CN104081305B - 用于调节以一个以上的加热和/或冷却元件给蓄电池系统调温的冷却回路的调节装置 - Google Patents
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Abstract
描述了一种用于调节冷却回路的调节装置，所述冷却回路用于以一个以上的加热和/或冷却元件给蓄电池系统调温，其中所述调节装置包括两个依次设置的调节级。按照本发明的调节装置的特征在于，如此实施所述第一调节级(1A)，以使得根据一个或多个输入变量能够确定所述冷却回路(3)的确定的冷却/加热功率(Pnom)或与之成比例的变量，能够确定其中的调节偏差，并且根据所述调节偏差能够输出冷却剂的期望的温度(tnom)或与之成比例的变量作为所述第一调节级(1A)的调整变量；并且如此实施所述第二调节级(1B)，以使得所述第一调节级(1A)的调整变量能够作为参考变量提供给所述第二调节级(1B)，能够确定其中的调节偏差，并且根据所述调节偏差能够输出抽象信号(Sarb)作为所述第二调节级(1B)的调整变量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于调节以一个以上的加热和/或冷却元件给蓄电池系统调温的冷却回路的调节装置以及一种冷却回路和包含这样的调节装置的机动车。
背景技术
通常在确定的温度范围中运行机动车中的蓄电池系统，以便获得尽可能最优的功率和寿命。已知不同的能够使用的调温系统，以便确保该任务。大多采用具有液体或气态的冷却剂的冷却回路，以便根据需要加热或冷却蓄电池系统并因此将其保持在期望的温度范围中。这样的用于给蓄电池系统调温的冷却回路通常具有多个加热和/或冷却元件，例如空调设备和具有风扇的低温散热器。现在能够考虑不同的配置，其中这些加热和/或冷却元件能够设置在冷却回路中并且连续或离散地、附加或备选地相互混合地运行，以便使得冷却回路中的冷却剂处于一个期望的温度，从而将蓄电池系统保持在期望的温度范围中。
所有这些配置的共同之处在于，通过用于各个加热和/或冷却元件的不同的连续和/或离散运行的调节器实现这些配置，所述各个加热和/或冷却元件能够通过适合的组合相互连接。那么这些适合的组合将导致，根据不同的范围条件相应地加热或冷却该蓄电池系统。
在现有技术中，根据蓄电池系统中的范围条件和温度切换用于冷却回路的各个加热和/或冷却元件的调节器。如果没有达到期望的蓄电池温度，那么通知一个错误。在此需要根据冷却回路的配置高成本地匹配切换调节器的逻辑电路，该逻辑电路对于应用是复杂的并且是不明确的。
发明内容
按照本发明提供了一种用于调节冷却回路的调节装置，所述冷却回路以一个以上的加热和/或冷却元件给蓄电池系统调温，其中所述调节装置包括两个依次设置的调节级。优选地，这两个调节级直接连续地设置。按照本发明的调节装置的特征在于，如此实施所述第一调节级，以使得根据一个或多个输入变量所述冷却回路的确定的冷却/加热功率Pnom或与之成比例的变量是可确定的，其中的调节偏差是可确定的，并且根据所述调节偏差，冷却剂的期望的温度tnom或与之成比例的变量作为所述第一调节级的调整变量是可输出的；并且如此实施所述第二调节级，以使得所述第一调节级的调整变量作为参考变量可提供给所述第二调节级，其中的调节偏差是可确定的并且根据所述调节偏差抽象信号Sarb作为所述第二调节级的调整变量是可输出的。
随后，所述抽象信号Sarb能够转换为用于所述冷却回路的多个加热和/或冷却元件的调节器的控制命令。
通过按照本发明的调节装置提供一种抽象的调节器结构，该调节器结构的调节器输出能够简单并且能够被传输，而无需高成本的匹配至用于给蓄电池系统调温的冷却回路的不同的配置的不同的调节器信号。为此，按照本发明的调节装置以两个调节级级联。在第一调节级中，根据确定的输入变量首先确定需要的冷却/加热功率或与之成比例的变量。根据该变量，必要时考虑使用的冷却回路的特征例如在蓄电池系统与冷却剂之间的质量流量和热传递，输出作为第一调节级的调节器输出或调整变量的在冷却回路中的冷却剂的期望的温度或与之成比例的变量。第一调节级的调整变量被提供给第二调节级作为参考变量。该第二调节级现在调节冷却剂温度。根据由第一调节级预先给出的冷却剂温度的差，在第二调节级中输出调整变量作为抽象信号，例如一个数值。该抽象信号能够通过简单的可应用的逻辑电路转换为用于相应的冷却回路的多个加热和/或冷却元件的调节器的控制信号。因此，按照本发明的调节装置能够无问题地用于冷却回路的多个不同的配置，而无需必须每次高成本地匹配于具体的设计方案。如果用于转换调节装置的输出信号至调节器的控制命令的逻辑电路匹配于冷却回路的相应的具体的设计方案，这是完全足够的。按照本发明的调节装置除此之外对于单个加热和/或冷却元件的失灵是容许的。基于使用的调节回路通过对剩余的元件的调节自动地调整一个元件的失灵。
按照本发明的调节装置适用于调节以一个以上的加热和/或冷却元件给蓄电池系统调温的冷却回路。冷却剂在冷却回路中循环，所述冷却剂用于传递热能到蓄电池系统或从蓄电池系统吸收热能。为了能够将蓄电池系统保持在一个预定的温度范围中，冷却回路具有多个加热和/或冷却元件。适合的冷却回路和加热和/或冷却元件对于本领域内技术人员是已知的。例如称为加热和/或冷却元件的有风扇、低温散热器、空调设备、热交换器。
按照本发明的调节装置允许根据一个或多个输入变量输出抽象信号Sarb，该抽象信号随后能够通过适合的逻辑电路转换为用于冷却回路的多个加热和/或冷却元件的调节器的控制命令。在此能够采用不同的输入变量。优选地使用这样的输入变量，这些输入变量允许对蓄电池系统的当前温度的推断或者能够预料在蓄电池系统的温度中的变化。例如作为用于调节装置的第一调节级的输入变量能够使用：给所述蓄电池充电或放电的当前功率；所述蓄电池的当前热功率；所述冷却回路的当前最大冷却/加热功率；当前环境温度；所述蓄电池的当前充电状态；当前蓄电池温度；冷却回路的当前冷却/加热功率；在测量的和期望的蓄电池温度之间的温度差；所述蓄电池或单个蓄电池单元的最大温度；与前述变量之一成比例的变量；和/或上述变量中的多个或全部的一个组合。
按照本发明的调节装置的第一调节级能够实施为比例积分调节器，也就是具有比例积分特性的调节器。比例积分调节器对于本领域内技术人员是已知的并且能够作为兼容的和容易应用的构件低成本地被提供。
优选地将比例积分调节器实施为基于组合特征曲线的比例积分调节器。在此，按照本发明的调节装置的第一调节级的比例积分调节器的比例部分包括一个或多个组合特征曲线，根据所述组合特征曲线针对相应的使用的输入变量的所述冷却回路的预定的冷却/加热功率Pnom或与之成比例的变量。实施为比例积分调节器的基于组合特征曲线的比例部分具有的优点在于，简单的可实现性和仅仅对少量的一般的蓄电池和车辆参数的依赖性。
能够如此实施所述第一调节级的比例积分调节器的积分部分，以使得根据所述冷却回路的确定的冷却/加热功率Pnom或与之成比例的变量与所述冷却回路的测量的冷却/加热功率Pmess或与之成比例的变量之间的差来确定作为所述第一调节级的调整变量的所述冷却剂的期望的温度tnom或与之成比例的变量。备选地或附加地，该积分部分也能够对蓄电池温度与额定蓄电池温度的偏差进行积分，调节器输出也能够通过适合的标准化再次成为额定冷却功率。根据现有技术，冷却/加热功率换算为冷却剂质量流量和冷却剂温度是已知的。在此，能够根据需要和冷却回路的实施方式来考虑冷却剂的稳定的、可变的或当前测量的质量流量。在一个优选的实施方案中，在考虑在冷却回路中的冷却剂的稳定的、可变的或测量的质量流量m的情况下，确定所述冷却剂的期望的温度tnom或与之成比例的变量作为所述第一调节级的调整变量。
为了避免对多个加热和/或冷却元件的调节器的控制——所述多个加热和/或冷却元件已经在所述冷却回路的确定的冷却/加热功率Pnom或与之成比例的变量与所述冷却回路的测量的冷却/加热功率Pmess或与之成比例的变量之间的最小的差值时被触发——，能够围绕一个绕差值0的范围设定一个所谓的“死区”。这样的“死区”的优点能够在于，冷却回路经受较小的负荷并且不必须随时实现调节过程。为了确保这样的“死区”，例如能够如此实施所述第一调节级的比例积分调节器的积分部分，以使得所述冷却回路的确定的冷却/加热功率Pnom或与之成比例的变量与所述冷却回路的测量的冷却/加热功率Pmess或与之成比例的变量之间的差的值与阈值进行比较，并且仅在超过该阈值时所述第一调节级的调整变量的变化是可输出的。通过确定阈值来确定“死区”的范围。
为了避免在按照本发明的调节装置的运行中在比例积分调机器的积分部分中产生溢出，所谓的“饱和”效应，比例积分调机器的积分部分能够设有反“饱和”措施。特别是能够如此实施第一调节级的比例积分调机器的积分部分，以使得限制在所述积分部分中的积分，以确保不超过所述冷却回路的工作效率(反饱和)。
按照本发明的调节装置的特征在于，第二调节级后置于第一调节级并且第一调节级的调节输出或调整变量作为输入变量或参考变量被提供给第二调节级。为此，如此实施第二调节级，以使得第一调节级的调整变量作为参考变量可提供给第二调节级，其中的调节偏差是可确定的，并且根据所述调节偏差作为第二调节级的调整变量的抽象信号Sarb是可输出的。在此，所述第一调节级的调整变量和所述第二调节级的参考变量被实施为所述冷却剂的期望的温度tnom或与之成比例的变量，优选地使用冷却剂的期望的温度tnom。优选地如此实施第二调节级，以使得根据冷却剂的期望的温度tnom或与之成比例的变量和相应的测量变量也就是冷却剂的测量的温度Tmess或相应地与之成比例的变量确定一个差作为调节偏差。随后根据该调节偏差来确定并且输出抽象信号Sarb作为第二调节级的调整变量并因此作为按照本发明的调节装置的调节输出。第二调节级能够为此实施为积分调节器，也就是具有积分特性的调节器。积分调节器对于本领域内技术人员是已知的并且能够作为兼容的和容易应用的构件被低成本地提供。抽象信号Sarb能够例如形成为数值。
抽象信号Sarb能够随后被提供给逻辑电路，该逻辑电路用于将抽象信号Sarb转换为用于冷却回路的多个加热和/或冷却元件的调节器的具体的控制命令。在该逻辑电路中存储有用于具体待调节的冷却回路的特定的特性曲线，根据该特性曲线为按照本发明的调节装置的每个抽象信号Sarb产生冷却回路的加热和/或冷却元件的调节器的确定的控制。在此，该逻辑电路能够也具有多个不同的特性曲线，其中对用于转换抽象信号Sarb的相应的特性曲线的选择能够根据另外的因素。这些另外的因素能够是例如汽车的确定的速度状态或确定的环境温度。由此能够实现，根据另外的因素，确定的抽象信号Sarb会引起冷却回路的加热和/或冷却元件的不同的运行状态。
按照本发明的调节装置的特征特别是在于，该调节装置能够容易并且低成本地制造并且能够用于多种不同的冷却回路，而不依赖于在冷却回路中存在多少个加热和/或冷却元件以及这些加热和/或冷却元件是什么样的类型。能够例如通过设计和存储相应的特性曲线来实现按照本发明的调节装置匹配于待调节的冷却回路的具体设计方案，所述特性曲线用于将调节装置的抽象的输出信号转换为至冷却回路的加热和/或冷却元件的调节器的控制命令。
本发明除此之外也包括用于给蓄电池系统调温的冷却回路，其包括多个加热和/或冷却元件，其中所述冷却回路具有一个或多个调节装置。
一种机动车也是本发明的对象，该机动车包括一个或多个按照本发明的调节装置或一个或多个按照本发明的冷却回路。
本发明也涉及一种由比例积分调节器和积分调节器组成的组合的应用，该应用用于调节以多个加热和/或冷却元件给蓄电池系统调温的冷却回路，其中比例积分调节器的调节输出由后置的积分调节器用作调节输入。
本发明的对象也有用于以多个给蓄电池系统调温的加热和/或冷却元件调节冷却回路的方法，其中按照本发明的方法包括这样的步骤，所述步骤描述为按照本发明的调节装置的特征。
在本发明中提及的蓄电池系统优选为具有锂离子蓄电池的蓄电池系统。
附图说明
根据附图和以下描述进一步阐明本发明的实施例。其中：
图1示意地示出了结合冷却回路和待调温的蓄电池系统的按照本发明的调节装置的调节回路。
具体实施方式
在图1中示意地示出了结合冷却回路3和待调温的蓄电池系统4的按照本发明的调节装置的调节回路。
按照本发明的调节装置1用于调节以多于一个的加热和/或冷却元件给蓄电池系统4调温的冷却回路3。调节装置1为此具有第一调节级1A和后置于第一调节级1A的第二调节级1B。调节级1A设计为比例积分调节器而第二调节级1B设计为积分调节器。
作为输入变量，给调节装置1的第一调节级1A提供蓄电池系统4的当前蓄电池温度tBat。第一调节级1A的比例积分调节器包括一个基于组合特征曲线的比例部分，该比例部分根据输入变量tBat确定冷却回路3的确定的名义上的冷却/加热功率Pnom。代替冷却回路3的名义上的冷却/加热功率Pnom，也能够由组合特征曲线确定与之成比例的变量。第一调节级1A的比例积分调节器的积分部分根据冷却回路3的该名义上的冷却/加热功率Pnom并且考虑冷却回路3的测量的当前的冷却/加热功率Pmess来确定调节偏差，例如通过形成两个变量之间的差来确定。备选地或附加地，积分部分也能够使用蓄电池温度的调节差。根据该调节偏差的值，第一调节级1A的比例积分调节器输出调整变量，其被构成为冷却回路3的确定的名义上的冷却功率Pnom或者冷却剂的温度tnom，或者构成为与之成比例的变量。在确定第一调节级1A的调整变量的过程中，在考虑冷却回路3中的冷却剂的稳定的、可变的或测量的重量流量m的情况下，根据Pnom计算冷却回路3的冷却剂的确定的名义上的温度tnom。
第一调节级1A的调整变量作为参考变量或输入值提供给第二调节级1B。第二调节级1B被构成为积分调节器。在第二调节级1B中，根据冷却剂的确定的名义上的温度tnom或与之成比例的变量与相应的测量变量、冷却剂的当前测量的温度tmess或与之成比例的变量之间的差来确定调节偏差。随后，根据第二调节级1B的调节偏差来获取并且输出抽象信号Sarb作为第二调节级1B的调整变量并继而作为按照本发明的调节装置1的调节输出。
该抽象信号Sarb随后被提供给逻辑电路2，其用于将抽象信号Sarb转换为用于冷却回路3的多个加热和/或冷却元件的调节器的具体的控制命令。在该逻辑电路2中存储用于具体的冷却回路3特定的特性曲线，根据该特性曲线为按照本发明的调节装置1的每个抽象信号Sarb产生冷却回路3的加热和/或冷却元件的调节器的确定的控制。逻辑电路2在此能够具有多个不同的特性曲线，其中对用于转换抽象信号Sarb的相应的特性曲线的选择能够依赖于另外的因素。这些另外的因素能够例如是汽车的确定的速度状态或确定的环境温度。由此能够实现，根据另外的因素，确定的抽象信号Sarb会引起冷却回路3的加热和/或冷却元件的不同的运行状态。
根据调节装置1的抽象信号Sarb，逻辑电路2输出控制命令到冷却回路3的多个加热和/或冷却元件的调节器并且因此影响冷却回路3中的冷却剂的温度，从而冷却剂的当前的温度tmess接近冷却剂的名义上的温度tnom。通过变化冷却剂的当前的温度tmess冷却回路3能够影响蓄电池系统4的温度tBat。
冷却回路3的冷却剂的当前的温度tmess被回报到调节装置1。在此在第二调节级1B中使用tmess，以便确定用于确定抽象信号Sarb的调节偏差。在将tmess换算为冷却回路3的当前冷却/加热功率Pmess之后，可选择地在第一调节级1A中使用用于确定调节偏差的Pmess，以便随后由此确定tnom。在按照本发明的调节装置1中，从tmess到Pmess的换算能够是按照本发明的调节装置1的第一调节级1A的组成部分或者也能够作为单独的逻辑电路存在。
Claims (13)
1.一种用于调节冷却回路的调节装置，所述冷却回路用于以一个以上的加热和/或冷却元件给蓄电池系统调温，其中所述调节装置包括依次设置的第一调节级(1A)和第二调节级(1B)，其特征在于，
实施所述第一调节级(1A)，以使得根据一个或多个输入变量能够确定所述冷却回路(3)的确定的冷却/加热功率(Pnom)或与之成比例的变量，能够确定其中的第一调节偏差，并且根据所述第一调节偏差能够输出冷却剂的期望的温度(tnom)或与之成比例的变量作为所述第一调节级(1A)的调整变量；以及
实施所述第二调节级(1B)，以使得所述第一调节级(1A)的调整变量能够作为参考变量提供给所述第二调节级(1B)，能够确定其中的第二调节偏差，并且根据所述第二调节偏差能够输出抽象信号(Sarb)作为所述第二调节级(1B)的调整变量。
2.根据权利要求1所述的调节装置，其中，所述抽象信号(Sarb)能够转换为用于所述冷却回路(3)的多个加热和/或冷却元件的控制命令。
3.根据权利要求1所述的调节装置，其中，所述第一调节级(1A)被实施为具有比例积分特性的调节器。
4.根据权利要求3所述的调节装置，其中，所述第一调节级(1A)的具有比例积分特性的调节器的比例部分包括一个或多个组合特征曲线，根据所述组合特征曲线能够确定针对相应的使用的输入变量的所述冷却回路(3)的确定的冷却/加热功率(Pnom)或与之成比例的变量。
5.根据权利要求4所述的调节装置，其中，实施所述第一调节级(1A)的具有比例积分特性的调节器的积分部分，以使得根据所述冷却回路(3)的确定的冷却/加热功率(Pnom)或与之成比例的变量与所述冷却回路(3)的测量的冷却/加热功率(Pmess)或与之成比例的变量之间的差能够输出所述冷却剂的期望的温度(tnom)或与之成比例的变量作为所述第一调节级(1A)的调整变量。
6.根据权利要求5所述的调节装置，其中，在考虑在所述冷却回路(3)中的所述冷却剂的稳定的、可变的或测量的质量流量m的情况下，能够确定作为所述第一调节级(1A)的调整变量的所述冷却剂的期望的温度(tnom)或与之成比例的变量。
7.根据权利要求5或6所述的调节装置，其中，实施所述第一调节级(1A)的具有比例积分特性的调节器的积分部分，以使得将所述冷却回路(3)的确定的冷却/加热功率(Pnom)或与之成比例的变量与所述冷却回路(3)的测量的冷却/加热功率(Pmess)或与之成比例的变量之间的差的值与阈值进行比较，并且仅在超过该阈值时所述第一调节级(1A)的调整变量的变化是可输出的。
8.根据权利要求7所述的调节装置，其中，实施所述第一调节级(1A)的具有比例积分特性的调节器的积分部分，以限制在所述积分部分中的积分，从而确保不超过所述冷却回路(3)的工作效率。
9.根据权利要求1所述的调节装置，其中，所述第二调节级(1B)被实施为具有积分特性的调节器。
10.根据权利要求1所述的调节装置，其中，所述第一调节级(1A)的调整变量和所述第二调节级(1B)的参考变量被形成为所述冷却剂的期望的温度(tnom)。
11.根据权利要求1所述的调节装置，其中，作为用于所述第一调节级(1A)的输入变量能够给所述调节装置(1)提供：用于蓄电池充电或放电的当前功率、所述蓄电池的当前热功率、所述冷却回路(3)的当前最大冷却/加热功率、当前环境温度、所述蓄电池的当前充电状态、当前蓄电池温度、在测量的和期望的蓄电池温度之间的温度差、所述蓄电池或单个蓄电池单元的最大温度、与前述变量成比例的变量中的至少一个。
12.一种用于给蓄电池系统调温的冷却回路，其包括多个加热和/或冷却元件，其中所述冷却回路(3)具有一个或多个根据权利要求1至11之一所述的用于调节冷却回路的调节装置(1)。
13.机动车，其包括一个或多个根据权利要求1至11之一所述的用于调节冷却回路的调节装置(1)或根据权利要求12所述的用于给蓄电池系统调温的冷却回路(3)。
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