一种纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制方法及系统与流程

1.本发明属于电动车辆控制技术领域，具体涉及一种纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制方法及系统。


背景技术：

2.纯电动车电池本体在充电和放电过程中会产生热量，不同的充放电倍率会以不同生热速率产生大量热量，纯电动车电池包内较高的温度会影响电芯的电化学系统的运行、循环寿命、电池包功率和能量、安全性和可靠性等。给电池包内电芯在较高温度时及时冷却和散热，可减少电池包内局部温度过高和温度分布不均匀状况，进而避免更严重的危害发生。
3.车辆在高温环境下需根据用户的需求进行制冷降低乘员舱内温度。
4.纯电动车乘员舱制冷一般通过电动压缩机、冷凝器和蒸发器的组合实现制冷；而电池系统的冷却由冷凝器水冷逐渐进化为电动压缩机和chiller的组合进行冷却。乘员舱制冷和电池冷却共用同一个电动压缩机可以降低整车成本并减轻整车重量，但乘员舱冷却系统和电池冷却系统在不同环境条件、不同车辆运行工况和不同的乘员舱空调设定下有不同的冷却需求。
5.在不同的乘员舱制冷和电池冷却需求下，对电动压缩机和相关部品的控制参数不同，两个系统间互相影响，存在乘员舱冷却需求小但电池冷却需求大时造成乘员舱过冷、电池冷却需求小乘员舱冷却需求大时造成电池冷却液降温过多，从而引起蒸发器过冷关断、阀体频繁开启关闭切换、耗能过多等问题，对乘员舱内用户对空调的使用感受和车辆部品的耐久性均有不利影响。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制方法及系统。
7.本发明采用的技术方案是：一种纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制方法，获取动力电池的冷却信息、乘员舱的冷却信息，根据动力电池的冷却信息和乘员舱的冷却信息判断车辆冷却需求所处的模式，根据车辆冷却需求所处模式的不同控制空调冷媒回路中截止阀的通断状态、动力电池冷媒回路中的电子膨胀阀的开度大小以及电动压缩机的转速大小。
8.进一步地，车辆上高压电后，当判断乘员舱无制冷需求、电池无制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式0；当判断乘员舱有制冷需求、电池无制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式1；当判断乘员舱无制冷需求、电池有制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式2；当判断乘员舱有制冷需求、电池有制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式3。
9.进一步地，当车辆冷却需求处于模式1或模式3时，控制截止阀处于开启状态，空调冷媒回路导通；当车辆冷却需求处于模式2时，控制截止阀处于闭合状态，空调冷媒回路截
止；当车辆冷却需求处于模式0时，控制截止阀维持上一时刻的状态，空调冷媒回路维持上一时刻的状态。
10.进一步地，当车辆冷却需求处于模式0或模式1时，控制电子膨胀阀的开度为0；当车辆冷却需求处于模式2或模式3时，进入定开度速率开启阶段，控制电子膨胀阀以第一设定值增大开度，并实时判断冷媒的过热度值，当冷媒的过热度值过热度值小于第二设定值时，进入过热度目标值pi控制开度阶段，以过热度目标值为基准采用第一pi调节控制电子膨胀阀的开度。
11.进一步地，当车辆冷却需求处于模式0时，电动压缩机转速请求为0；当车辆冷却需求处于模式1时，根据乘员舱实际温度和用户设定舱内温度的差值采用第二pi调节确定乘员舱冷却所需的电动压缩机转速大小；当车辆冷却需求处于模式2时，根据电池入水口温度和电池目标水温的差值采用第三pi调节确定电池冷却所需的电动压缩机转速大小；当车辆冷却需求处于模式3时，取乘员舱冷却所需的电动压缩机转速大小与电池冷却所需的电动压缩机转速大小中的较大值作为最终的电动压缩机转速大小。
12.进一步地，采用第三pi调节确定电池冷却所需的电动压缩机转速大小的过程中，控制电动压缩机转速的增减斜率小于等于第四设定值，同时控制电动压缩机转速最大值小于等于第五设定值；当确定电动压缩机转速小于等于第六设定值时，输出0转速。
13.进一步地，采用第三pi调节确定电池冷却所需的电动压缩机转速大小的过程中，电池入水口温度和电池目标水温的差值小于第七设定值时，输出0转速，同时控制电子膨胀阀关闭，直至电池入水口温度和电池目标水温的差值大于等于第八设定值时，恢复正常电池冷却所需的电动压缩机转速控制和电子膨胀阀开度控制。
14.更进一步地，当蒸发器过冷关断标志有效时，若电池入水口温度小于等于第九设定值，则确定电池冷却所需的电动压缩机转速为0，直至电池入水口温度大于等于第十设定值时恢复正常电池冷却所需的电动压缩机转速控制。
15.一种纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制系统，包括电池管理系统、空调控制器、热管理系统控制器、冷凝器、电动压缩机、蒸发器、电子膨胀阀、截止阀和冷却器，所述冷凝器、截止阀、蒸发器和压缩机首尾串联形成空调冷媒回路，所述冷凝器、电子膨胀阀、冷却器和压缩机首尾串联形成动力电池冷媒回路，所述冷却器连接在动力电池的冷却回路中；
16.所述电池管理系统用于获取动力电池的冷却信息，所述空调控制器用于获取乘员舱的冷却信息，所述热管理系统控制器用于根据动力电池的冷却信息和乘员舱的冷却信息判断车辆冷却需求所处的模式，根据车辆冷却需求所处模式的不同控制截止阀的通断状态、电子膨胀阀的开度大小以及电动压缩机的转速大小。
17.进一步地，车辆上高压电后，当判断乘员舱无制冷需求、电池无制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式0；当判断乘员舱有制冷需求、电池无制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式1；当判断乘员舱无制冷需求、电池有制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式2；当判断乘员舱有制冷需求、电池有制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式3。
18.本发明可在纯电动车辆在正常和特殊冷却需求工况下对执行器(即sov、exv、压缩机)进行合理控制，特别是在特殊冷却工况下的控制方法可以保证乘员舱温度和电池水温维持在可接受的范围内，不会造成过度冷却，也保证了执行器件不会因此频繁作动而导致
耐久性降低的问题发生，对能耗的降低也有一定效果。
附图说明
19.图1为本发明空调和电池共用压缩机的热管理系统制冷结构示意图。
20.图2为本发明空调和电池共用压缩机的热管理系统制冷控制关联控制器、执行器信号交互示意图。
21.图3为本发明冷却模式判断示意图。
22.图4为本发明exv控制示意图。
23.图5为本发明电池冷却所需的压缩机转速控制示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
25.如图1所示，本发明提供一种纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制系统，包括电池管理系统、空调控制器、热管理系统控制器、冷凝器、电动压缩机、蒸发器、电子膨胀阀、截止阀和冷却器，所述冷凝器、截止阀、蒸发器和压缩机首尾串联形成空调冷媒回路，所述冷凝器、电子膨胀阀、冷却器和压缩机首尾串联形成动力电池冷媒回路，所述冷却器连接在动力电池的冷却回路中，对于该系统，本发明主要是通过热管理系统控制器ecu对截止阀sov、电磁膨胀阀exv和电动压缩机三个执行器进行控制，以实现空调回路冷媒通断控制、电池回路冷媒量调节及电动压缩机转速控制。
26.对上述两条并联的冷媒回路，乘员舱冷却原理是液态冷媒从冷凝器出来经过截止阀sov，然后通过热力膨胀阀txv汽化后在蒸发器中降温，通过鼓风机将低温的蒸发器冷气吹入乘员舱实现乘员舱降温，通过截止阀sov控制空调冷媒回路的通断；电池冷却通过冷却器chiller部件实现冷媒和电池冷却液的换热实现电池冷却液降温，电磁膨胀阀exv控制电池冷却回路的通断和冷媒流量及过热量的大小。两个回路中的经过电子膨胀阀与换热部件后气态的冷媒回到电动压缩机中，电动压缩机旋转将气态冷媒压缩为高压液态冷媒，再进入冷凝器通过风扇吹风进行降温，实现整个冷却过程。
27.如图2所示，空调和电池共用压缩机的热管理系统制冷相关控制器与执行器间通过can信号实现通信。控制器包含电池管理系统bms、空调控制器ac和控制器热管理控制器ecu；执行器包含截止阀sov、电磁膨胀阀exv和电动压缩机。ecu接收bms发送的电池冷却需求、电池入水口当前水温、电池冷却目标水温信号和ac发送的乘员舱冷却需求、乘员舱冷却需求的压缩机转速、蒸发器过冷关断标志信号，运行控制逻辑后向sov发送sov通断请求信号，向exv发送exv开度请求信号，向电动压缩机发送压缩机转速请求信号。三个执行器根据ecu的请求值进行状态的响应。
28.基于上述的系统，本发明还提供一种纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制方法，电池管理系统获取动力电池的冷却信息，获取空调控制器乘员舱的冷却信息，热管理系统控制器根据动力电池的冷却信息和乘员舱的冷却信息判断车辆冷却需求所处的模式，根据车辆冷却需求所处模式的不同控制截止阀的通断状态、电子膨胀阀的开度大小以及电
动压缩机的转速大小。
29.如图3所示，根据乘员舱和电池是否有制冷需求进行车辆冷却需求模式的判断。纯电动车处于高压状态时，当乘员舱和电池均无制冷需求，冷却模式为0：无冷却模式；当乘员舱有冷却需求且电池无制冷需求，冷却模式为1：单乘员舱冷却模式；当乘员舱无冷却需求且电池有制冷需求，冷却模式为2：单电池舱冷却模式；当乘员舱和电池均有制冷需求，冷却模式为3：乘员舱+电池双冷却模式。
30.sov的通断控制：
31.当冷却需求处于模式1或模式3时，控制截止阀sov处于开启的状态，乘员舱空调冷媒回路导通；当冷却需求处于模式2时，控制截止阀sov处于闭合的状态，乘员舱空调冷媒回路截止；当冷却需求处于模式0时，控制截止阀sov处于上一时刻的状态，不对其进行状态变化的控制。
32.exv的开度控制：
33.当冷却需求处于模式0或模式1时，exv开度为0，保持关闭；当冷却需求处于模式2或模式3时，对exv进行下述开度控制。
34.电磁膨胀阀exv通过响应ecu发送的开度请求信号来调节开度大小从而实现冷媒流量和过热度的控制。exv控制分为初始化阶段，定开度速率开启阶段和过热度目标值pi控制开度阶段。
35.如图4所示，当车辆低压上电时，exv进入初始化阶段，ecu发送初始化请求，exv阀体朝关阀方向运行最大可控步数使开度回到机械0点，完成exv初始化(即自检，保证高压上电前处于关闭状态)。当电池没有制冷需求时，exv保持关闭状态，开度为0；当电池有制冷需求时，首先进入定开度速率开启阶段，ecu请求exv以第一设定值(x1步/s)增大开度并实时判断冷媒的过热度值，当exv以定开度速率增大开度到某一值后，检测到过热度值《第二设定值(x2)时，进入热度目标值pi控制开度阶段，以过热度目标值(x3)为基准通过第一pi调节方法控制exv开度。
36.第一pi调节方法过程为：刚进入pi阶段时继续增大开度，过热度值持续减小，当过热度值减小到≤x3时，再适当减小开度，过热度值又会增大，如此反复增大、减小开度使过热度值维持在x3，每次增大或减小的开度可以保持不变，具体大小根据实际确定。
37.电动压缩机的转速控制：
38.当冷却需求处于模式0时，电动压缩机不需工作，转速请求为0。
39.当冷却需求处于模式1时，乘员舱冷却所需的压缩机转速大小由空调控制器根据乘员舱实际温度和用户设定舱内温度的差值采用第二pi调节计算后发送至ecu，ecu再发送至电动压缩机驱动其工作。第二pi调节过程为：刚进入pi调节过程时适当增大压缩机转速，此时乘员舱实际温度会降低，差值会减小，若差值持续减小到达到设置阈值时，再适当减小压缩机转速，乘员舱实际温度会升高，差值又会增大，如此反复增大、减小压缩机转速使差值维持在设定范围内，从而保证乘员舱内具有合适的温度。
40.当冷却需求处于模式2时，电池冷却所需的压缩机转速大小由ecu根据电池入水口温度和电池目标水温的差值采用第三pi调节计算得到。第三pi调节过程为：刚进入pi调节过程时适当增大压缩机转速，此时电池入水口温度会降低，差值会减小，若差值持续减小到达到预设值时，再适当减小压缩机转速，电池入水口温度会升高，差值又会增大，如此反复
增大、减小压缩机转速使差值维持在预设范围内，从而保证电池始终位置较均衡的温度。
41.当冷却需求处于模式3时，压缩机的转速受乘员舱冷却需求和电池冷却需求共同控制，通过乘员舱冷却所需的压缩机转速和电池冷却所需的压缩机转速二者取较大值作为最终的压缩机转速请求值。
42.特殊情况控制：
43.如图5所示，电池冷却所需的压缩机转速大小由ecu根据电池入水口温度和电池目标水温的差值进行第三pi调节控制后，通过斜率限制模块限制转速增减斜率不超过第四设定值(
±
x4 rpm/s)，避免转速增加或降低过快；再通过上下限限制模块控制转速最大值不超过第五设定值(x5 rpm)，避免nv恶化；考虑压缩机的启动特性设定转速小于下限第六设定值(x6 rpm)时输出0转速(比如温差较接近时，pi计算的转速较低，此转速下压缩机就算有输出也不起效果，不如停止输出)。
44.乘员舱冷却所需的电动压缩机转速大小也可以如电池冷却所需的压缩机转速大小一样，设置转速增减斜率上限值、转速最大限制值以及低转速时的0输出转速设定。
45.为防止过渡降温当实际水温与目标水温温差小于第七设定值(x7℃，为负值，如-5℃，目的冗余保护，即实际水温小于目标水温较多，此时电池就不需要降温了，电池对应的压缩机转速可以停止)时输出0转速，同时关闭exv，直至当温差大于等于第八设定值(x8℃，为负值，如-2或-1℃，即当压缩机停止后，水温再上升到接近目标水温时，再压缩机再继续工作输出)时恢复正常电池冷却所需的电动压缩机转速控制和电子膨胀阀开度控制，以避免当车辆在电池冷却需求小乘员舱冷却需求大工况工作时造成的电池冷却液降温过多，引起能耗增加的情况。
46.当冷却需求处于模式3，车辆在乘员舱冷却需求小但电池冷却需求大的工况工作时，会造成蒸发器过冷关断并关闭截止阀sov情况，此时空调控制器会发出蒸发器过冷关断标志位，ecu根据此标志位在电池入水口温度小于等于第九设定值(x9℃)时，将电池冷却所需的压缩机转速值控制为0，整体压缩机转速请求完全受乘员舱冷却需求控制，避免在乘员舱冷却需求小但电池冷却需求大时造成的不良影响；当电池冷却所需的压缩机转速为0维持一段时间后，若电池入水口温度上升至大于等于第十设定值(x10℃)时，再恢复正常电池冷却所需的压缩机转速输出控制，以保证基本的电池冷却性能。
47.以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。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。

技术特征：
1.一种纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制方法，其特征在于：获取动力电池的冷却信息、乘员舱的冷却信息，根据动力电池的冷却信息和乘员舱的冷却信息判断车辆冷却需求所处的模式，根据车辆冷却需求所处模式的不同控制空调冷媒回路中截止阀的通断状态、动力电池冷媒回路中的电子膨胀阀的开度大小以及电动压缩机的转速大小。2.根据权利要求1所述的纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制方法，其特征在于：车辆上高压电后，当判断乘员舱无制冷需求、电池无制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式0；当判断乘员舱有制冷需求、电池无制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式1；当判断乘员舱无制冷需求、电池有制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式2；当判断乘员舱有制冷需求、电池有制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式3。3.根据权利要求1所述的纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制方法，其特征在于：当车辆冷却需求处于模式1或模式3时，控制截止阀处于开启状态，空调冷媒回路导通；当车辆冷却需求处于模式2时，控制截止阀处于闭合状态，空调冷媒回路截止；当车辆冷却需求处于模式0时，控制截止阀维持上一时刻的状态，空调冷媒回路维持上一时刻的状态。4.根据权利要求1所述的纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制方法，其特征在于：当车辆冷却需求处于模式0或模式1时，控制电子膨胀阀的开度为0；当车辆冷却需求处于模式2或模式3时，进入定开度速率开启阶段，控制电子膨胀阀以第一设定值增大开度，并实时判断冷媒的过热度值，当冷媒的过热度值过热度值小于第二设定值时，进入过热度目标值pi控制开度阶段，以过热度目标值为基准采用第一pi调节控制电子膨胀阀的开度。5.根据权利要求1所述的纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制方法，其特征在于：当车辆冷却需求处于模式0时，电动压缩机转速请求为0；当车辆冷却需求处于模式1时，根据乘员舱实际温度和用户设定舱内温度的差值采用第二pi调节确定乘员舱冷却所需的电动压缩机转速大小；当车辆冷却需求处于模式2时，根据电池入水口温度和电池目标水温的差值采用第三pi调节确定电池冷却所需的电动压缩机转速大小；当车辆冷却需求处于模式3时，取乘员舱冷却所需的电动压缩机转速大小与电池冷却所需的电动压缩机转速大小中的较大值作为最终的电动压缩机转速大小。6.根据权利要求5所述的纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制方法，其特征在于：采用第三pi调节确定电池冷却所需的电动压缩机转速大小的过程中，控制电动压缩机转速的增减斜率小于等于第四设定值，同时控制电动压缩机转速最大值小于等于第五设定值；当确定电动压缩机转速小于等于第六设定值时，输出0转速。7.根据权利要求5所述的纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制方法，其特征在于：采用第三pi调节确定电池冷却所需的电动压缩机转速大小的过程中，电池入水口温度和电池目标水温的差值小于第七设定值时，输出0转速，同时控制电子膨胀阀关闭，直至电池入水口温度和电池目标水温的差值大于等于第八设定值时，恢复正常电动压缩机转速控制和电子膨胀阀开度控制。8.根据权利要求1所述的纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制方法，其特征在于：当蒸发器过冷关断标志有效时，若电池入水口温度小于等于第九设定值，则确定电池冷却所需的电动压缩机转速为0，直至电池入水口温度大于等于第十设定值时恢复正常电池冷却所需的电动压缩机转速控制。9.一种纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制系统，其特征在于：包括电池管理
系统、空调控制器、热管理系统控制器、冷凝器、电动压缩机、蒸发器、电子膨胀阀、截止阀和冷却器，所述冷凝器、截止阀、蒸发器和压缩机首尾串联形成空调冷媒回路，所述冷凝器、电子膨胀阀、冷却器和压缩机首尾串联形成动力电池冷媒回路，所述冷却器连接在动力电池的冷却回路中；所述电池管理系统用于获取动力电池的冷却信息，所述空调控制器用于获取乘员舱的冷却信息，所述热管理系统控制器用于根据动力电池的冷却信息和乘员舱的冷却信息判断车辆冷却需求所处的模式，根据车辆冷却需求所处模式的不同控制截止阀的通断状态、电子膨胀阀的开度大小以及电动压缩机的转速大小。10.根据权利要求9所述的纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制系统，其特征在于：车辆上高压电后，当判断乘员舱无制冷需求、电池无制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式0；当判断乘员舱有制冷需求、电池无制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式1；当判断乘员舱无制冷需求、电池有制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式2；当判断乘员舱有制冷需求、电池有制冷需求时，确定车辆冷却需求处于模式3。

技术总结
本发明公开了一种纯电动车空调和电池共用压缩机的制冷控制方法及系统，获取动力电池的冷却信息、乘员舱的冷却信息，根据动力电池的冷却信息和乘员舱的冷却信息判断车辆冷却需求所处的模式，根据车辆冷却需求所处模式的不同控制空调冷媒回路中截止阀的通断状态、动力电池冷媒回路中的电子膨胀阀的开度大小以及电动压缩机的转速大小。本发明可在纯电动车辆在正常和特殊冷却需求工况下对执行器进行合理控制，特别是在特殊冷却工况下的控制方法可以保证乘员舱温度和电池水温维持在可接受的范围内，不会造成过度冷却，也保证了执行器件不会因此频繁作动而导致耐久性降低的问题发生，对能耗的降低也有一定效果。对能耗的降低也有一定效果。对能耗的降低也有一定效果。


技术研发人员：赵佳 蔡江涛 胡迪 张康家
受保护的技术使用者：东风本田汽车有限公司
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/6/26