CN105270142B - 混合动力车辆的加热系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于混合动力车辆的加热系统，其可以包括：第一加热管路，其将具有通过水冷却来控制的温度的发动机连接到使用从发动机产生的热量来加热的加热器芯；第二加热管路，其允许各个电子设备与控制各个电子设备的温度的辅助散热器之间的热交换；分支管路，其连接到第一加热管路和第二加热管路并且在其之间交换热量；多个阀，其设置在第一加热管路、第二加热管路以及分支管路中的每一个上；以及控制器，其控制每个阀。

Description

混合动力车辆的加热系统
技术领域
本发明涉及混合动力车辆的加热系统，其中从发动机产生的热量被储存在各种电子设备和其冷却管路中以用作混合动力车辆中的加热源。
背景技术
通常，混合动力车辆通过选择使用化石燃料的发动机驱动力和使用电能的电动机驱动力中的一者或者通过使用此二者来驱动。
也就是说，混合动力车辆根据驱动情况实施其中仅使用发动机驱动源来驱动车辆的发动机驱动模式、仅使用电动机驱动源来驱动车辆的电动车辆(EV)驱动模式以及使用来自发动机和电动机二者的动力来驱动车辆的混合动力电力车辆(HEV)驱动模式。
在混合动力车辆中，内部加热系统(如图1中所示)设置有加热器芯1、发动机3、连接到散热器7以循环冷却水的发动机冷却回路10以及单独地制备而连接到各个前部组件23和用于冷却前部组件的辅助散热器27以循环冷却水的电子设备冷却回路20。
根据如以上配置的用于混合动力车辆的常规加热系统，当根据驱动模式需要加热操作以加热车辆的内部时，从发动机产生的热量被朝向加热器芯传递。即使在当发动机停止时将驱动模式转换成其中仅使用电动机驱动车辆的EV驱动模式的情况下，使用保留在发动机中的热量来将车辆内部加热预定时间，然而，根据发动机温度的降低，发动机需要被重新起动。
另外，即使以EV驱动模式驱动车辆时通过诸如逆变器的各种电子设备产生热量，该热量也会由于冷却而被丢弃，由此导致能量损耗，并且另外在温度升高时产生的热量被冷却而丢弃。
已经提出单独的热量储存系统来储存丢弃的热量，然而，必须添加单独的结构来建立热量储存系统，由此使得结构复杂并且增加单位成本。
在该背景技术部分公开的信息仅用于提高对本发明的一般背景的理解，而不应作为对该信息形成本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。
发明内容
本发明的各个方面是旨在提供一种用于混合动力车辆的加热系统，该加热系统能够通过在进行混合动力车辆的加热时储存从发动机产生的废热并且将所储存的热量用作加热源来提高加热效率并且减少能量损耗。
根据本发明的各个方面，一种用于混合动力车辆的加热系统可以包括：第一加热管路，其将具有通过水冷却来控制的温度的发动机连接到使用从发动机产生的热量来加热的加热器芯；第二加热管路，其允许各个电子设备与控制各个电子设备的温度的辅助散热器之间的热交换；分支管路，其连接到第一加热管路和第二加热管路并且在其之间交换热量；多个阀，其设置在第一加热管路、第二加热管路以及分支管路中的每一个上并且在第一加热管路与第二加热管路之间选择性地交换热量；以及控制器，当发动机的处理温度是极限温度或更高时，所述控制器控制每个阀以使得从发动机产生的热量从第一加热管路传递到第二加热管路并且储存在第二加热管路中。
分支管路可以包括第一分支管路，其沿第二加热管路从辅助散热器的入口处的第一分支点分支并且连接到第一加热管路的加热器芯的入口处的第二分支点；以及第二分支管路，其沿第二加热管路从辅助散热器的出口处的第三分支点分支并且连接到第一加热管路的发动机的出口处的第四分支点。
多个阀可以包括：第一阀和第二阀，所述第一阀和所述第二阀分别设置在第一分支管路和第二分支管路上；第三阀，其设置在第一加热管路上第一分支管路所连接到的第二分支点与第二分支管路所连接到的第四分支点之间；以及第四阀，其设置在第二加热管路上第一分支管路所连接到的第一分支点与辅助散热器之间。
控制器可以在发动机被驱动的同时进行加热操作时控制第三阀打开并且控制第一阀和第二阀关闭，从而使得从发动机产生的热量被传递到加热器芯。
控制器可以在发动机被驱动的同时发动机的处理温度是极限温度或更高的情况下控制第三阀和第四阀关闭并且控制第一阀和第二阀打开，使得从发动机产生的热量被传递到第二加热管路。
控制器可以在因从发动机传递的热量而使各个电子设备的处理温度是极限温度或更高的情况下控制第一阀和第二阀关闭并且控制第三阀和第四阀打开，由此进行电子设备的冷却。
控制器可以通过将发动机的热可用性与电子设备的热可用性相比较，来确定在车辆以停止了发动机的驱动的EV模式行驶时何时进行加热操作，并且当发动机的热可用性高于电子设备的热可用性时，控制器控制第一阀和第二阀关闭并且控制第三阀打开，由此仅通过来自发动机的热量来进行加热操作。
在电子设备的热可用性高于发动机的热可用性的情况下，控制器可以控制第一阀和第二阀打开并且控制第三阀和第四阀关闭以使得通过从发动机产生并储存在电子设备中的热量来进行加热操作。
应理解的是，如本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车辆，诸如乘用汽车(包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆)、船只(包括各种舟艇和船舶)、航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电力车辆、氢动力车辆以及其他替代性燃料车辆(例如，源于非石油的能源的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力的车辆。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体描述，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。
附图说明
图1是示出根据相关技术的用于混合动力车辆的加热系统的框图。
图2是示出根据本发明的示例性的用于混合动力车辆的加热系统的框图。
图3至5是示出如图2中所示的示例性的用于混合动力车辆的加热系统的操作的框图。
图6是示出如图2中所示的示例性的用于混合动力车辆的加热系统的效果的图表。
图7是示出用于如图2中所示的用于混合动力车辆的示例性加热系统的控制方法的流程图。
应当了解，所附附图并非按比例地绘制，显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和外形)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
具体实施方式
现在将具体参考本发明的各个实施方案，在附图中和以下的描述中示出这些实施方案的实例。虽然本发明与示例性实施方案相结合进行描述，但应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性具体实施方案，也涵盖包含于如权利要求书限定的本发明的实质和范围内的各种选择形式、修改形式、等价形式和其他具体实施方案。
本文所使用的术语是仅用于描述特定实施方案的目的而并不旨在限制本发明。如本文所使用，单数形式“一”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”当用于此说明书中时指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，而并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。如本文所使用，术语“和/或”包括相关的列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。
图2是示出根据本发明的各个实施方案的用于混合动力车辆的加热系统的框图，并且图3至5是示出根据本发明的实施方案的用于混合动力车辆的加热系统的操作的框图。
本发明的目的在于当需要加热混合动力车辆时提高加热效率。如图2所示，根据本发明的各个实施方案的用于混合动力车辆的加热系统可以包括：第一加热管路100，其用于将通过水冷却来控制温度的发动机120连接到使用从发动机120产生的热量来加热的加热器芯140；第二加热管路200，其允许各个电子设备220与提供用于控制各个电子设备220的温度的辅助散热器240之间的热交换；分支管路300，其连接到第一加热管路100和第二加热管路200以用于在其之间交换热量；阀400，其设置在第一加热管路100、第二加热管路200以及分支管路300中的每一个上并且在第一加热管路100与第二加热管路200之间选择性地交换热量；以及控制器500，其用于当发动机的处理温度是极限温度或更高时控制所述阀400以使得来自发动机120的热量从第一加热管路100传递到第二加热管路200由此将来自发动机120的热量储存在第二加热管路200中。
第一加热管路100是用于使得冷却水在发动机120与加热器芯140之间循环的冷却循环路径。在此，发动机120连接到散热器以使得其温度受到控制，并且当通过在发动机120被驱动时产生的热量加热的加热水传递到加热器芯140时，具有所传递的热量的加热器芯140与供应到内部的空气交换热量以进行加热。
第二加热管路200将各个电子设备220连接到辅助散热器240。在此，各个电子设备220是指用于电驱动适用于混合动力车辆的一些元件(诸如电动机和逆变器)所必需的组件，并且辅助散热器240用于经由冷却水的循环来控制通过接收电能被驱动的各个电子设备220的温度以使其不会过度上升。
可以在第一加热管路100和第二加热管路200上设置泵以用于循环冷却水。
在本发明中，分支管路300连接到第一加热管路100和第二加热管路200以在其之间交换热量，从而允许在第一加热管路100与第二加热管路200之间循环冷却水。另外，在第一加热管路100、第二加热管路200和分支管路300中的每一个上设置阀400，以便允许在第一加热管路100与第二加热管路200之间选择性地实现热量交换。
也就是说，根据本发明，冷却水可以在第一加热管路100与第二加热管路200之间循环，使得从发动机120产生的热量通过分支管路300从第一加热管路100传递到第二加热管路200，由此提高电子设备220和第二加热管路200的侧面的温度。
更详细来说，根据本发明，在发动机的处理温度是极限温度或更高的情况下，来自发动机120的热量通过控制阀400从第一加热管路100传递到第二加热管路200，使得来自发动机120的热量被储存在第二加热管路200中。
也就是说，根据相关技术，在发动机120被驱动的同时进行加热的情况下，使用从发动机120产生的热量来执行对车辆内部加热，并且当发动机的处理温度增加到极限温度或更高时，发动机120通过冷却水的循环来冷却，并且因此从发动机120产生的热量被丢弃。然而，根据本发明，从发动机120产生的热量传递到第二加热管路200，由此增加各个电子设备220本身温度和第二加热管路200的冷却水的温度。
各个电子设备220的本身温度和第二加热管路200的冷却水的温度的增加是指从发动机120传递的热量的储存和随后当操作加热时使用储存在第二加热管路200上的热量来进行对车辆内部的加热。
设置发动机的处理温度用于将发动机120的温度维持在适当的水平，并且其可以通过测量和使用发动机120本身的热量并且优选地通过测量和使用冷却水的温度来设置。另外，极限温度是用于防止损坏发动机120的温度值。
在本发明的更详细描述中，如图2中所示，分支管路300可以包括第一分支管路320，其从第二加热管路200中的辅助散热器240的入口处的第一分支点322分支以连接到第一加热管路100的加热器芯140的入口处的第二分支点324；以及第二分支管路340，其从第二加热管路200中的辅助散热器240的出口处的第三分支点342分支以连接到第一加热管路100的发动机120的出口处的第四分支点344。
也就是说，如图2中所示，经过发动机120的冷却水经过连接到第一加热管路100上的第四分支点344的第二分支管路340以循环到第二加热管路200，而循环通过第二加热管路200的冷却水经过连接到第一分支点322的第一分支管路320从而传递回到第二加热管路200。
在此，阀400配置成将冷却水选择性地循环通过第一加热管路100和第二加热管路200，并且进一步，阀400可以包括第一阀420和第二阀440，所述第一阀420和所述第二阀440分别设置在第一分支管路320和第二分支管路340上；第三阀460，其设置在第一加热管路100上第一分支管路320所连接到的第二分支点324与第二分支管路340所连接到的第四分支点344之间；以及第四阀480，其设置在第二加热管路200上第一分支管路320所连接到的第一分支点322与辅助散热器240之间。
如上所述，冷却水将通过分别设置在第一加热管路100和第二加热管路200以及分支管路300上的多个阀的控制来选择性地循环，并且因此进行高效加热并且通过废热回收节省能量。
更详细来说，控制器500在发动机120被驱动的同时进行加热时控制第三阀460打开并且控制第一阀420和第二阀440关闭，使得从发动机120产生的热量被传递到加热器芯140。
也就是说，如图3中所示，在车辆通过驱动发动机120来行驶的同时进行加热时，根据发动机120的操作产生的热量通过第一加热管路100传递到加热器芯140，由此进行车辆内部的加热。为此目的，控制器控制第三阀460打开并且控制第一阀420和第二阀440关闭，这样使得通过不允许循环通过第一加热管路100的冷却水通过分支管路300朝向第二加热管路200循环而使用从发动机120产生的热量进行加热。
同时，如图4中所示，在发动机120被驱动的同时发动机的处理温度是极限温度或更高的情况下，控制器500控制第三阀460和第四阀480关闭并且控制第一阀420和第二阀440打开，使得从发动机120产生的热量传递到第二加热管路200。
也就是说，当发动机的处理温度接近极限温度且因此确定必须散热时，控制器控制第三阀460和第四阀480关闭并且控制第一阀420和第二阀440打开，使得从发动机120产生的热量传递到第二加热管路200，且设置在第二加热管路200上的各个电子设备220的温度升高。
当第一加热管路100的冷却水(其温度通过发动机120增加)经过第二分支管路340并且循环通过第二加热管路200时，设置在第二加热管路200上的各个电子设备220的本身温度增加，因此来自发动机120的热量被储存在各个电子设备220中。另外，第二加热管路200的冷却水的温度也升高，因此来自发动机120的热量甚至储存在第二加热管路200中。
如上所述，温度在第一加热管路100上增加的冷却水经过第二分支管路340，随后在第二加热管路200上交换热量，因此冷却水的温度降低同时将热量储存在各个电子设备220上。另外，温度降低的冷却水经过第一分支管路320，随后循环通过第一加热管路100，由此将发动机120的温度维持在适当的水平。
同时，如图5中所示，在因从发动机120传递的热量而使电子设备220的处理温度是极限温度或更高的情况下，控制器500控制第一阀420和第二阀440关闭并且控制第三阀460和第四阀480打开，由此进行电子设备220的冷却。
在此，电子设备的处理温度是指用于将各个电子设备220的温度维持在适当水平的温度值并且其可以是冷却水的温度，另外，极限温度是用于防止损坏电子设备的温度值。
然而，在较高的温度下，发动机120具有比电子设备220强的耐久性，其中电子设备的处理温度可以低于发动机的处理温度。例如，当假定发动机的处理温度和电子设备的处理温度分别是第一加热管路100和第二加热管路200的冷却水的温度时，关于发动机的处理温度的极限温度可以设定为100℃，并且关于电子设备的处理温度的极限温度可以设定为65℃。
在本发明中，如图5中所示，当电子设备的处理温度是极限温度或更高时，关闭第一阀420和第二阀440并且打开第三阀460和第四阀480，使得循环通过电子设备的冷却水将经过散热器，由此进行电子设备220的冷却。
在此时，来自发动机120的热量不能储存在电子设备220中，因此冷却水将循环通过电子设备220和辅助散热器240以将电子设备的处理温度维持在适当的水平。另外，根据发动机120的驱动产生的热量通过第一加热管路100内冷却水的循环传递到加热器芯140，由此进行车辆内部的加热，使用散热器根据发动机的处理温度通过冷却水的温度控制而将发动机120的温度维持在适当的水平。
同时，控制器500在车辆以停止了发动机的驱动的EV模式行驶的同时进行加热操作时通过将发动机的热可用性与电子设备的可用性相比较来确定，并且当发动机的热可用性高于电子设备的热可用性时，控制器控制第一阀420和第二阀440关闭并且控制第三阀460打开，由此仅通过来自发动机120的热量来进行加热。
在此，发动机的热可用性是在发动机120被驱动时升高的发动机的处理温度，而电子设备的热可用性是通过热量交换升高的电子设备的处理温度。也就是说，发动机的热可用性是利用在发动机的处理温度接近极限温度以前所产生的偏差来测量，而电子设备的热可用性是利用在电子设备的处理温度接近极限温度以前所产生的偏差来测量。
在此，发动机的热可用性高意指发动机的处理温度几乎接近极限温度的状态，并且当通过比较确定发动机的热可用性高于电子设备的热可用性时，通过来自发动机120的热量来进行加热。
因此，控制器500控制第一阀420和第二阀440关闭并且控制第三阀460打开，使得来自发动机120的热量传递到加热器芯140以便即使在发动机120停止时也进行车辆内部的加热。
同时，在电子设备的热可用性高于发动机的热可用性的情况下，控制器500控制第一阀420和第二阀440打开并且控制第三阀460和第四阀480关闭，使得通过从发动机120产生并且储存在电子设备220中的热量来进行加热。
也就是说，当在车辆在EV模式中行驶的情况下由于停止发动机的驱动而停止热产生时，难以通过来自发动机120的热量来进行内部加热，因此通过储存在电子设备220中的热量来进行车辆内部的加热。
为此目的，控制器500控制第一阀420和第二阀440打开并且控制第三阀460和第四阀480关闭，使得冷却水从第一加热管路100经过第二分支管路340并且与设置在第二加热管路200上的电子设备220交换热量，因此冷却水的温度升高，并且温度升高的冷却水经过第一分支管路320并再次循环到第一加热管路100且因此将温水提供至加热器芯140，由此进行车辆内部的加热。
如上所述，当车辆在EV模式中行驶时废热被储存在第二加热管路200的电子设备220中，并且提供所储存的热量作为用于加热的热源，由此改进能量效率和加热效率并减少用于加热的发动机120的驱动次数从而减少能量损失。
如图6中所示，显示在用于混合动力车辆的常规加热系统的情况下，当在进行加热时，在发动机被驱动之后进入EV模式中时，发动机必须被驱动15次或更多次来持续地进行加热，然而，在根据本发明的用于混合动力车辆的加热系统的情况下，使用来自发动机的热量和储存在电子设备220中的热量来进行加热，因此即使发动机仅被驱动约两次，加热也进行。
根据如以上配置的用于混合动力车辆的加热系统，在对混合动力车辆进行加热时从发动机产生的废热被储存在混合系统的各个电子设备中，且储存在电子设备和用于对其冷却的冷却管路中的热量被用作热源，由此提高加热效率并降低能量损失从而高效地使用能量。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其各种选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (6)

1.一种用于混合动力车辆的加热系统，其包括：
第一加热管路，其将具有通过水冷却来控制的温度的发动机连接到使用从所述发动机产生的热量来加热的加热器芯；
第二加热管路，其允许各个电子设备与控制所述各个电子设备的温度的辅助散热器之间的热交换；
分支管路，其连接到所述第一加热管路和所述第二加热管路并且在其间交换热量；
多个阀，其设置在所述第一加热管路、所述第二加热管路以及所述分支管路中的每一个上并且在所述第一加热管路与所述第二加热管路之间选择性地交换热量；以及
控制器，当发动机的处理温度是极限温度或更高时所述控制器控制每个阀以使得从所述发动机产生的所述热量从所述第一加热管路传递到所述第二加热管路并且储存在所述第二加热管路中，
其中各个电子设备包括适用于混合动力车辆的电动机和逆变器，
其中所述分支管路包括：
第一分支管路，其沿所述第二加热管路从所述辅助散热器的入口处的第一分支点分支并且连接到所述第一加热管路的所述加热器芯的入口处的第二分支点；以及
第二分支管路，其沿所述第二加热管路从所述辅助散热器的出口处的第三分支点分支并且连接到所述第一加热管路的所述发动机的出口处的第四分支点，
其中所述多个阀包括：
第一阀和第二阀，所述第一阀和所述第二阀分别设置在所述第一分支管路和所述第二分支管路上；
第三阀，其设置在所述第一加热管路上所述第一分支管路所连接到的所述第二分支点与所述第二分支管路所连接到的所述第四分支点之间；以及
第四阀，其设置在所述第二加热管路上所述第一分支管路所连接到的所述第一分支点与辅助散热器之间；
其中在所述第一加热管路和所述第二加热管路的每一个上设置泵以用于循环冷却水。
2.如权利要求1所述的用于混合动力车辆的加热系统，其中所述控制器在所述发动机被驱动的同时进行加热操作时控制所述第三阀打开并且控制第一阀和第二阀关闭，从而使得从所述发动机产生的热量被传递到所述加热器芯。
3.如权利要求2所述的用于混合动力车辆的加热系统，其中所述控制器在所述发动机被驱动的同时所述发动机的处理温度是极限温度或更高的情况下控制第三阀和第四阀关闭并且控制第一阀和第二阀打开，使得从所述发动机产生的热量被传递到所述第二加热管路。
4.如权利要求3所述的用于混合动力车辆的加热系统，其中所述控制器在因发动机传递的热量而使所述各个电子设备的处理温度是极限温度或更高的情况下控制第一阀和第二阀关闭并且控制第三阀和第四阀打开，由此进行所述电子设备的冷却。
5.如权利要求3所述的用于混合动力车辆的加热系统，其中所述控制器通过将所述发动机的热可用性与所述电子设备的热可用性相比较，来确定在车辆以停止了所述发动机的驱动的EV模式行驶时何时进行加热操作，并且当所述发动机的热可用性高于所述电子设备的热可用性时，所述控制器控制第一阀和第二阀关闭并且控制第三阀打开，由此仅通过来自所述发动机的热量来进行所述加热操作。
6.如权利要求5所述的用于混合动力车辆的加热系统，其中在所述电子设备的热可用性高于所述发动机的热可用性的情况下，所述控制器控制第一阀和第二阀打开并且控制第三阀和第四阀关闭，以使得通过从所述发动机产生并储存在所述电子设备中的热量来进行所述加热操作。
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