[发明专利]一种增程式电动汽车动力耦合热控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种增程式电动汽车动力耦合热控制系统及其控制方法，包括四个冷却液回路，依次为发动机加热回路、发动机散热回路、动力电池加热回路、动力电池散热回路，发动机加热回路包括依次串联的发动机、第一电子节温器、第一电动水泵和第一温度传感器；发动机散热回路包括依次串联的发动机、第一电子节温器、换热器、第一散热器、第一电动水泵和第一温度传感器；动力电池加热回路包括依次串联的动力电池、第二电子节温器、换热器和第二电动水泵；动力电池散热回路包括动力电池、第二电子节温器、第二散热器、第二电动水泵和第二温度传感器。本发明，实现了动力电池和发动机的快速预热以及较为精确的温度控制，有效提高了整车的能量利用率。

技术领域

本发明涉及混合动力汽车的整车热管理控制技术领域，具体涉及一种增程式电动汽车动力耦合热控制系统及其控制方法。

背景技术

目前，气候环境形势日益严峻、化石能源日益短缺、排放法规日益严苛，发展新能源汽车成为主流趋势。纯电动汽车因其零排放的特点在新能源汽车发展中占据优势。由于电池技术的发展瓶颈，导致纯电动汽车出现里程焦虑和低环境适应性等问题，该问题在低温环境下更为严重。增程式电动汽车成为一种未来短期内比较有前景的解决方案。从汽车动力结构上分析，增程式电动汽车相当于在纯电动汽车的基础上，增加了由经过优化的点工况发动机和发电机组成的增程器。在动力电池电量不足时，增程器可以给动力电池提供能量，从而达到增加续驶里程的目的。

发动机和动力电池作为增程式电动汽车的两大动力源，其性能受温度的影响很大。发动机在低温状态下，内部摩擦较大，导致油耗上升，有害气体排放也会增加。发动机温度过高时，则会导致发动机的内部部件受到损害。动力电池组件的耐热能力有限，化学成分相对不稳定，过高、过低温度都会影响电池的性能、寿命、安全，甚至永久性损伤。尤其在低温工况下，动力电池充放电功率受限，导致电池容量严重缩水、充电时间增加甚至低温下无法充电。因此，将发动机和动力电池的温度控制在期望温度范围尤其重要。

发动机正常工作时通过冷却系统排出的废热将近气缸内部燃料燃烧热量的1/3，此时，可将其作为热源，将发动机的余热传递动力电池，对电池进行快速预热。与传统电动汽车以PTC或者热泵作为热源相比，可以大量节省动力电池的电量，同时重复利用了发动机的废热，提升了整车的能量利用率，有效缓解了电动汽车的里程焦虑问题和低环境适应性问题。然而，目前涉及增程式电动汽车动力系统耦合热管理方法的研究并不完善，存在以下问题：

1、结构复杂导致车内空间布置难度大、控制稳定性差。

多数研究中的混合动力汽车动力系统的耦合热管理系统中，不仅利用发动机的废热，还利用电动机、电机控制器、DCDC转换器等部件的废热对动力电池进行预热。实际上，电动机、电机控制器、DCDC转换器由于自身能效较高，产生的热功率较小，与发动机相比是微不足道的，对动力电池进行预热更是“杯水车薪”。另外，这样的系统设计还会导致多个部件的冷却系统进行耦合，涉及的零部件较多、结构复杂，导致冷却系统在车内空间布置难度上升、控制稳定性差。另外，系统成本也会上升。例如，中国实用新型专利CN 209683492 U公开了“一种插电式混合动力汽车热管理系统”，其将发动机、电机、动力电池的冷却系统进行耦合，使用了多个分流器、单向阀、节温器(三通阀)，导致系统结构复杂，车内空间布置难度上升。又如，中国发明专利申请CN 109795312 A公开了一种“一种插电式混合动力汽车的整车热管理系统”，其将电机控制器、充电机、驱动电机和动力电池的冷却系统进行耦合，导致系统结构复杂，另外，没有将发动机的冷却系统与动力电池进行耦合，导致发动机的废热通过其冷却系统排除，不能用以预热电池。

2、系统结构依然使用PTC或其他电加热部件预热动力电池，由于PTC等加热部件能效低，需要大量消耗动力电池的能量，减小续驶里程。例如：中国实用新型专利CN210760147 U和CN 209683492U在发动机与动力电池耦合热管理系统中，使用了PTC对动力电池进行预热。又如中国发明专利申请CN108995552A使用电子加热部件对动力电池进行预热。