水冷板上；冷却液在所述冷却液回路中流通；
所述制冷剂回路包括热交换器的制冷剂流通腔、第一压力传感器、电动压缩机、第二压力传感器、冷凝器和冷凝风机；所述热交换器的制冷剂流通腔、所述第一压力传感器、所述电动压缩机、所述第二压力传感器和所述冷凝器通过管道依次连接构成回路；所述冷凝风机设置在所述冷凝器侧方，所述冷凝风机的出风侧面向所述冷凝器；制冷剂在所述制冷剂回路中流通；所述制冷剂回路利用蒸汽压缩式制冷原理，使所述制冷剂在所述热交换器的制冷剂流通腔内蒸发吸热，对所述热交换器的冷却液流通腔内的所述冷却液进行降温；
所述热管控制模块分别与所述电池管理控制器、所述电动压缩机、所述冷凝风机、所述电子水泵、所述PTC加热器、所述第一水温传感器、所述第二水温传感器、所述第一压力传感器和所述第二压力传感器电连接；所述热管控制模块根据所述电池管理控制器实时反馈的电芯温度、所述第一水温传感器实时反馈的电池出口水温、所述第二水温传感器实时反馈的电池入口水温、所述第一压力传感器实时反馈的制冷剂回路低压压力以及所述第二压力传感器实时反馈的制冷剂回路高压压力，调控电动压缩机的转速、冷凝风机的转速、电子水泵的转速以及PTC加热器的加热功率，对所述冷却液降温和加热，所述冷却液通过热传导给动力电池降温和加热。
2.根据权利要求1所述的电动叉车电池热管理系统，其特征在于，还包括膨胀水箱；
所述膨胀水箱通过三通水管接头与所述冷却液回路连接，连接位置靠近所述电子水泵的进水口；所述膨胀水箱用于向所述冷却液回路加注冷却液并排除所述冷却液回路中的空气。
3.根据权利要求1所述的电动叉车电池热管理系统，其特征在于，所述制冷剂回路还包括膨胀阀；
所述膨胀阀分别与所述热交换器的制冷剂流通腔和所述冷凝器连接。
4.根据权利要求1所述的电动叉车电池热管理系统，其特征在于，所述电池管理控制器内部设置有电芯温度检测模块；
所述电芯温度检测模块用于采集动力电池的电芯温度，并将采集的电芯温度通过电信号实时反馈至所述热管控制模块。
5.一种电动叉车电池热管理系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于权利要求1-4任一项所述的电动叉车电池热管理系统；所述控制方法包括：
步骤S1：获取电池管理控制器实时反馈的电芯温度、第一水温传感器实时反馈的电池出口水温、第二水温传感器实时反馈的电池入口水温、第一压力传感器实时反馈的制冷剂回路低压压力以及第二压力传感器实时反馈的制冷剂回路高压压力；
步骤S2：判断所述电芯温度是否大于设定热管理冷却启动阈值；
若所述电芯温度大于所述设定热管理冷却启动阈值，则执行步骤S3：控制电动压缩机、冷凝风机和电子水泵启动，同时根据所述制冷剂回路低压压力判断电动叉车电池热管理系统是否需要保护运行；
若电动叉车电池热管理系统需要保护运行，则执行步骤S4：控制电动压缩机按照压缩机第一转速工作，冷凝风机按照风机第一转速工作，直至电动叉车电池热管理系统不需要保护运行；
若电动叉车电池热管理系统不需要保护运行，则执行步骤S5：根据所述电池出口水温和所述电池入口水温调控电子水泵的转速和电动压缩机的转速，对冷却液降温，所述冷却液通过热传导给动力电池降温，在降温过程中，根据所述制冷剂回路高压压力调控冷凝风机的转速；
步骤S6：判断动力电池降温后，所述电芯温度是否小于设定热管理冷却关闭阈值；其中，所述设定热管理冷却关闭阈值小于所述设定热管理冷却启动阈值；
若所述电芯温度大于或等于所述设定热管理冷却关闭阈值，返回步骤S5；若所述电芯温度小于所述设定热管理冷却关闭阈值，则执行步骤S7：控制电动压缩机、冷凝风机和电子水泵关闭；
若所述电芯温度小于或等于所述设定热管理冷却启动阈值，则执行步骤S8：判断所述电芯温度是否小于所述设定热管理加热启动阈值；其中，所述设定热管理加热启动阈值小于所述设定热管理冷却关闭阈值；
若所述电芯温度小于所述设定热管理加热启动阈值，则执行步骤S9：控制PTC加热器和电子水泵启动；
步骤S10：根据所述电池出口水温和所述电池入口水温调控PTC加热器的加热功率和电子水泵的转速，对冷却液加热，所述冷却液通过热传导给动力电池加热；
步骤S11：判断动力电池加热后，所述电芯温度是否大于所述设定热管理加热关闭阈值；其中，所述设定热管理加热关闭阈值大于所述设定热管理加热启动阈值，且所述设定热管理加热关闭阈值小于所述设定热管理冷却关闭阈值；
若所述电芯温度小于或等于所述设定热管理加热关闭阈值，返回步骤S10；若所述电芯温度大于所述设定热管理加热关闭阈值，则执行步骤S12：控制PTC加热器和电子水泵关闭；
若所述电芯温度大于或等于所述设定热管理加热启动阈值，则返回步骤S2。
6.根据权利要求5所述的电动叉车电池热管理系统的控制方法，其特征在于，根据所述制冷剂回路低压压力判断电动叉车电池热管理系统是否需要保护运行，具体包括：
获取第一压力值；所述第一压力值大于0；
判断所述制冷剂回路低压压力是否小于所述第一压力值；
若所述制冷剂回路低压压力小于所述第一压力值，则确定系统需要保护运行；
若所述制冷剂回路低压压力大于或等于所述第一压力值，则确定系统不需要保护运行。
7.根据权利要求6所述的电动叉车电池热管理系统的控制方法，其特征在于，根据所述电池出口水温和所述电池入口水温调控电子水泵的转速和电动压缩机的转速，具体包括：
获取电池入口的目标冷却水温、第一标定水温和第二标定水温；其中，所述第一标定水温大于所述电池入口的目标冷却水温；所述第二标定水温大于所述电池入口的目标冷却水温；所述第二标定水温小于所述第一标定水温；
当所述电池出口水温大于所述第一标定水温时，将电动压缩机的转速调控为压缩机第二转速，将电子水泵的转速调控为水泵第一转速，使电动压缩机按照所述压缩机第二转速工作，电子水泵按照所述水泵第一转速工作，直至所述电池出口水温小于或等于所述第二标定水温；其中，所述压缩机第二转速大于所述压缩机第一转速；
当所述电池出口水温小于或等于所述第二标定水温时，将电动压缩机的转速调控为压缩机第三转速，将电子水泵的转速调控为水泵第二转速，使电动压缩机按照所述压缩机第三转速工作，电子水泵按照所述水泵第二转速工作，直至所述电池出口水温和所述电池入口水温均小于所述电池入口的目标冷却水温；其中，所述压缩机第三转速大于所述压缩机第一转速，所述压缩机第三转速小于所述压缩机第二转速；所述水泵第二转速小于所述水泵第一转速；
当所述电池出口水温和所述电池入口水温均小于所述电池入口的目标冷却水温时，将电动压缩机的转速调控为0，使电动压缩机停止工作，电子水泵以所述水泵第二转速继续运行均衡水温。
8.根据权利要求7所述的电动叉车电池热管理系统的控制方法，其特征在于，根据所述制冷剂回路高压压力调控冷凝风机的转速，具体包括：
获取第二压力值；其中，所述第二压力值大于所述第一压力值；
当所述制冷剂回路高压压力大于所述第二压力值时，将冷凝风机的转速调控为风机第二转速，使冷凝风机按照所述风机第二转速工作；其中，所述风机第二转速大于所述风机第一转速；
当所述制冷剂回路高压压力小于或等于所述第二压力值时，将冷凝风机的转速调控为风机第三转速，使冷凝风机按照所述风机第三转速工作；其中，所述风机第三转速小于所述风机第二转速，所述风机第三转速大于所述风机第一转速。
9.根据权利要求8所述的电动叉车电池热管理系统的控制方法，其特征在于，根据所述电池出口水温和所述电池入口水温调控PTC加热器的加热功率和电子水泵的转速，具体包括：
获取电池入口的目标加热水温、第一加热标定水温和第二加热标定水温；其中，所述第一加热标定水温小于所述电池入口的目标加热水温；所述第二加热标定水温小于所述电池入口的目标加热水温；所述第二加热标定水温大于所述第一加热标定水温；
当所述电池出口水温小于所述第一加热标定水温时，将PTC加热器的加热功率调控为第一功率，将电子水泵的转速调控为所述水泵第一转速，使PTC加热器按照所述第一功率工作，电子水泵按照所述水泵第一转速工作，直至所述电池出口水温大于或等于所述第二加热标定水温；
当所述电池出口水温大于或等于所述第二加热标定水温时，将PTC加热器的加热功率调控为第二功率，将电子水泵的转速调控为所述水泵第二转速，使PTC加热器按照所述第二功率工作，电子水泵按照所述水泵第二转速工作，直至所述电池出口水温和所述电池入口水温均大于所述电池入口的目标加热水温；其中，所述第二功率小于所述第一功率；
当所述电池出口水温和所述电池入口水温均大于所述电池入口的目标加热水温时，将PTC加热器的加热功率调控为0，使PTC加热器停止工作，仅电子水泵以所述水泵第二转速继续运行均衡水温。
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