一种矿用卡车电池热管理机组及其控制方法与流程

本发明涉及车用电池热管理，特别涉及一种矿用卡车电池热管理机组及其控制方法。

背景技术：

1、纯电动矿用卡车因载重大、连续作业，动力电池组容量大，充放电过程中会产生大量热量。为保证动力电池组的使用寿命和安全性，通常需要将电池组温度维持在15℃~35℃的适宜区间。现有电池热管理机组多采用压缩机制冷与ptc电加热相结合的方案，通过板式换热器向冷却液传递冷量或热量。

2、然而，矿区昼夜温差显著，环境温度经常长时间低于电池目标温度下限，如果继续利用压缩机制冷来带走电池本身产生的热量，不仅功耗极高，极易造成浪费，而且在冬季严寒条件下，压缩机可能因吸气压力过低难以启动，反而无法完成降温作业。为了解决这一问题，有些电池热管理方案会引入额外的散热器，利用自然风冷来降低电池的热量。但这类方案中的散热器往往与制冷系统分立设置，导致管路复杂、集成度低，且占用宝贵的车载空间。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种矿用卡车电池热管理机组及其控制方法，增设可控的风冷散热支路，并与制冷剂回路共享冷却风扇，实现制冷、热泵、风冷散热模式切换，大幅降低运行能耗，，并针对矿区环境做出多工况设计。

2、为此，本发明的技术方案是：一种矿用卡车电池热管理机组，包括：板式换热器、制冷剂循环回路和冷却液循环回路；所述制冷剂循环回路连接板式换热器的制冷剂侧通道，并依次连接压缩机、冷凝器和电子膨胀阀；所述冷却液循环回路分别连接板式换热器的冷却液侧通道两端与电池包液冷板的回液口、供液口；所述回液口与板式换热器之间设有水泵，板式换热器与供液口之间设有ptc加热器；

3、还包括风冷散热支路，风冷散热支路一端通过三通电磁阀连接水泵出口，另一端连接至ptc加热器的进口；所述风冷散热支路上设有风冷散热器，风冷散热器与冷凝器沿冷却风流向布置，且共用至少一个冷却风扇；

4、还包括控制模块，用于根据环境温度和电池组温度控制三通电磁阀的流向、ptc电加热器的功率和启停、电子膨胀阀的开度以及压缩机、水泵、冷却风扇的启停与转速。

5、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述三通电磁阀的公共端口连接水泵出口，第一分端口通向风冷散热器的进口，第二分端口流入板式换热器的冷却液侧通道。

6、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述电池包液冷板的回液口连接水泵进口，水泵出口经由三通电磁阀连接风冷散热器的进口；所述风冷散热器的出口经由ptc加热器连接至电池包液冷板的供液口。

7、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述电池包液冷板的回液口连接水泵进口，水泵出口经由三通电磁阀连接板式换热器的冷却液侧通道；所述板式换热器的冷却液侧通道经由ptc加热器连接至电池包液冷板的供液口。

8、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述冷却液循环回路上设有出水温度传感器和回水温度传感器，用于检测液体温度，并将温度信息发送至控制模块；还包括环境温度传感器，用于检测环境温度信息并发送至控制模块。

9、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：还包括大气压力传感器，用于检测环境大气压力；所述控制模块接收大气压力传感器的压力信号，按照压力信号调整冷却风扇的最高转速，并相应调整压缩机的转速限值和电子膨胀阀的开度。

10、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述冷凝器和风冷散热器两端各设有一压差传感器，用于检测冷凝器和风冷散热器两端的压差，并将压差数据发生至控制模块；所述控制模块根据压差数据判断冷凝器和风冷散热器的脏堵情况。

11、本发明的另一个技术方案是：上述矿用卡车电池热管理机组的控制方法，包括以下步骤：

12、s1、获取大气压力p_atm、环境温度t_amb和电池组平均温度t_bat；预设电池组高温阈值t_high、低温阈值t_low；

13、s2、根据大气压力p_atm调整风扇最高转速、压缩机转速限值、电子膨胀阀开度、水泵转速；

14、s3、比较电池组平均温度t_bat与高温阈值t_high：

15、若t_bat＞t_high，则判断是否t_amb ＜t_bat -δt，其中δt为预设温差阈值；

16、若是，则进入风冷散热模式：开启冷却风扇，关闭压缩机，调节三通电磁阀使冷却液全部流经风冷散热器，控制冷却风扇转速以维持t_bat在目标范围内；

17、若否，则进入制冷模式：启动冷却风扇，启动压缩机，三通电磁阀将冷却液导向板式换热器；

18、若t_bat＜t_low，则进入制热模式：关闭冷却风扇，关闭压缩机，同时根据温升需求决定ptc电加热器的功率。

19、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：当风冷散热模式下风扇全速运行后t_bat仍持续上升，则切换至制冷模式，冷却液全部流经板式换热器回路，启动压缩机。

20、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：根据大气压力p_atm，按照预设的大气压力-风扇转速修正曲线调整冷却风扇的最高转速，并相应调整压缩机的转速限值和电子膨胀阀的开度；

21、所述大气压力-风扇转速修正曲线：

22、

；

23、；

24、其中，为海拔修正后的风机最高允许转速，为海平面额定工况下标定的风扇最高工作转速，为风扇自身的机械极限转速，实测大气压，为海平面标准大气压；

25、所述压缩机最高转速修正公式：

26、

；

27、其中，为海拔修正后的压缩机允许最高转速，为海平面额定工况下标定的压缩机最高工作转速，为线性降额系数；

28、电子膨胀阀初始开度修正公式：

29、；

30、其中：为海拔修正后的电子膨胀阀初始开度步数，取整数；为海平面标定的电子膨胀阀初始开度步数，为膨胀阀开度补偿系数；

31、海拔修正后，所有控制模式中，风扇的目标转速和压缩机的目标转速均受修正后上限约束：

32、；

33、。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

35、1、 通过独立可控的风冷散热支路，在矿区低温时段直接利用环境空气散热，避免压缩机频繁启停，显著降低辅助能耗；同时，解决-15℃及以下室外温度时，传统压缩机吸气压力过低、启动困难导致电池充电时热量累积的问题。

36、2、 利用三通电磁阀来自动切换散热模式，可实现从纯风冷、纯压缩机制冷和电池加热连续平滑调控，适应矿卡大范围变负荷工况。

37、3、 通过独立的大气压力检测，调整机组性能区间，使得机组性能更加贴合高海拔地区，延长设备的使用寿命。

38、4、 冷凝器与风冷散热器共用变速风扇，结构紧凑，减少装机空间和成本；前后布置使气流顺序经过两者，优化散热效率；同时，通过独立的压差传感器，可以判断冷凝器和风冷散热器的脏堵情况，方便及时清理。