本发明涉及一种用于电动汽车的空气调节装置及控制它的方法，其中用于空气调节的第一流体与第二流体进行热交换，同时可变地控制第二流体的流速，从而有效地提高第一流体的加热或冷却效率。
背景技术：
电动汽车近来被认为是一种用于实施环保技术的解决方案，其可以解决诸如能源耗尽的环境问题。电动汽车使用由来自电池的电力供电的电动机。一般来说，电动汽车没有二氧化碳排放且具有低噪音排放，同时电动机的能量效率高于内燃机的能量效率，并且因此电动汽车因其是环保汽车而受到关注。
用于实现这种电动汽车的一种关键技术是与电池模块相关的技术。近来人们已积极进行对重量减轻、尺寸缩小以及短充电时间的电池的研究。电池模块被设计为在最佳温度环境中使用时保持最佳性能和长使用寿命。然而，由于行驶时产生的热量和外部温度的变化，难以在最佳温度环境中使用。
此外，电动汽车没有在发动机(诸如内燃机)中的燃烧过程中产生的额外废热源，并且因此在冬季利用电加热装置执行车辆内部加热。此外，在寒冷的冬季，需要加热车辆以改善电池的充电/放电性能，因此使用了额外的冷却水型电加热器。也就是说，为了保持电池模块的最佳温度环境，采用了用于控制电池模块的温度的冷却和加热系统以便与用于车辆内部空气调节的加热和冷却系统一起操作。换句话说，构建了两个独立的冷却和加热系统，使得其中一个系统用于车辆内部冷却和加热，而剩下的一个系统用于电池模块的温度控制。
另一方面，为了在电动汽车中有效地进行加热，在暖通空气调节(hvac)壳体内设置了加热器芯。加热器芯在由加热器加热的冷却水和hvac壳体内流动的空气之间进行热交换，从而提高了用于空气调节的空气的温度。
水泵安装在穿过加热器芯和加热器的冷却水管线上，以确保冷却水的流速。水泵通常设置成仅在预定rpm下运行，导致将水加热到根据情况而定的期望温度时消耗了高能量和长时间。
在本发明的背景技术中公开的信息仅仅是为了增强对本发明的一般背景的理解，而不能被视为对该信息形成本领域技术人员已知的现有技术的认可或任何形式的暗示。
技术实现要素：
本发明的各个方面旨在提供一种配置成用于电动汽车的空气调节装置及控制它的方法，其中基于与第二流体热交换的第一流体的流速来可变地控制第一流体的流速，从而有效地提高第一流体的加热或冷却效率。
根据本发明的各个方面，提供了一种配置成用于电动汽车的空气调节装置，包括：热交换器，其在第一流体和第二流体之间进行热交换，同时第一流体和第二流体彼此分开地流过热交换器；热源，其通过第二流体流过其中并允许第二流体在热交换器和热源之间循环的管线连接到热交换器，热源加热或冷却第二流体；循环器，其向第二流体施加循环力，使得第二流体在热交换器和热源之间循环；以及控制器，其通过使用流过热交换器的第一流体的流速来确定第二流体的所需流速，并基于第二流体的所需流速来控制循环器。
控制器可以配置成基于第一流体相对于热交换器的当前进入温度和期望排出温度之间的温差、第一流体的流速和第二流体的流速中的至少一个来确定热源的驱动量，并且可以基于所确定的驱动量来控制热源。
第一流体可以是用于空气调节的空气，热交换器可以是第二流体流经其中的用于车辆内部空气调节的加热器芯，热源可以是加热器，并且循环器可以是泵。
根据本发明的各个方面，提供了一种控制配置成用于电动汽车的空气调节装置的方法，该方法包括：确定流过热交换器的第一流体的流速；通过使用数据图利用流过热交换器的第一流体的流速来确定第二流体的所需流速，其中第一流体的流速作为输入，并且第二流体的所需流速作为输出；以及根据第二流体的所需流速控制循环器的操作水平。
通过使用数据图，第二流体的所需流速可以被确定为与第一流体的流速成比例的值。
第二流体的所需流速可以被确定为这样的流速值，即在该流速值下，根据第一流体相对于热交换器的流速，第一流体的当前排出温度达到期望排出温度所消耗的时间最短。
该方法还可以包括：基于第一流体相对于热交换器的当前进入温度和期望排出温度之间的温差、第一流体的流速和第二流体的流速中的至少一个来确定热源的驱动量，并且基于所确定的驱动量来驱动热源。
驱动热源可以包括：基于第一流体相对于热交换器的当前进入温度和期望排出温度之间的温差、基于第一流体的流速并基于第二流体的流速来确定第二流体相对于热源的期望排出温度；基于第二流体相对于热源的期望排出温度来确定热源的驱动量；以及基于所确定的驱动量驱动热源。
第二流体相对于热源的期望排出温度可以通过将第一流体的第一流速、第一流体的比热以及第一流体相对于热交换器的当前进入温度和期望排出温度之间的温差相乘、将相乘得到的值除以第二流体的流速和第二流体的比热、并将相除得到的值与第二流体的当前进入温度相加来确定。
热源的驱动量可以通过使用数据图来确定，其中第一流体的流速和第一流体相对于热交换器的当前进入温度和期望排出温度之间的温差作为输入，并且热源的驱动量作为输出。
该方法还可以包括：在驱动热源之后，基于第一流体相对于热交换器的当前排出温度和期望排出温度之间的温差来控制温度控制门的打开率，该温度控制门在第一流体流经其中的管线中设置在热交换器的上游侧。
该方法还可以包括：当产生车辆故障信号时，或者当需要停止车辆内部空气调节时，停止热源和循环器的运行，并控制停止车辆内部空气调节。
根据配置成用于电动汽车的空气调节装置及控制它的方法，可以基于第一流体的流速可变地控制第二流体的流速，从而有效地减少第二流体通过加热器达到期望温度所消耗的能量和时间。
本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将从并入本文中的附图和下面的具体实施方式中变得显而易见或更详细地阐述，附图和具体实施方式一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例的配置成用于电动汽车的空气调节装置的视图；
图2是示出根据本发明的示例性实施例的控制配置成用于电动汽车的空气调节装置的方法的流程图；
图3是示出基于第一流体的流速的第二流体的所需流速的数据图；以及
图4是示出基于第二流体的流速的第一流体达到期望排出温度所需的时间的曲线图。
可以理解，附图不一定按比例绘制，而是呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的某种简化表示。本文包括的本发明的具体设计特征，包括例如具体尺寸、取向、位置和形状，将部分地由具体预期应用和使用环境来确定。
贯穿几幅附图，附图标记表示本发明的相同或等效部件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在下面描述。虽然将结合本发明的示例性实施例描述本发明，但是应当理解，本描述并非旨在将本发明限制于这些示例性实施例。另一方面，本发明旨在不仅覆盖本发明的示例性实施例，还覆盖各种替换、修改、等同物和其他实施例，这些都可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。
应当理解，术语“控制器/控制单元”是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置成存储模块，并且处理器具体配置成实行所述模块以执行一个或多个过程，这将在下面进一步描述。
此外，本发明的控制逻辑可以在计算机可读介质上体现为非暂时性计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在网络耦合的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式存储和执行，例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(can)。
下面，将参照附图详细描述根据本发明的示例性实施例的配置成用于电动汽车的空气调节装置。贯穿附图，相同的附图标记表示相同或相似的部件。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的配置成用于电动汽车的空气调节装置的视图，图3是示出基于第一流体的流速的第二流体的所需流速的数据图；图4是示出基于第二流体的流速的第一流体达到期望排出温度所需的时间的曲线图。
参照图1，根据本发明的示例性实施例的配置成用于电动汽车的空气调节装置可以包括热交换器10，其在第一流体和第二流体之间进行热交换，同时第一流体和第二流体彼此分离地流过热交换器；热源30，其通过第二流体流经其中并允许第二流体在热交换器10和热源30之间循环的管线连接到热交换器10，热源加热或冷却第二流体；循环器20，其向第二流体施加循环力，使得第二流体在热交换器10和热源30之间循环；以及控制器50，其通过使用流过热交换器10的第一流体的流速来确定第二流体的所需流速，并基于第二流体的所需流速来控制循环器20。
换句话说，第一流体是用于电动汽车的空气调节的流体，并且第二流体是与第一流体分开地流动的另一流体。
根据本发明的示例性实施例的热交换器10是一种通过与第二流体的热交换将用于电动汽车的空气调节的第一流体加热或冷却至期望温度的装置。在此，有必要对待进行热交换的第二流体进行精确的温度控制，从而使第一流体的温度达到期望温度。
为此，在本发明的示例性实施例中，热源30安装在管线70上，第二流体流过该管线以加热或冷却第二流体。此外，循环器20安装在第二流体流经其中的管线70上，以向第二流体提供循环力，使得第二流体在热交换器10和热源30之间有效地流动。
在这样的系统中，用作使第一流体的温度达到期望温度的控制变量的要素包括第二流体的流速以及第二流体的温度。
因此，在本发明的示例性实施例中，控制器50基于流过热交换器10的第一流体的流速确定待从循环器20提供的第二流体的所需流速，并且从而提供循环力。
参照图3，可以看出，待通过循环器20排出的第二流体的期望排出流速根据流经热交换器10的第一流体的流速而增加。通过本数据图，控制器50基于第一流体的流速来确定第二流体的期望排出流速。
这是因为，参照图4，在第一流体的流速固定的情况下，第一流体达到期望温度所消耗的时间随着第二流体的流速变化而变化。
换句话说，当第二流体的流速过小时，待与第一流体热交换的第二流体的量减少，导致第一流体达到期望温度所消耗的时间增加。另一方面，当第二流体的流速过大时，待与第一流体热交换的第二流体的量增加，而第二流体本身被加热或冷却所消耗的时间增加，导致第一流体达到期望温度所消耗的时间增加。
因此，提供循环力，以使循环器20排出适当流速的第二流体，由此可以最小化第一流体的温度达到期望温度所消耗的时间和能量。
此外，控制器50基于第一流体相对于热交换器10的当前进入温度和期望排出温度之间的温差、第一流体的流速和第二流体的流速中的至少一个来确定热源30的驱动量，并且基于所确定的驱动量来控制热源30。
换句话说，加热或冷却第二流体的热源30的驱动量也包括在控制变量中，以使得第一流体的温度能够精确地达到期望排出温度。当热源30的驱动量不合适时，第一流体被加热或冷却到期望温度所消耗的时间可能增加，或者第一流体可能被过度地加热或冷却到超过期望温度。因此，优选的是，确定热源30的精确驱动量。
在本发明的示例性实施例中，热源30的驱动量通过改变第一流体相对于热交换器10的当前进入温度和期望排出温度之间的温差来确定。换句话说，在温差大的情况下，只有当热源30的驱动量大时，第一流体才被快速地加热或冷却。另一方面，当温差小时，通过减少热源30的驱动量，第一流体被精确地加热或冷却到期望温度。此外，热源30的驱动量也与第一流体的流速和第二流体的流速密切相关，并且后面将对此进行详细描述。
在本发明的示例性实施例中，第一流体可以是用于空气调节的空气，热交换器10可以是第二流体流经其中的用于车辆内部空气调节的加热器芯，热源30可以是加热器，循环器20可以是泵。因此，热源30的驱动量表示电功率w，并且循环器20的循环力表示rpm值。
以下将参照附图描述根据本发明的示例性实施例的控制用于电动汽车的空气调节装置的方法。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的控制配置成用于电动汽车的空气调节装置的方法的流程图。
参照图1和图2，根据本发明的示例性实施例的控制用于电动汽车的空气调节装置的方法可以包括：确定流过热交换器10的第一流体的流速(s100)；通过使用数据图利用流过热交换器10的第一流体的流速来确定第二流体的所需流速，其中第一流体的流速作为输入，并且第二流体的所需流速作为输出(s110)；以及根据第二流体的所需流速控制循环器20的操作水平(s120)。
换句话说，控制器50基于流过热交换器10的第一流体的流速来确定第二流体的所需流速，并且根据第二流体的所需流速来控制循环器20的操作程度，由此循环器20提供使得第一流体的温度控制效果能够快速地实现并最大化的第二流体的流速。
在此，通过使用数据图，第二流体的所需流速可以被确定为与第一流体的流速成比例的值。这可以通过图3所示的数据图来确认。
第二流体的所需流速可以被确定为这样的流速值，即在该流速值下，根据第一流体相对于热交换器10的流速，第一流体的当前排出温度达到期望排出温度所消耗的时间最短。
换句话说，参照图4，在第一流体的流速固定的情况下，使得第一流体达到期望排出温度所消耗的时间最短时的第二流体的流速值可以被设置为第二流体的所需流速。因此，根据本发明的示例性实施例的系统可以快速地且有效地控制第一流体并最小化能量消耗。
同时，根据本发明的示例性实施例的控制配置成用于电动汽车的空气调节装置的方法可以进一步包括：基于第一流体相对于热交换器10的当前进入温度和期望排出温度之间的温差、第一流体的流速和第二流体的流速中的至少一个来确定热源30的驱动量，并且基于所确定的驱动量来驱动热源30(s130)。
换句话说，如上所述，确定适当的驱动量来驱动热源30，并且这使得能够快速地且精确地将第一流体的温度控制为期望排出温度。
驱动热源30(s130)可以包括：基于第一流体相对于热交换器10的当前进入温度和期望排出温度之间的温差、基于第一流体的流速、以及基于第二流体的流速来确定第二流体相对于热源30的期望排出温度(s130-1)；基于第二流体相对于热源30的期望排出温度来确定热源30的驱动量(s130-2)；以及基于所确定的驱动量驱动热源30(s130-3)。
换句话说，控制器50主要基于第一流体相对于热交换器10的当前进入温度和期望排出温度之间的温差、基于第一流体的流速、以及基于第二流体的流速来确定待从热源30排出的第二流体的期望排出温度(s130)。
在此，第二流体相对于热源30的期望排出温度可以通过将第一流体的第一流速、第一流体的比热以及第一流体相对于热交换器10的当前进入温度和期望排出温度之间的温差相乘、将相乘得到的值除以第二流体的流速和第二流体的比热、并将相除得到的值与第二流体的当前进入温度相加来确定。
这可以通过以下等式确定。
c_air：第一流体的比热
t_air-out：第一流体的期望排出温度
t_air-out：第一流体的当前进入温度
c_water：第二流体的比热
t_water-out：第二流体的期望排出温度
t_water-out:：第二流体的当前进入温度
这是基于假设通过热源30的第二流体的放热量和通过热交换器10的第一流体的放热量相同而确定的等式。
这里，除了第二流体的期望排出温度之外的数据可以由温度传感器测量，可以是由控制器确定的值，或者可以是用于确定第二流体的期望排出温度的常数。
基于所确定的第二流体的期望排出温度，确定热源30的驱动量(s130-2)，并且然后驱动热源30(s130-3)，从而实现第一流体的期望排出温度。
替代地，热源30的驱动量可以通过使用数据图来确定，其中第一流体的流速和第一流体相对于热交换器10的当前进入温度和期望排出温度之间的温差作为输入，并且热源30的驱动量作为输出。
换句话说，因为第二流体的流速基于第一流体的流速来确定，所以可以仅通过使用第一流体的流速的数据和第一流体相对于热交换器10的当前进入温度和期望排出温度之间的温差的数据来确定热源30的驱动量。
因此，热源30的驱动量通过使用数据图来确定，由此可以更快速地且简单地获得热源30的驱动量，该数据图通过映射第一流体的流速与第一流体相对于热交换器10的当前进入温度和期望排出温度之间的温差之间的关系而获得。
同时，参考图1和图2，根据本发明的示例性实施例的控制配置成用于电动汽车的空气调节装置的方法可以进一步包括：在驱动热源30(s130)之后，基于第一流体相对于热交换器10的当前排出温度和期望排出温度之间的温差来控制温度控制门40的打开率(s140)，该温度控制门在第一流体流经其中的管线80中设置在热交换器10的上游侧。
换句话说，本发明通过与第二流体的热交换来控制第一流体的温度达到期望排出温度。可能会出现微小的误差，从而导致第一流体的实际排出温度和期望排出温度之间的差异。
因此，控制器50基于第一流体的当前排出温度和期望排出温度之间的温差来控制温度控制门40的打开率，并且从而控制待在hvac系统中排出的第一流体的温度。
在此，如图1所示，温度控制门40在第一流体流经其中的流动管线80中设置在热交换器10的上游侧，从而控制第一流体绕过或流经热交换器10的程度。
因此，当第一流体的当前排出温度和期望排出温度彼此不同时，第一流体绕过热交换器10的程度通过对温度控制门40的打开率的控制而改变。这使得第一流体的排出温度能够精确地达到期望排出温度。
然而，对温度控制门40的打开率的控制仅在第一流体的当前排出温度和期望排出温度之间的差异出现时执行，从而最小化对打开率的控制，进而最小化冷却/加热能量消耗。
根据本发明的示例性实施例的控制配置成用于电动汽车的空气调节装置的方法可以进一步包括：当产生车辆故障信号时，或者当需要停止车辆内部空气调节时，停止热源30和循环器20的操作，并控制停止车辆内部空气调节(s150)。
根据配置成用于电动汽车的空气调节装置及控制具有上述配置的空气调节装置的方法，可以基于第一流体的流速可变地控制第二流体的流速，从而有效地减少第二流体通过加热器达到期望温度所消耗的能量和时间。
为了便于解释和在所附权利要求中准确定义，术语“上的”、“下的”、“内部的”、“外部的”、“向上的”、“向下的”、“上部的”、“下部的”、“向上”、“向下”、“前面的”、“后面的”、“向后”、“在……之内”、“在……之外”、“里面的”、“外面的”、“内部”、“外部”、“向前”和“向后”用于参照这些特征在附图中显示的位置来描述示例性实施例的特征。
出于说明和描述的目的，已呈现了本发明的特定示例性实施例的前述描述。它们并非旨在是穷举的或将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然，根据上述教导，许多修改和变化都是可能的。选择和描述示例性实施例是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域的其他技术人员能够制造和利用本发明的各种示例性实施例以及其各种替代和修改。旨在使本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
技术特征：
1.一种空气调节装置，包括：
热交换器，所述热交换器配置成在第一流体和第二流体之间进行热交换，同时所述第一流体和所述第二流体分别通过第一管线和第二管线彼此分开地流动；
热源，所述热源通过所述第二流体流经的所述第二管线流体连接到所述热交换器，其中，所述第二流体通过所述第二管线在所述热交换器和所述热源之间循环，并且其中，所述热源配置成加热或冷却所述第二流体；
循环器，所述循环器安装到所述第二管线，并且所述循环器配置成向所述第二流体施加循环力，使得所述第二流体通过所述循环器在所述热交换器和所述热源之间循环；以及
控制器，所述控制器连接到所述循环器，并且所述控制器配置成通过使用流过所述热交换器的所述第一流体的流速来确定所述第二流体的所需流速，并且基于所述第二流体的所需流速来控制所述循环器。
2.根据权利要求1所述的空气调节装置，其中，所述控制器配置成基于所述第一流体相对于所述热交换器的当前进入温度和目标排出温度之间的温差、所述第一流体的流速和所述第二流体的流速中的至少一个来确定所述热源的驱动量，并且基于所确定的驱动量来控制所述热源。
3.根据权利要求1所述的空气调节装置，其中，所述第一流体是用于空气调节的空气，所述热交换器是所述第二流体流经的用于车辆内部空气调节的加热器芯，所述热源是加热器，并且所述循环器是泵。
4.一种控制根据权利要求1所述的空气调节装置的方法，所述方法包括：
由所述控制器确定流过所述热交换器的所述第一流体的流速；
由所述控制器利用流过所述热交换器的所述第一流体的流速、通过使用数据图来确定所述第二流体的所需流速，所述数据图包括作为所述数据图的输入数据的所述第一流体的流速和作为所述数据图的输出数据的所述第二流体的所需流速；以及
由所述控制器根据所述第二流体的所需流速控制所述循环器的操作水平。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过使用所述数据图，所述第二流体的所需流速被确定为与所述第一流体的流速成比例的值。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二流体的所需流速被确定为这样的流速值，即在所述流速值下，根据所述第一流体相对于所述热交换器的流速，所述第一流体的当前排出温度达到目标排出温度所消耗的时间最短。
7.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
由所述控制器基于所述第一流体相对于所述热交换器的当前进入温度和目标排出温度之间的温差、所述第一流体的流速和所述第二流体的流速中的至少一个来确定所述热源的驱动量，并且由所述控制器基于所确定的驱动量来驱动所述热源。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，驱动所述热源包括：
基于所述第一流体相对于所述热交换器的当前进入温度和目标排出温度之间的所述温差、基于所述第一流体的流速、以及基于所述第二流体的流速来确定所述第二流体相对于所述热源的目标排出温度；
基于所述第二流体相对于所述热源的目标排出温度来确定所述热源的驱动量；以及
基于所确定的驱动量驱动所述热源。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二流体相对于所述热源的目标排出温度通过将所述第一流体的第一流速、所述第一流体的比热以及所述第一流体相对于所述热交换器的当前进入温度和目标排出温度之间的温差相乘、将相乘得到的值除以所述第二流体的流速和所述第二流体的比热、并将相除得到的值与所述第二流体的当前进入温度相加来确定。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述热源的所述驱动量通过使用所述数据图来确定，其中所述第一流体的流速和所述第一流体相对于所述热交换器的当前进入温度和目标排出温度之间的温差作为所述数据图的输入数据，并且所述热源的驱动量作为所述数据图的输出数据。
11.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：
在驱动所述热源之后，
由所述控制器基于所述第一流体相对于所述热交换器的当前排出温度和目标排出温度之间的温差来控制温度控制门的打开率，所述温度控制门在所述第一流体流经的所述第一管线中设置在所述热交换器的上游侧。
12.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
当产生车辆故障信号时，或者当需要停止车辆内部空气调节时，由所述控制器停止所述热源和所述循环器的操作，并且由所述控制器控制停止车辆内部空气调节。
技术总结
一种用于电动汽车的空气调节装置及控制它的方法，该空气调节装置可以包括：热交换器，其在第一流体和第二流体之间进行热交换，同时第一流体和第二流体彼此分开地流过其中；热源，其通过第二流体流经其中以允许第二流体在热交换器和热源之间循环的管线连接到热交换器，并且加热或冷却第二流体；循环器，其向第二流体施加循环力，使得第二流体在热交换器和热源之间循环；以及控制器，其通过流过热交换器的第一流体的流速来确定第二流体的所需流速，并基于第二流体的所需流速来控制循环器。
技术研发人员：金才熊;朴昭玧;吴万周;李尚信
受保护的技术使用者：现代自动车株式会社;起亚自动车株式会社
技术研发日：.11.27
技术公布日：.02.07
