一种电动拖拉机的热管理系统以及方法

技术领域

本发明涉及电动拖拉机技术领域，尤其涉及一种电动拖拉机的热管理系统以及方法。

背景技术

随着国家新能源政策推广，国家对农业的大力扶持，环保政策的收紧，农用机械电动化趋势越来越明显，与传统燃油车相比较，电池具有节能环保等特点。通常电池需要在一定的温度范围内进行工作，太高或太低的温度均会对电池的性能和寿命产生影响，严重时可能会造成热失控，危及人身安全，因此，在实际应用场景中，需要对电池进行热管理。此外，农用机械相较于新能源乘用车来说，不仅对动力电池的电量需求较高，而且对电机也提出了更高的要求，如要求电机数量多，功率大等。

目前新能源拖拉机主要以小马力拖拉机为主，多以双电机布置，一般热管理系统包括动力电池热管理系统、双电机电控热管理系统。电机热管理一般为串联式。现有新能源拖拉机热管理系统由于拖拉机本身结构简单、循环数少、散热效率较低而不能适用于大马力多电机电动拖拉机。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种电动拖拉机的热管理系统以及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电动拖拉机的热管理系统，包括：水箱、第一水泵、四通阀、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、用于控制第一电机的第一控制器、用于控制第二电机和第三电机的第二控制器、电源分配设备、三通阀、冷却液混合阀、电池包回路以及冷却机组回路，所述水箱通过管路与所述第一水泵连接，所述第一水泵通过管路与所述四通阀的第一端连接，所述四通阀的第二端、第三端以及第四端一一对应通过管路与所述第二控制器、第一控制器以及电源分配设备连接，所述第一控制器通过管路与所述第二电机连接，所述第二电机通过管路与所述第三电机连接，所述第二控制器通过管路与所述第一电机连接，所述电源分配设备通过管路与所述第四电机连接，所述第一电机、所述第三电机以及所述第四电机均通过管路与所述三通阀的第一端连接，所述三通阀的第二端通过管路与所述水箱连接，所述三通阀的第三端通过管路与所述冷却液混合阀的第三端连接，所述三通阀通过管路与所述电池包回路连接，所述冷却机组回路与所述电池包回路连接。

采用本发明技术方案的有益效果是：电机冷却回路间交叉错峰连接，更合理高效实现电机电控系统温度管理，通过设置电池、电机双循环系统，电池、电机热管理实现交互，电机余热可给电池加热，缩短电池升温时间，降低加热膜功耗，将电池和电机工作温度控制在最佳范围内，提高电池电机性能及寿命，保障拖拉机驾驶人员的安全，满足纯电动拖拉机的使用需求，适用于大马力多电机电动拖拉机。

进一步地，所述电池包回路包括：电池包、进口温度传感器、出口温度传感器以及第二水泵，所述冷却液混合阀的第一端通过管路与所述进口温度传感器连接，所述进口温度传感器通过管路与所述电池包连接，所述电池包通过管路与所述出口温度传感器连接，所述出口温度传感器通过管路与所述第二水泵连接，所述第二水泵通过管路与所述冷却液混合阀的第二端连接，所述冷却机组回路与所述出口温度传感器和所述第二水泵之间的管路连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：电池包回路的结构设计，便于对电池包进行温度监控，便于对电池包进行加热和冷却工作。

进一步地，所述出口温度传感器和所述第二水泵之间的管路上设有膨胀水壶，所述电池包内设有加热膜。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：加热膜的设置，便于对电池包进行加热处理。

进一步地，所述冷却机组回路包括：电池冷却器、压缩机以及冷凝器，所述电池冷却器通过管路与所述电池包回路连接，所述压缩机通过管路与所述电池冷却器连接，所述冷凝器通过管路分别与所述压缩机以及所述电池冷却器连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：冷却机组回路的设置，便于对电池包进行冷却工作，提高冷却效率。

进一步地，所述电池冷却器和所述压缩机之间的管路上设有第一压力传感器，所述压缩机和所述冷凝器之间的管路上设有第二压力传感器。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：压力传感器的设置，便于对冷却机组回路的压力进行监控，提高电动拖拉机的热管理系统的稳定性以及可靠性。

进一步地，所述第一电机的功率大于所述第二电机的功率，所述第二电机的功率与所述第三电机的功率相同，所述第三电机的功率大于所述第四电机的功率，所述第一电机为动力输出电机，所述第二电机和所述第三电机为驱动电机，所述第四电机为液压系统的动力电机。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：交叉连接的优势在于，第二控制器散热量较第一控制器低，冷却液流经第二控制器后温升较小，继续流经第一电机时，可以对第一电机起到更好的冷却效果，尤其在整车不移动而PTO需要工作情况下，第二电机和第三电机不工作，第二控制器不会产生热量，冷却液相当于直接从第一水泵中进入第一电机，提高冷却效率。

此外，本发明提供了一种电动拖拉机的热管理方法，基于上述任意一项所述的一种电动拖拉机的热管理系统，一种电动拖拉机的热管理方法包括：

S1、采集电机的实时温度值并分别获取与电机对应的第一预设温度值以及第二预设温度值；其中，电机为第一电机、第二电机、第三电机以及第四电机；

S2、判断实时温度值与第一预设温度值以及第二预设温度值之间的关系；

S3、当实时温度值小于第一预设温度值时，控制四通阀和三通阀的第三端关闭；

S4、当实时温度值大于或等于第一预设温度值且小于第二预设温度值时，控制四通阀按比例打开且三通阀的第三端关闭；

S5、当实时温度值大于第二预设温度值时，控制四通阀完全打开且三通阀的第三端关闭。

采用本发明技术方案的有益效果是：四通阀根据电机温度反馈值来调节阀的开度，通过控制四通阀的开度来控制进入各个电机的冷却液流量，可以有效降低第一水泵的能耗。多个电机出口处的冷却液汇集到一起经三通阀的第一端和第二端通道回到水箱，此时三通阀的第一端和第三端通道关闭，从而形成电机冷却回路。

进一步地，步骤S2包括：采集电池包入口冷却液温度值和出口冷却液温度值并获取第三预设温度值；

根据电池包入口冷却液温度值和出口冷却液温度值，计算电池包入口冷却液和出口冷却液的温差；

判断温差是否小于第三预设温度值；

当温差小于第三预设温度值时，开启第二水泵；

当温差大于或等于第三预设温度值时，启动冷却机组回路。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：当温差小于第三预设温度值时，此时电池包散热量较小，仅需开启第二水泵，使电池包冷却回路工作；当温差大于或等于第三预设温度值时，启动冷冻机组进行工作，通过电池冷却器与电池回路的冷却液进行热量交换，降低电池回路冷却液温度，形成电池冷却回路。

进一步地，步骤S2还包括：采集电池包温度值并获取第四预设温度值；

判断电池包温度值是否小于第四预设温度值；

当电池包温度值小于第四预设温度值时，控制加热膜、三通阀的第三端以及冷却液混合阀开启；

当电池包温度值大于或等于第四预设温度值时，控制加热膜、三通阀的第三端以及冷却液混合阀关闭。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：电池采用膜加热方式，当电池温度降低到一定程度时，电池包内的电池管理系统会控制电池进行加热。为了降低电池加热能耗，在热管理系统中加入冷却液混合阀，冷却液混合阀将电机冷却回路与电池包冷却回路进行结合。当电池包温度值小于第四预设温度值时，根据实际需求，比例打开三通阀的第一端和第三端通道，使流经电机的冷却液部分流入冷却液混合阀，利用电机余热对电池包进行升温，当电池温度升高到第四预设温度值时，关闭三通阀的第一端和第三端通道。

本发明附加的方面的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，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电动拖拉机的热管理系统的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的电动拖拉机的热管理方法的示意性流程图。

附图标号说明：1、水箱；2、第一水泵；3、四通阀；4、第一电机；5、第二电机；6、第三电机；7、第四电机；8、第一控制器；9、第二控制器；10、电源分配设备；11、三通阀；12、冷却液混合阀；13、电池包回路；14、冷却机组回路；15、电池包；16、进口温度传感器；17、出口温度传感器；18、第二水泵；19、膨胀水壶；20、加热膜；21、电池冷却器；22、压缩机；23、冷凝器；24、第一压力传感器；25、第二压力传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种电动拖拉机的热管理系统，包括：水箱1、第一水泵2、四通阀3、第一电机4、第二电机5、第三电机6、第四电机7、用于控制第一电机4的第一控制器8、用于控制第二电机5和第三电机6的第二控制器9、电源分配设备10、三通阀11、冷却液混合阀12、电池包回路13以及冷却机组回路14，所述水箱1通过管路与所述第一水泵2连接，所述第一水泵2通过管路与所述四通阀3的第一端连接，所述四通阀3的第二端、第三端以及第四端一一对应通过管路与所述第二控制器9、第一控制器8以及电源分配设备10连接，所述第一控制器8通过管路与所述第二电机5连接，所述第二电机5通过管路与所述第三电机6连接，所述第二控制器9通过管路与所述第一电机4连接，所述电源分配设备10通过管路与所述第四电机7连接，所述第一电机4、所述第三电机6以及所述第四电机7均通过管路与所述三通阀11的第一端连接，所述三通阀11的第二端通过管路与所述水箱1连接，所述三通阀11的第三端通过管路与所述冷却液混合阀12的第三端连接，所述三通阀11通过管路与所述电池包回路13连接，所述冷却机组回路14与所述电池包回路13连接。

采用本发明技术方案的有益效果是：电机冷却回路间交叉错峰连接，更合理高效实现电机电控系统温度管理，通过设置电池、电机双循环系统，电池、电机热管理实现交互，电机余热可给电池加热，缩短电池升温时间，降低加热膜功耗，将电池和电机工作温度控制在最佳范围内，提高电池电机性能及寿命，保障拖拉机驾驶人员的安全，满足纯电动拖拉机的使用需求，适用于大马力多电机电动拖拉机。

其中，四通阀的ABCD分别代表四通阀的第一端、第二端、第三端以及第四端。三通阀的ABC分别代表三通阀的第一端、第二端以及第三端。冷却液混合阀的AB分别代表冷却液混合阀的第一端以及第二端。水泵A为第一水泵，水泵B为第二水泵。控制器A为第一控制器，控制器BC为第二控制器，PDU为电源分配设备。电机A为第一电机，电机B为第二电机，电机C为第三电机，电机D为第四电机。T1为进口温度传感器，T2为出口温度传感器。Chiller为电池冷却器，电池冷却器中设有膨胀阀。P1为第一压力传感器，P2为第二压力传感器。

如图1所示，进一步地，所述电池包回路13包括：电池包15、进口温度传感器16、出口温度传感器17以及第二水泵18，所述冷却液混合阀12的第一端通过管路与所述进口温度传感器16连接，所述进口温度传感器16通过管路与所述电池包15连接，所述电池包15通过管路与所述出口温度传感器17连接，所述出口温度传感器17通过管路与所述第二水泵18连接，所述第二水泵18通过管路与所述冷却液混合阀12的第二端连接，所述冷却机组回路14与所述出口温度传感器17和所述第二水泵18之间的管路连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：电池包回路的结构设计，便于对电池包进行温度监控，便于对电池包进行加热和冷却工作。

如图1所示，进一步地，所述出口温度传感器17和所述第二水泵18之间的管路上设有膨胀水壶19，所述电池包15内设有加热膜20。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：加热膜的设置，便于对电池包进行加热处理。

如图1所示，进一步地，所述冷却机组回路14包括：电池冷却器21、压缩机22以及冷凝器23，所述电池冷却器21通过管路与所述电池包回路13连接，所述压缩机22通过管路与所述电池冷却器21连接，所述冷凝器23通过管路分别与所述压缩机22以及所述电池冷却器21连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：冷却机组回路的设置，便于对电池包进行冷却工作，提高冷却效率。

如图1所示，进一步地，所述电池冷却器21和所述压缩机22之间的管路上设有第一压力传感器24，所述压缩机22和所述冷凝器23之间的管路上设有第二压力传感器25。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：压力传感器的设置，便于对冷却机组回路的压力进行监控，提高电动拖拉机的热管理系统的稳定性以及可靠性。

如图1所示，进一步地，所述第一电机4的功率大于所述第二电机5的功率，所述第二电机5的功率与所述第三电机6的功率相同，所述第三电机6的功率大于所述第四电机7的功率，所述第一电机4为动力输出电机，所述第二电机5和所述第三电机6为驱动电机，所述第四电机7为液压系统的动力电机。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：交叉连接的优势在于，第二控制器散热量较第一控制器低，冷却液流经第二控制器后温升较小，继续流经第一电机时，可以对第一电机起到更好的冷却效果，尤其在整车不移动而PTO需要工作情况下，第二电机和第三电机不工作，第二控制器不会产生热量，冷却液相当于直接从第一水泵中进入第一电机，提高冷却效率。

本发明提供的一种电动拖拉机的热管理系统，可以为纯电动大马力、四电机拖拉机的热管理系统，包括动力电池热管理系统、四电机热管理系统，电机回路间交叉错峰连接，可以更合理高效实现电机电控系统温度管理，通过设置电池、电机双循环系统，电池、电机热管理实现交互，电机余热可给电池加热，降低PTC(Positive TemperatureCoefficient)加热膜功耗，将电池和电机工作温度控制在最佳范围内，提高电池电机性能及寿命，满足整车需求，保障拖拉机驾驶人员的安全。

如图2所示，此外，本发明提供了一种电动拖拉机的热管理方法，基于上述任意一项所述的一种电动拖拉机的热管理系统，一种电动拖拉机的热管理方法包括：

S1、采集电机的实时温度值并分别获取与电机对应的第一预设温度值以及第二预设温度值；其中，电机为第一电机、第二电机、第三电机以及第四电机；

S2、判断实时温度值与第一预设温度值以及第二预设温度值之间的关系；

S3、当实时温度值小于第一预设温度值时，控制四通阀和三通阀的第三端关闭；

S4、当实时温度值大于或等于第一预设温度值且小于第二预设温度值时，控制四通阀按比例打开且三通阀的第三端关闭；

S5、当实时温度值大于第二预设温度值时，控制四通阀完全打开且三通阀的第三端关闭。

采用本发明技术方案的有益效果是：四通阀根据电机温度反馈值来调节阀的开度，通过控制四通阀的开度来控制进入各个电机的冷却液流量，可以有效降低第一水泵的能耗。多个电机出口处的冷却液汇集到一起经三通阀的第一端和第二端通道回到水箱，此时三通阀的第一端和第三端通道关闭，从而形成电机冷却回路。

进一步地，步骤S2包括：采集电池包入口冷却液温度值和出口冷却液温度值并获取第三预设温度值；

根据电池包入口冷却液温度值和出口冷却液温度值，计算电池包入口冷却液和出口冷却液的温差；

判断温差是否小于第三预设温度值；

当温差小于第三预设温度值时，开启第二水泵；

当温差大于或等于第三预设温度值时，启动冷却机组回路。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：当温差小于第三预设温度值时，此时电池包散热量较小，仅需开启第二水泵，使电池包冷却回路工作；当温差大于或等于第三预设温度值时，启动冷冻机组进行工作，通过电池冷却器与电池回路的冷却液进行热量交换，降低电池回路冷却液温度，形成电池冷却回路。

进一步地，步骤S2还包括：采集电池包温度值并获取第四预设温度值；

判断电池包温度值是否小于第四预设温度值；

当电池包温度值小于第四预设温度值时，控制加热膜、三通阀的第三端以及冷却液混合阀开启；

当电池包温度值大于或等于第四预设温度值时，控制加热膜、三通阀的第三端以及冷却液混合阀关闭。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：电池采用膜加热方式，当电池温度降低到一定程度时，电池包内的电池管理系统会控制电池进行加热。为了降低电池加热能耗，在热管理系统中加入冷却液混合阀，冷却液混合阀将电机冷却回路与电池包冷却回路进行结合。当电池包温度值小于第四预设温度值时，根据实际需求，比例打开三通阀的第一端和第三端通道，使流经电机的冷却液部分流入冷却液混合阀，利用电机余热对电池包进行升温，当电池温度升高到第四预设温度值时，关闭三通阀的第一端和第三端通道。

图1示出了电池及电机热管理系统，对于电池热管理来说，其包括制冷和加热两个模式，而电机工作只需要对其进行散热管理。

电机冷却回路工作模式：

电机冷却回路系统包括水箱、水泵A(第一水泵)、四通阀、电机A(第一电机)、电机B(第二电机)、电机C(第三电机)、电机D(第四电机)、PDU(Power Distribution Unit，电源分配设备)等，电机A用于PTO(power take off，动力输出装置)输出工作，电机B和电机C为驱动电机，电机D用于液压系统动作部件工作，电机额定功率顺序为：P(A)＞P(B)＝P(C)＞P(D)，因此电机A的额定散热功率较其他三个电机大。为了提高大功率电机的散热效率，避免过热现象产生，从而利用水管将控制器A(第一控制器)与电机B和电机C依次进行串联，控制器BC(第二控制器)与电机A进行串联，水路进行交叉连接，交叉连接的优势在于，控制器BC散热量较控制器A低，冷却液流经控制器BC后温升较小，继续流经电机A时，可以对电机A起到更好的冷却效果，尤其在整车不移动而PTO需要工作情况下，电机B和电机C不工作，控制器BC不会产生热量，冷却液相当于直接从水泵(第一水泵)中进入电机A，提高冷却效率。四通阀根据电机温度反馈值来调节阀的开度，以电机A为例，当电机A温度Ta(实时温度值)＜X1(第一预设温度值)时，四通阀的AB(四通阀的第一端和第二端)通道关闭，电机A通过空冷的方式进行散热；当X1≤Ta＜X2(第二预设温度值)时，四通阀的AB通道按比例部分打开，当Ta≥X2时，四通阀的AB通道完全打开，通过控制四通阀的开度来控制进入各个电机的冷却液流量，可以有效降低水泵A(第一水泵)的能耗。多个电机出口处的冷却液汇集到一起经三通阀的AB(三通阀的第一端和第二端)通道回到水箱，此时三通阀AC(三通阀的第一端和第三端)通道关闭，从而形成电机冷却回路。

电池冷却回路工作模式：

电池冷却回路包括电池包回路13和冷却机组回路14，电池包回路13包括进口温度传感器T1、出口温度传感器T2、水泵B(第二水泵)和冷却液混合阀，其中T1和T2负责检测电池包入口冷却液温度和出口冷却液温度，T1与T2之间的温差为△T。当△T＜Y1(第三预设温度值)时，此时电池包散热量较小，仅需开启水泵(第二水泵)，使电池包冷却回路工作；当△T≥Y1(第三预设温度值)时，启动冷冻机组(冷却机组)进行工作，通过Chiller(电池冷却器)与电池包回路的冷却液进行热量交换，降低电池包回路冷却液温度。

电池加热回路工作模式：

电池采用膜(加热膜)加热方式，当电池温度降低到一定程度时，电池包内的电池管理系统会控制电池进行加热到特定温度Z(第四预设温度值)。为了降低电池加热能耗，在热管理系统中加入冷却液混合阀，冷却液混合阀将电机冷却回路与电池包冷却回路(电池包回路)进行结合，当电池温度低于Z值时，根据实际需求，比例打开三通阀的AC(三通阀的第一端和第三端)通道，使流经电机的冷却液部分流入冷却液混合阀，利用电机余热对电池包进行升温，当电池温度升高到特定Z值时，关闭三通阀的AC通道。

利用多循环回路，并将电机冷却管路进行交叉布置进行电机冷却，提高了电机的冷却效率，满足大马力多电机拖拉机散热需求。

在热管理回路中增加冷却液混合阀，在电池需要加热时，利用电机余热对电池包进行预热，缩短电池升温时间，降低加热部件功耗。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。