CN104157930B - 用于评估热活化单元运行状态的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于评估热活化单元运行状态的装置及其方法。该装置包括壳体、流体传输装置、热活化单元、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和控制器。所述壳体包括流体入口和出口，并包括热活化单元。所述流体传输装置用以运输所述壳体中的流体。所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器分别测量热活化单元的第一温度T₁、流体入口处流体的温度T_in和流体出口处流体的温度T_out。所述控制器通信耦合到所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，并计算热活化单元的热损失E_loss和热活化单元中存储的热量E_Stored并且基于所述热损失E_loss、所述第一温度T₁、所述存储的热量E_Stored以及温度T_in和温度T_out之差评估所述热活化单元的运行状态。

Description

用于评估热活化单元运行状态的装置及其方法

技术领域

本发明的至少一实施方式涉及装置和方法，并且更具体地，涉及用于评估热活化单元的运行状态的装置和方法。

背景技术

空气冷却的电能储存系统通常用于电动车辆(EV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和/或混合动力电动车辆(HEV)，一般来说是一产生用于空气冷却的空气流的装置包括风扇。

在汽车工业的一些应用中，冷却空气是从车舱抽取的。就温度、绝对压力、湿度和/或颗粒负荷而言，所抽取的空气的空气质量不能通过控制器来控制，而必须接受所传输的。

现在，为了确定冷却需要，通常可用一或多个温度传感器测量热活化单元例如电池单元或电能存储系统的模块的温度。所测量的温度被用作参考变量或设定点以调节风扇速度，以便调节所需要的空气质量流量。为了这一目的，在使用锂电池情况下，风扇速度通常由能量存储系统管理装置，即电池管理系统(BMS)，来控制。虽然可以增加或减少风扇的速度，但是空气流量的增加或减少的量不能精确测定，因此可能不能精确调节热活化单元的温度。

而且，上述技术仅依赖于热活化单元的温度，并且所述解决方案只能在热活化单元的温度过热之后调节热活化单元的温度。上文解决方案使用反馈或闭环控制，其不能最佳预测热活化单元的运行状态。

因此，可能需要新的装置和方法，来预测热活化单元的运行状态和/或精确调节热活化单元的温度。

发明内容

本发明的实施方式提供了基于热活化单元的热损失E_loss、热活化单元的第一温度T₁，以及容纳热活化单元的壳体的流体入口温度T_in和所述壳体的流体出口温度T_out之差评估热活化单元的运行状态的装置、方法、系统和计算机可读介质。

在一实施方式中，装置包括壳体，所述壳体包括流体入口和流体出口；热活化单元，其在所述壳体中；流体传输装置，用以运输所述壳体中的流体；第一温度传感器，设置为测量所述热活化单元的第一温度T₁；第二温度传感器，设置为测量所述壳体的所述流体入口处的流体温度T_in；第三温度传感器，设置为测量所述壳体的所述流体出口处的流体温度T_out；和控制器，与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器通信耦合，并且设置为计算取决于通过所述热活化单元的电流的热损失E_loss和所述热活化单元中存储的热量E_stored，并且基于所述热损失E_loss、所述第一温度T₁、所述热活化单元中存储的热量E_stored以及温度T_in和温度T_out之差评估所述热活化单元的运行状态。

在一实施方式中，方法包括测量热活化单元的第一温度T₁，其中所述热活化单元设置为在壳体中；测量所述壳体的流体入口处的流体的温度T_in，所述流体通过流体传输装置在所述壳体中传输；测量所述壳体的流体出口处的流体的温度T_out；计算时间间隔Δt内的取决于通过所述热活化单元的电流的热损失E_loss和所述热活化单元中存储的热量E_stored，并且基于所述热损失E_loss、所述第一温度T₁、所述存储的热量E_Stored以及温度T_in和温度T_out之差，评估所述热活化单元的运行状态。

在一实施方式中，系统包括温度监测模块，设置为从第一温度传感器接收壳体内的热活化单元的第一温度T₁、从第二温度传感器接收壳体的流体入口处流体的温度T_in和从第三温度传感器接收壳体的流体出口处流体的温度T_out；计算模块，设置为计算所述热活化单元的热损失E_loss和所述热活化单元中所存储的热量E _Stored；和评估模块，设置为基于所述热活化单元的热损失E_loss、所述第一温度T₁、所述存储的热量E_Stored以及所述温度T_in和所述温度T_out之差，评估所述热活化单元的运行状态。

附图简述

本发明的一或多个实施方式通过示例性而非限制性的方式在所附附图中示例性说明，其中相像的标记表明相似的元件。

图1是示例性说明根据本发明的一实施方式的车辆系统的示意图。

图2是示例性说明图1的控制器构造的实例的高级示意图。

图3是示例性说明图2的处理器或存储器或其组合的元件的框图。

图4是示例性说明热活化单元中的热转移的框图。

图5是示例性说明根据一实施方式的装置的示意图。

图6是示例性说明根据另一实施方式的装置的示意图。

图7是示例性说明根据另一实施方式的装置的示意图。

图8A显示根据本发明的一实施方式的方法的流程图。

图8B显示根据本发明的一实施方式的方法的流程图。

图8C显示根据本发明的一实施方式的方法的流程图。

具体实施方式

本说明书中提及“实施方式”、“一实施方式”或类似语句，意指所描述的具体特征、功能、结构或表征包括在本发明的至少一实施方式中。本说明书中的这些语句的出现并不一定指示相同的实施方式。另一方面，这些标记并不一定是互相排斥的。

在本发明的实施方式中，术语流体包括可流动或形变的至少一种液体、气体或其组合。气体可以包括能容易带走热量的空气或其他气体。液体可包括热传导液体，例如水或包括添加剂诸如阻蚀剂或抗冻剂的水。液体和气体的组合可包括经历以从气体变成液体或相反变化的相变的物质。

为了容易地理解本发明，首先在下表1中介绍下列描述中所用的符号：

图1是示例性说明根据本发明实施方式的车辆系统10的示意图。

如图1所示，系统10包括壳体100、至少一个热活化单元180、第一温度传感器110、第二温度传感器120、第三温度传感器130、流体传输装置170以及控制器140。壳体100包括流体入口102和流体出口104。通道150和160是为了示例性说明流体流入和流出壳体100的目的而显示的。本领域技术人员可以理解，通道150和160是任选的并且可以省略。如图1所示，壳体100的流体入口102接收流体，在壳体100的流体出口104排出流体。在一实施方式中，流体入口定位为从车辆系统10内的不同位置和/或从车辆系统10的外部接收流体。第一传感器110定位为邻近至少一个热活化单元180或在至少一个热活化单元180之上。第二传感器120定位为在壳体100的流体入口102处(例如，在流体入口102中或邻近于流体入口102等)，而第三传感器130定位为在壳体100的流体出口104处。本领域技术人员可以理解，尽管这一实施方式使用车辆系统10作为一个实例，但仅是说明性的并且本发明的实施方式并不限于车辆系统，它还可以应用于其它电力系统等。

在上述实施例中，如图1所示只有一个第一温度传感器、一个第二温度传感器和一个第三温度传感器。然而，本领域技术人员可以理解的是传感器的数量不受上述实施方式的限制。例如，在一个实施方式中，热活化单元可以包括多个子单元，例如多个个体单元(cell)。系统10可包括多个第一温度传感器。每个所述第一温度传感器定位为邻近各自的个体单元并获取各自的温度。第一温度T₁可以，例如，通过将多个第一温度传感器所获得的各自的温度取平均值来获得。可选地，第一温度T₁可以通过选择多个温度的最大值来获得。在一个实施方式中，系统10还可以包括多个第二温度传感器。

图1示例性说明了壳体100封装了多个电池单元。然而，本领域技术人员可以理解的是壳体100可包括围绕单个电池单元的壁，以例如防火。例如，当各电池单元被间隔物分开，两个相邻的间隔物可以看作是壳体的两个壁。换句话说，在壳体100可以只包括单个电池单元而不是整个电池单元组。

例如当电流经过热活化单元180，或者当热活化单元180通过相对于其他部件移动而运行时，热活化单元180可包括可产生热量的任何单元。热活化单元180可以包括能量存储装置，例如电池组或电池单元，并且它可以可选地包括包括流体冷却系统的使用电流并且在电流经过时可产生热的其它电子组件，例如幻灯机中的照明设备。

当热活化单元180加热时，理想的是将流体，特别是冷却流体，提供给热活化单元180，从而使热活化单元180可以被冷却，并且热活化单元180的性能可以不会因热量而严重下降。但是，有时加热流体(warm fluid)也是所期望的。例如，在寒冷天气时，电池单元的性能下降。因此，可能期望有流向电池单元的加热流体以提高电池的性能。

图2是示例性说明图1的控制单元140的示例结构200的高层示意图。结构200包括耦合到互连240的一或多个处理器210和存储器220。在图2中所示的互连240是表示通过适当的桥、适配器或控制器相连的任何一或多个分离的物理总线、点对点连接或两者的抽象概念。

处理器210是结构200的中央处理单元(CPU)，因此，控制结构200的整体运行。在某些实施例中，处理器210通过执行软件或存储在存储器220中的固件来实现控制。处理器210可以是，或可以包括，一个或多个可编程的通用或专用微处理器、数字信号处理器(DSP)、可编程控制器、应用专用集成电路(ASIC)，可编程逻辑器件(PLD)、或类似装置，或这些装置的组合。

存储器220是或包括结构200的主存储器。存储器220表示任何形式的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存或类似装置，或者这些装置的组合。在使用中，存储器220可包含，除其他之外，用于执行本文所介绍的本发明至少一些实施方式的软件或固件代码。

请注意，输出装置230和输入装置250，类似其他装置，都是任选的。互连240提供输入装置250、输出设备230以及处理器210之间的连接。互连240通过无线或有线连接等为结构200提供与装置10中其他部件通信的能力，或将接口提供给其他计算机、装置等(例如温度传感器)。互连240可以是，例如，因特网适配器或光纤通道适配器。输入装置250可包括触摸屏、键盘和/或鼠标等。输出设备230可以包括屏幕和/或扬声器等。

上面介绍的技术可以通过由软件、固件和/或硬件编程/配置的可编程电路，或者完全由专用电路，或者由这些形式的组合来实现。这样的专用电路(如果有的话)可以是，例如，一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)等形式。

实现本文所介绍的技术的软件或固件可以被存储在机器可读存储介质上，并且可以由一个或多个通用或专用的可编程微处理器执行。“机器可读介质”，作为在本文中使用的术语，包括可以以机器(机器可以是例如计算机、网络设备、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、制造工具、包括一或多个处理器的任一装置等)可访问的形式存储信息的任何机制。例如，机器可访问介质包括可记录/不可记录介质(例如只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；存储介质；闪存设备；等)等等。

术语“模块”，如本文使用的，是指：a)专用的硬线电路，诸如一个或多个应用专用集成电路(ASIC)，可编程逻辑器件(PLD)，现场可编程门阵列(FPGA)或其他类似的设备；b)软件和/或固件编程的可编程电路，例如一个或多个编程的通用微处理器、数字信号处理器(DSP)和/或微控制器，或其它类似的装置；或c)软件或d)在a)、b)和/或c)提到的形式的组合。

图3是示例性说明图2的存储器220、处理器210或其组合的元件的框图，其包括温度监测模块310、计算模块320、评估模块330、警告模块340和状态调整模块350。

如图3所示，温度监控模块310从第一温度传感器110接收热活化单元180的第一温度T₁，从第二温度传感器120接收壳体100的流体入口102的流体的温度T_in和从第三温度传感器130接收壳体100的流体出口104的流体的温度T_out。

计算模块320计算热活化单元180的热损失E_loss。

评估模块330基于热活化单元180的热损失E_loss、第一温度T₁、热活化单元180中存储的热量E_Stored以及温度T_in和温度T_out之差评估热活化单元180的运行状态。

电流监测模块360从电流计接收经过热活化单元的电流I。计算模块320根据下列公式，基于所测量的电流I和估计的热活性单元的电阻R计算所述时间间隔Δt内的热损失E_loss：

$E_{loss}={\∫}_{t_1}^{t_2}(I^2\×R)dt,\mathrm{\Δ}t=t_2-t_1---\left(1\right)$

可以通过将热损失E_loss和所存储的热量E_stored之差除以流体的比热容与温度T_out和温度T_in之差的乘积来计算经过热活化单元180的流体的实际质量流量，从而估计热活化单元180的运行状态。可以根据下列公式，用热活化单元180的质量乘以热活化单元180的比热容和所述第一温度T₁和第二温度T₂之差，来计算在热活化单元180中所存储的热量E_Stored：

E_Stored＝m_activemass×cp_activemass×(T₂-T₁) (2)

或

$E_{Stored}={\∫}_{t1}^{t2}(m_{activemass}\×{\mathrm{cp}}_{active\mathrm{ma}ss}\×T)dt---\left(3\right)$

第一温度传感器110在第二时间测量第二温度T₂，第二时间不同于测量第一温度T₁时的第一时间。

评估模块330还可以将实际质量流量与理想质量流量相比较。

警告模块340输出基于热活化单元180的运行状态的听觉的和/或视觉的、或来自其他任何信号质量的警告。例如，如果上述比较结果超过预定值时，警告模块340可以输出蜂鸣声或其它声音信号，以表明热活化单元180的运行状态需要进行调节。警告模块340，像许多其他组件一样，是任选的。

可选地或另外地，处理器210包括状态调节模块350，以调节流体传输装置170的状态。流体传输装置可包括风扇、阀或泵。流体传输装置170的状态包括例如速度，诸如风扇的每分钟转数(RPM)、泵的功率，阀门的开启程度，压力等。

可选地或另外地，处理器210可以包括比较模块370和目标监测模块380。目标监测模块380获取流体输送装置170的理想质量流量。比较模块370将实际质量流量与理想质量流量相比较。如果比较结果超过预定值，状态调节模块350调节流体的质量流量或者调节提供给热活化单元的功率。

可选地，目标监测模块380获取目标温度T₃。状态调整模块350根据目标温度T₃调节实际质量流量。具体而言，热活化单元180的目标温度T₃是在与测量第一温度T₁的第一时间t₁不同的第三时间t₃时的温度。计算模块还配置为根据下列公式，基于热活化单元的质量m_{active mass}、热活化单元的比热容cp_{active mass}以及所述第一温度T₁和目标温度T₃计算所存储的热量E_Stored： 基于热损失E_loss和存储的热量之差、流体的比热容以及温度T_in和温度T_out之差，根据下列公式计算经过热活化单元的流体的目标质量流量：

${\stackrel{\·}{Q}}_{fluid}=\frac{E_{\mathrm{lo}ss}-E_{stored}}{\mathrm{\Δ}t}---\left(5\right),$

${\stackrel{\·}{m}}_{fluid}=\frac{{\stackrel{\·}{Q}}_{fluid}}{{\mathrm{cp}}_{fluid}\×(T_{in}-T_{out})}---\left(6\right).$

状态调节模块350根据目标质量流量调节流体传输装置。

图3示例性说明了处理器210包括温度传感模块310、计算模块320、评估模块330、警告模块340、状态调节模块350、电流监测模块360、比较模块370和目标监测模块380。然而，本领域技术人员可以理解的是上述任何或全部模块可存在于存储器220中，或者处理器210和存储器220的组合中。

图4是示例性说明热活化单元180中热传递的框图40。如图4所示，当电流通过热活化单元180时，热活化单元180产生热量。由于这种热量是不被希望的，所产生的热量也被称为的热活化单元180的热损失，称为热损失的一部分被存储在热活化单元180，它被表示为热损失的某些部分被经过热活化单元180的流体带走，其称为

相关的物理能量公式如下：热活化单元180内产生的热损失Q_loss等于存储在热活化单元180的质量内的能量Q_stored的量加上通过经过热活化单元180的流体除去的热量Q_fluid加上因对流、传导或辐射经过热活化单元180的壳体100的任何热损失。忽略因对流、传导或辐射经过热活化单元180的壳体100的任何热损失时，流体的体积流量可以根据以下简化能量公式定义：

${\stackrel{\·}{Q}}_{fluid}={\stackrel{\·}{Q}}_{loss}-{\stackrel{\·}{Q}}_{stored}---\left(7\right)$

由此

${\stackrel{\·}{Q}}_{fluid}={\stackrel{\·}{m}}_{fluid}\×{\mathrm{cp}}_{fluid}\×(T_{in}-T_{out})---\left(8\right)$

并且

${\stackrel{\·}{Q}}_{\mathrm{lo}ss}=I^2\×R---\left(9\right)$

并且

${\stackrel{\·}{Q}}_{stored}=\frac{m_{activemass}\×{\mathrm{cp}}_{activemass}\×(T_2-T_1)}{\mathrm{\Δ}t}---\left(10\right)$

在下面的公式中，是时间导数值。符号上带点的所有其他符号意指时间导数值。为了利用上述能量公式确定流体质量流需要在规定的时间间隔测量下面的变量：

-在第二温度传感器120处的壳体100的流体入口102的温度T_in；

-在第三温度传感器130处的壳体100的流体出口104的温度T_out；

-在第一温度传感器110处的热活化单元180的温度变化：ΔT＝T₂-T₁。其中第一温度T₁是在时间t₁测量的，而第二温度T₂是在不同于第一时间t₁的时间t₂测量的。为了更具体，t₁和t₂之差是时间间隔Δt；以及

-流经热活化单元180的电流I；和

-时间间隔Δt。

电流计(图中未示出)与所述热活化单元180通信耦合，并测量流经热活化单元180的电流I。控制器140计算基于所测量的电流和估计的热活化单元180的电阻计算热损失。

热活化单元180的电阻可以基于热活化单元180的第一温度T₁、热活化单元180的充电状态以及热活化单元180的健康状态进行估计。

充电状态(SOC)等同于电池电动汽车(BEV)、混合动力汽车(HEV)或插电式混合动力电动汽车(PHEV)中电池组的燃油量表。SOC的单位是百分点(0％＝空；100％＝满)。在讨论使用中电池的当前状态时，SOC是正常使用的。SOC通常不能直接确定。一般有四种方法间接确定SOC：化学、电压、电流积分和压力的方法。

健康的状态(SOH)是与其理想状况相比，电池(或电池单元或电池组)的状况的品质因数。SOH的单位是百分点(100％＝电池的状况符合电池的规格)。通常情况下，电池的SOH在制造时将是100％的并会随着时间和使用而减少。BMS(电池管理系统)的设计者可使用下列任意参数(单独或组合)获得SOH的随机值：内部电阻、阻抗或电导；容量；电压；自放电；接受充电的能力；充电-放电循环次数等。

通常，热活化单元的质量，即电池装置的情况下，是电池单元或电池模块以及电池壳体的质量。热活化单元的温度值通常是在热活化单元180中测量的，例如是在电能存储系统中测量的。

就时间间隔Δt的时间而言，控制器140能够测量。因此不需要额外的硬件。

上文公式(1)至(4)显示变量的时间导数符号。另外，上文公式可分别用于进一步对积分求导。例如从公式(3)可以根据上文公式(1)获得在时间间隔Δt内由电流经过携带电流的存储装置内部组件的电阻所产生的累积的热损失E_loss：

$E_{\mathrm{lo}ss}={\∫}_{t1}^{t2}(I^2\×R)dt---\left(1\right)$

而且，根据上述公式(10) 热活化的累积热量E_Stored可根据复制于下文的上述公式(3)获得：

$E_{Stored}=(m_{activemass}\×{\mathrm{cp}}_{activemass}\×T)dt---\left(3\right)$

而且，根据上述公式(8)可以确定在时间间隔Δt内流体经过热活化单元180的累积热量：

$E_{fluid}={\∫}_{t1}^{t2}({\stackrel{\·}{m}}_{fluid}\×{\mathrm{cp}}_{fluid}\×T)dt---\left(11\right)$

时间间隔Δt的持续时间可以是固定的或可变的。时间间隔可以通过车辆系统10中任何类似时钟的装置来测量。

再次参照图1，为了确定热活性单元的状态，由所述第一温度传感器110测量热活性单元180的温度，并且测量结果可用于确定流体传输装置170的状态，以便调节流体的质量流量。为了这个目的，流体传输装置170的状态通常由控制器140控制。可选地，上面所讨论的，如果系统10中有多个第一传感器110，热活化单元180的温度可以是所述多个第一传感器所测得的所有温度的最大值或平均值，或任何其它温度值。此外，将在下面的内容中详细描述流体传输装置170的状态。

本发明的至少一些实施方式进一步确定，对于所述流体传输装置170的给定的状态例如流体传输装置170的给定的速度来说，由第一温度传感器110处升高的温度指示的热活化单元180减小的传热能力是热活化单元180中升高的流体入口温度的结果还是减少的流体体积流量的结果。

壳体100内减少的流体体积流量可以有不同的原因。例如，流体传输装置170，诸如风扇，可能被损坏并可能由于各种原因在以相对于设定值的减小的速度运行从而转运更少的流体。另一种可能性是流体入口被堵塞，例如乘客可能在流体入口102的顶部放置了物体。

已知风扇可以反馈速度信号给控制器140。通过这个信号，控制器140可确定特定的应用情况下对应所述风扇速度的理论或理想流体体积流量。

通过将分别位于流体入口102和流体出口104的至少两个温度传感器120，130加入到车辆系统10，可以测量流体进入与流体离开的温度，由此确定壳体100内流体的质量流量。

控制器140使用这两个温度和其他可用的数据，以确定由所述传输流体从所述壳体100中提取的热能。具体地，通过在车辆系统10中流体入口102和流体出口104加入至少两个温度传感器120、130，能够根据上述能量公式来估计实际的流体质量流量，如下所示：

${\stackrel{\·}{m}}_{fluid}=\frac{{\stackrel{\·}{Q}}_{fluid}}{{\mathrm{cp}}_{fluid}\×(T_{in}-T_{out})}=\frac{I^2\×R-m_{acivemass}\×{\mathrm{cp}}_{activemass}\×(T_2-T_1)}{{\mathrm{cp}}_{fluid}\×(T_{in}-T_{out})}---\left(12\right).$

也就是说，经过热活化单元180的流体的实际质量流量是用热损失和所存储的热量之差除以流体的比热容与温度T_out和温度T_in之差T_out-T_in的乘积计算的。

另外，使用第二温度传感器120，流体入口温度是明确已知的。流体入口温度已知随后允许控制器140确定热活化单元180温度的上述变化是否是由归因于电流(电负载)的变化或流体入口温度的变化或两者组合的热损失变化导致的。

另外已知流体出口温度随后允许控制器140确定热活化单元180的温度的上述变化是否是由估计的实际流体质量流量的变化所导致的，或估计的实际流体质量流量的变化与归因于电流变化或流体入口温度变化的热损失变化的组合所导致的。

作为基于上述公式(8)计算的结果的已知实际的流体质量流量，允许控制器140将实际流体质量流量与来源于风扇转速的理想流体质量流量相关联，并且随后确定流过壳体100的流体体积流量是否在系统的设定边界之内或之外。

例如，控制器140基于所述流体传输装置170的状态获取理想的质量流量，控制器140还比较实际质量流量与理想质量流量。所述比较可以以任何形式进行，例如，将所述理想质量流量除以实际质量流量或者从理想质量流量减去实际质量流量。比较结果越大，理想质量流量和实际的质量流量之间的差异就越大。

然后，如果比较结果超过预定值，控制器140生成警告指示。

可选地，或另外地，如果比较结果超过预定值，控制器140调节流体传输装置170的状态。控制器140请求流体传输装置170调节其状态，以补偿流经所述热活化单元180的所述流体的实际质量流量和理想流体质量流量的差异，直到比较结果等于或小于第一调节因子。

该预定值是可根据实际应用场景调节的。另外，预定值和所述第一调节因子是可根据实际应用调节的。另外，本领域技术人员应当理解，所述预定值和所述第一调节因子可以取相同的或不同的值。

在另一实施方式中，第二温度传感器120在与测量温度T_in的时间不同的第四时间t₄测量壳体100的流体入口102处的流体温度T′_in。第三温度传感器130在第四时间t₄测量壳体100的流体出口104处的流体温度T′_out。控制器140通过将热损失和所存储的热能之差除以流体比热容与温度T′_in和温度T′_out之差的乘积，来计算经过热活化单元的流体的另一实际质量流量。控制器140还将从一实际质量流量到其他实际质量流量的变化与理想质量流量相比较。因此，可估计与理想流体体积流量相关的实际流体体积流量的变化。所述变化可以有不同的成因。

如果比较结果超过预定值，则控制器40可通过声称警告指示来来作出反应。

可选地，警告信号可以为了不同目的而存储或通信。例如，警告信号可通信至车辆系统中的通信总线或界面。警告信号可以用于在用于车辆系统10的诊断系统中暂时或永久地设置错误标志。其可被用于通知驾驶员，例如检查是否有任何障碍物挡住液体入口102。

在另一实施方式中，如果比较结果超过预定值，控制器140可通过调节的流体传输装置170的状态来作出反应。因此，可通过调节流体质量流量来保护热活化单元。例如，当较多冷却流体需要被提供给热活化单元180时，控制器140可指示流体传输装置170生成并传输较多流体至热活化单元180。可选地，当热活化单元180需要较少流体，例如在寒冷的天气中，当热活化需要预热以恢复正常运行时，则控制器140可指示流体传输装置170向热活化单元180传输较少流体，从而使热活化单元180可以迅速升温。例如，如果在由第二温度传感器120检测出的流体入口104的温T_in过冷(例如，在冬天当车辆系统10刚启动时而热活化单元180过冷，这不适合其工作)，较少的实际质量流量是所需要的。若壳体100内有较少的实际质量流量，较大部分的热损失转换为热活化单元180中的所存储的热而不被所述流体流带走。因此，热活化单元180可以迅速升温。

车辆可选地，由流体传输装置170产生的流体温度可以调节。控制器140还可调节由流体传输装置170产生的流体温度。例如，当在寒冷的天气，热活化单元需要预热时，控制器140可指示流体传输装置170升高其产生的流体的温度。

在另一实施方式中，如果比较结果超过预定值，控制器140可通过指示来调节供给到车辆系统10的功率进行反应。控制器140以第二调节因子减少通过热活化单元180的可用或可获得的电功率量，以保护该电能存储装置。第二调节因子可以取不同的值。因此，热活化单元180通过减少可用的功率被主动保护，从而减少了通过热活化单元170的电流。第二调节因子是可根据实际应用调节的。

在另一实施方式中，控制器140获得的目标温度T₃，并根据该目标温度T₃调节实际质量流量。例如，控制器140可根据目标温度T₃获得目标质量流量，和然后提高或降低流体传输装置170的状态，以便达到目标质量流量。在这种方式下，热活化单元的实际质量流量是可精确调节的，因此热活化单元180的温度可以精确调节。

对于基于气体的流体传输装置170，流体传输装置170可包括风扇，并且空气质量流量状态可通过向风扇提供更多的功率以增加速度例如风扇转速而进行控制。因此，基于气体的流体输送装置的状态可包括基于气体的流体传输装置的功率、速度。

对于基于液体的流体输送装置170，流体传输装置170可包括泵或阀，并且液体质量流速度可以通过调节泵功率或阀的打开程度进行控制，使得可以控制由通过泵递送的液体质量或流经阀的液体质量。因此，基于液体的流体传输装置的状态可包括基于液体的流体传输装置的功率、打开程度、压力或速度。

图5是示例性描述根据一实施方式的装置的示意图。在图5中所示的第一温度传感器510、第二温度传感器520和第三温度传感器530与如图1所示第一温度传感器110、第二温度传感器120、第三温度传感器130相似。控制装置540与如图1所示控制器140相似。流体入口502和流体出口504与如图1所示的流体入口102和流体出口104相似。热活化单元580与如图1所示的热活化单元180相似。因此这些元件在此不详细讨论。如图1所示的流体传输装置170包括如图5所示的抽吸扇590。抽吸扇590的流体入口通过抽吸管595连接到壳体500的流体出口504。可选择地，抽吸风扇590的流体入口可直接与壳体500内的热活化单元580连接而无需抽吸管595。流体被抽吸通过壳体500并被抽到壳体500之外。

图6是示例性描述根据另一实施方式的装置的示意图。图6所示的第一温度传感器610、第二温度传感器620和第三温度传感器630与如图1所示第一温度传感器110、第二温度传感器120、第三温度传感器130相似。控制器640与如图1所示的控制器140相似。流体入口602和流体出口604与图1所示的流体入口102和流体出口104相似。热活化单元680与图1所示的热活化单元180相似。因此这些元件在此不详细讨论。在本实施方式中，可选地，如图1所示流体传输装置170包括如图6所示的鼓吹扇690。鼓吹扇690的流体出口与壳体600直接连接。可选地，鼓吹扇690的流体出口可通过鼓吹管695连接到壳体600。流体鼓吹至壳体600内并通过壳体600。

图7是示例性说明根据另一实施方式的装置70的示意图。图7中所示的第一温度传感器710、第二温度传感器720和第三温度传感器730与图1中所示的所述第一温度传感器110、第二温度传感器120、第三温度传感器130相似。控制器740是类似于图1中所示的控制器140。流体入口702和流体出口704与图1中所示的流体入口102和流体出口104相似。热活化单元780与图1中所示的热活化单元180相似。因此这些元件在此不详细讨论。如图7所示，泄漏706可能发生在抽吸扇790和壳体700的流体出口704之间的抽吸侧上的某位置，或者泄露可发生在靠近壳体700的流体入口702，从而绕开流体。注意到包括与图1类似的附图标记的元件表示与图1类似的元件，并且为了简化目的而省略了其中的描述。对于基于气体的冷却系统，壳体700和抽吸扇790之间抽吸管795中的泄露706，或者在鼓吹扇和壳体700之间的鼓吹管的泄漏，或者述冷却系统的硬件的任何堵塞或部分堵塞，或者上述的组合，均可产生实际空气体积流量相对于理想空气体积流量之间的差异。对于基于液体的冷却系统，携带冷却液的管的泄漏，或者冷却液本身的劣化例如冷却液沉淀、粘度增大(致使液体流动性下降)，可能会导致冷却液的性能降低。

图8A示例性描述了根据本发明的一实施方式的方法800A的流程图。

如图8A所示，方法800A包括测量(在框810中)热活化单元的第一温度T₁。所述热活化单元在壳体内，并且热活化单元产生热损失，由经过所述热活化单元的流体冷却并且存储热能。方法800A还包括(在框820中)测量所述壳体的流体入口处流体的温度T_in；测量(在框830中)所述壳体的流体出口处流体的温度T_out；计算(在框840中)热活性单元的热损失；以及基于热损失、第一温度T₁以及温度T_in和温度_Tout之差估计(在框850中)热活化单元的运行状态。

可选地，所述方法800A还包括测量通过热活化单元的电流；并且基于所测量的电流和估计的热活性单元的电阻计算热损失E_loss。

可选地，所述方法800A还包括基于所述第一温度T₁、热活化单元的充电状态，以及热活性单元件的健康状态，估计所述热活化单元的电阻。

可选地，所述方法800A还包括在第二时间t₂测量热活化单元的第二温度T₂，第二时间t₂不同于测量所述第一温度T₁时的第一时间t₁；并通过乘以热活性单元的质量、所述热活化单元的比热容和所述第一温度T₁和所述第二温度T₂之差，计算热活化单元中存储的热量E_Stored。

可选地，框850还包括根据下文公式，通过将热损失E_loss和热活化单元所存储的热量E_Stored之差除以流体比热容以及温度T_in和温度T_out之差的乘积，计算通过热活化单元的流体的实际质量流量：

和

${\stackrel{\·}{m}}_{fluid}=\frac{{\stackrel{\·}{Q}}_{fluid}}{{\mathrm{cp}}_{fluid}\×(T_{in}-T_{out})}---\left(6\right).$

图8B显示根据本发明另一实施例的方法800B的流程图。框810、820、830、840与图8A中所示的相应框相同，因此这些框的详细描述被省略。可选地，如图8B所示，方法800B还包括基于流体传输装置的状态获得(框850B中)理想质量流量；并且比较(框860B中)实际质量流量与理想质量流量。可选地，所述方法800B还可以包括如果比较结果超过预定值，则生成(在框870B中)警告指示。例如，可以在车辆的仪表板上生成警告指示。根据所述警告信号，车辆系统10的用户可以检查热活化单元的流体入口是否被阻塞，流体输送装置中是否发生泄露或存在故障等。本领域技术人员可以理解，框850B和框810不必以所述顺序执行。换句话说，框850B和框810可以基本同时或以不同的顺序来执行。

可选地或另外地，方法800B还可以包括如果比较结果超过预定值则调节(在框870C中)流体的质量流量。流体传输装置可改变所述壳体内的流体质量流量直到更新的比较结果等于或小于第一调节因子。

可选地或另外地，方法800B还可以包括如果比较结果超过预定值则调节(在框870D中)供给热活化单元的功率。例如，向热活化单元提供功率的功率系统可以减少功率提供以使得更少的电流通过热活化单元并且因此热活化单元生成较少热量。

本领域技术人员可以理解，上述的框870B、870C和870D上的术语“和/或”是指可以在方法800B中执行框870B、870C和870D的任一或任意组合。

图8C显示根据本发明另一实施方式的方法800C的流程图。框810、820、830、840是与图8A中所示的相应框相同的，因此这些框的详细描述被省略。可选地或另外地，方法800还可包括获得(在框850E中)目标温度T₃；以及根据所述目标温度T₃调节(在框860E中)实际质量流量。例如所述方法800C包括在第三时间t₃获得的热活化单元的目标温度T₃，第三时间t₃不同于测量所述第一温度T₁时的第一时间t₁；以及根据下列公式，基于所述热活化单元的质量m_{active mass}、所述热活化单元的比热容cp_{active mass}以及所述第一温度T₁和所述目标温度T₃，计算所存储的热量E_Stored：

$\begin{array}{c}{E}_{Stored}=m_{activemass}\×{\mathrm{cp}}_{activemass}\×(T_3-T_1)\\ ={\∫}_{t_1}^{t_3}(m_{activemass}\×{\mathrm{cp}}_{active\mathrm{ma}ss}\×T)dt.\end{array}---\left(13\right)$

本领域技术人员可以理解，框850E和框810并非必须以所述顺序执行。换句话说，框850E和框810可以基本同时或以不同的顺序来执行。

返回参考图800A，可选地或另外地，方法800A还可以包括在第四时间t₄测量壳体的流体入口处的流体温度T′_in，第四时间t₄与测量温度T_in时的时间不同；在第四时间t₄测量壳体的流体出口处的流体温度T′_out。框850还包括通过将热损失E_loss和所存储的热能之差除以流体的比热容与温度T′_in和温度T′_out之差的乘积，计算经过热活化单元的流体的另一实际质量流量。

可选地或另外地，框850还包括基于所述流体传输装置的状态获得理想质量流量；并且与实际质量流量的变化相比较，或者换言之，将从一实际质量流量到另一实际质量流量的变化与理想质量流量相比较。方法800A还包括如果比较结果超过预定值则生成警告指示。

可选地或另外地，框850还包括基于所述流体传输送装置的状态获得理想质量流量；并且将实际质量流量的变化与理想质量流量相比较。方法800A还包括如果比较结果超过预定值则调节流体传输装置的状态。

可选地或另外地，框850还包括基于所述流体传输装置的状态获得理想质量流量；并且将实际质量流量的变化与理想质量流量相比较。方法800A还包括如果比较结果超过预定值，则调节提供给热活化单元的功率。

应注意的是，除了上文以另外的方式说明或任何这样的实施方式可能在功能和结构上相互排斥的之外，上文描述的实施方式中的任一或所有可以相互结合。

虽然已参照具体的示例性实施方式描述本发明，但应认识到本发明并不限于所描述的实施方式，而是可以用所附权利要求的精神和范围内的修改和变化来实行。因此，说明书和附图应被认为是说明性意义而不是限制性意义。

从前述内容可以理解，在此描述的本发明的具体实施方式是为了说明的目的，但也可以做出各种修改而不脱离本发明的范围。因此，除非由所附权利要求限制，本发明将不受限制。

Claims (31)

1.一种装置，包括：

壳体，所述壳体包括流体入口和流体出口；

热活化单元，其在所述壳体中；

流体传输装置，用以运输所述壳体中的流体；

第一温度传感器，设置为测量所述热活化单元的第一温度T₁；

第二温度传感器，设置为测量所述壳体的所述流体入口处的流体的温度T_in；

第三温度传感器，设置为测量所述壳体的所述流体出口处的流体的温度T_out；

控制器，与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器通信耦合，并且设置为

计算取决于通过所述热活化单元的电流的热损失E_loss和所述热活化单元中存储的热量E_Stored，和

基于所述热损失E_loss、所述第一温度T₁、所述热活化单元中存储的热量E_Stored以及温度T_in和温度T_out之差评估所述热活化单元的运行状态。

2.如权利要求1所述的装置，包括：

电流计，所述电流计与所述热活化单元通信耦合并且设置为测量通过所述热活化单元的电流I，其中

所述控制器还设置为基于所测量的电流I和所评估的所述热活化单元的电阻R计算所述热损失E_loss。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述控制器还设置为：

基于所述第一温度T₁、所述热活化单元的充电状态或所述热活化单元的健康状态评估所述热活化单元的电阻R。

4.如权利要求1所述的装置，其中：

所述第一传感器还设置为在第二时间t₂测量所述热活化单元的第二温度T₂，所述第二时间t₂不同于测量第一温度T₁时的第一时间t₁；和

所述控制器还设置为通过将热活化单元的质量乘以所述热活化单元的比热容以及所述第一温度T₁和所述第二温度T₂之差，计算所存储的热量E_Stored。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述控制器还设置为通过以下方式来评估所述热活化单元的运行状态：

用所述热损失E_loss和所存储的热量E_stored之间的差除以所述流体的比热容以及所述温度T_in和所述温度T_out之差，计算经过所述热活化单元的所述流体的实际质量流量。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述控制器还设置为：

基于所述流体传输装置的状态获得所述流体传输装置的理想质量流量；

将所述流体的实际质量流量与所述流体传输装置的理想质量流量相比较；和

如果比较结果超出预定值则生成警告指示。

7.如权利要求5所述的装置，其中所述流体传输装置与所述控制器通信耦合，并且所述控制器还设置为：

基于所述流体传输装置的状态获得所述流体传输装置的理想质量流量；

将所述流体的实际质量流量与所述流体传输装置的理想质量流量相比较；和

如果比较结果超出预定值则通过控制所述流体传输装置调节所述流体的质量流量或者调节提供给所述装置的功率。

8.如权利要求5所述的装置，其中所述流体传输装置与所述控制器通信耦合；并且所述控制器还设置为：

获得所述热活化单元的目标温度T₃；并且

根据所述目标温度T₃调节所述流体的实际质量流量。

9.如权利要求1所述的装置，其中所述流体传输装置包括抽吸扇并且所述抽吸扇的流体入口与所述装置的流体出口通过抽吸管相连。

10.如权利要求1所述的装置，其中所述流体传输装置包括鼓吹扇并且所述鼓吹扇的流体出口与所述装置的流体进口通过鼓吹管相连。

11.如权利要求1所述的装置，其中所述热活化单元包含至少一电池单元。

12.一种方法，包括：

测量热活化单元的第一温度T₁，其中所述热活化单元设置为在壳体中；

测量所述壳体的流体入口处的流体的温度T_in，所述流体通过流体传输装置在所述壳体中传输；

测量所述壳体的流体出口处的流体的温度T_out；

计算时间间隔Δt内的取决于通过所述热活化单元的电流的热损失E_loss和所述热活化单元中存储的热量E_Stored，和

基于所述热损失E_loss、所述第一温度T₁、所述存储的热量E_Stored以及温度T_in和温度T_out之差，评估所述热活化单元的运行状态。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

测量流经所述热活化单元的电流I；和

根据下列公式，基于所测量的电流I和评估的所述热活化单元的电阻R，计算所述时间间隔Δt内的热损失E_loss：

$E_{loss}={\∫}_{t_1}^{t_2}(I^2\×R)dt,$

Δt＝t₂-t₁。

14.如权利要求13所述的方法，还包括：

基于所述第一温度T₁、所述热活化单元的充电状态和所述热活化单元的健康状态，评估所述热活化单元的电阻。

15.如权利要求12所述的方法，还包括：

在第二时间t₂测量所述热活化单元的第二温度T₂，所述第二时间t₂不同于测量所述第一温度T₁时的第一时间t₁；和

根据下列公式，基于所述热活化单元的质量m_{active mass}、所述热活化单元的比热容cp_{active mass}以及所述第一温度T₁和所述第二温度T₂，计算所存储的热量E_Stored：

E_Stored＝m_{active mass}×cp_{active mass}×(T₂-T₁)，

或

$E_{\mathrm{Stored}}={\∫}_{t2}^{t1}(m_{\mathrm{activemass}}\×{\mathrm{cp}}_{\mathrm{activemass}}\×T)\mathrm{dt}.$

16.如权利要求12所述的方法，其中评估所述运行状态还包括：

根据下列公式，基于所述热损失E_loss和所述存储的热量E_Stored之差，所述流体的比热容以及所述温度T_in和所述温度T_out之差，计算流经所述热活化单元的所述流体的实际质量流量：

和

${\stackrel{\·}{m}}_{fluid}=\frac{{\stackrel{\·}{Q}}_{fluid}}{{\mathrm{cp}}_{fluid}\×(T_{in}-T_{out})}.$

17.如权利要求12所述的方法，其中评估所述运行状态还包括：

基于所述流体传输装置的状态获得所述流体传输装置的理想质量流量；和

将所述流体的实际质量流量与所述流体传输装置的理想质量流量相比较；并且

其中所述方法还包括如果比较结果超过预定值则生成警告指示。

18.如权利要求12所述的方法，其中评估所述运行状态还包括：

基于所述流体传输装置的状态获得所述流体传输装置的理想质量流量；和

将所述流体的实际质量流量与所述流体传输装置的理想质量流量比较；并且

其中所述方法还包括：如果比较结果超过预定值则调节所述流体的质量流量或调节提供给所述热活化单元的功率。

19.如权利要求12所述的方法，还包括：

获得所述热活化单元的目标温度T₃；和

根据所述目标温度T₃调节所述流体的实际质量流量。

20.如权利要求19所述的方法，还包括：

在第三时间t₃获得所述热活化单元的目标温度T₃，所述第三时间t₃不同于测量所述第一温度T₁时的第一时间t₁；和

基于所述热活化单元的质量m_{active mass}、所述热活化单元的比热容cp_{active mass}以及所述第一温度T₁和所述目标温度T₃，根据下列公式计算所存储的热量E_Stored：

$\begin{array}{c}{E}_{Stored}=m_{activemass}\×{\mathrm{cp}}_{activemass}\×(T_3-T_1)\\ ={\∫}_{t_1}^{t_3}(m_{activemass}\×{\mathrm{cp}}_{active\mathrm{ma}ss}\×T)dt.\end{array}$

21.如权利要求19所述的方法，其中评估所述运行状态还包括：

根据下列公式，基于所述热损失E_loss和所述存储的热量E_Stored之差，所述流体的比热容以及所述温度T_in和所述温度T_out之差，计算流经所述热活化单元的所述流体的目标质量流量：

${\stackrel{\·}{Q}}_{coolingfluid}=\frac{E_{loss}-E_{stored}}{\mathrm{\Δ}t},$

和

根据所述流体的目标质量流量调节所述流体传输装置。

22.一种系统，包括：

温度监测模块，设置为从第一温度传感器接收壳体内的热活化单元的第一温度T₁、从第二温度传感器接收壳体的流体入口处流体的温度T_in和从第三温度传感器接收壳体的流体出口处流体的温度T_out；

计算模块，设置为计算所述热活化单元的热损失E_loss和所述热活化单元中所存储的热量E_Stored；和

评估模块，设置为基于所述热活化单元的热损失E_loss、所述第一温度T₁、所存储的热量E_Stored以及所述温度T_in和所述温度T_out之差，评估所述热活化单元的运行状态。

23.如权利要求22所述的系统，还包括：

电流监测模块，设置为从电流计接收经过所述热活化单元的电流I的；和

所述计算模块，还设置为根据下列公式基于所测量的电流I和评估的所述热活化单元的电阻R，计算时间间隔Δt内的热损失E_loss：

$E_{loss}={\∫}_{t_1}^{t_2}(I^2\×R)dt,$

Δt＝t₂-t₁。

24.如权利要求23所述的系统，其中所述评估模块还设置为：

基于所述第一温度T₁、所述热活化单元的充电状态和所述热活化单元的健康状态，评估所述热活化单元的电阻。

25.如权利要求22所述的系统，其中所述温度监测模块还设置为在第二时间t₂接收所述热活化单元的第二温度T₂，所述第二时间t₂不同于测量所述第一温度T₁时的第一时间t₁；并且

所述计算模块还设置为根据下列公式，基于所述热活化单元的质量m_{active mass}、所述热活化单元的比热容cp_{active mass}以及所述第一温度T₁和所述第二温度T₂，计算所存储的热量E_Stored：

E_Stored＝m_{active mass}×cp_{active mass}×(T₂-T₁)，

或

$E_{Stored}={\∫}_{t2}^{t1}(m_{activemass}\×{\mathrm{cp}}_{activemass}\×T)dt.$

26.如权利要求22所述的系统，其中所述计算模块还设置为：

根据下列公式，基于所述热损失E_loss和所述存储的热量E_stored之差，所述流体的比热容以及所述温度T_in和所述温度T_out之差，计算流经所述热活化单元的所述流体的实际质量流量：

${\stackrel{\·}{Q}}_{coolingfluid}=\frac{E_{loss}-E_{stored}}{\mathrm{\Δ}t}$

${\stackrel{\·}{m}}_{coolingfluid}=\frac{{\stackrel{\·}{Q}}_{coolingfluid}}{{\mathrm{cp}}_{coolingfluid}\×(T_{in}-T_{out})}.$

27.如权利要求22所述的系统，还包括：

目标监测模块，设置为基于所述流量传输装置的状态获得所述流量传输装置的理想质量流量；

比较模块，设置为将所述流体的实际质量流量与所述流量传输装置的理想质量流量比较；和

警告模块，设置为如果比较结果超过预定值则生成警告指示。

28.如权利要求22所述的系统，还包括：

目标监测模块，设置为基于所述流量传输装置的状态获得所述流量传输装置的理想质量流量；

比较模块，设置为将所述流体的实际质量流量与所述流量传输装置的理想质量流量比较；和

状态调节模块，设置为如果比较结果超过预定值则调节所述流体的质量流量或调节提供给所述热活化单元的功率。

29.如权利要求22所述的系统，还包括：

目标监测模块，设置为获得目标温度T₃；和

状态调节模块，设置为根据所述目标温度T₃调节所述流体的实际质量流量。

30.如权利要求29所述的系统，其中

所述目标监测模块还设置为在第三时间t₃获得所述热活化单元目标温度T₃，所述第三时间t₃不同于测量所述第一温度T₁时的第一时间t₁；和

所述计算模块还设置为根据下列公式，基于所述热活化单元的质量m_{active mass}、所述热活化单元的比热容cp_{active mass}以及所述第一温度T₁和所述目标温度T₃，计算所存储的热量E_Stored：

$\begin{array}{c}{E}_{Stored}=m_{activemass}\×{\mathrm{cp}}_{activemass}\×(T_3-T_1)\\ ={\∫}_{t_1}^{t_3}(m_{activemass}\×{\mathrm{cp}}_{active\mathrm{ma}ss}\×T)dt.\end{array}$

31.如权利要求29所述的系统，其中所述计算模块还设置为：

根据下列公式，基于所述热损失E_loss和所述存储的热量E_Stored之差、所述流体的比热容以及所述温度T_in和所述温度T_out之差，计算流经所述热活化单元的流体的目标质量流量：

${\stackrel{\·}{Q}}_{coolingfluid}=\frac{E_{loss}-E_{stored}}{\mathrm{\Δ}t},$

和

所述状态调节模块还设置为根据所述流体的目标质量流量调节所述流体传输装置。