一种用于电动皮卡的电池与电机集成热管理系统技术方案

本发明专利技术公开了用于电动皮卡的电池与电机集成热管理系统。该系统包括电池加热装置，电池加热装置设置有PTC加热器，PTC加热器通过继电器连接有外接的蓄电池，水泵一与水箱一管连接，电池循环管道的出液端通过双向电磁阀一分别管连接水箱一和水箱二，电池循环管道的进液端通过单向电磁阀一与电机冷却装置的出液端管连接，电机冷却装置的出液端通过双向电磁阀二分别与水箱二、座椅加热模块的进液端管连接，座椅加热模块的出液端通过单向电磁阀二与水箱二管连接，电机冷却装置的进液端通过水泵二与水箱二管连接，集成热管理控制器与水泵、继电器、各个电磁阀、PTC加热器、各个温度传感器连接。解决了电池包冷启动负极沉积的问题，提高了电池包的能效。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电动皮卡的电池与电机集成热管理系统
本专利技术涉及用于电动皮卡的电池与电机集成热管理系统。
技术介绍
随着科技的不断发展，新能源车辆正在慢慢地进入各个车辆领域，皮卡车也在慢慢地向新能源方向发展。纯电动皮卡的电池续航能力，驱动能力，乘坐舒适性都有着严格的挑战。对于电动皮卡来说，行驶的道路复杂多样，负载较大，环境较为恶劣，驱动行驶所需求的扭矩较大，电池电压能否正常提供给电机直接影响了车辆的驱动性能。特别是在寒冷的冬天，温度过低，动力电池在低温下性能下降，无论是在供电能力上，还是电池的容量上均会严重受损，甚至不能使用。详细的说，锂离子动力电池的正常工作温度区间一般在-20℃到55℃，电池在温度较低的情况下会出现以下问题：(1)低温下锂离子容易在负极沉积，失去电活性，电池的容量显著下降，会极大的损害电池的寿命；(2)低温下充电锂离子容易在负极沉积，内部容易发生短路，增加皮卡车安全隐患；(3)低温下电池的放电能力有限，不利于皮卡的驱动行驶。电池温度过高同样会引起电池包的爆炸、燃烧等安全隐患。这些问题无疑给纯电动皮卡的发展带来了很大的挑战，电池的冷启动加热以及高温冷却方案的制定迫在眉睫。电池加热的方案在纯电动汽车领域是一种非常重要的技术，电池热管理策略的好坏直接影响到电动皮卡的动力性和安全性。目前有很多新型技术运用到电池加热系统上，如电池外部加保温套，还有通过红外辐射膜给电池加热，或者在电池表面附加加热贴片，这些方案大都是利用外部庞大的加热设备和电源给电池加热，加热方案单一且浪费蓄电池的能量，因此，不能在纯电动皮卡车上广泛使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种用于电动皮卡的电池与电机集成热管理系统，在低温状态下合理的对电池包加热，解决了电池包冷启动负极沉积的问题，以提高电池包的能效和寿命。为实现上述目的，本专利技术一种用于电动皮卡的电池与电机集成热管理系统的技术方案是：一种用于电动皮卡的电池与电机集成热管理系统，包括电池包，电池包设置有电池加热装置，电池加热装置设置有插在电池间隙内的电池循环管道，电池加热装置的底部设置有PTC加热器，PTC加热器与电池循环管道接触，PTC加热器连接有外接的蓄电池，蓄电池与PTC加热器之间电连接有继电器，电池循环管道的进液端通过水泵一与水箱一管连接，电池循环管道的出液端通过双向电磁阀一分别管连接水箱一和水箱二，电池循环管道的进液端通过单向电磁阀一与电机冷却装置的出液端管连接，电机冷却装置的出液端通过双向电磁阀二分别与水箱二、座椅加热模块的进液端管连接，座椅加热模块的出液端通过单向电磁阀二与水箱二管连接，电机冷却装置的进液端通过水泵二与水箱二管连接，电池包设置有电池温度传感器，电机设置有电机温度传感器和电机控制器，座椅设置有座椅温度传感器，还包括集成热管理控制器，集成热管理控制器分别与水泵一、水泵二、双向电磁阀一、PTC加热器、单向电磁阀一、双向电磁阀二、单向电磁阀二、电池温度传感器、电机温度传感器、电机控制器、座椅温度传感器、继电器电连接，电池循环管道、电机冷却装置、座椅加热模块及管路中填充有液体的导热介质，水箱一和水箱二中储存有液体的导热介质。电池包冷启动时，集成热管理控制器根据电池温度传感器发送的温度值，控制蓄电池给PTC加热器供电，同时给电机控制器一定电角度偏移量，让电机静止产热并通过电池循环管道把热量传递给电池包，待电池包温度升到一定值时，电动皮卡进行驱动行驶，电机控制器重新设置电机电角度偏移值，使电机的功率一部分用来驱动，一部分用来产热，同时控制电机冷却装置的循环导热介质流入电池循环管道，给电池包继续加热；当电池包加热到能够正常的工作温度时，关闭PTC加热器，并停止电机冷却装置的循环导热介质流入电池循环管道，当检测到电池包温度高于阈值，打开水泵一，通过电池循环管道对电池包进行冷却降温，当检测到电机温度高于阈值且座椅加热功能开启时，通过水泵二把电机的热量输送到座椅。所述电池加热装置包括底板和若干个竖直的电池循环管道支架，电池循环管道支架设置于电池包的间隙中，底板上表面安装有用于加热电池包的PTC加热器，电池循环管道支架设置于PTC加热器的上侧与底板固接，电池循环管道支架上贴附有散热盘管，各个散热盘管相互并联，散热盘管的两端分别与进液管、出液管连接，散热盘管、进液管和出液管构成了电池循环管道，电池循环管道支架与电池循环管道均为导热材料。电机控制器中的空间矢量脉冲调制算法(SVPWM)是根据采集到的A，B，C三相电流以及电机旋转的角度计算三相占空比，电机旋转的角度通过电机角度传感器采集，在进行电机调试时，首先进行电机零点位置标定，给角度传感器采集到的数值写入一定的角度偏移值进行零点对位，当写入角度偏移值θ1后的电角度值与实际的零点位置相差较大时，电机不能旋转，并且会迅速产热；当写入角度偏移值θ2后的电角度值与实际的零点位置相差较小时，电机能够旋转，但电机的效率较低，部分功率仍转化为热能，当写入角度偏移值θ3时，电机能够高效率运转，效率高达95％以上，TsUout＝T1U1+T2U2+T0U0Ts＝T1+T2+T0U0为零矢量，T0为零矢量作用时间，T1，T2分别为U1，U2的作用时间，Ts为PWM周期，Udc为直流母线电压，θ为电角度值，电角度值＝机械角度×电机极对数，Duty_Ratio_A，Duty_Ratio_B，Duty_Ratio_C分别为三相占空比，＜T1—电池包低温不适合供电的温度，T1-T2—电池包能够供电的温度，T2-T3—电池包正常工作温度，＞T3—电池包高温，T4—电机高温阈值。电池包温度处于T1以下时，集成热管理控制器控制蓄电池的继电器闭合，给PTC加热器上电，PTC加热器产热，给电池包升温，集成热管理控制器给电机控制器发送指令，改变电机电角度的偏移量θ1，此时，电池包给电机供电，电机没有驱动能力，所有的电能转化为热能，集成热管理控制器控制单向电磁阀一开启，控制水泵二工作，控制双向电磁阀一向水箱二开启，单向电磁阀二关闭，此时水箱二的导热介质经过水泵二泵入电机冷却装置中，由电机冷却装置出液端流出，经过单向电磁阀一，流入电池包的循环管道入口，经过电池包内部的循环管道，经过双向电磁阀一流入水箱二，把电机产生的热量传递到电池包，给电池包加热，PTC加热器和电机共同给电池包加热，可使电池包在短时间内快速升温。当电池包温度在T1-T2之间时，电池包的温度还不是处于最佳的工作温度区间之内，电动皮卡可以进入行驶状态，集成热管理控制器发出指令，控制蓄电池继电器断开，停止给PTC加热器供电；集成热管理控制器给电机控制器发动另外一个角度偏移指令θ2，电机虽然能够转动，但不是满功率旋转，其中一部分能量仍然只能转化为热能，集成热管理控制仍然控制水泵二工作，单向电磁阀一开启，单向电磁阀二关闭，双向电磁阀一向水箱二打开，电机冷却装置的循环导热介质流经电池加热装置，给电池包继续加热升温，待电池包温度处于T2-T3之间时，集成热管理控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电动皮卡的电池与电机集成热管理系统，其特征在于，包括电池包，电池包设置有电池加热装置，电池加热装置设置有插在电池间隙内的电池循环管道，电池加热装置的底部设置有PTC加热器，PTC加热器与电池循环管道接触，PTC加热器连接有外接的蓄电池，蓄电池与PTC加热器之间电连接有继电器，电池循环管道的进液端通过水泵一与水箱一管连接，电池循环管道的出液端通过双向电磁阀一分别管连接水箱一和水箱二，电池循环管道的进液端通过单向电磁阀一与电机冷却装置的出液端管连接，电机冷却装置的出液端通过双向电磁阀二分别与水箱二、座椅加热模块的进液端管连接，座椅加热模块的出液端通过单向电磁阀二与水箱二管连接，电机冷却装置的进液端通过水泵二与水箱二管连接，电池包设置有电池温度传感器，电机设置有电机温度传感器和电机控制器，座椅设置有座椅温度传感器，还包括集成热管理控制器，集成热管理控制器分别与水泵一、水泵二、双向电磁阀一、PTC加热器、单向电磁阀一、双向电磁阀二、单向电磁阀二、电池温度传感器、电机温度传感器、电机控制器、座椅温度传感器、继电器电连接，电池循环管道、电机冷却装置、座椅加热模块及管路中填充有液体的导热介质，水箱一和水箱二中储存有液体的导热介质。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于电动皮卡的电池与电机集成热管理系统，其特征在于，包括电池包，电池包设置有电池加热装置，电池加热装置设置有插在电池间隙内的电池循环管道，电池加热装置的底部设置有PTC加热器，PTC加热器与电池循环管道接触，PTC加热器连接有外接的蓄电池，蓄电池与PTC加热器之间电连接有继电器，电池循环管道的进液端通过水泵一与水箱一管连接，电池循环管道的出液端通过双向电磁阀一分别管连接水箱一和水箱二，电池循环管道的进液端通过单向电磁阀一与电机冷却装置的出液端管连接，电机冷却装置的出液端通过双向电磁阀二分别与水箱二、座椅加热模块的进液端管连接，座椅加热模块的出液端通过单向电磁阀二与水箱二管连接，电机冷却装置的进液端通过水泵二与水箱二管连接，电池包设置有电池温度传感器，电机设置有电机温度传感器和电机控制器，座椅设置有座椅温度传感器，还包括集成热管理控制器，集成热管理控制器分别与水泵一、水泵二、双向电磁阀一、PTC加热器、单向电磁阀一、双向电磁阀二、单向电磁阀二、电池温度传感器、电机温度传感器、电机控制器、座椅温度传感器、继电器电连接，电池循环管道、电机冷却装置、座椅加热模块及管路中填充有液体的导热介质，水箱一和水箱二中储存有液体的导热介质。


2.根据权利要求1所述的一种用于电动皮卡的电池与电机集成热管理系统，其特征在于：电池包冷启动时，集成热管理控制器根据电池温度传感器发送的温度值，控制蓄电池给PTC加热器供电，同时给电机控制器一定电角度偏移量，让电机静止产热并通过电池循环管道把热量传递给电池包，待电池包温度升到一定值时，电动皮卡进行驱动行驶，电机控制器重新设置电机电角度偏移值，使电机的功率一半用来驱动，一半用来产热，同时控制电机冷却装置的循环导热介质流入电池循环管道，给电池包继续加热；当电池包加热到能够正常的工作温度时，关闭PTC加热器，并停止电机冷却装置的循环导热介质流入电池循环管道，当检测到电池包温度高于阈值，打开水泵一，通过电池循环管道对电池包进行冷却降温，当检测到电机温度高于阈值且座椅加热功能开启时，通过水泵二把电机的热量输送到座椅。


3.根据权利要求1所述的一种用于电动皮卡的电池与电机集成热管理系统，其特征在于：所述电池加热装置包括底板和若干个竖直的电池循环管道支架，电池循环管道支架设置于电池包的间隙中，底板上表面安装有用于加热电池包的PTC加热器，电池循环管道支架设置于PTC加热器的上侧与底板固接，电池循环管道支架上贴附有散热盘管，各个散热盘管相互并联，散热盘管的两端分别与进液管、出液管连接，散热盘管、进液管和出液管构成了电池循环管道，电池循环管道支架与电池循环管道均为导热材料。


4.根据权利要求1所述的一种用于电动皮卡的电池与电机集成热管理系统，其特征在于：电机控制器中的空间矢量脉冲调制算法是根据采集到的A，B，C三相电流以及电机旋转的角度计算三相占空比，电机旋转的角度通过电机角度传感器采集，在进行电机调试时，首先进行电机零点位置标定，给角度传感器采集到的数值写入一定的角度偏移值进行零点对位，当写入角度偏移值θ1后的电角度值与实际的零点位置相差较大时，电机不能旋转，并且会迅速产热；当写入角度偏移值θ2后的电角度值与实际的零点位置相差较小时，电机能够旋转，但电机的效率较低，部分功率仍转化为热能，当写入角度偏移值θ3时，电机能够高效率运转，效率高达95％以上，
TsUout＝T1U1+T2U2+T0U0
Ts＝T1+T2+T0






U0为零矢量，T0为零矢量作用时间，T1，T2分别为U1，U2的作用时间，Ts为PWM周期，Udc为直流母线电压，θ为电角度值，电角度值＝机械角度×电机极对数，Duty_R...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪磊，费祥，邵建昭，张飞，王艳丽，
申请(专利权)人：扬州江淮轻型汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32