一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理系统及其控制方法，包括空调系统、电池热管理系统和控制系统；控制系统，用于控制空调系统制冷模式下对电池包冷却、空调系统制热模式下对电池包冷却、空调系统除湿模式下对电池包冷却或空调系统制热模式对电池包制热。本发明专利技术采用负反馈PID控制逻辑和模糊阶跃控制，结合本发明专利技术的控制判断准则和变量对应关系，可以精准而迅速的控制系统始终工作在最佳的工作性能下，节约能源，与此同时可以保证车厢乘客的舒适度，并且实现对电池温度的实时采集和监控，确保电池始终工作在最佳温度范围，延长电池的工作寿命，提高电池的充放电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理系统及其控制方法
本专利技术属于跨临界二氧化碳系统领域，特别涉及一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理系统及其控制方法。
技术介绍
新能源汽车克服了燃油汽车的化石燃料依赖问题，能源利用多元化，安静环保，代表着未来汽车发展的趋势。新能源汽车不同于燃油汽车，在低环境温度下，无发动机余热可利用于加热车厢空气，因此目前纯新能源汽车冬季基本采用PTC电加热供暖，然而纯新能源汽车的车载电池蓄电能力有限，采用电加热供暖势必会影响汽车的续驶里程。热泵型空调系统运行的制热系数在1以上，与电加热供暖相比，其高效节能的特点更有利于纯新能源汽车的发展。CO2作为一种天然的制冷剂，优势明显。跨临界CO2热泵循环具有独特的优势，其放热过程温度较高且存在一个相当大的温度滑移(约80～100℃)。跨临界二氧化碳循环在超临界状态下循环的特殊之处在于可以通过控制高压侧的压力的方法来控制系统的COP达到最大值，必要时还可以采取进一步控制高压侧压力值达到更大的方法，以更高的能耗为代价，获取更强的制冷能力。系统在强制冷能力下工作，制冷量大，车厢内的温度降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理系统，其特征在于，包括空调系统、电池热管理系统和控制系统；/n空调系统包括：压缩机(1)；压缩机(1)的排气口分两路，一路连接辅助换热器(2)的进口，另一路连接旁通阀(4)的进口，辅助换热器(2)的出口也分两路，一路连接旁通阀(4)的出口，另一路连接四通换向阀(5)的b口，四通换向阀(5)的a口连接第一全通节流阀(13)的进口，c口连接车外换热器(10)的出口，d口连接储液器的进口；第一全通节流阀(13)的出口连接主换热器(3)的进口，主换热器(3)的出口通过第一双向节流阀(5)连接第二全通节流阀(8)的进口，第二全通节流阀(8)的出口连接回热器(9)的高...

【技术特征摘要】
1.一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理系统，其特征在于，包括空调系统、电池热管理系统和控制系统；
空调系统包括：压缩机(1)；压缩机(1)的排气口分两路，一路连接辅助换热器(2)的进口，另一路连接旁通阀(4)的进口，辅助换热器(2)的出口也分两路，一路连接旁通阀(4)的出口，另一路连接四通换向阀(5)的b口，四通换向阀(5)的a口连接第一全通节流阀(13)的进口，c口连接车外换热器(10)的出口，d口连接储液器的进口；第一全通节流阀(13)的出口连接主换热器(3)的进口，主换热器(3)的出口通过第一双向节流阀(5)连接第二全通节流阀(8)的进口，第二全通节流阀(8)的出口连接回热器(9)的高压端进口，回热器(9)的高压端出口连接车外换热器(10)的入口，储液器(20)的出口连接回热器(9)的低压端进口，低压端出口连接压缩机(1)的吸气口；
电池热管理系统包括：电池包(12)、第二双向节流阀(6)和第三全通节流阀(7)；第一全通节流阀(13)的出口还连接第二双向节流阀(6)的进口；第二双向节流阀(6)的出口连接电池包(12)，电池包(12)的出口连接第三全通节流阀(7)的进口；第三全通节流阀(7)的出口与第一双向节流阀(5)出口汇合连接第二全通节流阀(8)的进口；
控制系统，用于控制空调系统制冷模式下对电池包冷却、空调系统制热模式下对电池包冷却、空调系统除湿模式下对电池包冷却或空调系统制热模式对电池包制热。


2.一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理方法，其特征在于，用于对权利要求1所述的一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理系统进行热管理，包括：
空调系统的模式由按钮选择，电池的加热或冷却状态由控制系统自动控制。


3.根据权利要求2所述一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理方法，其特征在于，包括：
环境温度＞20℃时，空调系统处于制冷模式，控制系统控制电池包处于被冷却状态；
环境温度为5-20℃，且环境的相对湿度大于设定阈值，空调系统处于除湿模式，控制系统控制电池包处于被冷却状态；
环境温度＜15℃时，且环境的相对湿度小于设定阈值，空调系统处于制热模式，控制系统控制电池包最初处于被加热状态，待车辆启动后，电池包温度逐渐上升，当温度高于设定范围时，控制系统控制电池包处于被冷却状态。


4.根据权利要求2所述的一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理方法，其特征在于，电池包温度测点采集的电池实时温度为Tbattery，电池的标准设定温度为Tset，当Tbattery＜Tset时，控制系统启动电池包加热功能控制；当Tbattery＞Tset时，控制系统启动电池包冷却功能控制；电池包的温度控制采用模糊阶跃控制。


5.根据权利要求4所述的一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理方法，其特征在于，控制系统由4个PID控制和一个模糊阶跃控制组成；PID控制器的目标值有4个，分别为：空调系统的COP、电池包路制冷剂的出口干度值、储液器进口的制冷剂的过热度和车厢的送风温度值；
模糊阶跃控制的目标值为电池的温度；电池温度控制分为两种方式，分别为精准温度控制和模糊范围控制；电池温度的精准温度控制的目标值为25℃，模糊范围控制的目标范围为10℃-35℃；
电池路的制冷剂的出口干度目标值为0.9；
储液器入口的制冷剂的过热度目标值为0℃；
车厢的送风温度制冷模式下车厢温度目标值为10℃，制热模式下车厢温度目标值为40℃。


6.根据权利要求2所述的一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理方法，其特征在于，电池的温度控制通过调节电池路的制冷剂的蒸发温度实现；电池支路的蒸发温度的标准设定值为8-12℃：
电池支路的蒸发温度测点采集的实时温度为Tbat_eva，电池支路的蒸发温度的标准设定值范围为Teva_set，当Tbat_eva∈Teva_set时，空调系统的COP值由排气压力控制；
空调系统的最优排气压力值Popt与环境温度Tevn、电池的发热功率Pbat有关，最优排气压力控制的排气压力的目标值的函数关系为：
Popt＝f(Tenv，Pbat)
当Tbat_eva＞Teva_set的最大值时，空调系统的COP值由吸气压力控制。


7.根据权利要求6所述的一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理方法，其特征在于，当Tbat_eva∈Teva_set时：
当控制系统控制空调系统制冷模式下对电池包冷却时，第一PID控制器控制空调系统的排气压力，第一PID控制器的输入量为排气压力的实时值，输出量为第二全通节流阀(8)的开度，目标值为空调系统的最优排气压力值；第二PID控制器控制车厢的送风温度，输入量为送风温度的实时值，输出量为压缩机的转速，目标值为送风温度的设定值；第三PID控制器控制电池路的制冷剂的出口干度，输入量为电池路制冷剂的实时干度值，输出量为第二全通节流阀(6)的开度值，目标值为干度设定值；第四PID控制器控制储液器进口的制冷剂的过热度，输入量为制冷剂的实时过热度，输出量为第一双向节流阀(5)的开度值，目标值为制冷剂的过热度设定值；模糊阶跃控制器控制电池的温度，输入量为电池的实时温度，输出量为第三全通节流阀(7)的开度值，目标值为电池的温度设定值；
当控制系统控制空调系统制热模式下对电池包冷却，第一PID控制器控制空调系统的排气压力，控制器的输入量为排气压力的实时值，输出量为第一双向节流阀(13)的开度，目标值为空调系统的最优排气压力值；第二PID控制器控制电池包路的制冷剂的出口干度，输入量为电池包路制冷剂的实时干度值，输出量为第三全通节流阀(7)的开度值，目标值为干度设定值；第三PID控制器控制车厢的送风温度，输入量为送风温度的实时值，输出量为压缩机的转速，目标值为送风温度的设定值；第四PID控制器控制蒸发器出口的过热度，输入量为蒸发器出口的实时过热度，输出量为第一双向节流阀(5)的开度，目标值为过热度设定值；模糊阶跃控制器控制电池的温度，输入量为电池的实时温度，输出量为第二双向节流阀(6)的开度值，目标值为电池的温度设定值；
当控制系统控制空调系统除湿模式下对电池包冷却时，第一PID控制器控制空调系统的排气压力，控制器的输入量为排气压力的实时值，输出量为第一双向节流阀(13)的开度，目标值为空调系统的最优排气压力值；第二PID控制器控制电池包路的制冷剂的出口干度，输入量为电池包路制冷剂的实时干度值，输出量为第三全通节流阀(7)的开度值，目标值为干度设定值；第三PID控制器控制车厢的送风温度，输入量为送风温度的实时值，输出量为压缩机的转速，目标值为送风温度的设定值；第四PID控制器控制储液器进口的制冷剂的过热度，输入量为制冷剂的实时过热度，输出量为第一双向节流阀(5)的开度值，目标值为制冷剂的过热度设定值；模糊节约控制器控制电池包的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹锋，王谙词，殷翔，方健珉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61