CN113165469A - 用于车辆的热管理*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于车辆的热管理***，其包括：‑至少一个热量存储装置和/或冷量存储装置(S1，S2)；‑所述车辆的至少一个待加热或冷却的元件；‑至少一个热量或冷量源；‑检测构件，其适于检测在所述源中的其中之一处是否有热量或冷量可用；‑控制构件，其能够根据瞬态和标称需要将在所述源处可用的热量或冷量分布到待加热或冷却的元件。其特征在于，它包括预测构件，所述预测构件能够作出旨在确定以下各项的至少一个预测：·在将来是否将有来自所述源中的任意一个的热量或冷量可用，和/或·在将来在待加热或冷却的元件中的其中之一处是否将存在对热量或冷量的需要。

Description

用于车辆的热管理***

技术领域

本发明涉及用于车辆的热管理***和对应管理方法。

背景技术

已知的热管理***适合于加热或冷却(空调)车辆的乘客舱，以及用于加热或冷却车辆组件，例如蓄电池。

电动车辆使用联接到逆变器的电动引擎，所述逆变器又被车载蓄电池供电，所述车载蓄电池往往会当使用、放电或再充电时变热。另外，替代于电动引擎或除电动引擎之外，混合车辆还包含能够驱动车辆的内燃机。

为了确保这些组件的最佳操作，以热学方式调节所述组件是有用的，即在标称操作期间将其温度保持于某一范围内且在瞬态操作条件期间(例如，在启动期间)尽可能快地达到此范围。举例来说，对于Li+蓄电池(即，锂蓄电池)，工作温度范围在0℃与55℃之间，优选地在15℃与35℃之间。此最佳操作范围根据蓄电池的化学组成变化。具体地，固态蓄电池具有超过100℃的工作温度范围。

同时，***还必须能够确保乘客舱的有效调节，特别是当外部空气相对较冷或热时。需要能够快速调节乘客舱，特别是当乘客舱的温度远低于用户所需的舒适温度时。

本申请人提交的文献WO 2018/069629揭示了一种用于机动车辆的乘客舱和/或至少一个组件的热调节的***。

图1中示出的此***包括用于循环传热流体的回路1，所述传热流体例如乙二醇水。

传热流体回路1包括：

-第一泵P1，

-第二泵P2，

-第一热交换器E1，其能够与制冷剂流体交换热，

-第二热交换器E2，其能够与空气交换热，

-第三热交换器E3，其能够与空气交换热，

-热量存储装置S1(也被称为热存储装置)，

-冷量存储装置S2(也被称为冷存储装置)，

-第一加热构件RE1，其用于加热传热流体，例如电学电阻器，

-第二加热构件RE2，其用于加热传热流体，例如电学电阻器，

-止回阀C1、C2、C3、C4、C5、C6，

-三通阀V1、V2、V3、V4、V5、V6、V9，这些阀的不同通道可被致动和恒温控制，

-截止阀V7、V8，其可被致动和恒温控制，

-加热和/或冷却构件M1，其用于第一车辆组件，例如至少一个车辆蓄电池，

-加热和/或冷却构件M2，其用于第二车辆组件，例如车辆的至少一个电动引擎和/或相关联组件，例如逆变器，

-加热和/或冷却构件M3，其用于车辆的第三组件，例如车辆内燃机，具体来说用于加热和/或冷却内燃机的油回路。

确切地说，传热流体的回路1包括：

-部分P1，其形成从泵P1的入口延伸到泵P1的出口的环路，且从泵P1的出口开始连续地包括阀V6、阀V5、阀V4、阀V3、分支或连接点R1、阀V1、泵P2、分支R2、止回阀C2、交换器E1、阀V9、分支R3、交换器E2、阀V7、分支R4、分支R5、分支R6、分支R7、分支R8、第三交换器E3、止回阀C1和泵P1，

-旁路部分P2，其将分支R2连接到阀V9，

-旁路部分P3，其将分支R3连接到分支R4，所述部分P3包含截止阀V8，

-旁路部分P4，其将分支R5连接到阀V3，

-部分P5，其将分支R6连接到阀V4，所述部分P5从分支R6到阀V4包括加热和/或冷却构件M1和加热构件R1，

-部分P6，其将分支R7连接到阀V5，所述部分P6包含加热和/或冷却构件M2，

-部分P7，其将分支R8连接到阀V6，所述部分P7包含加热和/或冷却构件M3。

***还包含用于循环制冷剂流体的回路2。

制冷剂流体是例如超临界流体类型，例如称为R744的二氧化碳。也可以是亚临界流体，例如称为R134a的氢氟碳或具有低温室气体影响的制冷剂流体，即能够提供用于汽车空调器的可持续解决方案，称为HFO1234yf。

循环制冷剂流体的回路2包括：

-压缩器C，

-第四热交换器E4，其能够形成冷凝器，

-第五热交换器E5，其能够形成蒸发器和/或冷凝器，

-第六热交换器E6，其能够形成蒸发器，

-第一调节器D1，

-第二调节器D2，

-第三调节器D3，

-蓄能器A，

-三通阀V11、V12，其各种方式可被致动和恒温控制，

-截止阀V10、V13、V14，其可被致动和恒温控制。

调节器D1、D2、D3可具有固定压降和/或可变打开的类型或可变压降的类型，所述打开或压降能够借助于未图示的控制件来调节。

更具体地，循环制冷剂流体的回路2包括：

-部分P'1，其形成从压缩器C的入口延伸到压缩器C的出口的环路，且从压缩器C的出口开始连续地包括交换器E4、分支R'1、调节器D1、分支R'2、阀V11、交换器E5、分支R'3、分支R'4、阀V13、分支R'5、调节器D2、分支R'6、交换器E1、分支R'7、分支R'8、蓄能器A和压缩器C，

-旁路部分P'2，其将分支R'1连接到分支R'2，所述部分P'2包含阀V10，

-旁路部分P'3，其将阀V11连接到分支R'3，

-部分P'4，其将分支R'4连接到分支R'7，且从分支R'4到分支R'7包括阀V12、调节器D3和交换器E6，

-旁路部分P'5，其将阀V12连接到分支R'8。

交换器E2、E4、E6位于H.V.A.C.(加热、通风和空气调节)的空气循环管道3中，所述管道3既定通向车辆的乘客舱。

管道3具有上游区、中间区和下游区，来自车辆外部的空气被引入上游区。术语“上游”和“下游”是相对于管道中的空气流的方向来定义，此方向在图1中由箭头表示。交换器E6安装于管道3的上游区3a中。交换器E2安装于管道3的下游区3b中。中间区被分成两个通道，即其中安装交换器E4的第一通道3c，和第二通道3d。两个通道3c和3d在管道3的下游区3b中会合。例如电学电阻器的加热构件安装于通道3c中，例如在交换器E4的下游。

位置受控的VT挡闸位于通道3c和3d的上游，且允许流体选择性地在通道3c或通道3d中流动。VT挡闸也可在通道3c中循环流体的特定部分和在通道3d中循环流体的特定部分。

***还包含：风扇F1，用以迫使外部空气通过交换器E3和E5，其例如位于车辆的前部上；以及第二风扇F2，其例如安装于管道3的上游区3a中，以便迫使空气通过管道3。

泵P1、P2、压缩器C和风扇F1、F2由电动引擎驱动。

***还包含用于测量例如传热流体、制冷剂流体和/或空气的温度、流速和/或压力的传感器，用于控制各种致动器(马达、阀等)的控制构件，以及具体来说通过来自所述传感器的作为输入的信息用于向所述控制构件输出信息的计算构件。

当然，图1中所示出的实施例不是穷尽性的，可以考虑其它实施例以执行下文描述的功能。

如WO 2018/069629中所描述，此***能够根据需要在许多操作模式中操作，旨在确保***的各个元件的热管理。

发明内容

存在进一步改善此***的性能的需要。

为此目的，本发明涉及一种用于车辆的热管理***，其包括：

-至少一个热量和/或冷量存储装置，其形成热量或冷量源，

-所述车辆的至少一个待加热或冷却的元件，

-至少一个额外的热量或冷量源，

-检测构件，其适于检测在所述源中的其中之一处是否有热量或冷量可用，

-控制构件，其能够根据瞬态或标称需要将在所述源处可用的热量或冷量分布到待加热或冷却的元件，

其特征在于，所述热管理***包括预测构件，所述预测构件能够作出旨在确定以下各项的至少一个预测：

·在将来是否将有来自所述源中的任意一个的热量或冷量可用，和/或

·在将来在待加热或冷却的元件中的其中之一处是否将存在对热量或冷量的需要。

预测构件因此使得可能使***的操作不仅适应实时检测到的***的各种元件的数据和约束，而且使得有可能适应***对未来约束或机会的行为的预测，例如在例如源处的热量或冷量的可用性或后续缺乏。

另外，控制和命令构件使得可能根据以下各项来适应***的操作：

-瞬态需要；这些是在短时间周期中产生且导致在稳定状态下的标称作用的需要；

-维持稳定状态的标称需要。

确切地说，通过考虑收集的关于每一用户的用户资料的数据做出预测。

***可包含管理构件，所述管理构件能够：

-基于与所述车辆的待加热或冷却的元件的状态相关以及与所述热量或冷量源的状态相关的输入数据、来自用户的请求和/或预测，界定所述车辆的待加热或冷却的元件中的一个或多个的热需要和/或所述车辆的待被供电的元件中的一个或多个的电学需要，

-基于所述热需要、所述电学需要和/或预测界定所述***的操作模式，

-操作所述***的致动器，以便根据所选操作模式操作所述***。

致动器包括例如至少一个泵、至少一个压缩器、至少一个受控阀和/或至少一个电学电阻器。

热需要是例如加热或冷却***或车辆的元件中的其中之一的需要，所述元件例如蓄电池、内燃机或电学或电子组件。所述热需要还可包含关于待执行的加热或冷却的量的信息。所述热需要也可为中性的，即，不需要关注元件的加热或冷却。热需要可与***中待加热或冷却的元件中的每一个相关联。

管理构件能够从所述热需要和/或从所述电学需要确定是否满足一个或多个条件，所述条件既定界定是否有热和/或电能可用，并且根据所述条件界定***的操作模式。

管理构件能够在若干可能的操作模式当中界定***的最佳操作模式以满足热和/或电学需要。

最佳操作模式可为以下参数之间的折中：用户舒适度、蓄电池充电状态(尤其影响走完给定行程的剩余部分的可能性、以用于后续行程的足够蓄电池充电状态完成给定行程的可能性)、蓄电池健康。

最佳操作模式可被设计成减少外部条件(特别是室外温度)对上述参数的影响。

***可包括控制构件，所述控制构件能够控制属于***的致动器且允许将在源处可用的热量或冷量分布到待加热或冷却的元件。控制构件动态地动作以便维持测量或计算的值，例如***或车辆的元件的温度，使其接近于设定值。

控制构件可包含PID控制器，也被称为PID校正器(比例、积分、微分)、预测性控制(模型预测控制，MPC)、模糊逻辑控制器或最优控制控制器。此类控制构件从自动化领域是已知的，且其操作将不详细解释。

预测构件适于从以下输入中的至少一个计算热量和/或冷量的后续可用性，和/或对热量和/或冷量的后续需要：

-与用户的习惯和/或舒适度偏好相关的数据，具体来说：

·与用户通常所需的车辆乘客舱的温度相关的数据，

·乘客舱中的所述用户通常所需的空气流速，

·在乘客舱中的例如通风孔等不同空气进入点之间，乘客舱中的用户通常所需的空气流的分布，

·所述用户通常所需的来自所述乘客舱外部的新鲜空气与来自所述乘客舱的再循环空气之间的分布，

·所述用户通常所需的通风孔的定向，

-与所述用户的驾驶习惯和/或偏好相关的数据，具体来说：

·与所述车辆的速度相关的数据，

·车辆的运行时间，

·车辆的停机时间，

·车辆的加速度，

·所述车辆的内燃机或电动引擎的速度，

-与所述用户的行程相关的数据，具体来说：

·由所述用户规划或提供的出发地点和/或到达地点的地理坐标，

·所述车辆的实时地理坐标，

·具体来说沿着行程、停车地点和/或规划到达地点的气象数据，例如风速和方向、温度、降雨量、湿度，

·沿着行程的交通条件，

·在给定时间周期内所述用户将连接到所述车辆的蓄电池的充电站的概率，

-与所述蓄电池的健康相关的数据，

-与蓄电池的充电状态相关的数据，具体来说：

·蓄电池充电类型，例如快速充电或正常充电，

·预期充电时间。

当然，上方列表不是穷尽性的且可使用其它类型的数据。

预测构件可使用理论模型和/或机器学习模型，例如使用人工神经网络，或可使用数据库且基于预先存在的数据。也有可能使用基于数学方程式的模型，所述数学方程式模拟***或车辆的各种组件的行为。

根据车辆的操作条件，至少一个热源和/或冷源也形成待加热或冷却的元件。

***可包含至少一个热量存储装置和至少一个冷量存储装置。

存储构件可包含相变材料，例如水、乙二醇、盐水溶液或石蜡。确切地说，相变材料(PCM)可由n-十六碳烷、二十烷或锂盐组成，全部具有低于40℃的熔点。替代地，PCM可基于例如脂肪酸、石蜡或者共晶或水合盐，或甚至脂肪醇。此热存储构件使得可能通过潜热(相变)或通过敏感热来累积热能(热量或冷量)。

***可包括能够形成热或冷源和/或能够形成加热或冷却元件的至少一个蓄电池。

蓄电池可安装于含有能够存储热量和/或冷量的相变材料的外壳中。

***可包括用于对车辆的乘客舱进行加热、通风和/或调节的装置，所述装置包括：

-制冷剂流体回路

-传热流体回路，

-第一热交换器，其能够在传热流体与既定进入所述车辆的所述乘客舱的空气之间交换热，

-第二热交换器，其能够在制冷剂流体与既定进入所述车辆的所述乘客舱的空气之间交换热且能够形成冷凝器，

-第三热交换器，其能够在所述制冷剂流体与既定进入所述车辆的所述乘客舱的空气之间交换热且能够形成蒸发器，

-至少一个第四热交换器，其能够在所述制冷剂流体与所述传热流体之间交换热，

-所述控制构件能够通过所述制冷剂流体回路、所述传热流体回路和/或所述交换器在所述源与待加热和冷却的元件之间分布所述热量或冷量。

所述加热、通风和/或调节装置可包括第五热交换器，所述第五热交换器能够在首先所述传热流体或制冷剂流体与其次来自车辆的排气管线的热气体之间交换热。

蓄电池能够与传热流体交换热。

存储装置能够与传热流体交换热

***可包括能够与例如油的传热流体交换热的热机。热机可为车辆的至少一个待加热或冷却的元件和/或至少一个热量源。

***可包括能够与既定用于乘客舱的空气或与前述传热流体交换热的至少一个电学电阻器。

***可包括能够与传热流体交换热的至少一个电学元件，所述电学元件是能够形成热源的电机和/或电源模块。

***可包含用于在用户进入车辆之前预调节乘客舱的构件。

***可包含能够使用根据做出的预测确定的车辆蓄电池中含有的过剩电能来对车辆外部的智能电力网络进行供电的管理构件。

在电动车辆中，预测行程和/或舒适度和相关联的不同热容许可表示用于蓄电池和/或热存储装置的预测性充电和放电策略的输入变量。

此策略可在也被称为智能电网的电力网络的智能管理的上下文中界定。此管理可包含：

·在非高峰时间期间将热量存储装置再充电以用于在高峰时间期间的冷启动。非高峰时间被定义为其中能量成本低的时隙，与其中能量成本高的所谓的高峰时间相反。

·根据行程的预测需要管理蓄电池能量。

·将过量电能从蓄电池分配到智能电网。

·优化蓄电池充电且允许智能电网将其它电学需要区分优先级。

本发明还涉及包括前述类型的***的车辆的热管理的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-作出至少一个预测以确定：

·在将来是否将有来自所述源中的任意一个的热量或冷量可用，和/或

·在将来在待加热或冷却的元件中的其中之一处是否将存在对热量或冷量的需要。

-根据需要，具体来说根据所述预测将在所述源处可用的热量或冷量分布到待加热或冷却的元件。

当参考附图阅读以下作为非限制性实例给出的描述时，将更好地理解本发明，并且将呈现本发明的其它细节、特征和优点。

附图说明

-图1是用于机动车辆的乘客舱和/或至少一个组件的热调节的***；

-图2示出根据本发明的热管理***实施的热管理策略的控制等级；

-图3示出根据本发明的预测算法的实例；

-图4示出根据本发明的***的透视示意图；

-图5示出用于内燃机的冷却***的实例；

-图6是用于根据本发明的内燃机的热请求产生器的操作流程图；

-图7示出根据针对内燃机发出的热请求的不同热操作模式的使用且给出冷却回路的实例；

-图8示出相对于发出的热请求用于内燃机的热操作模式选择器的操作流程图；

-图9示出电动或混合车辆中的车载蓄电池的热容限。示出的操作温度范围是Li+蓄电池的实例。

-图10示出用于蓄电池的热请求产生器的操作流程图；

-图11是相对于发出的热请求的用于蓄电池的热操作模式选择器的操作流程图；

-图12示出车辆的乘客舱中的乘客的舒适度条件；

-图13是关于发出的热请求的用于车辆的乘客舱的热操作模式选择器的操作流程图；

-图15a到15h示出响应于发出的热请求的操作模式选择器的指令；

-图16示出车辆车载的电力电子器件的请求产生器的操作流程图。

具体实施方式

根据本发明的车辆的热管理***类似于参考图1描述的热管理***。

本发明具体来说旨在此***的热管理和操作。

应注意，根据本发明的***包括检测和/或计算构件，其能够检测在至少一个热量或冷量源处是否有热量或冷量可用。这些检测构件包含基于***的各种元件的状态数据的温度、压力、流速传感器等和/或计算构件。

热量源可例如由热机、为电动引擎供电的电力电子器件、热量存储装置S1、蓄电池、车辆外部的空气、电学电阻器RE1、RE2、RE3等形成。冷量源可例如由外部空气或冷量存储装置S2形成。当然，可存在其它热量或冷量源。

***还包括控制构件，其能够根据需要将在所述源处可用的热量或冷量分布到待加热或冷却的元件。这些控制构件包括上文详述的允许将热量和冷量循环到车辆的待加热和/或冷却的元件的传热流体回路1和制冷剂流体回路2，而且还包括组件控制器，其允许在***的控制中所涉及的各种组件的激活和去活，所述组件例如阀、泵、压缩器或风扇。

换句话说，控制***使得其在不同模式中操作需要以预定义模式激活/去活许多组件。

根据本发明的***旨在以三个控制等级实施阶层式热管理策略，如图2中所图示。

第一等级或层1是策略的最高等级，专用于优化***的热管理的预测。所述预测可基于模型和/或收集的数据，它们通过学习算法和/或人工智能技术进行处理以获得***的模型，在此情况下所述***是车辆且具体来说是待冷却和加热的元件以及热管理***。因此，可使用***模型，且考虑例如天气数据和/或用户习惯和/或用户偏好和/或与做出的行程相关的数据作为输入数据，来预测***的行为。

第二等级或层2是策略的中间等级，其实时界定***的热管理。考虑***元件和车辆元件实时的热状态，以及策略的第一等级的预测数据，策略的第二等级选择合适且经优化的热模式来确保***元件和车辆元件的恰当操作。

第三等级或层3是策略的最低等级，其中界定用于根据在策略的第二等级处选择的热模式激活或去活选定组件的控制定律。并且，此等级可包含控制校正器以确保***输出与参考之间的准确匹配，例如乘客舱的实际温度和乘客舱的所要温度。

在本发明的变体中，还可能第二层管理各种组件的激活和去活，且第三层随后相对于第二层的输出发出适当的动态控制定律，所述第二层的输出即被激活或去活的组件。

为了实施热管理策略的第一等级，图1中所示出的***还包括能够执行至少一个预测以确定以下各项的预测构件：

-在将来是否将有来自所述源中的任意一个的热量或冷量可用，和/或

-在将来在待加热或冷却的元件中的其中之一处是否将存在对热量或冷量的需要。

实施如图2中所图示的热管理策略的第一等级的***的预测构件包含预测算法。图3中示出总体架构的实例。

使用实时机器学习算法来确定可预测车辆的热行为和/或车辆的状态以及事件的模型。算法旨在基于用户的习惯和/或偏好、用户与车辆的交互以及响应于这些交互测量的车辆数据而建立行为模式。此算法被馈送以下两种类型的数据：

-在车辆上测量(蓄电池充电状态、地理位置、时戳)而且来自车辆用户(用户所需的指令)的数据。这些数据可当在使用中时在车辆上实时测量或其可基于先前使用的车辆的历史。在后一种情况下，提及存档的数据。使用测量数据和存档数据当然都是可能的；

-当相比于提供到学***线输出车辆变量的估计值或预定义事件的状态。

举例来说，预测构件适于从以下输入中的至少一个计算热量和/或冷量的后续可用性，和/或对热量和/或冷量的后续需要：

-与用户的习惯和/或舒适度偏好相关的数据，具体来说：

·与用户通常所需的车辆乘客舱的温度相关的数据，

·乘客舱中的用户通常所需的空气流速，

·在乘客舱中的例如通风孔等不同空气进入点之间，乘客舱中的用户通常所需的空气流的分布，

·用户通常所需的来自乘客舱外部的新鲜空气与来自乘客舱的再循环空气之间的分布，

·用户通常所需的通风孔的定向，

-与用户的驾驶习惯和/或偏好相关的数据，具体来说：

·与车辆的速度相关的数据，

·车辆的运行时间，

·车辆的停机时间，

·车辆的加速度，

·车辆的内燃机或电动引擎的速度，

-与用户的行程相关的数据，具体来说：

·由用户规划或提供的出发地点和/或到达地点的地理坐标，

·车辆的实时地理坐标，

·具体来说沿着行程、停车地点和/或规划到达地点的气象数据，例如风速和方向、温度、降雨量、湿度，

·沿着行程的交通条件，

-与蓄电池的充电状态相关的数据，具体来说：

·蓄电池充电类型，例如快速充电或正常充电，

·预期充电时间。

并且，***包括图4中所示出的管理构件，以允许图2中呈现的热管理策略的第二和第三等级的实施。

这些管理构件包括车辆的元件以及***的组件的热状态的热请求产生器和估计器，使得有可能基于与车辆的元件的状态相关以及与热量或冷量源的状态相关的输入数据来界定车辆的待加热或冷却元件中的一个或多个的热请求。

可并行地确定各种车辆元件的热请求。

响应于针对每一车辆元件确定的热请求，热模式选择器(见图4)选择适当的硬件配置。

图6示出表示用于内燃机的热请求产生器的实例的操作流程图，其冷却回路在图5中可见。

车辆的内燃机的冷却***集成在参考图1描述的***中。此回路可标注为HTC(高温回路)。其包括例如辐射器、一个或多个泵P、内燃机和包括热量存储装置和冷量存储装置的热存储装置，以及用于将存储装置中的其中之一连接到泵或用于从冷却回路的其余部分断开热存储装置的三通阀V。

如图6中可见，相对于内燃机的热需要确定热请求(此处借助于回路的冷却剂的温度T_HTC来量化)，以便确保在最佳热条件(75℃与90℃之间)下的内燃机的操作，如下表中所示：

因此，根据冷却剂温度，可界定出五种类型的热请求：高加热请求、低加热请求、中性热请求、低冷却请求、高冷却请求。

举例来说，在冷启动期间，引擎冷却剂温度相对低，因此发出高加热请求以尽可能快地升高引擎冷却剂温度。

此热请求传输到热模式选择器，所述热模式选择器能够基于所述热请求界定***的热操作模式。在如图5所示的内燃机和其冷却回路的实例中，热模式选择器允许使用热源和冷源来改变热冷却剂的温度。并且，热模式选择器可考虑由预测构件预测的值和事件。

如图7中所图示，对于由热请求产生器对内燃机产生的每一热请求，根据冷却回路的配置，可能有若干解决方案来根据热请求提供冷却或加热。在内燃机的实例中，响应于加热请求，热模式选择器可确保热冷却剂绕过辐射器和/或利用热量存储装置中可用的热。类似地，响应于对冷却的请求，热模式选择器可确保热冷却剂流过辐射器和/或使用冷量存储装置中可用的冷量。热模式选择器基于目标温度、实时温度和/或***预测选择最佳选项。

图8示出用于内燃机的冷却***的热模式选择器的操作流程图的实例。根据热请求，选择不同地配置回路的热操作模式。

如果发出高加热请求，那么如果在热量存储装置处有热量可用(即，如果条件a1为真)，那么除了辐射器冷却剂旁路之外还可以使用热量存储装置。

如果发出低加热请求，那么不使用热量存储装置中的可用热量，除非在车辆使用周期期间预测到导致过量热的事件(即，如果条件b1为真)。

当冷却剂温度符合要求(中性热请求)时，维持或保持***的热模式。

如果发出低冷却请求，那么默认地关闭辐射器旁路。如果在车辆的使用周期中预测到导致过量冷输入的事件(即，如果条件d1为真)，那么如果在冷量存储装置处冷量可用，则可使用存储的冷量。

在高冷却请求的情况下，随后也可与辐射器旁路的关闭结合将过量热重定向到热量存储装置。也可使用存储的冷量(在冷量存储装置处冷量可用的情况下，即，如果条件c1为真)。

一旦选择热操作模式，组件控制器(见图4)就实施热管理策略的第三等级(层3，见图2)。

组件控制器能够操作***的致动器(阀、风扇、泵)以便根据选择的操作模式操作***。

因此，组件控制器监视且控制***的组件的动态行为。它以二进制语言(0或1)转换选择的热操作模式的回路的配置。组件控制器可以是例如PID控制器、模糊逻辑***或最优控制***的实施方案，因此允许组件的动态控制。举例来说，响应于对车辆的蓄电池的高加热请求，热模式选择器将选择从正温度系数(PTC)电阻器产生和恢复热量。随后实行策略的第二等级(层2，图2)的动态控制，以便根据蓄电池的温度演进主动地控制流过电学电阻器的电流。此控制环路确保这些电阻器耗散的热功率随着蓄电池的温度增加而减少。

因此，用于通过根据本发明的***实施热管理策略的车辆热管理方法包括如下步骤：

-作出至少一个预测以确定：

·在将来是否将有来自所述源中的任意一个的热量或冷量可用，和/或

·在将来在待加热或冷却的元件中的其中之一处是否将存在对热量或冷量的需要。

-根据需要，具体来说根据所述预测将在源处可用的热量或冷量分布到待加热或冷却的元件。

当然，由根据本发明的热管理***实施的热管理策略使得有可能热管理车辆的需要冷却或加热的所有元件，例如蓄电池、乘客舱和车载电力电子器件(电动引擎、逆变器和电力转换器)。还可能根据车辆的操作条件，至少一个热源和/或冷源也形成待加热或冷却的元件。

举例来说，在蓄电池的特定情况中，这些可适合于形成热量或冷量源和/或适合于形成加热或冷却元件。事实上，当它们放出热时，产生的热量中的一些可存储于根据本发明的***的热量存储装置中。并且，当其温度低时，冷量中的一些可传送到***的冷量存储装置。

蓄电池可安装于含有能够存储热量和/或冷量的相变材料的外壳中。

如内燃机的情况下，实施热管理策略的热***被配置成确保蓄电池的最佳操作温度。

如图9中结合图10可见，25℃与35℃之间的温度范围允许最佳蓄电池操作。在40℃的温度以上，蓄电池劣化。为了确保最佳蓄电池操作，可个别地监视蓄电池的若干区域，使得这些区域都不具有高于40℃的温度。

如在图10中可见，热请求产生器考虑损坏的风险，使得蓄电池的区都没有高于40℃的临界温度的温度Tbat。根据专用于每一区的温度传感器的状态建立热请求。

将Tmin和Tmax分别定义为由不同区中的各种温度传感器在给定时间测量的最小和最大温度。

Tmax与Tmin之间的差在任何时间不得超过10℃。如果不是这样，那么例如由于温度传感器中的其中之一的故障或不良设计的电池组，***将发生故障。

当温度Tmin和Tmax分别低于25℃和35℃(区a)时发出加热的请求。

如果Tmin在25℃与35℃之间且如果Tmax小于40℃(区b)，那么发出无热请求。

如果Tmin大于35℃和/或Tmax大于40℃(无论Tmin如何-区c)，那么发出冷却请求。

响应于发出的热请求的类型，热操作模式选择器根据本发明配置***。

在蓄电池的情况下，当从冷启动车辆时或当在冷天气从引擎使用切换到蓄电池使用时，通常遇到加热请求。

如图11中所示，在对蓄电池的加热请求的情况下，热模式选择器检查是否：

-传热流体和/或制冷剂流体回路提供足够热(条件a2)：在这些回路并不传输足够热(即，如果条件a2为假，例如当内燃机未操作时)的情况下，选择器检查经由蓄电池或经由车辆中的可用燃料而可用的能量水平(条件b2)是否足以确保经由制冷剂流体回路和热泵类型操作模式或经由电学电阻器加热。

能量水平检查通常包括确保蓄电池的最大容量

的至少30％是可用的。此验证也可考虑当到达目的地时此能量水平的估计。使用此预测，能量水平条件b2应基于剩余行驶距离和/或到达下一蓄电池充电或燃料箱填充位置所需要的距离的实时估计。

-车辆在冷时启动(条件c2)：在车辆在冷时启动的情况下(条件c2为真)，使用存储装置中可用的热量(如果有任何热量可用，即如果条件d2为真)快速增加蓄电池温度，以便确保在良好条件下的快速启动。如果在热量存储装置处不存在可用热量(即，如果条件d2为假)，那么如果蓄电池电量(或油位)足够(即，如果条件f2为真)则使用电学电阻器。

类似于相对于内燃机已描述的内容，如果预测过量热(即，如果条件e2为真)，那么存储的热量可用于除了冷启动外的其它操作情形。

如果不存在过量热的预测(即，如果条件e2为假)，那么暂停存储的热的使用。

在对蓄电池的中性热请求的情况下，热模式选择器不控制蓄电池与热或冷源之间的任何热交换。

可在以下条件下为蓄电池提供冷却：极热天气，快速充电模式，车辆车载有重负载。

在此冷却请求的情况下，默认使用称为LTC(低温回路)的传热流体回路。LTC回路被设计成冷却车辆的电动引擎或蓄电池。LTC回路中的传热流体的温度比HTC回路中低。举例来说，HTC回路中的传热流体的温度在75与90℃之间，而LTC回路中的热传递流体的温度在20与70℃之间。

如果LTC***中的传热流体不处于足够低温度(即，如果条件g2为假)，那么如果蓄电池电量准许(即，如果条件h2为真)，则热模式选择器将选择使用HVAC(加热、通风和空调)***。对于在瞬态热启动条件下的蓄电池冷却(即，如果条件j2为真)，那么热模式选择器默认切换到使用冷量存储装置中可用的冷量。在冷量存储装置中的可用制冷不足够(即，如果条件k2为假)的情况下，如果蓄电池的电量允许(即，如果条件m2为真)，则应使用加热、通风和/或空调***。如果预测过量冷却(即，如果条件l2为真)，那么热模式选择器可允许冷量存储装置在任何情况下使用(即，甚至在热启动之外)。

在乘客舱的热管理的特定情况下，用于加热、通风和/或调节乘客舱的装置包含于***中且经参数化以管理乘客舱的温度。执行乘客舱温度的管理以确保维持乘客舱中的温度和湿度条件以确保乘客舒适度。如图12中可见，当乘客舱温度在18℃与26℃之间且湿度在30与80％之间时提供舒适度。在乘客舱中借助于温度和湿度传感器测量温度和湿度。专用于车辆的乘客舱的加热、通风和/或空调(HVAC)装置如图1中所图示包括：

-制冷剂流体回路2，

-传热流体回路1，

-热交换器E2，其能够在传热流体与既定进入车辆的乘客舱的空气之间交换热，

-热交换器E4，其能够在制冷剂流体与既定进入车辆的乘客舱的空气之间交换热且能够形成冷凝器，

-热交换器E6，其能够在制冷剂流体与既定进入车辆的乘客舱的空气之间交换热且能够形成蒸发器，

-至少热交换器E1，其能够在制冷剂流体与传热流体之间交换热，

-控制构件，其能够通过制冷剂流体回路2、传热流体回路1和/或所述交换器E1、E2、E4、E6在源与待加热和/或冷却的元件之间分布热量或冷量。

用于乘客舱的加热、通风和/或空调装置也可包括热交换器，其能够在首先传热流体或制冷剂流体与其次来自车辆的排气管线的热气体之间交换热。

因此，蓄电池、热存储和/或冷存储以及大体上车辆中的所有热量或冷量源能够与传热流体交换热。

在乘客舱的情况下，考虑乘客舱的温度和湿度水平，关于乘客舒适度来制定热需要。

根据以下数据界定热请求：

-乘客舱的温度Tc与用户所需的温度Tu之间的温度差；

-在乘客舱中测量的湿度xc；

-环境温度Tam。

在标称操作中，用以加热乘客舱的热源是(按优先级和可用性的次序)：HTC热引擎的冷却回路和热泵。在瞬态操作模式中，用以加热乘客舱的热源是以下(按优先级和可用性的次序)：热量存储装置和正温度系数(PTC)电阻器。

如图13中示出定义热请求，如下表中所示示出：

在以下情况下界定特殊热请求：

-挡风玻璃除雾：当乘客舱中的湿度水平高或室外温度低时，挡风玻璃起雾。当Tamb<16℃且xc>75％时或当光学传感器以光学方式检测到起雾时，用户可请求除雾或自动请求除雾。

-挡风玻璃除霜：因在挡风玻璃上检测到冰或因来自车辆用户的请求而激活除霜。

-***的外部蒸发器(见例如在图1中的交换器E5)上的霜层：循环地或根据蒸发器温度实行蒸发器的除霜请求。蒸发器上的霜会降低***的总效率。

图13示出如先前描述的用于热管理乘客舱的热请求产生器。图14中示出八个类型的热请求的选择，示出热模式选择器。如可见，关于可来自模拟和/或数字传感器、车辆的仪表板或事件的输入数据做出选择。

作为优先级，热查询产生器分析在挡风玻璃上是否检测到冰或雾。此检测是借助于传感器(温度和/或湿度和/或光学)自动完成。如果检测到起雾和/或起霜，那么发出除霜和/或除湿的请求。在相反情况下，算法确定车辆的乘客舱的热需要。

热请求的选择是基于乘客舱的温度与所要温度之间的差的值。基于此差的大小，从高加热需求到高冷却需求标度五个热需求，如上文所描述。

当需要加热时，当使用乘客舱的加热、通风和/或空调***时，特别是在热泵模式中，蒸发器的除霜可为必要的。随后暂停对加热的热请求，且根据例如蒸发器温度、来自光学传感器的信号和/或在预定义时间循环期间制定和维持对蒸发器进行除霜的请求。

当需要(低或高)冷却时，有可能对乘客舱空气进行除湿(当乘客舱起雾时)，乘客舱内部的供应空气的温度可减小到低于舒适度范围温度。为了返回到舒适温度，需要加热以使空气升温，随后是湿度的减少。

基于测得的数据和事件，由热请求产生器自动发出和管理蒸发器除霜和除湿的请求。

因此，对于乘客舱，界定有八种热查询：

-对高加热的热请求；

-对低加热的热请求；

-中性热请求；

-对高冷却的热请求；

-对低加热的热请求；

-对乘客舱的除湿的请求；

-对挡风玻璃进行除霜的请求；

-对蒸发器进行除霜的请求。

响应于每一请求，热模式选择器使配置根据本发明的***的操作模式的指令集与每一热请求相关联。图14中示出用于乘客舱热请求的热模式选择器算法的总体架构。图15a到15h中示出指令。

响应于高加热需求(图15a)，促进空气再循环以减少热负荷。在瞬态操作模式中，在短时间周期(即，最多10分钟)，即达到标称操作模式的气候条件所需的时间中做出此决策。在检查冷却剂温度足够高(即，如果条件a3为真)之后，选择器切换到使用来自HTC回路的热。如果在HTC回路处可用的热量不足够或不可用(即，如果条件a3为假)，那么选择器切换以使得使用电学源。对照由预测构件评估的剩余行驶距离检查蓄电池电量(和/或油位)，使得使用热泵和/或正温度系数(PTC)电阻器。当能量水平和可用范围高时或当车辆连接到电力网格时(即，如果条件b3为真或如果条件f3为真)使用这两个选项。

当HTC回路中的热量可用且使用时，如果热量存储水平低(即，如果h3条件为假)则热模式选择器发送在热量存储装置中存储过量热量的指令。

如果使用热泵，那么如果冷存储具有低水平(即，如果条件g3为假)则在蒸发器处产生的冷可存储于冷量存储装置中。

在例如车辆的冷启动等瞬态操作模式(即，如果条件c3为真)以便允许乘客舱温度的快速调整的情况下，热模式选择器使用热量存储装置作为额外热源。如果热量存储装置的热量水平不足够(即，如果条件d3为假)，那么如果蓄电池电量和/或油位允许和/或车辆连接到电力网络(即，如果条件f3为真)则应使用电学电阻器。

当预测到过量热时，热模式选择器允许在例如冷启动等瞬态情形(即，如果条件e3为真)之外使用热量存储装置中的可用热量。

如图15b中所示，响应于低热请求，使用类似于应用于高热请求的逻辑(图15a)的逻辑。然而，与高加热需求相比，冷启动情形不适用。此外，应注意空气再循环仅是部分的。使用的空气流可包括例如约70％再循环空气和30％新鲜空气，新鲜空气即来自乘客舱外部的空气。

在中性热请求的情况下，默认使用图15c中可见的指令，既不是HTC回路也不是加热、通风和/或空调装置。选择器发送检查周围温度(车辆外部)是否接近于车辆用户所需的温度(即，条件a5是否为真)的指令。引入到乘客舱中的新鲜空气(即，乘客舱外部)的比例根据周围温度与乘客舱的目标温度之间的差(如果此差小于或大于2℃-即如果条件a5为真)变化。

在低冷却请求的情况下且如图15d中图示，默认地，如果热量存储装置的热量水平不等于100％(即，如果条件h6为假)，那么对热量存储装置再充电。

如果能量水平允许此情形(即，如果条件b6为真)，那么激活冷却模式。空气再循环较少使用。基于到下一目的地和/或充电站的剩余行驶距离的预测来设定空调使用的能量阈值。同时，如果冷量存储装置的水平不是100％(即，如果条件g6为假)，那么将冷量存储装置再充电。

如果预测到过量冷量(即，如果条件e6为真)，那么使用在冷量存储装置处可用的冷量。

每当预测到过量冷量时(即，如果条件e6为真)，热模式选择器发送在车辆的热启动的特殊情况之外使用热量存储装置中的可用热量的指令。

响应于高冷却请求且如图15e中图示，默认地，如果热量存储装置的热量水平不等于100％(即，如果条件h7为假)，那么对热量存储装置再充电。

默认地，使用空气再循环，且如果能量水平允许此情形(条件b7为真)，那么使用空调。同时，如果冷量存储装置的水平不是100％(即，如果条件g7为假)，那么将冷量存储装置再充电。如果在冷量存储装置处冷量可用(即，如果条件d7为真)，那么除了空调之外还使用冷量存储装置以克服在热启动(即，如果条件c7为真)期间的瞬态负载。如果预测过量冷量(即，如果条件e7为真)，那么使用在冷量存储装置中可用的冷量。

在蒸发器除霜请求的情况下且如图15f中所示，默认地，将低流量的新鲜空气引入到车辆的乘客舱中。如果电池电量足够(即，条件b8为真)，那么热泵启动或继续操作且在仪表板前部上的通风口关闭，使得大多数暖空气被引向挡风玻璃。

在乘客舱除湿(即，除雾)请求的情况下，如图15g中所图示，加热、通风和/或调节装置在冷却(空调)和加热(热泵)模式中使用。当冷凝器使空气升温到舒适温度时蒸发器减少湿度。也可以设定较大新鲜进气(外部)作为针对前和后挡风玻璃的空气分配。然而，这些动作以高能量水平为条件，即，高蓄电池电量和/或高油位或车辆连接到再充电(条件b9为真)。可相对于既定目的地评估能量水平。

在挡风玻璃除霜请求的情况下，如图15h中所示，在可用的情况下(即，如果条件a10为真)则使用HTC回路中的热量。如果这些热量不可用，那么如果能量水平允许此情形(即，如果条件b10为真)则激活热泵。可相对于既定目的地评估能量水平。如果热可用(即，如果条件d10为真)，那么可使用热量存储装置来增加温度。另外，默认地，热模式选择器产生挡风玻璃上的空气分配以及新鲜空气的大量进气，以便降低湿度水平。

来自热模式选择器的指令发送到组件控制器以响应于热请求配置根据本发明的***的操作。

在电力电子器件的热调节的情况下，热请求产生器只能发出两个热请求：

-中性请求，且此为默认，

-每当车辆的电力电子器件的温度高于40℃时发出的冷却请求。

图16中示出热请求产生器的操作流程图，其中TPE温度条件用以发出中性请求或冷却请求。

在用于冷却电力电子器件的热请求的情况下，LTC回路用以传输由电力电子器件耗散的热。响应于中性热请求，中断经由LTC回路的冷却。

Claims (12)

1.用于车辆的热管理***，其包括：

-至少一个热量和/或冷量存储装置(S1，S2)，其形成热量或冷量源，

-所述车辆的至少一个待加热或冷却的元件，

-至少一个额外的热量或冷量源，

-检测构件，其适于检测在所述源中的其中之一处是否有热量或冷量可用，

-控制构件，其能够根据瞬态或标称需要将在所述源处可用的热量或冷量分布到待加热或冷却的元件，

其特征在于，所述热管理***包括预测构件，所述预测构件能够作出旨在确定以下各项的至少一个预测：

·在将来是否将有来自所述源中的任意一个的热量或冷量可用，和/或

·在将来在待加热或冷却的元件中的其中之一处是否将存在对热量或冷量的需要，

且其特征在于，所述热管理***包括管理构件，所述管理构件能够：

-基于与所述车辆的待加热或冷却的元件的状态相关以及与所述热量或冷量源的状态相关的输入数据、来自用户的请求和/或预测，界定所述车辆的待加热或冷却的元件中的一个或多个的热需要和/或所述车辆的待被供电的元件中的一个或多个的电学需要，

-基于所述热需要、所述电学需要和/或预测界定所述***的操作模式，

-操作所述***的致动器，以便根据所选操作模式操作所述***。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述预测构件能够从以下输入数据中的至少一项计算热量和/或冷量的后续可用性，和/或对热量和/或冷量的后续要求：

-与用户的习惯和/或舒适度偏好相关的数据，具体来说：

·与所述用户通常所需的所述车辆的内部温度相关的数据，

·乘客舱中的所述用户通常所需的空气流速，

·在所述乘客舱中的例如通风孔等不同空气进入点之间，所述乘客舱中的所述用户通常所需的空气流的分布，

·所述用户通常所需的来自所述乘客舱外部的新鲜空气与来自所述乘客舱的再循环空气之间的分布，

·所述用户通常所需的通风孔的定向，

-与所述用户的驾驶习惯和/或偏好相关的数据，具体来说：

·与所述车辆的速度相关的数据，

·车辆的运行时间，

·车辆的停机时间，

·车辆的加速度，

·所述车辆的内燃机或电动引擎的速度，

-与所述用户的行程相关的数据，具体来说：

·由所述用户规划或提供的出发地点和/或到达地点的地理坐标，

·所述车辆的实时地理坐标，

·具体来说沿着行程、停车地点和/或规划到达地点的气象数据，例如风速和方向、温度、降雨量、湿度，

·沿着行程的交通条件，

·在给定时间周期内所述用户将连接到所述车辆的蓄电池的充电站的概率，

-与所述蓄电池的健康相关的数据，

-与蓄电池的充电状态相关的数据，具体来说：

·蓄电池充电类型，例如快速充电或正常充电，

·预期充电时间。

3.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，根据所述车辆的操作条件，至少一个热量源和/或冷量源也形成待加热或冷却的元件。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的***，其特征在于，所述***包括至少一个热量存储装置(S1)和至少一个冷量存储装置(S2)。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的***，其特征在于，所述***包括能够形成热量或冷量源和/或能够形成待加热或冷却的元件的至少一个蓄电池。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述蓄电池安装于容纳能够存储热量和/或冷量的相变材料的外壳中。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的***，其特征在于，所述***包括用于对所述车辆的乘客舱进行加热、通风和/或调节的装置，所述装置包括：

-制冷剂流体回路(2)，

-传热流体回路(1)，

-第一热交换器(E2)，其能够在传热流体与既定进入所述车辆的所述乘客舱的空气之间交换热，

-第二热交换器(E4)，其能够在制冷剂流体与既定进入所述车辆的所述乘客舱的空气之间交换热且能够形成冷凝器，

-第三热交换器(E6)，其能够在所述制冷剂流体与既定进入所述车辆的所述乘客舱的空气之间交换热且能够形成蒸发器，

-至少第四热交换器(E1)，其能够在所述制冷剂流体与所述传热流体之间交换热，

-所述控制构件能够通过所述制冷剂流体回路、所述传热流体回路和/或从所述交换器在所述源与待加热和冷却的元件之间分布所述热量或冷量。

8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述加热、通风和/或调节装置包括第五热交换器，所述第五热交换器能够在首先所述传热流体或所述制冷剂流体与其次来自所述车辆的排气管线的热气体之间交换热。

9.根据权利要求5且根据权利要求7或8中任一项所述的***，其特征在于，所述蓄电池能够与所述传热流体交换热。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的***，其特征在于，所述存储装置能够与所述传热流体交换热。

11.根据权利要求1到10中任一项所述的***，其特征在于，所述***包括管理构件，所述管理构件能够使用根据做出的所述预测确定的所述车辆蓄电池中含有的过剩电能来对所述车辆外部的智能电力网络供电。

12.一种用于包括根据权利要求1到11中任一项所述的***的车辆的热管理方法，其特征在于，所述热管理方法包括以下步骤：

-作出至少一个预测以确定：

·在将来是否将有来自所述源中的任意一个的热量或冷量可用，和/或

·在将来在待加热或冷却的元件中的其中之一处是否将存在对热量或冷量的需要，

-根据需要，具体来说根据所述预测将在所述源处可用的热量或冷量分布到待加热或冷却的元件。

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