一种混合动力工程机械用动力电池热管理系统及热管理方法与流程

本发明属于工程机械的动力电池管理，具体涉及一种混合动力工程机械用动力电池热管理系统及热管理方法。

背景技术：

1、随着能源与环境的双重危机压力，工程机械行业已由传统的燃油模式向节能环保型的新能源模式转型，以纯电、混合动力、燃料电池为代表的新能源工程机械得到了发展。而动力电池作为新能工程机械的动力源，其性能和电池温度密切相关。为了尽可能延长使用寿命的同时获得得最大的功率，动力电池必须在规定的使用温度范围内工作，既要在充、放电过程中产生的热量进行冷却，又要在低温下对电池进行加热，因此动力电池热管尤为重要，其决定着电池的寿命及可靠性。

2、目前，动力电池通常由电池热管理机组进行电池温度安全监控和管理，使得动力电池始终工作在合适的温度范围内。电池热管理机组通过冷却液对动力电池进行降温，至于动力电池的加热一种是通过ptc加热器的加热模块对冷却液加热，进而对动力电池进行加热，另一种是通过内置到动力电池的加热膜进行加热，但两种加热方式均需要整车上高压后进行，即电池热管理机组需要动力电池的高压电工作，但由于低温极寒情况下动力电池需要加热后才能启动，动力电池上高压前的加热效率不高，且耗电量大。而且动力电池上高压前的加热通常通过燃油加热器进行预热，而燃油加热器加热的出水温度一般都在80℃-90℃，远远超过电池要求的入水温度，为了控制水温，现有系统常常设计的比较复杂。因此，如何设计合理的动力电池热管理系统解决低温极寒工况下动力电池的预热和加热问题成为本领域技术人员急需解决的难题。

3、此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种混合动力工程机械用动力电池热管理系统及热管理方法，是非常有必要的。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述工程机械向新能源方向转型，动力电池作为工程机械的动力源需要在规定温度范围内工作，因此需要电池热管理机组对动力电池进行冷却和加热，但电池热管理机组需要动力电池上高压后工作，极寒天气动力电池需要加热后启动，此时的加热依赖燃油加热进行，加热系统管路设计复杂的缺陷，本发明提供一种混合动力工程机械用动力电池热管理系统及热管理方法，以解决上述技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种混合动力工程机械用动力电池热管理系统，包括动力电池组、热管理循环管路和热管理控制器；

3、热管理循环管路上设有盘管，盘管与动力电池组贴合设置；

4、盘管一端连接有冷却液热入口，另一端连接有冷却液出口；

5、冷却液入口处设有第一温度传感器、冷却液出口处设有第二温度传感器；

6、热管理循环管路上还设有燃油水加热模块、发动机能量回收模块和热管理机组；热管理控制器通过第一温度传感器和第二温度传感器采集动力电池温度，根据动力电池温度判定动力电池热管理系统工作模式，选择燃油水加热模块、发动机能量回收模块或热管理机组进行热管理控制。

7、进一步地，热管理循环管路上还设有水流量传感器、第一单向阀、第二单向阀和电磁阀；

8、燃油水加热模块通过第一单向阀并联在热管理循环管路上，发动机能量回收模块通过电磁阀并联在热管理循环管路上，热管理机组通过第二单向阀并联在热循环管路上；

9、热管理循环管路还连接有膨胀水箱。

10、进一步地，燃油水加热模块包括第一加热支路，第一加热支路设有进水口和出水口；

11、第一加热支路的进水口连接有第一水泵，第一水泵另一端连接有第一比例阀和燃油水加热器；

12、燃油水加热器另一端连接有第三温度传感器；

13、第三温度传感器另一端与第一比例阀另一端连接，并与第一加热支路的出水口连接；

14、第一加热支路通过进水口和出水口并联在第一单向阀两端；

15、热管理控制器与第一水泵、第一比例阀、燃油水加热器及第三温度传感器均连接。

16、进一步地，热管理机组包括循环支路，循环支路设有进水口和出水口；

17、循环支路的进水口连接有第二水泵，第二水泵另一端连接有单冷机组，单冷机组另一端与循环支路的出水口连接；

18、循环支路通过进水口和出水口并联在第二单向阀两端；

19、热管理控制器与第二水泵及单冷机组均连接。

20、进一步地，热管理循环管路上设有辅助支路；

21、电磁阀包括进水端、第一出水端和第二出水端；

22、发动机能量回收模块包括第二加热支路、热交换器和发动机水循环管路；

23、第二加热支路与发动机水循环管路在热交换器处进行热交换；

24、热交换器包括第一交换管路和第二交换管路；

25、发动机水循环管路上设有发动机；发动机水循环管路与第二交换管路连通；

26、第二加热支路设有进水口和出水口；

27、第二加热支路的进水口连接有第二比例阀，并与第一交换管路连接，还与电磁阀的第一出水端连接；

28、第二加热支路的出水口连接有第四温度传感器，并与第二比例阀另一端连接，第四温度传感器另一端与第一交换管路另一端连接；

29、辅助支路一端与电磁阀的第二出水端连接，辅助支路另一端与第二加热支路的出水口连接；

30、第二加热支路通过进水口、出水口及电磁阀并联在辅助支路两端；

31、热管理控制器与电磁阀、第四温度传感器、第二比例阀均连接。

32、第二方面，本发明提供一种第一方面的混合动力工程机械用动力电池热管理系统的热管理方法，包括如下步骤：

33、s1.整机低压上电后，热管理控制器采集动力电池进水口温度，并根据动力电池进水口温度判断是否启动电池预加热模式；

34、s2.整机高压上电，发动机启动，进入动力电池运行热管理模式，热管理控制器控制热管理机组启动冷却液自循环子模式，再根据动力电池进水口温度控制动力电池进入电池加热子模式、电池冷却子模式或维持冷却液自循环子模式。

35、进一步地，步骤s1具体步骤如下：

36、s11.预先将动力电池工作模式划分为电池预加热模式、待机模式和电池运行管理模式；其中，电池预加热模式和待机模式为整机上高压前的模式，电池运行管理模式为整机上高压后的模式；

37、s12.预先将动力电池运行管理模式划分为电池加热子模式、电池冷却子模式和冷却液自循环子模式；

38、s13.预先设定热管理循环管路上冷却液入口处的第一温度传感器采集的温度为动力电池进水口温度；

39、s14.预先设定依次升高的第一目标水温、第二目标水温、第三目标水温、第四目标水温和第五目标水温，其中，第一目标水温低于0℃，第五目标水温为动力电池工作的最高水温；

40、s15.整车开机，低压上电后，热管理控制器判断动力电池进水口温度是否小于等于第一目标水温；

41、若是，进入步骤s16；

42、若否，进入步骤s2；

43、s16.热管理控制器启动电池预加热模式，控制电磁阀关闭发动机能量回收模块的管路，控制电磁阀开启辅助支路，燃油水加热模块启动，第一单向阀在第一水泵水压作用下自动关闭，第二单向阀在水压的作用下自动打开；

44、s17.热管理控制器判断动力电池进水口温度是否大于等于第五目标水温；

45、若否，返回步骤s16；

46、若是，热管理控制器停止电池预加热模式，进入待机模式。

47、进一步地，步骤s16中热管理控制器控制燃油水加热模块启动的具体步骤如下：第一水泵启动，第一单向阀在水压作用下自动关闭，水进入燃油水加热模块，第二单向阀在水压的作用下自动打开，从燃油水加热模块流出的水经电磁阀、辅助支路、第二单向阀及第一温度传感器进入动力电池进水口，第一加热支路的冷却液开始循环，燃油水加热器点火对冷却液进行加热；

48、热管理控制器采集动力电池在冷却液出口处的第二温度传感器的第二温度值，采集第一加热支路上第三温度传感器的第三温度值、采集动力电池在冷却液入口处的第一温度传感器的第一温度值，以及采集水流量传感器的流量值，并根据第一温度值、第二温度值、第三温度值以及流量值生成第一控制指令，控制第一比例阀的开度。

49、进一步地，步骤s2具体步骤如下：

50、s21.整机高压上电，发动机启动后，热管理控制器启动动力电池运行管理模式；s22.热管理控制器通知热管理机组启动冷却液自循环子模式，控制电磁阀关闭发动机能量回收模块的管路，控制电磁阀开启辅助支路，热管理机组启动，循环支路的第二水泵启动，单冷机组不工作，第一单向阀在水压作用下自动打开，水流经第一单向阀进入电磁阀，第二单向阀在水压的作用下关闭，水流经辅助之路进入第二水泵，并通过单冷机组及第一温度传感器进入动力电池进水口；s23.热管理控制器采集动力电池在冷却液入口处的第一传感器的第一温度值，并判断是否满足进入电池加热子模式的条件；

51、若是，进入步骤s24；

52、若否，进入步骤s25；

53、s24.热管理控制器控制动力电池进入电池加热子模式，控制电磁阀关闭辅助支路，开启第二加热支路，采集动力电池在冷却液出口处的第二温度传感器的第二温度值，采集第二加热支路上第四温度传感器的第四温度值、采集动力电池在冷却液入口处的第一温度传感器的第一温度值以及采集水流量传感器的流量值，并根据第一温度值、第二温度值、第四温度值以及流量值生成第二控制指令，控制第二比例阀的开度；

54、s25.热管理控制器判断是否满足退出电池加热子模式的条件；

55、若是，返回步骤s22；

56、若否，等待设定时间段，返回步骤s24；

57、s26.热管理控制器采集动力电池在冷却液入口处的第一传感器的第一温度值，并判断是否满足进入电池冷却子模式的条件；

58、若是，进入步骤s27；

59、若否，热管理控制器将动力电池维持在冷却液自循环子模式，返回步骤s22；s27.热管理控制器控制动力电池进入电池冷却子模式，控制电磁阀关闭发动机能量回收模块，开启辅助支路，启动单冷机组和第二水泵；

60、s28.热管理控制器判断是否满足退出电池冷却子模式的条件；

61、若是，返回步骤s22；

62、若否，等待设定时间段，返回步骤s27。

63、进一步地，步骤s23中进入电池加热子模式的条件为：第一温度值的最小值小于等于第二目标水温，第一温度值的平均值小于等于第三目标水温，且两者同时满足持续条件达到设定时间阈值；

64、步骤s25中退出电池加热子模式的条件为：第一温度值的最小值大于第三目标水温，且持续时间到达设定时间阈值；

65、步骤s26中进入电池冷却子模式的条件为：第一温度值的最大值大于等于第五目标水温，第一温度值的平均值大于等于第四目标水温，且两者同时满足持续条件达到设定时间阈值；

66、步骤s28中退出电池冷却子模式的条件为：第一水温最大值小于第四目标水温，且持续时间达到设定时间阈值。

67、本发明的有益效果在于：

68、本发明提供的混合动力工程机械用动力电池热管理系统及热管理方法，可在上高压之前为动力电池进行预加热，解决低温极寒工况高压电不能使用，动力电池无法加热的难题。本发明系统结构简单，加热效率高，还在上高压后充分利用混合动力系统中发动机冷却液热量加热动力电池，与ptc电加热相比，具有结构简单，节能高效的特点，满足混合动力工程机械节能设计目的。

69、此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

70、由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。