CN114364553A - 用于机动车辆的热管理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的热管理的方法，所述方法具有如下步骤：在第一运行状态中，使冷却剂在马达冷却回路(1)中循环通过具有马达回路泵(6)、电动马达(2)和低温冷却器(5)的串联管路，其中，马达回路泵(6)是激活的并且冷却剂在第一方向(10)上流经低温冷却器(5)，并且与此错开时间地，在第二运行状态中，使冷却剂在冷冻机冷却回路(36)中循环通过具有冷冻机(5)、冷冻机线路泵(40)、马达回路泵(6)和低温冷却器(5)的串联管路，其中，冷冻机线路泵(40)是激活的，马达回路泵(6)是停用的，并且冷却剂在与所述第一方向相反的第二方向上流经低温冷却器(5)。

Description

用于机动车辆的热管理的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的热管理的方法。
背景技术
用于电气化机动车辆的热管理系统是已知的，其借助热泵功能提供用于车辆内部空间的加热功率，在所述热泵功能中使用现有的热源，例如电动马达和高压存储装置。在此，始终追求的是，更高效地运行热管理系统并且更高效地利用可供使用的热源，因为效率提升会直接改进车辆在加热运行时的续驶里程。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提高热管理系统的效率。该任务通过根据权利要求1的方法解决。本发明的有利的扩展方案是从属权利要求的主题。
根据本发明的一个实施例，提供一种用于机动车辆的热管理的方法，所述方法具有如下步骤：至少在第一运行状态中，使冷却剂在马达冷却回路中循环通过具有马达回路泵、电动马达和低温冷却器的串联管路，其中，马达回路泵是激活的并且冷却剂在第一方向上流经低温冷却器，并且与此错开时间地，在第二运行状态中，使冷却剂至少在冷冻机冷却回路中循环通过具有冷冻机、冷冻机线路泵、马达回路泵和低温冷却器的串联管路，其中，冷冻机线路泵是激活的，马达回路泵是停用的并且冷却剂在与第一方向相反的第二方向上流经低温冷却器。由此能够提供一种热管理系统，其能够更高效地运行而可能无需附加的部件或者阀。
根据本发明的一个实施例，所述方法具有第三运行状态，包括如下步骤：使冷却剂在马达-冷冻机回路中循环通过电动马达、冷冻机和冷冻机线路泵，并且同时使冷却剂在高压存储装置-冷冻机回路中循环，其中，冷却剂循环通过能量存储装置、冷冻机、冷冻机线路泵并且返回至能量存储装置。由此能够借助仅一个激活的泵将极大量的废热输入到冷冻机中。
此外，根据本发明的一个实施例，所述方法在第一运行状态中具有如下步骤：使冷却剂在高压存储装置-冷冻机循环中循环，其中，冷却剂循环通过能量存储装置、冷冻机、冷冻机线路泵并且返回至能量存储装置。
根据本发明的一个实施例，根据电动马达的和能量存储装置的废热的总和在第三运行状态和第一运行状态之间切换。由此，能够将能量存储装置用作热存储装置或者缓冲装置，以使切换频率和流动反转频率最小化。在这种情况下，能量存储装置的温度在确定的极限范围内在能量存储装置的舒适区域内升高和降低。
附图说明
下面参照附图描述本发明的一个优选的实施例。附图如下：
图1示意性地示出根据本发明的一个实施例的热管理系统的加热与冷却循环，以及
图2示意性地示出根据本发明的一个实施例的热管理系统的制冷循环。
具体实施方式
图1示意性地示出根据本发明的一个实施例的热管理系统的加热与冷却循环。优选地，该热管理系统安装在未示出的机动车辆、尤其是轿车、例如混合动力或者电动车辆中。所述热管理系统具有马达冷却回路1，在该马达冷却回路中设置有电动马达2、功率电子装置3、止回阀4、冷却器-加热线路阀38、低温冷却器5以及马达回路泵6。冷却剂、例如掺有添加剂的水能够在马达冷却回路1中循环。借助冷却器-加热线路阀38能够允许或者阻止流经低温冷却器5，其中，冷却器-加热线路阀38的中间位置也是可行的。尤其是在马达冷却回路1运行时，在冷却器-加热线路阀38打开并且马达回路泵6激活的情况下，冷却剂依次流经马达回路泵6、功率电子装置3、电动马达2和低温冷却器5。低温冷却器5布置成能够由周围环境空气流经，使其能够通过行车风来冷却。为低温冷却器5配设有风扇7，以便附加于行车风促进通过低温冷却器5的空气流动。以已知的方式为马达冷却回路1配设有补偿容器8。
平行于电动马达2和功率电子装置3设置有加热线路9。更确切地，在马达回路泵6和功率电子装置3之间，加热线路9从马达冷却回路1中分支出。在电动马达2和低温冷却器5之间，加热线路9重新汇入到马达冷却回路1中。所述冷却器-加热线路阀38或者尤其是构成为两位三通阀的控制阀处于加热线路9汇入马达冷却回路1中的部位。但是也可能设置有一个或者多个其它的阀、例如两个截止阀来代替两位三通阀。
加热线路9具有水冷式冷凝器11、加热回路泵12、电加热器13、内部空间热交换器14以及冷却器-加热线路阀38。内部空间热交换器14设置在示出的空气引导装置15、例如空气流动通道的内部，借助所述空气引导装置将空气引导至未示出的机动车辆乘员空间中，使得能够借助内部空间热交换器14加热乘员空间。在加热线路9中，冷却器-加热线路阀38设置在内部空间热交换器14的下游，该内部空间热交换器设置在电加热器13的下游并且该电加热器设置在冷凝器11的下游。借助冷却器-加热线路阀38能够允许或者阻止流经加热线路9，其中，冷却器-加热线路阀38的中间位置也是可行的。
为了构成EDH加热回路16(用虚线示出)，设置有加热回流管道17，该加热回流管道将内部空间热交换器14的下游输出端与冷凝器11的上游输入端流体引导地相互连接。在加热回流管道17中设置有单向阀18，该单向阀仅允许在一个方向上的流动，更确切地说是从内部空间热交换器14的输出端流向冷凝器11的输入端。借助EDH加热回路16能够加热乘员空间，其方式为：借助加热泵12循环的冷却剂至少由电加热器13加热并且将该热能输出到内部空间热交换器14。作为替选或者作为附加，在其它运行状态中，冷却剂由电容器11加热，例如通过电能存储装置19(高压存储装置HVS)、电动马达2等的废热加热，这取决于这些部件中可用的热量的量。
在冷却器-加热线路阀38和电动马达2之间，冷冻机线路20从马达冷却回路1中分支出。在功率电子装置3和马达回路泵6之间，冷冻机线路20重新汇入到马达冷却回路1中。
冷冻机线路20具有冷冻机25、冷冻机线路泵40和高压存储装置-冷冻机阀39或者控制阀。高压存储装置线路26具有由电能存储装置19(高压存储装置HVS)、单向阀23或者止回阀和HVS-冷冻机阀39组成的串联管路。通过单向阀23预先给定冷却剂在HVS线路26中的流动方向。借助HVS-冷冻机阀39能够允许或者阻止流经冷冻机线路20以及HVS线路26，其中，中间位置也是可行的。HVS-冷冻机阀39尤其是构成为两位三通阀，但是也可能设置有一个或者多个其它的阀、例如两个截止阀来代替两位三通阀。
如果HVS-冷冻机循环35处于运行中，则借助激活的冷冻机线路泵40将冷却剂从能量存储装置19输送至冷冻机25并且由此将废热从能量存储装置19输入到冷冻机25中。在流经冷冻机25后，冷冻机线路泵40将冷却剂重新输送回到能量存储装置19等中。更准确地，冷冻机线路泵40设置在冷冻机25和HVS-冷冻机阀39之间。如果HVS-冷冻机循环35未运行，但冷却剂流经冷冻机线路20，则能够借助冷冻机线路泵40将冷却剂流沿着冷冻机线路20输送通过冷却器25。
图2示意性地示出根据本发明的一个实施例的热管理系统的制冷循环27。该制冷循环27包括水冷式冷凝器11、冷冻机25以及设置在在空气引导装置15中的空调蒸发器28。制冷剂、例如R134a、R1234yf、R1234ze或者类似的制冷剂循环通过这些部件。冷冻机25是将热能在制冷循环27的制冷剂和冷冻机线路20中的冷却剂之间传递的热交换器或者说热传递器。为此，制冷剂和冷却剂彼此流体分离地流经冷冻机25。空调蒸发器28是将热能在制冷循环27的制冷剂和在空气引导装置15中流动的空气之间传递的热交换器或者说热传递器。为此，制冷剂和空气彼此流体分离地流经空调蒸发器28。空调蒸发器28在制冷循环27中与冷冻机25并联连接。为了调节空调蒸发器28的冷却功率，在其上游连接有可电气关断的自调节式膨胀阀29。在冷冻机25上游连接有膨胀阀30。内部空间热交换器14和空调蒸发器28二者均设置在空气引导装置15中。借助它们能够对乘员空间进行加热、冷却和/或除湿。
此外，制冷循环27具有电动压缩机31，借助该电动压缩机能够压缩并且输送制冷剂。附加地，图2中的制冷循环27具有两个内部热交换器32、33，其中一个配设给空调蒸发器28，而另一个配设给冷冻机25。所述内部热交换器32、33分别具有处于热接触中、但却能够被流体彼此分离地流经的两个腔。在此，一个腔连接在冷冻机/空调蒸发器的上游，而另一个腔连接在冷冻机/空调蒸发器的下游。在相反的方向上流经所述各腔并且由此构成逆流式热交换器。由此，在一个腔中，来自压缩机的主要为液态的制冷剂流经内部热交换器，而在另一个腔中则是来自冷冻机/空调蒸发器的主要为气态的制冷剂流经内部热交换器。通过内部热交换器从所述主要为液态的制冷剂中吸取热能，这导致，更高比例的制冷剂液化。将该能量输送给所述主要为气态的制冷剂，这导致，更高比例的制冷剂蒸发并且以气态形式存在。这用于提高冷冻机25的和空调蒸发器28的性能和效率。对于制冷循环27的功能，内部热交换器32、33不是强制必要的。在空调蒸发器28的下游设置有止回阀34或者单向阀。另外的未示出的变型方案通过使用多个冷冻机25、多个冷凝器11或者多个单独的制冷循环27而得出。
在冷凝器11的下游，制冷循环27分支成平行的线路，其中一个线路通向空调蒸发器28，而另一个线路则通向冷冻机25。从这一点开始，在一个线路中依次流经内部热交换器32、膨胀阀29、空调蒸发器28、内部热交换器32、止回阀34和压缩机31。在另一线路中，依次流经内部热交换器33、膨胀阀30、冷冻机25、内部热交换器33和压缩机31。所述平行线路在压缩机31的上游重新汇聚在一起。
下面描述所述热管理系统的几种运行模式。
在应当使用低温冷却器5以向周围环境散热的冷却情况下，马达冷却回路1在第一运行状态中运行。在此，马达回路泵6是激活的或者说处于运行中，使得冷却剂在马达冷却回路1中借助激活的马达回路泵6循环，从而将电动马达2的和/或功率电子装置3的废热经由低温冷却器5排出到周围环境空气中。在该第一运行状态中，冷却剂在第一方向上流经低温冷却器5。附加地，HVS-冷冻机循环35(用虚线示出)能够在第一运行状态中运行，从而将能量存储装置19的废热输入到冷冻机25中。在该HVS-冷冻机循环35中，使冷却剂沿着HVS-冷冻机循环35循环通过能量存储装置19、单向阀23、冷冻机25、冷冻机线路泵40并且返回至能量存储装置19，以便将能量存储装置19的废热输入到冷冻机25中并且将该热能经由冷冻机25和制冷循环27输入到冷凝器11中。然后，从该冷凝器11出发能够将所述热能输入到EDH加热回路16和/或加热线路9中(所谓的热泵功能)。借助所述运行状态能够冷却能量存储装置19，而来自能量存储装置19的废热则经由冷冻机25、制冷循环27和冷凝器11输送给内部空间热交换器14，以便由此对乘员空间进行加热。在此，根据加热需求接通或者断开电加热器13。
在第二运行状态中运行冷冻机冷却循环36。第二运行状态与第一运行状态在时间上相互错开。换言之，第一运行状态和第二运行状态不是同时实施的，而是实施第一运行状态或者第二运行状态。在这里描述的第二运行状态中，冷却剂沿着用虚线示出的冷冻机冷却循环36循环。在该冷冻机冷却循环36中，使冷却剂循环通过冷冻机线路20，即循环通过冷冻机25、激活的冷冻机线路泵40、HVS-冷冻机阀39、未激活的马达回路泵6、低温冷却器5、冷却器-加热线路阀38并且返回至冷冻机25。在此，所述循环在与马达冷却回路1的第一方向相反的第二方向上进行。即在与第一方向相反的第二方向上流经低温冷却器5。在此，在马达回路泵6不运行的期间对其加压。例如当周围环境温度高于冷冻机25的温度时，这是有利的，从而能够将来自周围环境的热经由低温冷却器5输入到冷冻机25中。
在第二运行状态中，与冷冻机冷却循环36同时运行马达-冷冻机回路22(用虚线示出)。在马达-冷冻机回路22中，冷却剂借助激活的冷冻机线路泵40循环通过电动马达2、冷冻机线路20(即冷冻机25和冷冻机线路泵40)、功率电子装置3并且返回至电动马达2。以这种方式能够冷却电动马达2和/或功率电子装置3并且能够将它们的废热输入到冷冻机25中并且由此与能量存储装置19的废热类似地如上述的那样输入到加热线路9中和/或输入到EDH加热回路16中(热泵功能)。所述第二运行状态的优点在于，能够借助相对少的部件/阀实现简单的冷却回路拓扑。
在第二运行状态中反向流经低温冷却器5，但是也可以设想反向流经其它部件(电动马达2、功率电子装置3和/或冷冻机25等)的循环。
仅马达-冷冻机回路22运行、而冷冻机冷却回路36不运行的运行状态同样是可行的。而当马达-冷冻机回路22处于运行的期间，能够借助冷却器-加热线路阀38将冷冻机-冷却回路36接通或者断开。
如果期望的是仅冷冻机冷却回路36运行、而马达-冷冻机回路22不运行的运行状态，则可能必须在电动马达2的下游或者在功率电子装置3的上游设置切断阀来代替止回阀4或者作为止回阀4的补充。然后可能通过该切断阀将马达-冷冻机回路22与冷冻机冷却回路36不相关地接通或者断开。
在第三运行状态中，不仅运行马达-冷冻机回路22，而且也运行HVS-冷冻机循环35。在此，冷冻机线路泵40处于运行中并且HVS-冷冻机阀39处于中间位置上。由此，不仅将来自功率电子装置3的、电动马达2的、而且将来自能量存储装置19的废热输入到冷冻机25中。由此能够将极大量的废热输入到冷冻机25中。该运行状态的一个另外的优点可能在于，能够将能量存储装置19的热缓冲特性(在相应地控制冷冻机线路泵40和HVS-冷冻机阀39的情况下)用于，与传动系中快速的负载变化不相关地保持冷冻机25处的进入条件恒定，或者将变化速度保持为小的。这有利于制冷回路27的运行。
如果所述废热超过冷冻机25的吸热能力，则能够切换到第一运行状态。于是，在第一运行状态中再次仅将能量存储装置19的废热输入到冷冻机25中并且将电动马达2的和功率电子装置3的废热经由低温冷却器5排出到周围环境中。
根据冷冻机25的吸热能力和由功率电子装置3、电动马达2和能量存储装置19提供的废热，在第三运行状态和第一运行状态之间来回切换。由此，能够将能量存储装置19用作热存储装置，以使切换频率和流动反转频率最小化。在这种情况下，能量存储装置19的温度在确定的极限范围内在能量存储装置的舒适区域内升高和降低。
虽然已在附图和前述描述中详细地说明和描述了本发明，但是该描述应理解为是示例性的而非局限性的并且不旨在将本发明局限于所公开的实施例。在不同的从属权利要求中提出特定的特征这一事实并不意味着，也可能无法有利地使用这些特征的组合。
附图标记列表
1 马达冷却回路
2 电动马达
3 功率电子装置
4 止回阀
5 低温冷却器
6 马达回路泵
7 风扇
8 补偿容器
9 加热线路
10 第一方向
11 水冷式冷凝器
12 加热泵
13 电加热器
14 内部空间热交换器
15 空气引导装置
16 EDH加热回路
17 加热回流管道
18 单向阀
19 电能存储装置
20 冷冻机线路
22 马达-冷冻机回路
23 单向阀
25 冷冻机
26 高压存储装置(HVS)线路
27 制冷循环
28 空调蒸发器
29 膨胀阀
30 膨胀阀
31 电动压缩机
32 内部热交换器
33 内部热交换器
34 止回阀
35 HVS-冷冻机循环
36 冷冻机冷却回路
37 分支点
38 冷却器-加热线路阀
39 HVS-冷冻机阀
40 冷冻机线路泵

Claims (4)

1.用于机动车辆的热管理的方法，所述方法具有如下步骤
-在第一运行状态中，使冷却剂至少在马达冷却回路(1)中循环通过具有马达回路泵(6)、电动马达(2)和低温冷却器(5)的串联管路，其中，马达回路泵(6)是激活的并且冷却剂在第一方向(10)上流经低温冷却器(5)，以及
-与此错开时间地，在第二运行状态中，使冷却剂至少在冷冻机冷却回路(36)中循环通过具有冷冻机(5)、冷冻机线路泵(40)、马达回路泵(6)和低温冷却器(5)的串联管路，其中，冷冻机线路泵(40)是激活的，马达回路泵(6)是停用的并且冷却剂在与所述第一方向相反的第二方向上流经低温冷却器(5)。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法此外具有第三运行状态，所述方法包括如下步骤
-使冷却剂在马达-冷冻机回路(22)中循环通过电动马达(2)、冷冻机(25)和冷冻机线路泵(40)，以及
-同时使冷却剂在高压存储装置-冷冻机循环(35)中循环，其中，冷却剂循环通过能量存储装置(19)、冷冻机(25)、冷冻机线路泵(40)并且返回至能量存储装置(19)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法在第一运行状态中此外具有如下步骤：使冷却剂在高压存储装置-冷冻机循环(35)中循环，其中，冷却剂循环通过能量存储装置(19)、冷冻机(25)、冷冻机线路泵(40)并且返回至能量存储装置(19)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据电动马达(2)的和能量存储装置(19)的废热的总和在第三运行状态和第一运行状态之间进行切换。
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