CN102085803A - 用于环保型车辆的集成化冷却*** - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于环保型车辆的集成化冷却***。本发明通过采用集成化散热器能够在一个回路中集成并控制在类似的操作温度及使用条件下具有最大焓值的多个***，诸如电力部件、驱动电动机、堆栈、和AC冷凝器。因此，能够使用于冷却堆栈和电力部件的散热器的空气通过阻力最小化，并确保堆栈、电力部件和AC冷凝器的平稳的冷却性能，同时通过降低空调的冷凝压力改善了燃料效率。而且，能够通过非重复地布置热交换器改善了冷却效率，并通过避免使用过多的部件，例如散热器、水泵和储液箱，降低了汽车重量、部件体积和制造成本。

Description

用于环保型车辆的集成化冷却***
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年12月3日和2010年11月23日提出的韩国专利申请号10-2009-0119135和10-2010-0117150的优先权，出于各种目的其全部内容结合于本文作为参考。
技术领域
本发明涉及用于环保型车辆的冷却***，更具体地，涉及对燃料电池车辆中的堆栈、电力部件、电动机、空调冷却剂进行冷却的冷却***，或者对混合动力车或电动车中的电力部件、电动机和空调冷却剂进行冷却的冷却***。
背景技术
燃料电池具有无环境污染发电的优点，因为其几乎不产生空气污染物和二氧化碳，并且具有比相关技术的热发电更高的发电效率，因此，采用燃料电池作为电源的环保型车辆日益发展。
同时，混合动力车可根据车辆的运动状态适当地采用来自电动机和发动机的动力来驱动车辆，并且对于燃料电池车辆，利用电动机驱动车辆的技术是必须的。
在利用电动机驱动车辆的过程中，存在如何消散由电动机的操作产生的热量和由变极器电流相位变换产生的热量的问题。
因此，在技术上需要对电力部件，例如电动机和变极器进行冷却，并有效地对燃料电池车辆中的燃料电池堆栈进行冷却。
图1是描述相关技术中燃料电池车辆的冷却***的图，该冷却***包括由分立的水泵、储液箱、用于冷却电力部件的散热器组成的冷却回路，以及由分立的水泵、储液箱、用于冷却堆栈的散热器组成的冷却回路，其中空气冷却型AC冷凝器放置在散热器之间以利用冷却风扇冷却空调。
进一步地，图2所述的冷却***是水冷却型，其利用水冷却AC冷凝器，其中包括分立的冷却回路，该冷却回路由将冷却水循环到水冷却型空调的水泵、储液箱、用于冷却AC冷却剂的散热器构成，且用于冷却AC冷却剂的散热器位于堆栈散热器和电力部件散热器之间，以利用冷却风扇对他们进行冷却。
在相关技术的冷却***中，图1所示的配置在保证充分的冷却性能方面有困难，因为空气冷却型AC冷凝器增大了电力部件散热器和堆栈散热器的通风阻力。特别地，与现有的内燃机相比，电力部件和堆栈在低温下操作，且需要大容量散热器，因为其焓值比内燃机高得多，但是散热器厚度的增大会增大通风阻力并降低散热量，因此需要考虑电力部件和堆栈的操作温度来布置冷却模块并优化容量的技术。
另一方面，图2所述的配置存在需要过多部件的问题，诸如散热器、水泵、储液箱，来构成用于堆栈、电力部件和AC冷凝器的冷却回路，由于重复地布置热交换器而降低了冷却效果，且对车辆的重量、部件布置和制造成本起反作用。
背景技术部分公开的信息只是为了加强对本发明的一般背景的理解，不应看作是对该信息构成本领域技术人员已知的相关技术的提示或任何形式的暗示。
发明内容
本发明致力于提供一种用于环保型车辆的冷却***，该***使用于冷却堆栈和电力部件的散热器的通风阻力最小化，确保堆栈、电力部件、和AC冷凝器的平稳的冷却性能，通过减小空调的冷凝压力改善了燃料效率，由于非重复安排热交换器改善了冷却效率，以及不采用非必要数量的部件，例如散热器、水泵和储液箱从而降低了车辆重量、部件体积和制造成本。
根据本发明的一个示例性实施例提供了一种用于环保型车辆的集成化冷却***，该冷却***包括：第一散热器；电力部件，该电力部件布置在包含该第一散热器的闭环冷却回路中以被冷却；AC冷凝器，该AC冷凝器布置在包含该第一散热器的闭环冷却回路中以被冷却。
进一步地，根据本发明的另一示例性实施例提供了一种用于环保型车辆的集成化冷却***，该冷却***包括：第二散热器；堆栈，该堆栈布置在包含该第二散热器的闭环冷却回路中以被冷却；以及AC冷凝器，该AC冷凝器布置在包含该第二散热器的闭环冷却回路中以被冷却。
根据本发明的示例性实施例，能够使用于冷却堆栈和电力部件的散热器的通风阻力最小化，确保堆栈、电力部件和AC冷凝器的平稳的冷却性能，通过减小空气冷凝器的冷凝压力改善了燃料效率，由于非重复安排热交换器改善了冷却效率，以及不采用非必要数量的部件，例如散热器、水泵和储液箱从而降低了车辆重量、部件体积和制造成本。
根据本发明的方法和装置的其他特征和优点将在以下的并入本文的附图以及下文对本发明的详细描述中呈现或予以阐明，附图和对本发明的详细描述共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1和2是描述相关技术的燃料电池车辆的冷却***的图示。
图3是描述根据本发明的第一示例性实施例的图示。
图4是描述根据本发明的第二示例性实施例的图示。
图5是描述根据本发明的第三示例性实施例的图示。
图6是描述根据本发明的第四示例性实施例的图示。
应理解，附图没有必要按比例绘制，其呈现的是对描述本发明基本原理的各个特征的某种程度上的简化表示。这里公开的本发明特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、方向、位置和形状，部分地由具体指定的应用和使用环境确定。
在附图中，所有附图中相同的附图标记指代本发明相同或等价的部分。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各实施例，其示例显示在附图和下文描述中。尽管结合示例性实施例描述了本发明，但应该理解，本说明书并未意欲将本发明限制于这些示例性实施例。相反，本发明不仅意欲覆盖这些示例性实施例，而且也覆盖包含在由所附权利要求书限定的本发明的实质和范围内的各种替代物、修改、等价物和其他实施例。
参考图3到图6，根据本发明的示例性实施例的用于环保型车辆的集成化冷却***包括：第一散热器1；第一冷却线7，其构成包括第一散热器1的闭环冷却回路，并冷却包含多个电力部件中的一些的第一部分3和驱动电动机5；第二冷却线11，其构成包含第一散热器1的闭环冷却回路，与第一冷却线7并联，并冷却包含其他电力部件的第二部分9；第二散热器13；以及第三冷却线17，其构成包含第二散热器13的闭环冷却回路并冷却堆栈15。
也就是说，第一冷却线7和第二冷却线11并联布置以共享第一散热器1，而第三冷却线17通过单独采用第二散热器13构成闭环冷却线。
在这一配置中，在不使用堆栈的混合动力车或电动车中，可去掉第三冷却线17。
驱动电动机5是为车辆提供驱动力的部分，电力部件是多个电气部件，例如通过将堆栈15与驱动电动机5进行电连接从而操纵输入/输出驱动电动机5的电流的变极器，这些电气部件中的一些属于第一部分3，另一些属于第二部分9。
明显地，电力部件可配置为在第一部分3中一起被冷却，或可配置为在第二部分9中一起被冷却，而不用分成第一部分3和第二部分9。此外，可通过构成包含第一散热器1的闭环冷却回路的第一冷却线7和第二冷却线11的全部或其中任意一个来冷却电力部件。
作为参考，图3到6显示的示例性实施例示范了将电力部件分成第一部分3和第二部分9，并安排通过第一冷却线7和第二冷却线11共同冷却电力部件的情况。
将第一散热器1和第二散热器13彼此相邻且串联地安排在由相同的冷却风扇19构成的冷却风路中。
也就是说，第二散热器13靠近冷却风扇19设置，而第一散热器1被设置的比第二散热器13远离冷却风扇19，这样，由冷却风扇19吸入的空气经由第二散热器13通过第一散热器1。
第一泵23设置在第一散热器1和第一冷却线7与第二冷却线11的节点21之间，用于在压力下将冷却剂从第一散热器1传送到节点21，而第二泵25位于第二散热器13和堆栈15之间，用于在压力下将冷却剂从第二散热器13传送到堆栈15。
因此，第一泵23将冷却剂从第一散热器1输送到节点21，从而部分泵送的冷却剂从节点21沿着第一冷却线7流动到第一散热器1，而其他冷却剂从节点21沿着第二冷却线11流动到第一散热器1。进一步地，第二散热器13中的冷却剂由第二泵25分别从第一冷却线7或第二冷却线11泵取，并通过堆栈15流动到第二散热器13。
第一部分3和驱动发电机5串联布置，从而在第一冷却线7中，冷却过第一部分3的冷却剂用来冷却驱动电动机5。第一储液箱27设置在第一冷却线7中位于第一部分3之前，第二储液箱29设置在第三冷却线17中位于堆栈15之后。
在该配置中，驱动电动机5设置在第一部分3之后的原因是，相比于第一部分3的电力部件的操作温度，驱动电动机5的操作温度相对较高，这就允许冷却剂在冷却第一部分3之后再冷却驱动电动机5。
上述配置对于第一示例性实施例到第四示例性实施例是共同的，这些示例性实施例的区别在于在该共同的配置中AC冷凝器布置的位置。
在图3所示的第一示例性实施例中，AC冷凝器31设置在第二冷却线11的第二部分9之后，从而通过已经冷却过第二部分9的冷却剂来冷却该AC冷凝器31。
明显地，电力部件的操作温度取决于类型，因此在某些情况下，电力部件可设置在AC冷凝器31之后。
也就是说，在第二冷却线11中串联设置第二部分9的电力部件和AC冷凝器31，对于相同的冷却回路，可考虑将AC冷凝器31与第一冷却线7中的第一部分3和驱动电动机并联设置。
明显地，AC冷凝器31设置在包括蒸发器33、压缩机、安全阀41和接收器35的用于冷却车辆内部的冷却回路之中。
在该配置中，优选地，该压缩机为电压缩机37，从而可基于包含AC冷凝器31的冷却线中的装置的操作状态来控制其操作，根据示例性实施例，所述装置例如为驱动电动机5、第一部分3、第二部分9、或堆栈15。
也就是说，在图3所示的第一示例性实施例中，通过与AC冷凝器31的冷却线相同的冷却线，即第二冷却线11冷却第二部分9，其中，在第二部分9少量输出的情况下，由于通过采用第一散热器1提高了AC冷凝器31的冷却性能，从而减小了AC的冷凝压力，因此能够改善车辆的燃料效率和冷却内部的性能，然而在第二部分9大量输出的情况下，其能够通过减少电压缩机37的输出从而减少AC冷凝器31的热排放量来改善第二部分9的冷却性能。
在图4所示的第二示例性实施例中，AC冷凝器31设置在第一冷却线7中的第一部分3与驱动电动机5之间，利用冷却过第一部分3的冷却剂来冷却该AC冷凝器31。
在该配置中，可考虑将AC冷凝器31相对第一部分3串联地设置在相同的冷却线中，并且可考虑将AC冷凝器31相对第二部分9并联地与第一散热器1连接，其中第一部分3和第二部分9并非必须分开，如图4所示，可将他们合并到其中任意一个从而一起被冷却。
在该示例性实施例中，将AC冷凝器31设置为通过沿着第一冷却线7流动的冷却剂与第一部分3和驱动电动机5一起被冷却，且第一冷却线7被配置为由经过第一部分3的冷却剂来冷却AC冷凝器31，然后由冷却过AC冷凝器31的冷却剂来冷却驱动电动机5，其中第一部分3的操作温度比AC冷凝器31低，驱动电动机5的操作温度比AC冷凝器31高。
相似地，在该示例性实施例中，当第一部分3和驱动电动机5的输出小时，采用包含在与AC冷凝器31的冷却回路相同的冷却回路中的电压缩机37，通过提高AC冷凝器31的冷却性能，从而降低AC冷却剂的冷凝压力，因此能够改善车辆的燃料效率和冷却性能，而在第一部分3和驱动电动机5的输出大时，能够通过减小电压缩机37的输出来改善第一部分3和驱动电动机5的冷却性能，从而提高车辆的商业价值。
在图5所示的第三示例性实施例中，AC冷凝器31相对于第二泵25和第二散热器13与堆栈15并联设置，从而通过来自第三冷却线17的第二泵25的冷却剂来冷却堆栈15和该AC冷凝器31。
进一步地，第三泵39设置在第一冷却线7中的第一储液箱27和第一部分3之间。
也就是说，第二泵25泵送来自第二散热器13的冷却剂，且将该冷却剂同时提供给AC冷凝器31和堆栈15，分别冷却AC冷凝器31和堆栈15，且该冷却剂回到第二散热器13，而第一冷却线7中的第三泵39加强了沿着第一冷却线7流动的冷却剂的流动，从而相比于第二部分9，第一部分3和驱动电动机5的冷却性能改善得更多。
相似地，在该示例性实施例中，在堆栈15少量输出的情况下，由于通过采用第二散热器13提高了AC冷凝器31的冷却性能，从而降低AC冷却剂的冷凝压力，因此能够改善车辆的燃料效率和内部冷却性能，而在堆栈15大量输出的情况下，能够通过减少电压缩机37的输出从而减少AC冷凝器31的热排放量，来改善堆栈15的冷却性能。
图6是显示本发明的第四实施例的图示，其中将AC冷凝器31设置在第三冷却线17中的第二泵25和堆栈15之间，从而通过来自第二泵25的冷却剂冷却该AC冷凝器31，且将第三泵39设置在第一冷却线7中的第一储液箱27和第一部分3之间。
AC冷凝器31和堆栈15串联地设置在第三冷却线17中并被冷却，其中利用冷却过AC冷凝器31的冷却剂来冷却堆栈15，因为AC冷凝器的操作温度比堆栈15的操作温度低。
在该配置中，包含AC冷凝器的冷却回路的冷却剂的冷凝温度取决于类型，因此在某些情况下堆栈可设置在AC冷凝器之前。也就是说，当冷却剂是二氧化碳(CO2)时，AC冷凝器优选地设置在堆栈之后。
相似地，在该示例性实施例中，在堆栈15少量输出的情况下，由于通过采用第二散热器13提高AC冷凝器31的冷却性能，从而降低AC冷却剂的冷凝压力，因此能够改善车辆的燃料效率和内部的冷却性能，而在堆栈15大量输出的情况下，能够通过减小电压缩机37的输出从而减小来自AC冷凝器31的热排放量，改善堆栈15的冷却性能。
与相关技术中分别提供用于电力部件的冷却回路和用于AC冷凝器31的冷却回路相比，根据本发明的上述示例性实施例能够减少泵、储液箱和散热器的数量，减小车辆的重量，确保发动机舱的空间，因此，能够降低车辆的制造成本。
进一步地，第一示例性实施例和第二示例性实施例中用于冷却AC冷凝器31的第一散热器1相对于相关技术中用于电力部件的散热器提高了容量，从而其中的冷却剂流阻减小，冷却剂的流速相应提高，因此能够改善冷却效率。进一步地，第三示例性实施例和第四示例性实施例中的第二散热器13相对于相关技术的堆栈散热器15提高了容量，从而其中的冷却剂流阻减小，冷却剂的流速相应提高，因此能够改善冷却效率。
进一步地，根据上文所述的第一示例性实施例到第四示例性实施例中的散热器，由于只有两个彼此交叠的散热器，即第一散热器1和第二散热器2，因此相对于相关技术中三个或更多散热器彼此交叠的情况减小了空气通过阻力，从而能够改善冷却效率。
如上文所述，通过采用集成散热器，本发明能够在一个回路中集成并控制在相同的操作温度及使用条件下具有最大焓值的多个***，诸如电力部件、驱动电动机、堆栈和AC冷凝器。因此，能够使用于冷却堆栈和电力部件的散热器的空气通过阻力最小化，并确保堆栈、电力部件和AC冷凝器的平稳的冷却性能，同时通过降低空调的冷凝压力来改善燃料效率。进一步地，能够通过非重复地设置热交换器来改善冷却效率，并通过避免使用过多的部件，例如散热器、水泵和储液箱，来降低车辆重量、部件体积和制造成本。
上文为了描绘和描述的目的，呈现了本发明的特定示例性实施例。这些示例性实施例并非穷举的，或将本发明限制为公开的精确形式，明显地，根据上述教示的诸多修改和变化都是可行的。选择并描述这些示例性实施例是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使本领域技术人员制造并使用本发明的各个示例性实施例，及其各种替代物和修改。事实上本发明的范围由所附的权利要求书及其等价物限定。

Claims (27)

1.一种用于环保型车辆的集成化冷却***，包括：
第一散热器；
电力部件，设置在包含该第一散热器的闭环冷却回路中以被冷却；
AC冷凝器，设置在包含该第一散热器的闭环冷却回路中以被冷却。
2.根据权利要求1所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该电力部件和该AC冷凝器串联地设置在相同的冷却回路中。
3.根据权利要求2所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，进一步包括驱动电动机，该驱动电动机设置在包含该第一散热器的闭环冷却回路中以被冷却。
4.根据权利要求3所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该驱动电动机串联地设置在包含该AC冷凝器的该冷却回路中。
5.根据权利要求3所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该驱动电动机和该AC冷凝器与该第一散热器并联设置。
6.根据权利要求1所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该电力部件和该AC冷凝器与该第一散热器并联设置。
7.根据权利要求6所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，进一步包括驱动电动机，该驱动电动机设置在包含该第一散热器的闭环冷却回路中以被冷却。
8.根据权利要求7所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该驱动电动机串联地设置在包含该AC冷凝器的该冷却回路中。
9.根据权利要求7所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该驱动电动机和该AC冷凝器与该第一散热器并联设置。
10.根据权利要求1所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该电力部件被分为与该第一散热器并联连接的多个部分。
11.根据权利要求1所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中进一步在连接到该第一散热器的该冷却回路中设置用于泵送冷却剂的泵以及储液箱。
12.根据权利要求1所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该AC冷凝器与具有可变冷却容量的电压缩机连接，一起构成冷却回路。
13.根据权利要求1所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，进一步包括：
第二散热器；以及
堆栈，设置该堆栈与该第二散热器一起构成闭环冷却回路，并在该闭环冷却回路中被冷却，
其中该第一散热器和该第二散热器彼此相邻串联地设置在由冷却风扇构成的冷却风路中。
14.根据权利要求13所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该第二散热器靠近该冷却风扇设置，以及
设置该第一散热器使其比该第二散热器远离该冷却风扇，从而使冷却风扇吸入的空气经由该第二散热器后通过该第一散热器。
15.根据权利要求14所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中进一步在连接到该第一散热器的该冷却回路中设置用于泵送冷却剂的泵以及储液箱。
16.一种用于环保型车辆的集成化冷却***，包括：
第二散热器；
堆栈，设置在包含该第二散热器的闭环冷却回路中以被冷却；以及
AC冷凝器，设置在包含该第二散热器的闭环冷却回路中以被冷却。
17.根据权利要求16所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该堆栈和该AC冷凝器被串联地设置在相同的冷却回路中。
18.根据权利要求16所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该堆栈和该AC冷凝器与该第二散热器并联设置。
19.根据权利要求17所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，进一步包括：
第一散热器；以及
电力部件，设置在包含该第一散热器的闭环冷却回路中以被冷却，
其中该第一散热器和该第二散热器彼此靠近串联地设置在由相同的冷却风扇构成的冷却风路中。
20.根据权利要求19所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该第二散热器靠近该冷却风扇设置，以及
设置该第一散热器使其比该第二散热器远离该冷却风扇，从而使由该冷却风扇吸入的空气经由该第二散热器后通过该第一散热器。
21.根据权利要求20所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，进一步包括驱动电动机，该驱动电动机被设置在包含该第一散热器的闭环冷却回路中以被冷却。
22.根据权利要求21所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该驱动电动机被串联地设置在包含该电力部件的冷却回路中。
23.根据权利要求21所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该驱动电动机和该电力部件与该第一散热器并联设置。
24.根据权利要求20所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该电力部件被分为与该第一散热器并联设置的多个部分。
25.根据权利要求20所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中进一步在连接到该第一散热器的冷却回路和连接到第二散热器的冷却回路中设置泵和储液箱。
26.根据权利要求20所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该AC冷凝器与具有可变冷却容量的电压缩机连接，一起构成冷却回路。
27.根据权利要求16所述的用于环保型车辆的集成化冷却***，其中该AC冷凝器的冷却剂是二氧化碳。
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