集成式整车热管理系统及其控制方法与流程

本发明涉及集成式整车热管理系统及其控制方法，新能源汽车领域，尤其涉及到一种应用于纯电动商用车的集成式、模块化的整车热管理系统及其控制方法。

背景技术：

1、纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶。不同于传统的内燃气汽车，纯电动汽车无内燃气，相应的增加了电池。电池作为车载储能系统，为动力电机驱动提供电能，同时可将动力电机回馈电能进行存储。传统内燃机汽车的驾驶室取暖通常使用发动机余热，即将发动机冷却液引入到驾驶室水暖箱，通过空调风机为驾驶提供暖风；驾驶室制冷通过发动机机载机械空调压缩机为蒸发箱提供低温冷媒，通过空调风机为驾驶室提供冷风。

2、纯电动汽车与传统内燃机汽车相比无发动机，其驾驶室暖风箱无热水源，同时机械空调压缩机无动力源，传统的驾驶室制冷制热系统无法使用。同时电池最佳使用温度在20-30℃范围内，受环境温度、自身充放电温升等影响，电池温度可能便宜最佳使用温度，需要进行电池加热或冷却。常规纯电动汽车使用ptc加热器用于驾驶室取暖，使用电动空调压缩机用于驾驶室制冷；电池通常采用自然冷却、强制液冷或单独的空调压缩机制冷的方式进行冷却，使用内置ptc加热膜进行加热。常规方案下，驾驶室内直接使用ptc加热器，受空气比热容影响，加热均匀性差，同时高压线布置在驾驶室内相对不安全。常规ptc加热膜进行电池加热其可靠性相对较差、加热温差大；自然冷却、强制液冷或单独的空调压缩机制冷容易出现冷却效率低、系统成本高等缺点。

技术实现思路

1、针对常规纯电动汽车整车热管理系统安全性差、集成度低、效率低等问题，本发明其具有模块化、集成式、高效率、高安全性的整车级热管理系统，可实现驾驶室取暖及制冷、电池的加热及冷却，其具有集成度高、安全性好、结构紧凑、工艺性好等特点，特别适用于纯电动卡车、客车等车辆。

2、为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

3、一种集成式整车热管理系统，包括结构箱体；在结构箱体上设置有处理器件；处理器件电连接传感器单元，处理器件电连接执行单元；

4、执行单元包括循环水路单元及循环冷媒单元；

5、在循环水路单元及循环冷媒单元之间设置有水氟换热器，进行热交换。

6、作为上述技术方案的进一步改进：

7、循环水路单元包括电加热水暖、暖风水泵、电池水泵、进水端三通换向阀、出水端三通换向阀、

8、电池进水管、电池进水三通至电加热水暖管、电池进水三通至水氟换热器管、电池出水管、电池出水三通至电加热水暖管、电池出水三通至水氟换热器管、驾驶室暖风出水管、驾驶室暖风进水管；

9、电池出水管的一端连接进水端三通换向阀的v1口，另一端与系统所匹配的电池112的出水口相连；电池进水管的一端连接出水端三通换向阀的v1口，另一端与系统所匹配的电池112的进水口相连；

10、进水端三通换向阀的v2口、v3口分别通过电池进水三通至电加热水暖管、电池进水三通至水氟换热器管与电加热水暖、水氟换热器相连；

11、出水端三通换向阀的v2口、v3口分别通过电池出水三通至电加热水暖管、电池出水三通至水氟换热器管与所述电加热水暖、水氟换热器相连；所述进水端三通换向阀、出水端三通换向阀均为两位三通阀。

12、循环冷媒单元包括冷凝器、压缩机、通断阀、电子膨胀阀、

13、压缩机至冷凝器冷媒管、冷凝器至膨胀阀冷媒管、冷凝器至蒸发器冷凝管、水氟换热器至压缩机冷媒管及蒸发器至压缩机冷媒管；

14、电子膨胀阀包括电子膨胀阀a及电子膨胀阀b；

15、冷凝器配有散热风扇；

16、压缩机的出口端与冷凝器通过压缩机至冷凝器冷媒管相连；冷凝器与电子膨胀阀a通过冷凝器至膨胀阀冷媒管相连；通断阀串联在冷凝器至蒸发器冷凝管上；冷凝器至蒸发器冷凝管一端连接冷凝器，另一端与系统所匹配的驾驶室的蒸发器111高压侧相连；电子膨胀阀a与水氟换热器连接在一起；水氟换热器至压缩机冷媒管连接水氟换热器与压缩机的进气口；蒸发器至压缩机冷媒管一端与压缩机的进气口连接，另一端与系统所匹配的驾驶室蒸发器低压侧相连。

17、传感器单元包括水氟换热器高压侧传感器、水氟换热器低压侧传感器、电池出水口传感器b、电池出水口传感器b、暖风出水口传感器、蒸发器高压侧传感器、蒸发器低压侧压力温度传感器、环境温度传感器、驾驶室传感器；

18、水氟换热器高压侧传感器，设置在冷凝器至膨胀阀冷媒管上；

19、水氟换热器低压侧传感器，设置在水氟换热器至压缩机冷媒管上；

20、电池出水口传感器b，设置在电池出水管上；

21、电池出水口传感器b，设置在电池进水管上；

22、暖风出水口传感器，设置在驾驶室暖风进水管上；

23、蒸发器高压侧传感器，设置在冷凝器至蒸发器冷凝管上；

24、蒸发器低压侧压力温度传感器，设置在蒸发器至压缩机冷媒管上；

25、环境温度传感器，设置在冷凝器一侧；

26、驾驶室传感器，设置在驾驶室中。

27、处理器件采用mcu或plc控制器；mcu或plc控制器电连接有驱动器，驱动器电连接对应的执行单元；

28、处理器件接收传感器的采集信号控制执行单元的动作；

29、处理器件通过通讯线与所匹配的整车关联控制单元相连；

30、当传感器采集的数据大于设定阈值，plc控制器通过比较器电路开关或三极管开关或mos管开关导通或截止对应驱动器来控制执行单元。

31、一种集成式整车热管理系统的控制方法，控制方法包括以下步骤；

32、s01：处理器件基于电池的当前温度tbp、电池目标温度低阈值ttl、电池目标温度高阈值tth、电池出水口温度tbpout获得电池所需的加热功率系数pbph或制冷功率系数pbpc；

33、s02：处理器件基于驾驶室空调模式、驾驶室实时温度、驾驶室目标温度，获得驾驶室所需的取暖功率系数pcabh或制冷功率系数pcabc；

34、s03：首先，处理器件获得压缩机的功率系数；然后，当功率系数不为0时，处理器件向压缩机输出预设的目标转速，压缩机响应目标转速；其次，处理器件获得电加热水暖的功率系数，当功率系数不为0时，向电加热水暖输出目标功率，电加热水暖响应目标功率；

35、s04：处理器件基于电池加热或冷却模式、驾驶室空调模式，通过驱动器控制通断阀、电子膨胀阀、三通阀、暖风水泵、电池水泵及散热风扇；

36、s05：当电池水泵、暖风水泵、散热风扇、电子膨胀阀工作时，处理器件分别对电池水泵、暖风水泵、散热风扇、电子膨胀阀的功能及性能进行控制。

37、作为上述技术方案的进一步改进：

38、所述处理器件实时获取所述压缩机的状态信息，所述压缩机接收所述处理器件的控制信息并执行控制响应；

39、所述压缩机状态信息包括压缩机转速、压缩机电压、压缩机电流、压缩机故障状态；

40、所述压缩机接收的控制信息包括压缩机使能、压缩机目标转速；

41、所述处理器件控制所述电子膨胀阀的开度，开度控制信号类型包括pwm信号、lin总线或can总线。

42、所述处理器件控制所述散热风扇的转速，转速控制信号类型包括pwm信号、lin总线或can总线；

43、所述处理器件控制所述通断阀的开启与关闭；

44、所述处理器件实时获取所述电加热水暖的状态信息，所述电加热水暖实时接收所述处理器件的控制信息并执行控制动作；

45、所述电加热水暖的状态信息包括出水口温度、电加热水暖电压、实时工作电流、故障信息。

46、所述处理器件控制所述暖风水泵、所述电池水泵的转速；

47、所述处理器件控制所述进水端三通换向阀、所述出水端三通换向阀的阀位置切换；

48、所述处理器件与所述进水端三通换向阀、所述出水端三通换向阀通过lin通讯或者功率驱动实现位置切换；

49、所述处理器件实时采集水氟换热器高压侧传感器、水氟换热器低压侧传感器、电池进水口传感器a、电池出水口传感器b、暖风出水口传感器、蒸发器高压侧传感器、蒸发器低压侧压力温度传感器、环境温度传感器、驾驶室传感器的信息值；

50、所述处理器件接收来自整车的控制指令，包括驾驶室目标温度、驾驶室制热制冷模式、电池当前温度、电池目标温度低阈值、电池目标温度高阈值；所述处理器件基于整车的控制指令，控制执行部件。

51、在s01中，执行以下步骤；

52、s01a：当电池当前温度tbp低于电池目标温度低阈值ttl时，处理器件查表map(ttl-tbp)，获得电加热水暖的基础功率系数pbphraw，通过电池出水口温度tbpout查表map(tbpout)，获得电加热水暖的功率修正系数kbphr，计算获得电池加热所需的功率系数pbph＝pbphraw*kbphr；此时电池制冷所需的功率系数pbpc＝0；

53、s01b：当电池当前温度tbp大于电池目标温度低阈值ttl，小于电池目标温度阈值tth，此时电池无加热或冷却需求；所需加热功率系数和冷却功率系数均为pbph＝pbpc＝0；

54、s01c：当电池当前温度tbp大于电池目标温度阈值tth，处理器件查表map(tth-tbp)，获得压缩机的基础制冷功率系数pbpcraw，通过电池出水口温度tbpout查表map(tbpout)，获得压缩机制冷功率修正系数kbpcr，计算获得电池制冷所需的功率系数pbpc＝pbpcraw*kbpcr；此时电池加热所需的功率系数pbph＝0；

55、在s02中，执行以下步骤；

56、s02a：当驾驶室空调为新风模式，此时pcabh＝pcabc＝0；

57、s02b：当驾驶室空调为加热模式时，处理器件根据驾驶室当前温度tcab和驾驶室目标温度ttcab查表map(tcab-ttcab)，获得电加热水暖的基础功率系数pcabhraw，通过暖风出水口温度tcabout查表map(tcabout)，获得电加热水暖的功率修正系数kcabhr，计算获得驾驶室取暖所需的功率系数pcabh＝pcabhraw*kcabhr；此时驾驶室冷却所需的功率系数pcabc＝0；

58、其中，map表及查表是做计算或控制时常用的控制数据关联或获取方式；map表是一种用于存储键值对的数据结构，二维表是最简单的map表，二维表存储两组数据，一组为输入数据，一组为输出结构，如一组数据为输入值，为1、2、3、4、5，另一组数据为2、4、6、8、10为输出值，当输入1时，查表可获得值2，当输入3时，查表获得值6。map表中组内数据的过程即为数据标定的过程。

59、s02c：当驾驶室空调为制冷模式时，处理器件根据驾驶室当前温度tcab和驾驶室目标温度ttcab查表map(tcab-ttcab)，获得压缩机的基础功率系数pcabcraw，通过蒸发器低压侧温度tcabrout查表map(tcabrout)，获得压缩机的功率修正系数kcabrcr，计算获得驾驶室制冷所需的功率系数pcabc＝pcabcraw*kcabcr；此时驾驶室加热所需的功率系数pcabh＝0；

60、在s03中，执行以下步骤；

61、s03a：压缩机的功率系数pc＝max(pcabc，pbpc)，通过map(pc)，获得压缩机的目标转速；

62、s03b：电加热水暖的功率系数为ph＝max(pcabh，pbph)，通过map(ph)，获得电加热水暖的目标功率；

63、在s04中，执行以下步骤；

64、s04a：当电池无需冷却、无需加热时；

65、s04aa：当驾驶室空调为新风模式时，各个部件执行初始状态的控制；

66、s04ab：当驾驶室空调为制冷模式时，处理器件控制通断阀开启，控制散热风扇工作，其余部件为初始状态；

67、s04ac：当驾驶室空调为加热模式时，处理器件控制暖风水泵工作，其余部件为初始状态；

68、s04b：当电池为加热模式时；

69、s04ba：当驾驶室空调为新风模式时，处理器件控制电池水泵工作，控制进水端三通换向阀、出水端三通换向阀切换至电机热水暖回路，其余部件为初始状态：

70、s04bb：当驾驶室空调为制冷模式时，处理器件控制电池水泵工作，控制进水端三通换向阀、出水端三通换向阀切换至电机热水暖回路，控制通断阀开启，控制散热风扇工作，其余部件为初始状态；

71、s04bc：当驾驶室空调为制热模式时，处理器件控制电池水泵工作，控制进水端三通换向阀、出水端三通换向阀切换至电机热水暖回路，控制暖风水泵工作，其余部件为初始状态；

72、s04c：当电池为冷却模式时；

73、s04ca：当驾驶室空调为新风模式时，处理器件控制电池水泵工作，控制进水端三通换向阀、出水端三通换向阀切换至水氟换热器回路，控制散热风扇工作，其余部件为初始状态；

74、s04cb：当驾驶室空调为冷却模式时，处理器件控制电池水泵工作，控制进水端三通换向阀、出水端三通换向阀切换至水氟换热器回路，控制散热风扇工作，控制通断阀开启，其余部件为初始状态；

75、s04cc：当驾驶室空调为加热模式时，处理器件控制电池水泵工作，控制进水端三通换向阀、出水端三通换向阀切换至水氟换热器回路，控制散热风扇工作，控制暖风水泵开启，其余部件为初始状态；

76、在s05中，执行以下步骤；

77、s0501：处理器件根据电池当前温度tbp、电池目标温度低阈值ttl、电池目标温度高阈值tth，查表map(max(|tbp-ttl|，|tbp-tth|))，获得电池水泵的目标转速，电池水泵接收到控制指令，响应目标转速控制；

78、s0502：处理器件根据驾驶室目标温度ttcab、驾驶室实时温度tcab查表map(ttcab-tcab)，获得暖风水泵的目标转速，暖风水泵接收到控制指令，响应目标转速控制：

79、s0503：处理器件根据蒸发器高压侧压力prsh查表map(prsh)，获得散热风扇的初始转速nfanraw，根据压缩机转速ncmp查表map(ncmp)，获得散热风扇转速的修正系数kfan，从而获得散热风扇的目标转速nfan＝nfanraw*kfan；

80、s0504：处理器件根据蒸发器低压侧冷媒压力prsl查表map(prsl)，获得冷媒的饱和温度trfgf，结合低压侧冷媒温度trfgl查表map(trfgl-trfgf)，获得电子膨胀阀初始开度ohvraw；通过高压侧冷媒压力prsh查表map(prsh)，获得电子膨胀阀开度修正系数khvr，计算获得电子膨胀阀开度值ohv＝ohvraw*khvr。

81、本发明使用单一的、集成式、模块化的机组，实现驾驶室冷暖调节、电池双向温度调节。其具有成本低、工艺性好、集成度高、控制灵活等优势。

82、本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。