[發明專利]混合動力汽車電池加熱和充電裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201310724680.7
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103700903A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 陳龍;任皓;袁朝春;竇輝;劉逸群;吳飛
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M10/48
• 分類號: H01M10/48;H01M10/615;H01M10/625;H01M10/6568
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技術領域

本發明屬于新能源汽車領域，尤其是一種混合動力汽車電池加熱和充電裝置及其控制方法。

背景技術

混合動力汽車一般由一個內燃機結合一個或多個電池和電機來形成混合動力驅動系統。內燃機消耗燃料，將燃料的化學能轉換成動能和熱能，動能用于驅動車輛行駛，熱能往往以廢氣等形式耗散至周圍環境。電池負責向電機供電，將電能轉化為動能驅動車輛行駛。電池的性能會受到溫度的影響，當電池的周圍環境溫度或者電池溫度低于預定溫度值，如-8℃，電池的性能會顯著下降，從而影響混動動力系統的性能，如：能量回收、起/停功能。當車輛處于純電動狀態時，蓄電池溫度以及電荷狀態的降低還會對整車動力性造成影響。為了提升電池性能，一些插電式混合動力系統可以讓車輛接入外接充電裝置充電，同時利用電阻型加熱器加熱電池，然而在許多地方如車站、機場或者商業停車場，往往沒有外接充電裝置，而且目前絕大部分的混合動力系統不具備外界充電功能。此外，還有一些駕駛員會通過讓發動機怠速空轉來讓車輛其他部件升溫，但對于電池尤其是鋰電池而言，其溫度往往不會隨著發動機的運行而增加。因此如果能夠利用車輛本身的熱能來確保電池溫度和電荷狀態始終處于理想狀態，將對混合動力汽車整車性能的提高具有十分重要的意義。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種混合動力汽車電池加熱和充電裝置及其控制方法，利用車輛排放出的廢氣中的熱能給電池加熱和/或者充電，使電池溫度和電荷狀態一直處于理想狀態，保證電池的高性能，提升混合動力汽車整車性能。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

混合動力汽車電池加熱和充電裝置，包括廢氣熱量回收裝置、熱能傳遞回路、第一熱交換器、第二熱交換器、熱電裝置、電池蓋板、溫度傳感器、電荷狀態指示器、控制器，所述廢氣熱量回收裝置包括設置在廢氣管上并與排氣管相通的分支氣管、設置在分支氣管上的廢氣熱交換器、設置廢氣管與分支氣管之間的第一分流閥，所述熱能傳遞回路包括與廢氣交換器的出口相連的第一管路、與廢氣交換器的進口相連的第二管路，所述第一管路分別與第一熱交換器、第二熱交換器的入口相連，所述第二管路分別與第一熱交換器、第二熱交換器的出口相連，所述第一管路上設置有循環泵和第二分流閥，第二分流閥設置在第一管路的分支處；所述第一熱交換器通過傳熱管與電池蓋板連接，所述電池蓋板包裹在電池外部，所述第二熱交換器通過導熱材料與熱電裝置連接，熱電裝置通過導線與電池連接；溫度傳感器、電荷狀態指示器安裝在電池上、并分別與控制器連接，所述控制器還與第一分流閥、第二分流閥連接。

優選地，所述電池蓋板由導熱材料制成。

混合動力汽車電池加熱和充電裝置的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）溫度傳感器和電荷狀態指示器實時監測電池的溫度和電荷狀態，并將電池的實時溫度和電荷狀態信號傳輸到控制器；

（2）控制器根據電池的實時溫度、電荷狀態信號分別與電池的最高溫度預設值、電荷狀態預設值進行比較，當電池的實時溫度低于最高溫度預定值或者電荷狀態低于電荷狀態預定值時，控制器控制第一分流閥將廢氣分流至分支氣管，廢氣熱交換器將廢氣中的熱量轉移至傳熱流體中；否則，控制器控制第一分流閥將廢氣直接導入排氣管排至車外；

（3）控制器進一步判斷電池的實時溫度是否低于電池的最低溫度預定值，若是，控制器控制第二分流閥僅導通第一管路與第一熱交換器；若不是，則控制器進一步判斷電池的實時溫度是否介于電池的最低溫度預定值與最高溫度預定值之間，若不是，控制器控制第二分流閥僅導通第一管路與第二熱交換器；若是，則控制器進一步判斷電池的實時電池電荷狀態是否大于電荷狀態預設值，若是，控制器控制第二分流閥僅導通第一管路與第一熱交換器；若不是，控制器控制第二分流閥同時導通第一管路與第一熱交換器、第二熱交換器。

本發明在車輛排氣系統上增設廢氣熱量回收裝置，將廢氣中的熱能通過熱能傳遞回路轉移至第一熱交換器和第二熱交換器，第一熱交換器可以利用熱能給電池加熱，第二熱交換器可以和熱電裝置配合利用熱能給電池充電，從而實現利用車輛排放出的廢氣中的熱能給電池加熱和/或充電。

通過安裝在電池上的溫度傳感器和電荷狀態指示器實時監測電池的溫度和電荷狀態，控制器根據電池的溫度和電荷狀態、以及根據電池的具體參數確定的最低溫度預定值、最高溫度預定值和電荷狀態預定值，通過對第一分流閥和第二分流閥的控制，來控制所述混合動力汽車電池加熱和充電裝置的運行，確定是否給電池加熱或者充電。