具体实施方式

本文中描述本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采取各种和替代形式。附图未必按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅是代表性的。参考所述附图中的任一者示出和描述的各种特征可以与在一个或多个其它附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。所示出特征的组合提供典型应用的代表性实施例。然而，特定应用或实施方案可能期望与本公开的教示一致的特征的各种组合和修改。

参考图1，机动车辆通常用附图标记10示出和指示。虽然机动车辆10被绘示为汽车，但是应理解，机动车辆10可以是汽车、卡车、SUV、厢式货车、半挂车、拖拉机、公共汽车、卡丁车或任何其它不背离本公开的范围或意图的此类机动车辆10。机动车辆10配备有热管理系统12。广义上讲，热管理系统12操作成将热能从热管理系统12内的热源选择性地传输到热管理系统12中的散热器，或者从热源或散热器传输到热管理系统12内期望热能的位置。热管理系统12包括用于各种机动车辆10子系统的多个不同热流体回路14。不同热流体回路14中的每一者具有与机动车辆10子系统中的一者或多者相关联的热源和散热器。然而，一些散热器显著更大，并且因此，能够比其它散热器存储更多热能。因此，根据热管理系统12内的各种散热器的热能存储能力，热能可以从不同热流体回路14中的一者移动到另一者。

如上所述，与先前方法相比，车辆10可以经由减少数目个热流体回路14循环或传递热能。在图1中示出的示例中，车辆10仅经由两个流体回路14使在车辆上产生的热能循环。换句话说，可以仅使用两个热流体回路14来满足车辆10的热要求（即，对车辆10部件的加热或冷却以及乘客舱的加热或冷却的任何需求）。热能可以通过导热、对流或任何其它方便的热传递机制经由热流体回路14传递。

控制器16与多个致动器、阀等等电子通信以管理热管理系统12（包括多个不同热流体回路14）的操作。控制器16是非通用电子控制设备，其具有预编程的数字计算机或处理器18、用于存储数据（例如控制逻辑、指令、查找表等等）的存储器或非暂时性计算机可读介质20，以及多个输入/输出外围设备或端口22。处理器18被配置成执行所述控制逻辑或指令。控制器16可以具有与处理器18通信的额外处理器或额外集成电路，例如用于分析热管理数据的逻辑电路。在一些示例中，控制器16可以被更好地描述为多个控制器16，控制器16中的每一者被设计成与机动车辆10内的特定元件部分连接并管理所述特定元件部分，并且多个控制器16中的每一者与其它控制器电子通信。然而，虽然在一些示例中，可以使用多于一个控制器16，但是为便于理解，以下描述将集中于仅具有单个控制器16的热管理系统12。

现在参考图2并且继续参考图1，不同热流体回路14中的第一者是冷却剂回路24。冷却剂回路24包括冷却剂泵26，冷却剂泵26被布置成选择性地泵送来自填充有冷却剂的瓶39的冷却剂28通过多个冷却剂导管32。冷却剂导管32与多种冷却剂回路24部件流体连通。在所示出的实施例中，冷却剂回路24部件包括集成功率电子器件(IPE)模块34。IPE 34是具有可由机动车辆操作员使用的多种附件的电子设备。在所示出的实施例中，IPE 34包括功率逆变器/转换器模块31、附件功率模块33和车载充电模块(OBCM) 36。替代图2中所示的那些部件或者除图2中所示的那些部件以外，本公开的范围内的其它实施例可以包括一个或多个额外附件。在操作IPE 34时，IPE 34内的电子器件将电能转换成可由机动车辆和/或操作员使用的多种功能。另外，热能作为在IPE 34设备内使用电能的副产物而产生。冷却剂28将热能从IPE 34设备载运到冷却剂回路24中的其它位置。

如下文将进一步论述的，来自IPE 34设备的热能在输出中可能不重要，并且在这个意义上，与例如内燃发动机等源相比，是相对“低质量”的。然而，如下文将进一步描述的，热能管理系统12可以促进此低质量热能的累积，从而允许其随后按与使用“高质量”热能源（例如内燃发动机）的先前方法一致的方式部署到乘客舱或车辆10中的其它位置。因此，尽管在车辆10中缺少内燃发动机，但是热能管理系统12仍可具有足够的加热输出。

OBCM 36电耦接到高压蓄电池38。OBCM 36是被设计成通过迫使电流通过蓄电池38来使能量移动到二次电池或可再充电的蓄电池38中的电气设备。在一些示例中，单相3.5kW至22 kW OBCM 36安装在机动车辆10的电气系统内，并且从电网给机动车辆10蓄电池38充电。在其它示例中，可以使用机动车辆10的蓄电池38作为能量源，并且因此，OBCM 36还可以将电能引导到电网，或者引导到机动车辆10内的附件或辅助设备。另外，OBCM 36还可以将电能引导到例如蜂窝电话等设备，使得机动车辆10的操作员可以从机动车辆10的IPE 34内的电气连接部供电。因此，在一些情况下，OBCM 36是双向蓄电池38充电和放电设备。

在许多情况下，当蓄电池38被加热到预先确定的目标温度时，蓄电池38被最高效地充电。在一个方面中，所述预先确定的目标温度为大约25°摄氏度。然而，根据热管理系统12部件的元件部分和热要求，蓄电池38的预先确定的目标温度可以变化。在一个示例中，为了实现目标温度范围，蓄电池38可以经由由OBCM 36供应的电能被电加热。在所述示例中，控制器16有效地过驱动OBCM 36或者按故意低效方式驱动OBCM 36，以便将预先确定量的电能转换成热能，例如，以升高蓄电池38的温度。在另一示例中，蓄电池38自身按故意低效方式充电。即，蓄电池38被低效地充电，使得由OBCM 36驱动到蓄电池38中的电能的一部分被转换成热能，所述热能然后在蓄电池38被充电时存储在大部分蓄电池38内。在仍另一示例中，所述热能经由由冷却剂回路24载运的冷却剂28从冷却剂回路24内部和外部的其它热源引导到蓄电池38。在所示出的实施例中，冷却剂回路24包括冷却剂加热器30。冷却剂加热器30是电功率的加热器，其将热能添加到冷却剂28的流，从而帮助使蓄电池38达到最佳充电温度。在一些示例中，一旦蓄电池38已经被充分充电、并且以热能被充分充电，便由OBCM 36调节蓄电池38的温度。

蓄电池38电耦接到马达40。马达40被配置成例如通过变速器选择性地将驱动扭矩提供到车轮。在提供驱动扭矩时，存储在蓄电池38中的能量被提供到电动马达40并且转换为驱动扭矩。在具有再生制动系统的机动车辆10的一些实施例中，电动马达40也用作发电机。在控制器16和OBCM 36确定蓄电池38被完全充电或否则期望额外加热的情况下，由电动马达40产生的电力可以被转换成热能并且存储在大部分蓄电池38或其它热管理系统12部件中。

另外，冷却剂回路24引导冷却剂28通过安置在不同热流体回路14中的第二者（特别是，制冷剂回路52）中的冷却器50。冷却器50是在冷却剂回路24与制冷剂回路52之间提供热能传递方式的热交换设备。冷却器50包括彼此物理分离的至少两个通道。即，在冷却器50的第一侧上，冷却剂28通道（未示出）载运冷却剂28通过冷却器50作为冷却剂回路24的一部分。在冷却器50的第二侧上，制冷剂通道（未示出）载运制冷剂74通过冷却器50作为制冷剂回路52的一部分。然而，应理解，尽管事实是冷却器50包括冷却剂回路24和制冷剂回路52的一部分，但是在冷却器50内在冷却剂28与制冷剂74之间不存在流体界面，并且因此防止冷却剂28和制冷剂74混合。

制冷剂回路52包括流体地连接多个设备的多个制冷剂导管76，所述多个设备可操作成热调节机动车辆10内包含的乘客舱（未具体示出）。乘客舱可以与产生热量的其它车辆部件热隔离，并且可以经由HVAC系统78的一个或多个通风口或其它导管（未具体示出）接收热能流。制冷剂回路52还经由冷却器50将热能载运到冷却剂回路24并且从冷却剂回路24载运热能。制冷剂回路52包括多种操作员舒适度系统，例如加热、通风和空气调节(HVAC)系统78。从根本上来说，制冷剂回路52具有加热功能和冷却功能。在制冷剂回路52内，HVAC系统78将经加热和/或经冷却的空气提供到机动车辆10的乘客舱。换句话说，HVAC系统78将热能从制冷剂回路52内的较冷位置传输到较暖位置。在数个方面中，HVAC系统78充当热泵。即，HVAC系统78是空气调节器，其中加热和冷却功能两者都是可能的。

在示例性操作模式中，机动车辆10的操作员确定所期望的乘客舱空气温度，并且针对HVAC系统78选择加热循环。HVAC系统78包括压缩机80。制冷剂74经由称为吸入管线82的制冷剂导管76进入压缩机80。压缩机80压缩气态制冷剂74，从而增加制冷剂74的温度和压力。然后，现在的高压高温制冷剂74经由称为排放管线84的制冷剂导管76离开压缩机80，并且流入座舱冷凝器86。在一些方面中，座舱冷凝器86是具有多个冷凝器盘管的热交换设备，制冷剂74流过所述冷凝器盘管。所述盘管与乘客舱大气接触。HVAC鼓风机或风扇（未示出）将空气吹过座舱冷凝器86，从而将来自冷凝器86的热能释放到乘客舱大气中。在一些方面中，制冷剂回路52包括第二或外部冷凝器90。外部冷凝器90与机动车辆10外部的大气接触，并且当接合时，将来自制冷剂74的热能从机动车辆10释放到大气。

HVAC系统78进一步包括多个膨胀阀92。根据HVAC系统78设计参数，膨胀阀92可以是机械恒温膨胀阀(TXV)（未具体示出）和/或电子膨胀阀(EXV)（未具体示出）。与TXV相比，通过EXV可以更直接且精确地控制对制冷剂74的膨胀率的控制，然而在一些情况下，出于成本、简易性等原因，期望使用TXV。从座舱冷凝器86和/或外部冷凝器90接收的经冷凝、加压但仍稍微暖的制冷剂74被引导通过膨胀阀92。当制冷剂74被膨胀阀92减压时，制冷剂74冷却。然后，制冷剂74通过蒸发器94。蒸发器94是热交换设备，其中一系列制冷器盘管（未示出）载运经冷却的制冷剂74流。所述制冷器盘管与乘客舱大气交换热能。HVAC鼓风机或风扇将空气吹过座舱蒸发器94，从而冷却机动车辆10的乘客舱。然后，已经通过蒸发器94的制冷剂74被引导回去通过压缩机80。制冷剂74还选择性地通过冷却器50的下游的膨胀阀92，在膨胀阀92处，根据冷却剂28和制冷剂74的相对温度以及蓄电池38和其它热管理系统12元件部分的热要求，从冷却剂回路24获得热能或者向冷却剂回路24释放热能。

在一个示例中，HVAC系统78可以由乘客舱中的乘员间歇地或连续地操作，或者由控制器16根据乘客舱的最佳加热和/或冷却要求或者其它热管理系统12部件的最佳加热和/或冷却要求操作。在一个示例中，HVAC系统78连续地充当热泵。如先前所论述的，在充当热泵时，HVAC系统78引导制冷剂74通过座舱冷凝器86，从而使制冷剂74中的热能排出到乘客舱，并且冷却制冷剂74。当制冷剂74通过座舱冷凝器86并且外部冷凝器90排出热能时，当制冷剂74通过冷却器50时获得热能。类似地，在第二示例中，控制器16引导制冷剂74通过外部冷凝器90，在外部冷凝器90处，制冷剂74通过将热能排出到大气而被冷却，但是由于制冷剂74也流过冷却器50，因此当制冷剂74通过冷却器50时，获得并传递热能。

具有内燃发动机的常规车辆可以包括一个或多个额外流体回路，例如用于内燃发动机的润滑剂回路。然而，在蓄电池电动车辆10的所示出的实施例中，未设置内燃发动机，并且因此不存在此类回路。

现有技术的热管理系统教示在冷却剂回路24中包括被动冷却机构。作为示例，此类热管理系统将包括用于在冷却剂28与机动车辆10外部的大气之间交换热能的散热装置。虽然此类被动冷却机构可以从机动车辆10排出热能，但是其也有助于热管理系统的重量和成本。

如图可见，根据本公开的实施例省略此被动冷却机构。而是，如下文将参考图3进一步详细描述的，根据本公开的实施例采用新颖的控制方案来经由在冷却剂回路中无被动冷却机构的制冷剂回路实现高性能系数(CoP)冷却。

现在参考图3，按流程图形式示出一种控制热管理系统（例如热管理系统12）的方法。一般来说，控制器16经由冷却器50管理冷却剂回路24和制冷剂回路52的功能以将热能传递到机动车辆10内需要热能的设备。

所述热管理方法开始于框100处，在框100处，启动连续热管理系统12控制回路。

所述方法前进到框102，框102处，控制器16计算热管理系统12的一个或多个部件的临界温度。此类部件可以包括蓄电池38、马达40、IPE 34以及热管理系统12中的其它部件。临界推进温度是指给定部件的所测量温度超过所述部件的最佳范围并接近过热状态的温度。临界温度的计算可以基于多种因素，包括（但不限于）温度升高速率、车辆负载、客户操作模式以及其它因素。在一些实施例中，临界温度可以被限定成使得当超过其时，控制器16被配置成使冷却优先于能量消耗。另外，控制器16例如经由附接到此类部件的热传感器或其它合适装置确定一个或多个部件的当前温度。

所述方法前进到操作104，在操作104中，作出关于热管理系统12的一个或多个部件的当前温度是否大于所述部件的所计算的临界温度的确定。

响应于操作104的确定是否定的（即，当前温度不超过热管理系统12的任何部件的临界温度），所述方法前进到操作106，在操作106中，作出关于是否满足机会冷却模式的准则的确定。机会冷却是指如下模式：其中虽然目前未超过临界温度，但是可以预期将来的冷却需求，并且用于冷却的条件可用。机会冷却模式的准则可以包括环境温度限制、前端气流、热管理系统12的各种部件的当前温度、基于负载的所估计温度、以及热管理系统12的各种部件的所期望操作温度的上限和下限。

响应于操作106的确定是否定的（即，不满足机会冷却模式准则），控制器16然后根据标准热操作模式操作热管理系统12，如框108处示出。在共同未决美国专利申请S/N 16/100639中描述此标准操作的示例。

然后，所述方法返回到框102，使得所述方法是连续回路。

响应于操作104或106的确定是肯定的（即，当前温度超过临界温度或者机会冷却可用），所述方法前进到操作110。在操作110处，控制器16确定当前是否正请求座舱热变化。座舱热变化是指对乘员座舱的加热或冷却的请求。响应于操作110的确定是肯定的，所述方法前进到框108，如上所述。

响应于操作110的确定是否定的（即，未请求座舱热变化），则所述方法前进到操作112。在操作112处，控制器确定冷却器50的入口处的冷却剂28的温度与车辆10附近的环境温度之间的差是否超过预定的阈值。所述预定的阈值是指基于前端气流使用成本函数限定的非零正值，其被计算成确保冷却剂28与车辆10附近的环境空气之间的足够热传递。在示例性实施例中，所述阈值可以建立在7°至10° C的范围内。

响应于操作112的确定是否定的，所述方法前进到框108，如上所述。

响应于操作112的确定是肯定的（即，冷却器50的入口处的冷却剂28的温度与环境温度之间的差至少等于所述预定的阈值），然后根据增加的CoP模式控制所述制冷剂回路，如框114处示出。在图3b中进一步详细描述所述增加的CoP模式。然后，控制返回到框102。

如图3b中所示，在增加的CoP操作模式中，控制到达外部冷凝器90的前部气流以使其增加，如框114a处示出。在示例性实施例中，通过控制闸板系统打开并增加到达外部冷凝器90的气流来对其进行实施。所述闸板系统可以被完全打开以最大化到达外部冷凝器90的被动气流。在一些实施例中，还可以激活与外部冷凝器90相关联的前端风扇以通过主动方式进一步增加气流。在此类实施例中，可以以低功率设置来控制所述风扇以最小化功率消耗。

随后，控制器16以减小的功率设置控制压缩机80，如框114b处示出。在示例性实施例中，在减小的功率设置下，制冷剂74维持在次临界状态，即，在压缩期间不发生从液体到气体的相变。在示例性实施例中，减小的功率可以是压缩机80的最小操作功率，即，压缩机80被配置成按其操作的最低非零功率。

然后，接合冷却器50的电子膨胀阀(EXV)以促进冷却剂28与制冷剂74之间的热传递，如框114c处示出。

然后，计算并更新EXV的最佳过热目标，如框114d处示出。在示例性实施例中，例如使用成本函数基于冷却剂28与制冷剂28之间的所期望的热传递计算所述过热目标以确定热传递速率，以便最大化COP。此后，控制器可以控制EXV，并且将阀目标设置为所计算的过热目标值。

示例性热能管理系统12可以有利地在两个热流体回路之中传递热能，如上所述。以此方式，来自热源（例如车辆蓄电池38或其它电子器件）的过量热能可以以相对低的能量消耗经由制冷剂回路52排出到大气。相比之下，在车辆加热系统的先前方法中，将必需在冷却剂回路24内提供单独的散热装置。从而，相对于已知解决方案，根据本公开的实施例具有降低的复杂度、降低的成本、降低的质量（以及继而增加的里程）、以及降低的噪声和振动。

虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求书涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述性的、而非限制性的词语，并且应理解，可以在不背离本公开的精神和范围的情况下作出各种改变。如先前所描述的，可以组合各种实施例的特征以形成本公开的可能未明确描述或示出的其它示例性方面。虽然可能已经将各种实施例描述为关于一个或多个所期望的特性提供优点或者优于其它实施例或现有技术实施方案，但是本领域普通技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性来实现所期望的总体系统属性，这取决于特定的应用和实施方案。这些属性可以包括（但不限于）成本、强度、耐久性、生命周期成本、适销性、外观、包装、大小、适用性、重量、可制造性、易于组装等等。如此，关于一个或多个特性被描述为比其它实施例或现有技术实施方案较不期望的实施例不超出本公开的范围，并且对于特定应用来说可能是期望的。