一种发动机与动力电池的热交换系统、控制方法及汽车与流程

本发明涉及发动机与动力电池的热交换领域，尤其是一种发动机与动力电池的热交换系统、控制方法及汽车。

背景技术：

现有的增程式电动汽车中，增程器与动力电池之间均是相互分开，二者之间只通过电源线相互连接，因此各自在冬季低温等环境下无法互相提供帮助，特别是动力电池和增程器在环境温度极低的情况下，均需要一端时间的预热过程。现有技术中还不存在一种对发动机的预热利用给动力电池进行加热以及利用动力电池给发动机加热的方法。

技术实现要素：

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种发动机与动力电池的热交换系统、控制方法及汽车，用以实现利用发动机的预热对动力电池进行加热以及利用动力电池对动力电池自身和发动机加热。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的发动机与动力电池的热交换系统，包括：用于与外部供电装置连接的外接充电接口；与动力电池贴合设置的第二加热器和第二换热器；与发动机通过管路连接的第一换热器，所述第一换热器与所述第二换热器通过管路连接，且所述第一换热器与所述第二换热器之间设有换热器开关；与所述第一换热器贴合设置的第一加热器；分别与所述外接充电接口、所述动力电池、所述第一加热器、所述第二加热器连接的控制开关；控制器，用于根据所述发动机的第一温度和所述动力电池的第二温度，向所述控制开关输出第一控制信号，控制所述外接充电接口与所述第一加热器或所述第二加热器连接，以及向所述换热器开关输出第二控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器连接或断开；或根据所述发动机的第一温度和所述动力电池的第二温度，向所述控制开关输出第三控制信号，控制所述动力电池与所述第一加热器或所述第二加热器连接，以及向所述换热器开关输出第四控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器连接或断开；或根据所述发动机的第一温度和所述动力电池的第二温度，向所述控制开关输出第五控制信号，控制所述动力电池与所述第二加热器连接或断开，以及向所述换热器开关输出第六控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器连接或断开。

优选地，还包括：设置于所述第一换热器与所述发动机之间的电磁阀和水泵，且所述电磁阀与所述水泵均与所述控制器连接。

优选地，还包括：用于获取汽车工作状态和充电状态的整车控制器VCU；用于获取所述发动机的第一温度的发动机电控单元ECU；用于获取所述动力电池的第二温度和剩余电量的电池管理系统BMS；所述整车控制器VCU、所述发动机电控单元ECU、所述电池管理系统BMS均与所述控制器连接。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种汽车，包括上述的发动机与动力电池的热交换系统。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种采用上述的发动机与动力电池的热交换系统的控制方法，包括：

获取汽车的工作状态、充电状态、所述发动机的第一温度、所述动力电池的第二温度、所述动力电池的剩余电量；

根据所述汽车的工作状态、所述汽车的充电状态、所述发动机的第一温度和所述动力电池的第二温度，向所述控制开关输出第一控制信号，控制所述外接充电接口与所述第一加热器或所述第二加热器连接，以及向所述换热器开关输出第二控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器连接或断开；

根据所述汽车的工作状态、所述汽车的充电状态、所述发动机的第一温度，所述动力电池的第二温度和所述动力电池的剩余电量，向所述动力开关输出第三控制信号，控制所述动力电池与所述第一加热器或所述第二加热器连接，以及向所述换热器开关输出第四控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器连接或断开；

根据所述汽车的工作状态、所述发动机的第一温度，所述动力电池的第二温度，向所述控制开关输出第五控制信号，控制所述动力电池与所述第二加热器连接或断开，以及向所述换热器开关输出第六控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器连接或断开。

优选地，所述方法还包括：

根据所述发动机的第一温度和所述动力电池的第二温度，向所述控制开关输出第七控制信号，控制所述外接充电接口与所述第一加热器或所述第二加热器断开，或控制所述动力电池与所述第一加热器或所述第二加热器断开；以及向所述换热器开关输出第八控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器断开。

优选地，所述根据所述汽车的工作状态、所述汽车的充电状态、所述发动机的第一温度，所述动力电池的第二温度，向所述控制开关输出第一控制信号，控制所述外接充电接口与所述第一加热器或所述第二加热器连接，以及向所述换热器开关输出第二控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器连接或断开的步骤包括：

当所述汽车处于充电停放状态、所述发动机的第一温度和所述动力电池的第二温度均小于第一预设温度时，向所述控制开关输出第一控制信号，控制所述外接充电接口与所述第二加热器连接，以及向所述控制所述换热器开关输出第二控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器连接；

当所述汽车处于充电停放状态、所述发动机的第一温度小于所述第一预设温度，且所述动力电池的第二温度大于所述第一预设温度时，向所述控制开关输出第一控制信号，控制所述外接充电接口与所述第一加热器连接，以及向所述换热器开关输出第二控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器断开；

当所述汽车处于充电停放状态、所述发动机的第一温度大于所述第一预设温度，且所述动力电池的第二温度小于所述第一预设温度时，向所述控制开关输出第一控制信号，控制所述外接充电接口与所述第二加热器连接，以及向所述换热器开关输出第二控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器断开。

优选地，所述根据所述汽车的工作状态、所述汽车的充电状态、所述发动机的第一温度，所述动力电池的第二温度和所述动力电池的剩余电量，向所述动力开关输出第三控制信号，控制所述动力电池与所述第一加热器或所述第二加热器连接，以及向所述换热器开关输出第四控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器连接或断开的步骤包括：

当所述汽车处于未充电停放状态、所述发动机的第一温度和所述动力电池的第二温度均小于第二预设温度，且所述动力电池的剩余电量大于第一预设电量时，向所述控制开关输出第三控制信号，控制所述动力电池与所述第二加热器连接，以及向所述换热器开关输出第四控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器连接；

当所述汽车处于未充电停放状态、所述发动机的第一温度小于所述第二预设温度、所述动力电池的第二温度大于所述第二预设温度，且所述动力电池的剩余电量大于第一预设电量时，向所述控制开关输出第三控制信号，控制所述动力电池与所述第一加热器连接，以及向所述换热器开关输出第四控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器断开；

当所述汽车处于未充电停放状态、所述发动机的第一温度大于所述第二预设温度、所述动力电池的第二温度小于所述第二预设温度，且所述动力电池的剩余电量大于所述第一预设电量时，向所述控制开关输出第三控制信号，控制所述动力电池与所述第二加热器连接，以及向所述换热器开关输出第四控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器断开。

优选地，所述根据所述汽车的工作状态、所述发动机的第一温度，所述动力电池的第二温度，向所述控制开关输出第五控制信号，控制所述动力电池与所述第二加热器连接或断开，以及向所述换热器开关输出第六控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器连接或断开的步骤包括：

当所述汽车处于启动状态，所述发动机的第一温度大于所述第一预设温度且所述动力电池的第二温度小于所述第一预设温度时，向所述控制开关输出第五控制信号，控制所述动力电池与所述第二加热器断开，以及向所述换热器开关输出第六控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器连接；

当所述汽车处于启动状态，所述发动机的第一温度与所述动力电池的第二温度均小于所述第一预设温度时，向所述控制开关输出第五控制信号，控制所述动力电池与所述第二加热器连接，以及向所述换热器开关输出第六控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器断开。

优选地，所述根据所述发动机的第一温度和所述动力电池的第二温度，向所述控制开关输出第七控制信号，控制所述外接充电接口与所述第一加热器或所述第二加热器断开，或控制所述动力电池与所述第一加热器或所述第二加热器断开；以及向所述换热器开关输出第八控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器断开的步骤包括：

当所述汽车处于充电停放状态、所述发动机的第一温度和所述动力电池的第一温度均大于第一预设温度时，向所述控制开关输出第七控制信号，控制所述外接充电接口与所述第一加热器或所述第二加热器断开，以及向所述换热器开关输出第八控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器断开；

当所述汽车处于未充电停放状态，所述发动机的第一温度和所述动力电池的第二温度均大于第二预设温度时向所述控制开关输出第七控制信号，控制所述动力电池与所述第一加热器或所述第二加热器断开，以及向所述换热器开关输出第八控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器断开；

当所述汽车处于启动状态，所述发动机的第一温度与所述动力电池的第二温度均大于所述第一预设温度时，向所述控制开关输出第七控制信号，控制所述动力电池与所述第二加热器断开，以及向所述换热器开关输出第八控制信号，控制所述第一换热器与所述第二换热器断开。

与现有技术相比，本发明实施例提供的发动机与动力电池的热交换系统，至少具有以下有益效果：

控制器根据发动机以及动力电池的温度判断是否需要对发动机和动力电池加热，并根据汽车的工作状态和充电状态选取为发动机以及动力电池加热的供电装置，实现了对发动机的余热利用，同时，还实现了发动机与燃料电池互助加热，减少汽车自身能耗。

附图说明

图1为本发明实施例所述的发动机与动力电池的热交换系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的发动机与动力电池的热交换系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

参照图1，本发明实施例提供了发动机5与动力电池2的热交换系统，包括：用于与外部供电装置连接的外接充电接口1；与动力电池2贴合设置的第二加热器3和第二换热器4；与发动机5通过管路连接的第一换热器6，所述第一换热器6与所述第二换热器4通过管路连接，且所述第一换热器6与所述第二换热器4之间设有换热器开关7；与所述第一换热器6贴合设置的第一加热器8；分别与所述外接充电接口1、所述动力电池2、所述第一加热器8、所述第二加热器3连接的控制开关9；控制器10，用于根据所述发动机5的第一温度和所述动力电池2的第二温度，向所述控制开关9输出第一控制信号，控制所述外接充电接口1与所述第一加热器8或所述第二加热器3连接，以及向所述换热器开关7输出第二控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4连接或断开；或根据所述发动机5的第一温度和所述动力电池2的第二温度，向所述控制开关9输出第三控制信号，控制所述动力电池2与所述第一加热器8或所述第二加热器3连接，以及向所述换热器开关7输出第四控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4连接或断开；或根据所述发动机5的第一温度和所述动力电池2的第二温度，向所述控制开关9输出第五控制信号，控制所述动力电池2与所述第二加热器3连接或断开，以及向所述换热器开关7输出第六控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4连接或断开。

具体的，第一换热器6通过管路与发动机5的散热结构的排水管连通，由于第二换热器4与动力电池2贴合设置，利用发动机5的余热对动力电池2进行预热是通过发动机5的排水管中的热水进入到第二换热器4中实现的。

控制器10根据发动机5以及动力电池2的温度判断是否需要对发动机5和动力电池2加热，并根据汽车的工作状态选取为发动机5以及动力电池2加热的供电装置，实现了对发动机5的余热利用，同时，还实现了发动机5与燃料电池互助加热。

由于控制开关9分别与外接充电接口1、动力电池2、第一加热器8和第二加热器3连接，控制开关9在接收到控制器10的控制信号时，可以根据具体的控制命令进行内部调节，使得外接充电接口1与第一加热器8或第二加热器3连接，或者控制动力电池2与第一加热器8或第二加热器3连接。

且进一步的，本发明实施例的发动机与动力电池的热交换系统还包括：设置于所述第一换热器6与所述发动机5之间的电磁阀11和水泵12，且所述电磁阀11与所述水泵12均与所述控制器10连接。

电磁阀11和水泵12用于在换热器开关7开启时，使得第一换热器6和第二换热器4内部的水进入循环状态，进而实现对发动机5进行加热或者对动力电池2进行加热。

优选地，还包括：用于获取汽车工作状态和充电状态的整车控制器VCU13；用于获取所述发动机5的第一温度的发动机电控单元ECU14；用于获取所述动力电池2的第二温度和剩余电量的电池管理系统BMS15；所述整车控制器VCU13、所述发动机电控单元ECU14、所述电池管理系统BMS15均与所述控制器10连接。

控制器10通过整车控制器VCU13、及发动机电控单元ECU14以及电池管理系统BMS15传输的多个信息进行综合分析，合理的对控制开关9以及换热器开关7进行控制。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种汽车，包括上述的发动机5与动力电池2的热交换系统。

参照图2，根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种采用上述的发动机5与动力电池2的热交换系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤101，获取汽车的工作状态：

步骤102，获取汽车的充电状态；

步骤103，获取所述发动机5的第一温度；

步骤104，获取所述动力电池2的第二温度；

步骤105，获取所述动力电池2的剩余电量；

步骤106，根据所述汽车的工作状态、所述汽车的充电状态、所述发动机5的第一温度和所述动力电池2的第二温度，向所述控制开关9输出第一控制信号，控制所述外接充电接口1与所述第一加热器8或所述第二加热器3连接，以及向所述换热器开关7输出第二控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4连接或断开；

步骤107，根据所述汽车的工作状态、所述汽车的充电状态、所述发动机5的第一温度，所述动力电池2的第二温度和所述动力电池2的剩余电量，向所述动力开关输出第三控制信号，控制所述动力电池2与所述第一加热器8或所述第二加热器3连接，以及向所述换热器开关7输出第四控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4连接或断开；

步骤108，根据所述汽车的工作状态、所述发动机5的第一温度，所述动力电池2的第二温度，向所述控制开关9输出第五控制信号，控制所述动力电池2与所述第二加热器3连接或断开，以及向所述换热器开关7输出第六控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4连接或断开；

步骤109，根据所述发动机5的第一温度和所述动力电池2的第二温度，向所述控制开关9输出第七控制信号，控制所述外接充电接口1与所述第一加热器8或所述第二加热器3断开，或控制所述动力电池2与所述第一加热器8或所述第二加热器3断开；以及向所述换热器开关7输出第八控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4断开。

具体的，上述步骤106包括：

当所述汽车处于充电停放状态、所述发动机5的第一温度和所述动力电池2的第二温度均小于第一预设温度时，向所述控制开关9输出第一控制信号，控制所述外接充电接口1与所述第二加热器3连接，以及向所述控制所述换热器开关7输出第二控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4连接；

当所述汽车处于充电停放状态、所述发动机5的第一温度小于所述第一预设温度，且所述动力电池2的第二温度大于所述第一预设温度时，向所述控制开关9输出第一控制信号，控制所述外接充电接口1与所述第一加热器8连接，以及向所述换热器开关7输出第二控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4断开；

当所述汽车处于充电停放状态、所述发动机5的第一温度大于所述第一预设温度，且所述动力电池2的第二温度小于所述第一预设温度时，向所述控制开关9输出第一控制信号，控制所述外接充电接口1与所述第二加热器3连接，以及向所述换热器开关7输出第二控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4断开。

上述的第一预设温度为10°，当汽车处于充电停放状态时，为了帮助发动机5以及动力电池2能够实现快速余热，根据发动机5的第一温度和动力电池2的第二温度与第一预设温度的比较，控制外接充电接口1与第一加热器8或第二加热器3连接，在利用外部充电装置帮助发动机和动力电池快速预热的同时，还不会对汽车自身的电能进行损耗。

在上述状态下，当发动机5和动力电池2的温度均低于第一预设温度时，外接充电接口1通过控制开关9与第二加热器3连接供电，由于第二加热器3与动力电池2贴合设置，故第二加热器3实现了对动力电池2进行加热；又因为第二加热器3与第二换热器4是贴合设置的，第二加热器3通过对第二换热器4进行加热，使得第二换热器4内部的水被加热，换热器开关7开启后，使得第二换热器4内部的水流入至第一换热器6中，水泵12和电磁阀11的设置使得进入第一换热器6内部的热水进入到发动机5的散热结构的排水管中，进而实现对发动机5的加热。

当动力电池2的第二温度高于第一预设温度时，此时，不再需要对动力电池2余热。通过控制开关9调节，使得外接充电接口1与第一加热器8直接连接供电，第一加热器8对第一换热器6内的水进行加热，通过水泵12和电磁阀11使得第一换热器6内部被加热的水进入发动机5的散热结构的排水管中，进而实现对发动机5的余热。

具体的，上述步骤107包括：

当所述汽车处于未充电停放状态、所述发动机5的第一温度和所述动力电池2的第二温度均小于第二预设温度，且所述动力电池2的剩余电量大于第一预设电量时，向所述控制开关9输出第三控制信号，控制所述动力电池2与所述第二加热器3连接，以及向所述换热器开关7输出第四控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4连接；

当所述汽车处于未充电停放状态、所述发动机5的第一温度小于所述第二预设温度、所述动力电池2的第二温度大于所述第二预设温度，且所述动力电池2的剩余电量大于第一预设电量时，向所述控制开关9输出第三控制信号，控制所述动力电池2与所述第一加热器8连接，以及向所述换热器开关7输出第四控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4断开；

当所述汽车处于未充电停放状态、所述发动机5的第一温度大于所述第二预设温度、所述动力电池2的第二温度小于所述第二预设温度，且所述动力电池2的剩余电量大于所述第一预设电量时，向所述控制开关9输出第三控制信号，控制所述动力电池2与所述第二加热器3连接，以及向所述换热器开关7输出第四控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4断开。

上述的第二预设温度为5°，当汽车未进行充电时，为了帮助动力电池2和发动机5能够快速预热，通过消耗动力电池2的部分电量实现，在发动机5的第一温度和动力电池2的第二温度均低于第二预设温度时，通过控制开关9的调节，使得动力电池2与第二加热器3连接进行供电，进而实现对动力电池2的加热，对发动机5的加热时通过第二换热器4内部被加热的水进入至发动机5的排水管中实现的，此处与上述汽车处于充电状态下的方式一致，在此，不在赘述。

当动力电池2的第二温度大于第二预设温度时，无需在对动力电池2加热，故断开动力电池2与第二加热器3的连接，在需要对发动机5进行加热时，通过将动力电池2与第一加热器8连接，进而实现对第一换热器6内部的水进行加热，达到对发动机5的加热。

并且，为了满足动力电池2的正常工作，在动力电池2的剩余电量低于动力电池2的总电量的70％时，便停止动力电池2与第一加热器8或第二加热器3的连接。

具体的，上述步骤108包括：

当所述汽车处于启动状态，所述发动机5的第一温度大于所述第一预设温度，且所述动力电池2的第二温度小于所述第一预设温度时，向所述控制开关9输出第五控制信号，控制所述动力电池2与所述第二加热器3断开，以及向所述换热器开关7输出第六控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4连接；

当所述汽车处于启动状态，所述发动机5的第一温度与所述动力电池2的第二温度均小于所述第一预设温度时，向所述控制开关9输出第五控制信号，控制所述动力电池2与所述第二加热器3连接，以及向所述换热器开关7输出第六控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4断开。

在汽车处于启动状态时，当发动机5的第一温度大于第一预设温度但动力电池2的第二温度小于第二预设温度时，此时，利用发动机5产生的热量对动力电池2进行加热，通过将换热器开关7打开，使得发动机5的散热结构的排水管中的较高温度的水通过管路进入到第二换热器4中，进而实现对动力电池2的加热；在发动机5的第一温度和动力电池2的第二温度均小于第一预设温度时，此时，采用动力电池2对第二加热器3供电，实现对动力电池2的加热。

在汽车处于启动状态时，由于发动机5自身产生的热量会很快使得发动机5自身被加热，因而在发动机5处于启动状态时，不管发动机5的温度的高低，对于发动机5不进行加热。

相应的，在发动机5处于关闭状态时，对于发动机5不需要进行加热，故只在动力电池2的第二温度低于第一预设温度时，根据发动机5的第一温度与第一预设温度的大小，选择利用发动机5的产生的热量对动力电池2进加热或者选择利用动力电池2对第二加热器3的供电实现对动力电池2自身的加热。

具体的，上述步骤108包括：

当所述汽车处于充电停放状态、所述发动机5的第一温度和所述动力电池2的第一温度均小于第一预设温度时，向所述控制开关9输出第七控制信号，控制所述外接充电接口1与所述第一加热器8或所述第二加热器3断开，以及向所述换热器开关7输出第八控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4断开；

当所述汽车处于未充电停放状态，所述发动机5的第一温度和所述动力电池2的第二温度均低于第二预设温度时，向所述控制开关9输出第七控制信号，控制所述动力电池2与所述第一加热器8或所述第二加热器3断开，以及向所述换热器开关7输出第八控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4断开；

当所述汽车处于启动状态，所述发动机5的第一温度与所述动力电池2的第二温度均大于所述第一预设温度时，向所述控制开关9输出第七控制信号，控制所述动力电池2与所述第二加热器3断开，以及向所述换热器开关7输出第八控制信号，控制所述第一换热器6与所述第二换热器4断开；

在汽车处于充电停放状态时，当发动机5的第一温度和动力电池2的第二温度均大于第一预设温度时，此时，不再需要对发动机5和动力电池2进行加热处理，因而通过控制开关9的调节，控制外接充电接口1与第一加热器8或者第二加热器3的连接断开，并且，控制换热器开关7关闭，使得第一换热器6与第二换热器4的连接中断，停止换热。

在汽车处于未充电停放状态时，当发动机5的第一温度和动力电池2的第二温度均大于第二预设温度时，在此状态下，同样无需在对发动机5或动力电池2进行加热处理，因而，控制动力电池2与第一加热器8或者第二加热器3的连接断开，并且，控制换热器开关7关闭，使得第一换热器6与第二换热器4的连接中断，停止换热。

在汽车处于启动状态时，当发动机5的第一温度和动力电池2的第二温度均大于第一预设温度时，控制动力电池2与第二加热器3的连接断开，以及控制换热器开关7关闭，断开第一换热器6与第二换热器4之间的连接。

通过本发明提供的发动机5与动力电池2的热交换系统的控制方法，根据汽车的工作状态、充电状态、发动机5的第一温度、动力电池2的第二温度和剩余电量，合理的选择对发动机5和动力电池2进行加热的加热方式以及加热途径，实现了在发动机5温度较高时对发动机5产生的余热的利用，以及实现了发动机5与动力电池2之间互助加热，进而提高了整车的能量的利用率，达到了对资源的合理应用的效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。