KR20230152101A - 통합형 열 관리 시스템, 차량, 및 열 관리 제어 방법 - Google Patents

통합형 열 관리 시스템, 차량, 및 열 관리 제어 방법 Download PDF

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power
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위보 롄
허핑 링
이린 중
간 쑹
징커 장
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비와이디 컴퍼니 리미티드
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Abstract

차량 기술 분야에 관련된 통합형 열 관리 시스템, 차량, 및 열 관리 제어 방법이 개시된다. 통합형 열 관리 시스템은 열 펌프 서브시스템, 배터리 검출 모듈, 상호작용 모듈, 고전압 시스템 냉각 서브시스템, 및 차량 열 관리 제어기를 포함한다. 열 펌프 서브시스템은 열 펌프 서브시스템 검출 모듈을 포함한다. 열 펌프 서브시스템 검출 모듈은 열 펌프 서브시스템의 상태 정보를 검출하도록 구성된다. 고전압 시스템 냉각 서브시스템은 차량의 고전압 시스템 및 열 펌프 서브시스템과 열 교환을 수행하도록 구성된다. 배터리 검출 모듈은 차량 배터리의 상태 정보를 검출하도록 구성된다. 상호작용 모듈은 승객 객실의 열 요건의 설정 정보를 수신하도록 구성된다. 차량 열 관리 제어기는, 차량 배터리의 상태 정보에 따라 차량 배터리의 열 관리 요건을 결정하고, 설정 정보에 따라 승객 객실의 열 관리 요건을 결정하고, 차량 배터리의 열 관리 요건, 승객 객실의 열 관리 요건, 및 열 펌프 서브시스템의 상태 정보에 따라 열 보충 요건을 결정하도록 구성된다.

Description

통합형 열 관리 시스템, 차량, 및 열 관리 제어 방법
관련 출원에 대한 교차-참조
본 개시내용은 발명의 명칭을 "통합형 열 관리 시스템, 차량, 및 열관리 제어 방법(INTEGRATED THERMAL MANAGEMENT SYSTEM, VEHICLE, AND THERMAL MANAGEMENT CONTROL METHOD)"으로 하여 2021년 5월 11일에 출원된 중국 특허 출원 번호 202110511353.8에 대한 우선권을 주장한다. 상기-참조된 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 합체되어 있다.
본 개시내용은 차량 기술 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는 통합형 열 관리 시스템, 통합형 열 관리 시스템을 채택한 차량, 및 열 관리 제어 방법에 관한 것이다.
관련 기술에서, 차량의 열 관리 시스템에 따라, 물 PTC 가열 루프는 저온에서 더 많은 열을 손실되어, 높지 않은 가열 효율을 초래한다. 또한, 배터리 가열 및 공조 보조 가열 양자 모두가 이 루프에 의해 수행되어, 높은 에너지 소비 및 배터리 수명에 대한 영향을 초래한다. 배터리가 냉각될 때, 배터리와의 냉매 및 냉각제의 2개의 열 교환이 존재하여, 낮은 열 교환 효율을 초래한다. 공조 난방을 보조하기 위해 보조 히터 루프를 추가함으로써, 시스템은 복잡하고, 비용이 상승한다.
에너지 소비를 감소시키고, 차량 에너지의 이용 효율을 개선하고, 비용을 감소시키기 위해 통합형 열 관리 시스템, 차량, 및 열 관리 제어 방법이 제공된다.
제1 양태에서, 본 개시내용은 열 펌프 서브시스템, 고전압 시스템 냉각 서브시스템, 배터리 검출 모듈, 상호작용 모듈 및 제어기를 포함하는 통합형 열 관리 시스템을 제공한다. 열 펌프 서브시스템은 열 펌프 서브시스템 검출 모듈을 포함한다. 열 펌프 서브시스템 검출 모듈은 열 펌프 서브시스템의 상태 정보를 검출하도록 구성된다. 고전압 시스템 냉각 서브시스템은 차량의 고전압 시스템 및 열 펌프 서브시스템과 열 교환을 수행하도록 구성된다. 배터리 검출 모듈은 차량 배터리의 상태 정보를 검출하도록 구성된다. 상호작용 모듈은 승객 객실의 열 요건의 설정 정보를 수신하도록 구성된다. 제어기는, 차량 배터리의 상태 정보에 따라 차량 배터리의 열 관리 요건을 결정하고, 설정 정보에 따라 승객 객실의 열 관리 요건을 결정하고, 차량 배터리의 열 관리 요건, 승객 객실의 열 관리 요건, 및 열 펌프 서브시스템의 상태 정보에 따라 열 보충 요건을 결정하도록 구성된다.
본 개시내용의 이 실시예의 통합형 열 관리 시스템에 따르면, 열 펌프 서브시스템은 고전압 시스템 냉각 서브시스템과 조합되고, 제어기는 차량 배터리의 열 관리 요건, 승객 객실의 열 관리 요건, 및 열 펌프 서브시스템의 상태 정보에 따라 열 보충 요건을 결정한다. 따라서, 차량 배터리 및/또는 승객 객실이 가열 요건을 갖고 열 펌프 서브시스템이 가열 요건을 충족시킬 수 없을 때, 고전압 시스템에 의해 발생되는 폐열은 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 통해 열 펌프 서브시스템에 대한 열 보충을 지원하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 본 개시내용의 이 실시예의 통합형 열 관리 시스템은 차량 열 관리 시스템의 모듈들의 심층 통합(deep integration) 및 협력 제어를 실현하고, 차량 에너지의 효율적인 관리를 실현하고, 에너지의 포괄적인 이용률을 개선하고, 저비용을 달성할 수 있다.
제2 양태에서, 본 개시내용은 통합형 열 관리 시스템을 포함하는 차량을 제공한다.
본 개시내용의 이 실시예의 차량에 따르면, 상기 실시예의 통합형 열 관리 시스템을 채택함으로써, 차량 배터리 및/또는 승객 객실이 가열 요건을 갖고 열 펌프 서브시스템이 가열 요건을 충족시킬 수 없을 때, 열 펌프 서브시스템에 대한 열 보충은 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 사용하여 지원될 수 있다. 또한, 차량 열 관리 시스템의 모듈들의 심층 통합 및 협력 제어가 실현될 수 있고, 차량 에너지의 효율적인 관리가 실현될 수 있고, 에너지의 포괄적인 이용률이 개선될 수 있다.
제3 양태에서, 본 개시내용은 열 관리 제어 방법을 제공하며, 본 방법은 차량 배터리의 상태 정보를 취득하고, 승객 객실의 열 요건의 설정 정보를 취득하는 단계; 차량 배터리의 상태 정보에 따라 차량 배터리의 열 관리 요건을 결정하고, 설정 정보에 따라 승객 객실의 열 관리 요건을 결정하고, 승객 객실의 열 관리 요건 및 차량 배터리의 열 관리 요건에 따라 열 펌프 서브시스템의 동작 모드를 제어하는 단계; 열 펌프 서브시스템의 상태 정보를 취득하는 단계; 및 차량 배터리의 열 관리 요건, 승객 객실의 열 관리 요건, 및 열 펌프 서브시스템의 상태 정보에 따라, 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는지를 결정하는 단계를 포함한다.
본 개시내용의 이 실시예의 열 관리 제어 방법에 따르면, 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는지는 차량 배터리의 열 관리 요건, 승객 객실의 열 관리 요건, 및 열 펌프 서브시스템의 상태 정보에 따라 결정되고, 고전압 시스템 냉각 서브시스템에 의한 열 펌프 서브시스템으로의 열 보충을 위한 기초가 제공될 수 있다. 또한, 차량 열원들은 차량 에너지의 이용률을 개선하기 위해 함께 더 심도있게 동작할 수 있다.
본 개시내용의 추가적인 양태들 및 이점들은 이하의 설명에서 부분적으로 설명될 것이며, 이는 이하의 설명으로부터 명백해지거나 또는 본 개시내용의 실시를 통해 명백해질 것이다.
본 개시내용의 전술한 및/또는 추가적인 양태들 및 이점들은 도면들을 참조하여 이루어진 실시예들의 이하의 설명들로부터 명백해지고 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 통합형 열 관리 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 통합형 열 관리 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 고전압 전기 구동 제어 루프의 개략도이다.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른 열 관리 제어 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른 열 관리 제어 방법의 흐름도이다.
본 개시내용의 실시예들이 상세하게 후술되고, 도면들을 참조하여 설명된 실시예들은 예시적이며, 본 개시내용의 실시예들은 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세하게 후술된다.
본 개시내용의 제1 양태의 실시예에 따른 통합형 열 관리 시스템이 도 1 내지 도 3을 참조하여 아래에 설명된다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 통합형 열 관리 시스템(100)의 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 개시내용의 이 실시예에 따른 통합형 열 관리 시스템(100)은 열 펌프 서브시스템(101), 배터리 검출 모듈(102), 상호작용 모듈(103), 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105) 및 제어기(104)를 포함한다.
열 펌프 서브시스템(101)은 열 펌프 서브시스템 검출 모듈을 포함한다. 열 펌프 서브시스템 검출 모듈은 열 펌프 서브시스템(101)의 상태 정보, 예컨대 차량의 내부 및 외부 주변 온도들, 및 열 펌프 서브시스템(101)에서의 냉매 압력 및 냉매 온도를 검출하도록 구성된다. 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)은 고전압 시스템의 냉각 루프이다. 본 개시내용의 이 실시예에서, 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)은 각각 차량의 고전압 시스템 및 열 펌프 서브시스템(101)과 열 교환을 수행할 수 있다.
고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)은 고전압 시스템을 냉각하고 고전압 시스템으로부터 열을 제거하도록 구성될 수 있다. 고전압 시스템의 열은 또한 열 펌프 서브시스템(101)에 열을 공급하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 고전압 시스템의 열은 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105) 내의 냉각제를 가열하고 열 펌프 서브시스템(101)과 열 교환을 수행하여, 열 펌프 서브시스템(101)에 열을 보충한다.
배터리 검출 모듈(102)은 배터리 온도, 배터리 전력, 또는 전압과 같은 차량 배터리의 상태 정보를 검출하도록 구성된다. 상호작용 모듈(103)은 승객 객실의 열 요건의 설정 정보를 수신하도록 구성된다. 사용자가 상호작용 모듈(103)을 통해 승객 객실의 열 요건, 예를 들어, 공조 냉방을 온-오프하는 것, 공조 난방을 온-오프하는 것, 난방 및 제습이 필요한지 또는 배터리가 가열될 필요가 있는지 여부, 및 요구되는 가열 온도를 설정한다.
제어기(104)는 차량 배터리의 상태 정보에 따라 차량 배터리의 열 관리 요건을 결정하고, 설정 정보에 따라 승객 객실의 열 관리 요건을 결정하고, 차량 배터리의 열 관리 요건, 승객 객실의 열 관리 요건, 및 열 펌프 서브시스템(101)의 상태 정보에 따라 열 보충 요건을 결정하도록 구성된다.
본 개시내용의 실시예에서, 도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 통합형 열 관리 시스템(100)의 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 열 펌프 서브시스템(101)은 압축기(1), 제1 열 교환기(3), 제1 전자 팽창 밸브(5), 제1 전자기 밸브(6), 제2 열 교환기(7), 제1 일방향 밸브(13), 플레이트 열 교환기(15), 제2 전자기 밸브(16), 제2 일방향 밸브(17), 제2 전자 팽창 밸브(19), 제3 일방향 밸브(18), 배터리 팩 직접-냉각 플레이트(21), 캘리버-조정 가능 스로틀 밸브(23), 제3 전자기 밸브(24), 제4 전자기 밸브(25), 제4 일방향 밸브(26), 기체-액체 분리기(27), 제5 일방향 밸브(29), 제5 전자기 밸브(30), 제3 열 교환기(31), 및 제3 전자 팽창 밸브(32)를 포함한다.
압축기(1)의 출력 단부가 제1 열 교환기(3)의 제1 인터페이스에 연결된다. 제1 열 교환기(3)의 제2 인터페이스는 제2 열 교환기(7)의 제1 인터페이스에 연결된다. 제1 전자 팽창 밸브(5) 및 제1 전자기 밸브(6)는 제1 열 교환기(3)의 제2 인터페이스와 제2 열 교환기(7)의 제1 인터페이스 사이의 파이프라인에 배열된다. 제2 열 교환기(7)의 제2 인터페이스는 제1 일방향 밸브(13)의 제1 인터페이스에 연결된다. 제1 일방향 밸브(13)의 제2 인터페이스는 플레이트 열 교환기(15)의 제2 인터페이스, 제3 일방향 밸브(18)의 제2 인터페이스, 및 제3 열 교환기(31)의 제2 인터페이스에 각각 연결된다. 제3 전자 팽창 밸브(32)는 제1 일방향 밸브(13)의 제2 인터페이스와 제3 열 교환기(31)의 제2 인터페이스 사이의 파이프라인 상에 배열된다. 제3 열 교환기(31)의 제1 인터페이스가 제5 일방향 밸브(29)의 제2 인터페이스에 연결된다. 제5 일방향 밸브(29)의 제1 인터페이스는 제4 일방향 밸브(26)의 제2 인터페이스에 연결된다. 제5 전자기 밸브(30)는 제5 일방향 밸브(29)의 제1 인터페이스와 제1 일방향 밸브(13)의 제2 인터페이스 사이의 파이프라인 상에 배열된다. 제4 일방향 밸브(26)의 제1 인터페이스는 기체-액체 분리기(27)의 제1 단부에 연결된다. 기체-액체 분리기(27)의 제2 단부가 압축기(1)의 입력 단부에 연결된다. 플레이트 열 교환기(15)의 제1 인터페이스가 제2 일방향 밸브(17)의 제2 인터페이스에 연결된다. 제2 전자기 밸브(16)는 플레이트 열 교환기(15)의 제1 인터페이스와 제2 일방향 밸브(17)의 제2 인터페이스 사이의 파이프라인 상에 배열된다. 제1 노드가 제2 전자기 밸브(16)와 제2 일방향 밸브(17)의 제2 인터페이스 사이에 제공된다. 제1 노드는 제1 전자 팽창 밸브(5)와 제1 전자기 밸브(6) 사이에 연결된다. 제2 일방향 밸브(17)의 제1 인터페이스 및 제3 일방향 밸브(18)의 제1 인터페이스는 양자 모두 배터리 팩 직접-냉각 플레이트(21)의 제2 단부에 연결된다. 제2 전자 팽창 밸브(19)는 배터리 팩 직접-냉각 플레이트(21)의 제2 단부에 배열된다. 배터리 팩 직접-냉각 플레이트(21)의 제1 단부가 스로틀 밸브(23)를 통해 압축기(1)의 출력 단부 및 제4 일방향 밸브(26)의 제2 인터페이스에 각각 연결된다. 제3 전자기 밸브(24)는 스로틀 밸브(23)와 압축기(1)의 출력 단부 사이의 파이프라인 상에 배열된다. 제4 전자기 밸브(25)는 스로틀 밸브(23)와 제4 일방향 밸브(26)의 제2 인터페이스 사이의 파이프라인 상에 배열된다.
전술한 열 펌프 서브시스템(101)에 기초하여, 배터리의 열 관리 루프는 승객 객실의 열 관리 루프에 연결되고, 배터리 팩 직접-냉각 플레이트(21)는 배터리의 직접 냉각 및 직접 가열의 방식으로 배터리를 가열 또는 냉각하기 위해 사용된다. 배터리 팩이 냉각될 필요가 있을 때, 압축기(1)는 배터리를 냉각시키기 위한 증발 및 열 흡수를 위해 배터리 팩 직접-냉각 플레이트(21)에 진입하도록 냉매를 구동한다. 배터리 팩이 가열될 필요가 있을 때, 압축기(1)는 배터리를 가열하기 위한 응축 및 방열을 위해 배터리 팩 직접-냉각 플레이트(21)에 진입하도록 냉매를 구동한다. 프로세스는 잠열 교환 및 매체 상 변화 열 교환이고, 온도는 배터리 팩 내에서 작은 범위에서 유지됨으로써, 배터리의 열 관리 회로에서 냉각제 루프, 물 펌프(12), 및 플레이트 열 교환기(15)를 절약하고, 시스템 비용을 감소시킨다. 배터리는 배터리의 직접 냉각 및 직접 가열에 의해 가열되거나 냉각되고, 시스템에서의 열 교환은 2개의 열 교환으로부터 하나의 열 교환으로 변화한다. 배터리 팩 직접-냉각 플레이트(21)는 배터리 코어와 양호하게 접촉한다. 열 교환 효율은 전통적인 냉각 플레이트의 열 교환 효율보다 높고, 이에 의해 에너지 소비를 감소시킨다. 본 개시내용에서, 배터리 냉각 또는 가열 모드는 직접 냉각 및 직접 가열이고, 즉, 더 높은 열 교환 계수를 갖는 냉매 상 변화 열 변화는 배터리의 급속한 냉각 및 가열을 실현할 수 있고, 배터리의 고온 및 저온 부적합 동작 온도 섹션들의 비율을 감소시키고, 배터리의 서비스 수명을 연장할 수 있다. 상 변화 열 교환의 프로세스에서 냉매의 온도 변화는 작고, 배터리의 온도 균일성이 양호하며, 이는 배터리의 일관성 관리 및 수명에 유리하다.
또한, 열 펌프 서브시스템(101)의 루프 내의 배터리 팩 직접-냉각 플레이트(21)의 제1 단부에는 캘리버-가변 스로틀 밸브(caliber-variable throttle valve)(23)가 제공된다. 배터리 및 공조기가 동시에 냉각 또는 가열 요건을 가질 때, 스로틀 밸브(23)의 요구되는 캘리버는 순람표를 이용하여 획득되고, 캘리버는 시스템 압력 및 온도를 추가로 조정하기 위해 능동적으로 조정되고, 이에 의해 승객 객실 및 배터리 열 관리 모듈을 통해 유동하는 매체의 온도 제어를 실현한다(직접-냉각 및 직접-가열 냉매의 온도는 배터리 온도에 직접 영향을 미친다).
특정 예에서, 제어기(104)는 승객 객실 및/또는 배터리 팩의 가열 및 냉각 요건들을 충족시키기 위해 상이한 밸브 본체 조합들을 스위칭함으로써 열 펌프 서브시스템(101)의 상이한 동작 모드들을 제어한다.
본 개시내용의 실시예에서, 고전압 시스템은 전기 구동 시스템을 포함할 수 있다. 전기 구동 시스템은 모터를 포함한다. 특정 구현에서, 전기 구동 시스템은 모터 제어기, 트랜스미션 등을 더 포함할 수 있다. 유사하게, 고전압 시스템은 또한 충전 및 배전 시스템일 수 있다. 충전 및 배전 시스템은 DC-DC, OBC(on board charger), 배전 박스 등을 포함한다. 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)은 고전압 시스템에 대응한다. 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105) 내의 냉각제 파이프가 가열 장치들, 예컨대 모터의 권선 및 모터 제어기의 IGBT와 접촉하여 배열될 수 있다. 냉각제가 가열 장치들, 예컨대 모터의 권선 및 모터 제어기의 IGBT를 통해 유동할 때, 가열 장치들, 예컨대 모터의 권선 및 모터 제어기의 IGBT의 열이 제거될 수 있다. 유사하게, 가열 장치들, 예컨대 모터의 권선 및 모터 제어기의 IGBT의 가열량은 그를 통해 유동하는 냉각제를 가열하도록 조정될 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 고전압 전기 구동 제어 루프의 개략도이다. 구체적으로, 전기 구동 시스템은 배터리, 모터 제어기, 모터(3상 교류 모터), 인덕터 및 스위치를 포함한다. 배터리는 포지티브 및 네거티브 직류 버스들을 통해 모터 제어기에 연결된다. 모터 제어기는 3상 라인들을 통해 모터에 연결된다. 모터의 3상 권선들이 함께 연결되어 중성 점을 형성한다. 중성 점으로부터 인출된 N 라인은 인덕터 스위치(K1)를 통해 인덕터에 연결된다. 인덕터는 에너지 저장 커패시터(C2)에 연결된다. 에너지 저장 커패시터(C2)는 버스 네거티브 스위치(K2)를 통해 모터 제어기에 연결된다. 시스템이 충전을 위해 사용될 때, 외부 전력 공급 장치(충전 파일)의 양극 및 음극은 에너지 저장 커패시터(C2)의 양 단부에 각각 연결된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)은 물 펌프(12), 모터 라디에이터(8), 팬(9), 및 3방향 밸브(10)를 포함한다. 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)의 열 교환 매체 파이프라인은 고전압 시스템의 가열 장치와 접촉하여 배열된다. 고전압 시스템의 동작에 의해 발생되는 열은 열 교환 매체 파이프라인 내의 열 교환 매체를 가열하기 위해 사용된다.
고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)은 열 펌프 서브시스템(101)의 플레이트 열 교환기(15)를 통해 열 펌프 서브시스템(101)과 열 교환을 수행한다. 구체적으로, 물 펌프(12)의 제1 인터페이스가 열 펌프 서브시스템(101)의 플레이트 열 교환기(15)의 제3 인터페이스에 연결된다. 물 펌프(12)의 제2 인터페이스가 고전압 시스템의 제1 냉각 인터페이스에 연결된다. 3방향 밸브(10)의 포트(C)가 열 펌프 서브시스템(101)의 플레이트 열 교환기(15)의 제4 인터페이스에 연결된다. 3방향 밸브(10)의 포트(B)가 고전압 시스템의 제2 냉각 인터페이스에 연결된다. 3방향 밸브(10)의 포트(A)가 모터 라디에이터(8)의 제1 인터페이스에 연결된다. 모터 라디에이터(8)의 제2 인터페이스가 고전압 시스템의 제2 냉각 인터페이스에 연결된다. 팬(9)은 모터 라디에이터(8)에 대응한다.
일부 실시예들에서, 열 펌프 서브시스템(101)은 열 펌프 서브시스템 검출 모듈을 더 포함한다. 열 펌프 서브시스템 검출 모듈은 열 펌프 서브시스템(101)의 상태 정보, 예컨대 차량의 내부 및 외부 주변 온도, 및 냉매 압력 및 온도를 검출하도록 구성된다. 제어기(104)는 차량 배터리의 열 관리 요건, 승객 객실의 열 관리 요건, 및 열 펌프 서브시스템(101)의 상태 정보에 따라 열 보충 요건 및 요구되는 열 보충 전력을 결정한다.
이 실시예에서, 제어기(104)는 열 보충 요건에 응답하여, 차량의 작동 상태에 따라 열 보충 모드를 결정하고, 열 펌프 서브시스템(101)의 상태 정보에 따라 요구되는 열 보충 전력을 획득하고, 요구되는 열 보충 전력 및 열 보충 모드에 따라 고전압 시스템에서 모터의 동작 전류를 제어하여, 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)을 통해 열 펌프 서브시스템(101)에 열을 보충하도록 추가로 구성된다.
열 보충을 위해 요구되는 모터 전류는 요구되는 열 보충 전력에 따라 획득될 수 있다. 고전압 시스템은 열 보충 모드 및 열 보충을 위해 요구되는 모터 전류에 따라 제어될 수 있다. 고전압 시스템을 통해 유동하는 전류를 조정함으로써, 고전압 시스템의 컴포넌트들은 열을 발생시키고, 고전압 시스템에 의해 발생된 열은 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105) 내의 냉각제를 가열한다. 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)은 열 펌프 서브시스템(101)과 열 교환을 수행하여, 열 펌프 서브시스템(101)에 열을 보충한다.
구체적으로, 고전압 시스템은, 예를 들어, 전기 구동 시스템이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전기 구동 제어 루프는 스위치(K1) 및 스위치(K2)의 온 및 오프를 제어함으로써 모터 제어기를 제어할 수 있으며, 따라서 시스템은 주행 구동 및 주차 충전의 기능들을 실현할 수 있다. 차량 구동 상태에서, 스위치(K1) 및 스위치(K2)는 오프되도록 제어된다. 배터리, 모터 제어기, 및 교류 모터는 모터 구동 회로를 형성하고, 시스템은 주행 구동의 기능을 실현한다. 충전 파일(charging pile)이 고전압 전기 구동 제어 루프에 연결될 때, 차량은 주차 충전 상태에 있다. 시스템은 스위치(K1) 및 스위치(K2)가 온되도록 제어한다. 배터리, 모터 제어기, 교류 모터, 인덕터, 에너지 저장 모듈, 및 충전 파일은 모터 부스팅 충전 회로(motor boosting charging circuit)를 형성하고, 시스템은 부스팅 충전의 기능을 실현한다.
고전압 시스템의 컴포넌트들이 동작하고 있을 때, 전도체의 줄 효과에 기초하여 열이 발생될 것이다. 고전압 시스템을 통해 유동하는 전류를 조정함으로써, 고전압 시스템의 컴포넌트들에 의해 발생되는 열이 조정될 수 있다. 예를 들어, 고전압 시스템의 스위치 장치들 및 모터 권선들을 통해 유동하는 전류는 고전압 시스템의 스위치 장치들 및 모터 권선들의 가열량을 증가시키기 위해 증가될 수 있다. 고전압 시스템에 의해 발생된 열은 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)에서 냉각제를 가열하고, 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)은 플레이트 열 교환기(15)를 통해 열 펌프 서브시스템(101)과 열 교환을 수행할 수 있어서, 고전압 시스템은 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)을 통해 열 펌프 서브시스템(101)에 열을 보충한다. 상이한 작동 상태들에서의 차량의 전기 구동 시스템은 상이한 동작 모드들을 갖는다. 열 보충 모드가 차량의 작동 상태에 따라 결정된다. 요구되는 열 보충 전력은 열 펌프 서브시스템(101)의 상태 정보에 따라 획득되고, 고전압 시스템에서의 모터의 동작 전류는 요구되는 열 보충 전력 및 열 보충 모드에 따라 제어되어, 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)을 통해 열 펌프 서브시스템(101)에 열을 보충한다. 고전압 시스템에 의해 발생된 열은 열 펌프 서브시스템(101)에 열을 보충하기 위해 완전히 이용될 수 있다. 차량 에너지는 높은 에너지 이용률을 실현하기 위해 합리적으로 이용될 수 있고, 에너지는 배터리, 고전압 시스템, 및 승객 객실 사이에서 유동하고, 따라서 고집적 에너지 관리를 실현한다.
고전압 시스템을 사용하는 열 펌프 서브시스템에 대한 열 보충은 모터 제어기 내의 IGBT(insulated gate bipolar transistor)의 상부 및 하부 브리지들의 온-오프 주파수를 변경에 의한 4개의 모드: 모터-구동식 폐열 보충(motor-driven waste heat supplementation), 모터 반응열 보충(motor reactive heat supplementation), 모터 스톨링 가열(motor stalling heating), 및 모터 부스팅 협력 가열 열 보충을 포함하며, 이는 상세하게 후술된다.
본 개시내용의 이 실시예의 통합형 열 관리 시스템(100)에서, 열 펌프 서브시스템(101) 및 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)은 통합되고 연결된다. 열 펌프 서브시스템(101)이 열 보충 요건을 가질 때, 모터에 의해 발생된 열이 완전히 이용된다. 모터는 차량의 상이한 작동 상태들에 따라 열을 발생시키도록 능동적으로 제어되고, 루프는 모터의 열 파이프에 설계되어, 고전압 시스템을 통과하는 냉각제가 3방향 밸브(10)의 포트(B)를 통해 플레이트 열 교환기(15)로 직접 유동하고, 열은 플레이트 열 교환기(15)를 통해 열 펌프 서브시스템(101)에 보충되고, 이에 의해 차량 열 관리 시스템의 모듈들의 심층 통합 및 협력 제어를 실현하고, 차량 에너지의 효율적인 관리를 실현하며, 에너지의 포괄적인 이용률을 개선한다. 또한, 모터에 의해 발생된 열이 이용되고, 모터 부품들이 재이용되어 가열 기능을 실현하고, 성능 및 다수의 기능을 실현하는 것에 기초하여 시스템 비용이 감소된다. 또한, 비-엔탈피-증가 열 펌프 서브시스템(101)의 적절한 동작 온도는 약 -25°C에 도달하고, 배터리가 가열될 때, 열 펌프 서브시스템(101)으로부터의 열이 이용될 수 있다. 에너지 효율비는 1보다 크고, 에너지 소비가 상당히 감소된다.
상기 실시예의 통합형 열 관리 시스템(100)에 기초하여, 본 개시내용의 제2 양태의 실시예는 차량을 제공한다. 차량은 상기 실시예의 통합형 열 관리 시스템(100)을 포함한다. 분명히, 차량은 본 명세서에서 열거되지 않은 다른 컴포넌트들 및 시스템들을 더 포함한다.
본 개시내용의 이 실시예의 차량에 따르면, 열 펌프 서브시스템(101)은 상기 실시예의 통합형 열 관리 시스템(100)을 채택함으로써 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)과 조합되고, 제어기(104)는 차량 배터리의 열 관리 요건, 승객 객실의 열 관리 요건, 및 열 펌프 서브시스템(101)의 상태 정보에 따라 열 보충 요건 및 요구되는 열 보충 전력을 결정한다. 따라서, 차량 배터리 및/또는 승객 객실이 가열 요건을 갖고 열 펌프 서브시스템(101)이 가열 요건을 충족시킬 수 없을 때, 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)을 통한 열 펌프 서브시스템(101)에 대한 열 보충이 지원될 수 있고, 이에 의해 차량 배터리 및/또는 승객 객실의 요건들을 충족시킨다. 또한, 본 개시내용의 이 실시예의 통합형 열 관리 시스템(100)은 차량 열 관리 시스템의 모듈들의 심층 통합 및 협력 제어를 실현하고, 차량 에너지의 효율적인 관리를 실현하고, 에너지의 포괄적인 이용률을 개선하고, 저비용을 달성할 수 있다.
상기 실시예의 통합형 열 관리 시스템(100)에 기초하여, 본 개시내용의 제3 양태의 실시예는 열 관리 제어 방법을 제공한다. 본 개시내용의 이 실시예에 따른 열 관리 제어 방법은 도 4 및 도 5를 참조하여 아래에 설명될 것이다.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른 열 관리 제어 방법의 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 열 관리 제어 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
S1: 차량 배터리의 상태 정보가 취득되고, 승객 객실의 열 요건의 설정 정보가 취득된다.
S2: 차량 배터리의 열 관리 요건이 차량 배터리의 상태 정보에 따라 결정되고, 승객 객실의 열 관리 요건이 설정 정보에 따라 결정되고, 열 펌프 서브시스템의 동작 모드가 승객 객실의 열 관리 요건 및 차량 배터리의 열 관리 요건에 따라 제어된다.
S3: 열 펌프 서브시스템의 상태 정보가 취득된다.
S4: 차량 배터리의 열 관리 요건, 승객 객실의 열 관리 요건, 및 열 펌프 서브시스템의 상태 정보에 따라, 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는 지가 결정된다.
배터리의 상태 정보는 배터리의 내부 상태를 반영하는 파라미터, 예컨대 배터리의 온도, 전력, 및 전압이고, 배터리가 가열될 필요가 있는지를 결정하고 요구되는 가열 온도를 결정하기 위해 사용된다. 승객 객실의 열 요건의 설정 정보는 승객 객실의 열 요건, 예를 들어, 공조 냉방을 온-오프하는 것, 공조 난방을 온-오프하는 것, 난방 및 제습이 필요한지 또는 배터리가 가열될 필요가 있는지, 및 요구되는 가열 온도의 사용자 설정을 포함하고, 이는 승객 객실의 열 관리 요건 및 요구되는 가열 온도를 결정하기 위해 사용된다. 열 펌프 서브시스템의 상태 정보는 예를 들어 차량의 내부 및 외부 온도, 냉매 압력 및 온도 등을 포함하며, 이는 열 펌프 서브시스템의 에너지 상태를 반영한다.
구체적으로, 배터리의 상태 정보 및 승객 객실의 열 요건의 설정 정보에 따라, 차량 배터리 및/또는 승객 객실이 가열 요건을 갖는 것으로 결정될 때, 열 펌프 서브시스템의 동작 모드는 승객 객실의 열 관리 요건 및 차량 배터리의 열 관리 요건에 따라 제어된다. 열 펌프 서브시스템의 상태 정보에 따라, 차량 배터리 및/또는 승객 객실의 가열 요건이 충족될 수 있는지가 결정된다. 열 펌프 서브시스템이 차량 배터리 및/또는 승객 객실의 가열 요건을 충족시킬 수 없으면, 열 펌프 서브시스템은 열 보충 요건을 갖는다. 열 펌프 서브시스템이 차량 배터리 및/또는 승객 객실의 가열 요건을 충족시킬 수 있으면, 열 펌프 서브시스템은 열 보충 요건을 갖지 않는다.
일 구현예에서, 고전압 시스템은 전기 구동 시스템을 포함할 수 있다. 전기 구동 시스템은 모터를 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 개시내용의 열 관리 제어 방법은 다음의 단계들을 더 포함한다:
S11: 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는다면 차량의 작동 상태에 따라 열 보충 모드가 결정된다.
구체적으로, 고전압 시스템은 차량의 상이한 작동 상태들에서 상이한 기능들을 실현할 수 있다. 차량 구동 상태에서, 고전압 시스템은 주행 구동 기능을 실현하도록 제어될 수 있다. 차량이 고전압 시스템을 통해 충전 파일에 연결될 때, 차량은 주차 충전 상태에 있고, 고전압 시스템은 부스팅 충전 기능을 실현하도록 제어될 수 있다. 차량이 주차 상태에 있을 때, 고전압 시스템은 또한 열을 발생시키도록 제어될 수 있다. 상이한 작동 상태들에서의 차량의 전기 구동 시스템은 상이한 동작 모드들을 갖고, 대응하는 열 보충 모드들 또한 상이하다. 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는다고 결정되면, 이 경우의 열 보충 모드는 차량의 현재 작동 상태에 따라 결정된다.
S12: 요구되는 열 보충 전력은 차량 배터리의 열 관리 요건, 승객 객실의 열 관리 요건, 및 열 펌프 서브시스템의 상태 정보에 따라 계산된다.
구체적으로, 차량 배터리 및 승객 객실의 요구되는 가열 온도 정보는 차량 배터리의 열 관리 요건 및 승객 객실의 열 관리 요건에 따라 획득될 수 있다. 열 펌프 서브시스템의 상태 정보는 열 펌프 서브시스템의 현재 열 발생 용량을 반영하고, 열 펌프 서브시스템의 요구되는 열 보충 전력은 차량 배터리 및 승객 객실의 요구되는 가열 온도 정보 및 열 펌프 서브시스템의 현재 열 발생 용량에 따라 계산될 수 있다.
S13: 고전압 시스템 내의 모터의 동작 전류는 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 통해 열 펌프 서브시스템에 열을 보충하기 위해, 열 보충 모드 및 요구되는 열 보충 전력에 따라 제어된다.
구체적으로, 고전압 시스템 냉각 서브시스템 내의 냉각제 파이프는 가열 장치들, 예컨대 모터의 권선들 및 모터 제어기의 IGBT와 접촉하여 배열되고, 그를 통해 유동하는 냉각제가 가열 장치들, 예컨대 모터의 권선들 및 모터 제어기의 IGBT의 가열량을 조정함으로써 가열될 수 있다. 열 보충을 위해 요구되는 모터 전류는 요구되는 열 보충 전력에 따라 획득될 수 있다. 고전압 시스템은 열 보충 모드 및 열 보충을 위해 요구되는 모터 전류에 따라 제어될 수 있다. 고전압 시스템을 통해 유동하는 전류를 조정함으로써, 고전압 시스템의 컴포넌트들은 열을 발생시키고, 고전압 시스템에 의해 발생된 열은 고전압 시스템 냉각 서브시스템 내의 냉각제를 가열한다. 고전압 시스템 냉각 서브시스템은 열 펌프 서브시스템과 열 교환을 수행하여, 열 펌프 서브시스템에 열을 보충한다.
본 개시내용의 이 실시예의 열 관리 제어 방법에 따르면, 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는지는 차량 배터리의 열 관리 요건, 승객 객실의 열 관리 요건, 및 열 펌프 서브시스템의 상태 정보에 따라 결정되고, 고전압 시스템 냉각 서브시스템에 의한 열 펌프 서브시스템으로의 열 보충을 위한 기초가 제공될 수 있다. 또한, 차량 배터리 및/또는 승객 객실의 가열 요건이 충족될 수 있다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 차량 작동 상태는 주행 상태, 주차 상태, 및 모터 부스팅 충전 상태를 포함한다.
차량이 주행 상태에 있다면, 모터-구동식 열 보충 모드가 채택된다. 모터-구동식 열 보충 모드 하에서, 모터는 사전 설정된 구동 전력에서 동작하도록 제어되어, 모터-구동식 무효 전력에 의해 발생된 열을 사용하여 열 보충을 수행한다. 구동 전력은 모터의 출력 전력(output power)으로서, 유효 전력 및 무효 전력을 포함한다. 유효 전력은 주행 구동에 이용되고, 무효 전력은 폐열을 발생시키는데 이용된다. 차량이 주차 상태에 있다면, 모터 스톨링 열 발생 열 보충 모드가 채택된다. 모터 스톨링 열 발생 열 보충 모드 하에서, 모터는 사전 설정된 스톨링 전류에서 동작하도록 제어되어, 모터 스톨링 반응 동작(motor stalling reactive operation)에 의해 발생된 열을 사용하여 열 보충을 수행한다. 차량이 모터 부스팅 충전 상태에 있다면, 모터 부스팅 협력 열 발생 열 보충 모드가 채택된다. 모터 부스팅 협력 열 발생 열 보충 모드 하에서, 모터는 사전 설정된 충전 전류에서 동작하도록 제어되고, 불평형 전류는 모터 열 보충을 실현하기 위해 모터의 3상 권선 동작 전류들 상에 각각 중첩된다. 사전 설정된 충전 전류는 3상 권선 동작 전류의 합이고, 3상 권선 동작 전류의 합은 불평형 전류가 중첩된 후에 사전 설정된 충전 전류와 동일하게 유지된다. 사전 설정된 충전 전류는 배터리를 충전하기 위해 사용되고, 3상 권선 동작 전류는 폐열을 발생시키기 위해 사용된다는 것을 이해해야 한다.
구체적으로, 차량이 주행 상태에 있을 때, 전기 구동 시스템은 구동력을 제공하도록 작동된다. 모터 드라이브에 의해 출력되는 구동 전력은 2개의 부분들: 차량을 작동시키도록 구동하는 토크를 발생시키기 위해 모터의 회전을 구동하는 유효 전력; 및 작동 프로세스에서 모터 및 모터 제어기에 의해 발생되는 열로 분할되며, 상기 열은 무효 전력에 속한다. 즉, 모터의 구동 전력은 유효 전력과 무효 전력의 합과 동일하다. 무효 전력은 고전압 장치가 열을 발생시키게 한다. 열 펌프 서브시스템이 열로 보충될 필요가 있을 때, 에너지의 이용률이 개선될 수 있고, 에너지 낭비는 모터에 의해 구동되는 무효 전력에 의해 발생된 열을 이용한 열 보충에 의해 감소될 수 있다.
차량이 주차 상태에 있을 때, 전기 구동 시스템은 동작하지 않는다. 모터는 모터의 동작 전류를 제어함으로써 열을 발생시키도록 스톨링될 수 있다. 모터가 스톨링될 때, 그 전력은 가열을 위해 사용되고, 이는 모터의 구동 전력에서의 유효 전력이 제로이고 모터의 전체 구동 전력이 무효 전력으로서 열을 발생시키기 위해 사용된다는 것으로서 이해될 수 있다. 따라서, 가열 효율이 높다. 모터의 스톨링 열 발생을 제어함으로써 열 펌프 서브시스템을 열로 보충한다. 추가적인 부품들이 필요하지 않고, 차량의 자체 장치들이 완전히 이용되고, 추가적인 하드웨어 구조가 필요하지 않고, 비용이 낮다.
모터 부스팅 충전 상태에서, 차량은 외부 전력 공급 장치에 연결된다. 모터는 부스팅 충전을 실현하기 위해 사용된다. 모터 제어기는 사전 설정된 충전 전류에서 모터를 충전하도록 제어되고, 모터는 모터 부스팅 충전의 프로세스에서 열을 발생시킬 것이다.
구체적으로, 사전 설정된 충전 전류는 충전 파일에 의해 배터리에 출력되는 충전 전류로서, 이는 충전 파일의 출력 용량 또는 배터리의 전압에 따라 조정될 수 있으며, 사전 설정된 충전 전류는 배터리를 충전하기 위한 사전 설정된 전류이다. 모터의 3상 권선 동작 전류들은 모터의 3상 권선들이 동작할 때 그를 통해 유동하는 전류들이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 모터의 3상 권선 동작 전류들은 ia, ib 및 ic를 포함한다. 사전 설정된 충전 전류는 3상 권선 동작 전류의 벡터 합이다. 사전 설정된 충전 전류는 배터리의 충전 전력을 결정한다. 모터의 3상 권선 동작 전류들(ia, ib, 및 ic)은 모터 권선들의 가열 전력을 결정한다. 배터리가 전기 구동 시스템에 의해 부스트되고 충전될 때, 권선 동작 전류들(ia, ib, 및 ic)은 전기 구동 시스템의 모터 제어기의 3상 브리지 아암들 및 3상 권선들을 통해 각각 유동한다. 사전 설정된 충전 전류를 충족시키는 3상 권선 동작 전류에 기초하여, 모터의 3상 권선 동작 전류에 불평형 전류가 각각 중첩되고, 불평형 전류가 중첩된 후에, 3상 권선 동작 전류의 합은 사전 설정된 충전 전류와 동일하게 유지된다. 즉, 사전 설정된 충전 전류는 변경되지 않은 채로 유지된다. 예를 들어, 불평형 전류는 새로운 3상 권선 동작 전류들(ia+15, ib-10, 및 ic-5)을 획득하기 위해 3상 권선 동작 전류들(ia, ib, 및 ic) 상에 각각 중첩된다. 새로운 3상 권선 동작 전류들(ia+15, ib-10, 및 ic-5)의 합은 여전히 사전 설정된 충전 전류와 동일하다. 3상 권선 동작 전류들 사이의 불평형 전류 차이가 증가함에 따라, 모터의 가열 전력이 더 커진다. 또한, 이 경우에 차량은 외부 충전 장치에 연결되고, 외부 전력 공급 장치는 에너지를 공급하여 배터리의 에너지 소비를 감소시킨다. 차량 에너지는 완전히 통합될 수 있으며, 이에 의해 차량의 에너지 소비를 감소시킨다.
본 개시내용에 의해 제공되는 열 관리 제어 방법에서, 대응하는 열 보충 모드는 차량의 주행 상태에 따라 채택되어, 고전압 시스템의 에너지가 더 합리적으로 이용될 수 있다. 고전압 시스템의 상이한 동작 상태들 하에서 발생되는 열은 열 펌프 서브시스템에 열을 보충하기 위해 사용되고, 고전압 시스템의 폐열은 유연하게 이용되며, 이에 의해 차량 열 관리 시스템의 모듈들의 심층 통합 및 협력 제어를 실현하고, 차량 에너지의 효율적인 관리를 실현하고, 에너지의 포괄적인 이용률을 개선하고, 저비용을 달성한다.
일부 실시예들에서, 자신의 요건들에 따라 열 보충 형태를 조정하기 위한 사용자의 요건들은 상호작용 모듈과 사용자 사이의 상호작용에 의해 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이코노믹 형태(economic form) 또는 퍼포먼스 형태(performance form)와 같은, 사용자에 의해 선택되는 열 보충 설정 형태가 상호작용 모듈을 통해 입력될 수 있다. 구체적으로, 열 보충 요건들에 응답하여 열 보충 설정 형태 확인 명령이 전송된다. 상호작용 모듈은 열 보충 모드 확인 명령을 디스플레이하도록 제어된다. 상호작용 모듈은 사용자에 의해 확인된 열 보충 설정 형태를 수신한다. 제어기는 열 보충 형태, 열 보충 설정 형태, 및 요구되는 열 보충 전력에 따라 고전압 시스템에서의 모터의 동작 전류를 제어하여, 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 통해 열 펌프 서브시스템에 열을 보충한다.
구체적으로, 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는다고 결정될 때, 본 개시내용의 이 실시예의 열 관리 제어 방법은 사용자에 의해 확인된 열 보충 설정 형태를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 열 보충 설정 형태는 퍼포먼스 형태 및 이코노믹 형태를 포함한다. 이코노믹 형태는 에너지 소비를 전제로 한 느린 가열 및 온도 상승을 지칭한다. 퍼포먼스 형태는 급속 가열 및 최대 용량을 갖는 온도 상승이다. 예를 들어, 차량 제어기는 열 보충 요건에 응답하여 상호작용 모듈에 열 보충 설정 형태 명령을 전송한다. 차량 열 관리 제어기는 열 보충 설정 형태의 선택 정보를 디스플레이하도록 상호작용 모듈을 제어한다. 사용자는 상호작용 모듈을 동작시킴으로써 이코노믹 형태 또는 퍼포먼스 형태와 같은 요구되는 열 보충 설정 형태를 선택할 수 있다. 차량 열 관리 제어기는 열 보충 모드, 열 보충 설정 형태, 및 요구되는 열 보충 전력에 따라 고전압 시스템에서의 모터의 동작 전류를 제어하여, 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 통해 열 펌프 서브시스템에 열을 보충하고, 이에 의해 차량 가열 요건을 충족시키고 사용자 요건들을 충족시킨다. 퍼포먼스 및 이코노믹 열 보충 설정 형태를 설정함으로써, 사용자는 자신의 요건들에 따라 열 보충 형태들을 조정할 수 있어서, 저속 가열 또는 급속 가열의 상이한 요건들을 충족시키며, 이는 더 인간화되고 유연하다.
일 실시예에서, 모터-구동식 열 보충 모드는 반응열 발생 열 보충 모드 및 모터 폐열 보충 모드를 포함할 수 있다. 차량이 주행 상태에 있고 열 보충 설정 형태가 퍼포먼스 형태인 경우, 반응열 발생 열 보충 모드가 채택된다. 반응열 발생 열 보충 모드 하에서, 모터의 유효 전력은 유지된 토크에서 출력된 채로 유지되고, 모터의 무효 전력은 무효 전력이 요구되는 열 보충 전력을 초과할 때까지 증가된다.
구체적으로, 차량이 주행 상태에 있을 때, 모터의 출력 전력은 우선 차량의 주행 구동 요건을 보장해야 한다. 열 펌프 서브시스템의 열 보충 설정 형태가 퍼포먼스 형태이면, 모터의 허용 가능한 전력 범위 내에서 급속한 열 발생을 실현하는 것이 필요하고, 모터의 유효 전력은 유지된 토크에서 출력된 채로 유지되고, 모터의 무효 전력은 모터의 무효 전력이 요구되는 열 보충 전력을 초과할 때까지 증가된다. 즉, 모터의 무효 전력에 의해 발생되는 열은 차량 배터리의 열 관리 요건, 승객 객실의 열 관리 요건, 및 열 펌프 서브시스템의 상태 정보에 따라 계산되는 요구되는 열 보충 전력보다 크다. 모터는 열을 급속하게 발생시킬 수 있다.
대안적으로, 차량이 주행 상태에 있고 열 보충 설정 형태가 이코노믹 형태인 경우, 모터 폐열 보충 모드가 채택된다. 모터 폐열 보충 모드 하에서, 모터의 무효 전력이 요구되는 열 보충 전력을 초과할 때 모터의 원래의 구동 전력이 유지된다. 모터의 유효 전력은 유지되는 토크에서 출력된 채로 유지되고, 모터의 무효 전력이 요구되는 열 보충 전력보다 작을 때 모터의 무효 전력은 요구되는 열 보충 전력과 동일하도록 증가된다.
구체적으로, 차량이 주행 상태에 있고 열 보충 설정 형태가 이코노믹 형태일 때, 고전압 시스템은 에너지 소비를 전제로 열 펌프 서브시스템에 열을 보충할 때 열 펌프 서브시스템의 요구되는 열 보충 전력을 충족시키기만 하면 되고, 모터의 출력 전력은 차량의 주행 구동 요건을 우선 보장해야 한다. 모터의 현재 구동 전력 하에서의 무효 전력이 요구되는 열 보충 전력을 충족시키는지가 결정된다. 모터의 무효 전력이 요구되는 열 보충 전력을 초과할 때, 모터의 현재 구동 전력 내의 유효 전력은 차량의 주행 구동 요건을 유지할 수 있고, 무효 전력은 열 펌프 서브시스템의 요구되는 열 보충 전력을 유지할 수 있다. 따라서, 모터의 원래의 구동 전력은 유지된다. 모터의 무효 전력이 요구되는 열 보충 전력 미만일 때, 모터의 현재 구동 전력에서의 유효 전력은 차량의 주행 구동 요건을 보장하기 위해 유지된 토크에서 출력된 채로 유지되고, 모터의 무효 전력은 요구되는 열 보충 전력과 동일하도록 증가되어, 모터가 열 발생을 위해 요구되는 열 보충 전력을 충족시킨다.
실시예에서, 모터 스톨링 열 발생 열 보충 모드는 제1 스톨링 열 발생 열 보충 모드 및 제2 스톨링 열 발생 열 보충 모드를 포함한다. 차량이 주차 상태에 있고 열 보충 설정 형태가 퍼포먼스 형태인 경우, 제1 스톨링 열 발생 열 보충 모드는 모터의 허용 가능한 전력 범위 내에서 급속한 열 발생을 실현하기 위해 채택된다. 차량이 주차 상태에 있을 때, 모터를 통해 유동하는 전류가 존재하지만 토크는 발생되지 않을 것이다. 제1 스톨링 열 발생 열 보충 모드 하에서, 전기 구동 시스템의 전력은 가열을 위해 사용되며, 이는 모터의 구동 전력에서의 유효 전력이 제로이고 모터의 전체 구동 전력이 무효 전력으로서 열을 발생시키기 위해 사용된다는 것이 이해될 수 있다. 따라서, 가열 효율이 높다. 모터의 스톨링 전류를 증가시킴으로써, 모터의 무효 전력은 스톨링 전류 하에서의 모터의 가열 전력이 열 보충 요건을 만족시키기 위해 열 보충 요건 전력을 초과할 때까지 개선된다. 스톨링 전류 하에서의 모터의 가열 전력은 모터의 무효 전력이라는 것을 이해해야 한다.
대안적으로, 차량이 주차 상태에 있고 열 보충 설정 형태가 이코노믹 형태인 경우, 제2 스톨링 열 발생 열 보충 모드가 채택된다. 모터는 열 펌프 서브시스템의 요구되는 열 보충 전력과 동일한 무효 전력으로 열을 발생시켜, 열 펌프 서브시스템의 열 보충 요건을 보장한다. 제2 스톨링 열 발생 열 보충 모드 하에서, 모터의 스톨링 전류를 증가시킴으로써, 모터의 무효 전력은 스톨링 전류 하에서의 모터의 가열 전력이 요구되는 열 보충 전력과 동일할 때까지 개선되어, 열 펌프 서브시스템의 열 보충 요건을 보장한다.
일 실시예에서, 모터 부스팅 협력 열 발생 열 보충 모드는 제1 부스팅 협력 열 발생 열 보충 모드 및 제2 부스팅 협력 열 발생 열 보충 모드를 포함한다. 차량이 모터 부스팅 충전 상태에 있고 열 보충 설정 형태가 퍼포먼스 형태인 경우, 제1 부스팅 협력 열 발생 열 보충 모드가 채택된다. 이 모드 하에서, 모터는 배터리의 충전 전력을 보장하기 위해 사전 설정된 충전 전류에서 동작하도록 제어되고, 모터의 3상 권선들의 불평형 전류는 모터의 가열 전력이 요구되는 열 보충 전력보다 더 클 때까지 증가된다. 즉, 불평형 전류는 3상 권선 동작 전류들 상에 각각 중첩되어, 3상 권선 동작 전류들의 절대 값들 사이의 차이가 증가된다. 불평형 전류의 3상 권선 동작 전류에 대한 각각의 중첩은 상이한 3상 권선 동작 전류가 불평형 전류 차이를 발생시키 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 모터의 3상 권선 동작 전류들은 ia, ib, 및 ic이다. 배터리에 대한 모터의 부스팅 충전 전류는 3상 권선 동작 전류들(ia, ib, 및 ic)의 합이다. 배터리에 대한 모터의 부스팅 충전 전류는 사전 설정된 충전 전류이다. 사전 설정된 충전 전류가 일정하면, ia, ib, 및 ic의 합은 일정하다. 불평형 전류의 3상 권선 동작 전류들에 대한 각각의 중첩은 평형 값을 ia, ib, 및 ic에 각각 중첩시키는 것으로서 이해될 수 있어서, ia, ib, 및 ic의 합은 일정하고, ia, ib, 및 ic의 절대 값들 사이의 차이는 증가된다. 따라서, 모터의 3상 권선들 상에 형성되는 불평형 전류 차이는 더 커지며, 따라서 모터의 가열 전력이 요구되는 열 보충 전력을 초과할 때까지 모터의 가열 전력을 더 커지게 한다.
대안적으로, 차량이 모터 부스팅 충전 상태에 있고 열 보충 설정 형태가 이코노믹 형태이면, 제2 부스팅 협력 열 발생 열 보충 모드가 채택된다. 모터의 가열 전력이 모터의 3상 권선 동작 전류들 하에서 요구되는 열 보충 전력보다 더 큰 경우, 모터의 사전 설정된 충전 전류에 대응하는 3상 권선 동작 전류가 유지된다. 즉, 모터의 3상 권선 동작 전류들의 불평형 전류 중첩 값은 제로이다. 모터의 가열 전력이 3상 권선 동작 전류들 하에서 요구되는 열 보충 전력보다 작은 경우, 3상 권선 동작 전류들의 불평형 전류 중첩 값은 가열 전력이 요구되는 열 보충 전력과 동일할 때까지 증가된다.
상기로부터, 차량 상태 및 열 보충 설정 형태에 따라 적절한 열 보충 모드가 채택되어, 차량 에너지는 완전히 통합될 수 있고, 추가적인 하드웨어 구조가 필요하지 않고, 비용이 낮다.
일부 실시예들에서, 열 펌프 서브시스템의 상태 정보는 냉매 온도, 냉매 압력 및 주변 온도를 포함한다. 열 펌프 서브시스템의 상태 정보에 따라, 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는지를 결정하는 프로세스는 다음의 단계들을 포함한다.
냉매 온도가 냉매 온도 임계값 미만이거나 냉매 압력이 냉매 압력 임계값 미만인 경우, 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는 것으로 결정되거나, 또는 주변 온도가 주변 온도 임계값 미만일 때, 냉매 온도가 냉매 온도 임계값 이상이고 냉매 압력이 냉매 압력 임계값 이상인 경우 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖지 않는 것으로 결정된다. 대안적으로, 열 펌프 서브시스템은 주변 온도가 주변 온도 임계값보다 높을 때 열 보충 요건을 갖지 않는 것으로 결정된다.
예를 들어, 차량 배터리 및/또는 승객 객실이 가열 요건을 가질 때, 주변 온도가 주변 온도 임계값 미만인 경우에 냉매 온도는 냉매 온도 임계값 미만이고 및/또는 냉매 압력은 냉매 압력 임계값 미만이다. 즉, 냉매 온도가 냉매 온도 임계값 미만이거나 냉매 압력이 냉매 압력 임계값 미만이면, 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는 것으로 결정된다. 대안적으로, 냉매 온도가 냉매 온도 임계값 이상이고 냉매 압력이 냉매 압력 임계값 이상이면, 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖지 않는 것으로 결정된다. 대안적으로, 열 펌프 서브시스템은 주변 온도가 주변 온도 임계값보다 높을 때 열 보충 요건을 갖지 않는 것으로 결정된다. 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는 것으로 결정되면, 요구되는 열 보충 전력은 열 펌프 서브시스템의 상태 정보에 따라 획득된다. 이어서, 제어기는 열 보충 요건 및 요구되는 열 보충 전력을 차량에 전송하여, 고전압 시스템에서 모터의 동작 전류를 제어하고, 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 통해 열 펌프 서브시스템과 열 교환을 수행하며, 이에 의해 열 펌프 서브시스템에 열을 보충하고, 차량 배터리 및/또는 승객 객실의 요건들을 충족시킨다.
일부 실시예들에서, 열 관리 제어 방법은: 고전압 시스템 및 고전압 시스템 냉각 서브시스템의 온도 정보를 취득하는 단계; 온도 정보에 따라 고전압 시스템 냉각 서브시스템의 열 관리 요건을 결정하는 단계; 및 고전압 시스템 냉각 서브시스템의 열 관리 요건에 따라 고전압 시스템 냉각 서브시스템의 동작 모드를 제어하는 단계를 더 포함한다.
구체적으로, 일 실시예에서, 승객 객실의 냉방, 난방, 및 난방 제습에 대한 요건들은 사용자에 의해 설정된다. 배터리의 냉각 및 가열에 대한 요건들은 배터리 상태(온도, 전압, 충전 상태 등)의 동적 검출 값과 사전 설정된 적절한 동작 배터리 상태(온도, 전압, 충전 상태 등) 사이의 비교로부터 도출된다. 고전압 시스템의 냉각 요건들은 고전압 시스템의 컴포넌트 및 냉각 루프 온도들의 동적 검출 값들과 사전 설정된 적절한 동작 고전압 시스템 상태(컴포넌트 온도 및 냉각 루프 온도 등) 사이의 비교로부터 도출된다. 각각의 요건은 규정된 신호 값들을 통해 열 펌프 서브시스템 제어기, 차량 제어기 및 차량 열 관리 제어기로 전송된다. 배터리 및 승객 객실에 요구되는 시스템들은 열 펌프 서브시스템들이고, 고전압 시스템에 대한 시스템들은 별개의 검출 모듈들 및 실행 컴포넌트들이다.
따라서, 차량 에너지는 제어 방법에 의해 합리적으로 이용되고, 에너지 이용률이 높다. 또한, 시스템의 지능 제어(intelligent control)가 실현되고, 차량 운전 경험이 개선된다. 또한, 배터리, 환경, 고전압 시스템, 및 승객 객실 사이의 에너지의 유동은 이러한 제어 방법을 통해 실현되고, 고집적 에너지 관리가 실현된다.
구체적으로, 열 펌프 서브시스템 제어기 및 차량 제어기가 관련 요건 신호들을 수신할 때, 우선 시스템이 정상인지를 자체 점검한다. 열 펌프 서브시스템은 시스템의 냉매 압력 및 온도가 정상 범위 내에 있는지 및 각각의 센서의 샘플링이 정상인지를 자체 점검할 필요가 있다. 고전압 시스템 냉각 시스템은 전자 물 펌프 및 전자 팬이 정상인지 및 각각의 온도 및 물 온도 센서의 샘플링이 정상인지를 자체 점검할 필요가 있다. 비정상의 경우에, 비정상 고장 신호들은 각각의 제어기 및 차량 열 관리 제어기에 전송되고, 리마인딩 신호들이 심각도에 따라 사용자 기기들에 전송된다. 정상의 경우에, 열 펌프 서브시스템은 시스템이 승객 객실 요건 및 배터리 요건에 따라 상이한 동작 모드들에서 동작한다고 포괄적으로 결정하고, 고전압 냉각 서브시스템은 열 펌프 서브시스템이 열로 보충될 필요가 있는지에 따라 시스템이 상이한 동작 모드들에서 동작한다고 결정한다.
일부 실시예들에서, 열 펌프 서브시스템의 성능이 열악할 때, 고전압 시스템은 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 통해 열 펌프 서브시스템에 열을 보충하도록 제어된다. 모터 제어기는 모터-구동식 열 보충 모드, 모터 스톨링 열 발생 열 보충 모드, 및 모터 부스팅 협력 열 발생 열 보충 모드와 같은 여러 동작 모드들에서 동작하도록 모터를 제어하여, 상이한 열을 발생시키고 열을 열 펌프 서브시스템의 냉매 루프에 보충하여 열 보충을 실현한다. 따라서, 모터에 의해 발생된 열이 완전히 이용될 수 있다. 모터는 주행 및 충전 중 열을 발생시키도록 능동적으로 제어되어, 차량 열 관리 시스템의 모듈들의 심층 통합 및 협력 제어를 실현하고, 차량 에너지의 효율적인 관리를 실현하고, 에너지의 포괄적인 이용률을 개선한다. 모터에 의해 발생된 열이 이용되고, 모터 부품들이 재이용되어 가열 기능을 실현하고, 성능 및 다수의 기능을 실현하는 것에 기초하여 시스템 비용이 감소된다. 비-엔탈피-증가 열 펌프 서브시스템의 적절한 동작 온도가 약 -25°C에 도달하고, 에너지 소비가 감소된다.
상기로부터, 본 개시내용의 이 실시예의 열 관리 제어 방법에서, 열 펌프 서브시스템 및 고전압 시스템 냉각 서브시스템은 조합된다. 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖지 않을 때, 열 펌프 서브시스템의 동작 모드는 차량 배터리의 열 관리 요건 및 승객 객실의 열 관리 요건에 따라 제어될 수 있다. 대안적으로, 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 가질 때, 고전압 시스템은 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 통해 열 펌프 서브시스템에 열을 보충하도록 제어될 수 있고, 고전압 시스템 냉각 서브시스템의 동작 모드는 고전압 시스템의 상태 정보에 따라 제어될 수 있다. 따라서, 차량 에너지는 합리적으로 이용될 수 있고, 승객 객실과 배터리 사이의 열 유동이 실현되고, 에너지 관리가 실현되고, 사용자 요건들이 충족되고, 운전 및 경험들이 개선된다.
상이한 열 관리 요건들에 따른 열 펌프 서브시스템(101) 및 고전압 시스템 냉각 서브시스템의 동작 모드들의 제어가 예들로서 도 1 및 도 5와 함께 아래에 설명된다.
일부 실시예들에서, 승객 객실이 냉방 요건을 갖고 차량 배터리가 냉각 요건을 갖는다고 결정되면, 열 펌프 서브시스템(101)은 제1 열 펌프 동작 모드를 작동하도록 제어된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 열 펌프 동작 모드에서, 제2 전자기 밸브(16), 제3 전자기 밸브(24), 및 제5 전자기 밸브(30)가 오프되도록 제어되고, 제1 전자기 밸브(6) 및 제4 전자기 밸브(25)는 온되도록 제어되고, 열 펌프 서브시스템(101) 내의 스로틀 밸브(23)의 목표 캘리버는 시스템 압력 및 압력 요건에 따라 스로틀 밸브(23)를 조정하기 위해 획득된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 열 펌프 동작 모드 하에서, 냉매 유동 루프는 압축기(1) → 제1 열 교환기(3)(차량내 응축기(3)) → 전자기 전자 팽창 밸브(5) → 전자기 밸브(6) → 차량외 응축기(7) → 일방향 밸브(13) → (일방향 밸브(18) → 양방향 전자 팽창 밸브(19) → 배터리 팩 직접-냉각 플레이트(21) → 스로틀 밸브(23) → 전자기 밸브(25))/(전자 팽창 밸브(32) → 증발기(31) → 일방향 밸브(29)) → 일방향 밸브(26) → 기체-액체 분리기(27) → 압축기(1)이다. 따라서, 승객 객실은 제1 열 교환기(3)(차량내 응축기(3))의 열 교환에 의해 냉각되고, 배터리는 배터리 팩 직접-냉각 플레이트(21)에 의해 냉각된다.
일 실시예에서, 고전압 시스템이 냉각 요건을 갖는다고 결정되고, 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)은 제1 고전압 냉각 동작 모드를 작동하도록 제어된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 고전압 냉각 동작 모드에서, 고전압 시스템 냉각 서브시스템(105)의 3방향 밸브(10)의 포트(A) 및 (B)는 오프되도록 제어되는 반면, 포트(B) 및 (C)는 오프되도록 제어되고, 3방향 밸브(10)의 포트(A) 및 C는 연통되도록 제어된다. 냉각제 유동 루프는 물 펌프(12) → 플레이트 열 교환기(15) → 3방향 밸브(10AC) → 모터 라디에이터(8) → 고전압 시스템(11) → 물 펌프(12)이다. 따라서, 고전압 시스템(11)의 방열 및 냉각이 실현된다.
일부 실시예들에서, 열 펌프 서브시스템(101)이 열 보충 요건을 갖지 않는 것으로 결정되면, 열 펌프 서브시스템(101)의 동작 모드는 승객 객실의 열 관리 요건 및 배터리의 열 관리 요건에 따라 제어된다. 특정 냉매 유동 루프는 도 2를 참조하여 실제 상황에 따라 설정될 수 있고, 본 명세서에서 설명되지 않을 것이다.
일부 실시예들에서, 열 펌프 서브시스템(101)은 요건 값을 기존의 시스템 센서들에 의해 수집된 값들과 비교하고, 압축기(1)의 회전 속력, 전자 팬(9)의 회전 속력, 송풍기 기어들, 전자 팽창 밸브, 및 댐퍼 개구부와 같은 목표 값들을 획득하기 위해 순람표를 이용하고, 목표 값들을 동작을 위한 실행 컴포넌트들에 전송한다. 특히, 제1 열 펌프 동작 모드 및 제3 열 펌프 동작 모드에서, 현재 시스템 압력 및 요건에 따라 캘리버-조정 가능 스로틀 밸브(23)의 캘리버를 조회한 다음, 요건을 충족시키기 위해 시스템의 증발기 및 배터리 팩 직접-냉각 플레이트에서의 냉매 압력 및 온도를 조정하는 것이 필요하다. 순람표는 시스템 및 컴포넌트 레벨들에 의해 계산 및 교정되고 차량의 성능에 따라 보정된다.
일 실시예에서, 열 보충 모드, 열 보충 설정 형태, 및 요구되는 열 보충 전력에 따라 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 통해 열 펌프 서브시스템에 열을 보충하도록 고전압 시스템을 제어하는 프로세스는 다음의 경우들을 포함한다.
배터리 가열 요건이 있고 열 펌프 서브시스템이 열 보충을 위해 고전압 시스템에 연결될 필요가 있다고 결정되면, 차량 제어기가 열 보충 요건 및 열 펌프 서브시스템의 요구되는 열 보충 전력을 수용할 때, 제1 단계는 모터의 동작 상태가 구동, 주차, 또는 충전 중임을 확인하기 위해 차량의 차량 속력, 기어, 및 충전 커넥터 신호를 검출하는 것이다. 예를 들어, 커넥터가 연결되지 않고, 차량이 방전하도록 허용되고, 기어가 주차 기어인 경우, 차량은 주차 상태에 있다. 커넥터가 연결되지 않고, 차량이 방전하도록 허용되고, 기어가 주행 기어인 경우, 차량은 구동 상태에 있다. 커넥터가 연결되고 차량이 충전하도록 허용되는 경우, 차량은 주차 충전 상태에 있다.
차량이 주행 상태에 있고 열 보충 설정 형태가 퍼포먼스 형태인 경우, 반응열 발생 열 보충 모드가 채택된다. 반응열 발생 열 보충 모드 하에서, 모터의 유효 전력은 유지된 토크에서 출력된 채로 유지되고, 모터의 무효 전력은 무효 전력이 요구되는 열 보충 전력을 초과할 때까지 증가된다. 고전압 시스템의 제1 스위치 및 제2 스위치는 모두 디폴트로 오프이다.
대안적으로, 차량이 주행 상태에 있고 열 보충 설정 형태가 이코노믹 형태인 경우, 모터 폐열 보충 모드가 채택된다. 모터 폐열 보충 모드 하에서, 모터의 무효 전력이 요구되는 열 보충 전력을 초과할 때 모터의 원래의 구동 전력이 유지된다. 대안적으로, 모터의 유효 전력은 유지되는 토크에서 출력된 채로 유지되고, 모터의 무효 전력이 요구되는 열 보충 전력보다 작을 때 모터의 무효 전력은 요구되는 열 보충 전력과 동일하도록 증가된다. 고전압 시스템의 제1 스위치 및 제2 스위치는 모두 디폴트로 오프이다.
대안적으로, 차량이 주차 상태에 있고 열 보충 설정 형태가 퍼포먼스 형태 또는 이코노믹 형태인 경우, 모터 스톨링 열 발생 열 보충 모드가 채택된다. 제1 스톨링 열 발생 열 보충 모드 하에서, 모터의 스톨링 전류는 스톨링 전류 하에서의 모터의 가열 전력이 요구되는 열 보충 전력보다 더 클 때까지 증가된다. 제2 스톨링 열 발생 열 보충 모드 하에서, 모터의 스톨링 전류는 스톨링 전류 하에서의 모터의 가열 전력이 요구되는 열 보충 전력과 동일할 때까지 증가된다. 고전압 시스템의 제1 스위치 및 제2 스위치는 모두 디폴트로 오프이다.
대안적으로, 차량이 모터 부스팅 충전 상태에 있고 열 보충 설정 형태가 퍼포먼스 형태인 경우, 제1 부스팅 협력 열 발생 열 보충 모드가 채택된다. 모터는 사전 설정된 충전 전류에서 동작하도록 제어되고, 가열 전력이 요구되는 열 보충 전력을 초과할 때까지 모터의 3상 권선들의 불평형 전류가 증가된다. 대안적으로, 차량이 모터 부스팅 충전 상태에 있고 열 보충 설정 형태가 이코노믹 형태일 때, 모터의 3상 권선 동작 전류들 하에서의 모터의 가열 전력이 요구되는 열 보충 전력을 초과하면, 모터의 사전 설정된 충전 전류에 대응하는 3상 권선 동작 전류들이 유지된다. 모터의 3상 권선 동작 전류들 하에서의 모터의 가열 전력이 요구되는 열 보충 전력 미만이면, 가열 전력이 요구되는 열 보충 전력과 동일할 때까지 3상 권선 동작 전류들의 불평형 전류의 중첩 값이 증가된다. 모터 부스팅 협력 열 발생 열 보충 모드 하에서, 고전압 시스템 내의 제1 스위치 및 제2 스위치는 모두 디폴트로 온이다.
본 개시내용의 구현예에서, 열 보충 전력을 충족시키는 모터 전류는 전류 전압에 따라 변환된다. 이어서, 열 보충 설정 형태 확인 명령이 고전압 시스템 제어기, 차량 열 관리 제어기, 및 사용자에 의한 선택을 위한 기기에 전송된다. 사용자 선택 명령에 따라 발생된 피드백 명령이 차량 제어기에 전송된 후에, 열 보충 요건 모터 전류 및 현재 모터 전류의 크기들이 비교된다. 임의의 열 보충 모드와 조합하여, 모터 동작 상태 명령 및 동작 전류가 모터 제어기에 전송되어 열 펌프 시스템에 열을 보충한다. 모터, 모터 제어기, 및 인덕터의 온도들은 고전압 시스템이 장치들을 손상(burning out)시키지 않고 열 펌프 시스템에 열을 보충하도록 제어되는 것을 보장하기 위해 차량 마감 도중 실시간으로 검출되고 보호된다.
도 3에 도시된 바와 같이, K1 및 K2는 열 발생 열 보충의 스톨링 중 오프된다. 모터 제어기는 동작 전류에 따라 열을 발생시키기 위해 특정한 동일 전류 값에서 동작하도록 모터를 제어한다. 모터-구동식 열 보충 모드 하에서, K1 및 K2는 오프되고, 모터 제어기는 구동을 위해 요구되는 전류에 따른 전류 값 하에서 동작하도록 모터를 제어한다. 반응열 발생 열 보충 모드 하에서, K1 및 K2는 오프되고, 모터 제어기는 에너지 소비 우선순위 토크(energy consumption priority torque) 및 속력 맵 테이블(speed map table)로부터 가열 우선순위 토크 및 속력 맵 테이블로 스위칭하도록 모터를 제어하고, 동작 전류에 따라 대응하는 토크 전류 및 여기 전류 하에서 동작하도록 모터를 점검 및 제어한다.
모터 부스팅 협력 열 발생 열 보충 모드 하에서, K1 및 K2가 온된다. 저온 환경에서의 충전을 예로 들면, 배터리는 가열될 필요가 있고 열 펌프 시스템은 열로 보충될 필요가 있다. 저온 환경에서의 충전은 일반적으로 3개의 단계를 거친다.
제1 단계는 가열-우세 충전 단계이다. 이 단계에서, 배터리 온도가 낮기 때문에, 충전 용량이 약하고, 충전 전류가 작다. 즉, 가열 요건이 크고, 배터리 온도는 가능한 한 빨리 상승될 필요가 있다. 열 펌프 시스템의 대응하는 열 보충 요건 전류는 배터리의 작은 전류 충전의 조건 하에서 고전력 열 발생 열 보충 열 펌프 시스템을 실현하기 위해 크다. 이 단계에서, 열 발생 열 보충이 주로 사용된다. 충전 파일이 전류를 버스 커패시터에 출력한 후에, 열 발생 열 보충은 커패시터 상의 전력을 소비하도록 제어된다. 오프셋 후에, 배터리 충전 전류는 매우 작다. 따라서, 인덕터 상의 전류는 매우 작지만, 모터 및 모터 제어기를 통해 유동하는 전류는 크고, 열 보충 동작 전류가 장치들을 손상시키지 않고 제어될 수 있는 것을 보장하기 위해 실시간 온도 검출 및 보호를 수행하는 것이 필요하다.
이어서, 배터리 온도의 상승에 따라, 배터리의 충전 용량이 연속적으로 향상되고, 충전 전류가 연속적으로 증가된다. 또한, 더 큰 열 보충 전력이 보장되고, 배터리의 온도도 연속적으로 상승한다. 또한, 더 큰 충전 전류로 인해, 배터리 내부에 특정 가열량이 존재할 것이고, 배터리의 가열 요건이 약간 감소된다. 열 펌프 시스템의 대응하는 열 보충 요건 전력도 약간 감소된다. 충전 파일로부터 버스 커패시터에 출력되는 전류는 더 크고, 열 발생 열 보충은 커패시터 상의 작은 전류를 소비하도록 제어된다. 오프셋 후에, 배터리 충전 전류는 크다. 그러므로, 인덕터, 모터, 및 모터 제어기를 통해 유동하는 전류는 크고, 배터리의 충전 전류 및 열 보충 동작 전류가 장치들을 연소시키지 않고 협력하여 최적이 되도록 제어되는 것을 보장하기 위해 실시간 온도 검출 및 보호를 수행하는 것이 필요하다.
마지막으로, 배터리 온도가 높아진 후에, 고전력 직류 충전이 수행될 수 있고, 배터리 내부에서 많은 열이 발생될 것이며, 이는 배터리 온도를 유지하는 데 유리하다. 그러므로, 가열 전력에 대한 요건이 감소될 것이고, 열 펌프 시스템의 대응하는 열 보충 요건이 또한 감소될 것이다. 충전은 주로 이 단계에서 수행된다. 충전 파일로부터 버스 커패시터에 출력되는 전류는 더 크고, 열 발생 열 보충은 커패시터 상의 작은 전류를 소비하도록 제어된다. 오프셋 후에, 배터리 충전 전류는 크다. 따라서, 인덕터를 통해 유동하는 전류가 크고, 장치들을 손상시키지 않고 배터리의 충전 전력이 최대가 되도록 제어되는 것을 보장하기 위해 실시간 온도 검출 및 보호를 수행하는 것이 필요하다.
본 개시내용의 이 실시예의 통합형 열 관리 시스템의 아키텍처에 기초하여, 공기-보충 엔탈피-증가 루프 및 엔탈피-증가 압축기, 예컨대 재생기, 서브냉각기(subcooler), 또는 플래셔(flasher)를 추가하는 방식은 열 펌프 시스템을 위한 열 보충 수단이라는 것에 유의하여야 한다. 원리들 및 구조들은 기본적으로 동일하며, 이는 본 개시내용의 기술적 방법의 변형으로서 간주될 수 있다. 또한, 본 개시내용의 이 실시예의 통합형 열 관리 시스템은 다수의 3방향 밸브들, 전자기 밸브들, 전자기 전자 팽창 밸브들 등을 포함한다. 밸브 본체, 예컨대 (물리적으로 통합되고 기능적으로 통합된) 통합형 밸브 본체들, 4방향 밸브들, 및 다른 특수-형상 밸브 본체들의 타입 및 스타일을 변경하기 위한 열 관리 시스템은 동일한 원리 및 동일한 제어를 실현하기 위한 루프 제어 및 스위칭 컴포넌트이고, 또한 본 개시내용의 이 실시예의 시스템 아키텍처 보호 범위를 보호한다. 또한, 구동 동안의 폐열 보충 및 무효 전력 열 보충에 기초하는 제어 방법, 주차 동안의 스톨링 및 모터의 3상 전류의 불평형 열 발생의 제어, 즉 모터의 충전 및 방전 동안의 능동 및 수동 열 생성의 제어 또한 본 개시내용의 변형이다.
일반적으로 말하면, 본 개시내용의 이 실시예의 통합형 열 관리 시스템, 차량, 및 열 관리 제어 방법은 차량을 사용하고 차량을 예약할 때 더 지능적인 제어를 달성할 수 있고, 차량의 포괄적 에너지 이용률이 더 높다.
본 명세서의 설명에서, "실시예", "일부 실시예들", "예시적인 실시예들", "예", "특정 예" 또는 "일부 예들"과 같은 참조 용어들의 설명은 실시예 또는 예를 참조하여 설명된 특정 특징들, 구조들, 재료들 또는 특성들이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예 또는 예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서에서, 상기 용어들의 개략적 표현들은 반드시 동일한 실시예 또는 예를 지칭하는 것은 아니다.
본 개시내용의 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 본 개시내용의 원리 및 사상을 벗어나지 않고 이들 실시예들에 대해 다양한 변경, 수정, 대체 및 변형이 이루어질 수 있고, 본 개시내용의 범위는 청구항 및 그 균등물에 의해 정의된다는 것을 이해할 것이다.

Claims (12)

  1. 통합형 열 관리 시스템이며,
    열 펌프 서브시스템 - 열 펌프 서브시스템은 상기 열 펌프 서브시스템의 상태 정보를 검출하도록 구성된 열 펌프 서브시스템 검출 모듈을 포함함 -;
    차량의 고전압 시스템 및 상기 열 펌프 서브시스템과의 열 교환을 수행하도록 구성된 고전압 시스템 냉각 서브시스템;
    차량 배터리의 상태 정보를 검출하도록 구성된 배터리 검출 모듈;
    승객 객실의 열 요건의 설정 정보를 수신하도록 구성된 상호작용 모듈; 및
    상기 차량 배터리의 상기 상태 정보에 따라 상기 차량 배터리의 열 관리 요건을 결정하고, 상기 설정 정보에 따라 상기 승객 객실의 열 관리 요건을 결정하고, 상기 차량 배터리의 상기 열 관리 요건, 상기 승객 객실의 상기 열 관리 요건, 및 상기 열 펌프 서브시스템의 상기 상태 정보에 따라 열 보충 요건을 결정하도록 구성되는, 제어기를 포함하는, 통합형 열 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 시스템은 모터를 포함하는 전기 구동 시스템을 포함하고;
    상기 제어기는 상기 열 보충 요건에 응답하여, 상기 차량의 작동 상태에 따라 열 보충 모드를 결정하고, 상기 열 펌프 서브시스템의 상기 상태 정보에 따라 요구되는 열 보충 전력을 획득하고, 상기 요구되는 열 보충 전력 및 상기 열 보충 모드에 따라 상기 고전압 시스템에서 상기 모터의 동작 전류를 제어하도록 추가로 구성되어, 상기 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 통해 상기 열 펌프 서브시스템에 열을 보충하는, 통합형 열 관리 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 따른 통합형 열 관리 시스템을 포함하는 차량.
  4. 열 관리 제어 방법이며,
    차량 배터리의 상태 정보를 취득하고 승객 객실의 열 요건의 설정 정보를 취득하는 단계;
    상기 차량 배터리의 상태 정보에 따라 상기 차량 배터리의 열 관리 요건을 결정하고, 상기 설정 정보에 따라 상기 승객 객실의 상기 열 관리 요건을 결정하고, 상기 승객 객실의 열 관리 요건 및 상기 차량 배터리의 상기 열 관리 요건에 따라 열 펌프 서브시스템의 동작 모드를 제어하는 단계;
    상기 열 펌프 서브시스템의 상태 정보를 취득하는 단계; 및
    상기 차량 배터리의 상기 열 관리 요건, 상기 승객 객실의 상기 열 관리 요건, 및 상기 열 펌프 서브시스템의 상태 정보에 따라, 상기 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는지를 결정하는 단계를 포함하는, 열 관리 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    고전압 시스템이 모터를 포함하는 전기 구동 시스템을 포함하고, 상기 열 관리 제어 방법은,
    상기 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는다면 상기 차량의 작동 상태에 따라 열 보충 모드를 결정하는 단계;
    상기 차량 배터리의 상기 열 관리 요건, 상기 승객 객실의 상기 열 관리 요건, 및 상기 열 펌프 서브시스템의 상기 상태 정보에 따라 요구되는 열 보충 전력을 계산하는 단계; 및
    상기 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 통해 상기 열 펌프 서브시스템에 열을 보충하기 위해, 상기 열 보충 모드 및 상기 요구되는 열 보충 전력에 따라 상기 고전압 시스템에서 상기 모터의 동작 전류를 제어하는 단계를 더 포함하는, 열 관리 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 차량의 작동 상태에 따라 열 보충 모드를 결정하는 단계는:
    상기 차량이 주행 상태에 있는 경우 모터-구동식 열 보충 모드를 채택하고, 상기 모터-구동식 열 보충 모드 하에서 모터-구동식 무효 전력에 의해 발생된 열을 사용하여 열 보충을 수행하는 단계;
    상기 차량이 주차 상태에 있는 경우 모터 스톨링 열 발생 열 보충 모드를 채택하고, 상기 모터 스톨링 열 발생 열 보충 모드 하에서 모터 스톨링 반응 동작에 의해 발생된 열을 사용하여 열 보충을 수행하는 단계; 및
    상기 차량이 모터 부스팅 충전 상태인 경우 모터 부스팅 협력 열 발생 열 보충 모드를 채택하고, 상기 모터 부스팅 협력 열 발생 열 보충 모드 하에서 사전 설정된 충전 전류에서 동작시키도록 상기 모터를 제어하고, 상기 모터의 3상 권선 동작 전류들 상에 불평형 전류를 각각 중첩시켜 모터 열 발생을 실현하는 단계 - 상기 사전 설정된 충전 전류는 상기 3상 권선 동작 전류들의 합이고, 상기 3상 권선 동작 전류들의 합은 상기 불평형 전류가 중첩된 후에 상기 사전 설정된 충전 전류와 동일하게 유지됨 -를 포함하는, 열 관리 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    사용자에 의해 확인된 열 보충 설정 형태를 수신하는 단계 - 상기 열 보충 설정 형태는 퍼포먼스 형태 및 이코노믹 형태를 포함함 -; 및
    상기 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 통해 상기 열 펌프 서브시스템에 열을 보충하기 위해, 상기 열 보충 모드, 상기 열 보충 설정 형태, 및 상기 요구되는 열 보충 전력에 따라 상기 고전압 시스템에서 상기 모터의 동작 전류를 제어하는 단계를 더 포함하는, 열 관리 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 통해 상기 열 펌프 서브시스템에 열을 보충하기 위해, 상기 열 보충 모드, 상기 열 보충 설정 형태, 및 상기 요구되는 열 보충 전력에 따라 상기 고전압 시스템에서 상기 모터의 동작 전류를 제어하는 단계는:
    상기 차량이 상기 주행 상태에 있고 상기 열 보충 설정 형태가 상기 퍼포먼스 형태인 경우, 상기 모터의 유효 전력을 유지된 토크에서 계속 출력하고 상기 무효 전력이 상기 요구되는 열 보충 전력을 초과할 때까지 상기 모터의 무효 전력을 증가시키는 단계; 또는
    상기 모터의 상기 무효 전력이 상기 요구되는 열 보충 전력을 초과할 때 상기 모터의 원래의 구동 전력을 유지하는 단계, 또는 상기 차량이 상기 주행 상태에 있고 상기 열 보충 설정 형태가 상기 이코노믹 형태인 경우 상기 모터의 무효 전력이 상기 요구되는 열 보충 전력 미만일 때 상기 모터의 상기 유효 전력을 유지된 토크에서 출력하는 것을 유지하고 상기 모터의 무효 전력을 상기 요구되는 열 보충 전력과 동일하도록 증가시키는 단계를 포함하는, 열 관리 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 통해 상기 열 펌프 서브시스템에 열을 보충하기 위해, 상기 열 보충 모드, 상기 열 보충 설정 형태, 및 상기 요구되는 열 보충 전력에 따라 상기 고전압 시스템에서 상기 모터의 동작 전류를 제어하는 단계는:
    상기 차량이 상기 주차 상태에 있고 상기 열 보충 설정 형태가 상기 퍼포먼스 형태인 경우 상기 모터의 가열 전력이 상기 스톨링 전류 하에서의 상기 요구되는 열 보충 전력을 초과할 때까지 상기 모터의 스톨링 전류를 증가시키는 단계; 또는
    상기 차량이 상기 주차 상태에 있고 상기 열 보충 설정 형태가 상기 이코노믹 형태인 경우 상기 모터의 가열 전력이 상기 스톨링 전류 하에서의 상기 요구되는 열 보충 전력과 동일할 때까지 상기 모터의 스톨링 전류를 증가시키는 단계를 포함하는, 열 관리 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 고전압 시스템 냉각 서브시스템을 통해 상기 열 펌프 서브시스템에 열을 보충하기 위해, 상기 열 보충 모드, 상기 열 보충 설정 형태, 및 상기 요구되는 열 보충 전력에 따라 상기 고전압 시스템에서 상기 모터의 동작 전류를 제어하는 단계는:
    상기 차량이 상기 모터 부스팅 충전 상태에 있고 상기 열 보충 설정 형태가 상기 퍼포먼스 형태인 경우, 상기 사전 설정된 충전 전류에서 동작하도록 상기 모터를 제어하고, 상기 모터의 가열 전력이 상기 요구되는 열 보충 전력을 초과할 때까지 상기 3상 권선 동작 전류들의 불평형 전류 중첩 값을 증가시키는 단계; 또는
    상기 차량이 모터 부스팅 충전 상태에 있고 상기 열 보충 설정 형태가 이코노믹 형태일 때,
    상기 모터의 가열 전력이 상기 모터의 상기 3상 권선 동작 전류들 하에서의 상기 요구되는 열 보충 전력을 초과하는 경우, 상기 모터의 상기 사전 설정된 충전 전류에 대응하는 상기 3상 권선 동작 전류들을 유지하는 단계, 및
    상기 모터의 가열 전력이 상기 모터의 3상 권선 동작 전류들 하에서 상기 요구되는 열 보충 전력 미만인 경우, 상기 모터의 가열 전력이 상기 요구되는 열 보충 전력과 동일할 때까지 상기 3상 권선 동작 전류들의 불평형 전류 중첩 값을 증가시키는 단계를 포함하는, 열 관리 제어 방법.
  11. 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 펌프 서브시스템의 상기 상태 정보는 냉매 온도, 냉매 압력 및 주변 온도를 포함하고, 상기 열 펌프 서브시스템의 상기 상태 정보에 따라, 상기 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는지를 결정하는 단계는:
    상기 냉매 온도가 냉매 온도 임계값 미만이거나 상기 냉매 압력이 냉매 압력 임계값 미만인 경우, 상기 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖는다고 결정하고, 상기 주변 온도가 주변 온도 임계값 미만일 때, 상기 냉매 온도가 상기 냉매 온도 임계값 이상이고 상기 냉매 압력이 상기 냉매 압력 임계값 이상인 경우, 상기 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖지 않는다고 결정하는 단계; 또는
    상기 주변 온도가 주변 온도 임계값보다 높을 때 상기 열 펌프 서브시스템이 열 보충 요건을 갖지 않는다고 결정하는 단계를 포함하는, 열 관리 제어 방법.
  12. 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고전압 시스템 및 상기 고전압 시스템 냉각 서브시스템의 온도 정보를 획득하는 단계;
    상기 온도 정보에 따라 상기 고전압 시스템 냉각 서브시스템의 열 관리 요건을 결정하는 단계; 및
    상기 고전압 시스템의 열 관리 요건에 따라 상기 고전압 시스템 냉각 서브시스템의 동작 모드를 제어하는 단계를 더 포함하는, 열 관리 제어 방법.
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