一种动力电池加热系统及动力电池加热的水温控制方法与流程

1.本发明属于车辆热管理领域，具体涉及一种动力电池加热系统及动力电池加热的水温控制方法。


背景技术：

2.低温环境下，动力电池的离子活性降低，导致放电能力大大降低。车评机构对新能源车辆在北方冬季进行续航里程测试，发现其续航里程基本都缩水一半以上，严重影响新能源车辆行驶里程。冬季提升动力电池温度，提升动力电池中离子活性，从而提升动力电池放电量成为提升新能源车辆冬季续航里程的重要手段。
3.cn111546945a公开了一种动力电池的加热装置、加热控制方法及增程式电动车，其描述了可以利用发动机余热对动力电池进行加热。但动力电池加热时对动力电池进水温度有着严格要求，否则会影响动力电池寿命。在利用发动机余热加热动力电池时，发动机水温无法控制，如何通过一个有效的方法来控制动力电池加热进水温度是目前急需要解决的问题，该专利申请中并未记载。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种动力电池加热系统及动力电池加热的水温控制方法，以将动力电池加热进水温度控制在期望的进水温度，避免加热影响寿命。
5.本发明所述的动力电池加热系统，包括控制器、ptc加热动力电池水路、用于检测电池换热器实际进水温度的第一温度传感器和用于检测动力电池实际进水温度的第二温度传感器；第一温度传感器、第二温度传感器安装在ptc加热动力电池水路中，且与控制器连接。该加热系统还包括三通比例阀、第一三通阀、发动机余热回收水路和用于检测发动机水温且与控制器连接的第三温度传感器；三通比例阀的入口与ptc加热动力电池水路的出口连接，三通比例阀的第一出口与第一三通阀的第一入口连接，第一三通阀的出口与ptc加热动力电池水路的入口连接，三通比例阀的第二出口与发动机余热回收水路的入口连接，发动机余热回收水路的出口与第一三通阀的第二入口连接。控制器与三通比例阀连接，控制器根据发动机水温、电池换热器实际进水温度、动力电池实际进水温度控制三通比例阀的第一出口开度和第二出口开度，只让部分发动机冷却水进入电池换热器，使得进入电池换热器的水温达到期望的进水温度，从而实现对进入动力电池中的管路的水温进行实时调节。
6.优选的，所述发动机余热回收水路包括第二三通阀、第三三通阀、第一水泵、发动机水套和第四三通阀，第二三通阀的第一入口作为发动机余热回收水路的入口，与三通比例阀的第二出口连接，第二三通阀的第二入口连接发动机蓄水瓶的出口，第二三通阀的出口连接第三三通阀的第一入口，第三三通阀的第二入口连接发动机散热器的出口，第三三通阀的出口连接第一水泵的入口，第一水泵的出口连接发动机水套的入口，发动机水套的出口连接第四三通阀的入口，第四三通阀的第一出口连接发动机散热器的入口，第四三通
阀的第二出口作为发动机余热回收水路的出口，与第一三通阀的第二入口连接；控制器与第一水泵连接，控制第一水泵工作，第三温度传感器安装在将发动机水套的出口与第四三通阀的入口连接的水管上，从而充分利用发动机余热对动力电池进行加热。
7.优选的，将第四三通阀的第一出口与发动机散热器的入口连接的水管上安装有节温器。
8.优选的，所述ptc加热动力电池水路包括ptc加热器、电池换热器、第二水泵、第三水泵、电池蓄水瓶和第五三通阀，电池蓄水瓶的出口与第五三通阀的第一入口连接，第五三通阀的出口与第三水泵的入口连接，第三水泵的出口与电池换热器的第一入口连接，电池换热器的第一出口与动力电池中的管路入口连接，动力电池中的管路出口与第五三通阀的第二入口连接，第二水泵的入口作为ptc加热动力电池水路的入口，与第一三通阀的出口连接，第二水泵的出口与ptc加热器的入口连接，ptc加热器的出口与电池换热器的第二入口连接，电池换热器的第二出口作为ptc加热动力电池水路的出口，与三通比例阀的入口连接。控制器与第二水泵、第三水泵连接，控制第二水泵、第三水泵工作；控制器与ptc加热器连接，控制ptc加热器工作；第一温度传感器安装在将电池换热器的第二入口与ptc加热器的出口连接的水管上，第二温度传感器安装在将动力电池中的管路入口与电池换热器的第一出口连接的水管上。
9.本发明所述的动力电池加热的水温控制方法，应用于上述动力电池加热系统，该水温控制方法由控制器执行，包括：s1、判断是否动力电池有加热需求，如果是，则执行s2，否则继续执行s1。
10.s2、判断是否发动机处于运行状态，如果是，则执行s3，否则执行s4。
11.s3、判断是否发动机水温大于或等于预设的第一温度阈值tx，如果是，则执行s5，否则（表示发动机水温过低或发动机已停机，不对发动机余热进行利用）执行s4。
12.s4、控制三通比例阀的第一出口开度为100%、第二出口开度为0，控制ptc加热器工作，利用ptc加热器工作产生的热量对动力电池加热，然后返回执行s1。
13.s5、根据动力电池温度查询预设的进水温度表，得到当前动力电池加热期望进水温度ta，然后执行s6；其中，预设的进水温度表为通过标定得到的动力电池温度与动力电池加热期望进水温度的对应关系表。
14.s6、根据当前动力电池加热期望进水温度ta、动力电池实际进水温度tb以及前一次电池换热器期望进水温度t
t-1
，确定当前电池换热器期望进水温度t
t
，然后执行s7。
15.s7、根据当前电池换热器期望进水温度t
t
、电池换热器实际进水温度tc，调节三通比例阀的第一出口开度、第二出口开度，以控制引入的发动机冷却水量，从而控制流入电池换热器的进水温度，然后返回执行s1。
16.优选的，所述步骤s6中确定当前电池换热器期望进水温度t
t
的方法为：如果ta》tb+ty，则使t
t
=t
t-1
+tz；如果tb-ty≤ta≤tb+ty，则使t
t
=t
t-1
；如果ta《tb-ty，则使t
t
=t
t-1-tz。其中，ty表示预设的第二温度阈值，tz表示预设的第三温度阈值，电池换热器期望进水温度初始值t0等于预设的第四温度阈值tv。根据当前动力电池加热期望进水温度ta、动力电池实际进水温度tb，在前一次电池换热器期望进水温度基础上进行调节，得当前电池换热器期望进水温度，能使后续水温控制更准确、合理。
17.优选的，所述步骤s7中调节三通比例阀的第一出口开度、第二出口开度方法为：如
果t
t
》tc+ty，则控制三通比例阀的第一出口开度减少m、第二出口开度增加m，以增大发动机冷却水引入量；如果tc-ty≤t
t
≤tc+ty，则控制三通比例阀的第一出口开度、第二出口开度均保持不变；如果t
t
《tc-ty，则控制三通比例阀的第一出口开度增加m、第二出口开度减少m，以减少发动机冷却水引入量。其中，m表示预设的开度阈值，三通比例阀的第一出口开度初始值为100%、第二出口开度初始值为0。
18.优选的，预设的第一温度阈值tx=60℃，预设的第二温度阈值ty=2℃，预设的第三温度阈值tz=2℃，预设的第四温度阈值tv=50℃，预设的开度阈值m=1%。
19.优选的，若整车电源挡位处于on挡，且行驶加热功能开启，且动力电池温度小于预设的第五温度阈值tu，且动力电池soc大于预设的soc阈值，则表示动力电池有加热需求，否则表示动力电池没有加热需求。
20.优选的，预设的第五温度阈值tu=0℃，预设的soc阈值等于10%。
21.本发明利用三通比例阀和第一三通阀将发动机余热回收水路引入进行动力电池加热，通过调节三通比例阀的第一出口开度、第二出口开度，来调节进入电池换热器的发动机冷却水量，从而实现了对进入电池换热器的期望进水温度的实时调整，进而将动力电池加热进水温度控制在期望的进水温度，避免了动力电池加热对其寿命的影响。
附图说明
22.图1为本实施例中动力电池加热系统的示意图（控制器未示出）。
23.图2为本实施例中动力电池加热的水温控制方法流程图。
具体实施方式
24.如图1所示，本实施例中的动力电池加热系统，包括控制器，ptc加热动力电池水路，用于检测电池换热器实际进水温度的第一温度传感器1，用于检测动力电池实际进水温度的第二温度传感器2，三通比例阀3，第一三通阀4，发动机余热回收水路和用于检测发动机水温的第三温度传感器5。
25.发动机余热回收水路包括第二三通阀6、第三三通阀7、第一水泵8、发动机水套9和第四三通阀10。第二三通阀6的第一入口作为发动机余热回收水路的入口通过水管与三通比例阀3的第二出口连接，三通比例阀3的第一出口通过水管与第一三通阀4的第一入口连接，第二三通阀6的第二入口通过水管连接发动机蓄水瓶11的出口，第二三通阀6的出口通过水管连接第三三通阀7的第一入口，第三三通阀7的第二入口通过水管连接发动机散热器12的出口，第三三通阀7的出口通过水管连接第一水泵8的入口，第一水泵8的出口连接发动机水套9的入口，发动机水套9的出口通过水管连接第四三通阀10的入口，第四三通阀10的第一出口通过水管连接发动机散热器12的入口，第四三通阀10的第二出口作为发动机余热回收水路的出口通过水管与第一三通阀4的第二入口连接；控制器与第一水泵8连接，控制第一水泵8工作，第三温度传感器5安装在将发动机水套9的出口与第四三通阀10的入口连接的水管上，第三温度传感器5与控制器连接，将检测的发动机水温发送给控制器判断。将第四三通阀10的第一出口与发动机散热器12的入口连接的水管上安装有节温器20。
26.ptc加热动力电池水路包括ptc加热器13、电池换热器14、第二水泵15、第三水泵16、电池蓄水瓶17和第五三通阀18，电池蓄水瓶17的出口通过水管与第五三通阀18的第一
入口连接，第五三通阀18的出口通过水管与第三水泵16的入口连接，第三水泵16的出口通过水管与电池换热器14的第一入口连接，电池换热器14的第一出口通过水管与动力电池19中的管路入口连接，动力电池19中的管路出口通过水管与第五三通阀18的第二入口连接，第二水泵15的入口作为ptc加热动力电池水路的入口通过水管与第一三通阀4的出口连接，第二水泵15的出口通过水管与ptc加热器13的入口连接，ptc加热器13的出口通过水管与电池换热器14的第二入口连接，电池换热器14的第二出口作为ptc加热动力电池水路的出口通过水管与三通比例阀3的入口连接，控制器与第二水泵15、第三水泵16连接，控制第二水泵15、第三水泵16工作，控制器与ptc加热器13连接，控制ptc加热器13工作，第一温度传感器1安装在将电池换热器14的第二入口与ptc加热器13的出口连接的水管上，第一温度传感器1与控制器连接，将检测的电池换热器实际进水温度发送给控制器判断。第二温度传感器2安装在将动力电池19中的管路入口与电池换热器14的第一出口连接的水管上，第二温度传感器2与控制器连接，将检测的动力电池实际进水温度发送给控制器判断。控制器与三通比例阀3连接，控制器根据发动机水温、电池换热器实际进水温度、动力电池实际进水温度控制三通比例阀3的第一出口开度和第二出口开度。
27.如图2所示，本实施例中的动力电池加热的水温控制方法，应用于上述动力电池加热系统，该水温控制方法由控制器执行，包括：第一步、判断是否动力电池有加热需求，如果是，则执行第二步，否则继续执行第一步。其中，若整车电源挡位处于on挡，且行驶加热功能开启，且动力电池温度小于预设的第五温度阈值tu（本实施例中tu=0℃），且动力电池soc大于预设的soc阈值（本实施例中预设的soc阈值等于10%），则表示动力电池有加热需求，否则表示动力电池没有加热需求。
28.第二步、判断是否发动机处于运行状态，如果是，则执行第三步，否则执行第四步。
29.第三步、判断是否发动机水温大于或等于预设的第一温度阈值tx（本实施例中tx=60℃），如果是，则执行第五步，否则（表示发动机水温过低或发动机已停机，不对发动机余热进行利用）执行第四步。
30.第四步、控制三通比例阀3的第一出口开度为100%、第二出口开度为0，控制ptc加热器13工作，利用ptc加热器13工作产生的热量对动力电池加热，然后返回执行第一步。
31.第五步、根据动力电池温度查询预设的进水温度表，得到当前动力电池加热期望进水温度ta，然后执行第六步；其中，预设的进水温度表为通过标定得到的动力电池温度与动力电池加热期望进水温度的对应关系表。
32.第六步、判断是否ta》tb+ty，如果是，则执行第七步，否则执行第八步。其中，tb表示当前动力电池实际进水温度，ty表示预设的第二温度阈值，本实施例中ty=2℃。
33.第七步、使t
t
=t
t-1
+tz，然后执行第十一步。其中，tz表示预设的第三温度阈值，t
t-1
表示前一次电池换热器期望进水温度，t
t
表示当前电池换热器期望进水温度，电池换热器期望进水温度初始值t0等于预设的第四温度阈值tv，本实施例中tz=2℃，tv=50℃。
34.第八步、判断是否ta《tb-ty，如果是，则执行第九步，否则（即tb-ty≤ta≤tb+ty时）执行第十步。
35.第九步、使t
t
=t
t-1-tz，然后执行第十一步。
36.第十步、使t
t
=t
t-1
，然后执行第十一步。
37.第十一步、判断是否t
t
》tc+ty，如果是，则执行第十二步，否则执行第十三步。其
中，tc表示当前电池换热器实际进水温度。
38.第十二步、控制三通比例阀3的第一出口开度减少m、第二出口开度增加m，以增大发动机冷却水引入量，然后返回执行第一步。其中，m表示预设的开度阈值，三通比例阀的第一出口开度初始值为100%、第二出口开度初始值为0。本实施例中m=1%。
39.第十三步、判断是否t
t
《tc-ty，如果是，则执行第十四步，否则（即tc-ty≤t
t
≤tc+ty时）执行第十五步。
40.第十四步、控制三通比例阀3的第一出口开度增加m、第二出口开度减少m，以减少发动机冷却水引入量，然后返回执行第一步。
41.第十五步、控制三通比例阀3的第一出口开度、第二出口开度均保持不变，然后返回执行第一步。

技术特征：
1.一种动力电池加热系统，包括控制器、ptc加热动力电池水路、用于检测电池换热器实际进水温度的第一温度传感器（1）和用于检测动力电池实际进水温度的第二温度传感器（2）；第一温度传感器（1）、第二温度传感器（2）安装在ptc加热动力电池水路中，且与控制器连接；其特征在于：还包括三通比例阀（3）、第一三通阀（4）、发动机余热回收水路和用于检测发动机水温且与控制器连接的第三温度传感器（5）；三通比例阀（3）的入口与ptc加热动力电池水路的出口连接，三通比例阀（3）的第一出口与第一三通阀（4）的第一入口连接，第一三通阀（4）的出口与ptc加热动力电池水路的入口连接，三通比例阀（3）的第二出口与发动机余热回收水路的入口连接，发动机余热回收水路的出口与第一三通阀（4）的第二入口连接；控制器与三通比例阀（3）连接，根据发动机水温、电池换热器实际进水温度、动力电池实际进水温度控制三通比例阀（3）的第一出口开度和第二出口开度。2.根据权利要求1所述的动力电池加热系统，其特征在于：所述发动机余热回收水路包括第二三通阀（6）、第三三通阀（7）、第一水泵（8）、发动机水套（9）和第四三通阀（10），第二三通阀（6）的第一入口作为发动机余热回收水路的入口，第二三通阀（6）的第二入口连接发动机蓄水瓶（11）的出口，第二三通阀（6）的出口连接第三三通阀（7）的第一入口，第三三通阀（7）的第二入口连接发动机散热器（12）的出口，第三三通阀（7）的出口连接第一水泵（8）的入口，第一水泵（8）的出口连接发动机水套（9）的入口，发动机水套（9）的出口连接第四三通阀（10）的入口，第四三通阀（10）的第一出口连接发动机散热器（12）的入口，第四三通阀（10）的第二出口作为发动机余热回收水路的出口；控制器与第一水泵（8）连接，控制第一水泵（8）工作，第三温度传感器（5）安装在将发动机水套（9）的出口与第四三通阀（10）的入口连接的水管上。3.根据权利要求2所述的动力电池加热系统，其特征在于：将第四三通阀（10）的第一出口与发动机散热器（12）的入口连接的水管上安装有节温器（20）。4.根据权利要求1至3任一项所述的动力电池加热系统，其特征在于：所述ptc加热动力电池水路包括ptc加热器（13）、电池换热器（14）、第二水泵（15）、第三水泵（16）、电池蓄水瓶（17）和第五三通阀（18），电池蓄水瓶（17）的出口与第五三通阀（18）的第一入口连接，第五三通阀（18）的出口与第三水泵（16）的入口连接，第三水泵（16）的出口与电池换热器（14）的第一入口连接，电池换热器（14）的第一出口与动力电池（19）中的管路入口连接，动力电池（19）中的管路出口与第五三通阀（18）的第二入口连接，第二水泵（15）的入口作为ptc加热动力电池水路的入口，第二水泵（15）的出口与ptc加热器（13）的入口连接，ptc加热器（13）的出口与电池换热器（14）的第二入口连接，电池换热器（14）的第二出口作为ptc加热动力电池水路的出口；控制器与第二水泵（15）、第三水泵（16）连接，控制第二水泵（15）、第三水泵（16）工作，控制器与ptc加热器（13）连接，控制ptc加热器（13）工作；第一温度传感器（1）安装在将电池换热器（14）的第二入口与ptc加热器（13）的出口连接的水管上，第二温度传感器（2）安装在将动力电池（19）中的管路入口与电池换热器（14）的第一出口连接的水管上。5.一种动力电池加热的水温控制方法，应用于如权利要求1至4任一项所述的动力电池加热系统，该方法由控制器执行，包括：s1、判断是否动力电池有加热需求，如果是，则执行s2，否则继续执行s1；s2、判断是否发动机处于运行状态，如果是，则执行s3，否则执行s4；
s3、判断是否发动机水温大于或等于预设的第一温度阈值tx，如果是，则执行s5，否则执行s4；s4、控制三通比例阀（3）的第一出口开度为100%、第二出口开度为0，控制ptc加热器（13）工作，然后返回执行s1；s5、根据动力电池温度查询预设的进水温度表，得到当前动力电池加热期望进水温度ta，然后执行s6；其中，预设的进水温度表为通过标定得到的动力电池温度与动力电池加热期望进水温度的对应关系表；s6、根据当前动力电池加热期望进水温度ta、动力电池实际进水温度tb以及前一次电池换热器期望进水温度t
t-1
，确定当前电池换热器期望进水温度t
t
，然后执行s7；s7、根据当前电池换热器期望进水温度t
t
、电池换热器实际进水温度tc，调节三通比例阀（3）的第一出口开度、第二出口开度，然后返回执行s1。6.根据权利要求5所述的动力电池加热的水温控制方法，其特征在于：所述步骤s6中确定当前电池换热器期望进水温度t
t
的方法为：如果ta>tb+ty，则使t
t
=t
t-1
+tz；如果tb-ty≤ta≤tb+ty，则使t
t
=t
t-1
；如果ta<tb-ty，则使t
t
=t
t-1-tz；其中，ty表示预设的第二温度阈值，tz表示预设的第三温度阈值，电池换热器期望进水温度初始值t0等于预设的第四温度阈值tv。7.根据权利要求6所述的动力电池加热的水温控制方法，其特征在于：所述步骤s7中调节三通比例阀（3）的第一出口开度、第二出口开度方法为：如果t
t
>tc+ty，则控制三通比例阀（3）的第一出口开度减少m、第二出口开度增加m；如果tc-ty≤t
t
≤tc+ty，则控制三通比例阀（3）的第一出口开度、第二出口开度均保持不变；如果t
t
<tc-ty，则控制三通比例阀（3）的第一出口开度增加m、第二出口开度减少m；其中，m表示预设的开度阈值，三通比例阀（3）的第一出口开度初始值为100%、第二出口开度初始值为0。8.根据权利要求7所述的动力电池加热的水温控制方法，其特征在于：预设的第一温度阈值tx=60℃，预设的第二温度阈值ty=2℃，预设的第三温度阈值tz=2℃，预设的第四温度阈值tv=50℃，预设的开度阈值m=1%。9.根据权利要求5至8任一项所述的动力电池加热的水温控制方法，其特征在于：若整车电源挡位处于on挡，且行驶加热功能开启，且动力电池温度小于预设的第五温度阈值tu，且动力电池soc大于预设的soc阈值，则表示动力电池有加热需求。10.根据权利要求9所述的动力电池加热的水温控制方法，其特征在于：预设的第五温度阈值tu=0℃，预设的soc阈值等于10%。

技术总结
本发明公开了一种动力电池加热系统及动力电池加热的水温控制方法，其利用三通比例阀和第一三通阀将发动机余热回收水路引入进行动力电池加热，通过调节三通比例阀的第一出口开度、第二出口开度，来调节进入电池换热器的发动机冷却水量，从而实现对进入电池换热器的期望进水温度的实时调整，进而将动力电池加热进水温度控制在期望的进水温度，避免动力电池加热对其寿命的影响。加热对其寿命的影响。加热对其寿命的影响。


技术研发人员：郑永伟 郑佳
受保护的技术使用者：深蓝汽车科技有限公司
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/10/7