CN104890467A - 用于车辆的热管理系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于车辆的热管理系统和用于控制该热管理系统的方法。热管理系统包括第一冷却剂回路、第二冷却剂回路、制冷剂回路和控制器。第一冷却剂回路包括至少第一冷却剂回路热交换器、冷却剂加热器控制模块(CHCM)、CHCM混合阀和旁路阀。CHCM混合阀配置为调制第一冷却剂回路热交换器和CHCM之间的冷却剂的流动。旁路阀配置为将第一冷却剂回路与发动机联接。控制器将热管理系统引导为以高效模式、热泵辅助模式、最大性能模式和推进系统节能改进模式中的一种操作，经由CHCM阀和旁路阀到预定位置的促动实行所选的操作模式。

Description

用于车辆的热管理系统
技术领域
本发明涉及用于车辆的热管理系统和用于控制器的方法。
背景技术
混合动力电动车辆选择地单独或与一个或多个牵引电动机结合使用内燃发动机作为到变速器的输入扭矩源，而增程电动车辆仅在需要时使用较小的发动机，并且仅用于驱动发电机。电池电动车辆放弃使用小型气体发动机，并且替代地使用存储的电能或再生制动能量操作。所有三种车辆配置可仅以被称为的电动车辆(EV)模式的用电力操作。
一些电动车辆利用热泵系统来加热和冷却车辆乘客车厢，将前端热交换器用作蒸发器和储液器式制冷剂系统。在该系统中，前端热交换器可能随时间结冰并且需要除冰功能，这造成在中等和冷环境温度中低容量加热。
发明内容
提供了用于具有发动机的车辆的热管理系统和用于控制该热管理系统的方法。热管理系统可包括第一冷却剂回路、制冷剂回路和控制器。
第一冷却剂回路配置为循环第一冷却剂以缓和发动机的温度，并且还调节由车辆乘客车厢接收的空气。第一冷却剂回路可包括至少第一冷却剂泵、第一冷却剂回路热交换器、冷却剂加热器控制模块(CHCM)、CHCM混合阀和旁路阀。
第一冷却剂泵配置为泵送和/或循环第一冷却剂通过第一冷却剂回路。第一冷却剂回路热交换器在循环通过其的第一冷却剂和制冷剂之间交换热。
CHCM配置为加热第一冷却剂，以提供对乘客车厢的另外的加热，或在冷起动过程中温暖发动机。CHCM包括高压加热元件。CHCM混合阀配置为从第一冷却剂泵接收第一冷却剂，并且还占据第一位置、第二位置和第三位置中的一个，以使CHCM混合阀调制在CHCM和第一冷却剂回路热交换器之间的第一冷却剂的流动。
旁路阀配置为占据旁路位置和联接位置中的一个，以使旁路阀在占据旁路位置时引导第一冷却剂到第一冷却剂泵，并且在联接位置中时引导第一冷却剂到发动机。
制冷剂回路配置为循环制冷剂并且调节由乘客车厢接收的空气，即将由乘客车辆接收的空气冷却和/或除湿。制冷剂回路可包括至少一个压缩机、第一冷却剂回路热交换器和AC冷凝器。制冷剂回路进一步配置为以第一模式和第二模式中的一种操作。在第一模式中，压缩机仅排出制冷剂到第一冷却剂回路热交换器。在第二模式中，压缩机仅排出制冷剂到AC冷凝器。
控制器包括处理器和有形非瞬时性存储器，指令记录在该有形非瞬时性存储器上。执行记录的指令使处理器促动CHCM混合阀和旁路阀到预定位置，以实行用于热管理系统的所选操作模式，其中，所选操作模式为高效模式、热泵辅助模式、最大性能模式和推进系统节能改进模式中的一种。
记录指令的执行使处理器完成下面的示例性方法步骤，以实行热管理系统以所选操作模式进行的操作。首先，控制器选择用于热管理系统的操作模式，其中，该操作模式为高效模式、热泵辅助模式、最大性能模式和推进系统能量改进模式中的一种。其次，控制器向热管理系统发出以所选操作模式操作的信号。第三，控制器促动旁路阀以占据旁路位置和联接位置中的一个。第四，控制器促动冷却剂加热器控制模块(CHCM)阀，以占据第一位置、第二位置和第三位置中的一个。第五，基于所选的操作模式，控制器向制冷剂回路发出以第一模式和第二模式中的一种操作的信号。
一种用于具有发动机的车辆的热管理系统，该热管理系统包括：
制冷剂回路，配置为循环制冷剂，并且进一步配置为以第一模式和第二模式中的一种操作；
第一冷却剂回路，与制冷剂回路为热交换关系，并且配置为循环第一冷却剂，第一冷却剂回路包括：
第一冷却剂泵；
第一冷却剂回路热交换器，配置为在在制冷剂回路中循环的制冷剂和第一冷却剂之间交换热；
冷却剂加热器控制模块(CHCM)，包括高压加热元件；
CHCM混合阀，配置为占据第一位置、第二位置和第三位置中的一个，以使CHCM混合阀在CHCM和第一冷却剂回路热交换器之间调制第一冷却剂的流动；
旁路阀，配置为占据旁路位置和联接位置中的一个，以使旁路阀配置为在占据旁路位置时引导第一冷却剂到第一冷却剂泵的流动，并且进一步配置为在占据联接位置时引导第一冷却剂到发动机的流动；
控制器，具有处理器和有形非瞬时性存储器，在有形非瞬时性存储器上具有记录的指令，其中，执行记录的指令使得处理器促动CHCM混合阀和旁路阀到预定位置，以实行用于热管理系统的所选的操作模式，其中，所选的操作模式为高效模式、热泵辅助模式、最大性能模式和推进系统节能改进模式中的一种。
其中，制冷剂回路在热管理系统以高效模式、热泵辅助模式和最大性能模式中的每一种操作时以第一模式操作。
其中，所选的操作模式为高效模式，以使控制器促动旁路阀从而占据旁路位置并且引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂泵；并且其中，控制器促动CHCM混合阀以占据第一位置，以使CHCM混合阀引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂回路热交换器。
其中，所选的操作模式为热泵辅助模式，以使控制器促动旁路阀从而占据旁路位置并且引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂泵；并且其中，控制器促动CHCM混合阀以占据第二位置，以使CHCM混合阀引导第一冷却剂的流动到第一冷却剂回路热交换器和CHCM中的每一个。
其中，所选的操作模式为最大性能模式，以使控制器促动旁路阀从而占据旁路位置并且引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂泵；并且其中，控制器促动CHCM混合阀以占据第三位置，以使CHCM混合阀引导第一冷却剂的流动仅到CHCM。
其中，所选的操作模式为最大性能模式，以使控制器促动旁路阀从而占据联接位置并且引导第一冷却剂的流动仅到发动机；并且其中，控制器促动CHCM混合阀以占据第三位置，以使CHCM混合阀引导第一冷却剂的流动仅到CHCM。
其中，当所选的操作模式为推进系统节能改进模式时，制冷剂回路以第一模式和第二模式中的每一种操作。
其中，制冷剂回路以第一模式操作直到发动机达到预定阈值温度，由此将发动机用作散热器；并且其中，当发动机超过预定阈值温度时，制冷剂回路以第二模式操作。
其中，所选的操作模式为推进系统节能改进模式，以使控制器促动旁路阀从而占据联接位置并且引导第一冷却剂的流动仅到发动机；并且其中，控制器促动CHCM混合阀以占据第一位置，以使CHCM混合阀引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂回路热交换器。
其中，所述制冷剂回路包括：
压缩机；
第一冷却剂回路热交换器，配置为在流动通过其的第一冷却剂和制冷剂之间交换热；
AC冷凝器，配置为在制冷剂和外界环境之间交换热；
至少一个模式选择阀，配置为占据第一位置和第二位置中的一个；
其中，当所述至少一个模式选择阀占据第一位置时，制冷剂回路以第一模式操作，以使从压缩机排出的制冷剂被引导为仅到第一冷却剂回路热交换器；并且
其中，当所述至少一个模式选择阀占据第二位置时，制冷剂回路以第二模式操作，以使从压缩机排出的制冷剂被引导为仅到AC冷凝器。
其中，制冷剂回路进一步包括第一膨胀装置和第二膨胀装置，其中，第一膨胀装置和第二膨胀装置中的每一个配置为当制冷剂回路以第一模式操作时从第一冷却剂回路热交换器接收制冷剂；并且其中，第一膨胀装置和第二膨胀装置进一步配置为当制冷剂回路以第二模式操作时仅从AC冷凝器接收制冷剂。
一种控制用于车辆的热管理系统的方法，所述方法包括：
提供热管理系统，热管理系统包括配置为循环第一冷却剂的第一冷却剂回路和配置为循环制冷剂的制冷剂回路，其中，第一冷却剂回路包括第一冷却剂泵，第一冷却剂回路热交换器，和冷却剂加热器控制模块(CHCM)；
经由控制器选择用于热管理系统的操作模式，其中，操作模式为高效模式、热泵辅助模式、最大性能模式和推进系统节能改进模式中的一种；
经由控制器向热管理系统发送以所选的操作模式操作的信号；
经由控制器促动旁路阀，以占据旁路位置和联接位置中的一个；
经由控制器促动冷却剂加热器控制模块(CHCM)混合阀，以占据第一位置、第二位置和第三位置中的一个；和
基于所选的操作模式，经由控制器向制冷剂回路发出以第一模式和第二模式中的一种操作的信号。
其中，选择用于热管理系统的操作模式包括选择高效模式，以使制冷剂回路以第一模式操作；并且其中，促动旁路阀包括促动旁路阀以占据旁路位置并且引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂泵；并且其中，促动CHCM混合阀包括促动CHCM混合阀以占据第一位置并且引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂回路热交换器。
其中，选择用于热管理系统的操作模式包括选择热泵辅助模式，以使制冷剂回路以第一模式操作；并且其中，促动旁路阀包括促动旁路阀以占据旁路位置，并且引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂泵；并且其中，促动CHCM混合阀包括促动CHCM混合阀以占据第二位置并且引导第一冷却剂的流动到第一冷却剂回路热交换器和CHCM中的每一个。
其中，选择用于热管理系统的操作模式包括选择最大性能模式，以使制冷剂回路以第一模式操作；并且其中，促动旁路阀包括促动旁路阀以占据旁路位置并且引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂泵；并且其中，促动CHCM混合阀包括促动CHCM混合阀以占据第三位置并且引导第一冷却剂的流动仅到CHCM。
其中，选择用于热管理系统的操作模式包括选择最大性能模式，以使制冷剂回路以第一模式操作；并且其中，促动旁路阀包括促动旁路阀以占据联接位置并且引导第一冷却剂的流动仅到发动机；并且其中，促动CHCM混合阀包括促动CHCM混合阀以占据第三位置并且引导第一冷却剂的流动仅到CHCM。
其中，选择用于热管理系统的操作模式包括选择推进系统节能改进模式；并且其中，促动旁路阀包括促动旁路阀以占据联接位置并且引导第一冷却剂的流动仅到发动机；并且其中，促动CHCM混合阀包括促动CHCM混合阀以占据第一位置并且引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂回路热交换器。
其中，基于所选的操作模式向制冷剂回路发出以第一模式和第二模式中的一种操作的信号进一步包括：
经由控制器向制冷剂回路发出以第一模式操作的信号，直到发动机达到预定阈值温度，以由此将发动机用作散热器；
经由发动机冷却剂温度传感器测定发动机的温度；
经由控制器比较发动机的温度和预定阈值温度；和
如果发动机的温度超过预定阈值温度，则经由控制器向制冷剂回路发出以第二模式操作的信号。
其中，制冷剂回路包括：
压缩机；
第一冷却剂回路热交换器，配置为在流动通过其的第一冷却剂和制冷剂之间交换热；
AC冷凝器，配置为在制冷剂和外界环境之间交换热；和
至少一个模式选择阀，配置为当制冷剂回路以第一模式操作时占据第一位置，以使从压缩机排出的制冷剂被引导为仅到第一冷却剂回路热交换器，并且当制冷剂回路以第二模式操作时占据第二位置，以使从压缩机排出的制冷剂被引导为仅到AC冷凝器。
其中，向制冷剂回路发出以第一模式操作的信号，直到发动机达到预定阈值温度，以由此将发动机用作散热器的步骤进一步包括：
经由控制器发出与AC冷凝器相关联的至少一个电动冷却风扇关闭的信号；和
经由控制器促动多个车辆的空气遮板到闭合位置。
在结合附图理解时，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面实现所附权利要求中限定的本发明的一些最佳模式和其他实施例的详细描述非常显而易见。
附图说明
图1A是以高效模式操作的热管理系统的第一示例性实施例的示意性回路图，其中，第一冷却剂通过第一冷却剂回路的流动被经由冷却剂加热器控制模块(CHCM)混合阀仅引导到第一冷却剂回路热交换器，并且其中，第一冷却剂回路没有与车辆发动机联接。
图1B是以高效模式操作的热管理系统的第二示例性实施例的示意性回路图，其中，第一冷却剂通过第一冷却剂回路的流动被经由CHCM混合阀仅引导到第一冷却剂回路热交换器，并且其中，第一冷却剂回路没有与车辆发动机联接。
图2A是以热泵辅助模式操作的热管理系统的第一示例性实施例的示意性回路图，其中，第一冷却剂通过第一冷却剂回路的流动被经由CHCM混合阀在第一冷却剂回路热交换器和冷却剂加热器控制模块(CHCM)之间调制，并且其中，第一冷却剂回路没有与车辆发动机联接。
图2B是以热泵辅助模式操作的热管理系统的第二示例性实施例的示意性回路图，其中，第一冷却剂通过第一冷却剂回路的流动被经由CHCM混合阀在第一冷却剂回路热交换器和CHCM之间调制，并且其中，第一冷却剂回路没有与车辆发动机联接。
图3A是以最大性能模式操作的热管理系统的第一示例性实施例的示意性回路图，其中，第一冷却剂通过第一冷却剂回路的流动被经由CHCM混合阀仅引导通过CHCM，并且其中，第一冷却剂回路没有与车辆发动机联接。
图3B是以最大性能模式操作的热管理系统的第二示例性实施例的示意性回路图，其中，第一冷却剂通过第一冷却剂回路的流动被仅经由CHCM混合阀引导通过CHCM，并且其中，第一冷却剂回路没有与车辆发动机联接。
图4A是以最大性能模式操作的热管理系统的第一示例性实施例的示意性回路图，其中，第一冷却剂通过第一冷却剂回路的流动被仅经由CHCM混合阀引导通过CHCM，并且其中，第一冷却剂回路与车辆发动机联接。
图4B是以最大性能模式操作的热管理系统的第二示例性实施例的示意性回路图，其中，第一冷却剂通过第一冷却剂回路的流动被经由CHCM混合阀引导仅通过CHCM，并且其中，第一冷却剂回路与车辆发动机联接。
图5A是以推进系统节能改进模式操作的热管理系统的第一示例性实施例的示意性回路图，其中，第一冷却剂通过第一冷却剂回路的流动被经由CHCM混合阀仅引导到第一冷却剂回路热交换器，并且其中，第一冷却剂回路与车辆发动机联接。
图5B是以推进系统节能改进模式操作的热管理系统的第二示例性实施例的示意性回路图，其中，第一冷却剂通过第一冷却剂回路的流动被经由CHCM混合阀仅引导到第一冷却剂回路热交换器，并且其中，第一冷却剂回路与车辆发动机联接。
图6是详细描述控制热管理系统的本方法的示例性步骤的流程图；和
图7是进一步详细描述向制冷剂回路发出以第一模式和第二模式中的一种操作的信号的示例性方法步骤的流程图。
具体实施方式
下面的描述和附图涉及示例性实施例，并且本质上仅为示例性的，不旨在限制本发明、其应用或用途。附图中，一些部件以标准或基本符号示出。这些符号仅为说明性和示例性的，不以任何方式限制所示的任何特定配置、所示的不同配置之间的组合或权利要求。所有基本组件的描述是开放性的，并且任何示例性部件是非穷举的。
参照附图，其中几幅图中相似的附图标记对应于显示或类似的部件，热管理系统10提供用于使用在具有乘客车厢12、电池14和发动机16的车辆中。热管理系统10可包括热泵系统和冷却剂加热器控制模块(CHCM)加热系统的组合，以允许乘客车厢12在所有外界温度中有效加热，以及在存在来自乘客车厢12的冷却需求时，发动机16的有效变暖。
热管理系统10在本文中关于多种配置和四种操作模式被描述并且显示在图1A-5B中，所述四种操作模式为高效模式94(图1A-1B)，热泵辅助模式95(图2A-2B)，最大性能模式96(图3A，3B，4A，4B)和推进系统节能改进模式97(图5A-5B)。
总体参照图1A-5B，热管理系统10可包括第一冷却剂回路22、第二冷却剂回路20、制冷剂回路24和控制器26。
第一冷却剂回路22配置为循环第一冷却剂、调节由车辆乘客车厢12接收的空气和缓和发动机16的温度。第一冷却剂回路22可包括发动机16、第一冷却剂泵38、第一冷却剂回路热交换器42、冷却剂加热器控制模块(CHCM)48、CHCM混合阀40、加热器芯50和旁路阀52。
第一冷却剂泵38配置为泵送和/或循环第一冷却剂通过第一冷却剂回路22。例如，第一冷却剂泵38可在第一冷却剂回路热交换器42、CHCM 48、加热器芯50和可选的发动机16之间循环第一冷却剂。第一冷却剂泵38可以是电动、机械、电动-机械混合动力泵等。
第一冷却剂回路热交换器42在第一冷却剂回路22中循环的第一冷却剂和循环通过制冷剂回路24的制冷剂之间交换热。第一冷却剂回路热交换器42可具有第一冷却剂空腔和第一制冷剂空腔。第一冷却剂回路热交换器42可由此在流动通过第一冷却剂空腔的第一冷却剂和流动通过第一制冷剂空腔的制冷剂之间交换热。第一冷却剂回路热交换器42可用作冷凝器，以使第一冷却剂回路热交换器42可在加压的制冷剂从其流动通过时从加压的制冷剂提取热达到加压的制冷剂被冷却和冷凝的程度。在制冷剂流动通过第一冷却剂回路热交换器42时从制冷剂提取的热可被传递到流动通过第一冷却剂回路热交换器42的第一冷却剂。第一冷却剂回路热交换器42进一步配置为将第一冷却剂排出到加热器芯50。
CHCM 48配置为加热第一冷却剂，以提供对乘客车厢12的另外的加热，或在冷起动过程中温暖发动机16。CHCM包括高压加热元件54，其能够加热第一冷却剂。高压加热元件54可以是360伏电加热器等。
CHCM混合阀40配置为从第一冷却剂泵38接收第一冷却剂，并且根据热管理系统10的所选的操作模式将第一冷却剂排出到第一冷却剂回路热交换器42和CHCM 48中的一个或两者。CHCM混合阀40调制CHCM 48和第一冷却剂回路热交换器42之间的第一冷却剂的流动。CHCM混合阀40为能够沿着比例分配全谱在第一冷却剂回路热交换器42和CHCM 48之间分配第一冷却剂的流动。
CHCM混合阀40可进一步配置为占据第一位置56、第二位置58和第三位置60中的一个。当由控制器26促动以占据第一位置56时，CHCM混合阀40将第一冷却剂的流动仅引导到第一冷却剂回路热交换器42。当热管理系统10如图1A和1B中所示以高效模式94操作时，并且当热管理系统10如图5A和5B中所示以推进系统节能改进模式97操作时，CHCM混合阀40占据第一位置56。当由控制器26促动而占据第二位置58时，CHCM混合阀40在第一冷却剂回路热交换器42和CHCM 48之间调制流动，由此将第一冷却剂的流动引导到第一冷却剂回路热交换器42和CHCM 48中的每一个。当热管理系统10如图2A和2B中所示以热泵辅助模式95操作时，CHCM混合阀40占据第二位置58。当由控制器26促动以占据第三位置60时，CHCM混合阀40将第一冷却剂的流动仅引导到CHCM 48。当热管理系统10如图3A，3B，4A和4B中所示以最大性能模式96操作时，CHCM混合阀40占据第三位置60。
加热器芯50配置为加热流动穿过加热器芯50并且进入车辆乘客车厢12的空气。加热器芯50可配置为接收第一冷却剂，并且允许第一冷却剂从其通过。加热器芯50可进一步配置为将第一冷却剂排出到旁路阀52。加热器芯50可根据CHCM混合阀40的位置，从第一冷却剂回路热交换器42和CHCM 48中的一个或二者接收第一冷却剂。当热管理系统10如图1A和1B中所示以高效模式94操作时，并且当热管理系统10如图5A和5B中所示以推进系统节能改进模式97操作时，加热器芯50仅从第一冷却剂回路热交换器42接收第一冷却剂。当热管理系统10如图2A和2B中所示以热泵辅助模式95操作时，加热器芯50从第一冷却剂回路热交换器42和CHCM 48中的每一个接收第一冷却剂。当热管理系统10如图3A，3B，4A和4B中所示以最大性能模式96操作时，加热器芯50仅从CHCM 48接收第一冷却剂。
旁路阀52配置为从加热器芯50接收第一冷却剂，并且进一步配置为将第一冷却剂引导到第一冷却剂泵38和发动机16中的一个。旁路阀52可由控制器26促动以占据旁路位置62和联接位置64中的一个。当旁路阀52占据旁路位置62时，旁路阀52将第一冷却剂的流动仅引导到第一冷却剂泵38，由此将第一冷却剂设置路径为绕过发动机16。当旁路阀52占据联接位置64时，旁路阀52将第一冷却剂的流动仅引导到发动机16，将第一冷却剂回路22与发动机16联接。
当热管理系统10如图1A和1B中所示以高效模式94并且如图2A和2B中所示以热泵辅助模式95操作时，旁路阀52占据旁路位置62。当热管理系统10如图3A和3B中所示以最大性能模式96操作时，旁路阀52占据旁路位置62。当热管理系统10如图4A和4B中所示以最大性能模式96操作时，旁路阀52占据联接位置64。当热管理系统10如图5A和5B中所示以推进系统节能改进模式97操作时，旁路阀52占据联接位置64。
第二冷却剂回路20配置为循环第二冷却剂以调节，即加热或冷却车辆电池14的温度。第二冷却剂回路20可在可充电能量存储系统(RESS)30内循环第二冷却剂。第二冷却剂回路20可包括第二冷却剂泵28，车辆电池14，和第二冷却剂回路热交换器32。第二冷却剂回路20还可任选地包括电池加热器18。
第二冷却剂泵28配置为泵送和/或循环第二冷却剂通过第二冷却剂回路20。例如，第二冷却剂泵28可循环第二冷却剂通过RESS 30和第二冷却剂回路热交换器32。第二冷却剂泵28可以是电动、机械、电动-机械混合动力泵等。
RESS 30容纳车辆电池14和其他车辆功率电子器件。第二冷却剂可循环通过RESS 30，以调节车辆电池14和功率电子器件的温度，即在车辆操作过程中冷却车辆电池14和功率电子器件，并且在充电过程中或在冷外界温度中温暖车辆电池14和功率电子器件，以辅助电池14和功率电子器件达到适当的操作温度。
第二冷却剂回路热交换器32在循环通过第二冷却剂回路20的第二冷却剂和循环通过制冷剂回路24的制冷剂之间交换热。第二冷却剂回路热交换器32可具有第二冷却剂空腔和第二制冷剂空腔。第二冷却剂回路热交换器32可由此在流动通过第二冷却剂空腔的第二冷却剂和流动通过第二制冷剂空腔的制冷剂之间交换热。第二冷却剂回路热交换器32可用作蒸发器，以将来自第二冷却剂的热消散到制冷剂。
电池加热器18可以是12伏电加热器等，配置为在冷的外界温度中加热车辆电池14和RESS30内的其他功率电子器件到适当的操作温度。
制冷剂回路24配置为循环制冷剂，并且调节由乘客车厢12接收的空气。制冷剂回路24进一步配置为以第一模式98和第二模式99中的一种操作。在第一模式98中，制冷剂回路24可配置为将由乘客车厢12接收的空气加热和除湿。在第二模式99中，制冷剂回路24可配置为将由乘客车厢12接收的空气冷却和除湿。
制冷剂回路24可包括压缩机68、第一冷却剂回路热交换器42、第二冷却剂回路热交换器32、客舱蒸发器70、AC冷凝器72、第一膨胀装置74、第二膨胀装置76、至少一个流动控制阀78、至少一个模式选择阀80、第一接收器干燥器84和第二接收器干燥器82。制冷剂回路24还可包括测定装置，例如高压力侧传感器88、低压力侧传感器86和制冷剂温度传感器90。
压缩机68配置为压缩制冷剂，并且将制冷剂循环通过制冷剂回路24。压缩机68可具有入口67和出口69。压缩机68可由电动机(未示出)驱动，电动机可以是单速或可变速。压缩机68还可以是由连接到发动机16的皮带(未示出)驱动的泵。压缩机68将制冷剂加压为高压力状态，并且将压缩的制冷剂排出到第一冷却剂回路热交换器42和AC冷凝器72中的一个。
至少一个低压力侧制冷剂压力传感器86可定位在压缩机68的低压力侧，靠近压缩机入口67。至少一个高压力侧制冷剂压力传感器88可定位在压缩机68的高压力侧，靠近压缩机出口69。
当制冷剂回路24以第一模式98操作时，压缩机68将制冷剂仅排出到第一冷却剂循环热交换器42。当制冷剂回路24以第二模式99操作时，压缩机68将制冷剂仅排出到AC冷凝器72。
第一模式98或第二模式99的模式选择由控制器26和至少一个模式选择阀80的促动位置管理。该至少一个模式选择阀80配置为占据第一位置81和第二位置83中的一个。当控制器向制冷剂回路24发出以第一模式98操作的信号时，控制器26于是促动至少一个模式选择阀80，以占据第一位置81，使得来自压缩机68的制冷剂仅被引导到第一冷却剂回路热交换器42(图1A-4B)。当控制器26向制冷剂回路24发出以第二模式99操作的信号时，控制器26促动至少一个模式选择阀80，以占据第二位置83，使得来自压缩机68的制冷剂仅被引导到AC冷凝器72(图5A-5B)。
在图1A,2A,3A,4A,和5A中所示的第一示例性实施例中，至少一个模式选择阀80实施为三通双位置阀，具有第一位置81和第二位置83。在第一模式98中，模式选择阀80占据第一位置81，并且在第二模式99中，至少一个模式选择阀80占据第二位置83。
在图1B,2B,3B,4B,和5B中所示的第二示例性实施例中，该至少一个模式选择阀实施为两个切断阀，第一切断阀80a定位在第一冷却剂回路热交换器42的下游，并且第二切断阀80b定位在AC冷凝器72的下游。在第一模式98中，第一切断阀80a和第二切断阀80b占据第一位置，即第一切断阀80a完全打开，并且第二切断阀80b完全关闭。在第二模式99中，第一切断阀80a和第二切断阀80b占据第二位置，即第一切断阀80a完全关闭，并且第二切断阀80b完全打开。
在第一模式98中，压缩机68将制冷剂排出到第一冷却剂循环热交换器42。从压缩机68排出到第一冷却剂回路热交换器42的制冷剂经过制冷剂温度传感器90，制冷剂温度传感器90评价流动通过制冷剂回路24的制冷剂的温度，特别是进入第一冷却剂回路热交换器42制冷剂的温度。制冷剂温度传感器90于是发送表示制冷剂温度的信号回到控制器26。
第一冷却剂回路热交换器42如上面所述在在第一冷却剂回路22中循环的第一冷却剂和循环通过制冷剂回路24的制冷剂之间交换热。第一冷却剂回路热交换器42可用作冷凝器，以使第一冷却剂回路热交换器42可在加压的制冷剂从其流动通过时从加压的制冷剂提取热。在制冷剂流动通过第一冷却剂回路热交换器42时从制冷剂提取的热可被传递到流动通过第一冷却剂回路热交换器42的第一冷却剂。第一冷却剂回路热交换器42可进一步配置为将制冷剂排出到第一接收器干燥器84。
第一接收器干燥器84可具有入口和出口。第一接收器干燥器84可进一步包括多个干燥剂(未示出)，以从流动通过制冷剂回路24的制冷剂吸收和去除水气。第一接收器干燥器84可在接收器干燥器入口处接收制冷剂，并且将制冷剂从接收器干燥器出口排出到第一膨胀装置74和第二膨胀装置76中的一个。
至少一个流动控制阀78配置为计量和/或调制在第一膨胀装置74和第二膨胀装置76之间的制冷剂的流动。
第一和第二膨胀装置74,76可进一步配置为允许液体制冷剂在其从其第一和第二膨胀装置74,76通过时膨胀，导致制冷剂的温度降低。制冷剂被从第一膨胀装置74排出到第二冷却剂回路热交换器32。制冷剂被从第二膨胀装置76排出到客舱蒸发器70。第一和第二膨胀装置74,76可以是热膨胀阀，热膨胀阀可以是电子的或机械的。第一和第二膨胀装置74,76可例如通过传感器或温包(bulb)监测离开第二冷却剂回路热交换器32和客舱蒸发器70的制冷剂的温度，并且可通过分别排出更多或更少的制冷剂到第二冷却剂回路热交换器32和客舱蒸发器70中而到提高热交换的性能。
第一膨胀装置74可进一步配置为排出制冷剂到第二冷却剂回路热交换器32。第二膨胀装置76可配置为排出制冷剂到客舱蒸发器70。
第二冷却剂回路热交换器32如上面所述在在第二冷却剂回路20中循环的第二冷却剂和在制冷剂回路24中循环的制冷剂之间交换热。第二冷却剂回路热交换器32由此在流动通过其的第二冷却剂和制冷剂之间交换热。第二冷却剂回路热交换器32可用作蒸发器。第二冷却剂回路热交换器32可进一步配置为排出制冷剂回到压缩机68，以使制冷剂回路24完整。
客舱蒸发器70配置为在制冷剂和流动穿过客舱蒸发器70并且进入乘客车厢12中的空气之间交换热，并且将乘客车厢12除湿。客舱蒸发器70可用作蒸发器。客舱蒸发器70可进一步配置为排出制冷剂回到压缩机68，以使制冷剂回路24完整。
在第二模式99中，压缩机68将制冷剂排出到AC冷凝器72。AC冷凝器72在制冷剂和外界环境之间交换热。AC冷凝器72可以是制冷剂-空气冷凝器。AC冷凝器72可从压缩机68接收加压的制冷剂，并且可在加压的制冷剂流动通过AC冷凝器72时冷却和冷凝加压的制冷剂。AC冷凝器72配置为将制冷剂排出到第一膨胀装置74和第二膨胀装置76中的一个。
第一膨胀装置74可进一步配置为排出制冷剂到第二冷却剂回路热交换器32。第二膨胀装置76可配置为排出制冷剂到客舱蒸发器70。第二冷却剂回路热交换器32和客舱蒸发器70每一个排出制冷剂回到压缩机68，如上所述，以使制冷剂回路24完整。
参照总体显示在图1A-5B中的控制器26，控制器26包括处理器和有形非瞬时性存储器，记录的指令在有形非瞬时性存储器上。执行记录的指令使处理器促动CHCM混合阀40和旁路阀52到预定位置，以实行用于热管理系统的所选操作模式，其中，所选操作模式为高效模式94、热泵辅助模式95、最大性能模式96和推进系统节能改进模式97中的一种。
控制器26可以是独立的单元，或可以是调整包括发动机16和热管理系统10的车辆的操作的电子控制器的一部分。控制器26可实施为服务器/主机或分布式系统，例如用作车辆控制模块和/或比例-积分-微分(PID)控制器装置的具有处理器和有形非瞬时性存储器(例如只读存储器(ROM)或闪存)的数字计算机或微型计算机。控制器26还可具有随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、高速时钟、模拟-数字(A/D)和/或数字-模拟(D/A)电路和任何所需输入/输出电路及相关装置以及任何所需的信号调制和/或信号缓冲电路。
一般地，计算系统和/或装置，例如控制器26，可采用多个计算器操作系统中的任一个，并且一般包括计算器可执行指令，其中，指令可由例如上面所列的那些的一个或多个计算装置执行。计算机可执行指令可从使用多种公知的编程语言和/或技术，单独或组合地包括，但不限于，JavaTM,C,C++,Visual Basic,Java Script,Perl等形成的计算机程序汇编或编译。一般地，处理器(例如微处理器)例如从存储器、计算机可读介质等接收指令，并且执行执行指令，由此进行一个或多个处理，包括本文所说的一个或多个处理。这样的指令和其他数据可使用多种已知的计算机可读介质存储和传输。
因此，控制器26可包括控制和实行热管理系统10的操作所需的所有软件、硬件、存储器、算法、连接件、传感器等。
如图6中示意性展示的，记录的指令的执行使处理器完成实行提供的热管理系统10的操作的本方法100的步骤，该热管理系统10包括配置为循环第一冷却剂的第一冷却剂回路22，和配置为循环制冷剂的制冷剂回路24，其中，第一冷却剂回路22包括第一冷却剂泵38、第一冷却剂回路热交换器42和冷却剂加热器控制模块(CHCM)48。
在步骤101处，控制器26选择用于热管理系统10的操作模式。所选的操作模式为高效模式94、热泵辅助模式95、最大性能模式96和推进系统节能改进模式97中的一种。
在步骤102处，控制器26向热管理系统10发出以所选的操作模式94,95,96,97操作的信号。
在步骤103处，控制器26促动旁路阀52，以占据旁路位置62和联接位置64中的一个。
在步骤104处，控制器26促动CHCM混合阀40，以占据第一位置、第二位置和第三位置中的一个。
在步骤105处，基于所选的操作模式94,95,96,97，控制器26向制冷剂回路24发出以第一模式98和第二模式99中的一种操作的信号。当所选的操作模式为高效模式94、热泵辅助模式95和最大性能模式96中的一种时，控制器26向制冷剂回路发出以第一模式98操作的信号，由此促动至少一个模式选择阀80到第一位置81。促动至少一个模式选择阀80到第一位置81作为结果将来自压缩机68的制冷剂仅引导到第一冷却剂回路热交换器42。
图7详细显示了步骤105，即当所选的操作模式为推进系统节能改进模式97时，基于所选的操作模式，经由控制器26向制冷剂回路24发出以第一模式98和第二模式99中的一种操作的信号。当所选的操作模式为推进系统能量改进模式97时，控制器26在步骤201处向制冷剂回路24发出以第一模式98操作的信号，直到发动机16达到预定阈值温度，由此将发动机16用作散热器。作为结果，发动机16在发动机起动事件之前被预升温。在制冷剂回路24继续以第一模式98操作时，控制器26可向与AC冷凝器72相关联的至少一个电动冷却风扇75发出信号以保持关闭。另外，控制器26可促动多个车辆空气遮板73占据闭合位置，由此减小车辆上的电负载和空气动力阻力。
在步骤202处，控制器26经由发动机冷却剂温度传感器92测定发动机16的温度。
在步骤203处，控制器26连续地比较发动机16的温度和预定阈值温度。
在步骤204处，当发动机16的温度超过预定阈值温度时，控制器26向制冷剂回路24发出以第二模式99操作的信号。在发动机16达到预定阈值温度之后，当控制器26向制冷剂回路24发出以第二模式99操作的信号时，控制器26促动至少一个模式选择阀80到第二位置83。促动该至少一个模式选择阀80到第二位置83，作为结果仅将来自压缩机68的制冷剂引导到AC冷凝器72。在制冷剂回路24以第二模式99操作时，控制器26可向与AC冷凝器72相关联的至少一个电动冷却风扇75发出信号以通电。另外，控制器26可促动多个车辆空气遮板73以占据打开位置。
结合地，返回参照图6，本方法的步骤103,104和105限定热管理系统10的在步骤101处选择的所选操作模式。当所选的操作模式为如图1A和1B中所示的高效模式94时，控制器26促动旁路阀52以占据旁路位置62，并且将第一冷却剂的流动仅引导到第一冷却剂泵38，绕过发动机16。进一步地，控制器26促动CHCM混合阀40，以占据第一位置56，使CHCM混合阀40将第一冷却剂的流动仅引导到第一冷却剂回路热交换器42。进一步地，控制器26向制冷剂回路24发出以第一模式98操作的信号。
高效模式94为高效加热模式，其中，乘客车厢12经由制冷剂回路24和第一冷却剂回路22加热。当乘客车厢12加热需求为中度或较低并且外界温度中等，例如从约0℃到约25℃时，控制器26选择高效模式94。
当所选的模式为如图2A和2B中所示的热泵辅助模式95时，控制器26促动旁路阀52以占据旁路位置62，并且将第一冷却剂的流动仅引导到第一冷却剂泵38，绕过发动机16。控制器26促动CHCM混合阀40，以占据第二位置58，使CHCM混合阀40将第一冷却剂的流动引导到第一冷却剂回路热交换器42和CHCM 48中的每一个。进一步地，控制器26向制冷剂回路24发出以第一模式98操作的信号。
热泵辅助模式95为组合加热模式，其中，热管理系统10采用CHCM 48来辅助制冷剂回路24和第一冷却剂回路22，从而给乘客车厢12提供热。在中等外界温度中，由制冷剂回路24和第一冷却剂回路22单独形成的热泵的性能可能不足够，例如当1)来自乘客车厢12的加热需求较高，并且外界温度中等，例如从约0℃到约25℃；和2)来自乘客车厢12的加热需求中度并且外界温度为中等到冷，例如从约-10℃到约0℃时。在这样的例子中，CHCM混合阀40占据第二位置58，以调制第一冷却剂流动通过第一冷却剂回路热交换器42和CHCM 48，允许CHCM 48的高压加热元件54经由第一冷却剂提供另外的热到乘客车厢12。
当所选的操作模式为图3A，3B，4A，4B中所示的最大性能模式96时，控制器26促动旁路阀52占据旁路位置62和联接位置64中的一个。进一步地，控制器26促动CHCM混合阀40，以占据第三位置60，使CHCM混合阀40将第一冷却剂的流动仅引导到CHCM 48。进一步地，控制器26向制冷剂回路24发出以第一模式98操作的信号。最大性能模式96为其中由制冷剂回路24和第一冷却剂回路22形成的热泵由于冷的外界温度而不可用的加热模式。
在发动机16以如图3A和3B中所示的最大性能模式96冷起动的过程中，控制器26促动旁路阀52以占据旁路位置62，并且将第一冷却剂的流动仅引导到第一冷却剂泵38，绕过发动机16。在该例子中，由发动机冷却剂温度传感器92感测的发动机16内的第一冷却剂的温度比将要循环通过第一冷却剂回路热交换器42的第一冷却剂的温度更冷。这样，CHCM 48的高压加热元件54承担提供热给乘客车厢12的全部负载。
在发动机16已经足够温暖之后，热管理系统10的所选的操作模式为图4A，4B中所示的最大性能模式96，控制器26促动旁路阀52占据联接位置64，并且将第一冷却剂的流动仅引导到发动机16。在该例子中，由发动机冷却剂温度传感器92感测的发动机16的温度比将要循环通过第一冷却剂回路热交换器42的第一冷却剂的温度更温暖。这样，第一冷却剂携带可被用于辅助加热乘客车厢12的发动机的废热。在低于约0℃的外界温度下，CHCM48的高压加热元件54和来自发动机16的废热协力提供最大的加热给乘客车厢12。
当所选的模式为如图5A和5B中所示的推进系统能量改进模式97时，控制器促动旁路阀52以占据旁路位置64，并且将第一冷却剂的流动仅引导到发动机16。进一步地，控制器26促动CHCM混合阀40以占据第一位置56，以使CHCM混合阀40将第一冷却剂的流动仅引导到第一冷却剂回路热交换器42。进一步地，如图7中详细显示并且如上面所述的，控制器26向制冷剂回路24发出以第一模式98和第二模式99中的一种操作的信号。
当存在来自乘客车厢12的冷却需求时，推进系统节能改进模式97在任何外界温度下可用。在推进系统节能改进模式97中，制冷剂回路24最初继续以第一模式98运转，其中，来自压缩机68的制冷剂被设置路径至仅到第一冷却剂回路热交换器42。通过第一冷却剂回路热交换器42的制冷剂比发动机16更温暖，并且这样，制冷剂回路24和第一冷却剂回路22可使用发动机16作为用于其中产生的热的散热器。作为结果，发动机16在发动机起动事件之前被预升温。当制冷剂回路24继续以第一模式98操作时，与AC冷凝器72相关联的至少一个电动冷却风扇75可保持关闭，并且多个车辆空气遮板73可保持闭合，由此降低车辆上的电负载和空气动力学阻力。
当发动机16最初起动时，制冷剂回路24将以第一模式98操作，以将制冷剂设置路径到第一冷却剂回路热交换器42，其中，来自制冷剂的热将被耗散到循环通过第一冷却剂回路22的第一冷却剂。第一冷却剂将继续循环通过第一冷却剂回路22，通过加热器芯50，然后通过发动机16，将来自流动通过第一冷却剂回路热交换器42的制冷剂的另外的热送到发动机16，以有效地温暖发动机16。一旦发动机16变温暖，即达到预定阈值温度，则制冷剂回路24由控制器26发出以第二模式99操作的信号，将制冷剂从压缩机68设置路径至仅到AC冷凝器72。当制冷剂回路24以第二模式99操作时，与AC冷凝器72相关联的至少一个电动冷却风扇75可由控制器26通电，并且多个车辆空气遮板73可被促动到打开位置。推进系统节能改进模式97为其中温暖发动机16所需的时间可缩短并且车辆上的电负载可降低以由此提高燃料经济性的模式。
详细的描述和图或附图是对本发明的支持和描述，但是本发明的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了实现要求保护的本发明的最佳模式和其他实施例，但是存在多种可替代设计和实施例来实践所附权利要求中限定的本发明。

Claims (10)

1.一种用于具有发动机的车辆的热管理系统，该热管理系统包括：
制冷剂回路，配置为循环制冷剂，并且进一步配置为以第一模式和第二模式中的一种操作；
第一冷却剂回路，与制冷剂回路为热交换关系，并且配置为循环第一冷却剂，第一冷却剂回路包括：
第一冷却剂泵；
第一冷却剂回路热交换器，配置为在在制冷剂回路中循环的制冷剂和第一冷却剂之间交换热；
冷却剂加热器控制模块(CHCM)，包括高压加热元件；
CHCM混合阀，配置为占据第一位置、第二位置和第三位置中的一个，以使CHCM混合阀在CHCM和第一冷却剂回路热交换器之间调制第一冷却剂的流动；
旁路阀，配置为占据旁路位置和联接位置中的一个，以使旁路阀配置为在占据旁路位置时引导第一冷却剂到第一冷却剂泵的流动，并且进一步配置为在占据联接位置时引导第一冷却剂到发动机的流动；
控制器，具有处理器和有形非瞬时性存储器，在有形非瞬时性存储器上具有记录的指令，其中，执行记录的指令使得处理器促动CHCM混合阀和旁路阀到预定位置，以实行用于热管理系统的所选的操作模式，其中，所选的操作模式为高效模式、热泵辅助模式、最大性能模式和推进系统节能改进模式中的一种。
2.根据权利要求1所述的热管理系统，其中，制冷剂回路在热管理系统以高效模式、热泵辅助模式和最大性能模式中的每一种操作时以第一模式操作。
3.根据权利要求2所述的热管理系统，其中，所选的操作模式为高效模式，以使控制器促动旁路阀从而占据旁路位置并且引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂泵；并且其中，控制器促动CHCM混合阀以占据第一位置，以使CHCM混合阀引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂回路热交换器。
4.根据权利要求2所述的热管理系统，其中，所选的操作模式为热泵辅助模式，以使控制器促动旁路阀从而占据旁路位置并且引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂泵；并且其中，控制器促动CHCM混合阀以占据第二位置，以使CHCM混合阀引导第一冷却剂的流动到第一冷却剂回路热交换器和CHCM中的每一个。
5.根据权利要求2所述的热管理系统，其中，所选的操作模式为最大性能模式，以使控制器促动旁路阀从而占据旁路位置并且引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂泵；并且其中，控制器促动CHCM混合阀以占据第三位置，以使CHCM混合阀引导第一冷却剂的流动仅到CHCM。
6.根据权利要求2所述的热管理系统，其中，所选的操作模式为最大性能模式，以使控制器促动旁路阀从而占据联接位置并且引导第一冷却剂的流动仅到发动机；并且其中，控制器促动CHCM混合阀以占据第三位置，以使CHCM混合阀引导第一冷却剂的流动仅到CHCM。
7.根据权利要求1所述的热管理系统，其中，当所选的操作模式为推进系统节能改进模式时，制冷剂回路以第一模式和第二模式中的每一种操作。
8.根据权利要求7所述的热管理系统，其中，制冷剂回路以第一模式操作直到发动机达到预定阈值温度，由此将发动机用作散热器；并且其中，当发动机超过预定阈值温度时，制冷剂回路以第二模式操作。
9.根据权利要求7所述的热管理系统，其中，所选的操作模式为推进系统节能改进模式，以使控制器促动旁路阀从而占据联接位置并且引导第一冷却剂的流动仅到发动机；并且其中，控制器促动CHCM混合阀以占据第一位置，以使CHCM混合阀引导第一冷却剂的流动仅到第一冷却剂回路热交换器。
10.根据权利要求1所述的热管理系统，其中，所述制冷剂回路包括：
压缩机；
第一冷却剂回路热交换器，配置为在流动通过其的第一冷却剂和制冷剂之间交换热；
AC冷凝器，配置为在制冷剂和外界环境之间交换热；
至少一个模式选择阀，配置为占据第一位置和第二位置中的一个；
其中，当所述至少一个模式选择阀占据第一位置时，制冷剂回路以第一模式操作，以使从压缩机排出的制冷剂被引导为仅到第一冷却剂回路热交换器；并且
其中，当所述至少一个模式选择阀占据第二位置时，制冷剂回路以第二模式操作，以使从压缩机排出的制冷剂被引导为仅到AC冷凝器。
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