CN108340753A - 用于控制电动车辆内的电动加热装置的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种电动车辆，包括乘客舱、电动加热装置以及控制器，该电动加热装置配置为加热用于调节乘客舱的气流，并且该控制器配置为基于目标排气温度、实际排气温度以及可用电量来选择性地命令电动加热装置的致动。
Description
技术领域
本发明涉及与电动车辆相关联的车辆系统和方法。示例性车辆系统包括电动加热装置，该电动加热装置可被控制用于将经调节的气流传送到车辆乘客舱。电动加热装置可以至少基于目标排气温度、实际排气温度以及可用电量来控制。
背景技术
降低机动车辆燃料消耗和排放的需求是众所周知的。因此正在开发减少对内燃机的依赖性的车辆。电动车辆是为此目的而开发的一种车辆。通常，电动车辆不同于传统的机动车辆，因为它们由一个或多个电池供电的电机选择性地驱动。相比之下，传统的机动车辆完全依靠内燃机来驱动车辆。
电动车辆经常出现独特的热管理挑战。例如，在电动车辆内实现期望的乘客舱舒适度水平必须和最大化电动车辆的燃料经济性和电动可行驶里程保持平衡。
发明内容
根据本发明的示例性方面的电动车辆除其它部件之外还包括乘客舱、电动加热装置以及控制器，该电动加热装置配置为加热用于调节乘客舱的气流，并且该控制器配置为基于目标排气温度、实际排气温度以及可用电量来选择性地命令电动加热装置的致动。
在前述电动车辆的另一非限制性实施例中，电动加热装置位于暖通空调(HVAC)系统的蒸发器和加热器芯的下游。
在任一前述电动车辆的另一非限制性实施例中，电动加热装置包括正温度系数(PTC)加热器。
在任何前述电动车辆的另一非限制性实施例中，电动加热装置包括安装在暖通空调(HVAC)系统的壳体的不同位置处的多个PTC加热器。
在任何前述电动车辆的另一非限制性实施例中，电动加热装置包括电阻加热装置。
在任何前述电动车辆的另一非限制性实施例中，加热器芯被安装在HVAC系统的壳体内。
在任何前述电动车辆的另一非限制性实施例中，控制器被配置为基于电动加热装置的加热容量来抵消加热器芯的负载。
在任何前述电动车辆的另一非限制性实施例中，控制器被配置为使用可用电量或达到目标排气温度所需的电量中的较低者来给电动加热装置供电。
在任何前述电动车辆的另一非限制性实施例中，电动加热装置是由电池组供电的高压装置。
在任何前述电动车辆的另一非限制性实施例中，电动加热装置是由DC/DC(直流/直流)转换器供电的低压装置。
一种根据本发明的另一示例性方面的方法除其它步骤之外还包括利用电动车辆的发动机将气流加热到第一水平，使用基于目标排气温度、实际排气温度以及可用电量进行控制的电动加热装置将气流加热到第二水平，以及使用由发动机和电动加热装置加热的气流来调节电动车辆的乘客舱。
在前述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括利用电动车辆的电池组来给所述电动加热装置供电。
在任一前述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括利用电动车辆的DC/DC转换器来给电动加热装置供电。
在任何前述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括使用可用电量或达到目标排气温度所需的电量中的较低者来给电动加热装置供电。
在任何前述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括从目标排气温度与实际排气温度之间的差值得到与目标温度值的差值；以及从与目标温度值的差值得到实现目标排气温度所需的电量。
在任何前述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括使用可用电量或达到目标排气温度所需的电量中的较低者来给电动加热装置供电。
在任何前述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括在发动机的预热阶段期间运行电动加热装置，以增加在预热阶段期间发动机上的负载、加速发动机的预热以及提高发动机的效率。
在任何前述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括通过采用加热器芯冷却剂温度目标抵消值来降低目标发动机冷却剂温度，以降低发动机上的冷却剂加热需求并且降低加热冷却剂所需的发动机的操作。
前述段落、权利要求或下面的描述以及附图中的实施例、示例以及替代方案，包括它们的各个方面或各个独立的特征中的任意一个，可独立地或以任何组合的方式实现。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非这种特征是不相容的。
本发明的各种特征和优点将从详细的描述中对本领域的技术人员变得显而易见。伴随详细描述的附图可简要的描述如下。
附图说明
图1示意性地示出了电动车辆的动力传动系统；
图2示出了电动车辆的车辆系统；
图3示出了用于控制电动车辆的电动加热装置的示例性控制策略。
具体实施方式
本发明描述了用于控制电动加热装置以将经调节的气流传送到车辆乘客舱的车辆系统和方法。如果某些车辆状况已经满足，则可以致动电动加热装置来调节气流以便传送到车辆乘客舱。在一些实施例中，例如，电动加热装置被控制用于补偿由电动车辆的发动机产生的降低的热量。在本具体实施方式的以下段落中更详细地描述这些和其它特征。
图1示意性地示出了用于电动车辆12的动力传动系统10。尽管描绘为混合动力电动车辆(HEV)，但应当理解的是，本文描述的概念不限于HEV并且可延伸至其它电动车辆，该其它电动车辆包括但不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)。
在非限制性实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分配动力传动系统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即，第二电机)、发电机18以及电池组24。在该示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一和第二驱动系统产生扭矩以驱动电动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管图1中描绘了动力分配配置，但是本发明延伸到包括全混合动力、并联混合动力、串联混合动力、轻度混合动力或微混合动力的任何混合动力车辆或电动车辆。
发动机14(其在一个实施例中是内燃机)和发电机18可以通过动力传输单元30(诸如行星齿轮组)连接。当然，其它类型的动力传输单元(包括其它齿轮组和变速器)可以被用于将发动机14连接到发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传输单元30是包括环形齿轮32、中心齿轮34以及行星齿轮架总成36的行星齿轮组。
发电机18可以由发动机14通过动力传输单元30驱动以将动能转换为电能。发电机18可替选地用作马达以将电能转换成动能，由此将扭矩输出到连接到动力传输单元30的轴38。因为发电机18可操作地连接到发动机14，所以发动机14的转速可以被发电机18控制。
动力传输单元30的环形齿轮32可以被连接到轴40，该轴40通过第二动力传输单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其它动力传输单元也可以是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传输到差速器48，以最终为车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括多个齿轮，该齿轮能够将扭矩传输到车辆驱动轮28。在一个实施例中，第二动力传输单元44通过差速器48机械地联接到车轴50以将扭矩分配到车辆驱动轮28。
马达22还可以用于通过将扭矩输出到也连接到第二动力传输单元44的轴52来驱动车辆驱动轮28。在一个实施例中，马达22和发电机18作为再生制动系统的一部分，在再生制动系统中，马达22和发电机18两者都可以用作输出扭矩的马达。例如，马达22和发电机18可以分别将电力输出到电池组24。
电池组24是示例性的电动车辆电池。电池组24可以是高压牵引电池组，该高压牵引电池组包括能够输出电力以操作电动车辆12的马达22、发电机18和/或其它电力负载的多个电池总成25(即，电池阵列或电池单元组)。其它类型的能量存储装置和/或输出装置也可以被用于为电动车辆12供电。
在非限制性实施例中，电动车辆12具有两个基本操作模式。电动车辆12可以以电动车辆(EV)模式操作，其中马达22(通常在没有来自发动机14的帮助的情况下)被用于车辆推进，从而消耗电池组24的荷电状态直至其在某种驾驶模式/循环下的最大允许放电率。EV模式是用于电动车辆12的电荷消耗操作模式的示例。在EV模式期间，电池组24的荷电状态在一些情况下(例如由于一段时间的再生制动)可能增加。发动机14在默认EV模式下通常是关闭的，但是可以基于车辆系统状态根据需要进行操作或者可以按照操作员的许可进行操作。
电动车辆12还可以以混合动力(HEV)模式操作，在该混合动力模式下发动机14和马达22两者都被用于车辆推进。HEV模式是用于电动车辆12的电荷维持操作模式的示例。在HEV模式期间，电动车辆12可以减少马达22的推进力使用，以便通过增加发动机14的推进力而将电池组24的电量状态保持在恒定或近似恒定的水平。除了EV和HEV模式之外，在本发明的范围内电动车辆12还可以以其它操作模式操作。
为了改进电动车辆12的燃料经济性和整体效率，发动机14的尺寸可以减小并且以更高的效率运行，由此可能降低车辆预热能力。因此，在下面详细描述用于主动补偿来自发动机14的此减少的热生成的系统和方法。
图2是可以被用于诸如图1的电动车辆12的电动车辆内的车辆系统54的高度示意图描述。车辆系统54的各个部件被示意性地示出以更好地示出本发明的特征。然而，这些部件不一定描绘在实际车辆中的确切位置，并且不一定按比例显示。
车辆系统54适于将处于期望温度的经调节的气流74-1传送到电动车辆12的乘客舱56。在非限制性实施例中，电动加热装置58被控制为通过加热器芯70来增加传送到乘客舱56的经调节的气流74-1的温度，该加热器芯70经由在发动机14与加热器芯70之间循环的发动机冷却剂C传送来自发动机14的热量。在某些车辆条件下使用电动加热装置58进一步调节气流会提高燃油效率和客舱预热时间，以及其它潜在的好处。
示例性车辆系统54可以包括暖通空调(HVAC)系统60、发动机14、一个或多个电动加热装置58、DC/DC(直流/直流)转换器62、电池组24以及控制器64。如下所述，发动机14和电动加热装置58两者都是用于将经调节的气流74-1传送到乘客舱56的可用热源。
HVAC系统60被配备为改变客舱56内的温度。在非限制性实施例中，HVAC系统60包括HVAC壳体66和容纳在HVAC壳体66内的鼓风机68、加热器芯70以及蒸发器72。鼓风机68可被控制为使气流74流过HVAC壳体66并进入乘客舱56。在非限制性实施例中，鼓风机68是用于迫使气流74通过HVAC壳体66、通过各种加热和冷却元件、然后进入乘客舱56的可变速度鼓风机。
如果在乘客舱56内需要(例如驾驶员/操作员/乘客需要)加热，则由发动机14加热的冷却剂C流动到加热器芯70，用于与由鼓风机68吹过加热器芯70的气流74交换热量。例如，气流74可以从车辆外部进入HVAC壳体66。来自发动机14的相对较热的冷却剂C将其热量散失到在加热器芯70内的气流74，然后经调节的气流74-1流入乘客舱56，从而加热乘客舱56。
可替选地，如果乘客舱56内需要冷却，则制冷剂R可以流到蒸发器72。制冷剂R在蒸发器72中大体上从液相改变为气相，并且吸收来自由鼓风机68吹过蒸发器72的气流74的热量。然后，经调节的气流74-1流入乘客舱56，从而冷却乘客舱56。
在一个非限制性实施例中，由加热器芯70加热的气流74可以通过致动电动加热装置58而被加热额外的量。在第一非限制性实施例中，电动加热装置58是正温度系数(PTC)加热器。在第二非限制性实施例中，电动加热装置58是电阻式加热装置。电动加热装置58也可以是低压装置或高压装置，并且可以被选择为使得电动加热装置58的最大调节温度处于乘客舱56的最佳舒适水平温度范围内。尽管在图2中示出了单个加热装置58，但是应当理解的是，车辆系统54可以包括一个或多个电动加热装置58。
电动加热装置58可以被安装在HVAC壳体66内部的各个位置处。例如，在非限制性实施例中，电动加热装置58位于HVAC系统60的蒸发器72和加热器芯70之间。在本发明的范围内也可以预期其它安装位置。
在第一非限制性实施例中，来自电池组24的第一DC输出75可被用于(诸如当电动加热装置58是高压装置时)给电动加热装置58供电。在第二非限制性实施例中，来自DC/DC转换器62的第二DC输出被用于(诸如当电动加热装置58是低压装置时)给电动加热装置58供电。例如，来自电池组24的第一DC输出75可以由DC/DC转换器62接收。DC/DC转换器62可以被配置为降压转换器，该降压转换器将来自电池组24的第一DC输出75从一个电压等级改变到另一个较低的电压等级。然后来自DC/DC转换器62的第二DC输出76被用于给电动加热装置58供电。
控制器64被配置为控制车辆系统54的操作。控制器64可以是整个车辆控制模块(诸如车辆系统控制器(VSC))的一部分，或者可替选地是与VSC分离的独立控制器。在非限制性实施例中，控制器64使用比例积分控制策略。
控制器64可以利用用于与车辆系统54的各种部件连接并且操作车辆系统54的各种部件的可执行指令来编程。控制器64包括用于与车辆系统54的部件连接的各种输入端和输出端，该车辆系统54的部件包括但不限于HVAC系统60、发动机14、电池组24、DC/DC转换器62以及电动加热装置58。控制器64另外包括用于执行车辆系统54的各种控制策略和控制模式的处理单元和非暂态存储器。
在非限制性实施例中，控制器64控制HVAC系统60和电动加热装置58以将乘客舱56加热到期望的舒适度水平。例如，当在乘客舱56内部要求加热时，发动机14(例如经由冷却剂C)提供必要的热量以将气流74加热达到第一水平或量。控制器64可以选择性地激活电动加热装置58以增加加热气流74达到第二水平或量。
控制器64可以当某些车辆状况已经满足时命令电动加热装置58打开。在非限制性实施例中，电动加热装置58基于目标排气温度、实际排气温度以及用于给电动加热装置58供电的可用电量来控制。控制器64也可以是配置为确定何时开始和停止经由电动加热装置58调节气流74。
继续参考图1-2，图3示意性地示出了用于控制车辆系统54的控制策略100。例如，控制策略100可被执行为如果已经满足某些条件则通过激活电动加热装置58来增加传送到乘客舱56的气流74的热量。控制器64可以用适于执行控制策略100或任何其它控制策略的一个或多个算法来编程。在非限制性实施例中，控制策略100作为可执行指令被存储在控制器64的非暂时性存储器中。
控制策略100在框102处开始。如在框104处示意性示出的，控制策略100可经历用于确定可用于给电动加热装置58供电的电量的一系列计算。首先，如在框104A处示出的，控制策略100确定HVAC系统60上的负载。在非限制性实施例中，HVAC系统60上的负载可以基于气流74的进气温度和鼓风机68的流速。在另一非限制性实施例中，HVAC系统60的负载通过参考存储在控制器64的存储器中的查找表来确定。
接下来，在框104B处，控制策略100确定可用的气候电力。可用的气候电力可以通过从可用的DC/DC电力中减去已用的DC/DC电力来获得。已用的DC/DC电力是当前没有被用于给电动加热装置58供电的DC/DC转换器62上的负载。
在框104C处确定可用于给电动加热装置58供电的电量。通过选择电动加热装置58的加热器容量和可用气候电力(在框104B处获得)中的最小值来获得可用电量。
加热器芯70上的热负载可以基于可被通过电动加热装置58提供的热量而减少。在这方面，在框104D处，控制策略100确定加热器芯冷却剂温度目标抵消值。加热器芯冷却剂温度目标抵消值是由发动机14提供给加热器芯70的冷却剂温度目标值中的降低量。通过经由该抵消值降低加热器芯70所需的冷却剂温度，减少了加热器芯70上的加热负载。该计算可以根据HVAC系统60上的负载(在框104A处获得)和可用的加热器电力(在框104C处获得)来确定。接下来，在框104E处，通过从加热器芯冷却剂温度目标值减去加热器芯冷却剂温度目标抵消值(在框104D处获得)来确定改变的加热器芯冷却剂温度目标值。
乘客舱56的温度控制在框106处开始。接下来，在框108处，控制策略100确定与目标温度值的差值(gap-to-target temperature value)。与目标温度值的差值通过从目标排气温度减去实际排气温度而获得。实际排气温度是被传送到乘客舱56中的经调节的气流74-1的温度，该经调节的气流74-1的温度可以使用各种传感器来感测、或者可以基于各种参数来推断，该各种参数包括但不限于环境温度、加热器芯性能、HVAC系统性能、发动机冷却剂温度等。目标排气温度是必须将乘客舱56加热到期望的舒适水平的经调节的气流74-1的温度。该值可以是选自存储在控制器64的存储器中的查找表中的预定值，并且可以基于各种因素，该各种因素包括但不限于已选择的HVAC模式、环境温度等。
在框109处，控制策略100可确定实现排气温度目标值所需的电量。该确定可以基于之前在框108处获得的与目标温度值的差值。
接下来，在框110处，控制策略100选择将被供应用于给电动加热装置58供电的DC电量。在非限制性实施例中，所供应的电量是实现排气温度所需的电量(在方框109处获得的)和可用的加热器电量(在方框104C处获得)的较低者。最后，在框112处，使用在框110处确定的电量给电动加热装置58供电。
在冷发动机启动条件下，诸如电动车辆12的HEV通常必须将发动机14预热到目标温度，以便经由发动机加热的冷却剂C流过的加热器芯70将足够的热量提供到乘客舱56。一旦达到发动机目标温度，发动机14就可以关闭，并且电动车辆12可以在电力推进力下运行一段时间，直到发动机14的温度下降到对于足够的乘客舱56加热而言过冷的值，此时发动机14重新启动。从车辆燃料经济性角度来看，达到发动机14可以被关闭的状态是可取的，因为发动机14对于乘客舱56加热目的来说已足够热。在此状态之前，当发动机14对于客舱加热目的来说不够热时，发动机14预热客舱的操作可能与车辆推进需求不一致，从而发动机14的驱动操作仅仅为了将热量提供给乘客舱56。在该仅用于客舱加热目的的运行模式中的发动机14的操作通常处于低负载，因此是低效的。因此希望尽可能快地退出该预热模式并且在该模式下总体上提高发动机效率。
除了提供增强的乘客舱56的加热性能之外，本发明的系统和方法还实现了这两个目的。获得目标发动机冷却剂温度所需的时间被认为是对乘客舱56的加热可接受的，并且发动机14可被关闭的时间以两种方式减少。首先，通过经由上述的加热器芯冷却剂温度目标值抵消方法来降低温度目标值，目标发动机冷却剂温度相应地降低。这通过提供较低的预热温度目标值来减少预热时间。其次，通过在预热阶段期间运行电动加热装置58，增加了发动机14上的负载，由此增加发动机14的输出量和发热量以及发动机效率。增加的发热量用于更快速地预热发动机14。发动机14上的负载增加了，但是发动机运行得更有效，运转更少，因此即使在发动机14工作时发动机14工作更费力，也能产生净燃料经济效益。另外，通过操作电动加热装置58，机舱热量水平可以优于不具有该装置的系统地提高，从而通过将增加的热量传送到乘客舱56来提供改进的乘客舱加热性能。因此通过本发明所提出的系统和方法改进了燃料经济性、乘客舱预热时间以及电动车辆12的整体乘客舱加热性能。
尽管不同的非限制实施例被示出为具有特定的部件或步骤，但是本发明的实施例不限制于那些具体的组合。可能的是：将来自任意非限制性实施例的一些部件或特征与来自任意其它非限制性实施例的特征或部件结合使用。
应当理解的是，贯穿若干附图，同样的附图标记表示对应的或类似的元件。应当理解的是，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了具体的部件设置，但是其它设置也可受益于本发明的教导。
上述描述应解释为说明性的而非任何限制性意义。本领域技术人员可以理解：某些修改可以出现在本发明的范围内。由于这些原因，应当研究下面的权利要求以确定本发明的准确范围和内容。
Claims (15)
1.一种电动车辆，包括：
乘客舱；
电动加热装置，所述电动加热装置配置为加热用于调节所述乘客舱的气流；以及
控制器，所述控制器配置为基于目标排气温度、实际排气温度以及可用电量来选择性地命令所述电动加热装置的致动。
2.根据权利要求1所述的电动车辆，其中所述电动加热装置位于暖通空调(HVAC)系统的蒸发器和加热器芯的下游。
3.根据权利要求1或2所述的电动车辆，其中所述电动加热装置包括正温度系数(PTC)加热器，并且可选地，其中所述电动加热装置包括安装在暖通空调(HVAC)系统的壳体的不同位置处的多个PTC加热器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电动车辆，其中所述电动加热装置包括电阻加热装置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电动车辆，包括安装在HVAC系统的壳体内的加热器芯，其中所述控制器被配置为基于所述电动加热装置的加热容量来抵消所述加热器芯的负载。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电动车辆，其中所述控制器被配置为使用可用电量或达到目标排气温度所需的电量中的较低者来给所述电动加热装置供电。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电动车辆，其中所述电动加热装置是由电池组供电的高压装置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电动车辆，其中所述电动加热装置是由DC/DC转换器供电的低压装置。
9.一种方法，包括：
利用电动车辆的发动机将气流加热到第一水平；
使用基于目标排气温度、实际排气温度以及可用电量进行控制的电动加热装置将所述气流加热到第二水平；以及
使用由所述发动机和所述电动加热装置加热的所述气流来调节所述电动车辆的乘客舱。
10.根据权利要求9所述的方法，包括利用所述电动车辆的电池组来给所述电动加热装置供电。
11.根据权利要求9或10所述的方法，包括利用所述电动车辆的DC/DC转换器来给所述电动加热装置供电。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，包括使用所述可用电量或达到所述目标排气温度所需的电量中的较低者来给所述电动加热装置供电。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法，包括：
从所述目标排气温度与所述实际排气温度之间的所述差值得到与目标温度值的差值；
从所述与目标温度值的差值得到实现所述目标排气温度所需的电量；以及
使用所述可用电量或达到所述目标排气温度所需的所述电量中的较低者来给所述电动加热装置供电。
14.根据权利要求9-13中任一项所述的方法，包括在所述发动机的预热阶段期间运行所述电动加热装置，以增加在所述预热阶段期间所述发动机上的负载、加速所述发动机的预热以及提高所述发动机的效率。
15.根据权利要求9-14中任一项所述的方法，包括通过采用加热器芯冷却剂温度目标抵消值来降低目标发动机冷却剂温度，以降低所述发动机上的冷却剂加热需求并且降低加热所述冷却剂所需的所述发动机的操作。
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