CN105313640A - 车辆冷却控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆冷却控制系统。一种车辆气候控制系统包括冷凝器、压缩机以及将冷凝器与压缩机流体连接的回路。所述系统还包括设置在所述回路中的阀装置。所述阀装置包括与电磁阀集成的热膨胀阀。所述电磁阀具有防止流体流入到蒸发器中的通电关闭状态和允许流体经热膨胀阀流入到蒸发器中的断电打开状态。所述蒸发器用于冷却车厢。所述系统还包括控制器，所述控制器被配置为：响应于车厢冷却请求，将所述电磁阀从通电状态命令为断电状态。

Description

车辆冷却控制系统

技术领域

本申请涉及用于车辆冷却装置的控制系统。

背景技术

许多车辆配备有加热、通风和空气调节(HVAC)系统，该系统用于加热或冷却车辆的车厢空气，以使车厢空气的温度达到期望的舒适度。HVAC系统的空气调节系统组件使用制冷剂从被引入到车厢中的空气吸收热然后将热排放到环境空气。

发明内容

一种车辆包括气候控制系统。该气候控制系统包括冷凝器、压缩机和回路，该回路将冷凝器与压缩机流体连接并且在所述回路中设置有常开阀。所述车辆还包括控制器，该控制器被配置为：响应于车厢冷却请求，切断至所述阀的电力而使所述阀打开，以允许流体流经所述回路。

一种控制用于车辆的气候控制系统的方法包括：响应于冷却车辆的车厢的请求，将设置在气候控制系统的流体回路中的常开阀命令为断电状态，以允许流体经所述回路流动到气候控制系统的被构造成冷却车厢空气的蒸发器。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：将所述常开阀命令为通电状态，以防止流体流经所述回路。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于冷却车辆的辅助单元的请求，命令打开设置在气候控制系统的流体回路中的电子膨胀阀，以允许流体经所述回路流动到气候控制系统的被构造成冷却辅助单元的流体混合物的蒸发器。

根据本发明的一个实施例，所述电子膨胀阀通过马达被打开。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于来自设置在所述回路中的温度传感器的温度信号小于阈值，命令关闭电子膨胀阀。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于来自设置在所述回路中的压力传感器的压力信号小于阈值，命令关闭压缩机。

一种车辆气候控制系统包括冷凝器、压缩机以及将冷凝器与压缩机流体连接的回路。所述系统还包括设置在所述回路中的阀装置。所述回路包括与电磁阀集成的热膨胀阀。所述电磁阀具有防止流体流入到蒸发器中的通电关闭状态和允许流体经热膨胀阀流入到蒸发器中的断电打开状态。所述蒸发器用于冷却车厢。所述系统还包括控制器，所述控制器被配置为：响应于车厢冷却请求，将所述阀从通电状态命令为断电状态。

根据本发明，提供一种车辆气候控制系统，包括：冷凝器、压缩机以及将冷凝器与压缩机流体连接的回路；阀装置，设置在所述回路中并包括与电磁阀集成的热膨胀阀，所述电磁阀具有防止流体流入到蒸发器中的通电关闭状态和允许流体经热膨胀阀流入到蒸发器中的断电打开状态，其中，所述蒸发器用于冷却车厢；控制器，被配置为：响应于车厢冷却请求，将所述电磁阀从通电状态命令为断电状态。

根据本发明的一个实施例，所述电磁阀是常开阀。

根据本发明的一个实施例，所述车辆气候控制系统还包括第二阀，所述第二阀被构造成允许流体流入到第二蒸发器中。

根据本发明的一个实施例，所述第二阀是热膨胀阀。

根据本发明的一个实施例，所述第二阀是步进马达控制的节流阀。

根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为：在从设置在所述回路中的温度传感器接收到的温度信号小于阈值时关闭第二阀。

根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为：在从设置在所述回路中的压力传感器接收到的压力信号小于阈值时命令关闭压缩机。

附图说明

图1是车辆的示意图；

图2是示出车辆冷却系统的操作的图表；

图3是车辆流体回路的图解视图；

图4是描述车辆冷却系统的控制逻辑的流程图。

具体实施方式

在此描述了本公开的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅为示例并且其它实施例可采用多种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的多个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可期望用于特定应用或实施方式。

参照图1，示出了车辆10具有车厢12、辅助单元14和冷却装置16。冷却装置16包括冷凝器、压缩机以及将冷凝器与压缩机流体连接的回路。该回路被布置成使得当请求车厢冷却时，制冷剂可流经具有集成式切断阀的热膨胀阀(以下为“TXV”)。尽管优选为集成式切断阀，但是也可使用与TXV串联连接的切断阀。此外，所述回路被布置成使得当请求冷却辅助单元14时，制冷剂可流经电子膨胀阀(以下为“EXV”)。控制器18协调经过流体回路的制冷剂流。虽然控制器18被示出为一个控制器，但是控制器18可包括一个或多个不同的系统控制器。

辅助单元14可包括多个车辆系统中的一个，诸如牵引电池、牵引马达、逆变器、电力电子器件、包括传动电子器件和/或传动流体的传动装置、涡轮增压器、机械增压器、燃料电池废气废物冷凝器、用于冷却柴油燃料的装置或用于冷却发动机机油的装置。该列表并不意味着是详尽的，应该理解的是，冷却装置16可被用于冷却可能需要额外冷却的任何辅助单元。

在电动车辆或混合动力车辆10中，节省电力会是重要的。通过节省电力，辅助单元14能够运行较长的时间，从而减少了给发动机加注燃料的需要。这允许车辆10使用较少的燃料来运行，因此提高了车辆10的燃料经济性。节省电力的一种方式是优化冷却装置16。例如，具有集成式12V电磁切断阀的典型的TXV为了打开电磁阀需要大约1A至2A，从而允许制冷剂流经TXV并流入到蒸发器芯中。通过优化电磁阀式TXV的控制逻辑来减少其需要被供以电力的次数，车辆可提高其燃料经济性。

传统地，电磁阀式TXV在它们通电时是打开的。这允许通电状态(poweredstate)与TXV的打开位置相关。当TXV处于打开位置时，制冷剂自由地流入到蒸发器中。同样，电磁阀式TXV具有与TXV的关闭位置相关的断电状态(non-poweredstate)。当TXV处于关闭位置时，没有制冷剂流经它。这允许车辆气候控制系统改变制冷剂的流动方向而使其流向另外的流体回路。在混合动力电动车辆中，该另外的流体回路用于冷却车辆辅助单元14。

可使用EXV代替TXV来控制用于冷却辅助单元14的制冷剂的流动。EXV可用作制冷剂膨胀阀和切断阀两者。EXV可由步进马达驱动，从而当马达停止转动时其位置保持不变。因此，EXV仅在马达运动时才耗费电力。由于EXV仅在马达运动时才耗费电力，因此优化TXV设计和控制逻辑可帮助节省电力。

在某些示例中，本公开的目的在于：优化TXV的逻辑以节省电力，同时仍保持双流体回路控制系统。双流体回路控制系统会需要车辆气候控制系统中的各个蒸发器芯独立操作。因此，为了避免蒸发器芯的意外冷却，允许制冷剂流向各个蒸发器芯的各个线路可具有制冷剂流切断功能。

参照图2，示出了描述TXV和EXV的独立操作的图表。20处的第一象限对应于车厢12和辅助单元14均不需要冷却的情形。22处的第二象限对应于车厢12需要冷却而辅助单元14不需要冷却的情形。24处的第三象限对应于车厢12和辅助单元14均需要冷却的情形。26处的第四象限对应于车厢12不需要冷却而辅助单元14需要冷却的情形。

传统地，双车厢/辅助单元蒸发器芯气候系统可仅在象限1、2和3内操作。车厢蒸发器芯系统和辅助单元蒸发器芯系统的双操作需要双制冷剂线路切断阀，即，TXV电磁阀和EXV。使用与TXV集成的电磁切断阀连同EXV允许车厢蒸发器芯系统与辅助单元蒸发器芯系统独立操作。这允许在所有的四个象限内操作。利用独立的双操作气候控制会需要针对每个流体回路均使用制冷剂线路切断阀。阀的独立双操作可防止与车厢蒸发器芯系统和辅助单元蒸发器芯系统相关联的意外冷却。这在下面更加详细地描述。

参照图3，示出了冷却装置16。冷却装置16包括多个冷却回路28、30。制冷剂循环经过冷却回路28、30。制冷剂从冷却回路28、30吸收热，冷凝器32将热排放到环境空气。冷却回路28包括压缩机34。低压低温制冷剂从蒸发器36流入到压缩机34中。在从蒸发器36流出时，低压低温制冷剂是蒸气或过热气体。压缩机34将该低压低温制冷剂压缩成高压高温蒸气。高压高温蒸气制冷剂经过冷凝器32。

冷凝器32包括风扇38。风扇38吹动环境空气穿过冷凝器32。这使得热从制冷剂传递到环境空气。在流经冷凝器32之后，制冷剂成为高压高温液体。制冷剂从冷凝器32流向贮液干燥器40。贮液干燥器40用作过滤器并去除冷却回路28、30内的任何多余的湿气和污物。贮液干燥器40包含从制冷剂中去除湿气的干燥剂。冷凝器32和贮液干燥器40可被结合为一体。

高压高温液态制冷剂从贮液干燥器流向TXV42。TXV42控制进入蒸发器36的制冷剂的流量。流经TXV42的制冷剂的流量取决于在经过蒸发器36之后的制冷剂的温度。如果离开蒸发器36的制冷剂的温度高于阈值，则TXV42允许较多的液态制冷剂流入到蒸发器36中。如果离开蒸发器36的制冷剂的温度低于阈值，则TXV42减少流入到蒸发器36中的制冷剂的量。TXV42限制制冷剂的流动，导致制冷剂的压力下降。

TXV42包括在稳态操作期间保持打开的针阀。针阀的位置或开度与离开蒸发器36的制冷剂的压力和温度有关。TXV42的两个部件帮助调节针阀的位置，这两个部件是包括隔膜的热头(thermo-head)和弹簧。隔膜的一侧被密封并填充有制冷剂，同时离开蒸发器36的过热制冷剂流过隔膜的另一侧。过热制冷剂的温度变化引起隔膜上的压力变化，从而控制TXV42的打开和关闭。由于在TXV42之前的压力高于在TXV42之后的压力，因此制冷剂流入到蒸发器36中。

TXV42内的弹簧进一步帮助调节针阀的位置。弹簧在阀杆上提供持续的力，使针阀偏置而处于关闭位置。弹簧力持续地限制进入蒸发器36的制冷剂的量。当密封的制冷剂作用在隔膜上的压力大于离开蒸发器36的过热制冷剂的压力与来自弹簧的力的组合时，TXV42打开以使制冷剂流增加。制冷剂流的增加降低了离开蒸发器36的制冷剂的过热度，此过程重复进行直到达到平衡状态为止。

尽管描述了块式TXV42，但是可使用其他类型的TXV42。例如，可使用具有远程监控蒸发器36的温度变化的感测球(sensorbulb)的TXV42。另一示例将是压力补偿式TXV42。

制冷剂流经TXV42，并流入到蒸发器36中。风扇44吹动空气穿过蒸发器36，使得热从空气传递到制冷剂中。冷却的空气被吹入到车辆车厢12中。离开蒸发器36的制冷剂是低压低温过热蒸气，然后，低压低温过热蒸气在隔膜的一侧流经TXV42，并再次流向压缩机34，在压缩机34处重复该循环。

如上所述，TXV42控制进入蒸发器36中的制冷剂的流量。电磁阀式TXV42利用与TXV42集成或串联连接的电磁阀。电磁阀用作切断阀。例如，在本公开中，电磁阀用作常开阀。当电磁阀处于通电状态时，TXV42关闭。这防止制冷剂流经TXV42并流入到蒸发器芯36中。当电磁阀处于断电状态时，制冷剂流经TXV42并流入到蒸发器芯36中。TXV42控制制冷剂的流量，并且电磁阀控制经过TXV42的制冷剂流的通/断。

冷却回路30就在贮液干燥器40之后从冷却回路28分支，并将高压高温液态制冷剂引导到EXV46。制冷剂以低压低温液体和蒸汽混合物状态离开EXV46，在那里制冷剂进入辅助蒸发器48。热从辅助单元14传递到辅助蒸发器48中的制冷剂。制冷剂以低压低温过热蒸汽状态离开辅助蒸发器48，并经过EXV46。EXV46可作用为切断阀和制冷剂膨胀阀两者。仍处于低压低温过热蒸汽状态的制冷剂被引导回第一冷却回路28中并被引导到压缩机34。EXV46可使用压力和温度传感器的数据来控制经过蒸发器芯的制冷剂流。

辅助单元14可具有冷却剂回路50，冷却剂回路50使诸如乙二醇混合物的冷却剂循环经过辅助单元14和辅助蒸发器48。利用泵52使冷却剂循环经过冷却剂回路50，并且热从辅助单元14传递到冷却剂，并从冷却剂传递到辅助蒸发器48中的制冷剂。冷却剂回路50可以是较大的冷却剂回路的一部分。

控制器18接收来自辅助单元14和/或冷却剂回路50中的冷却剂的压力和温度数据。当辅助单元14和/或冷却剂的压力或温度达到辅助单元14需要冷却的水平时，EXV46打开使得制冷剂流经第二冷却回路30。辅助单元14或冷却剂回路50中的冷却剂的压力和温度可通过压力传感器54和温度传感器56进行检测。压力传感器54和温度传感器56还可设置在车厢蒸发器36上。控制器18可使用压力传感器54和温度传感器56来确定车厢蒸发器36是否需要制冷剂流经TXV42。压力传感器54和温度传感器56还可设置在辅助单元(电池组)的内部、入口冷却剂线路中和出口冷却剂线路中。控制器18还可使用压力传感器54和温度传感器56来确定辅助蒸发器48中是否需要制冷剂流。

参照图4，描述了用于车辆气候控制系统的控制逻辑。在62处，控制器60确定冷却请求。在62处，控制器60确定车辆驾驶员或车辆乘客是否要求对车辆车厢进行空气调节。此外，在62处，控制器60将考虑辅助蒸发器对制冷剂的需求。一旦控制器60在62处接收到冷却需求，控制器60便可在64处对从温度传感器和压力传感器接收到的温度和压力数据进行处理。

在64处的温度和压力数据允许控制器60确定车厢蒸发器或辅助蒸发器是否需要制冷剂。例如，从温度传感器或压力传感器接收到的温度或压力数据(在64处)可就电池单元和冷却剂的温度或压力来指示控制器60。这允许控制器60监测电池单元和冷却剂的温度和压力，并优化经过EXV的制冷剂流。这通过使用压力传感器和温度传感器而使辅助蒸发器的冷却优化。

在66处，控制器60通过在62处的冷却请求以及在64处的接收的温度和压力数据来确定辅助蒸发器是否需要冷却。如果在66处控制器60确定辅助蒸发器需要冷却，则在70处控制器60驱动并控制EXV。在70处驱动EXV允许制冷剂流经EXV并流入到辅助蒸发器中。这允许辅助蒸发器对辅助单元进行冷却。如上所述，EXV可由步进马达驱动。步进马达仅在使阀运动时需要电力，并且除了步进马达控制模块的运行以外不耗费电力。这允许在请求冷却时EXV耗费极少的电力。

如果在66处控制器60确定辅助蒸发器不需要冷却，则在67处控制器60确定车厢是否需要冷却。如果在67处车厢需要冷却，则在68处可关闭EXV并且可使TXV电磁阀断电。在断电时，TXV可打开。如果在67处不需要车厢冷却，则在71处可使TXV保持断电，并且可使EXV保持在其当前状态。因此，因为TXV在断电状态下打开，所以可关闭控制车厢的空气调节的压缩机。

例如，在73处，控制器60可确定车厢蒸发器是否结冰。如果在73处控制器60确定车厢蒸发器结冰，则在75处控制器60可命令压缩机关闭。同样地，如果在73处控制器60确定车厢蒸发器没有结冰，则在77处控制器60可命令压缩机开启。

在72处，控制器60确定车厢蒸发器是否需要冷却。如果在72处车厢蒸发器不需要冷却，则在74处控制器60可命令TXV电磁阀通电。在74处使TXV电磁阀通电将TXV置于关闭位置。当阀处于关闭位置时，没有制冷剂可流经TXV。因此，TXV可仅在阀关闭时使用电力。如果在72处车厢蒸发器需要冷却并且在66处辅助蒸发器需要冷却，则在78处控制器60可命令电磁阀断电。在78处使电磁阀断电将TXV置于打开位置。因此，当车厢蒸发器需要冷却时或者当车厢需要空气调节时，TXV可不需要电力。

例如，如果在66处辅助蒸发器不需要冷却并且在67处车厢蒸发器不需要冷却，则在71处电磁TXV和EXV可不使用电力。如果在66处辅助蒸发器需要冷却并且在72处车厢蒸发器不需要冷却，阀的行为则不同。在这种情况下，EXV可在70处耗费电力，并且电磁TXV可耗费电力来使阀关闭。这允许辅助蒸发器冷却而防止车厢蒸发器意外冷却。

如果在72处控制器60确定车厢蒸发器确实需要制冷剂流经TXV，则在78处控制器60可将TXV设为默认设置。TXV在78处的默认设置将处于断电状态。例如，在78处的默认设置将切断至电磁阀的电力。TXV的断电状态使得电磁阀式TXV断电。在该默认设置中，TXV可作用为常开阀。在常开阀中，当切断电力时，阀打开。这允许制冷剂流经TXV并流入到车厢蒸发器中。因此，TXV在78处的默认设置产生断电状态和打开位置。

如果在72处控制器60确定车厢蒸发器不需要制冷剂流经TXV，则在74处控制器可将TXV设为附属设置(ancillaryarrangement)。TXV在74处的附属设置将处于通电状态。例如，在74处的附属设置将给电磁阀供电。TXV的通电状态使得电磁阀通电。在74处的该附属设置中，TXV可作用为常开阀。在常开阀中，当给电磁阀供电时，阀关闭。这防止制冷剂流入到车厢蒸发器中。因此，TXV在74处的附属设置产生通电状态和关闭位置。

此外，如果控制器60在72处确定车厢需要冷却并且在78处使TXV断电，则在79处控制器60可确定车厢蒸发器是否结冰。如果在79处控制器60确定车厢蒸发器结冰，则在80处控制器60可命令压缩机关闭。如果在79处控制器60确定车厢蒸发器没有结冰，则在82处控制器60可命令压缩机开启。

在流体回路中使用作用为常开阀的电磁阀和TXV可帮助提高混合动力电动车辆的性能。允许TXV在断电状态下保持在打开位置减少了操作TXV所必需的电力。减少冷却车辆车厢以及车辆电池所需要的电力的量允许混合动力电动车辆将电池中的电量用于其他车辆操作。这可提高总的燃料经济性和电池的效率。

虽然以上描述了示例性实施例，但是这些实施例不意在描述了权利要求所包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语是描述性词语而非限制，应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可进行各种改变。如前所述，可将各个实施例的特征进行组合以形成本发明的可能未明确描述或示出的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或更多个期望特性方面优于其他实施例或现有技术的实施方式，但是本领域的普通技术人员应认识到，根据具体应用和实施方式，可对一个或更多个特征或特性进行折衷以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其他实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并非在本公开的范围之外，并可被期望用于特定应用。

Claims (7)

1.一种车辆，包括：

气候控制系统，包括冷凝器、压缩机和回路，该回路将冷凝器与压缩机流体连接并且在所述回路中设置有常开阀；

控制器，被配置为：响应于车厢冷却请求，切断至所述常开阀的电力而使所述常开阀打开，以允许流体流经所述回路。

2.如权利要求1所述的车辆，其中，所述常开阀是电磁阀，所述车辆还包括布置在所述回路中并与所述电磁阀集成的热膨胀阀，其中，所述热膨胀阀被构造成当所述电磁阀断电时控制流经所述回路的流体流量。

3.如权利要求1所述的车辆，其中，所述常开阀是电磁阀，所述车辆还包括与所述电磁阀串联地布置在所述回路中的热膨胀阀，其中，所述热膨胀阀被构造成当所述电磁阀断电时控制流经所述回路的流体流量。

4.如权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于来自温度传感器的温度数据小于阈值，切断至压缩机的电力。

5.如权利要求4所述的车辆，其中，所述温度传感器被构造成测量气候控制系统的车厢蒸发器的温度。

6.如权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于来自压力传感器的压力数据小于阈值，切断至压缩机的电力。

7.如权利要求6所述的车辆，其中，所述压力传感器被构造成测量气候控制系统的车厢蒸发器的压力。