CN105584314B - 混合动力车辆的空调回路及对车辆蓄电池预加热的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于混合动力车辆的空调回路(10)，具有：增压空气冷却器(12)，借助于冷却介质来冷却用于燃烧发动机的涡轮增压器的增压空气；低温冷却器(14)，冷却增压空气冷却器的冷却介质；空调冷凝器(18)，借助于冷却液体将对车辆内部隔室进行空气调节的调节空气加以除湿，该空调冷凝器可连接至该低温冷却器上以便冷却该空调冷凝器的冷却液体；温控管线(22)，用于对车辆蓄电池(24)，其中该空调冷凝器可连接至温控管线上以便加热蓄电池。通过冷却增压空气冷却器的冷却介质及低温冷却器中空调冷凝器的冷却液体两者且通过利用从空调冷凝器离开的经加热的冷却液体的热量来加热机动车辆蓄电池，使机动车辆蓄电池的能量有效的温控是可能的。

Description

混合动力车辆的空调回路及对车辆蓄电池预加热的方法
技术领域
本发明涉及一种用于混合动力车辆的空调回路并且涉及用于对混合动力车辆的机动车辆蓄电池进行预加热的方法，借助于该方法，可以对混合动力车辆的机动车辆蓄电池、尤其是牵引蓄电池进行温控从而设定适合用于该机动车辆蓄电池的运行温度。
背景技术
从WO 2011/085760A1中已知，机动车辆的空调***的制冷机被用来冷却空气以便将所述空气除湿。经除湿的空气随后可以被加热并且在希望的温度下从该空调***传导至该机动车辆的内部隔室中。在冷凝器中的制冷机的制冷回路中所产生的热量可以从另外一个回路中通过第一热交换器被吸收并且用于控制机动车辆蓄电池的温度。该另外一个回路额外地具有与该第一热交换器并联连接的加热器以及并联连接的第二热交换器，借助于该第二热交换器来加热经除湿的空气。穿过该第一热交换器、穿过该加热器、以及穿过该第二热交换器的制冷剂体积流可以适当地拆分以便能够针对该机动车辆蓄电池的温控设定具体温度。
始终需要一种能够以能量有效的方式进行温控的、混合动力车辆的机动车辆蓄电池、尤其牵引蓄电池。
发明内容
本发明的目的是指明准许对混合动力车辆的机动车辆蓄电池尤其是牵引蓄电池进行能量有效的温控的措施。
根据本发明，这一目的是通过具有下述1的特征的一种空调回路以及具有下述8的特征的一种方法来实现的。本发明的优选优化在下述2-7、10和以下说明书中进行了限定，下述2-7、10和该说明书可以各自单独地或组合地构成本发明的一个方面。
1.一种用于混合动力车辆的空调回路，具有
增压空气冷却器，用于借助于冷却介质来冷却用于燃烧发动机的涡轮增压器的增压空气，
低温冷却器，用于冷却该增压空气冷却器的冷却介质，
空调冷凝器，用于借助于冷却液体将用于对该混合动力车辆的车辆内部隔室进行空气调节的调节空气除湿，
其中，该空调冷凝器能够连接至该低温冷却器上，以便冷却该空调冷凝器的冷却液体，以及
温控管线，用于对该混合动力车辆的纯电力驱动的机动车辆蓄电池进行直接或间接温控，
其中该空调冷凝器能够连接至该温控管线上以便加热该机动车辆蓄电池。
2.如上述1所述的空调回路，该低温冷却器、该空调冷凝器、和该温控管线能够连接形成预加热回路，该空调冷凝器的冷却液体能流动穿过该预加热回路。
3.如上述1或2所述的空调回路，该温控管线具有用于加热被提供在该温控管线中的温控液体的加热器，其中该加热器能提供的加热能力能够至少部分地分支出来加热已经被该空调冷凝器除湿的调节空气。
4.如上述1至3之一所述的空调回路，提供了用于冷却该燃烧发动机的高温回路，其中该高温回路能连接至该温控管线上以形成一个共用加热回路，从而借助于该高温回路的冷却流体来加热该机动车辆蓄电池。
5.如上述1至4之一所述的空调回路，提供了一条旁通管线，该旁通管线能连接至该空调冷凝器并且连接至该温控管线上，其中该旁通管线将该空调冷凝器的冷却液体越过该低温冷却器传导并且能与该空调冷凝器和该温控管线连接在一起从而形成一个共用的三角形操作回路。
6.如上述1至5之一所述的空调回路，该空调冷凝器通过两位三通换向阀形式的冷凝器阀连接至该低温冷却器和该温控管线上，其中，在该冷凝器阀的第一切换位置中，该空调冷凝器连接至该低温冷却器上，并且在该冷凝器阀的第二切换位置中，该空调冷凝器连接至温控管线上，其中该温控管线通过再循环止回阀连接至该低温冷却器上。
7.如上述1至6之一所述的空调回路，该温控管线具有能连接至该空调冷凝器上的入口管线以及能连接至低温冷却器上的出口管线，其中该入口管线和该出口管线能通过具有截止阀的连接管线而彼此相连接。
8.如上述1所述的空调回路，其中所述机动车辆蓄电池是牵引蓄电池。
9.一种混合动力车辆，该混合动力车辆具有用于该混合动力车辆的纯机械驱动的燃烧发动机、具有用于该混合动力车辆的纯电力驱动的牵引蓄电池、并且具有如上述1至8之一所述的用于对该牵引蓄电池进行温控的空调回路。
10.一种通过如上述1至8之一所述的空调回路来对混合动力车辆的机动车辆蓄电池进行预加热的方法，在该方法中，在低于该机动车辆蓄电池的阈值温度时，被该空调冷凝器加热的冷却液体被用于加热该机动车辆蓄电池。
11.如上述10所述的方法，其中，如果该混合动力车辆的行驶速度低于阈值速度，则被该空调冷凝器加热的冷却液体被用于加热该机动车辆蓄电池。
12.如上述10所述的方法，其中所述机动车辆蓄电池是牵引蓄电池。
本发明涉及一种用于混合动力车辆的空调回路，该空调回路具有：增压空气冷却器，用于借助于冷却介质来冷却用于燃烧发动机的涡轮增压器的增压空气；低温冷却器，用于冷却该增压空气冷却器的冷却介质；空调冷凝器，用于借助于冷却液体来将用于对该混合动力车辆的车辆内部隔室进行空气调节的调节空气进行除湿，其中，该空调冷凝器可以连接至该低温冷却器上以便冷却该空调冷凝器的冷却液体；以及温控管线，用于对该混合动力车辆的纯电力驱动的机动车辆蓄电池、尤其是牵引蓄电池进行直接或间接温控，其中该空调冷凝器可以连接至该温控管线上以便加热该机动车辆蓄电池。
该低温冷却器可以例如为空冷式冷却器、具体为前端机动车辆冷却器的形式，该低温冷却器可以借助于相对风来实现对用于该增压空气冷却器的冷却介质、和/或用于该空调冷凝器的冷却液体的冷却。在此，使用了以下知识：在该混合动力车辆的高速下，该增压空气冷却器需要该低温冷却器的高水平冷却能力，而在该混合动力车辆的低速下，如果有待被除湿的空气处于对应的相对高的温度下由于相对小的相对风冷却效果而必须被该空调冷却器降温，则该空调冷凝器要求该低温冷却器的高水平冷却能力。以此方式，该低温冷却器不必需被设计成用于该空调冷凝器和该增压空气冷却器的最大要求冷却能力的总和，从而使得可以对该低温冷却器以尺寸减小的空气入口面积来实现适当的冷却。以此方式，可以节省结构空间并且通过避免该低温冷却器的尺寸过大可以使得特别能量有效的操作成为可能。
与此同时，该冷却液体能够排放至该温控管线中，使得从该空调冷凝器出来的经加热的冷却液体可以被利用来加热该机动车辆蓄电池，由此该冷却液体可以被该机动车辆蓄电池冷却。在这种情况下，可以直接利用该空调冷凝器的冷却液体，而无需两种不同的、相互分开的冷却回路的冷却流体之间借助于***的热交换事先进行热传递。所需要的该低温冷却器的冷却能力可以因此减小，而加热机动车辆蓄电池所需要的加热能力可以减小。具体而言，当该混合动力车辆怠速时，对来自该机动车辆蓄电池(尤其为牵引蓄电池的形式)的电能的需求可以相对低，使得该机动车辆蓄电池可以冷却并且下降至最佳运行温度之下。由于确切而言是在该混合动力车辆怠速时可能要求该空调冷凝器的最大功率，因此从该空调冷凝器出来的冷却液体特别暖和，使得该冷却液体的热量可以用能量有效的方式很好地被利用来加热该机动车辆蓄电池。通过能够冷却该增压空气冷却器的冷却介质还有以及该低温冷却器中空调冷凝器的冷却液体两者并且通过利用从空调冷凝器离开的经加热的冷却液体的热量来加热该机动车辆蓄电池，可以进一步利用被该冷却液体吸收的热量，并且可以减少所需要的低温冷却器的冷却能力，使得该混合动力车辆的机动车辆蓄电池、尤其牵引蓄电池的能量有效的温控是可能的。
该空调冷凝器具体是水传导式冷凝器，其中冷却液体(具体为冷却水、冷却油、或制冷剂)流经该冷凝器而不发生相变。具体而言，该空调冷凝器可以具有一个收集器，从经冷却的调节空气中冷凝出来的空气水分可以被收集在其中并且具体被排出。因此可以将该调节空气除湿。随后，可以将该调节空气加热至所希望的温度，其中可以借助于该空调冷凝器来设定该调节空气的希望湿度。具体而言，该增压空气冷却器可以借助于冷却介质(具体为冷却水、冷却油、或制冷剂)来间接冷却增压空气。该增压空气可能之前已经被涡轮增压器压缩并被该增压空气冷却器冷却，然后该经增压且经冷却的增压空气被馈送至燃烧发动机(具体为内燃发动机)。该温控管线具体可以是一个单独回路的一部分，在该单独回路中温控液体可以被加热和/或冷却至所希望的温度以便能够设定和/或调节该机动车辆蓄电池的希望温度。具体而言，该温控液体被选择成与该空调冷凝器的冷却液体是相同的，使得该空调冷凝器的冷却液体可以毫无问题地流经该温控管线并且如果该冷却液体与该温控液体混合则不引起问题。在没有***的热交换介质的情况下，该温控液体可以优选地流经该机动车辆蓄电池并且实现对该机动车辆蓄电池的直接温控。通过省去不同的热交换介质之间的热交换，可以进一步提高能量效率。
具体而言，该低温冷却器、该空调冷凝器、和该温控管线可以相连接而形成预加热回路，该空调冷凝器的冷却液体可以流经该预加热回路。该空调冷凝器的冷却液体因此可以在从该空调冷凝器出来后流经该温控管线并且随后流经该低温冷却器并且再次回流到该空调冷凝器。被该温控管线进行温控的机动车辆蓄电池在这种情况下可以充当该空调冷凝器的冷却液体的额外冷却器。具体而言，在“重新加热”运行模式中，如果具体在该混合动力车辆的电力行驶情况下，该机动车辆蓄电池的动力(具体为电力)被用来使该空调冷凝器运行以便将调节空气除湿，并且随后该机动车辆蓄电池的动力(具体为电力)被用于加热该空调空气，从该空调冷凝器出来的冷却液体的热量可以适当地并且以能量有效的方式用于该机动车辆蓄电池的温控和/或该调节空气的加热。
该温控管线优选地具有用于加热被提供在该温控管线中的温控液体的一个加热器，其中具体而言，该加热器可以提供的加热能力能够至少部分地被分支出来加热已经被该低温冷却器除湿的调节空气。可以利用该加热器来将该温控管线中的温控液体加热至适合的温度。具体而言，如果从该空调冷凝器出来并被馈送至该温控管线的冷却液体不够暖和，或者该空调冷凝器的冷却液体和该温控管线的温控液体在相互分开的回路中流动，这是适宜的。优选地，该加热器的功率能够具体在调节空气已被该空调冷凝器除湿之后用来加热该调节空气。为此目的，例如该调节空气能够沿着该加热器的经加热的热交换表面流动，该热交换表面从该温控管线中伸出。
特别优选地提供高温回路以用于冷却该内燃发动机，其中该高温回路可以连接至该温控管线上从而形成一个共用的加热回路以便借助于该高温回路的冷却流体来加热该机动车辆蓄电池。具体而言，在该混合动力车辆的机械运行过程中，当用于推进该混合动力车辆的驱动动力是由该内燃发动机而不是由该机动车辆蓄电池产生时，该内燃发动机可以升温，而该机动车辆蓄电池可以降温。有待从该内燃发动机排出的热量接着可以用来控制该机动车辆蓄电池的温度，使得可以用能量有效的方式针对该内燃发动机和机动车辆蓄电池两者来调节最佳操作温度。该高温回路的热交换介质具体被选择成与该温控管线的温控液体相同，使得该高温回路的热交换介质可以毫无问题地流经该温控管线并且如果该热交换介质与该温控液体混合则不引起问题。
具体而言，提供了一条旁通管线，该旁通管线可以连接至该空调冷凝器并且连接至该温控管线上，其中该旁通管线将该空调冷凝器的冷却液体越过该低温冷却器传导并且可以与该空调冷凝器和该温控管线连接在一起从而形成一个共用的三角形操作回路。具体而言，如果该空调冷凝器的冷却液体可以在该温控管线中被该机动车辆蓄电池冷却至适当程度，则该冷却液体不需要额外地被该低温冷却器冷却。反而，可以使用该低温冷却器的冷却能力来冷却该增压空气冷却器的冷却介质。
该空调冷凝器优选地通过具体为两位三通换向阀形式的冷凝器阀连接至该低温冷却器和该温控管线上，其中，在该冷凝器阀的第一切换位置中，该空调冷凝器连接至该低温冷却器上，并且在该冷凝器阀的第二切换位置中，该空调冷凝器连接至该温控管线上，其中具体而言，该温控管线通过再循环止回阀连接至该低温冷却器上。借助于该冷凝器阀，该冷却液体的质量流可以容易地完全或部分地经由该温控管线传导、或越过该温控管线传导。借助于该再循环止回阀，能够防止实际上已越过该温控管线传导的冷却液体无意地在相反流动方向上流入该温控管线中。
该温控管线特别优选地具有可以连接至该空调冷凝器上的入口管线并且具有可以连接至低温冷却器上的出口管线，其中该入口管线和该出口管线可以通过具有截止阀的连接管线而彼此相连接。借助于该连接管线，能够形成一个单独的温控回路，在该单独的温控回路中该温控液体可以用循环的方式、具体借助于温控压缩机(优选地为泵的形式)来输送。借助于该截止阀，该入口管线与该出口管线之间的流体连接可以被截止(具体是当该空调冷凝器连接至该温控管线的入口管线上时)，以便使得被输送穿过该温控管线的冷却液体不能以循环的方式在该温控回路中被输送、但是可以被输送返回至该空调冷凝器。通过该截止阀，特别优选地能够将用于冷却该内燃发动机的高温回路连接至该温控回路上。
本发明还涉及一种混合动力车辆，该混合动力车辆具有用于该混合动力车辆的纯机械驱动的燃烧发动机、具有用于该混合动力车辆的纯电力驱动的牵引蓄电池、并且具有可以如上所述进行设计和优化以用于对该牵引蓄电池进行温控的空调回路。通过能够冷却该增压空气冷却器的冷却介质还有以及该空调回路的低温冷却器中空调冷凝器的冷却液体两者并且通过利用从空调冷凝器离开的经加热的冷却液体的热量来加热该机动车辆蓄电池，可以进一步利用被该冷却液体吸收的热量，并且可以减少所需要的低温冷却器的冷却能力，使得该混合动力车辆的机动车辆蓄电池、尤其牵引蓄电池的能量有效的温控是可能的。
本发明还涉及一种通过可以如上所述进行设计和优化的空调回路来对混合动力车辆的机动车辆蓄电池、尤其是牵引蓄电池进行预加热的方法，在该方法中，在该机动车辆蓄电池的阈值温度以下，使用被该空调冷凝器加热的冷却液体来加热该机动车辆蓄电池。通过能够冷却该增压空气冷却器的冷却介质还以及该空调回路的低温冷却器中空调冷凝器的冷却液体两者并且通过利用从空调冷凝器离开的经加热的冷却液体的热量来加热该机动车辆蓄电池，可以进一步利用被该冷却液体吸收的热量，并且可以减少所需要的低温冷却器的冷却能力，使得该混合动力车辆的机动车辆蓄电池、尤其牵引蓄电池的能量有效的温控是可能的。
具体而言，如果额外地，该混合动力车辆的行驶速度低于阈值速度，则被该空调冷凝器加热的冷却液体被用于加热该机动车辆蓄电池。在对应的低行驶速度下，预期该空调冷凝器具有高功率，使得该空调冷凝器的冷却水处于对应的高温下，从而能够加热已经冷却至该阈值温度之下的机动车辆蓄电池。
附图说明
下文中将通过举例、参考附图并且基于多个优选示例性实施例来讨论本发明，其中下文所展示的这些特征可以各自单独地以及组合地构成本发明的一个方面。在附图中：
图1是空调回路的示意图，
图2是该空调回路处于第一切换构型中的示意图，
图3是该空调回路处于第二切换构型中的示意图，
图4是该空调回路处于第三切换构型中的示意图，并且
图5是该空调回路处于第四切换构型中的示意图。
具体实施方式
图1所示的空调回路10具有间接增压空气冷却器12，该间接增压空气冷却器被冷却介质冷却并且与用于冷却该冷却介质的低温冷却器14互连。该冷却介质可以通过压缩机16来输送。此外，提供了一个水传导式空调冷凝器18以用于将调节空气除湿，该空调冷凝器具有用于将冷凝的水分从该调节空气中排出的一个收集器20。空调冷凝器18的冷却液体可以被尤其为泵的形式的空调压缩机21以循环的方式输送。
在该调节空气的除湿过程中，冷却液体在该空调冷凝器18中被加热，该冷却液体(如图2所示)同样可以在低温冷却器14中被冷却。此外，提供了一条温控管线22以用于对进行混合动力车辆的纯电力驱动的、为牵引蓄电池形式的机动车辆蓄电池24进行温控，其中温控管线22可以具有用于加热该温控管线22的温控液体的加热器26和/或用于冷却该温控液体的冷却器，以便针对机动车辆蓄电池24的温控来设定适合的温度。温控管线22可以具有通向机动车辆蓄电池24的入口管线28以及背离机动车辆蓄电池24的出口管线30，该入口管线和出口管线可以经由连接管线32相连从而形成一个共用回路。该温控液体可以借助于温控压缩机34以循环的方式来输送。
如图3所示，高温回路36可以连接至温控管线22上，该高温回路被提供用于冷却该混合动力车辆的燃烧发动机，由此温控管线22和高温回路36形成一个共用加热回路38。为此目的，高温回路36的冷却流体可以经由被提供在连接管线32中的截止阀40来馈送并且可以再次经由出口管线30被供应至该高温回路。
如图4所示，空调冷凝器18可以通过冷凝器阀42选择性地连接至温控管线22的入口管线28上，而出口管线30可以经由再循环止回阀44使空调冷凝器18的冷却液体回流到低温冷却器14和空调冷凝器18。低温冷却器14、空调冷凝器18、和温控管线22在此情况下可以形成一个共用的预加热回路46。经由连接管线32越过机动车辆蓄电池24的旁通流可以被截止阀40和/或被提供在连接管线32中的连接止回阀47阻止。
如图5所示，与图4所示的切换构型相比，从温控管线22中出来的冷却液体可以通过旁通阀经由旁通管线48越过低温冷却器14传导。借助于被提供在低温冷却器14与旁通管线48之间的空调止回阀50，可以防止该冷却液体在相反流动方向上流动穿过低温冷却器14。空调冷凝器18和该温控管线22因此可以无低温冷却器14地形成共用的三角形操作回路52。

Claims (12)

1.一种用于混合动力车辆的空调回路，具有
增压空气冷却器(12)，用于借助于冷却介质来冷却用于燃烧发动机的涡轮增压器的增压空气，
低温冷却器(14)，用于冷却该增压空气冷却器(12)的冷却介质，
空调冷凝器(18)，用于借助于冷却液体将用于对该混合动力车辆的车辆内部隔室进行空气调节的调节空气除湿，
其中，该空调冷凝器(18)能够连接至该低温冷却器(14)上，以便冷却该空调冷凝器的冷却液体，以及
温控管线(22)，用于对该混合动力车辆的纯电力驱动的机动车辆蓄电池(24)进行直接或间接温控，
其中该空调冷凝器(18)能够连接至该温控管线(22)上以便加热该机动车辆蓄电池(24)。
2.如权利要求1所述的空调回路，其特征在于，该低温冷却器(14)、该空调冷凝器(18)和该温控管线(22)能够连接形成预加热回路(46)，该空调冷凝器(18)的冷却液体能流动穿过该预加热回路。
3.如权利要求1或2所述的空调回路，其特征在于，该温控管线(22)具有用于加热被提供在该温控管线(22)中的温控液体的加热器(26)，其中该加热器(26)能提供的加热能力能够至少部分地分支出来加热已经被该空调冷凝器(18)除湿的调节空气。
4.如权利要求1或2所述的空调回路，其特征在于，提供了用于冷却该燃烧发动机的高温回路(36)，其中该高温回路(36)能连接至该温控管线(22)上以形成一个共用加热回路(38)，从而借助于该高温回路(36)的冷却流体来加热该机动车辆蓄电池(24)。
5.如权利要求1或2所述的空调回路，其特征在于，提供了一条旁通管线(48)，该旁通管线能连接至该空调冷凝器(18)并且连接至该温控管线(22)上，其中该旁通管线(48)将该空调冷凝器(18)的冷却液体越过该低温冷却器(14)传导并且能与该空调冷凝器(18)和该温控管线(22)连接在一起从而形成一个共用的三角形操作回路(52)。
6.如权利要求1或2所述的空调回路，其特征在于，该空调冷凝器(18)通过两位三通换向阀形式的冷凝器阀(42)连接至该低温冷却器(14)和该温控管线(22)上，其中，在该冷凝器阀(42)的第一切换位置中，该空调冷凝器(18)连接至该低温冷却器(14)上，并且在该冷凝器阀(42)的第二切换位置中，该空调冷凝器(18)连接至温控管线(22)上，其中该温控管线(22)通过再循环止回阀(44)连接至该低温冷却器(14)上。
7.如权利要求1或2所述的空调回路，其特征在于，该温控管线(22)具有能连接至该空调冷凝器(18)上的入口管线(28)以及能连接至低温冷却器(14)上的出口管线(30)，其中该入口管线(28)和该出口管线(30)能通过具有截止阀(40)的连接管线(32)而彼此相连接。
8.如权利要求1所述的空调回路，其特征在于，所述机动车辆蓄电池(24)是牵引蓄电池。
9.一种混合动力车辆，该混合动力车辆具有用于该混合动力车辆的纯机械驱动的燃烧发动机、具有用于该混合动力车辆的纯电力驱动的牵引蓄电池(24)、并且具有如权利要求1至8之一所述的用于对该牵引蓄电池进行温控的空调回路(10)。
10.一种通过如权利要求1至8之一所述的空调回路(10)来对混合动力车辆的机动车辆蓄电池(24)进行预加热的方法，在该方法中，在低于该机动车辆蓄电池(24)的阈值温度时，被该空调冷凝器(18)加热的冷却液体被用于加热该机动车辆蓄电池(24)。
11.如权利要求10所述的方法，其中，如果该混合动力车辆的行驶速度低于阈值速度，则被该空调冷凝器(18)加热的冷却液体被用于加热该机动车辆蓄电池(24)。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述机动车辆蓄电池(24)是牵引蓄电池。
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