CN113165505A - 用于电动车辆的预测冷却控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于使用处理器(122)对电动车辆(102)执行预测冷却操作的系统，并且该系统包括车辆监测单元(128)，其被配置成监测与电动车辆(102)有关的一个或更多个车辆特性。该一个或更多个车辆特性包括该电动车辆(102)的一个或更多个组件的超前需求信息。冷却控制器(126)被配置成与车辆监测单元(128)通信并基于与该电动车辆(102)相关联的导航信息、热信息和环境信息中的至少一者来确定所述超前需求信息。冷却控制器(126)被配置成基于该超前需求信息生成冷却命令，并基于该冷却命令通过对该电动车辆(102)的所述一个或更多个组件进行过冷来执行预测冷却操作。

Description

用于电动车辆的预测冷却控制系统和方法
技术领域
本公开整体涉及用于控制电动车辆的方法和系统，并且更具体地涉及控制电动车辆的冷却操作。
背景技术
冷却控制系统可以用于纯电动车辆(EV)和/或具有电动机和内燃发动机(ICE)的混合电动车辆(HEV)二者。如本文中所使用的，术语“电动车辆”是指混合动力车辆和/或纯电动车辆，其为常规燃料发动机系统提供了替代方案，以补充或完全替代诸如ICE的发动机系统。在一个示例中，电动车辆是增程式电动车辆(EREV)。在EREV中，初级电力驱动是利用电池或相关的可充电储能系统(RESS)来实现的，该系统用作电动机、发电机或变速器的直流(DC)电压源，进而可以用来提供使一个或更多个车轮旋转所需的能量。当来自RESS的电荷耗尽时，备用电力可能来自ICE，以提供辅助的车载电能生成。
在工作期间，电动车辆的一个或更多个组件(诸如大功率电气化组件)会释放大量热量，从而损坏电动车辆。冷却控制系统可以用于在电动车辆的任务期间控制电动车辆的冷却操作。例如，冷却控制系统可以用于将诸如电动机或牵引电动机之类的动力总成组件保持在其热运行范围内。在某些情况下，对动力总成组件的需求增加会导致电动车辆中的动力总成组件和/或其它组件(诸如电池组)过热。此外，在由冷却控制系统生成的控制信号中可能存在不期望的响应延迟，从而导致在冷却操作期间的低效控制。
因此，需要进行改进以提供适当和有效的冷却控制，以将电动车辆的组件保持在热运行范围内。因此，存在开发能够更有效地控制电动车辆的冷却操作的增强的冷却控制系统和方法的机会。
发明内容
在本公开的一个实施方式中，提供了一种用于使用处理器对电动车辆执行预测冷却操作的系统。该系统包括车辆监测单元，该车辆监测单元被配置成监测与电动车辆有关的一个或更多个车辆特性。所述一个或更多个车辆特性包括所述电动车辆的一个或更多个组件的超前(look-ahead)需求信息。该系统还包括冷却控制器，该冷却控制器被配置成与车辆监测单元通信并基于与所述电动车辆相关联的导航信息、热信息和环境信息中的至少一者来确定所述超前需求信息。冷却控制器被配置成基于所述超前需求信息生成冷却命令，并通过对所述电动车辆的所述一个或更多个组件进行过冷来基于所述冷却命令执行所述预测冷却操作。
在一个示例中，所述过冷是使用所述冷却命令执行的，所述冷却命令包括表示所述电动车辆的至少一个电气设备的目标冷却温度的数据。所述目标冷却温度被设置为低于所述至少一个电气设备的标称温度。
在另一示例中，所述超前需求信息表示所述电动车辆所需的未来功率需求。在一变型中，所述冷却控制器被配置成基于所述导航信息、所述热信息和所述环境信息中的至少一者以及所述电动车辆的当前功率需求来计算所述未来功率需求。
在又一示例中，所述冷却控制器被配置成使用所述电动车辆的至少一个电气设备的温度来确定与所述电动车辆相关联的所述热信息。
在再一示例中，所述冷却控制器被配置成使用从定位系统接收的信息来确定与所述电动车辆相关联的所述导航信息。
在又一示例中，所述冷却控制器被配置成使用地图信息来确定与所述电动车辆相关联的所述环境信息。
在本公开的另一实施方式中，提供了一种用于使用处理器对电动车辆执行冷却操作的方法。该方法包括：监测与所述电动车辆有关的一个或更多个车辆特性，所述一个或更多个车辆特性包括所述电动车辆的一个或更多个组件的超前需求信息；使用与所述电动车辆相关联的导航信息、热信息和环境信息中的至少一者来确定所述超前需求信息；使用所述超前需求信息生成冷却命令；以及通过对所述电动车辆的所述一个或更多个组件进行过冷来使用所述冷却命令执行所述冷却操作。
在一个示例中，所述方法还包括：为了执行所述过冷，在所述冷却命令中包括表示所述电动车辆的至少一个电气设备的目标冷却温度的数据；以及将所述目标冷却温度设置为低于所述至少一个电气设备的标称温度。
在另一示例中，所述方法还包括在所述超前需求信息中包括表示所述电动车辆所需的未来功率需求的数据。在一变型中，所述方法还包括基于所述导航信息、所述热信息和所述环境信息中的至少一者以及所述电动车辆的当前功率需求来计算所述未来功率需求。
在又一示例中，所述方法还包括：使用所述电动车辆的至少一个电气设备的温度来确定与所述电动车辆相关联的所述热信息；使用从定位系统接收的信息来确定与所述电动车辆相关联的所述导航信息；以及使用地图信息来确定与所述电动车辆相关联的所述环境信息。
在本公开的又一实施方式中，提供了一种用于使用处理器对电动车辆执行冷却操作的系统。所述系统包括：预测功率单元，所述预测功率单元被配置成使用超前需求信息来生成预测热信息；电气化热管理(ETM)单元，所述电气化热管理(ETM)单元被配置成从所述预测功率单元接收所述预测热信息，并使用所述预测热信息和热反馈信号生成控制信号；以及ETM控制单元，所述ETM控制单元被配置成从ETM单元接收所述控制信号，并使用所述控制信号对所述电动车辆的一个或更多个组件执行所述冷却操作。
在一个示例中，所述预测热信息包括以下项中的至少一项：所述电动车辆的预测发动机功率信号和所述电动车辆的预测电气化功率信号。在一变型中，所述预测发动机功率信号包括使用导航信息、热信息和环境信息中的至少一者的关于所述电动车辆所需的未来发动机功率需求的信息。在另一变型中，所述预测电气化功率信号包括使用导航信息、热信息和环境信息中的至少一者的关于所述电动车辆所需的未来电气化功率需求的信息。
在另一示例中，所述系统还包括电气化组件监测单元，所述电气化组件监测单元被配置成生成热反馈信号，该热反馈信号包括表示所述电动车辆的一个或更多个组件的热信息的数据。在一变型中，所述数据表示所述电动车辆的对应组件的当前温度是否等于目标冷却温度的状况。在另一变型中，所述ETM控制单元被配置成生成状态请求信号，所述状态请求信号指示所述电气化组件监测单元对所述电动车辆的所述一个或更多个组件执行监测操作。在又一变型中，所述电气化组件监测单元响应于所述状态请求信号而收集与所述电动车辆的所述一个或更多个组件有关的状态信息，以评估所述冷却操作的效率。在再一变型中，所述电气化组件监测单元被配置成使用所述状态信息来生成所述热反馈信号。
在本公开的再一实施方式中，提供了一种用于使用处理器对电动车辆执行冷却操作的方法。所述方法包括：使用超前需求信息生成预测热信息；使用所述预测热信息和热反馈信号生成控制信号；以及使用所述控制信号对所述电动车辆的一个或更多个组件执行所述冷却操作。
在一个示例中，所述方法还包括在所述预测热信息中包括以下项中的至少一项：所述电动车辆的预测发动机功率信号和所述电动车辆的预测电气化功率信号。在一变型中，所述方法还包括在所述预测发动机功率信号中包括使用导航信息、热信息和环境信息中的至少一者的关于所述电动车辆所需的未来发动机功率需求的信息。在另一变型中，所述方法还包括在所述预测电气化功率信号中包括使用导航信息、热信息和环境信息中的至少一者的关于所述电动车辆所需的未来电气化功率需求的信息。
在另一示例中，所述方法还包括使用表示所述电动车辆的一个或更多个组件的热信息的数据生成所述热反馈信号。
在又一示例中，所述方法还包括将所述电动车辆的对应组件的当前温度与目标冷却温度进行比较。
在再一示例中，所述方法还包括生成状态请求信号，所述状态请求信号发起对所述电动车辆的所述一个或更多个组件的监测操作。在一变型中，所述方法还包括响应于所述状态请求信号而收集与所述电动车辆的所述一个或更多个组件有关的状态信息，以评估所述冷却操作的效率。在另一变型中，所述方法还包括使用所述状态信息生成所述热反馈信号。
尽管公开了多个实施方式，但是根据示出并描述了所公开主题的例示性实施方式的下面的具体实施方式，当前所公开主题的其它实施方式对于本领域技术人员将变得显而易见。因此，附图和详细描述本质上应被认为是例示性的而不是限制性的。
附图说明
通过参照以下结合附图对本公开的实施方式的描述，本公开的上述和其它特征和目的以及获得它们的方式将变得更加显而易见，并且将更好地理解本公开本身，其中：
图1是根据本公开的实施方式的具有用于电动车辆的冷却控制器的发动机和电动机系统的示意图；
图2是根据本公开的实施方式的使用图1的冷却控制器的示例性冷却控制方法的流程图；
图3是根据本公开的实施方式的图1的冷却控制器的示意图；
图4是根据本公开的实施方式的图3的冷却控制器的预测功率单元的示意图；
图5是根据本公开的实施方式的图3的冷却控制器的电气化热管理单元的示意图；
图6是根据本公开的实施方式的图3的冷却控制器的电气化热管理控制单元的示意图；
图7是根据本公开的实施方式的图3的冷却控制器的电气化组件监测单元的示意图；
图8是根据本公开的实施方式的使用图3的冷却控制器的另一示例性冷却控制方法的流程图。
贯穿几个视图，对应的附图标记指示对应的部分。尽管附图表示本公开的实施方式，但是附图不一定按比例绘制，并且某些特征可能被夸大以便更好地例示和解释本公开。本文阐述的示例以一种形式例示了本公开的实施方式，并且这些示例不应被解释为以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
以下公开的实施方式并非旨在穷举或将公开内容限制为以下详细描述中公开的精确形式。而是，实施方式被选择并描述以使得本领域的其它技术人员可以利用他们的教导。本领域普通技术人员将认识到，所提供的实施方式可以以硬件、软件、固件和/或其组合的方式来实现。根据实施方式的编程代码可以以任何可行的编程语言(诸如C、C++、HTML、XTML、JAVA)或任何其它可行的高级编程语言或高级编程语言和低级的编程语言的组合来实现。
现在参照图1，例示了用于电动车辆102的混合动力系统100。电动车辆102可以插入电源插座中以连接至电网系统(未示出)，用于执行电动车辆102的电气化操作。在其它实施方式中，除了电源插座之外，还可以使用无线充电器或受电弓充电器。在各种实施方式中，电气化操作可以指的是涉及与电动车辆102相关联的发电以及电力分配和管理的各种操作。示例性电气化操作包括：电池冷却的修改、充电和/或放电极限的修改、减少充电和/或放电循环的次数、最小充电状态阈值的修改等。电动车辆102可以是可连接至电网系统的商用车辆，诸如公交车。
在一个实施方式中，电网系统可以是在诸如公共车辆站之类的特定商业设施中实现的电网系统。在另一实施方式中，电网系统可以是在包括多个电站(诸如发电厂和其它发电设施)的电网中实现的电网系统。在图1中，尽管电动车辆102被示出为并联混合动力系统，但是本公开也可以应用于增程车辆或串联混合动力车辆以适合不同的应用。这样，电动车辆102可以是具有电动推进系统的任何电动车辆(例如，混合动力车辆、纯电动车辆和/或增程车辆)。
尽管示出了具有内燃发动机(ICE)104的电动车辆102，但是本公开可以应用于没有ICE 104仅由电池供电的纯电动车辆。ICE 104可以由任何类型的燃料提供动力，诸如汽油、柴油、天然气、液化石油气、生物燃料等。在该实施方式中，混合动力系统100可包括具有曲轴106和联接至曲轴的曲轴链轮(未示出)的ICE 104。ICE 104不受特别限制，并且可以是车载的(例如，增程车辆)或非车载的(例如，位于公交车辆站处的发电机组)。
混合动力系统100还可以包括与曲轴链轮机械连通的电动机108。例如，电动机108可以是用于推进电动车辆102的牵引电动机。在各种实施方式中，电动机108可以经由曲轴106联接至速度传感器110、扭矩传感器112、ICE 104、离合器或扭矩转换器114以及变速器116。在各种实施方式中，速度传感器110和电动机108与曲轴106机械连通。另外，电动机108不受特别限制，并且例如可以是电动机/发电机、同步电动机或感应电动机。
在实施方式中，混合动力系统100还包括与速度传感器110和扭矩传感器112电连通的控制器118。控制器118可以包括非暂时性存储器120，该非暂时性存储器120具有指令，该指令响应于由处理器122执行，使处理器122确定电动机108的速度或扭矩值。电动机108从可再充电储能电源124(诸如电池组或组件)接收电能，并且储能电源124可以将表示充电状态(SOC)信息的数据提供给控制器118。处理器122、非暂时性存储器120和控制器118不受特别限制，并且例如可以在物理上分离。另外，车辆监测单元128可以被包括在控制器118中或者可以是与控制器118分离的独立单元以适合不同的应用。
在某些实施方式中，控制器118可以形成处理子系统的一部分，该处理子系统包括具有存储器、处理和通信硬件的一个或更多个计算装置。控制器118可以是单个设备或分布式设备，并且控制器118的功能可以通过硬件和/或作为诸如非暂时性存储器120之类的非暂时性计算机可读存储介质上的计算机指令来执行。
在某些实施方式中，控制器118包括在功能上执行控制器118的操作的一个或更多个解释器、确定器、评估器、调节器和/或处理器122。本文的包括解释器、确定器、评估器、调节器和/或处理器的描述强调了控制器118的某些方面的结构独立性，并且例示了控制器118的一组操作和职责。在本公开的范围内，理解执行类似的总体操作的其它分组。解释器、确定器、评估器、调节器和处理器可以以硬件和/或作为在非暂时性计算机可读存储介质上的计算机指令来实现，并且可以分布在各种硬件或基于计算机的组件上。
在功能上执行控制器118的操作的示例性和非限制性实施元件包括提供本文确定的任何值的传感器(诸如速度传感器110和扭矩传感器112)、提供本文确定的值的前体(precursor)的任何值的传感器、数据链路和/或网络硬件(包括通信芯片、振荡晶体、通信链路、电缆、双绞线、同轴电缆、屏蔽线、发送器、接收器和/或收发器)、逻辑电路、硬连线逻辑电路、根据模块规范在特定非暂时性状态下可重配置的逻辑电路、任何致动器(至少包括电气、液压或气动致动器)、螺线管、运算放大器、模拟控制元件(弹簧、滤波器、积分器、加法器、分频器、增益元件)和/或数字控制元素。
本文描述的某些操作包括解释和/或确定一个或更多个参数或数据结构的操作。如本文所使用的，解释或确定包括通过本领域中已知的任何方法来接收值、包括至少从数据链路或网络通信接收值、接收指示该值的电信号(例如电压、频率、电流或PWM信号)、接收指示该值的计算机生成的参数、从非暂时性计算机可读存储介质上的存储位置读取该值、通过本领域已知的任何方式将该值作为运行时参数接收、和/或通过接收一值，通过该值可以计算出经解释的参数、和/或通过参考被解释为该参数值的默认值。
在所示的实施方式中，处理器122包括冷却控制器126，该冷却控制器126被配置成控制电动车辆102的冷却操作。在该实施方式中，冷却控制器126被包括在电动车辆102的控制器118中。有利的是，冷却控制器126被配置成通过使用来自车辆监测单元128的信息来预测何时将需要电动车辆102的峰值功率。例如，冷却控制器126被配置成自动与车辆监测单元128通信以确定电动车辆102的超前需求信息。该超前需求信息可以是表示电动车辆102所需的未来功率需求的一个或更多个车辆特性。冷却控制器126基于本文所述的超前需求信息主动地并且自动地执行冷却操作。
在一个实施方式中，冷却控制器126可以在预计到即将到来的山丘时过冷电动机108。例如，电动机108通常可以在大约45至65摄氏度(℃)的标称温度下运行。然而，如果在遇到道路状况(例如大坡度山丘)之前，电动机108被冷却控制器126过冷到大约25至30摄氏度(℃)，则冷却控制器126可以延长或加长达到电动车辆102的降额温度所花费的时间。由于达到降额温度需要花费的时间更长，因此电动机108可以在不达到使电动机108的功率降额的功率降额点的情况下运行更长的时间。
在一个实施方式中，车辆监测单元128可以是与电动车辆102相关联的远程信息处理系统。在实施方式中，车辆监测单元128被配置成监测与电动车辆102有关的一个或更多个车辆特性。例如，这样的车辆特性可以包括电动车辆102的诸如ICE 104或电动机108之类的一个或更多个组件的超前需求信息、基于导航系统(例如，全球定位系统(GPS))的导航信息、电动车辆102的一个或更多个组件的热信息(例如温度)(诸如电动机108的当前温度)、与电动车辆102的任务的特定路线相关的环境信息(例如一天中的时间、天气、道路或负载状况等)。电动车辆102的其它示例性车辆组件可以包括充电系统134、冷却系统136、单独的发电机(未示出)、传动系或动力总裁(例如曲轴)、驱动轴组件(未示出)等。
在一个实施方式中，冷却控制器126与诸如无线通信设施(例如，Wi-Fi接入点)之类的网络130接口连接。在另一实施方式中，网络130可以是电动车辆102的车载控制器局域网(例如，CAN总线)。在又一实施方式中，网络130可以是电动车辆102的非车载云计算网络。也可以设想本领域中已知的其它类似网络。例如，网络130可以是电动车辆102与电网系统之间的云网络或车辆到电网(V2G)网络，或者是电动车辆102之间的车辆到车辆(V2V)网络136。在实施方式中，设想了具有通过通信信道互连的计算机、服务器和其它硬件的集合的任何类型的计算机网络，诸如互联网、内联网、以太网、LAN、云网络等。
在一个实施方式中，冷却控制器126与车辆监测单元128通信以获得由温度传感器132提供给车辆监测单元128的电动机108的热信息。电动车辆102中可以包括用于电动车辆102的其它组件的附加温度传感器132，以适合不同的应用。在各种实施方式中，一个或更多个温度传感器132可以与储能电源124、充电系统134、冷却系统136等相关联。
在一个示例中，冷却控制器126与车辆监测单元128通信以获得由温度传感器132提供给车辆监测单元128的充电系统134的热信息。在另一示例中，冷却控制器126与车辆监测单元128通信以获得由温度传感器132提供给车辆监测单元128的储能电源124的热信息。在所示的实施方式中，充电系统134被配置成对电动车辆102进行充电和/或放电并向一个或更多个其它电动车辆或电气设备提供电力。在各种实施方式中，充电系统134可以包括一个或更多个DC-DC逆变器138和/或一个或更多个AC-DC逆变器140以适合该应用。此外，冷却系统136被配置成使用冷却泵142有选择地向电动车辆102的各个组件提供冷却流体。示例性冷却系统136可以是散热器。在所示出的示例中，冷却系统136还包括压缩机144、风扇146和冷却阀148。
在另一实施方式中，冷却控制器126与车辆监测单元128通信以获得电动车辆102的导航信息。例如，车辆监测单元128与具有地图信息的GPS进行通信，该地图信息具有可以预先存储在存储器120中的地理数据，并且将地图信息与导航信息相关联。在各种实施方式中，车辆监测单元128提供导航信息，该导航信息包括电动车辆102的相对于地理数据的当前或未来位置以及当前或未来速度。电动车辆102的当前或未来速度可以指车辆速度(例如，英里每小时)或发动机速度(例如，转数每分钟(RPM))。
在其它实施方式中，冷却控制器126与车辆监测单元128通信，车辆监测单元128与GPS通信以确定与用于电动车辆102的任务的特定路线有关的环境信息。在一个实施方式中，环境信息包括即将到来的山丘(例如，上坡或下坡)的一个或更多个指示。例如，车辆监测单元128与具有地图信息的GPS进行通信，该地图信息具有可以预先存储在存储器120中的地理数据，并且将地图信息与环境信息相关联。在各种实施方式中，车辆监测单元128提供与地理数据相关的环境信息，该环境信息包括道路配置(例如，道路的预测坡度、坡长或斜度)、当前时间(例如，在2:00am与5:00pm工作)、交通状况(例如，拥堵或无交通)、道路状况(例如，崎岖或铺砌的)、负载状况(例如，部分负载或满载或负载重量)等。
在又一实施方式中，冷却控制器126与车辆监测单元128通信，以确定由速度传感器110和/或扭矩传感器112提供给车辆监测单元128的电动车辆102的超前需求信息。如上所述，该超前需求信息是指表示电动车辆102所需的未来功率需求的一个或更多个车辆特性。例如，冷却控制器126基于导航信息、热信息和环境信息中的至少一者以及电动车辆102的当前功率需求来计算未来功率需求。当前功率需求是指在当前时间维持当前车速所需的功率需求。例如，车辆监测单元128使用速度传感器110监测当前车辆速度，并使用扭矩传感器112监测功率量，并且冷却控制器126计算包括预测速度需求和/或预测扭矩需求的未来功率需求。
冷却控制器126被配置成基于超前需求信息生成冷却命令以控制电动车辆102的一个或更多个组件的冷却操作。例如，基于热信息和基于导航信息(例如，即将到来的山丘)计算出的电动车辆102的未来功率需求来生成冷却命令。如果提前预测到平坦的道路并且仅需要连续的电力需求，则冷却控制器126生成冷却命令来操作冷却系统136以正常模式冷却，以提高能量效率。然而，如果提前预测到较大的上坡坡度，则冷却控制器126生成冷却命令来操作冷却系统136，以将电动车辆102的一个或更多个组件过冷至低于标称温度(例如45至65℃)的温度(例如25至30℃)，以在行驶通过即将到来的山丘期间提前使用功率峰值。
现在参照图2，示出了根据本文公开的主题的实施方式的用于电动车辆102的例示性冷却操作。如本文所公开的，混合动力系统100不受特别限制并且可以执行在本公开的范围内描述的任何方法。在图2中，示出了使用冷却控制器126执行自动冷却操作的方法200。在框202处，冷却控制器126自动与车辆监测单元128通信以确定由温度传感器132提供给车辆监测单元128的电动车辆102的至少一个电气设备(诸如电动机108)的热信息。例如，冷却控制器126与车辆监测单元128通信以检测电动机108的温度。在另一示例中，冷却控制器126与车辆监测单元128通信以检测冷却系统136的温度。
在框204处，冷却控制器126与车辆监测单元128通信以确定由GPS提供给车辆监测单元128的电动车辆102的导航信息。例如，车辆监测单元128提供导航信息，该导航信息包括电动车辆102的相对于与GPS相关联的地理数据的当前位置和当前速度。
在框206处，冷却控制器126与车辆监测单元128通信以确定与用于电动车辆102的任务的特定路线有关的环境信息。例如，车辆监测单元128与具有地图信息的GPS进行通信，该地图信息具有可以预先存储在存储器120中的地理数据，并且将地图信息与环境信息相关联。这样，冷却控制器126使用与特定路线相关联的地图信息来预测在分配给电动车辆102的特定路线上是否存在诸如即将到来的山丘之类的功率需求道路状况。
在框208处，冷却控制器126确定电动车辆102的超前需求信息。该超前需求信息包括表示电动车辆102所需的未来功率需求的一个或更多个车辆特性。例如，冷却控制器126基于导航信息、热信息和环境信息中的至少一者以及电动车辆102的当前功率需求来计算未来功率需求。在一个实施方式中，可以使用诸如交互式屏幕或键盘之类的接口设备从操作员输入当前功率需求。在另一实施方式中，可以从电动车辆102的控制系统(诸如发动机控制单元(例如，控制器118和/或车辆监测单元128))发送当前功率需求。
在框210处，冷却控制器126基于超前需求信息生成冷却命令以控制电动车辆102的一个或更多个组件的冷却操作。例如，在水/乙二醇冷却回路配置中，冷却命令包括表示可以与冷却泵142一起使用的电动车辆102的至少一个电气设备的目标冷却温度的数据。在另一示例中，在制冷剂冷却的回路配置中，冷却命令包括将与压缩机144一起使用的目标冷却温度。在又一示例中，在电风扇配置中，冷却命令包括将与风扇146一起使用的目标冷却温度。在再一示例中，在冷却阀配置中，冷却命令包括将与冷却阀148一起使用的目标冷却温度。
在框212处，冷却控制器126基于冷却命令对电动车辆102的一个或更多个组件执行冷却操作。例如，使用冷却命令，冷却控制器126指示冷却泵142致动以将至少一个电气设备(例如电动机108)过冷达到电动机108的目标冷却温度。在另一示例中，使用冷却命令，冷却控制器126指示压缩机144致动以将至少一个电气设备过冷达到目标冷却温度。在又一示例中，使用冷却命令，冷却控制器126指示风扇146致动以将至少一个电气设备过冷达到目标冷却温度。在再一示例中，使用冷却命令，冷却控制器126指示冷却阀148致动以将至少一个电气设备过冷达到目标冷却温度。在其它实施方式中，冷却控制器126指示冷却泵142、压缩机144、风扇146和冷却阀148中的两者或更多者一起操作以将至少一个电气设备冷却达到目标冷却温度。
这样，冷却控制器126自动预测何时将需要峰值功率，并且主动地过冷与电动车辆102相关联的至少一个电气设备(例如，电动机108)。例如，如果电动车辆102在平坦的道路上行驶，则当前车辆功率需求可以是100千瓦(kW)以维持55英里每小时(mph)的当前速度。当冷却控制器126确定存在需要200kW来维持当前速度(55mph)的即将到来的山丘时，冷却控制器126生成冷却命令以将电动机108过冷，以便在电动车辆102到达山丘的未来使用峰值功率。如果冷却控制器126确定道路坡度中没有明显的即将发生的变化，则冷却控制器126不会使电动机108过冷并且维持电动机108的标称温度。
对于另一示例，目标冷却温度可以被设置成比电动车辆102的至少一个电气设备(诸如，电动机108)的标称温度低大约50％至60％。当在电动车辆102中使用基于制冷剂的系统时，可以将目标冷却温度设置得更低，例如，比标称温度低大约85％。
现在参照图3，示出了冷却控制器126的示例性示意图。在图3中，尽管示出了冷却控制器126的示例性子单元300至306，但是一个或更多个子单元300至306可以是与冷却控制器126分离的独立单元，或者可以被集成为单个单元以适合不同的应用。子单元300至306在冷却操作期间提供减少的响应延迟，并实现增强的系统瞬态能量分配平衡。因此，冷却控制器126可以有助于节能和高效率工作循环，并进一步为电动车辆102提供改进的燃料经济性。
预测功率单元300被配置成生成预测热信息，该预测热信息包括以下项中的至少一项：电动车辆102的预测发动机功率信号308和电动车辆102的预测电气化功率信号310。在一个实施方式中，预测发动机功率信号308是基于超前需求信息生成的，并且包括关于电动车辆102所需的未来发动机功率需求的信息。例如，可以使用导航信息、热信息和环境信息中的至少一者基于在未来预定时段(例如，在接下来的10秒至20秒内)ICE 104或电动机108需要多少扭矩功率来确定未来发动机功率需求。例如，预测功率单元300利用与GPS相关联的地图信息，并预测接下来的10秒至30秒的当前道路的地理状况(例如，未来的上坡和/或下坡的斜度和长度)。
在另一实施方式中，预测电气化功率信号310是基于超前需求信息生成的，并且包括关于电动车辆102所需的未来电气化功率需求的信息。例如，可以使用导航信息、热信息和环境信息中的至少一者基于在未来预定时段(例如，在接下来的10秒至20秒内)需要来自储能电源124(例如，电池组或组件)的多少电力来确定未来发动机功率需求。
电气化热管理(ETM)单元302被配置成从预测功率单元300接收预测热信息，该预测热信息包括预测发动机功率信号308和预测电气化功率信号310中的至少一者。而且，ETM单元302被配置成从电气化组件监测单元306接收热反馈信号312。热反馈信号312包括表示电动车辆102的一个或更多个组件的热信息的数据。例如，热反馈信号312可以包括表示电动机108的当前温度是否等于目标冷却温度的数据。ETM单元302被配置成基于由信号308和/或310以及热反馈信号312提供的预测的热信息来生成控制信号314。控制信号314用于控制电动车辆102的一个或更多个组件的冷却操作。
ETM控制单元304被配置成从ETM单元302接收控制信号314，并基于该控制信号314执行电动车辆102的一个或更多个组件的冷却操作。此外，ETM控制单元304被配置成生成状态请求信号316，该状态请求信号316指示电气化组件监测单元306对电动车辆102的一个或更多个组件执行监测操作。例如，状态请求信号316从ETM控制单元304发送到电气化组件监测单元306，以收集与电动车辆102的一个或更多个组件有关的状态信息，以评估冷却操作的效率。
电气化组件监测单元306被配置成从ETM控制单元304接收状态请求信号316。响应于接收到状态请求信号316，电气化组件监测单元306被配置成收集与电动车辆102的一个或更多个组件有关的状态信息，以评估冷却操作的效率，并且还基于状态信息生成热反馈信号312。电气化组件监测单元306将热反馈信号312发送到ETM单元302以进行后续处理。下面在与图4至图8有关的段落中提供了子单元300至306的详细描述。
这样，冷却控制器126自动地预测未来需求和道路状况并且预先执行对电动车辆102的冷却操作。冷却控制器126可以将电动车辆102的一个或更多个组件保持在稳定的温度状况下，并控制冷却操作以为电动车辆102所需的未来功率需求做准备。例如，可以执行冷却操作以增强冷却剂泵的功率、质量流速分布和其它热管理策略。
现在参照图4，示出了预测功率单元300的示例性示意图。在所示的实施方式中，基于超前需求信息来生成预测热信息。如上所述，该超前需求信息包括代表电动车辆102所需的未来功率需求的一个或更多个车辆特性。可以基于导航信息、热信息和环境信息中的至少一者来计算未来功率需求。
路线信息单元400被配置成基于环境信息和导航信息中的至少一者来确定超前路线信息。例如，环境信息包括表示道路配置和道路状况的地图信息。作为另一示例，导航信息可以包括使用地图信息的关于电动车辆102的当前位置和/或未来位置的信息，诸如纬度、经度、海拔等。而且，导航信息可以包括关于电动车辆102的当前速度和/或未来速度的信息。
路线计算器单元402被配置成基于环境信息来确定道路配置，诸如与电动车辆102相关联的当前道路的预测坡度、坡长和/或斜度。此外，路线计算器单元402被配置成基于环境信息来预测道路状况(例如，上坡或下坡)。
路线计算器单元402被配置成基于超前需求信息来生成预测发动机功率信号308。预测发动机功率信号308包括使用导航信息、热信息和环境信息中的至少一者的关于电动车辆102所需的未来发动机功率需求的信息。在该实施方式中，使用环境信息基于导航信息(例如，发动机转速)和热信息(例如，散热器的温度)生成预测发动机功率信号308。
此外，路线计算器单元402被配置成基于超前需求信息来生成预测电气化功率信号310。预测电气化功率信号310包括使用导航信息、热信息和环境信息中的至少一者的关于电动车辆所需的未来电气化功率需求的信息。在该实施方式中，使用环境信息基于一个或更多个电气化组件(例如，电动机108或储能电源124)需要多少电力来生成预测电气化功率信号310。
现在参照图5，示出了ETM单元302的示例性示意图。在所示实施方式中，ETM单元302从预测功率单元300接收预测热信息，该预测热信息包括预测发动机功率信号308和预测电气化功率信号310中的至少一者。ETM单元302被配置成从车辆监测单元128接收电动车辆102的当前功率需求，将当前功率需求与预测发动机功率信号308、预测电气化功率信号310和热反馈信号312中的至少一项进行比较，并基于比较结果生成控制信号314。例如，当ETM单元302确定由于用于即将到来的山丘的发动机功率需求增加而在接下来的10分钟内电动机108的温度将升高5℃时，ETM单元302生成具有一个或更多个指令的控制信号314来设定目标冷却温度以在预定时段(例如2分钟)内将电动机108的温度降低预定量(例如5℃)。在该实施方式中，功率修正单元500被配置成接收预测发动机功率信号308和预测电气化功率信号310，并且基于预测发动机功率信号308和预测电气化功率信号310来修正控制信号314。
温度修正单元502被配置成从电气化组件监测单元306接收热反馈信号312，并基于目标冷却温度和热反馈信号312修正控制信号314。比例积分微分(PID)控制器504可以被包括在ETM单元302中，以基于目标冷却温度和热反馈信号312调节控制信号314。例如，PID控制器504可以用于接收目标冷却温度作为输入，并将目标冷却温度与实际温度或当前温度(例如，温度传感器132的测量值)或预定设定点进行比较。然后，PID控制器504可以基于比较(例如，使用基于比较的误差值)来生成或修正/校正控制信号314。
现在参照图6，示出了ETM控制单元304的示例性示意图。在所示实施方式中，ETM控制单元304从ETM单元302接收控制信号314，并基于该控制信号314执行电动车辆102的一个或更多个组件的冷却操作。在一个实施方式中，控制信号314可以包括被配置成控制冷却泵142的冷却操作的第一控制信号602和被配置成控制冷却阀148的冷却操作的第二控制信号604。例如，第一控制信号602可以用于以期望的流速来操作冷却泵142。作为另一示例，第二控制信号604可以用于将冷却阀148致动到期望位置。还设想了冷却系统136的其它合适的组件，诸如致动器，用于使用控制信号314来控制冷却操作。
在一个实施方式中，可以在ETM控制单元304中添加另一功率修正单元600，并且该另一功率修正单元600被配置成基于在冷却泵142或冷却阀148中使用的冷却流体(例如，冷却剂)的实际流速或测量流速来修正控制信号314。此外，功率修正单元600被配置成生成状态请求信号316，该状态请求信号316指示电气化组件监测单元306对电动车辆102的一个或更多个组件执行监测操作。
现在参照图7，示出了电气化组件监测单元306的示例性示意图。在所示的实施方式中，电气化组件监测单元306接收状态请求信号316，并且响应于接收到状态请求信号316，收集与电动车辆102的一个或更多个组件有关的状态信息，以评估使用控制信号314所执行的冷却操作的效率。
例如，状态请求信号316可以用于指示冷却控制器126使用温度传感器132(例如电池温度传感器)来收集与储能电源124(例如电池组)有关的状态信息。在另一示例中，状态请求信号316可以用于指示冷却控制器126使用温度传感器132(例如发电机温度传感器)来收集与电动机108(例如电动发电机)有关的状态信息。在又一示例中，状态请求信号316可以用于指示冷却控制器126使用温度传感器132(例如，AC到DC逆变器温度传感器)来收集与AC到DC逆变器140有关的状态信息。在再一示例中，状态请求信号316可以用于指示冷却控制器126使用温度传感器132(例如，DC到DC逆变器温度传感器)来收集与DC到DC逆变器138有关的状态信息。
温度判断单元700被配置成接收具有从与电动车辆102的一个或更多个组件有关的各种温度传感器132接收到的一个或更多个温度读数的状态信息。温度判断单元700被配置成计算电动车辆102的对应组件的当前温度与该对应组件的目标冷却温度之间的差。热反馈信号312是基于当前温度与目标冷却温度之间的差来生成的。例如，热反馈信号312可以包括表示电动机108的当前温度是否达到目标冷却温度的数据。
这样，冷却控制器126使用未来路线/道路状况和对应的预测功率(例如，扭矩或速度)需求来预先主动地执行冷却操作。因此，冷却控制器126在电动车辆102的电气化系统上提供增强的热管理策略，并减少或消除控制信号、功率需求转变和冷却剂物理传输的响应延迟。因此，可以通过冷却控制器126实现改进的且有效的冷却系统控制。
现在参照图8，示出了根据本文公开的主题的实施方式的用于电动车辆102的另一例示性冷却操作。如本文所公开的，混合动力系统100不受特别限制并且可以执行在本公开的范围内描述的任何方法。在图8中，示出了使用冷却控制器126执行自动冷却操作的方法800。
在框802处，预测功率单元300生成预测热信息，该预测热信息包括以下项中的至少一项：电动车辆102的预测发动机功率信号308和电动车辆102的预测电气化功率信号310。例如，预测功率单元300基于超前需求信息来生成预测发动机功率信号308和预测电气化信号310。
在框804处，ETM单元302接收预测热信息并基于预测热信息和热反馈信号312生成控制信号314。热反馈信号312包括表示电动车辆102的一个或更多个组件的热信息的数据。例如，热反馈信号312可以包括表示电动机108的当前温度是否达到目标冷却温度的数据。
在框806处，ETM控制单元304接收控制信号314，并基于该控制信号314执行电动车辆102的一个或更多个组件的冷却操作。例如，控制信号314可以用于以期望的流速操作冷却泵142或将冷却阀148致动在期望的位置。此外，控制信号314可以包括多个子控制信号，用于促进同时或顺序地对电动车辆102的各个组件进行多个冷却操作。例如，第一子控制信号控制冷却泵142的冷却操作，第二子控制信号控制冷却阀148的冷却操作。
在框808处，ETM控制单元304生成状态请求信号316，该状态请求信号316指示电气化组件监测单元306在冷却操作期间对电动车辆102的一个或更多个组件执行监测操作。状态请求信号316从ETM控制单元304发送到电气化组件监测单元306，以收集与电动车辆102的一个或更多个组件有关的状态信息，以评估冷却操作的效率。
在框810处，电气化组件监测单元306接收状态请求信号316，并收集与电动车辆102的一个或更多个组件有关的状态信息，以评估冷却操作的效率。然后，电气化组件监测单元306基于状态信息生成热反馈信号312。
在框812处，电气化组件监测单元306的温度判断单元700计算电动车辆102的对应组件的当前温度与该对应组件的目标冷却温度之间的差。当电动车辆102的对应组件的当前温度达到目标冷却温度时，控制前进至框814。否则，控制返回到框802。
在框814处，冷却控制器126将冷却操作的结果报告给与电动车辆102相关联的操作员或另一控制系统。例如，诸如操作错误或温度比较之类的冷却操作的结果可以显示在电动车辆102的仪表板上。在另一示例中，包括诸如温度值之类的操作参数的冷却操作的结果可以被发送到控制器118(例如，发动机控制单元)。还可以设想其它合适的布置以适合该应用。
应该理解的是，本文中包含的各个附图中所示的连接线旨在表示各个元素之间的示例性功能关系和/或物理联接。应当注意，在实际系统中可能存在许多另选或附加的功能关系或物理连接。然而，益处、优势、问题的解决方案以及可能使任何益处、优势或解决方案出现或变得更加明显的任何要素都不应解释为关键、必须的或必要的特征或元素。因此，该范围仅受所附权利要求书限制，其中，除非明确地指出，否则单数形式的元素并非旨在表示“一个并且只有一个”，而是“一个或更多个”。此外，在权利要求书中使用类似于“A、B或C中的至少一者”的短语的情况下，该短语理应解释为指的是在一个实施方式中可以单独存在A；在一个实施方式中可以单独存在B；在一个实施方式中可以单独存在C；或者在单个实施方式中可以存在元素A、B或C的任何组合，例如A和B、A和C、B和C或A、B和C。
在本文的详细描述中，对“一个实施方式”、“一实施方式”“示例性实施方式”等的提法指示所描述的实施方式可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施方式均可以不一定包括特定的特征、结构或特性。而且，这样的短语不一定指同一实施方式。此外，在结合实施方式描述特定的特征、结构或特性的情况下，认为在本领域技术人员的知识范围内，受益于本公开，无论是否明确描述，都会影响与其它实施方式结合的该特征、结构或特性。在阅读了说明书之后，如何在另选实施方式中实施本公开，对于相关领域的技术人员将是显而易见的。
此外，无论在权利要求中是否明确叙述了元素、组件或方法步骤，本公开中的任何元素、组件或方法步骤都不旨在专用于公众。本文中的任何权利要求元素都不应根据美国法典第35卷第112(f)条的规定进行解释，除非使用短语“用于......装置”明确地叙述了该元素。如本文中所使用的，术语“包括”或其任何其它变体理应涵盖非排他性的包括，使得包括一系列元素的过程、方法、物品或设备并不只包括这些元素，而是可以包括未明确列出的或该过程、方法、物品或设备所固有的其它元素。
在不脱离当前所公开主题的范围的情况下，可以对所讨论的示例性实施方式进行各种变型和增加。例如，尽管上述实施方式涉及特定特征，但是本公开的范围还包括具有特征的不同组合的实施方式以及不包括所有描述的特征的实施方式。因此，本文所公开主题的范围理应涵盖落入权利要求的范围内的所有这样的另选、变型和变更及其所有等同形式。

Claims (30)

1.一种用于使用处理器(122)对电动车辆(102)执行冷却操作的系统，所述系统包括：
车辆监测单元(128)，所述车辆监测单元(128)被配置成监测与所述电动车辆(102)有关的一个或更多个车辆特性，所述一个或更多个车辆特性包括所述电动车辆(102)的一个或更多个组件的超前需求信息；以及
冷却控制器(126)，所述冷却控制器(126)被配置成与所述车辆监测单元(128)通信并基于与所述电动车辆(102)相关联的导航信息、热信息和环境信息中的至少一者来确定所述超前需求信息，
其中，所述冷却控制器(126)被配置成基于所述超前需求信息生成冷却命令，并基于所述冷却命令通过对所述电动车辆(102)的所述一个或更多个组件进行过冷来执行所述冷却操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述过冷是使用所述冷却命令执行的，所述冷却命令包括表示所述电动车辆(102)的至少一个电气设备的目标冷却温度的数据，所述目标冷却温度被设置为低于所述至少一个电气设备的标称温度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述超前需求信息表示所述电动车辆(102)所需的未来功率需求。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述冷却控制器(126)被配置成基于所述导航信息、所述热信息和所述环境信息中的至少一者以及所述电动车辆(102)的当前功率需求来计算所述未来功率需求。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述冷却控制器(126)被配置成使用所述电动车辆(102)的至少一个电气设备的温度来确定与所述电动车辆(102)相关联的所述热信息。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述冷却控制器(126)被配置成使用从定位系统接收的信息来确定与所述电动车辆(102)相关联的所述导航信息。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述冷却控制器(126)被配置成使用地图信息来确定与所述电动车辆(102)相关联的所述环境信息。
8.一种使用处理器(122)对电动车辆(102)执行冷却操作的方法，所述方法包括：
监测与所述电动车辆(102)有关的一个或更多个车辆特性，所述一个或更多个车辆特性包括所述电动车辆(102)的一个或更多个组件的超前需求信息；
使用与所述电动车辆(102)相关联的导航信息、热信息和环境信息中的至少一者来确定所述超前需求信息；
使用所述超前需求信息生成冷却命令；以及
使用所述冷却命令通过对所述电动车辆(102)的所述一个或更多个组件进行过冷来执行所述冷却操作。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：
为了执行所述过冷，在所述冷却命令中包括表示所述电动车辆(102)的至少一个电气设备的目标冷却温度的数据；以及
将所述目标冷却温度设置为低于所述至少一个电气设备的标称温度。
10.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括，在所述超前需求信息中包括表示所述电动车辆(102)所需的未来功率需求的数据。
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括基于所述导航信息、所述热信息和所述环境信息中的至少一者以及所述电动车辆(102)的当前功率需求来计算所述未来功率需求。
12.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：
使用所述电动车辆(102)的至少一个电气设备的温度来确定与所述电动车辆(102)相关联的所述热信息；
使用从定位系统接收的信息来确定与所述电动车辆(102)相关联的所述导航信息；以及
使用地图信息来确定与所述电动车辆(102)相关联的所述环境信息。
13.一种用于使用处理器(122)对电动车辆(102)执行冷却操作的系统，所述系统包括：
预测功率单元(300)，所述预测功率单元(300)被配置成使用超前需求信息来生成预测热信息；
电气化热管理ETM单元(302)，所述ETM单元(302)被配置成从所述预测功率单元(300)接收所述预测热信息，并使用所述预测热信息和热反馈信号(312)生成控制信号(314)；以及
ETM控制单元(304)，所述ETM控制单元(304)被配置成从所述ETM单元(302)接收所述控制信号(314)，并使用所述控制信号(314)对所述电动车辆(102)的一个或更多个组件执行所述冷却操作。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述预测热信息包括以下项中的至少一项：所述电动车辆(102)的预测发动机功率信号(308)和所述电动车辆(102)的预测电气化功率信号(310)。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述预测发动机功率信号(308)包括使用导航信息、热信息和环境信息中的至少一者的关于所述电动车辆(102)所需的未来发动机功率需求的信息。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述预测电气化功率信号(310)包括使用导航信息、热信息和环境信息中的至少一者的关于所述电动车辆(102)所需的未来电气化功率需求的信息。
17.根据权利要求13所述的系统，所述系统还包括电气化组件监测单元(306)，所述电气化组件监测单元(306)被配置成生成所述热反馈信号(312)，所述热反馈信号(312)包括表示所述电动车辆(102)的一个或更多个组件的热信息的数据。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述数据表示所述电动车辆(102)的对应组件的当前温度是否等于目标冷却温度的状况。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述ETM控制单元(304)被配置成生成状态请求信号(316)，所述状态请求信号(316)指示所述电气化组件监测单元(306)对所述电动车辆(102)的所述一个或更多个组件执行监测操作。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述电气化组件监测单元(306)响应于所述状态请求信号(316)而收集与所述电动车辆(102)的所述一个或更多个组件有关的状态信息，以评估所述冷却操作的效率。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述电气化组件监测单元(306)被配置成使用所述状态信息来生成所述热反馈信号(312)。
22.一种使用处理器(122)对电动车辆(102)执行冷却操作的方法，所述方法包括：
使用超前需求信息生成预测热信息；
使用所述预测热信息和热反馈信号(312)生成控制信号(314)；以及
使用所述控制信号(314)对所述电动车辆(102)的一个或更多个组件执行所述冷却操作。
23.根据权利要求22所述的方法，所述方法还包括在所述预测热信息中包括以下项中的至少一项：所述电动车辆(102)的预测发动机功率信号(308)和所述电动车辆(102)的预测电气化功率信号(310)。
24.根据权利要求23所述的方法，所述方法还包括在所述预测发动机功率信号(308)中包括使用导航信息、热信息和环境信息中的至少一者的关于所述电动车辆(102)所需的未来发动机功率需求的信息。
25.根据权利要求23所述的方法，所述方法还包括在所述预测电气化功率信号(310)中包括使用导航信息、热信息和环境信息中的至少一者的关于所述电动车辆(102)所需的未来电气化功率需求的信息。
26.根据权利要求22所述的方法，所述方法还包括使用表示所述电动车辆(102)的一个或更多个组件的热信息的数据生成所述热反馈信号(312)。
27.根据权利要求22所述的方法，所述方法还包括将所述电动车辆(102)的对应组件的当前温度与目标冷却温度进行比较。
28.根据权利要求22所述的方法，所述方法还包括生成状态请求信号(316)，所述状态请求信号(316)发起对所述电动车辆(102)的所述一个或更多个组件的监测操作。
29.根据权利要求28所述的方法，所述方法还包括响应于所述状态请求信号(316)而收集与所述电动车辆(102)的所述一个或更多个组件有关的状态信息，以评估所述冷却操作的效率。
30.根据权利要求29所述的方法，所述方法还包括使用所述状态信息生成所述热反馈信号(312)。
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