一种电动汽车动力电池热管理控制方法和装置与流程

1.本发明属于电动汽车动力电池热管理技术领域，具体涉及一种电动汽车动力电池热管理控制方法和装置。


背景技术：

2.电动汽车动力电池要在适宜的温度下工作，温度过低和过高时，动力电池充放电性能会大幅下降，会造成车辆行驶时车辆续航能力降低，车辆快速充电时会增加充电时间，严重时会有车辆安全风险。
3.动力电池温度过低时需要加热，工作过程中产生热量需要散热，热管理系统需要同时满足电池加热和冷却的要求。目前，大多数电动汽车热管理系统控制方法只简单设定加热和冷却的电池温度阈值，为满足高温工况时及时、充分散热，在中低温工况时往往会过早进入高功率热管理模式，浪费电池电量。


技术实现要素：

4.为了克服上述背景技术的不足，使电动汽车在不同工况下的动力电池热管理能精确控制，在满足电池温度需求的同时最大限度节能，减小电池内不同模组的温差，增加车辆续航里程，以及缩短充电时间，本发明提出了一种电动汽车动力电池热管理控制方法和系统。
5.实现本发明目的之一的一种电动汽车动力电池热管理控制方法，包括如下步骤：
6.根据电池的平均温度和/或车辆当前的运行工况确定电池的热管理模式，根据电池的温度和/或环境温度和/或电池的soc确定电池的目标温度，采用所述热管理模式对电池进行加热或者降温直至目标温度；所述热管理模式即采用不同的冷却、加热或者均衡模式对电池进行加热或者降温使电池温度达到目标温度或维持当前温度；电池的平均温度即组成电池的多个电芯的平均温度。
7.车辆的热管理包括对座舱的热管理以及对电池的热管理，本发明所述的对电池的热管理包括以下几种模式：高加热、加热、高冷却、冷却、均衡和限用电池；当电池热管理模式为高加热或高冷却时，以满足电池的热管理优先，降低对座舱的热管理的优先级，以使电池温度快速达到目标温度；当热管理模式为加热或冷却时，优先满足座舱热管理的需求；在相同的温度条件下，当热管理模式为加热或冷却时电池温度达到同一目标温度需要的时长可能高于高加热或高冷却的电池热管理模式；当热管理模式为均衡时，不对电池进行主动加热或制冷，以使电池均温的同时降低能耗。
8.所述车辆当前的运行工况包括：车辆处于驾驶工况、车辆处于充电工况。
9.进一步地，当电池的平均温度低于第一设定温度t1且车辆处于驾驶工况时，根据电池的最低温度和电池可用功率确定电池的热管理模式、目标温度和/或目标可用功率，采用对应的热管理模式对电池进行加热直至电池温度达到目标温度或电池可用功率达到目标可用功率；电池的最低温度即组成电池的多个电芯温度的最低值。
10.当电池的平均温度高于等于第一设定温度t1、低于第二设定温度t2且车辆处于驾驶工况时，调节电池温度的方法包括：
11.设置热管理模式为均衡模式，所述均衡模式下只保持电池内的热循环，不对电池进行主动加热或降温。
12.进一步地，当电池的平均温度高于第二设定温度t2且车辆处于驾驶工况时，调节电池温度至目标温度的方法包括：
13.当电池最高温度高于或等于第三设定温度t3时，热管理模式设置为限用电池模式，直至电池的最高温度降至第四设定温度t4以下，所述限用电池模式即不允许车辆使用电池，t4《t3；电池的最高温度即组成电池的多个电芯温度的最大值；
14.当电池最高温度低于第三设定温度t3且高于或等于第五设定温度t5时，采用高冷却的热管理模式对电池进行降温直至电池最高温度降至第六设定温度t6以下，t2《t6《t5《t4；
15.当电池最高温度低于第五设定温度t5时，根据环境温度和电池的soc确定第一目标温度t
map1
，采用冷却的热管理模式对电池进行降温直至电池的最高温度低于第七设定温度t7，t7《t
map1
《t5。
16.更进一步地，当车辆的运行工况为充电工况且处于慢充状态时，调节电池温度至目标温度的方法包括：
17.当电池的最低温度低于第八设定温度t8时，采用高加热模式对电池进行加热直至电池的最低温度大于第八设定温度t8；
18.当电池的最低温度高于第八设定温度t8且低于第八设定温度t9时，采用加热模式对电池进行加热直至电池的最低温度高于第十设定温度t10，t10》t9；
19.当电池的平均温度高于或等于第九设定温度t9且小于第十一设定温度t11时，t11》t10，设置热管理模式为均衡模式；所述均衡模式下只保持电池内的热循环，不对电池进行主动加热或制冷。
20.更进一步地，采用均衡模式保持电池内热循环的方法包括：仅运转双效电池热交换器与动力电池冷却板之间的水泵1，使得电池均温的同时降低能耗，所述双效电池热交换器可采用现有技术进行电池热交换。
21.进一步地，当车辆的运行工况为充电工况且处于快充状态时，调节电池温度至目标温度的方法包括：
22.当电池的最低温度低于第九设定温度t9时，采用高加热模式对电池进行加热直至电池的最低温度大于等于第九设定温度t9；
23.当电池的最低温度大于第九设定温度t9且小于第十二设定温度t12时，采用加热模式对电池进行加热直至电池的最低温度达到第十三设定温度t13，t12《t13；
24.当电池的平均温度高于或等于第十四设定温度t14且小于第十一设定温度t11时，设置热管理模式为均衡模式，t14》t13。
25.进一步地，当电池的平均温度高于或等于第十一设定温度t11且车辆处于快充或慢充工况时，调节电池温度至目标温度的方法包括：
26.当电池最高温度高于或等于第十五设定温度t15时，热管理模式设置为限用电池模式，直至电池最高温度降至第十六设定温度t16以下，t16《t15；
27.当电池最高温度低于第十五设定温度t15且高于或等于第十七设定温度t17时，采用高冷却的热管理模式对电池进行降温直至电池最高温度降至第十八设定温度t18以下，t18《t17；
28.当电池最高温度低于第十七设定温度t17时，根据电池的充电功率确定第二温度值t
map2
，t
map2
《t17，如果电池的最高温度大于等于map2，则采用冷却的热管理模式对电池进行降温直至电池的最高温度降至第十九温度值t19，t19《t
map2
。
29.热管理模式包括：高加热模式、加热模式、均衡模式、冷却模式、高冷却模式、限用电池模式；所述高加热模式和加热模式用于对电池进行加热，高加热模式下对电池进行加热的优先级高于对车辆其它位置进行升温的优先级；加热模式下对电池进行加热的优先级低于对车辆其它位置进行升温的优先级；均衡模式只维持电池外部的水循环，不对电池进行加热或冷却；限用电池模式下禁止使用电池。
30.实现本发明目的之二的一种电动汽车动力电池热管理装置，包括如下三个回路，三个回路在双效电池热交换器处进行热交换，互相之间不连通：
31.第一水循环回路：用于将电池热交换器中的冷却液引流至动力电池冷却板中，所述动力电池冷却板用于将热量传递到电池模组接触面使电池温度升高或者把电池模组接解面传递过来的热量带走从而使电池温度降低；
32.第二水循环回路：用于将管道内的冷却液进行升温；升温后的冷却液与第一水循环回路中的冷却液在双效电池热交换器中进行热交换，通过第一水循环回路使电池温度升高；
33.第一制冷回路：用于通过冷凝器对管道内的冷却液进行降温，降温后的冷却液与第一水循环回路中的冷却液在双效电池热交换器中进行热交换，通过第一水循环回路使电池温度降低。
34.进一步地，所述第一水循环回路包括动力电池冷却板、水泵1和双效电池热交换器；所述第二水循环回路包括ptc水加热器、三通阀1、暖风芯体和双效电池热交换器；所述第一制冷回路包括电动压缩机、冷凝器、压力传感器、三通阀2、蒸发器、电子膨胀阀和双效电池热交换器。
35.进一步地，采用加热或高加热的热管理模式对电池进行加热的方式包括：
36.通过调整ptc水加热器的档位和位于暖风芯体、双效电池热交换器、水泵2之间的三通阀1的开度，启动位于双效电池热交换器与动力电池冷却板之间的水泵1和与ptc水加热器的出口相连的水泵2通过水管内的冷却液将加热器的热量传递到电池系统内部。
37.进一步地，第一水循环回路中水泵1位于动力电池冷却板和双效电池热交换器之间；第二水循环回路中水泵2连接ptc水加热器的出端和三通阀1的入端，三通阀1的出端分别与暖风芯体的入端和双效电池热交换器的入端in1相连；双效电池热交换器的出端out1及暖风芯体的出端均与ptc水加热器的入端相连；第一制冷回路中双效电池热交换器的出端out2通过电动压缩机与冷凝器的入端相连；冷凝器的出端通过压力传感器与三通阀2的入端相连；三通阀2的出端1与蒸发器的入端相连，蒸发器的出端与电动压缩机的入端相连；三通阀2的出端2通过电子膨胀阀与双效电池热交换器的入端in2相连。
38.有益效果：
39.利用本发明所述的系统和方法，能够精确控制满足电池温度需求的同时最大限度
节能；环境温度极低且动力电池可用电量不足时，尽快恢复电池可用电量；同时均衡电池温度，保障电池优越的工作性能。
附图说明
40.图1是本发明所述方法的流程示意图；
41.图2是本发明所述的电动汽车动力电池热管理装置的物理架构图。
具体实施方式
42.下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
43.如图2为动力电池热管理系统的物理架构图，其由如下3个回路组成，在双效电池热交换器处进行热交换，互相之间不连通。
44.第一水循环回路：用于将电池热交换器中的冷却液引流至动力电池冷却板中，所述动力电池冷却板用于将热量传递到电池模组接触面使电池温度升高或者把电池模组接解面传递过来的热量带走从而使电池温度降低；包括动力电池冷却板、水泵1和双效电池热交换器；水泵1位于动力电池冷却板和双效电池热交换器之间；
45.第二水循环回路：用于将管道内的冷却液进行升温；升温后的冷却液与第一水循环回路中的冷却液在双效电池热交换器中进行热交换，通过第一水循环回路使电池温度升高；包括ptc水加热器、三通阀1、暖风芯体和双效电池热交换器；水泵2连接ptc水加热器的出端和三通阀1的入端，三通阀1的出端分别与暖风芯体的入端和双效电池热交换器的入端in1相连；双效电池热交换器的出端out1及暖风芯体的出端均与ptc水加热器的入端相连；
46.热管理模式为高加热模式或者加热模式时，ptc水加热器将第二水循环回路中的冷却水加热，第一水循环回路和第二水循环回路的冷却水在双效电池热交换器中完成热交换后，第一水循环回路中冷却水水温升高，回路中的动力电池冷却板把温度传递到电池模组接触面，从而使电池温度升高。
47.所述暖风芯体为座舱提供热源的热交换器；通过电子风扇可把暖风吹到座舱内；当热管理模式为高加热模式时，通过提高ptc工作档位、调节三通阀的开度等降低座舱升温的优先级，优先保障对电池的升温，有余量时再满足座舱的升温；当热管理模式为加热模式时，则通过调节ptc的工作档位、调节三通阀1的开度等方法优先保障座舱的升温，有余量时再满足对电池的升温。
48.第一制冷回路：用于通过冷凝器对管道内的冷却液进行降温，降温后的冷却液与第一水循环回路中的冷却液在双效电池热交换器中进行热交换，通过第一水循环回路使电池温度降低；包括电动压缩机、冷凝器、压力传感器、三通阀2、蒸发器、电子膨胀阀和双效电池热交换器；双效电池热交换器的出端out2通过电动压缩机与冷凝器的入端相连；冷凝器的出端通过压力传感器与三通阀2的入端相连；三通阀2的出端1与蒸发器的入端相连，蒸发器的出端与电动压缩机的入端相连；三通阀2的出端2通过电子膨胀阀与双效电池热交换器的入端in2相连。
49.热管理模式为高冷却模式或者冷却模式时，制冷系统工作，冷却后的制冷剂和1第二水循环回路的冷却水在双效电池热交换器中完成热交换后，第一水循环回路中冷却水水温降低，回路中的动力电池冷却板把电池模组接触面传递过来的热量带走，从而使电池温度降低。
50.优选地，当热管理模式为高冷却时，通过提高压缩机转速和电子膨胀阀的开度来调节使得优先满足对电池的降温，有余量时再满足对座舱的降温；当热管理模式为冷却时，通过调节压缩机的转速和电子膨胀阀的开度调节使得优先满足对座舱的降温，有余量时再满足对电池的降温。
51.图2中散热器用于给电机回路散热，其与冷凝器、风扇组成前端模块总成，对冷凝器的空气流场有相关性；压力传感器用于检测系统压力，避免制冷管路堵塞、散热不足等问题导致系统损坏，热管理控制器检测到压力过大时，采取加快压缩机转速和风扇转速等方式降低系统压力。
52.本发明中的制冷原理如下：
53.制冷剂在系统的循环过程可以分为如下4个工作过程：
54.(1)压缩
55.蒸发器处理后的低温低压的制冷剂气体，经过电动压缩机吸入并压缩成高温高压的气体，然后输入到冷凝器；
56.(2)冷凝放热
57.高温高压的制冷剂气体进入冷凝器，由于压力及温度的降低，制冷剂气体冷凝成液体，并放出大量的热到外界大气中；
58.(3)节流
59.温度和压力较高的制冷剂液体通过膨胀装置后体积变大，压力和温度急剧下降，以雾状(细小液滴)排出电子膨胀阀。这是制冷剂高、低压的分界线，膨胀阀有节流的作用；
60.(4)蒸发
61.雾状制冷剂液体进入蒸发器，因为此时的制冷剂沸点远低于蒸发器内温度，故制冷剂液体蒸发成气体，在蒸发过程中大量吸收周围的热量，而后低温低压的制冷剂蒸气又进入压缩机。
62.下面结合图1和表1讲述本发明所述方法。
63.[0064][0065]
表1
[0066]
如表1所示，将车辆运行工况分为驾驶工况和充电工况；当电池平均温度满足“模式判断条件”列所示的条件时，则开启对应的电池热管理模式；当满足截止条件时停止加热或冷却电池，如果到达截止条件了但还没到达目标水温，也要停止加热或冷却电池；如果没有到达截止条件但目标水温已经达到了，则通过调节各个控制参数使水温可以维持在目标水温。表中t
map1
和t
map2
分别表示通过从表2和表3中查询到的电池的目标温度值。
[0067]
车辆驾驶模式下，当电池平均温度低于第一设定温度t1(10℃)时，根据电池温度和电池可用功率，启动对应的电池热管理模式。通过加热器档位和三通阀开度调节，启动水泵1和水泵2通过冷却液将加热器的热量传递到电池系统内部。
[0068]
车辆驾驶模式下，电池平均温度高于第二设定温度t2(30℃)时，根据电池温度、环境温度和电池电量，查如下表2得到一个电池温度阈值t
map1
，其介于30℃～42℃之间，启动对应的电池热管理模式。通过电池热交换器电子膨胀阀开度、压缩机转速和电子风扇转速调节，启动水泵1通过冷却液将电池系统内部热量传递到制冷剂，通过冷凝器散发到外部。
[0069][0070]
表2
[0071]
车辆驾驶模式下，电池平均温度介于第一设定温度t1和第二设定温度t2之间，即即表1中的10℃～30℃之间时，设置热管理模式为均衡模式，仅水泵1运转，电池均温的同时降低能耗。
[0072]
车辆充电模式下，电池平均温度低于第九设定温度t9(0℃)时，慢充和快充电池加热策略根据电池充电特性区分开，慢充时电池加热到最低温度大于第十设定温度t10(3℃)即停止，以便尽早将有限的功率用于充电，快充时电池加热到最佳充电效率区间，以便更快速率充电，缩短快充时间，最佳充电效率区间根据不同电池特性定，一般三元锂电池是电池温度在15℃到35℃之间，本实施例中电池加热到电池最低温度在15℃(即第十三设定温度t13)以上即达到最佳充电效率区间。通过加热器档位和三通阀开度调节，启动水泵1和水泵2通过冷却液将加热器的热量传递到电池系统内部。
[0073]
车辆充电模式下，电池平均温度达到第十一设定温度t11(30℃)时，根据电池的最高温度得到电池目标温度，当平均温度小于第十七设定温度t17(45℃)时结合表3中的充电功率得到不同的电池温度阈值，启动电池的冷却模式。通过电池热交换器电子膨胀阀开度、压缩机转速和电子风扇转速调节，启动水泵1通过冷却液将电池系统内部热量传递到制冷剂，通过冷凝器散发到外部。
[0074]
电池充电功率单位(w)-100000-80000-60000-45000-30000-150000电池温度单位(℃)25303235353535
[0075]
表3
[0076]
车辆充电模式下，电池温度适宜时，如快充时，第十四设定温度t14(20℃)≤电池平均温度＜第十一设定温度t11(30℃)；慢充时，第九设定温度t9(0℃)≤电池平均温度＜第十一设定温度t11(30℃)，设置热管理模式为均衡模式，仅水泵1以50％的功率运转，电池均温的同时降低能耗。
[0077]
本说明书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。

技术特征：
1.一种电动汽车动力电池热管理控制方法，其特征在于，根据电池的平均温度和/或车辆当前的运行工况确定电池的热管理模式，根据电池的温度和/或环境温度和/或电池的soc确定电池的目标温度，采用所述热管理模式对电池进行加热或者制冷直至目标温度；所述热管理模式即采用不同的冷却、加热或者均衡模式对电池进行加热或制冷使电池温度达到目标温度或维持当前温度。2.如权利要求1所述的电动汽车动力电池热管理控制方法，其特征在于，当电池的平均温度低于第一设定温度t1且车辆处于驾驶工况时，根据电池的最低温度和电池可用功率确定电池的热管理模式、目标温度和/或目标可用功率，采用对应的热管理模式对电池进行加热直至电池温度达到目标温度或电池可用功率达到目标可用功率。3.如权利要求1或2所述的电动汽车动力电池热管理控制方法，其特征在于，当电池的平均温度高于等于第一设定温度t1、低于第二设定温度t2且车辆处于驾驶工况时，设置热管理模式为均衡模式，不对电池进行主动加热或制冷。4.如权利要求3所述的电动汽车动力电池热管理控制方法，其特征在于，当电池的平均温度高于第二设定温度t2且车辆处于驾驶工况时，调节电池温度至目标温度的方法包括：当电池最高温度高于或等于第三设定温度t3时，热管理模式设置为限用电池模式，直至电池的最高温度降至第四设定温度t4以下，所述限用电池模式即不允许车辆使用电池，t2<t4<t3；当电池最高温度低于第三设定温度t3且高于或等于第五设定温度t5时，采用高冷却的热管理模式对电池进行制冷直至电池最高温度降至第六设定温度t6以下，t2<t6<t5<t4；当电池最高温度低于第五设定温度t5时，根据环境温度和电池的soc确定第一目标温度t
map1
，采用冷却的热管理模式对电池进行制冷直至电池的最高温度低于第七设定温度t7，t7<t
map1
<t5。5.如权利要求1所述的电动汽车动力电池热管理控制方法，其特征在于，当车辆的运行工况为充电工况且处于慢充状态时，调节电池温度至目标温度的方法包括：当电池的最低温度低于第八设定温度t8时，采用高加热模式对电池进行加热直至电池的最低温度大于第八设定温度t8；当电池的最低温度高于第八设定温度t8且低于第八设定温度t9时，采用加热模式对电池进行加热直至电池的最低温度高于第十设定温度t10，t10>t9；当电池的平均温度高于或等于第九设定温度t9且小于第十一设定温度t11时，只保持电池内的热循环，不对电池进行主动加热或降温，t11>t10。6.如权利要求1或5所述的电动汽车动力电池热管理控制方法，其特征在于，当车辆的运行工况为充电工况且处于快充状态时，调节电池温度至目标温度的方法包括：当电池的最低温度低于第九设定温度t9时，采用高加热模式对电池进行加热直至电池的最低温度大于等于第九设定温度t9；当电池的最低温度大于第九设定温度t9且小于第十二设定温度t12时，采用加热模式对电池进行加热直至电池的最低温度达到第十三设定温度t13，t12<t13；当电池的平均温度大于或等于第十四设定温度t14且小于第十一设定温度t11时，设置热管理模式为均衡模式，不对电池进行主动加热或降温，t14>t13。7.如权利要求6所述的电动汽车动力电池热管理控制方法，其特征在于，当电池的平均
温度高于或等于第十一设定温度t11且车辆处于快充或慢充工况时，调节电池温度至目标温度的方法包括：当电池最高温度高于或等于第十五设定温度t15时，热管理模式设置为限用电池模式，直至电池最高温度降至第十六设定温度t16以下，t16<t15，所述限用电池模式即不允许车辆使用电池；当电池最高温度低于第十五设定温度t15且高于或等于第十七设定温度t17时，采用高冷却的热管理模式对电池进行降温直至电池最高温度降至第十八设定温度t18以下，t18<t17；当电池最高温度低于第十七设定温度t17时，根据电池的充电功率确定第二温度值t
map2
，t
map2
<t17，如果电池的最高温度大于等于map2，则采用冷却的热管理模式对电池进行降温直至电池的最高温度降至第十九温度值t19，t19<t
map2
。8.一种电动汽车动力电池热管理控制装置，其特征在于，包括如下三个回路，三个回路在双效电池热交换器处进行热交换，互相之间不连通：第一水循环回路：用于将电池热交换器中的冷却液引流至动力电池冷却板中，所述动力电池冷却板用于将热量传递到电池模组接触面使电池温度升高或者把电池模组接解面传递过来的热量带走从而使电池温度降低；第二水循环回路：用于将管道内的冷却液进行升温；升温后的冷却液与第一水循环回路中的冷却液在双效电池热交换器中进行热交换，通过第一水循环回路使电池温度升高；第一制冷回路：用于通过冷凝器对管道内的冷却液进行降温，降温后的冷却液与第一水循环回路中的冷却液在双效电池热交换器中进行热交换，通过第一水循环回路使电池温度降低。9.如权利要求8所述的电动汽车动力电池热管理控制装置，其特征在于，所述第一水循环回路包括动力电池冷却板、水泵1和双效电池热交换器；所述第二水循环回路包括ptc水加热器、三通阀1、暖风芯体和双效电池热交换器；所述第一制冷回路包括电动压缩机、冷凝器、压力传感器、三通阀2、蒸发器、电子膨胀阀和双效电池热交换器。10.如权利要求9所述的电动汽车动力电池热管理控制装置，其特征在于，第一水循环回路中水泵1位于动力电池冷却板和双效电池热交换器之间；第二水循环回路中水泵2连接ptc水加热器的出端和三通阀1的入端，三通阀1的出端分别与暖风芯体的入端和双效电池热交换器的入端in1相连；双效电池热交换器的出端out1及暖风芯体的出端均与ptc水加热器的入端相连；第一制冷回路中双效电池热交换器的出端out2通过电动压缩机与冷凝器的入端相连；冷凝器的出端通过压力传感器与三通阀2的入端相连；三通阀2的出端1与蒸发器的入端相连，蒸发器的出端与电动压缩机的入端相连；三通阀2的出端2通过电子膨胀阀与双效电池热交换器的入端in2相连。

技术总结
本发明公开了一种电动汽车动力电池热管理控制方法和装置，根据电池的平均温度和/或车辆当前的运行工况确定电池的热管理模式，根据电池的温度和/或环境温度和/或电池的SOC确定电池的目标温度，采用所述热管理模式对电池进行加热或者降温直至目标温度或维持当前温度；利用本发明所述的方法和装置，能够精确控制满足电池温度需求的同时最大限度节能；环境温度极低且动力电池可用电量不足时，尽快恢复电池可用电量；同时均衡电池温度，保障电池优越的工作性能。越的工作性能。越的工作性能。


技术研发人员：晏良琦 汪森 朱飞雄 柯灿 喻文
受保护的技术使用者：神龙汽车有限公司
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/6/27