本發明總體涉及機動車輛領域，并且更加具體地，涉及一種電動車輛加熱分配系統及相關方法。

背景技術：

通過熱泵向例如電動車輛這樣的車輛提供熱量的廣泛構思是已知的。然而，當面臨更高的環境溫度下的高效且經濟問題時，當前的熱泵技術不能夠在非常低的環境溫度下提供有效或甚至足夠的加熱能力。為了解決這一問題，已知的是通過附加熱源來補償由熱泵提供的熱量，這些附加熱源包括由車輛發動機(在傳統機動車輛中)或由電加熱器產生的熱量。問題是，在使用熱泵及像電加熱器這樣的一個或多個附加熱源的系統中，為了加熱系統的高效運行，必須依據環境條件確定需要使用熱泵、電加熱器或二者的條件。正如已知的，在較高的環境溫度下使用熱泵是最高效的。在低環境溫度下，使用電加熱器更加有效。當使用熱泵和電加熱器二者時，必須確定管理熱容量分配使其最高效。

為了解決這些及其他問題，本公開描述了一種包括熱泵和電加熱器的電動車輛加熱分配系統，并且還描述了通過考慮環境溫度及熱泵效率指標的因素來管理熱泵和電加熱器之間的熱容量分配的相關方法。

技術實現要素：

根據在此描述的目的及益處，描述了一種用于電動車輛的加熱系統，該系統包括熱泵子系統、電加熱器子系統及控制器。一個或多個傳感器向控制器提供確定的環境溫度值及確定的熱泵運行效率指標值(metric value)。相應地，控制器配置為，根據確定的環境溫度值和確定的熱泵運行效率指標值來確定熱泵子系統和電加熱器子系統的最優加熱貢獻百分比。

在實施例中，電加熱器子系統包含高壓電加熱器。熱泵效率指標值可以包含確定的熱泵壓縮機釋放壓力值。一個或多個傳感器中的至少一個是配置為向控制器提供確定的環境溫度值的環境溫度傳感器。一個或多個傳感器中的至少一個是配置為向控制器提供確定的熱泵壓縮機釋放壓力值的壓力傳感器。

在另一實施例中，控制器可以進一步配置為將確定的環境溫度值與預先確定的環境溫度閾值進行比較。控制器可以配置為一旦確定該確定的環境溫度值未超過環境溫度閾值，就僅僅致動電加熱器子系統。

另一方面，提供向上述包含熱泵子系統及電加熱器子系統的電動車輛提供加熱的方法。該方法包括以下步驟：監測環境溫度并向控制器提供確定的環境溫度值、監測熱泵運行效率指標值并向控制器提供確定的熱泵效率指標值、以及根據確定的環境溫度及確定的熱泵效率指標來確定熱泵子系統和電加熱器子系統的最佳加熱貢獻百分比。如上所述，在實施例中熱泵運行效率指標是熱泵壓縮機釋放壓力值，并且熱泵傳感器是壓力傳感器。

在實施例中，所描述的方法進一步包括將確定的環境溫度值與預先確定的環境溫度閾值進行比較的步驟，以及如果確定的環境溫度值未超過環境溫度閾值，則僅僅致動電加熱器子系統的步驟。相應地，該方法可以包括確定熱泵子系統及電加熱器子系統的運行狀態的步驟，以及，如果熱泵子系統被確定為不可操作，則僅僅致動電加熱器子系統的步驟。另一方面，如果熱泵子系統及電加熱器子系統均被確定為可操作，則該方法包括計算熱泵子系統的功率乘數(power multiplier)以確定熱泵子系統的加熱貢獻百分比。

在另一實施例中，熱泵子系統功率乘數可以是確定的環境溫度值及熱泵壓縮機釋放壓力值的函數。所描述的方法包括以下步驟：通過將總的可用能量加熱預算乘以熱泵子系統功率乘數來計算熱泵子系統加熱貢獻百分比，以及通過總的可用能量加熱預算減去熱泵子系統的實際功率用量來計算電加熱器子系統的加熱貢獻。

下面的說明書中，示出并描述了電池電動車輛加熱分配系統及方法的若干優選實施例。正如應該意識到的，加熱分配系統及方法能夠是其他不同的實施例，并且它們的若干細節能夠在不脫離下面的權利要求陳述并描述的系統及方法的多個顯著方面變化。相應地，附圖及說明書應該被看作是實質上說明性的而非限制性的。

附圖說明

合并于此并且構成說明書一部分的附圖說明了電池電動車輛加熱分配系統及方法的若干方面，并且連同該說明書用于解釋其某些原理。在附圖中：

圖1是包括并入高壓加熱器和熱泵的加熱系統的電動車輛的示意性框圖；以及

圖2是用于使用氣候控制系統提供圖1的電動車輛內的加熱分配的方法的流程圖。

現在詳細參照電池電動車輛加熱分配系統及方法的當前優選實施例，在所附附圖中說明其示例。

具體實施方式

現在參照圖1，其示意性說明了實質上具有傳統設計的電動車輛1。首先，盡管該說明書及附圖主要描述了電池電動車輛背景下所公開的電動車輛加熱分配系統及方法，但本領域技術人員將很容易想到的是所公開的主題很容易適用于任何電動車輛。在高等級下，在此使用的術語“電動車輛”包含純電動車輛(BEV)，混合動力電動車輛(HEV)，插電式混合動力電動車輛(PHEV)或者實際上任何具有電動車輛行駛里程的車輛。實際上，所要求保護的主題可適應于結合用于乘客艙氣候控制的熱泵和電加熱器的任何車輛，電動的或其他車輛。因此，本公開不應該被理解為限制性的。

作為背景技術，BEV包括電動馬達，其中馬達的能量來源是牽引電池。BEV牽引電池可從外部電網重新充電。BEV牽引電池實際是上用于車輛推進的唯一車載能量。HEV包括內燃發動機及電動馬達，其中，發動機的能量來源是燃料并且馬達的能量來源是牽引電池。在HEV牽引電池提供車輛推進的補充能量(HEV牽引電池緩沖燃料能量并且以電力的形式恢復動能)的情況下，發動機是車輛推進的主要能量來源。PHEV不同于HEV，因為PHEV牽引電池比HEV牽引電池具有更大的容量并且PHEV牽引電池可從電網重新充電。PHEV牽引電池是車輛推進的主要來源直到PHEV牽引電池消耗至低的能量水平，此時PHEV像HEV一樣運行用于車輛推進。

返回圖1，所述的電池電動車輛1包括電池電動控制模塊(BECM)2，電池3(在所述實施例中是高壓電池)以及與逆變器5關聯的傳動控制模塊(TCM)4。電動車輛1還包括向變速箱7提供驅動力的電動馬達6，變速箱7相應地向接合輪胎8的車輛車軸/地面提供驅動力。

所述的電動車輛1還包括加熱系統10，該加熱系統10并入了大體上傳統的熱泵子系統12以及車輛乘客艙電加熱器子系統13，在所述的實施例中電加熱器子系統13包括高壓電加熱器14。熱泵制冷劑子系統12包括外部熱交換器(OHX)16、三向制冷劑閥18、內部熱交換器(IHX)20及蒸發器22。加熱電子膨脹閥24自制冷劑-到-冷卻劑熱交換器(R2C2)26分散熱的流體，并且冷卻電子膨脹閥28向蒸發器22提供冷卻流體。熱泵子系統12還包括蓄積器30及壓縮機32。電加熱器子系統13包括通向冷卻劑熱交換器26、加熱器芯34、加熱器芯溫度(HCT)傳感器35及冷卻劑泵36的制冷劑。

控制器38(為了清楚起見結合車輛1以及熱泵子系統12和電加熱器子系統13描述)接收來自與熱泵子系統12和電加熱器子系統13的部件相關的傳感器的輸入，并且正如后面將描述的，控制器38控制熱泵子系統12和電加熱器子系統13的運行以便在兩個部件之間為車輛的總的能量預算分配合適的比例以最大化加熱效率。這樣的控制器在本領域內是已知的，其包括處理器及存儲器，該存儲器包括計算機可執行指令以便根據存儲的預校準的數據表來確定熱泵子系統12和電加熱器14的最佳的能量分配。根據這些數據表，如下面將要表述的可以確定最佳的能量分配。

在一個實施例中，傳感器40與熱泵壓縮機32相關聯，以便由此確定高壓側壓力釋放值并且將該值傳送至控制器38。類似地，提供至少一個環境溫度傳感器42，以便確定車輛外部的環境溫度值并且將該值傳送至控制器38。另外，傳感器44可以與車輛氣候控制系統相關聯，例如與氣候控制系統控制面板(未示出)相關聯，以便向控制器傳送已經手動或自動產生乘客艙加熱的請求。這些傳感器的各種類型及配置在本領域中是非常常見的，并且沒必要在此完整描述。

正如已知的，在正常環境條件下熱泵子系統12是兩個加熱子系統(熱泵和電加熱器)中最有效的，并且因此在較高的環境溫度下，熱泵子系統12最有效地貢獻100％的提供至車輛乘客艙的加熱。然而，正如同樣已知的，傳統熱泵子系統具有最小的運行溫度(例如，對于大多數傳統的機動車輛熱泵系統來說該值當前是-4°F)。隨著溫度接近熱泵子系統12的最小運行溫度，熱泵子系統12的能效嚴重受損，并且電加熱器子系統13最有效地貢獻100％的提供至車輛乘客艙的加熱。隨著環境溫度降低至熱泵子系統12的最小運行溫度，在這些極端情況之間，為了保持加熱過程中的最大能效，電加熱器子系統13在提供至乘客艙的總的加熱中貢獻增加的百分比以補償熱泵12在降低的環境溫度下效率的降低。

為了解決熱泵子系統12的能效隨環境溫度降低而降低這一問題，由控制器38及上述子系統實施的方法包括接收加熱請求，確定熱泵子系統12及電加熱器子系統13中的一個或兩個是否可操作，以及在熱泵子系統12和電加熱器子系統13之間分配用于加熱車輛乘客艙(未示出)的總的確定的能量預算的部分。在高水平下，考慮到確定的環境溫度及熱泵子系統12的運行效率指標的因素，在接收到來自氣候控制系統的熱量請求之后這通過在這兩個加熱源之間分布功率來完成。在一實施例中，使用的運行效率指標是熱泵壓縮機32的高壓側釋放壓力的量度。

參照圖2，該方法在接收加熱請求(氣候熱量請求＞0；步驟202)時開始。這可以是手動的，即，通過駕駛員或乘客啟動車輛氣候控制系統，或者是自動的，即，當傳感器確定車輛乘客艙內的溫度已經降低至預設定值以下并且請求修正。

接下來，在步驟203，控制器38確定環境溫度是否高于預定閾值，即，環境溫度是否高于車輛的特定熱泵12的最小熱泵運行環境溫度。如果否，即，環境溫度低于熱泵最小運行溫度，則控制器38向電加熱器子系統13指示100％的用于加熱的總的能量預算(步驟204)。

如果環境溫度高于為車輛的特定熱泵子系統12設計的最小熱泵運行環境溫度，則在步驟205，控制器38確定熱泵子系統12和電加熱器子系統13二者是否均可操作。如果否，則總的能量預算的分配將取決于這兩個子系統中的哪一個是可操作的。如果僅僅電加熱器子系統13是可操作的(步驟206)，則控制器38向電加熱器子系統13指示100％的用于加熱的總的能量預算(步驟204)。如果僅僅熱泵12是可操作的(步驟207)，則控制器38向熱泵子系統12指示100％的用于加熱的總的能量預算(步驟208)。

另一方面，如果熱泵子系統12和電加熱器子系統13二者均是可操作的，則控制器38使用從環境溫度傳感器42和熱泵壓縮機傳感器40獲取的輸入來確定熱泵功率乘數值(見步驟209)，并且使用該確定的功率乘數根據這兩個子系統可用的最大能量預算來計算熱泵能量預算(步驟210)及電加熱器能量預算(步驟211)。然后，根據這些由控制器38計算出的能量預算引發熱泵子系統12和電加熱器子系統13的每一個(步驟212)。

下面的表1陳述了數據表的一個可行的實施例，該數據表由控制器38使用以確定熱泵子系統12的功率乘數以根據可用的總的能量預算(總的功率)確定對熱泵子系統12的能量(功率)分配。本領域技術人員將會想到的是表1是可校準的表格，也就是說，其中的信息可以被調整/校準至不同車輛熱泵子系統的規范，并且因此其中描述的具體值并不意味著限制性的。

數據表的一個軸示出了作為熱泵運行效率的量度的熱泵壓縮機32高壓側壓力釋放值(kPa)。數據表的另一個軸示出了增加的環境溫度值，始于熱泵子系統12的最小運行溫度(對于使用的特定熱泵子系統12來說是-4°F)并且示出了72°F的高的環境溫度值，在該溫度下車輛成員不會需要明顯的加熱。

表1 熱泵功率乘數(根據可用的最大功率的熱泵功率分布)

正如可以從前述數據表中看出的，在最低的選擇的環境溫度值(-4°F)下，通過控制器38的運行，電加熱器子系統13貢獻100％的乘客艙加熱(熱泵子系統功率乘數＝0)。隨著環境溫度上升，控制器38使熱泵12貢獻增加的百分比的乘客艙加熱。例如，根據檢測的50°F及72°F的環境溫度(如由溫度傳感器42提供的)以及根據檢測的壓縮機32的500-1000kPa的高壓側壓力值(通過傳感器40)，熱泵功率乘數分別計算為0.75和1，即來自熱泵子系統12的75％及100％的乘客艙加熱的分別的貢獻。另一方面，隨著熱泵高壓側壓縮機32的壓力值增加，表示熱泵12的運行效率更低，熱泵12對乘客艙加熱的相對貢獻降低，尤其是在50°F或更低的環境溫度下。對于在表1所示的溫度之間的溫度，系統提供各自的插值貢獻。對于非限定示例來說，對于56°F的溫度，系統將輸出87.5％的插值熱泵貢獻。一旦做出這些確定，控制器38就使熱泵子系統12和電加熱器子系統13在它們各自的閉合回路內運行，以便以可能的最佳的能效方式協調加熱乘客艙。

因此，通過前述說明書提供了一種用于最優化使用熱泵和電加熱器的車輛氣候控制系統內的加熱效率的簡單、有效且穩健的系統及方法。盡管發現該系統及方法尤其適用于純電動車輛，但本領域技術人員將會想到的是該系統及方法容易適用于包括熱泵和電加熱器的任何類型的車輛。

已經為說明及描述的目的呈現了上述說明。并不意味著窮舉或將實施例限定為所公開的精確形式。在上面的技術啟示下，各種修改和變形是可行的。當根據它們公平合法且公正享有的范圍理解時，所有這些修改和變形均在所附權利要求的保護范圍內。