CN103068602A - 用于维持车辆中的电池的期望工作温度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于维持车辆（1）中的电池（8）的期望工作温度的装置。该装置包括具有循环的冷却剂的冷却系统（12）。冷却系统包括散热器（14）和热传递区域（12a），在散热器（14）中冷却剂意在被冷却，在热传递区域（12a）中冷却剂与电池（8）接触。该装置还包括具有循环的制冷剂的AC设备。AC回路包括具有第一蒸发器（21）和第一冷凝器（17）的第一回路，在第一蒸发器（21）中制冷剂意在使车辆（1）的驾驶室空间（2）内的空气冷却，在第一冷凝器（17）中制冷剂意在释放热能。该AC设备包括具有第二蒸发器（26）和第二冷凝器（24）的第二回路，在第二蒸发器（26）中制冷剂意在使冷却系统（12）中的冷却剂冷却，在第二冷凝器（24）中制冷剂意在使冷却系统（12）中的冷却剂升温。

Description

用于维持车辆中的电池的期望工作温度的装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于维持车辆中的电池的期望温度的装置。

背景技术

由电力结合一些其它形式的燃料提供动力的混合动力车辆配备有一个或更多电池以存储电能，还配备有调节设备以根据车辆的工作状态来调节在电池与电机之间的电能的流动，该电机交替地用作发动机和发电机。电池和调节设备在工作期间不可避免地经受一定升温。为了电池和调节设备的最佳工作，它们不应当被升温至过高温度。根据其类型，电池不应当被升温至最高温度以上，例如45℃的量级。调节设备可以被升温至稍微高一点的温度。因此，电池和调节设备在工作期间需要冷却。大部分电池的最佳工作温度在20至30℃之间。因此，在电池处于过低温度时，可能还需要使电池升温。

已知的实践是在混合动力车辆中使用空气来冷却电池，但是空气需要是高质量的，这是因为电池对污染物和湿气敏感。因此，已知的实践是使电池位于空气质量高且处于合适温度的车辆的驾驶室空间内。在这种情况下，风扇可以产生通过电池的冷却空气流动。然而，出于各种理由，期望使电池位于车辆中除了驾驶室空间以外的其它位置。另一已知的实践是将电池设置在车辆的发动机空间内。由于在车辆的发动机空间内的空气或多或少被污染，所以不能将其直接用于冷却电池。在这种情况下，以合适的方式包装电池，并且使用AC设备来使电池冷却。当电池需要升温时，这可以借助于电气部件或者通过来自冷却发动机的冷却系统的冷却剂来实现。因此，需要相对复杂的装置来维持发动机空间中的电池的期望温度。在工作期间使用AC设备来冷却电池还包括提供相对大量的能量。

发明内容

本发明的目的是提出一种以能够使电池升温和冷却这两者的相对简单的结构的形式的装置，以便电池能够维持期望工作温度。

利用在引言部分中提及的此类装置来实现这个目的，其特征在于权利要求1的特征部分中所表明的特性。因此，电池由具有循环的冷却剂的冷却系统来冷却。这样的冷却系统可以是相对简单的结构，并且满足电池的主冷却。因此，车辆也包括AC设备以冷却车辆的驾驶室空间。根据本发明，该AC设备提供有包括另一冷凝器和另一蒸发器的第二回路。第二冷凝器可以用于实现冷却系统中的冷却剂的升温，并因此在需要时使电池升温。第二回路中的第二蒸发器可以用于在冷却系统中提供冷却剂的额外冷却，并因此当需要时额外冷却电池。因此，这种情况包括使用具有循环的冷却剂的相对简单的冷却系统，来使容器内的电池主冷却。当需要额外冷却或者电池需要升温时，所述部分现有的AC设备可以用于使电池升温或冷却，以便维持期望的电池工作温度。这样的装置可以是具有相对少部件的相对简单的结构。

根据本发明的实施例，该装置包括适于容纳电池的容器。容纳在容器内防止周围空气与电池直接接触。因此，具有电池的容器甚至能够位于车辆中周围空气包含污染物和湿气的位置处。第二冷凝器和第二蒸发器也有利地位于该容器内，在这种情况下，它们处于在干净环境中的受保护的位置处。

根据本发明的优选实施例，具有第二冷凝器和第二蒸发器的第二回路配置为相对于具有第一冷凝器和第一蒸发器的第一回路并行。在这种版本的AC设备的情况下，共享的压缩机可以用于向第一回路和第二回路这两者输送制冷剂。相同的压缩机也可以用于从第一蒸发器和第二蒸发器这两者收回汽化的制冷剂。电池具有与驾驶室空间内的空气的大致温度相对应的期望工作温度。这使得使用单个AC设备更加容易。

根据本发明的优选实施例，使冷却系统中冷却剂冷却的所述散热器是空气冷却的。所述散热器有利地位于车辆中存在处于周围温度的空气流动通过的位置处，在这种情况下，冷却剂可以经受在散热器中冷却至接近周围温度的温度。可以在散热器附近提供冷却风扇，以使在散热器中的冷却剂的冷却更加有效。散热器可以位于接近容器的外部位置处，在这种情况下，该散热器可以固定于容器的外部表面。这使得冷却系统的线路能够变得非常短。

根据本发明的另一优选实施例，冷却系统包括循环模块，该循环模块能够使冷却剂在两个不同方向上循环通过冷却系统。这样的循环模块可以采取可逆泵的形式，在这种情况下，散热器可以有利地位于冷却系统中第二冷凝器与第二蒸发器之间的位置处。这使得在给定方向上循环的冷却剂在其被引导至电池之前能够在第二蒸发器中经受最后冷却。在这种情况下，与当其仅在散热器中冷却时相比，被引导至电池的冷却剂将会处于更低的温度，并且冷却的冷却剂在此提供了对电池的非常有效的冷却。当在相反方向上循环时，冷却剂在其被引导至电池之前在第二冷凝器中经受最后的升温，在这种情况下，被引导至电池的冷却剂将会处于相对较高的温度。在这个相反方向上的冷却剂循环提供了对电池的有效升温。如果电池处于过低温度时，则因此使冷却剂在使电池升温的方向上循环，而如果电池处于过高温度时，则使冷却剂在冷却电池的相反方向上循环。

根据本发明的另一优选实施例，该装置包括适于控制该装置的控制单元，使得制冷剂仅在冷却系统单独不具备充足的能力来维持电池的期望工作温度的时候循环通过第二回路。利用在冷却系统中循环的冷却剂来冷却电池包括实质上仅提供能量以使泵或类似的用于使冷却剂循环的循环模块运行。在使冷却剂循环中消耗的能量量相对较小。使AC设备运行导致明显更大的能量消耗。因此，从能量的角度来看，如果仅在冷却系统单独不具备充足的能力以维持电池的期望工作温度的时候使用AC设备，则这是有利的。控制单元有利地接收来自检测电池温度的温度传感器的信息，以便决定是否应当激活AC设备。当AC设备需要激活时，控制单元决定冷却剂必须在哪个方向上循环，以使电池经受期望的冷却或升温。

根据本发明的另一优选实施例，该装置包括调节设备，该调节设备适于调节流向和流出电池的电能流，该调节设备也位于容器内，并且在该容器中与冷却系统中的热传递区域中的循环的冷却剂接触。在工作期间，这样的调节设备也经受升温。因此，适当的是可以借助于与冷却电池相同的冷却系统来冷却该调节设备。然而，通常可以允许该调节设备被升温至比电池稍微高一点的温度。可以确定出流向电池和调节设备的各自冷却剂尺度，以便将电池冷却至比调节设备更低的温度。

附图说明

参照附图通过示例的方式描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1示出了具有用于电池的容器的混合动力车辆，

图2示出了用于维持电池的期望工作温度的装置，以及

图3示出了出于另一工作状态的图2中的装置。

具体实施方式

图1示出了提供有驾驶室空间2和载货空间3的货运车辆1。货运车辆1的车体包括纵向承重构件4。货运车辆1是由示意性示出的燃料发动机5和/或示意性示出的电机6提供动力的混合动力车辆。当电机6用作电动机时，其要么由其自身给车辆1提供动力，要么与发动机5一起给车辆1提供动力。电机6在车辆1制动时用作发电机。电机6自身可以使车辆制动直至一定制动水平。在更高的制动水平上，制动过程通过车辆的普通制动来补充。容器7固定在承重构件4中的一个上。存储电能的电池8以及在电池8与电机6之间调节电能流动的调节设备9位于容器装置7中。

图2和3更详细地示出了容器7。容器7是封闭的且包括内部空间11。电池8和所述调节设备9位于封闭空间11中。因此，完全保护电池8和调节设备9，使其免受周围可能是潮湿和受污染的空气的影响。具有循环的冷却剂的冷却系统12配置成与容器7内的电池8和调节设备9热传递接触。可逆泵13使冷却剂循环通过冷却系统12。散热器14位于容器7的外部，与周围空气接触。提供风扇15来驱使空气通过散热器14，以便使冷却剂的冷却更加有效。冷却剂在线路区域12a中与电池8热传递接触。冷却剂在线路区域12b中与调节设备9热传递接触。

车辆1提供有AC设备，以维持驾驶室空间2内的期望温度。AC设备包括适于压缩气态制冷剂的压缩机16。由此，气态制冷剂获得升高的压力和升高的温度。AC设备包括具有第一冷凝器17的第一回路，在第一冷凝器17中使气态制冷剂冷却至使其冷凝的温度。在这里，第一冷凝器17位于车辆1的前部，且与周围空气接触。风扇18驱使空气流动通过冷凝器17。将冷凝的制冷剂引导至膨胀阀20，在膨胀阀20中使该冷凝的制冷剂经受节流并由此获得较低的压力和较低的温度。在此之后，将制冷剂引导至位于驾驶室空间2内或接近驾驶室空间2的蒸发器21。风扇22驱使驾驶室空间内的空气通过蒸发器21。通过蒸发器21中的空气来使制冷剂升温至使其气化的温度。因此，驾驶室空间2内的空气受到对应的冷却。将在蒸发器21中汽化的制冷剂收回到压缩机16。AC设备的这个部分实质上对应于常规的AC设备。

然而，在这种情况下，AC设备包括第二回路。第二回路在第一回路中的位置23处接收来自压缩机16的升温的气态制冷剂。将该气态制冷剂在第二回路中引导至第二冷凝器24，在第二冷凝器24中将该气态制冷剂冷却至使其冷凝的温度。第二冷凝器24位于容器7内，第二冷凝器24在该处使在冷却系统12中循环的冷却剂升温。将冷凝的制冷剂引导至膨胀阀25，在膨胀阀25中使该冷凝的制冷剂经受节流并由此获得较低的压强和较低的温度。在此之后，将制冷剂引导至同样位于容器7内的第二蒸发器26，第二蒸发器26在该处使在冷却系统12中循环的冷却剂冷却。将制冷剂在第二蒸发器26中升温至使其汽化的温度。将汽化的制冷剂通过压缩机16经由位置27从第二蒸发器26收回到第一回路。

AC设备由控制单元28控制。控制单元28接收来自第一温度传感器29和第二温度传感器30的信息，第一温度传感器29检测驾驶室空间2内空气的温度，第二温度传感器30检测电池的温度。控制单元28使用该信息来控制冷却系统12中的压缩机16和可逆泵13的工作。控制单元28还控制第一阀31和第二阀32，可以通过第一阀31来阻止制冷剂流过第一回路，可以通过第二阀32来阻止制冷剂流过第二回路。

在车辆工作期间，控制单元28接收来自与电池8的温度有关的温度传感器30的信息。当能量存储在电池8中或者当电池8提供用于车辆1工作的能量时，电池8和电气部件9不可避免地经受升温。为了使其最佳的工作，电池8应当处于20至30℃之间的温度。电池不应当高于最大可接受温度。这个温度随电池的不同而变化。调节设备9也不应当高于最大可接受温度，调节设备9的最大可接受温度通常比电池的最大可接受温度稍微高一点。为了防止电池8上升至高于最大可接受温度，泵13使冷却剂在图2中所示的方向上循环通过冷却系统。在这里，冷却剂分别在与电池8和调节设备9热传递接触的两个平行的线路区域12a、12b中循环。在正常工作期间，冷却剂因而冷却电池8和调节设备9。将升温的冷却剂引导至散热器14，在散热器14中通过处于周围温度的空气来冷却该升温的冷却剂。因此，在散热器14中释放热能。只要控制单元28接收到的信息为电池维持在可接受的温度，控制单元28就保持阀32处于封闭位置，在该封闭位置时没有制冷剂被引导通过包括第二冷凝器24和第二蒸发器26的第二回路。控制单元28还接收来自温度传感器29的信息。如果在驾驶室空间2内的空气需要冷却，则控制单元28激活压缩机16，并且打开阀31，使得将制冷剂引导通过第一回路。

如果接收到的来自温度传感器30的信息为电池8高于最大可接受温度，则控制单元28将会发现冷却系统12无法单独冷却电池。如果电池8到达相对于最大可接受温度设定有一定余地的阈值以上的温度时，就可以发现这种情况。当控制单元28发现是这种情况时，如果压缩机16还没有被激活，则控制单元28激活压缩机16，并且打开阀32。这将使来自压缩机16的至少部分制冷剂被引导通过第二回路。在第二回路中的制冷剂最初到达第二冷凝器24，在第二冷凝器24中由冷却剂将制冷剂冷却至使其冷凝的温度。因此，冷却系统12中的冷却剂在第二冷凝器24中经受对应的升温。在此之后，将升温的冷却剂引导至散热器14，在散热器14中由周围空气来使其冷却。制冷剂在其到达第二蒸发器26之前在膨胀阀25中经受节流。将制冷剂以降低的压强和降低的温度引导至第二蒸发器26。在这里，制冷剂的压力和温度将会使其以确切低于周围温度的温度在第二蒸发器26中汽化。当冷却剂到达第二蒸发器26时，其可以因此经受第二步的冷却，而达到有利地低于周围温度的温度。将由第二蒸发器26冷却的冷却剂引导至电池8和调节设备9以使其冷却。在制冷剂已经在第二蒸发器26中汽化之后，在位置27处将其引导回第一回路。

因此，使用AC设备的第二回路使冷却剂在第二冷凝器24中升温，在散热器14中冷却，并且在其被引导到电池8和调节设备9之前在第二蒸发器26中最终冷却。由于冷却剂最初在第二冷凝器24中升温，所以当其离开散热器14时的温度将会比单独使用冷却系统时的温度稍微高一点。然而，在第二蒸发器26中的最终冷却使得冷却剂能够被冷却至低于周围温度。这样的冷却在将周围空气用作冷却媒介的散热器14中是不可能的。将冷却剂冷却至低于周围温度对防止电池到达不可接受的高温是必要的，特别是当环境温度较高时。然而，运行AC设备必然需要能量消耗。在这种情况下，AC设备仅用于在必要时冷却电池。从而，使AC设备的使用以及随之发生的冷却电池8和调节设备9的能量消耗最小化。

当从冷却状态或周围处于非常低的温度的状态下启动车辆时，如图3中所示，控制单元28可以接收表明电池处于不可接受的低温的来自温度传感器30的温度值。在这种情况下，控制单元28启动压缩机16，并且同时打开阀32。由此将制冷剂引导通过第二回路。在这些条件下，通常不使用第一回路来冷却驾驶室空间2内的空气。因此，阀31可能是关闭的。在这里，控制单元28激活可逆泵13，以使冷却剂与当对电池8和调节设备9进行冷却时相比在冷却系统以相反的方向循环。在这里，离开电池8和调节设备9的冷却剂最初被引导通过第二蒸发器26，在第二蒸发器26中该冷却剂经受冷却。在此之后，将冷却剂引导通过散热器14，在散热器14中在该冷却剂比空气更冷的时候空气使该冷却剂升温。这导致在散热器14中向冷却剂提供热能。冷却剂最终被引导通过第二冷凝器24，在第二冷凝器24中该冷却剂经受升温至确切高于周围温度的温度。将升温的冷却剂引导通过线路区域12a、12b，在线路区域12a、12b中该冷却剂相对快地使电池8和调节设备9升温至可接受的温度。当控制单元28接收到来自温度传感器30的信息为电池已经到达可接受的温度时，控制单元28关闭压缩机16，并同时关闭阀32，使得制冷剂通过第二回路的循环停止。在这种情况下，AC设备用于使电池升温。因此，在将电池8和调节设备9保持在期望温度的目的的情况下，根据本发明的AC设备可以用于使电池8和调节设备9冷却和升温这两者。

本发明并不限于附图所涉及的实施例，而可以在权利要求范围内自由地变化。具有电池和调节设备9的容器7在这种情况下固定于纵向构件4，但实质上其可以固定在车辆中的任意期望位置处。如果该车辆是公共汽车，则具有电池8和调节设备9的容器7可以固定在该公共汽车的顶部上。

Claims (10)

1.一种用于维持车辆（1）中的电池（8）的期望工作温度的装置，所述装置包括具有循环的制冷剂的AC设备和具有循环的冷却剂的冷却系统（12），AC回路包括具有第一蒸发器（21）和第一冷凝器（17）的第一回路，在所述第一蒸发器（21）中制冷剂意在使所述车辆（1）的驾驶室空间（2）内的空气冷却，在所述第一冷凝器（17）中所述制冷剂意在释放热能，所述冷却系统包括散热器（14）和热传递区域（12a），在所述散热器（14）中所述冷却剂意在被冷却，在所述热传递区域（12a）中所述冷却剂与所述电池（8）接触，其特征在于：所述AC设备包括具有第二蒸发器（26）和第二冷凝器（24）的第二回路，在所述第二蒸发器（26）中所述制冷剂意在使所述冷却系统（12）中的所述冷却剂冷却，在所述第二冷凝器（24）中所述制冷剂意在使所述冷却系统（12）中的所述冷却剂升温。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置包括适于容纳所述电池（8）的容器（7）。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述第二冷凝器（24）和所述第二蒸发器（26）位于所述容器（7）内。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：具有所述第二冷凝器（24）和所述第二蒸发器（26）的所述第二回路配置为相对于具有所述第一冷凝器（17）和所述第一蒸发器（21）的所述第一回路并行。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于：使所述冷却系统中的所述冷却剂冷却的所述散热器（14）是空气冷却的。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述散热器（14）位于接近所述容器（7）的外部位置处。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于：所述冷却系统包括循环模块（13），所述循环模块（13）能够使所述冷却剂在不同方向上循环通过所述冷却系统（12）。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于：所述散热器（14）位于所述冷却系统中所述第二冷凝器（24）与所述第二蒸发器（26）之间的位置处。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于：所述装置包括控制单元（28），所述控制单元（28）适于控制所述装置，使得所述制冷剂仅在所述冷却系统（12）单独不具备充足的能力来维持所述电池（8）的期望工作温度的时候循环通过所述第二回路。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于：所述配置包括调节设备（9），所述调节设备（9）适于调节流向和流出所述电池（8）的电能流，所述调节设备（9）也位于所述容器（7）内，并且在所述容器（7）中与第二热传递区域（12b）中的所述冷却剂接触。

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