一种基于液压储能的电动汽车电池低温加热系统和方法转让专利
申请号 : CN202110409052.4
文献号 : CN113071302B
文献日 : 2022-03-22
发明人 : 陈泽宇 , 李世杰 , 张渤 , 周楠 , 王滢
申请人 : 东北大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于液压储能的电动汽车电池低温加热系统的控制方法,所述加热系统包括控制器、加热膜、DC/DC变换器、发电机、液压泵、液压马达、传动带、离合器、温度传感器、单向阀Ⅰ、单向阀Ⅱ、储能控制阀、加热控制阀、溢流阀、蓄能器组以及压力继电器;所述液压泵和离合器的输出轴上安装有带轮,两个带轮之间设置有传动带,且离合器与车辆传动轴连接,液压泵的出口经过单向阀Ⅰ与储能控制阀的入口连接,所述液压马达的输出端与发电机连接,发电机通过DC/DC变换器与包覆在电池组外表面的加热膜连接,液压马达的输入端通过单向阀Ⅱ与加热控制阀的出口连接;蓄能器组的入口与储能控制阀出口连接,蓄能器组的出口端分别与加热控制阀、溢流阀入口端连接,蓄能器组的信号输出端与压力继电器的信号输入端连接,所述控制器分别与压力继电器、温度传感器、加热控制阀、储能控制阀及发电机连接,温度传感器输入端与电池组连接;其特征在于,包括以下步骤:步骤1,对溢流阀、压力继电器、储能控制阀、加热控制阀进行初始化,并通过控制器设置电池温度阈值K1与K2;其中溢流阀的调定压力高于其余所有控制阀,起安全防护作用;压力继电器的调定压力高于一次加热所需的设定压力值,并在缺省位置时输出低电平,而当入口压力高于调定压力时输出高电平;储能控制阀与加热控制阀的初始位置至于左位;温度阈值K1为电池低温阈值,当电池温度低于此阈值时则必须进行加热,温度阈值K2为加热停止阈值,即当温度高于此阈值时,加热可以停止;
步骤2:在车辆运行过程中,通过控制器实时地监测压力继电器的工作状态来判断蓄能器组的电压状态,当压力继电器处于低电平时,则表示蓄能器组中的压力不足,进入步骤3;
反之,当压力继电器处于高电平时,则表示蓄能器组中已有足够压力,进入步骤5;
步骤3:储能控制阀与加热控制阀的工作位置均保持为缺省位置左位,等待车辆制动,车辆制动时的动能通过液压泵转化为液压能,流经单向阀进入液压系统,此时高压油进入蓄能器组,当蓄能器组的压力高于阈值,即压力满足一次低温加热的需求时,触发压力继电器动作,反馈信号给控制器,并进入步骤4;
步骤4:控制器控制储能控制阀切换工作位置至右位,加热控制阀的工作位置仍保持为缺省位置左位,进入步骤5;
步骤5:高压油在储能控制阀、加热控制阀、溢流阀的共同作用下在蓄能器组中处于保压状态,储能控制阶段结束,进入步骤6;
步骤6:通过温度传感器实时监测电池组温度,将电池组温度T与温度阈值K1进行对比,若T<K1,则进入步骤7,反之若T≥K1,则进入步骤8;
步骤7:控制器控制加热控制阀换向至右位,导通液压马达的高压油路,液压马达驱动发电机发电,经过DC/DC变换器调压后发电机电流流经加热膜,在加热膜上产生焦耳热促使电池迅速升温;通过温度传感器判断电池温度,将电池温度T与温度阈值K2进行对比,若T<K2,则继续加热,反之若T≥K2,则停止加热,并进入步骤8;
步骤8:通过控制器使加热控制阀位于左位,电池组加热结束。
说明书 :
一种基于液压储能的电动汽车电池低温加热系统和方法
技术领域
背景技术
能力下降,充电时间大幅度延长,且容易在充电时产生负极析锂,带来安全隐患,阻碍了电
动汽车在低温环境下的应用。因此,低温加热是提升动力电池系统低温性能的重要技术手
段,如何在车辆启动之前对动力电池进行快速预热,是当前亟需解决的重要技术问题。
要依赖于既有的外部热源,因此只能在特定场合下实施加热,限制了其在电动汽车上的灵
活使用,而内部加热方法则是利用电池自身电流在电池内部产热,这种方法在加热的同时
需要消耗电池自身电量,当电池荷电状态较低时则难以实施。
发明内容
制动时回收的能量暂时存储于液压储能系统中,用于进行动力电池的低温加热。
制阀、加热控制阀、溢流阀、蓄能器组以及压力继电器;所述液压泵和离合器的输出轴上安
装有带轮,两个带轮之间设置有传动带,且离合器与车辆传动轴连接,液压泵的出口经过单
向阀Ⅰ与储能控制阀的入口连接,所述液压马达的输出端与发电机连接,发电机通过DC/DC
变换器与包覆在电池组外表面的加热膜连接,液压马达的输入端通过单向阀Ⅱ与加热控制
阀的出口连接;蓄能器组的入口与储能控制阀出口连接,蓄能器组的出口端分别与加热控
制阀、溢流阀入口端连接,蓄能器组的信号输出端与压力继电器的信号输入端连接,所述控
制器分别与压力继电器、温度传感器、加热控制阀、储能控制阀及发电机连接,温度传感器
输入端与电池组连接;溢流阀的调定压力高于其余所有控制阀,起安全防护作用,压力继电
器的调定压力高于一次加热所需的设定压力值,并在缺省位置时输出低电平,而当入口压
力高于调定压力时输出高电平;储能控制阀与加热控制阀的初始位置至于左位,储能控制
阀切换至右位时将停止入油进行保压,加热控制阀切换至右位时将输出高压油用于驱动液
压马达运转。
用;压力继电器的调定压力高于一次加热所需的设定压力值,并在缺省位置时输出低电平,
而当入口压力高于调定压力时输出高电平;储能控制阀与加热控制阀的初始位置至于左
位;温度阈值K1为电池低温阈值,当电池温度低于此阈值时则必须进行加热,温度阈值K2为
加热停止阈值,即当温度高于此阈值时,加热可以停止;
骤3;反之,当压力继电器处于高电平时,则表示蓄能器组中已有足够压力,进入步骤5;
入蓄能器组,当蓄能器组的压力高于阈值,即压力满足一次低温加热的需求时,触发压力继
电器动作,反馈信号给控制器,并进入步骤4;
促使电池迅速升温;通过温度传感器判断电池温度,将电池温度T与温度阈值K2进行对比,
若T<K2,则继续加热,反之若T≥K2,则停止加热,并进入步骤8;
被传动轴拖动,从而在车辆制动时实现再生制动,将车辆制动时的机械能转化为液压能,进
行暂时存储;控制器通过温度传感器感知动力电池的温度并控制发电机、加热控制阀、储能
控制阀完成储能与加热工作。
源的显著优势,即使电池初始荷电状态较低也可以实现快速升温,提高电池工作性能、增强
电池可靠性与耐久性,可以有效应对当前电动汽车低温电池性能衰退的技术问题。
一是储能阶段的控制,二是加热阶段的控制;当液压储能达到低温加热需求之后,储能控制
阀切换能量传输回路,再生制动能量转化为在车辆下一次启动之前先判断电池温度,当温
度低于阈值时,主动触发加热控制阀使液压能驱动液压马达带动发电机给加热膜供电,实
现电池快速升温。该方法简单可靠,且易于与其它加热方法集成使用,能够弥补电池自加热
在较低荷电状态下难以实施的问题,从而有效解决电汽在低温严寒工况下启动时的电池性
能衰退大、工作性能差的问题。
附图说明
能器组,15‑压力继电器,16‑控制器,17‑温度传感器。
具体实施方式
Goetze‑Z105,调定压力为8.5MPa;压力继电器15型号为QYZ‑2T,调定压力设为8MPa;储能控
制阀11与加热控制阀12均选取ZC23型号的两位三通换向阀;控制器16采用MOTOHAWK系统作
为处理单元。
向阀Ⅰ9、单向阀Ⅱ10、储能控制阀11、加热控制阀12、溢流阀13、蓄能器组14以及压力继电器
15;所述液压泵2和离合器5的输出轴上安装有带轮,两个带轮之间设置有传动带4,且离合
器5与车辆传动轴连接,液压泵2的出口经过单向阀Ⅰ9与储能控制阀11的入口连接,所述液
压马达3的输出端与发电机1连接,发电机1通过DC/DC变换器6与包覆在电池组8外表面的加
热膜7连接,液压马达3的输入端通过单向阀Ⅱ10与加热控制阀12的出口连接;蓄能器组14
的入口与储能控制阀11出口连接,蓄能器组14的出口端分别与加热控制阀12、溢流阀13入
口端连接,蓄能器组14的信号输出端与压力继电器15的信号输入端连接,所述控制器16分
别与压力继电器15、温度传感器17、加热控制阀12、储能控制阀11及发电机1连接,温度传感
器17输入端与电池组8连接;溢流阀13的调定压力高于其余所有控制阀,起安全防护作用,
压力继电器15的调定压力高于一次加热所需的设定压力值,并在缺省位置时输出低电平,
而当入口压力高于调定压力时输出高电平;储能控制阀11与加热控制阀12的初始位置至于
左位,储能控制阀11切换至右位时将停止入油进行保压,加热控制阀12切换至右位时将输
出高压油用于驱动液压马达3运转;加热控制阀12与储能控制阀11用来完成将能量进行存
储与释放液压能用于加热的控制功能,而液压泵2的作用是通过传动带4与离合器5连接传
动轴、当车辆发生制动时液压泵2被传动轴拖动,从而在车辆制动时实现再生制动,将车辆
制动时的机械能转化为液压能,进行暂时存储;控制器16通过温度传感器17感知动力电池
的温度并控制发电机1、加热控制阀12、储能控制阀11完成储能与加热工作。
能量,在车辆启动时监测电池温度,若发现电池处于低温工作状态,则在启动车辆之前对电
池进行加热,加热时由液压能驱动液压马达3带动发电机1产生直流电,经过DC/DC降压调制
后电流流经加热膜7,在加热膜7上产生的热量QE如式1所示
度低于3℃时则必须进行加热,K2为电池组8加热停止阀值,温度为15℃,当温度高于15℃
时,加热可以停止;其中溢流阀13的调定压力高于其余所有控制阀,起安全防护作用;压力
继电器15的调定压力高于一次加热所需的设定压力值,并在缺省位置时输出低电平,而当
入口压力高于调定压力时输出高电平;储能控制阀11与加热控制阀12的初始位置至于左
位;
不足,进入步骤2;反之,当压力继电器15处于高电平时,则表示蓄能器组14中已有足够压
力,进入步骤4;
压油进入蓄能器组14,当蓄能器组14的压力高于阈值,即压力满足一次低温加热的需求时,
触发压力继电器15动作,反馈信号给控制器16,并进入步骤3;
产生焦耳热促使电池迅速升温;通过温度传感器17判断电池温度,将电池温度T与温度阈值
K2进行对比,若T<K2,则继续加热,反之若T≥K2,则停止加热,并进入步骤7;
快速预热与温度管控效果。