一种电池冷却控制方法、系统及车辆与流程

1.本发明适用于插电式混合动力汽车领域，具体涉及汽车电池冷却控制方法及系统。


背景技术：

2.随着社会的进步，人类对环境的要求越来越高，新能源汽车已然成为一种趋势，作为其动力源的电池就是最核心的部件之一。由于电池在充放电过程中会产生大量热量，直接影响到电池的性能和使用的安全，因此电池冷却技术逐渐成为新能源汽车开发的重要方向。插电式混合动力汽车作为新能源汽车的一种，其电池冷却通常采用直冷和水冷两种方式，本发明主要针对水冷式电池冷却策略。
3.现有技术中，新能源汽车电池冷却和空调冷却一般采用一套系统，当电池有冷却需求时，乘员舱的空调冷却效果就会降低，影响舒适性。为保证电池冷却和空调冷却的综合效果最佳，通常在电池冷却系统中加入电子膨胀阀以替代热力膨胀阀，热力膨胀阀无法控制制冷量，而电子膨胀阀可以精确控制制冷量，合理分配电池冷却和乘员舱冷却的需求，在满足电池冷却的前提下，同时保证了乘员舱的舒适性。但是，一个电子膨胀阀的价格比热力膨胀阀贵几倍，成本上没有任何优势。
4.现有技术有公开过一种动力电池冷却控制方法，该方法包括：在所述车辆的动力系统未启动的情况下，判断动力电池的工作状态；在确定所述动力电池为电器电池充电的情况下，获取所述动力电池的温度；在所述动力电池的温度高于设定高温的情况下，控制所述热管理系统，关闭制冷装置且开启整车液体循环冷却。此方法利用热管理系统中全车的冷却液对高温的动力电池进行换热，无需开启制冷装置，可以避免制冷装置开启时耗电并噪声大的影响，节约电能。但是其没有考虑到结合乘员舱制冷需求与电池冷却需求来协同控制对电池进行冷却控制，无法达到精细化的控制要求。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明公开一种电池冷却控制方法、系统及车辆，针对汽车水冷式电池进行冷却控制，通过对不同车速、内温、外温及用户空调使用场景的判断，阶梯式地控制电池冷却开启条件，满足乘员舱制冷需求与电池冷却需求，同时减小乘员舱的制冷在电池冷却打开后所受的温度波动影响，能够以低成本精细化的控制来达到高成本要求。
6.本发明的技术方案如下：本发明在第一方面，提出一种汽车电池冷却控制方法，所述方法是通过判断有无电池冷却需求和乘员舱制冷需求来确定采取不同的控制逻辑，包括以下步骤，当只有电池有冷却需求，没有乘员舱制冷需求，则只打开电池冷却器，将电池水泵工作比例调整为80%以上；空调端膨胀阀截止阀处于关闭状态。
7.当既有电池冷却需求也有乘员舱制冷需求，则打开空调端膨胀阀截止阀给乘员舱
供冷；然后再打开电池冷却器，此时电池冷却器以一定频率进行开启与关闭，执行n个循环；此时，采集电池进水温度信号，分级判断电池进水温度信号，电池进水温度分高、中及低档，处于高档、低档时，将电池水泵工作比例调整为低比例，处于中档时，将电池水泵工作比例调整为高比例。
8.进一步地，根据电池进水温度信号，按以下分级方式控制电池水泵工作比例：如果电池进水温度≥a，为高档，则控制电池水泵工作比例为20%-30%；如果b≤电池进水温度＜a，为中档，则控制电池水泵工作比例为50%-100%；如果电池进水温度＜b，为低档，则控制电池水泵工作比例为20%-30%;优选地，对于中档又分为：如果c≤电池进水温度＜a，则设置电池水泵工作比例为50%-60%；如果b≤电池进水温度＜c，则电池水泵工作比例为90%-100%；进一步地，所述a为30℃-35℃，b为18℃-20℃，c为25℃-26℃。
9.进一步地，判断电池有冷却需求步骤如下：（1）通过车辆的空调制冷状态和/或车内温度和/或车外温度和/或空调风量档位预估车辆的空调制冷需求是否满足条件，具体是符合以下条件视为满足：车辆开启空调进行制冷的状态下，外温传感器检测车外温度大于设定值，内温传感器检测车内温度大于设定值；或者车辆开启空调进行制冷的状态下，外温传感器检测车外温度大于设定值，空调面板检测内部空调开启档位大于设定值。
10.以上条件，可以定义为开空调下高制冷需求模式的条件。
11.（2）在满足的情况下，将车行速度分三档进行判断；0km/h《车速《第一车速时，判断电池温度，电池最高温度大于第一设定值，判断电池有冷却需求；第一车速《车速《第二车速时，判断电池温度，电池最高温度大于第二设定值，判断电池有冷却需求；车速》第二车速时，判断电池温度，电池最高温度大于第三设定值，判断电池有冷却需求；所述第一设定值大于第二设定值，所述第二设定值大于第三设定值；所述第一车速小于第二车速。
12.进一步地，第一车速为45km/h，第二车速为75km/h，第一设定值为41℃，第二设定值为40℃，第三设定值为39℃，均可通过标定得到。
13.进一步地，电池有冷却需求还可由以下判断条件判断，当电池在充电状态，由电池控制器输出冷却请求；当电池不在充电状态，如果电池最高温度大于设定值，判断电池有冷却需求。
14.本发明在另一方面，还公开了一种汽车电池冷却控制系统，包括，热管理域集成式控制器总成、电动压缩机、电池控制器、电池水泵、带截止阀的电池冷却器、膨胀阀截止阀、电池进水温度传感器。
15.所述电池控制器为外部控制器，与热管理域集成式控制器通过整车通信网络连接，并判断整车的运行工况；所述电池水泵为电池冷却回路循环驱动冷却液带走电池内部热量。
16.所述带截止阀的电池冷却器为电池冷却回路中吸收冷却液中热量，通过与冷媒的热交换带走冷却液热量。
17.所述膨胀阀截止阀为在乘员舱有制冷需求时打开，保证空调给乘员舱制冷，当乘员舱无制冷需求而电池冷却有需求时关闭，将通往蒸发器给乘员舱制冷的冷媒截止，防止蒸发器结霜。
18.所述电池进水温度传感器向热管理域集成式控制器传递电池进水水温。
19.所述热管理域集成式控制器总成包含空调控制器和热管理控制器，其被配置为执行以下控制逻辑：当只有电池有冷却需求，没有乘员舱制冷需求，则只打开电池冷却器，将电池水泵工作比例调整为80%以上；空调端膨胀阀截止阀处于关闭状态。
20.当既有电池冷却需求也有乘员舱制冷需求，则打开空调端膨胀阀截止阀给乘员舱供冷；然后再打开电池冷却器，此时电池冷却器以一定频率进行开启与关闭，执行n个循环；此时，热管理域集成式控制器总成通过电池进水温度传感器采集电池进水温度信号，分级判断电池进水温度信号，电池进水温度分高、中及低档，处于高档、低档时，将电池水泵工作比例调整为低比例，处于中档时，将电池水泵工作比例调整为高比例。
21.进一步地，热管理域集成式控制器总成进行分级判断电池进水温度信号，按下分级方式控制电池水泵工作比例：如果电池进水温度≥a，为高档，则控制电池水泵工作比例为20%-30%；如果b≤电池进水温度＜a，为中档，则控制电池水泵工作比例为50%-100%；如果电池进水温度＜b，为低档，则控制电池水泵工作比例为20%-30%;所述a为30℃-35℃，b为18℃-20℃。
22.优选地，对于中档又分为：如果c≤电池进水温度＜a，则设置电池水泵工作比例为50%-60%；如果b≤电池进水温度＜c，则电池水泵工作比例为90%-100%；所述c为25℃-26℃。
23.进一步地，热管理域集成式控制器总成对电池有冷却需求的判断应满足以下条件：条件1：通过车辆的空调制冷状态和/或车内温度和/或车外温度和/或空调风量档位预估车辆的空调制冷需求是否满足条件。通过以下方式预估车辆空调制冷需求：车辆开启空调进行制冷的状态下，外温传感器检测车外温度大于设定值，内温传感器检测车内温度大于设定值；或者车辆开启空调进行制冷的状态下，外温传感器检测车外温度大于设定值，空调面板检测内部空调开启档位大于设定值。
24.条件2：在满足的情况下，将车行速度分三档进行判断；底盘控制器判断0km/h《车速《第一车速时，判断电池温度，电池最高温度大于第一设定值，判断电池有冷却需求；底盘控制器判断第一车速《车速《第二车速时，判断电池温度，电池最高温度大于第二设定值，判断电池有冷却需求；底盘控制器判断车速》第二车速时，判断电池温度，电池最高温度大于第三设定值，判断电池有冷却需求；
所述第一设定值大于第二设定值，所述第二设定值大于第三设定值；所述第一车速小于第二车速。
25.进一步地，对于电池有冷却需求还可由以下判断条件判断，电池充电，由电池控制器输出有冷却请求；电池不充电，电池最高温度大于设定值，判断电池有冷却需求。
26.进一步地，第一车速为45km/h，第二车速为75km/h，第一设定值为41℃，第二设定值为40℃，第三设定值为39℃。
27.本本发明的第三方面，还提供一种汽车，所述汽车配置有以上所述的汽车电池冷却控制系统。
28.本发明有益技术效果：本发明通过对不同车速、不同外温、不同内温、不同的空调制冷需求来调整电池冷却的开启条件，降低乘员舱制冷与电池冷却同时开启的时间。同时通过调整电池水泵的转速、膨胀阀截止阀和电池冷却器的开闭，减小电池冷却开启时对乘员舱制冷的影响，可以实现舒适的乘员舱驾驶环境，同时确保电池温度不超温，保障了车辆安全。
附图说明
29.图1是本发明的系统架构框图；图2是本发明的控制策略流程图；其中，1-热管理域集成式控制器总成，2-空调面板，3-电动压缩机，4-底盘控制器，5-电池控制器，6-电池水泵，7-带截止阀的电池冷却器，8-膨胀阀截止阀，9-电池进水温度传感器，10-外温传感器，11-内温传感器。
具体实施方式
30.以下将通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
31.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，遂图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
32.下面结合系统架构框图和控制策略流程图对本发明进行进一步的阐述：参见图1，在本发明的一实施例中，汽车电池冷却控制系统包括：热管理域集成式控制器总成1、空调面板2、电动压缩机3、底盘控制器4、电池控制器5、电池水泵6、带截止阀的电池冷却器7、膨胀阀截止阀8、电池进水温度传感器9、外温传感器10和内温传感器11。
33.其中，所述热管理域集成式控制器总成包含空调控制器和热管理控制器二个系统，可将空调控制策略与热管理控制策略有效融合到一起，减少外部信号交互，更快地分配空调制冷需求与电池制冷需求。
34.所述空调面板是将用户设定的空调状态，如温度、风量、空调制冷需求等信息反馈回热管理域集成式控制器中。
35.所述电动压缩机是提供空调制冷与电池冷却冷源的装置。
36.所述底盘控制器和电池控制器为外部控制器，与热管理域集成式控制器通过整车通信网络进行信号交互，从而判断整车的运行工况。
37.所述电池水泵为电池冷却回路驱动冷却液循环的装置，通过冷却液来带走电池内部热量。
38.所述带截止阀的电池冷却器为电池冷却回路中吸收冷却液中热量的装置，通过与冷媒的热交换将冷却液的热量带走。
39.所述膨胀阀截止阀为在乘员舱有制冷需求时打开，保证空调给乘员舱制冷，当乘员舱无制冷需求而电池冷却有需求时关闭，将通往蒸发器给乘员舱制冷的冷媒截止，防止蒸发器结霜。
40.所述外温传感器、内温传感器、电池进水温度传感器均为热管理域集成式控制器的信号采集装置，用于判断车内外环境以及水温。
41.热管理域集成式控制器通过通信网络接收车速、电池最高温度、电池冷却请求、电池充电状态、温度、风量等总线信号，通过硬线采集内温、外温和电池进水温度等传感器信号，综合起来进行分析、处理，然后根据不同的工况对电动压缩机的转速、电池水泵的转速、带截止阀的电池冷却器的开闭、膨胀阀截止阀的开闭进行控制以达到合理分配空调制冷需求和电池冷却需求的目的。
42.参见图2，在本发明的一实施例中，采用以上汽车电池冷却控制系统进行控制的具体方式如下：系统需对不同工况下电池冷却需求进行判断，包括开空调下高制冷需求模式电池冷却需求判断，电池充电模式下电池冷却需求判断，电池非充电模式下电池冷却需求判断。
43.在本发明的一实施例中，对于开空调下高制冷需求模式，电池冷却需求判断如下：当热管理域集成式控制器1接收外温传感器10采集到车外温度≥30℃，且通过内温传感器11采集到车内温度≥25℃，或者外温传感器10采集到车外温度≥30℃，且通过空调面板2接受到风量档位≥5档时,先对当前车速进行判定，当0 km/h ≤车速＜45 km/h，如果接收到电池控制器5的电池最高温度≥41℃，则电池有冷却需求，如果接收到的电池最高温度＜41℃，则电池无冷却需求；当45 km/h ≤车速＜75 km/h，如果接收到电池控制器5的电池最高温度≥40℃，则电池有冷却需求，如果接收到的电池最高温度＜40℃，则电池无冷却需求；当车速≥75 km/h，如果接收到电池控制器5的电池最高温度≥39℃，则电池有冷却需求，如果接收到的电池最高温度＜39℃，则电池无冷却需求。
44.这样，通过对车内制冷需求的判断，当制冷需求大的时候，因为低车速下对空调系统散热较差，空调制冷量较差，需提高电池冷却阀值，尽可能延缓电池冷却开启时间，保证乘员舱制冷效果，当车速提升后，散热能力提升，空调制冷量提升，逐步降低电池冷却阀值温度，保证乘员舱制冷与电池冷却有足够制冷量。
45.在本发明的一实施例中，对于电池充电模式下，电池冷却需求判断：通过外温传感器10采集到车外温度＜30℃，又或者通过内温传感器11采集到车内温度＜25℃且通过空调面板2接受到风量档位＜5档条件下，热管理域集成式控制器1接收
到电池控制器5的电池充电状态信号为充电状态，此时电池控制器5发送了电池冷却请求信号，则电池有冷却需求，如果电池控制器5未发送电池冷却请求信号，则电池无冷却需求。
46.在本发明的一实施例中，电池非充电模式下，电池冷却需求判断：通过外温传感器10采集到车外温度＜30℃，又或者通过内温传感器11采集到车内温度＜25℃且通过空调面板2接受到风量档位＜5档条件下，当热管理域集成式控制器1接收到电池控制器5的电池充电状态信号为非充电状态，此时如果接收到电池控制器5的电池最高温度≥39℃，则电池有冷却需求，如果接收到的电池最高温度＜39℃，则电池无冷却需求。
47.在上述工况条件下，热管理域集成式控制器1分别对电池无冷却需求和电池有冷却需求进行处理。
48.当电池无冷却需求时，如果未接收到空调面板2的制冷需求，则不驱动电动压缩机3和电池水泵6，关闭带截止阀的电池冷却器7和膨胀阀截止阀8。如果接收到空调面板2的制冷需求，则驱动电动压缩机3，打开膨胀阀截止阀8，关闭带截止阀的电池冷却器7和电池水泵6。进一步，电池进水温度分高、中及低档，处于高档、低档时，将电池水泵6工作比例调整为低比例，处于中档时，将电池水泵6工作比例调整为高比例。
49.在本发明的一实施例中，当电池有冷却需求时，如果未接收到空调面板2的制冷需求，则驱动电动压缩机3，关闭膨胀阀截止阀8，打开带截止阀的电池冷却器7，电池水泵工作比例为80%以上（工作比例越大，水泵的流量越大），例如可以是100%。
50.如果接收到空调面板2的制冷需求，则驱动电动压缩机3，打开膨胀阀截止阀8，打开带截止阀的电池冷却器7，电池冷却器7将以5s/次的频率进行开启与关闭，共执行10个循环，通过间歇性的开关带截止阀的电池冷却器7，可以减少电池冷却在冷却初期热负荷较大时对乘员舱制冷的影响。
51.此时热管理域集成式控制器1通过电池进水温度传感器9采集电池进水温度，如果电池进水温度≥30℃，则电池进水温度为高档，处于高档，则电池水泵6工作比例为20%（最小工作比例），此时电池入口水温较高，如果电池水泵6直接大流量，会导致电池冷却回路负荷陡增，乘员舱温度波动较大，用户感知明显，电池水泵6低转速下可以有效减小乘员舱制冷的温度波动。
52.如果25℃≤电池进水温度＜30℃，电池进水温度为中档，则电池水泵6工作比例为50%，此时电池冷却回路负荷降低，在对乘员舱制冷影响较小的同时可以提高电池水泵6的工作比例来加快电池冷却速度。
53.如果20℃≤电池进水温度＜25℃，电池进水温度为中档，则电池水泵6工作比例为100%，此时电池冷却回路负荷低，对乘员舱制冷影响用户已经无法明显感知，水泵全速工作带走热量，让电池快速冷却下来。
54.如果电池进水温度＜20℃，电池进水温度为低档，则电池水泵6工作比例为30%，此时达到电池进水温度目标值，降低水泵转速，避免电池最高最低温度温差过大，影响电池使用安全。
55.需要说明的是，以上的温度值、车速值均是例举的特定值，在实际应用中，也可以根据车辆的实际情况，设定为其他值。
56.综上，一种混合动力汽车电池冷却控制方法包含但不仅限于以上所述功能说明，可以在此基础上进行不同车型的参数适配与优化，以达到更加舒适、安全的出行方案。
57.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简 单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
58.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
59.此外，应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本技术中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本技术公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。