CN103863054A

CN103863054A - 用于电动车辆的空气调节装置

Info

Publication number: CN103863054A
Application number: CN201310163851.3A
Authority: CN
Inventors: 吴万周; 金才熊; 朴宰佑; 金在勋
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kbautotech Co Ltd; Kia Corp
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2033-05-07
Also published as: US9016071B2; KR101438949B1; KR20140077738A; CN103863054B; DE102013206923A1; US20140165609A1; DE102013206923B4

Abstract

一种用于电动车辆的空气调节装置，该空气调节装置包括设置在通风通道中的主芯；具有第一表面和第二表面的热电设备，其执行发热或吸热。设置了空气调节通道和废热通道，冷却水通过空气调节通道在热电设备的第一表面和主芯周围循环，并且所述冷却水通过废热通道在热电设备的第二表面和电部件周围循环。控制器，所述控制器配置成控制热电设备，使得第一表面和第二表面分别作为发热表面和吸热表面，并且在制热模式期间控制通过空气调节通道和废热通道的循环。

Description

用于电动车辆的空气调节装置

相关申请交叉引用

本申请要求2012年12月14日提交的韩国专利申请No.10-2012-0146847的权益，该申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种用于电动车辆的空气调节装置，该空气调节装置使用热电设备而不是制冷剂。

背景技术

传统空气调节系统利用制冷系统中的制冷剂在空气通过制冷系统时来冷却空气。更具体地，该系统通过旋转压缩机对制冷剂进行压缩、液化和蒸发来冷却空气以及通过操作正温度系数（PTC）加热器来加热空气。然而，制冷剂的使用已增加了对全球变暖的影响。利用制冷剂的空气调节系统（包括热气体系统）需要机械动力、将电能转换成机械能、以及执行制热和制冷。因此，需要改善由机械零件和制冷剂的泄漏引起的机械损耗以及质量问题。

在相关技术中已经提出利用热电设备的空气调节装置，以使热电设备的相对的表面之间的温差最小化，从而通过使用热电设备来提高效率。然而，即使基于该技术，利用冷却水和热电设备的空气调节系统仍只在其初步水平。因此，存在与车辆的整体发热控制相关的问题，而能够取代现有空气调节系统和现有热辐射系统的新系统尚未提出。

上述仅仅旨在帮助对本发明的背景技术的理解，而非意欲表示本发明落入已为本领域技术人员所公知的相关技术的范围。

发明内容

因此，考虑到现有技术中出现的上述问题而作出本发明，并且本发明提供一种用于电动车辆的空气调节装置，该空气调节装置能够仅利用冷却水来操作空气调节系统和车辆冷却系统这两个系统，并且从现有的基于制冷剂的空气调节系统中去除了制冷剂。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于电动车辆的空气调节装置，该空气调节装置包括：设置在通风通道中的主芯；具有第一表面和第二表面的热电设备，其执行发热或吸热；空气调节通道，冷却水通过该空气调节通道在热电设备的第一表面和主芯周围循环；废热通道，冷却水通过废热通道在热电设备的第二表面和电部件周围循环；以及控制器，其配置成控制热电设备以使第一表面和第二表面分别作为发热表面和吸热表面，并控制在制热模式下通过空气调节通道或的废料通道以及空气调节通道的循环。

在此，空气调节装置可进一步包括散热通道，冷却水通过该散热通道在热电设备的第二表面、散热器以及电部件周围循环。在制冷模式下，控制器可控制热电设备，使得第一表面和第二表面分别作为吸热表面和发热表面，并且控制通过空气调节通道和散热通道的循环。此外，散热通道可配置成从废热通道的热电设备的第二表面的输出侧分岔，穿过散热器，并且在电部件的输入侧并入。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于电动车辆的空气调节装置，包括：以重叠状态设置在通风通道上的主芯和次芯；以及具有第一表面和第二表面的热电设备，其执行发热或吸热；空气调节通道，冷却水通过空气调节通道在热电设备的第一表面和主芯周围循环；废热通道，冷却水通过废热通道在热电设备的第二表面和电部件周围循环；散热通道，冷却水通过散热通道在热电设备的第二表面、散热器以及电部件周围循环；辅助通道，冷却水通过辅助通道在热电设备的第二表面、次芯、散热器以及电部件周围循环；以及控制器，配置成控制在除湿模式期间通过空气调节通道和辅助通道的循环。

此外，控制器可控制热电设备，使得第一表面和第二表面分别作为发热表面和吸热表面，并且控制在制热模式下通过空气调节通道或通过废热通道以及空气调节通道的循环。当进行加热期间的除湿模式时，控制器可控制热电设备，使得第一表面和第二表面分别作为发热表面和吸热表面，并且控制通过空气调节通道和辅助通道的循环。此外，控制器可控制热电设备，使得第一表面和第二表面分别作为吸热表面和发热表面，并且控制在制冷模式期间通过空气调节通道和散热通道的循环。

此外，当进行除湿模式同时进行制冷模式时，控制器可控制热电设备，使得第一表面和第二表面分别作为吸热表面和发热表面，并且控制通过空气调节通道和辅助通道的循环。散热通道可配置成从废热通道的热电设备的第二表面的输出侧分岔，穿过散热器，并且在电部件的输入侧并入。

并且，辅助通道可配置成从热电设备的第二表面的输出侧、散热通道以及废热通道之间的分支点分岔，以穿过次芯，并在散热通道的散热器的前端处并入。废热通道可包括安装在热电设备的第二表面的输出侧、辅助通道与废热通道之间的分支点处的第一水泵。另外，该空气调节通道可包括第二水泵。

根据具有上述配置的空气调节装置，可仅利用冷却水来一并操作空气调节系统和车辆冷却系统，并且从现有的基于制冷剂的空气调节装置中去除了制冷剂。也就是说，制冷剂被冷却水所替代。由此，可获得环境效果。

本发明提供了用于车辆内部的空气调节系统以及用于发动机的冷却系统，并且通过紧凑系统执行经优化的热控制。由此，可减少废热，并且可防止能量的浪费。进一步地，即使在无发动机的电动车辆的情况下，在不使用压缩机的情况下实现了与现有车辆相同性能的制冷和制热。利用电部件的废热，该空气调节装置在节能和燃料效率的提高方面是有效的。

附图说明

通过结合所附附图的以下详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征、和优点，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于电动车辆的空气调节装置中的制热模式的视图；

图2是示出用于图1中所示电动车辆的空气调节装置中的另一制热模式的视图；

图3是示出用于图1中所示电动车辆的空气调节装置中的加热期间的除湿模式的视图；

图4是示出用于图1中所示电动车辆的空气调节装置中的制冷模式的视图；以及

图5是示出用于图1中所示电动车辆的空气调节装置中的制冷期间的除湿模式的视图。

具体实施方式

应当理解，在本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆（SUV）、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃机、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆（例如，源于非石油的能源的燃料）。

本文中所使用的术语仅是用于描述具体实施方式的目的，而并非意在对本发明进行限制。作为在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也意在包括复数形式，除非在文中明确地另外指出。还将理解的是，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”是指存在有所陈述的特征、数值、步骤、操作、要素和/或组分，但是并不排除存在有或额外增加一个或多个其它的特征、数值、步骤、操作、要素、组分和/或其组成的群组。作为在本文中所使用的，术语“和/或”包括列举的相关术语的一个或多个的任何和全部的组合。

此外，应理解以下方法由至少一个控制器来执行。术语控制器指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置成存储这些模块，且处理器特别配置成执行所述模块以执行下文进一步描述的一个或多个过程。

此外，本发明的控制逻辑可被具体化为计算机可读介质上的非瞬态计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器或类似物执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、高密度光盘（CD）－ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡以及光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在网络耦合的多个计算机系统中，使得该计算机可读介质按照分布方式由远程信息处理服务器或控制器区域网络（CAN）来存储和执行。

在下文中，将参考附图来具体描述根据本发明的示例性实施例的电动车辆的空气调节装置。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于电动车辆的空气调节装置中的制热模式的视图。图2是示出用于图1中所示电动车辆的空气调节装置中的另一制热模式的视图。图3是示出用于图1中所示电动车辆的空气调节装置中的加热期间的除湿模式的视图。图4是示出用于图1中所示电动车辆的空气调节装置中的制冷模式的视图。图5是示出用于图1中所示电动车辆的空气调节装置中的制冷期间的除湿模式的视图。

根据本发明的示例性实施例的用于电动车辆的空气调节装置包括：设置在通风通道10中的主芯100；具有执行发热或吸热的第一表面310和第二表面320的热电设备300；空气调节通道A，冷却水通过该空气调节通道A在热电设备300的第一表面310和主芯100周围循环；废热通道B，冷却水通过废热通道B在热电设备300的另一表面320和电部件400周围循环；以及控制器800，其控制热电设备300以使第一表面310和另一表面320分别作为发热表面和吸热表面，并控制在制热模式下通过空气调节通道A或的废热通道B以及空气调节通道A的循环。

本发明的空气调节装置绝大部分不使用如现有技术中的制冷剂、压缩机、冷凝器等等。然而，由于使用冷却水，需要散热器来冷却电动车辆所特有的发热部件（诸如电机、电池等等），并且尽可能不妨碍车辆布局。此外，还使用安装在现有的空气调节装置上的加热器芯和蒸发器芯（即制冷芯）。在后一种情况下，加热器芯和蒸发器芯在功能上彼此分开。这两个芯中的一个可被用作主芯100，而另一个可被用作次芯200。主芯100可用于空气调节装置的主要功能（即制热和制冷），次芯200可被用于除湿以提供中和热。

在现有的空气调节装置（例如加热、通风和空气调节装置（HVAC））中，设置有主芯100和次芯200，并且主芯100和次芯200被安装在通风通道10上以给车辆的内部提供空气。该空气通过温控门被调节温度，然后被排放至内部。该构造等同于本领域广泛知晓的空气调节装置的构造，因此将省略其详细描述。

同时，为了仅使用冷却水来调节空气，必须冷却或加热冷却水。为此，使用了热电设备来代替压缩机。热电设备的示例包括帕尔贴(Peltier)装置。可以理解，热电设备具有利用电能的发热表面和吸热表面，并且操作以从将热从吸热表面泵送到发热表面。因此，吸热表面越冷，越难将热泵送至发热表面。反之，吸热表面越热，越容易将热泵送至发热表面。

在本发明的情况下，主芯100被设置在现有的HVAC的通风通道10处。设置了具有执行发热或吸热的第一表面310和另一表面320的热电设备300。热电设备300的第一表面310和主芯100由空气调节通道A连接，冷却水通过空气调节通道A循环。因此，当热电设备300的第一表面310发热时，主芯100也发热，因此空气被加热。当热电设备300的第一表面310被冷却时，主芯100也被冷却，导致空气也被冷却。设置了废热通道B，冷却水通过废热通道B在热电设备300的另一表面320和电部件400周围循环。因此，热量通过废热通道B从电部件400散发。

在制热模式下，控制器800控制热电设备300，使得第一表面310和另一表面320分别作为发热表面和吸热表面，并且控制通过空气调节通道A或通过废热通道B以及空气调节通道A的循环。

具体而言，在制热模式下，控制热电设备300以使电流被施加至热电设备300，从而第一表面310和另一表面320分别作为发热表面和吸热表面。当进行通过空气调节通道A的循环时，该空气被加热。该过程适用于电部件400尚未被加热的情况。

当电部件由于车辆工作而被加热至某种程度时，控制热电设备300以使电流被施加至热电设备300以利用电部件的废热，并且使第一表面310和另一表面320分别用作发热表面和吸热表面。此外，冷却水以及废热用于使电部件400的废热移至热电设备300的外表面320。因此，可以看出热电设备300将热从另一表面320泵送至第一表面310。废热被传递至另一表面320，由此冷却电部件400并提高热效率以减少空气调节负荷。这导致燃料效率的提高。因此，尽管执行了加热，但根据从电部件400散热的需求或废热是否从电部件400产生来选择废热通道B的操作，从而可产生预期效果。

设置了散热通道C，冷却水通过散热通道C在热电设备300的另一表面320、散热器500以及电部件400周围循环。在制冷模式下，控制器800控制热电设备300，使得第一表面310和另一表面320分别作为吸热表面和发热表面，并且控制通过空气调节通道A和散热通道C的循环。

此外，散热通道C可配置成从废热通道B的热电设备300的另一表面320的输出侧分岔，穿过散热器500，并且在电部件400的输入侧并入。具体而言，散热器500旨在排除多出附加的废热，或进一步提高热电设备300的效率。这允许散热通道C从废热通道B分岔，并选择性地穿过散热器500。

因此，当需要制冷时，控制器800控制热电设备300以施加反向的电流，使得第一表面310和另一表面320分别作为吸热表面和发热表面，并且进行通过空气调节通道A的循环，由此进行制冷。具体而言，为了提高热电设备300的效率，从另一表面320移走热量是有利的。为此，进行通过散热通道C的循环，并且通过散热器500散发热电设备300的另一表面320的热。然后冷却电部件400。

同时，根据本发明的另一示例性实施例的用于车辆的空气调节装置包括：设置在通风通道10上的彼此重叠的主芯100和次芯200；以及具有执行发热或吸热的第一表面310和第二表面320的热电设备300。设置了空气调节通道A和废热通道B，冷却水通过空气调节通道A在热电设备300的第一表面310和主芯100周围循环，并且冷却水通过废热通道B在热电设备300的另一表面320和电部件400周围循环。还设置了散热通道C和辅助通道D，冷却水通过散热通道C在热电设备300的另一表面320、散热器500以及电部件400周围循环，并且冷却水通过辅助通道D在热电设备300的另一表面320、次芯200、散热器500以及电部件400周围循环。同样，控制器800配置成在除湿模式期间控制冷却水通过空气调节通道A和辅助通道D的循环。

首先，图1是示出根据本发明的实施例的用于电动车辆的空气调节装置中的制热模式的视图。在制热模式下，控制器800控制热电设备300，使得第一表面310和另一表面320分别作为发热表面和吸热表面，并且控制通过空气调节通道A的循环，由此执行制热。

图2是示出用于图1中所示电动车辆的空气调节装置中的另一制热模式的视图。当电部件的废热被利用时，通过废热通道B以及空气调节通道A的循环受到控制，由此允许废热被传输至车辆内部。

图3是示出用于图1中所示电动车辆的空气调节装置中的加热期间的除湿模式的视图。当进行加热期间的除湿模式时，控制器800控制热电设备300，使得第一表面310和另一表面320分别作为发热表面和吸热表面，并且控制通过空气调节通道A和辅助通道D的循环。在该情况下，通风到车辆内部的空气应被加热和冷却。为此，可利用加热的过程而无需变化，并且使用辅助通道D来代替废热通道B。由此，利用热电设备300的发热或吸热来实现除湿。

图4是示出用于图1中所示电动车辆的空气调节装置中的制冷模式的视图。在制冷模式下，控制器800控制热电设备300，使得第一表面310和另一表面320分别作为吸热表面和发热表面，并且控制通过空气调节通道A和散热通道C的循环。在该情况下，进行通过散热通道C的循环。因此，热通过散热器800散发。因此，可提高制冷效率，并且可冷却电部件400。

图5是示出用于图1中所示电动车辆的空气调节装置中的制冷期间的除湿模式的视图。当制冷期间请求除湿时，进行除湿模式同时进行制冷模式。在该情况下，控制器800控制热电设备300，使得第一表面310和另一表面320分别作为吸热表面和发热表面，并且控制通过空气调节通道A和辅助通道D的循环。由于这类似于加热期间的除湿，所以第一表面310被保持作为吸热表面，并且另一表面320被保持作为发热表面。

为了有效地配置流体通道以使系统紧凑，并且为了允许冷却水有效地循环，散热通道C配置成从废热通道B的热电设备300的另一表面320的输出侧分岔，穿过散热器500，并在电部件400的输入侧并入。辅助通道D配置成从热电设备300的另一表面320的输出侧、散热通道C以及废热通道B之间的分支点分岔，以穿过次芯200，并在散热通道C的散热器500的前端处并入。

因此，散热通道C从废热通道B分岔/与废热通道B并入，以能够选择性地穿过散热器500，并且辅助通道D从废热通道B分岔/与废热通道B并入，以能够选择性地穿过次芯200。这些分支点设置有三通阀710和720。控制器800控制三通阀710和720。由此，冷却水所需要的循环通道可被控制为废热通道B、散热通道C以及辅助通道D。

此外，废热通道B设置有第一水泵610，该第一水泵610安装在热电设备300的另一表面320的输出侧、辅助通道D以及废热通道B之间的分支点处，并且第二水泵620被安装在空气调节通道A上。由此，在控制器的控制下，水泵可配置成施加循环力。

根据具有上述配置的空气调节装置，可仅利用冷却水来一并操作空气调节系统和车辆冷却系统，并且从现有的基于制冷剂的空气调节装置中去除了制冷剂。制冷剂被冷却水所替代。由此，可获得环境效果。提供了用于车辆内部的空气调节系统以及用于发动机的冷却系统，并且通过紧凑系统执行经优化的热控制。由此，可减少废热，并且可防止能量的浪费。

此外，即使在电动车辆的情况下，在不使用压缩机的情况下实现了与现有的内燃机车辆相同性能的制冷和制热。从利用电部件的废热的观点来看，该空气调节装置在节能和燃料效率的提高方面是有效的。

虽然已出于说明目的描述了本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员应当理解，各种修改、增加和删减是可能的，并不脱离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神。

Claims

1.一种用于电动车辆的空气调节装置，包括：

设置在通风通道上的主芯；

具有第一表面和第二表面的热电设备，所述第一表面和第二表面执行发热或吸热；

空气调节通道，冷却水通过所述空气调节通道在所述热电设备的第一表面和主芯周围循环；

废热通道，所述冷却水通过所述废热通道在热电设备的第二表面和电部件周围循环；以及

控制器，所述控制器配置成控制电热设备，使得所述第一表面和第二表面分别作为发热表面和吸热表面，并且同时控制在发热模式下通过空气调节通道和废热通道的循环。

2.根据权利要求1所述的用于电动车辆的空气调节装置，进一步包括散热通道，所述冷却水通过所述散热通道在热电设备的第二表面、散热器以及电部件周围循环，其中，在制冷模式下，所述控制器控制热电设备，使得所述第一和第二表面分别作为吸热表面和发热表面，并且控制通过空气调节通道和散热通道的循环。

3.根据权利要求1所述的用于电动车辆的空气调节装置，其中，所述散热通道配置成从所述废热通道的热电设备的第二表面的输出侧分岔，穿过散热器，并且在电部件的输入侧并入。

4.一种用于电动车辆的空气调节装置，包括：

以重叠状态设置在通风通道上的主芯和次芯；

空气调节通道，冷却水通过所述空气调节通道在热电设备的第一表面和主芯周围循环；

废热通道，所述冷却水通过所述废热通道在热电设备的第二表面和电部件周围循环；

散热通道，所述冷却水通过所述散热通道在热电设备的另一表面、散热器和电部件周围循环；

辅助通道，所述冷却水通过辅助通道在热电设备的第二表面、次芯、散热器以及电部件周围循环；以及

控制器，所述控制器配置成控制在除湿模式期间通过空气调节通道和辅助通道的循环。

5.根据权利要求4所述的用于电动车辆的空气调节装置，其中，所述控制器控制热电设备，使得所述第一表面和第二表面分别作为发热表面和吸热表面，并且控制在制热模式下通过空气调节通道或通过废热通道以及空气调节通道的循环。

6.根据权利要求5所述的用于电动车辆的空气调节装置，其中，当执行除湿模式同时执行制热模式时，所述控制器控制热电设备，使得所述第一表面和第二表面分别作为发热表面和吸热表面，并且控制通过空气调节通道和辅助通道的循环。

7.根据权利要求4所述的用于电动车辆的空气调节装置，其中，所述控制器控制热电设备，使得所述第一表面和第二表面分别作为吸热表面和发热表面，并且控制在制冷模式下通过空气调节通道或散热通道的循环。

8.根据权利要求7所述的用于电动车辆的空气调节装置，其中，当执行除湿模式同时执行制冷模式时，所述控制器控制热电设备，使得所述第一表面和第二表面分别作为吸热表面和发热表面，并且控制通过空气调节通道和辅助通道的循环。

9.根据权利要求4所述的用于电动车辆的空气调节装置，其中，所述散热通道配置成从所述废热通道的热电装置的第二表面的输出侧分岔，穿过散热器，并且在电部件的输入侧并入。

10.根据权利要求9所述的用于电动车辆的空气调节装置，其中，所述辅助通道配置成从所述热电装置的第二表面的输出侧、散热通道以及废热通道之间的分支点分岔，以穿过次芯，并在散热通道的散热器的前端处并入。

11.根据权利要求10所述的用于电动车辆的空气调节装置，其中，所述废热通道包括安装在所述热电装置的第二表面的输出侧、辅助通道、废热通道之间的分支点处的第一水泵。

12.根据权利要求11所述的用于电动车辆的空气调节装置，其中，所述空气调节通道包括第二水泵。