BR112018004063B1

BR112018004063B1 - Arranjo de resfriamento para uma unidade de potência elétrica em um veículo

Info

Publication number: BR112018004063B1
Application number: BR112018004063-0A
Authority: BR
Inventors: Zoltan Kardos; Ola Hall; Markus Mustonen
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2023-02-28
Also published as: EP3350004A4; BR112018004063A2; CN108025634A; CN108025634B; SE540917C2; SE1551177A1; EP3350004A1; KR102029275B1; WO2017048172A1; KR20180049018A

Abstract

ARRANJO DE RESFRIAMENTO PARA UMA UNIDADE DE POTÊNCIA ELÉTRICA EM UM VEÍCULO. A presente invenção diz respeito a um arranjo de resfriamento para um armazenamento de energia elétrica (4) e componentes eletrônicos de potência (5) em um veículo (1). O arranjo de resfriamento compreende um primeiro sistema de resfriamento (6) com um primeiro refrigerante circulante que resfria os componentes eletrônicos de potência (5), um segundo sistema de resfriamento (15) com um segundo refrigerante circulante que resfria o armazenamento de energia elétrica (4), e um sistema de refrigeração (25) configurado para resfriar o segundo refrigerante no segundo sistema de resfriamento (15) em um refrigerador (20). Além disso, o arranjo de resfriamento compreende uma primeira ventoinha de radiador (29) configurada para prover um primeiro fluxo de ar (31) através de um radiador (81) ou uma parte de um radiador (8) do primeiro sistema de resfriamento (6) e um radiador (17) do segundo sistema de resfriamento (15), e uma segunda ventoinha de radiador (32) configurada para prover um segundo fluxo de ar (34) através de um radiador (82) ou uma parte do radiador (8) do primeiro sistema de resfriamento (6) e um condensador (26) do sistema de refrigeração (25).

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO E TECNOLOGIA ANTERIOR

[0001] A presente invenção diz respeito a um arranjo de resfriamento para uma unidade de potência elétrica em um veículo de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

[0002] Veículos híbridos podem ser acionados por uma unidade de potência elétrica em combinação com alguma outra forma de unidade de potência tal como um motor de combustão. A unidade de potência elétrica pode compreender uma máquina elétrica que alternadamente trabalha como motor e gerador, um armazenamento de energia elétrica para armazenar energia elétrica, e componentes eletrônicos de potência para controlar o fluxo de energia elétrica entre o armazenamento de energia elétrica e a máquina elétrica. Os componentes eletrônicos de potência podem incluir um conversor e inversor CC para conduzir energia elétrica entre o armazenamento de energia elétrica e a máquina elétrica. O armazenamento de energia elétrica e os componentes eletrônicos de potência são projetados para operar em uma faixa de temperatura específica. O armazenamento de energia elétrica e os componentes eletrônicos de potência são aquecidos durante operação. Um certo tipo de armazenamento de energia elétrica, por exemplo, não deve ser aquecido a uma temperatura acima de uma temperatura máxima de 40 °C. Os componentes eletrônicos de potência podem ser aquecidos a uma temperatura um pouco mais alta. Consequentemente, é importante resfriar o armazenamento de energia elétrica e os componentes eletrônicos de potência durante operação. Além disso, a eficiência do armazenamento de energia elétrica e a eficiência dos componentes eletrônicos de potência são reduzidas já que eles têm uma temperatura muito baixa. Dessa forma, é também adequado aquecer o armazenamento de energia elétrica e os componentes eletrônicos de potência quando eles estão a uma temperatura muito baixa.

[0003] DE 10 2012 024 080 A1 mostra um veículo acionado por um motor elétrico. Um circuito de resfriamento de baixa temperatura é usado para resfriar um dispositivo de bateria que supre energia elétrica ao motor elétrico. Um circuito de resfriamento de alta temperatura resfria os componentes eletrônicos de potência que controlam o suprimento de potência para o motor elétrico. O circuito de resfriamento de baixa temperatura é, por meio de um trocador de calor, conectável a um circuito CA.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0004] O objetivo da presente invenção é prover um arranjo de resfriamento que provê um controle de temperatura eficiente de um armazenamento de energia elétrica e de componentes eletrônicos de potência em um veículo. Um objetivo adicional é prover um arranjo de resfriamento que pode ser modificado de uma maneira simples. Um objetivo adicional é prover um arranjo de resfriamento que opera de uma maneira eficiente quanto a energia.

[0005] O objetivo supramencionado é alcançado pelo arranjo de acordo com a parte caracterizada da reivindicação 1. Os componentes eletrônicos de potência são resfriados por um primeiro sistema de resfriamento e o armazenamento de energia elétrica é resfriado por um segundo sistema de resfriamento. O uso de dois diferentes sistemas de resfriamento facilita prover um resfriamento individual do armazenamento de energia elétrica e dos componentes eletrônicos de potência. O arranjo de resfriamento compreende duas ventoinhas do radiador que provêm um primeiro fluxo de ar de resfriamento e um segundo fluxo de ar. O primeiro sistema de resfriamento e o segundo sistema de resfriamento compreendem radiadores e o sistema de refrigeração compreende um condensador que podem ser arranjados nos ditos dois fluxos de ar de resfriamento em diferentes combinações. Esta possibilidade possibilita modificar o arranjo de resfriamento de uma maneira simples e adaptá-lo a diferentes tipos de veículos e climas onde o veículo deve ser usado. Além disso, é possível distribuir o resfriamento exigido do armazenamento de energia elétrica no segundo sistema de resfriamento e no sistema de refrigeração de uma maneira variável. O efeito de resfriamento do segundo sistema de resfriamento é definido pela energia de entrada na ventoinha de radiador. O efeito de resfriamento do sistema de refrigeração é definido pela energia de entrada em um compressor do sistema de refrigeração. O arranjo possibilita selecionar uma distribuição apropriada do efeito de resfriamento exigido no segundo sistema de resfriamento e no sistema de refrigeração. Preferivelmente, a distribuição de energia mais eficiente é selecionada na qual o suprimento total de energia de entrada do segundo sistema de resfriamento e do sistema de refrigeração é minimizada.

[0006] De acordo com uma modalidade da invenção, o primeiro sistema de resfriamento compreende um único radiador com uma primeira parte resfriada pelo primeiro fluxo de ar e uma segunda parte resfriada pelo segundo fluxo de ar refrigerante. Neste caso, as diferentes partes do radiador podem ser resfriadas com diferentes vazões de ar das duas ventoinhas do radiador. Alternativamente, o primeiro sistema de resfriamento pode compreender um primeiro radiador resfriado pelo primeiro fluxo de ar e um segundo radiador resfriado pelo segundo fluxo de ar. Em alguns casos, é mais favorável usar dois radiadores menores no primeiro sistema de resfriamento, em vez de um radiador grande.

[0007] De acordo com uma modalidade da invenção, o primeiro sistema de resfriamento compreende pelo menos uma válvula de desvio e uma linha de desvio que permitem que um refrigerante escoe além de pelo menos um radiador do primeiro sistema de resfriamento. Neste caso, o primeiro refrigerante não será resfriado absolutamente em nenhum radiador, em um dos dois radiadores ou em dois de dois radiadores. Desta maneira, é possível variar o resfriamento do primeiro refrigerante e prover um resfriamento ajustado dos componentes eletrônicos de potência. O segundo sistema de resfriamento também pode compreender uma válvula de desvio e uma linha de desvio que permite que um refrigerante escoe além do radiador do segundo sistema de resfriamento. É possível circular o segundo refrigerante no segundo sistema de refrigerante sem resfriamento no radiador quando, por exemplo, o armazenamento de energia elétrica tiver uma temperatura muito baixa.

[0008] De acordo com uma modalidade da invenção, o arranjo compreende um trocador de calor que provê transferência de calor entre o primeiro refrigerante no primeiro sistema de resfriamento e o segundo refrigerante no segundo sistema de resfriamento. Neste caso, é possível equalizar as temperaturas dos refrigerantes em uma posição dos sistemas de resfriamento. A existência de um trocador de calor como este possibilita aumentar ou diminuir a temperatura dos refrigerantes em ambos os sistemas suprindo calor ou frio ao refrigerante em um dos sistemas de resfriamento. O dito trocador de calor pode ser provido para transferir energia entre o primeiro refrigerante em uma linha de saída do radiador do primeiro sistema de resfriamento e o segundo refrigerante em uma linha de saída do radiador do segundo sistema de resfriamento. Nesta posição, o primeiro refrigerante pode ser resfriado a uma temperatura relativamente baixa pelo segundo refrigerante antes de ele entrar nos componentes eletrônicos de potência. O segundo refrigerante pode ser resfriado pelo sistema de refrigeração a uma menor temperatura do que o primeiro refrigerante pelo sistema de refrigeração antes de ele entrar no armazenamento de energia elétrica. Além disso, as linhas de saída do radiador do primeiro sistema de resfriamento e do segundo sistema de resfriamento são normalmente arranjadas próximas uma da outra nesta posição, que facilita o arranjo do trocador de calor.

[0009] De acordo com uma modalidade da invenção, um radiador ou uma parte de um radiador do primeiro sistema de resfriamento é arranjada em uma posição à jusante do radiador do segundo sistema de resfriamento com relação à direção do primeiro fluxo de ar. Neste caso, o segundo refrigerante no segundo sistema de resfriamento será resfriado a uma menor temperatura do que o primeiro refrigerante no primeiro sistema de resfriamento. Uma diferença de temperatura como esta, entre o primeiro refrigerante e o segundo refrigerante, é muitas vezes vantajosa, uma vez que o armazenamento de energia elétrica, que é resfriado pelo segundo refrigerante, normalmente precisa ser resfriado a uma menor temperatura do que os componentes eletrônicos de potência, que são resfriados pelo primeiro refrigerante.

[0010] De acordo com uma modalidade alternativa da invenção, um radiador ou uma parte de um radiador do primeiro sistema de resfriamento é arranjada em uma posição à montante do radiador do segundo sistema de resfriamento com relação à direção do primeiro fluxo de ar. Quando ar ambiente tem uma alta temperatura, o efeito de resfriamento do ar ambiente é baixo. Neste caso, é muitas vezes vantajoso usar o primeiro fluxo de ar para resfriar o primeiro refrigerante no primeiro sistema de resfriamento a fim de garantir o resfriamento dos componentes eletrônicos de potência. De qualquer maneira, o segundo refrigerante pode ser resfriado pelo sistema de refrigeração a fim de permitir uma baixa temperatura adequada antes de ele entrar no armazenamento de energia elétrica. Por outro lado, quando ar ambiente tem uma baixa temperatura, a eficiência de resfriamento do ar ambiente é alta. Neste caso, normalmente basta resfriar o primeiro refrigerante no radiador pelo segundo fluxo de ar. O radiador no primeiro fluxo de ar pode ser desviado. Em decorrência disto, o segundo refrigerante obtém um resfriamento no radiador localizado à jusante pelo ar da temperatura ambiente.

[0011] De acordo com uma modalidade da invenção, um radiador ou uma parte de um radiador do primeiro sistema de resfriamento é arranjada em uma posição à jusante do condensador do sistema de refrigeração com relação à direção do primeiro fluxo de ar. Um arranjo como este do condensador e do radiador do primeiro sistema de resfriamento é vantajoso uma vez que o refrigerante normalmente precisa ser resfriado por ar de uma menor temperatura do que o primeiro refrigerante no primeiro sistema de resfriamento.

[0012] De acordo com uma modalidade da invenção, cada ventoinha de radiador pode ser acionada por um motor elétrico. A velocidade de um motor elétrico é facilmente ajustável e dessa forma a velocidade das ventoinhas do radiador e as vazões de ar de resfriamento através dos radiadores e do condensador. A velocidade das ventoinhas do radiador pode ser controlada por uma unidade de controle. A unidade de controle pode receber informação a respeito da temperatura de um armazenamento de energia elétrica e de componentes eletrônicos de potência e controlar as ventoinhas do radiador a fim de manter continuamente uma temperatura operacional adequada do armazenamento de energia elétrica e de componentes eletrônicos de potência.

[0013] De acordo com uma modalidade da invenção, o primeiro sistema de resfriamento compreende um trocador de calor pelo qual é possível aquecer o primeiro refrigerante por uma fonte de aquecimento externa. Durante certa condição operacional, tal como depois de uma partida a frio em um ambiente frio, os componentes eletrônicos de potência podem ter uma temperatura muito baixa. Neste caso, um meio quente pode ser direcionado para o trocador de calor e aquecer o primeiro refrigerante de uma fonte de aquecimento. O primeiro refrigerante por sua vez aumenta a temperatura dos componentes eletrônicos de potência até um nível de temperatura adequado. Um refrigerante que resfria uma fonte de aquecimento na forma da máquina elétrica pode ser usado para aquecer o primeiro refrigerante e os componentes eletrônicos de potência. O segundo sistema de resfriamento pode compreender um trocador de calor pelo qual é possível aquecer o segundo refrigerante por uma fonte de aquecimento. Por meio disto, é possível prover um aquecimento rápido do armazenamento de energia elétrica no caso de ele ter uma menor temperatura do que uma temperatura mínima. Um refrigerante que resfria uma fonte de aquecimento na forma de um motor de combustão pode ser usado para aquecer o segundo refrigerante e o armazenamento de energia elétrica a um nível de temperatura adequado.

[0014] De acordo com uma modalidade da invenção, a primeira ventoinha de radiador e a segunda ventoinha de radiador são posicionadas no veículo de maneira tal que elas forneçam o primeiro fluxo de ar e um segundo fluxo de ar que são adjacentes, paralelos e na mesma direção. Neste caso, as ventoinhas do radiador são arranjadas relativamente próximas uma da outra em uma superfície do veículo. Preferivelmente, as ventoinhas do radiador são arranjadas em uma superfície dianteira do veículo. Nesta posição, o ar quente ajudará as ventoinhas do radiador a prover o primeiro fluxo de ar e o segundo fluxo de ar.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] A seguir, são descritas modalidades preferidas da invenção, como exemplos, e com referência aos desenhos anexos, em que:

[0016] Fig. 1 mostra um arranjo de resfriamento de acordo com uma primeira modalidade da invenção,

[0017] Fig. 2 mostra um arranjo de resfriamento de acordo com uma segunda modalidade da invenção,

[0018] Fig. 3 mostra um arranjo de resfriamento de acordo com uma terceira modalidade da invenção; e

[0019] Fig. 4 mostra um arranjo de resfriamento de acordo com uma quarta modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERIDAS DA INVENÇÃO

[0020] A Fig. 1 mostra um arranjo de resfriamento para um veículo híbrido esquematicamente indicado 1. O veículo híbrido 1 é acionado por uma máquina elétrica 2 e um motor de combustão 3. A máquina elétrica trabalha alternadamente como motor e gerador. O veículo híbrido 1 compreende um armazenamento de energia elétrica 4 para armazenar energia elétrica, e componentes eletrônicos de potência 5 para controlar o fluxo de energia elétrica entre o armazenamento de energia elétrica 4 e a máquina elétrica 2. O armazenamento de energia elétrica 4 e os componentes eletrônicos de potência 5 são projetados para trabalhar dentro de uma respectiva faixa de temperatura específica. O armazenamento de energia elétrica 4 e os componentes eletrônicos de potência 5 são aquecidos durante operação. Dessa forma, o armazenamento de energia elétrica 4 e os componentes eletrônicos de potência 5 precisam ser resfriados durante operação. Os componentes eletrônicos de potência 5 são projetados para ter uma temperatura um pouco mais alta do que o armazenamento de energia elétrica 4. Em certas condições operacionais, tal como depois de uma partida a frio, a temperatura do armazenamento de energia elétrica 4 e dos componentes eletrônicos de potência 5 pode ser muito baixa. Neste caso, é adequado aquecer o armazenamento de energia elétrica 4 e os componentes eletrônicos de potência 5.

[0021] O veículo híbrido 1 compreende um primeiro sistema de resfriamento 6 com um primeiro refrigerante circulante. O primeiro sistema de resfriamento 6 compreende um tanque de expansão 7. O primeiro refrigerante compreende adicionalmente um radiador 8 onde ele é resfriado. O primeiro refrigerante entra no radiador 8 por meio de uma linha de entrada do radiador 8a e deixa o radiador por meio de uma linha de saída do radiador 8b. A linha de saída do radiador 8b direciona o primeiro refrigerante para uma bomba 9. A bomba 9 circula o primeiro refrigerante no primeiro sistema de resfriamento 6. A bomba 9 direciona o primeiro refrigerante para um trocador de calor 10 onde o primeiro refrigerante pode ser aquecido. Neste caso, um circuito 11, que é uma parte de um sistema de resfriamento que resfria a máquina elétrica 2, é usado para aquecer o primeiro refrigerante. Uma unidade de controle 12 regula o fluxo de meio para o trocador de calor 10 por meio de uma válvula de controle 13. Alternativamente, um aquecedor elétrico pode ser usado para aquecer o primeiro refrigerante. O primeiro refrigerante que deixa o trocador de calor 10 entra nos componentes eletrônicos de potência 5. Primeiramente, o primeiro refrigerante é usado para resfriar os componentes eletrônicos de potência 5, mas pode também ser usado para aquecer os componentes eletrônicos de potência 5. Um sensor de temperatura 14 mede a temperatura do primeiro refrigerante que deixa o trocador de calor 10. Finalmente, o primeiro refrigerante é retornado para o radiador 8.

[0022] O veículo híbrido 1 compreende um segundo sistema de resfriamento 15 com um segundo refrigerante circulante. O segundo sistema de resfriamento 15 compreende um tanque de expansão 16. O segundo sistema de resfriamento 6 compreende adicionalmente um radiador 17 onde ele é resfriado em uma primeira etapa. O segundo refrigerante entra no radiador 17 por meio de uma linha de entrada do radiador 17a e deixa o radiador 17 por meio de uma linha de saída do radiador 17b. A linha de entrada do radiador 17a compreende uma válvula de desvio 18. A válvula de desvio 18 pode direcionar o segundo refrigerante para o radiador 17 ou para uma linha de desvio do radiador 17c que direciona o segundo refrigerante além do radiador 17 e para a linha de saída do radiador 17b. A linha de saída do radiador 17b direciona o segundo refrigerante para uma bomba 19. A bomba 19 circula o segundo refrigerante no segundo sistema de resfriamento 15. A bomba 19 direciona o segundo refrigerante para um refrigerador 20 onde o segundo refrigerante pode ser resfriado em uma segunda etapa. Em seguida, o segundo refrigerante entra em um trocador de calor 21 onde o segundo refrigerante pode ser aquecido. Neste caso, um circuito 22, que é uma parte de um sistema de resfriamento que resfria o motor de combustão 3, é usado para aquecer o segundo refrigerante. A unidade de controle 12 regula o fluxo de refrigerante para o trocador de calor 21 por meio de uma válvula de controle 23. Alternativamente, um aquecedor elétrico pode ser usado para aquecer o segundo refrigerante. O segundo refrigerante que deixa o trocador de calor 21 entra no armazenamento de energia elétrica 4. Primeiramente, o segundo refrigerante é usado para resfriar o armazenamento de energia elétrica 4, mas pode também ser usado para aquecer o armazenamento de energia elétrica 4. Um sensor de temperatura 24 mede a temperatura do segundo refrigerante quando ele deixa o armazenamento de energia elétrica 4. Finalmente, o segundo refrigerante é retornado para o radiador 17.

[0023] O veículo híbrido 1 compreende um sistema de refrigeração 25 com um refrigerante circulante. O sistema de refrigeração 25 compreende um condensador 26 onde o refrigerante condensa. O refrigerante liquefeito é direcionado para uma válvula de expansão 27 onde ele passa por uma queda de pressão e uma temperatura significativamente menor. Em seguida, o refrigerante entra em um evaporador na forma do refrigerador 20 do segundo sistema de resfriamento. O refrigerante é aquecido pelo segundo refrigerante no refrigerador 20 de maneira tal que ele evapora. O refrigerante evaporado é direcionado para um compressor 28. O compressor 28 provê uma compressão do refrigerante. O refrigerante que deixa o compressor 28 e entra no condensador 26 tem uma maior pressão e uma maior temperatura.

[0024] O veículo híbrido 1 compreende uma ventoinha de radiador 29 acionada por um motor elétrico 30. A unidade de controle 12 controla o motor elétrico 30 e a velocidade da ventoinha de radiador 29. A ventoinha de radiador 29 provê um primeiro fluxo de ar 31 através de uma metade do radiador 8 do primeiro sistema de resfriamento e do radiador 17 do segundo sistema de resfriamento. O radiador 17 do segundo sistema de resfriamento é arranjado em uma posição à montante da metade do radiador 8 do primeiro sistema de resfriamento 6 com relação à direção de fluxo do primeiro fluxo de ar 31. Dessa forma, o segundo refrigerante é resfriado a uma menor temperatura no radiador 17 do que o primeiro refrigerante no radiador 8. O veículo híbrido 1 compreende uma segunda ventoinha de radiador 32 acionada por um motor elétrico 33. A unidade de controle 12 controla o motor elétrico 33 e a velocidade da segunda ventoinha de radiador 32. A segunda ventoinha de radiador 32 provê um segundo fluxo de ar 34 através de uma metade restante do radiador 7 do primeiro sistema de resfriamento e do condensador 26 do sistema de refrigeração. O condensador 26 do sistema de refrigerante 25 é arranjado em uma posição à montante da metade do radiador 8 do primeiro sistema de resfriamento 6 com relação à direção de fluxo do segundo fluxo de ar 34. Normalmente, o refrigerante é resfriado a uma menor temperatura no condensador 26 do que o primeiro refrigerante no radiador 8, mas depende da carga do condensador, desempenho do condensador e radiador.

[0025] Durante operação do veículo híbrido 1, a unidade de controle 12 recebe informação a respeito da temperatura do primeiro refrigerante do primeiro sensor de temperatura 14 e informação a respeito da temperatura do segundo refrigerante do segundo sensor de temperatura 24. As temperaturas dos refrigerantes são relacionadas com as temperaturas do armazenamento de energia elétrica 4 e dos componentes eletrônicos de potência 5. Alternativamente, podem ser usados sensores de temperatura que medem diretamente as temperaturas do armazenamento de energia elétrica 4 e dos componentes eletrônicos de potência 5. A unidade de controle 12 controla a velocidade da primeira ventoinha de radiador 29 e da segunda ventoinha de radiador 32 e, dessa forma, o resfriamento do primeiro refrigerante no radiador 8. O primeiro refrigerante é resfriado no radiador 8 a uma temperatura na qual ele resfria os componentes eletrônicos de potência 5. A unidade de controle 12 controla a velocidade da segunda ventoinha de radiador 33 e a temperatura de o segundo refrigerante que deixa o radiador 17. O segundo refrigerante é resfriado em uma primeira etapa no radiador 17 e, em uma segunda etapa, no refrigerador 20 antes de ele resfriar o armazenamento de energia elétrica 4.

[0026] No caso em que os componentes eletrônicos de potência 5 têm uma temperatura muito alta, a unidade de controle 12 pode aumentar a velocidade da primeira ventoinha 29 e/ou a velocidade da segunda ventoinha 32 de maneira tal que o primeiro refrigerante é resfriado a uma menor temperatura no radiador 8. No caso em que os componentes eletrônicos de potência 5 têm uma temperatura muito baixa, ou desnecessariamente baixa, a unidade de controle 12 pode reduzir a real velocidade da ventoinha de radiador 29 e/ou a real velocidade da segunda ventoinha 32 de maneira tal que o primeiro refrigerante que deixa o radiador é resfriado a uma temperatura um pouco mais alta. Alternativamente, ou em combinação, a unidade de controle 12 pode abrir a válvula 13 de maneira tal que o meio que resfria a máquina elétrica 2 aquece o primeiro refrigerante antes de ele atingir os componentes eletrônicos de potência 5.

[0027] No caso em que o armazenamento de energia elétrica 4 tem uma temperatura muito alta, a unidade de controle 12 pode aumentar a velocidade da primeira ventoinha 29 de maneira tal que o segundo refrigerante é resfriado a uma menor temperatura no radiador 17. Alternadamente, ou em combinação, a unidade de controle 12 pode ativar o compressor 28 e prover um resfriamento do segundo refrigerante em uma segunda etapa no refrigerador 20 antes de ele entrar no armazenamento de energia elétrica 4. A fim de aumentar ainda mais o resfriamento do segundo refrigerante, a unidade de controle 12 pode aumentar a real velocidade da ventoinha de radiador 32 de maneira tal que o refrigerante recebe uma menor temperatura de condensação no condensador 26, resultando em um maior resfriamento do segundo refrigerante no refrigerador 20. No caso em que o armazenamento de energia elétrica 4 tem uma temperatura muito baixa, a unidade de controle 12 pode reduzir a real velocidade da primeira ventoinha de radiador 29 e o resfriamento do segundo refrigerante o radiador 17. Alternativamente, a unidade de controle 12 pode reduzir a real velocidade da segunda ventoinha de radiador 32 e reduzir o resfriamento do refrigerante no condensador 26. Além disso, a unidade de controle 12 pode ajustar a válvula de desvio 18 em uma posição de desvio na qual ela direciona o fluxo do segundo refrigerante para a linha de desvio 17 e além do radiador 17. A unidade de controle 12 também pode desligar o compressor 28 do sistema de refrigeração do compressor 25. Em decorrência disto, o segundo refrigerante não recebe resfriamento no refrigerador 20. Finalmente, a unidade de controle 12 pode abrir a válvula 23 de maneira tal que o refrigerante que resfria o motor de combustão 3 aquece o segundo refrigerante no trocador de calor 21 antes de ele entrar no armazenamento de energia elétrica 4.

[0028] Consequentemente, a unidade de controle 12 tem uma grande quantidade de opções para regular as temperaturas do primeiro refrigerante e do segundo refrigerante antes de eles resfriarem o armazenamento de energia elétrica 4 e os componentes eletrônicos de potência 5. A unidade de controle 12 tem acesso a informação a respeito da opção mais eficiente em termos de energia durante diferentes temperaturas do armazenamento de energia elétrica 4 e dos componentes eletrônicos de potência 5. A unidade de controle 12 seleciona a opção mais eficiente quanto a energia para manter ou ajustar as reais temperaturas do armazenamento de energia elétrica 4 e dos componentes eletrônicos de potência 5. A mais eficiente quanto a energia pode ser definida como um mínimo suprimento de energia elétrica às ventoinhas do radiador 29, 30 e ao compressor 28 do sistema de refrigeração 25.

[0029] A Fig 2 mostra uma modalidade alternativa do arranjo de resfriamento. Neste caso, o radiador 8 foi dividido em um dos radiadores menores 81, 82. É normalmente mais fácil encontrar espaço para dois radiadores menores 81, 82 do que para um único radiador grande 8. Além disso, o primeiro sistema de resfriamento compreende uma linha de desvio 35, uma primeira válvula de desvio 36 e uma segunda válvula de desvio 37. A unidade de controle 12 pode ajustar a primeira válvula de desvio 36 em uma posição de não desvio na qual ela direciona o primeiro fluxo de refrigerante para o radiador 82 resfriado pelo segundo fluxo de ar 34 ou em uma posição de desvio na qual ela direciona o primeiro fluxo de refrigerante além do radiador 81, 82. A unidade de controle 12 pode ajustar a segunda válvula de desvio 37 em uma posição de não desvio na qual ela direciona o primeiro fluxo de refrigerante para o radiador 81 resfriado pelo primeiro fluxo de ar 31 ou em uma posição de desvio na qual ela direciona o primeiro fluxo de refrigerante além do radiador 81 resfriado pelo primeiro fluxo de ar 31. Neste caso, a unidade de controle 12 alcança uma opção adicional para regular a temperatura do primeiro refrigerante e o resfriamento/aquecimento dos componentes eletrônicos de potência 5.

[0030] A Fig 3 mostra uma modalidade alternativa adicional do arranjo de resfriamento. Neste caso, um trocador de calor 38 é usado para conduzir energia térmica entre o primeiro refrigerante em uma linha de saída do radiador 8b e o segundo refrigerante na linha de saída do radiador 17b. Neste caso, a diferença de temperatura entre o primeiro refrigerante e o segundo refrigerante pode ser substancialmente eliminada. Em condições operacionais, quando a máquina elétrica 2 aquece o primeiro refrigerante no trocador de calor 10, é possível aquecer o segundo refrigerante pelo primeiro refrigerante no trocador de calor 38 e no armazenamento de energia elétrica 4. Em condições operacionais, quando a máquina elétrica 2 aquece o segundo refrigerante no trocador de calor 21, é possível aquecer o primeiro refrigerante pelo segundo refrigerante no trocador de calor 38 e nos componentes eletrônicos de potência 5.

[0031] A Fig. 4 mostra uma modalidade alternativa adicional do arranjo de resfriamento. Neste caso, os radiadores 81, 17 no primeiro fluxo de ar 31 mudaram as posições. Em decorrência disto, o radiador 17 no segundo sistema de resfriamento 15 é arranjado à jusante do radiador 8i no primeiro sistema de resfriamento 6 com relação à direção de fluxo do primeiro fluxo de ar 31. Quando ar ambiente tem uma alta temperatura, o primeiro fluxo de ar 31 provê um resfriamento efetivo do primeiro refrigerante no radiador localizado à montante 81. Entretanto, existe neste caso um risco de que o primeiro fluxo de ar aqueça o segundo refrigerante no radiador localizado à jusante 17. Quando existe tal risco, o segundo refrigerante é direcionado para a linha de desvio 17c e além do radiador 17. Neste caso, o segundo refrigerante é resfriado a uma baixa temperatura no refrigerador 20 pelo sistema de refrigerante. Quando o ar ambiente tem uma baixa temperatura, a válvula de desvio 36 pode direcionar o primeiro refrigerante para a linha de desvio 35 e dessa forma além do radiador 81. Neste caso, o primeiro refrigerante atinge o resfriamento necessário no radiador 82 pelo segundo fluxo de ar 34. O primeiro fluxo de ar 31 entra no radiador localizado à jusante 17 na temperatura do ar ambiente e provêm um resfriamento efetivo do segundo refrigerante no segundo sistema de resfriamento 15.

[0032] As modalidades supramencionadas do arranjo de resfriamento podem ser projetadas com alterações relativamente pequenas em relação a uma estrutura de base incluindo dois fluxos de ar de resfriamento independentemente controlados 31, 34. Dessa forma, é relativamente descomplicado arranjar os radiadores 8, 81, 82, 17 do sistema de resfriamento 6, 15 e do condensador 26 do sistema de refrigerante em diferentes posições um em relação ao outro no primeiro fluxo de ar 31 e no segundo fluxo de ar 34. Além disso, é fácil arranjar seletivamente um trocador de calor 38 na linha de saída dos radiadores 8b, 17b que provê transferência de calor entre os refrigerantes nos dois sistemas de resfriamento. Finalmente, é possível arranjar um trocador de calor 10, 21 ou outros tipos de elementos de aquecimento no respectivo sistema de resfriamento que aquece o refrigerante.

[0033] Dessa forma, o arranjo de resfriamentos inclui uma pluralidade de componentes que pode ser facilmente adicionada, removida ou substituída por outros componentes.

[0034] A invenção não é maneira nenhuma limitada às modalidades às quais os desenhos se referem, mas pode ser variada livremente dentro dos escopos das reivindicações.

Claims

1. Arranjo de resfriamento para um unidade de potência elétrica em um veículo (1), em que a unidade de potência elétrica compreende uma máquina elétrica (2), um armazenamento de energia elétrica (4) para armazenar energia elétrica, e componentes eletrônicos de potência (5) para controlar o fluxo de energia elétrica entre o armazenamento de energia elétrica (4) e a máquina elétrica (2), e em que o arranjo de resfriamento compreende um primeiro sistema de resfriamento (6) com um primeiro refrigerante circulante que resfria os componentes eletrônicos de potência (5), um segundo sistema de resfriamento (15) com um segundo refrigerante circulante que resfria armazenamento de energia elétrica (4) e um sistema de refrigeração (25) configurado para resfriar o segundo refrigerante no segundo sistema de resfriamento (15) em um refrigerador (20) em que dito sistema de refrigeração (25) compreende um condensador (26), caracterizado pelo fato de que o arranjo de resfriamento compreende uma primeira ventoinha de radiador (29) configurada para prover um primeiro fluxo de ar (31) tanto através de pelo menos uma parte de um radiador (8, 81) do primeiro sistema de resfriamento (6) e através de um radiador (17) do segundo sistema de resfriamento (15) mas não através de dito condensador (26), e uma segunda ventoinha de radiador (32) configurada para prover um segundo fluxo de ar (34) tanto através de pelo menos uma parte do radiador (8, 82) do primeiro sistema de resfriamento (6) e através de dito condensador (26), mas não através de dito radiador (17) do segundo sistema de resfriamento.

2. Arranjo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de resfriamento (6) compreende um único radiador (8) com uma primeira parte resfriada pelo primeiro fluxo de ar (31) e uma segunda parte resfriada pelo segundo fluxo de ar (34).

3. Arranjo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de resfriamento compreende um primeiro radiador (81) resfriado pelo primeiro fluxo de ar (31) e um segundo radiador (82) resfriado pelo segundo fluxo de ar (34).

4. Arranjo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de resfriamento (6) compreende pelo menos uma válvula de desvio (36, 37) e uma linha de desvio (35) que permite que um refrigerante escoe por pelo menos um radiador (81, 82) do primeiro sistema de resfriamento (6).

5. Arranjo de resfriamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o segundo sistema de resfriamento (15) compreende uma válvula de desvio (18) e uma linha de desvio (17c) que permitem que um refrigerante escoe pelo radiador (17) do segundo sistema de resfriamento (15).

6. Arranjo de resfriamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende um trocador de calor (38) que provê transferência de calor entre o primeiro refrigerante no primeiro sistema de resfriamento (6) e o segundo refrigerante no segundo sistema de resfriamento (15).

7. Arranjo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o dito trocador de calor (38) provê transferência de calor entre o primeiro refrigerante em uma linha de saída do radiador (8b) do primeiro sistema de resfriamento (6) e o segundo refrigerante em uma linha de saída do radiador (17b) do segundo sistema de resfriamento (15).

8. Arranjo de resfriamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que um radiador (81) ou uma parte de um radiador (8) do primeiro sistema de resfriamento (6) é arranjado em uma posição à jusante do radiador (17) do segundo sistema de resfriamento (15) com relação à direção de fluxo do primeiro fluxo de ar (31).

9. Arranjo de resfriamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que um radiador (81) ou uma parte de um radiador (8) do primeiro sistema de resfriamento (6) é arranjado em uma posição à montante do radiador (17) do segundo sistema de resfriamento (15) com relação à direção de fluxo do primeiro fluxo de ar (31).

10. Arranjo de resfriamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que um radiador (82) ou uma parte de um radiador (8) do primeiro sistema de resfriamento (6) é arranjado em uma posição à jusante do condensador (26) do sistema de refrigeração com relação à direção de fluxo do primeiro fluxo de ar (31).

11. Arranjo de resfriamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que cada uma das ventoinhas do radiador (29, 32) é acionada por um motor elétrico (30, 33).

12. Arranjo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as velocidades das ventoinhas do radiador (29, 32) são controladas por uma unidade de controle (12).

13. Arranjo de resfriamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de resfriamento (6) compreende um trocador de calor (10) pelo qual é possível aquecer o primeiro refrigerante por uma fonte de aquecimento externa (3).

14. Arranjo de resfriamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o segundo sistema de resfriamento (15) compreende um trocador de calor (21) pelo qual é possível aquecer o segundo refrigerante por uma fonte de aquecimento externa (3).

15. Arranjo de resfriamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que a primeira ventoinha de radiador (29) e a segunda ventoinha de radiador (32) são posicionadas no veículo (1) de maneira tal que elas forneçam um primeiro fluxo de ar (31) e um segundo fluxo de ar (34) que são adjacentes, paralelos e na mesma direção.