CN118510673A - 机动车辆热泵管理的优化 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的热管理方法，该车辆为包括热泵加热和/或冷却装置的类型，该热泵加热和/或冷却装置用于加热和/或冷却车辆的驱动系统、电能储存装置、以及车辆的乘客舱。该热管理方法包括：‑用于在至少多个长区段上进行所谓的长期监控的计算子方法，并且该监控子方法对所述多个长区段上的所有装置的热损失执行简化的优化计算，从而使电能储存装置的热损失之和最小化，‑用于在短区段上进行所谓的短期控制的计算子方法，这些短区段比所述长区段短，并且控制子方法对所述多个短区段上的热损失执行优化计算。

Description

机动车辆热泵管理的优化

本发明的领域涉及车辆，这些车辆包括车辆的驱动系统、电能储存装置、以及热泵加热和/或冷却装置，该热泵加热和/或冷却装置用于加热和/或冷却车辆的驱动系统、电能储存装置、以及车辆的乘客舱，该加热和/或冷却装置能够从车辆的驱动系统、电能储存装置、车辆的乘客舱、以及车辆的外部环境中每一者传递热能和/或向其传递热能。典型地，驱动系统是电动的，并且电能储存装置包括一个或多个电池。

所述车辆设置有计算机，该计算机用于计算不同部件的期望温度值，并且在计算优化计算路线上的热损失之后，在时间t确定：

-从所有可能的模式中对加热和/或冷却装置的操作模式的选择，

-加热和/或冷却装置的加热或冷却功率水平。

本发明尤其旨在减少计算时间。

为此，本发明的一个方面涉及一种用于车辆的热管理方法，该车辆为包括车辆的驱动系统、电能储存装置、以及热泵加热和/或冷却装置的类型，该热泵加热和/或冷却装置用于加热和/或冷却车辆的驱动系统、电能储存装置、以及车辆的乘客舱，该加热和/或冷却装置能够从车辆的驱动系统、电能储存装置、车辆的乘客舱、以及车辆的外部环境中的每一者传递热能和/或向其传递热能，所述热管理方法至少接收以下各项作为输入：

-与车辆的路线有关的信息项，该路线被离散成长区段，以及对于每个长区段，表示车辆的平均速度的信息项以及表示平均道路坡度的信息项，

-表示车辆在所述长路线区段中的每一个上的平均驱动功率的信息项，

-表示所述长路线区段中的每一个上的至少一个气象条件的信息项，

-表示所述长路线区段中的每一个上的至少一个期望的乘客舱温度的信息项，

所述热管理方法包括若干计算子方法：

-用于在至少多个所述长区段上、优选地在整个路线上进行所谓的长期监控的计算子方法，该监控子方法：

○对于所述长路线区段中的每一个，使用以下各项作为输入：与预测平均速度、预测平均道路坡度、车辆的预测平均驱动功率、确定的至少一个气象条件、以及至少一个期望的乘客舱温度有关的信息，

○使用一个如下的热模型，在该热模型中，对于所述长路线区段中的每一个，车辆的驱动系统、电能储存装置、车辆的乘客舱、以及车辆的外部环境被指配了平均温度和热容量，以及使用一个如下的热模型，在该热模型中，热能可以通过加热和/或冷却装置在它们之间传递，

○执行简化计算以优化所述多个长路线区段上、优选地整个路线上的所有装置的热损失，该计算使电能储存装置的热损失之和最小化、优选地仅使电能储存装置的热损失最小化，

○并且对于所述多个长路线区段中的每一个，供应以下各项作为输出：

■对于所述长区段中的每一个，■表示电能储存装置的目标平均温度和/或平均温度变化值的信息项，

■与从所有可能的模式中预选择加热和/或冷却装置的某些操作模式有关的信息项，

■表示车辆的驱动系统、电能储存装置、以及车辆的乘客舱的平均温度的信息项，以及

■表示电池的荷电状态的信息项，

-用于在短路线区段上进行所谓的短期控制的计算子方法，这些短路线区段比所述长区段短，例如是长区段的十分之一：

○接收表示在所述短区段中的每一个上所需的平均驱动功率的信息、以及表示在所述短区段中的每一个上车辆的平均速度和/或车辆的速度变化的信息作为输入，

○使用一个如下的热模型，在该热模型中，对于所述短路线区段中的每一个，车辆的驱动系统、电能储存装置、车辆的乘客舱、以及车辆的外部环境被指配了表示平均温度的信息项和表示热容量的信息项，以及使用一个如下的热模型，在该热模型中，热能可以通过加热和/或冷却装置在它们之间传递，

○执行计算以优化所述多个短路线区段上的热损失，该计算使电能储存装置的热损失之和、电能储存装置的温度与电能储存装置的温度设定点之间的差值、以及乘客舱温度与乘客舱的温度设定点之间的差值最小化，从而为这三个优化参数中的每一个指配相应的系数，

○并且对于所述短路线区段中的每一个，供应以下各项作为输出：

■与从所有可能的模式中选择加热和/或冷却装置的单一操作模式有关的信息项，

■与加热和/或冷却装置的加热或冷却功率水平有关的信息项。

这样的方法由于其在两个不同的模型分辨率水平下管理热优化，使得可以减少计算时间。

术语“驱动系统”以一般方式使用并且是指车辆的前轮驱动或后轮驱动。

根据特定实施例，该方法进一步包括单独地或以任何技术上可能的组合考虑的以下特征中的一个或多个：

-热管理方法进一步包括机器学习子方法，该机器学习子方法用于校正所谓的监控子方法和/或所谓的控制子方法及其相应模型相对于测量值的任何差异，以便校正所使用的模型，

-例如，如果已经发现电能储存装置、车辆的驱动系统、以及乘客舱的温度中的一者或多者的测量温度值与期望目标值之间存在差值，该差值例如大于相应的预定值，则重复所谓的监控方法，

-所述长区段的长度不是完全相同的和/或所述短区段的长度不是完全相同的，这些长度例如在行进距离或行进时间方面计算，

-热管理方法包括用于控制车辆的加热和/或冷却装置的致动器的子方法，该子方法具有所谓的短期控制计算子方法的输出作为输入，

-热管理方法包括用于具体地根据交通信息来计算车辆的路线的子方法，该子方法将路线离散成长区段，对于每个长区段，供应表示车辆的平均速度的所述信息项以及表示平均道路坡度的信息项，

-热管理方法包括用于根据与所述长路线区段中的每一个上的预测平均速度和所述长路线区段中的每一个上的预测平均道路坡度有关的所述信息来计算用于车辆的驱动系统的功率的子方法，该子方法提供表示车辆在所述长路线区段中的每一个上的平均驱动功率的信息作为输出，

-热管理系统包括用于确定表示所述长路线区段中的每一个上的至少一个气象条件的信息的子方法，

-热管理系统包括用于确定表示所述长路线区段中的每一个上的至少一个期望的乘客舱温度的信息的子方法，

-热管理系统包括用于计算表示在所述短区段中的每一个上所需的平均驱动功率的信息、以及表示在所述短区段中的每一个上车辆的平均速度和/或车辆的速度变化的信息的子方法。

本发明的另一方面涉及一种用于车辆的热管理系统，该车辆为包括车辆的驱动系统和电能储存装置的类型，该热管理系统包括热泵加热和/或冷却装置，该热泵加热和/或冷却装置被配置成加热和/或冷却车辆的驱动系统、电能储存装置、以及车辆的乘客舱，该加热和/或冷却装置在安装在车辆中之后能够从车辆的驱动系统、电能储存装置、车辆的乘客舱、以及车辆的外部环境中的每一者传递热能和/或向其传递热能，所述热管理系统包括至少一个存储器和至少一个计算机，所述至少一个存储器包括用于在所述至少一个计算机上至少部分地实施如上所述的热管理方法的计算指令。

根据一个特定实施例，热管理系统包括至少一个温度传感器，该系统被配置成利用该至少一个温度传感器测量电能储存装置、车辆的驱动系统、以及乘客舱中的一者或多者的温度并且将该温度信息传输至所述至少一个计算机。

本发明的另一方面涉及一种车辆，该车辆包括车辆的驱动系统、电能储存装置、以及如上所述的热管理系统。

根据特定实施例，该车辆进一步包括单独地或以任何技术上可能的组合考虑的以下特征中的一个或多个：

-该车辆的驱动系统至少部分地是电动的，或甚至是完全电动的；

-该车辆是机动车辆。

[图1]是由车辆的热管理系统实施的计算方法的框图。

根据该说明性示例，车辆是电驱动车辆并且为此包括车辆的(例如，全电动或混合动力的)驱动系统。车辆进一步包括电能储存装置(即，电池)以向车辆的驱动系统供电，并且车辆还包括热管理系统。

车辆例如是机动车辆，比如汽车、卡车、多用途车辆等。

车辆的热管理系统包括热泵加热和/或冷却装置。

热管理系统还包括计算部分，该计算部分包括一个或多个存储器，计算命令被存储在该一个或多个存储器中。

加热和/或冷却装置被配置成加热和/或冷却车辆的驱动系统、电能储存装置、以及车辆的乘客舱。

加热和/或冷却装置在安装在车辆中之后能够从车辆的驱动系统、电能储存装置、车辆的乘客舱、以及车辆的外部环境中的每一者传递热能和/或向其传递热能。

另外，热管理系统包括至少一个温度传感器，该热管理系统用于利用该至少一个温度传感器测量电能储存装置、车辆的驱动系统、以及乘客舱中的一者或多者的温度并且用于将该温度信息传输至所述至少一个计算机。

如所展示的，车辆的控制系统例如长期根据GPS和交通数据来确定预测速度和预测时间。系统由此推导出在给定时间的预测驱动功率，该预测驱动功率形成监控层的输入数据项，该监控层使用简化的热管理模型。

其他输入数据例如是气象数据、尤其是乘客舱温度设定点。例如：乘客舱中为21℃。

然后，监控层由此推导出例如在路线的不同区段上的预估热负载和电池电量、以及电池温度设定点，例如在区段1上为31°、在区段2上为32℃、在区段3上也为31℃等，并且监控层还供应热管理系统的操作模式的选择作为输出。

然后，这之后是控制层对不同区段进行短期计算迭代，该控制层使用更详细的热管理模型。

将注意到的是，控制层通过通用管理系统接收每个区段所需的驱动功率值。

操作模式的预选择极大地使控制层中的计算时间最小化。然后，控制层确定要被选择用于由加热和/或冷却装置实施的操作模式。因此，每个区段最终被指配了乘客舱温度目标点、电池温度目标点、以及车辆的驱动系统、电能储存装置和车辆的乘客舱的加热和/或冷却装置的操作模式。

另外，如在框图中可以看到的，实时温度测量回路可以用于校正输入数据。

Claims (10)

1.一种用于车辆的热管理方法，所述车辆为包括所述车辆的驱动系统、电能储存装置、以及热泵加热和/或冷却装置的类型，所述热泵加热和/或冷却装置用于加热和/或冷却所述车辆的驱动系统、所述电能储存装置、以及所述车辆的乘客舱，所述加热和/或冷却装置能够从所述车辆的驱动系统、所述电能储存装置、所述车辆的乘客舱、以及所述车辆的外部环境中的每一者传递热能和/或向其传递热能，所述热管理方法至少接收以下各项作为输入：

-与所述车辆的路线有关的信息项，所述路线被离散成长区段，以及对于每个长区段，表示所述车辆的平均速度的信息项以及表示平均道路坡度的信息项，

-表示所述车辆在所述长路线区段中的每一个上的平均驱动功率的信息项，

-表示所述长路线区段中的每一个上的至少一个气象条件的信息项，

-表示所述长路线区段中的每一个上的至少一个期望的乘客舱温度的信息项，所述热管理方法包括若干计算子方法：

-用于在至少多个所述长区段上、优选地在整个路线上进行所谓的长期监控的计算子方法，所述监控子方法：

○对于所述长路线区段中的每一个，使用以下各项作为输入：与预测平均速度、预测平均道路坡度、所述车辆的预测平均驱动功率、确定的所述至少一个气象条件、以及所述至少一个期望的乘客舱温度有关的信息，

○使用一个如下的热模型，在该热模型中，对于所述长路线区段中的每一个，所述车辆的驱动系统、所述电能储存装置、所述车辆的乘客舱、以及所述车辆的外部环境被指配了平均温度和热容量，以及使用一个如下的热模型，在该热模型中，热能能够通过所述加热和/或冷却装置在它们之间传递，

○执行简化计算以优化所述多个长路线区段上、优选地所述整个路线上的所有装置的热损失，所述计算使所述电能储存装置的热损失之和最小化、优选地仅使所述电能储存装置的热损失最小化，

○并且对于所述多个长路线区段中的每一个，供应以下各项作为输出：

■对于所述长区段中的每一个，表示所述电能储存装置的目标平均温度和/或平均温度变化值的信息项，

■与从所有可能的模式中预选择所述加热和/或冷却装置的某些操作模式有关的信息项，

■表示所述车辆的驱动系统、所述电能储存装置、以及所述车辆的乘客舱的平均温度的信息项，以及

■表示所述电池的荷电状态的信息项，

-用于在短路线区段上进行所谓的短期控制的计算子方法，所述短路线区段比所述长区段短，例如是所述长区段的十分之一：

○接收表示在所述短区段中的每一个上所需的平均驱动功率的信息、以及表示在所述短区段中的每一个上所述车辆的平均速度和/或所述车辆的速度变化的信息作为输入，

○使用一个如下的热模型，在该热模型中，对于所述短路线区段中的每一个，所述车辆的驱动系统、所述电能储存装置、所述车辆的乘客舱、以及所述车辆的外部环境被指配了表示平均温度的信息项和表示热容量的信息项，以及使用一个如下的热模型，在该热模型中，热能能够通过所述加热和/或冷却装置在它们之间传递，

○执行计算以优化所述多个短路线区段上的热损失，所述计算使所述电能储存装置的热损失之和、所述电能储存装置的温度与所述电能储存装置的温度设定点之间的差值、以及所述乘客舱温度与所述乘客舱的温度设定点之间的差值最小化，从而为这三个优化参数中的每一个指配相应的系数，

○并且对于所述短路线区段中的每一个，供应以下各项作为输出：

■与从所有可能的模式中选择所述加热和/或冷却装置的单一操作模式有关的信息项，

■与所述加热和/或冷却装置的加热或冷却功率水平有关的信息项。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括机器学习子方法，所述机器学习子方法用于校正所谓的监控子方法和/或所谓的控制子方法及其相应模型相对于测量值的任何差异，以便校正所使用的模型。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，例如，如果已经发现所述电能储存装置、所述车辆的驱动系统、以及所述乘客舱的温度中的一者或多者的测量温度值与期望目标值之间存在差值，所述差值例如大于相应的预定值，则重复所谓的监控方法。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述长区段的长度不是完全相同的和/或所述短区段的长度不是完全相同的，这些长度例如在行进距离或行进时间方面计算。

5.如前述权利要求中任一项所述的方法，包括用于控制所述车辆的加热和/或冷却装置的致动器的子方法，所述子方法具有所谓的短期控制计算子方法的输出作为输入。

6.一种用于车辆的热管理系统，所述车辆为包括所述车辆的驱动系统和电能储存装置的类型，所述热管理系统包括热泵加热和/或冷却装置，所述热泵加热和/或冷却装置被配置成加热和/或冷却所述车辆的驱动系统、所述电能储存装置、以及所述车辆的乘客舱，所述加热和/或冷却装置在安装在所述车辆中之后能够从所述车辆的驱动系统、所述电能储存装置、所述车辆的乘客舱、以及所述车辆的外部环境中的每一者传递热能和/或向其传递热能，所述热管理系统包括至少一个存储器和至少一个计算机，所述至少一个存储器包括用于在所述至少一个计算机上实施如前述权利要求中任一项所述的热管理方法的计算指令。

7.如前一项权利要求所述的热管理系统，包括至少一个温度传感器，所述系统被配置成利用所述至少一个温度传感器测量所述电能储存装置、所述车辆的驱动系统、以及所述乘客舱中的一者或多者的温度并且将该温度信息传输至所述至少一个计算机。

8.一种车辆，所述车辆包括所述车辆的驱动系统、电能储存装置、以及如权利要求6或7所述的热管理系统。

9.如前一项权利要求所述的车辆，所述车辆的驱动系统至少部分地是电动的、或甚至是完全电动的。

10.如前一项权利要求所述的车辆，所述车辆是机动车辆。