CN113227552A - 用于混合动力车辆的传热流体回路的热管理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包括混合动力车辆的传热流体回路的热管理装置,该热管理装置包括主分支(1,2,3),在这些主分支中的每一者中定位有至少一个待冷却功能构件(4,7,8,9,40),这些主分支中的每一者具有标称工作温度阈值,该装置包括次级分支(37,44,45),该装置包括冷却分支(20,22,24),这些冷却分支用于使用穿过散热器(6,33,46)的流体冷却剂来冷却在该回路中循环的传热流体。该装置包括流体连接器件(15,60,61,62),所述流体连接器件被设计成根据该车辆的选自多个预定操作模式(M1,M2,M3,M4,M5)的瞬时操作模式(M(i))将这些冷却分支(20,22,24)中的至少一者连接至这些次级分支(37,44,45)中的至少一者和/或这些主分支(1,2,3)中的至少一者以形成与该回路的其余部分隔离的循环环路,或者形成连接至该回路的其余部分的循环环路以便将主分支(1,2,3)连接至至少两个冷却分支(20,22,24)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的热管理装置,该热管理装置包括动力传动系的不同功能构件类型,该动力传动系的热管理将受到控制。
背景技术
在现代车辆中,需要在多个温度阈值或水平下进行热管理。例如,对于第一类型的功能构件,有必要根据可以在90℃至105℃之间(包括端值)的第一温度阈值来实现热管理。对于第二功能构件和第三功能构件,也有必要分别根据对于第二功能构件和第三功能构件中的一者在40至80°之间(包括端值)以及对于第二功能构件和第三功能构件中的另一者在0℃至40℃之间(包括端值)的第二温度阈值和第三温度阈值来实现其他热管理要求。
因此,有必要控制车辆的传热流体循环回路的不同部分的温度,以便使传热流体的温度与待冷却构件的标称工作温度精确匹配。对于传热流体循环回路的各个部分,下文将采用缩写“VLT”,其代表与第三温度阈值相对应的甚低温度;“LT”,其代表与第二温度阈值相对应的低温;以及“HT”,其代表与第一温度阈值相对应的高温。
部分VLT包括主分支,该主分支可以旨在用于诸如电能储存电池等能量储存器件的热管理。在电动或混合动力推进车辆的情况下,部分VLT的主分支同样可以包括旨在将冷量(frigory)从冷却剂流体传递到传热流体的冷却装置。部分VLT还可以包括加热器,尤其是电动类型的加热器,诸如旨在将热量(calory)传递到传热流体的正温度系数热敏电阻器。部分VLT的主分支还可以包括液压泵,该液压泵旨在使传热流体流过先前提及的功能构件,即,冷却装置和/或加热器和/或电池。与传热流体进行热交换的这些功能构件优选地串联布置在部分VLT的主分支中。
在电动或混合动力推进车辆的情况下,部分LT的主分支可以包括热交换器,这些热交换器分别旨在冷却包括功率电子器件的控制模块、电动机器(通常是用于驱动车辆的电动马达)。用于配备有热力发动机的车辆的传热流体循环回路的部分LT还可以包括增压空气冷却装置和/或冷凝器。与传热流体进行热交换的这些功能构件优选地并联布置在部分LT的主分支中。
在具有热力发动机的车辆的情况下,部分HT的主分支可以包括发动机本身,在该发动机中形成有内部通路,传热流体能够通过这些内部通路进行热交换,而且该主分支还包括脱气罐、用于加热乘客舱的强制空气加热器(forced air heater)、油冷却装置和用于驱动传热流体在部分HT中移动的泵。与传热流体进行热交换的这些功能构件优选地并联布置在部分HT的主分支中。
已知将部分VLT、LT或HT的主分支与其中布置有散热器的冷却分支相关联。这就是常规的混合动力型车辆包括分别与部分VLT、LT和HT的标称冷却要求相匹配的多个单独散热器的原因。这些冷却要求使散热器必须具有特定尺寸,于是这些散热器各自被指定给部分VLT、LT或HT中的一者的专有功能。这就是散热器各自布置在与部分VLT、LT和HT的主分支中的一者相连的冷却分支中的原因。这些散热器难以安装在车辆的前面板上,因为需要增大换热管束的大小才能满足与冷却空气进行热交换的不断提高的要求。
已经遇到的缺点在于传热流体循环回路的设计本身,尤其在于以下事实:回路的每个部分与根据所涉及部分的冷却要求相符的单个热交换器相关联。这种结果与旨在降低车辆的燃料消耗的设计和环境要求背道而驰。鉴于被指定给冷却元件的定位的空间越来越受限,因此这也会产生集成问题。
发明内容
本发明的目的旨在通过提出一种混合动力车辆的传热流体回路的热管理装置来提供对这些缺点的解决方案,该热管理装置包括主分支,在这些主分支中的每一者中布置有至少一个待冷却功能构件,这些主分支中的每一者具有标称工作温度阈值,该装置包括次级分支,该装置包括冷却分支,这些冷却分支用于使用穿过散热器的冷却剂流体来冷却在该回路中循环的传热流体。
特别地,该热管理装置包括流体连接器件,所述流体连接器件被适配成在该车辆的选自多个预定操作模式(M1,M2,M3,M4,M5)的瞬时操作模式下将这些冷却分支中的至少一者连接至这些次级分支中的至少一者和/或这些主分支中的至少一者以形成与该回路的其余部分隔离的循环环路,或者形成连接至该回路的其余部分的循环环路以便将主分支连接至至少两个冷却分支,使得至少两个散热器旨在使该冷却剂流体穿过其。本发明的管理装置还可以单独地或彼此组合地具有以下特征。
该管理装置可以至少包括第一主分支、第二主分支和第三主分支,该第一主分支的标称温度在90℃至105℃之间,包括端值,该第二主分支的标称温度在40℃至80℃之间,包括端值,并且该第三主分支的标称温度在0℃至40℃之间,包括端值。
该装置可以包括分别布置在该第一冷却分支、该第二冷却分支和该第三冷却分支中的高温散热器、低温散热器和甚低温散热器。
该装置可以至少包括第一次级分支、第二次级分支和第三次级分支,每个次级分支具有与流体循环通路相同的类型。
该装置的特征在于,这些预定操作模式至少包括纯热力模式、纯电动模式、混合动力模式、用于经由车载充电器为电池充电的模式、以及用于经由该车辆外部的充电器为电池充电的模式。
该装置的特征在于,这些次级分支中的每一者可以通过所述流体连接器件连接至这些主分支中的任一者。
该装置的特征在于,这些主分支中的每一者能够通过所述流体连接器件连接至多个冷却分支,使得这些散热器能够针对该车辆的不同预定操作模式串联或并联使用。
该装置的特征在于,所述流体连接器件包括四通阀和三通阀。
该装置的特征在于,所述流体连接器件被适配成在该纯热力操作模式下或在该混合动力操作模式下,当环境温度高于在20℃至40℃之间、包括端值的热阈值时,串联或并联连接该第一冷却分支和该第三冷却分支,尤其以便冷却热力发动机,或者在纯电动模式下或在该用于经由车载充电器为电池充电的模式下,当电池的温度低于在40℃至55℃之间、包括端值的热阈值时,串联或并联连接该第一冷却分支和该第三冷却分支,以便仅利用该传热流体来冷却该电池。此外,当电池的温度高于在40℃至55℃之间、包括端值的热阈值时,电池40由传热流体/冷却剂流体类型冷却装置来冷却。
该装置的特征在于,所述流体连接器件被适配成在该纯热力操作模式下或在该混合动力操作模式下,当在该第二主分支的出口处获取的该传热流体的温度高于或等于70℃时,串联连接该第二冷却分支和该第三冷却分支,并且该电池布置在串联连接该第三主分支和该第三次级分支的独立冷却环路中,使得仅有该传热流体与冷却流体之间进行热交换类型的一个冷却装置被适配成冷却该电池。在这种情况下,第一冷却分支与第二冷却分支和第三冷却分支分开,使得传热流体独立于在第二冷却分支和第三冷却分支中循环的传热流体在第一冷却分支中循环。因此,冷却回路包括三个单独的传热流体循环环路。HT和LT环路使得能够对传热流体进行空气冷却,VLT环路使得能够通过旨在冷却电池的传热流体的冷却剂流体进行冷却。
该装置的特征在于,所述流体连接器件被适配成在该纯电动操作模式下或在该用于经由车载充电器为电池充电的模式下串联连接该第一冷却分支和该第二冷却分支。因此,冷却管束由热交换器构成,第一冷却分支和第二冷却分支的传热流体串联穿过这些热交换器,这改进了对功率电子器件和电动机器的冷却。第三冷却分支与第一冷却分支和第二冷却分支分开,使得当电池的温度低于在40℃至55℃之间、包括端值的热阈值时,电池可以或由第三冷却分支冷却。在对电池冷却有另外要求的情况下,冷量经由传热流体与冷却剂流体之间的布置在电池上游的热交换器从冷却剂流体传递到传热流体。
该装置的特征在于,所述流体连接器件被适配成当该车辆处于用于经由该车辆外部的充电器为电池充电的操作模式时将该第三主分支连接至该第一冷却分支、该第二冷却分支和该第三冷却分支,使得该第一冷却分支和该第二冷却分支的所有热交换器并联布置,当该电池的温度低于在40℃至55℃之间、包括端值的热阈值并且环境温度低于在20℃至40℃之间、包括端值的热阈值时,这种热交换器组合与该第二冷却分支串联布置。
该装置的特征在于,所述流体连接器件被适配成当所述车辆处于纯电动操作模式或用于经由车载充电器为电池充电的模式时将该第二主分支连接至该第一冷却分支、该第二冷却分支和该第三冷却分支,使得该第一冷却分支和该第三冷却分支的热交换器组合并联布置,这种热交换器组合与该第二冷却分支串联布置,该第三主分支与该第二主分支分开,使得当环境温度高于在20℃至40℃之间、包括端值的热阈值时,这些电池由该冷却剂流体冷却。
附图说明
本发明的其他优点和特征在参考附图以非限制性示例的方式给出的对本发明的优选实施例的以下描述的过程中将变得显而易见。
图1示意性地展示了混合动力车辆的根据本发明的传热流体循环回路。
图2示意性地展示了图1的回路中采用的用于控制流体的流动的器件。
图3示意性地展示了图2的控制器件的操作状态表,这些操作状态根据车辆的牵引模式的类型实现传热流体循环回路的不同操作模式。
具体实施方式
图1表示混合动力车辆的传热流体循环回路的热管理装置,该热管理装置包括冷却部分HT、LT和VLT,在这些冷却部分中布置有第一主分支1、第二主分支2和第三主分支3以用于与功能构件进行热交换。根据功能构件的类型,该功能构件定位在第一主分支1、第二主分支2和第三主分支3中的一者中,以便通过添加冷量作为热量来如根据预定义热目标一样多地对其进行热调节。在启动车辆时,有时用于实现加热,然后将加热转化为冷却。
第一主分支1包括并联布置的功能构件,使得这些待热管理构件各自定位在主子分支中的一者中。主子分支中的一者包括发动机4,另一个主子分支包括脱气罐7,另一个主子分支包括强制空气加热器8,并且最后另一个主子分支包括油冷却装置9。主泵5定位在发动机缸体4的上游。传热流体循环穿过这些功能构件实现热交换,使得可以从发动机4获取热量以将这些热量返回到强制空气加热器8和/或油冷却装置9。当主泵5被启用时,尤其是在发动机4的预热阶段期间,热量也可以从油冷却装置9传递到强制空气加热器8和/或发动机4。主泵5优选地是机械类型的,因为它借助于通过带轮连接至热力发动机4的曲轴的附件带而被旋转驱动。第一主分支1是传热流体循环回路的部分HT的组成部分。
第二主分支2包括并联布置的功能单元,使得那些待热管理单元各自定位在并联主子分支30、31、32中的一者中。
其中一个主子分支30包括控制电动机器的操作的功率电子器件,该电动机器布置在设有专用热交换器的另一个子分支31中。第三主子分支32包括空调冷凝器、再循环气体或EGR(排气再循环)热交换器和增压空气(RAS)交换器。这三个主子分支在上游侧连接至同一入口接合点,在下游侧连接至同一出口接合点,术语“上游”和“下游”是根据通过启动次级泵35产生的流体的循环方向而确定的。次级泵35优选地是电气类型的并且定位在入口接合点的上游,使得传热流体循环穿过这些功能构件实现热交换。因此可以从子分支30的电子器件、从子分支31的电动机器和/或从增压空气冷却装置、空调冷凝器、再循环气体热交换器、以及作为第三主子分支32的一部分的增压空气交换器获取热量,或者例如在主分支1、2、3中的至少两者串联连接的情况下,当次级泵35被启用时,通过从先前由其他功能构件加热的传热流体传递热量来加热那些功能构件。
第二主分支2是传热流体循环回路的部分LT的组成部分。
该回路的第三主分支3包括串联布置的功能构件。第二次级泵43、传热流体/冷却剂流体型冷却装置42、尤其是正温度系数热敏电阻器型的加热器41布置在电能储存电池组40的上游侧。冷却装置42定位在电池组40的上游侧,使得当第二次级泵43被启用时,该冷却装置能够向在第三主分支3中循环的传热流体供应冷量。该第二次级泵可以是电气类型的。加热器41定位在电池组40的上游侧,使得当第二次级泵43被启用并且加热器41同时被供电时,该加热器能够向在第三主分支3中循环的传热流体供应热量。第三主分支3是传热流体循环回路的部分VLT的组成部分。
传热流体循环回路还包括冷却分支,每个冷却分支都包括散热器,该散热器旨在使冷却空气穿过其以便冷却传热流体。冷却分支可以通过流体连接器件、优选地通过多通阀(multiport valve)而串联布置。这开启了传热流体在至少两个散热器中循环的可能性,该至少两个散热器经由所述流体连接器件串联地定位在传热流体循环回路中。因此,可以联用散热器管束,从而使得能够减小散热器管束的大小,使得促进散热器管束在车辆的前面板上的占用面积。
第一冷却分支20包括散热器6,该散热器被设计成从回路的HT部分接收传热流体。冷却分支还包括定位在散热器6的上游侧的恒温器10,该恒温器根据传热流体的温度来控制传热流体在散热器中的流动,使得在超过某个阈值时,传热流体在散热器6中循环以便在其中被穿过散热器的管束的冷却空气冷却。冷却空气可以通过车辆的移动或借助于风扇获得。
必要时,旁路分支19能够与HT环路的第一主分支一起形成,在该旁路分支中传热流体不被冷却空气冷却。这种操作情景例如发生在发动机的启动阶段中,在该阶段期间,需要发动机4的温度快速升高以由此限制污染物的排放。
回路包括第二冷却分支24,在该第二冷却分支中,第二散热器33、恒温器34和第二旁路分支36互连。恒温器34定位在第二散热器33的上游侧。第二旁路通道36在其一端连接至恒温器34并且通过其另一端连接至第二散热器33的出口。恒温器34被校准成使得当传热流体的温度在60℃至70℃之间(包括端值)时,传热流体在第二散热器33中循环,以便对布置在第二散热器33的下游侧的并联子分支30、31、32的功能构件进行热调节。在低于该温度时,传热流体循环穿过第二旁路分支36。在需要时,适当的通风器件使得空气能够脉冲式地流过第二散热器33。这可以是当第一散热器6和第二散热器33彼此堆叠布置时用于推动空气循环穿过回路的HT部分的散热器6的相同器件。
该回路包括第三冷却分支24,在该第三冷却分支中布置有第三散热器46,该第三散热器被适配成将传热流体的温度维持在0℃至40℃之间(包括端值)的温度范围内。因此,第三散热器46优选地被设计成对在该回路的部分VLT中循环的传热流体的温度进行热调节。
包括次级分支37、44、45的装置将流体连接器件互连以产生与其中布置有主分支中的至少一者的回路隔离的环路或者产生包括与主分支中的至少一者连通的多个冷却分支的环路。
为此,热管理装置包括直接连接至次级分支的流体连接器件。所述连接器件优选地是多通阀。因此,管理装置包括第一四通阀60、第二四通阀61和第三四通阀62以及三通阀15。四通阀被设计成使得至少一个端口可以连接至其他三个端口中的至少一者。三通阀被设计成使得至少一个端口可以连接至其他两个端口中的一者。
第一次级分支37连接第二四通阀61和第三四通阀62。第二次级分支44将第一四通阀60连接至三通阀15。第三次级分支45连接第一四通阀60和第二四通阀61。
该回路包括连接至多个回路部分的接合点。第一接合点A被适配成将第一主分支1的出口连接至第一冷却分支20和旁路分支19。第二接合点B被适配成将第一四通阀60连接至第一冷却分支20和第一主分支1的入口。第三接合点C被适配成将第三冷却分支24的出口和第二旁路阀36的出口连接至第二主分支2的入口,该第二主分支包括进入图1中被标记为30、31、32的三个子分支的分支。第四接合点D被适配成将第二主分支2的出口(即,与待冷却功能构件相关联的子分支30、31、32中的每一者)连接至第二四通阀61。在此,三个子分支30、31、32彼此并联布置。第五接合点E被适配成将由第一四通阀60和第三四通阀62形成的阀组连接至三通阀15。
如图2中所表示,第一阀60具有被标记为1-60、2-60、3-60和4-60的四个端口。1-60号端口连接至第一主分支1并通过第一冷却分支20连接至第一散热器6的凸缘12,该第一主分支和该第一冷却分支各自连接至第二接合点B。2-60号端口通过导管21连接至第三散热器46的凸缘17。3-60号端口通过第三次级分支45连接至第二四通阀61的1-61号端口。4-60号端口直接连接至第五接合点E,从而提供与三通阀15和第三四通阀62的2-62号端口的流体连接。
如图2中所表示,第二四通阀61包括1-61、2-61、3-61和4-61号四个端口。1-61号端口通过第三次级分支45连接至3-60号端口。2-61号端口连接至第三主分支3的入口。3-61号端口尤其经由第四接合点D连接至第二主分支2。4-61号端口通过第一次级分支37直接连接至第三四通阀62的3-62号端口。
这种回路架构根据车辆的各种操作模式优化第一散热器6、第二散热器33和第三散热器46的使用:纯热力模式M1、纯电动模式M2、热电混合动力模式M3、使用车载充电器充电的模式M4以及使用因此在车辆外部的充电站充电器来充电的模式M5。连接器件以使得将至少两个散热器或甚至三个散热器与操作模式相关联的方式进行控制。有利地,这使得能够增加热交换管束的面积。因此,散热器中的每一者的大小都可以更小,这促进将它们在车辆中的集成。
图3描述了连接器件根据车辆的各种操作模式的控制表以便产生四种可能的散热器组合。
连接器件进一步包括用于测量发动机4的出口处传热流体的温度的器件以及用于测量环境空气的器件(诸如本领域众所周知的温度传感器),使得对于在70℃至100℃之间(包括端值)的温度T4和高于在20℃至40℃之间(包括端值)的热阈值的周围空气的温度,传热流体穿过第一散热器6和第三散热器46。这尤其使得能够在纯热力模式M1下提高对车辆发动机4的冷却。对于这个相同的温度范围,在热电混合动力模式M3下,传热流体也穿过第一散热器6和第三散热器46,使得它们尤其能够冷却热力发动机4,而在与热力发动机的环路相独立的环路中循环的传热流体穿过冷却装置42,以便冷却电池40。在纯电动滚动模式M2下或在通过车载充电器充电的模式M4下,当电池的温度低于40℃至55℃的热阈值时,传热流体穿过第一散热器6和第三散热器46仅以冷却电池40。第一冷却分支20和第二冷却分支22通过所述连接器件串联布置,所述连接器件被控制以便将端口互联以使第一散热器6和第三散热器46适当地串联布置。
连接器件被适配成形成第二散热器33和第三散热器46的组合,从而允许测量第二主分支2的出口处传热流体的温度和环境温度Ta,使得对于高于70℃的温度T3和高于在20℃至40℃之间(包括端值)的热阈值的环境温度,传热流体相继穿过第二散热器33和第三散热器46。这使得能够在纯热力模式M1下冷却子分支32的部件。同样,对于高于70℃的温度T3,在热电混合动力模式M3下,传热流体也相继穿过第二散热器33和第三散热器46,使得第二散热器和第三散热器对子分支32进行冷却,而冷却装置42对电池40进行冷却,该电池于是布置在独立冷却环路中。第二冷却分支22和第三冷却分支24通过所述连接器件串联布置,所述连接器件的端口互连以便使第二散热器33和第三散热器46适当地串联布置。第三主分支3连接至第一次级分支37,使得它们形成与回路的其余部分相独立的冷却环路,在该冷却环路中仅冷却装置42将冷量传输到电池。连接器件以使得形成冷却环路的方式进行控制,该冷却环路包括于是串联定位的第二冷却分支22和第三冷却分支24。
连接器件还被适配成在车辆处于纯电动滚动模式M2或处于用于通过车载充电器充电的模式M4时串联布置第一散热器6和第二散热器33。对于纯电动滚动模式M2或经由车载充电器充电的模式M4,当环境温度高于在20℃至40℃之间(包括端值)的热阈值时,第一冷却分支20和第二冷却分支22串联布置以便冷却第二主分支2,该第二主分支包含子分支30的功率电子器件和子分支31的电动机器。包含电池40的第三主分支3仅由冷却装置42冷却,因为第三主分支连接至第一次级分支37以便形成与回路的其余部分隔离的冷却环路。
连接器件还被适配成并联布置第一散热器6和第三散热器46,当车辆处于纯电动滚动模式M2或者处于经由车载充电器充电的模式M4时,这些散热器与冷却回路中的第二散热器33串联布置以冷却第二主分支2,或者当车辆处于充电站充电模式M5时,只要电池温度低于40℃至55℃之间(包括端值)的热阈值,就冷却电池。在电池温度高于阈值时,冷却装置42将进行干预以冷却电池40。
第二主分支2专用于将功能构件冷却至例如在40℃至80℃之间(包括端值)的低温。该分支包括其中布置有功能构件的主子分支30、31、32。其中一个主子分支30包括诸如逆变器和充电器等功率电子器件。第二主子分支31包括诸如电动机器等电动牵引构件。第三主子分支32包括空调冷凝器、再循环气体或EGR(排气再循环)热交换器连同增压空气(RAS)交换器。在该第二主分支2中循环的传热流体的温度必须在40℃至80℃之间(包括端值),热管理装置在两个阶段中实现冷却,使得EGR和RAS交换器首先通过传热流体在第一冷却分支20中循环、然后循环穿过低温散热器33来进行冷却。
第三主分支3旨在用于循环温度甚低(即,低于40℃)的传热流体,并且包括串联的待冷却电池40、传热流体与冷却剂流体之间的热冷却装置42、使用电阻加热元件的加热器件41、以及泵43。第三主分支3没有散热器,这使得尤其在车辆启动阶段中可以优化电池的温度。第三冷却分支24包括散热器46以用于在温度低于25℃或35℃的普通气候条件下冷却电池,以避免使用来自空调回路的冷却剂流体在其中循环的回路的冷量。正是该散热器46与回路的其余部分、尤其是与热力发动机6的散热器的特定连接使得也能够使用散热器46来冷却所有其他构件。
次级分支37、44、45不仅仅专用于特定的HT、LT或VLT冷却环路。相反,这些次级分支旨在根据车辆的操作模式与主分支1、2、3中的至少一者组合,该操作模式可以是:纯电动、纯热力、混合动力或用于为电池充电或对电池、热力发动机或车辆的乘客舱进行热预调节的充电不足。包括三个四通阀60、61、62和三通阀15的所述流体连接器件控制循环操作,以便通过将主分支、次级分支和冷却分支互连来提供对车辆的循环回路的热管理。
冷却回路本身的架构使得传热流体在没有一个或多个次级分支连接至主分支2和3中的一者的情况下无法进行循环。次级分支中的每一者可以有利地与主分支中的至少一者共享。主分支与次级分支之间的分支连接通过三通阀或四通阀提供,并且控制这些阀实现对系统的完整热管理。
LT分支集成了散热器33,因为在所有冷却模式下,除了当在需要发动机的温度快速升高(尤其通过传热流体绕过散热器33、然后在旁路分支36中循环而获得的)时启动热力发动机时之外,都需要该散热器。对于电池所处的第三主分支3(称为VLT分支),情况并非如此。实际上,电池散热器46布置在独立分支中,当VLT环路与回路的其余部分隔离时,该散热器用于冷却电池,或者当第三主分支3连接至流体回路的主分支1、2中的至少一个其他主分支时,该散热器用于冷却其他待冷却功能构件,例如第一主分支1的热力发动机或存在于第二主分支中的所有构件。
本发明的概念是将专用于待冷却构件的主分支结合所有构件共用的次级分支进行使用,并控制阀60、61、62、15以增加回路的操作配置的数量以便产生其热管理性能。
我们在下文中提出由三个独立的冷却环路HT、LT和VLT构成的装置,每个冷却环路具有相应的散热器6、33和46。这些环路通过具有四个端口的特殊阀60、61、62或具有三个端口的阀15而互连。根据热交换要求(其取决于车辆的操作模式以及车辆所包含的待冷却构件的标称工作温度),这三个环路的功能构件在如下意义上可以进行独立冷却:每个环路与其他环路隔离以便使得能够在特定的HT、LT或VLT温度水平下进行热调节,或者以便独立地使第一主分支、第二主分支或第三主分支中的至少一者由至少另一环路的一个或多个散热器或者甚至由第三分支的冷却装置进行热辅助。此外,当热力发动机4或电池40的温度尚未达到其最佳工作温度时,一些其他功能构件所释放的热量可以用于加热热力发动机和/或电动牵引电池。当需要加热乘客舱时,由功能构件传输到传热流体的这些热量也可以用于加热车辆的乘客舱,然后传热流体循环穿过强制空气加热器8。
三个散热器6、33和46不仅可以集成到温度非常不同的三个单独的冷却环路中,而且还可以根据车辆的操作模式(可以是在充电站处为电池充电或者经由与配电网络终端的电气连接进行预调节)由其他环路使用,以便在纯电动牵引中将与车辆滚动相关的污染排放降低到零,在纯热力牵引模式下当电动牵引部分停用时或者在混合动力牵引模式下将热能和电能结合作为车辆的牵引模式。
这种装置的另一个特定特征在于HT/VLT第三散热器46的设计,该HT/VLT第三散热器可以形成HT散热器6的组成部分,该设计于是由两个不同的部分构成:HT部分6和HT/VLT部分46。该单个散热器具有由水平管束互连的竖直水箱。两个散热器的分离通过从水箱的一侧插入的隔板14并通过形成竖直通路的穿孔塞18来实现,该穿孔塞插入水箱的位于相同高度处的另一侧。该单个散热器具有四个连接器11、12、16和17以用于将其连接至回路。在散热器6的管束中循环的传热流体经由用作节流孔口的塞18与散热器46的管束连通。当这两个散热器6和46由温度不同的两个环路使用时,塞18减少流体从一个环路到具有不同调节温度的另一个环路的循环。在此,连接器11连接至发动机4的恒温器10的出口,而另一连接器12能够连接至发动机的机械泵5的入口。这两个第一连接器11、12位于单个散热器的HT部分上。其他两个连接器16和17位于该单个散热器的LT/THT部分上。
根据替代性实施例,具有HT管束和VLT管束的单个散热器可以由两个单独的散热器代替,每个散热器都具有互连孔口,该互连孔口被适配成接收提供上述节流塞的功能的管。在这种变型实施例中,两个散热器可以布置在两个不同的平面中,尤其是有可能形成旨在将HT/VLT散热器布置在HT散热器前面的堆叠。
热管理装置具有提供根据车辆的操作模式优化的高性能冷却回路的所有配置的优点。一方面,该热管理装置能够以完全独立的方式并根据三个温度水平对三个冷却环路HT、LT和VLT进行热控制。由于在车辆的相同操作模式下冷却散热器,因此该热管理装置还能够改进交换器在车辆前面板中的集成。散热器的设计考虑了在不同的HT、LT和/或VLT热调节环路中使用相同散热器的这种可能性。热管理装置能够同时使用第一散热器6和第三散热器46、第二散热器33和第三散热器46、第一散热器6和第二散热器33,以及第一散热器6、第二散热器33和第三散热器46。由于冷却散热器的这种可能性,每个散热器的大小都可以是最小的,这相应地促进了它们在车辆中的集成。
在特定的操作模式下,一些功能构件是不操作的,并且因此无需冷却。在这种情况下,连接器件使传热流体在通常被指定给这些功能构件的冷却分支中适当循环。冷却系统的性能因此被优化,因为可以充分利用冷源、尤其是来自冷却装置的冷量来冷却功能构件。与必须在最恶劣条件下确定每个散热器大小的常规解决方案相比,本发明的管理装置减小了散热器的大小。因此,可以将相同的传热流体回路用于不同的动力传动系,一些动力传动系具有更高功率。更有利地,在冷启动时,第一主分支、第二主分支和/或第三主分支的组合使得传热流体能够从操作构件获取热量来加热热力发动机、电池和/或车辆的乘客舱。
本发明的热管理装置的显著特点在于,该热管理装置能够根据车辆的操作模式使传热流体循环穿过串联或并联布置在传热流体回路中的一系列散热器:纯电动模式、热模式、混合动力模式、充电模式以及空气和/或传热流体的瞬时温度。这使得能够设计具有冷却部件的传热流体回路,这些冷却部件针对车辆在预定环境温度下的环境中操作的正常操作进行校准,并且即使环境在其他温度条件下发生变化,也能够将车辆操作维持在选定模式下。这通过求助于散热器中的至少一个其他散热器而成为可能,该至少一个其他散热器优选地处于非活动状态,鉴于车辆的操作模式,至少没有传热流体穿过该至少一个其他散热器。因此,对于车辆的操作模式中的至少一种其他操作模式,可以使用被设计用于和专用于车辆的特定操作模式的散热器。这使得冷却部件针对车辆的不同操作模式进行冷却。因此,冷却部件(主要是散热器)可以具有更小的整体大小,这促进其在罩盖下的集成,同时相应地降低制造成本。例如,通过作为本发明主题的管理装置,电池可以在车辆在标准环境中操作期间由专用散热器冷却,并且当环境空气的温度变得至关重要时(即,高于标称工作温度时),可以由另一个散热器(例如专用于冷却热力发动机的散热器)进行进一步冷却。在电池的热管理的这种情况下,冷却空气优先用于穿过冷却装置的冷却剂流体来冷却电池,这使得能够缩小冷却剂流体所穿过的冷却装置、以及因此车辆的空调回路的使用范围,这相应地降低了车辆的消耗及其污染排放。
Claims (13)
1.一种混合动力车辆的传热流体回路的热管理装置,该热管理装置包括主分支(1,2,3),在这些主分支中的每一者中布置有至少一个待冷却功能构件(4,7,8,9,40),这些主分支中的每一者具有标称工作温度阈值,该装置包括次级分支(37,44,45),该装置包括冷却分支(20,22,24),这些冷却分支用于使用穿过散热器(6,33,46)的冷却剂流体来冷却在该回路中循环的传热流体,其特征在于,该装置包括流体连接器件(15,60,61,62),所述流体连接器件被适配成在该车辆的选自多个预定操作模式(M1,M2,M3,M4,M5)的瞬时操作模式下将这些冷却分支(20,22,24)中的至少一者连接至这些次级分支(37,44,45)中的至少一者和/或这些主分支(1,2,3)中的至少一者以形成与该回路的其余部分隔离的循环环路,或者形成连接至该回路的其余部分的循环环路以便将主分支(1,2,3)连接至至少两个冷却分支(20,22,24),使得至少两个散热器旨在使该冷却剂流体穿过其。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,该装置至少包括第一主分支、第二主分支和第三主分支(1,2,3),该第一主分支(1)的标称温度(HT)在90℃至105℃之间,包括端值,该第二主分支(2)的标称温度(LT)在40℃至80℃之间,包括端值,并且该第三主分支(3)的标称温度(VLT)在0℃至40℃之间,包括端值。
3.如权利要求1或2所述的装置,其特征在于,该装置包括分别布置在该第一冷却分支、该第二冷却分支和该第三冷却分支(20,22,24)中的高温散热器(6)、低温散热器(33)和甚低温散热器(46)。
4.如前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,该装置至少包括第一次级分支、第二次级分支和第三次级分支(37,44,45),每个次级分支具有与流体循环通路相同的类型。
5.如前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,这些预定操作模式(M1,M2,M3,M4,M5)至少包括纯热力模式(M1)、纯电动模式(M2)、混合动力模式(M3)、用于经由车载充电器为电池充电的模式(M4)、以及用于经由该车辆外部的充电器为电池充电的模式(M5)。
6.如前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,这些次级分支(37,44,45)中的每一者能够通过所述流体连接器件(15,60,61,62)连接至这些主分支(1,2,3)中的任一者。
7.如前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,这些主分支(1,2,3)中的每一者能够通过所述流体连接器件(15,60,61,62)连接至多个冷却分支(20,22,24),使得这些散热器(6,33,46)能够针对该车辆的不同预定操作模式(M1,M2,M3,M4,M5)串联或并联使用。
8.如前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,所述流体连接器件包括四通阀(60,61,62)和三通阀(V3)。
9.如前述权利要求中任一项结合权利要求6所述的装置,其特征在于,所述流体连接器件(15,60,61,62)被适配成在该纯热力操作模式(M1)下或在该混合动力操作模式(M3)下,当环境温度高于在20℃至40℃之间、包括端值的热阈值时,串联或并联连接该第一冷却分支和该第三冷却分支(20,24),或者在该纯电动模式(M2)下或在该用于经由车载充电器为电池充电的模式(M4)下,当电池的温度低于在40℃至55℃之间、包括端值的热阈值时,串联或并联连接该第一冷却分支和该第三冷却分支,以便仅利用该传热流体来冷却该电池(40)。
10.如前述权利要求中任一项结合权利要求5所述的装置,其特征在于,所述流体连接器件(15,60,61,62)被适配成在该纯热力操作模式(M1)下或在该混合动力操作模式(M3)下,当在该第二主分支(2)的出口处获取的该传热流体的温度(T3)高于或等于70℃时,串联连接该第二冷却分支和该第三冷却分支(22,24),并且该电池(40)布置在串联连接该第三主分支(3)和该第三次级分支(37)的独立冷却环路中,使得仅有该传热流体与冷却流体之间进行热交换类型的一个冷却装置(42)被适配成冷却该电池(40)。
11.如前述权利要求中任一项结合权利要求5所述的装置,其特征在于,所述流体连接器件(15,60,61,62)被适配成在该纯电动操作模式(M2)下或在该用于经由车载充电器为电池充电的模式(M4)下串联连接该第一冷却分支和该第二冷却分支(20,22)。
12.如前述权利要求中任一项结合权利要求5所述的装置,其特征在于,所述流体连接器件(15,60,61,62)被适配成当该车辆处于用于经由该车辆外部的充电器为电池充电的操作模式(M5)时将该第三主分支(3)连接至该第一冷却分支、该第二冷却分支和该第三冷却分支(20,22,24),使得该第一冷却分支和该第二冷却分支的所有热交换器并联布置,当该电池的温度低于在40℃至55℃之间、包括端值的热阈值并且环境温度低于在20℃至40℃之间、包括端值的热阈值时,这种热交换器组合与该第二冷却分支串联布置。
13.如权利要求1至11中任一项结合权利要求5所述的装置,其特征在于,所述流体连接器件(15,60,61,62)被适配成当所述车辆处于纯电动操作模式(M2)或用于经由车载充电器为电池充电的模式(M4)时将该第二主分支(2)连接至该第一冷却分支、该第二冷却分支和该第三冷却分支(20,22,24),使得该第一冷却分支和该第三冷却分支的热交换器组合并联布置,这种热交换器组合与该第二冷却分支串联布置,该第三主分支(3)与该第二主分支分开,使得当环境温度高于在20℃至40℃之间、包括端值的热阈值时,这些电池由该冷却剂流体冷却。
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