预测远程热管理的制作方法

[0001]
本发明总体上涉及一种用于电动车辆的预测管理系统，并且更具体地涉及对自主电动车辆和半自主电动车辆中的电池组的预测热管理。


背景技术：

[0002]
在许多行业(例如，汽车、运输、工业卡车等)中，车辆的开发目标是减少或消除化石燃料的消耗。因此，没有人能够逃脱以电动汽车版本替代传统的以化石燃料供电的汽车这一日益增长且现如今全球化的趋势。通常，电动车辆与常规机动车辆的不同之处在于，电动车辆选择性地由一个或多个电池供电的电机驱动，而常规机动车辆仅依靠内燃发动机来为车辆供电。
[0003]
通常，高压电池组(至少部分地)为电动车辆的电机和其他电气负载供电。电池组包括多个电池单元，这些电池单元必须定期地再充电，以补充为这些负载供电所需的能量。在比如充电和放电等操作期间，电池单元产生必须被管理的热量。因此，电池热管理系统是确保电动车辆的可靠操作的重要因素，因为这些电池热管理系统用于管理由电池单元产生的热量的不利影响。
[0004]
更详细地，为了使电动车辆电池(也可以被称为牵引电池)的使用寿命和性能最大化，应该仔细地监测和控制电池单元的温度。温度控制可以通过可能处于气态、液态、超临界状态或经历相变的传热介质来实现。热量是通过与环境的热接触来被动地增加或移除，或者是通过加热设备、制冷系统或两者的组合来主动地增加或移除。为了监测目的，电池组可以配备有一组传感器，以用于测量各种物理性质或甚至化学性质。由这些传感器传递的信号由车载计算机处理，该车载计算机上设计有控制策略、该控制策略然后由有源部件执行。
[0005]
常规方法的缺点在于，它只能在给定的环境设置下起作用，这意味着需要改变冷却或加热功率的情况仅在它们发生时才被检测到。由于热过程比电过程慢，因此通常必须通过过度的冷却或加热功率来实现温度的稳定。
[0006]
因此，需要本领域中新的且改善的电池热管理系统。


技术实现要素：

[0007]
因此，本发明的目的是提供一种用于包括牵引电池组的电动车辆的电池热管理系统、以及用于监测和控制电动车辆的牵引电池组的温度的车载车辆控制系统，这些系统减轻了目前已知系统的所有或至少一些上述缺点。
[0008]
此外，本发明的目的是提供一种电池热管理系统和车辆控制系统，这些系统比目前已知的系统更主动、并且在数据管理方面更高效。
[0009]
这些目的通过所附权利要求中限定的电池热管理系统和车辆控制系统来实现。
[0010]
术语示例性在本文背景下应被理解为示例、实例或说明。
[0011]
根据本发明的第一方面，提供了一种用于包括牵引电池组的电动车辆的电池热管
理系统，该系统包括：
[0012]
通信单元，该通信单元用于发送和接收数据包(例如，向远程数据储存库发送数据包并从其接收数据包)；
[0013]
连接到该通信单元的控制单元，该控制单元被配置为：
[0014]
从多个电动车辆检索车辆诊断数据，该车辆诊断数据包括每个电动车辆的每个牵引电池组的温度；
[0015]
检索第一电动车辆的规划路线以及与该规划路线的地理位置相关联的环境数据，该环境数据包括该规划路线的天气预报和地形数据；
[0016]
基于该车辆诊断数据和该环境数据来确定用于该第一电动车辆的热管理方案，该热管理方案包括用于控制对该第一电动车辆的牵引电池组进行加热和/或冷却的计算机可执行指令；
[0017]
将该热管理方案发送到该第一电动车辆。
[0018]
因此，呈现了电池热管理系统，该电池热管理系统被布置为准确地预测牵引电池的热管理需求，从而减少维护要求并延长电动车辆的预期使用寿命，并因此减少成本和环境破坏。
[0019]
控制单元可以被实现为软件控制的处理器。然而，控制器可以替代性地全部或部分地以硬件实现。
[0020]
本发明基于以下认识：随着由中央实体监测和控制的自主电动车辆车队的出现，集中控制策略成为可能。热管理策略不再局限于车辆的车载数据获取和处理系统，而是替代地可以从专用系统计算得出，该专用系统可能使用各个车辆无法获得的输入数据，或者仅优化车辆上的计算资源。
[0021]
此外，本发明人认识到，通过将对车载热控制系统的输入从本地传感器设置改变为远程管理的预测热管理系统并且从而使其成为主动式而不是被动式，可以在实际热负载情况发生之前预报对冷却能量和加热能量的需求。可以根据一组输入数据来预报冷却需求或加热需求的远程热管理系统的引入可以改善温度稳定性，并且因此提高车辆的牵引电池组的使用寿命和性能。同时，由于减少了先进的感测设备、减少了对车载计算资源的需求并且减少了数据流量，该远程热管理系统可能会节省能量和成本。更详细地，通过使用中央实体，可以更好地管理计算资源并且可以减少数据流量。例如，如果(连接到同一热管理系统的)几辆车采取同一路线，则由于几辆车的参数是相同的或至少非常相似的而可以使计算次数减少。同样，不必将巨大的数据集(如天气数据或交通数据)传输到每个车辆，而是由集中式系统处理这些数据集。
[0022]
根据本发明的示例性实施例，该车辆诊断数据进一步包括关于这些电动车辆的货物重量和货物分布的信息。通过使用比如货物重量和货物分布等动态参数作为输入数据，使得该系统特别适合于运输车辆(例如，卡车)，并且能够对整个规划路线中电池组的预期温度进行更好的预测。
[0023]
进一步地，根据本发明的另一示例性实施例，该天气预报包括温度、太阳辐照度、以及湿度中的至少一个。这些参数中的每一个都可能影响车辆的牵引电池上的热负载。优选地，该天气预报包括温度、太阳辐照度、以及湿度中的每一个。此外，根据另一示例性实施例，该车辆诊断数据包括数据，该数据包括每个牵引电池组的荷电状态以及每个牵引电池
组的健康状态中的至少一个。通过包括电池组的荷电状态和/或电池组的健康状态，甚至进一步优化和定制了针对每个单独车辆的热管理方案。认识到，电池状态还影响对电池组进行冷却和/或加热的实际需求，而不仅仅是根据特定路线和当前天气将热管理方案基于预期负载。因此，整个电池寿命可以得到进一步提高。
[0024]
更进一步地，根据本发明的又另一示例性实施例，该控制单元进一步被配置为检索与该规划路线相关联的交通数据，并且其中，该热管理方案进一步基于该交通数据。通过包括可以从任何自动交通监视系统检索到的交通数据，热负载预测可以更加精确，由此计算出的热管理方案可以甚至更加准确。例如，在高峰时段期间，沿规划路线可能会发生很多拥堵情况，从而导致空转程度增加，这可能会影响预测的热负载。交通监视系统应被解释为这样的系统：该系统能够例如通过分析从大量移动电话用户检索到的gps确定的位置并计算这些用户沿道路长度的速度来实时提供交通情况。
[0025]
此外，根据本发明的示例性实施例，该电池热管理系统进一步包括数据存储单元，该数据存储单元包括历史数据，该历史数据包括历史热管理方案，并且其中，用于该第一电动车辆的热管理方案进一步基于该历史数据。通过使用历史数据，即先前执行的热管理方案和相应的结果(例如，所得到的范围和电池组的整体健康)，电池热管理系统可以在一定程度上自我完善，并且总体结果得到进一步改善。
[0026]
该电池热管理系统可以是用于包括牵引电池组的自主电动车辆或半自主电动车辆的预测电池热管理系统。
[0027]
所述天气预报可以包括当前和预期温度、当前和预期太阳辐照度、以及当前和预期湿度中的至少一个。
[0028]
所述控制单元可以被配置为基于所述车辆诊断数据以及在整个规划路线中该第一电动车辆的牵引电池组上的预期热负载来确定用于所述第一电动车辆的热管理方案，该预期热负载基于所述环境数据，使得该第一电动车辆的牵引电池组保持在最佳温度范围内。
[0029]
进一步地，根据本发明的第二方面，提供了一种用于对电动车辆的牵引电池组进行热管理的方法，该方法包括：
[0030]
从多个电动车辆检索车辆诊断数据，该车辆诊断数据包括每个电动车辆的每个牵引电池组的温度；
[0031]
检索第一电动车辆的规划路线以及与该规划路线的地理位置相关联的环境数据，该环境数据包括该规划路线的天气预报和地形数据；
[0032]
基于该车辆诊断数据和该环境数据来确定用于该第一电动车辆的热管理方案；
[0033]
基于该确定的热管理方案对该第一电动车辆的牵引电池组进行加热和/或冷却。
[0034]
利用本发明的这个方面，与先前讨论的本发明的第一方面一样，本发明的优选特征和优点是容易获得的，反之亦然。
[0035]
例如，该方法可以进一步包括检索包括历史热管理方案的历史数据，并且其中，确定用于该第一电动车辆的热管理方案的步骤基于该车辆诊断数据、该环境数据和该历史热管理数据。历史管理数据可以与该特定的第一电动车辆有关，或者可以与其他电动车辆有关。例如，历史热管理数据可以包括在沿相同路线的电动车辆上应用的/由这些电动车辆应用的先前的热管理方案。这在类似车辆多次重复相同路线的运输应用中可能特别有用。
[0036]
仍进一步地，根据本发明的另一方面，提供了一种用于监测和控制电动车辆的牵引电池组的温度的车辆控制系统，该车辆控制系统包括：
[0037]
通信电路系统，该通信电路系统用于向根据本发明第一方面的实施例中的任一实施例的电池热管理系统发送数据包并从其接收数据包；
[0038]
温度传感器，该温度传感器用于确定该牵引电池组的温度；
[0039]
温度控制装置，该温度控制装置用于控制该牵引电池组的温度；
[0040]
连接到该通信电路系统、该温度传感器、加热装置和冷却装置的控制器，该控制器被配置为：
[0041]
从该电动车辆的地理定位系统或从远程路线规划实体检索该车辆的规划路线；
[0042]
从该电池热管理系统检索与该规划路线相关联的热管理方案，该热管理方案包括用于控制对该牵引电池组进行加热和/或冷却的计算机可执行指令；
[0043]
基于该检索到的热管理方案控制该加热装置和该冷却装置。
[0044]
利用本发明的这个方面，与先前讨论的本发明的各方面一样，本发明的优选特征和优点是容易获得的，反之亦然。
[0045]
下面将参考下文描述的实施例进一步阐明本发明的这些和其他特征。
附图说明
[0046]
现在将参照附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，这些附图示出了本发明的示例性实施例，在附图中：
[0047]
图1是根据本发明的实施例的电池热管理系统的示意性框图表示；
[0048]
图2是根据本发明的实施例的用于对电动车辆的牵引电池组进行热管理的方法的流程图表示；
[0049]
图3是根据本发明的实施例的用于监测和控制电动车辆的牵引电池组的温度的车辆控制系统。
具体实施方式
[0050]
在以下详细描述中，将描述本发明的一些实施例。然而，应该理解，除非特别指出任何其他内容，否则不同实施例的特征在实施例之间是可互换的、并且可以按不同方式进行组合。尽管在以下描述中，阐述了许多细节以提供对本发明的更透彻的理解，但是对于本领域技术人员来说清楚的是，可以在没有这些细节的情况下实践本发明。在其他实例中，没有详细描述公知的结构或功能，以免模糊本发明。
[0051]
在图1中，示出了用于具有牵引电池组22的电动车辆11、12、13的电池热管理系统1的示意性概图。电池热管理系统具有通信单元2，该通信单元用于向远程数据储存库发送数据包并从其接收数据包。换句话说，系统1具有通信单元2，该通信单元用于例如通过外部移动网络经由与该通信单元相关联的一个或多个天线向远程固定服务器7或客户端11、12、13发送数据包并从其接收数据包。
[0052]
更详细地，通信单元2可以例如包括路由器，该路由器被配置为使用任何可用的数据链路，比如gsm、卫星、dvb-t、hspa、edge、1x rtt、evdo、lte、wifi(802.11)和wimax中的两个或更多个；并将这些数据链路组合成虚拟网络连接。特别地，优选使用通过无线广域网
(wwan)通信技术提供的数据链路。然而，通信单元2同样也可以被配置为经由有线网络连接与远程固定服务器进行通信。
[0053]
进一步地，电池热管理系统1包括连接到通信单元2的控制单元3。控制单元3被配置为(经由通信单元2)从多个电动车辆11、12、13检索101、102、103车辆诊断数据。控制单元3可以被实现为软件控制的处理器。然而，控制器可以替代性地全部或部分地以硬件实现。例如，控制单元3可以被实现为一起形成控制单元3的多个计算机处理单元，即多个计算机可以互连以形成如本文所披露的控制单元及其功能。
[0054]
车辆诊断数据至少包括每个电动车辆11、12、13的每个牵引电池组22的温度。然而，车辆诊断数据可以另外包括关于电动车辆11、12、13的货物重量、货物分布的信息、每个牵引电池组22的荷电状态、和/或每个牵引电池组22的健康状态。
[0055]
此外，控制单元3进一步被配置为检索第一电动车辆11的规划路线。该规划路线可以从车辆数据或从与第一电动车辆11相关联的中央路线规划实体5检索101。控制单元3进一步被配置为检索与第一电动车辆11相关联的环境数据。更详细地，环境数据6包括规划路线的天气预报6和地形数据(例如，斜坡、急转弯等)。天气预报可以例如包括温度、太阳辐照度、以及湿度中的至少一个。这些参数中的每一个都可以被认为对电池温度具有显著影响。
[0056]
例如，参考地形数据，如果路线包括相对大量的斜坡，则电动机所需的功率输出将相对较高，这会导致与相对中性(少量甚至没有斜坡)的路线相比因电流输出的增大而使牵引电池温度升高。在一些实施例中，控制单元3可以进一步被配置为检索与规划路线相关联的交通数据(例如，交通负荷、交通事故、交通拥堵/交通拥塞、其他道路阻塞等)。交通数据可以例如由中央路线规划实体5提供。
[0057]
继续，控制单元3被配置为基于检索到的车辆诊断数据和检索到的环境数据来确定用于第一电动车辆的热管理方案。具体地，控制单元3可以被配置为基于车辆诊断数据以及在整个规划路线中第一电动车辆11的牵引电池组22上的预期热负载来确定用于第一电动车辆11的热管理方案，该预期热负载进而基于该环境数据，优选地使得第一电动车辆11的牵引电池组22保持在最佳温度范围内。热管理方案包括用于控制对第一电动车辆11的牵引电池组22进行加热和/或冷却的计算机可执行指令。然后，由控制单元3经由通信单元2将所确定的热管理方案发送到第一电动车辆11。
[0058]
在示例中，规划路线在其初始30％期间可能包括大量的山丘或斜坡，这将导致电池温度升高、高于使电流输出和范围最大化的最佳温度。假设在完成该路线的大约10％之后温度将超过预定义阈值温度，则建议在10％的标记之前冷却牵引电池组。然而，从天气预报可以看出，外部温度将很快下降，并且外部温度可能将足以将电池保持在最佳温度范围内直到达到25％的标记为止。因此，本发明的系统实现了这样的考虑，并且所得到的热管理方案能够考虑这种因素，从而避免了对牵引电池组的不必要冷却，否则这种冷却可能会将电池温度推到低于下阈值，从而导致输出和范围受损。
[0059]
在实施例中，控制单元3被配置为检索沿规划路线的第一电动车辆11的充电站处的一个或多个停靠点。进一步地，控制单元3被配置为确定热管理方案，该热管理方案包括用于控制对第一电动车辆11的牵引电池组22进行加热和/或冷却的计算机可执行指令，使得当电动车辆到达充电站时牵引电池组22的温度处于预定义温度范围内。有利地，通过使电池充电在预定义温度范围内进行，可以提高电池性能。
[0060]
此外，通过将热管理系统1布置为控制用于多个车辆的热管理方案的集中式系统，可以提高数据处理能力以及数据通信效率。更详细地，通过避免(每个车辆内的)本地处理器检索大数据集(例如，预报)并处理这些数据集，由于提高的数据管理效率可以容易地实现相对较大的成本降低。例如，中央单元可以检索相对较大区域的预报，该预报覆盖了大量电动车辆的大量规划路线。同样，为了处理效率，可以以不太复杂的方式存储和使用历史数据(例如，车辆b已经多次执行路线x，因此，当车辆a首次执行路线x时，可以利用车辆b的历史数据)。
[0061]
更详细地，热管理系统1进一步具有数据存储单元7，该数据存储单元包含历史数据，该历史数据包括关于历史热管理方案的信息。数据存储单元7可以是与控制单元3相关联的本地单元，或者是经由通信单元2可访问的远程数据储存库。历史热管理方案可以例如是针对大量车辆沿不同路线的各种热管理方案。通过存储热管理方案并且随后使用该历史数据生成未来热管理方案，加热预测/冷却预测可以更准确(因为数据已通过验证)，由此可以更好地优化热管理方案。历史数据可以例如用于在人工智能(ai)应用中形成自学习算法。
[0062]
图2示出了用于对电动车辆的牵引电池组进行热管理的方法的流程图表示。该方法包括从多个电动车辆检索s1车辆诊断数据的步骤。车辆诊断数据至少包括每个电动车辆的牵引电池组的温度，但是可以进一步包括关于电动车辆的货物重量、货物分布的信息、每个牵引电池组的荷电状态、和/或每个牵引电池组的健康状态。
[0063]
进一步地，该方法包括：检索s2第一电动车辆的规划路线；以及检索s3与该规划路线的地理位置相关联的环境数据。环境数据包括该规划路线的天气预报和地形数据。天气预报包括当前和预期温度、当前和预期太阳辐照度、以及当前和预期湿度中的至少一个。该方法进一步包括基于车辆诊断数据和环境数据来确定s4用于第一电动车辆的热管理方案。如前面所讨论的，该热管理方案可以基于包括关于历史热管理方案的信息的历史数据来进一步确定s4。类似地，热管理方案可以基于沿规划路线的用于在充电站处为牵引电池组充电的一个或多个规划停靠点，使得当估计该第一电动车辆根据规划路线再充电时，牵引电池组的温度处于预定义范围内。
[0064]
进一步地，该方法包括基于所确定的热管理方案、通过设置在第一电动车辆内的合适的加热装置或冷却装置对该电动车辆的牵引电池组进行加热和/或冷却s5。
[0065]
图3是根据本发明的实施例的用于监测和控制电动车辆13的牵引电池组的温度的车辆控制系统30的示意性说明。车辆控制系统30包括通信电路系统31，该通信电路系统用于向电池热管理系统1(比如图1所展示的电池热管理系统)发送数据包并从其接收数据包。这里以连接在天线33上的数据路线32的形式展示了通信电路系统1。然而，其他实现方式是可行的，并且是本领域读者容易理解的。
[0066]
车辆控制系统30进一步包括用于确定牵引电池组22的温度的温度传感器23以及用于控制牵引电池组的温度的温度控制装置28、29。车辆控制系统30进一步具有控制器24，该控制器连接到通信电路系统31、温度传感器23、加热装置29和冷却装置28。温度控制可以通过可能处于气态、液态、超临界状态或经历相变的传热介质来实现。热量是通过与环境的热接触来被动地增加或移除，或者是通过加热设备、制冷系统或两者的组合来主动地增加或移除。为了温度监测目的，电池组可以配备有任意复杂的一组传感器，以用于测量各种物
理性质或甚至化学性质。由这些传感器传递的信号由车载计算机(控制单元24)处理。
[0067]
控制器24被配置为从电动车辆13的地理定位系统25或从(例如，经由中央车队管理系统可访问的)远程路线规划实体检索电动车辆13的规划路线。内部地理定位系统25可以例如是具有本地处理单元26和一个或多个天线27的全球导航卫星系统(gnss)，比如gps、glonass、galileo等。
[0068]
进一步地，控制器24被配置为从远程电池热管理系统1检索与检索到的规划路线相关联的热管理方案。该热管理方案包括用于控制对牵引电池组进行加热和/或冷却的计算机可执行指令。一旦控制器24执行了热管理方案，该控制器就被配置为基于检索到的热管理方案来控制该加热装置和该冷却装置。
[0069]
本领域技术人员认识到，本发明绝不限于上述实施例。所描述的实施例的特征可以以不同的方式组合，并且在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记都不应解释为对权利要求进行限制。词语“包括(comprising)”不排除存在除权利要求中列出的元素或步骤之外的其他元素或步骤。在元素前的词语“一个(a)”或“一种(an)”并不排除存在多个这种元素。

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