适用低温环境的电动汽车电池包加热装置及其控制方法

本发明涉及电动汽车领域，特别涉及一种适用低温环境的电动汽车电池包加热装置及其控制方法。

背景技术：

1、电动汽车因绿色、环保、舒适等优点而不断普及。当前电动汽车主要使用锂离子电池组成电池包来提供车辆动力。锂离子电池的最佳工作温度通常是25℃至35℃，而低温环境下其性能较差，倍率充放电能力显著劣化，很可能无法为车辆提供充沛的电能输出。通常在20℃以下，温度越低，电池的性能下降也就越大。目前占据车用动力电池较大份额的磷酸铁锂，低温环境下充放电性能尤其差。当前公知的技术手段中，在低温环境下，一般是采用热泵、发热电阻等加热手段对电池包进行直接和/或间接加热，促使电池包温度上升，从而满足其低温下的性能。譬如，中国专利cn201921160899.8公开了一种动力电池ptc加热液冷板，通过ptc发热体来加热液冷板中的液体，进而间接提升电池温度。

2、但是，电动汽车在低温环境下的行驶过程中，无论采取何种电池加热手段，必然要在较大程度上消耗电池包自身的电能，从而影响车辆的剩余续航里程。当前公知的电动汽车电池包加热的技术方案中，并未针对性地考虑如何设定一个合适的加热温度。从电池性能的角度来说，一定范围内(譬如低于20℃的前提下)，电池温度越高则性能越好，动力输出能力越充沛；而从传热学的角度来说，电池包散热的推动力量主要在于电池温度和外界环境温度之差：环境温度不变的情况下，电池包温度越高，则电池包与外界环境之间的温差越大，要维持这一高温所付出的加热能耗也就越高。因此，需要考虑外界环境温度因素，将电池包的加热过程中的维持温度(简称加热温度)设定在较为合适的范围内：若温度过高，虽然动力输出能力好，但能耗也较大；若温度过低，虽然能耗小，但动力输出不佳。

3、因此，有必要针对电动汽车行驶需求和环境温度，提出新的加热装置及其控制方法，充分考虑加热温度合理设定，从而更好地平衡电动汽车动力输出能力和加热能耗。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种操作简单、通用性高、成本低廉、逻辑简单的电动汽车电池包加热装置，并提供其控制方法从而更好地平衡低温环境下电动汽车的动力输出能力和加热能耗。

2、根据本发明的一个方面，提供一种适用低温环境的电动汽车电池包加热装置，包含为电池包加热的加热器、置于电池包内部的电池包温度传感器、置于电动汽车外部的环境温度传感器和控制器，所述控制器与加热器、电池包温度传感器、环境温度传感器及电动汽车行车电脑电性连接且可控制加热器工作使之将电池包加热至目标温度，图1里面的连接虚线表示通讯信号连接。

3、上述电动汽车电池包加热装置，所述控制器通过调节加热器的通断和/或加热器的加热功率来实现电池包加热温度的控制。

4、优选地，基于电池包温度传感器获得电池包温度值反馈结果，并与目标温度比较，通过以下两种方法中的任一一种或者二者的结合来调节加热器的加热：

5、方法一，通过动态改变加热器的加热电阻阻值，从而调节其加热功率；

6、方法二，通过不断接通或断开加热器，对其进行开关控制，从而调节其实际加热效果。

7、上述电动汽车电池包加热装置，所述行车电脑上装有导航软件，当用户启动导航软件时控制器可通过行车电脑实时获得距离目的地的剩余距离。

8、上述电动汽车电池包加热装置，所述行车电脑可实时将电池包荷电态信息提供至控制器。

9、根据本发明的另一个方面，提供一种应用于上述电动汽车电池包加热装置的控制方法。该方法是，控制器内事先预设第一温度a和第二温度b且a<b；电动汽车行驶过程，控制器实时获得电池包温度tc、环境温度ta、剩余距离l和荷电态soc并进行加热器的自动控制：

10、当tc≥b或ta≥b时，加热器断开不工作；否则加热器接通工作且将电池包加热至目标温度c，其中目标温度c的取值按以下步骤确定：

11、步骤s1、分别计算第一状态参数p1、第二状态参数p2和第三状态参数p3：

12、p1＝min[(b-ta)/b,1] (1)

13、p2＝1-soc (2)

14、p3＝min(l/l0,1) (3)

15、其中，式中l0为电动汽车标称续航里程的k倍，k为比例系数，min符号表示取其后括号内所有值中的最小者；

16、步骤s2、根据第一状态参数p1、第二状态参数p2和第三状态参数p3的取值计算综合状态参数p：若p1、p2、p3三者中的任何一个取值大于参考状态参数p0，则p＝max(p1,p2,p3)，max符号表示取其后括号内所有值中的最大者；否则p等于p1、p2、p3三者之平均值；

17、步骤s3、按计算目标温度c：

18、c＝a+(1-p)(b-a) (4)

19、优选地，上述电动汽车电池包加热装置的控制方法，所述控制器内事先预设的第一温度a处于0至15℃之间，第二温度b处于15℃至25℃之间。

20、优选地，上述电动汽车电池包加热装置的控制方法，所述比例系数k处于0.3至0.7之间。

21、优选地，上述电动汽车电池包加热装置的控制方法，所述参考状态参数p0处于0.7至0.9之间。

22、优选地，上述电动汽车电池包加热装置的控制方法，所述电池包荷电态soc，通过安时积分法获得。即事先标定电池包初始soc，然后在电动汽车工作过程不断采集电池包的电流值，并对电流值进行积分来计算电池包荷电态soc。

23、本发明技术方案的原理为：

24、本发明针对电动汽车低温环境行驶过程中电池包加热温度越高则加热能耗越大的特点，综合考虑了电动汽车行驶过程环境温度、剩余距离和电池包荷电态这三方面的因素，合理地设定电池包加热温度，从而在电动汽车动力输出能力和加热能耗之间作出平衡：

25、第一状态参数p1反映环境温度因素，环境温度ta越低，则p1越大，同等条件下电池包加热温度则应相对较低，以免造成过大的温差，导致能量浪费；

26、第二状态参数p2反映电池包荷电态因素，荷电态越低，则p2越大，同等条件下电池包加热温度则应相对较低，充分节约加热耗电，尽可能地将剩余电量用作车辆行驶；

27、第三状态参数p3反映电动汽车所需剩余行驶距离因素，剩余距离l越大，则p3越大，同等条件下电池包加热温度则应相对较低，充分节约加热耗电，尽可能地将剩余电量用作车辆行驶。

28、计算过程对第一状态参数p1和第三状态参数p3进行截断处理，若取值大于1则截断为1，保证二者取值均在0到1之间。

29、在此基础上，根据第一状态参数p1、第二状态参数p2和第三状态参数p3的取值计算综合状态参数p：若某一状态参数特别大，则说明某方面因素较为突出，需要特殊考虑，直接输出三个状态参数中的最大者为综合状态参数；否则输出三个状态参数之平均值为综合状态参数p。

30、最终，根据综合状态参数p来设定目标温度c：综合状态参数p越大，目标温度c越接近较小的第一温度a，电池包加热温度越低，优先节约能耗；综合状态参数p越小，目标温度c越接近较大的第二温度b，电池包加热温度越高，优先保证性能。

31、根据上述原理说明，不难发现本发明的有益技术效果：

32、1、本发明加热装置只涉及加热器、温度传感器和控制器等通用元器件，故方便在现有电动汽车设计方案的基础上改造，通用性高、成本低廉。

33、2、本发明的控制方法充分考虑了电动汽车行驶过程中环境温度、剩余距离和电池包荷电态这三方面的因素，合理地设定电池包加热温度，在电动汽车动力输出能力和加热能耗之间作出了较好的平衡，相关计算和控制过程操作和逻辑简单。