[發明專利]一種電動汽車電池換熱風機系統及其控制方法

有效

• 申請號: 202110014626.8
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112820976B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 張展浩;成澤陽;關林
• 申請（專利權）人: 張展浩
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/615;H01M10/625;H01M10/633;H01M10/635;H01M10/6556;H01M10/6563;H01M10/659;G05D23/20;B60L58/26;B60L58/27
• 代理公司: 沈陽銘揚聯創知識產權代理事務所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

一種電動汽車電池換熱風機系統及其控制方法，屬于電動汽車電池倉溫控風機技術領域，所述系統包括相變儲熱裝置、電池倉，所述相變儲熱裝置與電池倉串聯，所述相變儲熱裝置與電池倉之間設有換熱通風管，換熱風在通風管中呈順時針運動模式。所述方法為設計狀態觀測器對不可測狀態進行估計；利用神經網絡方法對系統中存在的未知非線性函數進行估計；對于風機中存在的回滯現象，利用隱逆尋優的方法獲取最終的控制信號，本發明將電池與相變儲熱裝置結合，解決電動汽車電池散熱管理與低溫啟動的問題，使用自適應動態面控制方法控制換熱風機，達到控制系統平穩而快速地調節電機轉速，在節能的同時實現電池倉溫度動態平衡。

技術領域

本發明屬于電動汽車電池倉溫控風機技術領域，具體涉及一種電動汽車電池換熱風機系統及其控制方法。

背景技術

在電動汽車運行過程中，電動汽車電池會散發大量的熱量，若熱量不能及時散發可能引起電池熱失控事故的發生；當電池停止工作后，電池的溫度將向外界室溫恢復，若外界室溫偏低，低于電池的正常工作溫度區間，電池的工作會因低溫而導致放電容量急速衰減同時加速電池的老化。當前，針對電動汽車電池的低溫啟動問題的研究偏少，主要采用粗放式的用外部熱源加熱的方式進行；散熱管理的研究相對較多，主要有空氣冷卻法、液體冷卻法和相變材料冷卻法三種，這三種方法通常都會采用接觸式開放散熱的結構，即通過冷卻介質與電池接觸換熱，再將熱量散發到外界的方式，而且通常都會輔以電機帶動旋轉設備來加速冷卻介質的流動的方式來加強熱交換的效率，但對電機的控制也粗放式的擋位控制；而在一些其他領域的風機控制方法如分級調速方法、PID控制方法、廣義預測控制算法和滑模變結構控制算法等，也普遍存在控制精度低、對實際對象的非線性和時變不確定性不能很好解決、控制系統響應速度慢和系統抖震的問題。

發明內容

本發明提出了電動汽車電池與相變儲熱裝置結合的基礎結構來解決電動汽車電池散熱管理與低溫啟動的問題，同時使用自適應動態面控制方法來控制換熱風機，以達到控制系統平穩而快速地調節電機轉速，在節能的同時實現電池倉溫度動態平衡的目的。

本發明采用如下技術方案：

一種電動汽車電池換熱風機系統，所述系統包括相變儲熱裝置、電池倉，所述相變儲熱裝置與電池倉串聯，所述相變儲熱裝置與電池倉之間設有兩個換熱通風管，每個換熱通風管內部嵌入有換熱風機，使換熱風在通風管中呈順時針運動模式，當電動汽車正常運行時，若電池倉溫度高于正常電池倉工作溫度，換熱風機和相變儲熱裝置開啟，系統進入散熱模式，即將電池倉的熱量經過風機傳輸到相變儲熱裝置中，此時相變儲熱裝置處于吸熱狀態；當電動汽車處于停車將要啟動狀態時，若電池倉的溫度低于正常電池倉工作溫度，換熱風機和相變儲熱裝置開啟，利用換熱風機旋轉將相變儲熱裝置的熱量傳輸到電池倉，對電池倉進行升溫，相變儲熱裝置處于放熱狀態。

所述的一種電動汽車電池換熱風機系統的控制方法，所述方法為設計狀態觀測器對不可測狀態進行估計；利用神經網絡方法對系統中存在的未知非線性函數進行估計；對于風機中存在的回滯現象，利用隱逆尋優的方法獲取最終的控制信號，

選取直流無刷電動機作為換熱風機，該風機模型為：

其中，k_e為反電勢系數，R為繞組相電阻，R_s＝2R，且L_s＝2(L-M)，L為繞組自感，M為兩相繞組間互感，T_l為負載轉矩，J為轉動慣量，B為摩擦系數，k_t為轉矩系數，將公式(1)變成如下形式：

其中，為未知非線性函數，利用神經網絡方法，得到：

其中ψ(ζ)為神經網絡基函數，θ^*神經網絡為最佳權向量，σ為神經網絡誤差，然后根據公式(3)得到：

其中