CN103171448A - 电动车辆流体预加热器 - Google Patents

Abstract

一种电动车辆动力系，包括：电池，配置为与外部电源联接；动力设备，包括至少一个三相电动机；动力控制器，配置为从电池接收电能并可控地提供电能到该至少一个电动机。该电动机包括具有多个电绕组的定子和具有磁场取向的转子，该转子配置为相对于定子旋转。动力控制器被配置为通过以下来加温发动机流体：确定转子相对于定子的位置，确定用于三个电动机相中的每一个的DC电流使得定子的电磁场与转子的磁场取向成镜像；以及提供确定的DC电流到电动机以电阻加热流体。

Description

电动车辆流体预加热器

技术领域

本发明大体涉及一种用于预加热电动车辆动力系中的发动机流体的系统和方法。

背景技术

电动车辆一般包括一个或多个电力牵引电动机，所述电力牵引电动机可以利用受控的三相交流电源来推动。为了减轻牵引的不利影响，流体润滑剂可以在电动机壳体内循环以清洗任何相关的齿轮、轴承和/或电绕组。在长期不工作之后，特别是在寒冷环境中，这些润滑剂/流体可能被冷却到低于期望操作温度范围。这样的冷却会增加流体粘度并对电动机运行提供更大的阻力。该增加的流体阻力可能需要额外的能量来克服，这对于最大化在再充电之间的总行驶里程/时间的目标是达不到预期的。

发明内容

一种电动车辆动力系，包括：电池，配置为与外部电源联接；动力设备，包括至少一个三相电动机；和动力控制器，配置为从电池接收电能并以受控的方式提供电能到该至少一个电动机。该电动机包括具有多个电绕组的定子和具有磁场取向的转子，该转子配置为相对于定子旋转；

动力控制器可以被配置为通过以下来加温发动机流体：确定转子相对于定子的位置，确定用于三个电动机相中的每一个的DC电流使得定子的电磁场与转子的磁场取向成镜像；以及提供确定的DC电流到电动机以电阻加热流体。

动力系可以包括与电动机连通的流体回路，以及流体泵，所述流体泵使流体在流体回路中循环。流体可以是，例如，冷却剂流体或发动机油。该温度传感器可与流体回路热连通且配置为监测流体的温度。在一个配置中，动力控制器可配置为，只有当感测的流体温度低于预定阈值时，提供相应DC电流到电动机。

动力控制器还可被配置为监测电池的充电状态，且可只有当电池的充电状态高于预定阈值时，提供相应DC电流到电动机。

此外，一种预加温发动机流体的方法，可以包括接收来自用户的激活请求，将电池的充电状态与充电阈值进行比较，响应于激活请求利用DC电流激励三相电力牵引电动机，以及将热能从三相电力牵引电动机传递到发动机流体。在一个配置中，三相电力牵引电动机可以仅在电池的充电状态超过充电阈值时被激励。

利用DC电流激励三相电力牵引电动机可以包括：确定牵引电动机的转子相对于电力牵引电动机的定子的角位置，确定用于三相电力牵引电动机的三个电相中的每一个的DC电流使得定子的磁场与转子的磁场成镜像；以及提供每一个确定的DC电流到电力牵引电动机的相应相中。牵引电动机的激励可以执行为使得DC电流不会引发电动机的输出扭矩。此外，从三相电力牵引电动机传递热能到发动机流体可以包括泵送发动机流体为与三相电力牵引电动机热连通。

该方法还可以包括监测转子的角位置，以及如果检测到角位置变化则去除到电力牵引电动机的DC电流供应。相似地，该方法可以包括使用温度传感器监测发动机流体的温度，以及如果该温度大于或等于阈值则去除到电力牵引电动机的DC电流供应。

当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些较佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。

附图说明

图1是电动车辆动力系的示意图。

图2是利用DC电流激励三相电动机的方法的流程图。

图3是三相电动机的实施例的示意图。

图4是利用电动车辆动力系的三相电动机预加热发动机流体的方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，其中相似的参考标号在各附图中被用于标识相同或相似的部件，图1示意性地示出了车辆动力系10，其包括至少一个电动机（后文中称为电动车辆动力系10）。尽管图1具体地示出了混合动力电动配置下的电动车辆动力系10，应理解本发明可以等同地用于配置为纯电动车辆（EV）的电动车辆动力系10。“混合动力电动”配置，在本文中使用时，广泛地包括可以被用于车辆推进目的具有两个或多个动力源（其中一个是电动机）的任何车辆动力系。混合动力电动车辆的一些例子可以包括，但当然不局限于，插电式混合动力电动车辆（PHEV）、增程式电动车辆（EREV）、双模式混合动力车辆、全混合动力车辆、动力辅助混合动力车辆、轻度混合动力车辆、串联式混合动力（series hybrid）车辆、并联式混合动力（parallel hybrid）车辆、串-并联式混合动力车辆、功率分流（powersplit）式混合动力车辆、BAS或BAS-plus混合动力车辆、液力混合动力车辆或任意其他类型的混合动力车辆。这样的电动车辆可以被配置为轿车、跨界车、运动型多功能车、休闲车、卡车、公共汽车、商用车等。尽管下面的描述是在具有增程系列混合动力配置的示例性插电式混合动力电动车辆（PHEV）的背景下给出的，应理解本方法可以与任意电动车辆动力系10配置一起使用且并不局限于任意特定类型。

通常，电动车辆动力系10可以包括电池12、动力控制器14和动力设备16。如图1所示，在一种配置中，动力设备16可以包括发动机20、第一电力牵引电动机22、第二电力牵引电动机24、和布置在第一和第二电动机22、24之间的变速器26。如上文所简述，动力设备16可以采用其他配置和/或布置，但是可以通常地包括至少一个电动机。

在混合动力配置中，发动机20可以以可与至少一个电力牵引电动机可选择地分离的布置提供。该可分离配置可以例如使用以串联布置设置在发动机20和第一电动机22之间的离合器组件28来提供。以该方式，在车辆的推进期间，动力设备16的机械输出30可以通过发动机20、第一电动机22和/或第二电动机24以不同的比例提供。

电池20可以使用高压电连接部40与动力控制器14电连通，通过该高压电连接部40，动力控制器14可以选择性地接收直流电力。动力控制器14可以相应地包括一个或多个功率变换器模块（例如功率变换器模块42、44、46），所述功率变换器模块可以配置为可控地提供电力到一个或多个电动机。例如，第一功率变换器模块42可以供应电能到第一电动机22，第二功率变换器模块44可以供应电能到第二电动机24，且第三功率变换器模块46可以供应电能到，例如，电动流体泵50。

电池12可以能存储电能，所述电能用于驱动一个或多个电动机22、24，以及满足电动车辆10的其它电需要。根据一个实施例，电池12可以包括高压电池组（例如40V-600V）和传感器单元，所述传感器单元配置为监视电池充电状态（SOC）。高压电池组可以，例如，包括大量的个体电池单元，且可以使用任意适当的电池化学技术，包括基于下列技术的那些：锂离子、镍金属氢化物（NiMH）、镍镉（NiCd）、钠氯化镍（NaNiCl）或一些其它的电池技术。电池12可以被设计为经得住重复的充电和放电循环，且可以结合其它能量存储设备一起使用，譬如电容器、超级电容器、电感器等。本领域技术人员将理解，电池12可以根据任意数量的不同实施例提供，可以以任意数量的不同配置连接，且可以包括任意数量的不同部件，譬如传感器、控制单元和/或本领域已知的任意其它适当的部件。

动力控制器14可以用作在电池12和电动机22、24之间的中间件。例如，在车辆推进期间，动力控制器14可以提高来自电池12的电压，并将电流从DC转换为AC以便于驱动电动机22、24。然而，在再生制动期间，控制器14可以降低由制动事件产生的电压并将电流从AC转换为DC，从而它可以被电池适当地存储。动力控制器14可以包括用于DC到AC转换的变换器，用于AC到DC转换的整流器，用于增加电压的升压转换器或变压器，用于降低电压的降压转换器或变压器，其它适当的能量管理部件，或它们的一些组合。动力控制器14可以根据任意数量的不同实施例（例如具有分立的变换器和转换器单元、双向或单向等）提供，可以以任意数量的不同配置连接，且可以包括任意数量的不同部件，譬如冷却系统、传感器、控制单元和/或本领域已知的任意其它适当的部件。

动力控制器14还可以包括或连通一个或多个数字计算机或数据处理设备，该一个或多个数字计算机或数据处理设备每一个具有一个或多个微处理器或中央处理单元（CPU）、只读存储器（ROM）、随机访问存储器（RAM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、高速时钟、模拟-数字（A/D）电路、数字-模拟（D/A）电路、输入/输出（I/O）电路、功率电子器件/变压器、和/或信号调制和缓冲电子器件。这样的数字电子器件可以被配置为自动地执行单独的控制/处理程序，这些程序可以存储在ROM或与控制器14相关联的其他适当的有形存储单元（memory location）和/或存储装置中。

在车辆推进期间，电池12可以提供电能到动力控制器14，在该处电能可以被功率变换器模块42、44转换为适用于电动机22、24的形式。电能于是可以被提供到电动机22、24，用于驱动车辆的轮子（经由机械输出30）。在再生制动期间，电动机22、24可以用作发电机以经由动力控制器14提供电能回到电池12。

在一种配置中，电动机22、24可以是三相交流（AC）牵引电动机22、24（譬如在图3中示意性地示出的）。每一个电动机22、24可以具有配置为相对于定子旋转的转子，其中转子和定子中的一个或两者包括配置为导电的多个电绕组。每一个电动机可以使用三个电导体（例如导体60、62、64）与相应的功率变换模块电联接，其中每一个导体被用于三相AC能量的不同相。通过调节流动通过三个导体60、62、64中的每一个的电的相位和/或幅度，动力设备16的机械输出30可以被选择性地控制。

为了在推进之后充满从电池12释放的能量，车辆可以包括电池充电器70，所述电池充电器70配置为从一个或多个外部电源72接收电能。电池充电器70可以特别地配置为转换和/或调制电能使得电能为适于电池12接收/存储的形式。电池充电器70可以，例如接收电能，例如从标准AC电插口、充电站、外部发电机、或高压AC电插口。为了促进与外部电源72的联接，电池充电器70可以包括适当的电源联接件/插座（未示出），其配置为与外部电源72物理地互连。充电器70可以根据任意数量的不同实施例提供，可以以任意数量的不同配置连接，且可以包括任意数量的不同部件，譬如变压器、整流器、开关电源、滤波装置、冷却装置、传感器、控制单元和/或本领域已知的任意其它适当的部件。

电动车辆动力系10还可以包括一个或多个流体泵（例如泵50），所述流体泵被配置为可控地泵送流体80通过流体回路82，该流体回路82与电动机22、24、变速器26、和/或发动机20连通。多余的流体80可以被存储在流体储存器84中，该流体储存器84以与流体回路82串联的配置提供。在车辆操作期间，流体80可以用于冷却和/或润滑电动机22、24和/或变速器26内的各部件。例如，在一种配置中，流体80可以是冷却剂流体，譬如乙二醇（glycol），其可以被泵送通过一个或多个流体通路，该一个或多个流体通路与每一个相应电动机22、24的定子热连通。在另一配置中，流体80可以是石油基的油，其可以被直接喷溅到每一个相应电动机22、24的定子/转子上以冷却和润滑电动机22、24的绕组、传动件和/或轴承。流体回路82可以是与电动机分立的系统（与冷却剂的情况类似），或可以集成在电动机-变速器组件中（如同配置为使油在电动机壳体中流动的油池）。

当长期保持在寒冷天气气候中而发动机没有启动时，在流体回路82内的流体80的温度会逐渐冷却到环境大气温度。当发动机/变速器油冷却时，它会变得更粘且通常增加发动机的内部阻力。该增加的阻力于是可能需要额外的电池资源来克服。此外，当冷却剂流体低于设计的操作温度时，乘客舱供暖系统会吹冷风，特别是因为一般舱供暖系统通过从发动机冷却系统抽取热量来操作。该延迟的供暖能力可确信对车辆乘客是不期望的，特别是在寒冷的早晨。

为了避免与冷却的发动机流体80相关的发动机低效和/或乘客的不舒适，动力控制器14可以被配置为使用一个或多个电动机（例如电动机22、24）预加温流体80。预加温可以在车辆从外部电源72断开之前发生，以避免电池消耗，且可以在任意车辆操作/推进之前发生。在一种配置中，预加温可以在经由激活模块90接收到用户请求时发生。在一个实施例中，用户请求可以是人工请求，譬如当用户按压按钮时。在另一种配置中，激活模块90可以在接收到无线请求92时启动加温处理，该无线请求92可以例如通过用户控制的遥控或钥匙链传送。

动力控制器14可以使用一个或多个电动机可控地加热发动机流体80，同时注意到不会导致从动力设备16的任何显著的机械输出30。特别地，流体加温可以通过为每一个三相AC电动机22、24提供受控的直流（DC）电力来实现。以这样的方式，电动机绕组的内部电阻可以用于电阻加温该流体，同时电动机的输出扭矩可以保持忽略不计。如图2中给出的方法100所示，且大体如图3中给出的电动机图中所示，该零扭矩输出可以通过，例如以下获得：确定转子112相对于定子114的角位置或磁场取向110（步骤102）；确定用于三个电动机相的每一个以使得得到的定子电磁场与转子磁场对齐的DC电流（步骤104）；以及经由电导体（例如导体60、62、64）提供计算的DC电流到电动机（步骤106）。以这样的方式，定子的电磁场将完全与转子的磁场成镜像，由此导致相互吸引而没有任何净扭矩。

再次参考图1，在电动机通过DC电流被激励的同时，动力控制器14可以激活流体泵50以使流体80在电动机（一个或多个）周围流动。同时，动力控制器14可以使用温度传感器120（譬如热电偶或热敏电阻）监测流体80的温度。当一个或多个电动机被激励时，产生的热量可以被循环的流体80接收，并可以导致流体的温度升高。此外，动力控制器14可以旁通任何流体冷却设备，譬如热交换器或散热器，冷却设备可以将热能从流体80传递到环境。该电阻式流体预加温于是可以在感测到的流体温度达到预定阈值时减少或关闭。例如，对于发动机油，预定阈值可以在70-90摄氏度的范围内。

为了防止流体加温程序消耗存储在电池12中的能量，动力控制器14可以仅在感测到车辆与外部电源72联接时激活流体加温程序。这可以允许操作系统和流体具有最高效操作温度，而不会牺牲车辆的行驶里程或电量。

由于该预加温可以在车辆无人看顾时发生，动力控制器14可以连续地监视动力设备16的机械输出30以避免任何无意的运动。例如，动力控制器14可以连续地监视每一个电动机22、24的角运动、变速器26的角运动、和驻车锁爪是否已经被变速器挡位选择器122接合（即车辆是否在“驻车”状态）。以这样的方式，在如果任何从动力设备16的机械输出30被检测到或可能发生，则动力控制器14可以终止预加温程序。

图3示出了方法130的实施例，该方法130用于通过命令电动机的零扭矩DC输出（譬如图2中给出的方法100）预加温电动车辆动力系10中的流体80。方法130可以体现为可以由动力控制器14，或由与动力控制器14相关联的其它数字控制器/处理器，执行或运行的算法。

方法130可以在步骤132处开始，其中车辆处于动力切断状态，其中控制器14于是可以查询充电器70是否与外部电源72联接（步骤134）。该联接可以例如通过充电器的内部感测电路来检测，并可以经由在控制器14与电池12和/或充电器70之间的数据连接而被输送到动力控制器14。应注意到，在图1中，数据/感测连接以虚线示意性地示出。

如果在步骤134中动力控制器14确定充电器70与外部电源72联接，它于是可以在步骤136中查询电池12的充电状态（SOC）是否在预定充电阈值之上。该充电阈值可以表示电池12的理想最大开始充电值（maximumstarting charge），其可以小于100%。如果SOC不是处于或高于该阈值，充电器70可以引导所有可用能量来为电池12进一步充电（步骤138）。然而，如果SOC处于或高于该充电阈值，控制器14可以等待预加温器激活命令（步骤140），其可以例如通过激活模块90而被提供。

一旦激活命令在步骤140中被识别，控制器14可以在激励电动机（一个或多个）之前从变速器26查询驻车锁爪是否被接合。如果锁爪没有被接合，系统可以终止加温程序，要不然则继续进行上述查询直到它检测到锁爪已经被接合。如果控制器14在步骤142中检测到驻车锁爪被适当地设置，它于是可以利用DC电流激励一个或多个电动机，如图2中所示的方法100所描述的。

在激励电动机之后，控制器14可以检查动力设备16的任何察觉到的运动（步骤144）。例如，控制器14可以检验布置在电动机中或与电动机的输出连通的传感器/编码器以检测绝对角位置的任何变化。替代地，控制器14可以检查供应的DC电源的脉动（ripple）、波动或其它信号伪迹（signalartifact），其可以由归因于转子角运动的反电动势（back-EMF）产生。如果检测到任何运动或供电没有规率，控制器可以立即切断到一个或多个电动机的电力供应（步骤146）。

如果在步骤144中没有运动被检测到，控制器14于是可以激励流体泵（步骤148），譬如泵50，以使得流体80通过与被激励的电动机（一个或多个）相关联的回路82循环。以这样的方式，电动机的绕组可以用作电阻加热器以增加流体80的温度。在使流体循环的同时，温度传感器120可以监测流体80的增加的温度（步骤150）。控制器14于是可以在步骤152中将感测到的流体温度与预定温度阈值比较，以确定流体是否已经被充分地加热。如果感测到的流体温度超过该阈值，这供应到一个或多个电动机的电力可以被减少或切断（步骤154）。如果流体温度仍然比期望阈值更冷，方法130可以继续监控动力设备16的运动，同时加热流体直到抵达该阈值。

虽然用于执行本发明的最佳方式已经被详细描述，与本发明相关的本领域技术人员应认识到在所附权利要求范围内的执行本发明的各种替换设计和实施例。期望的是，上述说明书中包含或附图中所示的所有内容应该被理解为仅是示例性的而不是限定性的。

Claims (10)

1.一种电动车辆动力系，包括：

电池，配置为与外部电源联接；

动力设备，包括至少一个三相电动机，该电动机包括具有多个电绕组的定子和具有磁场取向的转子，该转子配置为相对于定子旋转；

动力控制器，配置为从电池接收电能并以受控的方式提供电能到该至少一个电动机；以及

其中动力控制器被配置为确定转子相对于定子的位置，确定用于三个电动机相中的每一个的DC电流使得定子的电磁场与转子的磁场取向成镜像；以及提供确定的DC电流到电动机。

2.如权利要求1所述的电动车辆动力系，还包括与电动机连通的流体回路，流体回路包括流体泵，所述流体泵配置为使流体在流体回路中循环，且其中动力控制器被配置为提供电能到流体泵。

3.如权利要求2所述的电动车辆动力系，其中被提供到电动机的相应DC电流被配置为电阻加热在流体回路中的流体。

4.如权利要求3所述的电动车辆动力系，还包括温度传感器，该温度传感器与流体回路热连通且配置为监测流体的温度；以及

其中动力控制器配置为，只有当感测的温度低于预定阈值时，提供相应DC电流到电动机。

5.如权利要求3所述的电动车辆动力系，其中流体包括冷却剂流体或发动机油。

6.如权利要求1所述的电动车辆动力系，其中动力控制器被配置为监视电池的充电状态；且

其中动力控制器配置为，只有当电池的充电状态高于预定阈值时，提供相应DC电流到电动机。

7.如权利要求1所述的电动车辆动力系，其中三相电动机是电力牵引电动机，且其中该电力牵引电动机与变速器联接。

8.一种预加温发动机流体的方法，包括

确定转子相对于定子的角位置，该转子和定子属于电动车辆动力系的三相电力牵引电动机；

确定用于三相电力牵引电动机的三个电相的每一个的DC电流，使得定子的磁场与转子的磁场成镜像；以及

提供每个确定的DC电流到电力牵引电动机的相应相；

泵送发动机流体为与三相电力牵引电动机热连通。

9.如权利要求8所述的方法，还包括：

监视转子的角位置；以及

如果检测到角位置变化，则去除到电动机的DC电流的供应。

10.如权利要求8所述的方法，还包括：

使用温度传感器监测发动机流体的温度；以及

如果温度大于或等于阈值，则去除到电动机的DC电流的供应。