CN115871420A - 车辆能量管理系统、包括这种车辆能量管理系统的车辆和控制车辆能量管理系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种车辆能量管理系统、包括这种车辆能量管理系统的车辆和控制车辆能量管理系统的方法。尤其是，本发明涉及一种能够连接到车辆的车辆能量管理系统。当车辆在车辆制动模式下操作并且热量接收结构的温度水平低于预定温度范围的最大极限时，所述能量管理系统被配置成控制阀装置以将加压空气流输送到热量接收结构。

Description

车辆能量管理系统、包括这种车辆能量管理系统的车辆和控 制车辆能量管理系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于至少部分地由牵引电动机推进的车辆的车辆能量管理系统。本发明还涉及一种包括这种车辆能量管理系统的车辆、以及一种控制车辆能量管理系统的方法。尽管本发明将主要针对卡车形式的车辆，但本发明也可适用于其它类型的车辆，例如公共汽车、作业机械和其它运输车辆。

背景技术

车辆的推进系统被不断地开发以满足来自市场的需求。特定方面涉及对环境有害的废气的排放。因此，由电机推进的车辆和/或从氢燃料电池接收电力的电机越来越受欢迎，特别是对于卡车和其它重型车辆而言。

与仅由内燃发动机(ICE)推进的车辆相比，由牵引电动机推进的车辆通常难以获得通常由ICE处理的功能。例如，ICE产生的温热废气可以用于加热车辆的各种辅助部件。另一方面，牵引电动机产生热量不会达到与ICE相同的程度。因此，由牵引电动机推进的车辆受困于为其辅助部件提供足够热量的问题。

因此，希望为至少部分地由牵引电动机推进的车辆提供一种车辆能量管理系统，该能量管理系统使得能够提供对该车辆的各种部件的加热。

发明内容

因此，本发明的目的是至少部分地克服上述缺陷。

根据第一方面，提供了一种能够连接到车辆的车辆能量管理系统，该能量管理系统包括：热量接收结构，该热量接收结构易受加压空气流的影响；空气压缩机，该空气压缩机被布置成经由第一管道与周围环境流体连通并且经由第二管道与所述热量接收结构流体连通；阀装置，该阀装置被布置在空气压缩机的下游并与空气压缩机流体连通，该阀装置被配置成以可控方式将加压空气流从空气压缩机经由第一管道输送到周围环境中和/或经由第二管道输送到所述热量接收结构；以及控制单元，该控制单元连接到所述空气压缩机和阀装置，该控制单元包括控制电路，该控制电路被配置成：接收指示该车辆的当前车辆操作模式的信号，该车辆操作模式是车辆制动模式和车辆非制动模式之一，在该车辆制动模式中，车辆被控制以不超过所期望的车辆速度；接收指示所述热量接收结构的温度水平的信号；将该温度水平与预定温度范围进行比较；并且当车辆在车辆制动模式下操作并且该温度水平低于所述预定温度范围的最大极限时：控制空气压缩机以朝向所述阀装置供应加压空气流；并且控制所述阀装置以将加压空气流经由第二管道输送到所述热量接收结构。

措辞“车辆制动模式”应当被解释为当车辆正在降低车辆速度时或者当车辆正在制动以维持所期望的车辆速度时该车辆的操作状态。后一种情况例如可以是车辆在下坡行驶并且希望维持所期望的稳定车辆速度的操作状态。如果在这种情况下未制动，下坡将会使车辆增加其车辆速度。车辆制动模式优选是执行辅助制动的模式。因此，该车辆能量管理系统可以有利地形成车辆辅助制动系统的一部分，其中，空气压缩机在车辆制动模式下由辅助制动期间生成的电能运行。

此外，当车辆在车辆制动下操作时，应当理解，车辆能量管理系统消耗能量，且因此不一定取决于车辆的速度。车辆能量管理系统的能量消耗可以通过调整蓄电池的荷电状态(State-of-Charge)以具有足够的制动功率等来获得。

因此，“车辆非制动模式”应当被解释为其中车辆能量管理系统不消耗由于制动而获得的能量的模式。在车辆非制动模式下，可以替代地通过例如至少部分地耗尽蓄电池或操作燃料电池等来消耗能量，以例如为空气压缩机生成电力。因此，当车辆处于静止时或者当车辆在推进状态下操作时等，都可以获得车辆非制动模式。因此，车辆非制动模式和车辆制动模式是对立的操作模式。车辆非制动模式和车辆制动模式可以由控制单元从例如车辆的上层控制系统等接收信号来确定。因此，该上层控制系统确定出车辆当前处于其中一种模式，并向控制单元传输具有当前操作模式的信息的信号。

此外，应当容易理解，例如可以从所述热量接收结构的温度传感器接收所述热量接收结构的温度水平。然而，该温度水平可以通过温度传感器以外的其它手段来确定。例如，该车辆可以包括虚拟传感器，该虚拟传感器从地图数据确定或估算所述热量接收结构的温度水平。除了地图数据之外，该虚拟传感器还可以接收指示周围环境的信号，以估算热量所述接收结构的温度水平。

而且，并且根据一个示例实施例，所述热量接收结构可以是车辆的挂车车身、车辆驾驶室、车辆能量存储系统和车辆燃料电池系统中的至少一个。

此外，空气压缩机应当被解释为能够产生到第一管道的空气流的设备或装置。从空气压缩机供应的空气应当优选被加压并且提供与进入空气压缩机的空气的温度水平相比增加的温度水平。因此，该空气压缩机可以取决于所应用的用途而将空气加压并加热到各种水平。因此，空气压缩机因而可以由风机(air fan)形成。

本发明基于以下认识：在车辆制动模式期间，所生成的电能可以通过使用空气压缩机而有效地被以热量的形式耗散。因此，空气压缩机消耗电能以加压并加热空气。因此，优点在于，当获得在车辆制动模式期间生成的“免费能量”时，尽可能多地提供对热量接收结构的加热。因此在该操作模式中，在不超过所述预定温度范围的最大极限的情况下，热量接收结构被尽可能多地加热。因此，热量接收结构被加热而不超过最大极限，在该最大极限下，热量接收结构可能由于过度的温度暴露而损坏。通过在车辆制动模式期间尽可能多地加热热量接收结构，为热量接收结构提供了热量缓冲，以用于其中假设车辆未处于车辆制动模式的即将到来的操作状态。

在车辆制动模式期间，优选基于所执行的制动来控制空气压缩机的功率。因此，从空气压缩机到热量接收结构的加热空气流取决于当前执行的制动动作。

此外，本发明能够在不使用化石燃料的情况下使相对大量的空气流动并对其加热，从而提供一种环保的车辆能量管理系统。而且，该车辆能量管理系统可以以紧凑的方式设计，从而使其灵活且多变，并且可在车辆的各个位置上使用。

根据一个示例实施例，所述控制电路还可以被配置成：当车辆在车辆制动模式下操作并且温度水平高于所述预定温度范围的最大极限时，控制所述阀装置以将加压空气流经由第一管道输送到周围环境中。

因此，当热量接收结构的温度水平处于所述预定温度范围的最大极限时，加压空气流被引导到周围环境中。因此，优点在于，保护所述热量接收结构免于过热，并且无污染的空气被引导到周围环境中。

根据一个示例实施例，当车辆在车辆非制动模式下操作并且温度水平低于所述预定温度范围的下限时，所述控制电路还可以被配置成：控制空气压缩机以朝向所述阀装置供应加压空气流；并且控制所述阀装置以将加压空气流输送到所述热量接收结构。

因此，控制该压缩机以供应加压空气流，使得所述热量接收结构的温度水平超过所述预定温度范围的下限。由此，确保了：即使车辆未在车辆制动模式下操作，所述热量接收结构也保持在足够的温度水平。更详细地，当温度水平低于所述预定温度范围的下限并且车辆在非制动模式下操作时，所述热量接收结构被尽可能少地加热。因此，控制该空气压缩机以向所述热量接收结构供应足够量的热量。因此，并且根据一个示例实施例，当车辆在车辆非制动模式下操作并且温度水平低于所述预定温度范围的下限时，可以基于所述热量接收结构的温度水平与所述预定温度范围的下限之间的差值来控制该空气压缩机。

根据一个示例实施例，所述控制电路还可以被配置成：当车辆在车辆非制动模式下操作并且温度水平超过所述预定温度范围的下限时禁止该空气压缩机的运行。因此，如果所述热量接收结构的温度水平在可接受的极限内，则当车辆在车辆非制动模式下操作时，空气压缩机被禁止运行。

根据一个示例实施例，所述控制电路还可以被配置成：接收表示不对热量接收结构进行加热操作的基于操作者的信号；并且在接收到所述信号后，当车辆在车辆非制动模式下操作时，禁止空气压缩机的运行。

优点在于，车辆的操作者可以决定不加热所述热量接收结构。这么决定的原因例如可以是操作者知道即将到来的、其中车辆将在车辆制动模式下操作的车辆状态，等等。

根据一个示例实施例，所述热量接收结构可以是第一热量接收结构，该能量管理系统还包括与第一热量接收结构不同的第二热量接收结构，该第二热量接收结构被布置在所述阀装置的下游并经由第三管道与所述阀装置流体连通。因此，空气压缩机可以将加热的空气供应到不止一个热量接收结构。根据一个示例实施例，第一热量接收结构和第二热量接收结构可以布置成彼此并联。

根据一个示例实施例，所述控制电路还可以被配置成：确定第一热量接收结构的第一期望温度水平；确定第一热量接收结构的第一温度偏差，该第一温度偏差指示低于第一期望温度水平的当前温度水平；接收指示第二热量接收结构的温度水平的信号；确定第二热量接收结构的第二期望温度水平；确定第二热量接收结构的第二温度偏差，该第二温度偏差指示低于第二期望温度水平的当前温度水平；将第一温度偏差与第二温度偏差进行比较；当第一温度偏差大于第二温度偏差时，控制所述阀装置以将加压空气流引导到第一热量接收结构；并且当第二温度偏差大于第一温度偏差时，控制所述阀装置以将加压空气流引导到第二热量接收结构。

可以从第二温度传感器接收指示第二热量接收结构的温度极限的信号，该第二温度传感器被布置成确定或感测第二热量接收结构的当前温度。然而，并且与上文描述的类似，作为替代方案，可以从第二虚拟传感器接收第二热量接收结构的温度极限，该第二虚拟传感器从地图数据确定或估算第二热量接收结构的温度水平。

第一期望温度水平和第二期望温度水平优选被单独控制，即，它们取决于所述热量接收结构的具体结构。更详细地，第一期望温度水平可以低于第二期望温度水平，或者反过来。因此，该控制单元可以将加压空气流引导到最需要加热的部件，即使该部件比其它部件更热。因此，该控制单元可以以有效的方式进行优先加热。

根据一个示例实施例，所述控制电路还可以被配置成：接收指示从空气压缩机供应的加压空气流在所述阀装置上游的位置处的空气流温度的信号；并且基于该加压空气流的空气流温度、第一热量接收结构的温度水平和第二热量接收结构的温度水平，控制所述阀装置以将该加压空气流引导到第一热量接收结构或第二热量接收结构。

因此，控该制单元可以使到最需要加热的部件的流动方向优先。应当理解，所述阀装置可以将所接收的加压空气流分配到第一热量接收结构和第二热量接收结构二者。因此，加压空气流的第一部分可以供应到第一热量接收结构，并且加压空气流的第二部分可以供应到第二热量接收结构。

根据一个示例实施例，该车辆能量管理系统还可以包括连接到电源的电机。根据一个示例实施例，空气压缩机可以连接到该电机并且可由该电机操作。在车辆制动模式期间，该电机由通过辅助制动而生成的电力操作。该电机通过操作空气压缩机来消耗电能。因此，并且根据一个示例实施例，所述控制电路可以被配置成通过控制该电机来控制空气压缩机的运行。优选地，该电机和空气压缩机通过例如将电机的转子连接到空气压缩机的压缩机轴的轴而彼此机械连接。

根据一个示例实施例，该车辆能量管理系统还可以包括以流体连通方式处于空气压缩机与所述阀装置之间的空气加热装置。因此，该空气加热装置进一步加热从空气压缩机供应的加压空气。根据一个示例实施例，该空气加热装置可以是连接到电源的电制动电阻器。电制动电阻器可以有利地在车辆制动模式期间消耗电力以及加热从空气压缩机供应的加压空气。

根据一个示例实施例，该车辆能量管理系统还可以包括以流体连通方式在空气压缩机与所述阀装置之间的流喷射装置。流喷射装置是能够主动或被动地使流体流进入到空气压缩机下游的空气流中的设备。该流体流可以是气体(例如空气)或液体(例如，例如水)。因此，流喷射装置可以包括泵或喷射器以供应流体流，或者，流喷射装置可以布置有开口或孔口，以借助于所述流喷射装置的入口侧与外部之间的压力差(即，该开口/孔口的外端之间的压力差)而允许流体流动。

根据一个示例实施例，所述流喷射装置可以是文丘里装置。该文丘里装置可以是气体文丘里装置和液体文丘里装置中的一种或两种。该文丘里装置可以包括不止一个文丘里管，例如彼此串联布置的两个或更多个文丘里管。

根据第二方面，提供了一种车辆，该车辆包括根据上文关于第一方面描述的任一个实施例的车辆能量管理系统。

第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一方面描述的效果和特征。

根据第三方面，提供了一种控制连接到车辆的车辆能量管理系统的方法，该车辆管理系统包括：热量接收结构，该热量接收结构易受加压空气流的影响；空气压缩机，该空气压缩机被布置成经由第一管道与周围环境流体连通并且经由第二管道与热量接收结构流体连通；以及阀装置，该阀装置被布置在空气压缩机的下游并与空气压缩机流体连通，该阀装置被配置成以可控方式将加压空气流从空气压缩机经由第一管道输送到周围环境中和/或经由第二管道输送到所述热量接收结构；其中，该方法包括：确定车辆的当前车辆操作模式，该车辆操作模式是车辆制动模式和车辆非制动模式之一，在该车辆制动模式中，车辆被控制以不超过所期望的车辆速度；确定所述热量接收结构的温度水平；将该温度水平与预定温度范围进行比较；并且，当车辆在车辆制动模式下操作并且该温度水平低于所述预定温度范围的最大极限时：控制空气压缩机以朝向所述阀装置供应加压空气流；并且控制所述阀装置以将加压空气流经由第二管道输送到所述热量接收结构。

第三方面的效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一方面描述的效果和特征。

根据第四方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序包括程序代码组件，当程序代码组件在计算机上运行时，该程序代码组件用于执行上文描述的第三方面的步骤。

根据第五方面，提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质携载计算机程序组件，当该计算机程序组件在计算机上运行时，该计算机程序组件用于执行上文描述的第三方面的步骤。

第四方面和第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一方面描述的效果和特征。

当研究所附权利要求和以下说明书时，其它特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以组合不同的特征来创建不同于下文中所描述的实施例。

附图说明

通过以下示例性实施例的说明性而非限制性的详细描述，将更好地理解以上以及附加的目的、特征和优点，其中：

图1是示出了卡车形式的车辆的示例实施例的侧视图；

图2是根据一个示例实施例的车辆能量管理系统的示意图；

图3是根据另一示例实施例的车辆能量管理系统的示意图；

图4是根据又一示例实施例的车辆能量管理系统的示意图；并且

图5是根据一个示例实施例的控制能量管理系统的方法的流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，附图中示出了示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性而提供的。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。

特别参考图1，其中描绘了卡车形式的车辆10。该车辆包括用于推进该车辆的车轮的牵引电动机101。在示例实施例中，牵引电动机101是被布置成从能量存储系统(例如，蓄电池)或直接从下文将更详细描述的燃料电池系统接收电力的电机。车辆10还包括如下文还将更详细描述的用于控制各种操作的控制单元114、以及被布置成控制热量分布的车辆能量管理系统100(图1中未详细示出)。如图1中可见，该车辆还包括挂车20。该挂车包括热量接收结构200(在图1中被示意性地示出为车辆的挂车车身)。因此，热量接收结构200被布置成接收来自车辆能量管理系统100的加热空气，如下文将更详细描述的。应当容易理解，其它车辆部件也落入热量接收结构200的范围内。例如，该热量接收结构可以是车箱体、车辆驾驶室、车辆能量存储系统(例如车辆蓄电池)、车辆燃料电池系统等。综上所述，应布置在特定温度范围内的部件就是根据这种定义的热量接收结构。

作为热量接收结构200的另一示例，该部件可以被布置为热交换器的形式。在这种情况下，该热交换器接收来自下方阀装置150的空气。进入热交换器的液体然后可以被相对温热的空气加热。

尽管图1示出了卡车，但其它车辆也可以设置有下文所述的车辆能量管理系统100。例如，至少部分地由牵引电动机推进的作业机械是另一种可以有利地包括车辆能量管理系统100的车辆。在这种情况下，该热量接收结构例如是这种作业机械的铲斗或翻斗车身。

为了更详细地描述车辆能量管理系统100，参考图2，图2是根据一个示例实施例的车辆能量管理系统100的示意图。

可以看出，车辆能量管理系统100包括空气压缩机106、阀装置150和热量接收结构200。空气压缩机106和阀装置150被布置成彼此流体连通。更具体地，空气压缩机106被布置成经由空气入口管道111接收环境空气并对该空气进行加压，然后经由空气出口管道111'朝向阀装置150输送该空气。阀装置150被布置成以可控方式把来自空气压缩机106的加压空气流经由第一管道113输送到周围环境160中和/或经由第二管道112输送到热量接收结构200。因此，热量接收结构200布置在阀装置150的下游。

可以看出，控制单元114连接到空气压缩机106、阀装置150和热量接收结构200。尽管未示出，但热量接收结构200可以包括被配置成检测热量接收结构200的温度水平的温度传感器。在这种情况下，该温度传感器连接到控制单元114，以用于传输表示热量接收结构200的温度的信号。

控制单元114可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其它可编程设备。控制单元114还可以包括或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件或数字信号处理器。在控制单元114包括诸如上文提到的微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器的可编程设备的情况下，所述处理器还可以包括控制可编程设备的操作的计算机可执行代码。

热量接收结构200是车辆的一个部件，其需要特定温度以实现最佳操作，或用于将运输材料保持在特定的期望温度水平。上文描述了特定类型的热量接收结构200的各种非限制性示例。

在操作期间，空气压缩机106经由空气入口管道111接收环境空气。该环境空气被空气压缩机106加压并从空气压缩机106排放到空气出口管道111'中。当环境空气被空气压缩机106加压时，该环境空气的温度水平也升高。因此，与通过空气入口管道111供应到空气压缩机106的环境空气相比，排放到空气出口管道111'中的加压空气具有更高的温度水平。空气压缩机106优选通过消耗电能来控制。更详细地，空气压缩机106是由电力直接操作或经由电机(参见图4中描绘的示例实施例)操作以(例如，经由机械轴)控制空气压缩机的旋转的电力消耗装置。如从以下描述中显而易见的，空气压缩机106可以在车辆制动模式期间操作，其中，空气压缩机106在例如车辆10的再生制动操作期间通过接收电力来操作。空气压缩机106还可以直接从蓄电池接收电力。尽管附图中未示出，但车辆能量管理系统100还可以包括在阀装置150与热量接收结构200之间(即，在第二管道112中)的热交换器。因此，空气在进入热量接收结构200之前先进入这种热交换器。能量管理系统100还可以包括连接到这种热交换器的油系统，以便改善其它功能，例如冷启动问题等。

下面将描述用于图2的示例实施例的车辆能量管理系统100的控制功能。为了简化关于这些控制功能的阅读，图2中的热量接收结构200将被称为挂车车身202。然而，应当容易理解，以下公开内容同样适用于其它类型的热量接收结构。

在操作期间，控制单元114接收来自挂车车身202的信号。从挂车车身接收的该信号指示了挂车车身202的当前温度水平。控制单元114将该温度水平与预定温度范围进行比较。该预定温度范围的下限是挂车车身202可接受的最低温度。例如，为了避免挂车车身内的物料或货物结冰，挂车车身202的温度水平应当高于该下限。该预定温度范围的最大极限是挂车车身202可接受的最大温度。例如，挂车车身的温度水平不应超过最大值以避免挂车车身202中的物料或货物的高温损坏。因此，应当容易理解，该预定温度范围是一个动态范围，其取决于例如热量接收结构200的特定类型和/或热量接收结构200内部存在的特定物料或货物。

如果车辆10在车辆制动模式下操作并且挂车车身202的温度水平低于该预定温度范围的最大极限，则控制单元114控制空气压缩机106运行并对从空气入口管道111接收的环境空气流进行加压。被加压并加热的空气流朝向阀装置150供应。控制单元114还控制该阀装置以将加压并加热的空气流引导到挂车车身202。

在车辆制动模式期间，空气压缩机106通过在该操作模式期间生成的电力来运行。因此，车辆能量管理系统100消耗电力，该电力用于加热挂车车身202。因此，当车辆在车辆制动模式下操作时，挂车车身被尽可能多地加热。然而，如果挂车车身202的温度水平超过该预定温度范围的最大极限，则控制单元114控制阀装置150以将加压并加热的空气流经由第一管道113引导到周围环境中，以便避免挂车车身202的过热。

如果车辆在非车辆制动模式下操作，并且如果挂车车身202的温度水平低于该预定温度范围的最低极限，则控制单元114控制空气压缩机106以加压并加热通过空气入口管道111接收的环境空气。控制单元114还控制阀装置150以将加压并加热的空气流经由第二管道112引导到挂车车身202。在这种情况下，空气压缩机106通过从电源(未示出)(例如蓄电池或燃料电池装置)接收的电力来运行。因此，该电源至少部分地被耗尽电力，并且挂车车身202仅被加热到温度水平超过预定阈值的最低极限的程度，从而避免了挂车车身202内部的物料或货物结冰。

当车辆在车辆非制动模式下操作并且挂车车身202的温度水平低于该预定温度范围的最低极限时，为了“尽可能少地”加热，控制单元114基于挂车车身202的温度水平与该预定温度范围的最低极限之间的差值来控制空气压缩机106。作为比较，当车辆在车辆制动模式下操作时，控制单元114基于在车辆制动模式期间生成的可用电力来控制空气压缩机。因此，基于车辆10的当前操作模式以不同方式控制空气压缩机106。

此外，当车辆在车辆非制动模式下操作并且挂车车身202的温度水平高于预定温度范围的最低极限时，控制单元114禁止空气压缩机106的运行。因此，控制单元114关闭空气压缩机106。

更进一步地，作为替代方案，控制单元114可以接收基于操作者的信号。从按下按钮或等效物的操作者接收所述基于操作者的信号。当控制单元114接收到所述基于操作者的信号并且车辆在非车辆制动模式下操作时，控制单元114禁止空气压缩机106的运行。

可能存在车辆需要执行紧急制动操作的例外情况。在这种情况下，并且在不太可能的情形中，阀装置150由于某种原因而发生故障并且不能引导来自空气压缩机106的被加压并加热的空气，即使温度水平高于该预定温度范围的最大极限，所述被加压并加热的空气也允许引导到挂车车身202。这种例外情况仅适用于短的时间段，并且在这种情况下车辆也应当使用车辆行车制动器来停车。

为了描述车辆能量管理系统100的另一示例实施例，现在参考图3。图3的实施例包括与上文参照图2描述的实施例类似的特征。因此，将不再参照图3详细描述类似的特征。

如图3可见，所例示的车辆能量管理系统100包括第一热量接收结构200和第二热量接收结构200'。第一热量接收结构200以与上文参照图2描述的热量接收结构200类似的方式布置，即，第一热量接收结构200布置在阀装置150的下游并经由第二管道112与阀装置150流体连通。第二热量接收结构200'布置在阀装置150的下游并经由第三管道112'与阀装置150流体连通。优选地，并且如图3所示，第一热量接收结构200和第二热量接收结构200'被布置成彼此并联。

因此，图3中的阀装置150被布置成以可控方式将被加压并加热的空气流从空气压缩机引导到第一热量接收结构200和/或第二热量接收结构200'。下面将描述图3中描绘的车辆能量管理系统100的操作功能。第一热量接收结构200在下文中将被称为燃料电池壳体204，该燃料电池壳体204包括被布置成生成电力的燃料电池系统。第二热量接收结构200'在下文中将被称为蓄电池206。

在运行期间，控制单元114以与上文参照图2的实施例所描述的类似的方式接收指示燃料电池壳体204的温度水平的信号。控制单元114还确定燃料电池壳体204的第一期望温度水平。该第一期望温度水平可以是第一预定温度范围，其中，燃料电池壳体204的温度水平应当优选在处于第一温度下限与第一温度最大极限之间的第一预定温度范围内。控制单元114确定燃料电池壳体204的第一温度偏差。该第一温度偏差是燃料电池壳体204的当前温度水平与所述第一期望温度水平之间的差值。

控制单元114还被配置成接收指示蓄电池206的温度水平的信号。还确定蓄电池206的第二期望温度水平。该第二期望温度水平可以是第二预定温度范围，其中，蓄电池206的温度水平应当在第二预定温度范围内，在第二温度下限与第二温度最大极限之间。与燃料电池壳体204类似，控制单元114被配置成确定该蓄电池的第二温度偏差，即，蓄电池206的当前温度水平与所述第二期望温度水平之间的差值。

此后，控制单元114将第一温度偏差和第二温度偏差相互比较。基于该比较，控制单元114控制阀装置150以将加压并加热的空气流从空气压缩机106引导到燃料电池壳体204和/或蓄电池206。优选地，当第一温度偏差大于第二温度偏差时，阀装置150被控制以将加压并加热的空气流引导到燃料电池壳体204。另一方面，当第二温度偏差大于第一温度偏差时，阀装置150被控制以将加压并加热的空气流引导到所述蓄电池。

应当理解，阀装置150也被布置成能够将来自空气压缩机106的被加压并加热的空气的一部分引导到燃料电池壳体204，并将其另一部分引导到蓄电池206。输送到燃料电池壳体204或蓄电池206的比率取决于各自部件的温度水平以及车辆是在车辆制动模式还是在车辆非制动模式下操作。因此，该比率取决于可用的已加热空气。

根据一个示例，控制单元114还被配置成接收指示从所述空气压缩机供应的加压空气流在阀装置150上游的位置处的空气流温度的信号。例如，可以从布置在空气出口管道111'中的温度传感器(未示出)接收该空气流温度。基于加压空气流的空气流温度，控制单元114控制阀装置150，以将被加压并加热的空气流引导到燃料电池壳体204和/或蓄电池206。

此外，应当容易理解，关于在车辆制动模式或车辆非制动模式下操作的车辆，图3中的车辆能量管理系统100能以与图2中的车辆能量管理系统100类似的方式操作。详细地，当车辆10在车辆制动模式下操作时，控制单元114控制空气压缩机106和所述阀装置，使得燃料电池壳体204和/或蓄电池206被尽可能多地加热，同时仍然在不超过它们各自的最大温度极限的情况下以上文描述的优先级维持所期望的制动功率。因此，使用了在车辆制动模式期间获得的“免费能量”。当车辆10在非制动模式下操作时，控制单元114在燃料电池壳体204和蓄电池206的温度水平不降低到低于它们各自的温度下限的情况下以上文描述的优先级控制空气压缩机106和阀装置150，使得燃料电池壳体204和/或蓄电池206被尽可能少地加热。因此，当燃料电池壳体204的温度水平和蓄电池206的温度水平超过它们各自的最大温度极限时，阀装置150显然还被布置成控制来自空气压缩机106的被加压并加热的空气流，以将其引导到周围环境中。

尽管图2描绘了单个热量接收结构200并且图3示出了两个热量接收结构，但本发明适用于甚至包括被布置成彼此并联或布置成彼此串联的其它热量接收结构的车辆能量管理系统。

现在参考图4以描述车辆能量管理系统100的又一示例实施例。图4中的实施例仅描述了布置在阀装置150上游的部件。因此，图4中的车辆能量管理系统100的功能操作与上文参照图2和图3所描述的相同。控制单元114在图4和以下描述中被省略，但它应被解释为也包含在本示例实施例中。

如图4中可见，车辆能量管理100包括电机102，该电机102被布置成从电源104接收电力103。电源104例如可以是车辆蓄电池或燃料电池系统。作为另一种选择，电源104可以由逆电器或其它电机等形成。因此，该电源的目的是为所述电机供应电力。根据一个示例，该电源还可以被布置成从车辆的牵引电动机101接收电力。此外，电机102还可以连接到车辆10的冷却系统105。冷却系统105可以是液冷系统或风冷系统。

车辆能量管理系统100还包括上文描述的空气压缩机106，这里，该空气压缩机106机械连接到电机102并由电机102操作。优选地，空气压缩机106由轴107机械连接到电机102。

能量管理系统100还包括空气加热装置108、110。在图4中，空气加热装置108、110被示出和描述为电空气加热装置108和热交换器110。然而，应当容易理解，能量管理系统100可以仅包括电空气加热装置108和热交换器110中的一个。因此，可以在能量管理系统100中省略电空气加热装置108和热交换器110中的一个，但为了简化对本实施例的描述，二者都被示出。

电空气加热装置108可以在空气压缩机106下游的位置处布置在空气出口管道111'中，即，用于接收来自空气压缩机106的加压空气。电空气加热装置108连接到电源104。在图4中，为了便于理解，电源104被描绘为两个部件。应当容易理解，该电源可以是单个部件或多个分开的部件。

电空气加热装置108优选被实施为包括电制动电阻器的电制动电阻器装置的形式。因此，电空气加热装置108接收来自空气压缩机106的加压空气，由此，空气在该电空气加热装置中被从电源104接收的电力加热。之后，该空气优选被朝向阀装置150供应。

根据一个示例实施例，该电空气加热装置可以是风冷式电空气加热装置，例如风冷式电制动电阻器。因此，当接收电力时，该电空气加热装置由它从空气流产生单元接收的空气冷却。其它替代方案也是可以想到的。

此外，热交换器110在空气入口管道111中布置在空气压缩机106的上游并与空气压缩机106流体连通。热交换器110在图4中被布置为连接到车辆10的冷却系统105的热交换器。因此，该热交换器从冷却系统105接收液体流体并在空气被输送到空气压缩机106之前对该空气进行预热。因此，热交换器110优选是空气-液体热交换器，但作为替代方案，它也可以是空气-空气热交换器，其使用相对温热的空气来加热被供应到空气压缩机106的空气。作为未绘出的替代方案，热交换器110可以由电机102代替。在这种情况下，该电机接收空气，并在空气被供应到空气压缩机106之前对该空气进行预热。热交换器110也可以布置在车辆能量管理系统100的除了图4所描绘的位置之外的其它位置。例如，热交换器110可以在空气压缩机106下游的空气出口管道111'中。

此外，能量管理系统100包括定位在空气出口管道111'中的流喷射装置402。流喷射装置402布置在空气压缩机106的下游并与空气压缩机106流体连通，即，流喷射装置402接收从空气压缩机106排放的加压空气。尽管图4中未详细绘出，但流喷射装置402包括被配置成允许流体流进入从空气压缩机106排放的空气流中的部分。如图4中可见，流喷射装置402被布置为文丘里装置的形式，该文丘里装置包括收缩部分115。收缩部分115被布置为该文丘里装置的直径减小部，在该直径减小部中，来自空气压缩机106的空气流的流速将增加。被构造为允许流体流进入该文丘里装置中的所述部分优选布置在该文丘里装置的收缩部分115处。如图4中可见，该部分被布置为孔口404，流体流109可以在该孔口中进入收缩部分115。根据图4中描绘的示例实施例，文丘里装置402布置在电空气加热装置108的下游并与电空气加热装置108流体连通。然而，应当容易理解，文丘里装置402可布置在电空气加热装置108的上游并与电空气加热装置108流体连通，即，布置在空气压缩机106与电空气加热装置108之间。

尽管图中未示出，但车辆能量管理系统100可以包括其它特征，例如定位在空气出口管道111'中的限流装置。这种限流装置可以有利地增加空气出口管道111'中的空气流的压力水平。该限流装置优选布置在空气压缩机106的下游。车辆能量管理系统100还可以在空气出口管道111'中在空气压缩机106与阀装置150之间的位置处包括消音器。

为了总结，参考图5，图5是根据一个示例实施例的控制如上文所述的车辆能量管理系统100的方法的流程图。

作为起始阶段，确定S1车辆的当前车辆操作模式。而且，确定S2热量接收结构200的温度水平，并将该温度水平与预定温度范围进行比较S3。

如果车辆在车辆制动模式下操作并且热量接收结构200的温度水平低于所述温度范围的最大极限，则控制S4空气压缩机，以朝向阀装置150供应加压空气流。基于所期望的制动来控制该空气压缩机的功率水平。控制S5阀装置150以将加压空气流引导到热量接收结构200。

另一方面，如果车辆10在车辆制动模式下操作并且热量接收结构200的温度水平高于所述预定温度范围的最大极限，则控制S6阀装置150，以将加压空气流引导到周围环境160中。

如果车辆10未在车辆制动模式下操作(即，车辆10在车辆非制动模式下操作)并且热量接收结构200的温度水平低于所述预定温度范围的下限，则控制S7空气压缩机106，以朝向阀装置150供应加压空气流。控制S8阀装置150以将加压空气流引导到热量接收结构200。这里，基于热量接收结构200的所期望的温度升高来控制空气压缩机106的功率水平。

另一方面，如果车辆10在车辆非制动模式下操作并且热量接收结构200的温度水平高于所述预定温度范围的下限，则禁止S9空气压缩机106的进一步运行。

应当理解，本公开不限于上文所述和附图中示出的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。

Claims (14)

1.一种能够连接到车辆的车辆能量管理系统，所述能量管理系统包括：

热量接收结构，所述热量接收结构易受加压空气流的影响；

空气压缩机，所述空气压缩机被布置成经由第一管道与周围环境流体连通，并且经由第二管道与所述热量接收结构流体连通；

阀装置，所述阀装置被布置在所述空气压缩机的下游并与所述空气压缩机流体连通，所述阀装置被配置成以可控方式将加压空气流从所述空气压缩机经由所述第一管道输送到周围环境中和/或经由所述第二管道输送到所述热量接收结构；以及

控制单元，所述控制单元连接到所述空气压缩机和所述阀装置，所述控制单元包括控制电路，所述控制电路被配置成：

接收指示所述车辆的当前车辆操作模式的信号，所述车辆操作模式是车辆制动模式和车辆非制动模式之一，在所述车辆制动模式中，所述车辆被控制以不超过所期望的车辆速度；

接收指示所述热量接收结构的温度水平的信号；

将所述温度水平与预定温度范围进行比较；并且当所述车辆在所述车辆制动模式下操作并且所述温度水平低于所述预定温度范围的最大极限时：

控制所述空气压缩机以朝向所述阀装置供应加压空气流；并且

控制所述阀装置以将所述加压空气流经由所述第二管道输送到所述热量接收结构。

2.根据权利要求1所述的车辆能量管理系统，其中，所述控制电路还被配置成：

当所述车辆在所述车辆制动模式下操作并且所述温度水平高于所述预定温度范围的最大极限时，控制所述阀装置以将所述加压空气流经由所述第一管道输送到周围环境中。

3.根据权利要求1或2所述的车辆能量管理系统，其中，所述控制电路还被配置成：当所述车辆在所述车辆非制动模式下操作并且所述温度水平低于所述预定温度范围的下限时，

控制所述空气压缩机以朝向所述阀装置供应加压空气流；并且

控制所述阀装置以将所述加压空气流输送到所述热量接收结构。

4.根据权利要求3所述的车辆能量管理系统，其中，当所述车辆在所述车辆非制动模式下操作并且所述温度水平低于所述预定温度范围的下限时，基于所述热量接收结构的所述温度水平与所述预定温度范围的下限之间的差值来控制所述空气压缩机。

5.根据权利要求3所述的车辆能量管理系统，其中，所述控制电路还被配置成：

当所述车辆在所述车辆非制动模式下操作并且所述温度水平超过所述预定温度范围的所述下限时，禁止所述空气压缩机的运行。

6.根据权利要求1或2所述的车辆能量管理系统，其中，所述控制电路还被配置成：

接收表示不对所述热量接收结构进行加热操作的基于操作者的信号；并且在接收到所述信号后，

当所述车辆在所述车辆非制动模式下操作时，禁止所述空气压缩机的运行。

7.根据权利要求1或2所述的车辆能量管理系统，其中，所述热量接收结构是第一热量接收结构，所述能量管理系统还包括与所述第一热量接收结构不同的第二热量接收结构，所述第二热量接收结构被布置在所述阀装置的下游并经由第三管道与所述阀装置流体连通。

8.根据权利要求7所述的车辆能量管理系统，其中，所述控制电路还被配置成：

确定所述第一热量接收结构的第一期望温度水平；

确定所述第一热量接收结构的第一温度偏差，所述第一温度偏差指示低于所述第一期望温度水平的当前温度水平；

接收指示所述第二热量接收结构的温度水平的信号；

确定所述第二热量接收结构的第二期望温度水平；

确定所述第二热量接收结构的第二温度偏差，所述第二温度偏差指示低于所述第二期望温度水平的当前温度水平；

将所述第一温度偏差与所述第二温度偏差进行比较；

当所述第一温度偏差大于所述第二温度偏差时，控制所述阀装置以将所述加压空气流引导到所述第一热量接收结构，并且

当所述第二温度偏差大于所述第一温度偏差时，控制所述阀装置以将所述加压空气流引导到所述第二热量接收结构。

9.根据权利要求7所述的车辆能量管理系统，其中，所述控制电路还被配置成：

接收指示从所述空气压缩机供应的所述加压空气流在所述阀装置上游的位置处的空气流温度的信号；并且

基于所述加压空气流的所述空气流温度、所述第一热量接收结构的温度水平和所述第二热量接收结构的温度水平，控制所述阀装置以将所述加压空气流引导到所述第一热量接收结构或所述第二热量接收结构。

10.根据权利要求1或2所述的车辆能量管理系统，其中，所述车辆能量管理系统还包括连接到电源的电机。

11.根据权利要求1或2所述的车辆能量管理系统，还包括以流体连通方式处于所述空气压缩机与所述阀装置之间的空气加热装置。

12.一种车辆，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的车辆能量管理系统。

13.一种控制连接到车辆的车辆能量管理系统的方法，所述车辆能量管理系统包括：

热量接收结构，所述热量接收结构易受加压空气流的影响；

空气压缩机，所述空气压缩机被布置成经由第一管道与周围环境流体连通并且经由第二管道与所述热量接收结构流体连通；以及

阀装置，所述阀装置被布置在所述空气压缩机的下游并与所述空气压缩机流体连通，所述阀装置被配置成以可控方式将加压空气流从所述空气压缩机经由所述第一管道输送到周围环境中和/或经由所述第二管道输送到所述热量接收结构；

其中，所述方法包括：

确定(S1)所述车辆的当前车辆操作模式，所述车辆操作模式是车辆制动模式和车辆非制动模式之一，在所述车辆制动模式中，所述车辆被控制以不超过所期望的车辆速度；

确定(S2)所述热量接收结构的温度水平；

将所述温度水平与预定温度范围进行比较(S3)；并且当所述车辆在所述车辆制动模式下操作并且所述温度水平低于所述预定温度范围的最大极限时：

控制(S4)所述空气压缩机以朝向所述阀装置供应加压空气流；并且

控制(S5)所述阀装置以将所述加压空气流经由所述第二管道输送到所述热量接收结构。

14.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质携载计算机程序组件，当所述计算机程序组件在计算机上运行时，所述计算机程序组件用于执行权利要求13所述的方法。

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