热管理系统的控制方法与流程

1.本技术涉及热管理技术领域，特别涉及一种热管理系统的控制方法。


背景技术：

2.随着全球能源短缺问题的逐渐加重，电动汽车因其环境友好和排放无污染的特点越来越受关注。锂电池由于具有较高的能量和功能密度，没有使用记忆影响，广泛应用于电动汽车中，作为电动汽车的动力来源。但是，锂电池的使用容易受温度影响，电池温度过低时，导致电池容量严重降低，在低温下充电也会导致阳极析锂，因此，电池汽车中对电池进行热管理策略极为重要。


技术实现要素：

3.本技术提供了一种热管理系统的控制方法，所述热管理系统包括加热器以及用于与电池换热的电池换热装置，所述控制方法包括如下步骤：
4.运行所述热管理系统，所述加热器加热流体，加热后的流体流经所述电池换热装置，所述电池换热装置与电池换热；
5.获取第一功率、所述电池换热装置的当前温度以及所述电池换热装置的第一目标温度；
6.至少根据所述电池换热装置的当前温度与所述电池换热装置的第一目标温度的差值和预设第一阈值，选择控制所述加热器的功率等于所述第一功率，或控制所述加热器的功率根据功率控制模型减小；其中，所述功率控制模型根据所述电池换热装置的当前温度与所述电池换热装置的第一目标温度确定，或所述功率控制模型为预设模型。
7.本技术中热管理系统的控制方法用于至少根据所述电池换热装置的当前温度与所述电池换热装置的第一目标温度的差值和预设第一阈值的关系，选择控制所述加热器的功率等于所述第一功率，或控制所述加热器的功率根据功率控制模型减小，相较于直接控制加热器的功率为固定的加热功率的方法，可使电池换热装置的第一目标温度与电池换热装置的当前温度的差值较为快速的减小，较为有效地实现对电池的热管理。
附图说明
8.图1为本技术热管理系统一个实施例的结构示意图；
9.图2a为本技术热管理系统一个实施例的原理示意图；
10.图2b为本技术热管理系统另一个实施例的原理示意图；
11.图3为本技术热管理系统的控制方法一个实施例的方法示意图；
12.图4为本技术热管理系统的控制方法一个实施例中加热器的功率变化曲线以及电池换热装置的温度变化曲线的示意图；
13.图5为本技术热管理系统的控制方法一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
14.本技术的实施方式部分使用的术语仅用于对本技术的具体实施例进行解释，而非旨在限定本技术。
15.相关技术一提供了一种电动汽车电池加热方法，其控制加热器直接将电池换热装置的进口水温加热至电池换热装置的目标水温。相关技术一的缺点是，加热器直接通过pid控制电池换热装置的进口水温，需要在不同的环境工况下进行标定，而在整个加热过程中，水温以及电池温度变化都存在滞后性，使得在加热过程中，水温波动较大，不利于实际应用。
16.相关技术二提供了一种电动汽车电池加热方法，其通过加热器控制出口水温，然后通过控制电池侧水泵转速，以维持电池换热装的进口水温达到电池换热装置的目标水温。相关技术二的缺点是，加热器控制出口水温达到目标温度往往是在电池换热装置的目标水温的基础上进行补偿得到的，补偿量往往是偏高的，容易造成能量浪费。而且，通过水泵控制电池换热装置的进口水温的方式，很容易造成电池换热装置的进出口水温差过大，对电池使用寿命造成影响。
17.为此，本技术提出一种热管理系统及其控制方法，能够选择至少根据第一环境温度、电池换热装置的当前温度以及加热器的上限功率，或至少根据功率控制模型，对加热器的功率进行调节，实现对电池的热管理，从而使电池换热装置的当前温度与电池换热装置的目标温度的差值减小，以改善水温波动较大或电池换热装置进出口水温差过大的现象，实现对电池的热管理。
18.如图1所示，热管理系统100可以包括：热管理装置101以及控制装置102。可选的，热管理系统100可以应用于电动汽车，热管理装置101为汽车空调装置，控制装置102为汽车控制单元，车辆的乘客舱即为舱体，为车辆供电的电池组件即为电池。热管理装置101的部分部件与控制装置102之间电连接，热管理装置101用以实现电池的热管理。
19.具体地，如图2a所示，热管理装置101中包含流体驱动装置16、加热器10、多通阀11、第一换热器121以及电池换热装置13，加热器10、多通阀11、第一换热器121以及电池换热装置13可通过管路进行连接和连通形成回路。加热器11与控制装置102电连接，加热器11受控于控制装置102，控制装置102对加热器11的功率进行调节，以加热流体。第一换热器121与电池换热装置13并联，第一换热器121能够与舱体12热交换，电池换热装置13能够与电池14热交换。加热器10开启后可对第一流体进行加热。多通阀11包括第一阀口111、第二阀口112以及第三阀口113，第一阀口111与加热器10的出口连通，第二阀口112与第一换热器121的入口连通，第三阀口113与电池换热装置13的入口连通，多通阀11用于对流出加热器10的第一流体进行分流，以形成第一部分第一流体和第二部分第一流体。其中，第一部分第一流体通过第一换热器121与舱体12热交换，第二部分第一流体通过电池换热装置13直接与电池14热交换。流体驱动装置为第一流体的流动提供动力，可选的，流体驱动装置为电子水泵。可选的，第一流体为水和乙醇的混合溶液。
20.如图2b所示，在一些其他实施例中，热管理装置101中包含第一流体驱动装置16、第二流体驱动装置17、加热器10、多通阀11、第一换热器121、电池换热装置13以及第二换热器15，第一换热器121与舱体12热交换，电池换热装置13与电池14热交换。第二换热器15包括能够进行热交换的第一换热部151和第二换热部152，第一换热部151与第二换热部152不
连通，加热器10、多通阀11、第一换热器121以及第一换热部151通过管路连接和连通形成第一回路，第二换热部152和电池换热装置13通过管路连接和连通形成第二回路，第一回路设置第一流体驱动装置16提供动力，第二回路中设置第二流体驱动装置17提供动力，第二回路中流动第二流体。本实施例中，第一阀口111与加热器10的出口连通，第二阀口112与第一换热器121的入口连通，第三阀口113与第一换热部151的入口连通，多通阀11用于对流出加热器10的第一流体进行分流，第一部分第一流体通过第一换热器121与舱体12热交换，第二部分第一流体通过第二换热器15与第二回路中的第二流体热交换，第二回路中的电池换热装置13直接与电池14热交换。在一些其他实施例中，第二回路也可以直接与电池14热交换。可选的，第二流体为水和乙醇的混合溶液。
21.本实施例中，电池换热装置13与电池14分开设置。在一些其他实施例中，电池换热装置13与电池14可以集成为一体装置。
22.热管理装置101还可以包含风门122，风门122与控制装置102电连接且受控于控制装置102，风门122位于第一换热器121的上风侧，风门122控制流经第一换热器121的风量，与第一换热器121换热后的风吹入舱体12内。调节风门122的开度，以控制吹入舱体12内的风量。
23.控制装置102包括获取模块103以及处理模块104，处理模块104分别与热管理装置101部分部件和获取模块103电连接。所述获取模块103用于获取环境温度、电池换热装置13的当前温度以及电池换热装置13的目标温度。获取模块103中可以包含至少两个温度传感器，至少一个温度传感器被设置于车头、倒车镜或者车身的任意位置上，以采集到环境温度，至少一个温度传感器被设置于电池换热装置13的入口处，以采集到电池换热装置13的入口处水温(即电池换热装置13的当前温度)。获取模块103还可以包括通信接口，与车辆系统的总线连接，通过总线获取到电池换热装置13的目标温度，电池换热装置13的目标温度用于表示电池应该被降低至多少度，可以通过车辆系统计算得到。加热器10具有上限功率，上限功率可以包括但不限于额定功率等。可选地，热管理系统可以包含交互界面或者通信装置等，交互界面可以获得用户输入信息如加热器10的上限功率等，交互界面可以为电动汽车的控制面板。通信装置可以接收得到的由用户端(如遥控器等)发送的加热器10的上限功率等。
24.处理模块104可以从获取模块103处获取环境温度、电池换热装置13的当前温度以及电池换热装置13的目标温度。处理模块104还可以从加热器10、交互界面或通信装置处获取加热器的上限功率。处理模块104用于控制热管理装置101的运行状态，如控制加热器10的功率、多通阀11的开度比例以及风门122的开度等。在一些其他实施例中，可以不设置获取模块103，处理模块104自身具有检测以及获取功能。
25.热管理系统100的控制装置102还包括寄存器105，寄存器105与处理模块104电连接，寄存器105用于存储数据，寄存器105中存有环境温度、电池换热装置13的目标温度以及所述加热器的功率的映射关系表，处理器104可以根据环境温度、电池换热装置13的目标温度从映射关系表中查表得到加热器的功率(如第二功率或第三功率等)。
26.处理模块104可以用于执行控制方法，控制方法的具体步骤或原理在以下实施例中阐述。
27.应理解以上图所示的热管理系统的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，
实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块以软件通过处理元件调用的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，处理模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在热管理系统的某一个芯片中实现。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
28.例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(application specific integrated circuit；以下简称：asic)，或，一个或多个微处理器(digital singnal processor；以下简称：dsp)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(field programmable gate array；以下简称：fpga)等。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip；以下简称：soc)的形式实现。
29.本技术实施例还给出了一种控制方法，可以应用于上述图1至图2b所提供的热管理系统的示例，控制方法由其中的控制装置102执行，热管理系统的具体实施方式在此不再赘述，可参考上述对热管理系统的说明。下面对本技术实施例提供的控制方法进行详细说明。
30.如图3所示，控制方法可以包括如下步骤：
31.s10、运行热管理系统100；
32.具体地，加热器10加热流体，加热后的流体流经电池换热装置13，电池换热装置13与电池换热；
33.s20、获取第一功率、电池换热装置13的当前温度以及电池换热装置13的第一目标温度；
34.s30、至少根据电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第一目标温度的差值和预设第一阈值的关系，选择控制加热器10的功率等于第一功率，或控制加热器10的功率根据功率控制模型减小，从而使电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第一目标温度的差值减小，实现对电池的热管理。
35.步骤s10中，运行热管理系统100的具体原理或过程可以参考上述热管理系统实施例的描述，在此不再赘述。
36.步骤s20中，第一环境温度可以由被设置于车头、倒车镜或者车身的任意位置上温度传感器采集得到，电池换热装置13的当前温度可以由被设置于电池换热装置13的入口处的温度传感器采集得到。电池换热装置13的目标温度可以从车辆系统的总线中获取到，电池换热装置13的目标温度用于表示电池应该被降低至多少度，可以通过车辆系统计算得到。加热器10具有上限功率，上限功率可以包括但不限于额定功率等。
37.在步骤s30之前，所述方法还可以包括如下步骤：判断电池换热装置13的当前温度是否大于电池换热装置13的第一目标温度，若电池换热装置13的当前温度高于电池换热装置13的第一目标温度和/或电池换热装置13的当前温度高于电池换热装置13的第一目标温度的值大于预设温度值，则关闭加热器10，从而停止升高电池换热装置13的入口处水温或者降低电池换热装置13的入口处水温等；若电池换热装置13的当前温度小于或等于电池换热装置13的第一目标温度和/或电池换热装置13的当前温度高于电池换热装置13的第一目
标温度的值小于或等于预设温度值，则执行步骤s30。
38.如图4和图5所示，步骤s20和s30，可以包括如下步骤：
39.s31、获取第一功率；
40.s32、获取第二功率；
41.s33、至少根据电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第一目标温度的差值和预设第一阈值的关系，选择控制加热器10的功率等于第一功率，或控制加热器10的功率按照功率控制模型减小至所述第二功率。
42.步骤s31中，第一功率为加热器10被允许使用的最大加热功率，本实施例中，可由第一环境温度、电池换热装置13的当前温度以及加热器10的上限功率计算得到，用于对加热器10进行保护，延长加热器10的使用寿命。在一些其他实施例中，第一功率也可以为系统设定好的预设值。步骤s32中，第二功率可以根据第一环境温度和电池换热装置13的第一目标温度从寄存器105的映射关系表中查表得到，第二功率用于表示加热器10在当前环境温度下维持电池换热装置13内流体温度达到第一目标温度(或差值不大于预设值等)。
43.可以理解的是，获取第一功率的步骤、获取第二功率的步骤以及判断电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第一目标温度的差值和预设第一阈值的关系步骤的执行顺序不分先后。
44.具体地，步骤s33可以包括如下步骤：
45.s331、判断电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第一目标温度的差值是否大于预设第一阈值
△
t1；
46.根据步骤s331的判断结果，若电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第一目标温度的差值大于或等于预设第一阈值
△
t1，执行步骤s332；若电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第一目标温度的差值小于预设第一阈值
△
t1，执行步骤s333；
47.s332：控制加热器10的功率等于第一功率；
48.s333：控制加热器10的功率按照功率控制模型减小至第二功率，以使得电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第一目标温度的差值减小，功率控制模型可以根据电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第一目标温度确定，或功率控制模型为预设模型。
49.可选地，在执行步骤s32之后，在执行步骤s331之前，所述方法还包括如下步骤：
50.s334、判断电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第一目标温度的差值是否大于预设第二阈值
△
t2，其中，预设第二阈值接近零，预设第二阈值小于预设第一阈值；
51.根据步骤s334的判断结果，若电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第一目标温度的差值大于预设第二阈值
△
t2，执行步骤s331，若电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第一目标温度的差值小于或等于预设第二阈值
△
t2，执行步骤s335；
52.s335：控制加热器10的功率等于第二功率。
53.也就是说，在电池换热装置13的当前温度与第一目标温度的差值大于或等于
△
t1时，控制加热器10以最大加热功率(即第一功率)进行加热，以快速提高电池的温度。
54.在电池换热装置13的当前温度与第一目标温度的差值小于
△
t1，且大于
△
t2时，控制加热器10从第一功率逐渐衰减至第二功率，以使电池换热装置13的当前温度与电池换
热装置13的第一目标温度的差值逐渐减小。
55.在电池换热装置13的当前温度与第一目标温度的差值小于或等于
△
t2时，控制加热器10保持以第二功率进行加热，以改善水温波动较大或电池换热装置进出口水温差过大的现象。
56.换句话说，加热器10的控制过程可以包括快速升温阶段、衰减加热阶段以及稳定加热阶段。快速升温阶段用于表示加热器10以最大加热功率进行加热，以使所述电池换热装置13的当前温度快速升温。衰减加热阶段用于表示加热器10的加热功率从最大加热功率逐渐衰减至第二功率，以使所述电池换热装置13的当前温度与目标温度的差值逐渐减小，相较于直接使用第二功率进行加热，升温速度更快。稳定加热阶段用于表示加热器10的功率达到第二功率，电池换热装置13的当前温度与目标温度的差值在
△
t2以内，从而改善水温波动较大或电池换热装置进出口水温差过大的现象。
57.举例地，功率控制模型用于表示：加热器10从第一功率逐渐衰减至第二功率的时间段与电池换热装置13的当前温度逐渐达到电池换热装置的第一目标温度的时间段大致相等。功率控制模型可以经过大量的实验或研发经验模拟得到，预先设定与控制装置102中。
58.可选地，功率控制模型可以包括：
59.p＝p2 k*(p1-p2)；
60.其中，p为加热器的功率，p1为第一功率，p2为第二功率，k为变化值且由大变小至0。
61.在步骤s333中，控制k值逐渐减小，使得(p1-p2)的值由大逐渐减小至0。即加热器10的功率从当前功率逐渐衰减至第二功率的值。
62.再举例地，功率控制模型中还可以包括以下关系：
63.t
p1-t
p2
＝t
c1-t
c2
64.其中，t
p1
表示加热器10在当前加热功率下的时刻，t
p2
表示在加热器10在第二功率下的时刻，t
c1
表示电池换热装置13在当前温度下的时刻，t
c2
表示电池换热装置在第一目标温度下的时刻。
65.在步骤s333或步骤s335之后，所述方法还包括如下步骤：
66.s41、获取第二环境温度和电池换热装置13的第二目标温度；
67.s42、基于第二环境温度以及电池换热装置13的第二目标温度，获得第三功率；
68.s50、控制加热器10的功率等于第三功率。
69.也就是说，在控制加热器10的功率达到第二功率后，实时获取到当前的环境温度(如第二环境温度)以及电池换热装置13的第二目标温度(电池换热装置13的目标温度可能会变化)，并根据第二环境温度和第二目标温度从寄存器105的映射关系表中查表得到第三功率，并控制加热器10以第三功率进行加热，从而适应环境温度或电池换热装置13的目标温度的变化。
70.进一步地，在步骤s50：控制加热器10的功率等于第三功率之后，所述方法还包括如下步骤：
71.s60、判断电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第二目标温度是否相等；
72.根据步骤s60的检测结果，若电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第二目标温度不相等，执行步骤s61；若电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第二目标温度相等，执行步骤s62；
73.s61：对加热器10的功率进行调控；
74.s62：若电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第二目标温度相等的累计时长达到预设时间段，将所述累计时长内所对应的加热器10的功率的值存入寄存器105中，并更新映射关系表。
75.具体地，步骤s61可以包括：对电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第二目标温度的差值进行运算(如进行pi或pid运算等)，根据运算结果对加热器10的功率进行调控。
76.也就是说，若检测到电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第二目标温度不相等，则以电池换热装置13的第二目标温度为控制目标，根据电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第二目标温度的差值进行运算(如进行pi或pid运算等)，对加热器10的加热功率进行调控，使得电池换热装置13的当前温度达到电池换热装置13的第二目标温度。
77.步骤s62中，当加热器以稳定功率持续加热时，若电池换热装置13的当前温度与电池换热装置13的第二目标温度相等，则计时得到累计时长，并判断累计时长是否达到预设时间段，根据判断结果，若累计时长达到预设时间段，则将对应的加热器10功率的值存入寄存器105中，以修正或补充映射关系表，便于后续下次调用，自适应能力较强；若累计时长未达到预设时间段，则清空累计时长，并返回执行步骤s61，以对加热器的功率进行调控，使电池换热装置的当前温度达到第二目标温度。
78.本技术中，pid算法的p是proportional(比例)的缩写，i是integral(积分)的缩写，d是differential(微分)的缩写。顾名思义，pid算法是结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制算法。pid算法的实质就是根据输入的偏差值，按照比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用以控制输出，通过这三个算法的组合可有效地纠正被控制对象的偏差，从而使其达到一个稳定的状态。
79.pi算法的p是proportional(比例)的缩写，i是integral(积分)的缩写，pi算法是结合比例和积分于一体的控制算法。根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。
80.以上各实施例中，涉及的处理器可以例如包括cpu、dsp、微控制器或数字信号处理器，还可包括gpu、嵌入式神经网络处理器(neural-network process units；以下简称：npu)和图像信号处理器(image signal processing；以下简称：isp)，该处理器还可包括必要的硬件加速器或逻辑处理硬件电路，如asic，或一个或多个用于控制本技术技术方案程序执行的集成电路等。此外，处理器可以具有操作一个或多个软件程序的功能，软件程序可以存储在存储介质中。
81.本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行本技术图3所示实施例提供的方法。
82.本技术实施例还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行本技术图3所示实施例提供的方法。
83.本技术实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示单独存在a、同时存在a和b、单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
84.本领域普通技术人员可以意识到，本文中公开的实施例中描述的各单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
85.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
86.在本技术所提供的几个实施例中，任一功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory；以下简称：rom)、随机存取存储器(random access memory；以下简称：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
87.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。