CN113370740A - 操作具有双独立制冷剂回路的冷却系统的方法 - Google Patents

操作具有双独立制冷剂回路的冷却系统的方法 Download PDF

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S·L·兰伯特
L·麦克德莫特
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Abstract

本公开提供“操作具有双独立制冷剂回路的冷却系统的方法”。一种操作车辆的冷却系统的方法包括提供冷却系统，冷却系统包括：冷却剂回路，其具有冷却剂阀；第一制冷剂回路，其具有第一压缩机和被配置为与冷却剂回路交换热量的第一冷却器；第二制冷剂回路，其具有第二压缩机和被配置为与冷却剂回路交换热量的第二冷却器；以及冷却系统控制器，其可操作地联接到第一压缩机、第二压缩机和冷却剂阀。冷却剂阀被配置为选择性地引导或防止冷却剂在电池与第一冷却器和第二冷却器中的每一者之间流动。方法还包括以仅第二冷却器模式、仅第一冷却器模式、仅空调(AC)模式、仅第一制冷剂回路模式和双制冷剂回路模式中的一者操作冷却系统。

Description

操作具有双独立制冷剂回路的冷却系统的方法
技术领域
本公开总体上涉及一种车辆，并且更具体地涉及一种具有冷却系统用于向车辆的车厢和车辆的电池提供冷却的车辆。
背景技术
车辆通常包括用于与进入车辆的车厢的空气交换热量的冷却系统。车辆还可以包括用于与一个或多个动力传动系统部件交换热量以防止动力传动系统部件过热的冷却系统。在一些情况下，可能期望提供一种冷却系统，所述冷却系统被配置为向进入车辆的车厢的空气和车辆的动力传动系统部件中的每一者提供冷却。
发明内容
根据本公开的第一方面，一种操作车辆的冷却系统的方法包括提供冷却系统，所述冷却系统具有：冷却剂回路，其被配置为与电池交换热量；第一制冷剂回路，其具有第一压缩机、被配置为与车辆的车厢交换热量的蒸发器、蒸发器截止阀、被配置为与冷却剂回路交换热量的第一冷却器、以及第一冷却器截止阀。操作车辆的冷却系统的方法还包括第二制冷剂回路，所述第二制冷剂回路具有第二压缩机和被配置为与冷却剂回路交换热量的第二冷却器。冷却剂回路包括冷却剂阀，所述冷却剂阀用于选择性地引导或防止冷却剂在电池与第一冷却器和第二冷却器中的每一者之间流动。所述方法还包括：提供冷却系统控制器，所述冷却系统控制器可操作地联接到第一压缩机、第二压缩机、冷却剂阀、蒸发器截止阀和第一冷却器截止阀；操作车辆的冷却系统；确定车厢冷却需求和电池冷却需求；调整冷却剂阀以选择性地引导或防止冷却剂流到第一冷却器和第二冷却器中的至少一者；以及修改第一压缩机和第二压缩机中的至少一者的速度以满足车厢冷却需求和电池冷却需求。
本公开的第一方面的实施例可以包括以下特征中的任一者或其组合：
-确定第一制冷剂回路和第二制冷剂回路中的每一者的冷却能力；以及将电池冷却需求和车厢冷却需求与第一制冷剂回路和第二制冷剂回路的冷却能力进行比较；
-当不需要车厢冷却并且电池冷却需求小于第二制冷剂回路的冷却能力时，调整冷却剂阀以将冷却剂引导到第二冷却器并防止冷却剂流到第一冷却器；
-当需要车厢冷却并且不需要电池冷却时，调整冷却剂阀以防止冷却剂流到第一冷却器和第二冷却器，并且调整蒸发器截止阀和第一冷却器截止阀以引导第一制冷剂回路中的制冷剂流到蒸发器并防止制冷剂流到第一冷却器；
-当需要车厢冷却并且车厢与电池的组合的冷却需求小于第一制冷剂回路的冷却能力时，调整冷却剂阀以将冷却剂引导到第一冷却器并防止冷却剂流到第二冷却器；
-当车厢与电池的组合的冷却需求超过第一制冷剂回路和第二制冷剂回路中的每一者的冷却能力时，调整冷却剂阀以将冷却剂引导到第一冷却器和第二冷却器；
-确定第一压缩机和第二压缩机的噪声、振动和粗糙度(NVH)极限，并根据NVH极限来修改第一压缩机和第二压缩机的速度；以及-确定针对第一压缩机和第二压缩机的组合的性能系数(COP)优化，并根据组合的COP优化来修改第一压缩机和第二压缩机的速度。
根据本公开的第二方面，一种操作车辆的冷却系统的方法包括提供冷却系统，所述冷却系统具有：冷却剂回路，其被配置为与电池交换热量；第一制冷剂回路，其具有第一压缩机、被配置为与车辆的车厢交换热量的蒸发器、蒸发器截止阀、被配置为与冷却剂回路交换热量的第一冷却器、以及第一冷却器截止阀。第二制冷剂回路具有第二压缩机和被配置为与冷却剂回路交换热量的第二冷却器。冷却剂回路包括冷却剂阀，所述冷却剂阀用于选择性地引导或防止冷却剂在电池与第一冷却器和第二冷却器中的每一者之间流动。所述方法还包括：提供冷却系统控制器，所述冷却系统控制器可操作地联接到第一压缩机、第二压缩机、冷却剂阀、蒸发器截止阀和第一冷却器截止阀；操作车辆的冷却系统还包括确定车厢冷却需求和电池冷却需求；以仅第二冷却器模式、仅第一冷却器模式、仅空调(AC)模式、仅第一制冷剂回路模式和双制冷剂回路模式中的一者操作冷却系统；以及修改第一压缩机和第二压缩机中的至少一者的速度以满足车厢冷却需求和电池冷却需求。
本公开的第二方面的实施例可以包括以下特征中的任一者或其组合：
-以仅第一制冷剂回路模式操作冷却系统；确定是否需要对车厢和电池中的至少一者进行附加冷却；确定第一压缩机的最大速度；并且将第一压缩机的速度调整到第一压缩机的最大速度以满足车厢冷却需求和电池冷却需求；
-第一压缩机的最大速度是基于鼓风机的速度和所述车辆的速度来确定；
-确定第一压缩机的速度的绝对极限；
-绝对极限是基于预定极限、排出压力极限和电压极限中的至少一者来确定；
-将所述第一压缩机的所述最大速度增加到所述绝对极限。
-提供冷却剂温度传感器；并且从冷却剂温度传感器接收冷却剂温度读数；并且基于接收到的冷却剂温度读数来增加第一压缩机的最大速度；以及
-确定在第一压缩机在绝对极限下操作的情况下第一制冷剂回路的冷却能力；确定车厢与电池的组合的冷却需求；将第一制冷剂回路的冷却能力与组合的冷却需求进行比较；以及当组合的冷却需求超过第一制冷剂回路的冷却能力时以双制冷剂回路模式操作冷却系统。
根据本公开的第三方面，一种操作车辆的冷却系统的方法包括提供冷却系统，所述冷却系统具有：冷却剂回路，其被配置为与电池交换热量；第一制冷剂回路，其包括第一压缩机、被配置为与车辆的车厢交换热量的蒸发器、以及被配置为与冷却剂回路交换热量的第一冷却器；以及第二制冷剂回路，其包括第二压缩机和被配置为与冷却剂回路交换热量的第二冷却器。冷却剂回路包括冷却剂阀，所述冷却剂阀用于选择性地引导或防止冷却剂在电池与第一冷却器和第二冷却器中的每一者之间流动。所述方法还包括：操作车辆的冷却系统还包括提供冷却系统控制器，所述冷却系统控制器可操作地联接到第一压缩机、第二压缩机和冷却剂阀；确定车厢冷却需求和电池冷却需求；以双制冷剂回路模式操作冷却系统；修改第一压缩机和第二压缩机中的至少一者的速度以满足车厢冷却需求和电池冷却需求；确定是否需要对车厢和电池中的至少一者进行附加冷却；以及确定所述附加冷却是针对车厢冷却请求还是针对电池冷却请求。
本公开的第三方面的实施例可以包括以下特征中的任一者或其组合：
-当所述附加冷却是针对车厢冷却请求时，调整第一压缩机的速度以满足车厢冷却需求；
-确定对应于最优性能系数(COP)的第二压缩机的速度；确定第二压缩机是否以对应于最优COP的速度或高于对应于最优COP的速度的速度操作；当附加冷却是针对电池冷却请求并且第二压缩机以低于对应于最优COP的速度的速度操作时，将第二压缩机的速度调整到对应于最优COP的速度；以及
-确定对应于最优性能系数(COP)的第二压缩机的速度；确定第二压缩机是否以对应于最优COP的速度或高于对应于最优COP的速度的速度操作；确定第一压缩机和第二压缩机的组合的COP优化；以及当附加冷却是针对电池冷却请求并且第二压缩机是以对应于最优COP的速度或高于对应于最优COP的速度的速度操作时，根据组合的COP优化来调整第一压缩机和第二压缩机的速度。
本领域技术人员在研究以下说明书、权利要求和附图之后将理解并了解本公开的这些和其他方面、目的和特征。
附图说明
在附图中：
图1是包括暖通空调(HVAC)系统和冷却系统的车辆的局部俯视示意图；
图2是图1的冷却系统的示意图；
图3是以仅第二冷却器模式操作的图2的冷却系统的示意图；
图4是示出以仅第二冷却器模式操作图2的冷却系统的方法的流程图；
图5是以仅第一冷却器模式操作的图2的冷却系统的示意图；
图6是以仅空调(AC)模式操作的图2的冷却系统的示意图；
图7是示出以仅第二冷却器模式操作图2的冷却系统的方法的流程图；
图8是以仅第一制冷剂回路模式操作的图2的冷却系统的示意图；
图9是示出以仅第一制冷剂回路模式操作来操作图2的冷却系统的方法的流程图；
图10是用于确定图2的冷却系统的第一压缩机的最大压缩机速度的表；
图11是用于确定图2的冷却系统的第一压缩机的最大压缩机速度修改的表；
图12是以双制冷剂回路模式操作的图2的冷却系统的示意图；
图13是示出以双制冷剂回路模式操作来操作图2的冷却系统的方法的流程图；
图14是示出图2的冷却系统的第一压缩机和第二压缩机的效率曲线的曲线图；
图15是示出图2的冷却系统在以双制冷剂回路模式操作时的第一用例的曲线图；以及
图16是示出图2的冷却系统在以双制冷剂回路模式操作时的第二用例的曲线图。
具体实施方式
出于本文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“竖直”、“水平”及其派生词应如图1中所取向与本公开相关。然而，应理解，除了明确规定相反的情况之外，本公开可以采取各种替代取向。还应理解，附图中示出的以及以下说明书中描述的具体装置和过程仅是所附权利要求中限定的创造性概念的示例性实施例。因此，除非权利要求另有明确说明，否则与本文所公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特性不应被视为具有限制性。
在本文件中，关系术语，诸如第一和第二、顶部和底部等，仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不一定要求或暗示此类实体或动作之间的任何实际的此类关系或顺序。术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”或它们的任何其他变型意图涵盖非排他性包括，使得包括一系列要素的过程、方法、制品或设备不仅包括那些要素，而且可以包括没有明确地列出或为此类过程、方法、制品或设备固有的其他要素。在没有更多约束的情况下，在前面加“包括……一个”的要素并不排除在包括所述要素的过程、方法、制品或设备中存在附加相同要素。
总体参考图1-图16，提供了一种用于车辆100的冷却系统10。在一些实施例中，车辆100是被配置为由电动马达和电池20驱动的电动车辆。对车辆100的车厢120和电池20的冷却可以由冷却系统10提供。冷却系统10包括：包括第一压缩机30的第一制冷剂回路14和包括第二压缩机44的第二制冷剂回路16。第一压缩机30和第二压缩机44可以由冷却系统控制器50独立地操作，使得第一压缩机30可以以第一速度操作并且第二压缩机44可以以第二速度操作。第一速度可以不同于第二速度。第一制冷剂回路14被配置为经由蒸发器38对车厢120提供冷却，并且经由第一冷却器24对电池20提供冷却。第二制冷剂回路16被配置为经由第二冷却器26对电池20提供冷却。根据各个方面，冷却系统控制器50可以以各种模式操作冷却系统10，所述模式包括但不限于仅第二冷却器模式、仅第一冷却器模式、仅空调(AC)模式、仅第一制冷剂回路模式和双制冷剂回路模式来满足车厢120和电池20的冷却需求。
现在参考图1，提供了车辆100。在各种示例中，车辆100是轮式机动车辆100，其可以是轿车、运动型多用途车、卡车、厢型货车、跨界车和/或其他类型的车辆。车辆100可以是手动操作的车辆(例如，有人类驾驶员)、完全自主的车辆(例如，没有人类驾驶员)或部分自主的车辆(例如，可以在有或没有人类驾驶员的情况下操作)。另外，车辆100可以用于个人和/或商业目的，诸如用于提供乘车服务(例如，开车运送)和/或共享乘车服务。
通常，车辆100包括用于向车辆100的车厢120中的一个或多个乘客提供舒适度的HVAC系统102。通常，HVAC进气114经由位于车辆100的挡风玻璃附近的车颈104进入车辆100的车厢120。提供鼓风机106以帮助使HVAC进气114移动通过HVAC系统102。HVAC进气114从鼓风机106移动到HVAC外壳108，其中空气被加热和/或冷却到期望温度以产生经调节的空气116。然后，经调节的空气116通过至少一个风道110引导到车厢120。
在各种实施例中，HVAC系统102包括多个风道110。通常，HVAC系统102包括一个或多个面板风道、一个或多个除霜风道以及一个或多个地板风道。在一些实施例中，HVAC系统102还可以包括一个或多个后HVAC风道110(例如，用于将空气引导到第二排座椅和/或第三排座椅)。在各种实施例中，HVAC系统102被配置为以多个空气分布模式操作，所述多个空气分布模式包括但不限于面板模式、除霜模式、地板模式、仅驾驶员模式和它们的组合。
HVAC系统102还包括HVAC控制器118。通常，HVAC控制器118可操作地联接到一个或多个用户控件。在各种实施例中，HVAC控制器118被配置为接收与各种HVAC设置有关的一个或多个信号，所述各种HVAC设置包括但不限于车厢空气温度设置(例如，驾驶员侧设定温度和/或乘客侧设定温度)、驾驶员/乘客同步设置(即，同步模式)、鼓风机速度、空气分布模式、再循环模式、空调(AC)请求状态(即，AC压缩机开/关状态)、后除霜器设置、座椅加热器设置、自动温度控制设置、后HVAC设置(例如，后部设定温度和后鼓风机速度)和它们的组合。
在各种实施例中，HVAC控制器118被配置为从一个或多个HVAC传感器接收至少一个输入。所设想的HVAC传感器包括但不限于太阳热负荷传感器、车厢空气温度传感器、湿度传感器和空气质量传感器、共混门位置传感器、再循环门位置传感器、蒸发器温度传感器56、制冷剂压力传感器、制冷剂温度传感器、排气温度传感器、环境空气温度传感器和它们的组合。
通常，车辆100还包括用于冷却HVAC进气114和/或一个或多个动力传动系统部件(例如，内燃发动机或电池/马达组合)的冷却系统10。通常，冷却系统10包括设置在HVAC外壳108内用于冷却HVAC进气114的蒸发器38。冷却系统10还可以包括一个或多个制冷剂管线112以用于将制冷剂引导到蒸发器38和从蒸发器38引导制冷剂。在一些实施例中，冷却系统10还可以包括设置在HVAC外壳108内用于加热HVAC进气114的加热器芯体。冷却系统10还可以包括流体地联接到加热器芯体的一个或多个冷却剂管线以用于将冷却剂引导到加热器芯体和从加热器芯体引导冷却剂。
现在参考图2，冷却系统10包括冷却剂回路12、第一制冷剂回路14和第二制冷剂回路16。在各种实施例中，冷却剂回路12被配置为与电池20和/或各种发热电子装置(例如，光检测和测距(激光雷达)系统、信息娱乐系统、电子控制单元(ECU)、功率逆变器和它们的组合)交换热量。
通常，冷却剂回路12包括用于使冷却剂循环通过冷却剂回路12的泵18。通常，冷却剂包括乙二醇溶液，但是它可以包括任何合适的热交换介质。冷却剂与电池20和/或发热电子装置交换热量。冷却剂从电池20流到阀22，在阀22处，冷却剂被引导到第一冷却器24和第二冷却器26中的至少一者。在一些实施例中，阀22是比例阀。阀22可以被配置为选择性地控制冷却剂到第一冷却器24和第二冷却器26的流动。在各种实施例中，到第一冷却器24和/或第二冷却器26的冷却剂流率是可变的。从阀22到第一冷却器24以及从阀22到第二冷却器26的冷却剂流率是可独立控制的。
冷却剂流过第一冷却器24和/或第二冷却器26的冷却剂流动路径，并且被配置为分别与第一制冷剂回路14和/或第二制冷剂回路16的制冷剂交换热量。第一冷却器24和/或第二冷却器26各自包括用于冷却来自冷却剂回路12的冷却剂的制冷剂到冷却剂热交换器。通常，第一冷却器24和第二冷却器26各自包括板式热交换器，但是还设想了其他合适的热交换器(例如，壳管式热交换器)。第一冷却器24和第二冷却器26可以包括板式热交换器，所述板式热交换器具有适合于交换期望量的热量的期望数量的板。在一些实施例中，第一冷却器24包括与第二冷却器26不同数量的板。例如，第一冷却器24包括28块板，而第二冷却器26包括40块板。
来自第一冷却器24的冷却剂和来自第二冷却器26的冷却剂在返回到泵18之前在配件28处会聚。在这方面，在一些实施例中，第一冷却器24和第二冷却器26并联地流体联接。在一些实施例中，第一冷却器24和第二冷却器26可以串联布置，使得冷却剂先通过第一冷却器24和第二冷却器26中的一者，再通过第一冷却器24和第二冷却器26中的另一者。
第一制冷剂回路14包括用于使制冷剂循环通过第一制冷剂回路14的第一压缩机30。第一压缩机30包括吸入端口和排出端口。在一些实施例中，第一压缩机30由电动马达驱动。在其他实施例中，第一压缩机30可以被机械地驱动。在第一压缩机30被机械地驱动的实施例中，第一压缩机30可以是可变的(例如，经由占空比和/或压缩机排量的调整)，使得可以增加/减少通过第一压缩机30的制冷剂流以满足系统的冷却需求。通常，第一压缩机30的吸入端口被配置为接收低压过热的蒸气制冷剂。然后，第一压缩机30压缩低压过热的蒸气制冷剂，并且高压过热的蒸气制冷剂离开第一压缩机30的排出端口。
第一冷凝器32包括在第一制冷剂回路14中以与制冷剂交换热量。第一冷凝器32的制冷剂入口被配置为从第一压缩机30的排出端口接收高压过热的蒸气制冷剂。然后，第一冷凝器32在高压过热的蒸气制冷剂与外部空气之间交换热量。通常，制冷剂作为高压过冷的液体制冷剂离开第一冷凝器32的制冷剂出口。
通常，第一冷凝器32是用于与外部空气直接交换热量的制冷剂到空气热交换器。然而，在一些实施例中，第一冷凝器32是水冷式冷凝器，并且被配置为经由冷却剂或类似的热交换介质在制冷剂与外部空气之间交换热量。在一些实施例中，在第一冷凝器32是制冷剂到空气热交换器的情况下，第一冷凝器32可以定位在车辆100上的某一位置(例如，在车辆的前部部分中)，在该位置，很可能将外部空气引导到第一冷凝器32的外表面上方。车辆100可以另外包括一个或多个空气引导件以将空气引导到第一冷凝器32的外表面上方。例如，在一些实施例中，第一冷凝器32为定位在车辆100的前格栅后面的管翅式热交换器，并且车辆100包括围绕格栅的边缘并在格栅与第一冷凝器32之间设置的一个或多个冷凝器空气引导件以用于在车辆100处于运动中时将外部空气引导到第一冷凝器32的外表面上方。在一些实施例中，一个或多个冷凝器空气引导件包括遮板，当不期望在制冷剂与外部空气之间交换热量时，所述遮板可以关闭。在一些实施例中，车辆100包括定位在第一冷凝器32附近的冷却风扇以用于将空气引导到第一冷凝器32的外表面上方。
制冷剂的第一部分从第一冷凝器32流到蒸发器回路。蒸发器回路包括蒸发器截止阀34、蒸发器膨胀装置36和蒸发器38。制冷剂的第二部分从第一冷凝器32流到第一冷却器回路。第一冷却器回路包括第一冷却器截止阀40、第一冷却器膨胀装置42和第一冷却器24。蒸发器截止阀34和第一冷却器截止阀40被配置为选择性地打开或关闭以引导制冷剂通过蒸发器回路和/或第一冷却器回路。
当期望冷却车厢120(图1)时，蒸发器截止阀34打开。因此，制冷剂的第一部分流过蒸发器截止阀34并被引导到第一蒸发器膨胀装置36。蒸发器膨胀装置36设置在蒸发器38附近，并且被配置为降低进入蒸发器回路的制冷剂的第一部分的压力。通常，制冷剂的第一部分作为高压过冷的液体制冷剂进入蒸发器膨胀装置36。制冷剂的第一部分在其通过蒸发器膨胀装置36时被允许膨胀并作为低压液体制冷剂和蒸气制冷剂混合物离开。合适的膨胀装置可以包括但不限于热膨胀阀、手动膨胀阀、毛细管、自动阀、电子膨胀阀和浮阀。在一些实施例中，蒸发器膨胀装置36是电子膨胀阀。在一些实施例中，蒸发器膨胀装置36为热膨胀阀，其中感测球泡设置在蒸发器38下游来维持期望的过热。在一些实施例中，蒸发器膨胀装置36代替蒸发器截止阀34用作截止阀，并且在不期望冷却车辆100(图1)的车厢120(图1)时能够完全关闭以防止制冷剂的第一部分流过蒸发器38。
制冷剂的第一部分从蒸发器膨胀装置36引导到蒸发器38。蒸发器38在制冷剂与进入车辆100的乘客舱的HVAC进气114之间交换热量。当制冷剂的第一部分被加热时，低压液体制冷剂和蒸气制冷剂混合物基本上潜热增加以变成低压过热的蒸气制冷剂。
通常，蒸发器38是定位在HVAC外壳108的混合腔室内的制冷剂到空气热交换器，用于与HVAC进气114交换热量。HVAC进气114通过HVAC外壳108，其中HVAC进气114由一个或多个温度共混门引导到蒸发器38和/或加热器芯体的外表面上方，以用于将HVAC进气114冷却/加热到期望的温度以产生经调节的空气116。然后，经调节的空气116被引导流过一个或多个风道110以进入车辆100的车厢120。在制冷剂的第一部分流过蒸发器38之后，在蒸发器38中，制冷剂的第一部分与HVAC进气114交换热量，制冷剂的第一部分被引导回第一压缩机30。
当期望电池冷却时，第一冷却器截止阀40打开，从而允许制冷剂的第二部分流过第一冷却器回路。因此，制冷剂的第二部分从第一冷却器截止阀40引导到第一冷却器膨胀装置42。第一冷却器膨胀装置42设置在第一冷却器24附近并且被配置为减小进入第一冷却器回路的制冷剂的第二部分的压力。通常，制冷剂的第二部分作为高压过冷的液体制冷剂进入第一冷却器膨胀装置42。制冷剂的第二部分在其通过第一冷却器膨胀装置42时被允许膨胀并作为低压液体制冷剂和蒸气制冷剂混合物离开。合适的膨胀装置可以包括但不限于热膨胀阀、手动膨胀阀、毛细管、自动阀、电子膨胀阀和浮阀。在一些实施例中，第一冷却器膨胀装置42是电子膨胀阀。在一些实施例中，第一冷却器膨胀装置42为热膨胀阀，其中感测球泡设置在第一冷却器24下游来维持期望的过热。在一些实施例中，第一冷却器膨胀装置42代替第一冷却器截止阀40用作截止阀，并且能够完全关闭以防止制冷剂的第二部分流过第一冷却器24。
第一冷却器24被配置为在第一制冷剂回路中的制冷剂的第二部分与冷却剂回路12的冷却剂之间交换热量。当制冷剂的第二部分被加热时，低压液体制冷剂和蒸气制冷剂混合物基本上潜热增加以变成低压过热的蒸气制冷剂。通常，冷却器包括制冷剂入口和制冷剂出口以及冷却剂入口和冷却剂出口。在一些实施例中，第一冷却器24包括具有多块堆叠的板的板式热交换器。板可以被配置为在多块堆叠的板之间形成多个交替的流动通道，使得制冷剂的第二部分和冷却剂可以流过交替的通道并且通过多块堆叠的板交换热量。可以改变第一冷却器的大小(例如，堆叠的板的数量和板的表面积)以实现制冷剂的第二部分与冷却剂之间的期望量的热传递。在经由第一冷却器24与冷却剂交换热量之后，制冷剂的第二部分被引导回到第一压缩机30。
第二制冷剂回路16包括用于使制冷剂循环通过第二制冷剂回路16的第二压缩机44。第二压缩机44包括吸入端口和排出端口。在一些实施例中，第二压缩机44由电动马达驱动。在其他实施例中，第二压缩机44可以被机械地驱动。在第二压缩机44被机械地驱动的实施例中，第二压缩机44可以是可变的(例如，经由占空比和/或压缩机排量的调整)，使得可以增加/减少通过第二压缩机44的制冷剂流以满足系统的冷却需求。通常，第二压缩机44的吸入端口被配置为接收低压过热的蒸气制冷剂。然后，第二压缩机44压缩低压过热的蒸气制冷剂，并且高压过热的蒸气制冷剂离开第二压缩机44的排出端口。
第二冷凝器46包括在第二制冷剂回路16中以与制冷剂交换热量。第二冷凝器46的制冷剂入口被配置为从第二压缩机44的排出端口接收高压过热的蒸气制冷剂。然后，第二冷凝器46在高压过热的蒸气制冷剂与外部空气之间交换热量。通常，制冷剂作为高压过冷的液体制冷剂离开第二冷凝器46的制冷剂出口。
通常，第二冷凝器46是用于与外部空气直接交换热量的制冷剂到空气热交换器。在一些实施例中，第二冷凝器46是水冷式冷凝器并且被配置为在制冷剂与冷却剂之间交换热量。在一些实施例中，在第二冷凝器46是制冷剂到空气热交换器的情况下，第二冷凝器46可以定位在车辆100上的某一位置(例如，在车辆的前部部分中)，在该位置，很可能将外部空气引导到第二冷凝器46的外表面上方。车辆100可以另外包括用于将空气引导到第二冷凝器46的外表面上方的一个或多个空气引导件。例如，在一些实施例中，第二冷凝器46为定位在车辆的前格栅后面的管翅式热交换器，并且车辆100包括围绕格栅的边缘并在格栅与第二冷凝器46之间设置的一个或多个空气引导件以用于在车辆100处于运动中时将外部空气引导到第二冷凝器46的外表面上方。在一些实施例中，一个或多个空气引导件包括遮板，当不期望在制冷剂与外部空间之间交换热量时，所述遮板可以关闭。在一些实施例中，车辆100包括定位在第二冷凝器46附近的冷却风扇以用于将空气引导到第二冷凝器46的外表面上方。
第二制冷剂回路16中的制冷剂从第二冷凝器46引导到第二冷却器膨胀装置48。第二冷却器膨胀装置48设置在第二冷却器26附近并且被配置为降低进入第二冷却器26的第二制冷剂回路的制冷剂的压力。高压过冷的制冷剂在其通过第二冷却器膨胀装置48时被允许膨胀并作为低压液体制冷剂和蒸气制冷剂混合物离开。合适的膨胀装置可以包括但不限于热膨胀阀、手动膨胀阀、毛细管、自动阀、电子膨胀阀和浮阀。在一些实施例中，第二冷却器膨胀装置48是电子膨胀阀。在一些实施例中，第二冷却器膨胀装置48为热膨胀阀，其中感测球泡设置在第二冷却器26下游来维持期望的过热。在一些实施例中，第二冷却器膨胀装置48可以用作截止阀，并且能够完全关闭以防止制冷剂流过第二冷却器26。在通过第二冷却器膨胀装置48之后，制冷剂被引导到第二冷却器26。
第二冷却器26被配置为在第二制冷剂回路16中的制冷剂与冷却剂回路12的冷却剂之间交换热量。当制冷剂被加热时，低压液体制冷剂和蒸气制冷剂混合物基本上潜热增加以变成低压过热的蒸气制冷剂。通常，第二冷却器26包括制冷剂入口和制冷剂出口以及冷却剂入口和冷却剂出口。在一些实施例中，第二冷却器26包括具有多块堆叠的板的板式热交换器。板可以被配置为在多块堆叠的板之间形成多个交替的流动通道，使得制冷剂的第二部分和冷却剂可以流过交替的通道并且通过多块堆叠的板交换热量。可以改变第一冷却器的大小(例如，堆叠的板的数量和板的表面积)以实现制冷剂的第二部分与冷却剂之间的期望量的热传递。在经由第二冷却器26与冷却剂交换热量之后，制冷剂被引导回到第二压缩机44。
仍然参考图2，冷却系统10包括用于控制冷却系统10的各种部件的冷却系统控制器50。在所示实施例中，冷却系统控制器50被配置为操作冷却剂泵18、阀22、第一压缩机30、蒸发器截止阀34、冷却器截止阀40和第二压缩机44。
冷却系统控制器50还被配置为从冷却剂温度传感器52、第一排放压力传感器54、蒸发器温度传感器56、第二排放压力传感器58、吸入温度传感器60和吸入压力传感器62接收输入。冷却剂温度传感器52联接到冷却剂回路12并且被配置为提供冷却剂的温度。在所示实施例中，冷却剂温度传感器52设置在冷却剂泵18与电池20之间，以提供在电池20之前的冷却剂的温度读数。第一排出压力传感器54设置在第一压缩机30的排放端口附近，并且被配置为提供离开第一压缩机30的制冷剂的压力读数。通常，蒸发器温度传感器56是联接到蒸发器38的外表面的热敏电阻，以提供蒸发器38的温度读数。第二排出压力传感器58设置在第二压缩机44的排放端口附近，并且被配置为提供离开第二压缩机44的制冷剂的压力读数。吸入温度传感器60设置在第二冷却器26与第二压缩机44的吸入端口之间，并且被配置为提供离开第二冷却器26的制冷剂的温度读数。吸入压力传感器62设置在第二冷却器26与第二压缩机44的吸入端口之间，并且被配置为提供离开第二冷却器26的制冷剂的压力读数。在一些实施例中，吸入温度传感器60和吸入压力传感器62是单个换能器，其被配置为提供离开第二冷却器26的制冷剂的压力和温度读数两者。
在各种实施例中，冷却系统控制器50被配置为接收来自各种HVAC传感器的读数和来自HVAC控制器118(图1)的用户输入。在一些实施例中，HVAC控制器118和冷却系统控制器50可操作地联接到车辆100的电子控制单元(ECU)并且被配置为经由ECU交换数据。在一些实施例中，ECU可以包括多个控制单元，并且可以包括HVAC控制器118和/或冷却系统控制器50。因此，在一些实施例中，冷却系统控制器50被配置为从ECU和/或HVAC控制器118接收附加的车辆信息，包括但不限于车辆速度、环境空气温度、电池荷电状态(SOC)水平、车厢冷却要求(例如，车厢空气温度设置)、鼓风机速度和AC请求状态。
在各种实施例中，冷却系统控制器50被配置为确定电池20的冷却需求。通常，在从冷却剂温度传感器52接收冷却剂温度读数时，由冷却系统控制器50确定电池20的冷却需求。然后，冷却系统控制器50可以基于从冷却剂温度传感器52接收到的冷却剂温度读数来确定是否期望更多的电池冷却或者是否期望更少的电池冷却。
在一些实施例中，冷却系统控制器50被配置为确定车厢120的冷却需求。通常，在从HVAC控制器118(图1)接收到与各种HVAC设置(例如，车厢空气温度设置、鼓风机速度和AC请求状态)相关的信号以及与来自各种HVAC传感器(例如，车厢空气温度传感器、空气排放温度传感器、太阳热负荷传感器和环境空气温度传感器)的读数相关的一个或多个信号时，由冷却系统控制器50确定车厢120的冷却需求。然后，冷却系统控制器50可以基于从HVAC控制器118接收的信号来确定是否期望更多的车厢冷却或是否期望更少的车厢冷却。
现在参考图3，在需要冷却电池20但不期望车厢120(图1)的冷却需求的情况下，冷却系统10可以被配置为以仅第二冷却器模式操作。如果需要冷却电池20，但不期望冷却车厢120，则冷却系统控制器50可以调整阀22以引导冷却剂流过第二冷却器26，同时防止冷却剂流过第一冷却器24。另外，冷却系统控制器50可以调整第二压缩机44的速度以使制冷剂循环通过第二制冷剂回路16。因此，冷却剂回路12的冷却剂与第二制冷剂回路16的制冷剂交换热量以冷却电池20，同时第一冷却器24和第一制冷剂回路14保持基本上不活动。在一些实施例中，与第一冷却器24相比，第二冷却器26的大小可以被设计成提供更大的电池冷却。因此，在一些实施例中，可能期望优先考虑用于向电池20提供冷却的第二冷却器26。
现在参考图3和图4，提供了用于以仅第二冷却器模式操作冷却系统10的方法200。方法200由冷却系统控制器50初始化(操作202)。然后，冷却系统控制器50确定AC请求状态(操作204)。AC请求状态可以由用户输入(例如，AC开/关按钮)确定，或者其可以由车辆100的控制器确定(例如，如当在自动温度控制设置下操作时由HVAC控制器118确定的)。如果AC请求开启(操作206)，则冷却系统控制器50继续监测AC请求状态。如果AC请求状态为关闭(操作206)，则冷却系统控制器50确定电池冷却需求(操作208)。如果需要更多或更少的电池冷却，则冷却系统控制器50可以调整冷却剂阀22(操作210)以引导期望量的冷却剂通过第二冷却器26。当以仅第二冷却器模式操作时，冷却系统控制器50操作冷却剂阀22以防止冷却剂流过第一冷却器24。冷却系统控制器50还可以调整第二压缩机44的速度(操作212)以满足电池20的冷却需求。如果需要更多的电池冷却，则冷却系统控制器50可以增加第二压缩机44的速度，并且如果需要更少的电池冷却，则冷却系统控制器50可以降低第二压缩机44的速度。冷却系统控制器50可以重复方法200(操作214)以继续监测电池20的冷却需求并调整第二压缩机44的速度以满足电池20的冷却需求。
现在参考图5，冷却系统10可以被配置为以仅第一冷却器模式操作以进行电池冷却。在一些实施例中，第一冷却器24和第二冷却器26中的一者的大小被设定来提供比第一冷却器24和第二冷却器26中的另一者更大的散热。因此，第一冷却器24和第二冷却器26中的一者可以比另一者优选用于与冷却剂回路12交换热量。然而，第一冷却器24和第二冷却器26中的每一者可以被配置为独立于另一者与冷却剂回路12交换热量。如图所示，如果需要冷却电池20，但不期望冷却车厢120，则冷却系统控制器50可以调整阀22以引导冷却剂流过第一冷却器24，同时防止冷却剂流过第二冷却器26。冷却系统控制器50还可以调整第一压缩机30的速度以使制冷剂循环通过第一制冷剂回路14并关闭蒸发器截止阀34以防止制冷剂流过蒸发器38。因此，冷却剂回路12的冷却剂与第一制冷剂回路14的制冷剂交换热量以冷却电池20，同时第二冷却器26、第二制冷剂回路16和蒸发器38保持基本不活动。通常，用于以仅第一冷却器24模式操作冷却系统10的方法基本上类似于用于以仅第二冷却器模式操作冷却系统10的方法200，除了对冷却剂阀22的调整(操作210)将是用于引导期望量的冷却剂到第一冷却器24并且用于防止冷却剂流到第二冷却器26以及对第二压缩机44的调整(操作212)将应用于第一压缩机30之外。
现在参考图6，冷却系统10可以以仅AC模式操作，其中期望车厢冷却并且不需要电池冷却。当以仅AC模式操作时，冷却系统控制器50调整第一冷却器截止阀40以防止制冷剂流到第一冷却器24。另外，冷却系统控制器50增加第一压缩机30的速度以向车厢120提供期望量的冷却。当以仅AC模式操作时，冷却剂泵18和第二压缩机44处于关闭状态，使得冷却剂回路12和第二制冷剂回路16基本上不活动。
现在参考图6和图7，提供了用于以仅AC模式操作冷却系统10的方法300。方法300由冷却系统控制器50初始化(操作302)。然后，冷却系统控制器50确定AC请求状态(操作304)。AC请求状态可以由用户输入(例如，AC开/关按钮)确定，或者其可以由车辆100的控制器确定(例如，如当在自动温度控制设置下操作时由HVAC控制器118确定的)。如果AC请求关闭(操作306)，则冷却系统控制器50继续监测AC请求状态。如果AC请求状态为开启(操作306)，则冷却系统控制器50确定电池冷却需求(操作308)。如果不需要电池冷却(操作310)，则冷却系统控制器50确定车厢冷却需求(操作312)并调整第一压缩机30的速度以满足车厢冷却需求(操作314)。如果需要更多的车厢冷却，则冷却系统控制器50可以增加第一压缩机30的速度，并且如果需要更少的车厢冷却，则冷却系统控制器50可以降低第一压缩机30的速度。冷却系统控制器50可以重复方法300(操作316)以继续监测车厢120和电池20的冷却需求并调整第一压缩机30和/或第二压缩机44的速度以满足车厢120和/或电池20的冷却需求。
如果需要电池冷却(操作310)，则冷却系统控制器50可以调整第一冷却器截止阀40(操作318)以允许制冷剂流过第一冷却器24。冷却系统控制器50还可以调整冷却剂阀22(操作320)以引导冷却剂通过第一冷却器24。冷却系统控制器50还可以调整冷却剂泵18(操作322)以使冷却剂循环通过冷却剂回路12。然后可以根据方法400操作冷却系统10(操作324)，如将参考图8-图11讨论的。
现在参考图8，冷却系统10可以以仅第一制冷剂回路模式操作，其中期望冷却车厢和电池20。当以仅第一制冷剂回路模式操作时，冷却系统控制器50调整蒸发器截止阀34和第一冷却器截止阀40允许制冷剂流到蒸发器38和第一冷却器24。另外，冷却系统控制器50可以调整第一压缩机30的速度以向车厢120和电池20提供期望量的冷却。操作冷却剂阀22，使得冷却剂被引导流过第一冷却器24，同时防止冷却剂流过第二冷却器26。还可以调整冷却剂泵18的速度以使期望量的冷却剂循环通过第一冷却器24。当以仅第一制冷剂回路模式操作时，第二压缩机44处于关闭状态，使得第二制冷剂回路16基本上不活动。
现在参考图8-图11，提供了用于以仅AC模式操作冷却系统10的方法400。方法400由冷却系统控制器50初始化(操作402)。然后，冷却系统控制器50确定AC请求状态(操作404)。AC请求状态可以由用户输入(例如，AC开/关按钮)确定，或者其可以由车辆100的控制器确定(例如，如当在自动温度控制设置下操作时由HVAC控制器118确定的)。如果AC请求关闭(操作406)，则冷却系统控制器50继续监测AC请求状态。如果AC请求状态为开启(操作406)，则冷却系统控制器50确定电池20和车厢120中的每一者的冷却需求(操作408)。如果不需要冷却(操作410)，则冷却系统控制器50调整第一压缩机30的速度以满足车厢冷却需求(操作412)。如果需要更多的冷却，则冷却系统控制器50可以增加第一压缩机30的速度，并且如果需要更少的车厢冷却，则冷却系统控制器50可以降低第一压缩机30的速度。然后，冷却系统控制器50可以继续监测AC请求状态(操作404和406)和冷却需求(操作408和410)。
如果冷却系统控制器50确定需要更多冷却(操作410)，则冷却系统控制器50根据图10应用鼓风机修改量表(操作414)来基于鼓风机速度和车辆速度来确定第一压缩机30的最大速度。通常，鼓风机106的速度与增量阶跃相关(即，每个阶跃与鼓风机106的不同速度相关)。如图10所示，第一压缩机30的最大速度是基于鼓风机106的速度以及车辆100的速度。例如，如果鼓风机106在第三阶跃处操作并且车辆100在每小时15公里与47公里(kph)之间行驶，则冷却系统控制器50将对第一压缩机30使用8600转/分钟(RPM)的最大速度。本领域技术人员将理解，图10中提供的表仅是示例性的，并且在不脱离本公开的范围的情况下，包含在表中的实际值可以变化。冷却系统控制器50确定第一压缩机30是否以最大速度或高于最大速度的速度操作(操作416)。如果第一压缩机30以低于最大速度的速度操作，则冷却系统控制器50调整第一压缩机30的速度(操作412)以满足冷却系统10的冷却需求。
在一些实施例中，第一压缩机30可以具有由多种限制因素中的至少一种确定的绝对极限，所述限制因素包括但不限于预定极限、排出压力极限和电压极限。在一些示例中，冷却系统控制器50确定第一压缩机30的速度是否处于或超过预定极限(操作420)。如果第一压缩机30的速度低于预定极限(例如，11,000RPM)，则冷却系统控制器50可以检查将防止冷却系统控制器50增加第一压缩机30的速度的附加限制因素。
在一些实施例中，冷却系统控制器50接收由第一排出压力传感器54提供的第一排出压力读数，并确定第一排出压力读数是否处于或超过排出压力极限(操作422)。如果第一排出压力读数低于排出压力极限，则冷却系统控制器50可以检查将防止冷却系统控制器50增加第一压缩机30的速度的附加限制因素。
在一些实施例中，冷却系统控制器50可以被配置为检测与第一压缩机30相关的冷却系统10的物理限制。例如，在第一压缩机30由电动马达驱动的实施例中，第一压缩机30可以具有如由要供应给第一压缩机30的可用电压确定的电压极限。在一些实施例中，电压极限可以被预先确定为小于可用电压，使得第一压缩机30受到冷却系统控制器50的限制。冷却系统控制器50可以检测第一压缩机30是否以电压极限操作(操作424)。如果第一压缩机30的速度低于电压极限，则冷却系统控制器50可以检查将防止冷却系统控制器50增加第一压缩机30的速度的附加限制因素。
如果冷却系统控制器50确定第一压缩机30的速度低于如由各种限制因素确定的绝对极限，则冷却系统控制器50根据图11将最大速度修改量表(操作418)应用到绝对极限。如图11所示，最大速度修改量由冷却系统控制器50根据来自冷却剂温度传感器52的冷却剂温度读数来确定。如图所示，最大速度修改量随着冷却剂的温度增加而增加。例如，53摄氏度的冷却剂温度使最大速度增加500RPM，而59摄氏度的冷却剂温度使最大速度增加3500RPM。最大速度修改量与如由图10中提供的鼓风机修改量表确定的最大速度组合以产生修改后的最大速度。在一些实施例中，修改后的最大速度可以以绝对极限为上限(例如，由预定极限、排出压力极限和电压极限中的一者确定)。本领域技术人员将理解，图11中提供的表仅是示例性的，并且在不脱离本公开的范围的情况下，包含在表中的实际值可以变化。然后，冷却系统控制器50调整第一压缩机30的速度(操作412)以向车厢120和/或电池20提供期望的冷却。
如果冷却系统控制器50确定第一压缩机30的速度处于或超过绝对极限，则冷却系统控制器50将冷却负荷的一部分从第一压缩机30转移到第二压缩机44(操作426)。在各种实施例中，冷却系统控制器50通过调整冷却阀22以将冷却剂引导到第一冷却器24和第二冷却器26两者来将冷却负荷的一部分从第一压缩机30转移到第二压缩机44。冷却系统控制器50进一步调整第二压缩机44的速度以使制冷剂循环通过第二制冷剂回路16。然后，冷却系统控制器50可以根据方法500来调整第一压缩机30和第二压缩机44的速度，如将参考图12和图13所讨论的，以满足车厢120和电池20的冷却需求，并且方法400将结束(操作428)。
现在参考图12，冷却系统10可以以双制冷剂回路模式操作，其中期望冷却车厢120和电池20。通常，当车厢120和电池20的组合的冷却需求超过第一制冷剂回路14或第二制冷剂回路16的冷却能力时，冷却系统10以双制冷剂回路模式操作。在各种实施例中，控制器50被配置为基于各种部件(例如，第一压缩机30、第二压缩机44、蒸发器38、第一冷凝器32、第二冷凝器46、第一冷却器24和第二冷却器26)的大小以及第一制冷剂回路14中的制冷剂、第二制冷剂回路16中的制冷剂和冷却剂回路12中的冷却剂的流率来确定第一制冷剂回路14和第二制冷剂回路16中的每一者的冷却能力。当以双制冷剂回路模式操作时，冷却系统控制器50调整蒸发器截止阀34和第一冷却器截止阀40允许制冷剂流到蒸发器38和第一冷却器24。当以仅第一制冷剂回路模式或仅第二制冷剂回路模式操作时，在不期望车厢120的冷却并且电池20的冷却需求超过冷却系统10的能力的情况下，冷却系统控制器50可以关闭蒸发器截止阀34。当以双制冷剂回路模式操作时，冷却系统控制器50可以调整第一压缩机30和/或第二压缩机44的速度以向车厢120和电池20提供期望量的冷却。操作冷却剂阀22，使得引导冷却剂流过第一冷却器24和第二冷却器26两者。在一些实施例中，冷却剂阀22被配置为独立地提供通过第一冷却器24和第二冷却器26中的每一者的可变流率。还可以调整冷却剂泵18的速度以使期望量的冷却剂循环通过第一冷却器24和第二冷却器26中的每一者。
现在参考图12-图15，提供了用于以双制冷剂回路模式操作冷却系统10的方法500。方法500由冷却系统控制器50初始化(操作502)。然后，冷却系统控制器50确定电池20和车厢120中的每一者的冷却需求(操作504)。
当以双制冷剂回路模式操作时，冷却系统控制器50可以确定第一压缩机和第二压缩机的噪声、振动和粗糙度(NVH)极限(操作506)。例如，当以双制冷剂回路模式操作时，第一压缩机30和第二压缩机44通常同时操作。因此，可能期望避免第一压缩机30与第二压缩机44之间的谐波振动。振动可以包括但不限于人耳可检测到的可听频率以及用户可能感觉到的振动(例如，来自第一压缩机30和/或第二压缩机44的振动行进通过车辆100的车架)。通常，当第一频率与是第一频率的整数倍的第二频率相互作用时产生谐波频率。所产生的谐波频率可能导致可听噪声或用户感觉到的不期望的振动。因此，可以由冷却系统控制器50确定NVH极限(操作506)以防止第一压缩机30和第二压缩机44产生谐波频率。例如，在一些实施例中，冷却系统控制器50可以防止第一压缩机30和第二压缩机44中的一者以在第一压缩机30和第二压缩机44中的另一者的频率的整数倍的给定范围内的频率操作。
冷却系统10可以基于冷却系统10的确定的冷却需求(操作504)来确定是否需要更多的冷却或是否需要更少的冷却。如果不需要更多的冷却(操作506)，则冷却系统控制器50可以在NVH极限内调整第一压缩机30和/或第二压缩机44的速度以满足车厢120和电池20的冷却需求(操作510)。
如果需要更多的冷却，则冷却系统控制器50可以确定增加的冷却需求是来自车厢冷却请求还是来自电池冷却请求(操作512)。如果请求是针对更多的车厢冷却，则冷却系统控制器50根据方法400调整第一压缩机30的速度(操作514)以满足车厢120的增加的冷却需求。然而，冷却系统控制器50可以在以双制冷剂回路模式下操作时根据所确定的NVH极限(操作506)来这样做。冷却系统控制器50可以重复方法500(操作528)以继续监测车厢120和电池20的冷却需求并调整第一压缩机30和/或第二压缩机44的速度以满足车厢120和/或电池20的冷却需求。
如果增加的冷却需求来自对更多电池冷却的请求(操作512)，则冷却系统控制器50确定第二压缩机44是否在低于与第二压缩机44的最优性能系数(COP)相关的速度的速度下操作(操作516)。如图14所示，提供了对应于第一压缩机30和/或第二压缩机44的说明性效率曲线(图5)。通常，第一压缩机30和/或第二压缩机44可在一定速度范围内操作。第一压缩机30和/或第二压缩机44的效率相对于第一压缩机30和/或第二压缩机44的操作速度而变化。通常，第一压缩机30和/或第二压缩机44的效率在第一压缩机30和/或第二压缩机44的可操作速度范围的下限64和上限66处较低。随着第一压缩机30和/或第二压缩机44的速度远离下限64和/或上限66增加/减小，第一压缩机30和/或第二压缩机44的效率增加，直到其达到第一压缩机30和/或第二压缩机44的最优COP 68的速度。
返回参考图13，如果第二压缩机44以小于与第二压缩机44的最优COP 68相关的速度的速度操作(操作516)，则冷却系统控制器50根据所确定的NVH极限(操作506)调整第二压缩机44的速度(操作518)来满足电池20的增加的冷却需求。
如果第二压缩机44的速度等于或超过与第二压缩机44的最优COP 68相关的速度(操作516)，则冷却系统控制器50确定来自第二排出压力传感器58(图12)的排出压力读数是否超过第二制冷剂回路16的排出压力极限。如果排出压力读数超过排出压力极限(操作520)，则冷却系统控制器50根据所确定的NVH极限(操作506)来调整第一压缩机30的速度(操作514)，以满足电池20的增加的冷却需求。冷却系统控制器50可以重复方法500(操作528)以继续监测车厢120和电池20的冷却需求并调整第一压缩机30和/或第二压缩机44的速度以满足车厢120和/或电池20的冷却需求。
如果从第二排出压力传感器58(图12)接收到的排出压力读数小于排出压力极限(操作520)，则冷却系统控制器50确定第二压缩机44的速度是否等于或超过第二压缩机44的最大速度(操作522)。如果第二压缩机44的速度等于或超过第二压缩机44的最大速度，则冷却系统控制器50根据所确定的NVH极限(操作506)来调整第一压缩机30的速度(操作514)，以满足电池20的增加的冷却需求。然后，冷却系统控制器50可以重复方法500(操作528)以继续监测车厢120和电池20的冷却需求并调整第一压缩机30和/或第二压缩机44的速度以满足车厢120和/或电池20的冷却需求。
如果第二压缩机44的速度低于第二压缩机44的最大速度(操作522)，则冷却系统控制器50确定第一压缩机30和第二压缩机44的组合的COP优化(操作524)。在一些实施例中，可以通过确定用于冷却系统10的总能量输入并将其除以冷却系统10的总能量输出来确定组合的COP。然后，可以通过确定提供最大的组合的COP的第一压缩机30的速度和第二压缩机44的速度来优化组合的COP(操作524)以满足车厢120和/或电池20的冷却需求。在确定组合的COP优化(操作524)之后，冷却系统控制器50根据所确定的组合的COP优化(操作524)并根据所确定的NVH极限(操作506)来调整第一压缩机30和/或第二压缩机44的速度(操作526)。冷却系统控制器50可以重复方法500(操作528)以继续监测车厢120和电池20的冷却需求并调整第一压缩机30和/或第二压缩机44的速度以满足车厢120和/或电池20的冷却需求。
现在参考图15，提供了描绘用于在冷却系统10以双制冷剂回路模式操作时根据方法500(图13)操作第一压缩机30和第二压缩机44的第一用例70的曲线图。如图所示，第一用例70描绘了给定时间段内的第一压缩机速度72和第二压缩机速度74。所示的第一用例70被提供作为其中车厢120的冷却需求保持恒定而电池20的冷却需求正在增加的状况的示例。何时会出现这种情况的一些示例包括但不限于：当车辆100开始沿斜坡上升，从而需要来自电池20的更多电力而车厢120的冷却需求没有发生很大的变化时，或者当负荷(例如，挂车)附接到车辆100，从而增加来自电池20的所需电力而没有很大地改变车厢120的冷却状况时。
在第一用例70的第一部分76期间，冷却系统控制器50维持第一压缩机速度72以维持当前车厢冷却需求(参见操作512、514)，同时增加第二压缩机速度74以满足增加的电池冷却需求(参见操作512、516和518)。当第二压缩机速度74接近/超过第一压缩机速度72时，可以建立第一NVH极限78，以防止谐波频率的产生(参见操作506和518)。在用例的第二部分80处，冷却系统控制器50正在以最优COP68的速度操作第二压缩机速度74。因此，根据组合的COP优化，冷却系统控制器50使第二压缩机速度74保持恒定，同时增加第一压缩机速度72以满足增加的电池冷却需求(参见操作512、516、520、522、524和526)。在第一用例70的第三部分82处，第一压缩机速度72已经接近最优COP 68的速度，然而，可以强制执行第二NVH极限84，并且冷却系统控制器50可以将第一压缩机速度72保持在降低的速度以防止在第一压缩机30与第二压缩机44之间产生谐波频率(参见操作506)。然后，冷却系统控制器50增加第二压缩机速度74以继续满足增加的电池冷却需求。在第一用例70的第四部分86处，第二压缩机速度74达到最大速度和/或来自第二排出压力传感器58(图2)的排出压力读数可能达到或超过第二制冷剂回路16的排出压力极限(参见操作516和520或522)。因此，冷却系统控制器50增加第一压缩机速度72以满足增加的电池冷却需求(参见操作512、516、520或522，以及514)。
本领域技术人员将理解，作为示例提供第一用例70，并且在以双制冷剂回路模式操作时冷却系统10的实际操作可以变化。更具体地，在一些实施例中，冷却系统控制器50可以同时调整第一压缩机速度72和第二压缩机速度74，以优化第一压缩机30和第二压缩机44的组合的COP。
现在参考图16，提供了描绘用于在冷却系统10以双制冷剂回路模式操作时根据方法500(图13)操作第一压缩机30和第二压缩机44的第二用例88的曲线图。如图所示，第二用例88描绘了给定时间段内的第一压缩机速度72和第二压缩机速度74。所示的第二用例88被提供为在车厢120和电池20的温度高于期望的温度时车辆100开始操作的状况的示例。何时会出现这种情况的典型示例包括车辆100已经驻停在炎热环境中(例如，在炎热的天气在外面)而电池20正在充电的情况。因此，由于炎热的环境，车厢120可能比期望的更热，并且由于炎热的环境和电池20的充电中的至少一者，电池温度升高。
在第二用例88的第一部分90期间，冷却系统控制器50将第二压缩机速度74维持在最大速度并且将第一压缩机速度72维持在足以满足车厢120和电池20的冷却需求的速度。随着车厢120和/或电池20的温度降低，保持车厢120和/或电池20在可接受的温度范围内的冷却需求也降低。因此，在第二用例88的第二部分92期间，随着车厢120和电池20的冷却需求降低，冷却系统控制器50降低第一压缩机速度72以满足车厢120和电池20的冷却需求(参见操作508和510)。在第二用例88的第三部分94处，第一压缩机速度72达到最优COP 68的速度，并且冷却系统控制器50开始降低第二压缩机速度74以满足车厢120和电池20的冷却需求(参见操作508和510)。在第二用例88的第四部分96处，冷却系统10可以达到基本稳定状态，并且冷却系统控制器50可以将第一压缩机速度72和第二压缩机速度74保持在稳定速度。在一些实施例中，第二用例88的第一压缩机速度72和第二压缩机速度74以及NVH极限98可以由冷却系统控制器50确定(参见操作506)，并且冷却系统控制器50维持第一压缩机速度72和第二压缩机速度74之间的差以防止谐波频率的产生。
本领域技术人员将理解，第二用例88是作为示例提供的，并且在以双制冷剂回路模式操作时，冷却系统10的实际操作可以变化。更具体地，在一些实施例中，冷却系统控制器50可以同时调整第一压缩机速度72和第二压缩机速度74，以优化第一压缩机30和第二压缩机44的组合的COP。
本领域普通技术人员将理解，所描述的公开和其他部件的构造不限于任何特定材料。除非本文另有描述，否则本文中公开的本公开的其他示例性实施例可以由多种材料形成。
出于本公开的目的，术语“联接”(以其所有形式：联接、联接的、被联接的等)通常意指两个部件(电气的或机械的)彼此直接地或间接地连接。这种连接本质上可以为固定的，或者本质上可以为可移动的。这种连接可通过以下方式实现：将两个部件(电气的或机械的)与任何附加中间构件一体形成为带有彼此或带有两个部件的单个完整主体。除非另有陈述，否则此类连接可以为本质上永久的，或者可以为本质上可移除的或可释放的。
同样重要的是，要注意，如示例性实施例所示的本公开的元件的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中已经详细地描述了本创新的仅若干实施例，但审查本公开的本领域的技术人员将容易理解，在实质上不脱离所叙述的主题的新颖教导和优点的情况下，许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料使用、颜色、取向等的变化)。例如，被示出为一体地形成的元件可以由多个零件构成，或者被示出为多个零件的元件可以一体地形成，接口的操作可以颠倒或以其他方式变化，系统的结构和/或构件或连接器或其他元件的长度或宽度可以变化，在元件之间提供的调整位置的性质或数量可以变化。应当注意的是，系统的元件和/或总成可以由提供足够强度或耐用性的多种材料中的任何一种以各种颜色、纹理和组合中的任何一种构成。因此，所有此类修改旨在被包括在本创新的范围内。在不脱离本创新的精神的情况下，可以在期望的示例性实施例和其他示例性实施例的设计、工况和布置方面进行其他替换、修改、改变和省略。
应理解，任何所描述的过程或在所描述的过程内的步骤可以与其他所公开的过程或步骤组合以形成在本公开的范围内的结构。本文中公开的示例性结构和过程用于说明性目的，而不应解释为限制性。
还应理解，在不脱离本公开的概念的情况下，可以对前述结构和方法进行变化和修改，并且还应理解，此类概念意图由所附权利要求涵盖，除非这些权利要求以其语言以其他方式明确地陈述。
根据本发明，一种操作车辆的冷却系统的方法包括：提供冷却系统，所述冷却系统包括：冷却剂回路，其被配置为与电池交换热量；第一制冷剂回路，其包括第一压缩机、被配置为与所述车辆的车厢交换热量的蒸发器、蒸发器截止阀、被配置为与冷却剂回路交换热量的第一冷却器、以及第一冷却器截止阀；以及第二制冷剂回路，其包括第二压缩机和被配置为与冷却剂回路交换热量的第二冷却器，其中冷却剂回路包括冷却剂阀，所述冷却剂阀用于选择性地引导或防止冷却剂在电池与第一冷却器和第二冷却器中的每一者之间流动；提供冷却系统控制器，所述冷却系统控制器可操作地联接到第一压缩机、第二压缩机、冷却剂阀、蒸发器截止阀和第一冷却器截止阀；确定车厢冷却需求和电池冷却需求；调整冷却剂阀以选择性地引导或防止冷却剂流到第一冷却器和第二冷却器中的至少一者；以及修改第一压缩机和第二压缩机中的至少一者的速度以满足车厢冷却需求和电池冷却需求。
在本发明的一个方面，所述方法包括确定第一制冷剂回路和第二制冷剂回路中的每一者的冷却能力；以及将电池冷却需求和车厢冷却需求与第一制冷剂回路和第二制冷剂回路的冷却能力进行比较。
在本发明的一个方面，所述方法包括当不需要车厢冷却并且电池冷却需求小于第二制冷剂回路的冷却能力时，调整冷却剂阀以将冷却剂引导到第二冷却器并防止冷却剂流到第一冷却器。
在本发明的一个方面，所述方法包括当需要车厢冷却并且不需要电池冷却时，调整冷却剂阀以防止冷却剂流到第一冷却器和第二冷却器，并且调整蒸发器截止阀和第一冷却器截止阀以引导第一制冷剂回路中的制冷剂流到蒸发器并防止制冷剂流到第一冷却器。
在本发明的一个方面，所述方法包括当需要车厢冷却并且车厢与电池的组合的冷却需求小于第一制冷剂回路的冷却能力时，调整冷却剂阀以将冷却剂引导到第一冷却器并防止冷却剂流到第二冷却器。
在本发明的一个方面，所述方法包括当车厢与电池的组合的冷却需求超过第一制冷剂回路和第二制冷剂回路中的每一者的冷却能力时，调整冷却剂阀以将冷却剂引导到第一冷却器和第二冷却器。
在本发明的一个方面，所述方法包括确定第一压缩机和第二压缩机的噪声、振动和粗糙度(NVH)极限，并根据NVH极限来修改第一压缩机和第二压缩机的速度。
在本发明的一个方面，所述方法包括确定针对第一压缩机和第二压缩机的组合的性能系数(COP)优化，并根据组合的COP优化来修改第一压缩机和第二压缩机的速度。
根据本发明，一种操作车辆的冷却系统的方法包括：提供冷却系统，所述冷却系统包括：冷却剂回路，其被配置为与电池交换热量；第一制冷剂回路，其包括第一压缩机、被配置为与所述车辆的车厢交换热量的蒸发器、蒸发器截止阀、被配置为与冷却剂回路交换热量的第一冷却器、以及第一冷却器截止阀；以及第二制冷剂回路，其包括第二压缩机和被配置为与冷却剂回路交换热量的第二冷却器，其中冷却剂回路包括冷却剂阀，所述冷却剂阀用于选择性地引导或防止冷却剂在电池与第一冷却器和第二冷却器中的每一者之间流动；提供冷却系统控制器，所述冷却系统控制器可操作地联接到第一压缩机、第二压缩机、冷却剂阀、蒸发器截止阀和第一冷却器截止阀；确定车厢冷却需求和电池冷却需求；以仅第二冷却器模式、仅第一冷却器模式、仅空调(AC)模式、仅第一制冷剂回路模式和双制冷剂回路模式中的一者操作冷却系统；以及修改第一压缩机和第二压缩机中的至少一者的速度以满足车厢冷却需求和电池冷却需求。
在本发明的一个方面，所述方法包括以仅第一制冷剂回路模式操作冷却系统；确定是否需要对车厢和电池中的至少一者进行附加冷却；确定第一压缩机的最大速度；并且将第一压缩机的速度调整到第一压缩机的最大速度以满足车厢冷却需求和电池冷却需求。
在本发明的一个方面，第一压缩机的最大速度是基于鼓风机的速度和所述车辆的速度来确定。
在本发明的一个方面，所述方法包括确定第一压缩机的速度的绝对极限。
在本发明的一个方面，绝对极限是基于预定极限、排出压力极限和电压极限中的至少一者来确定。
在本发明的一个方面，所述方法包括将第一压缩机的最大速度增加到绝对极限。
在本发明的一个方面，所述方法包括提供冷却剂温度传感器；并且从冷却剂温度传感器接收冷却剂温度读数；并且基于接收到的冷却剂温度读数来增加第一压缩机的最大速度。
在本发明的一个方面，所述方法包括确定在第一压缩机在绝对极限下操作的情况下第一制冷剂回路的冷却能力；确定车厢与电池的组合的冷却需求；将第一制冷剂回路的冷却能力与组合的冷却需求进行比较；以及当组合的冷却需求超过第一制冷剂回路的冷却能力时以双制冷剂回路模式操作冷却系统。
根据本发明，一种操作车辆的冷却系统的方法包括：提供冷却系统，所述冷却系统包括：冷却剂回路，其被配置为与电池交换热量；第一制冷剂回路，其包括第一压缩机、被配置为与所述车辆的车厢交换热量的蒸发器、以及被配置为与冷却剂回路交换热量的第一冷却器；以及第二制冷剂回路，其包括第二压缩机和被配置为与冷却剂回路交换热量的第二冷却器，其中冷却剂回路包括冷却剂阀，所述冷却剂阀用于选择性地引导或防止冷却剂在电池与第一冷却器和第二冷却器中的每一者之间流动；提供冷却系统控制器，所述冷却系统控制器可操作地联接到第一压缩机、第二压缩机和冷却剂阀；确定车厢冷却需求和电池冷却需求；以双制冷剂回路模式操作冷却系统；修改第一压缩机和第二压缩机中的至少一者的速度以满足车厢冷却需求和电池冷却需求；确定是否需要对车厢和电池中的至少一者进行附加冷却；以及确定附加冷却是针对车厢冷却请求还是针对电池冷却请求。
在本发明的一个方面，所述方法包括当附加冷却是针对车厢冷却请求时，调整第一压缩机的速度以满足车厢冷却需求。
在本发明的一个方面，所述方法包括确定对应于最优性能系数(COP)的第二压缩机的速度；确定第二压缩机是否以对应于最优COP的速度或高于对应于最优COP的速度的速度操作；当附加冷却是针对电池冷却请求并且第二压缩机以低于对应于最优COP的速度的速度操作时，将第二压缩机的速度调整到对应于最优COP的速度。
在本发明的一个方面，所述方法包括确定对应于最优性能系数(COP)的第二压缩机的速度；确定第二压缩机是否以对应于最优COP的速度或高于对应于最优COP的速度的速度操作；确定第一压缩机和第二压缩机的组合的COP优化；以及当附加冷却是针对电池冷却请求并且第二压缩机是以对应于最优COP的速度或高于对应于最优COP的速度的速度操作时，根据组合的COP优化来调整第一压缩机和第二压缩机的速度。

Claims (15)

1.一种操作车辆的冷却系统的方法，所述方法包括：
提供所述冷却系统，所述冷却系统包括：
冷却剂回路，其被配置为与电池交换热量；
第一制冷剂回路，其包括第一压缩机、被配置为与所述车辆的车厢交换热量的蒸发器、蒸发器截止阀、被配置为与所述冷却剂回路交换热量的第一冷却器、以及第一冷却器截止阀；以及
第二制冷剂回路，其包括第二压缩机和被配置为与所述冷却剂回路交换热量的第二冷却器，其中所述冷却剂回路包括冷却剂阀，所述冷却剂阀用于选择性地引导或防止冷却剂在所述电池与所述第一冷却器和所述第二冷却器中的每一者之间流动；
提供冷却系统控制器，所述冷却系统控制器可操作地联接到所述第一压缩机、所述第二压缩机、所述冷却剂阀、所述蒸发器截止阀和所述第一冷却器截止阀；
确定车厢冷却需求和电池冷却需求；
调整所述冷却剂阀以选择性地引导或防止所述冷却剂流到所述第一冷却器和所述第二冷却器中的至少一者；以及
修改所述第一压缩机和所述第二压缩机中的至少一者的速度以满足所述车厢冷却需求和所述电池冷却需求。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括确定所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路中的每一者的冷却能力；以及
将所述电池冷却需求和所述车厢冷却需求与所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路的所述冷却能力进行比较。
3.如权利要求2所述的方法，其还包括当不需要车厢冷却并且所述电池冷却需求小于所述第二制冷剂回路的所述冷却能力时，调整所述冷却剂阀以将冷却剂引导到所述第二冷却器并防止冷却剂流到所述第一冷却器。
4.如权利要求2所述的方法，其还包括当需要车厢冷却并且不需要电池冷却时，调整所述冷却剂阀以防止所述冷却剂流到所述第一冷却器和所述第二冷却器，并且调整所述蒸发器截止阀和所述第一冷却器截止阀以引导所述第一制冷剂回路中的制冷剂流到所述蒸发器并防止制冷剂流到所述第一冷却器。
5.如权利要求2所述的方法，其还包括当需要车厢冷却并且所述车厢与所述电池的组合的冷却需求小于所述第一制冷剂回路的所述冷却能力时，调整所述冷却剂阀以将所述冷却剂引导到所述第一冷却器并防止所述冷却剂流到所述第二冷却器。
6.如权利要求2所述的方法，其还包括当所述车厢与所述电池的所述组合的冷却需求超过所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路中的每一者的所述冷却能力时，调整所述冷却剂阀以将所述冷却剂引导到所述第一冷却器和所述第二冷却器。
7.如权利要求6所述的方法，其还包括确定所述第一压缩机和所述第二压缩机的噪声、振动和粗糙度(NVH)极限，并根据所述NVH极限来修改所述第一压缩机和所述第二压缩机的所述速度。
8.如权利要求6或7所述的方法，其还包括确定针对所述第一压缩机和所述第二压缩机的组合的性能系数(COP)优化，并根据所述组合的COP优化来修改所述第一压缩机和所述第二压缩机的所述速度。
9.一种操作车辆的冷却系统的方法，所述方法包括：
提供所述冷却系统，所述冷却系统包括：冷却剂回路，其被配置为与电池交换热量；第一制冷剂回路，其包括第一压缩机、被配置为与所述车辆的车厢交换热量的蒸发器、蒸发器截止阀、被配置为与所述冷却剂回路交换热量的第一冷却器、以及第一冷却器截止阀；以及第二制冷剂回路，其包括第二压缩机和被配置为与所述冷却剂回路交换热量的第二冷却器，其中所述冷却剂回路包括冷却剂阀，所述冷却剂阀用于选择性地引导或防止冷却剂在所述电池与所述第一冷却器和所述第二冷却器中的每一者之间流动；
提供冷却系统控制器，所述冷却系统控制器可操作地联接到所述第一压缩机、所述第二压缩机、所述冷却剂阀、所述蒸发器截止阀和所述第一冷却器截止阀；
确定车厢冷却需求和电池冷却需求；
以仅第二冷却器模式、仅第一冷却器模式、仅空调(AC)模式、仅第一制冷剂回路模式和双制冷剂回路模式中的一者操作所述冷却系统；以及
修改所述第一压缩机和所述第二压缩机中的至少一者的速度以满足所述车厢冷却需求和所述电池冷却需求。
10.如权利要求9所述的方法，其还包括以所述仅第一制冷剂回路模式操作所述冷却系统；
确定是否需要对所述车厢和所述电池中的至少一者进行附加冷却；
确定所述第一压缩机的最大速度；以及
将所述第一压缩机的所述速度调整到所述第一压缩机的所述最大速度以满足所述车厢冷却需求和所述电池冷却需求。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述第一压缩机的所述最大速度是基于鼓风机的速度和所述车辆的速度来确定。
12.如权利要求10或11所述的方法，其还包括确定所述第一压缩机的所述速度的绝对极限；以及
将所述第一压缩机的所述最大速度增加到所述绝对极限。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述绝对极限是基于预定极限、排出压力极限和电压极限中的至少一者来确定。
14.如权利要求12所述的方法，其还包括提供冷却剂温度传感器；
接收来自所述冷却剂温度传感器的冷却剂温度读数；以及
基于所接收到的冷却剂温度读数来增加所述第一压缩机的所述最大速度。
15.如权利要求12所述的方法，其还包括确定在所述第一压缩机在所述绝对极限下操作的情况下所述第一制冷剂回路的冷却能力；
确定所述车厢与所述电池的组合的冷却需求；
将所述第一制冷剂回路的所述冷却能力与所述组合的冷却需求进行比较；以及
当所述组合的冷却需求超过所述第一制冷剂回路的所述冷却能力时，以所述双制冷剂回路模式操作所述冷却系统。
CN202110252335.2A 2020-03-10 2021-03-08 操作具有双独立制冷剂回路的冷却系统的方法 Pending CN113370740A (zh)

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