CN114940041A - 空调***、机动车以及用于运行空调***的方法 - Google Patents

空调***、机动车以及用于运行空调***的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于可电驱动机动车的空调***(1)，该空调***包括：要进行温度调节的第一车辆部件(5)；要进行温度调节的第二车辆部件(6)，所述第二车辆部件设置在至少一个散热器(12)上；以及设置用于对各车辆部件(5、6)进行温度调节的、引导传热介质的第一回路(2)，第一车辆部件(5)和第二车辆部件(6)的所述至少一个散热器(12)连接到该第一回路上，在所述至少一个散热器(12)上设置有加热装置(16)，该加热装置设计成用于将热能输出至传热介质，所述热能能够经由传热介质至少部分地传输至第一车辆部件(5)以该加热第一车辆部件(5)。本发明还涉及一种机动车以及一种用于运行空调***(1)的方法。

Description

空调***、机动车以及用于运行空调***的方法
技术领域
本发明涉及一种用于可电驱动的机动车的空调***。该空调***包括要进行温度调节的第一车辆部件、要进行温度调节的第二车辆部件和设置用于对各车辆部件进行温度调节的、引导传热介质的第一回路。本发明还涉及一种可电驱动的机动车以及一种用于运行空调***的方法。
背景技术
本文关注于用于可电驱动的机动车、即混合动力车辆或电动车辆的空调***。可电驱动机动车具有电的驱动传动系，该电的驱动传动系通常具有至少一个电牵引机器或者说驱动机器并且具有用于供应电驱动机器的可充电的牵引电池、如高压储能器。空调***在此用于执行机动车中的不同温度调节任务，即对不同车辆部件输送或导出热量，以确保机动车的优化的运行。
对于机动车的优化的运行，例如对牵引电池的温度调节特别重要。为了进行温度调节、即为了加热和冷却牵引电池，牵引电池通常接入到机动车的空调***的引导传热介质的回路中。该回路通常具有单独的加热器，以用于加热牵引电池。这种加热器是附加的车辆部件并且因此增加了成本和空调***在机动车中所需的安装空间。也已知使用其它车辆部件的损耗功率来加热牵引电池。但这通常是低效的。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种解决方案，借助于该解决方案可有效且低成本地对可电驱动的机动车的车辆部件进行温度调节。
根据本发明，所述任务通过具有根据相应独立权利要求的特征的空调***、可电驱动的机动车以及用于运行该空调***的方法来解决。本发明的有利实施方案是从属权利要求、说明书以及附图的内容。
根据本发明的用于可电驱动的机动车的空调***包括要进行温度调节的第一车辆部件；要进行温度调节的第二车辆部件，所述第二车辆部件设置在至少一个散热器上；以及设置用于对各车辆部件进行温度调节的、引导传热介质的第一回路，所述第一车辆部件和所述第二车辆部件的所述至少一个散热器连接到该第一回路上。在所述至少一个散热器上设置有加热装置，该加热装置设计成用于将热能输出至传热介质，其中，所述热能能够经由传热介质至少部分地被传输至第一车辆部件以加热该第一车辆部件。
本发明还包括一种用于运行根据本发明的空调***的方法。在此，确定第一车辆部件的加热需求，操控加热装置以输出热能，并且将在第一回路中的传热介质流控制成，使得经由所述至少一个散热器输出至传热介质的热能至少部分地借助于传热介质从第二车辆部件传输至第一车辆部件。
本发明还涉及一种包括根据本发明的空调***的可电驱动的机动车。所述机动车尤其是构造为轿车。所述机动车具有电的驱动传动系，该电的驱动传动系尤其是具有可充电的牵引电池或者说牵引蓄电池、如高压储能器、电牵引机器和相应的功率电子装置、如逆变器。
空调***构造成用于在机动车中使用。空调***在此可在不同的运行模式下、即不同的加热模式和不同的冷却模式下运行。不同的运行模式可由空调***的控制装置提供。控制装置可集成到机动车的一个或多个控制器中。
空调***具有第一回路，该第一回路构造成用于循环传热介质并且为此尤其是具有对应的管路以及至少一个泵。传热介质例如可以是冷却剂、如水/乙二醇混合物，或制冷剂。第一回路具有两个车辆部件。第一回路也可经由调节元件、如阀连接到空调***的其它引导传热介质的回路上。优选第一车辆部件是机动车的牵引电池并且第二车辆部件是电子部件，该电子部件尤其是具有与牵引电池电连接的功率电子装置。除了功率电子装置外，电子部件也可具有其它部件、如DC/DC转换器、充电器、控制器等。第二车辆部件设置在至少一个散热器上，即与所述至少一个散热器热耦合。第二车辆部件也可分布在多个散热器上。在电子部件的情况下，例如电子部件的结构元件可安装在散热器的表面上。所述至少一个散热器连接到第一回路上。为了冷却第二车辆部件，第二车辆部件可将其废热输出至所述至少一个散热器，所述至少一个散热器将废热输出至传热介质。所述至少一个散热器在此可被传热介质穿流。但所述至少一个散热器也可以是被动散热器，其例如设置在第一回路的传热介质管路上。经由所述至少一个散热器，第二车辆部件连接到第一回路上以冷却第二车辆部件。
第一车辆部件也连接到第一回路上。例如第一车辆部件也可具有连接到第一回路上的另一散热器。在牵引电池的情况下，牵引电池例如可具有被传热介质穿流的冷却板作为所述另一散热器，该冷却板为了冷却牵引电池的电池单体而设置在电池单体上。电子部件以及设有所述电子部件的所述至少一个散热器例如可与电池单体一起设置在牵引电池的电池壳体中。但也可规定，电子部件与牵引电池分开地构造。为了冷却所述车辆部件，可将深冷器(Chiller)或者说制冷机连接到所述第一回路上，该深冷器或制冷机设计成用于从第一回路传输由相应的车辆部件输出至传热介质的废热。散热器在第一回路中尤其是设置在深冷器上游和第一车辆部件下游。
为了能够加热第一车辆部件，在分配给第二车辆部件的所述至少一个散热器上设置有加热装置。在此，所述加热装置可具有至少一个加热元件，所述至少一个加热元件可设置在所述至少一个散热器的表面上或所述至少一个散热器的表面中或者也可设置或者嵌入所述至少一个散热器的被传热介质穿流的冷却通道中。电子部件可具有用于加热装置的接头，从而例如可从牵引电池向加热装置供应电能。在加热装置由高压电池供电的情况下，加热装置可提供特别高的加热功率。所述至少一个加热元件尤其是PTC加热元件。这种PTC加热元件具有自限性的优点，也就是说，即使在加热元件的故障情况下，由该加热元件提供的温度也不会超过预定的最大值。此外，这种加热元件可以以简单的方式运行，例如通过将加热元件经由可控开关连接到能量供应装置上。
空调***的控制装置尤其是设计成用于操控加热装置以便将热能输出至散热器。在加热装置的激活状态中，该加热装置输出热能或者说热量。由于所述至少一个散热器连接到引导传热介质的第一回路上，所以热能经由所述至少一个散热器或直接输出至传热介质并且通过冷却管路继续输送。控制装置例如可控制第一回路中的传热介质流以便将热能传输到第一车辆部件。例如控制装置可为此激活对应的泵，以便输送传热介质并且在必要情况下操控特定的调节元件或者更准确地说阀，以便将第一车辆部件和具有散热器的第二车辆部件流体串联连接。
这种设置在散热器上的加热装置具有特别高的效率。通过在传热介质和加热装置之间的经由散热器的良好的热耦合，可在第一回路中以有利的方式放弃附加的、昂贵的和需要大的安装空间的加热器、如电的连续式加热器(EDH)。
优选所述至少一个散热器是可被传热介质穿流的冷却板。在冷却板支承电子部件、如逆变器、DC/DC转换器、充电器、控制器等作为第二车辆部件的情况下，冷却板具有相对大的尺寸、如至少80cm*30cm并且因此具有可用于温度调节的大面积。冷却板具有以上侧和下侧形式的表面，在各表面之间构造有用于引导传热介质的冷却通道。第二车辆部件的结构元件设置在各表面之一上、如上侧上。加热装置尤其是具有至少一个面状的加热元件，所述至少一个面状的加热元件设置在所述至少一个散热器的、如冷却板的各表面之中的至少一个表面上或中并且因此将热能经由所述至少一个散热器输出至传热介质。在加热装置嵌入冷却通道的情况下，该加热装置可将热能直接输出至传热介质。所述面状的加热元件例如可设置在所述至少一个散热器的表面和第二车辆部件之间。替代性地或附加地，面状的加热元件可设置在所述至少一个散热器的第一表面上，而第二车辆部件设置在所述至少一个散热器的相对置的第二表面上。
面状的加热元件例如可以是加热丝，其设置在所述至少一个散热器的表面上或所述至少一个散热器的表面中或嵌入冷却通道中。为了延长由加热丝形成的加热路径，加热丝例如可曲折状地设置在所述表面中或所述表面上。
然而，特别优选所述至少一个加热元件是加热膜，其尤其是在所述至少一个散热器的表面的至少50％、优选至少90％上延伸。所述加热膜例如可具有两层薄的塑料，在这两层薄的塑料之间设有导电层。该导电层例如可包括碳糊。加热膜例如可通过气相沉积设置在所述至少一个散热器的表面上。由于冷却板具有可用于温度调节的大面积，因此加热膜也可在冷却板的表面上占据大面积并且因此提供特别高的加热功率以加热第一车辆部件。此外，这种加热膜具有小的安装空间需求，从而加热装置构造得特别节省空间。
证明有利的是，空调***具有与第一回路热耦合的至少一个第三车辆部件，其中，由加热装置提供的热能可部分地传递到所述至少一个第三车辆部件以加热所述至少一个第三车辆部件。由加热装置提供的热量因此例如可由控制装置根据车辆部件的加热需求任意分配给车辆部件。第三车辆部件在此可以是直接连接到第一回路上的部件。这种部件例如可以是用于加热机动车的内部空间的加热冷凝器。
所述至少一个第三部件也可以是空调***的引导传热介质的第二回路，该第二回路与第一回路热耦合，其中，第一回路和第二回路引导作为传热介质的冷却剂，并且由加热装置提供的热能能够部分地传递至第二回路以加热第二回路。第二回路尤其是构造成用于对机动车的内部空间进行温度调节。加热装置的热能在此输出至在第二回路中循环的冷却剂。为了将加热功率从在第二回路中循环的冷却剂传递到机动车的内部空间或者更确切地说客舱中，例如可将热交换器连接到第二回路上。
也可规定，空调***具有引导制冷剂的制冷回路，经由该制冷回路，引导冷却剂的第一回路和引导冷却剂的第二回路热耦合，其中，热能能够经由制冷回路从第一回路传递到第二回路中。例如，第一回路的也连接到制冷回路上的深冷器和连接到第二回路上的冷凝器、如水冷式冷凝器可在热泵运行中运行，在所述热泵运行中，热量、如加热装置的热能从第一回路输送到第二回路中。替代性地或附加地，第一回路和第二回路也可经由热交换器热耦合。
参照根据本发明的空调***提出的实施方式及其优点对应地适用于根据本发明的机动车以及根据本发明的方法。
本发明的其它特征由权利要求、附图和附图说明得出。在上面说明中提到的特征和特征组合以及在下面附图说明中提到和/或仅在附图中示出的特征和特征组合不仅可在相应给出的组合中使用而且也可在其它组合中使用或可单独使用。
附图说明
现在借助一种优选实施例以及参考附图更详细地阐述本发明。
附图如下：
图1示出根据本发明的空调***的一种实施方式的示意图；
图2示出根据第一实施方式的第二车辆部件的、散热器的和加热装置的示意图；并且
图3示出根据第二实施方式的第二车辆部件的、散热器的和加热装置的示意图。
具体实施方式
在附图中相同以及功能相同的元件设有相同的附图标记。
图1简化地示出用于在此未示出的可电驱动的机动车的空调***1的一种实施方式。所述空调***1在此具有引导传热介质的第一回路2、引导传热介质的第二回路3和引导传热介质的第三回路4。所述第一回路2、第二回路3和第三回路4在此引导作为传热介质的冷却剂或者说冷却流体。作为对此的替代性方案，各回路2、3、4也可引导作为传热介质的制冷剂。在第一回路2上连接有两个车辆部件5、6。第一车辆部件5在此是机动车的牵引电池7，并且第二车辆部件6在此是机动车的电子部件8。所述电子部件8例如可具有逆变器，该逆变器与牵引电池7且与电驱动机器9电连接，该电驱动机器在此连接到第三回路4上。为了冷却电驱动机器9，在第三回路4上连接有环境冷却装置10，经由该环境冷却装置可将驱动机器9的废热导出至机动车的环境。第一回路2和第三回路4在此可经由阀装置11流体耦合并且因此热耦合。各回路2、3、4的其它可能的泵、阀装置如截止阀、旁路等在此没有示出或者没有更详细地描述。
为了冷却第二车辆部件6，在此将该第二车辆部件设置在散热器12上。散热器12连接到第一回路2上。第二车辆部件6的废热因此可经由散热器12输出至第一回路2的冷却剂。第一车辆部件5也可具有在此未示出的散热器，经由该散热器，第一车辆部件5连接到第一回路2上以便进行冷却。为了能够将车辆部件5、6的由冷却剂输送的废热从第一回路2导出，在此在第一回路2上还连接有深冷器13。深冷器13与空调***1的在此未示出的制冷回路耦合，制冷剂在该制冷回路中循环。为了在第一回路2中输送冷却剂，在此在回路2中还设有泵14，该泵可由空调***1的控制装置15操控。
由于为了第一车辆部件5的优化的运行也可能需要加热该第一车辆部件，因此在第一回路2上也连接有加热装置16，该加热装置可将热能馈入冷却剂中并且因此馈入第一回路2中。为此，将加热装置16设置在支承第二车辆部件6的散热器12上。图2和图3示出加热装置16在散热器12上的不同设置可能性。散热器12尤其是构造为具有以上侧18和下侧19形式的表面的冷却板17。第二车辆部件6的结构元件20设置在所述表面18、19之一上、在此设置在上侧18上。冷却板17设置在冷却剂的流动路径21中。例如，冷却板17可具有被冷却剂穿流的冷却通道。加热装置16在此具有至少一个加热膜22，所述至少一个加热膜贴靠地设置所述表面18、19之中的至少一个表面上。根据图2，加热膜22设置在冷却板17的下侧19上，从而冷却板17设置在第二车辆部件5和加热膜22之间。根据图3，加热膜22设置在第二车辆部件5和冷却板17之间的上侧18上。加热膜22例如可通过气相沉积固定在相应的表面18、19上。基于加热膜22的小的厚度，加热膜可特别节省空间地设置在空调***1中。
加热装置16可由控制装置15操控和激活。然后加热装置16向散热器12输出热能，经由该散热器，热能馈入冷却剂中。此外，控制装置15还激活泵14，以便将冷却剂从第二车辆部件6输送至第一车辆部件5。由此，热能被传输至第一车辆部件5，以便加热该第一车辆部件。尤其是没有另外的加热装置、特别是没有电的连续式加热器连接到第一回路2上。
热能在此可完全或仅部分地被传输到第一车辆部件5。一部分热能也可馈入第二回路3中。第二回路3在此构造成用于对机动车内部空间进行温度调节。输送到第二回路3中的热能因此可用于加热所述内部空间。为此，例如热交换器23可连接到第二回路3上，经由该热交换器可将输送到第二回路3中的热量导出至内部空间。为了在第二回路3中输送冷却剂，在该第二回路上连接一个另外的泵24。附加的加热器25也可连接到第二回路3上。
第一回路2和第二回路3热耦合。在此，该热耦合经由热泵进行，该热泵借助于第一回路2的深冷器13、制冷回路和第二回路3的冷凝器26形成。在热泵运行中，深冷器13可经由制冷回路向冷凝器26输出热量。由于具有散热器12的第二车辆部件5在第一回路2中设置在深冷器13上游并且因此深冷器13设置在散热器12和第一车辆部件5之间，控制装置15可控制一部分热能，这部分热能经由深冷器13从第一回路2导出至第二回路3。

Claims (15)

1.一种用于可电驱动的机动车的空调***(1)，该空调***包括：
-要进行温度调节的第一车辆部件(5)；
-要进行温度调节的第二车辆部件(6)，所述第二车辆部件设置在至少一个散热器(12)上；以及
-设置用于对各车辆部件(5、6)进行温度调节的、引导传热介质的第一回路(2)，所述第一车辆部件(5)和所述第二车辆部件(6)的所述至少一个散热器(12)连接到该第一回路上，
其中，在所述至少一个散热器(12)上设置有加热装置(16)，所述加热装置设计成用于将热能输出至传热介质，所述热能能够经由传热介质至少部分地传输至所述第一车辆部件(5)以加热该第一车辆部件(5)。
2.根据权利要求1所述的空调***(1)，其特征在于，所述空调***(1)具有控制装置(15)，该控制装置设计成用于操控加热装置(16)以便将热能输出至所述至少一个散热器(12)并且控制在第一回路(2)中的传热介质流以便将热能传输至第一车辆部件(5)。
3.根据权利要求1或2所述的空调***(1)，其特征在于，所述第一车辆部件(5)是机动车的牵引电池(7)，并且所述第二车辆部件(6)是电子部件(8)，所述电子部件尤其是具有与所述牵引电池(7)电连接的功率电子装置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的空调***(1)，其特征在于，所述至少一个散热器(12)是能被传热介质穿流的冷却板(17)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的空调***(1)，其特征在于，所述加热装置(16)具有至少一个加热元件，所述至少一个加热元件设置在所述至少一个散热器(12)的至少一个表面(18、19)上或所述至少一个散热器的至少一个表面中或集成到所述至少一个散热器(12)中。
6.根据权利要求5所述的空调***(1)，其特征在于，所述至少一个加热元件构造为加热膜(22)，所述加热膜尤其是在散热器(12)的表面(18、19)的至少50％、优选至少90％上延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的空调***(1)，其特征在于，在第一回路(2)上连接有用于冷却第一回路(2)的各车辆部件(5、6)的深冷器(13)。
8.根据权利要求7所述的空调***(1)，其特征在于，所述至少一个散热器(12)在第一回路中设置在所述深冷器(13)上游和所述第一车辆部件(5)下游。
9.根据前述权利要求中任一项所述的空调***(1)，其特征在于，所述空调***(1)具有至少一个第三车辆部件，所述至少一个第三车辆部件与第一回路(2)热耦合，其中，由加热装置(16)提供的热能能够部分地传递至所述至少一个第三车辆部件以加热所述至少一个第三车辆部件。
10.根据权利要求9所述的空调***(1)，其特征在于，所述空调***(1)具有引导传热介质的第二回路(3)作为所述至少一个第三车辆部件，该第二回路与第一回路(2)热耦合，其中，所述第一回路(2)和第二回路(3)引导作为传热介质的冷却剂，并且由加热装置(16)提供的热能能够部分地传递至第二回路(3)以加热所述第二回路(3)。
11.根据权利要求10所述的空调***(1)，其特征在于，所述空调***(1)具有引导制冷剂的制冷回路，经由该制冷回路，所述第一回路(2)和第二回路(3)热耦合，其中，热能能够经由该制冷回路从第一回路(2)传递至第二回路(3)中。
12.根据权利要求10或11所述的空调***(1)，其特征在于，所述第二回路(3)构造成用于对机动车的内部空间进行温度调节。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的空调***(1)，其特征在于，所述空调***(1)的控制装置(15)设计成用于将热能分配到所述第一车辆部件(5)和所述至少一个第三车辆部件上。
14.一种机动车，所述机动车具有根据前述权利要求中任一项所述的空调***(1)。
15.一种用于运行根据权利要求1至13中任一项所述的空调***(1)的方法，所述方法包括如下步骤：
-确定第一车辆部件(5)的加热需求，
-操控加热装置(16)以输出热能；
-将在第一回路(2)中的传热介质流控制成，使得经由所述至少一个散热器(12)输出至传热介质的热能至少部分地经由该传热介质从第二车辆部件(6)传输至第一车辆部件(5)。
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