【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及新能源車輛熱管理，尤其涉及電池溫度預測、分布式電池熱管理系統及分級調控方法。
技術介紹
1、動力電池作為電動汽車的核心部件，決定著整車的續駛里程、動力性能以及安全可靠等關鍵指標。因載重較高、路況復雜，電動重型商用車一般匹配大型化、成組化的鋰離子動力電池。由于鋰離子電池的電化學體系對溫度敏感，高溫時影響性能的穩定性，低溫時造成性能的衰退，鋰離子電池需要工作在20～35℃的適宜溫度范圍，商用車的應用場景，要求動力電池系統充電在0～55℃、放電在-20～60℃范圍內處于可運行狀態，因此，為保證性能、壽命、安全，電池的熱管理系統設計對于整車而言至關重要。
2、針對商用車的大電量需求，目前常見的動力電池系統布置方式包括：后置(駕駛室后方車架縱梁之上)、側置(車架左右縱梁外側)和內置(車架縱梁內側)。此外，商用車的電池系統一般由多支路的串聯成組電池箱體組合而成；多域的布置方案和龐大的電池組成給保證所有電池長時間工作在合理溫度范圍提出較大的挑戰。當前采用單一的管路閥門系統并依靠電池表面溫度作為控制指標，存在控制精度低、溫度調節滯后、運行能耗高的問題，難以滿足商用車的電池熱管理系統需求。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是針對現有技術的不足從而提供電池溫度預測、分布式電池熱管理系統及分級調控方法。
2、本專利技術是采用如下技術方案來實現的：
3、電池溫度預測、分布式電池熱管理系統，包括電熱耦合模型及分布式電池熱管理系統，所述分布式電池熱管理系統根
4、等效電路計算模塊，所述等效電路計算模塊根據等效電路模型、充放電電流和電池內部平均溫度輸出電池電路模型參數、電池開路電壓、電池電壓、荷電狀態；
5、電池熱模型計算模塊，由電池開路電壓、電池電壓、充放電電流、荷電狀態、環境溫度、電池幾何參數、電池熱學參數輸出預測的電池內部溫度。
6、進一步的，所述等效電路模型為二階等效電路模型，包括開路電壓源uoc、串聯電阻ro、第一極化電阻r1、第一極化電容c1、第二極化電阻r2和第二極化電容c2，等效電路模型公式為：
7、
8、其中，v1為第一極化電阻的電壓，v2為第二極化電阻的電壓，ul為電池電壓，il為電池電流、soc為電池荷電狀態，qn為電池容量。
9、進一步的，所述電池電路模型參數基于鋰離子電池在設定溫度、電流下的充放電數據和混合動力脈沖特性測試數據擬合獲取作為初值，并利用滑動窗口觀測獲得的數據集通過最小二乘算法進行自適應識別校準更新。
10、進一步的，所述電池熱模型計算模塊為具有內熱源的穩態傳熱模型，包括電池產熱模型、電池中心到電池表面的熱傳導模型、電池表面與電池環境之間的熱對流模型，其中所述電池熱模型包括可逆熱模型及不可逆熱模型，可逆熱模型及不可逆熱模型的表達式為：
11、
12、式中，qrev為可逆熱，qirr為不可逆熱，il為電流，t為環境溫度，uoc為開路電壓，ul為電池電壓。
13、所述電池中心到電池表面的熱傳導模型、電池表面與電池環境之間的熱對流模型的表達式為：
14、
15、其中，cc、rc為電池中心到電池表面熱傳導過程的熱容和熱阻，cs、rs為電池表面與電池環境之間熱對流過程的熱容和熱阻，ta為電池環境溫度，tc為電池中心溫度，ts為電池環境溫度。
16、進一步的，所述分布式電池熱管理系統包括液冷板、管路、低溫散熱器、電池冷卻器、冷卻液循環泵、水箱、冷源、主ptc水加熱器、若干副ptc水加熱器、主流量調節閥及若干副流量調節閥；其中低溫散熱器、電池冷卻器、循環水泵、主ptc水加熱器及多個副ptc水加熱器與整車熱管理系統集成或與冷源集成。
17、一種分級調控方法，應用于如上任一所述的電池溫度預測、分布式電池熱管理系統，所述分布式電池熱管理系統以預測的電池內部溫度作為判斷條件，進行低溫加熱模式、低溫散熱模式及高溫制冷模式的分級調控；
18、加熱時，通過主ptc加熱器調節主路中的液體溫度，副ptc加熱器補償各電池箱的加熱需求差異；制冷時，通過主流量調節閥調節主路液體流量，副流量調節閥補償各電池箱的冷卻需求差異。
19、進一步的，當外界環境溫度＜0℃時，電池包內部最小溫度＜10℃時，進入低溫加熱模式，關閉低溫散熱和高溫散熱回路，開啟加熱裝置、循環水泵，通過主ptc水加熱器、副ptc水加熱器加熱冷卻液，并將加熱后的冷卻液輸送到液冷板對電池系統加熱，主ptc水加熱器、副ptc加熱器分級調節各電池箱的溫度；
20、當0℃≤外界環境溫度＜30℃時，10℃≤電池包內部最大溫度＜40℃時，進入低溫散熱模式，暫不開啟空調壓縮機，通過冷卻液循環泵使冷卻液循環，帶走電池包熱量，電池包熱量通過低溫散熱器散發，降溫調節時，通過主流量調節閥、副流量調節閥分級調節各電池箱的溫度；
21、當外界環境溫度≥30℃，電池包內部最大溫度≥40℃時，進入高溫制冷模式，由于溫差較小，通過低溫散熱模式無法滿足電池系統冷卻，關閉低溫散熱器的冷卻回路，開啟制冷系統，此時電池冷卻器吸收冷卻液的熱量，冷卻液降溫后進入液冷板對電池包進行冷卻，降溫調節時，通過主流量調節閥、副流量調節閥分級調節各電池箱的溫度。
22、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益的技術效果：
23、1.將電熱偶合模型預測的電池內部溫度作為熱管理系統介入判斷條件，可補償電池自身產熱影響，排除溫度傳感器響應偏差問題，實現準確快速調節；
24、2.分布式電池熱管理系統，通過增加流量調節閥和加熱器，可基于分級調節的思路，實現加熱和冷卻時的更精細調節，滿足大電量電池系統在商用車多域布置時獨立精確控制的需求。
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1.電池溫度預測、分布式電池熱管理系統，其特征在于，包括電熱耦合模型及分布式電池熱管理系統，所述分布式電池熱管理系統根據所述電熱耦合模型預測的電池內部溫度進行調節，所述電熱耦合模型包括：
2.根據權利要求1所述的電池溫度預測、分布式電池熱管理系統，其特征在于，所述等效電路模型為二階等效電路模型，包括開路電壓源UOC、串聯電阻RO、第一極化電阻R1、第一極化電容C1、第二極化電阻R2和第二極化電容C2，等效電路模型公式為：
3.根據權利要求2所述的電池溫度預測、分布式電池熱管理系統，其特征在于，所述電池電路模型參數基于鋰離子電池在設定溫度、電流下的充放電數據和混合動力脈沖特性測試數據擬合獲取作為初值，并利用滑動窗口觀測獲得的數據集通過最小二乘算法進行自適應識別校準更新。
4.根據權利要求3所述的電池溫度預測、分布式電池熱管理系統，其特征在于，所述電池熱模型計算模塊為具有內熱源的穩態傳熱模型，包括電池產熱模型、電池中心到電池表面的熱傳導模型、電池表面與電池環境之間的熱對流模型，其中所述電池熱模型包括可逆熱模型及不可逆熱模型，可逆熱模型及不可逆熱模型
5.根據權利要求3所述的電池溫度預測、分布式電池熱管理系統，其特征在于，所述分布式電池熱管理系統包括液冷板、管路、低溫散熱器、電池冷卻器、冷卻液循環泵、水箱、冷源、主PTC水加熱器、若干副PTC水加熱器、主流量調節閥及若干副流量調節閥；其中低溫散熱器、電池冷卻器、循環水泵、主PTC水加熱器及多個副PTC水加熱器與整車熱管理系統集成或與冷源集成。
6.一種分級調控方法，應用于權利要求1-5任一所述的電池溫度預測、分布式電池熱管理系統，其特征在于，所述分布式電池熱管理系統以預測的電池內部溫度作為判斷條件，進行低溫加熱模式、低溫散熱模式及高溫制冷模式的分級調控；
7.根據權利要求6所述的分級調控方法，其特征在于，
...【技術特征摘要】
1.電池溫度預測、分布式電池熱管理系統，其特征在于，包括電熱耦合模型及分布式電池熱管理系統，所述分布式電池熱管理系統根據所述電熱耦合模型預測的電池內部溫度進行調節，所述電熱耦合模型包括：
2.根據權利要求1所述的電池溫度預測、分布式電池熱管理系統，其特征在于，所述等效電路模型為二階等效電路模型，包括開路電壓源uoc、串聯電阻ro、第一極化電阻r1、第一極化電容c1、第二極化電阻r2和第二極化電容c2，等效電路模型公式為：
3.根據權利要求2所述的電池溫度預測、分布式電池熱管理系統，其特征在于，所述電池電路模型參數基于鋰離子電池在設定溫度、電流下的充放電數據和混合動力脈沖特性測試數據擬合獲取作為初值，并利用滑動窗口觀測獲得的數據集通過最小二乘算法進行自適應識別校準更新。
4.根據權利要求3所述的電池溫度預測、分布式電池熱管理系統，其特征在于，所述電池熱模型計算模塊為具有內熱源的穩態傳熱...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙政，楊志剛，張文博，谷雪松，劉剛，恒隆隆，
申請(專利權)人：陜西重型汽車有限公司，
類型：發明
國別省市：
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