在寒冷条件下以ev模式运行的插电式混合动力电动车辆的制作方法
【专利摘要】一种插电式混合动力电动车辆，其包括内燃发动机（1），内燃发动机的冷却液出口（2）连接至燃料工作加热器（4）的冷却液入口（3），并且其中燃料工作加热器（4）的冷却液出口（5）连接至HVAC加热器（7）的冷却液入口（6），HVAC加热器（7）的冷却液出口（8）进一步连接至内燃发动机（1）的冷却液入口（9），车辆还包括设置在内燃发动机（1）的冷却液出口（2）处的温度传感器（10）和设置在燃料工作加热器（4）的冷却液出口（5）处的温度传感器（11）。车辆还包括设置在HVAC加热器（7）的冷却液出口（8）与内燃发动机（1）的冷却液入口（9）之间的三通阀（12），使得在HVAC加热器（7）的冷却液出口（8）与燃料工作加热器（4）的冷却液入口（3）之间具有连接（13），因此连接（13）旁通内燃发动机（1）。
【专利说明】在寒冷条件下以EV模式运行的插电式混合动力电动车辆
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种插电式混合动力电动车辆，其包括内燃发动机，内燃发动机的冷却液出口连接至燃料工作加热器的冷却液入口，并且其中燃料工作加热器的冷却液出口连接至HVAC加热器的冷却液入口，HVAC加热器的冷却液出口进一步连接至内燃发动机的冷却液入口，车辆还包括设置在内燃发动机的冷却液出口处的温度传感器和设置在燃料工作加热器的冷却液出口处的温度传感器。
【背景技术】
[0002]通常,具有内燃发动机的插电式混合动力电动车辆不能够在低于15°C的环境温度下以纯电力驱动模式运行，这是因为结合了电泵的燃料工作加热器不足以提供乘客室和内燃发动机所需的热目标(内燃发动机的热目标用于，促进在驱动模式从电力驱动模式转变至ICE起动的模式(例如，HEV、ICE-驱动或者AWD)时合意的车辆起动(take-off )性能)。在常规的混合动力电动车辆(即仅以电力驱动运行短距离的车辆)中，由于内燃发动机正常运行可帮助将冷却液的问题增加至足以进行一段时间的纯电力驱动并且同时维持所需的内燃发动机和乘客室温度，因此加热不是问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种系统和方法，该系统和方法用于以如下方式控制由插电式混合动力电动车辆的燃料工作加热器和内燃发动机产生的热能，使得纯电力驱动可行的时间范围和环境温度范围最大化，使得可行的环境温度范围扩展至低于15°C并且直到低至_40°C，并且此外，使得环境温度为25°C和高于25°C时的气候系统的电能耗最小化。
[0004]该目的通过根据所附权利要求的系统和方法实现。
[0005]根据本发明的一个方面，一种插电式混合动力电动车辆包括内燃发动机，内燃发动机的冷却液出口连接至燃料工作加热器的冷却液入口，并且其中燃料工作加热器的冷却液出口连接至HVAC加热器的冷却液入口。HVAC加热器的冷却液出口进一步连接至内燃发动机的冷却液入口，车辆还包括设置在内燃发动机的冷却液出口处的温度传感器以及设置在燃料工作加热器的冷却液出口处的温度传感器。车辆还包括设置在HVAC加热器的冷却液出口与内燃发动机的冷却液入口之间的三通阀，使得在HVAC加热器的冷却液出口与燃料工作加热器的冷却液入口之间有连接，因此该连接旁通内燃发动机。
[0006]旁通内燃发动机是有助于能够在寒冷的天气下以纯电力驱动运行车辆同时实现气候系统和内燃发动机热目标的因素中的一个。例如，在车辆已经数小时没有运行并且发动机和冷却液温度或多或少等于环境温度的情况中。如果环境温度大约为(TC，则以电力驱动时通过完全地旁通内燃发动机，燃料工作加热器能够提供足够的热量以相对快地将乘客室加热至期望的温度，并且此后，部分地旁通内燃发动机将提供足够的热量以实现其热目标，同时将乘客室温度维持在气候舒适的程度。在没有旁通内燃发动机的情况中，冷却液将冷却至燃料工作加热器不能单独地负责加热乘客室的程度。对于燃料工作加热器单独管理加热的情况，该加热器的尺寸不得不设计成使得将该加热器包含在车辆内是不现实的，并且能效低因此需要大量能量用以运行，即燃料经济性和环境遭受此影响。此外，在环境温度为25°C和高于25°C且在内燃发动机起动的模式或电力驱动的模式中通过完全旁通舱室加热器，降低并且最小化实现气候系统的热目标所需的电力。
[0007]根据本发明的另一方面，车辆还包括在燃料工作加热器的冷却液入口上游的电泵。当没有冷却液或有限部分的冷却液流通过内燃发动机或当内燃发动机未正在运行时，即以电力驱动时，冷却液回路需要泵用以使冷却液循环通过燃料工作加热器和HAVC加热器。
[0008]根据本发明的又一方面，车辆还包括在内燃发动机的冷却液入口上游的机械泵。该泵优选地是发动机或多或少的一体部分使得当内燃发动机运行时该泵运行。
[0009]根据本发明的一个方面，三通阀是电磁阀。电磁阀可控制为使得以不同的频率打开和关闭阀用以允许不同的流动，例如70/30、50/50、或者30/70的流动。
[0010]根据本发明的另一方面，三通阀是真空阀。如果具有可用的真空系统，则真空阀与电磁阀相比更便宜并且更轻质。
[0011]另一可能性是使用标准的连续电机驱动的控制阀，与根据时间关闭或打开的电磁阀相比，该控制阀能够停留在特定的位置而从0%的冷却液流变化至100%的冷却液流。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]现在将参照附图进一步公开本发明，其中，图1示出了根据本发明的系统的简化布局。
【具体实施方式】
[0013]图1示出了内燃发动机1，内燃发动机I的冷却液出口 2连接至燃料工作加热器4的冷却液入口 3，并且其中，燃料工作加热器4的冷却液出口 5连接至HVAC加热器7的冷却液入口 6，HVAC加热器7的冷却液出口 8进一步连接至内燃发动机I的冷却液入口 9。并且示出了设置在内燃发动机I的冷却液出口 2处的温度传感器10以及设置在燃料工作加热器4的冷却液出口 5处的温度传感器11。
[0014]图1还不出了设置在HVAC加热器7的冷却液出口 8与内燃发动机I的冷却液入口 9之间的三通阀12，使得在HVAC加热器7的冷却液出口 8与燃料工作加热器4的冷却液入口 3之间有连接13，因此连接13旁通内燃发动机I。当在所有的插电式混合动力电动车辆(PHEV)的驱动模式中完全或部分地使用短的流动回路时，或当以电力驱动模式中使用长的流动回路时，电泵14将运行，并且当内燃发动机I正在运行时，机械泵15将运行。
[0015]为了使在环境温度为15°C以及低于15°C的情况中，电力驱动可行，并且在该情况中实现气候系统和内燃发动机(ICE)的热目标(内燃发动机的热目标用以促进在驱动模式从电力驱动模式转变成ICE起动的模式(例如HEV、ICE驱动或AWD)时合意的起动性能)并且降低和最小化在环境温度为25°C或高于25°C时实现气候系统的热目标所需的电能。
[0016]-1CE舱室加热器的冷却液回路由阀分成两个回路，该阀控制通过两个回路的冷却液水流，并且因此控制分配至ICE和舱室加热器的热力，参见图1，
[0017]-模块化的阀控制策略，该策略有效地考虑所有的PHEV驱动模式(即EV-、HEV-,以及ICE-驱动模式)和不同的热初始条件，这通过最佳地处理同时实现或分别实现ICE和气候系统的热能需求/目标来进行。模块化的控制策略(其中在不同的初始和操作条件下，可重新使用、启用或者禁用控制算法不同的模块)降低了系统解决方法的复杂性，减少了所需的软件变型，并且提高了鲁棒性，同时为将整个系统(即，硬件和软件)有效的引入任何其他现存或未来的车辆(例如EV-、HEV-, PHEV-、或者ICE驱动的车辆)做好准备，从而对产品发展、生产以及生产成本具有积极的影响。
[0018] -短时限的、有效耗能的、以及考虑了火花塞耐用性的ICE的塞式预发热取决于PHEV的电力驱动模式转换成至ICE-起动的模式(例如HEV、ICE-驱动或者AWD)引起的信息，(例如超车时的气体踏板角度或接近于可持续水平的高压电池状态的荷电水平)，这种信息考虑了在环境温度为15°C和低于15°C的寒冷气候的这种PHEV驱动模式转换的情况下与车辆起动目标相关的ICE的热力需求，直到在ICE侧的冷却液水温处于或高于ICE热目标，以及
[0019]-气候控制系统“ICE起动”控制策略，其中ICE操作为附加的加热器，以在实现ICE和环境系统的目标的情况下进一步扩展EV驱动在低于0°C到低至大约_40°C的环境温度的可行性。
[0020]已经发展和实施，用以实现并扩展电力驱动在环境温度为15°C与大约-40°C之间的可行性，并且最小化在环境温度为25°C和高于25°C的情况下气候系统的电力需求(这有益于OEM和最终消费者)，同时完全吸取和利用PHEV技术的全部能力。
[0021]下面是在各种条件下怎样控制系统的描述。
[0022]1-寒冷气候下，电力驱动气候系统在冷起动情况下的控制策略，即O0C^ Tamb=TICE_out=TF0H_out ( 15。。
[0023]如果(TCH≤—ut=!'— ( 15°C，在电力驱动“接通”(key-on)时，则:
[0024]1-要求燃料工作加热器(FOH)起动(包括电动水泵)。
[0025]2-要求关闭阀，即冷却液容积流量被限制至FOH-SFC ( V )，直到1J"
=X [mini或Tra^ut=Yrc ](其中，Y < TFQH_half)，之后允许通过阀至ice的部分冷却液容积流量? = V (同时FOH-短流动回路(F0H-SFC)冷却液容积流量保持V，即总的冷却液容积流量为<v + V < V')。此后.tT=X [min]或[°C ]时,要求打开阀直到！^。^!^,.，之后阀控制将允许到ICE的部分冷却液容积流量? = V,以维持TICE-?t=TICE_target，同时由FOH产生的剩余部分的热力用于通过FOH-SFC容积流量(V )接近并维持气候舒适性，其中总冷却液容积流量为V + ?,。
[0026]3-如果 TFomdoH-hdf-y [ ],则要求打开阀直到 T.—。, I FOM-1iaIf _ }/ |°C]，其中，y—y = 50C，之后再次允许部分容积流量并重复上述等操作持续0"= XlminJ ο此后，TF0H_out将接近TFra_half，foh将转换为以半功率/容量操作。如果 TFra-?t=TFQH-fUll+y [。。],则要求关闭阀直到 TF()n-uUt = TFoH-fuii+ y [0C](其中Y-Y = St5C )，之后再次允许部分容积流量Vf并重复上述等操作持续
【权利要求】
1.一种插电式混合动力电动车辆，包括内燃发动机(1)，所述内燃发动机(I)的冷却液出口(2)连接至燃料工作加热器(4)的冷却液入口(3)，并且其中，所述燃料工作加热器(4)的冷却液出口(5)连接至HVAC加热器(7)的冷却液入口(6)，所述HVAC加热器(7)的冷却液出口(8)进一步连接至所述内燃发动机(I)的冷却液入口(9)，所述车辆还包括设置在所述内燃发动机(I)的所述冷却液出口(2)处的温度传感器(10)以及设置在所述燃料工作加热器(4)的所述冷却液出口(5)处的温度传感器(11)， 其特征在于: 所述车辆还包括设置在所述HVAC加热器(7)的所述冷却液出口(8)与所述内燃发动机(O的所述冷却液入口(9)之间的三通阀(12)，使得在所述HVAC加热器(7)的所述冷却液出口(8)与所述燃料工作加热器(4)的所述冷却液入口(3)之间具有连接(13)，从而所述连接(13 )旁通所述内燃发动机(I)。
2.根据权利要求1所述的插电式混合动力电动车辆，其中，所述车辆还包括在所述燃料工作加热器(4)的所述冷却液入口(3)上游的电泵(14)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的插电式混合动力电动车辆，其中，所述车辆还包括在所述内燃发动机(I)的所述冷却液入口( 9 )上游的机械泵(15)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的插电式混合动力电动车辆，其中，所述三通阀(12)是电磁阀。
5.根据权利要求任I至3中任一项所述的插电式混合动力电动车辆，其中，所述三通阀(12)是真空阀ο
6.根据权利要求任I至3中任一项所述的插电式混合动力电动车辆，其中，所述三通阀`(12)是电机驱动的连续冷却液流动控制阀。
7.一种用于控制根据前述权利要求中任一项所述的插电式混合动力电动车辆的所述内燃发动机-舱室加热器冷却液回路及所述回路的不同构件的方法，所述车辆包括内燃发动机，所述内燃发动机的冷却液出口连接至燃料工作加热器的冷却液入口，并且其中，所述燃料工作加热器的冷却液出口连接至HVAC加热器的冷却液入口，所述HVAC加热器的冷却液出口进一步连接至所述内燃发动机的冷却液入口，所述车辆还包括设置在所述内燃发动机的所述冷却液出口处的温度传感器以及设置在所述燃料工作加热器的所述冷却液出口处的温度传感器，所述车辆还包括设置在所述HVAC加热器的所述冷却液出口与所述内燃发动机的所述冷却液入口之间的三通阀，使得在所述HVAC加热器的所述冷却液出口与所述燃料工作加热器的所述冷却液入口之间具有连接，从而所述连接旁通所述内燃发动机，旁通回路包括电泵，所述车辆还包括气候系统控制单元、内燃发动机控制单元、以及环境温度传感器，所述方法包括: 监测所述环境温度， 如果所述车辆以电力驱动并且所述环境温度低于或等于15°C且高于或等于0°C，并且所述燃料工作加热器的所述冷却液出口温度和所述内燃发动机的所述冷却液出口温度等于所述环境温度，则要求起动所述燃料工作加热器和所述电泵并且要求关闭所述阀，以允许冷却液仅在所述旁通回路中流动， 如果所述车辆以电力驱动并且所述环境温度低于0°c并且高于-40°c，并且所述燃料工作加热器的所述冷却液出口温度和所述内燃发动机的所述冷却液出口温度等于所述环境温度，则要求起动所述内燃发动机并且起动所述燃料工作加热器以及起动所述电泵，其中，所述阀控制将旨在优化地实现所述内燃发动机的热目标和所述气候系统的热目标，同时考虑所述车辆的燃料消耗及所述车辆的电力驱动可行性， 如果所述车辆以电力驱动并且所述环境温度等于或低于15°C或者高于-8°C，并且所述内燃发动机的所述冷却液出口温度低于当要求起动所述燃料工作加热器时的所述冷却液出口温度，则要求起动所述燃料工作加热器并起动所述电泵并且要求关闭所述阀，以允许冷却液仅在所述旁通回路中流动， 如果所述车辆以电力驱动并且所述环境温度等于或低于15°C或者高于-8°C，并且所述内燃发动机的所述冷却液出口温度高于当要求起动所述燃料工作加热器时的所述冷却液出口温度，则要求起动所述电泵而不是起动所述燃料工作加热器，并且要求打开所述阀， 如果所述车辆以电力驱动并且所述环境温度低于0°C并且高于-40°C，并且所述燃料工作加热器的所述冷却液出口温度高于当要求起动所述内燃发动机时的所述温度，则要求起动所述燃料工作加热器以及起动所述电泵，其中，所述阀控制将旨在优化地实现所述内燃发动机的热目标和所述气候系统的热目标，同时考虑所述车辆的燃料消耗及所述车辆的电力驱动可行性， 如果所述车辆以电力驱动并且所述环境温度低于0°C并且高于-40°C，并且所述燃料工作加热器的所述冷却液出口温度低于当要求起动所述内燃发动机时的所述温度，则要求起动所述内燃发动机、起动所述燃料工作加热器、并且起动所述电泵，其中，所述阀控制将旨在优化地实现所述内燃发动机的热目标和所述气候系统的热目标，同时考虑所述车辆的燃料消耗及所述车辆的电力驱动可行性， 如果所述车辆以混合动力驱动并且所述环境温度等于或低于15°C并且高于-40°C，并且所述燃料工作加热器的所述冷却液出口温度和所述内燃发动机的所述冷却液出口温度等于所述环境温度，则要求起动所述燃料工作加热器并且起动所述电泵，并且要求打开所述阀，` 如果所述车辆以混合动力驱动并且所述环境温度等于或低于15°C并且高于-40°C，并且所述内燃发动机的所述冷却液出口温度高于当要求起动所述燃料工作加热器时的所述冷却液出口温度，则要求打开所述阀，但不要求起动所述燃料工作加热器也不要求起动所述电泵， 如果所述车辆以混合动力驱动并且所述环境温度等于或低于15°C并且高于-40°C，并且所述内燃发动机的所述冷却液出口温度低于当要求起动所述燃料工作加热器时的所述冷却液出口温度，则要求起动所述燃料工作加热器以及起动所述电泵并且要求打开所述阀， 如果所述车辆处于内燃发动机驱动模式并且所述环境温度等于或低于15°C并且高于-40°C，并且所述燃料工作加热器的所述冷却液出口温度和所述内燃发动机的所述冷却液出口温度等于所述环境温度，则要求起动所述燃料工作加热器并起动所述电泵，并且要求打开所述阀， 如果所述车辆处于内燃发动机驱动模式并且所述环境温度等于或低于15°C并且高于-40°C，并且所述内燃发动机的所述冷却液出口温度高于当要求起动所述燃料工作加热器时的所述冷却液出口温度，则要求打开所述阀，但不要求起动所述燃料工作加热器也不要求起动所述电泵， 如果所述车辆处于内燃发动机驱动模式并且所述环境温度等于或低于15°C并且高于-40°C，并且所述内燃发动机的所述冷却液出口温度低于当要求起动所述燃料工作加热器时的所述冷却液出口温度，则要求起动所述燃料工作加热器以及起动所述电泵，并且要求打开所述阀， 如果所述车辆处于混合动力驱动模式或内燃发动机驱动模式并且所述环境温度高于或等于25°C，并且所述燃料工作加热器的所述冷却液出口温度和所述内燃发动机的所述冷却液出口温度等于所述环境温度，则要求关闭所述阀，并且不要求起动所述燃料工作加热器也不要求起动所述电泵， 如果所述车辆处于混合动力驱动模式或内燃发动机驱动模式并且所述环境温度高于或等于25°C，并且所述燃料工作加热器的所述冷却液出口温度和所述内燃发动机的所述冷却液出口温度高于所述环境温度，则要求关闭所述阀，并且不要求起动所述燃料工作加热器也不要求起动所述电泵， 如果所述车辆以电力驱动并且所述环境温度高于或等于25°C，并且所述燃料工作加热器的所述冷却液出口温度和所述内燃发动机的所述冷却液出口温度等于所述环境温度，则要求关闭所述阀，并且不要求起动所述燃料工作加热器也不要求起动所述电泵， 如果所述车辆以电力驱动并且所述环境温度高于或等于25°C，并且所述燃料工作加热器的所述冷却液出口温度和所述内燃发动机的所述冷却液出口温度高于所述环境温度，则要求关闭所述阀，并且不要求起动`所述燃料工作加热器也不要求起动所述电泵。
【文档编号】B60W30/18GK103863057SQ201310669633
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2012年12月11日
【发明者】托马斯·伦德贝里, 艾哈迈德·埃尔-巴赫拉维, 贝尔纳·科内柳松 申请人:V2插电式混合动力汽车合作伙伴