带有用于管理电池和车厢冷却的控制策略的电动化车辆的制作方法

1.本公开涉及一种具有用于管理电池和车厢冷却的控制策略的电动化车辆。还公开了对应的方法。


背景技术：

2.降低车辆中燃料消耗和排放的需要是众所周知的。因此，正在开发减少或完全消除对内燃发动机的依赖的车辆。电动化车辆是为此目的而开发的一种类型的车辆。一般来讲，电动化车辆与常规的机动车辆不同，因为电动化车辆是由一个或多个电池供电的电机选择性地驱动的。相比之下，常规的机动车辆完全地依赖内燃发动机来推进车辆。
3.高压电池组通常为电动化车辆的电机供电。电池组可以包括一个或多个互连电池单元组。电池单元在某些条件期间(诸如在充电和放电操作期间)产生热量。采用电池热管理系统来管理由电池组的电池单元产生的热量。


技术实现要素：

4.根据本公开的示例性方面的一种电动化车辆除了其他之外包括车厢热管理系统，所述车厢热管理系统被配置为热调节所述电动化车辆的车厢。所述车厢热管理系统包括压缩机。所述车辆还包括电池热管理系统，所述电池热管理系统被配置为热调节所述电动化车辆的电池；以及控制器，所述控制器被配置为基于所述电动化车辆的速度和所述电池的温度发出指令以降低所述压缩机的所述速度。
5.在前述电动化车辆的另一非限制性实施例中，所述车厢热管理系统包括车厢鼓风机，所述车厢鼓风机被配置为将气流传送至乘客舱中，并且当所述控制器发出所述指令以降低所述压缩机的所述速度时，所述控制器还被配置为发出指令以降低所述车厢鼓风机的速度。
6.在前述电动化车辆中任一者的另一非限制性实施例中，所述控制器仅被配置为当所述电池的所述温度达到或超过下限电池阈值时，发出所述指令以降低所述压缩机的所述速度。
7.在前述电动化车辆中任一者的另一非限制性实施例中，当所述电池的所述温度达到或超过上限电池阈值时，所述控制器被配置为发出指令以停止所述压缩机。
8.在前述电动化车辆中任一者的另一非限制性实施例中，当所述电池的所述温度在所述下限电池阈值和所述上限电池阈值之间时，所述控制器被配置为形成初始指令以部分地降低所述压缩机的所述速度。
9.在前述电动化车辆中任一者的另一非限制性实施例中，所述控制器被配置为基于车厢冷却请求的概率选择性地调整所述初始指令。
10.在前述电动化车辆中任一者的另一非限制性实施例中，所述控制器被配置为基于车厢温度和环境温度确定车厢冷却请求的所述概率。
11.在前述电动化车辆中任一者的另一非限制性实施例中，所述控制器被配置为不调
整所述初始指令，使得如果所述车厢温度达到或低于下限车厢阈值，则所述控制器发出指令以完全停止所述压缩机。
12.在前述电动化车辆中任一者的另一非限制性实施例中，所述控制器被配置为当所述车厢温度在下限车厢阈值和上限车厢阈值之间时，指示所述压缩机以比所述初始指令更高的速度运行。
13.在前述电动化车辆中任一者的另一非限制性实施例中，所述电动化车辆是混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆和电池电动车辆中的一个。
14.在前述电动化车辆中任一者的另一非限制性实施例中，所述车厢热管理系统包括冷凝器，并且所述电池热管理系统包括邻近所述冷凝器的散热器。
15.在前述电动化车辆中任一者的另一非限制性实施例中，电池热管理系统不包括冷却器，所述冷却器被配置为冷却热调节所述电池的冷却剂。
16.根据本公开的示例性方面的一种方法除了其他之外包括基于所述电动化车辆的速度和所述电动化车辆的电池的温度来降低电动化车辆的车厢热管理系统的压缩机的速度。
17.在前述方法的另一非限制性实施例中，所述方法包括当降低所述压缩机的所述速度时，降低所述车厢热管理系统的车厢鼓风机的最大速度。
18.在前述方法中任一者的另一非限制性实施例中，仅当所述电池的温度达到或超过下限电池阈值时，执行所述降低步骤。
19.在前述方法中任一者的另一非限制性实施例中，当所述电池的所述温度达到或超过上限电池阈值时，所述降低步骤包括完全停止所述压缩机。
20.在前述方法中任一者的另一非限制性实施例中，所述方法包括当所述电池的所述温度在下限电池阈值和上限电池阈值之间时，形成初始指令以降低所述压缩机的所述速度。
21.在前述方法中任一者的另一非限制性实施例中，所述方法包括基于车厢温度和环境温度来选择性调整所述初始指令以形成最终指令。
22.在前述方法中任一者的另一非限制性实施例中，所述方法包括当可能存在车厢冷却请求时，增加所述压缩机的所述速度。
23.在前述方法中任一者的另一非限制性实施例中，当所述车厢温度达到或低于下限车厢温度阈值时，所述最终指令是完全停止所述压缩机。
附图说明
24.图1示意性地示出了电动化车辆的示例性动力传动系统。
25.图2示出了用于电动化车辆的电池热管理系统。
26.图3是表示本公开的示例性方法的流程图。
具体实施方式
27.本公开涉及一种具有用于管理电池和车厢冷却的控制策略的电动化车辆。还公开了对应的方法。一种示例性电动化车辆包括车厢热管理系统，其被配置为热调节所述电动化车辆的车厢。所述车厢热管理系统包括压缩机。所述车辆还包括电池热管理系统，其被配
置为热调节所述电动化车辆的电池；以及控制器，其被配置为至少部分地基于所述电动化车辆的速度和所述电池的温度发出指令以降低所述压缩机的所述速度。本公开具有许多其他益处，根据以下描述将理解这些其他益处。其中，本公开在不需要冷却器的某些条件下实现了有效的电池冷却，这相对于一些已知的车辆降低了成本。
28.图1示意性地示出了用于电动化车辆12(“车辆12”)的示例性动力传动系统10，在这个示例中，所述车辆是混合动力电动车辆(hev)。动力传动系统10可以被称为混合动力变速器。尽管被描绘为hev，但是应理解，本文描述的概念不限于hev，并且可以扩展到其他电动化车辆，包括但不限于插电式混合动力电动车辆(phev)和电池电动车辆(bev)。本公开还扩展到各种类型的混合动力车辆，包括全混合动力、并联混合动力、串联混合动力、轻度混合动力、微型混合动力和插电式混合动力。此外，在图1中示意性地描绘了车辆12，但是应理解，本公开不限于任何特定类型的车辆，并且扩展到汽车、卡车、运动型多用途车(suv)、厢式货车等。
29.在图1的实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分流式变速器。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即，第二电机)和电池总成24(其可以简称为“电池”)。在该示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统产生扭矩以驱动电动化车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管示出了动力分配配置，但本公开扩展到任何混合动力或电动车辆，包括强混合动力车辆、并联式混合动力车辆、串联式混合动力车辆、轻度混合动力车辆或微混合动力车辆。
30.发动机14(在一个实施例中是内燃发动机)和发电机18可以通过诸如行星齿轮组的动力传递单元30进行连接。当然，可以使用其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)将发动机14连接到发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传递单元30是行星齿轮组，所述行星齿轮组包括环形齿轮32、中心齿轮34和齿轮架总成36。
31.发电机18可以由发动机14通过动力传递单元30来驱动，以将动能转化成电能。发电机18可以替代地用作马达，以将电能转换为动能，从而向连接到动力传递单元30的轴38输出扭矩。因为发电机18可操作地连接到发动机14，所以发动机14的转速可以由发电机18控制。
32.动力传递单元30的环形齿轮32可连接到轴40，所述轴40通过第二动力传递单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传递单元44可包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递单元也可以是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48，以最终向车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括多个齿轮，所述多个齿轮使能够将扭矩传递到车辆驱动轮28。在一个实施例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地联接到车桥50，以将扭矩分配到车辆驱动轮28。
33.马达22还可以用于通过将扭矩输出到轴52来驱动车辆驱动轮28，所述轴52也连接到第二动力传递单元44。在一个实施例中，马达22和发电机18协作作为再生制动系统的一部分，在所述再生制动系统中，马达22和发电机18两者都可以用作马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自向电池总成24输出电力。
34.电池总成24是电动化车辆电池的示例类型。电池总成24可以包括高压牵引电池组，所述高压牵引电池组包括能够输出电力以操作马达22和发电机18的多个电池单元。其
他类型的能量存储装置和/或输出装置也可用于为电动化车辆12供电。
35.在一个非限制性实施例中，车辆12具有两种基本操作模式。车辆12可以在电动车辆(ev)模式下操作，其中马达22用于车辆推进(通常没有来自发动机14的辅助)，从而在某些驾驶模式/循环下消耗电池总成24的荷电状态直至其最大允许放电率。ev模式是车辆12的电荷消耗操作模式的示例。在ev模式期间，电池总成24的荷电状态在一些情况下可能例如由于一段时间的再生制动而增加。发动机14在默认ev模式下一般是关断的，但是可根据需要基于车辆系统状态或在操作员准许的情况下操作。
36.电动化车辆12另外可以以混合动力(hev)模式操作，在hev模式下发动机14和马达22两者均用于车辆推进。hev模式是电动化车辆12的电荷维持操作模式的示例。在hev模式期间，电动化车辆12可以减小马达22的推进使用，以便通过增加发动机14的推进使用来将电池总成24的荷电状态维持在恒定或大约恒定的水平。在本公开的范围内，电动化车辆12可在除了ev模式和hev模式之外的其他操作模式下操作。
37.图2示意性地示出了可并入到诸如图1的车辆12的电动化车辆中的热管理系统54。热管理系统54可以被用于管理由各种车辆部件，诸如发动机14、电池总成24和乘客舱58产生的热负荷。在一个实施例中，热管理系统54包括被配置为热调节车辆12的乘客舱58的车厢热管理系统56(相对较细的线)以及被配置为热调节车辆12的电池总成24的电池热管理系统60(相对较粗的线)。尽管示意性地示出，但是人们将理解，车厢热管理系统56和电池热管理系统60包括各种导管或通路，诸如管、软管、管道等。
38.在该示例中，电池热管理系统60使冷却剂c，诸如乙二醇或任何其他冷却剂循环以对电池总成24进行热管理。在一个实施例中，电池热管理系统60包括发动机14、散热器62、各种传感器(诸如温度传感器64)以及各种阀和泵(诸如泵66)。在本公开中，电池热管理系统60不包括冷却器，所述冷却器被配置为在冷却剂c达到电池总成24之前对其进行冷却。因此，本公开相对于包括冷却器的系统降低了成本。此外，由于缺少冷却器，因此在一些状况中，不存在本公开中的在车厢热管理系统56和电池热管理系统60之间的直接或既定的热交换。如下面将要讨论的，例如，某些部件，诸如车厢热管理系统56的散热器62和冷凝器78可能在某些条件下对彼此具有热效应。
39.在电池热管理系统60的操作期间，可能是可操作地联接到发动机14的发动机泵的泵66将冷却剂c传送至发动机14。冷却剂c在发动机14内吸收热量。冷却剂c的一部分可以传送到散热器62。鼓风机68，诸如与发动机14相邻的风扇，通过散热器62吸入气流f，以与冷却剂c的一部分进行热传递。例如，来自冷却剂c的热量可被气流f吸收以冷却冷却剂c。然后，可以将相对较冷的冷却剂c传送回发动机14，以用于冷却发动机14。同时，冷却剂c中的一些可以离开发动机14。在该示例中，冷却剂c在邻近恒温器70处离开发动机14进入管线72。在一个实施例中，恒温器70是双级连续调节阀。
40.管线72内的冷却剂c被向下游引导通过电池总成24。在该示例中，冷却剂c被配置为流过电池总成24内的一个或多个通路74以加热或冷却电池总成24。通路74可以采用任何尺寸、形状或配置，并且不限于图2的示意图。
41.在该示例中，在电池总成24的下游具有温度传感器64。温度传感器64产生信号，其指示离开电池总成24的冷却剂c的温度，并且在一些示例中，指示电池总成24的温度。替代地或另外地，可以将单独的传感器或一组传感器安装到电池总成24，以产生指示电池总成
24的温度的信号。离开电池总成24的冷却剂c最终流回到发动机14。
42.在图2的示例中，车厢热管理系统56使制冷剂r循环，以将热能传递至乘客舱58或从乘客舱58传递热能。在该示例中，车厢热管理系统56包括压缩机76，其可以是由电源、冷凝器78和蒸发器80提供电力的电动空调(eac)压缩机。在车厢热管理系统56的操作期间，压缩机76对制冷剂r加压并且将相对高压的制冷剂r引导到冷凝器78。在冷凝器78内，高压制冷剂r与来自鼓风机68的气流f交换热量。冷凝器78通过将制冷剂r从蒸气冷凝成液体而将热量传递到周围环境。接下来，液体制冷剂r离开冷凝器78，并且在一个示例中，被传送到接收器干燥器84，该接收器干燥器84在制冷剂r流过接收器干燥器84时分离在制冷剂r中夹带的空气和气体。在该示例中，阀86被配置为使制冷剂r膨胀并且控制制冷剂r向蒸发器80的流动。在蒸发器80内，热量在周围环境和制冷剂r之间传递，从而使制冷剂r蒸发。车厢鼓风机88，诸如风扇可以跨蒸发器80传送气流f以实现这种热传递，以及将调节后的气流传递到乘客舱58。车厢鼓风机88的速度是可选择性调整的。离开蒸发器80的制冷剂流回到压缩机76。
43.热管理系统54可以另外地包括控制器90。控制器90与热管理系统54介接并且被配置为控制热管理系统54的操作，该热管理系统54包括车厢热管理系统56和电池热管理系统60。特别地，控制器90被配置为从热管理系统54的各种部件接收信号和信息，并且向热管理系统54的各种部件发出一个或多个可执行指令(例如，命令)。控制器90可以是整个车辆控制单元的一部分，诸如车辆系统控制器(vsc)或者可以替代地是与vsc分开的独立控制单元。控制器90可以包括处理单元和非暂时性存储器，以用于执行热管理系统54的各种控制策略和模式。
44.控制器90可以包括神经网络或者可以与基于云的神经网络进行电子通信。本公开不限于神经网络，并且包括其他学习工具，诸如用于进行推断或预测的概率模型。控制器90可以包括代替神经网络或除了神经网络之外的一个或多个查找表或算法。
45.在本公开中，控制器90被配置为向热管理系统54发出一个或多个指令，以平衡热管理系统54对电池总成24和乘客舱58进行热调节的方式。例如，由于散热器62和冷凝器78的紧密接近，如果冷凝器78也正在努力满足乘客舱58的冷却需求，则满足电池总成24的冷却需求可能变得越来越困难。在本公开中，在某些条件下，不优先考虑乘客舱58的冷却需求，以允许热管理系统54满足电池总成24的冷却需求，以避免电池总成24的不良状况。
46.在本公开的一个特定方面，控制器90被配置为基于多个因素发出一个或多个指令以降低压缩机76的速度。通过降低压缩机76的速度，减少或完全停止通过冷凝器78的流动，并且在车厢热管理系统56内的制冷剂r相对于气流f传递较少的热量，从而允许在气流f和散热器62之间的额外的热传递。如下面将解释的，控制器90在一些条件下被配置为完全关闭压缩机76，使得没有制冷剂r流过冷凝器78。在其他条件下，控制器90被配置为将压缩机76的速度降低(即，减缓)到非零速度，但却小于压缩机76将正常运行以满足冷却乘客舱58的需求的速度。
47.在本公开中，控制器90在确定是否要降低压缩机76的速度时至少考虑了车辆12的速度和电池总成24的温度。例如，车辆12的速度与可用于在散热器62和冷凝器78的上方流动的气流f的量成正比。此外，可以从传感器64和/或其他传感器获得的电池总成24的温度指示电池总成24是否需要冷却，使得应遵循本公开的控制策略。
48.图3是表示根据本公开的示例性方法100的流程图。响应于来自控制器90的指令，方法100由热管理系统54的各种部件执行。
49.在102处，控制器90考虑电池总成24的温度是否达到或超过下限电池阈值。如果电池总成24的温度低于下限电池阈值，则控制器90不遵循图3的控制策略，这是因为电池总成24不需要优先冷却并且车厢热管理系统56可以正常操作。在一个示例中，下限电池阈值为50℃(122℉)。
50.然而，如果电池总成24的温度高于下限电池阈值，控制器90则继续在104处确定电池总成24的温度是否达到或超过上限电池阈值。上限电池阈值是已知与电池总成24的不良工况相关联的或已知会导致电池总成24的不良工况的温度。因此，如果电池总成24的温度达到或超过该值，则控制器90被配置为在106处发出指令以停止或关闭压缩机76。在一个示例中，上限电池阈值为65℃(149℉)。
51.如果电池总成24的温度落在下限电池阈值和上限电池阈值之间，则控制器90尝试在向电池总成24和乘客舱58提供冷却之间达到平衡。在本公开中，控制器90有利于电池总成24的冷却，直到电池总成24的温度落回到下限电池阈值以下为止。
52.具体地，在108处，控制器90被配置为形成初始指令以部分地降低压缩机76的速度。在一个示例中，初始指令没有立即被发送到压缩机76。具体地，初始指令可以包括设置压缩机76的rpm或指示压缩机76以其最大速度或容量的特定百分比运行。初始指令基于车辆12的速度和电池总成24的温度两者。通常，控制器90将平衡这两个因素，并且通常将形成初始指令，该初始指令以增加车辆12的速度和/或提高电池的温度来降低压缩机76的速度。在一个示例中，电池总成24的温度是55℃，并且车辆12的速度是50mph，并且初始指令是使压缩机76的速度降低30％。在一个示例中，在具有电池总成24的相同温度的情况下，车辆12的速度是25mph，并且初始指令是使压缩机76的速度降低50％。可以使用查找表或算法来确定初始指令。
53.然后，控制器90在将初始指令传递到压缩机76之前，在110处确定是否应调整初始指令。具体地，控制器90被配置为基于车厢冷却请求的概率选择性地调整初始指令。车厢冷却请求的概率是基于车辆12的驾驶员或乘客例如将提供指示其期望在乘客舱58内进行冷却的输入的可能性。
54.如果车厢冷却请求很可能在电池总成24的温度可以降低到下限电池阈值以下之前出现，则控制器90尝试达到平衡，由此在112处将提供乘客舱58的一定水平的冷却，同时还冷却了电池总成24。如果车厢冷却请求的可能性很小，则控制器90可以在不考虑冷却乘客舱58的情况下冷却电池总成24，并且在114处将初始指令发送到压缩机76。
55.在110处，如果答案为是，则基于乘客舱58的温度和环境温度来调整初始指令。在一个示例中，控制器90被配置为调整初始指令，使得如果乘客舱58的温度达到或低于下限车厢阈值，则控制器90发出指令以完全停止(即，完全地停止或关闭)压缩机76。以这种方式，当乘客舱58的温度很低时，控制器90确定存在非常低的车厢冷却请求的可能性，并且因此可以关闭压缩机76，以便完全优先对电池总成24的冷却。在一个示例中，下限车厢阈值为0℉(约
‑
18℃)。
56.当乘客舱58的温度高于下限车厢阈值并且低于上限车厢阈值时(在该温度下，如果不是不可避免的，则很可能出现冷却请求)，则控制器90以提高乘客舱58的温度和/或提
高环境温度(其为车辆12外部的环境的温度)来增加压缩机76的速度。在一个示例中，当乘客舱58的温度是65℉(约18℃)并且环境温度是60℉(约15℃)时，控制器90确定存在中等可能性的车厢冷却请求，并且调整初始指令，使得压缩机76的速度增加10％。再者，控制器90可以使用查找表或算法来进行调整。继续上面讨论的示例，将调整上述初始指令以将压缩机76的速度降低30％和50％，使得压缩机76的速度将仅分别降低20％和40％。然后，将调整后的指令作为最终指令发送到压缩机76。术语“最终”在本文中仅用于指代被发送到压缩机76的指令。最终指令可以随着条件的变化而不断更新。
57.在114处，如果车厢冷却请求的可能性很小，则控制器90不调整初始指令。例如，当乘客舱58的温度达到或高于上限车厢阈值时，控制器90不调整初始指令。在一个示例中，上限车厢阈值可以是75℉(约24℃)。如果不调整初始指令，则其变成被发送到压缩机76的最终指令。
58.在本公开的另一方面，在116处，当控制器90调整压缩机76的速度使得其操作得比在正常条件下的更慢时，控制器90设置用于车厢鼓风机88的最大速度。特别地，控制器90调节车厢鼓风机88，使得其运行得比在正常条件下的更慢，以避免将过多的气流f吹入乘客舱58中，这避免了引起乘客不适感的过热和/或避免乘客对不具有乘客所期待的温度的气流f感到困惑。车厢鼓风机88的速度可以与压缩机76的速度降低成比例地降低。在一些示例中，车厢鼓风机88可以完全关闭。
59.应理解，诸如“大致”、“基本上”和“约”的术语并不意图是无边界术语，并且应被解释为与本领域技术人员将解释那些术语的方式一致。
60.尽管不同示例具有在图示中示出的特定部件，但是本公开的实施例不限于那些特定的组合。可以将来自其中所述示例中一个示例的部件或特征中的一些与来自所述示例中另一个示例的特征或部件组合地使用。另外，随附于本公开的各个附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件或布置的某些细节。
61.本领域普通技术人员将理解，上述实施例是示例性而非限制性的。也就是说，对本公开的修改将落入权利要求的范围内。因此，应研究随附权利要求来确定其真实范围和内容。