CN110072719B - 具有电池热存储装置的电动车辆热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于控制电动机动车辆的系统之间的热流动的系统和方法。机动电动车辆系统包括：包括壳体的高压电池系统；电动动力传动系统；散热器；允许冷却剂在所述高压电池系统、所述动力传动系统和所述散热器之间流动的冷却剂管线；用于沿所述冷却剂管线引导冷却剂的一个或多个阀；以及控制器。所述控制器被配置为控制所述一个或多个阀以控制冷却剂在涉及所述高压电池系统、所述动力传动系统和所述散热器的多个不同的可选择冷却剂流动状态之间流动。

Description

具有电池热存储装置的电动车辆热管理系统
背景技术
本申请要求2016年9月27日提交的标题为“Electric Vehicle ThermalManagement System with Battery Heat Storage”的美国临时专利申请No.62/400,128的权益，其全部内容通过引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及车辆诸如包括混合动力车辆在内的电动车辆，并且更具体地涉及用于此类车辆的热管理系统和方法。
背景技术
包括混合动力车辆在内的电动车辆在运输应用领域倍受关注，并且其可以提供低排放或零排放、运行安静以及减少对化石燃料依赖性的益处。然而，当车辆在接近极端周围环境温度特别是在更冷的温度下运行时，主要或完全依靠电池电源用于动力传动系和推进的常规电动车辆可能遭受车辆行程范围的下降。
发明内容
本发明人已经观察到对用于电动车辆的增强热管理系统的需求，该系统可以减轻由于极端环境条件引起的车辆行程范围的下降。本文描述的示例性方法可以解决此类需求。
根据一个实例，机动电动车辆系统包括：包括壳体的高压电池系统；电动动力传动系统；散热器；允许冷却剂在高压电池系统、动力传动系统和散热器之间流动的冷却剂管线；用于沿冷却剂管线引导冷却剂的一个或多个阀；以及控制器，其被配置为控制阀以促进冷却剂在涉及高压电池系统、动力传动系统和散热器的多个不同的可选择冷却剂流动状态之间流动。
根据另一个实例，用于电动车辆的传热系统包括冷却剂管线，其允许冷却剂在高压电池系统、动力传动系统和散热器之间流动。传热系统还包括：用于沿冷却剂管线引导冷却剂的一个或多个阀；以及控制器，其被配置为控制阀以促进冷却剂在涉及高压电池系统、动力传动系统和散热器的多个不同的可选择冷却剂流动状态之间流动。高压电池系统被配置为用作另一个车辆系统的热源。
根据又一个实例，一种控制电动机动车辆的系统之间的热流动的方法包括：由至少一个数据处理器接收电动车辆的外部数据和来自电动车辆的一个或多个传感器的传感器数据。电动车辆包括高压电池系统、动力传动系统和散热器。从涉及高压电池系统、动力传动系统和散热器的多个不同的可选择冷却剂流动状态确定冷却剂流动状态。输出被提供给控制器以促进控制冷却剂流动状态。
附图说明
图1是以侧视图示出的根据本公开实例的电动车辆的示例性热管理系统的示意图。
图2是根据本公开的实例的电动车辆的示例性热管理系统的框图。
图3示出了图1和图2的附图的符号表。
图4A示出了根据本公开实例的包括用于电动车辆的热管理系统的两个三通阀的示例性阀布置。
图4B示出了图4A的示例性阀布置的示例性状态表。
图4C示出了根据本公开实例的包括用于电动车辆的热管理系统的五通阀的示例性阀布置。
图4D示出了图4C的示例性阀布置的示例性状态表。
图5A是以侧视图示出根据本公开实例的处于电动车辆的示例性热管理系统的第一状态的示例性冷却剂流动的示意图。
图5B是以侧视图示出根据本公开实例的处于电动车辆的示例性热管理系统的第二状态的示例性冷却剂流动的示意图。
图5C是示出根据本公开实例的处于电动车辆的示例性热管理系统的第三状态的示例性冷却剂流动的示意图。
图5D是以侧视图示出根据本公开实例的处于电动车辆的示例性热管理系统的第四状态的示例性冷却剂流动的示意图。
图6A至图6D是分别对应于图5A至图5D的示意图，并且示意图更稀疏地以侧视图分别示出了根据本公开实例的处于电动车辆的示例性热管理系统的第一至第四状态的示例性冷却剂流动。
图7A至图7G是示出根据本公开的实例的七个示例性制冷剂流动状态(状态A至状态G)的制冷剂流动的示意图。
图8A至图8G是示出第一冷却剂流动状态(状态1)的七个示例性子状态(状态1A至状态1G)的冷却剂流动和制冷剂流动的示意图，其中HV电池能量存储系统具有闭环冷却剂构造，并且其中动力传动系具有动力传动系冷却剂旁路低温散热器的构造。
图9A至图9G是示出第二冷却剂流动状态(状态2)的七个其他示例性子状态(状态2A至状态2G)的冷却剂流动和制冷剂流动的示意图，其中HV电池能量存储系统具有闭环冷却剂构造，并且其中动力传动系具有动力传动系冷却剂通向低温散热器的构造。
图10A至图10G是示出第三冷却剂流动状态(状态3)的七个其他示例性子状态(状态3A至状态3G)的冷却剂流动和制冷剂流动的示意图，其中HV电池能量存储系统的冷却剂通向动力传动系，并且其中动力传动系具有动力传动系冷却剂旁路低温散热器的构造。
图11A至图11G是示出第四冷却剂流动状态(状态4)的七个其他示例性子状态(状态4A至状态4G)的冷却剂流动和制冷剂流动的示意图，其中HV电池能量存储系统的冷却剂通向动力传动系，并且其中动力传动系具有动力传动系冷却剂通向低温散热器的构造。
图12是示出根据本公开的实例的用于控制冷却剂流动和制冷剂流动的动力传动系控制模块或控制器的部件的框图。
图13是示出根据本公开的实例的用于控制电动车辆的冷却剂和制冷剂状态的各种示例性因素的操作流程图。
图14A至图14D描绘了控制器可如何根据电动车辆的期望动作调用示例性冷却剂流动状态和制冷剂流动状态的操作指南或条件。
具体实施方式
如本文的实例中所描述的，通过使用电动车辆的电池总成作为热存储装置并且该电池总成可以与其他车辆系统诸如车厢气候控制系统交换热量，可以实现电动车辆的提高的性能和/或提高的效率。这不同于常规方法，在常规方法中，可使用空气作为诸如逆循环热泵(具有换向阀和止回阀)中的热源。从电动车辆内部获取热量，而不是仅依靠外部空气和/或存储的电池充电产生的电车厢加热，这可以提高电动车辆的性能和/或效率。当然，本文描述的实例仍然也可以利用外部空气作为热源或散热物。另外，在寒冷气候条件下，使用壁式电源和/或电池加热器预热电动车辆的电池总成以使电池总成达到最大允许温度可以提供额外存储热量，并且可以减少依靠电池的电荷提供车厢加热的需要。
图1是以侧视图示出的根据本公开实例的电动车辆的示例性热管理系统的示意图。如图1所示，电动车辆100包括车厢102、底盘/车身103、车轮104、前动力传动系106、后动力传动系108、前动力传动系温度传感器110、后动力传动系温度传感器114、前动力传动系微控制器112和后动力传动系微控制器116(包括合适的计算机处理器和相关联的存储器和电路的微控制器)、包括壳体的高压(HV)电池总成118(该高压电池总成用作能量存储系统以及用于车辆推进的电池)以及高压电池总成温度传感器120。电动车辆100还包括电池管理系统122、车载充电器124和直流到直流(DC/DC)转换器124’，其提供适当电路用于对高压电池进行充电、监视高压电池的充电状态和操作并且为车载电子系统提供适当的电压电平。
如图1所示，电动车辆100还包括用于为车厢102提供环境控制的空气调节系统，其包括前暖通空调(HVAC)模块126、车厢热交换器(热泵)128、正温度系数加热器130和空调(A/C)蒸发器132，以及提供混合和空气混合物的混合门134。以这种方式，输入空气136由前HVAC模块调节，以便为车厢102的乘员产生期望质量的输出空气138。车厢102还包括车厢温度传感器140和人机接口(HMI)142，乘员可在该人机接口处选择期望的加热和/或空调等级。
车辆还包括冷却系统，其包括散热器150(每个也可称为低温散热器–LTR)、冷却管线152、位于散热器前面并且由马达M或其他合适的致动器控制的主动格栅百叶窗(AGS)154以及冷却剂储存器156。冷却剂可以是任何合适的冷却剂诸如常规乙二醇/水混合物，并且制冷剂可以是任何合适的常规制冷剂。空气157可通过AGS 154通过以下所述的制冷剂系统的散热器150和冷凝器170。冷却管线152可以由任何合适的材料诸如铜管、不锈钢管、铝管、柔性聚合物/橡胶管、其他材料的管及其任何合适组合制成。如图1所示，冷却管线连接散热器150、车载充电器124、DC/DC转换器124’、高压电池总成118、前动力传动系106和后动力传动系108(可以存在四个，每个车轮一个)、冷却剂-制冷剂热交换器162(也可称为冷却器–CHLR)以及阀V1 158和V2 160。热交换器162与下面描述的制冷剂系统的膨胀阀164相关联，该膨胀阀可以是具有螺线管的热膨胀阀(TXV)或者是电子膨胀阀(EXV)。冷却系统还包括用于高压电池总成118的电动水泵166和用于动力传动系统106和108的电动水泵168。
车辆100还包括制冷系统，其包括冷凝器170、制冷剂管线172、风扇174、电动A/C压缩机(EAC)176和膨胀阀178，该膨胀阀可以是具有螺线管的热膨胀阀或者是电子膨胀阀。车辆100还包括动力传动系控制模块(PCM)190，其包括：用于接收诸如来自温度传感器110、114、120、140、141的信号的一个或多个接口；以及与监视车辆100并与车辆通信的远程处理/监视系统进行通信的无线收发器199；处理车载信号的一个或多个计算机处理器；以及经由电控线192将控制信号发送到车辆100的各种部件的一个或多个接口。尽管未示出，但可以提供其他类型的传感器，诸如制冷剂压力传感器、车厢湿度传感器、用于各种电气部件(包括高压电池、车载充电器、DC-DC转换器等)的电压和电流传感器。这些和其他传感器可以向控制器190提供信号输入并且由控制器190进行处理以做出决策。可从PCM 190向其发送信号的这些部件包括阀158和160、泵166和168、微控制器112和116、膨胀阀164和178、电动AC压缩机176、正温度系数加热器130、混合门134、HMI 142、风扇172以及其他可能合适的部件。
图2是根据本公开的实例的电动车辆的示例性热管理系统的框图。图2示出了图1所示的许多相同部件，这些部件使用相同的参考标号示出，上面提供了对这些部件的描述。图2还示出了车辆100可包括后HVAC模块，其包括AC蒸发器132’、正温度系数加热器130’、具有AC隔离螺线管178’的膨胀阀和螺线管179’，其可调节输入空气136’以便为后车厢乘员提供期望热度或空气调节的输出空气138’。同样如图2所示，高压电池总成可包括正温度系数加热器125。动力传动系统还可包括电池127、包括逆变器108A的牵引马达前车桥以及包括逆变器110A的牵引马达后车桥。如图2所示，制冷剂系统还可包括内部热交换器/抽吸管线热交换器(IHX/SLHX)171。
图3示出了图1和图2的附图的参考符号表以便于参考。
如上所述，在一些实例中，电动车辆100的冷却系统可包括阀V1 158和V2 160。图4A示出了在这样的实施方案中根据本公开实例的包括两个三通阀的示例性阀布置，其中所述三通阀用于电动车辆的热管理系统。如图4A所示，阀V1 158包括3个端口，一个端口与来自动力传动系的冷却管线对准、一个端口与散热器(LTR)150对准并且一个端口用于旁路散热器150。阀V2 160还包括3个端口，其中一个端口与来自动力传动系的冷却管线对准、一个端口与冷却管线对准以针对高压电池总成将冷却剂循环置于闭环(作为能量存储系统-ESS)并且另一个端口与经由某些部件至高压电池总成118的另一个冷却管线对准。图4B示出了两个阀V1 158和V2 160的逻辑表，其提供四种主冷却状态1至4，将在下面进一步详细描述。如图4B所示，每个状态具有对应的阀位置。例如，在状态1中，V1 158的端口1与来自动力传动系的冷却管线对准，并且V1 158的端口2与旁路散热器(LTR)150进行对准，同样在状态1中，V2 160的端口1与经由某些部件至高压电池总成(ESS)118的另一冷却管线对准，并且V2 160的端口2与冷却管线对准，以针对高压电池总成将冷却剂循环置于闭环(ESS闭环)。对应于状态2，如图4B所示，V1 158的端口1与来自动力传动系的冷却管线对准，并且V1158的端口2与散热器(LTR)150对准。同样在状态2中，V2 160的端口1与经由某些部件至高压电池总成(ESS)118的另一冷却管线对准，并且V2 160的端口2与冷却管线对准，以针对高压电池总成将冷却剂循环置于闭环(ESS闭环)。关于状态3，如图4B所示，类似于状态1，V1158的端口1与来自动力传动系的冷却管线对准，并且V1 158的端口2与旁路散热器(LTR)150进行对准。同样在状态3中，V2 160的端口1与经由某些部件至高压电池总成(ESS)118的另一冷却管线对准，并且V2 160的端口2与来自动力传动系的冷却管线对准。如图4B所示，在状态4中，V1 158的端口1与来自动力传动系的冷却管线对准，并且V1 158的端口2与散热器(LTR)150对准。同样在状态4中，类似于状态3，V2 160的端口1与经由某些部件至高压电池总成(ESS)118的另一冷却管线对准，并且V2 160的端口2与来自动力传动系的冷却管线对准。
四种主冷却状态也可以使用图4C中示意性示出的单个五通阀阀体(而不是如前所述的两个三通阀)来实现，该阀体具有五个相关联的端口：来自高压电池总成118(ESS)的端口1、来自动力传动系的端口2、对准用于高压电池总成118处闭环循环(ESS闭环)的端口3、旁路散热器150(LTR)的端口4以及指向散热器150(LTR)的端口5。图4C示意性地示出了负责四种主状态的各个端口之间的连接。图4D示出了提供图4C的四种主冷却状态1至4的单个五通阀的逻辑表。例如，如图4D所示，对应于状态1，端口1可以内部联接到端口3，使得高压电池总成118(ESS)与高压电池总成118处的闭环循环(ESS闭环)对准；端口2可以内部联接到端口4，使得散热器150(LTR)的旁路与动力传动系的冷却管线对准；并且端口5不具有内部连接。如图4D中所示，对于图4C的状态2，端口1可以内部联接到端口3，使得高压电池总成118(ESS)与高压电池总成118处的闭环循环(ESS闭环)对准；端口2可以内部联接到端口5，使得高压电池总成118与散热器150(LTR)对准；并且端口4不具有内部连接。对于图4C的状态3，如图4D所示，端口1可以内部联接到端口2和端口4两者，使得动力传动系的冷却管线和高压电池总成118的组合与散热器150的旁路对准，并且端口3和端口5不具有内部连接。图4D还示出了图4C的状态5，其中端口1和端口2内部联接到端口4，使得动力传动系的冷却管线和高压电池总成118的组合与散热器150(LTR)对准，并且端口3和端口4不具有内部连接。
图5A至图5D示意性地示出了根据本公开的实例的电动车辆100的示例性热管理系统的四个示例性主状态。如图5A所示，在第一主状态中，基于阀V1 158和V2 160的位置，存在用于冷却剂流动的两个不同环路。这些环路标记为ESS-闭环和PT-LTR(动力传动系–低温散热器)。对于第一环路，冷却剂通过高压电池总成118、通过冷却器162通过阀V2 160、通过泵166并通过车载充电器/DC/DC转换器124/124’。对于第二环路，冷却剂通过前动力传动系106和后动力传动系108、通过阀V1 158并通过泵168。基于图4A至图4D中详细讨论的各种阀位置，阀V1 158和V2 160的不同位置导致冷却剂流动的不同状态。如图5B所示，在冷却剂流动的第二主状态下，流动通过高压电池118的冷却剂根据突出显示的ESS-闭环进行，并且在标记为PT-LTR的构造中，流动通过动力传动系的冷却剂由阀V1 158引导通过散热器150。如图5C所示，在冷却剂流动的第三主状态下，流动通过高压电池总成118的冷却剂经由阀V2160通向动力传动系，如标记ESS-通向PT所示，并且流动通过动力传动系的冷却剂通过阀V1158旁路散热器150。如图5D所示，在冷却剂流动的第四主状态下，流动通过高压电池总成118的冷却剂经由阀V2 160通向动力传动系，如标记ESS-通向PT所示，并且在标记为PT-LTR的构造中，流动通过动力传动系的冷却剂由阀V1 158引导通过散热器150。
图6A至图6D是分别对应于图5A至图5D的示意图，其更稀疏地以侧视图分别示出了根据本公开实例的处于电动车辆的示例性热管理系统的第一至第四状态的示例性冷却剂流动。如图6A所示，在如上参考图5A先前所述的第一主状态中，基于阀V1 158和V2 160的位置，存在用于冷却剂流动的两个不同环路。这些环路标记为ESS-闭环和PT-LTR(动力传动系–低温散热器)。对于第一环路，冷却剂通过高压电池总成118、通过冷却器162通过阀V2160、通过泵166并通过车载充电器/DC/DC转换器124/124’。对于第二环路，冷却剂通过前动力传动系106和后动力传动系108、通过阀V1 158并通过泵168。基于图4A至图4D中详细讨论的各种阀位置，阀V1 158和V2 160的不同位置导致冷却剂流动的不同状态。如上参考图5B先前所述，图6B示出了在冷却剂流动的第二主状态下，流动通过高压电池118的冷却剂根据突出显示的ESS-闭环进行，并且在标记为PT-LTR的构造中，通过动力传动系的冷却剂由阀V1 158引导通过散热器150。如图6C所示，对应于图5C的前述描述，在冷却剂流动的第三主状态下，流动通过高压电池总成118的冷却剂经由阀V2 160通向动力传动系，如标记ESS-通向PT所示，并且通过动力传动系的冷却剂通过阀V1 158旁路散热器150。如上参考图5D先前所述，图6D示出了在冷却剂流动的第四主状态下，流动通过高压电池总成118的冷却剂经由阀V2 160通向动力传动系，如标记ESS-通向PT所示，并且在标记为PT-LTR的构造中，通过动力传动系的冷却剂由阀V1 158引导通过散热器150。
图7A至图7G是示出根据本公开的实例的七个示例性制冷剂流动状态(状态A至状态G)的制冷剂流动的示意图。图7A示出了适合于高热要求并且需要经由PTC加热器进行补充加热的制冷剂流动状态。例如，制冷剂可以沿着制冷剂管线172从冷凝器170流动通过膨胀阀164进入冷却剂-制冷剂热交换器162(CHLR)，随后流动通过电动A/C压缩机176进入可经由正温度系数加热器130修改的车厢热交换器(热泵)128，然后返回冷凝器170。
图7B示出了适合于低热要求并且不需要来自PTC加热器的补充加热的制冷剂流动状态。例如，沿着一个环路，制冷剂可以沿着制冷剂管线172从冷凝器170流动通过膨胀阀164、通过冷却剂热交换器162(CHLR)、通过电动A/C压缩机176进入车厢热交换器(热泵)128，并且从车厢热交换器(热泵)128返回冷凝器170。另外，沿着另一个环路，制冷剂也可以沿着制冷剂管线172从冷凝器170流动通过膨胀阀178进入A/C蒸发器132，从A/C蒸发器132流动通过电动A/C压缩机176进入车厢热交换器(热泵)128，并且随后返回冷凝器170。
图7C示出了适合于存在例如来自车厢102的A/C请求的制冷剂流动状态。沿着一个环路，制冷剂可以从冷凝器170沿着制冷剂管线172流动通过膨胀阀178进入A/C蒸发器132，从A/C蒸发器132流动通过电动A/C压缩机176进入车厢热交换器(热泵)128，从车厢热交换器(热泵)128返回冷凝器170。
图7D示出了适合于高或低热要求并且冷却剂-制冷剂热交换器162不需要活动的制冷剂流动状态。图7E示出了适合于高热要求并且期望除霜且需要经由PTC加热器进行补充加热的制冷剂流动状态。例如，沿着一个环路，制冷剂可以沿着制冷剂管线172从冷凝器170流动通过膨胀阀164进入冷却剂热交换器162(CHLR)，从冷却剂热交换器162(CHLR)流动通过电动A/C压缩机176进入可经由正温度系数加热器130修改的车厢热交换器(热泵)128，然后返回冷凝器170。沿着另一个环路，制冷剂可以沿着制冷剂管线172从冷凝器170流动通过膨胀阀178进入A/C蒸发器132，从A/C蒸发器132流动通过电动A/C压缩机176进入可经由正温度系数加热器130修改的车厢热交换器(热泵)128，并且随后返回冷凝器170。
图7F示出了适合于低热要求并且期望结霜且无需经由PTC加热器进行补充加热的制冷剂流动状态。例如，沿着一个环路，制冷剂可以沿着制冷剂管线172从冷凝器170流动通过膨胀阀164进入冷却剂热交换器162(CHLR)，从冷却剂热交换器162流动通过电动A/C压缩机176进入车厢热交换器(热泵)128，并且从车厢热交换器(热泵)128随后返回冷凝器170。沿着另一个环路，制冷剂可以沿着制冷剂管线172从冷凝器170流动通过膨胀阀178进入A/C蒸发器132，从A/C蒸发器132流动通过电动A/C压缩机176进入车厢热交换器(热泵)128，并且返回冷凝器170。
图7G示出了适合于高或低热要求并且期望除霜且冷却剂-制冷剂热交换器162不需要活动的制冷剂流动状态。例如，制冷剂可以沿着制冷剂管线172从冷凝器170流动通过膨胀阀178进入A/C蒸发器132，流动通过电动A/C压缩机176进入可经由正温度系数加热器130修改的车厢热交换器(热泵)128，并且随后返回冷凝器170。
在示例性操作中，来自电动A/C压缩机176(eAC)的排放气体可以被传递到车厢热交换器128(CHX)，其中当HVAC模块混合门134未处于“全冷”位置时，热量交换(损失)到来自外部的环境空气中，然后作为“有用”热量传递到车厢。当混合门处于“冷”位置时，不交换热量。然后将制冷剂传递到冷凝器170，在冷凝器处发生完全“冷凝”(如果需要)，或者可以关闭AGS 154以控制过冷量。然后高压液体制冷剂传递到组合冷却器/高压热交换器162并通过TXV 164，在该处来自ESS(和PT)乙二醇环路的热量使雾化的制冷剂沸腾。该过程可以从ESS和PT环路中移除热量。
制冷剂也可以传递到前HVAC模块蒸发器132，以使进入车厢的空气干燥，从而达到舒适和除雾的目的。可以在热泵模式下禁用后/辅助AC隔离螺线管178’。如果CHX“空气关闭温度”低于目标温度，或者热泵不工作(例如，ESS温度或环境温度过低)，则可以命令空气侧PTC加热器130打开并(经由PID)调节其占空比以实现目标加热器排放温度。
图8A至图8G是示出上述第一冷却剂流动状态(状态1)的七个示例性子状态(状态1A至状态1G)的冷却剂流动和制冷剂流动的示意图，其中HV电池能量存储系统具有闭环冷却剂构造，并且其中动力传动系具有动力传动系冷却剂旁路低温散热器的构造。这些子状态在附图中被列出为状态1A至1G，并且在相应附图中列出了相关联的条件。子状态表示主冷却剂状态1与以上结合图7A至图7G描述的七种不同制冷剂流动状态的组合，其示例性条件也总结在图14A至图14D中。在图14A至图14D中，应当理解，根据本文描述的实例，表头V1指图1和图5A至图11G中的V1 158，表头V2指图1和图5A至图11G中的V2 160，表头EXV1(冷却器)指图1和图5A至图11G中的膨胀阀164，并且表头EXV2(车厢)指图1和图5A至图11G中的膨胀阀178。
图9A至图9G是示出第二冷却剂流动状态(状态2)的七个其他示例性子状态(状态2A至状态2G)的冷却剂流动和制冷剂流动的示意图，其中HV电池能量存储系统具有闭环冷却剂构造，并且其中动力传动系具有动力传动系冷却剂通向低温散热器的构造。这些子状态在附图中被列出为状态2A至2G，并且在相应附图中列出了相关联的条件。子状态表示主冷却剂状态2与以上结合图7A至图7G描述的七种不同制冷剂流动状态的组合，其示例性条件也总结在图14A至图14D中。
图10A至图10G是示出第三冷却剂流动状态(状态3)的七个其他示例性子状态(状态3A至状态3G)的冷却剂流动和制冷剂流动的示意图，其中HV电池能量存储系统的冷却剂通向动力传动系，并且其中动力传动系具有动力传动系冷却剂旁路低温散热器的构造。这些子状态在附图中被列出为状态3A至3G，并且在相应附图中列出了相关联的条件。子状态表示主冷却剂状态3与以上结合图7A至图7G描述的七种不同制冷剂流动状态的组合，其示例性条件也总结在图14A至图14D中。
图11A至图11G是示出第四冷却剂流动状态(状态4)的七个其他示例性子状态(状态4A至状态4G)的冷却剂流动和制冷剂流动的示意图，其中HV电池能量存储系统的冷却剂通向动力传动系，并且其中动力传动系具有动力传动系冷却剂通向低温散热器的构造。这些子状态在附图中被列出为状态4A至4G，并且在相应附图中列出了相关联的条件。子状态表示主冷却剂状态4与以上结合图7A至图7G描述的七种不同制冷剂流动状态的组合，其示例性条件也总结在图14A至图14D中。
图12是示出根据本公开的实例的用于控制冷却剂流动和制冷剂流动的动力传动系控制模块200或控制器(诸如图1中的动力传动系控制模块190)的部件的框图，其可以用于控制本文描述的方法和系统，并且可以包括硬件、软件和/或固件的任何合适的组合。如图1和图12所示，动力传动系控制模块(PCM)190、200可以控制合适的阀和致动器，以利用高压车辆电池和电动动力传动系部件作为热源来选择冷却剂路径。如图12所示，PCM 200可以包括处理系统202，其可以包括一个或多个计算机处理单元；存储器204诸如随机存取存储器、只读存储器、非易失性存储器等；存储在存储器中的一个或多个数据库206，其存储与车辆冷却系统的控制有关的信息；以及一个或多个接口208，其适于从各种车辆传感器诸如温度传感器获取数据，并且适于利用合适的致动器控制阀以实现期望的冷却和加热状态。计算机处理系统202可以执行软件操作、程序指令或例程以实施计算和分析。这样的程序指令、累积数据和处理数据可以存储在一个或多个非暂时计算机可读存储器204和/或一个或多个数据库206中。车辆可以经由收发器199与远程数据库和计算机系统通信。
动力传动系控制模块190、200可包括元件管理器、实时数据缓冲器、传送器、文件输入处理器、数据库索引、数据缓冲器和用于数据管理和处理的数据管理器。与动力传动系控制模块190、200通信的人机接口142可包括显示器、显示接口、输入/输出装置诸如按钮控件、拨号盘、传声器、触摸屏等，以允许用户选择期望的车厢环境条件。
图14A至图14D描绘了控制器190如何根据电动车辆100的期望动作调用示例性冷却剂流动状态和制冷剂流动状态的操作指南或条件。例如，表头“内部”、“电池”和“动力传动系环路”反映了这些系统中每一个的期望动作，这些动作可以基于检测到的环境条件、检测到的系统条件以及基于车辆的预期用途、车辆位置、天气条件、道路条件等的预测分析来选择。还针对“电动空调压缩机”(打开或关闭)(AC压缩机)、“空气正温度系数高压加热器”(打开或关闭)(PTC加热器)、“电池加热器”(打开或关闭)、“主动格栅百叶窗”(0-100％打开)(AGS)、“阀1”和“阀2”(打开、关闭或表示无关紧要的不可用)、“冷却器阀(至CHLR)”(打开或关闭)和“车厢阀(至EVAP)”(打开或关闭)描述了与识别的条件相关联的示例性状态。关于主动格栅百叶窗(AGS)，可基于外部环境温度、冷却剂温度、车辆风速等确定/选择0％打开和100％打开之间的主动格栅百叶窗位置，以便在散热器上实现适当的热耗散，例如，如本领域技术人员通常理解的。例如，如果环境温度为0摄氏度，冷却剂温度为30摄氏度，并且车辆行驶速度为55mph，则可以将AGS设置为0％打开(即完全关闭)以减小空气阻力，同时仍能在散热器处实现期望的冷却剂冷却。此外，可以经由位于散热器输入和散热器输出位置的温度传感器监视输入和输出处的冷却剂温度，并且可以基于这些测量温度之间的差值控制AGS百分比开度，以在散热器处提供期望的热耗散。另外，针对所识别的条件识别示例性温度范围，例如“内部温度”、“电池环路温度”和“动力传动系环路温度”。这些温度仅仅是示例性的，并且可以根据各种受控系统的特定性能度量使用其他温度。对于图14A至图14D中所示的温度，例如，在一些实例中，值可以被调整±10％，并且在其他实例中可以被调整±5℃。图14中的示例性信息总结了控制器可以接收例如与温度相关的输入信号并且将输出信号传送给阀的致动器和其他部件(诸如在此描述的)，以调用与所识别的编号条件相关联的某些状态的实例。例如，参考图14A的第一行，如果检测到内部温度>20℃，检测到电池温度>30℃，并且检测到动力传动系温度≤55℃，控制器可以调用条件1以执行控制信号，使得电动空气调节压缩机打开、空气正温度系数高压加热器关闭、电池加热器关闭、阀1设置为旁路散热器、阀2关闭、冷却器阀打开并且车厢阀打开。
保护车辆系统和部件的重要性顺序可以基于操作约束(即对极端温度的敏感性和维持功能)以及整体系统成本。高压电池总成118(作为ESS)价格昂贵且通常是车辆100的最关键的系统，并且与预期车辆可在其中操作的环境温度相比，具有可在其中操作的相对窄的温度带(大约在+5℃至40℃的范围内)。其次是动力传动系统(逆变器、马达、电力电子器件(包括DC-DC转换器)、车载充电器)，然而，动力传动系统通常对环境温度较不敏感，但可能对极端负载和占空比更加敏感(例如，牵引、高速、山区路线等，特别是当结合较高的环境温度时)。
然而，车辆热管理系统的操作层级主要基于在所有环境条件下(炎热、寒冷、潮湿、太阳负载、除雾/消雾)保持驾驶员/乘客舒适性——期望其他系统(ESS和PT)保持在其相应的操作极限内，而不会影响乘客舒适性。在电动车辆中，存储在HV电池系统中的车载电能必须提供保持这种舒适性的装置，同时最小化对操作系统性能和整个车辆行程范围的影响。
图13示出了根据本公开的实例示出诸如上述内容的用于控制电动车辆的冷却剂和制冷剂状态的各种示例性因素的操作流程图。车辆的热管理系统经由如上所述的合适传感器并且包括例如外部控制1302诸如车速、负载(坡度；上坡/下坡坡度)、环境温度、太阳负载、降雨、湿度、电气负载等，通过PCM 190、200执行的感测和处理持续响应于动态和变化的条件。另外，1302处的外部控制可以包括车辆的历史信息诸如预期位置或季节性信息，例如，给定位置在给定日期范围的平均、最小、最大预期温度，趋势信息诸如基于平均过往天气条件的季节性信息，例如，针对先前24小时时段，预测信息诸如天气预报，例如，针对即将到来的24小时时段，可编程预调节信息诸如通勤时间窗口，全球定位系统(GPS)信息诸如路线规划，以及预期的使用时间充电信息。此外，为了提高效率，可以考虑其他因素以改善系统功能，例如，使用优化的GPS路线规划避免陡峭坡度，使用趋势或预报的天气条件前摄地“预调节”车辆系统(车厢或ESS的任一者)。基于操作层级和级联热管理需求，热管理系统可以从众多系统获取输入并且确定系统致动器所需的输出，例如，评估在1304处列出的传感器。在一组系统校准上连续确定控制设定点，这些校准在控制器中进行仲裁，以确保每个系统保持在最佳温度，并且这可能会因季节、地理位置、路线等有所不同。
因此，一般而言，可能希望在1305处根据某些规则优先考虑车辆100对期望性能因素的满足。例如，可能希望将为乘员提供期望车厢环境作为第一优先级，然后是满足高压电池系统要求，然后是满足动力传动系统要求。也有例外，如果在高压电池系统或动力传动系统的任一者中检测到严重故障条件或极端条件，则调整优先级来配置冷却和制冷剂系统以满足最迫切的需要。如上所讨论的动力传动系功能可以由PCM 190、200基于设置的优先级在1306处确定，例如，评估和应用仲裁器规则。基于动力传动系功能，在1307处，PCM 190、200可以控制各种致动器，以对应于给定的动力传动系功能并控制各种部件。例如，可以执行激活主动格栅百叶窗(AGS)154、风扇174、电动水泵168、电动水泵166、V1 158、V2 160、热交换器162处的螺线管、A/C蒸发器132处的螺线管、膨胀阀164、膨胀阀130、正温度系数加热器130和/或电动A/C压缩机176中的一个或多个以控制如本文所述的车辆热管理系统。在1308处，可以执行如上所述的车辆参数的持续感测，其中输出被发送到控制器诸如PCM 190和/或PCM 200以进行持续评估。
应当理解，本文描述的实例使用具有较大储热能力的HV电池总成118作为热存储装置，这与诸如在逆循环热泵(具有换向阀和止回阀)中使用外部空气作为热源的常规方法不同。这可以提供增加的性能和提高的效率，因为热量从ESS和PT环路获取，而不是仅依靠外部空气和/或存储的电池充电产生的电车厢加热。而且，在寒冷气候条件下，高压电池总成118可以使用壁式电源和电池加热器预热(预调节)到最大允许电池温度，以为车辆行程提供额外的存储热量，从而减少了依靠电池本身的电荷提供车厢加热的需要。应当理解，根据本公开的实例可以提供避免换向阀的期望优点，以及可以避免冷凝器蒸发器和冷却器处的止回阀。而且，示例性系统利用存储在电池本身中的热量(热能)和当混合环路时来自动力传动系环路的废热。这些示例性方法可以在“加热”季节期间为电动车辆提供改进的车辆行程范围和整体效率。当然，本文描述的实例仍然也可以利用外部空气作为热源或散热物。
该书面说明书描述了本发明的示例性实施方案，但是其他变型也落在本公开的范围内。例如，该系统和方法可以包括和利用经由网络(例如，局域网、广域网、互联网及其组合等)、光纤介质、载波、无线网络等传送的数据信号以与一个或多个数据处理装置进行通信。数据信号可以携带提供给装置或从装置提供的本文公开的任何或所有数据。
本文描述的方法和系统可以通过程序代码在许多不同类型的处理装置上实现，所述程序代码包括可由装置处理系统执行的程序指令。软件程序指令可以包括源代码、目标代码、机器代码或可操作以使处理系统执行本文描述的方法和操作的任何其他存储数据。如本领域技术人员将理解的，可以使用任何合适的计算机语言诸如C、C++、Java等。然而，也可以使用其他具体实施，诸如固件或甚至配置为执行本文描述的方法和系统的适当设计的硬件。
系统和方法的数据(例如，关联、映射、数据输入、数据输出、中间数据结果、最终数据结果等)可以在一个或多个不同类型的计算机实现的数据存储区诸如不同类型的存储装置和编程构造(例如，RAM、ROM、快闪存储器、平面文件、数据库、编程数据结构、编程变量、IF-THEN(或类似类型)语句结构等)中存储和实现。需注意，数据结构描述了用于在数据库、程序、存储器或其他非暂时计算机可读介质中组织和存储数据以供计算机程序使用的格式。
本文描述的计算机部件、软件模块、功能、数据存储区和数据结构可以直接或间接地彼此连接，以便允许其操作所需的数据流。还需注意，模块或处理器包括但不限于执行软件操作的代码单元，并且可以例如实现为代码的子例程单元，或者作为代码的软件功能单元，或者作为对象(如在面向对象的范例中)，或者作为小程序，或者采用计算机脚本语言，或者作为另一种类型的计算机代码。软件部件和/或功能可以位于单个计算机上或者分布在多个计算机上，具体取决于现有情况。
应当理解，如本文的说明书和随后的权利要求中所使用的，除非上下文另有明确说明，“一(a)”、“一(an)”和“该”的含义包括复数形式。而且，如本文的说明书和随后的权利要求中所使用的，除非上下文另有明确说明，“在......中”的含义包括“在......中”和“在......上”。最后，如本文的说明书和随后的权利要求中所使用的，除非上下文另有明确说明，“以及”和“或者”的含义包括连接和分离两者，并且可以互换使用；短语“异或”可用于表示仅可适用于分离意义的情况。
虽然已经根据示例性实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可以对其进行各种修改。

Claims (30)

1.一种机动电动车辆系统，所述系统包括：
电动动力传动系统；
电池系统，其向电动动力传动系统提供能量用于车辆推进；
散热器；
冷却剂管线，其允许冷却剂在所述电池系统、所述动力传动系统和所述散热器之间流动；
一个或多个阀，其被配置为沿所述冷却剂管线引导冷却剂；
控制器，其被配置为控制所述阀以促进冷却剂在涉及所述电池系统、所述动力传动系统和所述散热器的多个不同的可选择冷却剂流动状态之间流动，所述控制器至少部分地基于外部控制输入和优先级来控制所述阀，
其中所述外部控制输入是从所述车辆的外部测量、计算或提供的参数，并包括从历史信息、趋势信息、预测信息、基于位置的信息和预期的使用时间充电信息中选择的至少一个输入，并且其中所述优先级基于性能因素，以及
其中所述优先级包括用于为乘员提供期望的车厢环境、满足电池系统要求以及满足动力传动系统要求的重要性顺序；以及
加热、通风和空气调节HVAC系统，所述HVAC系统包括：
在所述车厢处的蒸发器，被配置为使用制冷剂提供车厢冷却，在所述车厢处的第一热交换器，被布置在热泵构造中，以使用所述制冷剂提供车厢加热，以及
第二热交换器，被配置为在所述制冷剂与所述冷却剂之间交换热量以从所述电池系统提取热量，从而提供车厢加热。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述多个不同的可选择冷却剂状态中的一个包括其中所述电池系统具有闭环冷却剂构造，并且其中所述动力传动系具有其中动力传动系冷却剂旁路所述散热器的构造的冷却剂流动状态。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述多个不同的可选择冷却剂状态中的一个包括其中所述电池系统具有闭环冷却剂构造，并且其中所述动力传动系具有动力传动系冷却剂通向所述散热器的构造的冷却剂流动状态。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述多个不同的可选择冷却剂状态中的一个包括其中所述电池系统中的冷却剂通向所述动力传动系，并且其中动力传动系冷却剂旁路所述散热器的冷却剂流动状态。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述多个不同的可选择冷却剂状态中的一个包括其中所述电池系统的冷却剂通向所述动力传动系，并且其中动力传动系冷却剂通向所述散热器的冷却剂流动状态。
6.如权利要求1所述的系统，其还包括：
第一温度传感器，其被配置为感测车厢温度；
第二温度传感器，其被配置为感测外部环境温度；
第三温度传感器，其被配置为感测动力传动系温度；以及
第四温度传感器，其被配置为感测电池系统温度。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述控制器被配置为接收来自所述第一、第二、第三和第四温度传感器的信号，并且至少部分地基于来自所述第一、第二、第三和第四温度传感器的所述信号选择所述冷却剂流动状态中的一个。
8.如权利要求1所述的系统，其还包括：
人机接口，其被配置为允许车辆乘员选择期望的车厢环境条件。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述控制器被进一步配置为至少部分地基于来自所述人机接口的信号选择所述冷却剂流动状态中的一个。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个阀包括具有五个端口的阀。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述外部控制输入包括当前感测的信息。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述当前感测的信息包括车辆速度、车辆负载和电负载中的至少一个。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述当前感测的信息包括环境温度、太阳负荷、雨和湿度中的至少一个。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述历史信息包括给定位置的历史天气信息，其中所述预测信息包括天气预报，其中所述趋势信息包括通勤时间窗口，其中所述位置信息包括路线规划信息和预期的使用时间充电信息中的至少一个。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述优先级包括车厢环境、电池系统要求、动力传动系统要求中的至少一个。
16.如权利要求15所述的系统，其中基于仲裁器逻辑来设置所述优先级。
17.一种用于电动车辆的传热系统，所述系统包括：
冷却剂管线，其允许冷却剂在动力传动系统、向动力传动系统提供能量用于车辆推进的电池系统、和散热器之间流动；
一个或多个阀，被配置为沿所述冷却剂管线引导冷却剂；
控制器，其被配置为控制所述阀以促进冷却剂在涉及所述电池系统、所述动力传动系统和所述散热器的多个不同的可选择冷却剂流动状态之间流动，所述控制器至少部分地基于外部控制输入和优先级来控制所述阀，
其中所述外部控制输入是从所述车辆的外部测量、计算或提供的参数，并包括从历史信息、趋势信息、预测信息、基于位置的信息和预期的使用时间充电信息中选择的至少一个输入，以及
其中所述优先级基于性能因素，并且所述优先级包括用于为乘员提供期望的车厢环境、满足电池系统要求以及满足动力传动系统要求的重要性顺序；以及
加热、通风和空气调节HVAC系统，所述HVAC系统包括：
在所述车厢处的蒸发器，被配置为使用制冷剂提供车厢冷却，
在所述车厢处的第一热交换器，被布置在热泵构造中，以使用所述制冷剂提供车厢加热，以及
第二热交换器，被配置为在所述制冷剂与所述冷却剂之间交换热量以从所述电池系统提取热量，从而提供车厢加热。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述一个或多个阀包括具有五个端口的阀。
19.一种控制电动机动车辆的系统之间的热流动的方法，所述方法包括：
由至少一个数据处理器接收电动车辆的外部数据和来自所述电动车辆的一个或多个传感器的传感器数据，所述电动车辆包括动力传动系统、向动力传动系统提供能量用于车辆推进的电池系统、和散热器；
通过至少一个数据处理器从允许冷却剂在所述电池系统、所述动力传动系统和所述散热器之间流动的多个不同的可选择冷却剂流动状态中识别期望的冷却剂流动状态；
通过至少一个数据处理器向控制器提供输出以促进控制所述期望的冷却剂流动状态，以及
控制加热、通风和空气调节HVAC系统以提供期望的车厢气候，所述控制至少部分地基于外部控制输入和优先级，
其中所述外部控制输入是从所述车辆的外部测量、计算或提供的参数，并包括从历史信息、趋势信息、预测信息、基于位置的信息和预期的使用时间充电信息中选择的至少一个输入，以及
其中所述优先级基于性能因素，并且所述优先级包括用于为乘员提供期望的车厢环境、满足电池系统要求以及满足动力传动系统要求的重要性顺序；以及
所述HVAC系统包括：
在所述车厢处的蒸发器，被配置为使用制冷剂提供车厢冷却，
在所述车厢处的第一热交换器，被布置在热泵构造中，以使用所述制冷剂提供车厢加热，以及
第二热交换器，被配置为在所述制冷剂与所述冷却剂之间交换热量以从所述电池系统提取热量，从而提供车厢加热。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述多个不同的可选择冷却剂状态中的一个包括其中所述电池系统具有闭环冷却剂构造，并且其中所述动力传动系具有其中动力传动系冷却剂旁路所述散热器的构造的冷却剂流动状态。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述多个不同的可选择冷却剂状态中的一个包括其中所述电池系统具有闭环冷却剂构造，并且其中所述动力传动系具有动力传动系冷却剂通向所述散热器的构造的冷却剂流动状态。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述多个不同的可选择冷却剂状态中的一个包括其中所述电池系统中的冷却剂通向所述动力传动系，并且其中动力传动系冷却剂旁路所述散热器的冷却剂流动状态。
23.如权利要求19所述的方法，其中所述多个不同的可选择冷却剂状态中的一个包括其中所述电池系统的冷却剂通向所述动力传动系，并且其中动力传动系冷却剂通向所述散热器的冷却剂流动状态。
24.根据权利要求19所述的方法，包括控制一个或多个阀以促进控制所述期望的冷却剂流动状态，其中所述一个或多个阀包括具有五个端口的阀。
25.根据权利要求19所述的方法，其中所述外部控制输入包括当前感测到的信息。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述当前感测的信息包括车辆速度、车辆负载和电负载中的至少一个。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述当前感测的信息包括环境温度、太阳负荷、雨和湿度中的至少一个。
28.根据权利要求19所述的方法，其中所述历史信息包括给定位置的历史天气信息，其中所述预测信息包括天气预报，其中，所述趋势信息包括通勤时间窗口，其中所述位置信息包括路线规划信息和预期的使用时间充电信息中的至少一个。
29.根据权利要求19所述的方法，其中所述优先级包括车厢环境、电池系统要求、动力传动系统要求中的至少一个。
30.如权利要求29所述的方法，其中基于仲裁器逻辑来设置所述优先级。
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