CN112428883A - 一种电动汽车动力电池的加热方法及加热*** - Google Patents

一种电动汽车动力电池的加热方法及加热*** Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种电动汽车动力电池的加热方法，其包括如下步骤：当动力电池需要加热时，获取所述动力电池的进水温度和电池温度；基于所述电池温度与第一阈值和第二阈值的大小关系，控制电池水泵的工作转速占空比；基于所述电池温度，计算所述动力电池的平均温度，并基于所述进水温度与所述平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制热源的加热功率。本申请能解决相关技术中未能充分利用加热源的加热功率的问题。

Description

一种电动汽车动力电池的加热方法及加热***
技术领域
本申请涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车动力电池的加热方法及加热***。
背景技术
目前，电动汽车多采用锂电池或磷酸铁锂电池，其对温度及其敏感，当电池温度较低时，电池的容量和能量会显著下降，影响电动汽车的续航里程。而且，在充电过程，电池的充电电流也会放慢，甚至无法充电。这些都会影响用户的使用体验。
我国地域辽阔，存在大量平均温度较低的地区，低温地区的用户在使用电动车时会显著受到低温下电池性能的影响。因此，在寒冷地区，电动汽车使用过程中首先要对电池进行加热。
目前，在一些相关技术中，采用的是水循环加热电池的方案，这种方案是通过控制电池目标进水温度，确保在电池加热过程中，电池进水温度和电池温度的温度梯度不至于过大，同时避免由于电池进水温度过高，导致的电池内部均匀性较差，电池内部温度梯度较大的问题。
然而，这种控制方法仅仅是简单地设定电池目标进水温度，以控制加热源的加热功率，由于未考虑实际加热情况，故这种控制方法未能充分利用加热源的加热功率，电池加热速度还有待进一步优化。
发明内容
本申请实施例提供一种电动汽车动力电池的加热方法及加热***，以解决相关技术中未能充分利用加热源的加热功率的问题。
第一方面，提供了一种电动汽车动力电池的加热方法，其包括如下步骤：
当动力电池需要加热时，获取所述动力电池的进水温度和电池温度；
基于所述电池温度与第一阈值和第二阈值的大小关系，控制电池水泵的工作转速占空比；
基于所述电池温度，计算所述动力电池的平均温度，并基于所述进水温度与所述平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制热源的加热功率。
一些实施例中，基于所述电池温度与第一阈值和第二阈值的大小关系，控制电池水泵的工作转速占空比，包括如下步骤：
根据所述电池温度，计算所述动力电池的平均温度；
判断所述平均温度与第一预设平均温度和第二预设平均温度的大小；
若所述平均温度≤所述第一预设平均温度，则控制所述电池水泵以第一占空比运转；
若所述平均温度≥所述第二预设平均温度，则控制所述电池水泵以第二占空比运转；
若所述第一预设平均温度＜所述平均温度＜所述第二预设平均温度，则控制所述电池水泵在所述第二占空比和第一占空比之间进行无极调速；
其中，所述第一占空比大于所述第二占空比。
一些实施例中，基于所述电池温度与第一阈值和第二阈值的大小关系，控制电池水泵的工作转速占空比，包括如下步骤：
从所述电池温度中，选取所述动力电池的最高温度和最低温度，并计算所述最高温度和所述最低温度的温差值；
判断所述温差值与第一预设温差值和第二预设温差值的大小；
若所述温差值≥所述第一预设温差值，则控制所述电池水泵以第一占空比运转；
若所述温差值≤所述第二预设温差值，则控制所述电池水泵以第二占空比运转；
若所述第二预设温差值＜所述温差值＜所述第一预设温差值，则控制所述电池水泵在所述第二占空比和第一占空比之间进行无极调速；
其中，所述第一占空比大于所述第二占空比。
一些实施例中，基于所述进水温度与所述平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制热源的加热功率，包括如下步骤：
判断所述进水温度与所述平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小；
若小于所述第三预设温差值，则控制热源以最大功率工作；
否则，动态地控制热源的加热功率，以使所述进水温度与所述平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值大致相等。
一些实施例中，在控制热源的加热功率之后，所述控制方法还包括如下步骤：
获取所述动力电池的最低温度和平均温度；
判断所述最低温度与第一预设最低温度的大小，以及所述平均温度与第三预设平均温度的大小；
若所述最低温度≥第一预设最低温度，且所述平均温度≥所述第三预设平均温度，则关闭所述热源；
否则，返回至基于所述进水温度与所述平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制热源的加热功率。
一些实施例中，在关闭所述热源之后，所述控制方法还包括如下步骤：
获取所述动力电池的最高温度和最低温度的温差值；
判断所述温差值与第二预设温差值的大小关系；
若所述温差值≤所述第二预设温差值，则关闭电池水泵；
否则，控制所述电池水泵以第三占空比运转设定时间后，关闭所述电池水泵。
一些实施例中，所述控制方法还包括判定动力电池是否需要加热的步骤。
一些实施例中，所述判定动力电池是否需要加热，包括：
获取所述动力电池的最低温度；
判断所述最低温度与第二预设最低温度的大小；
若所述最低温度≤第二预设最低温度，则所述动力电池需要加热，并开启电池加热回路；
否则，所述动力电池不需要加热，不开启电池加热回路。
一些实施例中，所述判定动力电池是否需要加热，包括：
获取所述动力电池的平均温度；
判断所述平均温度与第四预设平均温度的大小；
若所述平均温度≤第四预设平均温度，则所述动力电池需要加热，并开启电池加热回路；
否则，所述动力电池不需要加热，不开启电池加热回路。
第二方面，提供了一种电动汽车动力电池的加热***，其包括：
第一回路，其上设有热源；
第二回路，其上设有动力电池、电池水泵和温度传感器，所述温度传感器用于测量所述动力电池的进水温度和电池温度；
连通阀，其用于连通或截止所述第一回路和所述第二回路；
控制器，其用于：当动力电池需要加热时，控制所述连通阀连通所述第一回路和所述第二回路；基于所述电池温度与第一阈值和第二阈值的大小关系，控制所述电池水泵的工作转速占空比；以及，基于所述电池温度，计算所述动力电池的平均温度，并基于所述进水温度与所述平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制所述热源的加热功率。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种电动汽车动力电池的加热方法及加热***，一方面，通过测量的一段时间的电池温度数据，与第一阈值和第二阈值进行大小对比，根据对比结果，控制电池水泵的工作转速占空比，以最大效率地利用电池水泵的大流量工作区间，从而保证动力电池快速升温。另一方面，通过电池温度数据，计算平均温度，并根据动力电池进水温度与平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制热源的加热功率，保证了动力电池进水温度和平均温度的温差梯度在合适的工作范围内，同时最大效率的利用热源的大功率工作区间，保证动力电池快速升温。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的电动汽车动力电池的加热方法流程图；
图2为本申请实施例提供的控制电池水泵的工作转速占空比的其中一种方式的流程图；
图3为本申请实施例提供的控制电池水泵的工作转速占空比的另外一种方式的流程图；
图4为本申请实施例提供的控制热源的加热功率的流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种电动汽车动力电池的加热方法，其能解决相关技术中未能充分利用加热源的加热功率的问题。
参见图1所示，本申请实施例提供了一种电动汽车动力电池的加热方法，其包括如下步骤：
101：当动力电池需要加热时，获取动力电池的进水温度和电池温度；
102：基于电池温度与第一阈值和第二阈值的大小关系，控制电池水泵的工作转速占空比；
103：基于电池温度，计算动力电池的平均温度，并基于进水温度与平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制热源的加热功率，其中，第三预设温度差值可以根据实际情况设定，比如可以是50℃。
本申请的原理为：
本申请实施例提供的动力电池的加热方法，一方面，通过测量的一段时间的电池温度数据，与第一阈值和第二阈值进行大小对比，根据对比结果，控制电池水泵的工作转速占空比，以最大效率地利用电池水泵的大流量工作区间，从而保证动力电池快速升温。另一方面，通过电池温度数据，计算平均温度，并根据动力电池进水温度与平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制热源的加热功率，保证了动力电池进水温度和平均温度的温差梯度在合适的工作范围内，同时最大效率的利用热源的大功率工作区间，保证动力电池快速升温。
需要说明的是，本实施例中，步骤102和步骤103并无绝对的先后顺序，也就是说，步骤102和步骤103可以同时进行，也可以步骤103先于步骤102进行。这是因为，步骤102是从管路中介质循环的流量角度来快速加热动力电池，而步骤103是从热源对介质的加热角度来快速加热动力电池。
在一些优选的实施例中，基于电池温度与第一阈值和第二阈值的大小关系，控制电池水泵的工作转速占空比，在具体的实施中，有可选的几种方式。
比如，参见图2所示，在一种可选的方式中，包括如下步骤：
201：根据电池温度，计算动力电池的平均温度；将测量的一段时间中的各电池温度数据加和，并除以总个数，得到平均温度。
202：判断平均温度与第一预设平均温度和第二预设平均温度的大小，其中，第一预设平均温度和第二预设平均温度可以根据实际情况设定，比如第一预设平均温度可以是0℃，第二预设平均温度可以是10℃；
203：若平均温度≤第一预设平均温度，说明此时电池温度较低，需要最大速度地提升电池温度，此时控制电池水泵以第一占空比运转，其中第一占空比可以设置较大值，比如80％、90％，或者100％占空比，优选地，电池水泵以100％占空比运转；
204：若平均温度≥第二预设平均温度，说明此时电池温度较高，此时控制电池水泵以第二占空比运转，其中，第一占空比大于第二占空比，在满足加热功率的前提下，可以适当降低电池水泵能耗，其中第二占空比可以设置较小值，比如50％、40％或30％占空比，优选地，电池水泵以50％占空比运转。
205：若第一预设平均温度＜平均温度＜第二预设平均温度，则控制电池水泵在第二占空比和第一占空比之间进行无极调速，以最大效率地利用电池水泵的大流量工作区间，从而保证动力电池快速升温。
再比如，参见图3所示，在另一种可选的方式中，包括如下步骤：
301：从电池温度中，选取动力电池的最高温度和最低温度，并计算最高温度和最低温度的温差值；
302：判断温差值与第一预设温差值和第二预设温差值的大小，其中，第一预设温差值和第二预设温差值可以根据实际情况设定，比如第一预设温差值可以是8℃，第二预设温差值可以是5℃；
303：若温差值≥第一预设温差值，说明电池内部温差较大，需要大循环水流量来平衡内部温差，此时控制电池水泵以第一占空比运转，使得动力电池的最高温度和最低温度的温差不至于过大；
304：若温差值≤第二预设温差值，说明此时电池内部温差较小，控制电池水泵以第二占空比运转，在满足加热功率的前提下，可以适当降低电池水泵能耗，有助于电池水泵的节能管理，其中，第一占空比大于第二占空比；
305：若第二预设温差值＜温差值＜第一预设温差值，则控制电池水泵在第二占空比和第一占空比之间进行无极调速，以最大效率地利用电池水泵的大流量工作区间，从而保证动力电池快速升温。
上述两种方式，一个是从电池温度的角度来控制电池水泵，另一个是从电池内部温差的角度来控制电池水泵，上述两种方式可以单独使用，也可以同时使用，同时使用时，只要能满足任意一种方式的判断条件即可。
参见图4所示，在一些优选的实施例中，基于进水温度与平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制热源的加热功率，包括如下步骤：
401：判断进水温度与平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小；
402：若小于第三预设温差值，说明动力电池的进水温度和平均温度温差较小，此时控制热源以最大功率工作，保证动力电池进水温度快速升温以加热电池；
403：否则，说明动力电池的进水温度和平均温度温差较大，此时无法通过提升热源的加热功率以快速提升进水温度，但是可以通过PI动态地控制热源的加热功率，以使进水温度与平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值大致相等，在保证电池内部温度梯度的前提下，以最高的动力电池进水温度加热电池，保证电池快速升温。
在一些优选的实施例中，在控制热源的加热功率之后，控制方法还包括如下步骤：
501：获取动力电池的最低温度和平均温度；
502：判断最低温度与第一预设最低温度的大小，以及平均温度与第三预设平均温度的大小；
503：若最低温度≥第一预设最低温度，且平均温度≥第三预设平均温度，说明此时动力电池已经加热至目标温度了，此时可以关闭热源，不需要再加热；
504：否则，返回至基于进水温度与平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制热源的加热功率。
在一些优选的实施例中，在关闭热源之后，控制方法还包括如下确定电池水泵是否运转的步骤：
601：获取动力电池的最高温度和最低温度的温差值；
602：判断温差值与第二预设温差值的大小关系；
603：若温差值≤第二预设温差值，则关闭电池水泵，以节约用电；
604：否则，控制电池水泵以第三占空比运转设定时间后，关闭电池水泵，以确保车辆下次工作时，电池内部温差不至于过大。
其中，第三占空比可以根据实际情况设定，比如100％占空比，设定时间也可以根据实际需要设定，比如30s。
在一些优选的实施例中，控制方法还包括判定动力电池是否需要加热的步骤。
在具体的实施中，有可选的几种方式。
比如，在一种可选的方式中，判定动力电池是否需要加热，包括：
701：获取动力电池的最低温度；
702：判断最低温度与第二预设最低温度的大小，其中，第二预设最低温度可以根据实际情况设定，比如可以是0℃；
703：若最低温度≤第二预设最低温度，则动力电池需要加热，并开启电池加热回路；
704：否则，动力电池不需要加热，不开启电池加热回路。
再比如，在另一种可选的方式中，判定动力电池是否需要加热，包括：
801：获取动力电池的平均温度；
802：判断平均温度与第四预设平均温度的大小；
803：若平均温度≤第四预设平均温度，则动力电池需要加热，并开启电池加热回路，其中，第四预设平均温度可以根据实际情况设定，比如可以是2℃；
804：否则，动力电池不需要加热，不开启电池加热回路。
上述两种方式，一个是从电池内部的最低温度的角度来判断，另一个是从电池平均温度的角度来判断，上述两种方式可以单独使用，也可以同时使用，同时使用时，只要能满足任意一种方式的判断条件即可。
在一些优选的实施例中，热源采用PTC加热器或热泵***。
本申请实施例还提供了一种电动汽车动力电池的加热***，其包括第一回路、第二回路、连通阀和控制器；其中，
第一回路上设有热源；
第二回路上设有动力电池、电池水泵和温度传感器，温度传感器用于测量动力电池的进水温度和电池温度；
连通阀用于连通或截止第一回路和第二回路；
控制器用于：当动力电池需要加热时，控制连通阀连通第一回路和第二回路；基于电池温度与第一阈值和第二阈值的大小关系，控制电池水泵的工作转速占空比；以及，基于电池温度，计算动力电池的平均温度，并基于进水温度与平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制热源的加热功率。
可以理解的是，本实施例提供的加热***，是基于上述各加热方法实施例而得到的产品。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车动力电池的加热方法，其特征在于，其包括如下步骤：
当动力电池需要加热时，获取所述动力电池的进水温度和电池温度；
基于所述电池温度与第一阈值和第二阈值的大小关系，控制电池水泵的工作转速占空比；
基于所述电池温度，计算所述动力电池的平均温度，并基于所述进水温度与所述平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制热源的加热功率。
2.如权利要求1所述的电动汽车动力电池的加热方法，其特征在于，基于所述电池温度与第一阈值和第二阈值的大小关系，控制电池水泵的工作转速占空比，包括如下步骤：
根据所述电池温度，计算所述动力电池的平均温度；
判断所述平均温度与第一预设平均温度和第二预设平均温度的大小；
若所述平均温度≤所述第一预设平均温度，则控制所述电池水泵以第一占空比运转；
若所述平均温度≥所述第二预设平均温度，则控制所述电池水泵以第二占空比运转；
若所述第一预设平均温度＜所述平均温度＜所述第二预设平均温度，则控制所述电池水泵在所述第二占空比和第一占空比之间进行无极调速；
其中，所述第一占空比大于所述第二占空比。
3.如权利要求1所述的电动汽车动力电池的加热方法，其特征在于，基于所述电池温度与第一阈值和第二阈值的大小关系，控制电池水泵的工作转速占空比，包括如下步骤：
从所述电池温度中，选取所述动力电池的最高温度和最低温度，并计算所述最高温度和所述最低温度的温差值；
判断所述温差值与第一预设温差值和第二预设温差值的大小；
若所述温差值≥所述第一预设温差值，则控制所述电池水泵以第一占空比运转；
若所述温差值≤所述第二预设温差值，则控制所述电池水泵以第二占空比运转；
若所述第二预设温差值＜所述温差值＜所述第一预设温差值，则控制所述电池水泵在所述第二占空比和第一占空比之间进行无极调速；
其中，所述第一占空比大于所述第二占空比。
4.如权利要求1所述的电动汽车动力电池的加热方法，其特征在于，基于所述进水温度与所述平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制热源的加热功率，包括如下步骤：
判断所述进水温度与所述平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小；
若小于所述第三预设温差值，则控制热源以最大功率工作；
否则，动态地控制热源的加热功率，以使所述进水温度与所述平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值大致相等。
5.如权利要求1所述的电动汽车动力电池的加热方法，其特征在于，在控制热源的加热功率之后，所述控制方法还包括如下步骤：
获取所述动力电池的最低温度和平均温度；
判断所述最低温度与第一预设最低温度的大小，以及所述平均温度与第三预设平均温度的大小；
若所述最低温度≥第一预设最低温度，且所述平均温度≥所述第三预设平均温度，则关闭所述热源；
否则，返回至基于所述进水温度与所述平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制热源的加热功率。
6.如权利要求5所述的电动汽车动力电池的加热方法，其特征在于，在关闭所述热源之后，所述控制方法还包括如下步骤：
获取所述动力电池的最高温度和最低温度的温差值；
判断所述温差值与第二预设温差值的大小关系；
若所述温差值≤所述第二预设温差值，则关闭电池水泵；
否则，控制所述电池水泵以第三占空比运转设定时间后，关闭所述电池水泵。
7.如权利要求1所述的电动汽车动力电池的加热方法，其特征在于：所述控制方法还包括判定动力电池是否需要加热的步骤。
8.如权利要求7所述的电动汽车动力电池的加热方法，其特征在于，所述判定动力电池是否需要加热，包括：
获取所述动力电池的最低温度；
判断所述最低温度与第二预设最低温度的大小；
若所述最低温度≤第二预设最低温度，则所述动力电池需要加热，并开启电池加热回路；
否则，所述动力电池不需要加热，不开启电池加热回路。
9.如权利要求7所述的电动汽车动力电池的加热方法，其特征在于，所述判定动力电池是否需要加热，包括：
获取所述动力电池的平均温度；
判断所述平均温度与第四预设平均温度的大小；
若所述平均温度≤第四预设平均温度，则所述动力电池需要加热，并开启电池加热回路；
否则，所述动力电池不需要加热，不开启电池加热回路。
10.一种电动汽车动力电池的加热***，其特征在于，其包括：
第一回路，其上设有热源；
第二回路，其上设有动力电池、电池水泵和温度传感器，所述温度传感器用于测量所述动力电池的进水温度和电池温度；
连通阀，其用于连通或截止所述第一回路和所述第二回路；
控制器，其用于：当动力电池需要加热时，控制所述连通阀连通所述第一回路和所述第二回路；基于所述电池温度与第一阈值和第二阈值的大小关系，控制所述电池水泵的工作转速占空比；以及，基于所述电池温度，计算所述动力电池的平均温度，并基于所述进水温度与所述平均温度的差值的绝对值，与第三预设温差值的大小关系，控制所述热源的加热功率。
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