一種混合動力車輛低SOC工況集成式熱管理控制方法

中圖分類號：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）06-0007-03

HybridVehicle Integrated Thermal Management Control Method forLow SOCConditions

ZhaiLingrui，Qiao Yunqian，ZhangShuai，WangRu （Weichai Power Co.，Ltd.，Weifang，China）

【Abstract】This paper introducesan integrated thermal management control method for hybrid electric vehicles underlowSOCconditions.This methodenables the integrated thermal managementcontroler toparticipatein vehicle energymanagement，automaticallyadjust theworking stateof the integrated thermal managementunder low SOC conditions，reducepower consumption，optimizevehicle energy managementand improve vehicle reliability on the premise of ensuring normal vehicle operation.

【Key words】 hybrid electric vehicle；low SOC；integrated thermal management

0 引言

混合動力車輛的熱管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油車有很大區(qū)別。傳統(tǒng)燃油車只對駕駛室和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻或加熱，而混合動力車輛不僅要控制駕駛室和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)溫度，也要對電池、電機(jī)、電機(jī)控制器溫度進(jìn)行控制。當(dāng)前，混合動力車輛的熱管理系統(tǒng)正朝著集成式、智能化的方向發(fā)展1。集成式熱管理系統(tǒng)將駕駛室、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、電池、電機(jī)、電機(jī)控制器中某些或全部回路連通，形成一個(gè)大的、可控的循環(huán)回路，從而發(fā)揮集成式熱管理零部件數(shù)量少、管路簡單、降低整車質(zhì)量、降低制造成本、減少能量浪費(fèi)等優(yōu)勢。本文適用于將駕駛室、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)及電池進(jìn)行集成控制的熱管理系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。在該系統(tǒng)中，駕駛室冷卻與電池冷卻使用同一套壓縮機(jī)、冷凝器及冷凝風(fēng)扇，同時(shí)電池加熱取消傳統(tǒng)PTC，采用發(fā)動機(jī)冷卻液與電池冷卻液熱交換的方式實(shí)現(xiàn)電池加熱。

1集成式熱管理控制方法

集成式熱管理控制器通過對壓縮機(jī)、冷媒截止閥、冷凝風(fēng)扇、水泵及暖水閥進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)駕駛室制冷及電池的制冷與制熱功能。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)溫度控制及駕駛室制熱與傳統(tǒng)燃油車相同，在此不再贅述。

當(dāng)控制器接收到駕駛室的制冷需求時(shí)，會控制冷凝風(fēng)扇啟動，打開駕駛室回路冷媒截止閥，并啟動壓縮機(jī)；當(dāng)接收到電池的制冷需求時(shí)，會控制冷凝風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，水泵啟動，打開電池回路冷媒截止閥，同時(shí)啟動壓縮機(jī)；若同時(shí)接收到駕駛室和電池的制冷需求，會控制冷凝風(fēng)扇和水泵工作，同時(shí)打開駕駛室回路與電池回路的冷媒截止閥，并啟動壓縮機(jī)；當(dāng)接收到電池的制熱需求時(shí)，會控制水泵工作，并打開暖水閥。

與傳統(tǒng)燃油車的機(jī)械式壓縮機(jī)不同，混合動力車輛采用的是電動壓縮機(jī)，且屬于高壓部件，其功率通常在 2～5kW 。熱管理系統(tǒng)由單獨(dú)的控制器負(fù)責(zé)，僅對駕駛室及電池的制冷/制熱需求進(jìn)行被動控制，不參與整車的能量管理。在低SOC工況下，熱管理系統(tǒng)的正常運(yùn)行可能會導(dǎo)致SOC進(jìn)一步降低，最終引發(fā)電池嚴(yán)重故障，致使高壓系統(tǒng)異常，進(jìn)而影響車輛的正常運(yùn)營。

2 自調(diào)整控制策略

由于熱管理控制器不參與整車能量管理，在低SOC工況下，熱管理系統(tǒng)的運(yùn)行可能會導(dǎo)致SOC持續(xù)降低，最終影響車輛的正常運(yùn)營。本文通過優(yōu)化控制策略，提出一種適用于混合動力車輛低SOC工況的集成式熱管理控制方法。該方法能夠在低SOC工況下，自動調(diào)整熱管理系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在確保車輛正常運(yùn)營的前提下，降低電量消耗，優(yōu)化整車能量管理，提升整車的可靠性。其總體控制邏輯為：當(dāng)駕駛室或電池有制冷需求時(shí)，根據(jù)當(dāng)前SOC狀態(tài)，判斷熱管理控制器應(yīng)執(zhí)行常規(guī)邏輯、SOC偏低邏輯、SOC嚴(yán)重偏低邏輯，還是禁止工作。同時(shí)，監(jiān)測預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)SOC的變化趨勢，若呈上升趨勢，表明整車能量管理效果良好；若呈下降趨勢，則表明整車能量管理失效，需通過儀表提示駕駛員進(jìn)行駐車發(fā)電。具體流程如圖2所示，主要包括以下幾個(gè)部分。

2.1熱管理控制常規(guī)邏輯

熱管理系統(tǒng)各元器件的控制，普遍采用查表法、PID控制算法、模糊PID控制算法、帶有前饋的控制算法等2。其中，查表法又包括定轉(zhuǎn)速控制、轉(zhuǎn)速分段控制等，這些方法均為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

2.2SOC偏低工況熱管理控制邏輯

SOC偏低工況熱管理控制邏輯如圖3所示。首先，獲取常規(guī)邏輯計(jì)算得出的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 N ，然后通過預(yù)先標(biāo)定的修正系數(shù)A對壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，使壓縮機(jī)降轉(zhuǎn)速運(yùn)行，以減少電量消耗。接著，監(jiān)測電池單體溫度，實(shí)時(shí)判斷電池是否存在過熱風(fēng)險(xiǎn)。若不存在過熱風(fēng)險(xiǎn)，則繼續(xù)執(zhí)行該邏輯；若存在過熱風(fēng)險(xiǎn)，則需區(qū)分此時(shí)是駕駛室與電池同時(shí)制冷，還是單電池制冷。若為同時(shí)制冷，控制駕駛室回路冷媒截止閥關(guān)閉，執(zhí)行單電池制冷邏輯，優(yōu)先保障電池的制冷效果；若為單電池制冷，說明系統(tǒng)制冷能力不足，需對修正系數(shù)A進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，增強(qiáng)系統(tǒng)制冷能力。

判斷電池有無過熱風(fēng)險(xiǎn)的邏輯為：當(dāng)電池單體最高溫度高于預(yù)設(shè)值，且在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)電池單體最高溫度仍呈上升趨勢時(shí)，判定電池存在過熱風(fēng)險(xiǎn)；否則，判定電池?zé)o過熱風(fēng)險(xiǎn)。其中，預(yù)設(shè)值與BMS過溫閾值相關(guān)。

2.3SOC嚴(yán)重偏低工況熱管理控制邏輯

SOC嚴(yán)重偏低工況下的熱管理控制邏輯如圖4所示。首先，判斷此時(shí)是駕駛室與電池同時(shí)制冷、單電池制冷，還是單駕駛室制冷。若為同時(shí)制冷，控制駕駛室回路冷媒截止閥關(guān)閉，執(zhí)行單電池制冷邏輯，在減少電量消耗的同時(shí)，優(yōu)先保障電池的制冷效果；若為單電池制冷，同樣執(zhí)行單電池制冷邏輯；

若為單駕駛室制冷，控制駕駛室回路冷媒截止閥關(guān)閉，停止壓縮機(jī)工作。

單電池制冷邏輯為：先獲取常規(guī)邏輯計(jì)算的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 N ，再通過預(yù)先標(biāo)定的修正系數(shù)B對壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，使壓縮機(jī)降轉(zhuǎn)速運(yùn)行，降低電量消耗。隨后，監(jiān)測電池單體溫度，實(shí)時(shí)判斷電池有無過熱風(fēng)險(xiǎn)。若不存在過熱風(fēng)險(xiǎn)，繼續(xù)執(zhí)行該邏輯；若存在過熱風(fēng)險(xiǎn)，說明系統(tǒng)制冷能力不足，需對修正系數(shù) B 進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，增強(qiáng)系統(tǒng)制冷能力。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

將上述控制策略通過Simulink-RTW生成代碼，并下載到控制器中，進(jìn)行整車驗(yàn)證。

圖5展示了SOC偏低時(shí)的整車驗(yàn)證結(jié)果。從圖中可以看出，控制器能夠自動降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，減少電量消耗，有效優(yōu)化整車能量管理，

SOC嚴(yán)重偏低工況整車驗(yàn)證結(jié)果如圖6所示。從圖6中可以看出，控制器可自動關(guān)閉駕駛室回路冷媒截止閥，減少電量消耗的同時(shí)保證電池制冷效果，提升整車可靠性。

4結(jié)束語

通過讓集成式熱管理控制器參與整車能量管理，本研究實(shí)現(xiàn)了在低SOC工況下對集成式熱管理工作狀態(tài)的自動調(diào)整。這一方法在確保車輛正常運(yùn)營的前提下，有效減少了電量消耗，優(yōu)化了整車能量管理，顯著提升了整車的可靠性。

參考文獻(xiàn)

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（編輯凌波）