CN105263743B - 用于通过空调设备优化高压蓄能器的冷却的方法和控制器 - Google Patents

用于通过空调设备优化高压蓄能器的冷却的方法和控制器 Download PDF

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Abstract

本发明提出用于通过在行走工具中通过空调设备优化高压蓄能器的冷却的一种控制器和一种方法。在此，按照本发明对穿过用于高压蓄能器的蒸发器的过小的冷却剂流进行识别，并且响应于此，为了提高冷却剂流而在空调设备的冷凝器内减少热损失。蒸发器设置为用于冷却高压蓄能器并且与高压蓄能器热耦联。减少热损失包括附加地将热馈入到冷凝器中，其中，附加地将热馈入包括提高在冷凝器与用于散热的循环之间的热耦联。

Description

用于通过空调设备优化高压蓄能器的冷却的方法和控制器
技术领域
本发明涉及一种在可电气驱动的车辆中冷却高压蓄能器。特别是，本发明涉及在控制穿过蒸发器的冷却剂流方面的优化，所述蒸发器设置为用于冷却高压蓄能器。
背景技术
正是在电动车辆和混合动力车辆中很频繁地将锂离子电池用作蓄能器。在此，锂离子电池的热管理对于电池的使用寿命和功率释放是一个重要因素。因此，例如在各电池单元之间的温度差异(Spreizung)不允许超过一定的差额，同时同样必须遵循所有单元的最大温度。即使在外部温度范围内大幅波动的情况下也要满足这些要求。因此，例如可以为汽车提出如下要求，即，在外部温度范围为-10℃至+40℃的情况下功能良好地提供锂离子电池。
在低于冰点的冷的温度的情况下，可能在制冷循环中产生临界状态，所述制冷循环可能导致冷却不充分或者超过上极限值。因为在冬天条件下在制冷循环中持续出现很小的压力差，与此相应地存在很小的冷却液质量流。因此，在冷却器的制冷功率恒定的情况下产生冷却液的高的过热。因此，所述过热导致蓄电池单元内的温度分布的大的差异，因为冷却液的温度在冷却器的入口和出口之间有显著的区别。因此，例如可以产生在冷却循环中在下游设置得最远的蓄电池单元的强烈的过热。
发明内容
因此，本发明的任务在于，确保通过空调设备冷却的高压蓄能器即使在环境温度低的情况下也可靠地运行。
该任务通过用于在行走工具中通过空调设备优化高压蓄能器的冷却的方法解决，所述方法具有如下步骤：
-对穿过用于高压蓄能器的蒸发器的过小的冷却剂流进行识别，并且；
-响应于此，为了提高冷却剂流而在空调设备的冷凝器之内减少热损失；
其中，蒸发器设置为用于冷却高压蓄能器并且与高压蓄能器热耦联，减少热损失包括附加地将热馈入到冷凝器中，其中，附加地将热馈入包括提高在冷凝器与用于散热的循环之间的热耦联。
该任务还通过用于行走工具的控制器解决，其通过行走工具的空调设备优化高压蓄能器的冷却，其特征在于，所述控制器设置为用于，
-得到输入参量，
-产生输出参量，并且
-以输出参量为基础，执行按照本发明的方法。
按照本发明提出了一种用于在行走工具中通过空调设备优化高压蓄能器的冷却的方法。在此，行走工具例如可以为特别是可电气驱动的轿车。原则上，也考虑其他可以通过电化学的高压蓄能器驱动的行走工具。在此，按照本发明的方法包括：作为第一步，对穿过用于高压蓄能器的蒸发器的过小的冷却剂流进行识别。在此，(如开头所述)过小的冷却剂流导致过少的散热并且特别是导致在高压蓄能器的各蓄能器单元内的温度分布的过大的差异。响应于此，作为第二步，提出：为了提高冷却剂流而在空调设备的冷凝器之内减少、特别是自动地减少热损失。因为特别是在外部温度低的情况下所述冷却剂流由于冷凝器区域中的过小的温度差而急剧下降，所以可以按照这种方式提高温度差并且确保通过与高压蓄能器热耦联的蒸发器适宜地冷却高压蓄能器。为了减少热损失，按照本发明考虑到不同的措施，所述措施优选无单独与用户交互地、也就是自动地进行。在此，在本发明的范围内将冷凝器的“热损失”特别是理解为在冷凝器内的热损失平衡。换言之，冷凝器的提高的散热可以按照本发明地通过提高的供热来补偿。在此，在可能的措施的范围内优选地偏爱在批量采用的情况下能实现成本有利且运行安全地执行的途径。
优选地，响应于不同的识别来对过小的冷却剂流进行识别。按照本发明的第一种途径在于，确定在高压蓄能器之内超过预定义的温度。为此，考虑不同的方法，所述方法在现有技术中原则上是已知的。按照本发明例如可以测量高压蓄能器的电气特征参量、分析热敏元件、分析红外传感器等。以经验值为基础的评估方法也可以在考虑到行走工具或者高压蓄能器的运行状态的情况下使用。备选地或者附加地，可以以类似的方式确定在高压蓄能器内的蓄能器单元之间超过预定义的温度差异。换言之，确定在第一与第二蓄能器单元之间的温度差并且与预定义的阈值比较。备选地或者附加地，可以确定在空调设备的冷却剂与围绕冷凝器流动的环境空气之间低于预定义的温度差。其中，例如可以测量环境空气并且与空调设备内在测量技术或者经验上确定的冷却剂温度相比较。在此，可以以经验为基础地并且与高压蓄能器当前运行状态有关地作出如下预测，即，由用于确保从高压蓄能器适宜地散热而产生的冷却剂流使按照本发明的措施成为必需。上述措施提供有利且在测量技术上容易确定的识别，响应于此，按照本发明的反应可以优选地进行。
优选地，为了减少热损失，将冷却剂流的至少一部分至少在空调设备的冷凝器的一部分旁引导。换言之，冷却剂流在如下位置进行分岔，即，冷却剂流的分岔的部分不流经整个冷凝器长度。在此特别是，可以将冷却剂的一部分在整个冷凝器旁引导。这有如下优点，即，冷凝器可以在没有用于分岔冷却剂流的一部分的阀的情况下构造，这减少用于冷凝器的构件费用。备选地，可以将整个冷却剂流在冷凝器的一部分旁引导。为此，设置在冷凝器中的阀可以负责使围绕冷凝器的旁路能够短地并且节省结构空间地实施。
按照本发明，热损失的备选的或者附加的减少通过减少穿过冷凝器的环境空气流进行。换言之，将热从冷凝器中导出的环境液体被这样影响，使得减少散热并且提高冷凝器温度。例如流向冷凝器的环境空气可以通过可变的空气引导器件这样影响，使得环境空气的较少的质量流流向或者穿流冷凝器表面。对于如下情况，即，冷凝器设置在为了其他目的已经设有的空气引导器件之后，响应于识别出穿过用于高压蓄能器的蒸发器的过小的冷却剂流，按照本发明因此可以产生用于操控空气引导器件的控制信号，响应于此，穿过冷凝器的环境空气的通过量被原本就构建的空气引导器件减少。按照这种方式不需要用于实现按照本发明的方法的附加的硬件。
按照本发明的用于在冷凝器之内减少热损失的另一个步骤在于附加地将热馈入到冷凝器中。这例如可以通过加热元件进行，所述加热元件例如以电或者化学储能的能量(例如以燃料的形式)运行。在此特别是，电能的使用能实现简单且安全的结构型式以及成本有利的构造和运行。优选地，在行走工具中的产生的废热也可以用于加热冷凝器。为此，例如可以暂时地改进冷凝器与用于散热的循环之间的热耦联。用于散热的循环的例子是用于给行走工具的传动装置散热的冷却水循环。在此，热耦联可以通过减少在循环的区段与冷凝器之间的距离简单地进行。备选地或者附加地，位于循环和冷凝器之间的绝缘可以暂时地移除或者减少。例如可以用传输热的液体(例如水)填充位于循环和冷凝器之间的液箱，以便提高热耦联。备选地或者附加地，冷却水流可以通过行走工具的冷却水循环的与冷凝器热耦联的热交换器提高。换言之，冷却水流可以通过以下方式通过热交换器提高，即，例如热交换器的旁路中断并且因此穿流冷却水循环的整个冷却水流现在也穿流热交换器。上述用于附加地将热馈入的措施按照本发明减少了在冷凝器之内的热损失平衡并且在外部温度低的情况下导致用于冷凝器的更加适合的温度差。
此外优选地，按照本发明使用的空调设备可以附加地用于影响在行走工具的乘客停留区域中的气候。换言之，使用冷却剂循环的两个并行的支路，以便一方面影响内部空间空气或者其温度，另一方面引起行走工具的高压蓄能器的按照本发明的冷却。这能实现节约成本地实施按照本发明的方法并且降低了在冷却高压蓄能器时的重量和构造空间。
按照本发明的另一方面，提出用于行走工具、特别是轿车(PKW)的控制器，其通过行走工具的空调设备优化高压蓄能器的冷却。换言之，控制器设置用于实施上述按照本发明的方法。为此，得到输入参量以用于识别出特别是穿过用于高压蓄能器的蒸发器的过小的冷却剂流。所述馈入参数例如可以是测量结果或者以经验为基础的特征参量，所述测量结果或者特征参量能实现确定当前的或者预测的温度。此外，所述控制器按照发明设置用于产生输出参量，以便按照本发明地对输入参量作出反应。输出参量理解为这样信号，即，所述信号适合于在空调设备的冷凝器之内减少热损失并且因此适合于提高冷却剂流。这例如可以包括用于使冷却剂流围绕冷凝器引导的阀的操控。备选地或者附加地，可以操控用于调整可变的空气引导器件的促动器。最后，备选地或者附加地，输出参量适合于触发将热馈入到冷凝器中。这例如可以通过切换器件发生，所述切换器件以电能供应在冷凝器上的电加热元件。备选地或附加地，输出参量可以操控促动器，所述促动器有利于在冷却水循环与冷凝器之间的热耦联。此外，备选地或者附加地，输出参量可以通过以下方式实现穿过与冷凝器热耦联的热交换器的冷却水流提高，即，例如相应地操控热交换器的旁路的阀。
附图说明
本发明的其它的细节、特征和优点由以下说明和附图得出。图中：
图1示出带有空调设备的行走工具的示意性的俯视图，所述空调设备设置用于冷却高压蓄能器；
图2示出在空气引导器件打开时可通过空气引导器件遮蔽的冷凝器的示意性的俯视图；
图3示出在空气引导器件闭合时可通过空气引导器件遮蔽的冷凝器的实施例的示意性的俯视图；
图4示出用于将冷却剂流在冷凝器的一部分旁引导的实施例的示意图；
图5示出用于将冷却剂流的一部分在冷凝器旁引导的实施例的示意图；
图6示出用于在减少热损失的情况下按照本发明地使用冷却水循环的实施例的示意图；以及
图7示出流程图，所述流程图显示按照本发明的方法的实施例的步骤。
具体实施方式
图1示出车辆5的部件的俯视图，在所述车辆中空调设备2设置用于冷却高压蓄能器1。环境空气4穿流过车辆5的冷却器格栅并且在此从空调设备2的冷凝器3导出热。在此，所述空调设备2包括两个并行支路，其中，可以借助于蒸发器24通过膨胀阀10控制用于冷却高压蓄能器1的质量流在第二支路中，可以借助于第二蒸发器11通过第二膨胀阀9控制用于冷却座舱8内的空气的冷却剂流紧接着，冷却剂流汇合为一个共同的冷却剂流所述冷却剂流通过压缩机16压缩并且紧接着重新穿流过冷凝器3。如果环境温度4与空调设备2在冷凝器3内的冷却剂之间低于确定的温度差，则冷却剂流不再足够高来在高压蓄能器1的各蓄能器单元之间保持预定义的最高温度差异。附加地，用于高压蓄能器1的蒸发器24的一般冷却功率在总体上也可能处于所要求的冷却功率之下。因此，与以下附图相结合地提出以下措施，按照本发明通过所述措施可以在冷凝器3内减少热损失。
图2示出示意图，在所述示意图中，冷凝器3可通过作为空气引导器件6的多个可调整的叶片6a、6b、6c、…6m遮蔽向冷凝器流动的环境空气4。为此，叶片6a、6b、6c、…6m沿行驶方向设置在冷凝器3之前，从而在环境空气4可以从冷凝器3导出热之前，环境空气4强制地必须穿流过所述叶片。其余的部件与结合图1讨论的特征相符。
图3示出在图2中示出的布置结构，在(未示出)的高压蓄能器1内确定出过度的加热和/或温度差异之后。因此，按照本发明发出控制信号，所述控制信号导致操控(未示出的)促动器，所述促动器使空气引导器件6的叶片6a、6b、6c、…6m转动，从而所述叶片构成用于将冷凝器3相对于环境空气4进行遮蔽的闭合的面。按照这种方式，冷凝器3较不强烈地被取出热，从而按照本发明人工地提高在环境空气4与冷凝器3内的冷却剂之间的温度差。
图4示出用于说明用于在冷凝器3之内减少热损失的备选的措施的示意图。为此，冷凝器3具有第一阀12，所述第一阀可以传输或者封锁流入到冷凝器3中的冷却剂流通过沿箭头P1方向转动阀12的第一活门K1，所述阀12在示出的位置阻止质量流穿流过冷凝器3的部分A，从而冷却剂流仅穿流过冷凝器3的部分B。所述冷却剂流通过第二阀13的第二活门K2在进入到冷凝器3的部分A之前从冷凝器3引导出。为此，第二阀13的第二活门K2沿箭头P2的方向转动，从而所述活门在冷凝器3的部分B的端部上释放排出口。因此，流向冷凝器3的环境空气4仅导致穿流过部分B的冷却剂的散热，从而按照本发明地减少冷凝器3的功率。
图5示意性地示出用于控制冷凝器3的制冷功率的一种备选的构造型式。冷却剂流通过阀14部分地穿过按照本发明构造的空调设备2的冷凝器3引导。因此，环境空气4冷却穿流过冷凝器3的质量流而借助于阀14及其沿箭头P3的方向枢转的活门K3分岔的质量流流过冷凝器3的旁路并且在冷凝器3之后才重新与质量流汇合。通过按照这种方式减少冷凝器3的制冷功率，结果提高在环境空气4与穿流过空调设备2的冷却剂之间的温度差。
图6示意性地示出用于减少冷凝器3取热的备选的或者附加的按照本发明的措施。在此涉及冷却水循环I，在所述冷却水循环中冷却水流通过水泵16循环。在此，冷却水穿流过低温冷却器15，在所述低温冷却器中热放出到环境空气4上。紧接着，被冷却的冷却水穿流过水冷冷凝器形式的热交换器7，冷却水循环I的区段通过所述热交换器按照本发明与空调设备2的冷凝器3热耦联。在此，冷却水流将余热放出到冷凝器3之内的冷却剂上。紧接着，所述冷却水流按照规定地穿流过不同的冷却器(例如发动机的冷却器(EME)、增压空气冷却器、不同的低温冷却器)，所述冷却器象征性地综合在一个单元17中。冷却水循环I通过以下方式闭合，即，冷却水流紧接着重新穿流过水泵16。为了调节在冷却水循环I与冷凝器3之间的热传递，可想到不同的措施，其中，以下提及的可能的例子不要求完备性。一种途径在于，以减少的冷却水流流过热交换器7。这例如可以通过使短路热交换器7的、可调节的旁路(未示出)进行。在此，与在图5中示出的布置结构相应的布置结构可以用于热交换器7。备选地，与在图4中示出的布置结构相应的布置结构可以用于热交换器7。备选地，热交换器7与冷凝器3之间的热耦联可以通过以下方式提高，即，在两者之间的热绝缘暂时地减少。例如可以用导热的液体(例如水)填充设置在热交换器7和冷凝器3之间的液箱(所述液箱之前是空的并且至少具有较低的液位)。备选地，热交换器7和冷凝器3之间的空间上的邻近例如可以通过(未示出的)伺服马达来减少，从而两个部件的热耦联提高。备选地或者附加地，可以将在图6中示出的布置结构与在图2至5中示出的布置结构相结合。换言之，可以附加于使用冷却水循环I而借助于空气引导器件6控制环境空气流4和/或通过适宜的旁路(见图4和图5)减少冷凝器3的取热功率。
图7示出流程图，所述流程图示出按照本发明的方法的步骤。在步骤100中，确定出超过预定义的温度和/或预定义的温度差异。备选地或者附加地，探测在空调设备的冷却剂和围绕冷凝器流动的环境空气之间低于预定义的温度差。紧接着在步骤200中识别，由此可期待或已经存在通过用于高压蓄能器的蒸发器的过小的冷却剂流。在此，在步骤200中还可以涉及行走工具或者高压蓄能器的运行参量并且例如也分析行走工具的用户的使用历史。综上所述，在步骤200中确定出如下要求，即，穿过在高压蓄能器区域中的蒸发器的冷却剂流必须提高。紧接着，在步骤300中负责在空调设备的冷凝器之内减少热损失，从而提高过小的冷却剂流。
即使借助与附图结合阐述的实施例在细节上描述了按照本发明的方面和有利的实施形式，对于专业人员来说修改和组合示出的实施例的特征也是可能的，而不离开本发明的范围，本发明的保护范围通过所附的权利要求书定义。
附图标记列表
1 高压蓄能器
2 空调设备
3 冷凝器
4 环境空气
5 车辆
6 空气引导器件
6a、b… 叶片
7 水冷的冷凝器/热交换器
8 座舱
9 膨胀阀
10 膨胀阀
11 蒸发器
12 阀
13 阀
14 阀
15 低温冷却器
16 压缩机/(水)泵
17 冷却器
24 蒸发器
100 步骤
200 步骤
300 步骤
A/B 冷凝器的部分
I 冷却水循环
K 活门
质量流/冷却剂流
P 箭头

Claims (12)

1.用于在行走工具(5)中通过空调设备(2)优化高压蓄能器(1)的冷却的方法，所述方法具有如下步骤：
-对穿过用于高压蓄能器(1)的蒸发器(24)的过小的冷却剂流(M1)进行识别(200)，并且；
-响应于此，为了提高冷却剂流(M1)而在空调设备(2)的冷凝器(3)之内减少热损失(300) ；
其中，蒸发器(24)设置为用于冷却高压蓄能器(1)并且与高压蓄能器热耦联，其特征在于，减少热损失包括附加地将热馈入到冷凝器(3)中，其中，附加地将热馈入包括提高在冷凝器(3)与用于散热的循环(I)之间的热耦联。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对过小的冷却剂流(M1)的识别响应于对如下内容的确定(100)而进行，即，
-在高压蓄能器(1)之内超过预定义的温度，和/或
-在高压蓄能器(1)之内超过预定义的温度差异，和/或
-在空调设备(2)的冷却剂与围绕冷凝器(3)流动的环境空气(4)之间低于预定义的温度差。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了减少热损失，将冷却剂流(M4)的至少一部分(M3)至少在冷凝器(3)的一部分(A)旁引导。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，为了减少热损失，将冷却剂流(M4)的至少一部分(M3)至少在冷凝器(3)的一部分(A)旁引导。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，为了减少热损失，
-将冷却剂流(M4)的一部分(M3)在整个冷凝器(3)旁引导，或者
-将整个冷却剂流(M4)在冷凝器(3)的一部分(A)旁引导。
6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，为了减少热损失，
-将冷却剂流(M4)的一部分(M3)在整个冷凝器(3)旁引导，或者
-将整个冷却剂流(M4)在冷凝器(3)的一部分(A)旁引导。
7.按照权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，减少热损失包括减少穿过冷凝器(3)的环境空气流(4)。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，减少环境空气流(4)包括操控沿行走工具(5)的前进方向设置在冷凝器(3)之前的可变的空气引导器件(6)。
9.按照权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，附加地将热馈入包括提高穿过行走工具(5)的冷却水循环(I)的热交换器(7)的与冷凝器(3)热耦联的区域的冷却水流(M5)。
10.按照权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，空调设备(2)附加地用于影响在行走工具(5)的乘客停留区域(8)中的气候。
11.按照权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，所述行走工具(5)是车辆。
12.用于行走工具的控制器，其通过行走工具(5)的空调设备(2)优化高压蓄能器(1)的冷却，其特征在于，所述控制器设置为用于，
-得到输入参量，
-产生输出参量，并且
-以输出参量为基础，执行按照权利要求1至11之一所述的方法。
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