CN107848368B - 用于电动车或混合动力车的热系统以及用于运行这种热系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动车或混合动力车的热系统，所述热系统具有制冷回路、加热换热器、高电压蓄存器和冷却器，所述加热换热器设置在加热回路中用于对内部空间进行空气调节，所述高电压蓄存器设置在高电压蓄存器回路中，所述冷却器设置在冷却回路中，所述加热回路、高电压蓄存器回路和冷却回路能分别限定闭合的回路并集成在一个共同的冷却剂循环系统中。在第一高电压蓄存器冷却运行中，高电压蓄存器回路与冷却回路断开并且高电压蓄存器回路与冷冻机连接，以用于将热量导出到制冷回路中，冷却剂循环系统和制冷回路连接到冷冻机上，而在第二高电压蓄存器冷却运行中，高电压蓄存器回路经由冷冻机旁路与冷却回路连接，以用于经由冷却器将热量导出。

Description

用于电动车或混合动力车的热系统以及用于运行这种热系统 的方法
技术领域
本发明涉及一种用于电动车或混合动力车的热系统，所述热系统包括：制冷回路、加热换热器、高电压蓄存器和冷却器，所述加热换热器设置在加热回路中以用于对内部空间进行空气调节，所述高电压蓄存器设置在高电压蓄存器(HVS)回路中，所述冷却器设置在冷却回路中，其中，所述加热回路、高电压蓄存器回路和冷却回路集成在一个共同的冷却剂循环系统中，并且在第一高电压蓄存器冷却运行中，高电压蓄存器回路与冷却回路断开并且高电压蓄存器回路与冷冻机连接，以用于将热量导出到制冷回路中。此外，本发明涉及一种用于运行所述热系统的方法。
背景技术
这种热系统例如在源自本申请人的、未公开的申请DE 10 2014 226 346.8中已说明。
为了对车辆的不同组件进行空气调节，首先原则上可以对每个组件通过自身的、单独的冷却回路相互独立地、亦即彼此自给自足地并且在流体技术上断开地进行空气调节。然而，这是非常耗费的，因此例如在上面引用的文献DE 10 2014 226 346.8中说明一种组合式的冷却解决方案，在该冷却解决方案中多个冷却回路集成到一个共同的热系统中。在那里说明的热系统中，NT组件、增压空气冷却器、热源和内燃机连接到一个共同的冷却回路上，从而在热系统的不同运行状态中并且按照各组件中的每个组件的热要求对组件进行优化的空气调节。
然而，一般在用于对车辆的多个组件进行空气调节的集成的构思中得出高的线路连接耗费和复杂的线路连接结构，该线路连接结构的特点特别是在于多个阀。
发明内容
在上述背景下，本发明的任务在于给出一种经改进的热系统，该热系统以尽可能低的线路连接耗费确保对车辆的不同组件进行尽可能多方面且有效的空气调节。在此，所述热系统特别是也应该辅助这样的运行模式，所述运行模式特别适合于在电动车或混合动力车中进行空气调节。
为此，本发明提出一种用于电动车或混合动力车的热系统，所述热系统包括：制冷回路、加热换热器、高电压蓄存器和冷却器，所述加热换热器设置在加热回路中以用于对内部空间进行空气调节，所述高电压蓄存器设置在高电压蓄存器回路中，所述冷却器设置在冷却回路中，其中，所述加热回路、高电压蓄存器回路和冷却回路能分别限定闭合的回路并且集成在一个共同的冷却剂循环系统中，并且在第一高电压蓄存器冷却运行中，高电压蓄存器回路与冷却回路断开并且高电压蓄存器回路与冷冻机连接，以用于将热量导出到制冷回路中，其特征在于，所述冷却剂循环系统和所述制冷回路连接到冷冻机上，并且在第二高电压蓄存器冷却运行中，高电压蓄存器回路经由冷冻机旁路与冷却回路连接，以用于通过冷却器将热量导出。本发明还提出一种用于运行根据本发明的热系统的方法，其中，在第一高电压蓄存器冷却运行中将高电压蓄存器回路与冷却回路断开并且将高电压蓄存器回路与冷冻机连接，借助于该冷冻机将废热从高电压蓄存器传递到制冷回路中，并且将所述冷却剂循环系统和所述制冷回路连接到冷冻机上，在第二高电压蓄存器冷却运行中将高电压蓄存器回路通过冷冻机旁路与冷却回路连接，从而通过冷却器将废热从高电压蓄存器导出。
所述热系统构造用于在电动车或混合动力车中使用。所述热系统具有加热换热器、高电压蓄存器和冷却器，所述加热换热器设置在加热回路中以用于内部空间空气调节，所述高电压蓄存器设置在高电压蓄存器回路中，所述冷却器设置在冷却回路中。在此，这三个回路、即加热回路、高电压蓄存器回路和冷却回路集成到一个共同的冷却剂循环系统中，冷却剂在该冷却剂循环系统中循环。附加地，所述热系统具有一个单独的制冷回路，制冷剂在该制冷回路中循环。
所述热系统能够在不同的运行模式中运行，这些不同的运行模式特别是按照需要由控制单元调节。在第一高电压蓄存器冷却运行中，高电压蓄存器回路与冷却回路断开并且高电压蓄存器回路与冷冻机连接，以用于将热量导出到制冷回路中。在第二高电压蓄存器冷却运行中，高电压蓄存器回路通过冷冻机旁路与冷却回路连接，以用于通过冷却器将热量导出。
这三个回路原则上通过一定数量的管路在流体技术上、亦即液压地相互连接，从而按照运行模式在不同的回路之间进行冷却剂的交换。于是，断开特别是理解为，特别是借助于合适的阀仅截止相应的回路，从而在断开的回路和其余回路之间不进行冷却剂的交换。
利用本发明获得的主要优点特别是在于，高电压蓄存器能够借助于两个高电压蓄存器冷却运行按照不同的方式冷却。换句话说，在运行中由高电压蓄存器产生的废热能够灵活地导出，即，一方面通过冷却器、另一方面通过制冷回路。在此，优选当存在相对高的外界温度、例如在20℃或者更高的范围内并且只能受限制地通过冷却器将热量导出给周围环境时，才设定第一高电压蓄存器冷却运行。然后借助于制冷回路实现需要的冷却功率。优选在外界温度较低、例如小于20℃时设定第二高电压蓄存器冷却运行。在这种情况下可以通过冷却器进行有效的热量导出并且放弃使用用于冷却高电压蓄存器的制冷回路，从而总体上节约能量。因此，有利地在导出高电压蓄存器的废热方面实现选择可能性。该选择可能性特别是通过回路相互间特定的线路连接和随之带来的集成到共同的冷却剂循环系统中来实现。由此，所述热系统同时是特别简单地设计的以及高效的。
高电压蓄存器是电能蓄存器，该电能蓄存器主要特别是用于供应车辆的电动力传动系、亦即用于驱动车辆。然而，附加地也可能的是，从高电压蓄存器提取电能以用于供应车辆的其它组件。
在一种优选的实施方案中，所述热系统具有带有多个切换位置的阀装置，以用于在第一和第二高电压蓄存器冷却运行之间切换。在此，在第一切换位置中高电压蓄存器和冷冻机串联，而在第二切换位置中高电压蓄存器和冷却器串联。于是，通过在这两个切换位置之间的切换，在两个高电压蓄存器冷却运行之间变换并且高电压蓄存器在下游要么与冷冻机、要么与冷却器连接。亦即，冷却剂在提供的高电压蓄存器冷却运行中首先穿流高电压蓄存器并且接着穿流要么冷冻机要么冷却器。原则上，这样一种实施方案也是可设想的并且合适的，在该实施方案中能够调节高电压蓄存器、冷冻机和冷却器的共同的串联。
在第一切换位置中，高电压蓄存器回路是闭合的，从而冷却剂能够在该高电压蓄存器回路中循环。在此，加热回路和冷却回路与高电压蓄存器回路断开。而在第二切换位置中，仅加热回路与高电压蓄存器回路断开，从而有效地阻止冷却剂从加热回路流入。相反，冷却回路与高电压蓄存器回路连接，以便实现高电压蓄存器与冷却器串联。
在第一高电压蓄存器冷却运行中高电压蓄存器回路隔断地运行，亦即冷却剂反复地被引导通过高电压蓄存器和冷冻机，而不到达在冷却剂循环系统的其它区域中。为了使冷却剂在高电压蓄存器回路中适当地循环，在该高电压蓄存器回路中特别是设置有高电压蓄存器回路泵。于是，在一种合适的实施方案中冷却剂按照所述顺序依次穿流高电压蓄存器回路泵、高电压蓄存器、冷冻机和阀装置。
为了使冷却剂在冷却回路中循环，在该冷却回路中特别是设置有冷却回路泵，更确切地说，例如设置在冷却器下游、备选地设置在冷却器上游。冷却回路泵的定位特别是与液压边界条件比如像压力损耗、泵类型和/或在冷却剂循环系统中的体积流量要求有关并且因此以符合目的的方式鉴于所述边界条件来选择。
在第二高电压蓄存器冷却运行中，高电压蓄存器回路特别是通过高电压蓄存器馈入管和/或高电压蓄存器回流管与冷却回路连接。特别是在冷却剂循环系统中在高电压蓄存器下游构造有高电压蓄存器支路，在该高电压蓄存器支路下游沿一个方向设置冷冻机并且沿另一个方向设置冷冻机旁路以便绕开冷冻机。于是，通过在两个高电压蓄存器冷却运行之间的切换，冷却剂流相应地在所述高电压蓄存器支路上改道。此外，在第二高电压蓄存器冷却运行中仅运行高电压蓄存器回路的一部分区段，亦即冷却剂不通过高电压蓄存器回路循环，而是高电压蓄存器设置所在的部分区段便形成冷却回路的副支路，从而在高电压蓄存器下游冷却剂穿流冷却器。在该配置结构中冷冻机旁路对于副支路特别是用作回流管，副支路通过该回流管连接到冷却回路上。
冷冻机构造为蒸发器以用于在制冷回路中的制冷剂与在冷却剂循环系统中的冷却剂之间的热交换。为了调节制冷剂的过热，在制冷回路中在冷冻机上游连接有适合的膨胀机构。穿过冷冻机的制冷剂质量流特别是由压缩机施加，该压缩机设置在冷冻机下游并且以更高的压力水平和温度水平输送制冷剂。接着，经压缩的制冷剂穿流冷凝器，通过该冷凝器将热量再次从制冷回路放出。
在一种符合目的的变型方案中，在制冷回路中副压缩机与压缩机并联，于是该副压缩机在相应高的空气调节需求的情况下被接入。副压缩机在运行中能实现按需要提高制冷回路的功率。第二压缩机、亦即副压缩机的使用相对于一个单独的、结构相同的压缩机有如下优点，即，实现明显更高的制冷功率。此外，在具有副压缩机的实施方案中在功率相同的情况下两个压缩机分别以比在使用仅一个压缩机的情况下更低的负载运行，该仅一个压缩机与此相比以更高的负载运行。由此实现明显更好的声音效果，亦即，制冷回路在运行中噪音更小。优选压缩机和副压缩机甚至结构相同，从而制冷回路按照模块设计原理可以配备有适合于相应车辆的空气调节功率，其方式为，简单地使用相应数量的压缩机。
此外，在制冷回路中以符合目的的方式设置有空调蒸发器，该空调蒸发器与冷冻机并联并且该空调蒸发器用于冷却内部空间。于是相应地，所述热系统具有内部空间冷却运行，在该内部空间冷却运行中通过空调蒸发器从流入内部空间中的空气吸收热量到制冷回路中。加热换热器和空调蒸发器分别是空调器的组成部分，借助于该空调器不仅能够加热而且能够冷却内部空间。
此外，为了提高功率和效率，在一种适合的进一步改进方案中，在制冷回路中设置有内部的换热器，该换热器能实现在压缩机上游的、亦即在其抽吸侧上的吸气管与在冷凝器下游的液体管之间的热交换。
在一种优选的进一步改进方案中，所述热系统具有热力泵运行，在该热力泵运行中加热回路与冷却回路断开并且在该热力泵运行中借助于设置在加热回路中的冷凝器从制冷回路输入热量，以用于内部空间加热。在此，冷凝器构造为水冷却的冷凝器、即类似于冷冻机作为换热器，以用于在制冷回路与冷却剂循环系统、更精确地说加热回路之间的热交换。在热力泵运行中借助于制冷回路实现热力泵功能并且制冷回路用于将热量从冷冻机和/或从空调蒸发器传递到加热回路中。按照这种方式实现对动力传动系、高电压蓄存器和周围环境热量的废热的有效的热量利用。存在于冷却剂循环系统中的热量有针对性地输入给加热回路并且进而输入给加热换热器并且然后用于内部空间加热。因此，热力泵运行主要地并且特别是仅用于内部空间加热。
加热回路类似于高电压蓄存器回路地以符合目的的方式通过加热馈入管和/或加热回流管连接到冷却回路上。在一种优选的实施方案中，所述热系统具有加热回路阀，借助于该加热回路阀可以使加热回路与冷却回路断开。为此，将加热回路阀关闭或者也截止。以符合目的的方式，加热回路阀设置在加热回路的加热馈入管中。在一种合适的实施方案中，加热回路阀是截止阀。
类似于高电压蓄存器回路地也使加热回路在断开的状态中作为环路运行，冷却剂然后沿着该环路反复地首先被引导通过冷凝器并且接着被引导通过加热换热器。特别是在加热回路中附加地设置有加热回路泵，以便实现适合的冷却剂循环。然后将通过冷凝器引入到加热回路中的热量输入给加热换热器并且用于内部空间加热。反之，如果不进行内部空间加热，则将加热回路与冷却回路连接并且为此特别是打开加热回路阀，从而冷凝器、加热换热器和冷却器于是相继接通。特别是通过如下方式避免通过加热换热器的加热，即，将该加热换热器在空气侧截止，换句话说，虽然也许热的冷却剂流动穿过加热换热器，然而不进行空气循环，从而不会有加热过的空气输入给内部空间并且相应地不加热内部空间。
在一种有利的实施方案中，在加热回路打开并且与冷却回路连接时特别是通过如下方式阻止冷凝器的不希望的绕开，即，加热回路仅局部被穿流并且使加热回路的其余部分以符合目的的方式借助于加热回路止回阀来防护。于是，在加热回路打开的情况下仅使冷凝器和加热换热器被穿流，然而加热回路的其余部分不被穿流。为此，加热回路止回阀特别是在加热回路中设置在冷凝器上游且在到加热回路馈入管上的连接部上游，从而由加热回路馈入管出发冷却剂仅能够朝向冷凝器流动并且不附加地沿相反的方向流动。
如果通过冷凝器引入的热量多于通过加热换热器导出的热量，则例如在加热功率需求低时，在一种有利的进一步改进方案中通过加热回路阀的节拍控制(Taktung)设定混合运行、亦即将一部分热量通过冷却器向周围环境导出。
特别有利的是第一高电压蓄存器冷却运行与热力泵运行的组合，从而将高电压蓄存器的废热用于内部空间加热。优选，所述热系统据此能够同时在热力泵运行中和在高电压蓄存器冷却运行中运行，以用于借助于冷冻机和冷凝器给加热换热器供应高电压蓄存器的废热。由此实现特别有效的组合运行，在该组合运行中不仅加热回路而且高电压蓄存器回路与冷却回路断开并且借助于制冷回路将高电压蓄存器的废热直接传递到加热回路中。
符合目的地，还有车辆的其它组件集成到冷却剂循环系统中，从而在整体上构成一种特别有效的热系统，借助于该热系统按照简单的方式将不同组件的废热导出。对于这种组件的例子是车辆的动力传动系、功率电子装置或者充电电子装置，在混合动力车中也是增压空气冷却器或者类似装置。在此，相应的组件主要是热源，该热源在热系统的一种合适的实施方案中连接到冷却回路上并且与冷却器串联。于是，按照这种方式能够首先通过冷却器将热源的废热向周围环境导出。在此，“集成到冷却剂循环系统中”和“连接到冷却剂循环系统上”在这里并且普遍地理解为，组件和特别是还有高电压蓄存器借助于适合的换热器热连接到冷却剂循环系统上。
按照需要，在第二高电压蓄存器冷却运行中通过冷却器除了导出高电压蓄存器的废热之外特别是也导出热源的废热。由此特别是实现整体冷却运行，在该整体冷却运行中使车辆的多个组件的废热通过共同的冷却剂循环系统向冷却器放出并且最终向周围环境放出。附加地特别是也可以借助于制冷回路进行内部空间冷却。热源和高电压蓄存器以适合的方式相互并联、亦即形成冷却剂循环系统的两个相互并联的支路。原则上也可设想具有多个热源的线路连接，这些热源分别相互并联或者备选地也串联或者串联并联组合。高电压蓄存器和热源的并联按照特别简单的方式借助于冷冻机旁路实现，该冷冻机旁路在这种情况下如上面也已经说明的那样用作高电压蓄存器的回流管并且用作将高电压蓄存器连接到冷却回路上的连接部，以用于构成两个并联支路。
在一种有利的进一步改进方案中，热源设置在冷却回路中并且在热力泵运行中通过冷冻机旁路与冷冻机连接，以用于将热源的废热向加热换热器传递。在此，特别是不冷却高电压蓄存器，而是仅冷却热源。通过制冷回路的热力泵功能便将废热传递到加热回路中并且在那里用于内部空间加热。因此，在热力泵运行中为了给加热换热器供应热量原则上提供四种可能性：第一，高电压蓄存器，在热力泵运行与第一高电压蓄存器冷却运行的组合中。第二，热源，在不冷却高电压蓄存器情况下的纯热力泵运行中。第三，冷却器，如果将冷却剂通过冷冻机冷却到环境温度之下，从而在冷却器上从周围环境吸收热量到冷却剂循环系统中。第四，在空调器中的空调蒸发器，更确切地说：在空气循环运行中内部空间，在除湿时通过空调蒸发器从该内部空间提取热量，亦即除湿运行或者再加热运行；或者在新鲜空气运行中周围环境，其中，从由外部流入的空气提取热量；或者在混合运行中两个前述备选方案的组合。在此，第三种可能性特别是在纯热力泵运行中可供使用。第三种可能性特别是不仅在第一高电压蓄存器冷却运行中、而且在纯热力泵运行中可供使用。
在借助于热源的废热加热内部空间时，冷却剂沿着冷冻机旁路的流动方向相对于在第二高电压蓄存器冷却运行中的流动方向相反。然而，冷冻机旁路有利地是整个热系统的唯一的管路区段，在该管路区段上进行流动方向的折返。在所有其它管路区段上冷却剂在冷却剂循环系统中始终沿相同的流动方向流动，与运行模式无关，由此使各个组件始终沿其优先方向被穿流并且确保冷却系统的良好的流通。在制冷回路中也保持流动方向连续并且不折返，因此一方面特别简单的结构是可能的并且另一方面特别是避免可能发生的机油回油的问题。
为了避免在纯热力泵运行中(亦即没有高电压蓄存器冷却运行的情况下)在冷冻机上游在高电压蓄存器支路上冷却剂的支流不希望地朝向高电压蓄存器流动，在该高电压蓄存器下游并且仍然在高电压蓄存器支路上游以有利的方式设置高电压蓄存器止回阀。由此阻止冷却剂不希望地从热源向高电压蓄存器流入并且取而代之地全部冷却剂流被引导通过冷冻机。
为了使加热回路和冷却回路在纯热力泵运行中尽可能有效地相互断开，阀装置以适合的方式在第一切换位置中接通，亦即闭合高电压蓄存器回路并且特别是高电压蓄存器回路与冷却回路和加热回路断开，然而高电压蓄存器回路泵在此是不激活的，从而在高电压蓄存器回路中没有冷却剂循环。
在第一高电压蓄存器冷却运行中冷却回路泵通常是激活的。冷却回路阀特别是在其第一切换位置中接通，从而高电压蓄存器回路与冷却回路断开并且在所述两个回路之间不进行冷却剂的交换。
为了切换在热力泵运行中向加热换热器的热量输入，即，在从高电压蓄存器的热量输入或者从热源的热量输入之间切换，所述热系统在另一种优选的实施方案中具有冷却回路阀，该冷却回路阀具有多个切换位置，其中，在第一切换位置中高电压蓄存器与冷冻机连接，而在第二切换位置中热源与冷冻机连接。换句话说，借助于冷却回路阀在热力泵运行中要么设定纯热力泵运行要么附加地设定第一高电压蓄存器冷却运行。在此，按照特别有利的方式在第一切换位置中同时实现热源与冷却器的串联，从而在该切换位置中通过制冷回路冷却高电压蓄存器并且通过冷却器冷却热源。
冷却回路阀以符合目的的方式设置在冷却器上游并且在冷冻机下游并且例如构造为三通阀。于是，在热源下游，冷却剂循环系统分成两个相互并行的子区段，所述两个子区段中的其中一个子区段包括冷冻机旁路和冷冻机并且另一个子区段是相应的绕行部。在这方面、亦即由热源出发观察，冷冻机旁路特别是不是旁路，而是更确切地说是冷冻机馈入管并且因此绕行部形成关于冷冻机的旁路。
在一种有利的进一步改进方案中，所述热系统具有冷却器旁路，以用于利用旁路阀绕开冷却器。冷却器旁路以符合目的的方式根据环境温度切换。如果环境温度低于在冷却器入口处的冷却剂温度，则特别是在热力泵运行中、特别是仅在纯热力泵运行中打开旁路阀。由此，按照在结构上特别简单的方式阻止应该主要用于内部空间加热的热源的废热由于与冷却器的串联通过该冷却器失去。取而代之地，废热保留在冷却回路中，直到已将冷却剂再次输入给冷冻机。反之，如果环境温度大于在冷却器入口处的冷却剂温度，则以符合目的的方式关闭旁路阀以及因此冷却器旁路，以便因此通过冷却器吸收热量。旁路阀例如是简单的截止阀。
当在第一高电压蓄存器冷却运行中冷却高电压蓄存器的同时，旁路阀的状态通常具有次要的意义。在一种适合的实施方式中，打开旁路阀并且引导冷却剂的至少一个支流在冷却器旁经过，从而降低对热源的冷却并且在优化的运行范围中运行冷却回路。
冷却器可以要么构造为单独的冷却器单元要么也可以构造为冷却器组。在冷却器组的情况下，该冷却器组包括多个冷却器单元，这些冷却器单元以适当的方式相互并联和/或相互串联。然而，在一种特别有利的实施方案中，冷却器具有至少两个冷却器单元，即，主冷却器单元和副冷却器单元，其中，在主冷却器单元下游设置有冷却器支路，借助于该冷却器支路将第一冷却剂支流向热源引导并且将第二冷却剂支流向副冷却器单元引导并且接着向加热回路以及向高电压蓄存器回路引导。换句话说：在冷却回路中整个冷却剂流首先被引导经过主冷却器单元并且通过适合的馈入管从冷却回路向加热回路以及向高电压蓄存器回路分岔出的那个冷却剂支流接着仍首先被引导经过副冷却器单元。这个实施方案基于以下构思，即，高电压蓄存器、冷凝器和热源分别在馈入管温度不同的情况下发挥优化的效率和功率。特别是对于热源来说通常较高的馈入管温度就足够。因此，副冷却器单元用于更大程度地冷却输入给高电压蓄存器和冷凝器的冷却剂，而与此相比将较热的冷却剂输入给热源。由此优化地调节相应的馈入管温度。
为此，主冷却器单元和副冷却器单元在第一变型方案中构造为一个集成的冷却器装置的串联的冷却器区段，在该冷却器装置中冷却剂流入到冷却器中并且冷却剂支流在完全流过冷却器之前分岔并且然后输入给热源。相应的分岔设置在两个冷却器区段之间，从而首先被流过的冷却器区段构成主冷却器单元并且下游的区段构成仅由冷却剂支流流过的副冷却器单元。在第二变型方案中，主冷却器单元和副冷却器单元分别构造为单独的冷却器单元并且通过适合的管路相互连接。
在一种特别优选的实施方案中，在加热回路中设置有加热器，以用于特别是附加地输入热量。所述加热器例如是连续式电加热器。借助于加热器，在热力泵运行中即使在热量输入可能不充分的情况下也确保，在加热回路中提供足够多的热量用于内部空间加热。因此，加热器特别是用于补偿在加热回路中的热不足。这特别是通过在加热回路中测量冷却剂温度并且将其与设定温度相比较来确定，其中，如果冷却剂温度比设定温度低的话，则激活加热器。符合目的地，直接在加热换热器上游测量冷却剂温度，亦即在加热换热器上游并且在冷凝器下游。
在加热回路中，加热器以有利的方式这样设置，使得该加热器能嵌入所述热系统的高电压蓄存器加热运行中以便也用于加热高电压蓄存器。换句话说：所述热系统在一种有利的实施方案中具有高电压蓄存器加热运行，在该高电压蓄存器加热运行中加热器和高电压蓄存器串联，以用于加热高电压蓄存器。这特别是能通过如下方式实现，即，加热器在加热回路中设置在加热换热器下游并且在冷凝器上游并且加热回路和高电压蓄存器回路通过横向连接部在流体技术上直接相互连接，从而能实现在两个回路之间直接的冷却剂交换，亦即在不绕道经过冷却回路的情况下。为此，在加热器下游并且特别是在冷凝器上游设置有加热回路支路，在该加热回路支路上分岔出横向连接部并且该横向连接部在高电压蓄存器上游连接到高电压蓄存器回路上，从而高电压蓄存器沿着横向连接部设置在加热器下游并且于是按照特别简单的方式被供应热量。
有利地，在高电压蓄存器加热运行中冷却回路阀设定在该冷却回路阀的第一切换位置中，从而使穿流高电压蓄存器的冷却剂接着被引导恰好不是经过冷冻机、而是取而代之地经过冷冻机旁路以及经过冷却回路重新朝向加热器。按照这种方式避免冷冻机的在热力学上不利的加热并且取而代之地将由加热器提供的热量特别有效地基本上完全用于加热高电压蓄存器。
为了特别是在高电压蓄存器加热运行中阻止冷却剂在冷冻机旁路下游朝向热源不希望地流入，以有利的方式相应地在热源下游并且特别是仍然在通向冷冻机旁路的支路上游设置有冷却回路止回阀。
在加热器设置在加热换热器下游的情况下特别是要注意，进一步优选在加热换热器上游并且恰好不在加热器附近测量设定温度以用于操控加热器。尽管如此，在一种适合的实施方案中在加热器的出口处或者备选地在高电压蓄存器的入口处设置有温度传感器，以便特别是在高电压蓄存器加热运行中测量输送给高电压蓄存器并且经加热的冷却剂的温度并且调节优化的冷却剂温度以用于加热高电压蓄存器。
如果不希望加热内部空间，则将加热回路与冷却回路如上面说明的那样连接并且冷却剂由冷却回路流动穿过冷凝器、加热换热器并且通向冷却器，特别是在此不经过加热器。因此，加热回路仅局部被穿流并且如上面已经说明的那样以符合目的的方式借助于加热回路止回阀来防护。该加热回路止回阀便特别是设置在加热器与冷凝器之间，从而由加热回路馈入管出发冷却剂只能朝向冷凝器流动并且不附加地沿相反的方向朝向加热器流动。
高电压蓄存器的加热特别是在高电压蓄存器充电时和/或在车辆起动时是有意义的，从而优选主要或者甚至仅仅在停机运行中、在车辆起动之前或者在车辆起动时激活高电压蓄存器加热运行，以便使高电压蓄存器在充电阶段中或者在加热阶段中加热到预定的运行温度。
为了按照简单的方式由加热器给高电压蓄存器输入热量，在一种优选的进一步改进方案中，阀装置具有第三切换状态，在该第三切换状态中加热回路与高电压蓄存器回路连接，以用于将热量由加热器向高电压蓄存器输入。由此允许借助于阀装置按照简单的方式设定多个运行状态，即，通过制冷回路冷却高电压蓄存器、通过冷却器冷却高电压蓄存器以及通过加热器、亦即通过加热回路加热高电压蓄存器。
因此，在一种可能的实施方案中，阀装置总共具有三个输入端以及一个输出端，高电压蓄存器设置在该输出端下游。阀装置本身例如借助于两个三通阀实现。备选地，一种作为一个单独的四通阀的实施方案也是适合的。在一种具有多个阀的阀装置的实施方案的情况下这些阀优选在空间上相互靠近地安置、亦即特别是相互间隔开最大约20cm。
在一种特别优选的实施方案中，将所述热系统的多个上面提到的实施方式组合并且按照这种方式实现一种在切换技术上特别简单的热系统，借助该特别简单的热系统便可以不仅冷却、而且加热高电压蓄存器，其中，根据需要、特别是根据外界温度通过制冷回路或者冷却器进行冷却。加热能特别简单地通过加热器的双重功能实现，该加热器为了内部空间加热要么用于高电压蓄存器的上述加热、要么用于补偿在加热回路中的热不足。附加地特别是可以在所提到的运行模式中的每个运行模式中借助于空调蒸发器在制冷回路中进行内部空间冷却。
特别的意义在于在特定的线路连接中不同的阀和止回阀及其相对于所连接的组件的定位。亦即，在一种基于上面提到的不同阀的线路连接中，以在结构上特别简单的方式实现一种热系统，该热系统部分地也同时辅助所描述的运行模式。在此，特别是仅需要加热回路阀、冷却回路阀、旁路阀和具有一个或者两个阀的阀装置并且此外有利地不需要另外的切换阀和/或截止阀。因此，所述特定的线路连接便特别是不仅能实现所述三个回路的分别单独的运行而且能实现相互间任意的线路连接，亦即加热回路能与高电压蓄存器回路连接并且这两个回路也能分别单独地与冷却回路连接。此外，在加热回路和高电压蓄存器回路与冷却回路连接的同时，便构成三个相互并联的支路并且加热换热器与在上游连接的冷凝器、高电压蓄存器和热源由此相互并联并且分别与冷却器或者至少与主冷却器单元串联。止回阀便以有效的方式阻止不希望的流动折返。
附图说明
以下借助附图更详细地阐述本发明的各实施例。图中分别示意性地：
图1示出热系统的冷却剂循环系统的第一变型方案，
图2示出热系统的制冷回路，
图3a至图3e分别示出热系统的一个运行状态，以及
图4示出冷却剂循环系统的第二变型方案。
具体实施方式
图1和图2示出未详细示出的车辆的热系统2，其中，在图1中示出热系统2的冷却剂循环系统4并且在图2中示出制冷回路6。热系统2用于对车辆的不同组件进行空气调节，这些组件经由适合的换热器热连接到热系统2上，以便放出或者吸收热量。
车辆是电动车或混合动力车，具有高电压蓄存器8，该高电压蓄存器出于空气调节的目的连接到冷却剂循环系统4上。为此，高电压蓄存器首先连接到高电压蓄存器回路10上，该高电压蓄存器回路是冷却剂循环系统4的一部分。为了在高电压蓄存器回路10中循环冷却剂，在该高电压蓄存器回路中附加地设置有高电压蓄存器回路泵12。此外，加热回路14集成到冷却剂循环系统4中，该加热回路具有加热换热器16以用于内部空间加热。此外，在加热回路14中设置有加热回路泵18以及附加的加热器20，该加热器例如是连续式电加热器。除了高电压蓄存器回路10和加热回路14之外，所述热系统2还具有冷却回路22，在该冷却回路中设置有冷却器24以及热源26。热源26例如是车辆的动力传动系、充电电子装置或者功率电子装置。为了循环冷却剂，在冷却回路22中设置有冷却回路泵28。
此外，冷冻机30和冷凝器32连接到冷却剂循环系统4上，该冷冻机和冷凝器同样连接到在图2中示出的制冷回路6上。在此，冷冻机30在制冷回路6中作为蒸发器起作用并且总体上用于将热量从冷却剂循环系统4传递到制冷回路6中。冷凝器32则用于将热量从制冷回路6传递到冷却剂循环系统4中。在此，冷冻机30在高电压蓄存器回路10中连接在高电压蓄存器8下游并且冷凝器32在加热回路14中连接在加热换热器16上游。
此外，制冷回路6具有空调蒸发器34，该空调蒸发器在这里与冷冻机30并联并且用于冷却内部空间。因此，加热换热器16和空调蒸发器34分别是未详细标记的用于对内部空间进行空气调节的空调器的组成部分。在空调蒸发器34和冷冻机30上游分别连接有未详细标记的膨胀机构。
此外，制冷回路具有压缩机36，以用于在制冷剂进入到冷凝器32中之前将其压缩。在一种未示出的备选方案中，制冷回路为了提高功率而具有两个特别是结构相同的压缩机36，这两个压缩机相互并联。此外，在这里示出的实施方式中，在制冷回路6中为了提高效率并且为了提高功率而集成有内部的换热器38。
以下更详细地阐述冷却剂循环系统4的在图1中示出的特定的线路连接。基于该线路连接，所述热系统2能在多个运行模式中运行，结合图3a至图3e阐述这些运行模式，其中，强化地示出被冷却剂穿流的那些管路区段。
三个回路10、14、22这样集成到冷却剂循环系统4中，使得这些回路能够分别选择性地相互连接，以便实现热系统2的多个运行模式，其中，也可以同时设定多个运行模式，由此，在对所连接的组件进行空气调节时实现最大的灵活性。
首先，高电压蓄存器回路10和冷却回路22经由冷冻机旁路40相互连接。该冷冻机旁路从在高电压蓄存器8下游并且在冷冻机30上游的高电压蓄存器支路42延伸直至在热源26下游的冷却回路上的连接点。借助于冷冻机旁路40可以使由高电压蓄存器8产生的废热要么在第一高电压蓄存器冷却运行中经由冷冻机30导出到制冷回路6中，如在图3a至3c中所示出的那样，要么在第二高电压蓄存器冷却运行中经由冷冻机旁路40向冷却器24继续引导并且在那里向周围环境放出，如在图3d中示出的那样。
为了在这两个高电压蓄存器冷却运行之间切换，在高电压蓄存器8上游设置有阀装置44。该阀装置在这里具有两个三通阀，然而在一种未示出的变型方案中仅具有一个四通阀。此外，阀装置44在在这里示出的变型方案中具有三个输入端E1、E2、E3以及一个输出端A，其中，后者通向高电压蓄存器8。此外，阀装置44具有多个切换位置，其中，在各一个切换位置中所述输入端E1、E2、E3之一是打开的并且所述另外两个输入端是闭合的。输入端E1用于使冷却剂向高电压蓄存器8回流并且因此用于构成高电压蓄存器回路10。相反，输入端E2将高电压蓄存器回路10与冷却回路22相连接。输入端E3将加热回路14与高电压蓄存器回路10相连接。在第一切换位置中，现在输入端E1是打开的并且设定第一高电压蓄存器冷却运行，其中，冷却剂在高电压蓄存器回路10中循环并且反复穿流高电压蓄存器8和冷冻机30。高电压蓄存器回路16在此与冷却回路22断开，如在图3a和图3c中示出的那样。
而在第二切换位置中，输入端E2是打开的并且高电压蓄存器回路10与冷却回路22连接，从而冷却剂由高电压蓄存器8经由冷冻机旁路40到达冷却器24，如在图3d中示出的那样。此外，输入端E1是打开的并且输入端E3是关闭的，从而阻止冷却剂由加热回路14朝向冷冻机30流入。总之，由此变清楚的是，高电压蓄存器在该切换位置中与热源26并联。由此也冷却热源26并且将其废热输入给冷却器24。不过，基于该特定的线路连接，也在第一高电压蓄存器冷却运行中确保经由冷却器24冷却热源26，如由图3a和图3c清楚示出的那样。
通过将冷凝器32在加热回路14中设置在加热换热器16上游，可以实现热力泵运行，以便经由制冷回路6将热量输送给加热换热器16并且在那里用于内部空间加热。在此，通过如下方式设定热力泵运行，即，使加热回路14以与冷却回路22断开的方式运行，从而冷却剂被引导反复穿过冷凝器32以用于吸收热量并且穿过加热换热器16以用于放出热量。所述断开在所示出的实施例中通过加热回路阀46来实现，该加热回路阀在这里构造为截止阀并且设置在加热回路馈入管47中、亦即加热回路14的馈入管中。通过打开加热回路阀46将加热回路14与冷却回路22连接，并且冷凝器32以及加热换热器16与冷却器24串联，不进行内部空间加热。而是将经由冷凝器32到达冷却剂循环系统4中的热量通过冷却器24导出，如在图3a和图3d中示出的那样。然后，通过关闭加热回路阀46设定热力泵运行，如在图3b和图3c中示出的那样。在此，传递到加热回路14中的热量：要么来自高电压蓄存器8，如在图3c中示出的那样，亦即第一高电压蓄存器冷却运行与热力泵运行是同时激活的；要么来自热源26、源于周围环境，和/或来自制冷回路6的空调蒸发器34，如在图3b中示出的那样，亦即高电压蓄存器冷却运行不是激活的并且所述热力泵运行是纯热力泵运行。为了使加热回路14和冷却回路22尽可能有效地相互断开，在阀装置44中输入端E2、E3是关闭的。输入端E1是打开的，然而高电压蓄存器回路泵12不是激活的，从而在高电压蓄存器回路10中没有冷却剂循环。
此外，在热力泵运行中在某些情况下符合目的的是，绕开冷却器24并且阻止热量向周围环境导出。为此，所述热系统具有冷却器旁路48，该冷却器旁路具有旁路阀50，该旁路阀在热力泵运行中便是打开的，如在图3b和图3c中示出的那样。然而特别由图3c清楚示出的是，旁路阀50的关闭特别在纯热力泵运行中也可以是有意义的。所述三个回路10、14、22相互间的在图3c中示出的完全断开导致，热源不是经由冷冻机30冷却，从而在相应的冷却需求时通过关闭旁路阀50经由冷却器24进行冷却。当应该经由冷却器24从周围环境提取热量时，关闭旁路阀50也是有意义的。
为了在纯热力泵运行和与第一高电压蓄存器冷却运行相组合的热力泵运行之间切换，在冷却回路22中设置有冷却回路阀52，该冷却回路阀相应地具有两个切换位置。为此，冷却回路阀52在这里构造为三通阀并且设置在冷冻机30和热源26二者的下游。于是，通过切换冷却回路阀52将热源26与冷却器24相连接，更确切地说，要么利用在其间连接的冷冻机30连接，如在图3b中示出的那样，要么直接连接，如在图3c中示出的那样。
加热器20在所示出的实施例中满足双重功能并且在两个不同的运行模式中用于加热两个不同的组件，即，一方面在热力泵运行中用于内部空间加热或者在高电压蓄存器加热运行中用于加热高电压蓄存器8，该高电压蓄存器加热运行在图3e中示出。对于所述高电压蓄存器加热运行，冷却剂循环系统4具有横向连接部54，加热回路14通过该横向连接部在加热器20下游与高电压蓄存器回路10连接。到高电压蓄存器回路上的连接在这里通过阀装置44的输入端E3实现。通过打开所述输入端E3将加热器20便设置在高电压蓄存器8上游，从而首先由加热器20加热冷却剂并且接着输入给高电压蓄存器8。于是，冷却回路阀52以符合目的的方式这样切换，使得冷冻机30恰好不被冷却剂穿流，以便避免由于加热冷冻机30引起的不必要的热量损耗和液压的压力损耗，该压力损耗必须通过更高的泵功率来补偿。较不适合、然而原则上也可设想的是，使冷却回路阀52在其另外的切换位置中运行，从而冷冻机30被穿流，其中，制冷回路6在任何情况下优选是关断的，从而在该制冷回路中不进行热传递。特别是高电压蓄存器加热运行在高电压蓄存器8充电过程之前和/或期间被激活并且在车辆的常规行驶运行中不被激活。
此外，如由图3a至3e得出，所述三个回路10、14、22分别借助于一个止回阀56、58、60防止冷却剂流动方向的折返。在此，在加热回路14中在加热器20下游并且在冷凝器32上游设置有加热回路止回阀56，该加热回路止回阀特别是在热力泵运行去激活时阻止冷却剂在加热回路馈入管47下游并且朝向加热器20不希望地分岔。在高电压蓄存器回路10中，在高电压蓄存器8下游设置有高电压蓄存器止回阀58，该高电压蓄存器止回阀特别是在按照图3c的纯热力泵运行中阻止冷却剂从冷冻机旁路40朝向高电压蓄存器8渗入。最后，在冷却回路中，在热源26下游设置有冷却回路止回阀60，通过该冷却回路止回阀特别是阻止冷却剂从高电压蓄存器回路10朝向热源26渗入。
在上面描述的实施例中，冷却器24作为单独的冷却器单元示出。图4示出一种适合的变型方案。在此，冷却器具有多个冷却器单元62、64，即，一个主冷却器单元62和一个副冷却器单元64。主冷却器单元62在此如图1中的冷却器24那样设置，亦即在冷却回路22中被全部冷却剂流穿流。而副冷却器单元64设置在冷却器支路66下游，从而冷却剂支流被引导在副冷却器单元64旁经过并且仅在总冷却器单元62中被冷却。将所述冷却剂支流输入给热源26。而将其余的在冷却器支路66上分岔的支流通过副冷却器单元64附加地冷却并且接着输送给加热回路14和高电压蓄存器回路10。按照这种方式能够在所述冷却剂穿流不同的待冷却的组件之前针对冷却剂实现不同的温度水平。
在一种未示出的变型方案中，主冷却器单元62和副冷却器单元64分别是冷却器24的部分区段并且冷却器支路66设置在冷却器24之内，从而冷却剂支流在完全穿流冷却器24之前已经分岔并且输入给热源26。
附图标记列表
2 热系统
4 冷却剂循环系统
6 制冷回路
8 高电压蓄存器
10 高电压蓄存器回路
12 高电压蓄存器回路泵
14 加热回路
16 加热换热器
18 加热回路泵
20 加热器
22 冷却回路
24 冷却器
26 热源
28 冷却回路泵
30 冷冻机
32 冷凝器
34 空调蒸发器
36 压缩机
38 内部的换热器
40 冷冻机旁路
42 高电压蓄存器支路
44 阀装置
46 加热回路阀
47 加热回路馈入管
48 冷却器旁路
50 旁路阀
52 冷却回路阀
54 横向连接部
56 加热回路止回阀
58 高电压蓄存器回路止回阀
60 冷却回路止回阀
62 主冷却器单元
64 副冷却器单元
66 冷却器支路
A 输出端
E1、E2、E3 输入端

Claims (14)

1.用于电动车或混合动力车的热系统(2)，所述热系统包括：制冷回路(6)、加热换热器(16)、高电压蓄存器(8)和冷却器(24)，所述加热换热器设置在加热回路(14)中以用于对内部空间进行空气调节，所述高电压蓄存器设置在高电压蓄存器回路(10)中，所述冷却器设置在冷却回路(22)中，其中，所述加热回路(14)、高电压蓄存器回路(10)和冷却回路(22)能分别限定闭合的回路并且集成在一个共同的冷却剂循环系统(4)中，并且在第一高电压蓄存器冷却运行中，高电压蓄存器回路(10)与冷却回路(22)断开并且高电压蓄存器回路与冷冻机(30)连接，以用于将热量导出到制冷回路(6)中，其特征在于，所述冷却剂循环系统(4)和所述制冷回路(6)连接到所述冷冻机(30)上，并且在第二高电压蓄存器冷却运行中，高电压蓄存器回路(10)经由冷冻机旁路(40)与冷却回路(22)连接，以用于通过冷却器(24)将热量导出。
2.根据权利要求1所述的热系统(2)，其特征在于，所述热系统具有带有多个切换位置的阀装置(44)，以用于在第一和第二高电压蓄存器冷却运行之间切换，其中，在第一切换位置中高电压蓄存器(8)和冷冻机(30)串联，而在第二切换位置中高电压蓄存器(8)和冷却器(24)串联。
3.根据权利要求1或2所述的热系统(2)，其特征在于，所述热系统具有热力泵运行，在该热力泵运行中加热回路(14)与冷却回路(22)断开并且在该热力泵运行中借助于设置在加热回路(14)中的冷凝器(32)将热量从制冷回路(6)导出以用于内部空间加热。
4.根据权利要求3所述的热系统(2)，其特征在于，所述热系统具有加热回路阀(46)，借助于该加热回路阀能够使加热回路(14)与冷却回路(22)断开。
5.根据权利要求3所述的热系统(2)，其特征在于，所述热系统能够同时在热力泵运行中和在高电压蓄存器冷却运行中运行，以用于借助于冷冻机(30)和冷凝器(32)给加热换热器(16)供应高电压蓄存器(8)的废热。
6.根据权利要求3所述的热系统(2)，其特征在于，在冷却回路(22)中设置有热源(26)，该热源在热力泵运行中经由冷冻机旁路(40)与冷冻机(30)连接，以用于将热源(26)的废热向加热换热器(16)传递。
7.根据权利要求6所述的热系统(2)，其特征在于，所述热系统具有冷却回路阀(52)，该冷却回路阀具有多个切换位置，以用于切换在热力泵运行中向加热换热器(16)的热量输入，其中，在第一切换位置中高电压蓄存器(8)与冷冻机(30)连接，而在第二切换位置中热源(26)与冷冻机(30)连接。
8.根据权利要求3所述的热系统(2)，其特征在于，所述热系统具有冷却器旁路(48)，以用于绕开冷却器(24)，所述冷却器旁路具有旁路阀(50)。
9.根据权利要求1或2所述的热系统(2)，其特征在于，所述冷却器(24)具有至少两个冷却器单元(62、64)，即，主冷却器单元(62)和副冷却器单元(64)，其中，在主冷却器单元(62)下游设置有冷却器支路(66)，借助于该冷却器支路将第一冷却剂支流向热源(26)引导并且将第二冷却剂支流向副冷却器单元(64)并且接着向加热回路(14)以及向高电压蓄存器回路(10)引导。
10.根据权利要求1或2所述的热系统(2)，其特征在于，在加热回路(14)中设置有加热器(20)，以用于输入热量。
11.根据权利要求10所述的热系统(2)，其特征在于，所述热系统具有高电压蓄存器加热运行，在该高电压蓄存器加热运行中加热器(20)和高电压蓄存器(8)串联，以用于加热高电压蓄存器(8)。
12.根据权利要求2所述的热系统(2)，其特征在于，所述阀装置(44)具有第三切换状态，在该切换状态中加热回路(14)与高电压蓄存器回路(10)连接，以用于将热量由加热器(20)向高电压蓄存器(8)输送。
13.根据权利要求1或2所述的热系统(2)，其特征在于，在制冷回路(6)中设置有压缩机(36)以及副压缩机，该副压缩机与压缩机(36)并联，以用于按需要提高制冷回路(6)的功率。
14.用于运行根据权利要求1至13之一所述的热系统(2)的方法，其中，将所述冷却剂循环系统(4)和所述制冷回路(6)连接到所述冷冻机(30)上，在第一高电压蓄存器冷却运行中将高电压蓄存器回路(10)与冷却回路(22)断开并且将高电压蓄存器回路与冷冻机(30)连接，借助于该冷冻机将废热从高电压蓄存器(8)传递到制冷回路(6)中，并且在第二高电压蓄存器冷却运行中将高电压蓄存器回路(10)通过冷冻机旁路(40)与冷却回路(22)连接，从而通过冷却器(24)将废热从高电压蓄存器(8)导出。
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