一种整车混合热管理方法及混合热管理系统

技术领域

本发明属于汽车热管理的技术领域，具体地涉及一种整车混合热管理方法及混合热管理系统。

背景技术

汽车电动化和混动化背景下，针对能量管理和热管理两条核心技术路线成为技术竞争的高地，其中高效率低能耗的热管理系统对发挥电池、发动机等动力源性在合适的工作温度范围内，从而最大化其工作效能，引起相关学者关注。

汽车发动机、汽车动力电池等动力源在把化学能转换为其他形式的能量的过程中会释放大量的热，这部分热量不能够及时地与外界进行交换会大大影响动力源的工作性能，甚至带来动力源安全事故问题，因此热管理系统中的冷却系统需要在该发面发挥重大作用。

目前，为了充分考虑到散热系统的最大散热能力，一般采用增大冷却风扇转速、散热器面积、以及冷却变频泵的后备功率，然而大部分工况下该部分性能无须发挥，从而造成资源浪费，另外，现有的各冷却系统之间发热的时间不同，各冷却系统之间热量难以很好的协调处理，导致热管理效率不高。

发明内容

基于此，本发明提供了一种整车混合热管理方法及混合热管理系统，用于解决现有技术中的问题。

本发明一方面提供一种整车混合热管理方法，应用于整车热回路，所述整车热回路包括至少两个热交换回路，所述热交换回路内均设有变频泵，所述整车混合热管理方法包括：

构建预控换热强度模型和反馈换热强度模型；

分别获取各热交换回路内热源热负荷和冷却介质实测温度，将所述热源热负荷和所述冷却介质实测温度输入所述预控换热强度模型得到换热强度预控值；

分别获取各热交换回路内冷却介质目标温度，将所述冷却介质实测温度和所述冷却介质目标温度输入所述反馈换热强度模型得到换热强度反馈值；

根据所述换热强度预控值和所述换热强度反馈值分别计算各热交换回路中的总换热强度值，根据所述总换热强度值调整所述变频泵的转速、脉动振幅和脉动频率，根据所述脉动振幅和所述脉动频率调整各热交换回路中冷却介质的换热系数；

根据各所述热交换回路内的冷却介质实现热交换，以进行整车混合热管理。

优选地，所述预控换热强度模型内设有预控换热强度值表，所述将所述热源热负荷和所述冷却介质实测温度输入所述预控换热强度模型得到换热强度预控值的步骤具体包括：根据所述热源热负荷和所述冷却介质实测温度在所述预控换热强度值表中查询，得到所述换热强度预控值。

优选地，所述将所述冷却介质实测温度和所述冷却介质目标温度输入所述反馈换热强度模型得到换热强度反馈值的步骤具体包括：采用PI控制对输入的所述冷却介质实测温度和所述冷却介质目标温度进行计算，以得到换热强度反馈值。

优选地，所述PI控制的计算表达式为：

p

式中，e(t)为控制误差，即是冷却介质目标温度减去冷却介质实测温度，k

优选地，所述根据所述脉动振幅和所述脉动频率调整各热交换回路中冷却介质的换热系数的步骤具体包括：根据所述脉动振幅和所述脉动频率调整所述冷却介质的努谢尔特系数，根据所述努谢尔特系数调整所述冷却介质的冷却系数。

优选地，所述努谢尔特系数的计算表达式为：

式中，D为传热面的几何长度；λ为流体的导热系数，h为冷却介质的换热系数。

本发明另一方面提供一种采用上述整车混合热管理方法进行的整车混合热管理系统，所述混合热管理系统至少包括：电池热交换回路、发动机热交换回路和空调热交换回路；

所述电池热交换回路与所述发动机热交换回路之间设有第一换热器，所述电池热交换回路中的冷却介质与所述发动机热交换回路中的冷却介质在所述第一换热器内进行热交换；

所述电池热交换回路与所述空调热交换回路之间设有第二换热器，所述电池热交换回路中的冷却介质与所述发动机热交换回路中的冷却介质在所述第二换热器内进行热交换。

优选地，所述电池热交换回路还包括动力电池、加热装置，所述电池热交换回路内的冷却介质依次经过所述动力电池出口端、所述加热装置、所述第一换热器、所述第二换热器、所述变频泵回到所述动力电池的进口端。

优选地，所述发动机热交换回路还包括发动机、散热器、变频泵、客舱热源，所述发动机热交换回路包括第一回路和第二回路；

所述第一回路内的冷却介质依次经过所述发动机出口端、所述散热器、所述变频泵、所述客舱热源回到所述发动机进口端；

所述第二回路内的冷却介质依次经过所述发动机出口端、所述散热器、所述变频泵、所述第一换热器回到所述发动机进口端。

优选地，所述空调热交换回路还包括压缩机、客舱蒸发器、变频泵，所述空调热交换回路包括第三回路和第四回路；

所述第三回路内的冷却介质依次经过所述压缩机出口端、所述客舱蒸发器回到所述压缩机进口端；

所述第四回路内的冷却介质依次经过所述压缩机出口端、所述第二换热器、所述变频泵回到所述压缩机进口端。

本发明的有益效果是：本发明上述实施例中的整车混合热管理方法，根据整车系统各热交换回路中的热源热负荷、冷却介质实测温度以及冷却介质目标温度不同，进而不同热交换回路计算的总换热强度值p

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

图1为本发明实施例一提供的整车混合热管理方法流程示意图；

图2为本发明实施例二提供的混合热管理系统结构示意图；

图3为本发明图2中变频泵正常工作时脉冲信号反馈示意图；

图4为本发明图2中变频泵堵转错误时脉冲信号反馈示意图；

图5为本发明图2中变频泵堵转错误时脉冲信号反馈示意图；

图6为本发明图2中变频泵空转错误时脉冲信号反馈示意图；

图7为本发明图2中变频泵空转错误时脉冲信号反馈示意图；

图8为本发明图2中变频泵过温错误时脉冲信号反馈示意图；

图9为本发明图2中变频泵过流错误时脉冲信号反馈示意图；

图10为本发明图2中变频泵无PWM信号无输入时脉冲信号反馈示意图。

主要元件符号说明：

10、电池热交换回路；11、第一换热器；12、第二换热器；13、动力电池；14、加热装置；20、发动机热交换回路；21、发动机；22、散热器；23、客舱热源；24、第一三通阀门；30、空调热交换回路；31、压缩机；32、客舱蒸发器；33、第二三通阀门；40、变频泵。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

请参阅图1，所示为本发明第一实施例中的整车混合热管理方法，本申请提供的整车混合热管理方法，应用于整车热回路，所述整车热回路包括至少两个相互进行热交换的热交换回路，所述热交换回路内均设有变频泵。所述整车混合热管理方法具体包括步骤S10至S50：

S10，构建预控换热强度模型和反馈换热强度模型；

S20，分别获取各热交换回路内热源热负荷和冷却介质实测温度，将所述热源热负荷和所述冷却介质实测温度输入所述预控换热强度模型得到换热强度预控值。

在具体实施时，各热交换回路中的冷却介质可以采用纳米流体；在具体实施过程中发现，系统热交换回路中换热强度的非线性现象明显，对于非线性运算，可以采取适当降低运算精度来提高程序的运算速度。查表法是快速实现非线性运算最常用的方法，根据自变量的范围和精度要求制作一张表格，查表法求值所需的计算就是根据输入值确定表的地址，根据地址就可得到相应的值，因而运算量较小。

具体的，在本实施中，构建的预控换热强度模型内预设有预控换热强度值表，可选的，预控换热强度值表可根据工程经验预先绘制，具体的预控换热强度值表中的不同地址内对应不同的预控换热强度值，在本实施例中，通过获取各热交换回路中的热源热负荷和对应的冷却介质实测温度，作为查询预控换热强度值表的输入值，热源热负荷直接决定了热源的单位时间的发热量，冷却介质的温度则会决定冷却基础能力，根据两输入值确定预控换热强度值表的地址，根据地址就可以得到相应的换热强度预控值，记为p

S30，分别获取各热交换回路内冷却介质目标温度，将所述冷却介质实测温度和所述冷却介质目标温度输入所述反馈换热强度模型得到换热强度反馈值；

在具体实施时，在反馈换热强度模型中采用PI(比例积分)控制原理对冷却介质实测温度和冷却介质目标温度进行计算，PI控制的原理主要采用比例和积分两种算法来调整被控制的数值；被广泛应用于控制系统中的温度，压强，流量，速度等变量。PI控制原理的具体控制过程为现有控制过程，此处不再赘述。具体的在本实施例中，换热强度反馈值通过PI控制的计算表达式为：

p

式中，p

S40，根据所述换热强度预控值和所述换热强度反馈值分别计算各热交换回路中的总换热强度值，根据所述总换热强度值调整所述变频泵的转速、脉动振幅和脉动频率，根据所述脉动振幅和所述脉动频率调整各热交换回路中冷却介质的换热系数；

在具体实施时，将各热交换回路中上述换热强度预控值p

p

式中，p

根据不同热交换回路中的总换热强度值分别对应调整热交换回路中变频泵的转速、脉动振幅和脉动频率，通过变频泵的转速调整热交换回路中冷却介质的流速，通过变频泵的脉动振幅和脉动频率调整冷却介质的努谢尔特系数N

具体的，脉动频率(Pulsating frequency)是指单位时间内脉动流的速度或压力发生周期性变化的次数。对于管内脉动流体而言，脉动频率决定了脉动速度和脉动压力。脉动速度直接影响了轴向和径向速度梯度变化，尤其是近壁面处的径向速度梯度变化和回流快慢。脉动振幅(Pulsating amplitude)主要包括脉动速度和脉动压力振幅，当脉动压力振幅达到一定程度时，会引起往复流现象。努谢尔特数N

式中，D为传热面的几何长度；入为流体的导热系数，h为流体的换热系数；

经实验发现，脉动流下的努谢尔特数N

S50，根据各所述热交换回路内的冷却介质实现热交换，以进行整车混合热管理；

在具体实施时，不同热交换回路中的热源不同，可能导致热交换回路中的热源热负荷、冷却介质实测温度以及冷却介质目标温度不同，进而不同热交换回路计算的总换热强度值p

综上，本发明上述实施例中的整车混合热管理方法，根据整车系统各热交换回路中的热源热负荷、冷却介质实测温度以及冷却介质目标温度不同，进而不同热交换回路计算的总换热强度值p

实施例二

本发明另一方面还提出一种整车混合热管理系统，采用实施例一中的整车混合热管理方法，请查阅图2，所示为本发明第二实施例中的整车混合热管理系统，所述系统至少包括：电池热交换回路10、发动机热交换回路20和空调热交换回路30；

需要说明的是；本实施例基于HTCM(Hybrid Thermal Control Module，混合热管理系统)，该系统至少具有客舱系统热管理和动力系统热管理功能；混合热管理组合具有多种典型工况，若客舱系统热管理与动力系统热管理同时存在时，HTCM根据不同工况模式进行优先级判断，保证乘客舱和动力系统热管理需求。例如，在电池温度超过限制值，BMS(电池管家)发出制冷、加热请求时，优先保证电池冷却、加热需求；当乘客舱或电池有降温或采暖需求时，HTCM向VCU(汽车控制单元)发起功率请求，HTCM反馈VCU目前电动压缩机功率实际值。

可选的，在本实施例中，电池热交换回路10与发动机热交换回路20之间设有第一换热器11，电池热交换回路10中的冷却介质与发动机热交换回路20中的冷却介质在第一换热器11内进行热交换，将发动机产生的热量使得电池热交换回路10中的冷却介质升温；电池热交换回路10与空调热交换回路30之间设有第二换热器12，电池热交换回路10中的冷却介质与发动机热交换回路20中的冷却介质在第二换热器12内进行热交换，通过空调制冷使得电池热交换回路10中的冷却介质降温；电池热交换回路10、发动机热交换回路20和空调热交换回路30中均对应设有变频泵40，通过变频泵调整各回路中的冷却介质的流速、脉动振幅和脉动频率，以根据具体工况调整冷却介质的流速和换热系数，使得各热交换回路之间实现快速传热。

具体的，电池热交换回路10还包括动力电池13、加热装置14，电池热交换回路10内的冷却介质依次经过动力电池13出口端、加热装置14、第一换热器11、第二换热器12、变频泵40、回到动力电池13的进口端，电池热交换回路10主要用于保持动力电池在合适的温度区间内工作；加热装置采用电加热的方式，用于在低温工况下加热电池热交换回路中的冷却介质，通过电池热交换回路10中的变频泵40可以调整电池热交换回路10的冷却介质的流速和换热系数。

发动机热交换回路20还包括发动机21、散热器22、变频泵40、客舱热源23，发动机热交换回路20包括第一回路和第二回路；第一回路内的冷却介质依次经过发动机21出口端、散热器22、变频泵40、客舱热源23回到发动机进口端，在第一回路中发动机产生的部分热量可以根据需要通过客舱热源23被客舱使用，第二回路内的冷却介质依次经过发动机21出口端、散热器22、变频泵40、第一换热器11回到发动机进口端，在第二回路中发动机产生的部分热量可以根据需要通过第一换热器11被动力电池使用，部分可以通过散热器22释放到空气中，防止发动机过热；具体的，通过在发动机热交换回路20中的变频泵后采用第一三通阀门24进行拆分，形成部分共用的第一回路和第二回路，从而最大化利用发动机产生的余热，提升整车的能源效率，通过发动机热交换回路20中的变频泵40可以调整发动机热交换回路20的冷却介质的流速和换热系数。

空调热交换回路30还包括压缩机31、客舱蒸发器32、变频泵40，空调热交换回路30包括第三回路和第四回路；第三回路内的冷却介质依次经过压缩机31出口端、客舱蒸发器32回到压缩机31进口端，空调热交换回路30中的冷却介质经过第三回路中的客舱蒸发器32吸收客舱中的热量，使得客舱降温；第四回路内的冷却介质依次经过压缩机31出口端、第二换热器12、变频泵40回到压缩机进口端，空调热交换回路30中的冷却介质经过第四回路中的第二换热器12吸收电池热交换回路10的热量，给动力电池降温；具体的，通过在空调热交换回路30中的出口端采用第二三通阀门33进行拆分，形成部分共用的第三回路和第四回路。可选的，压缩机31内的冷却介质的压缩和冷凝，使得冷却介质中的热量被空气带走；通过空调热交换回路30中的变频泵40可以调整空调热交换回路30的冷却介质的流速和换热系数。

本发明实施例所提供的整车混合热管理系统，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例类似，为简要描述，系统实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

具体的，在本实施例中，HTCM可以持续监测变频泵的工作状态，并根据工作状态将反馈信号发送至VCU；具体的，变频泵的工作状态包括但不限于以下几种，

正常工作:

如图3所示，当变频泵正常工作时，变频泵持续输出低电平信号。

堵转错误：

如图4所示，当发生堵转时，变频泵会自动停止，等待5s以后会重新启动。连续重启三次失败后，变频泵不会再重启，然后输出占空比为100％的PWM(Pulse widthmodulation，脉冲宽度调制)信号。需要重新上电后变频泵才会恢复运行(保护临界点调整到255)。

过压错误：

如图5所示，当变频泵连续1s检测到电源电压大于18.5V，变频泵会停止运行，进入过压保护状态，同时输出占空比为100％的PWM信号。当电源电压下降到16V以下后，变频泵将会自动解除过压保护，然后在1s内重新启动运行。

空转错误：

如图6所示，变频泵控制器判定为空转运行连续空转运行2min后，变频泵停止运行，需要重新上电后才能继续运行。当判定为空转后，输出频率为10Hz，占空比为40％的PWM信号(保护临界点调整到250)。

欠压错误：

如图7所示，当变频泵连续1s检测到电源电压小于7V，变频泵会停止运行，进入欠压保护状态，同时输出占空比为100％的PWM信号。当电源电压恢复到8.5V以上后，变频泵将会自动解除欠压保护，然后在1s内重新启动运行。

过温错误：

如图8所示，当变频泵控制器芯片温度大于150℃时，变频泵会进入停机保护状态，同时输出占空比为100％的PWM信号。当发生过温错误后，需要重新上电才能再次运行变频泵(保护临界点调整到255)。

过流错误：

如图9所示，当变频泵运行时，如果瞬时电流过大，变频泵会立即停止保护，0.5s以后会自动清除错误且重新启动；如果电流大于一定值，且持续时间超过3s，变频泵会停止运行，同时输出占空比为100％的PWM信号，这种情况下的过流错误不会自动清除，需要断电后重新启动清除(保护临界点调整到255)。

PWM无输入当变频泵运行时：

如图10所示，如果PWM控制信号无输入或PWM输入占空比0％或PWM输入占空比100％或PWM信号线悬空，变频泵会以最大功率(额定功率)运行且变频泵故障信号输出70％占空比故障信号；这种故障当PWM控制信号输入正常后，会自动清除。

需要说明的是，上述的实施过程只是为了说明本申请的可实施性，但这并不代表本申请的副仪表板悬停扶手只有上述实施流程，相反的，只要能够将本申请的副仪表板悬停扶手实施起来，都可以被纳入本申请的可行实施方案。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。