CN111315609B - 用于机动车的冷却系统和具有这种冷却系统的机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的冷却系统(1)，所述冷却系统具有：用于驱动机动车的电能储存器(7)；制冷机(6)，制冷循环和与所述制冷循环流体分开的主冷却循环可流经所述制冷机；一个或多个执行机构(11、12)；至少一个热源(5)；和一个或多个环境空气冷却器(2a、2b)，其中，在第一运行中，所述执行机构(11、12)如下构造主冷却循环，使得所述主冷却循可环流经制冷机(6)、电能储存器(7)而不流经环境空气冷却器(2a、2b)，在第二运行中，所述执行机构(11、12)如下构造主冷却循环，使得所述主冷却循环可流经制冷机(6)、电能储存器(7)和至少一个环境空气冷却器(2a、2b)，并且在第三运行中，所述执行机构(11、12)如下构造主冷却循环，使得所述主冷却循环可流经制冷机(6)、至少一个环境空气冷却器(2a、2b)和热源(5)。

Description

用于机动车的冷却系统和具有这种冷却系统的机动车
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的冷却系统以及一种具有这样的冷却系统的机动车，所述冷却系统具有用于驱动机动车的电能储存器。
背景技术
现今，为了在混合动力车辆或电动车辆中冷却电能储存器，以下的可能方案是常见的。即，可以通过借助环境空气或借助经由制冷回路来调温的空气实现的空气冷却对电能储存器进行冷却。另一种可能方案是冷却剂冷却，在所述冷却剂冷却中，能量储存器由冷却剂冷却。所述冷却剂通过环境空气冷却器或制冷回路来调温，其中，在后者中需要所谓的制冷机。制冷机是一种冷却剂-制冷剂-热交换器，其中，热能在彼此流体分开的冷却循环与制冷剂循环之间传递。能量储存器冷却的另一种可能方案是直接制冷剂冷却，在所述直接制冷剂冷却中，能量储存器直接经由制冷回路冷却，也就是说，所述制冷剂在直接设置在能量储存器-电池模块上的蒸发板中蒸发。
这样的现有技术的缺点在于，在不具有制冷回路支持的情况下、尤其是在高的环境温度的情况下，能量储存器的冷却不具有足够的功率，这尤其适用于直流快速充电、动态驾驶机动或高行驶速度的应用情况。
如果借助制冷循环进行冷却，则制冷循环将提供用于冷却内部空间和用于冷却能量储存器的冷却功率。由于对能量储存器提高的冷却要求，在一些运行状态(例如高行驶速度、直流快速充电)中，制冷功率不足。此外，要考虑的是，对于出于冷却目的的实际冷却功率，必须经由冷却系统耗散电制冷剂压缩机的功率，这导致整个冷却系统的额外的负载(例如如果2kW的能量储存器-冷却功率加上1kW的制冷剂压缩机的功率，则得出3kW的冷凝器功率)。因此，能量储存器借助制冷循环的冷却并不是在每种运行状态中都是高效能的。
发明内容
本发明的任务是，提供一种改进的、尤其更高效的用于机动车的冷却系统，所述冷却系统具有电能储存器。
为此，本发明提出一种用于机动车的冷却系统，所述冷却系统具有：用于驱动机动车的电能储存器；制冷机，制冷循环和与所述制冷循环流体分开的主冷却循环能够流经所述制冷机，以在制冷循环与主冷却循环之间传递热能；一个或多个执行机构；至少一个热源；和一个或多个环境空气冷却器，其中，在第一运行中，所述执行机构如下构造所述主冷却循环，使得所述主冷却循环能够流经制冷机、电能储存器而不流经环境空气冷却器；在第二运行中，所述执行机构如下构造所述主冷却循环，使得所述主冷却循环能够流经制冷机、电能储存器和环境空气冷却器中的至少一个环境空气冷却器；并且在第三运行中，所述执行机构如下构造所述主冷却循环，使得所述主冷却循环能够流经制冷机、环境空气冷却器中的至少一个环境空气冷却器和热源；在第一运行中和/或在第二运行中，所述执行机构额外地构造副冷却循环，所述副冷却循环能够流经热源和所述环境空气冷却器中的至少一个环境空气冷却器，在第二运行中，所述主冷却循环在电能储存器下游通入到所述副冷却循环中，使得所述主冷却循环和副冷却循环部分重叠。
本发明还提出一种机动车，其具有根据本发明所述的冷却系统。
根据本发明的一种实施例，提供一种用于机动车的冷却系统，所述冷却系统具有用于驱动机动车的电能储存器；制冷机，制冷循环和与所述制冷循环流体分开的主冷却循环可流经所述制冷机，以在制冷循环和主冷却循环之间传递热能；一个或多个执行机构；至少一个热源；和一个或多个环境空气冷却器，其中，在第一运行中，执行机构如下构造主冷却循环，使得主冷却循环可流经制冷机、能量储存器而不流经环境空气冷却器；在第二运行中，执行机构如下构造主冷却循环，使得主冷却循环可流经制冷机、能量储存器和至少一个环境空气冷却器，并且在第三运行中，执行机构如下构造主冷却循环，使得主冷却循环可流经制冷机、至少一个环境空气冷却器和热源。这样的实施例提供的优点是，根据需求彼此不同地接通环境空气冷却器、制冷机和电能储存器，从而实现符合需求的和高效能的冷却。
根据本发明一种另外的实施例，在第三运行中，制冷机设置在热源下游和至少一个环境冷却器上游。由于制冷机设置在潜在的热源下游，所述热源的余热可以经由制冷机传递到制冷循环中并且因此可用于可能的热泵用途，以便高效能地加热内部空间和/或能量储存器。由于制冷机设置在环境冷却器上游，冷却剂可以被冷却到环境温度以下并且因此来自环境中的热被吸收到主冷却循环中并且借助制冷机传递到制冷循环中并且也因此可用于可能的热泵用途，以便高效能地加热内部空间和/或能量储存器。然而本发明致力于热吸收侧，其中，在热排放侧上存在用于制冷回路的布连的各种设计可能性。
根据本发明一种另外的实施例，第一执行机构是三向阀，在所述三向阀中，第一入口可以与热源的出口连接，第二入口可以至少与制冷机的出口连接，并且出口可以与至少一个环境空气冷却器的入口连接。
根据本发明一种另外的实施例，第二执行机构是三向阀，在所述三向阀中，第一入口可以与至少一个环境空气冷却器的出口连接，第二入口可以至少与热源的出口连接，并且出口可以与制冷机的入口连接。
根据本发明一种另外的实施例，在第一运行中和/或在第二运行中，执行机构额外地构造副冷却循环，所述副冷却循环可流经热源和至少一个环境空气冷却器。
根据本发明一种另外的实施例，在第一运行中，在主冷却循环与副冷却循环之间的冷却剂的交换基本上被中断。
根据本发明一种另外的实施例，在第二运行中，主冷却循环在能量储存器下游通入到副冷却循环中，使得主冷却循环和副冷却循环部分地重叠。
根据本发明一种另外的实施例，在能量储存器下游设置止回阀。
根据本发明一种另外的实施例，热源是来自如下组中的至少一个元件，所述组包括：电子组件、尤其是功率电子组件，电机、尤其是电动机和/或发电机，内燃机，内燃机的至少一个辅助总成，尾部通风器的冷却剂-空气-热交换器(所述冷却剂-空气-热交换器可以例如设置用于从尾部通风器中的内部空间回收能量)和电加热器。
此外，本发明提供一种具有这样的冷却系统的机动车。
附图说明
以下参照附图描述本发明的一种优选实施例。以下在附图中：
图1示出根据一种实施例的根据本发明的冷却系统；
图2示出图1中的冷却系统的第一运行；
图3示出图1中的冷却系统的第二运行；
图4示出图1中的冷却系统的第三运行。
具体实施方式
图1示出根据一种实施例的根据本发明的冷却系统1。所述冷却系统1尤其是用于有时或完全电驱动的机动车，尤其是用于混合动力车辆或电动车辆。所述冷却系统1具有第一环境空气冷却器2a和第二环境空气冷却器2b，电鼓风机3配置给所述环境空气冷却器。此外，所述冷却系统1具有第一冷却剂泵4、热源5、制冷机6和电能储存器7。热源5可以是来自以下组中的一个或多个元件，所述组包括：电子组件(例如功率电子组件)、电机(例如电动机和/或发电机)、内燃机、内燃机的至少一个辅助总成、尾部通风器的冷却剂-空气-热交换器(所述冷却剂-空气-热交换器例如可以设置用于从尾部通风器中的内部空间回收能量)和电加热器。制冷机6是可在彼此流体分开的制冷剂和冷却剂之间传递热能的制冷剂-冷却剂-热交换器。附图标记8在此表示制冷循环，所述制冷循环流经所述制冷机6，其中，所述制冷循环8与同样流经制冷机6的主冷却循环流体分开。能量储存器7是用于驱动机动车的电能储存器，所述能量储存器尤其是包括锂离子电池。
此外，所述冷却系统1具有第二冷却剂泵9、止回阀10、第一执行机构11以及第二执行机构12。所述第一执行机构11和第二执行机构12分别为三向阀。尤其地，所述三向阀在本实施例中如下构建，即，所述三向阀构造有两个入口和一个出口。
以下描述前述构件的布连，其中，术语“连接”表示冷却系统的流体引导的、例如以软管或管道形式的管路。第一环境空气冷却器2a的出口与第一冷却剂泵4的入口连接。在第一冷却剂泵的出口下游分支冷却剂管路，其中，一个冷却剂支路引导到第二环境空气冷却器2b的入口并且另一冷却剂支路引导到热源5的入口。热源5的出口与第一执行机构11的第一入口13连接。第一执行机构的出口14又与第一环境空气冷却器2a的入口连接。第二环境空气冷却器2b的出口与第二执行机构12的第一入口15连接。附图标记S1在此表示在第二环境空气冷却器2b下游和在第二执行结构12上游的第一温度测量点。第二执行机构12的第二入口16在连接位置17处与从热源5的出口引导到第一执行机构11的第一入口13的管路连接。第二执行机构12的出口18与制冷机6的入口连接。所述制冷机6的出口一方面分支到第一执行机构11的第二入口19并且另一方面分支到第二冷却剂泵9的入口。所述第二冷却剂泵9的出口引导到能量储存器7的入口，能量储存器7的出口引导到连接位置20，在该连接位置处，来自能量储存器7的出口的管路与从第二执行机构12的第二入口16引导到连接位置17的管路引导到一起。在从能量储存器7的出口引导到连接位置20的管路中设置止回阀10，所述止回阀如下布连，使得只允许沿从能量储存器7的出口到连接位置20方向的流动。在止回阀10的入口和能量储存器7的出口之间设置温度测量点S2。温度测量点S1和S2借助温度传感器提供在这些位置处流动的冷却剂的温度。补偿容器具有附图标记21并且如下集成到冷却系统1中，使得补偿容器21的出口通入到从第一环境空气冷却器2a的出口引导到第一冷却剂泵4的入口的管路中。补偿容器21的入口分别与环境空气冷却器2a、2b连接。所述环境空气冷却器2a、2b可以如所示那样构造为两个分开的环境空气冷却器或构造为一个唯一的环境空气冷却器。此外，所述环境空气冷却器可以在结构上构造为唯一的、但在内部被划分开的环境空气冷却器。
作为前述构造的替代方案，所述冷却剂泵9也可以设置在能量储存器7和连接位置20之间的管路中。
此外，作为前述构造的替代方案，所述温度测量位置S2也可以设置在止回阀10的出口与连接位置20之间。
以下描述冷却系统1的三种不同的运行状态，其中，在相应的运行状态中，被流经的管路示出为实线并且未被流经的管路或具有静止的冷却剂的管路示出为点状线。这两种线在补偿容器21的入口处与运行状态或其流经无关地始终示出为虚线。
图2示出第一运行。在所述第一运行中构造有主冷却循环，在所述主冷却循环中，冷却剂如下依序流经制冷机6、第二冷却剂泵9、能量储存器7、止回阀10和第二执行机构12，以便然后又引导回制冷机6。
另外，在第一运行中构造有副冷却循环，在所述副冷却循环中，冷却剂如下依序流经第一环境空气冷却器2a、第一冷却剂泵4和热源5。所述副冷却循环从热源5经由第一执行机构11引导返回第一环境空气冷却器2a的入口。
为了构造所述主冷却循环与副冷却循环，第二执行机构12的第一入口15被阻断而第二入口16被打开，使得所述第二执行机构12从第二入口16连通到出口18。此外，所述第一执行机构11如下接通，即，第二入口19被阻断而第一入口13被打开，使得第一执行机构11从第一入口13连通到出口14。
由于阻断第一执行机构11的第二入口19，在点状地示出的管路区段22中没有发生冷却剂流动，使得没有冷却剂能够从主冷却循环流出。因为没有发生冷却剂从主冷却循环流出，所以也没有冷却剂能够经由点状地示出的管路区段23从副冷却循环流入到主冷却循环中。因此，在主冷却循环与副冷却循环之间基本上不发生冷却剂交换(当然除了在管路23本身中的最小交换外)。
尤其是当在温度测量点S2处的冷却剂温度小于在温度测量点S1处的冷却剂温度时，或者当能量储存器7的余热应为热泵用途使用时，也就是说，当能量储存器7的余热应经由制冷机6进入制冷循环8中以将制冷循环8用于加热目的时，则例如由空调控制系统选择所述第一运行。
如果既不存在用于能量储存器7的冷却要求也不存在热泵要求，则也可以通过如下方式停用主冷却循环，即，关断第二冷却剂泵9。在这样的情况下，只有副冷却循环而不是主冷却循环被激活，也就是说，在副冷却循环中冷却剂流动，而在主冷却循环中冷却剂静止。
图3示出第二运行，在所述第二运行中构造有副冷却循环，在所述副冷却循环中，冷却剂如下依序流经第一环境空气冷却器2a、第一冷却剂泵4和热源5。所述副冷却循环从热源5经由第一执行机构11引导返回第一环境空气冷却器2a的入口。
另外，在所述第二运行中构造有主冷却循环，在所述主冷却循环中，冷却剂在第一冷却剂泵4下游和热源5上游在连接位置24处分支并且如下依序流经第二环境空气冷却器2b、第二执行机构12、制冷机6、第二冷却剂泵9、能量储存器7和止回阀10，以在连接位置17处流回副冷却循环中。在连接位置17与连接位置24之间主冷却循环和副冷却循环重叠。
为了在第二运行中构造所述副冷却循环和主冷却循环，所述第二执行机构12的第一入口15打开而第二入口16阻断，使得所述第二执行机构12从第一入口15连通到出口18。此外，所述第一执行机构11如下接通，即，第二入口19阻断而第一入口13打开，使得所述第一执行机构11从第一入口13连通到出口14。
在所述第二运行中，所述环境空气冷却器2a和2b、制冷机6和能量储存器7串联设置。所述环境空气冷却器2a、2b因此在主冷却循环中确保尽可能低的温度水平，所述温度水平然后通过制冷机6进一步降低，通过制冷循环8额外地将冷气输送给所述制冷机。如果在温度测量点S2处的冷却剂温度大于在温度测量点S1处的冷却剂温度并且如果没有热泵用途应被使用，则所述第二运行是有意义的。如果制冷机6被激活，则所述制冷机确保来自第二环境空气冷却器2b的冷却剂的额外的再冷却。由此实现能量储存器7的特别强效的且高效能的冷却。在所述第二运行中也可实现，根据用于能效提升的冷却功率需求制冷机6虽然被流经，但是在制冷剂侧上被封闭。
图4示出第三运行。在所述第三运行中构造有主冷却循环，在所述主冷却循环中，冷却剂如下依序流经第一环境空气冷却器2a、第一冷却剂泵4、热源5、第二执行机构12、制冷机6和第一执行机构11，以从第一执行机构11引导回第一环境空气冷却器2a。
为了构造所述主冷却循环，所述第二执行机构12如下接通，即，第一入口15阻断而第二入口16打开，使得所述第二执行机构12从第二入口16连通到出口18。所述第一执行机构11如下接通，即，第二入口19打开而第一入口13阻断，使得所述第一执行机构11从第二入口19连通到出口14。
在所述第三运行中，所述环境空气冷却器2a、热源5和制冷机6串联连接。冷却剂泵9未激活，从而未进行能量储存器7的流经。在所述第三运行中，热源5的热或余热输送至制冷机6并且可以用于热泵用途，也就是说，经由制冷机6，热源5的热或余热可以进入到制冷循环8中并且因此经由制冷循环8用于加热目的。如果不存在用于能量储存器7的冷却要求并且热源5的热或环境热(如开头所述，所述热源的热或环境热经由环境空气冷却器吸收)应被用于热泵用途，则所述第三运行是有意义的。
尽管已经在附图和前述描述中详细图解和描述本发明，但是所述图解和描述仅是示意性或示例性的，而不能理解为限制性的，并且不旨在将本发明限制于所公开的实施例。

Claims (10)

1.用于机动车的冷却系统(1)，所述冷却系统具有：
用于驱动机动车的电能储存器(7)；
制冷机(6)，制冷循环(8)和与所述制冷循环流体分开的主冷却循环能够流经所述制冷机，以在制冷循环(8)与主冷却循环之间传递热能；
一个或多个执行机构(11、12)；
至少一个热源(5)；和
一个或多个环境空气冷却器(2a、2b)，其中，
在第一运行中，所述执行机构(11、12)如下构造所述主冷却循环，使得所述主冷却循环能够流经制冷机(6)、电能储存器(7)而不流经环境空气冷却器(2a、2b)；
在第二运行中，所述执行机构(11、12)如下构造所述主冷却循环，使得所述主冷却循环能够流经制冷机(6)、电能储存器(7)和环境空气冷却器(2a、2b)中的至少一个环境空气冷却器；并且
在第三运行中，所述执行机构(11、12)如下构造所述主冷却循环，使得所述主冷却循环能够流经制冷机(6)、环境空气冷却器(2a、2b)中的至少一个环境空气冷却器和热源(5)；
在第一运行中和/或在第二运行中，所述执行机构(11、12)额外地构造副冷却循环，所述副冷却循环能够流经热源(5)和所述环境空气冷却器中的至少一个环境空气冷却器(2a)，并且在第二运行中，所述主冷却循环在电能储存器(7)下游通入到所述副冷却循环中，使得所述主冷却循环和副冷却循环部分重叠。
2.根据权利要求1所述的冷却系统(1)，其中，在第三运行中，所述制冷机(6)设置在热源(5)下游和所述至少一个环境空气冷却器(2a、2b)上游。
3.根据权利要求1或2所述的冷却系统(1)，其中，第一执行机构(11)是三向阀，在所述三向阀中，第一入口(13)能够与所述热源的出口连接，第二入口(19)能够至少与制冷机(6)的出口连接，并且出口(14)能够与所述环境空气冷却器中的至少一个环境空气冷却器(2a)的入口连接。
4.根据权利要求1或2所述的冷却系统(1)，其中，第二执行机构(12)是三向阀，在所述三向阀中，第一入口(15)能够与所述环境空气冷却器中的至少一个环境空气冷却器(2b)的出口连接，第二入口(16)能够至少与热源(5)的出口连接，并且出口能够与制冷机(6)的入口连接。
5.根据权利要求1或2所述的冷却系统(1)，其中，在第一运行中，在所述主冷却循环和副冷却循环之间的冷却剂的交换基本上被中断。
6.根据权利要求1或2所述的冷却系统(1)，其中，在电能储存器(7)下游设置止回阀(10)。
7.根据权利要求1或2所述的冷却系统(1)，其中，热源(5)是来自如下组中的至少一个元件，所述组包括：电子组件，电机，内燃机，内燃机的至少一个辅助总成，尾部通风器的冷却剂-空气-热交换器和电加热器。
8.根据权利要求7所述的冷却系统(1)，其中，所述电子组件是功率电子组件。
9.根据权利要求7所述的冷却系统(1)，其中，所述电机是电动机和/或发电机。
10.机动车，其具有根据权利要求1至9中任一项所述的冷却系统(1)。
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