一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法

1.本发明属于车辆热管理运行控制技术领域，特别涉及一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法。


背景技术：

2.电动汽车在实际应用过程中，电池电量不仅要满足汽车正常动力行驶，同时也要保证乘员舱的舒适性需求；由于电量储存有限，会导致里程焦虑等问题。因此，电动汽车热管理是综合利用电动汽车各部分能量，以满足动力需求、乘客舱舒适度需求以及电池电机等部件工作温度，在保证电动汽车全工况安全运行的前提下尽可能的提升续航里程。
3.电动汽车系统复杂性高，需求目标众多，热管理模式多且模式判断条件冗杂；目前，对于电动汽车热管理模式的应用切换主要是采取人为控制和重要部件温度检测相结合的方式；上述现有切换方式尚存在一些技术缺陷，包括：
4.(1)对于乘客的舒适性判断主要依据人的主观感受，人为调节空调热泵系统的方式对于乘员舱环境的改善具有迟滞的特点，不能保证较高水准的乘员舱舒适性；
5.(2)人为控制的方式，不能依据环境改变对热管理模式迅速做出调整，会造成电动汽车热管理能量的浪费甚至热失控，导致降低电动汽车的续航里程和安全性。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明公开的技术方案中，具体提供了一种基于状态机的电动汽车热管理系统运行模式自动切换方案，能够解决上述现有技术中存在的多种电动汽车热管理模式切换的技术缺陷，可提高电动汽车热管理系统的鲁棒性、稳定性和功能的完备性。
7.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.本发明提供的一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法，包括以下步骤：
9.步骤1，基于与电动汽车热管理系统通讯连接的状态机，获取环境状态参数、设定目标参数以及电动汽车热管理系统状态参数中的一个或多个；其中，所述环境状态参数包括环境温度和环境湿度中的一个或两个；所述设定目标参数包括乘员舱设定温度信息、除雾按钮开关信息和电池快充按钮开关信息中的一个或多个；所述电动汽车热管理系统状态参数包括乘员舱温度、电池温度、电机温度、室外换热器温度和电池进水温度中的一个或多个；
10.步骤2，基于步骤1获取的参数，利用所述状态机中预设的运行模式类型及判断切换逻辑，获取模型切换信号；
11.步骤3，基于步骤2获取的所述模型切换信号，切换至对应的电动汽车热管理系统运行模式。
12.本发明方法的进一步改进在于，所述电动汽车热管理系统与所述状态机通过
simulink中的通讯接口实现通讯连接。
13.本发明方法的进一步改进在于，所述状态机通过外部接口交互读取环境状态参数、设定目标参数或电动汽车热管理系统状态参数。
14.本发明方法的进一步改进在于，所述状态机设置有自动模式切换选项开关；所述自动模式切换选项开关接入电动汽车热泵空调人工操作面板，并通过通讯端口与所述状态机通讯。
15.本发明方法的进一步改进在于，预设的运行模式类型为，
[0016][0017][0018]
本发明方法的进一步改进在于，预设的判断切换逻辑中，各运行模式转换的边界条件主要依据有：制冷和制热温度界限，电池冷却和加热界限，电机冷却界限，设定温度与乘员舱温度偏差。
[0019]
本发明方法的进一步改进在于，所述预设的判断切换逻辑执行串行判断逻辑时，
[0020]
状态机依频率读取当前参数并判断系统状态，各个模式判断以串联式排布，模式切换仅发生在相邻模式间，各模式组件间以既定判断条件作为模式切换依据；其中，模式信号的传输根据当前时刻参数、当前模式状态与参数阈值进行比较，如果满足进入另一模式的条件则进行模式切换；如不满足切换条件则维持当前模式；如若既不满足切换条件也不满足维持当前模式的条件则状态机进入待机状态。
[0021]
本发明方法的进一步改进在于，所述预设的判断切换逻辑执行并行判断逻辑时，
[0022]
状态机读取初始环境参数和模式信号进入并行判断初始节点，各模式组件以并联式排布于判断初始节点下游，模式组件与判断节点间按照并行模式进入和退出条件进行双向交互式联接，且各模式无法直接进行切换；
[0023]
每一单位运算时间进行一次参数扫描，从状态机逻辑判断起始点开始，判断是否满足当前模式，或是否满足当前模式的退出条件，或是否满足其他模式进入条件，基于判断
结果进行切换。
[0024]
本发明方法的进一步改进在于，步骤3具体包括：
[0025]
基于步骤2获取的所述模型切换信号，电动汽车热管理系统中相应硬件进行调整，通过阀件改变制冷剂和冷却剂流路实现电动汽车热管理系统运行模式自动切换。
[0026]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0027]
本发明具体公开了一种基于状态机的电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法，其针对模式众多的电动汽车热管理系统，以嵌入状态机的方式替换原本人工切换的方式，以解决现有技术中操作复杂且不够精准及时，不能满足舒适度稳定性和功能完备性的技术问题。具体解释性的，本发明用状态机切换电动汽车热管理模式，可以针对环境变化、需求变化及时合理的做出模式判断和切换；不需要乘客手动操作，实现了自动模式切换，对环境变化适应性好，大大提高了乘员舱舒适度的跟随性；同时，对于电动汽车能量的综合利用率提升，综合考虑到了所有热管理的模式，提高了系统的鲁棒性、稳定性和功能的完备性。
[0028]
本发明中，状态机可通过外部通讯接口接入电动汽车热管理系统；对于电动汽车热管理系统，状态机的编写是综合所有系统模式，依据读取的各参数和边界条件进行模式划分；根据具体系统选择的串行或并行的判断逻辑进行状态机编写；对于初步编写完成的状态机进行特定典型工况测试验证与改进，最终得到高效准确的电动汽车热管理系统模式自动控制切换状态机，提高乘客的驾驶体验与安全。
附图说明
[0029]
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，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。
[0030]
图1是本发明实施例公开的一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法的流程示意图；
[0031]
图2是本发明实施例中，串行状态判断逻辑的判断流程示意图；
[0032]
图3是本发明实施例中，并行状态判断逻辑的判断流程示意图。
具体实施方式
[0033]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
[0034]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆
盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0035]
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0036]
请参阅图1，本发明实施例公开的一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法，具体包括以下步骤：
[0037]
步骤1，基于与电动汽车热管理系统通讯连接的状态机，获取环境状态参数、设定目标参数以及电动汽车热管理系统状态参数中的一个或多个；其中，所述环境状态参数包括环境温度和环境湿度中的一个或两个；所述设定目标参数包括乘员舱设定温度信息、除雾按钮开关信息和电池快充按钮开关信息中的一个或多个；所述电动汽车热管理系统状态参数包括乘员舱温度、电池温度、电机温度、室外换热器温度和电池进水温度中的一个或多个；
[0038]
步骤2，基于步骤1获取的参数，利用所述状态机中预设的运行模式类型及判断切换逻辑，获取模型切换信号；
[0039]
步骤3，基于步骤2获取的所述模型切换信号，切换至对应的电动汽车热管理系统运行模式。
[0040]
本发明实施例的技术方案中，基于与电动汽车热管理系统嵌套的状态机，实现电动汽车热管理系统运行模式自动切换；其中，所述状态机根据环境状态、乘客需求以及电动汽车热管理需要，基于预设判断逻辑实现运行模式的自动选择和切换。对于状态机与热管理系统的结合依靠simulink中的通讯接口实现，在完整的电动汽车热管理系统中，主要通过阀件改变制冷剂和冷却剂流路来实现不同模式；状态机通过外部接口交互读取热管理系统各参数，以逻辑判断热管理应当进入的模式，该模式信号传入热管理系统，相应硬件做出动作调整，最终实现电动汽车热管理模式的自动切换。
[0041]
进一步示例性可选的，在原电动汽车热泵空调人工操作面板接入状态机自动模式切换选项开关，此开关通过通讯端口与状态机通讯。
[0042]
本发明实施例提出了基于状态机的电动汽车热管理模式切换的基本方法，并提出了编写电动汽车热管理系统状态机的一般流程，为能够实现电动汽车热管理系统模式自动切换提供一种便捷高效的方法，最终可提高电动汽车热管理系统稳定性、鲁棒性和完备性。
[0043]
本发明实施例中，状态机的编写过程主要包括：确定需求及相匹配的模式、筛选影响模式的各输入参数、选择合适的判断逻辑和模式运行条件、调试验证；根据电动汽车的运行特点以及乘员的舒适性要求，实现热量或冷量的合理分配。
[0044]
具体示例性的，维持电动汽车电池电机以及其他电气元件的适宜温度，以确保电池电机等的使用寿命和工作效率；同时，电动汽车空调系统要满足乘员舱的温度湿度需求以及在特殊环境条件下的除雾、除霜功能。综合以上电动汽车性能需求和成员舒适的需求，考虑市场和产品需要实现主流功能和模式：乘员舱、电池和电机的单独制热/制冷和耦合制热/制冷模式、电池保温模式、电机余热利用模式等，再考虑除霜/除雾等汽车热泵空调的额外功能，总结以下所有热管理模式，将其整合编写进状态机，即每一种模式对应一个不同的输出数字信号。
[0045]
本发明实施例具体的，状态机整合热管理模式结果如表1所示。
[0046]
表1.状态机整合热管理模式结果
[0047][0048]
根据需求模式，筛选环境参数、系统状态参数和设定目标参数等三类参数，作为状态机的模式判断的条件；其中，环境参数主要包括：环境温度(t
amb
)、环境湿度(h)等；系统状态参数主要包括：乘员舱温度(tc)、电池温度(t
bat
)、电机温度(t
mot
)、室外换热器温度(t
ohx
)、电池进水温度(t
bat_wi
)等；设定的目标参数主要包括：乘员舱设定温度(ts)、除雾按钮开关(fog_button)、电池快充按钮开关(charge_button)等。在实际应用中需要确保各输入参数的采集和状态机的顺利响应。
[0049]
本发明实施例中，各模式转换的边界条件主要依据有：制冷/制热温度界限，t
heat
和t
cool
；电池冷却/加热界限，t
bcool
和t
bheat
；电机冷却界限，t
mcool
；设定温度与乘员舱温度偏差，δt。
[0050]
选择合适的判断逻辑和模式运行条件，包括：对于输入参数进行数值上和逻辑上的判断；根据所提出的模式需求和输入参数制定相应的进入各模式的逻辑数值要求。
[0051]
本发明实施例具体示例性的，根据需求有串行和并行两种判断逻辑可供选择；其中，
[0052]
基于串行判断逻辑的状态机依频率读取当前参数并判断系统状态，初始环境参数和模式信号由输入接口读取进入状态机，各个模式判断组件以串联式排布，模式切换仅发生在相邻模式间；各模式组件间以既定判断条件作为模式切换依据作为联接。模式信号的传输需要根据当前时刻参数及当前模式状态与各温度等各项参数阈值进行比较，如果满足进入另一模式的条件则进行模式切换；如不满足切换条件则维持当前模式；如若既不满足切换条件也不满足维持当前模式的条件则状态机进入待机状态。
[0053]
具体示例性的，当环境工况较为单一，乘客对于舒适度要求较高时选用串行式模式判断逻辑，状态机依据当前环境温度是否超过制热或制冷模式温度阈值进行初次模式判断，进入制热或制冷模式模块，再依据电池或电机等部件温度是否超过安全温度限制，判断是否开启单独运行或联合运行模式。
[0054]
并行判断逻辑是基于串行判断逻辑的模式进入条件进行集合的运算，类似于串行逻辑状态机的初始参数读取，基于并行判断逻辑的状态机读取初始环境参数和模式信号进入并行判断初始节点，各模式组件以并联式排布于判断初始节点下游，模式组件与判断节点间按照并行模式进入和退出条件进行双向交互式联接，而各模式组件间无直接联接，模式条件信号不能进行传递，即各模式无法直接进行切换。每一单位运算时间进行一次参数扫描，从状态机逻辑判断起始点开始，判断是否满足当前模式，或是否满足当前模式的退出条件，若满足退出条件，则返回状态机逻辑判断起始点，判断是否满足其他模式进入条件，并行式电动汽车热管理系统状态机模式判断逻辑如表2所示。
[0055]
具体示例性的，当环境工况变化复杂且剧烈，新能源汽车对部件安全及运行效率有较高要求时选用并行式模式判断逻辑，状态机将当前环境温度、湿度、电池电机等部件温度与模式进入条件域进行对比，进入相应需求模式。当环境、车况或乘客需求发生变化，则直接退出当前模式，根据新工况落于的选择域重新进行模式判断。
[0056]
基于串行判断逻辑的模式进入条件进行集合的运算，依据串行模式切换的方向及条件，通过集合逻辑分析，可得并行模式进入条件的计算公式：
[0057]
模式进入条件(并行)
[0058]
＝{由方向1进入条件(串行)}∪{由方向2进入条件(串行)}∪
…
[0059]
∪{由方向n进入条件(串行)}
[0060]
模式退出条件(并行)
[0061]
＝u(全集)-{模式进入条件(并行)}
[0062]
表2.并行式电动汽车热管理系统状态机模式判断逻辑：
[0063]
[0064][0065]
示例性优选的，在不同的电动汽车热管理系统状态机中，根据需求选择不同的判断逻辑。对于热管理系统复杂且制冷剂高压侧流动受到截止电磁阀限制的系统，一般采用并行逻辑，以保证模式切换间断性提高系统稳定性与安全性；对于热管理系统对舒适性和连续性要求高的系统选择串行式逻辑，但同时需要在模式发生改变时对压缩机频率改变、电磁阀通断顺序有一定要求。
[0066]
本发明实施例中，调试和验证主要内容包括：完成提供的串行或并行的判断逻辑选择后，则需在当前判断逻辑编写的状态机中对于模式判断进行调试与验证，以完善状态机模式判断条件，即根据随机生成或人为制定的电动汽车热管理工况，以经验及需求判断得到当前热管理系统处于的模式，并将工况参数输入状态机，得到自主输出的判断模式，将二者的模式判断结果进行比较，所得对比结果可反应当前状态机判断的热管理模式是否合理或符合需求。反复进行工况的判断结果的对比并不断修改或添加各个模式的并行或串行判断逻辑条件，使得状态机的模式选择结果正确率提高；得到的状态机通过通讯接口接入热管理系统后，实时输出电动汽车所处运行状态下对应的热管理系统模式数字信号，热管理系统接收到该信号后，各硬件做出相应变换来实现不同模式，最终满足所有工况下的电动汽车热管理系统的自动模式判断、选择和切换。
[0067]
请参阅图2和图3，示例解释性的，对于串行状态机模式判断逻辑，其主要方式是状态机开启后依据模式判断条件进行判断进入相应模式。在系统及环境参数改变时，状态机
再次做出判断，由当前模式按切换条件在三类主要模式(制冷模式、制热模式、其他模式)中进行切换，并进入主要模式下的次要模式。进行全部过程模式判断状态机关闭，再次启动时重复进行上述过程。对于并行状态机模式判断逻辑，其主要方式是状态机开启后保持在模式判断原点，当系统及环境满足模式进入条件时，进入相应模式。若系统或环境改变不满足当前模式维持条件，则退出当前模式回归判断原点，进行下次模式判断，各模式之间互不联系无法直接切换。
[0068]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0069]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0070]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0071]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0072]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，基于与电动汽车热管理系统通讯连接的状态机，获取环境状态参数、设定目标参数以及电动汽车热管理系统状态参数中的一个或多个；其中，所述环境状态参数包括环境温度和环境湿度中的一个或两个；所述设定目标参数包括乘员舱设定温度信息、除雾按钮开关信息和电池快充按钮开关信息中的一个或多个；所述电动汽车热管理系统状态参数包括乘员舱温度、电池温度、电机温度、室外换热器温度和电池进水温度中的一个或多个；步骤2，基于步骤1获取的参数，利用所述状态机中预设的运行模式类型及判断切换逻辑，获取模型切换信号；步骤3，基于步骤2获取的所述模型切换信号，切换至对应的电动汽车热管理系统运行模式。2.根据权利要求1所述的一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法，其特征在于，所述电动汽车热管理系统与所述状态机通过simulink中的通讯接口实现通讯连接。3.根据权利要求1所述的一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法，其特征在于，所述状态机通过外部接口交互读取环境状态参数、设定目标参数或电动汽车热管理系统状态参数。4.根据权利要求1所述的一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法，其特征在于，所述状态机设置有自动模式切换选项开关；所述自动模式切换选项开关接入电动汽车热泵空调人工操作面板，并通过通讯端口与所述状态机通讯。5.根据权利要求1所述的一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法，其特征在于，预设的运行模式类型为，于，预设的运行模式类型为，6.根据权利要求5所述的一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法，其特征在于，预设的判断切换逻辑中，各运行模式转换的边界条件主要依据有：制冷和制热温度界
限，电池冷却和加热界限，电机冷却界限，设定温度与乘员舱温度偏差。7.根据权利要求6所述的一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法，其特征在于，所述预设的判断切换逻辑执行串行判断逻辑时，状态机依频率读取当前参数并判断系统状态，各个模式判断以串联式排布，模式切换仅发生在相邻模式间，各模式组件间以既定判断条件作为模式切换依据；其中，模式信号的传输根据当前时刻参数、当前模式状态与参数阈值进行比较，如果满足进入另一模式的条件则进行模式切换；如不满足切换条件则维持当前模式；如若既不满足切换条件也不满足维持当前模式的条件则状态机进入待机状态。8.根据权利要求7所述的一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法，其特征在于，所述预设的判断切换逻辑执行并行判断逻辑时，状态机读取初始环境参数和模式信号进入并行判断初始节点，各模式组件以并联式排布于判断初始节点下游，模式组件与判断节点间按照并行模式进入和退出条件进行双向交互式联接，且各模式无法直接进行切换；每一单位运算时间进行一次参数扫描，从状态机逻辑判断起始点开始，判断是否满足当前模式，或是否满足当前模式的退出条件，或是否满足其他模式进入条件，基于判断结果进行切换。9.根据权利要求1所述的一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法，其特征在于，步骤3具体包括：基于步骤2获取的所述模型切换信号，电动汽车热管理系统中相应硬件进行调整，通过阀件改变制冷剂和冷却剂流路实现电动汽车热管理系统运行模式自动切换。

技术总结
本发明具体公开了一种电动汽车热管理系统运行模式自动切换方法，包括以下步骤：步骤1，基于与电动汽车热管理系统通讯连接的状态机，获取环境状态参数、设定目标参数以及电动汽车热管理系统状态参数中的一个或多个；步骤2，基于步骤1获取的参数，利用所述状态机中预设的运行模式类型及判断切换逻辑，获取模型切换信号；步骤3，基于步骤2获取的所述模型切换信号，切换至对应的电动汽车热管理系统运行模式。本发明能够解决现有技术中存在的多种电动汽车热管理模式切换的技术缺陷，可提高电动汽车热管理系统的鲁棒性、稳定性和功能的完备性。性。性。


技术研发人员：曹锋 何一帆 宋昱龙 殷翔 王海丹
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/6/27