本發(fā)明屬于新能源汽車熱管理及多熱源綜合，具體涉及一種多熱源互補(bǔ)整車一體化熱管理系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、在節(jié)能減排的目標(biāo)導(dǎo)向下，交通運(yùn)輸領(lǐng)域的能源改革、傳統(tǒng)燃油車向新能源汽車的轉(zhuǎn)型發(fā)展正如火如荼進(jìn)行中。新能源汽車不僅需要滿足乘員艙冷熱溫控需求，也對電池、電機(jī)、電控等模塊的熱管理提出了更為精細(xì)和嚴(yán)格的要求。此外，嚴(yán)寒環(huán)境下，蒸發(fā)壓力降低會(huì)削減系統(tǒng)的性能，并容易造成室外換熱器結(jié)霜，加劇續(xù)航里程的焦慮；酷暑天氣時(shí)，車外換熱器的換熱若無法滿足換熱需求，也會(huì)造成系統(tǒng)性能的明顯下降。如何在滿足各部件熱管理需求基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高整車熱管理系統(tǒng)的性能，充分利用整車余熱，最大化降低能耗，實(shí)現(xiàn)續(xù)航里程的有效提升是亟待解決的問題。

2、熱管理系統(tǒng)模式繁雜，不同模式之間進(jìn)行切換時(shí)，不當(dāng)?shù)拈y件啟閉以及啟閉順序可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)異常的高壓等錯(cuò)誤，因此如何實(shí)現(xiàn)不同模式之間的高效切換，保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性也是需要達(dá)成的目標(biāo)。此外，不同的模式具有不同的優(yōu)化目標(biāo)，通常情況下以系統(tǒng)的性能最優(yōu)能耗最小為首要優(yōu)化目標(biāo)，然而個(gè)別模式下，運(yùn)行目標(biāo)達(dá)成的速率才是第一要?jiǎng)?wù)。因此，熱管理系統(tǒng)的模式流程、模式切換控制策略和優(yōu)化目標(biāo)及其實(shí)現(xiàn)方法亦亟待明晰。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種多熱源互補(bǔ)整車一體化熱管理系統(tǒng)及其控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中新能源汽車缺少完善的熱管理策略，難以充分利用整車余熱，最大化降低能耗，以及續(xù)航里程焦慮的問題。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、多熱源互補(bǔ)整車一體化熱管理系統(tǒng)，包括制冷劑回路和冷卻液回路，所述制冷劑回路和冷卻液回路中設(shè)置有多個(gè)閥門；所述冷卻液回路包括電池冷卻液回路和電機(jī)冷卻液回路；

4、所述制冷劑回路和電池冷卻液回路之間通過電池冷卻器換熱，所述制冷劑回路和電機(jī)冷卻液回路通過液冷換熱器換熱；

5、所述制冷劑回路包括壓縮機(jī)、室內(nèi)第一換熱器、室內(nèi)第二換熱器、回?zé)崞?、室外換熱器和氣液分離器；所述壓縮機(jī)的第一端和回?zé)崞鬟B接，壓縮機(jī)的第二端和電池冷卻器的制冷劑側(cè)管路、液冷換熱器的制冷劑側(cè)管路或室內(nèi)第二換熱器中的任意一路或幾路連接，所述室內(nèi)第二換熱器旁設(shè)有室內(nèi)風(fēng)機(jī)，所述室外換熱器旁設(shè)有室外風(fēng)機(jī)；

6、所述電池冷卻液回路包括電池?fù)Q熱器和第一水泵，所述電池?fù)Q熱器和第一水泵連通，所述第一水泵和電池冷卻器連通，所述電池冷卻器和電池?fù)Q熱器連通；

7、所述電機(jī)冷卻液回路包括第二水泵、電機(jī)散熱器、電控?fù)Q熱器和前端散熱器，所述第二水泵的出口同時(shí)和電機(jī)散熱器以及電控?fù)Q熱器的入口連接，所述電機(jī)散熱器以及電控?fù)Q熱器并聯(lián)；

8、所述熱管理系統(tǒng)通過調(diào)整閥門的啟停，調(diào)整運(yùn)行模式。

9、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：

10、優(yōu)選的，所述閥門包括水路四通閥、第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、第七電磁閥、第八電磁閥、第九電磁閥、第十電磁閥、水路第二電磁閥、水路第三電磁閥、水路第四電磁閥、第一雙向全通節(jié)流閥、第二雙向全通節(jié)流閥、第三雙向全通節(jié)流閥、水路第一三通閥和水路第二三通閥；

11、所述水路四通用于同時(shí)連通電池?fù)Q熱器和水路第四電磁閥，以及第二水泵和水路第二三通閥，或用于同時(shí)連通電池?fù)Q熱器和第二水泵，以及水路第二三通閥和水路第四電磁閥；所述第一電磁閥用于連通壓縮機(jī)和液冷換熱器；所述第二電磁閥用于連通壓縮機(jī)和第三電磁閥，或用于連通壓縮機(jī)和室內(nèi)第二換熱器；所述第三電磁閥用于連通第四電磁閥和第二電磁閥或室內(nèi)第二換熱器，或用于連通第九電磁閥和室內(nèi)第二換熱器；所述第四電磁閥用于連通電池冷卻器的制冷劑管路和第三電磁閥，或用于連通電池冷卻器和第九電磁閥；所述第七電磁閥用于連通第一雙向全通節(jié)流閥和室內(nèi)第一換熱器，或用于連通第一雙向全通節(jié)流閥和第八電磁閥；所述第八電磁閥用于連通第七電磁閥和氣液分離器；所述第九電磁閥用于連接氣液分離器和第四電磁閥，或用于連通氣液分離器和第三電磁閥；所述第十電磁閥用于連通氣液分離器和液冷換熱器的制冷劑管路；所述水路第二電磁閥用于連通第二水泵和電機(jī)散熱器；所述水路第三電磁閥用于連通第二水泵和電控?fù)Q熱器；所述水路第四電磁閥用于連通水路四通閥和第一水泵；所述第一雙向全通節(jié)流閥用于連通回?zé)崞骱偷谄唠姶砰y；所述第二雙向全通節(jié)流閥用于連通回?zé)崞骱碗姵乩鋮s器；所述第三雙向全通節(jié)流閥用于連通室內(nèi)第一換熱器和室內(nèi)第二換熱器；所述水路第一三通閥用于連通液冷換熱器、電機(jī)散熱器和電控?fù)Q熱器，或用于連通第二三通閥、電機(jī)散熱器和電控?fù)Q熱器；所述水路第二三通閥用于連通液體換熱器和水路四通閥，或用于連通前端散熱器和水路四通閥，或用于連通第一三通閥和水路四通閥；

12、所述制冷劑回路還設(shè)有第五電磁閥，第六電磁閥，所述電機(jī)冷卻液回路還設(shè)有水路第一電磁閥，所述電池冷卻液回路還設(shè)有水路第五電磁閥，水路第六電磁閥。

13、優(yōu)選的，運(yùn)行模式多樣且對應(yīng)有各自的的優(yōu)化及控制目標(biāo)，包括通過液體冷卻器利用電機(jī)電控余熱提高系統(tǒng)運(yùn)行性能的模式、利用電池和電機(jī)電控余熱提高系統(tǒng)運(yùn)行性能的模式、利用電機(jī)電控余熱保溫電池的模式、利用液冷換熱器進(jìn)行輔助散熱以及利用電池電機(jī)電控余熱化霜的模式。

14、優(yōu)選的，所述通過液體冷卻器利用電機(jī)電控余熱提高系統(tǒng)運(yùn)行性能的模式包括模式七、模式十一和模式十二；

15、所述模式七電池單獨(dú)制熱，優(yōu)化及控制目標(biāo)為系統(tǒng)性能最優(yōu)和電池放電效率；第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥和第十電磁閥，第二雙向全通節(jié)流閥節(jié)流，水路四通閥的a口和d口連通，b口和c口連通，水路第一三通閥的a口和c口連通，水路第二三通閥的b口和c口連通，水路第二電磁閥、水路第三電磁閥和水路第四電磁閥開啟，其余閥件和接口關(guān)閉；

16、所述模式十一乘員艙單獨(dú)制熱，優(yōu)化目標(biāo)為乘員艙單獨(dú)制熱，優(yōu)化及控制目標(biāo)為系統(tǒng)性能最優(yōu)和乘員艙舒適性；第二電磁閥、第七電磁閥和第十電磁閥開啟，第一雙向全通節(jié)流閥節(jié)流，第三雙向全通節(jié)流閥全開，水路四通閥的a口和d口連通，b口和c口連通，水路第一三通閥的a口和c口連通，水路第二三通閥的b口和c口連通，水路第二電磁閥和水路第三電磁閥開啟，其余閥件和接口關(guān)閉；

17、所述模式十二為乘員艙、電池分別制熱，優(yōu)化目標(biāo)為優(yōu)化及控制目標(biāo)為系統(tǒng)性能最優(yōu)，乘員艙舒適性和電池放電效率；第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、第七電磁閥和第十電磁閥開啟，第一雙向全通節(jié)流閥和第二雙向全通節(jié)流閥節(jié)流，第三雙向全通節(jié)流閥全開，水路四通閥的a口和d口連通，b口和c口連通，水路第一三通閥的a口和c口連通，水路第二三通閥的b口和c口連通，水路第二電磁閥、水路第三電磁閥和水路第四電磁閥開啟，剩余閥件或者閥件接口全部關(guān)閉。

18、優(yōu)選的，所述利用電池和電機(jī)電控余熱提高系統(tǒng)運(yùn)行性能的模式包括模式十、模式十三和模式十四；

19、所述模式十為乘員艙制熱且電池制冷模式，優(yōu)化及控制目標(biāo)為系統(tǒng)性能最優(yōu)，乘員艙舒適性和電池安全；第二電磁閥、第四電磁閥、第七電磁閥、第九電磁閥和第十電磁閥開啟，第一雙向全通節(jié)流閥節(jié)流，第二雙向全通節(jié)流閥和第三雙向全通節(jié)流閥全開，水路四通閥的a口和d口連通，b口和c口連通，水路第一三通閥的a口和c口連通，水路第二三通閥的b口和c口連通，水路第二電磁閥、水路第三電磁閥和水路第四電磁閥開啟，剩余閥件或者閥件接口全部關(guān)閉；

20、所述模式十三為乘員艙制熱、電池電機(jī)電控制冷，優(yōu)化及控制目標(biāo)為系統(tǒng)性能最優(yōu)，乘員艙舒適性和電池電機(jī)電控安全；第二電磁閥、第四電磁閥、第七電磁閥、第九電磁閥和第十電磁閥開啟，第一雙向全通節(jié)流閥節(jié)流，第二雙向全通節(jié)流閥和第三雙向全通節(jié)流閥全開，水路四通閥的a口和b口連通，c口和d口連通，水路第一三通閥的a口和c口連通，水路第二三通閥的a口和c口連通，水路第二電磁閥、水路第三電磁閥和水路第四電磁閥開啟，剩余閥件或者閥件接口全部關(guān)閉；

21、所述模式十四為乘員艙單獨(dú)制熱且水路串聯(lián)，優(yōu)化及控制目標(biāo)為系統(tǒng)性能最優(yōu)和乘員艙舒適性；第二電磁閥、第七電磁閥和第十電磁閥開啟，第一雙向全通節(jié)流閥節(jié)流，第三雙向全通節(jié)流閥全開，水路四通閥的a口和b口連通，c口和d口連通，水路第一三通閥的a口和c口連通或者a口和b口連通，水路第二三通閥的b口和c口連通，水路第二電磁閥、水路第三電磁閥和水路第四電磁閥開啟，其余閥件和接口關(guān)閉。

22、優(yōu)選的，所述利用電機(jī)電控余熱保溫電池的模式包括模式九和模式十四；

23、所述模式九壓縮機(jī)停機(jī)，電機(jī)電控保溫電池或電池前端散熱模式時(shí)，水路四通閥的a口和b口連通，c口和d口連通，水路第一三通閥的a口和b口連通，水路第二三通閥的b口和c口連通，水路第二電磁閥、水路第三電磁閥和水路第四電磁閥開啟，壓縮機(jī)停機(jī)；

24、所述模式十四為乘員艙單獨(dú)制熱且水路串聯(lián)，優(yōu)化及控制目標(biāo)為系統(tǒng)性能最優(yōu)和乘員艙舒適性；第二電磁閥、第七電磁閥和第十電磁閥開啟，第一雙向全通節(jié)流閥節(jié)流，第三雙向全通節(jié)流閥全開，水路四通閥的a口和b口連通，c口和d口連通，水路第一三通閥的a口和c口連通或者a口和b口連通，水路第二三通閥的b口和c口連通，水路第二電磁閥、水路第三電磁閥和水路第四電磁閥開啟，其余閥件和接口關(guān)閉。

25、優(yōu)選的，所述利用液冷換熱器進(jìn)行輔助散熱的模式包括模式一、模式二、模式四和模式五；

26、所述模式一為乘員艙和電池分別制冷模式運(yùn)行，優(yōu)化及控制目標(biāo)為系統(tǒng)性能最優(yōu)、乘員艙舒適性和電池安全；液冷換熱器通過電機(jī)冷卻液回路輔助制冷劑回路散熱；第一電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、第七電磁閥和第九電磁閥開啟，第一雙向全通節(jié)流閥和第二雙向全通節(jié)流閥節(jié)流，第三雙向全通節(jié)流閥全開，水路四通閥的a口和b口相連，c口和d口相連；水路第一三通閥的a口和c口連通，水路第二三通閥的a口和c口連通，水路第二電磁閥和水路第三電磁閥開啟，其余閥件和接口關(guān)閉；

27、所述模式二為乘員艙單獨(dú)制冷模式，優(yōu)化目標(biāo)為優(yōu)化及控制目標(biāo)為系統(tǒng)性能最優(yōu)和乘員艙舒適性；液冷換熱器通過電機(jī)冷卻液回路輔助制冷劑回路散熱；第一電磁閥、第三電磁閥、第七電磁閥和第九電磁閥開啟，第一雙向全通節(jié)流閥節(jié)流，第三雙向全通節(jié)流閥全開，水路四通閥的a口和d口連通，b口和c口連通，水路第一三通閥的a口和c口連通，水路第二三通閥的a口和c口連通，水路第二電磁閥和水路第三電磁閥開啟，其余閥件和接口關(guān)閉；

28、所述模式四為乘員艙單獨(dú)制冷且水路串聯(lián)模式，優(yōu)化及控制目標(biāo)為系統(tǒng)性能最優(yōu)和乘員艙舒適性；液冷換熱器通過電機(jī)冷卻液回路輔助制冷劑回路散熱；第一電磁閥、第三電磁閥、第七電磁閥和第九電磁閥開啟，第一雙向全通節(jié)流閥節(jié)流，第三雙向全通節(jié)流閥全開，水路四通閥的a口和b口連通，c口和d口連通，水路第一三通閥的a口和c口連通，水路第二三通閥的a口和c口連通，水路第二電磁閥，水路第三電磁閥和水路第四電磁閥開啟，其余閥件和接口關(guān)閉；

29、所述模式五為電池單獨(dú)制冷模式，優(yōu)化及控制目標(biāo)為系統(tǒng)性能最優(yōu)和電池安全；液冷換熱器通過電機(jī)冷卻液回路輔助制冷劑回路散熱；第一電磁閥、第四電磁閥和第九電磁閥開啟，第二雙向全通節(jié)流閥節(jié)流，水路四通閥的a口和d口連通，b口和c口連通，水路第一三通閥的a口和c口連通，水路第二三通閥的a口和c口連通，水路第二電磁閥、水路第三電磁閥和水路第四電磁閥開啟，其余閥件和接口關(guān)閉。

30、優(yōu)選的，所述利用電池電機(jī)電控余熱化霜模式為模式十七，通過電池冷卻器或液冷換熱器，制冷劑吸收電池和電機(jī)電控發(fā)熱量，融化室外換熱器的霜層。

31、優(yōu)選的，當(dāng)所述優(yōu)化及控制目標(biāo)包括系統(tǒng)性能最優(yōu)時(shí)，通過壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速將排氣壓力調(diào)控至最優(yōu)排壓；當(dāng)所述優(yōu)化及控制目標(biāo)包括乘員艙舒適性時(shí)，通過第一雙向全通節(jié)流閥將送風(fēng)溫度調(diào)控至設(shè)定溫度，通過室內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速將乘員艙溫度調(diào)控至設(shè)定溫度；當(dāng)所述優(yōu)化及控制目標(biāo)包括電池安全性或放電效率時(shí)，通過第二雙向全通節(jié)流閥將進(jìn)出水溫差調(diào)控至設(shè)定值；當(dāng)所述優(yōu)化及控制目標(biāo)包括換熱量最大，需要調(diào)控壓縮機(jī)高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，閥開度控制排氣壓力最大限值。

32、一種上述熱管理系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

33、s1，采集環(huán)境溫度、乘員艙溫度、電池溫度、電機(jī)溫度、電控溫度、除濕按鈕是否開啟，以及快充是否開啟數(shù)據(jù)；

34、s2，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)選擇啟動(dòng)的模式類型；

35、s3，根據(jù)模式，確定優(yōu)化目標(biāo)，如果系統(tǒng)需要優(yōu)化運(yùn)行性能，設(shè)定壓縮機(jī)目標(biāo)排氣壓力，通過第一pid控制器調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)整壓縮機(jī)的排氣壓力；如果乘員艙具有熱管理需求，設(shè)定乘員艙溫度目標(biāo)值和送風(fēng)溫度目標(biāo)值，通過第二pid控制器調(diào)節(jié)第一雙向全通節(jié)流閥開度，調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度，通過第三pid控制器調(diào)節(jié)室內(nèi)送風(fēng)量，調(diào)整乘員艙溫度；如果電池具有熱管理需求，設(shè)定電池的出水溫度目標(biāo)值，通過第四pid控制器調(diào)節(jié)第二雙向全通調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)電池冷卻器的出水溫度；

36、s4，當(dāng)調(diào)節(jié)值均達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，熱管理系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，如果未達(dá)到則繼續(xù)調(diào)整相應(yīng)的pid控制器，如果系統(tǒng)未停機(jī)則繼續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度等參數(shù)，完成模式判斷和pid調(diào)控。

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

38、本發(fā)明公開了多熱源互補(bǔ)整車一體化熱管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)在滿足乘員艙、電池、電機(jī)、電控各部件的熱管理需求基礎(chǔ)上，通過液冷換熱器、電池冷卻器以及水路四通換向閥的作用，低溫工況可實(shí)現(xiàn)電池、電機(jī)電控余熱的利用，作為環(huán)境熱源的補(bǔ)充，有效提高系統(tǒng)在低環(huán)境溫度下的蒸發(fā)壓力，并有利于延緩冬季室外換熱器結(jié)霜現(xiàn)象的發(fā)生，此外當(dāng)室外換熱器結(jié)霜時(shí)可利用余熱進(jìn)行化霜，減少逆循環(huán)除霜對乘客舒適性的影響以及熱氣旁通除霜壓縮機(jī)所消耗的能量；高溫工況下，液冷換熱器作為氣體冷卻器的補(bǔ)充，通過液冷換熱器輔助室外換熱器散熱，此外室內(nèi)換熱器的冷凝水霧化后噴向室外換熱器以強(qiáng)化傳熱，從而降低室外換熱器出口的制冷劑溫度，實(shí)現(xiàn)全工況范圍內(nèi)系統(tǒng)的熱力學(xué)性能的提升。該系統(tǒng)采用co2工質(zhì)作制冷劑，大部分工況無需ptc加熱器輔助加熱，實(shí)現(xiàn)熱管理系統(tǒng)能耗的降低，有效緩解續(xù)航里程衰減焦慮。

39、本發(fā)明還公開了一種熱源互補(bǔ)整車一體化熱管理系統(tǒng)的控制方法，該方法明確了熱管理系統(tǒng)模式切換時(shí)不同部件的啟閉，以及不同模式下系統(tǒng)的制冷劑和冷卻液回路流程。此外，不同模式下對應(yīng)有不同的優(yōu)化目標(biāo)，一般性可長時(shí)間運(yùn)行的模式以系統(tǒng)性能最優(yōu)能耗最小為優(yōu)化目標(biāo)，通過多pid的耦合調(diào)控，滿足不同模式下排氣壓力、送風(fēng)溫度、乘員艙溫度和電池出水溫度的快速調(diào)控，有效提高系統(tǒng)各控制目標(biāo)響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效控制?；?、快充、除濕等模式下以換熱量最大作為優(yōu)化控制目標(biāo)，從而有效加快模式運(yùn)行目標(biāo)的達(dá)成，縮短運(yùn)行時(shí)間。