CN107074123B - 用于电动车辆或混合动力车辆的空气调节方法和空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动车辆或混合动力车辆的空气调节的方法和空调系统，所述车辆包括内部空间(8)和高压电池(6)，这两者可借助车辆的空调设备(4)进行空气调节，所述空调设备具有限定的冷却潜力，高压电池(6)具有当前高压电池温度(Hakt)，内部空间(8)具有当前内部空间温度(Iakt)。在此，为了进行预调节在预调节模式(VK)中借助空调设备(4)将高压电池(6)过冷却到高压电池运行温度(Hopt)以下的高压电池温度(H)上。

Description

用于电动车辆或混合动力车辆的空气调节方法和空调系统
技术领域
本发明涉及一种用于电动车辆或混合动力车辆的空气调节的方法以及空调系统，该车辆包括内部空间和高压电池，这两者可借助车辆的空调设备进行空气调节，所述空调设备具有限定的冷却潜力，所述高压电池具有当前高压电池温度(Hakt)并且所述内部空间具有当前内部空间温度(Iakt)。
背景技术
这种方法例如在DE102009019607A1中被描述。
为了驱动电动车辆或混合动力车辆，这类车辆包括传动系以及用于能量供应的蓄能器。蓄能器通常是相应适合尺寸的电池，该电池在下面也称为高压电池。通常电池在充电或放电过程中变热，在过强地变热时产生尤其是性能永久降低或高压电池寿命缩短的危险。因此，高压电池通常在运行中相应被冷却并且为此常常连接到车辆的空调回路上，该空调回路也用于内部空间空气调节。所述空调回路具有限定功率、即限定的最高冷却潜力，该冷却潜力可用于冷却内部空间以及高压电池。根据两个部件的冷却需求，在此有可能出现冲突，以致冷却潜力不足以满足高压电池上和内部空间中的相应冷却需求。在此情况下，根据冷却潜力的分配优先性，可以预见到要么高压电池的热负荷增大要么内部空间中的舒适度降低。
为了在电动车辆或混合动力车辆中减少内部空间空气调节时的能耗并且通过从高压电池减少能耗获得车辆增加的续驶里程，在 DE102009019607A1中描述了一种用于运行车辆的方法。在该方法中，用于乘客车厢的空调装置和能量存储器彼此热耦合以便交换冷却介质。由此可在限定情况下首先交换这两个部件之间的热量，而非激活空调装置。例如蓄能器的热能、尤其是废热被吸收并被传送到用于乘客车厢的空调装置。这发生在乘客车厢的实际温度处于预规定的温度范围内时。通过这种方式可在无须激活空调装置的情况下冷却蓄能器。被导走的热量排放到乘客车厢中，但仅在乘客车厢的温度处于预规定的温度范围内时。
发明内容
由此出发，本发明的任务在于提供一种用于电动车辆或混合动力车辆的空气调节的方法以及空调系统，其中，既可避免或至少减少车辆内部空间中的舒适度降低，又可避免或至少减少高压电池可能的性能降低。在此尤其是应避免在分配可用冷却潜力时出现上述冲突或至少减弱其后果。
为此，本发明提出一种用于电动车辆或混合动力车辆的空气调节的方法，该车辆包括内部空间和高压电池，这两者能够借助车辆的空调设备进行空气调节，所述空调设备具有限定的冷却潜力，其中，高压电池具有当前高压电池温度，内部空间具有当前内部空间温度，其特征在于，在未来预计会出现关于冷却潜力向内部空间和高压电池分配的冲突的情况下，激活预调节模式，其中，为了对高压电池预调节而在预调节模式中借助空调设备将该高压电池过冷却到高压电池运行温度以下的高压电池温度上。
本发明还提出一种用于电动车辆或混合动力车辆的空气调节的空调系统，该车辆包括内部空间和高压电池，所述空调系统具有空调设备以及控制单元，空调设备不仅构造用于内部空间的空气调节也用于高压电池的空气调节，并且控制单元在未来预计会出现关于冷却潜力向内部空间和高压电池分配的冲突的情况下将空调设备切换到预调节模式中，在该预调节模式中，为了对高压电池预调节而借助空调设备将高压电池过冷却到高压电池运行温度以下的高压电池温度上。
在所述方法中，电动车辆或混合动力车辆包括内部空间和高压电池，这两者可借助车辆的空调设备进行空气调节，所述空调设备具有限定冷却潜力。在此，高压电池具有当前高压电池温度并且内部空间具有当前内部空间温度。为了对高压电池预调节，在预调节模式中借助空调设备将高压电池过冷却到高压电池运行温度以下的高压电池温度上。
借助本发明实现的优点尤其是在于，即使正好不存在关于高压电池的冷却要求，借助空调设备来冷却高电压电池，并且由此使当前高压电池温度具有高压电池运行温度以下的值。因此，高压电池被有利地过冷却到其高压电池运行温度以下。通过所述预调节，可以有利的方式实现冷缓冲，这种冷缓冲在时间上推迟了高压电池可能要求冷却的时刻。基于冷缓冲，高压电池的变热不会由于过于剧烈的变热而产生性能降低的情况下进行，且空调设备无须用于冷却高压电池。因此空调设备尤其是以其所有冷却潜力仅用来冷却内部空间。通过这种方式，高压电池在其自身空气调节方面也构成冷存储器。高压电池的预调节尤其是已经预见地在通常不冷却或仅稍微冷却高压电池阶段中进行。
在预调节模式之外，尤其是将高压电池温度调节到高压电池运行温度上，该高压电池运行温度处于适合的高压电池运行温度范围之内，以避免性能降低或损坏。高压电池运行温度例如介于20℃和40℃之间。通过调节，使当前高压电池温度保持在预规定的高压电池运行温度上。“高压电池运行温度”在此理解为固定的预规定的温度，高压电池在正常运行模式中被调节至该温度。因此由控制单元将定义的、尤其是固定的温度值预规定为高压电池运行温度，该温度值例如介于 25℃至29℃的范围内。同样，内部空间温度也被调节为在下面称为“舒适温度”的温度。内部空间温度尤其是由车辆用户预规定并且例如介于18℃和24℃之间的范围中。当前高压电池温度和当前内部空间温度到高压电池运行温度或舒适温度的调节尤其是借助空调设备的空气调节进行。
尤其是在超过高压电池运行温度或舒适温度时借助空调设备冷却相关部件。在此，超过相应温度相当于相应部件的冷却要求，其应借助限定冷却需求被满足。可满足的最高冷却需求在此受到空调设备冷却潜力的限制。在此，原则上内部空间和高压电池的总冷却需求可超过空调设备的冷却潜力并且因此导致开头所述的、关于冷却潜力分配的冲突。在此可以想到，通过相应更大规模的空调设备可推迟这种冲突的出现，但该解决方案相应昂贵并且不能用于现有车辆及其空调系统。本发明的另一优点尤其是在于，即使在现有空调系统中也可避免或在时间上推迟所述冷却冲突。
为了在预调节模式中确保至少部分冷却潜力用于对所述高压电池进行预调节，优选根据内部空间的冷却要求分布曲线 (Kühlanforderungsprofil)并且尤其是附加地根据高压电池的冷却要求分布曲线激活预调节模式。在此所述冷却要求分布曲线描述为了将内部空间温度调节到舒适温度或为了将高压电池温度调节到预规定的高压电池运行温度所需的冷却需求。当例如基于冷却要求分布曲线预见到在未来的某一时刻存在特别高的冷却需求时，激活预调节模式，以便在之后将所有冷却潜力用于内部空间空气调节并且同时避免高压电池过于剧烈地变热。换言之，内部空间和高压电池的在未来的时刻预见将超过冷却潜力的总冷却需求通过下述方式在时间上被分配，即，高压电池在较早的时刻被相应预调节。
在一种优选扩展方案中，在预调节模式中过冷却高压电池，只要冷却潜力最多部分用于冷却内部空间即可。在最多部分用于冷却内部空间的情况下，剩余的冷却潜力于是可预见地用于对高压电池预调节。由此可特别有效地利用空调设备可提供的所有冷却潜力。尤其是在结合根据内部空间的冷却要求分布曲线激活预调节模式的情况下，尤其是当内部空间中的冷区需求低于空调设备的冷却潜力并且存在相应未使用的冷却潜力时才进行激活。
为了尤其是在未来的、例如无法预见内部空间冷却需求的情况下避免可能的未来的冷却冲突，在一种适合的扩展方案中，预测未来的高压电池温度并且当该未来的高压电池温度超过最高高压电池运行温度时激活预调节模式。在此，最高高压电池运行温度表示极限温度，高于该极限温度可在高压电池上出现不能容忍的性能降低。因此应避免超过该温度。尤其是最高高压电池运行温度相应于高压电池运行温度范围的上限并且例如是40℃。高压电池的高压电池运行温度(在预调节模式之外在正常运行模式中被调节到该温度上)于是低于最高高压电池运行温度。通过预测未来的高压电池温度可确定高压电池温度是否并且何时超过最高高压电池运行温度。为了相应避免这点，于是以预见的方式激活预调节模式。
类似地在一种适合方案中，预测未来的内部空间温度并且仅在该内部空间温度超过最高内部空间温度时才激活预调节模式。因此，有利地仅在空调设备在未来也需要冷却内部空间时才对高压电池预调节。相反，当预见到空调设备无需冷却内部空间时，则不需要进行预调节，因为空调设备在未来能够以其所有冷却潜力来冷却高压电池。如在未来不需要冷却高压电池，则可节省否则将不必要地用于预调节的能量。
特别有利的是，结合未来的高压电池温度的预测和未来的内部空间温度的预测。通过这两个预测尤其是可将空调设备的可用冷却潜力最佳地分配给内部空间和高压电池的当前和未来的冷却需求。优选至少在下述情况下对高压电池预调节，即高压电池和内部空间在未来同时具有冷却需求且其总和超过空调设备的冷却潜力。因此，在预见到总冷却需求超过总冷却潜力的情况下，通过预调节使所有冷却潜力用于内部空间空气调节，而高压电池则基于通过预调节产生的冷缓冲不需要冷却。
未来的内部空间温度和未来的高压电池温度通常也分别被概括地称为“未来的温度”。因此“温度”尤其是也可理解为多个温度值，它们构成时间温度曲线。优选预测至少一个未来的温度作为时间温度曲线，更确切地说在至少10分钟、最多45分钟时间段中预测至少一个未来的温度。该时间段尤其是大致对应于高压电池和内部空间的热惯性。为了以适合的方式对相应的未来的冷却要求作出响应，可通过相应选择预测时间段实现及时响应。
优选通过借助控制单元分析车辆数据来预测至少一个未来的温度。由此确保特别准确地预测相应未来的温度或温度变化。尤其是为了检测车辆数据在车辆上设有相应传感器，所述传感器与用于分析的控制单元连接。由这些传感器提供的传感器数据、即车辆数据尤其是用作用于预测内部空间中和/或高压电池上的温度发展趋势的基础。
在一种适合方案中，车辆数据由如下车辆数据中选择出：当前高压电池温度、当前内部空间温度、高压电池当前或未来的高压电池要求分布曲线(Anforderungsprofil)。在此，当前温度优选与相配的先前温度变化结合地尤其是用作预测基础。基于已知的温度曲线尤其是确定并相应导出未来的温度。
由于尤其是高压电池上的充电和放电过程引起其温度变化，因此合适的是，高压电池要求分布曲线也用于预测高压电池温度。在此，“高压电池要求分布曲线”尤其是理解为高压电池的消耗能量和高压电池的输入能量的时间曲线。在此，当前高压电池要求分布曲线尤其是也包括相应的先前的、即过去的要求并且因此特别适合用于预测未来的高压电池温度，因为高压电池的相应变热基于热惯性通常时延地根据高压电池要求分布曲线进行。
替代或附加地，所述车辆数据优选包括至少一个车辆环境参数、如外部温度、白天时间或日射率。借助所述环境参数尤其是可预测未来的关于内部空间的冷却要求分布曲线、即未来的内部空间温度。例如在强日射率下认为未来的内部空间会变热并且相应预计内部空间温度的上升以及可能随之而来的冷却需求。通过检测外部温度并且尤其是将该外部温度与高压电池运行温度和舒适温度进行比较可有利地分别预测高压电池上或内部空间中的冷却需求。
一个特别适合的车辆数据源尤其是安装在车辆中的导航系统。因此，在一种扩展方案中车辆数据优选是这种导航系统的数据、如车辆位置、由导航系统为限定路线预测的行驶时间、车辆速度分布曲线、道路类型以及路线高度分布曲线。以这些数据为基础可特别具体且有效地预测内部空间温度和/或高压电池温度。尤其是也可由此推导出高压电池要求分布曲线。
当例如通过导航系统已知车辆在计划路线的限定区段中于高速公路上行驶时，则与城市行驶相反预计有高的高压电池能量消耗和因此增加的冷却需求。在另一示例中，当计划路线的高度分布曲线中存在较多变化时，则预计有高压电池特别多的充放电过程，因而又会出现相应高的热负荷。
车辆位置也可推导出尤其是内部空间中的冷却需求。例如在隧道行驶时认为内部空间的冷却要求通常小，但该冷却要求可能在离开隧道后增加。预计剩余行驶时间例如也这样用于预测，即在行驶即将结束时可将所有冷却潜力用于冷却高压电池，因为在行驶结束时不需要再冷却内部空间。
由于高压电池通常也具有最低高压电池运行温度(为了避免永久损伤也应避免低于该温度)，在预调节模式中借助空调设备优选最多在当前高压电池温度高于最低高压电池运行温度时冷却高压电池。因此高压电池的过冷却尤其是仅进行到最低高压电池运行温度，以便进一步确保高压电池在最佳运行温度范围内运行。
空调设备的冷却潜力也可与不同参数、尤其是上述环境参数、如外部温度、空调设备冷却模块的最高希望或允许运行的音强或流入速度有关。基于这些关联某一时刻可用的冷却潜力有可能相应变化。例如冷却潜力在热天气时减小，因为与在冷天气时运行相比通过冷却模块向环境散发热量只能以减小的程度进行。因此，在一种有利扩展方案中，冷却潜力根据由如下参数选择出的参数来决定：外部温度、最高运行音强、流入速度。这优选也理解为预测冷却潜力、即基于所述参数确定未来的可用的冷却潜力并且将其用于预测未来的冷却冲突。因此，尤其是根据预测的冷却潜力来激活预调节模式。
附图说明
下面参考附图详细说明本发明的一种实施例。附图如下：
图1为空调系统的高度简化的框图；
图2为电动车辆高压电池上和内部空间中的温度变化曲线。
具体实施方式
在图1中以框图示意性示出空调系统2。该空调系统2具有空调设备4，所述空调设备不仅用于高压电池6的空气调节而且也用于未详细示出的电动车辆或混合动力车辆内部空间8的空气调节。空调系统2还具有控制单元10，该控制单元通过以虚线示出的控制和信号导线与各个元件连接。因此，控制单元10控制空调设备4并且为了确定车辆数据还与内部空间8中和高压电池6上的传感器12以及与导航系统14连接。
为了说明用于尤其是借助空调系统2对电动车辆或混合动力车辆进行空气调节的方法，在图2中示出曲线图，其中示出高压电池6上和车辆内部空间8中的温度T的变化走向作为高压电池温度H和内部空间温度I关于时间Z的曲线。在此，时间Z0表示现在的时间点，直至该时刻高压电池温度H和内部空间温度I分别被调节到预规定值、即高压电池6的高压电池运行温度Hopt、例如25℃至29℃范围内和内部空间8的舒适温度Iopt、例如约为20℃。在此，高压电池运行温度Hopt处于高压电池运行温度范围内，该范围具有最低高压电池运行温度Hmin和最高高压电池运行温度Hmax、如20℃或40℃；舒适温度 Iopt处于最低舒适温度Imin和最高舒适温度Imax、如18℃或24℃之间。因此，在时刻Z0，温度H、I相应于当前高压电池温度Hakt或当前内部空间温度Iakt。从时刻Z0起，预测高压电池温度HZ和内部空间温度IZ。
基于车辆数据、如导航系统14的数据，控制单元10完成温度曲线作为未来的温度曲线HZ、IZ的预测。在此，在所示实施例中，预测到温度H、I在没有附加措施的情况下分别将会上升。在外部温度较高时最可能会如此。如无进一步的空气调节，高压电池温度H以及内部空间温度I将会从现在时刻T0起相应上升。在图2中这通过未来的高压电池温度HZ以及未来的内部空间温度IZ示出。在此清楚的是，未来的不仅高压电池6而且内部空间8都存在冷却需求。此外预测到两个未来的温度曲线HZ、IZ将会基于上升的变化走向在一段时间后在时刻ZK超过相应的最高高压电池运行温度Hmax或最高舒适温度 Imax。因此，最晚在该时刻ZK不仅高压电池6而且内部空间8都存在尤其迫切的冷却要求。
但车辆空调设备4的冷却潜力却有可能不足以覆盖这两个组合要求的总冷却需求。因此，在未来预计会出现关于冷却潜力向内部空间 8和高压电池6分配的冲突。这由控制单元10识别出，该控制单元10 在时刻Z0后激活预调节模式VK。在预调节模式激活时，将高压电池 6过冷却到高压电池运行温度Hopt以下。在图2中这作为实际高压电池温度HT示出。在此所示实施例中，首先空调设备4的总冷却潜力用于过冷却高压电池6，使得实际内部空间温度IT首先如预测的那样升高。
预调节模式VK尤其是被激活直至时刻Z1，从该时刻起，冷却潜力用于冷却内部空间8，以防止超过最高舒适温度Imax。即尤其是在之后的时刻ZK防止如最初预测的那样超过最高舒适温度Imax。此外，高压电池6处于足够低的温度水平上，以致即使不再被冷却也不会在时刻ZK超过最高高压电池运行温度Hmax。相应所需的冷却功率已经在预调节模式VK中在不需要冷却内部空间时作为冷缓冲被输入高压电池6中。
在一种在此未示出的变型方案中，高压电池6被过冷却至最低运行温度Hmin，但在达到该最低运行温度时关闭预调节模式VK。通过这种方式避免了高压电池6过强的过冷却。
附图标记列表
2 空调系统
4 空调设备
6 高压电池
8 内部空间
10 控制单元
12 传感器
14 导航系统
I 内部空间温度
Iakt 当前内部空间温度
IT 实际内部空间温度
IZ 未来的内部空间温度
Imax 最高舒适温度
Iopt 舒适温度
Imin 最低舒适温度
H 高压电池温度
Hakt 当前高压电池温度
HT 实际高压电池温度
HZ 未来的高压电池温度
Hmax 最高运行温度
Hopt 运行温度
Hmin 最低运行温度
T 温度
VK 预调节模式
Z0 现在时刻
Z 时间
Z1 (预调节模式结束)时刻
ZK (预测到的冲突)时刻

Claims (14)

1.用于电动车辆或混合动力车辆的空气调节的方法，该车辆包括内部空间(8)和高压电池(6)，这两者能够借助车辆的空调设备(4)进行空气调节，所述空调设备具有限定的冷却潜力，其中，高压电池(6)具有当前高压电池温度(Hakt)，内部空间(8)具有当前内部空间温度(Iakt)，其特征在于，在未来预计会出现关于冷却潜力向内部空间(8)和高压电池(6)分配的冲突的情况下，激活预调节模式(VK)，其中，为了对高压电池(6)预调节，在预调节模式(VK)中即使正好不存在关于高压电池的冷却要求也借助空调设备(4)将该高压电池过冷却到高压电池运行温度(Hopt)以下的高压电池温度(H)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据内部空间(8)的冷却要求分布曲线激活预调节模式(VK)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据内部空间(8)的冷却要求分布曲线并且附加地根据高压电池(6)的冷却要求分布曲线激活预调节模式(VK)。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在预调节模式(VK)中过冷却高压电池(6)，只要冷却潜力最多部分用于冷却内部空间(8)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预测未来的高压电池温度(HZ)并且当该未来的高压电池温度(HZ)超过最高高压电池运行温度(Hmax)时激活预调节模式(VK)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预测未来的内部空间温度(IZ)并且仅当该内部空间温度超过最高内部空间温度(Imax)时才激活预调节模式(VK)。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在至少10分钟、最多45分钟时间段中预测未来的温度(IZ、HZ)作为未来的温度变化曲线。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，通过借助控制单元(10)分析车辆数据预测至少一个未来的温度(IZ、HZ)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述车辆数据由如下车辆数据中选择出：当前高压电池温度(Hakt)、当前内部空间温度(Iakt)、高压电池(6)当前或未来的高压电池要求分布曲线。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述车辆数据包括至少一个车辆环境参数。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述车辆数据是车辆导航系统(14)的数据。
12.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在预调节模式(VK)中借助空调设备冷却高压电池(6)，只要当前高压电池温度(Hakt)高于最低高压电池运行温度(Hmin)。
13.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，根据参数确定冷却潜力，所述参数由如下参数选择出：车辆环境参数、外部温度、最高运行音强、流入速度。
14.用于电动车辆或混合动力车辆的空气调节的空调系统(2)，该车辆包括内部空间(8)和高压电池(6)，所述空调系统具有空调设备(4)以及控制单元(10)，空调设备(4)不仅构造用于内部空间(8)的空气调节也用于高压电池(6)的空气调节，并且控制单元(10)在未来预计会出现关于冷却潜力向内部空间(8)和高压电池(6)分配的冲突的情况下将空调设备(4)切换到预调节模式(VK)中，在该预调节模式中，为了对高压电池(6)预调节，即使正好不存在关于高压电池的冷却要求也借助空调设备(4)将高压电池过冷却到高压电池运行温度(Hopt)以下的高压电池温度(H)。
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