动力电池加热控制方法以及动力电池加热控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及动力电池加热控制方法以及动力电池加热控制系统，当动力电池的温度小于工作下限阈值时，控制发动机运转，为动力电池进行加热，动力电池最大允许充放电电流为设定的第一电流阈值；当动力电池的温度大于或者等于工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，为动力电池加热，同时动力电池最大允许充放电电流为设定的第二电流阈值；当动力电池的温度大于或者等于温度正常阈值时，停止对动力电池加热，动力电池进行正常的充放电。这种控制方法重点考虑电池的最大允许充放电电流，只在允许范围之内进行相应的工作，所以，其大幅度降低对电池的损害，极大地增长了使用寿命。另外，该方法控制参量少，过程较为简单，控制的可靠性强。
【专利说明】
动力电池加热控制方法以及动力电池加热控制系统
技术领域
[0001]本发明涉及动力电池加热控制方法以及动力电池加热控制系统，属于新能源车辆电池加热控制领域。
【背景技术】
[0002]在新能源汽车中，能源系统、电驱动系统、整车控制系统是其三大核心技术。而每个系统的选型及控制又息息相关。目前，在寒冷地区，电池由于其自身的电化学特性，在低温情况下无法进行大功率的充电及放电，这在一定程度上限制了车辆的推广，为解决这个问题，常常需要独立的设计电池的加热系统，该系统又需要独立的零部件支撑，这无疑增加了整车的能耗及成本。
[0003]为了减少整车的能耗以成本，申请号为201210440271.X的专利申请文件中公开了一种电池预热装置，从发动机的冷却循环路径中分支出来一条电池加热路径，该路径通过动力电池之后，再次连接到冷却循环路径上，利用发动机运转产生的热量为动力电池加热，在不增加整车能耗的基础上为动力电池预热。该方法虽然能够为动力电池进行加热，但是，在加热过程中对动力电池的充放电控制过于粗放，只进行两种情况的判断，满足一定温度条件时对电池充电，不满足该条件时不对其充电，即对不同温度下的电池以同样的充放电电流进行充放电，但是由于电池在较低温度下时其充放电能力有限，所以，如果电池在较低温度下对其以过大电流进行充电或者放电的话，就会对电池造成损害或者无法发挥电池的正常性能，所以，利用这种充电方式对电池进行充放电的话，长久以往会对电池造成很大的损害，能够大幅度降低其使用寿命。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种动力电池加热控制方法，用以解决利用现有的动力电池加热方法对电池进行充放电控制时会对电池造成损害的问题。本发明同时提供一种动力电池加热控制系统。
[0005]为实现上述目的，本发明的方案包括一种动力电池加热控制方法，包括以下步骤:
[0006]当动力电池的温度小于工作下限阈值时，控制发动机运转，并控制发动机冷却系统为动力电池进行加热，动力电池最大允许充放电电流为设定的第一电流阈值；
[0007]当动力电池的温度大于或者等于所述工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，发动机冷却系统为动力电池加热，同时动力电池最大允许充放电电流为设定的第二电流阈值；
[0008]当动力电池的温度大于或者等于所述温度正常阈值时，控制发动机冷却系统停止对动力电池进行加热，动力电池进行正常的充放电；
[0009]所述第一电流阈值小于所述第二电流阈值。
[0010]当动力电池的温度小于工作下限阈值时，发电机不工作；当动力电池的温度大于或者等于所述工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，发动机拖动发电机进行发电，用于驱动车辆行驶。
[0011]实现所述当动力电池的温度小于工作下限阈值时，控制发动机运转的手段为:首先控制发动机怠速运转，发动机冷却水温度上升，当发动机的冷却水温度达到一个水温设定值时，控制发动机高转速运行;所述高转速对应的转速范围为1200rpm-1500rpm。
[0012]实现所述当动力电池的温度大于或者等于所述工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，发动机拖动发电机进行发电，用于驱动车辆行驶的手段为:发电机发出的电能和动力电池的电能用于同时为驱动电机提供驱动能量，驱动电机的转速增大，当驱动电机的转速与发电机的转速之差小于一个设定的转速差阈值时，结合驱动电机和发电机之间的离合器，使发动机直接驱动该驱动电机运转。
[0013]所述发电机发出的电能和动力电池的电能共同构成用于驱动电机的驱动能量，其中，驱动能量中的90%来自发电机，10%来自动力电池。
[0014]所述设定的第一电流阈值为0.1C，所述工作下限阈值为动力电池在最大允许充放电电流为0.1C时对应的温度值;所述设定的第二电流阈值为0.2C，所述温度正常阈值为动力电池在最大允许充放电电流为0.2C时对应的温度值。
[0015]一种动力电池加热控制系统，包括:
[0016]第一控制模块，用于当动力电池的温度小于工作下限阈值时，控制发动机运转，并控制发动机冷却系统为动力电池进行加热，动力电池最大允许充放电电流为设定的第一电流阈值；
[0017]第二控制模块，用于当动力电池的温度大于或者等于所述工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，发动机冷却系统为动力电池加热，同时动力电池最大允许充放电电流为设定的第二电流阈值；
[0018]第三控制模块，用于当动力电池的温度大于或者等于所述温度正常阈值时，控制发动机冷却系统停止对动力电池进行加热，动力电池进行正常的充放电；
[0019]所述第一电流阈值小于所述第二电流阈值。
[0020]当动力电池的温度小于工作下限阈值时，发电机不工作；当动力电池的温度大于或者等于所述工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，发动机拖动发电机进行发电，用于驱动车辆行驶。
[0021]实现所述当动力电池的温度小于工作下限阈值时，控制发动机运转的手段为:首先控制发动机怠速运转，发动机冷却水温度上升，当发动机的冷却水温度达到一个水温设定值时，控制发动机高转速运行;所述高转速对应的转速范围为1200rpm-1500rpm。
[0022]实现所述当动力电池的温度大于或者等于所述工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，发动机拖动发电机进行发电，用于驱动车辆行驶的手段为:发电机发出的电能和动力电池的电能用于同时为驱动电机提供驱动能量，驱动电机的转速增大，当驱动电机的转速与发电机的转速之差小于一个设定的转速差阈值时，结合驱动电机和发电机之间的离合器，使发动机直接驱动该驱动电机运转。
[0023]本发明提供的动力电池加热控制方法中，根据动力电池的温度所处的温度范围而对动力电池进行相应地加热或者输出能量的处理。当动力电池的温度小于工作下限阈值时，控制发动机运转，并利用发动机运转发出的热量为动力电池进行加热，同时由于动力电池的温度较低，其最大的允许充放电电流较小，这时动力电池一般情况下不输出或者充入电能，即使输出或者充入电能，其最大充放电电流也有一定的限制；当动力电池的温度增大到工作下限阈值和温度正常阈值之间时，发动机冷却系统为动力电池加热的同时，此时动力电池有一定的工作能力，所以其最大允许充放电电流增大一些，但是还是不能正常的充放电，只有当电池的温度较大时，此时无需发动机冷却系统为其进行加热，动力电池恢复到正常工作状态。这种控制方法根据动力电池的本身的温度这一最基本、也是最重要的条件来确定是否为动力电池进行加热和对动力电池以多大的充放电电流进行充放电，所以，这种控制方式能够从根本上对动力电池进行加热，保证动力电池的正常使用，而且相较于现有的粗放时的充放电控制方法，本发明提供的方法重点考虑电池的最大允许充放电电流，只在允许范围之内进行相应的充放电；比如电池在较低温度下时，在对其进行充放电时，不能超过最大允许充放电范围，所以，这种控制方法细化了动力电池在不同的加热策略下的不同充放电控制，能够大幅度降低对电池的损害，极大地增长了使用寿命。
[0024]另外，该方法只根据动力电池的温度这一个参量来对动力电池进行加热控制，控制参量少，过程较为简单，控制的可靠性强。
【附图说明】
[0025]图1是混合动力汽车动力系统硬件结构示意图；
[0026]图2是动力电池加热控制方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0028]方法实施例
[0029]本发明提供了一种动力电池加热控制方法，以及一种混合动力汽车动力系统，其中，该动力系统能够实施该加热控制方法，但是，该加热控制方法的实施并不局限于该动力系统，其还可以适用于其他具体结构的动力系统，比如基于【背景技术】中专利申请文件公开的电池预热装置的动力系统。
[0030]如图1所示，该混合动力汽车动力系统包括发动机、动力电池、发电机和驱动电机，发动机与发电机机械传动连接，发电机通过一个离合器与驱动电机机械传动连接，驱动电机用于驱动车辆行驶，动力电池分别与发电机和驱动电机电连接。该动力系统还包括发动机冷却系统，该冷却系统包括一条冷却循环路径，冷却循环路径在发动机内通过并形成闭合回路，而且在路径内流通温度介质，冷却循环路径上串设有一个温控阀，该温控阀与水暖系统并联，该水暖系统设置在电池仓内，与动力电池对应设置，能够为动力电池进行加热。[0031 ]上述提到，该动力系统能够实施本发明提供的动力电池加热控制方法，该控制方法是加载在控制器中来实现相应地控制的，该控制器可以是车辆中的整车控制器，还可以是该动力系统中的控制器HCU，如图1所示，不管设置在哪一个控制器中，其控制过程以及控制对象均是相同的，本实施例以控制器HCU为例。而且，该加热控制方法在整个过程中是根据动力电池的温度来进行相应地控制的，所以，在动力电池的相应位置处设置温度传感器来检测电池的温度是必不可少的，而且，控制器HCU采样连接该温度传感器，用于时刻获知电池的温度。由于这一部分属于常规技术手段，这里不再具体说明。
[0032]另外，控制器HCU还控制连接该动力系统中的温控阀，在一般情况下，动力电池是不需要加热的，只有动力电池在较为寒冷的环境中才需要对其进行加热，所以，该温控阀的常态是开通状态，水循环不通过水暖系统。
[0033]控制器HCU在进行电池加热控制时，实时采集动力电池的温度，当动力电池的温度小于工作下限阈值时，控制发动机运转，并控制发动机冷却系统为动力电池进行加热，此时由于动力电池的温度较低，其最大允许充放电电流较小，设定为第一电流阈值，当然，在这种电池温度较低的情况下，为了保证电池的性能，动力电池一般是不输出能量或者充入能量的；当动力电池的温度大于或者等于所述工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，发动机冷却系统为动力电池加热，此时动力电池的温度升高了一些，具备一定的工作能力，这时动力电池最大允许充放电电流增大了一些，设定为第二电流阈值；当动力电池的温度大于或者等于所述温度正常阈值时，控制发动机冷却系统停止对动力电池进行加热，此时动力电池进行正常的充放电。
[0034]其中，工作下限阈值和温度正常阈值均为设定的用于比较的阈值，其可以根据加热的严格程度进行设定，由于电池在不同的温度下，其能够放电或者充电的最大电流是不同的，也就是说，电池的不同的温度值与最大充放电电流是--对应的，这里称最大充放电电流为充放电深度。也即是，工作下限阈值对应的电池的最大允许充放电电流为第一电流阈值，温度正常阈值对应的电池的最大允许充放电电流为第二电流阈值，所以，第一电流阈值和第二电流阈值根据工作下限阈值和温度正常阈值的不同设定而不同。在本实施例中，工作下限阈值对应动力电池的最大充放电电流(充放电深度)为0.1C，温度正常阈值对应动力电池的最大充放电电流(充放电深度)为0.2C。
[0035]另外，动力电池的温度变化可以按照上述三个温度范围依次进行，即动力电池的实际温度首先在低温度区间内，经过加热后，其温度在中间温度区间内，继续加热后，最后到达高温度区间内。当然，动力电池的温度变化也可以不按照上述三个温度范围依次进行，比如:在初始状态下，动力电池的温度不在低温度区间内，而是在中间温度区间内，那么，在进行加热后，动力电池的温度由中间温度区间变换到高温度区间，而不涉及到低温度区间。所以，上述电池进行加热控制时，并非一定按照上述三个温度区间的顺序依次进行加热控制。
[0036]以下对上述控制方法中的动力电池的温度所在的三个区间分别进行说明:
[0037]在低温条件下，动力电池的温度小于工作下限阈值，即电池的允许充放电深度小于0.1C时，此时由于动力电池的能力不足，其最大允许充放电电流较小，在此以动力电池不输出能量为例;并且，控制器控制发动机启动并运转，并控制温控阀关闭，发动机冷却系统通过水暖系统为动力电池进行加热。而且，在该情况下，发动机的运转过程为:首先控制发动机怠速运转，发动机冷却系统中的冷却水温度会逐渐上升，当发动机的冷却水温度达到一个水温设定值(该水温设定值的具体数值是根据实际需要，比如控制要求严格程度进行具体设置的)时，控制器控制发动机进入高转速区(高转速对应的转速范围为1200rpm-1500rpm)，使发动机高转速运行，在此过程中，水暖系统对电池进行持续加热。另外，该过程中，控制器高压系统待机。由于发动机的冷却水温度与发动机的工作状况是有一定关系的，当发动机的冷却水温度到达一定值时，此时发动机就进入了工作经济区，该一定值就为上述的水温设定值，该水温设定值对应着发动机进入工作经济区的临界值。当然，要想获取发动机冷却水的温度，就需要在冷却系统中设置温度传感器，该控制器HCU采样连接该温度传感器。
[0038]另外，当动力电池的温度小于工作下限阈值时，动力系统中的发电机是不工作，SP是不进行发电的。
[0039]动力电池由上述加热之后其温度增高，在大于或者等于工作下限阈值、且小于温度正常阈值的范围内时，或者在初始情况下动力电池的温度本就在大于或者等于工作下限阈值、且小于温度正常阈值的范围内时，即电池的允许充放电深度在0.1C和0.2C之间时，发动机冷却系统持续为动力电池加热，并且，由于此时动力电池的能力有了提升，其最大允许充放电电流相较于上述情况来说增大了一些，动力电池能够输出能量;并且发动机高转速运转，同时拖动发电机进行发电。此时如果司机踩踏加速踏板(油门踏板)时，发电机发出的电能和动力电池输出的电能同时为驱动电机提供驱动能量，驱动电机工作。由于此时动力电池并不能正常功能，其动力电池的允许充放电深度有一定的限制，所以，驱动车辆行驶的能量中有90 %来自发电机，10 %来自动力电池。驱动电机由于获得能量，其转速逐渐增大，当驱动电机的转速与发电机的转速之差小于一个设定的转速差阈值(以5rpm为例)时，结合驱动电机和发电机之间的离合器，使发动机直接驱动该驱动电机运转，保证车辆的驱动行驶。另外，车辆在制动时，驱动电机工作在发电状态，发电机待机不发电，回馈能量控制在动力电池的允许充电范围内，不足的制动能量由整车制动系统辅助。另外，为了能够使司机实时获知电池的状态，控制器HCU可以控制将电池的信息反映到车载仪表中。
[0040]按照上述工况运行一段时间后，动力电池的温度会上升到大于温度正常阈值，SP电池的允许充放电深度大于0.2C，控制器HCU控制温控阀闭合，发动机冷却系统不再经过电池仓水暖系统为动力电池进行加热，此时动力电池是可以正常充放电的。此时整车的控制就与电池加热无关，其可以按照现有的动力控制方式进行控制，本实施例中，给出如下控制方式:如果车辆存在异常，那么将不可行车信息反馈到仪表。如果车辆没有异常，控制器控制驱动电机运行，车辆低速运行。当电池SOC较低时，发动机带动发电机发电，发电机发出的电能带动驱动电机运行，驱动电机转速越来越大，当发电机和驱动电机之间的转速差在5rpm以内时，离合器结合。当车辆制动时，驱动电机工作在发电状态，整车根据电池SOC情况进行驱动放电及制动能量回收。该控制方法的全部流程见图2所示。
[0041]该动力系统具有以下优势:借助自身的发动机冷却系统实现快速加热的目的；通过控制策略控制发电机及驱动电机的工作区间，实现低温工况下的持续运行，保证使用;通过双电机系统的配合，在一定程度上让电池加入小能量循环，进一步加快电池的加热速度；整个快速加热系统只增加一个可控阀及水暖系统，不需要外加独立供热源，控制了系统的成本，提高产品的适应性;系统无论热量还是能量都可以通过内部循环进行，提高了系统能量的利用率，保证了系统的节能，高效。
[0042]系统实施例
[0043]该动力电池加热控制系统，包括:
[0044]第一控制模块，用于当动力电池的温度小于工作下限阈值时，控制发动机运转，并控制发动机冷却系统为动力电池进行加热，动力电池最大允许充放电电流为设定的第一电流阈值；
[0045]第二控制模块，用于当动力电池的温度大于或者等于工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，发动机冷却系统为动力电池加热，同时动力电池最大允许充放电电流为设定的第二电流阈值；
[0046]第三控制模块，用于当动力电池的温度大于或者等于温度正常阈值时，控制发动机冷却系统停止对动力电池进行加热，动力电池进行正常的充放电；
[0047]第一电流阈值小于第二电流阈值。
[0048]该系统中的三个控制模块均为软件模块，其设置在控制器中，比如整车控制器或者是动力系统中的控制器HCU，控制器实施对应的功能。所以，该控制系统本质上还是加热控制方法，由于该方法在上述方法实施例中已经有了详细描述，这里不再赘述。
[0049]以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种动力电池加热控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 当动力电池的温度小于工作下限阈值时，控制发动机运转，并控制发动机冷却系统为动力电池进行加热，动力电池最大允许充放电电流为设定的第一电流阈值； 当动力电池的温度大于或者等于所述工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，发动机冷却系统为动力电池加热，同时动力电池最大允许充放电电流为设定的第二电流阈值； 当动力电池的温度大于或者等于所述温度正常阈值时，控制发动机冷却系统停止对动力电池进行加热，动力电池进行正常的充放电； 所述第一电流阈值小于所述第二电流阈值。2.根据权利要求1所述的动力电池加热控制方法，其特征在于，当动力电池的温度小于工作下限阈值时，发电机不工作；当动力电池的温度大于或者等于所述工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，发动机拖动发电机进行发电，用于驱动车辆行驶。3.根据权利要求1所述的动力电池加热控制方法，其特征在于，实现所述当动力电池的温度小于工作下限阈值时，控制发动机运转的手段为:首先控制发动机怠速运转，发动机冷却水温度上升，当发动机的冷却水温度达到一个水温设定值时，控制发动机高转速运行;所述高转速对应的转速范围为1200rpm-1500rpm。4.根据权利要求2所述的动力电池加热控制方法，其特征在于，实现所述当动力电池的温度大于或者等于所述工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，发动机拖动发电机进行发电，用于驱动车辆行驶的手段为:发电机发出的电能和动力电池的电能用于同时为驱动电机提供驱动能量，驱动电机的转速增大，当驱动电机的转速与发电机的转速之差小于一个设定的转速差阈值时，结合驱动电机和发电机之间的离合器，使发动机直接驱动该驱动电机运转。5.根据权利要求4所述的动力电池加热控制方法，其特征在于，所述发电机发出的电能和动力电池的电能共同构成用于驱动电机的驱动能量，其中，驱动能量中的90%来自发电机，10%来自动力电池。6.根据权利要求1所述的动力电池加热控制方法，其特征在于，所述设定的第一电流阈值为0.1C，所述工作下限阈值为动力电池在最大允许充放电电流为0.1C时对应的温度值；所述设定的第二电流阈值为0.2C，所述温度正常阈值为动力电池在最大允许充放电电流为0.2C时对应的温度值。7.一种动力电池加热控制系统，其特征在于，包括: 第一控制模块，用于当动力电池的温度小于工作下限阈值时，控制发动机运转，并控制发动机冷却系统为动力电池进行加热，动力电池最大允许充放电电流为设定的第一电流阈值； 第二控制模块，用于当动力电池的温度大于或者等于所述工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，发动机冷却系统为动力电池加热，同时动力电池最大允许充放电电流为设定的第二电流阈值； 第三控制模块，用于当动力电池的温度大于或者等于所述温度正常阈值时，控制发动机冷却系统停止对动力电池进行加热，动力电池进行正常的充放电； 所述第一电流阈值小于所述第二电流阈值。8.根据权利要求7所述的动力电池加热控制系统，其特征在于，当动力电池的温度小于工作下限阈值时，发电机不工作；当动力电池的温度大于或者等于所述工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，发动机拖动发电机进行发电，用于驱动车辆行驶。9.根据权利要求7所述的动力电池加热控制系统，其特征在于，实现所述当动力电池的温度小于工作下限阈值时，控制发动机运转的手段为:首先控制发动机怠速运转，发动机冷却水温度上升，当发动机的冷却水温度达到一个水温设定值时，控制发动机高转速运行;所述高转速对应的转速范围为1200rpm-1500rpm。10.根据权利要求8所述的动力电池加热控制系统，其特征在于，实现所述当动力电池的温度大于或者等于所述工作下限阈值、且小于温度正常阈值时，发动机拖动发电机进行发电，用于驱动车辆行驶的手段为:发电机发出的电能和动力电池的电能用于同时为驱动电机提供驱动能量，驱动电机的转速增大，当驱动电机的转速与发电机的转速之差小于一个设定的转速差阈值时，结合驱动电机和发电机之间的离合器，使发动机直接驱动该驱动电机运转。
【文档编号】B60W10/26GK105946604SQ201610277794
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】杨泗鹏, 雷跃锋, 郑维, 陈万银, 乔理想, 张广利, 韩光辉, 张冬
【申请人】郑州宇通客车股份有限公司