CN117261532A - 用于车辆热管理的方法、热管理系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供了一种用于车辆热管理的方法。该方法包括在车辆处于热泵采暖模式的状态下，基于车辆所处的环境温度以及室外换热器出口温度来检测结霜临界条件；响应于检测到结霜临界条件被满足，基于环境温度以及室外换热器出口温度，使车辆的压缩机的转速降低至预定转速并运转一段预定时间；获取更新的环境温度以及更新的室外换热器出口温度；以及基于更新的环境温度以及更新的室外换热器出口温度，执行针对车辆的化霜。该方法采用两级结霜条件判断，先进行防结霜保护并且在必要时采用主动化霜或自然化霜进行化霜，能够有效化霜的同时降低能耗。通过使电机回路参与主动化霜，提高了化霜效果的同时避免了对电池续航的影响。

Description

用于车辆热管理的方法、热管理系统和车辆

技术领域

本公开的示例实施例总体涉及车辆领域，特别地涉及用于车辆热管理的方法、热管理系统和车辆。

背景技术

近年来，汽车行业节能减排的要求越来越严格，诸如电动汽车等的新能源车辆由于其节能环保的优良特性，越来越受到大家的欢迎，正逐渐成为汽车行业未来发展的关注点。电动汽车不同于传统燃油汽车，其动力源仅靠动力电池进行提供，其热管理系统也不同于传统汽车。

电动汽车采用热泵空调的热管理系统在冬季制热循环时，车外换热器作为蒸发器吸收车外环境的热量。由于冬季车外环境温度较低，如果车外换热器表面温度低于空气露点温度，则空气中的水分会在车外换热器表面结露、结霜，霜层会阻碍车外换热器与外界环境的热量交换，不利于系统的正常运行，甚至无法提供正常的采暖功能。因此，纯电动汽车热泵型空调冬季除霜已成为该领域一个必需解决的问题。对于带热泵系统的纯电动汽车，对于结霜的判断策略和化霜的执行策略已经成为重点课题。

发明内容

在本公开的第一方面，提供了一种用于车辆热管理的方法。所述方法包括：在车辆处于热泵采暖模式的状态下，基于所述车辆所处的环境温度以及室外换热器出口温度来检测结霜临界条件；响应于检测到所述结霜临界条件被满足，基于所述环境温度以及所述室外换热器出口温度，使所述车辆的压缩机的转速降低至预定转速并运转一段预定时间；获取更新的环境温度以及更新的室外换热器出口温度；以及基于所述更新的环境温度以及所述更新的室外换热器出口温度，执行针对所述车辆的化霜。

在一些实施例中，检测所述结霜临界条件包括：获取所述环境温度；以及响应于所述环境温度在结霜温度范围内，获取室外换热器出口温度。

在一些实施例中，检测所述结霜临界条件还包括：响应于所述环境温度与所述室外换热器出口温度的差值大于或等于第一温度阈值，确定所述结霜临界条件被满足。

在一些实施例中，执行针对所述车辆的化霜包括：响应于所述更新的环境温度以及所述更新的室外换热器出口温度的差值大于或等于第二温度阈值，执行针对所述车辆的化霜，其中所述第二温度阈值大于所述第一温度阈值。

在一些实施例中，执行针对所述车辆的化霜包括：检测主动化霜条件；以及响应于检测到所述主动化霜条件被满足，执行主动化霜并使电机热管理回路参与所述化霜。

在一些实施例中，主动化霜条件包括关闭主动进气格栅。

在一些实施例中，执行针对所述车辆的化霜还包括：响应于检测到所述主动化霜条件未被满足，并且所述更新后的环境温度大于第三温度阈值，采用自然化霜方式执行所述化霜。

在一些实施例中，在所述主动化霜期间，采用PTC加热方式满足所述车辆的乘员舱和电池中的至少一项的采暖需求。

根据本公开实施例的第二方面，提供了一种车辆的热管理系统。该车辆的热管理系统包括一个或多个处理器；以及存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如前文中第一方面所述的方法。

根据本公开实施例的第三方面，提供了一种车辆。该车辆包括根据前文中第二方面所述的热管理系统。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本公开的一个实施例的用于车辆的热管理系统的简化示意图；

图2示出了根据本公开的一个实施例的用于车辆热管理的方法的逻辑示意图；

图3示出了根据本公开的一个实施例的主动化霜模式下乘员舱采暖并且电机回路参与化霜的示意图；

图4示出了根据本公开的一个实施例的主动化霜模式下乘员舱和电池采暖并且电机回路参与化霜的示意图；以及

图5示出了根据本公开的一个实施例的用于车辆热管理的方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。

此外，在此使用的术语“响应于”表示相应的事件发生或者条件得以满足的状态。将会理解，响应于该事件或者条件而被执行的后续动作的执行时机，与该事件发生或者条件成立的时间，二者之间未必是强关联的。例如，在某些情况下，后续动作可在事件发生或者条件成立时立即被执行；而在另一些情况下，后续动作可在事件发生或者条件成立后经过一段时间才被执行。

新能源汽车的发展，近年来在全球范围内愈发地被重视，新能源车有望解决传统燃油车带来的环境污染问题。新能源车和传统燃油车最大的不同在于动力系统，进而导致热管理及空调系统发生巨大变化，热泵技术在新能源车领域已成为未来发展趋势，新能源车的发展带动传统汽车空调企业快速转型，国内外企业都在加紧布局空调热泵系统，以期在未来市场上占有更多份额。

热泵空调是一种可以将低位热源的热能强制转移到高位热源的空调装置。热泵系统中可以使热泵空调的蒸发器和冷凝器功能互相对换，改变热量转移方向，从而达到夏天制冷冬天制热的效果。热泵型热管理系统在低温制热工况下运行时，换热器的结霜不可避免，除霜问题已经成为热泵型汽车空调的重要研究课题。

传统的热管理系统在根据环境温度湿度等一些参数判断满足结霜条件后，会直接进行化霜处理。在化霜时，由于需要PTC加热的方式单独为乘员舱取暖，从而造成了能耗增加。此外，在化霜时考虑到乘员舱的舒适性等因素，通常使电池热管理回路参与除霜，即，采用电池制冷循环。这就造成了电池温度降低，电池电量降低，续航里程缩短，从而影响到了用户体验。此外，在采用乘员舱热管理回路进行除霜时，为了不影响乘员舱的体验，通常需要使用PTC再单独加热乘员舱，从而造成了能耗的增加。

本公开的实施例提供了一种用于车辆热管理的方法和热管理系统，以解决和至少部分地解决传统的热管理系统和车辆热管理方法中存在的上述问题或者其他潜在问题。图1示出了根据本公开的一个实施例的用于新能源车辆的热管理系统的简化示意框图。整个热管理系统包括诸如乘员舱热管理回路101、电池热管理回路103以及电机热管理回路102等多个回路。电池热管理回路103是为动力电池进行热管理的回路，其能够在适当条件下为电池进行降温或升温，以保障动力电池在安全温度下充放电。电机热管理回路102为对电驱系统进行热管理的回路，其可以为电驱组件降温或升温，以保障电驱系统的稳定。电驱系统可以包括电机控制器、直流(DC-DC)转换器以及车载充电器(On Board Charger，OBC)等。

通常来讲，如果按冷却介质分热管理系统又可以分为制冷剂回路104和冷却液回路。乘员舱热管理回路101可以由PTC加热器加热来实现乘员舱的采暖。乘员舱热管理回路101、电池热管理回路103和电机热管理回路102一般为冷却液回路。乘员舱热管理回路101、电池热管理回路103和电机热管理回路102可以通过制冷器(Chiller)或者冷凝器等来与制冷剂回路104进行热交换。室外热交换器位于制冷剂回路104中。

根据本公开实施例的用于车辆热管理的方法，采用两级结霜条件判断的方式，在第一级结霜临界条件(下文中也被称为第一结霜条件)满足后先进行防结霜保护策略。如果经过预定时间后还满足第二结霜条件，再执行化霜。一方面，通过两级条件判断能够有效地进行化霜。另一方面，采用结霜保护以及化霜处理两级操作进行化霜使得能效比更高。此外，根据本公开实施例的方法还能够采用在满足一定条件的情况下进行自然化霜，进一步降低了车辆的能耗。更进一步地，根据本公开实施例的方法还能够采用电机热管理回路102参与化霜。这种方式能够利用电驱系统的余热来执行化霜，并且不会影响电池和乘员舱的温度，能够进一步提高化霜速度。图2示出了根据本公开实施例的用于车辆热管理方法的逻辑示意图。下面将结合图2来描述根据本公开实施例的方法。

在车辆采用热泵采暖模式的状态下，热管理系统会基于车辆所处的环境温度以及换热器出口温度来检测结霜临界条件。这里的结霜临界条件即为前文中所提到的第一级结霜条件的判断。在检测结霜临界条件之前，热管理系统可以先获取环境温度，如果环境温度不满足结霜温度范围(例如，-10℃～5℃)，则可以判断室外换热器不会结霜，从而不再需要进行其他操作，从而提高了执行效率并降低了能耗。在环境温度满足预定阈值范围的情况下，热管理系统再获取室外换热器出口温度，并基于环境温度和换热器出口温度两者来检测结霜临界条件。结霜临界条件是结合环境温度、湿度以及换热器出口温度等参数值来综合判断的。如果检测到环境温度和换热器出口温度等参数满足结霜临界条件，即，检测到结霜临界条件被满足，则会基于环境温度和换热器出口温度来使车辆的压缩机的转速降低至预定转速运转一段预定时间，来由此执行防结霜保护策略。

在一些实施例中，可以根据环境温度和换热器出口温度的差值来确定是否满足结霜临界条件。例如，在确定环境温度减去换热器出口温度的差值大于或等于第一温度阈值，则确定结霜临界条件被满足，从而需要将压缩机的转速降低以执行防结霜保护策略。该第一温度阈值可以通过实验得出。例如，根据所处地区的不同，第一温度阈值可以不同。例如，在一些实施例中，第一温度阈值可以设置在10℃左右。

当然，应当理解的是，本文中所提到的具体的温度或者温度范围都是为了便于理解而示例性提出的，并不旨在限制根据本公开的保护范围。根据环境温度、湿度以及海拔等参数的不同，本文中所提到的温度阈值或温度范围可以采用其他任意适当的数值。

在防结霜保护策略中，压缩机被降速后的预定转速可以根据环境温度和换热器出口温度的不同而不同。也就是说，在检测到结霜临界条件被满足之后，根据环境温度和换热器出口温度的不同，会降低至不同的预定转速，并在该预定转速下运转一段预定时间(例如，可以是几分钟)。

由此可见，与传统的方案中只要判断存在结霜条件就会开启主动化霜并由PTC对乘员舱加热的方式不同，根据本公开实施例先判断满足结霜临界条件的情况下，会先采用压缩机降速的方式来进行防结霜保护。这种方式并不需要开启PTC等能耗较高的设备，并且能够在很大程度上防止室外换热器结霜，由此可以在基本不影响用户体验的基础上降低车辆的能耗。

在压缩机以降速后的预定转速运转了一段时间之后，热管理系统会获取更新的环境温度和更新的换热器出口温度，并基于该更新后的环境温度和更新的换热器出口温度，来执行化霜操作。例如，在一些实施例中，会根据更新后的环境温度和更新的换热器出口温度的差值来判断是否满足前文中所提到的第二结霜条件。具体而言，如果确定更新后的环境温度减去更新的换热器出口温度的差值大于或等于第二温度阈值，则满足第二结霜条件，需要进行除霜操作。第二温度阈值可以是大于第一温度阈值的温度值。如果确定更新后的环境温度减去更新的换热器出口温度的差值小于该第二温度阈值，则判断不满足第二结霜条件，室外换热器不会结霜从而不需要再进一步除霜。这样采用两级结霜条件的判断能够避免不必要的除霜操作，从而能够显著提高车辆的能耗。

在确定满足第二结霜条件，需要进行除霜操作的情况下，热管理系统会检测主动化霜条件是否被满足。主动化霜是指利用制冷剂回路开启制冷模式进行主动化霜，从而实现快速化霜的模式。在这种情况下，需要完全关闭车辆的主动进气格栅，使压缩机的排气对车外换热器进行化霜。也就是说，在一些实施例中，主动化霜条件可以包括完全关闭车辆的主动进气格栅。然而，在某些车况下，由于热管理系统对其他部件进行热管理的需要，可能不能完全关闭主动进气格栅，则这种情况就不能使用主动化霜来进行化霜，此时就不满足主动化霜条件。

如果不满足主动化霜条件，热管理系统会再判断是否满足自然化霜条件。自然化霜是指在环境温度高于一定阈值(例如第三温度阈值)的情况下，可以使用自然气流来实现室外换热器的化霜。例如，在一些实施例中，第三温度阈值可以是2～3℃。例如，在不满足主动化霜条件，但环境温度高于第三温度阈值的情况下，可以采用自然气流来进行除霜操作，这能够显著降低系统在除霜时的能耗，从而提高系统的能效。

在主动除霜条件被满足的情况下，就可以如前文中所提到的关闭主动进气格栅，并且制冷剂回路开启制冷模式，使得压缩机的排气来对车外的换热器进行加热化霜。另一方面，在主动除霜模式下，根据本公开的实施例还能够使用电机热管理回路102参与除霜。电机热管理回路102通过制冷器与制冷剂回路104连接，从而能够吸收电驱组件的余热来参与化霜。这种除霜方式利用了电驱系统产生的余热来除霜，能够进一步提高化霜的效果和速度。此外，采用电机热管理回路102参与化霜能够避免使用电池回路参与化霜，从而降低了对电池温度的影响，提高了电池的效能在主动化霜期间，如果乘员舱和/或电池存在加热需求，则需要使用PTC加热的方式对乘员舱和/或电池进行制热，如图3和图4所示。图3示出了主动化霜模式下的热管理系统的简化示意图，其中乘员舱存在采暖需求，此时乘员舱热管理回路101由PTC加热的方式进行制热。图4示出了乘员舱和电池均有采暖需求的情况。在这种情况下，乘员舱热管理回路101和电池热管理回路104热耦合(相互连通)，从而能够使用PTC加热来为乘员舱和电池进行加热。图3和图4还示出了在主动化霜模式下，电机热管理回路102通过制冷器(Chiller)与制冷剂回路热耦合，从而能够使电机热管理回路102参与化霜，提高了化霜的速度，并且不会对乘员舱和电池的温度造成影响，提高了续航和用户体验。在确定室外换热器被完全化霜后，就可以恢复使用热泵空调来满足乘员舱和/或电池的加热需求。

在极端条件下，如果不能满足主动化霜条件，也不能满足自然化霜条件，则此时只能暂停化霜，并停止压缩机运行，即，停止制冷剂回路循环，使用PTC加热方式来满足乘员舱和/或电池的加热需求。

通过上文中的描述可以看出，根据本公开实施例的用于车辆热管理的方法，通过采用两级结霜条件判断的方式，在第一级结霜临界条件满足后先进行防结霜保护策略。防结霜保护策略能够在不增加新的能耗并且不影响用户体验的情况下尽可能降低结霜情况的发生。如果经过预定时间后还满足第二结霜条件，再执行主动化霜或自然化霜。一方面，通过两级条件判断能够有效地进行化霜。另一方面，采用结霜保护以及化霜处理两级操作进行化霜使得能效比更高。此外，根据本公开实施例的方法还能够采用在满足一定条件的情况下进行自然化霜，进一步降低了车辆的能耗。更进一步地，根据本公开实施例的方法还能够采用电机热管理回路102参与主动化霜。这种方式能够利用电驱系统的余热来执行化霜，并且不会影响电池和乘员舱的温度，提高了用户体验的同时提高了能效比。

图5示出了根据本公开实施例的方法的流程图。在一些实施例中，该方法可以由热管理系统中的控制设备或者由车机系统来实现。如图5所示，在该方法中，在框510，控制设备会在车辆处于热泵采暖模式的状态下，基于车辆所处的环境温度以及室外换热器出口温度来检测结霜临界条件。在此之前，在一些实施例中，控制设备可以先确定环境温度是否处于结霜温度范围(例如，前文中提到的-10～5℃)。如果处于结霜温度范围再获取室外换热器出口温度，并基于所获取的环境温度和室外换热器出口温度来检测结霜临界条件。

在一些实施例中，在响应于环境温度和室外换热器出口温度的差值大于或者等于第一温度阈值，则控制设备确定结霜临界条件被满足。在框520，响应于检测到所述结霜临界条件被满足，会进行除霜保护策略，即，基于环境温度以及室外换热器出口温度，使车辆的压缩机的转速降低至预定转速并运转一段预定时间。

在压缩机以预定转速预定一段预定时间之后，在框530，控制设备会再次获取更新的环境温度和更新的室外换热器出口温度。在框540，控制设备会基于该更新的环境温度和更新的室外换热器出口温度执行针对车辆的化霜。

具体而言，在一些实施例中，响应于更新的环境温度和更新的室外换热器出口温度的差值大于或者等于第二温度阈值，则执行针对车辆的化霜，并且其中第二温度阈值大于第一温度阈值。在一些实施例中，在执行针对车辆的化霜时，检测主动化霜条件是否满足。如果检测到主动化霜条件满足，则采用主动化霜模式执行化霜并且使电机热管理回路102参与化霜。

在一些实施例中，如果主动化霜条件未满足，则控制设备会再判断是否满足自然化霜条件。具体而言，响应于检测到主动化霜条件未被满足，则确定更新后的环境温度是否大于第三温度阈值。如果更新后的环境温度大于第三温度阈值，则采用自然化霜的方式执行化霜。

根据本公开实施例还提供了一种包括上述热管理系统的车辆。通过使用热管理系统，能够有效化霜的同时降低能耗。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种用于车辆热管理的方法，其特征在于，包括：

在车辆处于热泵采暖模式的状态下，基于所述车辆所处的环境温度以及室外换热器出口温度来检测结霜临界条件；

响应于检测到所述结霜临界条件被满足，基于所述环境温度以及所述室外换热器出口温度，使所述车辆的压缩机的转速降低至预定转速并运转一段预定时间；

获取更新的环境温度以及更新的室外换热器出口温度；以及

基于所述更新的环境温度以及所述更新的室外换热器出口温度，执行针对所述车辆的化霜。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测所述结霜临界条件包括：

获取所述环境温度；以及

响应于所述环境温度在结霜温度范围内，获取室外换热器出口温度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测所述结霜临界条件还包括：

响应于所述环境温度与所述室外换热器出口温度的差值大于或等于第一温度阈值，确定所述结霜临界条件被满足。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，执行针对所述车辆的化霜包括：

响应于所述更新的环境温度以及所述更新的室外换热器出口温度的差值大于或等于第二温度阈值，执行针对所述车辆的化霜，其中所述第二温度阈值大于所述第一温度阈值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行针对所述车辆的化霜包括：

检测主动化霜条件；以及

响应于检测到所述主动化霜条件被满足，执行主动化霜并使电机热管理回路参与所述化霜。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述主动化霜条件包括关闭主动进气格栅。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，执行针对所述车辆的化霜还包括：

响应于检测到所述主动化霜条件未被满足，并且所述更新后的环境温度大于第三温度阈值，采用自然化霜方式执行所述化霜。

8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，执行针对所述车辆的化霜还包括：

在所述主动化霜期间，采用PTC加热方式满足所述车辆的乘员舱和电池中的至少一项的采暖需求。

9.一种车辆的热管理系统，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；以及

存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。

10.一种车辆，包括根据权利要求9所述的热管理系统。