CN112805459A - 温度控制系统，设置有其的车辆及用于控制其操作的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的温度控制系统，包括主回路(1)，该主回路包括管道(2)，在该管道中设置有冷却剂，主回路泵(3)，该主回路泵配置成将所述冷却剂沿第一方向泵送通过主回路(1)的管道(2)。与主回路并联的是用于冷却或加热与之连接的部件的第一和第二子回路。在各子回路(7，12)中设置有第一和第二泵(17，18)，它们将冷却剂通过所述子回路从第一端(10，15)泵到第二端(11，16)，相应的子回路(7，12)在该第二端处连接到主回路(1)。沿第一回路(1)的第一方向所见，第一端(10，15)在第二端(11，16)的下游。

Description

温度控制系统，设置有其的车辆及用于控制其操作的方法
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的温度控制系统，包括：
-主回路，包括管道，在该管道中设置有冷却剂，主回路泵，其配置成将所述冷却剂沿第一方向泵送通过主回路的管道，以及用于冷却或加热主回路中的冷却剂的至少一个单元，
-用于冷却或加热第一部件的第一子回路，所述第一子回路包括管道，该管道具有第一端和第二端，它们在沿主回路的管道的纵向方向所见的彼此间隔开的位置处连接到主回路的管道中的相应的开口，其中，第一端在第二端连接到主回路的管道的位置的沿所述第一方向所见的下游位置处连接到主回路的管道，以及
-用于冷却或加热第二部件的至少一个第二子回路，所述第二子回路包括管道，该管道具有第一端和第二端，它们在沿主回路的管道的纵向方向所见的彼此间隔开的位置处连接到主回路的管道中的相应的开口，其中，第一端在第二端连接到主回路的管道的位置的沿所述第一方向所见的下游位置处连接到主回路的管道。
本发明还涉及一种设置有如本申请所定义的温度控制系统的车辆。
本发明还涉及一种控制根据本发明的温度控制系统的操作的方法。
本公开中应用的术语“管道”应被视为广义的，可以包括定义冷却剂可流经的通道的各种结构元件。本公开中使用的管道还可以包括共同定义管道的多个结构元件，所述结构元件不一定具有管道的传统几何管状形状。
背景技术
当设计任何涉及多个部件的冷却剂系统时，总是难以确保所有部件有足够的流量和冷却剂温度。将各部件串联起来，可以使所有部件获得相同的冷却剂流量。然而，随着每个部件的冷却剂温度越来越高，它将越来越少地冷却随后的部件。如果，作为一种备选，各部件以并联的方式连接，冷却剂温度将会是相同的。然而，流速取决于部件的压降和软管/管道的长度和直径。因此，目标是找到一种装置物，使所有部件获得所需的冷却剂流量和冷却剂温度，其温度借助于与冷却剂的热交换来控制。
在当代的车辆冷却剂系统中，大多数冷却剂系统都是利用单一泵，并试图平衡所有部件的特性，直到它们找到可以工作的设置，并尽可能少地要求泵的尺寸过大。使用更大的泵来增加冷却剂流速或使用更大的散热器来实现冷却剂的更强大的冷却总是解决方案，但也会引起额外的成本和额外的空间。
对于电池装置物，例如在车辆中作为车辆的动力源来提供，重要的是确保所有电池的同等冷却。为此，电池可能需要相同的冷却剂温度和相同的冷却剂流速。这可以通过将电池相互靠近，为给定数量的电池确定冷却剂泵的尺寸，并将管道布置在平行回路中来解决。然而，这需要电池相互靠近，并且每当有更多的电池被添加到装置物中时，现有的泵，如果没有过大的尺寸，将需要替换成更强大的泵。因此，现有技术方案不容易适应改变需要由温度控制系统中的冷却剂冷却或加热的部件的设置。
偶尔，可能需要为温度冷却系统中的不同部件提供不同程度的冷却。在具有单一泵和冷却剂由所述泵泵送到其中的多个并联冷却回路的系统中，这种不同的冷却则借助于提供在相应的回路中的流量调节阀来解决。
发明内容
本发明的目的是提出一种温度控制系统，其减少现有技术的上述缺点，并对现有解决方案提出一种备选方案。
本发明的目的是通过一种如本文和权利要求1的前序部分中所定义的温度控制系统来实现的，该系统的特征在于，控制单元连接到主回路的泵和用于冷却或加热主回路中的冷却剂的至少一个单元，并配置成根据从第一传感器和第二传感器接收到的输入来控制主回路的泵和用于冷却或加热主回路中的冷却剂的所述单元的操作。
对于每一个增加的要冷却的部件，可以再增加如上定义的子回路。为了使系统适应这种增加的部件，可能不需要更换主回路的泵。通过对各子回路的泵的单独控制，可以很容易地实现不同子回路的不同冷却剂流速。将冷却剂从子回路的相对下游位置处的入口向后泵送(注意子回路的第一和第二端的位置以及子回路中冷却剂流动方向与主回路的冷却剂流动方向的关系)到相对上游位置处的出口的想法减少主回路的泵的泵负荷，并使主回路的泵和用于冷却或加热主回路中的冷却剂的单元只有在任何一个子回路中的部件的充分冷却或加热无法仅利用子回路的泵的动作实现的情况下才被激活。这样就避免冷却剂通过主回路的过量流动。第一子回路和第二子回路的冷却剂将会沿所述第一方向在主回路的管道的由主回路和子回路共享的部分中流动。无论泵在主回路中的位置如何，只要主回路中的泵在操作并在主回路中产生流量，那么子回路的入口就定位在主回路中的压力低于子回路的出口的压力的位置。在出口和入口之间有在主回路与子回路之间共享的混合区。根据一个实施方式，主回路的所述泵和用于冷却或加热主回路中的冷却剂的单元在所述混合区之外。
反映温度的参数可以是温度本身(直接测量)，也可以是任何其他参数，诸如反映其温度的部件的属性，例如流过部件的电流(间接测量)。控制单元可以配置成基于每个传感器的重复测量来进行温度预测，从而不仅基于瞬时温度指示，而且基于温度变化趋势来控制相应的泵。
根据一个实施方式，控制单元配置成，作为对从所述第一或第二传感器或从测量第一子回路和第二子回路中的冷却剂的温度的传感器接收到的、表明通过控制第一和第二泵无法实现对第一部件或第二部件的充分加热或冷却的输入的响应，激活主回路的泵和/或用于冷却或加热主回路中的冷却剂的所述单元。
根据一个实施方式，主回路的泵的以升/分钟为单位测量的最大输出量低于第一和第二泵的最大输出量之和。
根据一个实施方式，主回路的管道的呈现第一和第二子回路的第一和第二端所连接的开口的部分可借助于管道连接件从所述管道的上游部分和所述管道的下游部分分离，该部分经由该管道连接件分别连接到所述上游部分和下游部分。所述部分因此可以作为可以被添加到已经存在的系统中的附加部件来提供，然后该系统可以设置有根据本发明的教导的子回路。取决于要由温度控制系统冷却或加热的部件的数量，可以提供设置有不同数量的开口的不同的这种附加部分。
根据一个实施方式，所述第一部件和所述第二部件是车辆的部件。
根据一个实施方式，第一部件和第二部件中的至少一个是用于积累电能的电池。
根据一个实施方式，第一部件具有优选的操作温度范围a-b，第二部件具有优选的操作温度范围c-d，且a-b与c-d重叠。
本发明还涉及一种车辆，包括具有优选的操作温度范围a-b的第一部件和具有优选的操作温度范围c-d的至少一个第二部件，所述车辆的特征在于，其包括根据本发明的温度控制系统。其中，第一部件设置成连接到第一子回路并配置成通过与流经第一子回路的冷却剂进行热交换来加热或冷却，并且第二部件设置成连接到第二子回路并配置成通过与流经第二子回路的冷却剂进行热交换来加热或冷却。
根据一个实施方式，所述第一部件和第二部件是以下中的任何一种：
-用于积累电能的电池，
-压缩机，
-电加热器装置，
-冷凝器，
-电力电子装置。
根据一个实施方式，第一和第二部件中至少有一个是用于积累电能的电池。
本发明还涉及一种控制本文或下文所定义的温度控制系统的操作的方法，包括以下步骤：
-测量反映第一部件的温度t1的参数，
-将测得的参数与第一部件的优选操作温度范围a-b进行比较，
-基于所述比较来控制第一泵的输出，使得a<t1<b，
-测量反映第二部件的温度t2的参数，
-将测得的参数与第二部件的优选操作温度范围c-d进行比较，
-基于所述比较来控制第二泵的输出，使得c<t2<d，和
不断重复上述步骤，并且
-如果a<t1<b或c<t2<d中的任何一个条件无法借助于控制第一泵或第二泵的输出来实现，则除了控制第一泵和第二泵的输出之外，还控制主回路的泵的操作和用于冷却或加热主回路中的冷却剂的单元的操作，使得a<t1<b且c<t2<d。
该方法优选通过使用设置有计算机程序的控制单元来实施，该计算机程序包括使计算机实施如本文或下文公开的方法的计算机程序代码。控制单元优选定义计算机程序制品，该计算机程序制品包括可由计算机读取的存储介质，并且程序代码存储在该存储介质上。
下面对实施方式进行详细说明，介绍本发明的进一步特征和优点。
附图说明
现在将参照附图对本发明的实施方式进行更详细的描述，在附图上：
图1是根据发明的温度控制系统的示意图，
图2是示出根据本发明的方法的实施方式的基本步骤的流程图，
图3是图1所示的控制系统的备选实施方式，
图4是图1所示的控制系统的另一备选实施方式，并且
图5是图1所示的控制系统的又一备选实施方式。
具体实施方式
图1是根据本发明的温度控制系统的示意图。温度控制系统优选布置在车辆，诸如公共车辆或卡车中，用于加热或冷却各部件，包括大量的气体和/或大量的液体。根据一个实施方式，温度控制系统配置成冷却多个电池，这些电池配置成作为电能的蓄能器来操作，并作为能量储存器来运作，该能量储存器用于给配置成用于推进车辆的一个或多个电动机/发动机供电。
温度控制系统包括主回路1，该主回路包括管道2，在该管道中设置有冷却剂。该系统还包括主回路泵3，该主回路泵配置成将所述冷却剂沿在图1中用箭头示出的第一方向泵送通过主回路1的管道2。温度控制系统还包括用于冷却或加热主回路1中的冷却剂的至少一个单元4、5、6。所述单元可以包括风扇冷却的散热器4、加热器5和/或冷却器6。冷却器6可以包括蒸发器，冷却剂经由该蒸发器与设置有压缩机、冷凝器和所述蒸发器的冷却系统的制冷剂交换热量。在所示实施方式中，散热器4与加热器5和冷却器6并联。设置有用于控制到散热器4和加热器5和冷却器6的冷却剂流量的导向阀26。当然，其他的设置和布置是可以想象的。例如，用于加热或冷却的装置可以包括至少一个进一步的回路，预定温度的冷却剂从该回路被引入到主回路中。那么，根据定义，这样的进一步回路就成为本申请中公开的主回路的一部分。
除了主回路1外，温度控制系统还包括用于冷却或加热第一部件8的第一子回路7，所述第一子回路包括具有第一端10和第二端11的管道9，该第一端和第二端在沿主回路的管道的纵向方向所见的彼此间隔开的位置处连接到主回路的管道2中的相应的开口。第一端10在第二端11连接到主回路1的管道2的位置的沿所述第一方向所见的下游位置处连接到主回路1的管道2。
温度控制系统还包括用于冷却或加热第二部件13的第二子回路12，所述第二子回路12包括具有第一端15和第二端16的管道14，该第一端和第二端在沿主回路1的管道的纵向方向所见的彼此间隔开的位置处连接到主回路1的管道2中的相应的开口。第一端15在第二端16连接到主回路1的管道2的位置的沿所述第一方向所见的下游位置处连接到主回路1的管道2。
沿第一方向所见，在本具体案例中，从主回路的泵3所见，第一端10、15定位在第二端部11、16的下游。在第一回路1中，在第一端10、15与第二端11、16之间存在由主回路1和第一、第二子回路共享的混合区。混合区的体积应高于预定的阈值，以便使流经各子回路的冷却剂在所述区域中混合。根据一个实施方式，第一部件8具有优选的操作温度范围a-b，并且第二部件13具有优选的操作温度范围c-d，其中a-b与c-d重叠。
还设置有传感器25，用于感测第一和第二子回路7、13的第二端11、16的沿所述第一方向所见的下游以及相应的第一和第二部件8、13的上游的冷却剂的温度。备选地，传感器25由对应的传感器补充或替换，该对应的传感器布置成用于测量第一和第二子回路7、13中的沿在第一和第二子回路7、12中产生的流动方向所见在第一和第二子回路7、13的第一端10、15的下游但在第一和第二部件8、13的上游的冷却剂温度。
在上述特征的基础上，第一子回路7包括第一泵17，该第一泵配置成沿从第一子回路7的管道9的所述第一端10到第一子回路7的第二端11的方向泵送冷却剂。通过第一子回路泵送的冷却剂是与主回路共享的冷却剂。
第二子回路12包括第二泵18，该第二泵配置成沿从第二子回路12的管道14的所述第一端15到第二子回路12的第二端16的方向泵送冷却剂。
温度控制系统还包括配置成测量反映所述第一部件8的温度t1的参数的第一传感器19以及配置成测量反映所述第二部件13的温度t2的参数的第二传感器20。还设置有控制单元21，该控制单元连接到第一传感器19和第二传感器20，并且配置成基于从第一传感器19接收的输入来控制第一泵17的操作，并基于从第二传感器20接收的输入来控制第二泵18的操作。
控制单元21连接到主回路1的泵3和用于冷却或加热主回路1中的冷却剂的至少一个单元4、5、6，并配置成基于从第一传感器19和第二传感器20接收的输入来控制主回路1的泵3和用于冷却或加热主回路1中的冷却剂的所述单元4、5、6的操作。控制单元还连接到并配置成控制导向阀26。
控制单元21配置成，作为对从所述第一或第二传感器19、20接收到的、表明通过控制第一和第二泵17、18无法实现对第一部件8或第二部件13的充分加热或冷却的输入的响应，激活主回路1的泵3和/或用于冷却或加热主回路1中的冷却剂的所述单元4、5、6。
主回路1的管道2的呈现第一和第二子回路8、12的第一和第二端部10、11、15、16与之连接的开口的部分22借助于管道连接件23、24与所述管道的上游部分和所述管道的下游部分分离，该部分经由该管道连接件分别连接到所述上游部分和所述下游部分。承载所述开口的部分22因此形成容易更换的单元，可以取决于需要将其更换成另一个设置有开口的对应单元。
图3示出备选实施方式，包括一件管道32，第一和第二子回路8、12的第一和第二端10、11、15、16以与图1所示的实施方式相同的方式连接到该件管道。但是，图3所示的实施方式与图1所示的实施方式不同的是，主回路1的管道2的上游部分在子回路7、12的第一端10、15与第二端11、16之间的点处连接到该件管道32。仍然存在来自主回路1和子回路7、12的冷却剂在其中混合的混合区。
图4示出另一个实施方式，包括一件管道42，第一和第二子回路8、12的第一和第二端10、11、15、16以与图1所示的实施方式相同的方式连接到该件管道。但是，图4所示的实施方式与图1所示的实施方式不同的是，主回路1的管道2的下游部分在子回路7、12的第一端10、15与第二端11、16之间的点处连接到该件管道42。仍然存在来自主回路1和子回路7、12的冷却剂在其中混合的混合区。
图5示出另一个实施方式，包括一件管道52，第一和第二子回路8、12的第一和第二端10、11、15、16以与图1所示的实施方式相同的方式连接到该件管道。但是，图5所示的实施方式与图1所示的实施方式不同的是，主回路1的管道2的上游部分和下游部分两者在子回路7、12的第一端10、15与第二端11、16之间的相应点处连接到该件管道52。主回路1的管道2的上游部分比主回路1的管道2的下游部分更靠近子回路7、12的第二端11、15连接。因此，仍然存在来自主回路1和子回路7、12的冷却剂在其中混合的混合区。
图2示出呈现根据本发明的方法的步骤的流程图。该方法包括以下步骤：
通过在所述混合区中进行测量和/或通过对第一和第二子回路7、12中的在第一和第二子回路7、12的第一端10、15的下游但在第一和第二部件8、13的上游的冷却剂温度进行独立测量，测量第一和第二子回路7、12的第二端11、16的沿所述第一方向所见的下游的冷却剂的温度t，框S1。
将测得的冷却剂温度t与第一部件8的优选操作温度范围a-b和第二部件13的优选操作温度范围c-d进行比较，框S2。
如果测得的冷却剂温度t在范围a-b和/或c-d之外，则应控制主回路1的泵3和用于冷却或加热主回路1中的冷却剂的所述单元4、5、6的操作，使得测得的冷却剂温度t变成在所述范围a-b和c-d之内，框S3。
测量反映第一子回路中第一部件8的温度t1的第一参数，并且测量反映第二子回路中第二部件13的温度t2的第二参数，框S4。
将由第一测得的参数反映的温度t1与第一部件8的优选操作温度范围a-b进行比较，以确定a<t1<b，并且将由第二测得的参数反映的温度t2与第二部件13的优选操作温度范围c-d进行比较，以确定c<t2<d，框S5。
如果不满足a<t1<b，则基于所述比较来控制第一子回路7的第一泵17的输出，以得到a<t1<b，并且如果不满足c<t2<d，则基于所述比较来控制第二泵18的输出，以得到c<t2<d，框S6。
这些步骤优选由控制单元21与第一和第二传感器19、20、测量冷却剂温度的传感器25、主回路1中的泵3、用于冷却或加热主回路1中的冷却剂的单元4、5、6以及第一和第二泵17、18相互作用来执行。
需要说明的是，如果冷却剂的温度t不在范围a-b和c-d内，则这将会由控制单元解释为表明仅通过控制第一和第二泵17、18无法实现对第一部件8或第二部件13的充分加热或冷却，而需要增加主回路1中的泵3和用于冷却或加热主回路1中的冷却剂的单元4、5、6的功能。
虽然本发明仅通过展示只有两个子回路的实施方式来举例说明，但应当理解的是，预期的保护范围还包括存在许多这样的子回路的解决方案，并借助于这些子回路来控制包括电池在内的多个部件的温度。控制部件的温度还包括控制大量气体或液体的温度，优选通过控制部件的温度，而部件的温度又会影响大量气体或液体的温度。当然，应该补充的是，所要求的保护范围还包括在每个相应的回路中还存在其他部件/零件的设计。这样的部件/零件可以与本公开中已经公开的部件/零件串联或并联地设置。

Claims (11)

1.一种用于车辆的温度控制系统，包括：
-主回路(1)，其包括其中设置有冷却剂的管道(2)，配置成将所述冷却剂沿第一方向泵送通过主回路(1)的管道(2)的主回路泵(3)，以及用于冷却或加热主回路(1)中的冷却剂的至少一个单元(4、5、6)，
-用于冷却或加热第一部件(8)的第一子回路(7)，所述第一子回路(7)包括具有第一端(10)和第二端(11)的管道(9)，所述第一端和第二端在沿主回路(1)的管道(2)的纵向方向所见彼此间隔开的位置处连接到主回路(1)的管道(2)中的相应的开口，其中，第一端(10)在第二端(11)连接到主回路(1)的管道(2)的位置的沿所述第一方向所见的下游位置处连接到主回路(1)的管道(2)，以及
-用于冷却或加热第二部件(13)的至少一个第二子回路(12)，所述第二子回路(12)包括具有第一端(15)和第二端(16)的管道(14)，所述第一端和第二端在沿主回路(1)的管道(2)的纵向方向所见彼此间隔开的位置处连接到主回路(1)的管道(2)中的相应的开口，其中，第一端(15)在第二端(16)连接到主回路(1)的管道(2)的位置的沿所述第一方向所见的下游位置处连接到主回路(1)的管道(2)，
其中，
-第一子回路(7)包括第一泵(17)，所述第一泵配置成沿从第一子回路(7)的管道(9)的第一端(10)到其第二端(11)的方向泵送冷却剂，以及
-第二子回路(12)包括第二泵(18)，所述第二泵配置成沿从第二子回路(12)的管道(14)的第一端(15)到其第二端(16)的方向泵送冷却剂，
所述温度控制系统还包括：
-第一传感器(19)，其配置成测量反映所述第一部件(8)的温度t1的参数，
-第二传感器(20)，其配置成测量反映所述第二部件(13)的温度t2的参数，以及
-控制单元(21)，其连接到第一传感器(19)和第二传感器(20)，并配置成基于从第一传感器(19)接收到的输入来控制第一泵(17)的操作，并基于从第二传感器(20)接收到的输入来控制第二泵(18)的操作，并且所述温度控制系统的特征在于，控制单元(21)连接到主回路(1)的泵和用于冷却或加热主回路(1)中的冷却剂的所述至少一个单元(4、5、6)，并配置成基于从第一传感器(19)和第二传感器(20)接收到的输入来控制主回路(1)的泵(3)和用于冷却或加热主回路(1)中的冷却剂的所述单元(4、5、6)的操作。
2.根据权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，控制单元(21)配置成，作为对从所述第一或第二传感器(19、20)或从测量第一子回路(7)和第二子回路(12)中的冷却剂温度的传感器(25)接收到的、表明通过控制第一和第二泵(17、18)无法实现对第一部件(8)或第二部件(13)的充分加热或冷却的输入的响应，激活主回路(1)的泵(3)和/或用于冷却或加热主回路(1)中的冷却剂的所述单元(4、5、6)。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的温度控制系统，其特征在于，主回路(1)的泵(3)的以升/分钟计的最大输出量低于第一和第二泵(17、18)的最大输出量之和。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的温度控制系统，其特征在于，主回路(1)的管道(2)的呈现第一和第二子回路(7、12)的第一和第二端(10、11、15、16)所连接的开口的部分(22、32、42、52)能够借助于管道连接件(23、24)从所述管道(2)的上游部分和所述管道的下游部分分离，所述部分经由所述管道连接件分别连接到所述上游部分和下游部分。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的温度控制系统，其特征在于，所述第一部件(8)和第二部件(13)是车辆的部件。
6.根据权利要求5所述的温度控制系统，其特征在于，第一部件(8)和第二部件(13)中的至少一个是用于积累电能的电池。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的温度控制系统，其特征在于，第一部件(8)具有优选操作温度范围a-b，第二部件(13)具有优选操作温度范围c-d，并且a-b与c-d重叠。
8.一种车辆，其包括具有优选操作温度范围a-b的第一部件(8)和具有优选操作温度范围c-d的至少一个第二部件(13)，所述车辆的特征在于，其包括根据权利要求1-7中任何一项所述的温度控制系统，其中，第一部件(8)设置成连接到第一子回路(7)并且配置成通过与流经第一子回路(7)的冷却剂进行热交换来加热或冷却，并且第二部件(13)设置成连接到第二子回路(12)并且配置成通过与流经第二子回路(12)的冷却剂进行热交换来加热或冷却。
9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述第一部件(8)和第二部件(13)是以下任何一种：
-用于积累电能的电池，
-压缩机，
-电加热器装置，
-冷凝器，
-电力电子设备。
10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，第一和第二部件(8、13)中的至少一个是用于积累电能的电池。
11.一种控制根据权利要求1-7中任一项所述的温度控制系统的操作的方法，包括以下步骤：
-测量反映第一部件(8)的温度t1的参数，
-将测得的参数与第一部件(8)的优选操作温度范围a-b进行比较，
-根据所述比较来控制第一泵的输出，使得a<t1<b，
-测量反映第二部件(13)的温度t2的参数，
-将测得的参数与第二部件(13)的优选操作温度范围c-d进行比较，
-根据所述比较来控制第二泵的输出，使得c<t2<d，并不断重复所述步骤，并且
-如果a<t1<b或c<t2<d中的任何一个条件无法借助于控制第一泵或第二泵的输出来实现，则除了控制第一泵和第二泵的输出之外，还控制主回路(1)的泵的操作和用于冷却或加热主回路(1)中的冷却剂的单元的操作，使得a<t1<b且c<t2<d。
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