專利名稱：電動汽車的空氣自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動汽車溫度管理系統(tǒng)，特別是涉及電動汽車的空氣自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
電動汽車作為新能源汽車的代表，具備簡單經(jīng)濟、清潔環(huán)保等優(yōu)點。其中，電池作為能源儲存和供給部件，在電動汽車中起到異常關(guān)鍵的作用。電動汽車的工作過程就是能源形式的轉(zhuǎn)換過程，其工作環(huán)境指標(biāo)的好壞極大地影響整車的效率、壽命和性能。在眾多的環(huán)境指標(biāo)中，環(huán)境溫度的影響較大，電池工作環(huán)境區(qū)間在低溫(-10°C)和高溫(50°C)之間。實際上當(dāng)電池連續(xù)工作時，環(huán)境溫度應(yīng)當(dāng)控制在10°C—30°C之間，才能可以保證它的高效放電和安全的基板電壓維持，這對延長電池壽命是極其重要的。超過這一溫度區(qū)間的長時間或大負(fù)荷放電可能導(dǎo)致電池組的致命的損傷。極端溫度條件下對電池的造成的傷害已經(jīng) 成為電動汽車、特別是大型電動客車成本偏高的關(guān)鍵。但是大多數(shù)的司機不具備專業(yè)知識，嚴(yán)格的操作規(guī)范也不可能保證電池的環(huán)境條件，動力電池常常會因某一電池單體溫度過高或過低性能而會造成整個電池的性能大幅下降，甚至整個電池組失效，導(dǎo)致電池的使用成本居高不下。為了將電池的工作溫度控制在較適宜的范圍內(nèi)，人們進(jìn)行了多方面的研究，設(shè)置了制冷或/和制熱的系統(tǒng)，如申請?zhí)枮?01120204490. 9的專利公開了一種電動汽車電池系統(tǒng)熱管理裝置，其從儲液罐中取液，通過油水分離器、單向閥后進(jìn)入熱交換器中，經(jīng)熱交換器換熱后，冷媒或熱媒進(jìn)入電池系統(tǒng)，實現(xiàn)對電池的冷卻或加熱。在保證電池工作溫度的同時，車內(nèi)環(huán)境的溫度適宜也很關(guān)鍵。但是，電池溫度調(diào)節(jié)和車內(nèi)溫度調(diào)節(jié)必然會消耗電池能量，降低電動汽車的續(xù)駛里程。如公開號為101913314A中國專利申請公開了一種電動汽車空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法，其通過電動壓縮機和燃油加熱器調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度。在汽車的設(shè)備系統(tǒng)中，增加致冷或發(fā)熱裝置來實現(xiàn)電池溫度的調(diào)控是一般的技術(shù)常識，關(guān)鍵不在于調(diào)節(jié)溫度的設(shè)備，而在于如何利用現(xiàn)有的設(shè)備、裝置來實現(xiàn)動力電池迫切需要實現(xiàn)的控溫手段，在目前的電動汽車領(lǐng)域，特別是大型電動客車中急待解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種耗電量低、能夠同時調(diào)節(jié)客艙溫度和電池倉溫度的電動汽車的空氣自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)及控制方法，其設(shè)置了嚴(yán)格的溫度管理和控制方法，嚴(yán)格控制電池的連續(xù)工作溫度，從而延長了電池的工作壽命，降低了電池的使用成本。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
一種電動汽車的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)中包括電池倉、客艙、制冷/制熱裝置、連接在以上結(jié)構(gòu)之間的通風(fēng)管路和截止閥、以及控制電路，客艙和電池倉空氣進(jìn)口借助制冷或制熱裝置連接在汽車的進(jìn)氣管路上，客艙的空氣出口接至電池倉的進(jìn)氣管路和排空管路上，電池倉的排氣出口借助過濾器接到客艙進(jìn)氣口或借助熱交換器設(shè)置在客艙的進(jìn)氣管路上或者直接排空，在客艙和電池倉內(nèi)、進(jìn)出氣口處、和通風(fēng)管路的分叉節(jié)點處設(shè)置可控的截止閥和溫度傳感器，溫度傳感器的輸出端接控制電路的輸入端，控制電路的輸出端接截止閥的控制端。本發(fā)明還提供了一種上述空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制方法，其步驟如下
步驟一、判斷電池倉溫度是否低于最低警戒溫度Twa，當(dāng)?shù)陀跁r、啟動燃油加熱器至電池倉溫度高于T*^L,當(dāng)高于時、直接進(jìn)入步驟二 ；
步驟二、啟動開關(guān)、進(jìn)入自動控制程序；
2. I、溫度傳感器定時采集溫度參數(shù)，并傳送至單片機、儲存、計算電池倉溫度變化率，判斷電池倉溫度是否高于最高警戒溫度 ΛΗ，當(dāng)高于時、經(jīng)報警強制電路報警，延遲一定時 間后，強制關(guān)閉電源，當(dāng)溫度介于時，進(jìn)入步驟2. 2 ；
2. 2、判斷電池倉溫度和客艙溫度是否分別處于設(shè)定的連續(xù)工作溫度范圍內(nèi)，然后根據(jù)判定結(jié)果、啟動相應(yīng)的制冷和制熱措施；其特征在于電池倉進(jìn)口處的風(fēng)機按照下述方法進(jìn)行控制
Α、判斷電池倉是否處于連續(xù)工作溫度范圍內(nèi) 當(dāng)電池倉溫度在TfTiasΗ范圍內(nèi)時，關(guān)閉風(fēng)機，電池倉自然風(fēng)冷；
當(dāng)電池倉溫度不在范圍內(nèi)時，進(jìn)入步驟B ；
B、判斷電池倉溫度是否處于連續(xù)工作溫度T3^iTTmu范圍內(nèi)當(dāng)電池倉溫度在該范圍內(nèi)時，判斷電池倉溫度變化率是否大于0，當(dāng)大于O時、風(fēng)機速率調(diào)至較高擋，且檔位與溫度變化率相對應(yīng)，當(dāng)小于O時、風(fēng)機速率調(diào)至較低擋、且檔位與溫度變化率相對應(yīng)；
當(dāng)電池倉溫度不在該范圍內(nèi)時，進(jìn)入步驟C ；
步驟C、判斷電池倉溫度變化率是否大于0，當(dāng)大于O時、風(fēng)機速率調(diào)至較低擋，且檔位與溫度變化率相對應(yīng)，當(dāng)小于O時、風(fēng)機速率調(diào)至較高擋、且檔位與溫度變化率相對應(yīng)。采用上述技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果在于(I)將客艙內(nèi)經(jīng)制冷的空氣引入至電池倉，形成制冷循環(huán)，或者充分利用電池余熱將對客艙進(jìn)行供暖，實現(xiàn)了客艙溫度調(diào)節(jié)和電池倉溫度調(diào)節(jié)的二合一，充分利用了電池的制冷或制熱能量，降低了電池的電量消耗，提高了電動汽車的續(xù)航里程；(2)采用單片機模塊嚴(yán)格控制制冷和制熱循環(huán)，將電池的工作溫度保持在連續(xù)工作所適宜的范圍，從而提高了電池的使用壽命，降低了使用成本；當(dāng)出現(xiàn)極端溫度時，可以通過報警強制電路報警后、延遲一定時間，以便駕駛?cè)藛T作好安全準(zhǔn)備，然后強制關(guān)閉電源，避免電池受損。
圖I是本發(fā)明系統(tǒng)的連接示意 圖2是本發(fā)明電路模塊的連接示意 圖3是本發(fā)明控制方法的流程 圖4是本發(fā)明風(fēng)機速率控制的流程圖。
具體實施例方式參看圖f圖2，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中包括電池倉、客艙、制冷/制熱裝置、連接在以上結(jié)構(gòu)之間的通風(fēng)管路和截止閥、以及控制電路，客艙和電池倉空氣進(jìn)口借助制冷或制熱裝置連接在汽車的進(jìn)氣管路上，客艙的空氣出口接至電池倉的進(jìn)氣管路和排空管路上，電池倉的排氣出口借助過濾器接到客艙進(jìn)氣口或借助熱交換器設(shè)置在客艙的進(jìn)氣管路上或者直接排空，在客艙和電池倉內(nèi)、進(jìn)出氣口處、和通風(fēng)管路的分叉節(jié)點處設(shè)置可控的截止閥和溫度傳感器，溫度傳感器的輸出端接控制電路的輸入端，控制電路的輸出端接截止閥的控制端。參看圖1，在電池倉的進(jìn)口、內(nèi)部和出口分別設(shè)置了溫度傳感器t^t4，其中在電池倉內(nèi)部對應(yīng)的溫度傳感器處還設(shè)有空氣進(jìn)口和可控的截止閥，當(dāng)內(nèi)部溫度t2或t3高于設(shè)定的溫度時，打開相應(yīng)空氣進(jìn)口的截止閥，以防止電池局部溫度過高而損壞某個電池單體導(dǎo)致整個動力電池失效。在客艙的出口和進(jìn)口分別設(shè)有溫度傳感器t5和t6，用于監(jiān)測客艙的溫度。在制冷裝置和制熱裝置的進(jìn)口端和出口端分別設(shè)有t8和t7。所述制冷裝置采用電動壓縮機，所述制熱裝置采用燃油加熱器，燃油加熱器的使用，一方面可以降低電動汽車的電能消耗，另一方面當(dāng)電池的溫度低于啟動溫度時，可以用于給電池升溫，使電池在適宜的溫度環(huán)境下工作。電池倉內(nèi)的進(jìn)氣口處設(shè)有調(diào)節(jié)風(fēng)量的風(fēng)機。根據(jù)電池倉的溫度來調(diào)節(jié)風(fēng)機的風(fēng) 速。所述控制電路包括單片機，與單片機輸入端連接的鍵盤電路、溫度傳感器編碼電路，與單片機輸出端連接的閥控電路、報警強制電路，以及與單片機雙向通訊的存儲模塊和EPR0M。所述控制電路還包括自動/手動電路和狀態(tài)顯電路。所述溫度傳感器的輸出端通過A/D轉(zhuǎn)換模塊接溫度傳感器編碼電路的輸入端。所述報警強制電路的輸出端通過延遲電路接電源的開關(guān)。本發(fā)明根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)將電池的溫度劃分為連續(xù)工作溫度范、最低警戒溫度Twa和最高I 自、最低極限溫度和最高極限溫度進(jìn)行控制。一般，當(dāng)電池倉內(nèi)的溫度傳感器處在連續(xù)工作溫度范圍Ta^fT時，無需進(jìn)行溫度控制，此時電池倉內(nèi)采用自然風(fēng)冷即可；當(dāng)電池倉內(nèi)的溫度傳感器監(jiān)測到超過連續(xù)工作溫度范圍時，需要對電池的工作溫度進(jìn)行強制干預(yù)，此時，需要打開制冷或制熱系統(tǒng)，并根據(jù)電池倉內(nèi)的溫度變化趨勢進(jìn)行風(fēng)量的調(diào)節(jié)，以便在充分利用制冷或制熱能量的同時、節(jié)約電池能量、而且能夠控制電池溫度不會迅速升溫超過而最高警戒溫度，所述電動壓縮機根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的溫度與電池倉內(nèi)傳感器溫度之差等因素進(jìn)行制冷量的調(diào)節(jié)。利用本發(fā)明的制冷和制熱裝置，實現(xiàn)動力電池的嚴(yán)格控溫。具體的控制步驟為 步驟一、判斷電池倉溫度是否低于最低警戒溫度Twa，當(dāng)?shù)陀跁r、啟動燃油加熱器至電
池倉溫度高于T*^L,當(dāng)高于時、直接進(jìn)入步驟二 ；
步驟二、啟動開關(guān)、進(jìn)入自動控制程序；
2.I、溫度傳感器定時采集溫度參數(shù)，并傳送至單片機、儲存、計算電池倉溫度變化率，判斷電池倉溫度是否高于最高警戒溫度 ΛΗ，當(dāng)高于時、經(jīng)報警強制電路報警，延遲一定時間后(駕駛?cè)藛T作出反應(yīng)，或路邊停車)，強制關(guān)閉電源，、或關(guān)閉自動程序駛?cè)氚踩囟魏笸＼?；?dāng)溫度介于TT時，進(jìn)入步驟2. 2 ；
2.2、判斷電池倉溫度和客艙溫度是否分別處于設(shè)定的連續(xù)工作溫度范圍內(nèi)，然后根據(jù)判定結(jié)果、啟動相應(yīng)的制冷和制熱措施；具體的措施是
①當(dāng)電池倉溫度在設(shè)定的連續(xù)工作溫度范圍內(nèi)、客艙溫度也在設(shè)定的溫度范圍時，空氣由風(fēng)門進(jìn)入客艙，再經(jīng)電池倉后、排空；
②當(dāng)電池倉溫度在設(shè)定的連續(xù)工作溫度范圍內(nèi)、客艙溫度低于設(shè)定的溫度范圍時，空氣份兩路，一路經(jīng)風(fēng)門、制熱裝置進(jìn)入客艙、排空，另一路再經(jīng)電池倉、排空；
③當(dāng)電池倉溫度在設(shè)定的連續(xù)工作溫度范圍內(nèi)、客艙溫度高于設(shè)定的溫度范圍時，空氣份兩路，一路經(jīng)風(fēng)門、制冷裝置進(jìn)入客艙、排空，另一路再經(jīng)電池倉、排空；
④當(dāng)電池倉溫度低于設(shè)定的連續(xù)工作溫度范圍時，此時，客艙溫度一定低于設(shè)定的溫度范圍，啟動制熱程序，空氣經(jīng)風(fēng)門、制熱裝置進(jìn)入電池倉，再經(jīng)過濾器進(jìn)入客艙、排空；
⑤當(dāng)電池倉溫度高于設(shè)定的連續(xù)工作溫度范圍、客艙溫度也高于設(shè)定的溫度范圍時，啟動制冷裝置，空氣從風(fēng)門進(jìn)入，再依次經(jīng)制冷機構(gòu)、客艙、電池倉、排空；
⑥當(dāng)電池倉溫度高于設(shè)定的連續(xù)工作溫度范圍、客艙溫度低于設(shè)定的溫度范圍時，空氣由風(fēng)門進(jìn)入電池倉，再經(jīng)過濾器進(jìn)入客艙、排空；
為了充分監(jiān)測和降低電池倉內(nèi)的溫度，在電池倉內(nèi)設(shè)置2個以上溫度傳感器及對應(yīng)的風(fēng)口，當(dāng)監(jiān)測的溫度高于或低于電池倉的連續(xù)工作溫度范圍時，打開風(fēng)口相對應(yīng)的截止閥；
當(dāng)電池倉內(nèi)的溫度高于電池倉的最高溫度時，經(jīng)報警強制電路報警，延遲設(shè)定時間后關(guān)閉電源。然后跳轉(zhuǎn)至步驟2.1，進(jìn)行循環(huán)。其中關(guān)鍵在于電池倉進(jìn)口處的風(fēng)機按照下述方法進(jìn)行控制
A、判斷電池倉是否處于連續(xù)工作溫度范圍內(nèi)
當(dāng)電池倉溫度在TfTiasH范圍內(nèi)時，關(guān)閉風(fēng)機，電池倉自然風(fēng)冷；
當(dāng)電池倉溫度不在范圍內(nèi)時，進(jìn)入步驟B ；
B、判斷電池倉溫度是否處于連續(xù)工作溫度T3^iTTmu范圍內(nèi)
當(dāng)電池倉溫度在該范圍內(nèi)時，判斷電池倉溫度變化率是否大于0，當(dāng)大于O時、風(fēng)機速率調(diào)至較高擋，且檔位與溫度變化率相對應(yīng)，當(dāng)小于O時、風(fēng)機速率調(diào)至較低擋、且檔位與溫度變化率相對應(yīng)；
當(dāng)電池倉溫度不在該范圍內(nèi)時，進(jìn)入步驟C ；
步驟C、判斷電池倉溫度變化率是否大于0，當(dāng)大于O時、風(fēng)機速率調(diào)至較低擋，且檔位與溫度變化率相對應(yīng)，當(dāng)小于O時、風(fēng)機速率調(diào)至較高擋、且檔位與溫度變化率相對應(yīng)。電池倉的連續(xù)工作溫度范圍是1(T30°C、最低警戒溫度為_5°C，最高警戒溫度為50。。。綜上，采用本發(fā)明可準(zhǔn)確監(jiān)測電池倉溫度，控制電池倉溫度在設(shè)定的合理范圍內(nèi)，保護(hù)電池不會被損害，延長電池的使用壽命、降低電動汽車的使用成本。
權(quán)利要求
1.一種電動汽車的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)中包括電池倉、客艙、制冷/制熱裝置、連接在以上結(jié)構(gòu)之間的通風(fēng)管路和截止閥、以及控制電路，其特征在于客艙和電池倉空氣進(jìn)口借助制冷或制熱裝置連接在汽車的進(jìn)氣管路上，客艙(I)的空氣出口接至電池倉的進(jìn)氣管路和排空管路上，電池倉的排氣出口借助過濾器接到客艙進(jìn)氣口或借助熱交換器設(shè)置在客艙的進(jìn)氣管路上或者直接排空，在客艙和電池倉內(nèi)、進(jìn)出氣口處、和通風(fēng)管路的分叉節(jié)點處設(shè)置可控的截止閥和溫度傳感器，溫度傳感器的輸出端接控制電路的輸入端，控制電路的輸出端接截止閥的控制端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動汽車的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于所述制冷裝置采用電動壓縮機，所述制熱裝置采用燃油加熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動汽車的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于電池倉內(nèi)的進(jìn)氣口處設(shè)有調(diào)節(jié)風(fēng)量的風(fēng)機。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動汽車的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于所述電池倉內(nèi)設(shè)有2個以上溫度傳感器，并對應(yīng)設(shè)置氣體進(jìn)口、及可控的截止閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動汽車的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于所述控制電路包括單片機，與單片機輸入端連接的鍵盤電路、溫度傳感器編碼電路，與單片機輸出端連接的閥控電路、報警強制電路，以及與單片機雙向通訊的存儲模塊和EPROM。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動汽車的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于所述控制電路還包括自動/手動電路和狀態(tài)顯電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動汽車的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于所述溫度傳感器的輸出端通過A/D轉(zhuǎn)換模塊接溫度傳感器編碼電路的輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動汽車的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于所述報警強制電路的輸出端通過延遲電路接電源的開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動汽車的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制方法，其步驟如下 步驟一、判斷電池倉溫度是否低于最低警戒溫度Twa，當(dāng)?shù)陀跁r、啟動燃油加熱器至電池倉溫度高于T*^L,當(dāng)高于時、直接進(jìn)入步驟二 ； 步驟二、啟動開關(guān)、進(jìn)入自動控制程序； .2.I、溫度傳感器定時采集溫度參數(shù)，并傳送至單片機、儲存、計算電池倉溫度變化率，判斷電池倉溫度是否高于最高警戒溫度 ΛΗ，當(dāng)高于時、經(jīng)報警強制電路報警，延遲一定時間后，強制關(guān)閉電源，當(dāng)溫度介于時，進(jìn)入步驟2. 2 ； .2.2、判斷電池倉溫度和客艙溫度是否分別處于設(shè)定的連續(xù)工作溫度范圍內(nèi)，然后根據(jù)判定結(jié)果、啟動相應(yīng)的制冷和制熱措施；其特征在于電池倉進(jìn)口處的風(fēng)機按照下述方法進(jìn)行控制 Α、判斷電池倉是否處于連續(xù)工作溫度范圍內(nèi) 當(dāng)電池倉溫度在TfTiasΗ范圍內(nèi)時，關(guān)閉風(fēng)機，電池倉自然風(fēng)冷； 當(dāng)電池倉溫度不在范圍內(nèi)時，進(jìn)入步驟B ； B、判斷電池倉溫度是否處于連續(xù)工作溫度T3^iTTmu范圍內(nèi)當(dāng)電池倉溫度在該范圍內(nèi)時，判斷電池倉溫度變化率是否大于O，當(dāng)大于O時、風(fēng)機速率調(diào)至較高擋，且檔位與溫度變化率相對應(yīng)，當(dāng)小于O時、風(fēng)機速率調(diào)至較低擋、且檔位與溫度變化率相對應(yīng)；當(dāng)電池倉溫度不在該范圍內(nèi)時，進(jìn)入步驟C ； 步驟C、判斷電池倉溫度變化率是否大于O，當(dāng)大于O時、風(fēng)機速率調(diào)至較低擋，且檔位與溫度變化率相對應(yīng)，當(dāng)小于O時、風(fēng)機速率調(diào)至較高擋、且檔位與溫度變化率相對應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動汽車的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于電池倉的連續(xù)工作溫度范圍是1(T30°C、最低警戒溫度為-5°C，最高警戒溫度為50°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動汽車的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)及控制方法，所述系統(tǒng)包括電池倉、客艙、制冷/制熱裝置、連接在以上結(jié)構(gòu)之間的通風(fēng)管路和截止閥、以及控制電路，客艙和電池倉空氣進(jìn)口借助制冷或制熱裝置連接在汽車的進(jìn)氣管路上，客艙的空氣出口接至電池倉的進(jìn)氣管路和排空管路上，電池倉的排氣出口借助過濾器接到客艙進(jìn)氣口或借助熱交換器設(shè)置在客艙的進(jìn)氣管路上或者直接排空，在客艙或電池倉內(nèi)、進(jìn)出氣口處、和通風(fēng)管路的分叉節(jié)點處設(shè)置可控的截止閥和溫度傳感器，溫度傳感器的輸出端接控制電路的輸入端，控制電路的輸出端接截止閥的控制端。采用本發(fā)明可保護(hù)電池不會被損害，延長電池的使用壽命、降低電動汽車的使用成本。
文檔編號H01M10/50GK102848877SQ201210353508
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者劉吉平, 王建排 申請人:王建排