CN104085271A - 用于车辆中的热存储的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于为车辆中的热存储热泵系统的热存储装置充电的方法。该方法包括比较热存储装置的实际温度与目标温度，以及实际充电时间和可用充电时间，其中，该比较通过控制器进行。目标温度可以基于周围环境空气温度和周围环境空气湿度。实际充电时间是将热存储装置充电到目标温度所花费的时间。可用充电时间为当前时间和预期开车时间之间的差值。当目标温度大于实际温度，并且可用充电时间等于或大于实际充电时间时，控制器可为热存储装置充电，直到实际温度等于目标温度。

Description

用于车辆中的热存储的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于在车辆（例如混合动力电动车辆（HEV）或插电式混合动力电动车辆（PHEV））中存储热能的方法，和用于实施本方法的系统。

背景技术

电动车辆，例如混合动力电动车辆（HEV）、插电式混合动力电动车辆（PHEV）等，通常包括电动机，其可以以纯电动车辆（EV）或电量消耗驱动模式单独推进车辆。车辆还可包括内燃发动机（ICE），来在增程模式中用作车辆的主推进系统，或来在混合动力或电量保持模式中与电动机结合运行。

电动机通常从电源（例如能量存储系统（ESS））接收电功率。ESS可包括电池组或能够存储大量热能的其他可再充电能量存储器件。ESS可在车辆被连接到外部电源（例如电网）进行充电时存储热能。在较冷的环境温度下，由于各种因素，电量消耗较快。

ESS可与热管理系统（例如热泵系统）结合使用，以将被存储的热能传递到用于其他用途（例如加热车辆的乘客车厢）的其他介质。

发明内容

提供了一种用于将车辆中的热存储热泵系统的热存储装置充电的方法。该车辆通常具有静态充电状态（inactive charging state）和运动驱动状态（active drive state），在静态充电状态中车辆熄火并且可被连接到外部电源进行充电。当车辆从运动驱动状态转换到静态充电状态时应用该方法。

该方法包括首先测量热存储装置的实际温度。该方法然后包括确定用于热存储装置的目标温度。这可通过热存储热泵系统中的控制器进行。控制器可分析一些参数以确定理想目标温度，所述参数包括但不限于，周围环境空气温度和周围环境空气湿度。周围环境空气温度和湿度可分别通过温度传感器和湿度传感器测量。温度传感器和湿度传感器配置用于获取其各自的测量值，并且将那些测量值传送到控制器。

该方法进一步包括确定将热存储装置加热到目标温度所需要的实际充电时间。控制器可根据一些因素（例如电源和热存储装置的类型）确定实际充电时间。该方法然后包括确定可用充电时间。控制器通过计算当前时间和开车时间（departure time）之间的差值确定可用充电时间。当前时间是车辆进入静态充电状态的时间。开车时间是车辆预期再次进入运动驱动状态的时间。开车时间可通过输入模块传送到处理器。

该方法进一步包括比较热存储装置的实际温度与目标温度，以及实际充电时间与可用充电时间。如果目标温度大于实际温度，并且可用充电时间等于或大于实际充电时间，则控制器可开始充电。

还提供了实施上述方法的车辆热存储热泵系统。再次地，车辆通常具有静态充电状态和运动驱动状态。热存储热泵系统通常包括冷却剂回路、位于冷却剂回路中的热存储装置和控制器。冷却剂回路配置为令冷却剂循环，特别是循环经过热存储装置，以将热从其去除。热存储装置配置为在车辆处于静态充电状态时，随着热存储装置被充电而存储热能。控制器配置为根据上面所述的方法确定当车辆处于静态充电状态中时是否令热存储装置充电。控制器进一步配置为根据其是否令热存储装置充电的确定来开始和终止充电。

热存储热泵系统可还包括温度传感器、湿度传感器和输入模块。温度传感器可配置为测量周围环境空气温度，并且将该测量值传送到控制器。类似地，湿度传感器可配置为测量周围环境空气湿度，并且将该测量值传送到控制器。输入模块可配置为将开车时间传送到控制器。

当结合附图时，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点通过下面用于实现仅由所附权利要求限定的本发明的最佳模式中的一些和其他实施例的详细描述而变得显而易见。

附图说明

图1是具有热存储装置的热存储热泵系统的示意图；

图2是用于热存储装置在充电过程中的热存储的方法的示意性流程图；

图3是示出图2的方法的一个步骤的示意性流程图；

图4是示出图2的方法的另一个步骤的示意性流程图；以及

图5和6是示出图2-4的方法中的热存储装置目标温度的确定的曲线。

具体实施方式

下面的描述和附图涉及示例性实施例，并且本质仅为示例性的，不旨在限制本发明、其应用或使用。全部附图中，一些部件以标准化或基本的符号示出。这些符号仅为图示性和示例性的，并且绝不限制所示的任何特定结构、所示的不同结构之间的组合或权利要求。所有零件的描述是开放式的，并且部件的任何示例是非穷尽的。

参照附图，其中，全部几幅附图中，相似的附图标记尽可能对应于相似或类似的部件，用于车辆101（包括但不限于混合动力电动车辆（HEV）、插电式混合动力电动车辆（PHEV）等）中的热存储热泵系统100显示在图1中。车辆101可选择地以增程模式、混合动力或电量保持模式、和纯电动车辆（EV）或电量消耗驱动模式运行。在增程模式中，后文描述的内燃发动机（ICE）119作为用于车辆101的唯一的推进系统运行。在混合动力模式中，车辆101利用来自电动机（未示出）的电功率和来自ICE119的动力运行。在EV驱动模式中，车辆101仅依靠电力来运行。

热存储热泵系统100通常包括热存储装置103和第一冷却剂回路104，热存储装置103位于该第一冷却剂回路104中。热存储装置103可以是能够产生和存储热能的任何介质、装置、机器等。例如，热存储装置103可以是包括至少一个电池或电池组的能量存储系统（ESS）。

第一冷却剂回路104配置为循环第一冷却剂（特别地通过热存储装置103，或与热存储装置103处于换热关系），以将热从热存储装置103去除。该热可被传递到车辆101的乘客车厢102，以加热乘客车厢102，如下面更详细描述的。

热存储热泵系统100进一步可包括第二冷却剂回路105和制冷回路106。第二冷却剂回路105和制冷回路106可被配置为分别循环第二冷却剂和制冷剂。

制冷回路106可分别通过第一换热器107和第二换热器108与第一冷却剂回路104和第二冷却剂回路105热连通。第一换热器107可以是制冷剂到液体的冷却器换热器，其可用作热泵蒸发器，从第一冷却剂回路104中的第一冷却剂向制冷回路106中的制冷剂散热。第二换热器108也可以是制冷剂到液体的换热器，其可用作热泵冷凝器，从制冷回路106中的制冷剂向第二冷却剂回路105中的第二冷却剂散热。

第一冷却剂回路104可包括加热器109。加热器109可配置为加热第一冷却剂回路104中的第一冷却剂，该第一冷却剂流动到热存储装置103，热可被储蓄和存储在该热存储装置103中。加热器109可以是，但不限于，电阻加热器。

制冷回路106可包括压缩机110，其位于第一换热器107的下游以及第二换热器108的上游。该压缩机110可配置用于压缩制冷剂。

制冷回路106可进一步包括第一热膨胀装置111、第二热膨胀装置112、第三换热器113和第四换热器114。第一热膨胀装置111和第二热膨胀装置112可位于第二换热器108的下游，并且可配置用于冷却和膨胀制冷剂，所述制冷剂分别被分配到第一换热器107和第三换热器113。第一热膨胀装置111和第二热膨胀装置112可以是温度调节或热膨胀阀，并且可通过电力或机械致动。

第三换热器113可以是周围环境到制冷剂换热器，其可用作座舱蒸发器。其可配置用于令流动通过其的制冷剂与流动经过其并且进入乘客车厢102的空气换热，以将乘客车厢102冷却和除湿。第四换热器114可以是冷却剂到周围环境换热器，并且可用作冷凝器，用于车辆101的空调（A/C）系统（未示出）。

制冷回路106可进一步包括多个流动控制阀115、116、117和118。流动控制阀115、116、117和118可配置用于控制到制冷回路106中的各个部件的流动。应意识到，流动控制阀115、116、117和118可以是能够限制特定管路中的制冷剂流动的任何阀。流动控制阀115、116、117和118可以是，但不限于，双位开/关阀，或替代地，调节阀（modulating valve）。

第二冷却剂回路105可包括上面提到的ICE119和加热器芯120。ICE119通过操作可在其中具有热。该热可被储蓄在第二冷却剂中，由此冷却ICE119。冷却剂加热器芯120可配置用于接收第二冷却剂，以加热由第三换热器113除湿的空气，由此有效地将存储在热存储装置103中的热传递到乘客车厢102。

第二冷却剂回路105可进一步包括旁路阀121和旁路管路122。旁路阀121配置为选择地在车辆101处于混合动力模式时引导第二冷却剂到ICE119以冷却ICE119，或在车辆101处于EV驱动模式时引导第二冷却剂到旁路管路122。虽然旁路阀121在图1中显示为两位三通阀，但是应意识到，旁路阀121可以是配置为选择地引导该流到ICE119和/或到旁路管路122的任何三通阀。在未示出的替代实施例中，代替三通阀，其可以是两个单独的流动控制阀，每一个在旁路管路122和第二冷却剂回路105上，第二冷却剂回路105在旁路管路122输出（take off）的下游。

热存储热泵系统100还可包括至少一个控制器123，用于控制热存储热泵系统100的运行。特别地，控制器123可根据一些参数（包括但不限于湿度、环境空气温度、一天中的时间、车辆10将从静态充电状态再次进入运动驱动状态的预期开车时间等）控制热存储装置103的充电和加热，如图2-6中所示并且后文中更详细描述的。

控制器123可通过至少一个电连接部而电连接到热存储热泵系统100。控制器123可配置为与加热器109通讯，以控制将要存储在热存储装置103中的热能的量，即用于热存储装置103的目标温度。控制器123还可配置为与辅助装置（包括但不限于温度传感器124、湿度传感器125和输入模块126）通讯并且从其接收信息。控制器123可处理从这些装置接收的信息，以确定热存储装置103的目标温度，并且因此控制加热器109和其他装置。控制器123可进一步配置为控制压缩机110、第一和第二热膨胀装置111和112、流动控制阀115、116、117和119、热存储热泵系统100中的任何其他装置和车辆101中的任何其他子系统。

温度传感器124通常为配置用于测量周围环境空气温度的任何装置。类似地，湿度传感器125为配置用于测量周围环境空气湿度的任何装置。输入模块126可以是配置用于接收来自热存储热泵系统100的使用者的输入或其他数据的任何装置。例如，输入模块126可以是，但不限于，移动电话、车辆101中的车载计算机等。

温度传感器124、湿度传感器125和输入模块126进一步可以配置用于将数据，例如周围环境空气温度测量值、湿度测量值和车辆101的开车时间传送到控制器123来存储和/或处理。温度传感器124、湿度传感器125和输入模块126可在控制器123外部，并且可通过有线或无线连接传送数据。在又一实施例中，控制器123可配置用于从远程来源（未示出）经由互联网或其他通讯网络获得的例如周围环境空气温度、湿度和一天中的时间等数据。

参照图2，显示了用于控制热存储热泵系统100，特别是用于在热存储装置103中存储热能的方法。方法200始于步骤201处，其中车辆101处于静态充电状态，并且被连接到外部电源，例如电网，用于将热存储装置103充电。在步骤201之后，方法200行进到步骤202。

在步骤202处，确定用于热存储装置103的期望目标温度。步骤202可通过控制器123执行，并且可包括子步骤202a-c，如图3中所示。

参照图3，在步骤202a处，周围环境空气温度被测量，这可通过温度传感器124执行。温度传感器124可然后将周围环境空气温度测量值传送到控制器123。在步骤202b处，周围环境空气湿度通过湿度传感器125被测量。湿度传感器125可然后将湿度测量值传送到控制器123。在步骤202c处，控制器123处理周围环境空气温度和湿度测量值，以确定用于热存储装置103的期望的目标温度。目标温度可分别与图5和6的曲线中所示的湿度和周围环境空气温度相关。

参照图5，在标示为t1的第一周围环境空气温度以下，目标温度可保持相同。例如，目标温度可在周围环境温度为-20摄氏度或低于该温度的情况下保持恒定。但是，当周围环境空气温度升高高于t1时，期望的目标温度可降低。当周围环境空气温度达到标示为t2的第二温度时，热存储装置103可不需要被充电。

参照图6，在较低的周围环境空气温度下，目标温度不显著地受湿度影响，如通过较低的周围环境空气温度（标记为t3）处的目标温度的示例曲线所示。但是，在较高的周围环境空气温度下，目标温度可能开始随着增大的湿度而降低，如通过标示为t4的较高周围环境空气温度下的目标温度的示例性曲线所示。例如，在周围环境空气温度为10摄氏度的情况下，目标温度可在50%湿度处开始降低。而且，在一定温度和湿度下，热存储装置103可不需要被充电。

目标温度和周围环境空气温度和/或湿度之间的这些关系可被编程到控制器123中。因此，当控制器123分别从温度传感器124和湿度传感器125接收周围环境空气温度和湿度时，控制器123可确定用于热存储装置103的适当目标温度。这些关系可被调整。

返回参照图2，步骤202之后，方法200行进到步骤203。在步骤203处，热存储装置103的实际温度被测量。热存储装置103可具有温度传感器（未示出），该温度传感器配置用于读取热存储装置103的温度，并且将其传送到控制器123。

在步骤203之后，方法200行进到步骤204。在步骤204处，控制器123确定实际的热存储装置103的温度是否小于目标温度。如果是，则方法200行进到步骤205。否则，方法200行进到步骤209，方法200在步骤209处结束。

在步骤205处，控制器123确定将热存储装置103加热到在步骤202处确定的目标温度所需的实际充电时间。这可取决于一些因素，包括但不限于车辆101被连接用于充电的外部电源（例如无论其为110V还是220V）和热存储装置103的类型（例如其热能存储特性）。

在步骤205之后，方法200行进到步骤206。在步骤206处，控制器123确定可用充电时间，其是车辆101旨在从静态充电状态进入运动驱动状态的可用时间长度，或开车时间。这可包括若干子步骤206a-b，如图4中所示。

参照图4，在步骤206a处，输入模块126接收由热存储热泵系统100的使用者输入的车辆101的预期开车时间。输入模块126可然后将开车时间传送到控制器123。在步骤206b处，控制器123通过从当前时间减去开车时间确定可用充电时间。当前时间可预编程到控制器123中，或可由使用者通过输入模块126输入。替代地，如上面所说明的，控制器123可配置为通过互联网或其他通讯网络从远程来源（未示出）获得当前时间。

返回参照图2，步骤206之后，方法200行进到步骤207。在步骤207处，控制器123确定可用充电时间是否等于或大于实际充电时间。如果是，则方法200行进到步骤208处。否则，方法200行进到步骤209，方法200在步骤209处结束。

在步骤208处，控制器123开始对热存储装置103充电，直到热存储装置103的实际温度等于目标温度。此时，方法200行进到步骤209，方法200在步骤209处结束。

通常，由于热存储介质103的过充电或在不需要热充电时热充电，可能在将热能存储在热存储介质103的过程中造成损失。热存储热泵系统100和方法200允许热存储装置103的理想热充电，这在较低周围环境空气温度下、在热存储介质的电量以较快速率消耗时特别有用。

详细描述和图或附图支持和描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实现所要求保护的本发明的最佳模式中的一些和其他实施例，但是仍存在用于实践所附权利要求中限定的本发明的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于为车辆中的热存储热泵系统的热存储装置充电的方法，该车辆具有静态充电状态和运动驱动状态，所述方法包括：

测量热存储装置的实际温度；

通过控制器确定用于热存储装置的目标温度；

通过控制器确定将热存储装置加热到目标温度的实际充电时间；

通过控制器确定将热存储装置加热到目标温度的可用充电时间；和

通过控制器比较实际温度与目标温度，以及实际充电时间与可用充电时间；

其中，所述热存储装置配置用于，在车辆处于静态充电状态中时，随着热存储装置被充电而存储热能。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热存储装置为具有至少一个电池组的能量存储系统（ESS）。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，在目标温度大于实际温度且当可用充电时间等于或大于实际充电时间时，为热存储装置充电，直到实际温度等于目标温度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定目标温度包括测量周围环境空气温度以获得周围环境空气温度测量值。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定目标温度进一步包括将周围环境空气温度测量值传送到控制器。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，测量周围环境空气温度和将周围环境空气温度测量值传送到控制器通过温度传感器进行。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，确定目标温度进一步包括测量周围环境空气湿度以获得湿度测量值。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定目标温度进一步包括将湿度测量值传送到控制器。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，测量周围环境空气湿度和将湿度测量值传送到控制器通过湿度传感器进行。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，确定可用充电时间包括计算当前时间和开车时间之间的差值，其中，当前时间为车辆进入静态充电状态的时间，并且开车时间是车辆预期从静态充电状态转换为运动驱动状态的时间。