CN102442262A - 空调系统的能量高效控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及至少部分由电驱动的车辆的空调系统。该系统包括：控制车辆内温度的空调模块(10)、控制空调模块的操作的空调控制器(11)，以及被配置成检测用于驱动该车辆的车辆电池(12)何时由供应的能量来充电的检测器(13)。当该检测器(13)检测出车辆电池(12)正在被充电时，该空调控制器使用该供应的能量来直接驱动该空调模块。

Description

空调系统的能量高效控制
技术领域
本申请涉及至少部分由电驱动的车辆的空调系统，并涉及操作该空调系统的方法。
背景技术
由电驱动的车辆的空调系统也消耗电池，不管其是使车辆内部变暖还是变冷，尤其是在使用了与用于使用内燃机的车辆相同的方案的情况下。在至少部分由电驱动车辆的情况下，该车辆的操作范围是重要的因素，因为至少部分由电驱动的车辆的操作范围通常比使用内燃机车辆的操作范围小得多。必须最小化对于驱动车辆来说非必须的在车辆上设置的模块的功率消耗。与在车辆上设置的其它模块相比，空调系统是车辆上具有相当大的功率消耗的元件。
据此，存在提供一种对车辆电池提供的能量消耗最小化的空调系统的需求。
发明内容
这种需求通过独立权利要求的特征来满足。在从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。
依据第一方面，提供了至少部分由电驱动的车辆的空调系统，该系统包括控制车辆内的温度的空调模块。空调控制器控制该空调模块的操作。此外，提供了检测器，其被配置成检测用于驱动车辆所使用的车辆电池何时通过供应的能量(supplied energy)来充电，当该检测器检测到车辆电池正在被充电时，空调控制器使用供应的能量直接驱动该空调模块。因此，当车辆电池正在被充电的时候，供应的能量至少部分地被用于驱动该空调模块，而不是对车辆电池进行充电然后使用车辆电池来操作空调系统。这并不意味着，被供应给电池的全部能量都被用于操作空调模块。然而，操作空调模块所需要的能量是来源于被供应给该车辆电池的能量的，而不是对电池进行充电的能量。这部分充电能量被用于直接驱动空调模块。由于将电能缓冲入电池或者大型电容(super cap)会导致损失，所以使用供应的能量来直接驱动空调模块更高效，而不是将电能首先存储在电池中然后使用这些在电池中被存储的能量来驱动空调模块。
对于至少部分由电驱动的车辆，能量可在两种不同状况下被供应给电池：当在该车辆即将被使用之前，车辆静止的时候，由充电站(chargingstation)供应能量；或者，当该车辆正在行驶并且当车辆的制动器被激活时，使用马达作为发电机的将能量供应给电池。为确定在该车辆未运行的时候，被供应给车辆的能量是否被用于驱动空调模块，可提供包含时间表的数据库，时间表中包含关于下一次车辆将在何时被使用的信息。检测器现在可被配置成检测该车辆引擎是否正在运转，并且当该检测器检测到该车辆引擎未运转的时候，依据该车辆下一次将在何时被使用的事实，空调控制器使用供应的能量来驱动空调模块。当该车辆未运行时，供应的能量直接来自充电站。当从时间表可以推导出该车辆在不远的将来(例如，在预定时间段之内)将被使用时，只要车辆处于充电模式下，该车辆内部就可被预调温。将车辆内部初始设置成期望温度所需要的能量并不会使电池放电(unload)，这是因为这些能量直接来自充电站。
应该理解，术语“包含关于该车辆在下一次将在何时被使用的信息的时间表”并不限于位于该车辆之内的数据库内物理存储的时间表。该时间表还可以被集中存储在远程服务该车辆的服务器上。该车辆可经由数据连接与这样的服务器联系。在另一个实施例中，该车辆可访问用户的日程表或者约会，例如，以备忘记事本(organizer)的形式，以便分析这些数据来预测该用户下一次可能在何时使用该车辆。因此，术语“时间表”可涉及在该车辆以内或者以外的不同位置存储的不同形式的数据。尤其是，术语“时间表”并不限于位于车辆之内的数据库。
在对空调进行驱动的过程中，控制器可被配置成使用由导航模块提供的路线信息，以便确定该空调模块将在何时以及如何被操作。导航模块通常包括被用于计算去往所期望的目的地的地图数据。该地图数据包括海拔信息、限速，以及关于曲率的信息。因而，在该车辆沿着所计算出的路线驾驶时，可预测车辆制动将在何时被激活。基于制动事件，可预测供应给该车辆电池的能量的量。能量的量和能量被供应给电池的频率可因此被用于确定是否可仅通过并非由电池提供的能量操作该空调模块。
由导航模块所提供的路线信息和与其相关联的细节通常被称为电子视界(electronic horizon)。该电子视界包括关于限速的信息、海拔信息，以及关于前方路线曲率的信息。基于这样的信息，不仅可计算将来制动事件的发生，此外还可计算出驾驶员不主动制动的状况，而同时不需要驱动力。这意味着，该驾驶员并不激活加油踏板(gas pedal)。这样的状况被称为自由滑行(free-wheeling)。此处并不需要使车辆加速，而是倾向于缓慢减速。在这样的状况下，可以使离合器(clutch)接合，并且通过车辆移动的惯性经由车轮的转动来驱动马达起到发电机的作用。通过这样做提供能量。所供应能量的量和发生供应这些能量的次数可被用于确定是否可仅通过这些由动能转化成电能的能量来操作空调模块。应该理解的是，术语“自由滑行”并不表示没有动能被有意地变换成电能以便操作车辆中的耗电器，而是，可接受每次将一定量的动能转换成电能，并且因此在自由滑行期间每次减少一定量的车辆速度。这意味着，在自由滑行期间，除诸如摩擦力和风阻力的标准减速力外，进一步的减速力也发挥了作用，这是因为动能转换成了电能。
由车辆的车轮和齿轮转动提供的，并在每个时间单位经由发电机转换成电能的动能的量取决于连接到该发电机上的电负载数量。因此，如果是通过直接来自该发电机(并非经由电池)的能量操作空调模块的，并且如果该空调以高功率消耗的电平运转，则每次将有更多的动能被转换成电能。同时，这对应于车辆更快的减速。
驱动空调系统的一种可行的解决方案是，该空调控制器仅在检测器检测到能量被供应给电池时操作空调模块，这些能量被部分地用于直接驱动该空调模块。当不向电池供应能量时，空调模块将根本不工作。在备选的解决方案中，还有可能在不向电池供应能量时降低空调模块的功率，使得空调模块必须使用被存储在电池中的能量进行操作。
空调系统可及时考虑当前时刻车辆内的温度、当前时刻车辆外面的温度，以及所期望的设定温度范围。所设定的温度范围可通过最小和最大温度来规定。空调控制器系统可被配置成基于这三个温度参数来计算空调的操作状态，以及电子视界。例如，该空调控制器可沿着该路线计算空调模块根本不工作的位置，这是因为例如在这些位置处汽车内的温度在所设定温度范围以内。空调模块不工作的另一种可能性将是，没有由例如制动或者自由滑行提供的电能。可更为能量高效的是，当来自例如制动或自由滑行的能量被提供给系统的时候，将空调模块的操作推迟到稍后的时刻。
此外，对空调模块的操作强度的计算可包括对在工作时的空调模块的功率消耗的计算。例如，通过调节经冷却的空气的温度和调节所使用的出口的个数，这意味着每次调节冷却空气的量，可能增加或者减少功率消耗。通过计算功率消耗，空调控制器能够计算出该空调模块的等价负载。例如，在与环境温度相比的情况下，如果经冷却的空气具有很低的温度，则对应于该空调模块的较高负载，这导致了发电机消耗了大量功率。在自由滑行的情况下，因为动能向电能的转换率更大，所以这对应于车辆的更大的减速值。因此，对应于温度的固定降低，来自例如自由滑行的能量被提供给系统的时间段被减少。因此，一旦空调操作的强度被计算出来，其可被迭代使用以计算能量被供应给可用于直接驱动该空调模块的系统的时间跨度(time span)。
使用这样的方法来驱动该空调模块可伴随着对车辆内温度在整个规划路线上的温度曲线的计算。对于在该路线的起点和目的地之间的每一个时刻，该系统可计算能量是否经由制动或者自由滑行被供应给系统、可计算该空调模块的操作状态，并且，可基于该信息计算车辆内温度。取决于所设定的温度范围，该温度范围可由例如用户选择出，该系统可仅在能量被提供给系统的期间操作空调模块，或者在没有能量被提供给系统的时间期间也操作空调模块，这意味着使用了由电池提供的能量来操作空调模块。
尤其是，可以对空调模块的操作状态进行调整，使得从电池中抽取出的能量的量最小化。从所计算出的温度曲线，可估计出何时温度上升到例如由用户规定的最大温度以上。为了使从电池中抽取出的能量的量最小化，在来自例如自由滑行或制动的能量被提供给系统的时间段内，以高操作强度水平来操作空调是有可能的。汽车内的温度可朝向所设定温度范围的最小温度滑落，而稍后，在当没有来自制动或者自由滑行的能量被提供给系统的时间期间上升到所设定温度范围之内。该系统可基于所计算出的温度曲线计算何时开始需要使用从电池中抽取出的能量来操作该空调模块。基于此，可选择出对空调模块进行操作的时间点或者时间段，以及空调模块的操作强度，使得从电池中抽取出的能量的量最小化。
本发明进一步涉及一种用于操作空调系统的方法，在该空调系统上检测供应的能量来对车辆电池的充电，并且当检测到该车辆正在被充电时，供应的能量来被直接用于驱动空调模块。
附图说明
参考附图将进一步详细地描述本发明，其中
图1是可使用由车辆电池提供的最小化的能量来操作的空调系统的系统图；
图2示出了在操作图1中的空调系统时执行的各步骤的流程图；以及
图3示出了操作该空调系统的一个备选方式的各步骤的流程图；
图4是能够使用由车辆电池提供的最小化能量进行操作的空调系统的系统图。
具体实施方式
在图1中，示出了能够对空调系统进行能量高效控制的系统。该系统包括空调模块10，其被用于使车辆内部(未示出)变暖或者变冷。该空调模块由空调控制器11控制，该空调控制器11控制空调模块10的操作。在图1中示出的空调系统的用户可使用输入单元(未示出)设定期望温度，该空调控制器以这样一种方式控制该空调模块，以便达到车辆内用户期望的温度。
此外，示出了车辆电池12，该电池是被用于至少部分地驱动该车辆的电池。该车辆可以是单纯由电驱动的车辆，或者是由内燃机驱动并且至少部分由电池12驱动的混合动力车。电池12在该车辆未移动时通过充电站16来充电，或者使用在充电站和车辆电池之间的有线连接来充电。此外，车辆可在由该车辆中提供的发电机17驱动的过程中被充电，发电机17在该车辆运行的时候(例如，在制动过程中或者处于诸如下坡驾驶的其它驾驶状况下)生成功率。在图1中示出的箭头表示供应的能量。此外，该空调系统还包括充电控制单元/检测器13，其被配置成检测能量何时被供应给车辆电池。在该示例中示出的检测器被设置成单独的单元。然而，应该理解的是，检测器13也可以设置在空调控制器11中，并可被设计成单独的实体，或者可以是在该车辆中提供的另一个实体的一部分。当该检测器检测到能量正在被供应给电池时，空调控制器被配置成，例如，使用供应的能量的一部分来直接操作空调模块10，而不是首先将其存储在电池中，然后使用所存储的能量来操作该空调模块。
检测器13可进一步检测车辆引擎是否正在运转。当车辆并未在运转而能量正在被供应给电池的时候，所供应的能量是由充电站发送的。此外，在图1中示出的系统可包括具有时间表14的数据库，由该时间表可推导出车辆的操作时间。时间表14可以是驾驶员个人数字助理(PDA)的一部分或者驾驶员的移动电话的一部分，由此可以推导出该车辆将在何时有可能被再次使用。该时间表可进一步包括关于过去的日常驾驶行为的信息。例如，时间表可包括车辆通常在早上被用于驾驶去上班并在下午驾驶回来的信息。
如果由时间表可以推导出车辆将在预定时间段(例如，在下一个小时内)被使用，空调控制器11可使用操作该空调模块10所需数量的直接从充电站供应的能量。此外，该车辆可包括被用于计算通向期望目的地的路线的导航模块15。正如那些本领域技术人员已知的，导航模块15使用地图数据来计算去往由用户提供的目的地的最佳路线。当导航系统已经计算出路线，或者，由于不可能有偏离当前路线的分岔路因而驾驶方向很清楚的时候，该地图数据可被用于确定能量将在何时被供应给电池的可能性较高。该地图可用于预测制动状况，这种制动允许至少部分由电驱动的车辆的发电机能够产生供应给电池的能量。该地图数据允许将海拔曲线和前方将到达的限速区考虑在内。例如，当从该地图数据可推导出将要到达该路线的某些部分处的城市聚集区而在该处必须猛烈地降低车速时，制动引起的能量可被用于驱动空调模块10。
空调控制器可在不同操作模式下操作空调模块。在一种操作模式下，仅在能量正在被供应给电池时使用空调模块。如果车辆的车厢应保持预定温度水平，不需要对空调模块进行连续操作。仅暂时地操作空调模块以获得一定的温度水平就足够了。在另一个实施例中，如果检测到当仅在能量正供应给电池的情况下使用空调模块时不能获得期望温度，则可选择另一种操作模式，在当能量未被供应给电池的情况下使用降低能量消耗模式，而当能量正在被供应给电池的时候使用较高能量消耗模式。
结合图2，该图概括了在图1中示出的空调系统的基本操作模式。该方法从步骤20开始，在步骤21中，检测电池12是否正在由供应的能量来充电。如果在步骤21中检测到供应的能量，则可使用该供应的能量中的一些来操作空调模块，以驱动空调模块(步骤22)。如果在步骤23检测出能源并未供应给电池，则可据此更改操作模式。这可能意味着在能量并未被供应给电池时，空调模块被关闭，或者，这可能意味着由电池供给的能量被用于驱动空调模块。因此可使用和在操作模式22下提供的能量相同数量的能量来操作空调模块，或者可选择另一种操作模式，在该模式下空调模块在一种具有降低能量消耗的操作模式下操作。该方法在步骤24结束。
在图3中示出了对空调模块的操作的更加详细的视图。图3更加详细地示出了在图2的步骤21中检测到电池正在由供应的能量来充电时发生的情况。这样，当在步骤21确认有供应的能量时，空调控制器可在步骤31中询问车辆是否正在运行。如果该车辆并未正在运行，则可断定供应的能量是直接来自充电站的，并且该车辆当前并未被使用。在这种状况下，可在步骤32中查询时间表14，并且可在步骤33中询问该车辆在不远的将来是否将要被使用。如果从时间表推导出该车辆将在不远的将来被使用，则空调模块可在步骤34中使用供应的能量来操作，而不是将用于空调模块的供应的能量存储在电池中。如果在步骤33中检测到车辆将不被使用，则将不对空调模块进行操作。
如果在步骤31中检测到车辆正在运行，则可在步骤35中询问在导航模块15中是否已经计算出路线，或者该导航模块是否能够预测出驾驶路线。如果已经计算出路线或者该路线是可预测的，可在步骤36中计算优化的空调操作。优化的空调操作的一个例子是，仅在当能量正在被供应给车辆时使用空调模块。在步骤37中，则可使用供应的能量来操作空调模块。当在步骤35中没有确定出路线时，也可以仅在能量正在被供应给电池的时候操作空调模块。在另一个实施例中，在没有供应能量给车辆电池的时候额外地操作空调模块也是可行的。本方法在步骤38结束。综上所述，本发明提供了用于至少部分由电驱动的车辆的一种备选的空调策略。尤其是存储在车辆电池上用于驱动该车辆的能量的使用被最小化，或者甚至被完全避免。
结合图4，该图示意性地示出了本发明的另一实施例。在该实施例中，在车辆运行期间依据电子视界45来改变空调系统的操作模式。从导航系统45获得关于规划路线的信息，这些信息包括关于限速、海拔曲线、道路曲率的信息。该信息与关于车辆内的当前温度42、车辆内目标温度范围43(即，设定温度范围)，以及车辆外温度44的信息一起，被空调控制器41用于计算空调模块40的计划操作时间表。基于关于期望温度43和当前温度42、44的信息，可以估计空调模块40需要的操作模式，以便将车辆冷却到目标温度范围43。例如，可估计出空调模块40需要被操作一定量的时间，使特定容积的空气冷却到特定温度。以这样一种方式操作空调模块将使得车辆环境温度处于目标温度范围43之内。此外，基于这样的操作日程表，可以估计出操作空调模块40所需要的电功率的量。
另一方面，基于被称为电子视界45的信息，可以估计出直接来自充电控制单元46的可使用的功率的量。尤其是，直接来自充电控制单元46的可使用的能量不需要从电池47中取出。在车辆内的发电机48可直接经由充电控制单元46将该数量的能量提供给空调控制器41。该数量的能量可被用于依据所计算出的空调日程表来操作空调模块40。
在一个实施例中，发电机48可以是依据本发明的由电驱动的车辆的电动机。在一种操作模式下，当不需要驱动功率以便使车辆加速或者至少保持车速时，电驱动车辆的电动机可作为发电机48操作。不需要驱动功率的状况是指，例如，制动49a或者自由滑行(free-wheeling)49b的状况。在制动过程中，车辆减速。需要从车辆系统中移除动能并将其变换成其它形式的能量。取代在常规制动中仅将动能变换成热能，将车辆的电动机作为发电机48来操作，并且将动能中的至少一些转换成电能是可行的。
车辆电动机可作为发电机48操作的另一种状况是自由滑行49b。在自由滑行过程中，不期望车辆加速。可接受车辆缓慢减速。自由滑行的另一种状况可以是下坡驾驶，在这种情况下附加的下坡坡度使车辆加速。在这样的状况下，一定量的动能经由发电机48被变换成电能是可接受的。从发电机48抽取出的能量的量取决于空调模块40的操作模式。该空调模块40由在空调控制器41之内依据电子视界45的信息提供的操作日程表的操作模式确定。例如，如果空调模块40操作很吃力，这意味着每次有较大容积的气体被冷却到较低的温度，经由充电控制器46从发电机48中取出大量的电能。这意味着，在自由滑行49b的状况期间，车辆同样迅速减速。在一些驾驶状况下这是可接受的。这样的驾驶状况可以是接近了限速区。如果到该限速区的距离使得基于空调模块40的操作模式的减速值适于因此降低速度，则这样的自由滑行模式49b是可接受的。另一方面，如果在自由滑行49b的情况下，基于来自电子视界45的信息，显然空调模块40的操作的较高电平将使车速降低过快，则更加有利的是通过改变操作模式使空调模块40的功率消耗更低。
基于规划路线和电子视界45，当在前方的整个路线的性质可用作提供给空调控制器41的信息时，可以计算出沿该整个路线该车辆内温度的温度曲线。因为例如在某些部分的路线中可能有动能的剩余，然而，在路线中的其它时段可能没有动能剩余，因此这可能是有利的。因此，在有动能剩余的期间，可能有利的是在较高的操作电平下对空调模块40进行操作，并且使车辆内的温度变冷，例如使目标温度范围43的温度最小化。因此，在没有剩余动能存在期间，车量内温度可在目标温度范围内上升。因为温度最初被充分冷却，因此有可能根本不必使用空调模块40。
尤其是，可通过计算沿整个路线的内部温度的温度曲线，来优化空调模块的操作模式，使得从电池中抽取出来以驱动空调模块的能量的量被最小化。当要被变换成电能以经由发电机驱动空调模块的动能剩余可用时，通过将内部温度冷却到最小的可能的温度，可以尽量抑制从电池中抽取能量。可选择对空调模块进行操作的时间段以及对空调模块进行操作的强度，使得温度保持在目标温度范围内，而同时使从电池中抽取出来操作空调模块的能量的量被最小化。

Claims (23)

1.一种至少部分由电驱动的车辆的空调系统，该系统包括：
空调模块(10)，其控制所述车辆内的温度，
空调控制器(11)，其控制所述空调模块的操作，
检测器(13)，其被配置成检测用于驱动所述车辆的车辆电池(12)何时通过供应的能量来充电，
其中当所述检测器(13)检测到所述车辆电池(12)正在被充电时，所述空调控制器直接使用所述供应的能量来来驱动所述空调模块。
2.如权利要求1所述的空调系统，进一步包括数据库，该数据库包括时间表(14)，在该时间表(14)中提供了关于所述车辆下一次将在何时被使用的信息，其中所述检测器(13)被进一步配置成检测车辆引擎是否正在运转，其中当所述检测器(13)检测到所述车辆引擎并未正在运转时，所述空调控制器(11)根据所述车辆下一次将在何时被使用的事实，使用所述供应的能量来驱动所述空调模块。
3.如前述权利要求中的任一项所述的空调系统，其中所述空调控制器(11)被配置成使用由导航模块(15)提供的路线信息，以便在依照操作日程表驾驶的过程中，确定何时以及如何操作所述空调模块。
4.如权利要求3所述的空调系统，其中所述空调控制器(11)被配置成基于所述操作日程表，计算沿所述路线的所述车辆内的第一温度的温度曲线。
5.如权利要求3或4中所述的空调系统，其中所述车辆的马达被用作发电机，以在不需要所述车辆加速的时候供应能量。
6.如权利要求5所述的空调系统，其中所述发电机被配置成将在所述车辆制动或者自由滑行过程中的所述车辆的动能变换成所述供应的能量。
7.如权利要求4所述的空调系统，其中所述空调控制器被配置成确定所述操作日程表，使得所述第一温度保持在目标温度范围内。
8.如权利要求7所述的空调系统，其中所述空调控制器被配置成，如果所述第一温度不在所述目标温度范围内，则仅使用从所述车辆电池中抽取的能量来驱动所述空调模块。
9.如前述权利要求3至8中的任一项所述的空调系统，其中所述空调控制器被配置成使从所述电池中抽取出以驱动所述空调模块的能量最小化。
10.如权利要求5或6所述的空调系统，其中所述空调控制器被配置成确定所述操作日程表，使得仅使用从所述发电机提供的能量来驱动所述空调模块。
11.如权利要求3至10中的任一项所述的空调系统，其中所述操作日程表包括关于通过所述空调模块冷却的空气的温度的信息，以及关于每次通过所述空调模块冷却的空气的量的信息。
12.如前述权利要求中的任一项所述的空调系统，其中所述空调控制器(11)被配置成仅在当所述检测器(13)检测到能量被供应给所述电池时操作所述空调模块(10)。
13.一种用于操作在至少部分地由电驱动的车辆中提供的且用于控制该车内的温度的空调模块的方法，该方法包括以下步骤：
检测通过供应的能量对车辆电池(12)的充电，该电池被用于驱动所述车辆，其中当检测出所述车辆电池正在被充电时，所述供应的能量被直接用于驱动所述空调模块。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括检测车辆引擎是否正在运转的步骤，其中当检测出所述车辆引擎并未正在运转时，从时间表(14)中检索能够确定所述车辆下一次将在何时被使用的信息，其中根据检索出的信息，所述供应的能量被用于驱动所述空调模块(11)。
15.如权利要求14所述的方法，其中当从所述检索出的信息能够确定所述车辆将在预定的时间段内启动时，所述空调模块(10)将被启动。
16.如前述权利要求13至15中的任一项所述的方法，进一步包括使用由导航模块(15)提供的路线信息以便确定在以操作日程表的形式驾驶过程中所述空调模块将在何时以及如何操作的步骤。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括基于所述操作日程表计算所述车辆内第一温度的温度曲线的步骤。
18.如权利要求16或17所述的方法，其中在所述车辆制动或自由滑行过程中，能量被供应给所述电池。
19.如权利要求18所述的方法，其中确定所述操作日程表，使得在所述车辆制动或自由滑行过程中仅使用所述供应的能量来驱动所述空调模块。
20.如权利要求17所述的方法，其中确定所述操作日程表，使得所述第一温度保持在目标温度范围内。
21.如权利要求20所述的方法，其中如果所述第一温度并不在所述目标温度范围内，则仅使用从所述车辆电池中抽取出的能量驱动所述空调模块。
22.如权利要求16至21所述的方法，其中确定所述操作日程表，使得从所述电池中抽取的驱动所述空调模块的能量被最小化。
23.如权利要求13至22中的任一项所述的方法，其中仅在当能量被供应给所述电池时操作所述空调模块(10)。
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