本發明(ming)涉(she)及(ji)新(xin)能源車輛熱(re)管理(li)(li)，尤其涉(she)及(ji)電(dian)池溫(wen)度(du)預(yu)測、分(fen)布(bu)式(shi)電(dian)池熱(re)管理(li)(li)系統及(ji)分(fen)級調控方法。

背景技術：

1、動(dong)力(li)電(dian)池作為(wei)電(dian)動(dong)汽車的(de)(de)核心(xin)部件，決定(ding)著整車的(de)(de)續駛里程(cheng)、動(dong)力(li)性能以及安全(quan)可靠等關鍵指標。因(yin)載重較高(gao)、路況復雜，電(dian)動(dong)重型商(shang)用車一般匹配大型化(hua)(hua)、成(cheng)組(zu)化(hua)(hua)的(de)(de)鋰離子動(dong)力(li)電(dian)池。由于鋰離子電(dian)池的(de)(de)電(dian)化(hua)(hua)學(xue)體(ti)系對溫(wen)(wen)(wen)(wen)度敏感，高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)時影(ying)響性能的(de)(de)穩定(ding)性，低溫(wen)(wen)(wen)(wen)時造(zao)成(cheng)性能的(de)(de)衰(shuai)退，鋰離子電(dian)池需(xu)要工作在(zai)20～35℃的(de)(de)適宜(yi)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度范圍，商(shang)用車的(de)(de)應用場景，要求(qiu)動(dong)力(li)電(dian)池系統充電(dian)在(zai)0～55℃、放電(dian)在(zai)-20～60℃范圍內(nei)處于可運行狀態，因(yin)此，為(wei)保(bao)證性能、壽命、安全(quan)，電(dian)池的(de)(de)熱管理系統設計(ji)對于整車而(er)言(yan)至關重要。

2、針(zhen)對商(shang)用車(che)的大(da)(da)電量需(xu)求(qiu)，目前(qian)常見的動力(li)電池系統(tong)布(bu)置方(fang)(fang)式(shi)包括(kuo)：后(hou)置(駕駛(shi)室后(hou)方(fang)(fang)車(che)架(jia)縱(zong)(zong)梁(liang)之上)、側(ce)置(車(che)架(jia)左右(you)縱(zong)(zong)梁(liang)外側(ce))和內置(車(che)架(jia)縱(zong)(zong)梁(liang)內側(ce))。此外，商(shang)用車(che)的電池系統(tong)一般由(you)多支路的串聯成(cheng)組電池箱體組合(he)而成(cheng)；多域的布(bu)置方(fang)(fang)案和龐大(da)(da)的電池組成(cheng)給(gei)保證所(suo)有電池長(chang)時間工作在合(he)理溫度范(fan)圍提出較大(da)(da)的挑(tiao)戰。當(dang)前(qian)采用單一的管路閥門系統(tong)并依靠電池表面(mian)溫度作為控制(zhi)指標，存在控制(zhi)精度低(di)、溫度調節滯后(hou)、運行能(neng)耗(hao)高的問題，難(nan)以滿足商(shang)用車(che)的電池熱(re)管理系統(tong)需(xu)求(qiu)。

技術實現思路

1、本發(fa)明的(de)目的(de)是針對現有技術的(de)不足從而提供電(dian)池(chi)溫(wen)度預測、分(fen)布(bu)式電(dian)池(chi)熱(re)管理系統(tong)及分(fen)級(ji)調控方法(fa)。

2、本發明是采用(yong)如下技術方案(an)來實(shi)現的：

3、電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)溫(wen)度預測、分布(bu)式電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)熱管理(li)(li)系統，包括電(dian)(dian)(dian)熱耦合(he)(he)模(mo)型(xing)及分布(bu)式電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)熱管理(li)(li)系統，所(suo)述(shu)分布(bu)式電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)熱管理(li)(li)系統根據(ju)所(suo)述(shu)電(dian)(dian)(dian)熱耦合(he)(he)模(mo)型(xing)預測的電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)內部溫(wen)度進(jin)行調節，所(suo)述(shu)電(dian)(dian)(dian)熱耦合(he)(he)模(mo)型(xing)包括：

4、等效(xiao)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)計算模塊，所述(shu)等效(xiao)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)計算模塊根據等效(xiao)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)模型(xing)、充放電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流和(he)電(dian)(dian)(dian)池(chi)內部平均溫度(du)輸出(chu)電(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)模型(xing)參數、電(dian)(dian)(dian)池(chi)開路(lu)(lu)電(dian)(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)壓、荷(he)電(dian)(dian)(dian)狀態；

5、電(dian)(dian)(dian)池(chi)熱模(mo)型計(ji)算模(mo)塊(kuai)，由電(dian)(dian)(dian)池(chi)開路電(dian)(dian)(dian)壓(ya)、電(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)、充放電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流、荷電(dian)(dian)(dian)狀態、環境溫度(du)、電(dian)(dian)(dian)池(chi)幾何參數、電(dian)(dian)(dian)池(chi)熱學參數輸出預測(ce)的電(dian)(dian)(dian)池(chi)內(nei)部溫度(du)。

6、進一(yi)步的，所述等效(xiao)電(dian)(dian)路(lu)模(mo)型為二(er)階等效(xiao)電(dian)(dian)路(lu)模(mo)型，包括開(kai)路(lu)電(dian)(dian)壓源(yuan)uoc、串聯電(dian)(dian)阻ro、第一(yi)極(ji)化(hua)電(dian)(dian)阻r1、第一(yi)極(ji)化(hua)電(dian)(dian)容c1、第二(er)極(ji)化(hua)電(dian)(dian)阻r2和第二(er)極(ji)化(hua)電(dian)(dian)容c2，等效(xiao)電(dian)(dian)路(lu)模(mo)型公式為：

7、

8、其中，v1為(wei)第(di)一極化電(dian)阻的電(dian)壓(ya)，v2為(wei)第(di)二(er)極化電(dian)阻的電(dian)壓(ya)，ul為(wei)電(dian)池電(dian)壓(ya)，il為(wei)電(dian)池電(dian)流、soc為(wei)電(dian)池荷電(dian)狀態，qn為(wei)電(dian)池容量。

9、進(jin)一步的，所述電池電路模型(xing)參數基于鋰離子電池在設(she)定溫度、電流(liu)下的充放電數據(ju)(ju)和混合動(dong)力脈沖(chong)特性測試數據(ju)(ju)擬合獲取作(zuo)為(wei)初值，并(bing)利用滑動(dong)窗口觀測獲得的數據(ju)(ju)集通過最小(xiao)二乘算法進(jin)行自(zi)適應識(shi)別校準更新。

10、進一步的，所(suo)述電(dian)池(chi)熱(re)(re)(re)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)計算模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)為具有內熱(re)(re)(re)源(yuan)的穩態(tai)傳熱(re)(re)(re)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)，包括(kuo)電(dian)池(chi)產(chan)熱(re)(re)(re)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)、電(dian)池(chi)中(zhong)心到(dao)電(dian)池(chi)表(biao)面(mian)的熱(re)(re)(re)傳導模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)、電(dian)池(chi)表(biao)面(mian)與電(dian)池(chi)環境之間的熱(re)(re)(re)對(dui)流模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)，其(qi)中(zhong)所(suo)述電(dian)池(chi)熱(re)(re)(re)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)包括(kuo)可逆(ni)熱(re)(re)(re)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)及(ji)不可逆(ni)熱(re)(re)(re)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)，可逆(ni)熱(re)(re)(re)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)及(ji)不可逆(ni)熱(re)(re)(re)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)的表(biao)達(da)式為：

11、

12、式中，qrev為(wei)可逆熱(re)，qirr為(wei)不可逆熱(re)，il為(wei)電流，t為(wei)環境(jing)溫度，uoc為(wei)開路電壓(ya)，ul為(wei)電池電壓(ya)。

13、所(suo)述(shu)電池中心到電池表(biao)面(mian)的(de)熱傳導模(mo)型、電池表(biao)面(mian)與(yu)電池環(huan)境之間的(de)熱對流模(mo)型的(de)表(biao)達式為(wei)：

14、

15、其中(zhong)，cc、rc為(wei)(wei)電(dian)池(chi)中(zhong)心到電(dian)池(chi)表面(mian)熱(re)(re)傳導過程的熱(re)(re)容和熱(re)(re)阻(zu)，cs、rs為(wei)(wei)電(dian)池(chi)表面(mian)與電(dian)池(chi)環境之間熱(re)(re)對(dui)流過程的熱(re)(re)容和熱(re)(re)阻(zu)，ta為(wei)(wei)電(dian)池(chi)環境溫(wen)(wen)度，tc為(wei)(wei)電(dian)池(chi)中(zhong)心溫(wen)(wen)度，ts為(wei)(wei)電(dian)池(chi)環境溫(wen)(wen)度。

16、進一(yi)步的，所述(shu)分布式電池(chi)(chi)熱(re)管理(li)系統(tong)包括(kuo)液冷(leng)板、管路、低溫散熱(re)器(qi)(qi)、電池(chi)(chi)冷(leng)卻(que)(que)器(qi)(qi)、冷(leng)卻(que)(que)液循(xun)(xun)環(huan)泵(beng)、水(shui)(shui)箱、冷(leng)源、主(zhu)ptc水(shui)(shui)加熱(re)器(qi)(qi)、若干(gan)副ptc水(shui)(shui)加熱(re)器(qi)(qi)、主(zhu)流量調(diao)節(jie)閥及(ji)若干(gan)副流量調(diao)節(jie)閥；其中(zhong)低溫散熱(re)器(qi)(qi)、電池(chi)(chi)冷(leng)卻(que)(que)器(qi)(qi)、循(xun)(xun)環(huan)水(shui)(shui)泵(beng)、主(zhu)ptc水(shui)(shui)加熱(re)器(qi)(qi)及(ji)多個(ge)副ptc水(shui)(shui)加熱(re)器(qi)(qi)與整車(che)熱(re)管理(li)系統(tong)集成或與冷(leng)源集成。

17、一種(zhong)分(fen)(fen)級調(diao)控(kong)方法，應(ying)用于(yu)如上任一所述的(de)電(dian)池溫(wen)(wen)度預測、分(fen)(fen)布式(shi)電(dian)池熱(re)(re)管(guan)理系統，所述分(fen)(fen)布式(shi)電(dian)池熱(re)(re)管(guan)理系統以預測的(de)電(dian)池內(nei)部溫(wen)(wen)度作為(wei)判(pan)斷條件，進行(xing)低溫(wen)(wen)加熱(re)(re)模式(shi)、低溫(wen)(wen)散熱(re)(re)模式(shi)及高溫(wen)(wen)制冷(leng)模式(shi)的(de)分(fen)(fen)級調(diao)控(kong)；

18、加(jia)熱(re)時(shi)(shi)，通過(guo)主ptc加(jia)熱(re)器(qi)調(diao)節(jie)主路(lu)中(zhong)的液(ye)體溫度，副ptc加(jia)熱(re)器(qi)補償各電(dian)池箱的加(jia)熱(re)需(xu)求差異；制冷(leng)時(shi)(shi)，通過(guo)主流(liu)量調(diao)節(jie)閥調(diao)節(jie)主路(lu)液(ye)體流(liu)量，副流(liu)量調(diao)節(jie)閥補償各電(dian)池箱的冷(leng)卻(que)需(xu)求差異。

19、進一步(bu)的(de)(de)，當外界環境溫(wen)度(du)＜0℃時，電池(chi)包內部最(zui)小溫(wen)度(du)＜10℃時，進入低溫(wen)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)模(mo)式，關閉低溫(wen)散(san)(san)熱(re)(re)和高溫(wen)散(san)(san)熱(re)(re)回路，開(kai)啟加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)裝(zhuang)置、循環水(shui)泵，通(tong)過主ptc水(shui)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)器(qi)(qi)、副ptc水(shui)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)器(qi)(qi)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)冷卻(que)液(ye)，并將加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)后(hou)的(de)(de)冷卻(que)液(ye)輸送到液(ye)冷板對電池(chi)系統加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)，主ptc水(shui)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)器(qi)(qi)、副ptc加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)器(qi)(qi)分級調(diao)節各電池(chi)箱的(de)(de)溫(wen)度(du)；

20、當0℃≤外界環(huan)境溫(wen)度(du)＜30℃時(shi)，10℃≤電(dian)池(chi)(chi)包內部最大溫(wen)度(du)＜40℃時(shi)，進(jin)入(ru)低溫(wen)散(san)熱(re)模(mo)式，暫不開啟空調壓縮(suo)機，通(tong)(tong)過(guo)冷卻液循環(huan)泵使冷卻液循環(huan)，帶走(zou)電(dian)池(chi)(chi)包熱(re)量，電(dian)池(chi)(chi)包熱(re)量通(tong)(tong)過(guo)低溫(wen)散(san)熱(re)器散(san)發，降溫(wen)調節時(shi)，通(tong)(tong)過(guo)主(zhu)流量調節閥、副(fu)流量調節閥分級(ji)調節各電(dian)池(chi)(chi)箱的溫(wen)度(du)；

21、當外界環(huan)境溫度(du)≥30℃，電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)包(bao)內(nei)部最大溫度(du)≥40℃時(shi)，進(jin)入高溫制冷(leng)模式，由于溫差較小(xiao)，通過(guo)低溫散(san)熱(re)模式無法(fa)滿足電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)系統冷(leng)卻(que)，關閉低溫散(san)熱(re)器的(de)冷(leng)卻(que)回路(lu)，開啟制冷(leng)系統，此時(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)冷(leng)卻(que)器吸收冷(leng)卻(que)液的(de)熱(re)量，冷(leng)卻(que)液降(jiang)溫后進(jin)入液冷(leng)板對電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)包(bao)進(jin)行(xing)冷(leng)卻(que)，降(jiang)溫調節(jie)(jie)時(shi)，通過(guo)主流(liu)量調節(jie)(jie)閥、副(fu)流(liu)量調節(jie)(jie)閥分級調節(jie)(jie)各電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)箱的(de)溫度(du)。

22、與現有(you)技術(shu)相比，本(ben)發明具有(you)以下有(you)益的(de)技術(shu)效果：

23、1.將(jiang)電(dian)熱偶合模型預測的電(dian)池內部溫(wen)(wen)度作為熱管理系統介入判斷條件，可補償電(dian)池自(zi)身產熱影(ying)響，排除溫(wen)(wen)度傳感器響應偏差問(wen)題，實現(xian)準(zhun)確快速調節(jie)；

24、2.分(fen)布(bu)式(shi)電(dian)(dian)池(chi)熱(re)管(guan)理(li)系統，通過增(zeng)加流量(liang)(liang)調(diao)節(jie)閥和加熱(re)器，可(ke)基于(yu)分(fen)級調(diao)節(jie)的思路(lu)，實現加熱(re)和冷(leng)卻(que)時的更精細調(diao)節(jie)，滿足大(da)電(dian)(dian)量(liang)(liang)電(dian)(dian)池(chi)系統在商用(yong)車多(duo)域(yu)布(bu)置時獨(du)立精確控制的需求。

技術特征：

1.電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)溫度預測、分布式電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)熱(re)(re)管理(li)系(xi)統，其特征在于，包括電(dian)(dian)(dian)(dian)熱(re)(re)耦合(he)模型及分布式電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)熱(re)(re)管理(li)系(xi)統，所述(shu)分布式電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)熱(re)(re)管理(li)系(xi)統根據所述(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)熱(re)(re)耦合(he)模型預測的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)內部溫度進行調(diao)節，所述(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)熱(re)(re)耦合(he)模型包括：

2.根據權利要(yao)求1所(suo)述(shu)的(de)電(dian)池溫度預測、分布(bu)式電(dian)池熱管理系統，其特(te)征在于(yu)，所(suo)述(shu)等效電(dian)路(lu)模(mo)型為二(er)階等效電(dian)路(lu)模(mo)型，包括(kuo)開(kai)路(lu)電(dian)壓源(yuan)uoc、串聯電(dian)阻(zu)ro、第一(yi)極化電(dian)阻(zu)r1、第一(yi)極化電(dian)容c1、第二(er)極化電(dian)阻(zu)r2和第二(er)極化電(dian)容c2，等效電(dian)路(lu)模(mo)型公式為：

3.根(gen)據(ju)權(quan)利要求2所(suo)述(shu)的電(dian)池溫度預測(ce)、分布式電(dian)池熱(re)管理(li)系統，其(qi)特征(zheng)在于，所(suo)述(shu)電(dian)池電(dian)路模型參(can)數基于鋰離子電(dian)池在設定溫度、電(dian)流(liu)下的充放電(dian)數據(ju)和混(hun)合(he)動力脈(mo)沖特性(xing)測(ce)試數據(ju)擬合(he)獲(huo)取作為初值，并利用滑動窗口觀測(ce)獲(huo)得的數據(ju)集通(tong)過最小(xiao)二乘(cheng)算法進行自適應識別(bie)校準更(geng)新。

4.根據權利要求3所(suo)述的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)溫度(du)預測、分布式電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)熱(re)(re)管理系(xi)統(tong)，其(qi)特(te)征在于，所(suo)述電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)熱(re)(re)模型(xing)(xing)(xing)計算模塊為具(ju)有內熱(re)(re)源的(de)穩(wen)態傳熱(re)(re)模型(xing)(xing)(xing)，包(bao)括電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)產熱(re)(re)模型(xing)(xing)(xing)、電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)中(zhong)(zhong)心到電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)表面(mian)的(de)熱(re)(re)傳導模型(xing)(xing)(xing)、電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)表面(mian)與電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)環境之間的(de)熱(re)(re)對流模型(xing)(xing)(xing)，其(qi)中(zhong)(zhong)所(suo)述電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)熱(re)(re)模型(xing)(xing)(xing)包(bao)括可(ke)逆熱(re)(re)模型(xing)(xing)(xing)及(ji)不可(ke)逆熱(re)(re)模型(xing)(xing)(xing)，可(ke)逆熱(re)(re)模型(xing)(xing)(xing)及(ji)不可(ke)逆熱(re)(re)模型(xing)(xing)(xing)的(de)表達(da)式為：

5.根據(ju)權利要求(qiu)3所(suo)述(shu)的(de)電(dian)池(chi)(chi)溫度預測、分布式電(dian)池(chi)(chi)熱(re)(re)(re)管(guan)理系(xi)(xi)統(tong)，其(qi)特征在于，所(suo)述(shu)分布式電(dian)池(chi)(chi)熱(re)(re)(re)管(guan)理系(xi)(xi)統(tong)包括液(ye)冷(leng)(leng)板、管(guan)路(lu)、低溫散熱(re)(re)(re)器(qi)、電(dian)池(chi)(chi)冷(leng)(leng)卻器(qi)、冷(leng)(leng)卻液(ye)循環泵(beng)、水(shui)箱、冷(leng)(leng)源、主ptc水(shui)加(jia)熱(re)(re)(re)器(qi)、若干副ptc水(shui)加(jia)熱(re)(re)(re)器(qi)、主流量調(diao)節(jie)閥及(ji)(ji)若干副流量調(diao)節(jie)閥；其(qi)中低溫散熱(re)(re)(re)器(qi)、電(dian)池(chi)(chi)冷(leng)(leng)卻器(qi)、循環水(shui)泵(beng)、主ptc水(shui)加(jia)熱(re)(re)(re)器(qi)及(ji)(ji)多個副ptc水(shui)加(jia)熱(re)(re)(re)器(qi)與整車熱(re)(re)(re)管(guan)理系(xi)(xi)統(tong)集成(cheng)或(huo)與冷(leng)(leng)源集成(cheng)。

6.一(yi)種分(fen)(fen)級調控方(fang)法，應用于(yu)(yu)權利要求1-5任一(yi)所述的電池(chi)溫度(du)預測(ce)(ce)、分(fen)(fen)布(bu)式(shi)電池(chi)熱(re)管理系統，其(qi)特征在(zai)于(yu)(yu)，所述分(fen)(fen)布(bu)式(shi)電池(chi)熱(re)管理系統以預測(ce)(ce)的電池(chi)內(nei)部溫度(du)作(zuo)為(wei)判斷條件，進(jin)行低(di)溫加熱(re)模式(shi)、低(di)溫散熱(re)模式(shi)及高溫制冷模式(shi)的分(fen)(fen)級調控；

7.根據權利要(yao)求(qiu)6所述的分級(ji)調控方(fang)法(fa)，其特征(zheng)在于(yu)，

技術總結
本發明涉及電池溫度預測、分布式電池熱管理系統及分級調控方法，包括電熱耦合模型及分布式電池熱管理系統，分布式電池熱管理系統根據電熱耦合模型預測的電池內部溫度進行調節，電熱耦合模型包括：等效電路計算模塊，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；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；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。

技術研發人員：趙政,楊志剛,張文博,谷雪松,劉剛,恒隆隆
受保護的技術使用者：陜西重型汽車有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/14