CN109477415A - 混合动力车辆中的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于由内燃机(2)和电机(3)提供动力的混合动力车辆(1)的冷却系统。冷却系统包括：具有第一循环冷却剂的第一回路(4)，第一循环冷却剂在冷却内燃机(2)之前在第一散热器(7)中冷却，具有第二循环冷却剂的第二回路(11)，该第二循环冷却剂在冷却电机(3)之前在第二散热器(19)中被冷却到与第一冷却剂相比更低的温度，以及制冷剂回路(16)，冷却系统包括具有第三循环冷却剂的第三回路(20)，在第三循环冷却剂冷却车辆(1)中的电能存储件(18)和驾驶室空间(33)之前，由制冷剂回路(16)的制冷器(25)中的制冷剂将该第三循环冷却剂冷却到与第二冷却剂相比更低的温度。

Description

混合动力车辆中的冷却系统
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的混合动力车辆中的冷却系统。
背景技术
AC系统经常用于冷却车辆中的驾驶室(cab)空间。AC系统经常包括压缩机制冷系统，通过该系统将驾驶室中的空气冷却到比环境空气温度更低的温度是可能的。
混合动力车辆可以由电机和内燃机驱动。电机作为发动机工作并且在某些操作条件期间(诸如在车辆的低速和加速时)驱动车辆。在某些操作条件期间，电机作为发电机工作，其中，其将电能提供到电能存储件。内燃机可以独立地或与电机一起驱动车辆。内燃机和电机在操作期间被加热。因此，它们需要被冷却。
内燃机可具有在90℃-100℃的温度范围中的最佳有效温度。电能存储件和控制电机和电能存储件之间的电能流动的电力电子器件也在操作期间被加热并且需要被冷却。电能存储件可具有在20-25℃的温度范围内的最佳操作温度。电力电子器件能够经常承受高达约60-70℃的温度。此外，可能存在增压空气、齿轮箱油，减速器等的冷却需求。因此，在混合动力车辆中存在许多物体待冷却到宽泛变化的操作温度。
US2012/125032示出了具有制冷剂蒸发器装置的制冷设备以及用于并联空气和电池接触冷却的过程。制冷设备包括用于并联空气和电池接触冷却的制冷剂蒸发器装置，具有制冷剂压缩机和冷凝器，提供具有用于空气冷却的指定可控制的膨胀构件的蒸发器和用于电池冷却的具有指定可控制的膨胀构件的作为电池接触冷却器的蒸发器。节流构件位于蒸发器和所指定的可控制的膨胀构件的龙头之间。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合动力车辆中的冷却系统，其通过使用相对少的包括部件来提供内燃机、具有相关部件的电机和驾驶室空间的有效冷却。
通过根据权利要求1的特征部分的冷却系统实现上述目的。内燃机、电机和电能存储件需要被冷却到不同的温度。冷却系统包括第一回路，其具有冷却内燃机的第一冷却剂。冷却系统包括第二回路，其具有温度比第一冷却剂温度低的第二冷却剂。第二冷却剂用于冷却电机。冷却系统包括具有第三冷却剂的第三回路。可以由制冷剂回路将第三冷却剂冷却到比环境空气的温度更低的温度。第三冷却剂用于冷却电能存储件和驾驶室空间。因此，使用共同的制冷剂回路来间接冷却电能存储件和驾驶室空间是可能的。使用一个制冷剂回路用于两个冷却目的导致包括部件的数量减少。此外，第一回路、第二回路和第三回路包括不同温度的冷却剂，这使得将内燃机、电机、驾驶室空间和电能存储件冷却到单独的有效操作温度是可能的。
根据本发明的实施方式，由第二回路中的第二冷却剂在冷凝器中冷却制冷剂回路中的制冷剂。第二冷却剂具有相对低的温度。因此，制冷剂能够在冷凝器中提供相对低的冷凝温度，这有利于制冷剂回路的效率。
根据本发明的实施方式，第二回路包括第一平行管线和第二平行管线，在第一平行管线中第二冷却剂冷却电机，在第二平行管线中第二冷却剂冷却冷凝器中的制冷剂。在这种情况下，相同低温度的冷却剂被引导到电机以及冷凝器。第二回路可包括阀构件，其用于将第二冷却剂分配到第一平行管线和第二平行管线。电机和冷凝器中的制冷剂的冷却需求在不同的操作条件期间变化。借助于这种阀构件，鉴于它们的实际冷却需求，将冷却剂流率分配到对应的物体是可能的。
根据本发明的实施方式，第二回路还冷却以下物体中的至少一个：增压空气冷却器中的增压空气、控制电能存储件与电机之间电能流动的电力电子器件、和油冷却器中的齿轮箱油。优选地，由第二回路冷却的物体基于它们单独的有效温度按顺序布置。第二冷却剂可例如在平行管线中的一个中的第一位置中冷却增压空气冷却器中的增压空气，并且在另外的平行管线中的第一位置中冷却冷凝器中的制冷剂。
根据本发明的实施方式，相对于强制通过散热器的空气流的方向，第二散热器布置在第一散热器的上游位置中。优选地，由环境温度的空气在第二散热器中冷却第二冷却剂。第二回路可包括第二散热器旁通管线和控制通过第二散热器旁通管线的流动的阀构件。在这种情况下，控制通过第二散热器的第二冷却剂流率的流动是可能的。在当冷却需求低时的操作条件期间，阀构件可引导冷却剂流率的至少主要部分通过第二散热器旁通管线。
根据本发明的实施方式，第三回路包括第一组平行管线，所述第一组平行管线包括第一管线和第二管线，并且在其中，由制冷器中的制冷剂在第一管线中冷却第三冷却剂，并且由空气在第二管线中的第三散热器中冷却第三冷却剂。在低冷却需求的操作条件期间，不必使用制冷剂回路。在这种情况下，第三冷却剂仅在第三散热器中被冷却。第三散热器可布置在车辆中的一位置中，使得由环境温度的空气冷却第三冷却剂。电风扇可提供通过第三散热器的冷却空气流。
根据本发明的实施方式，第三回路包括位于第一组平行管线的第二管线中的加热器。电能存储件可具有约20-25℃的有效温度范围。例如，在环境温度低时冷启动期间，电能存储件的温度太低。借助于这种加热器，在第三冷却剂被引导到电能存储件之前加热第三冷却剂是可能的。加热器可以是电加热器。
根据本发明的实施方式，第三回路包括第二组平行管线，所述第二组平行管线包括第一管线和第二管线，并且在其中，第三冷却剂在第一管线中冷却电能存储件，并且在第二管线中冷却空气冷却器中的驾驶室空间中的空气。在这种情况下，使用相同低温度的冷却剂来冷却电能存储件和驾驶室空间是可能的。第三回路可包括阀构件，所述阀构件用于将第三冷却剂在所述平行管线之间分配。电能存储件和驾驶室空间的冷却需求在不同的操作条件期间变化。借助于这种阀构件，响应于它们的实际冷却需求将冷却剂流率分配到所述部件是可能的。
根据本发明的实施方式，第二回路包括电动冷却剂泵，第三回路包括电动冷却剂泵，并且制冷剂回路包括电动压缩机。在这种情况下，当内燃机不操作时，启动第二回路、第三回路和制冷剂回路并冷却驾驶室空间是可能的。
根据本发明的实施方式，第一回路包括节温器，所述节温器将第一冷却剂引导到第一散热器或到第一散热器旁通管线。传统的蜡节温器可以例如用于控制第一冷却剂和内燃机的温度。第一回路中的第一冷却剂也可用于冷却车辆中的减速器。
附图说明
参考附图描述以下的本发明的优选实施方式中作为示例，其中：
图1示出了根据本发明第一实施方式的冷却系统，
图2示出了根据本发明第二实施方式的冷却系统，以及
图3示出了根据本发明第三实施方式的冷却系统。
具体实施方式
图1示出了示意性地公开的由内燃机2和电机3提供动力的混合动力车辆1。内燃机2可以是柴油发动机。内燃机2和电机3可以独立地或一起驱动车辆。在某些操作条件期间，电机3作为发电机工作，其中它将电能供应到车辆1中的电能存储件18。车辆1包括冷却系统。冷却系统包括第一回路4，其具有冷却内燃机2和减速器5的循环第一冷却剂。第一冷却剂泵6使第一冷却剂在第一回路4中循环。在布置在车辆1的前部处的第一散热器7中冷却第一冷却剂。在车辆1的操作期间，散热器风扇8和冲压空气提供通过第一散热器7的冷却空气流。当冷却剂的温度低于节温器9的调节温度时，节温器9将冷却剂引导到散热器旁通管线10。当冷却剂的温度高于调节温度时，节温器9将冷却剂引导到第一散热器7。
冷却系统包括第二回路11。电驱动的第二冷却剂泵12使第二冷却剂在第二回路11中循环。第二回路11包括第一组平行管线11a、11b，其形式为第一管线11a和第二管线11b。第一管线11a包括用于冷却增压空气的增压空气冷却器13、电机3和用于齿轮箱14的油。第二回路11包括第二平行管线11b，其中，冷却剂冷却制冷系统16的冷凝器15中的制冷剂和控制电机3和电能存储件18之间电能流动的电力电子器件17。在布置在车辆的前部处的第二散热器19中冷却第二冷却剂，参考由散热器风扇8和冲压空气提供的通过散热器7、19的冷却空气流的方向，所述第二散热器在第一散热器7上游的位置中。第二回路11包括第二散热器旁通20管线和第一阀构件21，所述第一阀构件调节通过第二散热器旁通20并因此通过第二散热器19的冷却剂流。控制单元22控制第一阀构件21。温度传感器23感测第二回路11中的第二冷却剂的温度。控制单元22借助于来自温度传感器23的关于第二冷却剂的温度的信息来控制第一阀构件21。
冷却系统还包括上述制冷剂回路16。制冷剂回路16包括冷凝器15，其中，由第二回路11中的第二冷却剂冷却制冷剂。在冷凝器17中将制冷剂冷却到其冷凝时的温度。将制冷剂从冷凝器17引导到膨胀阀24，在其处它接收压降。之后，制冷剂进入制冷器25，在其处它冷却第三回路20中的第三冷却剂。制冷剂在制冷器25中被加热到其蒸发时的温度。蒸发的制冷剂被引导到电驱动的压缩机26，在其处它被压缩到更高的压力。
冷却系统还包括上述第三回路20。电驱动的第三冷却剂泵27使第三回路20中的冷却剂循环。第三回路包括以第一管线20a和第二管线20b形式的第一组平行管线。第一管线20a包括制冷系统的制冷器25。第二管线20b包括第三散热器28，其中，由通过电动风扇29强制通过第三散热器28的空气冷却第三冷却剂。可以由环境温度的空气在第三散热器28中冷却第三冷却剂。第二管线20b也包括加热器30。因此，可在第三散热器28中冷却或在加热器30中加热第三冷却剂。第二阀构件31控制冷却剂流动到第一组平行管线20a、20b。第三回路20包括第二组平行管线。所述第二组平行管线包括第一平行管线20c，在其中冷却剂冷却电能存储件18。第二组平行管线包括第二平行管线20d，在其中第三冷却剂在空气冷却器33a中冷却驾驶室空间33中的空气。电动风扇33b提供通过空气冷却器33a的冷却空气流。第三阀构件34控制冷却剂流动到第二组平行管线20c、20d。
在车辆1的操作期间，第一回路4中的第一冷却剂冷却内燃机2和减速器5。由节温器9控制被引导到内燃机2的冷却剂的温度。所述节温器9具有相对高的调节温度，使得内燃机2的温度在可以是约90℃-100℃的有效温度范围内。
第二回路11中的第二冷却剂冷却具有与内燃机2相比更低的有效操作温度的部件。在这种情况下，第二回路11中的冷却剂冷却增压空气冷却器13中的增压空气、电机3、齿轮箱14中的油、冷凝器15中的制冷剂和电力电子器件17。控制单元22接收来自温度传感器23的关于第二回路11中的第二冷却剂的温度的信息。在第二冷却剂的温度太高的情况下，控制单元22调整第一阀构件21，使得第二冷却剂流的较大部分被引导到第二散热器19，并且冷却剂流的较小部分被引导到第二散热器旁通管线20。在冷却剂的温度太低的情况下，控制单元22调整第一阀构件21，使得冷却剂的较小部分被引导到第二散热器19，并且冷却剂流的较大部分被引导到第二散热器旁通管线20。控制单元22还可以接收关于单独部件3、13、14、15、17温度的信息，并鉴于该信息调整第一阀构件21。替代地或组合地，控制单元22能够控制第二冷却剂泵12的速度并因此第二回路11中的第二冷却剂流动。
控制单元22可接收关于以下温度的信息：驾驶室中的空气温度、电能存储件18的温度和第三回路20中的第三冷却剂的温度。鉴于该信息，控制单元22控制第二阀构件31，使得它将第三冷却剂流的部分引导到第一管线20a，并且将冷却剂流的剩余部分引导到第二管线20b。在当上述物体18、33存在大量冷却需求时的操作条件期间，控制单元22致动制冷剂回路16中的压缩机。在这种情况下，第三冷却剂流的至少主要部分被引导到第一管线20a和制冷器25。在当存在小的冷却需求时的操作条件期间，控制单元22可关闭压缩机26并将全部第三冷却剂流率引导到空气冷却器28。鉴于关于上述温度的信息，控制单元22控制第三阀构件34，使得它将第三冷却剂流从第一管线20a和/或第二管线20b分配到第三管线20c以及电能存储件18和/或到第四管线20d以及空气冷却器33a。来自第二管线20b的冷却剂流经常被引导到电能存储件18。在电能存储件18的温度太低的情况下，在将冷却剂引导到电能存储件18之前，致动加热器30并加热冷却剂是可能的。控制单元22还可以控制第三冷却剂泵27的速度以及因此第三回路20中的第三冷却剂流率。第三冷却剂的流率和温度的这种控制使得基本上连续地保持电能存储件18和驾驶室空间33中的空气的所需温度是可能的。
由于第二冷却剂泵、第三冷却剂泵27、和压缩机26是电驱动的，因此当内燃机2不在操作中时，开始第二回路11中的第二冷却剂的循环、第三回路20中的第三冷却剂的循环、和制冷剂回路中的制冷剂的循环以及冷却驾驶室空间33是可能的。
图2示出了冷却系统的替代实施方式。在这种情况下，第二回路11和冷却系统不用于在冷却剂冷却的增压空气冷却器13中冷却增压空气。在这种情况下，在布置在第一散热器7和第二散热器19之间的空气冷却的增压空气冷却器36中冷却增压空气。
图3示出了冷却系统的另一替代实施方式。在这种情况下，第二回路11包括第四阀构件36。借助于第四阀构件36，在第一管线11a和第二管线11b之间分配冷却剂流是可能的。
本发明不限于所描述的实施方式，而是可以在权利要求的范围内自由变化。

Claims (14)

1.一种用于由内燃机(2)和电机(3)提供动力的混合动力车辆(1)的冷却系统，其中，所述冷却系统包括：具有第一循环冷却剂的第一回路(4)，在所述第一循环冷却剂冷却内燃机(2)之前其在第一散热器(7)中被冷却，具有第二循环冷却剂的第二回路(11)，在所述第二循环冷却剂冷却电机(3)之前其在第二散热器中被冷却到与第一冷却剂相比更低的温度，和制冷剂回路(16)，其特征在于，冷却系统包括具有第三循环冷却剂的第三回路(20)，在所述第三循环冷却剂冷却车辆(1)中的电能存储件(18)和驾驶室空间(33)之前，由制冷剂回路(16)的制冷器(25)中的制冷剂将所述第三循环冷却剂冷却到与第二冷却剂相比更低的温度。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，由第二回路(11)中的第二冷却剂在冷凝器(15)中冷却制冷剂回路(16)中的制冷剂。
3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述第二回路包括第一平行管线(11a)和第二平行管线(11b)，在所述第一平行管线中，第二冷却剂冷却电机(3)，在所述第二平行管线中，第二冷却剂冷却冷凝器(15)中的制冷剂。
4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述第二回路包括阀构件(36)，所述阀构件将所述第二冷却剂分配到所述第一平行管线(11a)或所述第二平行管线(11b)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，第二回路(11)中的第二冷却剂还冷却以下物体中的至少一个，即增压空气冷却器(13)中的增压空气、控制电能存储件(18)与电机(3)之间电能流动的电力电子器件(17)、和油冷却器(14)中的齿轮箱油。
6.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，相对于强制通过散热器(7、19)的空气流的方向，第二散热器(19)布置在第一散热器(7)的上游位置中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述第二回路(11)包括第二散热器旁通管线(20)和控制通过第二散热器旁通管线(20)的流动的阀构件(21)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述第三回路(20)包括第一组平行管线，所述第一组平行管线包括第一管线(20a)和第二管线(20b)，并且在第一管线(20a)中由制冷器(25)中的制冷剂冷却第三冷却剂，并且在第二管线(20b)中由第三散热器(28)中的空气冷却第三冷却剂。
9.根据权利要求8所述的冷却系统，其特征在于，第三回路(20)包括位于第二管线(20b)中的加热器(30)。
10.根据权利要求8或9所述的冷却系统，其特征在于，所述第三回路(20)包括阀构件(31)，所述阀构件将所述第三冷却剂在第一平行管线组的所述管线(20a、20b)之间分配。
11.根据权利要求8所述的冷却系统，其特征在于，所述第三回路(20)包括第二组平行管线，所述第二组平行管线包括第三管线(20c)和第四管线(20d)，并且所述第三冷却剂在第三管线(20c)中冷却电能存储件(18)，并且在第四管线(20d)中冷却驾驶室空间(33)中的空气冷却器(33a)中的空气。
12.根据权利要求11所述的冷却系统，其特征在于，所述第三回路(20)包括第三阀构件(34)，所述第三阀构件将所述第三冷却剂在第二平行管线组的所述管线(20c、20d)之间分配。
13.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述第二回路(11)包括电动冷却剂泵(12)，所述第三回路(20)包括电动冷却剂泵(12)，并且所述制冷剂回路包括电动压缩机(26)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述第一回路包括节温器(9)，所述节温器将第一冷却剂引导到第一散热器(7)或第一散热器旁通管线(10)。
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