CN109890653B - 根据输送电功率的梯度控制电池的温度的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制电池(B1)的温度的控制设备(DC)，该电池输送可变电功率以供应车辆(V)的至少一个电气装备(EQ)，该车辆包括根据命令通过阀(VC)与电池(B1)交换热量的调温系统(CC)。该设备(DC)包括控制装置(MC)，其设置成：确定在选定时间段内由电池(B1)输送的电功率的梯度，然后根据所确定的梯度确定考虑持续时间，然后确定代表在所确定的考虑持续时间期间刚由电池(B1)输送的电功率的值，然后根据电池(B1)的温度的最新测量以及该确定的值确定每个命令。

Description

根据输送电功率的梯度控制电池的温度的设备及方法
技术领域
本发明涉及装配部分车辆的电池的领域，该电池可能是多单元类型的，并且更具体地涉及对这些电池的温度的控制。
背景技术
如本领域技术人员所知，某些车辆电池需要几乎永久地进行控制，以便可以优化它们的寿命和效率。如专利文献FR 2974922中所述，该控制不仅涉及电池接线端子处的电压，而且还涉及电池内部温度。虽然非限制性地，然而，电化学电池式电池尤其是这样的情况，例如锂离子(或Li离子)类型的电池。
为了允许控制这些电池的温度，并且更具体地，将电池的温度保持在预定范围内，这些电池通常包括联接到调温系统的外壳，流体(液体或气体)在该调温系统中循环且该调温系统的运行由至少一个命令控制。应当理解，该流体用于：在电池将强电功率连续输送给由车辆的至少一个电气装备(例如发动机组(或者GMP)的电力发动机)进行强电流抽取时，捕获由电池产生的热量，或者在电池需要加热时为电池提供热量。
最初，根据对电池温度的最新测量以及由电池输送的电功率的最新值，通过装载在车辆中、可能装载在计算机中的控制设备的控制装置来确定对调温系统的每个命令。
在某些情况下，特别是当装载在车辆中的电气装备连续实施强电流抽取时，这种确定每个命令的模式具有严重缺点。实际上，在这些情况下，电池的(内部)平均温度逐渐增加，比输送电功率的变化更慢，并且因此经常发生的是，由于温度变化方面的延迟，因此，在给定时刻所使用的温度测量不对应于该给定时刻由电池输送的电功率。
为了改善这种情况，已经提出的是，通过将电池在所经过的最近时间段内已经输送的所有电功率的平均值使用作为电功率值，控制装置以例如每120秒的周期性方式()确定每个命令。然而，经常发生的是，由于对在所经过的时间段内输送的电功率求平均数，所以在时间段结束时确定的每个命令不再与加热该电池对冷却流或加热流的实际需要相符。应当理解的是，实际上，这种求平均数不允许在所考量的时刻了解是否处于对电功率需求增加(这可能引起温度升高)的阶段或处于对电功率需求减少(可能导致温度下降)的阶段。
为了改善这种情况，可以使用代表电功率滑动平均值的值，其在最近N秒内连续计算。但这种解决方案有两个缺点。实际上，该解决方案需要存储大量的电功率测量值，这通过尤其是机动车辆的某些车辆当前计算器是非常难以实现的，甚至是不可能实现的。此外，无论是处于对电功率需求增加的阶段还是在对电功率需求减少的阶段，对于同一温度测量值而言，所确定的命令将是相同的，这不允许根据向电池需求的电功率实际需要来调整对冷却的反应性。
发明内容
因此，本发明尤其旨在改善这种情况。
为此目的，本发明提出了一种设备，该设备一方面用于根据命令控制电池的温度，该电池输送可变电功率以供应车辆的至少一个电气装备，该车辆包括通过阀与该电池交换热量的调温系统；并且另一方面包括控制装置，该控制装置设置成根据电池的温度的最新测量值以及代表刚由电池输送的(瞬时)电功率的值来确定每个命令。
该设备的特征在于，该设备的控制装置设置成确定选定时间段内由电池输送的电功率的梯度，然后根据所确定的梯度确定考虑持续时间，然后基于在所确定的考虑持续时间期间由电池输送的(瞬时，即全部或仅部分)电功率来确定该值。
有利地，根据电功率的梯度使用不同的考虑持续时间允许根据向电池需求的电功率实际需要来调整调温系统的泵和阀的反应性，并且因此，调整对电池的温度调节，这允许考虑温度变化的惯性。
根据本发明的设备可以包括可以单独或组合采用的其他特征，特别是：
其控制装置可以设置成在所确定的梯度为正时确定第一预定考虑持续时间，或者在所确定的梯度为负时确定与第一考虑持续时间不同的第二预定考虑持续时间；
其控制装置可以设置成使用严格小于第二考虑持续时间的第一考虑持续时间；
其控制装置可以设置成使用介于一秒和几分钟之间的第一考虑持续时间；
其控制装置可以设置成使用介于几秒到十几分钟之间的第二考虑持续时间；
其控制装置可以设置成根据表来确定每个命令，该表建立了以下两方面之间的对应：数对，各自包括电池的温度测量值和代表由电池输送的电功率的值的数对；以及对调温系统和阀的命令，该阀控制电池的冷却液的流量。
本发明还提出一种计算机，一方面，其用于装配车辆，该车辆包括电池以及调温系统，该电池输送可变电功率以供应至少一个车载电气装备，该调温系统根据命令通过阀与所述电池交换热量，并且另一方面，其包括上述类型的控制设备。
本发明还提出一种车辆，该车辆可能为机动类型车辆并包括电池、调温系统以及上述类型的计算机或上述类型的控制设备，该电池输送可变电功率以供应至少一个车载电气装备，该调温系统根据命令通过阀与电池交换热量。
这种车辆可以例如包括发动机组(或GMP)，该发动机组包括以电动发动机的形式设置的至少一个电气装备。在这种情况下，GMP可以是全电动或混合动力类型的。
本发明还提出了一种方法，一方面，其用于允许控制电池的温度，该电池输送可变电功率以供应车辆的至少一个电气装备，该车辆包括调温系统，该调温系统根据命令通过阀与该电池交换热量，并且另一方面，该方法包括如下步骤，在该步骤中根据电池的温度的最新测量和代表刚由电池输送的电功率的值来确定每个命令。
该方法的特征在于，在其步骤中，确定在选定时间段中由电池输送的电功率的梯度；然后，根据该确定的梯度来确定考虑持续时间；然后，根据在该确定的考虑持续时间期间由电池输送的电功率来确定以上提及的值。
附图说明
本发明的其他特征和优点将在研究下面的详细描述和附图时显现，附图中：
-图1示意性和功能性地示出了车辆的示例，该车辆包括混合GMP以及电池，该电池联接到由根据本发明的控制设备示例控制的调温系统并联接到电气装备，并且
-图2在时间演变曲线图中示意性地示出了混合动力车辆的实际电功率(c1)的示例、根据考虑持续时间基于c1所确定的电功率(c2)的示例、以及此处在120s的时间上取平均值的平均电功率(c3)的示例。
具体实施方式
本发明特别旨在提出一种控制设备DC以及一种相关控制方法，该设备和方法用于在车辆V内控制电池B1的温度，该电池B1负责输送可变电功率以供应至少一个车载电气装备EQ。
在下文中，作为非限制性示例认为，电池B1是例如汽车的机动车辆类型车辆的一部分。但是，本发明不限于这种类型的车辆。实际上，本发明涉及任意类型的陆地或海上(或河运)载具。
此外，在下文中作为非限制性示例地认为，车辆包括混合动力类型的发动机组(或GMP)。然而，车辆的GMP可以例如是全电动类型的。实际上，本发明尤其涉及以下车辆电池，其由于一个或多个车载电气装备所需的电功率的重大变化而可能经受重大温度变化。因此，这尤其是具有混合动力型或全电动型GMP的车辆的电池的情况。
图1示意性地示出了包括混合传动链(作为示例的，在此为并联)的车辆V，以及根据本发明的控制设备DC。
传动链(在此为并联混合动力)包括：混合动力的发动机组(或GMP)，其运行由未示出的监测计算机所监测；第一联接构件OC；变速箱BV；以及可能的联接/脱离装置MCD。
GMP(这里是混合动力的)特别包括热力发动机MT、电力发动机EQ以及电池B1。
术语“热力发动机MT”在此应理解为消耗燃料或化学品的发动机。
热力发动机MT包括曲轴(未示出)，该曲轴固定地一体联接到发动机轴以驱动发动机轴旋转。
变速箱BV为例如手动的。变速箱BV包括：至少一个输入轴(或主轴)，其用于经由联接构件OC接收由热力发动机MT产生的扭矩；以及输出轴，其用于经由输入轴接收该扭矩以将该扭矩传送到传动轴，该输出轴联接到该传动轴，并且该传动轴优选地经由前差速器DV间接联接到车轮(这里是车辆V的前桥总成TV)。
例如，联接构件OC是离合器，其包括紧固地连接到发动机轴的发动机飞轮以及紧固地连接到变速箱BV的输入轴的离合器盘。
电力发动机EQ用于提供扭矩，以单独或作为热力发动机MT补充地移动车辆V。为此，电力发动机EQ可能经由换流器(未示出)联接到电池B1。例如，电池B1为低压类型(例如但不限于约220V或100V)。
作为非限制性示例，电池B1可以是多单元类型的。在这种情况下，电池B1包括外壳，其容纳例如锂离子(或Li离子)或Ni-Mh或铅类型的电能存储单元。
该外壳联接到调温系统CC，用于与电池B1交换热量的流体(液体或气体)在该调温系统CC中循环，并且通过由根据本发明的控制设备DC确定的至少一个命令来控制该调温系统CC的运行，这将在后面讨论。例如，该调温系统CC包括第一子回路以及第二子回路。
第一子回路联接至电池B1的外壳并且包括热交换器EC以及电动泵PE，该电动泵PE负责使热量交换流体在外壳和热交换器EC中循环。
热量交换流体用于，在电池B1向由车辆V的至少一个电气装备进行的强电流抽取输送强电功率时，捕获由电池B1产生的热量，或者在电池B1应该加热时，向电池B1让渡热量。
第二子回路联接到热交换器EC，并且例如且尤其包括蒸发器EV以及压缩机CMP，该压缩机例如具有变化汽缸容积或具有离合器，并且第二子回路负责通过另一种载热流体供应热交换器EC和蒸发器EV。
注意到，调温系统CC至少设置成冷却电池B1，并且该调温系统CC还可以且可选地设置成在需要时加热电池B1。
还应注意到，在调温系统CC的出口和电池B1之间存在阀VC。该阀VC负责控制供应电池B1的冷却流体的流量。该阀VC的运行通过由控制设备DC所确定的命令来控制。
此外，电池B1配备有温度传感器CT以及功率传感器CP，该温度传感器CT负责在至少一个位置处测量电池的内部温度，该功率传感器CP负责测量瞬时电功率pe，其由电池B1输送(在输出处)以供应此处特别是电力发动机EQ的至少一个车载电气装备。
可能的联接/脱离装置MCD可以负责使电力发动机EQ联接至传动轴或从传动轴脱离，以传输归因于存储在电池B1中的能量所产生的扭矩。该传动轴负责驱动车桥的车轮旋转。这种可能的联接/脱离装置MCD例如是钳口机构或离合器。
注意到，在图1中非限制性示出的实施示例中，联接/脱离装置MCD负责使电动动力机械EQ联接至传动轴或从传动轴脱离，该传动轴不同于热力发动机MT(通过联接构件OC)所联接至的传动轴。作为说明性示例，该联接/脱离在此通过后差速器DR实施在车辆V的后桥总成TR上。但是，在未示出的实施例变型中，联接/脱离装置MCD可负责在变速箱BV的下游使电力发动机EQ联接至传动轴或从传动轴脱离，其中热力发动机MT(通过联接构件OC)联接至该传动轴。
传动链还包括电动机AD(起动器或交流起动器)，其联接到热力发动机MT，以尤其在起动期间启动该热力发动机MT。如在图1中非限制性示出，该电动机AD可以联接到例如非常低压类型(例如12V、24V或48V)的从属电池B2。但作为变型，该电动机AD可以联接到电池B1。
还可以在电池B1和从属电池B2之间设置DC/DC型转换器CV，以便如果电动机AD在220V下运行则确保对车辆V的车载网络RB的供电。
如图1中非限制性所示，根据本发明的控制设备DC主要包括控制装置MC。
注意，在图1中所示的非限制性示例中，控制设备DC是计算机CA的一部分。后者(CA)可以专用于控制该电池B1的温度或专用于多个功能(因此，该计算机可能涉及GMP监测计算机或车载电脑)。然而，控制设备DC可以是可能包括计算机的装备。因此，控制设备DC可以以软件模块(或信息模块或“软件”)的形式或电子电路(或“硬件”)与软件模块的组合的形式来实现。
控制装置MC设置成根据电池B1的温度的最新测量(由温度传感器CT输送)以及代表刚由电池B1输送(并由功率传感器CP测量)的瞬时电功率(全部或仅一些)的值vPE来确定对调温系统CC的每个命令。
为了做到这一点，控制装置MC设置成确定在选定时间段由电池B1输送的电功率的梯度gPE，然后根据该所确定的梯度gPE确定考虑持续时间df，然后基于在考虑持续时间df期间由电池B1输送的电功率(瞬时)来确定值vPE。应当理解，该值vPE与电池B1的温度的最新测量一起使用，以确定对调温系统CC的每个命令。
选定时间段等于由功率传感器CP进行的两次连续测量之间的时间间隔(或测量间距)的整数倍。例如，选定时间段可以介于100毫秒和1秒之间。
当选定时间段等于t2–t1时，梯度gPE等于[pe(t2)-pe(t1)]/[t2-t1]，其中pe(t2)为在时刻t2测量的瞬时电功率且pe(t1)是在时刻t1测量的瞬时电功率。
因为使用根据电功率的梯度gPE而不同的考虑持续时间，从而随后可以调节泵PE和阀VC的反应性，并且因此，根据向电池B1(特别由电力发动机EQ)请求的实际电力需要来实现对电池B1的温度调节(并且特别是使电池B1冷却)。有利地，这允许考虑温度演变的惯性，并且因此，显着地减小应该使调温系统CC的致动器运行的时刻与实际需要冷读(或加热)电池B1的时刻之间的时间差。另外，这允许使电池B1在其最佳温度区域中运行，这允许提高电池B1的效率和寿命。
例如，值vPE可以根据在确定的考虑持续时间df期间由电池B1输送的并对应于所确定的梯度gPE的电功率(瞬时)pe来确定。
例如，控制装置MC可以设置成根据表来确定对调温系统CC的致动器的每个命令，该表建立了以下两方面之间的对应：数对，各自包括电池B1的温度测量以及代表由电池B1输送的电功率的值vPE；以及对调温系统CC和阀VC的命令。该对应表(或映射)例如存储在控制设备DC的存储器(可能是软件)中，并且可能形成控制装置MC的一部分。
应注意，调温系统CC可由一个或多个致动器控制，该一个或多个致动器各自通过由控制装置MC确定的命令来控制。例如，第一命令可以用于电动泵PE的致动器，并且第二命令可以用于热交换器EC的致动器。同样，阀VC由致动器控制，该致动器通过由控制装置MC确定的命令来控制。
当使用N个命令(其中N≥2)时，可以设置或单个表(或映射)或N个表(或映射)，该单个表建立了数对与调温系统CC的N个命令多元组之间的对应，该数对各自包括电池B1的温度测量以及代表由电池B1输送的电功率的值vPE，并且该N个表各自建立了以下两方面之间的对应：数对，各自包括电池B1的温度测量以及代表由电池B1输送的电功率的值vPE；以及对调温系统CC的N个致动器中的一个的命令。
表(或映射)可以在实验室中的试验台上确定，或者在试验道路或轨道上的伴随测试期间确定。此外，该表至少取决于，所考虑的车辆V的电池B1的设置和调温系统CC的设置，以及可能地电池B1的环境。
在具体的实施方式中，控制装置MC可以设置成，在所确定的梯度gPE为正(即gPE>0)时确定第一预定考虑持续时间df1，或者在所确定的梯度gPE为负(即gPE<0)时确定第二预定考虑持续时间df2。换句话说，在该选项中，控制装置MC仅考虑所确定的梯度gPE的当前符号，以便确定存在所输送的电功率的增加(gPE>0)或所输送的电功率的减少(gPE<0)。
在存在上述选项的情况下，控制装置MC可以设置为使用第一考虑持续时间df1(与gPE>0相关联)，其严格小于第二考虑持续时间df2(与gPE<0相关联)，即df1<df2。因此，考虑到输送的电功率增加将引起电池B1的内部温度增加，应该立即通过冷却以预期的方式抑制内部温度增加。然而，输送的电功率降低不可能引起电池B1的内部温度增加，即使由于惯性而可能产生少量增加，并且因此，对电池进行冷却的需求减少了。
例如，控制装置MC可以设置成使用介于一秒和几分钟之间的第一考虑持续时间df1。
又例如，控制装置MC可以设置成使用介于几秒和十几分钟之间的第二考虑持续时间df2。
在图2中示意性示出了以下示例的时间变化图：混合动力车辆的实际电功率c1的示例、通过控制设备DC基于c1执行对考虑持续时间的选择(其中df1＝50s，df2＝100s并且周期(或测量间距)等于100ms)而产生的电功率c2的示例、以及通过现有技术的控制设备在120s时间段上执行对c1的求平均值而产生的电功率c3的示例。
该示例显示了与通过现有技术的控制设备获得的反应性相比控制设备DC的运行所产生的反应性更为有效。这在以下时间尤其明显：时刻t1＝230和t2＝280之间的电功率弱需求阶段，由于c2良好地对应于c1(在选择考虑持续时间之后)，而c3的平均值仍然太高；以及时刻t3＝410之后的平均电功率需求阶段，由于c2良好地对应于c1(在选择考虑持续时间之后)，而c3的平均值仍然过低。
需要注意的是，本发明也可以从控制方法的角度进行考虑，该控制方法尤其能够通过上述类型的控制设备DC来实现。由于通过实现根据本发明的方法所提供的功用性与由上述控制设备DC所提供的那些功用性等同，因此，仅在下文示出由方法所提供主要功用性的组合。
该控制方法包括步骤，在该步骤中：
-确定在选定时间段中由电池B1输送的电功率的梯度，然后
-根据该确定的梯度确定考虑持续时间，然后
-确定代表在该确定的考虑持续时间期间由电池B1刚输送的(全部或部分)电功率的值，然后
-根据电池B1的温度的最新测量以及该确定值确定每个命令。

Claims (10)

1.一种控制电池(B1)的温度的设备(DC)，所述电池输送可变电功率以供应车辆(V)的至少一个电气装备(EQ)，所述车辆包括根据命令通过阀(VC)与所述电池(B1)交换热量的调温系统(CC)，所述设备(DC)包括控制装置(MC)，所述控制装置设置成根据所述电池(B1)的所述温度的最新测量以及代表刚由所述电池(B1)输送的电功率的值来确定每个命令，其特征在于，所述控制装置(MC)设置成确定在选定时间段内由所述电池(B1)输送的所述电功率的梯度，然后根据确定的所述梯度确定考虑持续时间，然后基于在确定的所述考虑持续时间期间由所述电池(B1)输送的电功率确定所述值。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制装置(MC)设置成在确定的所述梯度为正时确定第一预定考虑持续时间，或者在确定的所述梯度为负时确定不同于所述第一预定考虑持续时间的第二预定考虑持续时间。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制装置(MC)设置成使用严格小于所述第二预定考虑持续时间的第一预定考虑持续时间。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述控制装置(MC)设置成使用介于一秒和几分钟之间的第一预定考虑持续时间。
5.根据权利要求3和4中任一项所述的设备，其特征在于，所述控制装置(MC)设置为使用介于几秒和十几分钟之间的第二预定考虑持续时间。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制装置(MC)设置成根据表来确定每个命令，所述表建立了以下两方面之间的对应：数对，各自包括所述电池(B1)的温度测量以及代表由所述电池(B1)输送的电功率的值；以及对所述调温系统(CC)的命令。
7.一种用于车辆(V)的计算机(CA)，所述车辆包括：i)电池(B1)，其输送可变电功率以供应至少一个车载电气装备(EQ)；以及ii)调温系统(CC)，其根据命令通过阀(VC)与所述电池(B1)交换热量，其特征在于，所述计算机包括根据前述权利要求中任一项所述的设备(DC)。
8.一种车辆(V)，其包括：i)电池(B1)，其输送可变电功率以供应至少一个车载电气装备(EQ)；以及ii)调温系统(CC)，其根据命令通过阀(VC)与所述电池(B1)交换热量，其特征在于，所述车辆还包括根据权利要求7所述的计算机(CA)或根据权利要求1至6中任一项所述的设备(DC)。
9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，包括发动机组，所述发动机组包括以电力发动机的形式设置的至少一个电气装备(EQ)。
10.一种控制电池(B1)的温度的方法，所述电池输送可变电功率以供应车辆(V)的至少一个电气装备(EQ)，所述车辆包括调温系统(CC)，所述调温系统根据命令通过阀(VC)与所述电池(B1)交换热量，所述方法包括以下步骤，根据所述电池(B1)的所述温度的最新测量以及代表刚由所述电池(B1)输送的电功率的值来确定每个命令，其特征在于，在所述步骤中，确定在选定时间段中由所述电池(B1)输送的所述电功率的梯度，然后根据确定的所述梯度确定考虑持续时间，然后根据在确定的所述考虑持续时间期间由所述电池(B1)输送的电功率来确定所述值。
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