一种纯电驱动车辆一体化热管理系统及方法

本发明涉及热管理，尤其涉及一种纯电驱动车辆一体化热管理系统及方法。

背景技术：

1、目前，对于现有技术中的纯电动汽车而言，一般采用两套独立的制冷系统单独控制，以分别对驾驶室的降温及采暖、动力电池的冷却及加热进行控制。这种单独控制的方式较为简单，但是成本较高，零部件多、能源利用率低，热泵系统在冬季温度较低时效率比较低，使用ptc辅热功耗大，并且在环境温度较低时，热泵加热速率慢，乘客体验差。同样在制冷时，由于制冷效率低，耗能大，会消耗更多的电量。

2、由于纯电动汽车上的乘员舱、电池、电机、控制器在不同的环境下所需热量及所需排热量不同，如果它们之间的热管理均衡管理不好，就会造成能量浪费，降低纯电动汽车的续航里程。

3、现有技术在电动汽车热管理方面存在多方面的不足之处。首先，对动力电池和乘员舱的热管理请求的响应不够灵活，导致在不同工况下无法有效地调节温度，影响了车辆的性能和效率。其次，现有技术对车辆热管理任务的控制不够精确，导致热管理效果不佳，影响了车辆的续航里程和经济性。由于市场上大部分电动汽车热管理不能根据不同的环境温度及车辆工况调整不同的热管理策略，采用独立系统单独控制，成本高、零部件多、能源利用率低，没有在满足动力电池和乘员舱的加热或制冷需求的同时考虑能耗优化和以及对电池热冲击的规避。

4、此外，现有技术在动力电池、空调制冷及加热、ptc加热、动力电机和乘员舱的热管理方面存在一定的局限性。这对不同部件的热管理控制能力不足，无法满足车辆在不同工况下的热管理需求。尤其是对动力电池组、电驱模块和乘员舱空调的热管理控制不够智能化和精细化，导致热管理效率低下，影响了车辆的整体性能和用户体验。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术中存在的不足之处，本发明的主要目的在于提供一种纯电驱动车辆一体化热管理系统及方法，根据不同的整车热管理需求，通过整车控制器vcu对电驱系统冷却回路、电池回路、加热回路及ac制冷回路进行控制，进而实现整车综合热管理；解决了现有技术中的车辆热管理系统的零部件数量较多以及能耗较大的技术问题，提高了车辆热管理系统的控制效率和控制性能。

2、技术方案：本发明纯电驱动车辆一体化热管理系统包括电驱系统冷却回路、电池回路、加热回路和ac制冷回路；电驱系统冷却回路包括dcdc水温传感器、驱动电机水温传感器、电驱动回路水泵、四通流量阀、第三三通阀和冷却风扇；电池回路包括电池进水温度传感器、电池回路水泵、电磁膨胀阀；第一三通阀、第二三通阀和暖风回路电子水泵；ac制冷回路包括第一通断电磁阀、第二通断电磁阀、压缩机、压力传感器和环境温度传感器；根据不同的整车热管理需求，通过整车控制器vcu对电驱系统冷却回路、电池回路、加热回路及ac制冷回路进行控制，进而实现整车综合热管理。

3、本发明纯电驱动车辆一体化热管理方法包括以下步骤：

4、步骤(1)，电驱冷却系统的控制方法，包括行车工况冷却和充电工况的冷却；

5、步骤(2)，电池热管理系统的冷却控制方法，包括电池主动冷却和电池被动冷却；

6、步骤(3)，电池热管理系统的加热控制方法，包括电池主动加热和电池被动加热；

7、步骤(4)，电池热管理自循环控制方法；

8、步骤(5)，热管理故障模式控制方法；

9、步骤(6)，热管理部件延迟下电方法。

10、步骤(1)的行车工况包括以下过程：

11、(1.1)车辆在行车过程中处于上电状态。

12、(1.2)驱动电机控制器mcu发送电机温度、电机控制器温度、电机冷却液温度，直流变换器dcdc发送的dcdc入口水温，电池管理单元bms发送电池包热管理请求、电池目标进水温度和电池实际进水温度，空调压缩机模块accm发送的压缩机状态，冷媒压力以及室外环境温度。

13、(1.3)电驱水泵、冷曲风扇、第一三通阀1、第二三通阀2、第三三通阀3以及四通阀根据不同的工况进行控制。

14、(1.4)根据驱动电机控制器mcu上报的电机温度、电机控制器温度和电机冷却液温度，直流变换器dcdc上报的水温值通过查表控制电驱水泵的值。

15、(1.5)根据步骤(1.4)，驱动电机控制器mcu上报的电机温度、电机控制器温度和电机冷却液温度，直流变换器dcdc上报的水温有对应的电驱水泵的流量需求值，均是在不同温度下对应的电驱水泵流量需求值。根据以上四部分对应的电驱水泵流量需求最大值进行水泵占空比输出。

16、(1.6)整车控制器vcu根据车速、驱动电机控制器mcu上报的电机温度、电机控制器温度和电机冷却液温度，直流变换器dcdc上报的水温值通过查表控制冷却风扇。

17、(1.7)根据步骤(1.6)，整车在不同的速度、驱动电机控制器mcu上报的电机温度、电机控制器温度和电机冷却液温度以及直流变换器dcdc上报的水温不同的情况下有不同的冷却风扇控制占空比，根据以上部分对应的最大冷却风扇控制占空比进行输出。

18、(1.8)整车控制器vcu根据整车ready状态，电池管理单元bms发送电池包热管理请求、电池目标进水温度和电池实际进水温度，以及空调控制器ac发送室外环境温度，整车控制器vcu判断电池热管理需求为主动冷却、被动冷却、主动加热、被动加热、自循环进行的百分比控制。

19、步骤(1)中，充电工况时，整车控制器vcu根据直流变换器dcdc发送的直流变换器dcdc入口水温，电池管理单元bms发送电池包热管理请求、电池目标进水温度和电池实际进水温度，空调压缩机模块accm发送的压缩机状态，冷媒压力和室外环境温度，调节电驱水泵、第三三通阀3、四通阀和冷却风扇的工作状态。

20、步骤(1.1a)，整车控制器vcu判断整车处于充电状态，整车控制器vcu根据充直流变换器dcdc入口水温值，进行查表判断直流变换器dcdc对电驱水泵流量需求；整车控制器vcu根据电驱水泵目标流量进行查表得到电驱水泵目标占空比r，整车控制器vcu发送电驱水泵占空比请求r控制电驱水泵运转。

21、步骤(1.2a)，整车控制器vcu判断整车处于充电状态，整车控制器vcu根据驱动电机控制器mcu上报的电机冷却液温度，通过查表判断风扇占空比。

22、步骤(1.3a)，整车控制器vcu判断空调压缩机模块accm发送的压缩机状态为启动状态，根据冷媒压力查表获得整车控制器vcu对风扇的控制占空比。

23、步骤(1.4a)，在步骤(1.2a)与步骤(1.3a)获得的冷却风扇占空比中取最高者控制冷却风扇。

24、步骤(1.5a)，当整车控制器vcu判断空调压缩机模块accm发送的压缩机状态为关闭或故障时，通过查表获得整车控制器vcu对冷却风扇的控制占空比。

25、步骤(1.6a)，整车控制器vcu根据整车充电状态，电池管理单元bms发送电池包热管理请求、电池目标进水温度和电池实际进水温度，以及空调控制器ac发送室外环境温度，判断电池当前热管理需求为主动冷却、被动冷却、主动加热、自循环，整车控制器vcu通过查表获得对应的控制百分比来控制第三三通阀3和四通阀。

26、步骤(2)中的电池主动冷却工况下，整车控制器vcu根据整车状态，电机温度、电机控制器温度、直流变换器dcdc水温、电机冷却液温度、冷媒高压压力、电池管理单元bms发送电池包热管理请求、电池目标进水温度和电池实际进水温度，以及空调控制器ac发送室外环境温度，判断电池当前电池冷却的需求方式，控制电驱水泵、冷却风扇、电池水泵、电磁膨胀阀、第三三通阀3和四通阀工作，并发送压缩机使能和转速请求至accm，accm根据请求控制压缩机工作，过程为：

27、步骤(2.1)，vcu判断车辆处于整车上电或ready或充电状态；

28、步骤(2.2)，bms发送电池热管理需求为冷却请求状态；

29、步骤(2.3)，vcu判断bms发送的电池包进水口实际水温与电池包目标进水温度差值在温度阈值以上；

30、步骤(2.4)，当步骤(2.1)、(2.2)、(2.3)全部满足时，车辆进入电池主动冷却模式；

31、步骤(2.5)，vcu发送电池水泵占空比请求、电驱水泵占空比、冷却风扇占空比、第三三通阀3的角度使能信号和位置控制信号、四通阀角度使能信号和位置控制信号；

32、步骤(2.6)，vcu发送压缩机开关机命令以及压缩机目标转速到accm；

33、步骤(2.7)，accm控制vcu压缩机工作。

34、步骤(2.8)，bms发送电池热管理请求关闭、加热、自循环；

35、步骤(2.9)，vcu判断bms发送的电池包进水口实际水温与电池包目标进水温度小于阈值温度且持续设定时间，如1min；

36、步骤(2.10)，当满足所述步骤(2.8)、(2.9)任意一个条件时，退出电池主动冷却模式。

37、步骤(2.7)中，其中的vcu压缩机目标转速是根据电池主动冷却压缩机目标转速和空调压缩机目标转速的叠加，且小于等于压缩机最高转速。电池主动冷却压缩机目标转速通过查表获得，空调压缩机目标转速由空调控制策略获得。

38、步骤(2)中，电池被动冷却工况下，vcu根据整车状态，电机温度、电机控制器温度、dcdc水温、电机冷却液温度、冷媒高压压力、bms发送电池包热管理请求、电池目标进水温度和电池实际进水温度，以及ac发送室外环境温度，判断电池当前电池冷却的需求方式，控制电驱水泵、冷却风扇、电池水泵、电磁膨胀阀、第三三通阀3和四通阀工作，并发送压缩机使能和转速请求至accm，accm根据请求控制压缩机工作；过程为：

39、(2.1a)，vcu判断车辆处于整车上电或ready状态、且bms发送电池热管理需求冷却请求、vcu判断bms发送的电池包进水口实际水温与电池包目标进水温度差值在温度阈值a以下、电机冷却液温度与电池包目标进水温度差值在温度阈值b以下、室外环境温度小于温度阈值c；

40、(2.2a)，vcu判断车辆处于充电状态、bms发送电池热管理发送冷却请求、vcu判断bms发送的电池包进水口实际水温与电池包目标进水温度差值小于温度阈值a、电池包目标进水温度与电机冷却液温度大于温度阈值b1、室外环境温度小于阈值c1；

41、(2.3a)，当满足上述步骤(2.1a)、(2.2a)任一条件时进入电池被动冷却模式；

42、(2.4a)，vcu发送电池水泵占空比；

43、(2.5a)，vcu发送电驱水泵占空比；

44、(2.6a)，vcu发送冷却风扇占空比请求；

45、(2.7a)，vcu发送三通阀3的角度使能信号和位置控制信号；

46、(2.8a)，vcu发送四通阀和位置控制信号；

47、(2.9a)，vcu发送电磁膨胀阀关闭信号；

48、(2.10a)，bms发送电池热管理需求：关闭、加热请求、自循环请求；

49、(2.11a)，vcu判断bms发送的电池包进水口实际水温与电池包目标进水温度差值大于温度阈值a1；当满足电机冷却液温度与电池包目标进水温度差值大于设定的温度阈值，且持续设定时间如1min时，退出电池被动冷却后，vcu根据电池包热管理请求、电池目标进水温度和电池实际进水温度、电机冷却液水温、室外环境温度，控制电驱水泵、冷却风扇、电池水泵、电磁膨胀阀、第三三通阀和四通阀工作。

50、步骤(3)中，电池主动加热时，vcu根据整车状态，电机温度、电机控制器温度、dcdc水温、电机冷却液温度、bms发送电池包热管理请求、电池最高温度、电池最低温度、电池目标进水温度和电池实际进水温度，ac发送的前区空调暖风请求状态、后区空调暖风请求状态、前排暖风温度请求、后排暖风温度请求，判断电池当前电池加热的需求方式为主动加热或被动加热，控制电驱水泵、冷却风扇、电池水泵、加热水泵、电磁膨胀阀、第一三通阀1、第二三通阀2、第三三通阀3和四通阀工作，并发送hvch使能、hvch加热功率和目标水温请求至hvch，hvch根据请求控制hvch工作；过程为：

51、(3.1)，vcu判断车辆处于整车ready或充电状态；

52、(3.2)，bms发送电池热管理需求为加热请求；

53、(3.3)，vcu判断bms发送的电池最高温度小于阈值；

54、当满足以上三个步骤时，根据：

55、(3.4)，vcu发送电池水泵占空比请求；

56、(3.5)，vcu发送电驱水泵占空比请求；

57、(3.6)，vcu发送加热水泵占空比请求；

58、(3.7)，vcu发送冷却风扇占空比请求；

59、(3.8)，vcu发送第三三通阀3的角度使能信号和位置控制信号、四通阀使能和位置控制信号、电磁膨胀阀关闭信号、第一三通阀1和第二三通阀2的角度使能信号和位置控制信号。

60、(3.9)，加热水泵运行一定时间后，vcu发送hvch使能信号、加热功率和hvch目标水温请求；

61、(3.10)，bms发送电池热管理需求为关闭、冷却、自循环时；vcu判断bms发送的电池最高温度在一定范围内时，且电机冷却液水温-电池入口实际水温大于阈值持续设定时间，如1min；

62、(3.11)，满足步骤(3.10)则退出电池主动加热，vcu根据电池包热管理请求、电池目标进水温度和电池实际进水温度、电机冷却液水温、室外环境温度，控制电驱水泵、冷却风扇、电池水泵、电磁膨胀阀、第三三通阀3和四通阀工作。

63、步骤(3)中，电池被动加热适用于行车工况，充电工况无被动加热。控制部件与主动加热无异，过程为：

64、步骤(3.1a)，vcu判断车辆处于整车ready；

65、步骤(3.2a)，bms发送电池热管理需求为加热请求；

66、步骤(3.3a)，vcu判断bms发送的电池最高温度在一定范围内，且电机冷却液水温-电池入口实际水温大于阈值；

67、当同时满足以上三个步骤时，根据：

68、步骤(3.4a)，vcu发送电池水泵占空比请求；

69、步骤(3.5a)，vcu发送电驱水泵占空比请求；

70、步骤(3.6a)，vcu发送加热水泵占空比请求；

71、步骤(3.7a)，vcu发送冷却风扇占空比请求；

72、步骤(3.8a)，vcu发送第三三通阀3的角度使能信号和位置控制信号、四通阀使能和位置控制信号、电磁膨胀阀关闭信号、第一三通阀1和第二三通阀2的角度使能信号和位置控制信号；

73、步骤(3.9a)，加热水泵运行设定时间后，vcu发送hvch使能信号、加热功率和hvch目标水温请求；

74、步骤(3.10a)，bms发送电池热管理需求为关闭、冷却、自循环时；vcu判断bms发送的电池最高温度在设定范围内时，且电机冷却液水温-电池入口实际水温大于阈值持续设定时间如1min；

75、步骤(3.11a)，满足步骤(3.10a)则退出电池主动加热，vcu根据电池包热管理请求、电池目标进水温度和电池实际进水温度、电机冷却液水温、室外环境温度，控制电驱水泵、冷却风扇、电池水泵、电磁膨胀阀、第三三通阀和四通阀工作。

76、步骤(4)中，电池热管理自循环过程为：

77、(4.1)，vcu判断车辆处于整车ready或充电状态；

78、(4.2)，bms发送电池热管理需求为自循环请求；

79、(4.3)，当满足以上两个步骤时，进入电池自循环条件；

80、(4.4)，vcu发送电池水泵占空比请求；

81、(4.5)，vcu发送电驱水泵占空比请求；

82、(4.6)，vcu发送加热水泵占空比请求；

83、(4.7)，vcu发送冷却风扇占空比请求；

84、(4.8)，vcu发送第三三通阀的角度使能信号和位置控制信号、四通阀使能和位置控制信号、电磁膨胀阀关闭信号、第一三通阀和第二三通阀的角度使能信号和位置控制信号；

85、车辆进入热管理自循环模式；

86、(4.9)，bms发送电池热管理需求为关闭、冷却环请求、加热请求；

87、(4.10)，退出电池热管理自循环模式，vcu根据电池包热管理请求、电池目标进水温度和电池实际进水温度、电机冷却液水温、室外环境温度，控制电驱水泵、冷却风扇、电池水泵、电磁膨胀阀、第三三通阀和四通阀工作。

88、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

89、(1)本发明不仅满足乘客舱及电池包的制热、制冷的需求，也充分的利用电机、控制器的负载散热。

90、(2)本发明根据不同的整车热管理需求，通过整车控制器vcu对电驱系统冷却回路、电池回路、加热回路及ac制冷回路进行控制，进而实现整车综合热管理。

91、(3)采用本发明解决了现有技术中的车辆热管理系统的零部件数量较多的技术问题，旨在提高车辆热管理系统的控制效率和控制性能。