CN108973596B - 车辆的加热、通风和空气调节系统 - Google Patents

车辆的加热、通风和空气调节系统 Download PDF

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Abstract

一种车辆的加热、通风和空气调节系统，其可以包括：电池冷却管线，所述电池冷却管线用于循环第一冷却剂通过第一散热器、高压电池芯部和第一阀；电子组件冷却管线，所述电子组件冷却管线用于循环第二冷却剂通过第二散热器、电子组件芯部和第二阀；分支管线，所述分支管线的第一端部从所述第一阀分出，所述分支管线的第二端部连接至所述高压电池芯部的上游位置；辅助管线，所述辅助管线的第一端部从所述第二阀分出，所述辅助管线的第二端部连接至所述电子组件芯部的上游位置；以及控制器，所述控制器在高压电池芯部的温度需要增加时通过控制第一阀和第二阀而在主热交换器中进行热传递。

Description

车辆的加热、通风和空气调节系统
技术领域
本发明涉及一种车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统，更具体地，涉及这样一种车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统：其在车辆的冬季驾驶过程中，使用通过冷却电子组件侧而温度升高的冷却剂来增加高压电池侧的温度，以最小化能量的移动，从而可以减少能量消耗并延长车辆的行驶距离。
背景技术
电动车辆最近成为社会议题，以实施环保技术并解决包括能量消耗等问题。使用从电池接收的电力并输出动力的电动机来运行电动车辆。因此，因为电动车辆具有这样的优点：不排放二氧化碳，产生极小噪音，并且电动机的能量效率高于内燃机的能量效率，因此电动车辆被强调作为环保车辆。
实现这种电动车辆的核心技术是与电池模块相关的技术，近年来对电池的重量减小、小型化和缩短充电时间等进行了积极地研究。当电池模块在最佳的温度环境中使用时，其可以维持最佳的性能和较长的使用寿命。然而，由于在电池操作的过程中产生的热和外部温度变化，难以在最佳温度环境中使用电池。
此外，因为电动车辆不具有在包括内燃机的单独的发动机的燃烧过程中产生的废热源，所以电动车辆利用电加热器进行冬季的车辆的车内加热，因为电动车辆在寒冷天气中需要预热期间以改进电池的充电和放电性能，所以电动车辆各自配置并使用加热单独的冷却剂的电加热器。亦即，电动车辆采用这样的技术：运行用于调整电池模块的温度的冷却和加热系统，以维持独立于用于车辆的车内HVAC系统的冷却和加热系统的电池模块的最佳温度环境。换言之，电动车辆构建两个独立的冷却和加热系统，使得一个冷却和加热系统用于进行车辆的车内冷却和加热，另一个冷却和加热系统用于调节电池模块的温度。
然而，在通过上述方法运行电动车辆的情况中，因为不能有效地管理能量，所以巡航距离较短，这造成不能长距离运行，行驶距离在夏季制冷时减少30％，在冬季加热时减少40％或更多，这导致冬季的加热问题，而该问题在内燃机中并不存在。
具体地，在冬季中，因为电子部件所需的加热量大于高压电池元件所需的加热量，并且高压电池与空气有更大的接触面积，所以在驾驶时，由于外部空气的温度，会导致更多的发生高压电池的冷却而非加热。因此，不能满足高压电池运行时合适的温度，这造成高压电池的输出减小。因此，在冬季，在驾驶的过程中应增加高压电池的温度，以更有效地管理高压电池的温度。
公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统，其配置成，通过有效地管理加热车辆内部和增加电池温度所需的能量而延长行驶距离并减少生产成本。
根据本发明的示例性实施方案，提供了一种车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统，其包括：电池冷却管线，所述电池冷却管线配置成循环第一冷却剂通过第一散热器、高压电池芯部和第一阀；电子组件冷却管线，所述电子组件冷却管线配置成循环第二冷却剂通过第二散热器、电子组件芯部和第二阀；分支管线，所述分支管线配置成其一个端部从所述第一阀分出，其另一个端部连接至所述高压电池芯部的上游位置，并连接为穿过主热交换器；辅助管线，所述辅助管线配置成其一个端部从所述第二阀分出，其另一个端部连接至所述电子组件芯部的上游位置，并连接为穿过所述主热交换器，从而与所述分支管线进行热传递；以及控制器，所述控制器配置成分别在所述分支管线和所述辅助管线中循环第一冷却剂和第二冷却剂，并在所述高压电池芯部的温度需要增加时，通过控制所述第一阀和所述第二阀来在所述主热交换器中进行热传递。
所述分支管线和所述辅助管线可以配置各自独立的流动通道，所述分支管线的冷却剂和所述辅助管线的冷却剂可以在主热交换器中相互进行热传递。
所述第一阀可以为三通阀，并包括高压电池芯部侧的第一端口、分支管线的一个端部侧的第二端口、以及第一散热器侧的第三端口，所述控制器可以在所述高压电池芯部的温度需要增加时关闭所述第一阀的第三端口，所述控制器可以在需要通过所述第一散热器的热辐射冷却所述高压电池芯部时关闭所述第一阀的第二端口。
所述第二阀可以为三通阀，并包括电子组件芯部侧的第一端口、辅助管线的一个端部侧的第二端口、以及第二散热器侧的第三端口，所述控制器可以在所述高压电池芯部的温度需要增加时打开所述第二阀的全部端口，在所述高压电池芯部的温度不需要增加时关闭所述第二阀的第二端口。
所述电池冷却管线可以包括第一泵，所述电子组件冷却管线可以包括第二泵，所述控制器可以进行控制，以驱动或停止所述第一泵或所述第二泵。
所述第一泵可以设置在所述第一阀的上游位置和所述电池冷却管线的所述分支管线的另一端部之间。
所述第二泵可以设置在所述第二阀的上游位置和所述电子组件冷却管线的所述辅助管线的另一端部之间。
所述电池冷却管线可以包括设置在其上的辅助热交换器，所述辅助热交换器可以设置在所述高压电池芯部的下游位置和所述第一阀的上游位置之间。
所述电池冷却管线可以配置成，可以通过所述辅助热交换器进行与用于车内HVAC的制冷剂管线的热传递，与制冷剂管线进行热传递的第一冷却剂在高压电池芯部冷却时可以冷却所述高压电池芯部。
所述制冷剂管线可以包括供应或阻挡制冷剂的第三阀，其中，在所述辅助热交换器中进行制冷剂管线的制冷剂和电池冷却管线的第一冷却剂之间的热传递。
在冷却模式的情况中，所述控制器可以通过控制所述第一阀而将所述电池冷却管线和所述分支管线相互连接，并进行控制，其中，通过所述辅助热交换器进行与所述制冷剂管线的制冷剂的热传递而被冷却的第一冷却剂冷却所述高压电池芯部。
在电池温度增加模式的情况中，控制器可以进行控制，其中，通过控制所述第一阀以使所述电池冷却管线和所述分支管线相互连接并完全打开所述第二阀以使所述电子组件冷却管线和所述辅助管线相互连接，使得冷却所述电子组件冷却管线的第二冷却剂与第一冷却剂在所述主热交换器中进行热传递以增加温度，并进而增加所述高压电池芯部的温度。
在自然冷却模式的情况中，所述控制器可以进行控制，以通过控制所述第一阀而循环所述电池冷却管线中的第一冷却剂，并进行控制，其中，通过所述第一散热器冷却的第一冷却剂冷却所述高压电池芯部。
所述分支管线可以包括电加热器，所述电加热器配置成用于增加第一冷却剂的温度，所述电加热器可以设置在所述分支管线的一个端部和所述高压电池芯部的上游位置之间。
本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将在纳入本文的附图以及随后与附图一起用于解释本发明的某些原理的具体实施方式中显现或更详细地阐明。
附图说明
图1为示出了根据本发明的示例性实施方案的车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统的示意图；
图2为示出了图1的冷却模式的示意图；
图3为示出了图1的回收废热并增加电池温度的模式的示意图；以及
图4为示出了图1的自然冷却模式的示意图。
应了解，附图并不必须按比例绘制，其示出了某种程度上经过简化了的本发明的基本原理的各个特征。在此所公开的本发明的特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、定向、位置和形状，将部分地由特定目的的应用和使用环境加以确定。
在这些图形中，附图标记在贯穿附图的多幅图形中指代本发明的同样的或等同的部件。
具体实施方式
现在将详细提及本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案结合加以描述，但是应当理解，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，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
图1为示出了根据本发明的示例性实施方案的车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统的示意图，图2为示出了图1的冷却模式的示意图，图3为示出了图1的回收废热并增加电池温度的模式的示意图，图4为示出了图1的自然冷却模式的示意图。
如图1中所示，根据本发明的示例性实施方案的车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统包括：电池冷却管线10，其配置成循环第一冷却剂通过第一散热器200、高压电池芯部100和第一阀810；电子组件冷却管线20，其配置成循环第二冷却剂通过第二散热器300、电子组件芯部500和第二阀820；分支管线30，其配置成一个端部从所述第一阀810分出并且另一端部连接至所述高压电池芯部100的上游位置，并连接为穿过主热交换器400；辅助管线40，其配置成一个端部从所述第二阀820分出并且另一端部连接至所述电子组件芯部500的上游位置，并连接为穿过所述主热交换器400，从而与所述分支管线30进行热传递；以及控制器870，其配置成分别在分支管线30和辅助管线40中循环所述第一冷却剂和所述第二冷却剂，并在高压电池温度芯部100的温度需要增加时，通过控制所述第一阀810和所述第二阀820而在主热交换器400中进行热传递。
电池冷却管线10配置成循环冷却剂通过第一散热器200、高压电池芯部100和第一阀810，并进一步包括第一泵850，第一泵850配置成通过控制器870驱动或停止。此处，第一泵850设置在第一阀810的上游位置和电池冷却管线10的分支管线30的第二端部之间，并形成为对管线造成以下影响：形成通过第一散热器200循环第一冷却剂的管线，或者形成第一冷却剂穿过分支管线30而不通过第一散热器200的管线。
第一阀810为三通阀，并包括高压电池芯部100侧的第一端口811、分支管线30的第一端部侧的第二端口812、以及第一散热器200侧的第三端口813。控制器870执行这样的功能：其中，在高压电池芯部100的温度需要增加时，通过关闭第一阀810的第三端口813并使第一端口811和第二端口812相互连接，电池冷却管线10连接至分支管线30，并且第一冷却剂冷却高压电池芯部100而不穿过第一散热器200。此外，控制器870执行这样的控制：当需要通过第一散热器200的热辐射冷却高压电池芯部100时，通过关闭第一阀810的第二端口812并使第一端口811和第三端口813相互连接，使得电池冷却管线10从分支管线30断开，并且第一冷却剂在通过第一散热器200冷却后冷却高压电池芯部100。
此外，辅助热交换器600设置于电池冷却管线10，辅助热交换器600设置于高压电池芯部100的下游位置和第一阀810的上游位置之间。电池冷却管线10配置成能够与用于车内HVAC的制冷剂管线50通过辅助热交换器600进行热传递。用于车内HVAC的制冷剂管线50可以包括：空气冷却的冷凝器900、蒸发器910、压缩机800、第三阀830、第四阀840以及膨胀阀。因此，在通过用于车内HVAC的制冷剂管线50的膨胀阀冷却制冷剂管线50的冷却剂且第一冷却剂在辅助热交换器600中进行热传递之后，在高压电池芯部100的冷却时，高压电池芯部100被冷却。制冷剂管线50包括供应或阻挡制冷剂的第三阀830，其中，在辅助热交换器600中，制冷剂管线50的制冷剂能够与电池冷却管线10的第一冷却剂进行热传递，用于车内HVAC的蒸发器910的前端部包括第四阀840。第三阀830或第四阀840运行为通过控制器870打开或关闭，从而可以在制冷剂管线50的制冷剂和电池冷却管线10的第一冷却剂之间进行热传递。
分支管线30的一个端部从第一阀810分出，并且另一端部连接至高压电池芯部100的上游位置，并连接为穿过主热交换器400。分支管线300包括电加热器700，其配置成用于增加第一冷却剂的温度，电加热器700可以设置在分支管线30的一个端部和高压电池芯部100的上游位置之间。因此，在高压电池芯部100的温度增加时，增加高压电池芯部100的温度的第一冷却剂可以通过电加热器700加热，然后通过主热交换器400进行热传递，或相反地，可以通过主热交换器400进行热传递，然后通过电加热器700增加其温度。此外，在电加热器的温度调节功能出现故障的情况下，控制器870可以通过控制第一阀810来调节流速，从而执行调节温度的安全功能，。
电子组件冷却管线20配置成循环第二冷却剂通过第二散热器300、电子组件芯部500和第二阀820，并进一步包括第二泵860，所述第二泵860配置成通过控制器870驱动或停止。此处，第二泵860设置在第二阀820的上游位置和电子组件冷却管线20上的辅助管线40的另一端部之间，并形成为对管线产生如下影响：形成第二冷却剂通过第二散热器300循环的管线，或者形成为第二冷却剂通过第二散热器300和辅助管线40循环的管线。
第二阀820为三通阀，并包括电子组件芯部500侧的第一端口821、辅助管线40的一个端部侧的第二端口822、以及第二散热器300侧的第三端口823。控制器870配置成，其中，在高压电池芯部100的温度需要增加时，通过打开第二阀820的全部端口821、822和823而使得第二冷却剂循环通过电子组件冷却管线20和辅助管线40两者。此外，在高压电池芯部100的温度不需要增加的情况下，控制器870进行控制，以通过关闭第二阀820的第二端口822并循环电子组件冷却管线20中的第二冷却剂来冷却电子组件芯部500。
此外，辅助管线40的一个端部从第二阀820分出并且另一端部连接至电子组件芯部500的上游位置，并连接为穿过主热交换器400，进行与分支管线30的热传递。分支管线30和辅助管线40配置各自独立的流动通道，并在此处配置分支管线30和辅助管线40的冷却剂在主热交换器400中相互进行热传递。
将参考附图来描述各个模式中的冷却水的流动。
图2为示出了冷却模式的示意图，在冷却模式的情况中，控制器870进行控制，以使第一阀810的第一端口811和第二端口812相互连接，并关闭第三端口813，使得电池冷却管线10和分支管线30相互连接。在此情况中，第一冷却剂不向第一散热器200侧循环。由于该情况为车辆的内部也需要冷却的情况，所以控制器870控制第三阀830和第四阀840，其中，电池冷却管线10连接至分支管线30和用于车内HVAC的制冷剂管线50。因此，通过辅助热交换器600而与制冷剂管线50的制冷剂进行热传递而冷却的第一冷却剂通过第一泵850而沿着分支管线30喷射至高压电池芯部100，并冷却高压电池芯部100。
在此情况中，控制器870进行控制，以使得第二阀820的第一端口821和第二端口822相互连接并关闭第三端口823，因此，在电子组件冷却管线20中，第二冷却剂由第二散热器300冷却，然后通过第二泵860提供至电子组件芯部500，并冷却电子组件芯部500。在此情况下，不运行电加热器700，在主热交换器400中不进行热传递。
图3为示出了回收废热并增加高压电池温度的模式的示意图，此模式被称为电池温度增加模式。在电池温度增加模式的情况中，控制器870进行控制，以使第一阀810的第一端口811和第二端口812相互连接，并关闭第三端口813，使得电池冷却管线10和分支管线30相互连接。在此情况中，第一冷却剂不向第一散热器200侧循环。因为此情况为车辆的内部也需要加热的情况，所以控制器870控制第三阀830和第四阀840，其中电池冷却管线10连接至分支管线30和用于车内HVAC的制冷剂管线50。因此，通过辅助热交换器600与制冷剂管线50的制冷剂进行热传递而温度增加的第一冷却剂通过分支管线30的电加热器700和主热交换器400或者通过分支管线30的主热交换器400和电加热器700增加其温度，然后通过第一泵850喷射至高压电池芯部100，增加高压电池芯部100的温度。
此情况可行的原因在于，控制器870进行控制，以打开第二阀820全部的第一端口821、第二端口822和第三端口823，因此，在电子组件冷却管线20中，第二冷却剂由第二散热器300冷却，然后通过第二泵860提供至电子组件芯部500，并冷却电子组件芯部500。在此情况中，温度增加的第二冷却剂与主热交换器400中的第一冷却剂沿辅助管线40进行热传递，并被额外地冷却。因此，使用冷却电子组件芯部500得到的第二冷却剂的废热来增加高压电池芯部100的温度，从而可以有效率地维持能量，以延长车辆的行驶距离，并降低生产成本。
最后，图4为示出了自然冷却模式的示意图，在自然冷却模式的情况中，控制器870进行控制，以使第一阀810的第一端口811和第三端口813相互连接，并关闭第二端口812，使得电池冷却管线10和分支管线30相互断开。在此情况中，不进行通过辅助热交换器600与用于车内HVAC的制冷剂管线50的制冷剂的热传递。因此，第一冷却剂配置成在电池冷却管线10中循环，其中第一冷却剂通过第一散热器200冷却，并冷却高压电池芯部100，然后再次被供应至第一散热器200。
在此情况中，控制器870进行控制，以使第二阀820的第一端口821和第三端口823相互连接并关闭第二端口822，并使电子组件冷却管线20和辅助管线40相互断开。在电子组件冷却管线20中，第二冷却剂通过第二散热器300冷却，然后通过第二泵860提供至电子组件芯部500，并冷却电子组件芯部500。
因此，根据如上所述的车辆的HVAC系统，使用冷却电子组件侧而温度增加的冷却剂的废热来增加高压电池的温度，从而即使在紧凑构造的情况下，仍可以有效率地管理能量，从而延长车辆的行驶距离，并降低生产成本。此外，在电加热器的温度调节功能故障的情况下，通过第一阀控制流速，使其可以进行安全功能。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上部”、“下部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“前”、“后”、“背部”、“向前”和“向后”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。
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。它们并不会毫无遗漏，也不会将本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多修改和变化都是可能的。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它们的实际应用，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不同的选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等同方案加以限定。

Claims (14)

1.一种车辆的加热、通风和空气调节系统，所述加热、通风和空气调节系统包括：
电池冷却管线，所述电池冷却管线设置成循环第一冷却剂通过第一散热器、高压电池芯部和第一阀；
电子组件冷却管线，所述电子组件冷却管线设置成循环第二冷却剂通过第二散热器、电子组件芯部和第二阀；
分支管线，所述分支管线设置成其第一端部从所述第一阀分出，其第二端部连接至所述高压电池芯部的上游位置，并连接为穿过主热交换器；
辅助管线，所述辅助管线设置成其第一端部从所述第二阀分出，其第二端部连接至所述电子组件芯部的上游位置，并连接为穿过所述主热交换器，从而与所述分支管线进行热传递；以及
控制器，其配置成分别在所述分支管线和所述辅助管线中循环第一冷却剂和第二冷却剂，并在所述高压电池芯部的温度需要增加时，通过控制所述第一阀和所述第二阀而在所述主热交换器中进行热传递。
2.根据权利要求1所述的加热、通风和空气调节系统，其中，所述分支管线和所述辅助管线配置各自独立的流动通道，所述分支管线的冷却剂和所述辅助管线的冷却剂在主热交换器中相互进行热传递。
3.根据权利要求1所述的加热、通风和空气调节系统，其中，所述第一阀为三通阀，并包括高压电池芯部侧的第一端口、分支管线的第一端部侧的第二端口、以及第一散热器侧的第三端口，
所述控制器配置成，在所述高压电池芯部的温度需要增加时关闭所述第一阀的第三端口，
所述控制器配置成，在需要通过所述第一散热器的热辐射冷却所述高压电池芯部时关闭所述第一阀的第二端口。
4.根据权利要求1所述的加热、通风和空气调节系统，其中，所述第二阀为三通阀，并包括电子组件芯部侧的第一端口、辅助管线的第一端部侧的第二端口、以及第二散热器侧的第三端口，
所述控制器配置成，在所述高压电池芯部的温度需要增加时打开所述第二阀的全部端口，在所述高压电池芯部的温度不需要增加时关闭所述第二阀的第二端口。
5.根据权利要求1所述的加热、通风和空气调节系统，其中，所述电池冷却管线包括第一泵，
所述电子组件冷却管线包括第二泵，
所述控制器配置成进行控制，以驱动或停止所述第一泵或所述第二泵。
6.根据权利要求5所述的加热、通风和空气调节系统，其中，所述第一泵设置在所述第一阀的上游位置和所述电池冷却管线的所述分支管线的第二端部之间。
7.根据权利要求5所述的加热、通风和空气调节系统，其中，所述第二泵设置在所述第二阀的上游位置和所述电子组件冷却管线的所述辅助管线的第二端部之间。
8.根据权利要求1所述的加热、通风和空气调节系统，其中，所述电池冷却管线包括设置在其上的辅助热交换器，
所述辅助热交换器设置在所述高压电池芯部的下游位置和所述第一阀的上游位置之间。
9.根据权利要求8所述的加热、通风和空气调节系统，其中，所述电池冷却管线配置成，通过所述辅助热交换器进行与用于车内加热、通风和空气调节的制冷剂管线的热传递，与制冷剂管线进行热传递的第一冷却剂在高压电池芯部冷却时冷却所述高压电池芯部。
10.根据权利要求9所述的加热、通风和空气调节系统，其中，所述制冷剂管线包括供应或阻挡制冷剂的第三阀，使得在所述辅助热交换器中进行制冷剂管线的制冷剂和电池冷却管线的第一冷却剂之间的热传递。
11.根据权利要求9所述的加热、通风和空气调节系统，其中，在冷却模式的情况中，所述控制器配置成，通过控制所述第一阀而将所述电池冷却管线和所述分支管线相互连接，并配置成进行控制，使得通过所述辅助热交换器进行与所述制冷剂管线的制冷剂的热传递而被冷却的第一冷却剂冷却所述高压电池芯部。
12.根据权利要求9所述的加热、通风和空气调节系统，其中，在电池温度增加模式的情况中，控制器配置成进行控制，从而通过控制所述第一阀以使所述电池冷却管线和所述分支管线相互连接并完全打开所述第二阀以使所述电子组件冷却管线和所述辅助管线相互连接，使得冷却所述电子组件冷却管线的第二冷却剂与第一冷却剂在所述主热交换器中进行热传递以增加温度，并进而增加所述高压电池芯部的温度。
13.根据权利要求9所述的加热、通风和空气调节系统，其中，在自然冷却模式的情况中，所述控制器配置成进行控制，以通过控制所述第一阀而循环所述电池冷却管线中的第一冷却剂，并配置成进行控制，从而使得通过所述第一散热器冷却的第一冷却剂冷却所述高压电池芯部。
14.根据权利要求1所述的加热、通风和空气调节系统，其中所述分支管线包括电加热器，所述电加热器配置成用于增加第一冷却剂的温度，
所述电加热器设置在所述分支管线的第一端部和所述高压电池芯部的上游位置之间。
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