使用動態溫度設定點的環境控制的製作方法

2023-12-07 19:05:31 1

專利名稱：使用動態溫度設定點的環境控制的製作方法
技術領域：
總體上描述了與控制車內電池組環境相關的系統和方法。在一些實施方式中，使用響應於車輛的至少一種條件而變化的溫度設定點實現電池組環境控制。
背景技術：
電動車輛(EV)內的電池組當在預定溫度範圍之外工作時會表現出性能降低。例如，當電池組內一些電池單元過熱時，會發生不期望的化學反應，和/或會有損電池組和/或電池單元的部件。在一些情況下，當電池組內的溫度過冷時，電力輸出會減小，並且在足夠低的溫度下，電池單元將不能有效地充放電。此外，電池組內的熱梯度(電池單元內和/或電池單元之間的熱梯度)會導致多種負面效果，尤其是不可預期的電力輸出。為此，特別地期望具有控制車輛電池單元的溫度的能力。·
在現有的電池組溫度控制系統中，溫度被控制為固定的蒸發器設定點。為了防止積聚冰，溫度通常設定在(TC或略高於(TC。然而，由於多種原因，使用固定的蒸發器設定點會是不利的。因此，期望改進的系統和方法。

發明內容
對使用可變溫度設定點的電池組環境控制進行大體描述。在一方面中，描述了用於控制車輛電池組內的溫度的系統。在一些實施方式中，該系統包括電池組和控制單元，所述控制單元構造並布置成用以改變冷卻元件的溫度設定點，所述冷卻元件構造成用以改變所述電池組的溫度。在一些實施方式中，對所述冷卻元件的所述溫度設定點的所述改變至少部分地基於與所述車輛的運行狀態相關的條件。在另一方面，描述了用於控制車輛的電池組內的溫度的方法。在一些實施方式中，所述方法包括確定與所述車輛的運行狀態相關的條件；以及至少部分地基於所述確定而改變冷卻元件的溫度設定點，所述冷卻元件構造成用以改變所述電池組的溫度。在一些實施方式中，所述方法進一步包括響應於所述溫度設定點的改變而改變所述電池組的溫度。當結合附圖考慮時，從以下對本發明各種非限制性實施方式的詳細描述中，本發明的其他優點和創新特徵將變得清楚。


將參照附圖以示例的方式說明本發明的非限制性實施方式，附圖是示意性的且沒有想要按比例繪製。在附圖中，所示出的每個相同或幾近相同的部件通常用一個附圖標記表示。為了清楚，並非每個部件在每個附圖中都有標識，在對於允許本領域技術人員理解本發明而言圖示並非必要的情況下，也沒有全部示出本發明的每個實施方式的每個部件，在附圖中圖I是根據一組實施方式的溫度控制系統的流程圖；圖2是根據一些實施方式的電池組溫度控制系統的示意圖3A-3B是示出根據一組實施方式的用於車輛的車廂和電池組的加熱和冷卻導管環路的示意圖；圖4是示出根據一組實施方式的車輛熱集成系統的示意圖；以及圖5是根據一組實施方式的溫度隨時間變化的示例性曲線圖，其中將採用普通熱管理的系統與採用主動熱管理的系統進行比較。
具體實施例方式對與控制車輛的車廂外部電池組內的環境相關的系統和方法進行總體描述。在一些實施方式中，車廂和電池具有獨立的冷卻和/或加熱環路。發明人已經發現能夠通過動態地控制冷卻系統一即，基於多個車輛運行參數確定適合的冷卻元件(例如，蒸發器)工作溫度而不是實施固定的設定點，然後相應地冷卻和/或加熱電池組——來實現有效的環
境控制。電池組溫度控制系統可包括控制器，該控制器構造成確定與車輛的運行狀態相關的條件(例如，通過接收對應於所述條件的信號)並至少部分地基於所述條件改變控制系統中的冷卻元件(例如，蒸發器)的溫度設定點。改變冷卻元件的溫度設定點能夠改變輸送到電池組的溫度控制流體的溫度。例如，在一種實施方式中，控制器確定與車輛的運行狀態相關的條件，並相應地改變冷卻元件(例如，蒸發器)的溫度設定點，該冷卻元件(例如，蒸發器)用於冷卻構造成用以(例如，通過以流體和熱的方式連接到電池組)改變電池組溫度的溫度控制流體。與調節溫度設定點之前溫度控制流體被冷卻的程度相比，在已經改變冷卻元件的溫度設定點之後，能夠將輸送經過冷卻元件併到達電池組的溫度控制流體冷卻至更高或更低的程度。通過這種方式，能夠根據與車輛的運行狀態相關的多種因素調節提供給電池組的冷卻負載。可以使用這種實施方式，以例如通過最初將冷卻元件的溫度設定為相對接近於電池組的溫度、隨後隨著時間推移降低冷卻元件的溫度設定點來逐漸地冷卻電池組。可以由控制系統使用與車輛的運行狀態相關的多個條件來調節冷卻元件(例如，蒸發器)的溫度設定點。在一些實施方式中，控制器構造並布置成基於多個信號改變冷卻元件的溫度設定點，這些信號比如為指示以下信息的一個或更多個信號大體瞬時加速水平和/或平均加速水平、大體瞬時減速水平和/或平均減速水平、大體瞬時車輛速度和/或平均車輛速度、再生制動水平、電池組充電狀態、電池組充電狀態的變化率、可編程的駕駛者檔案的特性、一個或更多個溫度、用於冷卻電池組的新鮮溫度控制流體(例如，空氣)與再循環溫度控制流體(例如，空氣)的比率、和/或車輛將行駛的預期路線(例如包括預期道路坡度)(例如，編程到車輛導航系統中)。基於車輛條件而調節冷卻元件(例如，蒸發器)的溫度設定點的能力能夠提供很多優點。例如，改變離開冷卻元件(並隨後進入電池組)的溫度控制流體(例如，比如為空氣的氣體)的溫度的能力可允許逐漸地改變被供給到電池組的溫度控制流體的溫度。逐漸地改變進入電池組的流體(例如，空氣)的溫度可減小熱衝擊(例如，當例如較熱的電池組暴露於較冷的溫度控制流體時可能發生的大的溫度變化)。另外，可控制電池組的冷卻以使得電池組不同區域之間的熱梯度減小。減小電池組內的熱梯度和熱衝擊能夠提高電池組的性能。
使用可變的冷卻元件(例如，蒸發器)設定點還允許通過對即時蒸發器溫度提供更多控制而解除吹風機速度與傳輸至電池組的溫度控制流體的溫度之間的聯繫。例如，為了將溫度控制流體冷卻至給定溫度，可以選擇較低的吹風機速度和較高的冷卻元件溫度設定點，或者選擇較高的吹風機速度和較低的冷卻元件溫度設定點。另外，對冷卻元件溫度設定點的動態控制允許車輛設計人員更連續地運行壓縮機和/或風扇，較少地啟動和關閉這些部件。例如，當採用固定冷卻元件溫度設定點時，一旦達到期望的電池溫度，就必須關閉冷卻元件，以避免過度冷卻電池組。另一方面，當採用可變冷卻元件溫度設定點時，能夠以例如較高的溫度設定點連續地運行冷卻元件以避免使過度冷卻電池組。動態地改變冷卻元件(例如，蒸發器)的溫度設定點的能力還提供了更有效地估計即時發熱並相應地調節電池冷卻的能力。電池單元發熱的性質進一步有助於主動避免電 池單元發熱的能力。通常，電池內產生的大部分熱產生於單個電池單元的內部。電池單元的熱向外傳播花費短暫的熱傳遞時間，這使得熱管理系統有額外的時間以在即將發生的、從電池單元內部向外傳播的溫度升高之前預先加熱電池單元殼體。通過估計影響電池組內的熱的產生和排出的各種因素，可以基於即時和歷史的熱因素而限定函數，以預測給定電池組的熱產生特性。該函數的結果可用於確定隨著熱從電池單元內部向電池單元殼體傳播、在不久的將來冷卻需求將會如何，從而通過在電池單元殼體外部的溫度升高之前調節冷卻或加熱需求而潛在地減少熱峰和熱震蕩。圖5中示出了熱震蕩減少的示例。例如,該原理可擴展到考慮將來會遇見的熱產生特性，例如通過考慮計劃路線(例如，編程到車輛導航系統中的路線)期間的預期冷卻需求，比如預期路面狀況、交通狀況、和/或由車載信息系統預期的天氣狀況等。圖I包括概述用於控制車輛的電池組202的溫度的溫度控制系統100的操作的示意性流程圖。本文使用的「電池組」可包括多個電池單元或單個電池單元。控制器110可構造並布置成接收指示車輛運行狀態的信號。響應於由控制器所接收的信號，控制器能夠調節溫度控制系統中的冷卻元件120(例如，蒸發器)的溫度設定點。應當理解，儘管在一種實施方式中，冷卻元件為蒸發器，但是本發明並不在這方面受到限制，因為可以採用其他適合的冷卻系統部件，或者甚至採用其他適合的環境控制裝置。在溫度控制系統100中，改變溫度設定點所依據的信號可以指示車輛的多個運行狀況。例如，在一些實施方式中，改變冷卻元件的溫度設定點所依據的信號可以指示車輛速度130。車輛速度可以是大體瞬時速度和/或平均速度。例如，在一種實施方式中，能夠(例如利用微處理器及相關邏輯電路)確定車輛的大體瞬時速度，然後車輛的該大體瞬時速度可被用於改變電池組溫度控制系統中的冷卻元件的溫度設定點。在另一實施方式中，可在設定的時間段中確定平均車輛速度，然後該平均車輛速度可被用於改變電池組溫度控制系統中的冷卻元件的溫度設定點。作為具體示例，在一些實施方式中，適合的傳感器檢測到較高速率的車輛速度，這表明從電池汲取電流的速率較高，從而產生更多需要排出的熱。相應地，可將冷卻元件(例如，蒸發器)的溫度設定點調節地得更低，以補償額外的溫度升高。在一些實施方式中，可在電池組內出現明顯溫度升高之前調低冷卻元件的溫度設定點。通過在溫度升高之前主動調節冷卻負載以排出額外的熱，能夠減少電池組的熱震蕩。熱震蕩的減少一般有助於延長電池壽命。作為另一示例，如果傳感器檢測到較低的速率、低加速率、低減速率、或較高的環境溫度，那麼電池熱管理系統可將冷卻元件的溫度設定點設定到適中溫度(例如，30°C)和/或選擇選擇較低的吹風機風扇速度。在特定實施方式中，控制參數的這種選擇將有助於使明顯的啟動和/或停機噪音最小化以及減少吹風機噪音，同時持續使冷卻負載能夠與該時刻系統的熱產生相匹配。例如，如果環境溫度要升高(例如，在一天中較晚的時候)、如果車輛要爬升較大的山路等等，可以降低冷卻元件的溫度設定點。通常，在所有其它因素等同的情況下，當溫度控制流體以較低流率輸送時，與高流率的情形相比，應當將溫度控制流體冷卻到更大的程度，以經過設定的時間段達到同樣的電池組目標溫度。通過在為達到期望的瞬時蒸發器設定點而確定壓縮機輸出時考慮吹風機速度，與更傳統的系統所表示出來的相t匕，電池熱系統將表現出更少的不期望的振動和更少的開啟和關斷。在一些實施方式中，改變冷卻元件(例如，蒸發器)的溫度設定點所依據的信號可以指示加速水平135和/或減速水平140。加速水平和/或減速水平可以是大體瞬時水平。 例如，可以在設定的時間點(例如，利用傳感器、微處理器和相關邏輯電路)確定加速水平和/或減速水平，並且該瞬時水平可被用於設定冷卻元件的溫度設定點。在另一些情況下，可以測量一段時間的加速和/或減速水平，並且可以確定平均加速和/或減速水平。然後該平均水平可被用於改變冷卻元件的溫度設定點。作為具體示例，在一些實施方式中可能確定快速的加速。在實現快速加速所需的從電池汲取電流的速率較高的預期下，可以將電池組溫度控制系統內的冷卻元件的溫度設定點設定為較低的溫度。在一些實例中，可能確定輕微的減速。在一些這樣的情形下，在輕微減速期間所需的從電池汲取電流的速率相對較低的預期下，可以將電池組溫度控制裝置內的冷卻元件設定到較高的溫度。在一些實施方式中，車輛可構造成具有再生制動系統，並且改變溫度設定點所依據的信號可以指示再生制動水平145。一般，當用戶對車輛制動裝置施力時和/或當用戶減小油門(例如，「滑行」)時會起動再生制動系統。再生制動系統的操作可以從車輛運行中回收動能以用於給車輛的電池組充電。再生制動會使得在為電池組再充電時電池組發熱。因此，調節電池組冷卻元件的溫度設定點以補償所產生的熱是有利的。作為具體示例，在一些實施方式中，再生制動水平可能較高，在此期間電池能夠以較高速率再充電。在一些這樣的實施方式中，控制器110可將冷卻元件120的溫度設定成較低溫度以補償在較高再生制動期間產生的過量的熱。在一些實施方式中，控制器可利用指示至少一個駕駛者檔案特性150的信號來改變溫度控制系統中的冷卻元件的溫度設定點。例如，車輛可配備有存儲器，該存儲器能夠存儲包括一個或更多個駕駛者行為特性的駕駛者檔案。在一些實施方式中，可為駕駛者檔案預編程序並存儲在存儲器中。在另外一些例子中，可以隨著車輛使用而例如利用車輛內的邏輯電路(其可包括控制系統內的邏輯電路)更新駕駛者檔案(以及可選地，存儲器)。在一些實施方式中，可以既為駕駛者檔案預編程序又隨著車輛使用而更新駕駛者檔案。在特定的一組實施方式中，可以啟用包括相對較好勝的駕駛特性(例如，較高加速度、較高速度等)的駕駛者檔案。在一些這樣的實施方式中，控制器110可接收指示較好勝的個人檔案的信號，並當預期在好勝的個人檔案的情況下進行操作期間可能需要較高冷卻負載時，將冷卻元件120的溫度設定點設定為較低溫度。例如，如果駕駛者檔案表明駕駛者傾向於以很快的速度和/或高加速水平駕駛車輛，那麼在從電池組汲取較高電流的預期下，可將冷卻元件120的溫度設定點設定在較低溫度。另一方面，如果駕駛者檔案表明駕駛者傾向於以低速和/或低加速水平駕駛車輛，那麼在從電池組汲取較低電流的預期下，可將冷卻元件120的溫度設定點設定在較低溫度。作為另一示例，如果駕駛者檔案表明駕駛者經常使用制動裝置，則可在與再生制動相關的較大量的電池組再充電的預期下將冷卻元件120的溫度設定點設定為較低溫度。在一些實施方式中，溫度控制系統100中的冷卻元件120的溫度設定點可由控制器110響應於指示測得的溫度155的信號而改變。在一些實施方式中，測得溫度可指示電池組外部和/或車輛外部的環境。例如，在一些情況下，溫度控制系統內的冷卻元件的溫度設定點可由控制器響應於指示車輛外環境空氣的溫度而改變。作為具體示例，可將一個或更多個溫度傳感器布置在進氣歧管內，從而可以測量進入空氣的溫度。可以至少部分地基於進入空氣的溫度改變冷卻元件的溫度設定點。如果空氣溫度過高，那麼可將冷卻元件的溫度設定點設定在較低溫度。如果空氣溫度足夠低，那麼可將冷卻元件的溫度設定點設定在較高溫度。
在一些實施方式中，溫度控制系統內的冷卻元件的溫度設定點可以由控制器響應於在電池組內測得的溫度(例如，單個溫度和/或可以指示電池組內的溫度梯度的多個溫度)而改變。例如，可以在電池組的一個和/或更多個區域內布置溫度傳感器，並且，如果確定溫度過高，則可將溫度控制系統的溫度設定點設定為較低值，由此更有效地冷卻電池組內的受熱部位。在一些實施方式中，溫度控制系統100中的冷卻元件120的溫度設定點可由控制器110響應於指示電池組的充電狀態特性160的信號而改變。例如，在一些實施方式中，指示較低充電狀態的信號可能傳輸至控制器110。響應於低充電狀態，控制器可將冷卻元件120的溫度設定為較低溫度，這樣能夠更有效地驅散當給電池組充電時所產生的熱(例如通過在充電期間致動冷卻風扇從而使諸如空氣的溫度控制流體經過較低溫的冷卻元件上方)。作為另一示例，指示電池組充電狀態的較高變化率(例如，高充電速率和/或高放電速率)的信號可能被傳輸到控制器110。響應於高變化率，控制器可將冷卻元件120的溫度設定為較低溫度，這樣能夠更有效地驅散在快速充電和/或放電期間所產生的熱。在一些實施方式中，溫度控制系統100中的冷卻元件120的溫度設定點可由控制器110響應於指示電池組內的溫度控制流體(空氣)中的新鮮溫度控制流體(空氣)與電池組再循環部分之間的比率(即，圖I中的再循環比率165)的信號而改變。作為一個示例，當再循環空氣已經經由冷卻元件(例如，蒸發器)冷卻過時，其比(例如，經由電池組HVAC盒)引入系統中的新鮮空氣更乾燥。隨著新鮮空氣的比例增大，空氣的混成溼度將增大，這樣會比比較乾燥的空氣具有更高的熱容量，因而可在冷卻計算時予以考慮。在一些實施方式中，冷卻元件120的溫度設定點可由控制器110響應於來自導航和信息服務系統170的信息而改變。導航和信息服務系統可存儲或編程為包括與以下內容有關的信息例如，即將到來的行程的預期長度、預期平均行駛速度、預期道路坡度、預期交通量、和/或預期天氣狀況，以上信息中任何一個對於確定並設定用於冷卻元件的適合的溫度設定點都可能是有用的。作為一個示例，較長行程可能編程到導航和信息服務系統中，在這種情況下，在將於行程中從電池組汲取較大量的電流(並且因此，電池組將產生較大量的熱)的預期下，可將冷卻元件的溫度設定點設定為較低值。作為另一個示例，由導航和信息服務系統選擇或編程到導航和信息服務系統中的路線可能包括一個或更多個具有較陡坡度的道路，在這種情況下，在將需要從電池組汲取較大量電流以爬坡的預期下，可將冷卻元件的溫度設定點設定為較低值。在一些實施方式中，對於即將到來的行程，導航和遠程系統可能預期較快的平均速度，響應於此，可將冷卻元件的溫度設定點設定為較低值。在一些情況下，導航和信息服務系統可能預期較大的交通量，在這種情況下，在車輛的減慢或停車期間需要電池的少量能量的預期下，可將冷卻元件的溫度設定點設定為較高值。在又一示例中，導航和信息服務系統可能預期即將到來的行車路線包括較冷和/或有雨的天氣，在這種情況下，可將冷卻元件的溫度設定點設定為較低值。圖2是示出控制電池組202溫度的溫度控制系統200的示例性示意圖。在圖2中，電池組202包括布置在容器206內的多個電化學再充電式電池單元204。儘管圖2的電池組被示出為包括多個電池單元，但應當理解，在另一些實施方式中，電池組可包括單個電池單元。在圖2中，入口通路215將電池組202的入口 216與電池組外部的流體(例如，空氣)相連接。電池組還可以包括一個或更多個出口(例如，圖2中通向出口通路217的出 口 218)，流體可經出口從電池組排出。當電池組的一個或更多個入口和出口打開時，如圖2中所示，能夠將來自電池組外部的流體輸送通過電池組以控制電池組的至少某一區域的溫度(即，流體可以是溫度控制流體)。在一些實施方式中，電池組外部的流體可能具有與電池組內的區域非常不同的溫度，並且因此能夠用於加熱或冷卻電池組而無需預先加熱或預先冷卻。在這種情況下，冷卻元件的溫度設定點可以設定成高於進入流體的溫度，使得沒有能量被毫無必要地用於進一步冷卻進入流體。冷卻系統還可包括冷卻元件120，冷卻元件120構造成用以(例如，通過冷卻以流體和/或熱的方式連接到電池組202的流體)改變電池組202的溫度。另外，溫度控制系統200包括加熱元件210，該加熱元件210構造成用以(例如，通過加熱以流體和/或熱的方式連接到電池組202的流體)改變電池組202的溫度。在一些實例中，電池組外部的流體對於用來控制電池組的溫度而言不夠涼和/或熱。在溫度控制流體太熱而不能用於有效地冷卻電池組的情況下，溫度控制流體可以在進入電池組202之間由冷卻元件120(例如，蒸發的製冷劑被輸送經過的蒸發器)進行冷卻，隨後用於冷卻電池單元204。在溫度控制流體太涼而不能用於有效地加熱電池組的情況下，電池組外部的流體可以在進入電池組202之間由加熱元件210 (例如，電阻加熱器等)進行加熱，隨後用於加熱電池單元204。來自電池組外部的流體可源於任何適合的來源。例如，在一些實施方式中，流體可包括從車輛外部經由進氣系統直接輸送到電池組的空氣。在一些情況下，流體可從車輛組件內的另一來源(例如，從車內的氣候控制系統、從壓縮氣缸等等)輸送到電池組。在一些實施方式中，電池組可構造成使得溫度控制流體能夠在電池組內再循環。流體在電池組內再循環可以是有益的，因為其能夠消除對於給來自電池組外部的空氣除溼和/或改變其溫度的需要。這能夠帶來很大的能量節約。在一些實施方式中，電池組可包括通路，通路構造並布置成提供用於電池組內的再循環溫度控制流體的流動路徑。例如，在圖2中，電池組202包括再循環通路222，其可用於電池組內的再循環溫度控制流體。在一些情況下，通路可以不包括任何不連續的內部溝道，並且可以包括在電池組內自維持的流動路徑。例如，通路可包括在電池組內的層流流體流。本領域技術人員能夠區別自維持流動路徑與可能在電池組的小部分內(例如，通過形成渦流)發生的偶發再循環之間的不同。任何適合的裝置都可用於形成輸送再循環流體所需的壓力降低(例如，泵、風扇等)。在一些實例中，流體可在從電池組外部供給新鮮流體的同時在電池組內進行再循環，如圖2中示出的。在另一些情況下，流體可在基本上沒有從電池組外部供給流體的時候(例如，通過關閉入口 216和出口 218使得電池組基本上被密封，從而防止外部流體流入電池組)在電池組內再循環。可採用任意適合的方法控制電池組內的流體中的新鮮流體與電池組再循環部分的比率。例如，可通過(例如，通過致動入口處的 擋流板或翼片)改變入口的橫截面尺寸來控制輸送到電池組中的流體的流量。當需要更低流量時，可減小入口的橫截面尺寸，而在需要更高流量的情況下可增大入口的橫截面尺寸。在某些情況下，可通過控制用於向電池組輸送新鮮流體的裝置(例如，風扇或泵)而改變輸送到電池組內的流體量。再循環流體的流量可採用類似的方法進行控制(例如，改變再循環通路的橫截面尺寸、控制用於在電池組內輸送再循環流體的裝置(例如，泵)等)。在一些實施方式中，電池組內的流體中的新鮮流體與電池組再循環部分的比率可通過調節位於流體出口處的一個或更多個翼片的位置來控制。例如，圖2中的溫度控制系統200包括定位在電池組出口附近的翼片221。當翼片伸到電池組的容積中時(如圖2中所示)，在相反情況下將離開電池組的一部分流體被引導到再循環通路中，如在圖2中靠近翼片221的彎曲箭頭所指示的那樣。本領域技術人員將能夠確定改變給定系統的新鮮流體與再循環流體之比的其他適合的方法。在一些實施方式中，系統可包括一個或更多個溫度傳感器，它們被用於測量系統內的至少一個溫度和/或確定指示系統外部一區域的溫度。溫度傳感器可定位在系統的任意適合的區域內。在一些例子中，溫度傳感器可定位在電池組內。例如，溫度傳感器可定位在電池組內的電池單元的表面上或定位在電池組容器(例如，靠近電池組內的電池單元)的另一表面上。溫度傳感器在某些情況下可定位在電池組內的再循環通路內。在一些情況下，溫度傳感器可定位在連接電池組與電池組外部流體的入口通路內，並且可用於確定指示電池組外部流體的溫度。在一些情況下，溫度傳感器還可定位在位於電池組下遊的出口通路中。本領域技術人員能夠將溫度傳感器定位在合適的位置以實現所需的溫度確定。在圖2所示的一組實施方式中，溫度傳感器203定位在入口通路215內、電池組202內、以及出口通路217內。在一些例子中，可使用多個溫度傳感器以提供系統內的多個位置處的溫度數據。例如，在確定電池組內的任何溫度梯度——該溫度梯度的存在可能抑制電池組性能——的程度時，這種實施方式會是有用的。特別是，使用多個溫度傳感器在確定電池組內的特別熱和/或特別冷的區域的位置和/或溫度時會是有用的。溫度控制系統200還可包括控制器110，控制器110可構造並布置成至少部分地響應於車輛的運行狀況而改變冷卻元件120的溫度設定點。在一些實施方式中，控制器110可構造並布置成接收來自車輛部件的信號。例如，在控制器110構造成基於加速度、減速度、和/或速度而改變冷卻元件120的溫度設定點的一些實施方式中，控制器110可構造成接收來自傳感器的、能夠用於計算加速度、減速度、和/或速度的信號。
在一些實施方式中，控制器110可構造成接收來自溫度傳感器(例如，來自電池組內和/或電池組外部的溫度傳感器)的信號，並且能夠基於溫度傳感器信號調節冷卻元件120的溫度設定點。例如，在圖2中，控制器110構造成接收來自溫度傳感器203的信號。在一些實例中，控制器110可構造成接收來自電池組內的流量傳感器和/或流動控制器的信號，並基於該信號調節冷卻元件120的溫度設定點。例如，在圖2中，流量傳感器223可構造成向控制器110傳輸指示溫度控制流體的流量的信號。然後，控制器110能夠計算電池組內的流體中的新鮮流體與電池組再循環部分的比率，並且如果必要的話調節冷卻元件120的溫度設定點。可以採用本領域技術人員已知的方法(例如，響應於與控制單元確定的設定點相對應的信號)控制冷卻元件的溫度。當使用蒸發器作為冷卻元件時，可通過改變AC壓縮機的速度和/或供給到AC壓縮機的電力來控制進入蒸發器的製冷劑的壓力，並通過控制進入
蒸發器的製冷劑的壓力來控制蒸發器的溫度。例如，當期望蒸發器溫度更低時，可增大離開AC壓縮機的製冷劑的壓力；而當期望蒸發器溫度更高時，可減小離開AC壓縮機的製冷劑的壓力。可例如通過改變壓縮機的速度(例如，提高速度來增大壓力和/或降低速度來減小壓力)、通過操縱(例如，吸入節流系統中的)一個或更多個膨脹閥、和/或通過任意其他適合的方法來控制到達蒸發器系統的壓力。儘管圖2中所示的實施方式包括帶有內部邏輯電路的控制器110，該邏輯電路能夠處理來自車輛和/或溫度控制系統的其他部件的信號，但是應當理解，在另外的例子中，可以使用單獨的邏輯電路單元(例如，圖2中的可選邏輯電路單元220、動力系控制模塊(PCM))接收來自各種車輛部件的信號、基於這些信號執行一個或更多個計算、和/或基於從其他系統部件接收到的信號向控制器110傳輸信號。例如，可以在控制器110內和/或比如可選邏輯電路單元220和/或PCM等其他車輛部件內執行以下計算車輛加速度的計算、車量減速度的計算、車輛速度的計算、再生制動水平的計算、新鮮/再循環流體比率的計算、和/或電池組充電狀態的計算。另外，還可以在控制器110內和/或比如可選邏輯電路單元220和/或PCM的其他車輛部件內執行駕駛者檔案特性的確定和/或存儲。作為具體示例，在一些實施方式中，流量傳感器223可構造成向邏輯電路單元220 (和/或PCM)傳輸信號，然後邏輯電路單元220(和/或PCM)可計算電池組內的流體中的新鮮流體與電池組再循環部分的比率。之後，邏輯電路單元220(和/或PCM)可向控制器110傳輸信號，如果必要的話，控制器110可調節冷卻元件120的溫度設定點。在一些實施方式中，控制器110可以是PCM的一部分。在圖2中所示的實施方式中，信息傳輸一般通過虛線圖示。電池組部件或系統其他部件與控制系統之間的信息傳輸——從電池組部件或系統其他部件傳輸到控制系統和/或從控制系統傳輸到電池組部件或系統其他部件一可以通過任意適合的方法實現。例如，在一些例子中，信息可沿有線連接裝置傳輸。在一些實施方式中，信息可無線傳輸。另外，儘管圖2示出了使用單個控制器的一組實施方式，但在另外的實施方式中，可採用多個控制器。例如，在一些實施方式中，系統可包括兩個、三個、四個或更多個控制器。在一些實施方式中，使用電池組的車輛可包括獨立的車廂和電池組空氣冷卻和/或加熱環路。圖3A-3B包括這樣一組實施方式的示意性圖示。在圖3A-3B中，系統300包括安裝在車廂外部下方的電池組310。電池組310具有其自己獨立的加熱/冷卻導管環路，用於將溫度控制流體輸送到電池組和從電池組輸送出去。電池組導管環路包括電池組HVAC盒312，電池組HVAC盒312包括定位在車輛引擎罩下方的吹風機、蒸發器、和熱交換器。電池組入口管道313構造並布置成將溫度控制流體從電池組HVAC盒312輸送至電池組310，而電池組返回管道314構造並布置成將溫度控制流體從電池組310輸送至電池組HVAC盒312。另外，在圖3A-3B中，車廂具有其自己獨立的用於將溫度控制流體輸送到車廂和從車廂輸送出去的加熱/冷卻導管環路。車廂加熱/冷卻導管環路包括車廂HVAC盒320。車廂HVAC盒320可定位在車廂內，如在客車中常規的那樣。車廂加熱/冷卻導管環路可包括車廂入口管道和一個或更多個車廂返回管道324，車廂入口管道構造並布置成用以將溫度控制流體從車廂HVAC盒320輸送至車廂，車廂返回管道324構造並布置成用以將溫度控制流體從車廂輸送至車廂HVAC盒320。在一些實施方式中，車廂和電池組加熱/冷卻導管環路共用中央冷凝器、壓縮機、和/或加熱元件。例如可通過使用三通閥流體地連接這些加熱/冷卻導管環路而共用這些·部件。在圖3A-3B中，例如，區域330包括用於處理共用製冷劑的中央冷凝器和壓縮機。另夕卜，區域330還包括共用的用於加熱溫度控制流體的加熱元件。在一些實施方式中，車輛包括熱集成系統，該熱集成系統構造並布置成使用由各種車輛部件所產生的熱來對加熱環路內的溫度控制流體進行加熱。例如，在圖4中所示的一組實施方式中，來自車輛的動力系部件的廢熱可經由加熱環路內的溫度控制流體加以利用。在圖4中，從充電器410、DC/DC轉換器412、馬達414、和/或逆變器416處利用熱。被利用的熱可用於補充由加熱元件(例如，圖4中的正溫度係數加熱器(PTC)418)所產生的熱，以提高車輛效率。可通過受系統熱控制器控制的閥來控制該廢熱引入到HVAC系統的過程。在本文描述的多個實施方式中使用的控制系統可以是任意適合的類型。在一些實施方式中，控制系統可包括微處理器，微處理器構造並布置成執行一個或更多個計算，計算的結果可用於改變系統的性質。在一些例子中，控制系統可包括存儲器。根據本發明的多個實施方式可在一個或更多個計算機系統上實施。例如，在一些實施方式中，本文描述的控制系統可包括計算機系統。這些計算機系統例如可以是通用計算機，比如，由Intel、AdvancedMicro Devices (AMD)、Motorola、IBM、Sun、Hewlett-Packard 所製造的計算機，和 / 或任意其他類型的處理器。應當理解，可以使用一個或更多個任意類型的計算機系統來實施本發明的各種實施方式。計算機系統可包括專門編程的專用硬體，例如，專用集成電路(ASIC)。本發明的各方面可在軟體、硬體或固件、或它們的任意組合中實施。進一步地，這些方法、行為、系統、系統元件及其部件可以實施為上述計算機系統的一部分或獨立的部件。可採用各種傳感器(可選地與一個或更多個邏輯電路單元相結合)來確定與車輛運行狀態相關的各種條件。可使用任意適合的溫度傳感器測量溫度，這些溫度傳感器比如為熱電偶、熱敏電阻、溫度計、正溫度係數(PTC)傳感器、和/或任意其他適合類型的溫度傳感器。可以使用任意適合的方法來確定速度，比如藉助於車輪速度傳感器、傳動系速度傳感器、基於GPS的速度計算等。可以例如通過計算車輛速度變化率和/或通過採用比如加速計等傳感器來確定車輛加速度和減速度。可例如利用踏板位置、再生電流感測、制動管路壓力感測等來確定再生制動水平。可例如利用電池管理系統來確定電池組的充電狀態和/或充電狀態的變化率。一種或更多種溫度控制流體的流量(該流量可用於計算再循環比率)可例如利用任意適合的流量傳感器來確定、可由供給到泵或吹風機的動力推斷出、或可從整個蒸發器上的溫度差推斷出。本文描述的系統和方法可用在任意適合的使用電池組的車輛中。在一些實施方式中，這些系統和方法可用於控制在汽車中使用的電池組系統(例如，用於給電動或混合動力汽車的傳動系提供動力的電池組)內的流體的流動。在電池組用在汽車中的實施方式中，電池組可定位在任意適合的位置(例如，底板下方、後備箱中、前引擎罩下方等)。供給到電池組的新鮮流體可來源於任意適合的地方。例如，新鮮流體可源自進氣，進氣的流動可由汽車的自然運動和/或由泵或其他適合的裝置驅動。電池組可形成為任意適合的形狀(例如，矩形稜柱、圓柱形、球形等)。另外，本文描述的系統和方法可用於任意適合尺寸的電池組。
儘管已在此描述並圖示了本發明的多種實施方式，但是本領域技術人員容易想到用於實現本文描述的功能和/或獲得本文描述的效果和/或一個或更多優點的各種其他裝置和/或結構，每個這樣的變型和/或改型都認為是在本發明的範圍內。更一般地，本領域技術人員容易理解，本文描述的所有參數、尺寸、材料、和構型都是示例性的，實際參數、尺寸、材料、和/或構型要取決於本發明的教示所使用的具體應用場合。本領域技術人員會認識到或能夠僅僅通過常規實驗發現很多在此描述的本發明的具體實施方式
的等同替代。因此，能夠理解，上述實施方式僅以示例的方式給出，並且在所附權利要求及其等同替代的範圍內，可以以不同於具體描述和請求保護的其他方式實施本發明。本發明針對在此描述的每個單獨的特徵、系統、物件、材料、和/或方法。另外，兩個或多個這些特徵、系統、物件、材料和/或方法的任意組合——如果這些特徵、系統、物件、材料和/或方法不是互相矛盾的——也包括在本發明的範圍內。此處在說明書中和權利要求中使用的不定冠詞「一」和「一個」應當理解為指的是「至少一個」，除非明確另有所指。此處在說明書中和權利要求中使用的措詞「和/或」應當理解為是指這樣結合的元素的「任何一個或兼而有之」，即，這些元素在一些情況下共同存在，而在另一些情況下分開存在。除非明確另有所指，否則除由「和/或」的分句中具體指明的元素之外，可以可選地存在其他元素，無論其與具體指明的那些元素有關還是無關。因此，作為非限制性示例，以「A和/或B」為例，當與比如「包括」這樣的開放式用語連用時，在一種實施方式中，可指A而沒有B (可選地包括除B之外的元素)；在另一實施方式中，可指B而沒有A (可選地包括除A之外的元素)；在又一實施方式中，可指A和B(可選地包括其他元素)等等。此處在說明書中和權利要求中使用的「或」應當理解為與上文限定的「和/或」具有相同的意思。例如，當分隔列表中的多項時，「或」或者「和/或」應解釋為包括性的，即，包括多個元素或元素列表中的至少一個元素，但是也包括多於一個元素，並且可選地包括附加的未列出的項目。只有明確另有所指的術語——比如「其中僅一個」或「其中只一個」，或者當在權利要求中使用時的「由..·構成」指的是包括多個元素或元素列表中的只一個元素。一般，本文使用的術語「或」在前面有排他性術語一比如，「任一」、「其中之一」、「其中僅一個」、或「其中只一個」一時僅應當理解為指排他性的擇一(即，「一個或另一個，而非兩個都有」)。當在權利要求中使用時，「主要由...構成」應當具有在專利法領域中使用時的通常含義。如此處在說明書中和權利要求中使用的，在指一個或更多個元素的列表時，措詞「至少一個」應當理解為指的是從該元素列表中的任何一個或更多個元素中選擇的至少一個元素，而不是必需包括該元素列表中具體列出的各個和每個元素的至少一個，並且不排除該元素列表中的多個元素的任意組合。該定義還允許可選地存在除在措詞「至少一個」所指的元素列表中明確限定的元素之外的其他元素，無論其與具體指明的那些元素有關還是無關。因此，作為非限制性示例，「A和B中的至少一個」(或等同的「A或B中的至少一個」，或等同地「A和/或B中的至少一個」)在一個實施方式中可指至少一個A，可選地包括多於一個A，而不存在B (並且可選地包括除B之外的其他元素)；在另一實施方式中，可指至少一個B，可選地包括多於一個B，而不存在A (並且可選地包括除A之外的其他元素);在又一實施方式中，可指至少一個A和至少一個B，可選地包括多於一個A，且可選地包括多於一個B (並且可選地包括其他元素)等等。 在權利要求書以及以上說明書中，所有過渡性措詞一比如「包括」、「包含」、「帶有」、「具有」、「含有」、「涉及」、「持有」等一都應當理解為開放性的，即，意思是包括但不限於。只有過渡性措詞「由...構成」和「主要由...構成」分別是封閉式或半封閉式的過渡性措詞，如在美國專利局專利審查手冊2111. 03節闡明的。
權利要求
1.一種用於控制車輛的電池組內的溫度的系統，包括 電池組；以及 控制單元，所述控制單元構造並布置成用以改變冷卻元件的溫度設定點，所述冷卻元件構造成用以改變所述電池組的溫度， 其中，對所述冷卻元件的所述溫度設定點的改變至少部分地基於與所述車輛的運行狀態相關的條件。
2.如權利要求I所述的系統，其中，所述控制單元構造並布置成至少部分地基於與所述車輛的運行狀態相關的條件動態地改變冷卻元件的溫度設定點。
3.如權利要求I所述的系統，其中，所述冷卻元件包括蒸發器。
4.如權利要求I所述的系統，其中，所述控制單元構造並布置成接收指示所述車輛的 運行狀態的信號。
5.如權利要求I所述的系統，其中，所述車輛的所述運行狀態包括所述車輛的加速水平和/或減速水平。
6.如權利要求5所述的系統，其中，所述車輛的所述運行狀態包括所述車輛的大體瞬時加速水平和/或大體瞬時減速水平。
7.如權利要求5所述的系統，其中，所述車輛的所述運行狀態包括所述車輛的平均加速水平和/或平均減速水平。
8.如權利要求I所述的系統，所述車輛的所述運行狀態包括所述車輛的速度。
9.如權利要求8所述的系統，其中，所述車輛的所述運行狀態包括所述車輛的大體瞬時速度。
10.如權利要求8所述的系統，其中，所述車輛的所述運行狀態包括所述車輛的平均速度。
11.如權利要求I所述的系統，其中，所述車輛的所述運行狀態包括溫度。
12.如權利要求11所述的系統，其中，所述溫度包括所述電池組內的溫度。
13.如權利要求11所述的系統，其中，所述溫度包括所述電池組外部的溫度。
14.如權利要求13所述的系統，其中，所述電池組外部的所述溫度包括指示所述車輛外部的環境空氣溫度的溫度。
15.如權利要求11所述的系統，其中，所述車輛的所述運行狀態包括多個溫度。
16.如權利要求I所述的系統，其中，所述車輛的所述運行狀態包括再生制動水平。
17.如權利要求I所述的系統，其中，所述車輛的所述運行狀態包括所述電池組的充電狀態。
18.如權利要求I所述的系統，其中，所述車輛的所述運行狀態包括所述電池組的充電狀態的變化率。
19.如權利要求I所述的系統，其中，所述車輛的所述運行狀態包括可編程的駕駛者檔案的特性。
20.如權利要求I所述的系統，其中，所述車輛的所述運行狀態包括所述電池組內的溫度控制流體中的新鮮溫度控制流體的流量與電池組再循環部分的流量的比率。
21.如權利要求20所述的系統，其中，所述溫度控制流體包括空氣。
22.如權利要求I所述的系統，其中，所述車輛的所述運行狀態包括來自所述車輛的導航和信息服務系統的信息。
23.如權利要求I所述的系統，其中，所述車輛包括汽車。
24.如權利要求I所述的系統，其中，所述電池組用於給所述車輛的傳動系供給動力。
25.一種用於控制車輛的電池組內的溫度的方法，包括； 確定與所述車輛的運行狀態相關的條件； 至少部分地基於所述確定而改變冷卻元件的溫度設定點，所述冷卻元件構造成用以改變所述電池組的溫度；以及 響應於所述溫度設定點的改變而改變所述電池組的溫度。
26.如權利要求25所述的方法，其中，確定與所述車輛的運行狀態相關的條件包括向控制器傳輸信號。
27.如權利要求25所述的方法，其中，改變所述電池組的溫度包括將溫度控制流體輸送通過靠近所述冷卻元件的區域以冷卻所述溫度控制流體。
28.如權利要求27所述的方法，其中，所述溫度控制流體包括空氣。
29.如權利要求25所述的方法，其中，所述冷卻元件包括蒸發器。
全文摘要
本發明總體上描述了與控制車輛的車廂外部電池組內的環境相關的系統和方法。在一些實施方式中，車輛和電池具有獨立的冷卻和/或加熱環路。發明人發現可通過動態地控制冷卻系統——即，基於多個車輛運行參數確定適合的冷卻元件(例如，蒸發器)工作溫度而不實施固定的設定點，然後相應地冷卻和/或加熱電池組——而實現有效的環境控制。在一些實施方式中，電池組溫度控制系統包括控制器，該控制器構造成確定與車輛的運行狀態相關的條件(例如，通過接收對應於所述條件的信號)並至少部分地基於所述條件改變控制系統中的溫度設定點。通過這種方式，可根據與車輛運行狀態相關的多個因素調節提供給電池組的冷卻負載。
文檔編號B60H1/00GK102950988SQ20121002404
公開日2013年3月6日 申請日期2012年2月3日 優先權日2011年8月23日
發明者布羅克·威廉·滕豪滕, 菲利普·哈特·戈 申請人:科達汽車公司