一种混动工程车用动力电池和驾驶室共用的温度控制方法及控制系统与流程

1.本发明涉及装载机液压技术领域，具体涉及一种混动工程车用动力电池和驾驶室共用的温度控制方法及控制系统。


背景技术：

2.随着节能与环保的双重压力，燃油车开始逐渐退出市场，而纯电车型由于其技术弊端，尚不能全产业推广。混动车型在工程车领域有着无与伦比的技术路线优势，其既有燃油车宽泛的环境适应能力，可以24h不停机工作，又兼有纯电车型能耗低，能量利用率高的特性，且燃油和纯电之间混合使用时能够彼此互补。比如说，在电池包和驾驶室的制冷和制热场景中，燃油发动机产生的热量可以取代纯电的ptc应用于冬季电池包的加热和驾驶室的加热场景，降低电能消耗。
3.目前电池加热主要有两种方式：（1）使用ptc加热防冻液间接给电芯加热；混动车型使用ptc加热防冻液来加热电池包的方式虽然可行，但其能量利用率较低，其能量转化过程为：发动机动能—发电机—动力电池—ptc加热器；（2）引入发动机循环间接给电芯加热；混动车型利用发动机循环水加热，其先将内循环水引入到散热器，再流入到电池包中，对电池进行加热，导致管路加长，材料利用率低。整车本身布置空间有限，此时又增加一个电池包用循环水散热器，使整车布置空间更加局促。另外，发动机热机结束，水温刚提升上来，然后小循环水引出来散热后给电池包加热，导致热效率较差，且急剧的热量变化会导致电池电芯产生过大温差，这种情况下使用电芯，会极大缩短电芯的寿命。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术的不足和缺陷，提供一种混动工程车用动力电池和驾驶室共用的温度控制方法及控制系统，改变现有发动机循环水的加热结构，用电子流量阀来控制热量分配，根据电池包的需求热量进行等量的热量供给，使电芯温度更加平稳的上升，从而提高发动机启动阶段的热效率，降低发动机油耗。
5.为了达到以上目的，本发明采取以下技术方案：一种混动工程车用动力电池和驾驶室共用的温度控制方法，包括：根据动力电池电芯的温度，决定是否利用发动机冷却循环水的小循环为动力电池加热，通过电子流量阀调节小循环的冷却循环水流量，达到缓慢加热动力电池的目的，根据第一温度传感器和第二温度传感器测量冷却循环水经过动力电池前后所得的温度差对应控制电子流量阀的开度大小；其中，根据是否同时开启驾驶室暖风，决定是否利用发动机冷却循环水的小循环同时为驾驶室加热；根据动力电池电芯的温度，决定是否开启压缩机冷却系统与电池换热器进行热交换，从而为动力电池降温；其中，根据是否同时开启驾驶室冷风，决定是否用冷却系统同时为驾驶室降温。
6.进一步地，判断动力电池电芯的温度与动力电池的低温充电温度阈值的大小，若低于低温充电温度阈值，先开启发动机冷却水的小循环，当温度达到规定温度时，则利用发动机冷却循环水的小循环为动力电池加热；若高于低温充电温度阈值，则电子流量阀开度调为0，不再为动力电池加热。
7.进一步地，判断动力电池电芯的温度与动力电池高温充电温度阈值的大小，若高于动力电池高温充放电温度阈值，发动机带动压缩机，为冷却系统提供动力给动力电池降温；若低于高温充放电温度阈值，冷却系统不再为动力电池降温。
8.进一步地，所述低温充放电温度范围为0~5℃，所述高温充放电温度范围为30~40℃；当发动机冷却水的小循环温度达到55~60℃时，为动力电池加热提供热源。
9.进一步地，电子流量阀的开度分成若干段，每段为一个单元开度，每个单元开度对应一个第一温度传感器和第二温度传感器的温度之差。
10.进一步地，电子流量阀的起始开度为一个单元开度，然后根据第一温度传感器和第二温度传感器的温度之差进行调节，使得动力电池的温度上升呈阶段性等温差变化；所述动力电池温度上升的温差小于所述第一温度传感器和第二温度传感器的温度之差。
11.另外，将系统中的各个部件的功能尽可能的做到系统共用，使系统布置更加简洁，系统成本可以有效降低。如将电动压缩机替换为机械压缩机，压缩机由发动机皮带轮带动，减少了能量转换过程，提高了能量利用效率；将发动机散热芯体与空调冷凝器芯体并列放置，共同使用发动机风扇散热为两个芯体散热。
12.有益效果：本发明根据进入动力电池包前后冷却水的温度差，电子流量阀通过所述温度差来调整开度大小，从而决定进入动力电池包内冷却水的流量，从而决定动力电池吸热而温度升高的幅度，将电池温度升高的幅度控制在合理的范围之内，将发动机的小循环水按照外部需求热量，缓慢地，有序地引导出来，既保证了发动机水温不急剧下降，也保证了电芯温度按照控制要求缓慢上升，改善了电芯的温升环境，有利于延长动力电池寿命；发动机冷却水的热量按需分配给动力电池和驾驶室，为其加热，使得发动机的能量利用率更高；随着温度的升高，还可对动力电池和驾驶室内进行降温，保证了动力电池和驾驶室处于良好的温度环境。为了达到以上目的，本发明还采取另一技术方案：一种采用上述混动工程车用动力电池和驾驶室共用的温度控制方法的控制系统，包括驾驶室温度控制系统和动力电池温度控制系统；其中，所述驾驶室温度控制系统包括驾驶室加热系统和驾驶室降温系统；所述驾驶室加热系统包括发动机冷却水小循环、暖风水箱和鼓风机，所述发动机冷却水小循环和暖风水箱通过管路连接，使得发动机冷却水在小循环和暖风水箱之间循环，所述鼓风机将暖风水箱的热量送至驾驶室；所述驾驶室降温系统包括蒸发器、冷凝器、压缩机、开关膨胀阀和风扇，所述蒸发器、冷凝器、压缩机和开关膨胀阀构成冷媒循环系统，发动机带动压缩机和风扇动作，所述风扇为冷凝器降温，所述鼓风机将蒸发器处的冷风送至驾驶室；其中，所述动力电池温度控制系统包括动力电池加热系统和动力电池降温系统；所述动力电池加热系统包括发动机冷却水小循环、电子流量阀、动力电池包、第一温度传感器和第二温度传感器，所述发动机冷却水小循环、电子流量阀和动力电池包之间通过管路连接，使得发动机冷却水在小循环和动力电池包之间循环，所述第一温度传感器和第二温
度传感器分别检测发动机冷却水进入动力电池包前后的温度差，所述电子流量阀根据所述温度差调整开度大小；所述动力电池降温系统包括电池换热器、冷凝器、压缩机和电子膨胀阀构成冷媒循环系统，所述电池换热器、第一膨胀水箱和动力电池包通过水泵提供动力，使得第一膨胀水箱中的水在动力电池包和电池换热器之间循环，第一膨胀水箱中的水在电池换热器中释放热量，在动力电池包中吸收热量，使得动力电池达到降温的目的。
13.进一步地，所述电池换热器为板式换热器。
14.进一步地，所述动力电池降温系统还与发动机冷却水小循环连通，达到给发动机降温的目的。
15.进一步地，所述动力电池降温系统与动力电池加热系统之间在动力电池包的两端分别通过第一电子三通阀和第二电子三通阀连通，使得电池换热器与动力电池包和/或发动机冷却水小循环连通。
16.有益效果：本发明中通过电子流量阀可将发动机的小循环水按照外部需求释放热量，既保证了发动机水温不急剧下降，也保证了电芯温度按照控制要求缓慢上升，使得电芯温度规律上升，改善了电芯的温升环境，延长电池寿命。
17.本发明驾驶室和动力电池温度控制系统共用可以按照热量需求同时为动力电池和驾驶室分配热量供给地加热，使得发动机的能量利用率更高。
附图说明
18.图1为混动工程车用动力电池和驾驶室共用的温度控制系统的主要结构示意图。
具体实施方式
19.下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
20.一种混动工程车用动力电池和驾驶室共用的温度控制方法，包括：根据动力电池电芯的温度，决定是否利用发动机冷却循环水的小循环为动力电池加热，通过电子流量阀调节小循环的冷却循环水流量，达到缓慢加热动力电池的目的，根据第一温度传感器和第二温度传感器测量冷却循环水经过动力电池前后所得的温度差对应控制电子流量阀的开度大小；其中，根据是否同时开启驾驶室暖风，决定是否利用发动机冷却循环水的小循环同时为驾驶室加热；根据动力电池电芯的温度，决定是否开启压缩机冷却系统与电池换热器进行热交换，从而为动力电池降温；其中，根据是否同时开启驾驶室冷风，决定是否用冷却系统同时为驾驶室降温。
21.更进一步地，判断动力电池电芯的温度与动力电池的低温充电温度阈值的大小，若低于低温充电温度阈值，先开启发动机冷却水的小循环，当温度达到规定温度时，则利用发动机冷却循环水的小循环为动力电池加热；若高于低温充电温度阈值，则电子流量阀开度调为0，不再为动力电池加热。
22.更进一步地，判断动力电池电芯的温度与动力电池高温充电温度阈值的大小，若高于动力电池高温充电温度阈值，发动机带动压缩机，为冷却系统提供动力给动力电池降温；若低于高温充电温度阈值，冷却系统不再为动力电池降温。
23.作为优选，所述低温充放电温度范围为0~5℃，所述高温充放电温度范围为30~40
℃；当发动机冷却水的小循环温度达到55~60℃时，为动力电池加热提供热源。
24.作为优选，电子流量阀的开度分成若干段，每段为一个单元开度，每个单元开度对应一个第一温度传感器和第二温度传感器的温度之差。
25.作为优选，电子流量阀的起始开度为一个单元开度，然后根据第一温度传感器和第二温度传感器的温度之差进行调节，使得动力电池的温度上升呈阶段性等温差变化；所述动力电池温度上升的温差小于所述第一温度传感器和第二温度传感器的温度之差。
26.作为另一优选实施例的具体控制流程如下：其一，当动力电池处于0
°
c以下，启动车辆时；发动机启动，小循环开启，进行发动机暖机，使发动机水温迅速上升；当发动机水温达到60
°
c时，系统控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器的温度差，控制电子流量阀开度为a，并控制第一电子三通阀（电子三通阀1）的状态为bc通，控制第二电子三通阀（电子三通阀2）的状态为ac通，此时发动机小循环内的水流经动力电池的水冷板，给电池包加热。
27.随着热量交换的进行，电池包的温度逐渐上升，系统控制器会不断地采集第一温度传感器和第二温度传感器的温度，并根据两者的温差调节电流流量阀的开度a。通过电子流量开度的调节作用，使得发动机的水温不骤降，同时保证电池包的温度逐步缓慢上升。
28.当电池包温度达到5
°
c时，系统控制器控制电子流量阀开度为0，并控制电子三通阀1的状态为关闭，控制电子三通阀2的状态为关闭，此时发动机小循环内对外完全关闭，不再给电池包加热。此时，电池包已经具备了充电条件。
29.其二，当动力电池处于0
°
c以下，启动车辆时，同时打开暖风；发动机启动，小循环开启，进行发动机暖机，使发动机水温迅速上升，同时系统控制器控制开关阀打开，暖风的鼓风机运转；当发动机水温达到60
°
c时，系统控制器根据第二温度传感器的温度，控制电子流量阀开度为b，并控制第一电子三通阀的状态为bc通，控制第二电子三通阀的状态为ac通，此时发动机小循环内的水流经动力电池，给电池包加热。
30.随着热量交换的进行，电池包的温度逐渐上升，系统控制器会不断地采集第一温度传感器和第二温度传感器的温度，并根据两者的温差调节电流流量阀的开度b。通过电子流量开度的调节作用，使得发动机的水温不骤降，同时保证电池包的温度逐步缓慢上升。
31.当电池包温度达到5
°
c时，系统控制器控制电子流量阀开度为0，并控制第一电子三通阀的状态为关闭，控制第二电子三通阀的状态为关闭，此时发动机小循环内对外完全关闭，不再给电池包加热。此时，电池包已经具备了充电条件。
32.其三，当动力电池达到40
°
c时；电池管理系统检测到了电池的温度达到40
°
c时，发动机上的压缩机离合器吸合，发动机带动离合器恒转速运转；发动机上的风扇离合器吸合，发动机驱动风扇运转。
33.电子膨胀阀打开；m水泵运转；第一电子三通阀的ac路导通，第二电子三通阀的bc路导通；压缩机产生的制冷量与电池包产生的热量在电池换热器中进行热量交换，此时产生的制冷量略大于电池包产生的热量；系统控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器的温度差值进行调节电子膨胀阀的膨胀比例为c；
当电池包的温度降低到30
°
c以下或整机收到下电指令时，压缩机离合器和风扇离合器断开，电子膨胀阀关闭，水泵停止运转，并控制第一电子三通阀的状态为关闭，控制第二电子三通阀的状态为关闭。
34.其四，当动力电池达到40
°
c时，且驾驶室打开空调进行降温；电池管理系统检测到了电池的温度达到40
°
c时，发动机上的压缩机离合器吸合，发动机带动离合器恒转速运转；发动机上的风扇离合器吸合，发动机驱动风扇运转。同时系统控制器接收到了驾驶室打开空调的指令，控制开关膨胀阀打开。
35.驾驶室鼓风机工作；电子膨胀阀打开；m水泵运转；第一电子三通阀的ac路导通，第二电子三通阀的bc路导通；压缩机产生的制冷量经管路分两支，一部分制冷量与电池包产生的热量在电池换热器中进行热量交换，此时产生的制冷量略大于电池包产生的热量；另一部分制冷量流向蒸发器，在鼓风机的作用下与驾驶室热量进行交换。系统控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器的温度差值进行调节电子膨胀阀的膨胀比例为d；当电池包的温度降低到30
°
c以下或整机收到下电指令时，电子膨胀阀关闭，水泵停止运转，并控制第一电子三通阀的状态为关闭，控制第二电子三通阀的状态为关闭。
36.当接收到空调关闭信号或整机收到下电指令时，压缩机离合器和风扇离合器断开，开关膨胀阀关闭，鼓风机停止运转。
37.本发明根据进入动力电池包前后冷却水的温度差，电子流量阀通过所述温度差来调整开度大小，从而决定进入动力电池包内冷却水的流量，从而决定动力电池吸热而温度升高的幅度，将电池温度升高的幅度控制在合理的范围之内，将发动机的小循环水按照外部需求热量，缓慢地，有序地引导出来，既保证了发动机水温不急剧下降，也保证了电芯温度按照控制要求缓慢上升，改善了电芯的温升环境，有利于延长动力电池寿命；发动机冷却水的热量按需分配给动力电池和驾驶室，为其加热，使得发动机的能量利用率更高；随着温度的升高，还可对动力电池和驾驶室内进行降温，保证了动力电池和驾驶室处于良好的温度环境。
38.本发明还提供另一具体实施例：如图1所示，一种采用上述混动工程车用动力电池和驾驶室共用的温度控制方法的控制系统，包括驾驶室温度控制系统和动力电池温度控制系统；其中，所述驾驶室温度控制系统包括驾驶室加热系统和驾驶室降温系统；所述驾驶室加热系统包括发动机冷却水小循环、暖风水箱和鼓风机，所述发动机冷却水小循环和暖风水箱通过管路连接，使得发动机冷却水在小循环和暖风水箱之间循环，所述鼓风机将暖风水箱的热量送至驾驶室；所述驾驶室降温系统包括蒸发器、冷凝器、压缩机、开关膨胀阀和风扇，所述蒸发器、冷凝器、压缩机和开关膨胀阀构成冷媒循环系统，发动机带动压缩机和风扇动作，所述风扇为冷凝器降温，所述鼓风机将蒸发器处的冷风送至驾驶室；其中，所述动力电池温度控制系统包括动力电池加热系统和动力电池降温系统；所述动力电池加热系统包括发动机冷却水小循环、电子流量阀、动力电池包、第一温度传感器（温度传感器1）和第二温度传感器（温度传感器2），所述发动机冷却水小循环、电子流量阀和动力电池包之间通过管路连接，使得发动机冷却水在小循环和动力电池包之间循环，所述第一温度传感器和第二温度传感器分别检测发动机冷却水进入动力电池包前后的温
度差，所述电子流量阀根据所述温度差调整开度大小，从而再决定进入动力电池包的流量，从而控制动力电池温度升高的幅度；所述动力电池降温系统包括电池换热器、冷凝器、压缩机和电子膨胀阀构成冷媒循环系统，所述电池换热器、第一膨胀水箱（膨胀水箱1）和动力电池包通过水泵提供动力，使得第一膨胀水箱中的水在动力电池包和电池换热器之间循环，第一膨胀水箱中的水在电池换热器中释放热量，在动力电池包中吸收热量，使得动力电池达到降温的目的。
39.如图1所示，发动机冷却水还设置大循环，大循环中的散热器也可为暖风水箱，可选择性开启，在气温较低时，为驾驶室内提供热量，将大循环中的热量也利用起来。
40.作为优选，所述电池换热器为板式换热器。
41.作为优选，所述动力电池降温系统还与发动机冷却水小循环连通，达到给发动机降温的目的。
42.如图1中，所述动力电池降温系统与动力电池加热系统之间在动力电池包的两端分别通过第一电子三通阀（电子三通阀1）和第二电子三通阀（电子三通阀2）连通，使得电池换热器与动力电池包和/或发动机冷却水小循环连通。
43.本发明中通过电子流量阀可将发动机的小循环水按照外部需求释放热量，使整个动力电池的电池包加热结构更加简洁；同时，通过电子流量阀的节流功能，可以根据电池包的需求热量进行等量的热量供给，既保证了发动机水温不急剧下降，也保证了电芯温度按照控制要求缓慢上升，使得电芯温度规律上升，改善了电芯的温升环境，延长电池寿命。
44.本发明驾驶室和动力电池温度控制系统共用可以按照热量需求同时为动力电池和驾驶室分配热量供给地加热，使得发动机的能量利用率更高，提高的发动机启动阶段的热效率，降低了发动机油耗。
45.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。