CN104723840A - 控制混合动力电动车辆加热的方法 - Google Patents

Abstract

一种控制混合动力电动车辆加热的方法，包括加热量比较步骤，该步骤将辅助加热器的可用加热量与辅助加热器的必要加热量进行比较。当辅助加热器的可用加热量大于辅助加热器的必要加热量时，加热效率比较步骤将驱动辅助加热器时的加热效率与基于发动机驱动的主加热器的加热效率进行比较。加热实施步骤驱动加热器中具有较高加热效率的一个。

Description

控制混合动力电动车辆加热的方法

技术领域

本发明总体涉及控制车辆加热的方法，更具体地，涉及控制混合动力电动车辆加热的方法，其能够选择性地操作主加热器和辅助加热器，以增加加热效率。

背景技术

混合动力电动车辆采用发动机和电动机作为驱动源来提供驱动力，其中电动机通过独立安装在车辆上的高电压电池所供应的功率进行操作。混合动力电动车辆被设计成根据环境同时或选择性地驱动驱动源来实现最佳燃油经济性。

混合动力电动车辆通常将电动机用作主驱动源，将发动机用作辅助驱动源。因为与发动机相比，电动机驱动后从本质上讲生成明显很少的热，所以混合动力电动车辆被设计成通过驱动发动机来加热发动机的冷却剂而进行车内加热。

在这点上，韩国未审查的10-2007-0110603号专利申请公开的“控制用于混合动力电动车辆的加热系统的方法”公开了控制用于混合动力电动车辆的加热系统的方法。这里，混合动力电动车辆包括控制整车能量和其他的混合系统控制单元(HCU)、控制加热器适当地维持车内温度的全自动温度控制器(FATC)、根据来自HCU的起动/停止指令来控制发动机驱动的发动机控制单元(ECU)、和用于将发动机冷却剂连续地供应和循环至加热器芯的电动水泵。该方法包括：第一步，在FATC采集关于车内和车外温度以及在ECU采集关于发动机操作的信息，并且检查用户是否输入加热要求；第二步，基于在第一步中采集的信息，确定是否需要驱动发动机用于加热；以及第三步，当在第二步中确定需要驱动发动机时，控制用于加热的水泵的驱动。

然而，该相关技术被设计用于单独地驱动发动机以用于车内加热的目的。因此，大量的燃料被消耗用于将冷却剂加热到合适的温度，这导致车辆的总燃油经济性的恶化。

前述内容仅旨在帮助理解本发明的背景，并非意在指本发明落入本领域技术人员已知的现有技术范围内。

发明内容

考虑到现有技术中出现的上述问题而作出本发明。本发明提供了控制混合动力电动车辆加热的方法，所述混合动力电动车辆具有使用来自作为主加热源的发动机的热的主加热器和独立的辅助加热器，其能够根据特定环境选择性地操作主加热器和辅助加热器，以便实现最佳加热效率。

根据本发明的示例性实施例，控制混合动力电动车辆加热的方法包括加热量比较步骤，即将辅助加热器的可用加热量与辅助加热器的必要加热量进行比较。当辅助加热器的可用加热量大于辅助加热器的必要加热量时，加热效率比较步骤在驱动辅助加热器时，将辅助加热器的加热效率与基于发动机驱动的主加热器的加热效率进行比较。加热实施步骤驱动加热器中具有较高加热效率的一个。

本方法还可包括加热条件检查步骤，该步骤将驾驶者设定的车内目标温度与车外温度进行比较。

本方法还可包括所需加热量推导步骤，该步骤根据驾驶者设定的车内目标温度，推导车内加热所需的需要加热量。

所需加热量推导步骤还可包括比较所需加热量与当前发动机加热量的步骤，其中当前发动机加热量是主加热器在当前发动机冷却剂温度下的加热量。

当所需加热量大于当前发动机加热量时，可执行加热量比较步骤。

在加热量比较步骤中，当可用加热量少于所需加热量时，可计算期望发动机加热量，所述期望发动机加热量是在驱动车辆时生成的发动机热所引起的主加热器的加热量，并且可执行可用量比较步骤，该步骤将所需的加热量与期望发动机加热量和可用加热量之和进行比较。

在可用量比较步骤中，当期望发动机加热量和可用加热量之和大于所需加热量时，可驱动辅助加热器，并且在可用量比较步骤中，当期望发动机加热量和可用加热量之和小于所需加热量时，可将当前发动机温度与用于达到主加热器所需的加热量的目标发动机温度进行比较。

在当前发动机温度低于目标发动机温度时，可驱动发动机。

在正常时间驱动主加热器时可调整从电动机提供的功率与从发动机提供的功率的比例，使得从发动机提供的功率的百分比增加，并且当发动机处于怠速状态时可对电池充电。

通过将车内目标温度减去车外温度所得的值乘以车内体积、空气密度和空气比热容，可得到所需加热量。

通过将当前发动机冷却剂温度减去车外温度所得的值乘以冷却剂体积、冷却剂密度和冷却剂比热容，可得到当前发动机加热量，并且必要加热量可以是所需加热量与当前发动机加热量之差。

通过将电池的当前剩余量乘以可用于加热的参考电流比率而计算当前剩余量中可用于加热的电流量、并将所计算的可用于加热的电流量乘以辅助加热器的参考加热效率，可计算辅助加热器的可用加热量。

当驱动辅助加热器时，通过将根据用于预设发动机驱动的燃料的总热量而定的发动机输出量的效率、根据发动机输出量而定的发电动机生成电流量的效率、根据所生成的电流量而定的电池的充电效率和辅助加热器的加热效率相乘，可计算加热效率。

通过计算储存在车辆内的燃料的总热量并计算从所计算的总热量中传给冷却剂的热量，可获得根据发动机驱动而定的主加热器的加热效率。

通过以下公式可计算传给冷却剂的热量。

传给冷却剂的热量＝(燃料量×燃料单位能量–发动机输出量–(排气温度–进气温度)×排气量×废气密度×废气比热容)×冷却剂传热率

通过将依车辆速度而变化的预设加权值乘以传给冷却剂的热量，可计算期望发动机加热量。

辅助加热器可以是正温度系数(PTC)加热器。

根据控制具有上述结构的混合动力电动车辆加热的方法，并非始终驱动发动机用于车内加热，而是就效率方面在与辅助加热器比较后选择性地驱动发动机。因此，能够提高加热效率和燃油经济性。

此外，在不安装分立单元的情况下，使用被安装在车辆内的发动机和辅助加热器，因而不会产生额外的成本。

附图说明

当结合附图时，从以下详细说明中将会更清楚地理解本发明的上述和其他目标、特征及其他优点。

图1是示出根据本发明实施例的控制混合动力电动车辆加热的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述根据本发明示例性实施例的控制混合动力电动车辆加热的方法。

图1是示出根据本发明实施例的控制混合动力电动车辆加热的方法的流程图。根据本发明示例性实施例的控制混合动力电动车辆加热的方法包括加热量比较步骤，即，将辅助加热器的可用加热量与该辅助加热器的必要加热量进行比较(S150)。当辅助加热器的可用加热量大于该辅助加热器的必要加热量时，加热效率比较步骤在，对辅助加热器的加热效率和基于发动机驱动的主加热器的加热效率进行比较(S170)。加热实施步骤驱动加热器中具有较高加热效率的一个(S180、S190)。

详细地，本发明可应用于通过内燃机和由电池供应功率的电动机驱动的混合动力电动车辆。主加热器是从发动机冷却剂中产生热的加热器，而辅助加热器是使用车辆电池的正温度系数(PTC)加热器。作为辅助加热器，也可使用加热泵和其他加热器代替PTC加热器。PTC加热器和加热泵为通常可获得的单元，将省略对其详细的描述。

首先，当驾驶者输入实施加热的信号时，执行加热条件检查步骤，该步骤对驾驶者所设定的车内目标温度和车外温度进行比较(S110)。当车内目标温度高于车外温度时，需要驱动主加热器或辅助加热器进行加热。因此，可执行所需加热量推导步骤，该步骤根据车内目标温度推导用于车内加热所需要的所需加热量(S120)。

所需加热量是用于使车辆内部达到车内目标温度所需要的热量，并且可通过以下公式计算。

公式1

所需加热量＝(车内目标温度-车外温度)×车内体积×空气密度×空气比热容

所需加热量的单位是焦耳(J)或千卡，并且比热容是用来将1kg质量的温度提升1℃需所需的热量。换句话说，所需加热量是对应于车内目标温度与车外温度之间差异的温度下的热量。车内目标温度是由驾驶者输入的值，而车外温度是通过温度传感器检测的。车内体积、空气密度、和空气比热容均为预设值。

在执行了所需加热量推导步骤S120后，还可执行所需加热量与当前发动机加热量比较的步骤，其中当前发动机加热量由主加热器在发动机冷却剂的当前温度下给出(S130)。当前发动机加热量是指在未驱动发动机的情况下，发动机冷却剂目前可执行加热的热量。当冷却剂的当前热量大于所需加热量时，可在不操作主加热器或辅助加热器的情况下，仅通过冷却剂的当前热量执行加热，并因此提高了车辆的燃油经济性。

可通过以下公式计算当前发动机加热量。

公式2

当前发动机加热量＝(当前发动机冷却剂温度-车外温度)×冷却剂体积×冷却剂密度×冷却剂比热容

当前发动机加热量的单位是焦耳(J)。通过传感器检测当前发动机冷却剂温度和车外温度。冷却剂体积、冷却剂密度、和冷却剂比热容均是通过实验预设的值。

当所需加热量大于当前发动机加热量时，可执行加热量比较步骤S150。通过将电池的当前剩余量乘以预设的可用于加热的电流比率(通过占整个剩余电流量的百分比(％)表示)从而计算当前剩余量中可用于加热的电流量(单位为Wh)，并将所计算的可用于加热的电流量乘以预设的辅助加热器的加热效率，可计算出辅助加热器的可用加热量。辅助加热器的加热效率的单位是J/Wh，该值对应于根据输入电流量的输出热量。

此外，必要加热量是所需加热量与当前发动机加热量之间的差值，并且是指通过以下方法获得的热量，即从车内加热所需的热量中减去当前主加热器可实施加热的热量，即，另外需要通过发动机驱动或辅助加热器操作供应的热量。

执行加热量比较步骤S150，以检查是否仅通过辅助加热器即可满足必要加热量。详细地说，当辅助加热器的可用加热量大于必要加热量时，可仅使用辅助加热器。否则，除了辅助加热器外还需要添加另外的加热装置。

因此，当辅助加热器的可用加热量大于必要加热量时，如上所述，将辅助加热器的加热效率与根据发动机驱动而定的主加热器的加热效率进行比较(S170)，并且可驱动加热器中具有较高加热效率的一个(S180、S190)。

驱动辅助加热器时的加热效率可通过以下方式计算：将根据用于驱动发动机的燃料的总热量而定的发动机输出量的效率、根据发动机输出量而定的发电动机生成电流量的效率、根据所生成的电流量而定的电池的充电效率和辅助加热器的加热效率相乘。通过实验可预设用于该计算的所有因数。

当驱动辅助加热器时，应该驱动发动机以防止电池放电。因此，在驱动辅助加热器时计算加热效率的过程中，应当考虑发动机驱动和充电效率。

此外，通过计算储存在车辆内的燃料的总热量和计算从所计算的总热量中传给冷却剂的热量，可获得根据发动机驱动而定的主加热器的加热效率。

更具体而言，通过将每升燃料所具有的热量乘以储存在车辆内的燃料量(单位为L)，可得到总热量，并且可通过以下公式得到传给冷却剂的热量。

公式3

传给冷却剂的热量＝(燃料量×燃料单位能量–发动机输出量–(排气温度–进气温度)×排气量×废气密度×废气比热容)×冷却剂传热率

燃料量是储存在车辆内的燃料量(单位为L)，而燃料单位能量是每升燃料的热量(单位为J)。发动机输出量是发动机驱动轴的输出量(单位为Wh)，而冷却剂传热率是最终被施加至冷却剂的热量比率(％)。通过对应于储存在车辆内的燃料量的试验预设公式3的因数。因此，在从全部输入热量中排除因驱动轴旋转消耗的热量和燃烧期间用于加热废气的热量而留下的热量中，只有与冷却剂传热率对应的热量被评估为传给冷却剂的热量。

在加热量比较步骤S150中当可用的加热量少于所需加热量时，计算期望发动机加热量，该加热量是在驱动车辆期间生成的发动机热所引起的主加热器的加热量，并且可执行可用量比较的步骤(S161)，该步骤将所需的加热量与期望发动机加热量和可用的加热量之和进行比较。

期望发动机加热量不需要驱动发动机进行加热，而是期望在以后通过发动机驱动和切断来实施，以便能够由主加热器供应。

通过将依车辆速度而变化的预设加权值乘以传给冷却剂的热量，可得到期望发动机加热量。乘以加权值是因为在发动机驱动期间使用发动机驱动力时，在高速下生成的热多于在低速下生成的热，并且即使当使用相同量的燃料时，在高速下转换成热的比率高于在低速下转换成热的比率。因为传给冷却剂的全部热量使用目前值作为计算元素，所以依据车辆速度，比传给冷却剂的热量多的热量可能会被传至冷却剂。设定伴随传递的加权值预计冷却剂可具有的热量。

因此，得到从车辆开始驱动时的时间点到当前时间点的平均车辆速度。将对应于平均车辆速度的预设加权值乘以传给冷却剂的热量。从而，可得到主加热器的加热量，其通过驱动车辆生成。得到平均车辆速度是因为假设在以后将继续以平均车辆速度驱动车辆。

因此，在可用量比较的步骤S161中，当期望发动机加热量与可用加热量之和大于所需加热量时，在不愿驱动发动机用以加热的情况中，仅通过将驱动辅助加热器所得到的加热量加至期望的主加热器的加热量，即可充分得到可用加热量。因此，可驱动辅助加热器(S190)。

相反，在可用量比较的步骤S161中，当期望发动机加热量与可用加热量之和小于所需加热量时，即使在未驱动发动机用以加热的情况中将辅助加热器的加热量加至主加热器的加热量，也无法得到可用加热量。因此，可驱动发动机和主加热器(S180)，以便实施仅由主加热器引起的加热。这是因为，即使驱动辅助加热器时也无法得到可用加热量，并且必然应驱动主加热器以填补不足。在该情况中，因为主加热器的加热量依燃烧的燃料量可大于辅助加热器的加热量，所以仅驱动主加热器以切断电池的功率消耗并有效地实施加热。

此外，在驱动主加热器之前(S180)，可比较当前发动机温度和目标发动机温度(S163)。如果当前发动机温度高于用于达到主加热器所需的加热量的目标发动机温度，则不必特意地驱动发动机用于加热。在该情况中，在当前发动机温度低于目标发动机温度时，可迫使发动机驱动(S180)。

当驱动主加热器时，可增加发动机向车辆提供功率的时间，并且当发动机处于怠速状态时，可对电池充电(S181)。

换句话说，当确定需要驱动主加热器时，驱动发动机加热时所生成的驱动力可从提高燃油经济性的观点出发用作车辆功率，而非被耗散掉。因此，当驱动发动机加热时，可以通过增加从发动机提供的功率的百分比的方式，在正常时间调整从电动机提供的功率与从发动机提供的功率的比例，从而可有效地利用从发动机供应的功率。例如，假设当车辆在上坡路上移动时，在正常时间下以50:50的比例将驱动力提供至电动机和发动机。当确定需要驱动主加热器时，从电动机提供的功率与从发动机提供的功率的比例变为40:60或30:70。可替代地，可增加驱动发动机的时间。

此外，为了在车辆停驻时进行加热，在怠速状态下驱动发动机。在该情况中，对电池充电，从而可有效地使用发动机的驱动力而不使其耗散。

根据控制具有上述结构的混合动力电动车辆加热的方法，当进行车内加热时，并非始终驱动发动机，而是通过与辅助加热器的效率比较而选择性地驱动发动机，使得能够提高车辆的加热效率和燃油经济性。

此外，未添加分立单元，而是使用安装在车辆内的发动机和辅助加热器。因此，不产生额外的成本。

虽然为了说明的目的已描述了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员将会认识到，在不脱离权利要求所公开的本发明范围和精神的情况下，能够进行各种修改、添加和替代。

Claims (17)

1.一种控制混合动力电动车辆加热的方法，其特征在于，所述方法包括：

加热量比较步骤，该步骤将辅助加热器的可用加热量与所述辅助加热器的必要加热量进行比较；

加热效率比较步骤，该步骤在所述辅助加热器的所述可用加热量大于所述辅助加热器的所述必要加热量时，将所述辅助加热器被驱动时所述辅助加热器的加热效率与基于发动机驱动的主加热器的加热效率进行比较；以及

加热实施步骤，该步骤驱动所述加热器中具有较高加热效率的一个。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括加热条件检查步骤，该步骤将驾驶者设定的车内目标温度与车外温度进行比较。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括所需加热量推导步骤，该步骤根据驾驶者设定的车内目标温度，推导车内加热需要的所需加热量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述所需加热量推导步骤还包括比较所述所需加热量与当前发动机加热量的步骤，其中所述当前发动机加热量是所述主加热器在当前发动机冷却剂温度下的加热量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述所需加热量大于所述当前发动机加热量时，执行所述加热量比较步骤。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述加热量比较步骤中，当所述可用加热量少于所需加热量时，计算期望发动机加热量，所述期望发动机加热量是在驱动所述车辆时生成的发动机热所引起的所述主加热器的加热量，并且执行可用量比较步骤，该步骤将所述所需加热量与所述期望发动机加热量和所述可用加热量之和进行比较。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述可用量比较步骤中，当所述期望发动机加热量和所述可用加热量之和大于所述所需加热量时，驱动所述辅助加热器，并且在所述可用量比较步骤中，当所述期望发动机加热量和所述可用加热量之和小于所述所需加热量时，将当前发动机温度与用于达到所述主加热器所需的加热量的目标发动机温度进行比较。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述当前发动机温度低于所述目标发动机温度时，驱动所述发动机。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当驱动所述主加热器时调整从电动机提供的功率与从所述发动机提供的功率的比例，使得从所述发动机提供的功率的百分比增加，并且当所述发动机处于怠速状态时对电池充电。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将车内目标温度减去车外温度所得到的值乘以车内体积、空气密度和空气比热容，得出所述所需加热量。

11.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过将所述当前发动机冷却剂温度减去车外温度所得到的值乘以冷却剂体积、冷却剂密度和冷却剂比热容，得出所述当前发动机加热量，并且所述必要加热量是所述所需加热量与所述当前发动机加热量之差。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将电池的当前剩余量乘以预设的可用于加热的电流比率而计算所述当前剩余量中可用于加热的电流量、并将所计算的可用于加热的电流量乘以所述辅助加热器的参考加热效率，计算所述辅助加热器的所述可用加热量。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当驱动所述辅助加热器时，通过将根据用于预设发动机驱动的燃料的总热量而定的发动机输出量的效率、根据所述发动机输出量而定的发电动机生成电流量的效率、根据所述生成电流量而定的电池的充电效率和所述辅助加热器的所述加热效率相乘，计算所述辅助加热器的所述加热效率。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过计算储存在所述车辆内的燃料的总热量并计算从所计算的总热量中传给冷却剂的热量，获得根据所述发动机驱动而定的所述主加热器的所述加热效率。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，通过以下公式计算所述传给冷却剂的热量

传给冷却剂的热量＝(燃料量×燃料单位能量–发动机输出量–(排气温度–进气温度)×排气量×废气密度×废气比热容)×冷却剂传热率。

16.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过将依车辆速度而变化的加权参考值乘以传给冷却剂的热量，计算所述期望发动机加热量。

17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辅助加热器是正温度系数加热器。