一种电池板式换热器的电子膨胀阀开度控制方法和系统与流程

1.本发明涉及电动汽车热管理控制领域，尤其是涉及一种电池板式换热器的电子膨胀阀开度控制方法和系统。


背景技术：

2.由于纯电动汽车电池配置的多样性，电池规格、型号、容量的差异性，纯电动车电池在行车、慢充、快充下需要保持电芯温度在一个合适的温度，避免电芯温度过高导致整车故障的出现，尤其是当前电动车对充电时间的要求越来越短，电池超级快充的实施，充电电流急剧增加，纯电动汽车电池对热管理冷却水温的要求越来越严格。传统系统架构电池换热器chiller侧选型依旧使用的是热力膨胀阀+电磁开关阀组合，对系统控制来说，压缩机转速的控制只能选择一个被控对象进行精确控制，对于乘员舱和电池同时有冷却的需求情况，压缩机转速控制是不能同时既满足舒适性对蒸发温度的要求，又满足电池对水温的要求。
3.鉴于以上因素，既要能同时满足驾驶舱对蒸发温度精确要求，又要满足电池对水温的精确要求，热管理控制需要新增一个被控对象，通过电池换热器chiller侧选用一种可调节的电子膨胀阀，实现对电池水温精确的闭环控制调节。
4.目前现有的phev混动车型，电池容量小且没有快充及超级快充的场景，行车和慢充工况，电池对水温的要求没有那么严格，压缩机的转速选择蒸发温度作为被控对象加上基于电池的实际水温计算的前馈转速控制方法，已经不能满足纯电动车各个场景下电池冷却对水温的精确要求。因此，现有技术中乘员舱和电池同时有制冷需求时，存在电池热管理中的冷却水温控制精度差，成为需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种在同时满足乘员舱和电池同时制冷需求情况下满足高精度冷却水温控制的电池板式换热器的电子膨胀阀开度控制方法和系统。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.根据本发明的第一方面，提供了1.一种电池板式换热器的电子膨胀阀开度控制方法，该方法包括以下步骤：
8.步骤s1：判断热管理系统的冷却模式为单电池冷却模式还是乘员舱和电池同时冷却模式，若为单电池冷却模式，所述电子膨胀阀的开度以制冷剂的实际过热度和目标过热度的偏差作为控制对象；若为乘员舱和电池同时冷却模式时，转步骤s2；
9.步骤s2：根据电池冷却需求的紧急程度确定电池冷却需求的优先级，所述热管理系统针对根据电池冷却的优先级不同的情况，对电池板式换热器的电子膨胀阀的开度选用相应的控制策略进行控制；
10.步骤s3：结合电子膨胀阀的最大最小开度进行限制，最终获得电子膨胀阀的控制
开度。
11.作为优选的技术方案，所述步骤s2包括以下步骤：
12.步骤s21：当电池冷却的优先级为高时，所述热管理系统需优先满足电池的水温目标要求，所述电子膨胀阀的开度以电池的实际水温和请求目标水温偏差作为控制对象；
13.步骤s22：当电池冷却的优先级为中或低时，所述热管理系统需要优先满足乘员舱制冷要求，所述电子膨胀阀的开度仍以电池的实际水温和请求目标水温偏差作为控制对象；当检测到热管理系统能力不够时，蒸发温度未能达到目标要求时，所述电子膨胀阀的开度会跟随实际蒸发温度和目标蒸发温度的状态来匹配调节。
14.作为优选的技术方案，所述步骤s21包括以下子步骤：
15.步骤s211：判断电池的水温是否超过标定值，如果超过则启动前馈控制，并执行步骤s212，否则执行步骤s213；
16.步骤s212：直接采用前馈控制方式，根据车辆在行车或快充或超级快充的系统状态确定的前馈值，来设定电子膨胀阀的初始开度以快速响应电池的水温，并基于电池侧水温目标来闭环计算电子膨胀阀开度；
17.步骤s213：采用前馈加pi控制结合方式来进行控制，并基于电池侧水温目标来闭环计算电子膨胀阀开度，通过电池状态确定的pi控制参数进行辅助调节，并根据电池冷却优先级设定好pi控制参数的上下限，将水温控制在目标精度要求范围内；整个过程电子膨胀阀的开度控制始终优先响应的是电池的冷却水温。
18.作为优选的技术方案，所述步骤s22包括以下子步骤：
19.步骤s221：直接启动前馈控制
20.步骤s222：根据车辆在行车或快充或超级快充的系统状态确定的前馈数据库，来设定电子膨胀阀初始开度以快速响应电池的水温；
21.步骤s223：通过电池状态确定的pi控制参数来进行辅助调节，根据电池冷却优先级设定好pi控制参数的上下限，并根据热管理系统的制冷能力，对控制电子膨胀阀的开度进行相应的调节。
22.作为优选的技术方案，所述步骤s223中的热管理系统的制冷能力包括以下情况：
23.步骤s2231：如果热管理系统制冷能力够，蒸发温度达到目标要求，电池水温稳定的控制在精度要求范围，维持当前计算的电子膨胀阀的开度保持不变；
24.步骤s2232：如果热管理系统制冷能力不够，蒸发温度达到目标要求，但电池水温未达到目标要求，维持当前计算的电子膨胀阀的开度保持不变；
25.步骤s2233：如果热管理系统制冷能力不够，蒸发温度始终达不到目标要求，影响到乘员舱制冷需求，则电子膨胀阀pi控制参数保持不变，根据实际蒸发温度的状态，在原有电子膨胀阀的开度基础上减小开度，以优先满足乘员舱制冷需求。
26.作为优选的技术方案，所述系统状态包括电池冷却优先级、电芯最高温、电池入口目标水温、充电状态和行车状态。
27.作为优选的技术方案，所述步骤s1中的冷却模式为单电池冷却模式时，电子膨胀阀的开度以制冷剂的实际过热度和目标过热度的偏差作为控制对象，具体控制过程包括以下步骤：
28.步骤s11：判断电池换热器的出口过热度偏差是否超过标定值，如果超过则启动前
馈控制，并执行步骤s12，否则执行步骤s13；
29.步骤s12：直接采用前馈控制方式，根据车辆在行车或快充或超级快充的系统状态确定的前馈数据库，设定电子膨胀阀的初始开度，并基于过热度目标闭环控制计算的电子膨胀阀开度；
30.步骤s13：采用前馈加pi控制结合方式来进行控制，并基于过热度目标闭环控制计算的电子膨胀阀开度；通过电池状态确定的pi控制参数来辅助调节；根据电池冷却优先级设定好pi控制参数的上下限，将过热度控制在目标精度要求范围内。
31.作为优选的技术方案，所述实际过热度是根据低压传感器压力和板式换热器的出口温度传感器采集的值计算得到的。
32.作为优选的技术方案，所述电子膨胀阀的开度控制过程需标定好电子膨胀阀的最小开度。
33.根据本发明的第二方面，提供了一种用于所述的电池板式换热器的电子膨胀阀开度控制方法的系统，该系统包括空调蒸发器模块、电池冷却板式换热器模块、控制模块和通信模块；所述空调蒸发器模块包括带电磁开关的热力膨胀阀，所述电池冷却板式换热器模块包括电子膨胀阀和电池冷却回路，所述电池冷却回路通过冷却液冷却电池；所述控制模块包括集控制电动压缩机的功能模块和控制电子膨胀阀的功能模块的整车控制器；所述通信模块用于控制模块与各模块之间的信息交互；
34.所述系统通过控制电动压缩机的转速实现蒸发温度的调节，控制电子膨胀阀的开度实现电池入口实际水温的调节。
35.根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述任一项所述的方法。
36.根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的方法。
37.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
38.1)本发明所提出的热管理系统控制电子膨胀阀的控制技术，解决了原有方案乘员舱和电池同时制冷需求时，电池热管理冷却水温控制精度差的问题，提高了电动车电池冷却对电池入口水温的控制精度；
39.2)本发明根据系统冷却模式选择不同的控制对象，提高电动车电池冷却对电池入口水温的控制精度，同时根据优先级要求实现电子膨胀阀控制的优化，减少了制冷压缩机的功耗；
40.3)本发明电子膨胀阀的开度控制过程需标定好电子膨胀阀的最小开度，避免在同时冷却的情况下，计算的开度小于电子膨胀阀规定的最小开度而导致阀关闭而不响应电池的冷却需求。
附图说明
41.图1为热管理系统电气控制原理图；
42.图2为热管理系统控制单元结构框图；
43.图3为热管理系统电池chiller电子膨胀阀控制完整的流程图；
44.图4为单电池冷却模式的电子膨胀阀开度控制流图；
45.图5为乘员舱和电池同时冷却模式下电池冷却优先级为高时电子膨胀阀的开度控制流图；
46.图6为乘员舱和电池同时冷却模式下电池冷却优先级为中或低时电子膨胀阀的开度控制流图。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
48.下面给出本发明的系统实施例，如图1所示为热管理系统原理图，图2为热管理系统控制单元结构框图。所述系统包括空调蒸发器、电池冷却板式换热器chiller、控制模块和通信模块；空调蒸发器选用的带电磁开关的热力膨胀阀txv shut off，电池冷却板式换热器chiller选用的是电子膨胀阀battery exv，其中电池冷却回路是通过冷却液冷却电池，通过板式换热器实现和制冷剂的换热；所述控制模块包括集中控制电动压缩机的功能模块和控制电子膨胀阀的功能的整车控制器evcu；所述控制模块通过can通信实现和空调控制器及电池管理系统控制器的信号交互，通过lin通信实现和电动压缩机控制器和电子膨胀阀的信号交互；通过高低电平实现对带开关热力膨胀阀txv shut off的驱动；通过电压模拟量的采样实现对温度和压力传感器信号的采集。
49.系统工作原理为：通过控制压缩机的转速来实现蒸发温度的调节，控制电子膨胀阀的开度实现电池入口实际水温的调节，从而既能实现空调蒸发器目标风温的要求，又能实现电冷却水温的要求。
50.如图3所示为本发明的方法实施例，一种电池板式换热器的电子膨胀阀开度控制方法，该方法包括以下步骤：
51.步骤s1：判断热管理系统的冷却模式为单电池冷却模式还是乘员舱和电池同时冷却模式，若为单电池冷却模式，所述电子膨胀阀的开度以制冷剂的实际过热度和目标过热度的偏差作为控制对象，确保过热度在目标范围内；若为乘员舱和电池同时冷却模式时，转步骤s2；
52.步骤s2：根据电池冷却需求的紧急程度确定电池冷却需求的优先级，热管理系统针对根据电池冷却的优先级不同的情况，对电子膨胀阀的开度选用相应的控制策略进行控制，具体过程为：
53.当电池的冷却等级为高的时候，表示电池的冷却紧急程度很高，热管理电池冷却需要满足电池的水温目标要求，电子膨胀阀的开度以电池的实际水温和请求目标水温偏差作为控制对象，优先满足电池的水温；
54.当电池的冷却等级为中或者低的时候，热管理需要优先满足乘员舱的制冷舒适性要求，电子膨胀阀的开度仍以电池的实际水温和请求目标水温偏差作为控制对象，由于要优先满足乘员舱快速降温的需求，当检测到系统能力不够，蒸发温度未能达到目标要求风温时，电子膨胀阀的开度会跟随实际蒸发温度和目标蒸发温度的状态来匹配调节；
55.根据电池冷却需求的高及中/低2种情况，电子膨胀阀的开度控制分别选用2套前馈控制方法、2套pi控制方法及2套最大最小开度限制方法，以区分电子膨胀阀同时以电池水温偏差作为控制对象但冷却等级有差异的情况，以满足优先级的前提下精确控制电池水温的要求。
56.步骤s3：结合电子膨胀阀的最大最小开度进行限制，获得电子膨胀阀的开度。
57.以下对于各种控制策略进行详细说明：
58.1)确定热管理系统只有电池冷却的电子膨胀阀开度控制，如图4所示：
59.判断过热度是否过高，识别启动前馈控制，以快速降低系统chiller出口过热度；
60.根据过热度前馈数据库设定电子膨胀阀初始开度以快速响应压缩机转速引起的系统过热度突变，通过过热度pi控制数据库辅助调节，将系统过热度稳定的控制在目标范围以内，系统达到稳定状态，整个过程实时监控出口过热度以达到过热度保护。
61.2)确定热管理系统乘员舱和电池都有制冷需求且电池冷却等级为高时电子膨胀阀的开度控制过程，如图5所示：
62.判断电池水温是否过高，识别启动前馈控制，以快速降低电池入口水温。
63.根据电池冷却等级高且车辆在行车或快充或超级快充的状态确定的前馈数据库设定电子膨胀阀初始开度以快速响应电池的水温，通过电池状态确定的pi控制数据库辅助调节，根据优先级设定好pi积分控制的上下限，将系统水温稳定的控制在目标精度要求范围内，整个过程电子膨胀阀开度计算始终优先响应的是电池的冷却水温。
64.3)确定热管理系统乘员舱和电池都有制冷需求且电池冷却等级为中或低时电子膨胀阀的开度控制过程，如图6所示：
65.识别电池冷却等级为中或低启动前馈控制，以达到电池入口水温降温速率要求。
66.根据电池冷却等级中或低且车辆在行车或快充或超级快充的状态确定的前馈数据库设定电子膨胀阀初始开度以快速响应电池的水温，通过电池状态确定的pi控制数据库辅助调节，根据等级中或低确定的优先级设定好pi积分控制的上下限。
67.无论系统能力是否足够，蒸发温度是否达到目标要求，电子膨胀阀开度根据以上电池等级中或低需求确定好的前馈和pi控制参数控制电池的水温。
68.如果系统能力够，蒸发温度达到目标要求，电池水温稳定的控制在精度要求范围；
69.如果系统能力不够，蒸发温度达到目标要求，但电池水温未达到目标要求，维持当前计算的电子膨胀阀开度保持不变；
70.如果系统能力不够，蒸发温度始终达不到目标要求，影响到乘员舱舒适性需求，电子膨胀阀pi控制参数保持不变，根据实际蒸发温度的状态，在原有计算的开度基础上减小开度，以优先满足乘员舱的舒适性。整个过程需要标定好电子膨胀阀的最小开度，防止在同时冷却的情况下，计算的开度小于电子膨胀阀规定的最小开度而导致阀关闭而不响应电池的冷却需求。
71.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
72.本发明电子设备包括中央处理单元(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(ram)中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在ram中，还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。cpu、
rom以及ram通过总线彼此相连。输入/输出(i/o)接口也连接至总线。
73.设备中的多个部件连接至i/o接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元允许设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
74.处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法s1～s2。例如，在一些实施例中，方法s1～s2可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到ram并由cpu执行时，可以执行上文描述的方法s1～s2的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，cpu可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法s1～s2。
75.本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)等等。
76.用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
77.在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读。
78.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。