集成式热管理系统和车辆及热管理控制方法与流程

本发明涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种集成式热管理系统，以及采用该集成式热管理系统的车辆和热管理控制方法。

背景技术：

相关技术中，车辆的热管理系统，水ptc加热回路在低温下热量散失较多，加热效率不高，且电池加热和空调辅助采暖均通过该回路，能耗较高，影响续航；电池冷却时，制冷剂、冷却液与电池之间存在两次换热，换热效率较低；回收利用驱动电机、充电机及电池的余热也经过两次换热，回收到的热量偏少，对采暖性能提升不明显；空调采暖和电池加热共用一个水加热ptc，极端工况和常规工况下，需求ptc加热工况差异较大，会存在ptc能力浪费或电池与空调两者中其一性能不足问题；现有技术中通过增加辅助加热器回路以辅助空调加热，系统复杂，成本上涨。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种集成式热管理系统，该集成式热管理系统，能耗低、整车能源利用效率高且成本低。

本发明第二个目的在于提出一种车辆。

本发明第三个目的在于提出一种热管理控制方法。

为了达到上述目的，本发明第一方面实施例的集成式热管理系统，包括：热泵子系统，所述热泵子系统包括热泵子系统检测模块，所述热泵子系统检测模块用于检测所述热泵子系统的状态信息；高压系统冷却子系统，用于与所述热泵子系统和车辆的高压系统进行热交换；电池检测模块，用于检测车辆电池的状态信息；交互模块，用于接收乘员舱热需求的设置信息；控制器，用于根据所述车辆电池的状态信息确定所述车辆电池的热管理需求，根据所述设置信息确定所述乘员舱的热管理需求，并且根据所述车辆电池的热管理需求和所述乘员舱的热管理需求，以及所述热泵子系统的状态信息确定补热需求。

根据本发明实施例的集成式热管理系统，将热泵子系统与高压系统冷却子系统结合，控制器根据车辆电池的热管理需求和乘员舱的热管理需求，以及热泵子系统的状态信息确定补热需求，从而，在车辆电池和/或乘员舱有加热需求而热泵子系统不能满足时，可以利用高压系统产生的余热，通过高压系统冷却子系统对热泵子系统补热提供支持，以及，本发明实施例的集成式热管理系统，可以实现整车热管理系统各模块的深度集成与协同控制，实现整车能量的高效管理，提升能量综合利用率，成本低。

为了达到上述目的，本发明第二方面实施例的车辆，包括的集成式热管理系统。

根据本发明实施例的车辆，通过采用上面实施例的集成式热管理系统，在车辆电池和/或乘员舱有加热需求而热泵子系统不能满足时，可以利用高压系统冷却子系统对热泵子系统进行补热提供支持，以及，可以实现整车热管理系统各模块的深度集成与协同控制，实现整车能量的高效管理，提升能量综合利用率。

为了达到上述目的，本发明第三方面实施例的热管理控制方法，包括：获取车辆电池的状态信息，以及，获取乘员舱热需求的设置信息；根据所述车辆电池的状态信息确定所述车辆电池的热管理需求，以及，根据所述设置信息确定所述乘员舱的热管理需求，并根据所述乘员舱的热管理需求和所述车辆电池的热管理需求控制所述热泵子系统的工作模式；获取热泵子系统的状态信息；根据所述车辆电池的热管理需求和所述乘员舱的热管理需求，以及所述热泵子系统的状态信息确定所述热泵子系统是否有补热需求。

根据本发明实施例的热管理控制方法，根据车辆电池的热管理需求和乘员舱的热管理需求，以及热泵子系统的状态信息确定热泵子系统是否有补热需求，可以为高压系统冷却子系统对热泵子系统的补热提供基础，以及，使得整车热源可以更加深入地协同工作，提高整车能源利用率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的集成式热管理系统的框图；

图2是根据本发明的一个实施例的集成式热管理系统的示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的高压电驱动控制回路的示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的热管理控制方法的流程图；

图5是根据本发明的一个实施例的热管理控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面参考图1至图5详细描述本发明的实施例。

下面参考图1-图3描述根据本发明第一方面实施例的集成式热管理系统。

图1是根据本发明的一个实施例的集成式热管理系统100的框图，如图1所示，本发明实施例的集成式热管理系统100包括热泵子系统101、电池检测模块102、交互模块103、高压系统冷却子系统105和控制器104。

其中，热泵子系统101包括热泵子系统检测模块，热泵子系统检测模块用于检测热泵子系统101的状态信息,例如车内外环境温度、热泵子系统101中的冷媒压力和冷媒温度等。高压系统冷却子系统105为高压系统的冷却回路，在本申请的实施例中，高压系统冷却子系统105可以与热泵子系统101和车辆的高压系统分别进行热交换。

高压系统冷却子系统105可以用于对高压系统进行冷却，带走高压系统的热量。高压系统的热量也可以用于向热泵子系统101提供热量，具体地，高压系统的热量加热高压系统冷却子系统105中的冷却液，并与热泵子系统101进行热交换，以实现对热泵子系统101补热。

电池检测模块102用于检测车辆电池的状态信息，例如，电池温度、电池电量、电压等。交互模块103用于接收乘员舱热需求的设置信息，用户通过交互模块103设置乘员舱热需求，例如开启关闭空调制冷，开启关闭空调加热，是否需要加热除湿或者是否需要加热电池，以及需要加热的温度等信息。

控制器104用于根据车辆电池的状态信息确定车辆电池的热管理需求，并根据设置信息确定乘员舱的热管理需求，以及根据车辆电池的热管理需求和乘员舱的热管理需求，以及热泵子系统101的状态信息确定补热需求。

在本发明的一个实施例中，图2为根据本发明的一个实施例的集成式热管理系统100的示意图，如图2所示，热泵子系统101包括压缩机1、第一换热器3、第一电子膨胀阀5、第一电磁阀6、第二换热器7、第一单向阀13、板式换热器15、第二电磁阀16、第二单向阀17、第二电子膨胀阀19、第三单向阀18、电池包直冷板21、口径可调的节流阀23、第三电磁阀24、第四电磁阀25、第四单向阀26、气液分离器27、第五单向阀29、第五电磁阀30、第三换热器31和第三电子膨胀阀32。

其中，压缩机1的输出端与第一换热器3的第一接口连接，第一换热器3的第二接口与第二换热器7的第一接口连接，第一换热器3的第二接口与第二换热器7的第一接口之间的管路上设置第一电子膨胀阀5和第一电磁阀6，第二换热器7的第二接口与第一单向阀13的第一接口连接，第一单向阀13的第二接口分别与板式换热器15的第二接口、第三单向阀18的第二接口、第三换热器31的第二接口连接，第一单向阀13的第二接口与第三换热器31的第二接口之间的管路上设置第三电子膨胀阀32，第三换热器31的第一接口与第五单向阀29的第二接口连接，第五单向阀29的第一接口与第四单向阀26的第二接口连接，第五单向阀29的第一接口与第一单向阀13的第二接口之间的管路上设置有第五电磁阀30，第四单向阀26的第一接口与气液分离器27的第一端连接，气液分离器27的第二端与压缩机1的输入端连接，板式换热器15的第一接口与第二单向阀17的第二接口连接，板式换热器15的第一接口与第二单向阀17的第二接口之间的管路上设置第二电磁阀16，第二电磁阀16与第二单向阀17的第二接口之间具有第一节点，第一节点连接于第一电子膨胀阀5与第一电磁阀6之间，第二单向阀17的第一接口和第三单向阀18的第一接口均与电池包直冷板21的第二端连接，电池包直冷板21的第二端处设置第二电子膨胀阀19，电池包直冷板21的第一端通过节流阀23分别与压缩机1的输出端、第四单向阀26的第二接口连接，节流阀23与压缩机1的输出端之间的管路上设置第三电磁阀24，节流阀23与第四单向阀26的第二接口之间的管路上设置第四电磁阀25。

基于上述的热泵子系统101，将电池的热管理回路与乘员舱的热管理回路连接，采用电池包直冷板21以电池直冷直热的方式以实现对电池的加热或冷却。电池包需要冷却时，压缩机1驱动制冷剂进入电池包直冷板21蒸发吸热冷却电池；电池包需要加热时，压缩机1驱动制冷剂进入电池包直冷板21冷凝放热加热电池，过程为潜热换热，介质相变换热，且温度在电池包内保持在一个很小的范围内，从而，节省了电池的热管理回路中冷却液回路、水泵12及板式换热器15，降低系统成本。采用电池直冷直热的方式对于电池进行加热或冷却，系统中换热由两次换热变为一次换热且电池包直冷板21与电芯之间接触良好，换热效率高于传统冷却板，可降低能耗。在本申请中电池冷却或加热方式为直冷直热，即制冷剂相变换热，换热系数更高，可实现电池的速冷速热，减少电池的高低温不适宜工作温度段区间占比，延长电池寿命；相变换热过程中冷媒温度变化较小，电池均温性好，利于电池的一致性管理和寿命。

以及，热泵子系统101回路上电池包直冷板21的第一端设置有一口径可变的节流阀23，当电池与空调同时有冷却或加热需求时，查表得到所需的节流阀23口径，主动调节口径，进而调节系统压力和温度，可以实现乘员舱和电池热管理模块的流经介质温度控制（直冷直热冷媒温度直接影响电池温度）。

在具体示例中，控制器104通过切换不同的阀体组合来控制对热泵子系统101实现不同的工作模式，满足乘员舱和/或电池包的加热和冷却需求。

在本发明的一种实施例中，高压系统可以包括电驱动系统，电驱动系统包括电机。在具体的实施方式中，电驱动系统还可以包括电机控制器、变速器等。同理的，高压系统也可以是充配电系统，充配电系统包括dc-dc、obc（onboardcharger，车载充电器）、配电箱等。高压系统冷却子系统105与高压系统对应设置，高压系统冷却子系统105中的冷却液管道可以是与电机的绕组、电机控制器的igbt等发热器件接触设置，冷却液流经电机的绕组、电机控制器的igbt等发热器件处时，可带走电机的绕组、电机控制器的igbt等发热器件的热量；同理，也可以调整电机的绕组、电机控制器的igbt等发热器件的发热量用于加热流经此处的冷却液。

图3为根据本申请的一个实施例的高压电驱动控制回路的示意图，具体地，电驱动系统包括电池、电机控制器、电机（三相交流电机）、电感和开关。其中，电池通过正负直流母线与电机控制器连接，电机控制器通过三相线与电机连接，电机的三相绕组共接形成中性点，中性点引出n线通过电感开关k1与电感连接，电感连接储能电容c2，储能电容c2通过母线负极开关k2连接至电机控制器。在系统用于充电时，外部供电设备（充电桩）的正负极分别连接在储能电容c2的两端。

如图2所示，高压系统冷却子系统105包括水泵12、电机散热器8、风扇9、三通阀10，高压系统冷却子系统105的换热介质管线与高压系统的发热器件接触设置，高压系统工作产生的热量用于对换热介质管线中的换热介质进行加热。

其中，高压系统冷却子系统105通过热泵子系统101的板式换热器15与热泵子系统101实现热交换。具体地，水泵12的第一接口与热泵子系统101的板式换热器15的第三接口连接，水泵12的第二接口与高压系统的第一冷却接口连接，三通阀10的c口与热泵子系统101的板式换热器15的第四接口连接，三通阀10的b口与高压系统的第二冷却接口连接，三通阀10的a口与电机散热器8的第一接口连接，电机散热器8的第二接口与高压系统的第二冷却接口连接，风扇9与电机散热器8对应设置。

在一些实施例中，热泵子系统101还包括热泵子系统检测模块，热泵子系统检测模块用于检测热泵子系统101的状态信息例如车内外环境温度、冷媒压力和温度等。控制器104根据车辆电池的热管理需求和乘员舱的热管理需求，以及热泵子系统101的状态信息确定补热需求和所需补热功率。

在实施例中，控制器104还用于响应于补热需求根据车辆运行状态确定补热模式，根据热泵子系统101的状态信息获得所需补热功率，根据所需补热功率和补热模式控制高压系统中电机的工作电流，以通过高压系统冷却子系统105对热泵子系统101进行补热。

其中，可以根据所需补热功率获得补热所需电机电流，根据补热模式和补热所需电机电流来控制高压系统，通过调节流经高压系统的电流，使得高压系统的部件产生热量，高压系统产生的热量加热高压系统冷却子系统105中的冷却液，高压系统冷却子系统105再与热泵子系统101进行热交换，从而实现对热泵子系统101进行补热。

具体地，以高压系统为电驱动系统为例，如图3所示，电驱动控制回路可以通过控制开关k1和开关k2的开闭，控制电机控制器使得系统实现行车驱动和驻车充电的功能。在车辆驱动状态，控制开关k1和开关k2断开，电池、电机控制器和交流电机组成电机驱动电路，系统实现行车驱动功能；当充电桩与高压电驱动控制回路连接，车辆处于驻车充电状态，系统控制开关k1和开关k2闭合，电池、电机控制器、交流电机、电感、储能模块和充电桩组成电机升压充电电路，系统实现升压充电功能。

高压系统的部件在工作时，基于导体的焦耳效应会产生热量，通过调节流经高压系统的电流，可以调节高压系统的部件产生的热量，例如，可以增大流经高压系统的开关器件和电机绕组的电流，以使提升高压系统的开关器件和电机绕组的发热量。高压系统产生的热量加热高压系统冷却子系统105中的冷却液，高压系统冷却子系统105通过板式换热器15可以与热泵子系统101进行热交换，从而高压系统通过高压系统冷却子系统105实现对热泵子系统101进行补热。其中，车辆在不同的运行状态其电驱动系统的工作方式不同，对应的补热模式也不同，根据车辆运行状态确定补热模式，根据热泵子系统101的状态信息获得所需补热功率，根据所需补热功率和补热模式控制高压系统中电机的工作电流，以通过高压系统冷却子系统105对热泵子系统101进行补热，可以充分利用高压系统的产热对热泵子系统101补热，合理利用整车的能量，实现高的能量利用率，并且能量在电池、高压系统和乘员舱之间流动，实现高集成度能量管理。

利用高压系统对热泵子系统进行补热包括通过改变电机控制器中igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)上下桥的通断频率实现电机驱动余热补热、电机无功热量补热、电机堵转加热、电机升压协同加热补热等四种方式，下文有详细说明。

本发明实施例的集成式热管理系统100，热泵子系统101与高压系统冷却子系统105集成连接，在热泵子系统101有补热需求时，充分利用电机产热，根据车辆的不同运行状态主动控制电机生热，并在电机热管路中设计一条回路，使得经过高压系统的冷却液直接通过三通阀10的b口流向板式换热器15，通过板式换热器15将热量补充至热泵子系统101，实现整车热管理系统各模块的深度集成与协同控制，实现整车能量的高效管理，提升能量综合利用率；以及，利用电机产热，复用电机零部件实现加热功能，实现性能及多个功能基础上，降低系统成本；以及，使该非增焓式热泵子系统101的适宜工作温度达到-25℃左右，并且电池加热时，可利用来自于热泵子系统101的热量，能效比大于1，能耗显著降低。

基于上面实施例的集成式热管理系统100，本发明第二方面实施例提出了一种车辆，车辆包括上文实施例的集成式热管理系统100，当然车辆还包括其他零部件和系统，在此不一一列举。

根据本发明实施例的车辆，通过采用上面实施例的集成式热管理系统100，将热泵子系统101与高压系统冷却子系统105结合，控制器104根据车辆电池的热管理需求和乘员舱的热管理需求，以及热泵子系统101的状态信息确定补热需求和所需补热功率，从而，在车辆电池和/或乘员舱有加热需求而热泵子系统101不能满足时，可以为通过高压系统冷却子系统105对热泵子系统101补热提供支持，进而可以满足车辆电池和/或乘员舱的需求。以及，本发明实施例的集成式热管理系统100，可以实现整车热管理系统各模块的深度集成与协同控制，实现整车能量的高效管理，提升能量综合利用率，成本低。

基于上面实施例的集成式热管理系统100，本发明第三方面实施例提出了一种热管理控制方法，下面参照附图4-图5描述根据本发明实施例的热管理控制方法。

图4是根据本发明一个实施例的热管理控制方法的流程图，如图4所示，该热管理控制方法包括：

s1：获取车辆电池的状态信息，以及，获取乘员舱热需求的设置信息。

s2：根据状态信息确定车辆电池的热管理需求，以及，根据设置信息确定乘员舱的热管理需求，并根据乘员舱的热管理需求和车辆电池的热管理需求控制热泵子系统的工作模式。

s3：获取热泵子系统的状态信息。

s4：根据车辆电池的热管理需求和乘员舱的热管理需求，以及热泵子系统的状态信息确定热泵子系统是否有补热需求。

其中，电池的状态信息为电池的温度、电量、电压等反映电池内部状态的参数，用于确定电池是否需要加热以及所需要的加热温度。乘员舱热需求的设置信息包括用户设置乘员舱热需求，例如开启空调制冷，开启空调加热，是否需要加热除湿或者是否需要加热电池，以及需要加热的温度等信息，用于确定乘员舱的热管理需求以及所需要的加热温度。热泵子系统的状态信息包括例如车内外温度、冷媒压力和温度等，反映热泵子系统的能量状态。

具体地，在根据电池的状态信息以及乘员舱热需求的设置信息确定车辆电池和/或乘员舱有加热需求时，根据乘员舱的热管理需求和车辆电池的热管理需求控制热泵子系统的工作模式。进一步根据热泵子系统的状态信息确定其能否满足车辆电池和/或乘员舱的加热需求，若热泵子系统不能满足车辆电池和/或乘员舱的加热需求，则热泵子系统有补热需求；若热泵子系统能够满足车辆电池和/或乘员舱的加热需求，则热泵子系统无补热需求。

在一种实施方式中，高压系统可以包括电驱动系统，电驱动系统包括电机。如图5所示，本申请的热管理控制方法还包括：

s11：若确定热泵子系统有补热需求，根据车辆运行状态确定补热模式；

具体地，在车辆的不同运行状态，高压系统可以实现不同的功能。在车辆驱动状态，可以控制高压系统实现行车驱动功能；当车辆通过高压系统与充电桩连接，车辆处于驻车充电状态，可以控制高压系统实现升压充电功能；在车辆处于驻车状态时，也可以控制高压系统发热。车辆在不同的运行状态其电驱动系统的工作方式不同，对应的补热模式也不同，若确定热泵子系统有补热需求，则根据车辆当前的运行状态确定此时的补热模式。

s12：根据车辆电池的热管理需求和乘员舱的热管理需求和热泵子系统的状态信息计算所需补热功率；

具体地，根据车辆电池的热管理需求和乘员舱的热管理需求可以得到车辆电池和乘员舱需要加热的温度信息，热泵子系统的状态信息反映了热泵子系统当前的产热能力，根据车辆电池和乘员舱需要加热的温度信息和热泵子系统当前的产热能力可以计算出热泵子系统的所需补热功率。

s13：根据补热模式和所需补热功率控制高压系统中电机的工作电流以通过高压系统冷却子系统为热泵子系统补热。

具体地，高压系统冷却子系统中的冷却液管道与电机的绕组、电机控制器的igbt等发热器件接触设置，可以通过调整电机的绕组、电机控制器的igbt等发热器件的发热量用于加热流经此处的冷却液。可以根据所需补热功率获得补热所需电机电流，根据补热模式和补热所需电机电流来控制高压系统，通过调节流经高压系统的电流，使得高压系统的部件产生热量，高压系统产生的热量加热高压系统冷却子系统中的冷却液，高压系统冷却子系统再与热泵子系统进行热交换，从而实现对热泵子系统进行补热。

根据本发明实施例的热管理控制方法，根据车辆电池的热管理需求和乘员舱的热管理需求，以及热泵子系统的状态信息确定热泵子系统是否有补热需求，可以为高压系统冷却子系统对热泵子系统的补热提供基础，进而可以满足车辆电池和/或乘员舱的加热需求。

在本发明一种实施例中，车辆运行状态包括行车状态、驻车状态和电机升压充电状态。

若车辆处于行车状态，采用电机驱动补热模式，在电机驱动补热模式下，控制电机工作在预设驱动功率，以利用电机驱动的无功功率产生的热量进行补热，其中，驱动功率为电机的输出功率，包括有功功率和无功功率，有功功率用于行车驱动，无功功率用于产生余热；若车辆处于驻车状态，采用电机堵转生热补热模式，在电机堵转生热补热模式下，控制电机工作在预设堵转电流，以利用电机堵转无功工作产生的热量进行补热；若车辆处于电机升压充电状态，采用电机升压协同产热补热模式，在电机升压协同产热补热模式下，控制电机工作在预设充电电流，并且将电机的三相绕组工作电流分别叠加不平衡电流，以实现电机补热，其中，预设充电电流为三相绕组工作电流的和，并且叠加不平衡电流后，保持三相绕组工作电流的和等于预设充电电流。可以理解的是，预设充电电流用于对电池充电，三相绕组工作电流用于产生余热。

具体地，车辆在行车状态下，电驱动系统运行提供驱动力，电机驱动输出的驱动功率分为两部分，一部分是驱动电机旋转用于产生扭矩以驱动车辆运行的有功功率，另一部分是电机和电机控制器在运行过程中产生的热量，属于无功功率，即电机驱动功率等于有功功率和无功功率之和。无功功率会使得高压器件发热，在热泵子系统需要补热时，利用可利用电机驱动的无功功率产生的热量进行补热可以提高能源利用率，减小能源浪费。

车辆在驻车状态下，电驱动系统未工作，可以通过控制电机的工作电流，使得电机堵转以产生热量，电机在堵转状态下其功率均用于发热，可以理解为电机驱动功率中的有功功率部分为零，电机驱动功率全部作为无功功率用于产热，发热效率高。通过控制电机堵转产热来为热泵子系统补热，不需增加额外的零部件，充分利用车辆自身器件复用，无需增加额外硬件结构，成本低。

在电机升压充电状态下，车辆与外部供电设备连接，利用电机实现升压充电，通过控制电机控制器以预设充电电流对电机进行充电，在电机升压充电的过程中电机会产热。

具体地，预设充电电流为充电桩对电池输出的充电电流，可以根据充电桩的输出能力进行调整，也可以是根据电池的电压进行调整，是预先设定的对电池充电的电流。电机的三相绕组工作电流为电机的三相绕组工作时其上流经的电流，如图3所示，电机的三相绕组工作电流包括ia，ib，ic，其中，预设充电电流为三相绕组工作电流的矢量和。预设充电电流决定电池的充电功率，电机的三相绕组工作电流ia，ib，ic决定电机绕组的发热功率。电驱动系统对电池进行升压充电时，电驱动系统的电机控制器的三相桥臂以及三相绕组上分别流过绕组工作电流ia，ib，ic，在三相绕组工作电流满足预设充电电流的基础上，通过在电机的三相绕组工作电流上分别叠加不平衡电流，并且叠加不平衡电流后，保持三相绕组工作电流的和等于预设充电电流，即保持预设充电电流不变，例如，分别在三相绕组工作电流ia，ib，ic上叠加不平衡电流，得到新的三相绕工作电流ia+15，ib-10，ic-5.新的三相绕工作电流ia+15，ib-10，ic-5之和仍等于预设充电电流，三相绕组工作电流之间的不平衡电流差增大，从而使得电机发热功率更大。并且，此时车辆与外部充电设备连接，由外部供电设备提供能量，以减少电池本身的能量消耗，可以充分整合整车的能源，降低了车辆的能耗。

本申请提供的热管理控制方法，根据车辆的行车状态采用对应的补热模式，可以更合理地利用高压系统的能量，将高压系统不同工作状态下产生的热量用于对热泵子系统补热，灵活利用高压系统的余热，实现整车热管理系统各模块的深度集成与协同控制，实现整车能量的高效管理，提升能量综合利用率，成本低。

进一步地，还可以通过交互模块与用户进行交互，以满足用户根据自身需求来调整补热形式的需求。在一些实施例中，可以通过交互模块来输入用户选择的补热设定形式例如经济形式或性能形式，具体地，响应于补热需求发送补热设定形式确认指令，控制交互模块显示补热模式确认指令，交互模块接收用户确认的补热设定形式，控制器根据补热形式、补热设定形式和所需补热功率控制高压系统中电机的工作电流以通过高压系统冷却子系统对热泵子系统进行补热。

具体地，在确定热泵子系统有补热需求时，本发明实施例的热管理控制方法还可以包括：接收用户确认的补热设定形式，其中，补热设定形式包括性能形式和经济形式。其中，经济形式指的是以能耗为前提，缓慢加热及升温；性能形式为以最大能力迅速加热及升温。例如，整车控制器响应于补热需求发送补热设定形式指令至交互模块，整车热管理控制器控制交互模块显示补热设定形式的选择信息，用户通过操作交互模块可以选择需要的补热设定形式例如经济形式或者性能形式，整车热管理控制器根据补热模式、补热设定形式和所需补热功率控制高压系统中电机的工作电流，以通过高压系统冷却子系统对热泵子系统补热，满足车辆加热需求以及满足用户需求。通过设置性能和经济的补热设定形式，用户可以依据自身需求来调整补热形式，满足缓慢加热或迅速加热的不同需求，更加人性化和方式灵活。

在实施例中，电机驱动补热模式可以包括无功产热补热模式和电机余热补热模式；若车辆处于行车状态且补热设定形式为性能形式，则采用无功产热补热模式，在无功产热补热模式下，保持电机的有功功率以维持扭矩输出，并增大电机的无功功率，直至无功功率大于所需补热功率。

具体地，车辆处于行车状态，电机输出的功率首先要保证车辆的行车驱动需求，热泵子系统的补热设定形式为性能形式，需要在电机可承受的功率范围内实现快速产热，则保持电机的有功功率以维持扭矩输出，同时增大电机的无功功率，直至电机的无功功率大于所需补热功率，即电机的无功功率产生的热量大于根据车辆电池的热管理需求和乘员舱的热管理需求和热泵子系统的状态信息计算出来的所需补热功率，电机能够快速产热。

或者，若车辆处于行车状态且补热设定形式为经济形式，采用电机余热补热模式，在电机余热补热模式下，当电机的无功功率大于所需补热功率时，保持电机的原驱动功率；当电机的无功功率小于所需补热功率时，保持电机的有功功率以维持扭矩输出，并将电机的无功功率增加至等于所需补热功率。

具体地，车辆处于行车状态且补热设定形式为经济形式时，高压系统对热泵子系统进行补热以能耗为前提，只需要满足热泵子系统的所需补热功率即可，并且电机输出的功率首先要保证车辆的行车驱动需求。判断电机当前的驱动功率下无功功率是否满足所需补热功率，当电机的无功功率大于所需补热功率时，即电机当前驱动功率中的有功功率可以维持保证车辆的行车驱动需求，并且其无功功率可以维持热泵子系统的所需补热功率，则保持电机的原驱动功率。当电机的无功功率小于所需补热功率时，保持电机当前驱动功率中的有功功率以维持扭矩输出保证车辆的行车驱动需求，并且将电机的无功功率增加至等于所需补热功率，使电机满足所需补热功率进行产热。

在实施例中，电机堵转生热补热模式包括第一堵转生热补热模式和第二堵转生热补热模式。若车辆处于驻车状态且补热设定形式为性能形式，采用第一堵转生热补热模式，在电机可承受的功率范围内实现快速产热。车辆处于驻车状态，电机中有电流流过但不会产生扭矩，在第一堵转生热补热模式下，其电驱动系统的功率均用于发热，可以理解为电机驱动功率中的有功功率部分为零，电机驱动功率全部作为无功功率用于产热，发热效率高。通过增大电机的堵转电流，提高电机的无功功率直至堵转电流下电机的发热功率大于补热需求功率，以满足补热需求，可以理解的，堵转电流下电机的发热功率即为电机的无功功率。

或者，若车辆处于驻车状态且补热设定形式为经济形式，采用第二堵转生热补热模式，电机以等于热泵子系统所需补热功率的无功功率产热，保证热泵子系统的补热需求。在第二堵转生热补热模式下，通过增大电机的堵转电流，提高电机的无功功率直至堵转电流下电机的发热功率等于所需补热功率，保证热泵子系统的补热需求。

在实施例中，电机升压协同产热补热模式包括第一升压协同产热补热模式和第二升压协同产热补热模式。其中，车辆处于电机升压充电状态且补热设定形式为性能形式，采用第一升压协同产热补热模式，在该模式下，控制电机工作在预设充电电流，以保证电池的充电功率，并增大电机的三相绕组的不平衡电流，直至电机的发热功率大于所需补热功率。即在三相绕组的工作电流上分别叠加不平衡电流，使得三相绕组的工作电流的绝对值之差增大。在电机的三相绕组工作电流上分别叠加不平衡电流可以理解为使得三相绕组的工作电流不相同，产生不平衡的电流差。示例性的，电机的三相绕组工作电流为ia、ib、ic，电机对电池的升压充电流为三相绕组工作电流ia、ib、ic之和，电机对电池的升压充电流即为预设充电电流，预设充电电流不变，则ia、ib、ic之和不变，在电机的三相绕组工作电流上分别叠加不平衡电流可以理解为在ia、ib、ic上分别叠加一个平衡值，使得ia、ib、ic之和不变，并且ia、ib、ic两两之间绝对值的差值变大，使得电机的三相绕组上形成的不平衡电流差更大，从而使得电机发热功率更大，直至电机的发热功率大于所需补热功率。

或者，车辆处于电机升压充电状态且补热设定形式为经济形式，采用第二升压协同产热补热模式，其中，若在电机的三相绕组工作电流下电机的发热功率大于所需补热功率，则保持电机的预设充电电流所对应的三相绕组工作电流，即电机的三相绕组工作电流的不平衡电流叠加值为零；若在电机的三相绕组工作电流下电机的发热功率小于所需补热功率，增大三相绕组工作电流的不平衡电流叠加值，直至发热功率等于所需补热功率。

由上，根据车辆状态和补热设定形式，采用合适的补热模式，可以充分整合整车的能源，无需增加额外硬件结构，成本低。

在一些实施例中，热泵子系统的状态信息包括制冷剂温度、制冷剂压力和环境温度，根据热泵子系统的状态信息判断热泵子系统是否有补热需求，包括：

环境温度低于环境温度阈值时，若满足制冷剂温度低于制冷剂温度阈值和制冷剂压力低于制冷剂压力阈值中的至少一项，则确定热泵子系统有补热需求；或者，若制冷剂温度不低于制冷剂温度阈值或制冷剂压力不低于制冷剂压力阈值，则确定热泵子系统无补热需求。或者，环境温度高于环境温度阈值时，则确定热泵子系统无补热需求。

例如，在车辆电池和/或乘员舱有加热需求时，在环境温度低于环境温度阈值的情况下，制冷剂温度低于制冷剂温度阈值和/或制冷剂压力低于制冷剂压力阈值，即满足制冷剂温度低于制冷剂温度阈值和制冷剂压力低于制冷剂压力阈值中的任一项，则确定热泵子系统有补热需求；或者，若制冷剂温度不低于制冷剂温度阈值且制冷剂压力不低于制冷剂压力阈值，则确定热泵子系统无补热需求。或者，环境温度高于环境温度阈值，确定热泵子系统无补热需求。若确定热泵子系统有补热需求，根据热泵子系统的状态信息获得所需补热功率，进而控制器将补热需求和所需补热功率发送给整车，以控制高压系统中电机的工作电流，通过高压系统冷却子系统来与热泵子系统进行热交换，以实现对热泵子系统的补热，满足车辆电池和/或乘员舱的需求。

在一些实施例中，热管理控制方法还包括：获取高压系统及高压系统冷却子系统的温度信息；根据该温度信息确定高压系统冷却子系统的热管理需求；根据高压系统冷却子系统的热管理需求控制高压系统冷却子系统的工作模式。

具体地，在实施例中，乘员舱的降温、采暖、采暖除湿需求来自用户设定，电池的冷却加热需求来自对电池状态（温度、电压、荷电状态等）的动态检测值与预设适宜工作电池状态（温度、电压、荷电状态等）的比较，高压系统的冷却需求来自于高压系统部件元器件及冷却回路温度的动态检测值与预设适宜工作高压系统状态（元器件温度及冷却回路温度等）的比较，各需求分别通过定义的信号值发送至热泵子系统控制器、整车控制器和整车热管理控制器，电池和乘员舱需求执行的系统均为热泵子系统，高压系统需求执行的系统为单独的检测模块和执行部件。

从而，通过该控制方法合理利用整车的能量，实现高的能量利用率；以及，实现该系统的智能化控制，提升用车体验；以及，通过控制方法实现能量在电池、环境、高压系统和乘员舱之间的流动，实现高集成度能量管理。

具体来说，当热泵子系统控制器和整车控制器接收到相关需求信号时，先自检系统是否正常，热泵子系统需自检系统制冷剂压力和温度是否在正常范围，各传感器采样是否正常，高压系统冷却系统需自检电子水泵、电子风扇是否正常及各温度、水温传感器采样是否正常，若有异常，则发送异常故障信号至各控制器并发送至整车热管理控制器，按严重程度弹送提醒信号至用户仪表；若均正常，热泵子系统根据乘员舱需求和电池需求综合判断工作在不同的工作模式，高压冷却子系统根据热泵子系统是否需要补热判断工作在不同的工作模式。

在一些实施例中，在热泵子系统性能不佳时，控制高压系统通过高压系统冷却子系统对热泵子系统补热，电机控制器控制电机可以工作在电机驱动补热模式、电机堵转生热补热模式、电机升压协同产热补热模式等几种工作模式下，产生不同的热量并补充至热泵子系统的制冷剂回路，实现补热。从而，可以充分利用电机产热，在行车和充电过程中主动控制电机生热，实现整车热管理系统各模块的深度集成与协同控制，实现整车能量的高效管理，提升能量综合利用率；利用电机产热，复用电机零部件实现加热功能，实现性能及多个功能基础上，降低系统成本；使该非增焓式热泵子系统的适宜工作温度达到-25℃左右，降低能耗。

由上，本发明实施例的热管理控制方法，结合热泵子系统和高压系统冷却子系统，在热泵子系统无补热需求时，可以根据车辆电池的热管理需求和乘员舱的热管理需求来控制热泵子系统的工作模式，或者，在热泵子系统有补热需求时，可以控制高压系统通过高压系统冷却子系统来对热泵子系统进行补热，以及，可以根据高压系统的状态信息来控制高压系统冷却子系统的工作模式，从而，可以合理利用整车能量，实现乘员舱和电池之间的热量流动，实现能量管理，满足用户需求，提高驾乘感受。

下面以图1和图5作为示例，对根据不同热管理需求控制热泵子系统101和高压系统冷却子系统的工作模式进行说明。

在一些实施例中，确定乘员舱有制冷需求且车辆电池有冷却需求，则控制热泵子系统101运行第一热泵工作模式，其中，如图2所示，在第一热泵工作模式时，控制第二电磁阀16、第三电磁阀24和第五电磁阀30均关闭，并控制第一电磁阀6和第四电磁阀25均开启，并根据系统压力和压力需求获得热泵子系统101中的节流阀23的目标口径以调节节流阀23。参照图2所示，在第一热泵工作模式下，制冷剂流通回路依次为：压缩机1→第一换热器3（车内冷凝器）→电磁电子膨胀阀5→电磁阀6→车外冷凝器7→单向阀13→（单向阀18→双向电子膨胀阀19→电池包直冷板21→节流阀23→电磁阀25）/（电子膨胀阀32→第三换热器31→单向阀29）→单向阀26→气液分离器27→压缩机1。从而，通过第一换热器3（车内冷凝器）的热交换实现对乘员舱的制冷，以及通过电池包直冷板21实现对电池的冷却。

其中，在一种实施例中，确定高压系统有冷却需求，控制高压系统冷却子系统105运行第一高压冷却工作模式，其中，如图2所示，在第一高压冷却工作模式时，控制高压系统冷却子系统105中的三通阀10的a口与b口关闭以及b口与c口关闭，并控制三通阀10的a口与c口连通。冷却液流通回路依次为：水泵12→板式换热器15→三通阀10ac→电机散热器8→高压系统11→水泵12。从而实现对高压系统11的散热和冷却。

在一些实施例中，若确定热泵子系统101无补热需求，则根据乘员舱的热管理需求和电池的热管理需求控制热泵子系统101的工作模式，具体的制冷剂流通回路可以参照图2根据实际情况设置，在此不再赘述。

进一步地，热泵子系统101根据需求值与现有系统传感器采集的数值对比，查表得到压缩机1转速、电子风扇9转速、鼓风机档位、电子膨胀阀、风门开度等的目标值发送各执行部件工作，尤其在第一热泵工作模式和第三热泵工作模式中，需根据当前系统压力和需求，查表口径可调节流阀23的口径，进而调节系统电池包直冷板和蒸发器处制冷剂压力和温度满足需求，所查表由系统及零部件级计算与标定并根据整车表现修正得到。

在实施例中，根据补热模式、补热设定形式和所需补热功率控制高压系统通过高压系统冷却子系统对热泵子系统进行补热，包括以下几种情况。

其中，若在有电池加热需求，且热泵子系统判断需要接入高压系统补热时，整车控制器接收到热泵子系统的补热需求和请求补热功率时，第一步先检测整车的车速、档位和充电枪信号确认电机工作状态为驱动、驻车还是充电状态，例如，枪未连接、整车允许放电且档位为停车档，则为驻车状态；如枪未连接、整车允许放电且档位为行驶档，则为驱动状态；如枪连接、整车允许充电则为驻车充电状态。

其中，若车辆处于行车状态且补热设定形式为性能形式，则采用无功产热补热模式，在无功产热补热模式下，保持电机的有功功率以维持扭矩输出，并增大电机的无功功率，直至无功功率大于所需补热功率，默认为高压系统中的第一开关和第二开关均断开。

或者，若车辆处于行车状态且补热设定形式为经济形式，采用电机余热补热模式，在电机余热补热模式下，当电机的无功功率大于所需补热功率时，保持电机的原驱动功率，或者，当电机的无功功率小于所需补热功率时，保持电机的有功功率以维持扭矩输出，并将电机的无功功率增加至等于所需补热功率，默认为高压系统中的第一开关和第二开关均断开。

或者，若车辆处于驻车状态且补热设定形式为性能形式或经济形式，采用电机堵转生热补热模式，在第一堵转生热补热模式下，增大电机的堵转电流，直至堵转电流下电机的发热功率大于所需补热功率；在第二堵转生热补热模式下，增大电机的堵转电流，直至堵转电流下电机的发热功率等于所需补热功率，默认为高压系统中的第一开关和第二开关均断开。

或者，若车辆处于电机升压充电状态且补热设定形式为性能形式，采用第一升压协同产热补热模式，控制电机工作在预设充电电流，并增大电机的三相绕组的不平衡电流，直至发热功率大于所需补热功率，或者，若车辆处于电机升压充电状态且补热设定形式为经济形式，若在电机的三相绕组工作电流下电机的发加热功率大于所需补热功率，保持电机的预设充电电流所对应的三相绕组工作电流；若在电机的三相绕组工作电流下电机的加发热功率小于所需补热功率，增大三相绕组工作电流的不平衡电流叠加值，直至发热功率等于所需补热功率，在电机升压协同产热补热模式下，默认为高压系统中的第一开关和第二开关均闭合。

在本申请的实施方式中，根据当前电压换算出满足补热功率的电机电流，进而发送补热设定形式确认指令至高压系统控制器，并发送至整车热管理控制器弹送至仪表由用户进行选择，根据用户选择指令生成的反馈指令传递至整车控制器后，比较当前电机电流和补热需求电机电流的大小结合可选的补热方式，发出电机工作状态命令和工作电流至电机控制器，对热泵系统进行补热，整车过程中对电机、电机控制器及电感上的温度进行实时的检测和保护，确保在不烧坏器件的前提下，控制高压系统为热泵系统进行补热。

如图3所示，堵转生热补热时，k1和k2断开，电机控制器根据工作电流控制电机工作在一定相同电流值下生热；电机驱动补热模式下，k1和k2断开，电机控制器根据当前驱动所需电流控制电机工作在该电流值下；无功产热补热模式下，k1和k2断开，电机控制器控制电机由能耗优先转矩转速map表转至加热优先转矩转速map表，并根据工作电流查取并控制电机工作在相应转矩电流和励磁电流下。

电机升压协同产热补热模式下，k1和k2闭合，以低温环境下充电为例进行说明，即电池需要加热且热泵系统需要补热，在低温环境下充电时，通常会经历三个阶段：

首先，是以加热为主的充电阶段，该阶段由于电池温度较低，充电能力较弱，充电电流较小，即加热需求较大，需尽快提升电池温度，对应热泵系统补热需求电流较大，即需要实现电池小电流充电条件下的大功率产热补热热泵系统，该阶段以产热补热为主，充电桩输出电流至母线电容后，产热补热控制来消耗电容上的电量，二者抵消后电池的充电电流很小。所以电感上电流很小，但是电机和电机控制器流过电流较大，需要进行实时的温度检测和保护，确保在不烧坏器件的前提下，控制补热工作电流。

然后，是随着电池温度的上升，电池的充电能力不断增强，充电电流不断增加，同时也保障较大的补热功率，电池的温度也在不断上升，而且由于较大的充电电流，电池内部也会有一定发热量，电池的加热需求较之前稍有降低，对应的热泵系统补热需求功率也稍有下降，充电桩输出电流至母线电容的电流较大，产热补热控制来消耗电容上的电流较小，二者抵消后电池的充电电流较大。所以电感上、电机和电机控制器流过电流都很大，需要进行实时的温度检测和保护，确保在不烧坏器件的前提下，控制电池的充电电流和补热工作电流协同最优。

最后，是电池温度较高之后，可以进行大功率的直流充电，电池内部会较大的发热，有利于电池温度的保持，所以对加热功率的需求会降低，对应热泵系统的补热需求也会降低，该阶段主要进行充电。充电桩输出电流至母线电容的电流较大，产热补热控制来消耗电容上的电流很小，二者抵消后充电电流很大。所以电感上流过电流很大，需要进行实时的温度检测和保护，确保在不烧坏器件的前提下，控制电池的充电功率最大。

需要说明的是，基于本发明实施例的集成式热管理系统的架构，添加补气增焓回路和增焓压缩机的方案，如回热器、过冷器、闪发器等，是一种对于热泵系统的补热手段，原理及结构基本相同，可视作本申请技术方法的变形。以及，本发明实施例的集成式热管理系统中，有多个三通阀、电磁阀、电磁电子膨胀阀等等，改变阀体类型及样式的热管理系统，如集成式阀体（物理集成及功能集成式的）、四通阀等等各种异形阀体，是实现相同原理、相同控制的一种回路控制及切换组件，也保护本发明实施例的系统架构保护范围内。以及，基于驱动时余热补热和无功功率补热及驻车时堵转及控制电机三相电流不平衡生热的，即控制电机充放电过程中主被动生热的控制方法，也是本专利的变形。

概括来说，本发明实施例的集成式热管理系统和车辆及热管理控制方法，可以达到用车时及预约用车控制更为智能，整车综合能量利用率更高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。