CN103700903B - 混合动力汽车电池加热和充电装置及其控制方法 - Google Patents

混合动力汽车电池加热和充电装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种混合动力汽车电池加热和充电装置及其控制方法，所述装置包括控制器、废气热量回收装置、第一热交换器、第二热交换器、热电装置、温度传感器、电荷状态指示器，所述废气热量回收装置包括废气热交换器、第一分流阀，热能传递回路上设有第二分流阀/用于连通第一热交换器、第二热交换器、废气交换器；第一热交换器通过传热管与包裹在电池外部的电池盖板连接，第二热交换器与热电装置连接，热电装置与电池连接。控制器根据温度传感器和电荷状态指示器实时监测电池的温度和电荷状态，通过对第一分流阀和第二分流阀的控制对电池的加热和/或充电，使电池温度和电荷状态处于理想状态，提升混合动力汽车整车性能。

Description

混合动力汽车电池加热和充电装置及其控制方法
技术领域
本发明属于新能源汽车领域，尤其是一种混合动力汽车电池加热和充电装置及其控制方法。
背景技术
混合动力汽车一般由一个内燃机结合一个或多个电池和电机来形成混合动力驱动***。内燃机消耗燃料，将燃料的化学能转换成动能和热能，动能用于驱动车辆行驶，热能往往以废气等形式耗散至周围环境。电池负责向电机供电，将电能转化为动能驱动车辆行驶。电池的性能会受到温度的影响，当电池的周围环境温度或者电池温度低于预定温度值，如-8℃，电池的性能会显著下降，从而影响混动动力***的性能，如：能量回收、起/停功能。当车辆处于纯电动状态时，蓄电池温度以及电荷状态的降低还会对整车动力性造成影响。为了提升电池性能，一些插电式混合动力***可以让车辆接入外接充电装置充电，同时利用电阻型加热器加热电池，然而在许多地方如车站、机场或者商业停车场，往往没有外接充电装置，而且目前绝大部分的混合动力***不具备外界充电功能。此外，还有一些驾驶员会通过让发动机怠速空转来让车辆其他部件升温，但对于电池尤其是锂电池而言，其温度往往不会随着发动机的运行而增加。因此如果能够利用车辆本身的热能来确保电池温度和电荷状态始终处于理想状态，将对混合动力汽车整车性能的提高具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种混合动力汽车电池加热和充电装置及其控制方法，利用车辆排放出的废气中的热能给电池加热和/或者充电，使电池温度和电荷状态一直处于理想状态，保证电池的高性能，提升混合动力汽车整车性能。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
混合动力汽车电池加热和充电装置，包括废气热量回收装置、热能传递回路、第一热交换器、第二热交换器、热电装置、电池盖板、温度传感器、电荷状态指示器、控制器，所述废气热量回收装置包括设置在废气管上并与排气管相通的分支气管、设置在分支气管上的废气热交换器、设置废气管与分支气管之间的第一分流阀，所述热能传递回路包括与废气热交换器的出口相连的第一管路、与废气热交换器的进口相连的第二管路，所述热能传递回路(120)中有传热流体，所述第一管路分别与第一热交换器、第二热交换器的入口相连，所述第二管路分别与第一热交换器、第二热交换器的出口相连，所述第一管路上设置有循环泵和第二分流阀，第二分流阀设置在第一管路的分支处；所述第一热交换器通过传热管与电池盖板连接，所述电池盖板包裹在电池外部，所述第二热交换器通过导热材料与热电装置连接，热电装置通过导线与电池连接；温度传感器、电荷状态指示器安装在电池上、并分别与控制器连接，所述控制器还与第一分流阀、第二分流阀连接。
优选地，所述电池盖板由导热材料制成。
混合动力汽车电池加热和充电装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)温度传感器和电荷状态指示器实时监测电池的温度和电荷状态，并将电池的实时温度和电荷状态信号传输到控制器；
(2)控制器根据电池的实时温度、电荷状态信号分别与电池的最高温度预设值、电荷状态预设值进行比较，当电池的实时温度低于最高温度预设值或者电荷状态低于电荷状态预定值时，控制器控制第一分流阀将废气分流至分支气管，废气热交换器将废气中的热量转移至传热流体中；否则，控制器控制第一分流阀将废气直接导入排气管排至车外；
(3)控制器进一步判断电池的实时温度是否低于电池的最低温度预定值，若是，控制器控制第二分流阀仅导通第一管路与第一热交换器；若不是，则控制器进一步判断电池的实时温度是否介于电池的最低温度预定值与最高温度预设值之间，若不是，控制器控制第二分流阀仅导通第一管路与第二热交换器；若是，则控制器进一步判断电池的实时电池电荷状态是否大于电荷状态预设值，若是，控制器控制第二分流阀仅导通第一管路与第一热交换器；若不是，控制器控制第二分流阀同时导通第一管路与第一热交换器、第二热交换器。
本发明在车辆排气***上增设废气热量回收装置，将废气中的热能通过热能传递回路转移至第一热交换器和第二热交换器，第一热交换器可以利用热能给电池加热，第二热交换器可以和热电装置配合利用热能给电池充电，从而实现利用车辆排放出的废气中的热能给电池加热和/或充电。
通过安装在电池上的温度传感器和电荷状态指示器实时监测电池的温度和电荷状态，控制器根据电池的温度和电荷状态、以及根据电池的具体参数确定的最低温度预定值、最高温度预设值和电荷状态预定值，通过对第一分流阀和第二分流阀的控制，来控制所述混合动力汽车电池加热和充电装置的运行，确定是否给电池加热或者充电。
只要电池温度低于最高温度预设值或者电荷状态低于电荷状态预定值时，废气热量回收装置就处于工作状态，回收废气中的热能，否则，废气热量回收装置不工作，废气直接导入排气管排至车外。当电池温度低于最低温度预定值时，此时无论电池电荷状态如何，所有热能全部用于给电池加热，因为温度低时，电池的性能会很差，即使充电，效率也很低；当电池温度处于最低温度预定值和最高温度预设值之间时，若电荷状态高于电荷状态预定值，则热能全部用于给电池加热，若电荷状态低于电荷状态预定值，则热能一部分用于给电池加热，另一部分用于给电池充电；当电池温度达到最高温度预设值时，此时停止给电池加热，热能全部用于给电池充电。
本发明具有如下优点：
(1)完全利用车辆排放出的废气中的热能给电池加热和/或充电，充分利用能源。
(2)确保电池温度和电荷状态始终处于理想状态，保证电池处于高性能状态，从而提升混合动力汽车整车性能。
附图说明
图1为本发明所述混合动力汽车电池加热和充电装置的结构图。
图2为本发明所述混合动力汽车电池加热和充电控制方法的流程图。
图3为所述混合动力汽车电池加热和充电装置仅为电池加热的局部状态图。
图4为所述混合动力汽车电池加热和充电装置仅为电池充电的局部状态图。
图5为所述混合动力汽车电池加热和充电装置同时为电池加热、充电的局部状态图。
附图标记说明如下：
110-废气热量回收装置，112-废气管，114-第一分流阀，116-排气管，117-分支气管，118-废气热交换器，120-热能传递回路，121-第一管路，122-第二管路，124-循环泵，126-第二分流阀，130-第一热交换器，140-第二热交换器，145-热电装置，150-导线，160-电池盖板，170-电池，180-温度传感器，190-电荷状态指示器，200-传热管，210-控制器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的混合动力汽车电池加热和充电装置，包括废气热量回收装置110、热能传递回路120、第一热交换器130、第二热交换器140、热电装置145、电池盖板160、温度传感器180、电荷状态指示器190、控制器210。所述废气热量回收装置110包括设置在废气管112上并与排气管116相通的分支气管117，设置在分支气管117上的废气热交换器118，设置废气管112与分支气管117之间的第一分流阀114。第一分流阀114用于控制废气的走向，当第一分流阀114导通废气管112与排气管116时，废气直接排出；当第一分流阀114导通废气管112与分支气管117时，废气流经废气热交换器118，废气热交换器118将废气中的热能转移至热能传递回路120中的传热流体中的传热流体吸收。用于加热电池170和/或为电池170充电。所述热能传递回路120中有传热流体，包括与废气热交换器的出口相连的第一管路121，与废气热交换器的进口相连的第二管路122。所述第一管路121分别与第一热交换器130、第二热交换器140的入口相连，所述第二管路122分别与第一热交换器130、第二热交换器140的出口相连，所述第一管路121上设置有循环泵124和第二分流阀126。第二分流阀126设置在第一管路121的分支处，用于控制传热流体为第一热交换器130和/或第二热交换器140供热。所述第一热交换器130通过传热管200与电池盖板160连接，所述电池盖板160为导热材料制成的，包裹在电池170外部，所述第二热交换器140通过导热材料与热电装置145连接，热电装置145通过导线150与电池170连接。当第二分流阀126仅导通第一管路121与第一热交换器130时，传热流体中的热能仅用于加热电池盖板160，为电池170加热；当第二分流阀126仅导通第一管路121与第二热交换器140时，第二热交换器140将流经的传热流体中的热能转移至热电装置145，热电装置145吸收热能利用温差产生电能，电能以电流的形式通过导线150输入电池170，对电池170充电；当第二分流阀126同时导通第一热交换器130和第二热交换器140时，传热流体中的热能同时用于电池170加热、充电。温度传感器180、电荷状态指示器190安装在电池170上，并且分别与控制器210连接。温度传感器180用于监测电池170的温度，电荷状态指示器190用于确定电池170的电荷状态。温度传感器180、电荷状态指示器190分别用于实时监测电池170的温度、电池170电荷状态，并将监测结果传递给控制器210。所述控制器210还与第一分流阀114、第二分流阀126连接。控制器210根据温度传感器180、电荷状态指示器190实时监测的电池170的温度、电池170的电荷状态，通过对第一分流阀114、第二分流阀126的控制实现对整个混合动力汽车电池加热和充电装置工作的控制。
具体的，本发明所述混合动力汽车电池加热和充电装置的控制方法为：
首先，温度传感器180和电荷状态指示器190实时监测电池170的温度和电荷状态，并将电池170的实时温度和电荷状态信号传输到控制器210。
然后，控制器210根据电池170的实时温度、电荷状态信号分别与电池170的最高温度预设值、电荷状态预设值进行比较，当电池170的实时温度低于最高温度预设值或者电荷状态低于电荷状态预定值时，控制器210控制第一分流阀114将废气分流至分支气管117，废气热交换器118将废气中的热量转移至传热流体中；否则，控制器210控制第一分流阀114将废气直接导入排气管116排至车外。
最后，控制器210进一步判断电池170的实时温度是否低于电池170的最低温度预定值，若是，控制器210控制第二分流阀126仅导通第一管路121与第一热交换器130，如图3所示，传热流体中的热能仅用于加热电池盖板160，为电池170加热，使电池170升温，温度保持正常；若不是，则控制器210进一步判断电池170的实时温度是否介于电池170的最低温度预定值与最高温度预设值之间。当电池170的实时温度不介于电池170的最低温度预定值与最高温度预设值之间时，控制器210控制第二分流阀126仅导通第一管路121与第二热交换器140，如图5所示，第二热交换器140将流经的传热流体中的热能转移至热电装置145，热电装置145吸收热能利用温差产生电能，电能以电流的形式通过导线150输入电池170，对电池170充电，使电荷状态保持正常；当电池170的实时温度介于电池170的最低温度预定值与最高温度预设值之间时，则控制器210进一步判断电池170的实时电池170电荷状态是否大于电荷状态预设值。若电池170的实时电池170电荷状态大于电荷状态预设值，控制器210控制第二分流阀126仅导通第一管路121与第一热交换器130，如图3所示，传热流体中的热能仅用于加热电池盖板160，为电池170加热；若电池170的实时电池电荷状态不大于电荷状态预设值，控制器210控制第二分流阀126同时导通第一管路121与第一热交换器130、第二热交换器140，如图5所示，传热流体中的热能同时用于电池170加热、充电，使电池170的温度和电荷状态最终达到正常水平。
本发明利用混合动力车辆废气中的热能来确保电池170的温度和电荷状态始终处于理想状态，保证电池170的高性能，从而提升了混合动力汽车整车性能。
上述实施例为本发明的优选的实施方式，但发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.混合动力汽车电池加热和充电装置，其特征在于，包括废气热量回收装置(110)、热能传递回路(120)、第一热交换器(130)、第二热交换器(140)、热电装置(145)、电池盖板(160)、温度传感器(180)、电荷状态指示器(190)、控制器(210)，所述废气热量回收装置(110)包括设置在废气管(112)上并与排气管(116)相通的分支气管(117)、设置在分支气管(117)上的废气热交换器(118)、设置废气管(112)与分支气管(117)之间的第一分流阀(114)，所述热能传递回路(120)包括与废气热交换器(118)的出口相连的第一管路(121)、与废气热交换器(118)的进口相连的第二管路(122)，所述热能传递回路(120)中有传热流体，所述第一管路(121)分别与第一热交换器(130)、第二热交换器(140)的入口相连，所述第二管路(122)分别与第一热交换器(130)、第二热交换器(140)的出口相连，所述第一管路(121)上设置有循环泵(124)和第二分流阀(126)，第二分流阀(126)设置在第一管路(121)的分支处；所述第一热交换器(130)通过传热管(200)与电池盖板(160)连接，所述电池盖板(160)包裹在电池(170)外部，所述第二热交换器(140)通过导热材料与热电装置(145)连接，热电装置(145)通过导线(150)与电池(170)连接；温度传感器(180)、电荷状态指示器(190)安装在电池(170)上、并分别与控制器(210)连接，所述控制器(210)还与第一分流阀(114)、第二分流阀(126)连接。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车电池加热和充电装置，其特征在于，所述电池盖板(160)由导热材料制成。
3.权利要求1所述的混合动力汽车电池加热和充电装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)温度传感器(180)和电荷状态指示器(190)实时监测电池的温度和电荷状态，并将电池(170)的实时温度和电荷状态信号传输到控制器(210)；
(2)控制器(210)根据电池(170)的实时温度、电荷状态信号分别与电池(170)的最高温度预设值、电荷状态预设值进行比较，当电池(170)的实时温度低于最高温度预设值或者电荷状态低于电荷状态预定值时，控制器(210)控制第一分流阀(114)将废气分流至分支气管(117)，废气热交换器(118)将废气中的热量转移至传热流体中；否则，控制器(210)控制第一分流阀(114)将废气直接导入排气管(116)排至车外；
(3)控制器(210)进一步判断电池(170)的实时温度是否低于电池(170)的最低温度预定值，若是，控制器(210)控制第二分流阀(126)仅导通第一管路与第一热交换器(130)；若不是，则控制器(210)进一步判断电池(170)的实时温度是否介于电池(170)的最低温度预定值与最高温度预设值之间，若不是，控制器(210)控制第二分流阀(126)仅导通第一管路与第二热交换器(140)；若是，则控制器(210)进一步判断电池(170)的实时电池(170)电荷状态是否大于电荷状态预设值，若是，控制器(210)控制第二分流阀(126)仅导通第一管路(121)与第一热交换器(130)；若不是，控制器(210)控制第二分流阀(126)同时导通第一管路(121)与第一热交换器(130)、第二热交换器(140)。
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