CN103429446A

CN103429446A - 调节机动车辆部件温度的方法以及调节该部件温度的系统

Info

Publication number: CN103429446A
Application number: CN2011800690529A
Authority: CN
Inventors: S·克莱古特; S·劳德特
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: EP2661378B1; WO2012093218A1; JP2014509171A; FR2970367B1; FR2970367A1; EP2661378A1; ES2530165T3; CN103429446B; WO2012093218A9; US20130313249A1

Abstract

调节机动车辆部件的温度的方法，所述机动车辆包括用于为电池充电的感应系统，所述感应充电系统包括允许将磁能转换为用于为所述电池充电的电能的线圈，所述方法包括使用在所述线圈中通过焦耳效应产生的热能为所述机动车辆部件加热，尤其是为机动车辆的舱室加热的步骤。

Description

调节机动车辆部件温度的方法以及调节该部件温度的系统

技术领域

本发明涉及一种调节机动车辆部件温度的方法。本发明还涉及一种调节机动车辆部件温度的系统。最后，本发明涉及包括这样的温度调节系统的机动车辆。

背景技术

在内燃机驱动的车辆中，通过传热流体回路冷却引擎。由于此类引擎的效率很低，因此，大量能量以热的形式耗散。在夏季，所有这些热传递到传热流体并由通常位于车辆前端的第一热交换器散发掉。在冬季，传热流体还通过通常位于仪表板内的第二交换器并为车辆内室供热。引擎产生的热能非常大，并且温度增加足够快，这种内室加热方案一般足够用。

对于电驱动车辆而言，甚至在较小程度上对于混合动力车辆而言，加热是一项值得关注的问题，因为电动机的效率远超于内燃机的效率。这样，大量的电动车辆直接安装电阻加热器（也称为PTC电阻器）来为内室加热，或者在某些情况下，车辆安装辅助加热器（这样会增加成本并造成污染）。使用电阻加热器本质上会减小电动车辆的范围。因此，重要的是使对这些电阻加热器的使用最小化以优先考虑电动车辆范围。

我们还知道电动车辆，其中无需在电能源（例如包括电力干线）与电动车辆之间有电流接触便可对电池进行充电。以感应的方式实现电耦合，第一感应线圈位于电能源处，第二感应线圈位于面朝第一线圈的车辆内。

专利EP 715391 B1和EP 0651404介绍了这种机动车辆。

专利EP 715391 B1描述了一种系统，其中用户需要将电源电缆从充电端移至车辆（就像往油箱里加油一样）。此系统被设计为无论外部温度如何，通过使通过电缆的流体循环，使该电缆保持恒温；因此在冬季，必须加热该流体，在夏季可能需要在流体工作一定长度的时间之后进行冷却。流体沿一个方向通过电缆，然后沿另一方向返回。去除的热量被散发到车辆外部。

专利EP 651404描述了一种系统，其中对机动车辆中的变压器进行冷却并将热量散发到车辆外部。

发明内容

本发明的目的是提供一种温度调节方法，该方法克服上述问题并改进现有技术中公知的方法。具体而言，本发明提出一种简单并允许优化机动车辆中电力消耗的方法。

根据本发明的方法调节机动车辆的部件的温度，所述机动车辆包括用于为电池充电的感应系统，所述感应充电系统包括允许将磁能转换为用于为所述电池充电的电能的线圈。所述方法包括使用在所述线圈中通过焦耳效应产生的热能为所述机动车辆的所述部件加热，尤其是为机动车辆内室加热的步骤。

使用在所述线圈中产生的所述热能为所述机动车辆的所述部件加热的步骤可以包括通过传热流体使所述线圈与所述部件进行热耦合的阶段。

使用在所述线圈中产生的所述热能为所述机动车辆的所述部件加热的步骤可以包括使所述传热流体通过所述线圈循环的阶段。

本发明还涉及一种调节机动车辆的部件的温度的系统，所述机动车辆包括用于为电池充电的感应系统。所述感应充电系统包括允许将磁能转换为用于为所述电池充电的电能的线圈。所述调节系统包括将所述线圈与所述机动车辆的所述部件进行热耦合的装置。

所述热耦合装置可以包括在所述线圈中制成的传热流体导管。

所述线圈可以包括绕一圈或多圈的管子。

所述管子可以由导电材料制成，尤其是由诸如铜之类的金属制成，并且在外部被电绝缘和/或热绝缘材料层覆盖。

所述管子在内部可以被材料层覆盖，尤其是被电绝缘材料层覆盖。

所述线圈可以包括内部的第一管，尤其是由电绝缘材料制成的内部的第一管，以及外部的第二管，尤其是由电绝缘和/或热绝缘材料制成的外部的第二管，在内部的管与外部的管之间放置导电材料，尤其是一圈织物的或非织物的导电线束。

所述温度调节系统可以包括与所述机动车辆周围的外部空气进行热耦合的第一交换器。

所述温度调节系统可以包括与所述第一交换器并联的第一旁路和用于调节传热流体通过所述第一交换器的部分以及传热流体通过所述第一旁路的部分的第一阀。

所述温度调节系统可以包括与所述部件进行热耦合以在所述传热流体与所述部件之间传递热的第二交换器。

所述温度调节系统可以包括与所述第二交换器并联的第二旁路和用于调节传热流体通过所述第二交换器的部分以及传热流体通过所述第二旁路的部分的第二阀。

所述温度调节系统可以包括第三交换器，该第三交换器与包括所述电池的所述车辆的电力传动系统的至少一个部件进行热耦合，以在所述传热流体与该部件之间传递热。

根据本发明，机动车辆包括以上定义的温度调节系统。

附图说明

通过举例的方式，附图描述了根据本发明的调节系统的两个实施例。

图1是根据本发明的调节系统的第一实施例的示意图。

图2是根据本发明的调节系统的第二实施例的示意图。

图3是为机动车辆电池充电的感应系统的实施例的示意图。

图4是机动车辆内室加热系统的详细示图。

图5是安装到机动车辆上的次级线圈的第一实施例的示意性截面图。

图6是安装到机动车辆上的次级线圈的第二实施例的示意性截面图。具体实施方式

图1所示的温度调节系统10可以调节机动车辆（尤其是具有感应充电装置的电动车辆）的部件集合13内包含的部件60的温度。该机动车辆部件例如可以包括机动车辆的内室60和/或机动车辆的电动机和/或机动车辆的电池（尤其是为驱动机动车辆的电动机和/或诸如电池充电器或逆变器之类的机动车辆的一个或多个电气元件供电的电池）。该机动车辆部件还可以包括其它任何元件。机动车辆部件集可以包括电力传动系统或电力传动系统的部件。

为了允许温度调节，所述系统除了部件集13，还包括传热流体导管11、交换器14和泵12。交换器14可以与迫使流体通过交换器14的风扇单元15相关联。使用泵12提供的能量引起传热流体通过交换器14和部件集13的循环。因此，在泵12的作用下，传热流体在交换器14处和部件集13处进行热交换，以便冷却或加热部件集13，尤其是部件6GY。

优选地，电动泵可以是允许传热流体根据需要以较大或较小的流速循环的变量输送式。

优选地，交换器位于机动车辆的前端，以便允许有效地冷却传热流体，尤其是在机动车辆的动态行驶期间。当机动车辆静止而非行驶时，风扇单元改善了热交换。

而且，如图3所示，装配有根据本发明的温度调节系统的机动车辆包括车载系统50，车载系统50包括电池54和电池充电系统，所述电池充电系统包括次级线圈51、电压整流装置52和滤波装置53。电池充电系统能够将初级线圈44产生的磁场转换为给电池充电的dc电流。具体而言，次级线圈能够将磁能转换为电能，该电能然后适合给电池充电。次级线圈51形成部件集13的一部分。

初级线圈44形成用于为电动车辆电池充电的固定充电站40的一部分。该充电站例如埋在地下。它包括与电力干线的连接41，ac/dc变换器42和与初级线圈连接的逆变器43。因此，来自电力干线的ac信号在被逆变器43转换为另一ac信号之前先通过ac/dc变换器进行整流。这样，利用来自逆变器的ac信号为初级线圈供电，因此发射出可变磁场。

这些不同的部件允许机动车辆电池被充电，而无需在充电站与机动车辆之间有任何电流接触。具体而言，这种充电通过感应实现，这归功于第一与第二线圈之间的感应耦合。

这些线圈由导电材料制成，尤其是由诸如铜之类的金属材料制成。这些线圈一般非常昂贵，因为如果要降低焦耳损失并增加效率，则需要足够量的铜。

根据本发明的温度调节系统包括用于使次级线圈51与机动车辆的部件60进行热耦合的装置。这样，在次级线圈51中通过焦耳效应产生的热能用于加热部件60。

热耦合装置可以包括与次级线圈51相关联的交换器，该交换器尤其用于将热从次级线圈51传递到传热流体。热耦合装置还可以包括将热从传热流体传递到部件60的交换器。

优选地，用于将热从线圈传递到流体的交换器在次级线圈51本身内部制造。为此，可以使用这样的热耦合装置：该热耦合装置包括在线圈51内形成的传热流体导管。

优选地，次级线圈51包括绕一圈或多圈的管子。

根据第一实施例，如图5所示，该管子例如是管子70，由导电材料（尤其是诸如铜或铝之类的金属）管71制成的，并且在外部被电绝缘和/或热绝缘材料层72覆盖。绝缘材料可由塑料，尤其是PET制成。传热流体然后在管71内部循环。在该第一实施例中，因此通过强制对流在导电材料与传热流体之间进行热交换。管子70起到导流和导电双重作用。

根据第二实施例，如图6所示，该管子例如是管子80，由导电材料（尤其是诸如铜或铝之类的金属）管81制成，并且在外部被电绝缘和/或热绝缘材料层82覆盖并在内部被电绝缘材料层83覆盖。传热流体因此在层83形成的外罩内部循环。在该第二实施例中，因此通过强制对流在层83与通过内部的层83的传热流体之间进行热交换。管子80起到导流和导电双重作用。

另选地，管子80可以由内部的第一管（尤其是由电绝缘材料制成的内部的第一管）、外部的第二管（尤其是由电绝缘和/或热绝缘材料制成的外部的第二管）制成，在内部的管与外部的管之间放置导电材料，尤其是一圈织物的或非织物的导电线束。在该第三实施例中，因此在导电材料与通过内部的管的传热流体之间进行热交换。内部的管起到导流的作用，导电材料起到电导体的作用。这样，第二和第三实施例在电导体本质方面有差异，在第二实施例中，电导体是管子，在第三实施例中，电导体是一圈导线或导线束。

所提出的实施例基于制造次级线圈时所用管子的横截面为圆形几何图形：这是一种简单且省成本的解决方案。但是，可以构想任何其它管子横截面。尤其是可以使用具有平面的横截面。

与次级线圈热交换之后，传热流体继续通过温度调节系统的液压回路，从而与待调节温度的部件进行热交换。

例如，如图4所示，如果待调节温度的部件为机动车辆内室，则传热流体通过与次级线圈51热交换的交换器30。例如由风扇单元32驱动的气流也通过该交换器30。在这之前或之后，气流还可以通过电阻加热设备31，然后释放到机动车辆内室以对其进行加热。风扇单元由车辆内室空气调节计算机控制，加热设备31也由车辆内室空气调节计算机控制。这样，风扇单元和电阻加热设备的操作取决于交换器30处的传热流体提供的热能以及车辆内室要达到的温度设置值。需要指出，交换器30中的传热流体提供的能量越多，操作加热设备31所需的电能就越少。然后通过使用在次级线圈中通过焦耳效应产生的热能，可以在电阻加热设备31处节省电能。这有助于保持机动车辆电池自主性，从而保持机动车辆的可用性。交换器30-电阻加热设备31组合构成了车辆内室加热系统。它还包括风扇单元32。

因此，简言之：

-当机动车辆的电池充电时：传热流体被充电器的次级线圈加热并用于加热车辆内室，

-当车辆行驶时，传热流体被驱动车辆的电力传动系统的部件加热并用于加热车辆内室。

在这两种情况下，如果需要，使用电阻加热设备增补车辆内室加热。

在温度调节系统10的第一实施例的情况下，所提到的各种热交换发生在机动车辆部件集13中。

本发明还可应用于图2所示的温度调节系统的第二实施例。在温度调节系统的该第二实施例中，包括交换器30和加热设备30的车辆内室加热系统被示出为在与图1中的部件集13对应的部件集23之外，但是该部件集包含次级线圈51。除此之外，元件21、22、23、24和25与以上参照图1描述的元件11、12、13、14和15完全类似。

而且，该第二实施例包括：

-传热流体导管的分支100，该分支允许为第一交换器24设旁路，该旁路由第一三路阀28控制，

-与第一交换器24和部件集23串联的第二交换器30，以及

-传热流体导管的分支110，该分支允许为第二交换器30设旁路，该旁路由第二三路阀27控制并包括止回阀29。

三路阀28允许所有传热流体通过第一交换器24或不允许任何传热流体通过第一交换器（即，允许所有传热流体通过旁路）或允许部分传热流体通过第一交换器以及部分传热流体通过旁路。

三路阀27允许所有传热流体通过第二交换器30或不允许任何传热流体通过第二交换器（即，允许所有传热流体通过旁路）或允许部分传热流体通过第二交换器以及部分传热流体通过旁路。

如果三路阀为开/关类型阀门，则对于温度调节系统的第二实施例，具有四种操作模式，如下面的表中详细描述的那样。

在这些不同的模式之间，当然可以具有中间操作模式，在中间操作模式中，三路阀中的一个和/或另一个将传热流体的流向分为两个方向。

从上面可以看出，本发明提出的解决方案是使用次级线圈中通过焦耳效应产生的热。该解决方案因此允许次级线圈形成不同的尺寸，因为可允许该线圈中具有更多的损失。这样，次级线圈可以制成为具有较低的导电材料含量，因为通过焦耳效应产生的损失不会造成太大的问题。这样可减小车辆的质量并且降低成本，因为所用的导电材料，尤其是铜，非常重且非常昂贵。当考虑到使用的电力充电功率在未来将会增加（预想超过10kW的功率）时，这就变得更加相关。从上文可看出，借助通过焦耳效应散发的能量恢复为加热机动车辆部件来补偿在电池充电过程中能量传递的效率损失。此外，如果车辆部件不再需要接收该热量，则可以将所产生的热量排放到车辆外部。

相当清楚，优选地，用于调节车辆温度的系统还被设计为在行驶时使用，热量由电动机（及其也明显发热的功率电子设备）产生。如果需要，还可设计成通过电阻加热设备额外提供的热量增补该热量供应。

最后分析，该温度调节系统可以降低车辆的整体能耗，因为电阻加热设备提供的额外热量减少。这样也可以减小该加热设备的尺寸并降低其成本。

在各种实施例中，传热流体可以是水与乙二醇的混合物。

Claims

1.一种调节机动车辆的部件（60）的温度的方法，所述机动车辆包括用于为电池（54）充电的感应系统（51，52，53），所述感应充电系统包括允许将磁能转换为用于为所述电池充电的电能的线圈（51），所述方法包括使用在所述线圈中通过焦耳效应产生的热能为所述机动车辆的所述部件加热，尤其是为机动车辆内室加热的步骤。

2.根据上述权利要求的操作方法，其特征在于，使用在所述线圈中产生的所述热能为所述机动车辆的所述部件加热的步骤包括通过传热流体使所述线圈与所述部件进行热耦合的阶段。

3.根据上述权利要求的操作方法，其特征在于，使用在所述线圈中产生的所述热能为所述机动车辆的所述部件加热的步骤包括使所述传热流体通过所述线圈循环的阶段。

4.一种调节机动车辆的部件（60）的温度的系统（10；20），所述机动车辆包括用于为电池（54）充电的感应系统（51，52，53），所述感应充电系统包括允许将磁能转换为用于为所述电池充电的电能的线圈（51），所述调节系统包括将所述线圈与所述机动车辆的所述部件进行热耦合的装置。

5.根据上述权利要求的温度调节系统，其特征在于，所述热耦合装置包括在所述线圈中制成的传热流体导管（70；80）。

6.根据权利要求4和5中的一项的温度调节系统，其特征在于，所述线圈包括绕一圈或多圈的管子（71；81）。

7.根据上述权利要求的温度调节系统，其特征在于，所述管子由导电材料制成，尤其是由诸如铜的金属制成，并且在外部被电绝缘和/或热绝缘材料层（72）覆盖。

8.根据权利要求7的温度调节系统，其特征在于，所述管子在内部被材料层（83）覆盖，尤其是被电绝缘材料层覆盖。

9.根据权利要求4至6中的一项的温度调节系统，其特征在于，所述线圈包括内部的第一管，尤其是由电绝缘材料制成的内部的第一管，以及外部的第二管，尤其是由电绝缘和/或热绝缘材料制成的外部的第二管，在内部的管与外部的管之间放置导电材料，尤其是一圈织物的或非织物的导电线束。

10.根据权利要求4至9中的一项的温度调节系统，其特征在于，它包括与所述机动车辆周围的外部空气进行热耦合的第一交换器（24）。

11.根据上述权利要求的温度调节系统，其特征在于，它包括与所述第一交换器并联的第一旁路和用于调节传热流体通过所述第一交换器的部分以及传热流体通过所述第一旁路的部分的第一阀（28）。

12.根据权利要求4至11中的一项的温度调节系统，其特征在于，它包括与所述部件（60）进行热耦合以在所述传热流体与所述部件之间传递热的第二交换器（30）。

13.根据上述权利要求的温度调节系统，其特征在于，它包括与所述第二交换器并联的第二旁路和用于调节传热流体通过所述第二交换器的部分以及传热流体通过所述第二旁路的部分的第二阀（27）。

14.根据权利要求4至13中的一项的温度调节系统，其特征在于，它包括第三交换器，该第三交换器与包括所述电池的所述车辆的电力传动系统的至少一个部件进行热耦合，以在所述传热流体与该部件之间传递热。

15.一种机动车辆，包括权利要求4至14中的一项的温度调节系统。