CN115052767A - 用于使用hvac系统回收和调节具有电化学发电机的电动车辆的热能的装置 - Google Patents

用于使用hvac系统回收和调节具有电化学发电机的电动车辆的热能的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于具有流体在其中循环的电化学发电机的电动车辆的热能回收和调节装置，空调回路包括至少一个外部冷凝器/蒸发器(2)、压缩机(4)、用于加热乘员舱的内部冷凝器(6)、设置在内部冷凝器(6)下游的第一膨胀孔口(8)、用于冷却乘员舱的内部蒸发器(14)以及设置在内部蒸发器(14)上游的第二膨胀孔口(12)。所述调节装置还包括用于对电化学发电机、电动机(5)、电子电路(7)和制动电路(9)进行加热或热能回收的第一加热回路，以及用于对电化学发电机、电动机、电子电路和制动电路进行加热或热能回收的第二冷却回路。多个阀(24，28，32，20)被布置成能够使空调回路与第一加热回路和第二冷却回路中的一者或另一者连通，并且用于控制所述阀(24，28，32，20)的装置被布置成根据电化学发电机(1)、电动机、电子电路和制动电路的温度来允许来自空调回路的流体在第一加热回路中循以用于加热操作，同时允许来自空调回路的流体在第二冷却回路中循环以用于冷却操作。

Description

用于使用HVAC系统回收和调节具有电化学发电机的电动车辆 的热能的装置
技术领域
本发明涉及一种用于使用HVAC系统回收和调节具有电化学发电机如蓄电池、燃料电池或混合动力源的电动车辆的热能的装置。该用于回收和调节热能的装置包括用于车辆乘员舱的HVAC(加热-通风-空调-冷却)系统的空调回路，流体在该空调回路中循环，所述空调回路包括至少一个外部冷凝器-蒸发器、压缩机、用于加热乘员舱的内部冷凝器、在内部冷凝器与外部冷凝器/蒸发器之间设置在内部冷凝器下游的第一膨胀孔口、用于冷却乘员舱的内部蒸发器、和在外部冷凝器/蒸发器与内部蒸发器之间设置在内部蒸发器上游的第二膨胀孔口。
背景技术
此类装置对于本领域技术人员来说是已知的，并且特别是用于电动或混合动力车辆中以用消耗大量电力的加热元件代替电加热系统。HVAC系统还具有在夏季将自身转变为空调的优势。HVAC系统对于调节乘员舱温度同时优化车辆电能消耗的系统而言是最有效的。因此它们可以增加其续航里程。
仍然为了增加电动或混合动力车辆的续航里程，还寻求通过调节电化学发电机的温度来优化其能量效率。这是因为温度对电化学发电机的功能影响很大：电化学发电机在其温度过高时必须冷却，或温度过低时必须加热。特别是在冬季，电化学发电机的温度过低会导致效率大幅下降，使得车辆的续航里程可能减半。另外，当电化学发电机为蓄电池时，蓄电池的充电状态与充电时间的关系曲线表明充电时间随温度升高而增加。此外，由于充电期间的升温，达到80％的电荷的充电时间相对较快，但达到100％的电荷的充电时间很长。
在这方面，专利CH 711 726 B1描述了一种用于调节如图1至5所示的电动车辆的电化学发电机如蓄电池或燃料电池或混合动力源的温度的装置，如下面作为现有技术详细说明的。
例如参考图1，用于调节电动或混合动力车辆的电化学发电机的温度的装置包括用于车辆乘员舱的HVAC系统的空调回路。该图1示出了一种用于在车辆停止时加热例如正在充电的蓄电池的方法。
更具体地，该空调回路在第一环路中包括在流体循环方向上外部冷凝器/蒸发器2(通常位于车辆前部)、蓄压器3、压缩机4(优选为高速压缩机)、用于加热乘员舱的内部冷凝器6、和在内部冷凝器6与外部冷凝器/蒸发器2之间设置在内部冷凝器下游的第一膨胀孔口8。在第一膨胀孔口8处在内部冷凝器6与外部冷凝器/蒸发器2之间设有旁路10。第二环路包括第二膨胀孔口12，该第二膨胀孔口12在外部冷凝器/蒸发器2与内部蒸发器14之间设置在内部蒸发器14上游，用于冷却乘员舱。空调单元的风扇16设置在内部蒸发器14处。各种元件通过管道连接在一起，制冷流体如制冷剂气体在该管道中循环。第一环路或第二环路和旁路中的循环借助于一组阀18、20、21、28、32、36、38控制。阀18和20设置在第一环路和第二环路，并且阀21在第一膨胀孔口8上游设置在第一环路和旁路10的交点处。这些阀例如是具有至少三个通道的电磁阀，例如具有至少4个通道的阀20除外。
应该注意的是，在该实施例中，对于在车辆停止时加热处于充电状态的蓄电池的这种方法，气态流体在管道中的循环在图1中用较黑的线示出。下面的图2至5同样如此。
调节装置进一步包括用于加热电化学发电机1的第一回路，与空调回路中相同的流体能够在其中循环。用于加热电化学发电机的第一回路在流体循环的方向上包括用于将流体22供应至与电化学发电机1相关联的传热元件的第一管道。第一供应管道22借助于三通阀24连接到设置在压缩机4与内部冷凝器6之间的第一出口，第一排出管道26用于将流体从传热元件排出。第一排出管道26借助于三通阀28连接到设置在内部冷凝器6与第一膨胀孔口8之间的第一入口。
调节装置进一步包括用于冷却电化学发电机1的第二回路，与空调回路中相同的流体能够在其中循环。用于冷却电化学发电机1的第二回路在流体循环方向上包括用于将流体30供应至与电化学发电机1相关联的传热元件的第二管道。第二供应管道30借助于三通阀32连接到设置在第二膨胀孔口12与内部蒸发器14之间的第二出口，第二排出管道34用于将流体从传热元件排出。第二排出管道34借助于由四通阀构成的阀20连接到在内部蒸发器14与压缩机4之间设置在内部蒸发器14下游的第二入口。
应当注意，对于该描述，必须理解空调回路包括第一加热回路和第二冷却回路，即使一般而言，对于空调来说，这主要涉及气体通过第二膨胀孔口12(减压器)。第一加热回路和第二冷却回路相互嵌套装配并且依赖于控制装置对各种阀的控制以实现它们的功能。
将流体供应至电化学发电机1的传热元件的第一管道22和第二管道30仅通过三通阀36连接到所述传热元件。同样，将流体从传热元件排出的第一管道26和第二管道34仅通过三通阀38连接到所述传热元件。也可以提供与传热元件的分开且独立的连接。也可以在阀36、38与电化学发电机1之间设置交换器，以便有利于热交换。
阀24、28、32和20构成布置成能够使空调回路与电化学发电机1的第一加热回路和第二冷却回路中的一者或另一者连通的阀。
调节装置包括用于控制阀24、28、32、20、36和38的装置，该装置被布置成根据电化学发电机1的温度来允许空调回路中的流体在第一加热回路中循环以便加热电化学发电机1，和/或允许空调回路中的流体在第二冷却回路中循环以便冷却电化学发电机1，从而调节其温度。
除了调节电化学发电机的温度之外，还提供了用于使所述阀18、20和21起作用以调节乘员舱温度的其它用于控制空调回路的阀的装置。
控制装置与电化学发电机1的温度传感器相关联，以便根据取决于车辆是已停止还是正在行驶而寻求的效果并且根据蓄电池或燃料电池的有无来致动阀。根据图1至5，实施例中气态流体在管道中的循环用较黑的线示出。图1示出了在车辆停止时用于处于充电状态的蓄电池1的加热模式。图2示出了在车辆停止时用于处于充电状态的蓄电池1的冷却模式。图3示出了在车辆行驶时乘员舱的加热模式和蓄电池1的加热。图4示出了在车辆行驶时用于对乘员舱进行空气调节和冷却蓄电池1的模式。最后，图5示出了在车辆行驶时用于加热乘员舱和冷却蓄电池1的模式。
更具体地，当车辆停止时，用于控制阀的装置、压缩机4和所有电子元件被布置成作用于干线，车辆连接或不连接到干线。
当车辆停止时，用于控制阀的装置可以被布置成使内部冷凝器6和内部蒸发器14对乘员舱温度的调节不起作用，从而只有蓄电池加热或冷却模式是可操作的。
当外界温度低时，需要加热蓄电池或燃料电池以便于车辆起动，同时加热蓄电池以便提高其充电效率。在电化学发电机1的加热模式的情况下，车辆停止，而在蓄电池的情况下，所述蓄电池能够处于充电状态，根据图1，用于控制阀的装置被布置成使得经过与冷空气A接触的外部冷凝器/蒸发器2的流体经由阀18和20流向蓄压器3，然后流入压缩机4，在此它被压缩并因此被加热，然后经由阀24被送入第一管道22，从而供应电化学发电机的加热回路并经由阀36一直供应至电化学发电机1的传热元件。在流体通过期间，流体重新加热传热元件，该传热元件加热电化学发电机1。然后流体经由阀38在电化学发电机1的加热回路的第一排出管道26中循环，经由阀28、21加入空调回路并通过经过第一膨胀孔口8而重新回到外部冷凝器/蒸发器2。在此模式下，内部冷凝器6和蒸发器14不起作用。
如果在起动时电化学发电机过热，或者如果在充电时蓄电池由于外部空气过热而太热，以至于必须冷却电化学发电机，则在车辆停止时控制阀的装置被布置成进入电化学发电机冷却模式。在蓄电池的情况下，根据图2，所述蓄电池可以处于充电状态。于是控制阀的装置被布置成使得经过与热空气B接触的外部冷凝器/蒸发器2的流体朝向第二管道30循环，从而经由阀18供应至电化学发电机的冷却回路，供应至第二膨胀孔口12，在此其被冷却，并被供应至阀32，经由阀36一直供应至蓄电池1的传热元件。当流体通过时，流体冷却传热元件，该传热元件冷却电化学发电机1。然后流体经由阀38流入冷却回路的第二排出管道34中，并经由阀20重新加入空调回路，以便经过蓄压器3和压缩机4，在压缩机4中它被压缩，经由阀24经过内部冷凝器6，所述内部冷凝器借助于闭塞器40而对调节乘员舱温度不起作用。然后流体经由阀21和28流入旁路10，然后重新回到外部冷凝器/蒸发器2，而不经过第一膨胀孔口8。在这种模式下，内部冷凝器6和蒸发器14对乘员舱温度的调节不起作用。
当电化学发电机是蓄电池时，控制阀的装置被布置成允许流体在第一加热回路中循环以便加热蓄电池直到它达到最佳充电温度，并允许空调回路中的流体在第二冷却回路循环以便冷却蓄电池，从而使其恢复到最佳充电温度，以便在尽可能短的时间内为蓄电池充电。在这种情况下，控制阀的装置被布置成根据要保持的蓄电池最佳温度从根据图1的车辆停止并且蓄电池处于充电状态的蓄电池加热模式进入根据图2的车辆停止并且蓄电池处于充电状态的蓄电池冷却模式，反之亦然，以便在尽可能短的时间内为蓄电池充电。蓄电池的最佳充电温度可能在5至25℃之间。
在上述各种情况下，控制阀的装置是自动管理的，没有任何人为操作。这尤其用于将蓄电池温度保持在理想的充电温度。
当车辆停止时，可以利用电化学发电机1提供的热能来调节乘员舱温度。因此，可以对蓄电池充电时间进行编程以便对其进行充分加热，并且可以从蓄电池在充电期间释放的热量中获益以便充分加热或冷却乘员舱，并从通过蓄电池在充电期间释放的冷量中获益以便冷却乘员舱。在这种情况下，控制阀的装置被布置成在车辆停止时允许内部冷凝器6和内部蒸发器14运行并且除了电化学发电机1的温度之外还调节乘员舱温度。因此，当用户坐在车辆中以将其起动时，乘员舱的温度是舒适的。
当车辆行驶时，控制阀的装置和压缩机4被布置成对电化学发电机起作用。
根据另一变型，控制阀的装置被布置成允许内部冷凝器6和内部蒸发器14在车辆行驶时起作用并且除了电化学发电机的温度之外还调节乘员舱的温度。
更具体地，当外部温度较冷时，控制阀的装置被布置成在车辆行驶时将HVAC系统改变为乘员舱加热模式，并允许空调回路的流体在电化学发电机的第一加热回路中循环以便加热乘员舱和电化学发电机，如图3所示。在用于加热乘员舱和电化学发电机的模式的这种情况下，控制阀的装置被布置成使得经过与冷空气A接触的冷凝器/蒸发器2的流体经由阀18和20流向蓄压器3，然后流入压缩机4，在此它被压缩并因此被加热，然后经由阀24首先被送入第一管道22，从而供应至电化学发电机的加热回路并经由阀36一直供应至电化学发电机1的传热元件，其次被送入内部冷凝器6。空调单元16的风扇被布置成打开，使得在C处进入的冷空气由于经过内部冷凝器6而被加热，然后被送入乘员舱以将其加热。然后流体再次沿外部冷凝器/蒸发器2的方向离开，经过第一膨胀孔口8。在电化学发电机的加热回路中，流体重新加热传热元件，从而加热电化学发电机1。然后流体经由阀38流入电化学发电机的加热回路的第一排出管道26，经由阀28和21重新加入空调回路，并由于经过第一膨胀孔口8而重新回到外部冷凝器/蒸发器2。在这种模式下，内部冷凝器6对乘员舱温度的调节起作用。在这种模式下，调节装置一方面可以产生热量以便将乘员舱加热，另一方面可以加热电化学发电机以将其保持在最佳温度，从而确保更好的效力。
如果电化学发电机在车辆行驶时例如由于牵引功率负载非常高或外部空气太热而变得过热，以至于必须冷却电化学发电机，则控制阀的装置被布置成使HVAC系统转入乘员舱空调模式。另外，根据图4，这使得能够使空调回路的流体在电化学发电机的第二冷却回路中循环以便冷却乘员舱和电化学发电机。控制阀的装置然后被布置成使得经过与热空气B接触的外部冷凝器/蒸发器2的流体经由阀18被定向到第二膨胀孔口12，在此它被冷却，然后被定向到阀32，在此流体首先被朝向第二管道30分流，从而供应至电化学发电机的冷却回路并经由阀36一直供应至电化学发电机1的传热元件，其次被朝向内部蒸发器14分流。空调单元16的风扇被布置成打开，使得在D处进入的热空气由于经过内部蒸发器14而被冷却，然后被送入乘员舱以便将其冷却。然后流体经由阀20再次进入空调回路。沿着电化学发电机1的冷却回路，流体在冷却电化学发电机1之后经由阀38流入冷却回路的第二排出管道34，经由阀20重新加入空调回路，以便与来自内部蒸发器14的流体一起经过蓄压器3，经过压缩机4，在此它被压缩，并经由阀24经过内部冷凝器6，所述内部冷凝器借助于闭塞器40而对乘员舱调节不起作用。然后流体经由阀21和28流入旁路10，然后重新回到外部冷凝器/蒸发器2，而不经过第一膨胀孔口8。在这种模式下，调节装置可以产生冷量，以便一方面冷却乘员舱，另一方面冷却电化学发电机，以便将其保持在用于确保更好效力的最佳温度。
如果在车辆行驶时电化学发电机例如由于密集运行而变得过热，以至于必须冷却电化学发电机，但外部空气较冷并且必须加热乘员舱，那么根据图5，控制阀的装置被布置为使HVAC系统转入乘员舱加热模式并允许空调回路的流体在电化学发电机的第二冷却回路中循环，以加热乘员舱并冷却电化学发电机。控制阀的装置然后被布置成使得经过与冷空气A接触的冷凝器/蒸发器2的流体经由阀18首先被定向到阀20，其次被定向到第二膨胀孔口12，在此它被冷却，然后经由阀32流入第二管道30，从而供应至电化学发电机的冷却回路并经由阀36一直供应至电化学发电机1的传热元件。流体在冷却电化学发电机1之后经由阀38流入冷却回路的第二排出管道34，并经由阀20重新加入空调回路，以便与直接来自阀18的流体一起经过蓄压器3，经过压缩机4，在此它被压缩，并经由阀24经过内部冷凝器6。空调单元16的风扇被布置成打开，使得在E处进入的冷空气在经过内部冷凝器6的同时被加热，然后被送入乘员舱以将其加热。然后流体经由阀21经过第一膨胀孔口8并重新回到外部冷凝器/蒸发器2。在这种模式下，调节装置一方面可以产生热量以便加热乘员舱，另一方面可以产生冷量以便冷却电化学发电机，从而将其保持在用于确保最佳效力的最佳温度，由电化学发电机产生的热量用于加热乘员舱。
在这三种用于在汽车行驶的情况下调节温度的模式中，控制阀的装置是半自动管理的，用户采取行动以便使HVAC系统转入加热模式或乘员舱空调模式，从而调节乘员舱温度，电化学发电机的温度借助于温度传感器自动控制。
专利US 10,168,079 B2描述了一种特别是用于蓄电池的具有制冷循环的装置。然而，未设想从车辆元件回收热能以便加热或冷却例如蓄电池或车辆的乘员舱。另外，空调回路中仅使用了一个非常近似的气体-空气交换器，无法精确调节蓄电池的温度。
发明内容
本发明的目的尤其是克服装备已知的电动或混合动力车辆的电化学发电机的各种缺点，并设想在加热回路或冷却回路中还将车辆的至少一个电动机和至少一个电子控制电路与用于回收和调节热能的电化学发电机连接，以便优化这种车辆的整体效率并将热损失转化为用于调节乘员舱内温度的有用能量。
更准确地说，本发明的一个目的是提供一种用于使用HVAC系统回收和调节具有电化学发电机如蓄电池、燃料电池或混合动力源的电动车辆的热能的装置，该HVAC系统特别是允许为电化学发电机回收能量以优化其能量效率。还设想至少为与电化学发电机连接的电动机和电子控制电路回收加热或冷却热能，或甚至还回收制动能量，以便增加车辆的续航里程。
当电化学发电机为蓄电池时，本发明的另一个目的是提供一种用于在蓄电池充电时回收热能以便优化充电时间并使其尽可能短的装置。
为此，本发明涉及一种用于回收和调节具有电化学发电机的电动车辆的热能的装置，其包括独立权利要求1的特征。
该热能回收和调节装置的特定实施例在从属权利要求2至11中定义。
因此，本发明的热能回收和调节装置可以优化电化学发电机的能量效率，并与牵引电动机和电子控制电路相结合以便增加车辆的续航里程。另外，当电化学发电机为蓄电池时，本发明的热能回收和调节装置可以通过使蓄电池充电时间尽可能短来优化蓄电池充电时间。
该热能回收和调节装置的一个优点在于，电控牵引电机通过蓄电池连接到加热回路或冷却回路，这样可以避免任何热能损失并确保车辆的续航里程在蓄电池的另一次充电之前有所增加。
附图说明
通过阅读以下通过简单说明性和非限制性示例的方式给出的本发明的各种实施例的描述以及附图，本发明的其它特征和优点将更清楚地显现，在附图中：
图1示出了现有技术的用于调节电动车辆的电化学发电机的温度的装置的示意图，其中车辆处于停车状态并且蓄电池处于充电状态，
图2示出了现有技术的用于调节电动车辆的电化学发电机的温度的装置的示意图，其中车辆处于停车状态并且蓄电池处于充电状态，
图3示出了现有技术的用于调节电动车辆的电化学发电机的温度的装置的示意图，其中车辆正在行驶，
图4示出了现有技术的用于调节电动车辆的电化学发电机的温度的装置的示意图，其中车辆正在行驶，
图5示出了现有技术的用于调节电动车辆的电化学发电机的温度的装置的示意图，其中车辆正在行驶，
图6示出了根据本发明的用于回收和调节具有电化学发电机的电动车辆的热能的装置的第一实施例的示意图，
图7示出了根据本发明的用于回收和调节具有电化学发电机的电动车辆的热能的装置的第二实施例的示意图，
图8示出了根据本发明的用于回收和调节具有电化学发电机的电动车辆的热能的装置的第三实施例的示意图，以及
图9示出了用于回收制动电路的热能并通过根据本发明的电动机对电化学发电机进行直接充电的电动机、电子设备、电化学发电机和制动电路的布置结构。
具体实施方式
在本说明书中，术语“电化学发电机”指代用在电动混合动力车辆中的蓄电池和燃料电池，在附图中由附图标记1表示，对蓄电池或燃料电池不进行区分。另外，定义了热能回收和调节装置，而不是如参考现有技术的图1至5描述的用于电化学发电机的温度调节装置。
本发明的具有电化学发电机的车辆的热能回收和调节装置包括参考现有技术中的前述图1至5所述相同的空调回路。因此，并非所述装置的所有部件以及前述图1至5所示的各种实施例都将被完整地重复。涉及该装置的与空调回路相关的各种元件的功能的全部都是相同的并且将不再重复。将仅详细描述与空调回路的装置的加热回路或冷却回路有关的新颖部件及其回收能量以便将它供应给装置的另一部件的能力。本发明的重要性在于能够使用正在运行并连接到加热回路或冷却回路的某些部件的加热或冷却热能来加热或冷却例如电动车辆的乘员舱，而不会有任何明显的热能损失。
图6示出了具有电化学发电机1的车辆的新颖的热能回收和调节装置的第一实施例，该装置包括乘员舱的HVAC系统的空调回路。例如，根据在图6中所见并且在原理上等同于图5的该第一实施例，提出了一种用于加热乘员舱和冷却电化学发电机1的方法，该方法具有至少一个电动机5和至少一个电子电路7或电子设备。然而，图6中的所有部件都以至少电动机5和至少电子电路7结合电化学发电机1的新颖布置来描述。电动机或多个电动机5用于牵引车辆，而电子电路7可用于控制电动机或多个电动机5。
如参考图1至5所述，所述空调回路因此包括车辆乘员舱的HVAC系统的空调回路，流体在该空调回路中循环。流体——例如制冷剂，比方说制冷剂气体——尤其是在各种管道中循环。该空调回路包括通常位于车辆前部的至少一个外部冷凝器/蒸发器2、优选为高速的压缩机4、用于加热乘员舱的内部冷凝器6、在内部冷凝器6与外部冷凝器/蒸发器2之间设置在内部冷凝器6下游的第一膨胀孔口8、用于冷却乘员舱的内部蒸发器14、以及在外部冷凝器/蒸发器2与内部蒸发器14之间设置在内部蒸发器14上游的第二膨胀孔口12。
热能回收和调节装置还包括用于尤其是加热电化学发电机1的第一加热或热能回收回路和用于尤其是冷却电化学发电机1的第二冷却或热能回收回路，流体在所述第一加热或热能回收回路和第二冷却或热能回收回路中循环。根据本发明，在图6的该第一实施例中，结合空调回路和电化学发电机1，还设置了至少一个电动机5，例如用于车辆的牵引电机，以及至少一个电子电路7，例如用于控制所设置的一个或多个电动机。电子电路7或电子设备涉及控制一个或多个电机5的电子设备和控制阀的装置两者、对一个或多个温度传感器的控制、DC到DC转换装置、对蓄电池充电的控制，以及制动电路或其它部件。
一个或多个电动机5和至少电子电路7也像电化学发电机1一样用于加热或冷却能量的回收。一个或多个电动机5和至少电子电路7与如下文所述的第一加热回路或第二冷却回路一起布置在与电化学发生器1并置的回路中。这是一种理想的构型，因为可以单独测量每个元件的温度，这允许明显有区别地针对通过从一个或多个电机5、电子电路7或电化学发电机1回收热能的加热或冷却操作进行适配。
还可提供制动电路9，该制动电路9与一个或多个电动机5、电子电路或通用电子设备7和电化学发电机1并联连接。该制动电路9主要包括电阻器，在通过盘式制动器或通过电动机5的制动触发车辆制动后，电流流过该电阻器。通过图6中象征性地示出的电线连接的电阻器在制动期间发热并加热电阻器周围的气体或液体。这种气体或液体在第一加热回路或第二冷却回路的管道中传输，经过蓄电池1并到达一个或多个电动机5和所有电子设备7。热能基本上被供应，并且可以在加热或冷却回路之一中传输，以便为乘员舱提供有用的加热能量。该热能还可用于加热电化学发电机1。
当电动车辆高速行驶时，使用一个或多个电动机5进行紧急制动无法直接给电化学发电机1充电，因为通过电机的电流过强。如图9中示意性所示，首先可以使能量通过电子设备7然后将能量传递到电阻器9中。两条电线在一个或多个电机5的输出端和电子设备7的输入端处连接，电子设备7通过两条电线作为输出连接制动电路9的电阻器的两条电线。热能在制动电路9的连接到HVAC系统和第一加热回路或第二冷却回路的输出端处被回收。当一个或多个电机5中的功率减小时，此时可以开始利用从一个或多个电机5输出的、通过电子设备7的电力给电化学发电机1充电。因此可以想象没有液压制动器的车辆，它使得能够回收100％的制动能量(无论是热能还是电能)来给电化学发电机1充电。电能或热能因此不会损失并且构成用于给电化学发电机1充电或付其加热的有用能量。
可以想象四个电动机5，也就是说车辆的每个车轮中有一个电机，并对每个车轮执行非常可靠且独立的制动。制动电路9可以与每个电动机5一起安装在车辆的每个车轮上。
应当注意，图6至8中的管道中的流体如气态流体的循环仅针对第二冷却回路示出，与图5一样。流体的循环用较黑的线示出。然而，第一加热回路或加热热能回收回路的部件也在下文中进行描述。
用于加热电化学发电机1和至少电子电路7或甚至制动电路9的电动机5的第一加热或热能回收回路包括第一流体供应管道22。该第一流体供应管道22将流体输送至与电化学发电机1相关联的传热元件以及至少电动机5和至少电子电路7的管道或甚至制动电路9的一部分。第一加热回路或加热热能回收回路还包括用于从传热元件以及至少电机5和电子电路7的管道部分排出流体的第一管道26。第一流体排出管道26连接到内部冷凝器6与第一膨胀孔口8之间的三通回流阀28的第一入口。
第一供应管道22连接到设置在压缩机4与内部冷凝器6之间的第一三通阀24的第一出口和第二四通阀36的第一入口。流体从第二阀36的第一出口传输到与电化学发电机1相关联的传热元件，并从第二阀36的第二出口传输到第一互补四通阀37的入口。该第一互补阀37的第一出口连接到至少电动机5的管道部分，而第一互补阀37的第二出口连接到至少电子电路7的管道部分，并且第一互补阀37的第三出口连接到与电化学发电机1、一个或多个电机5和电子电路7并联的制动电路9。至少电动机5、至少电子电路7和制动电路9的输出端连接到第二互补四通阀39的入口，第二互补四通阀39的出口连接到连接阀41的入口，该连接阀41的另一入口连接到电化学发电机1的传热元件。该连接阀41的出口连接到第三三通阀38的第一入口，第三阀38的第一出口经由阀28和21与空调回路结合，并通过穿过第一膨胀孔口8而重新回到外部冷凝器/蒸发器2。
如图6所示，用于冷却电化学发电机1和至少电动机5以及至少电子电路7和制动电路9的第二冷却或热能回收回路包括第二流体供应管道30。该第二流体供应管道30将流体输送至与电化学发电机1相关联的传热元件以及至少电动机5、至少电子电路7和制动电路9的管道部分。第二冷却回路或冷却热能回收回路包括第二管道34，用于将流体从与电化学发电机1相关联的传热元件排出到至少电动机5以及至少电子电路7和制动电路9的管道部分。
根据第二冷却回路或冷却热能回收回路，通过外部冷凝器/蒸发器2的流体经由由控制装置控制的阀18和20流到蓄压器3，然后流入压缩机4，在此它被压缩并因此被加热，然后被送至阀24。流体还通过阀18沿第二膨胀孔口12的方向流动。第二流体供应管道30连接到设置在第二膨胀孔口12与内部蒸发器14之间的第四三通阀32，并连接到第二四通阀36的第二入口，而传热元件的第二流体排出管道34通过第三阀38的第二出口并连接到在内部蒸发器14与压缩机4之间设置在内部蒸发器14下游的第五四通阀20的第二入口。由外部冷凝器/蒸发器2提供的能量A在压缩机4中被添加至来自由电化学发电机1以及至少电动机5、至少电子电路7和制动电路9组成的组件的能量。热流体通过阀24进入内部冷凝器6并从内部冷凝器6较冷地流出，以便经由阀21通过第一膨胀孔口8并重新回到外部冷凝器/蒸发器2。
如上所述，多个阀18、20、21、24、28、32、36、37、38、39和41被布置成能够使空调回路与用于电化学发电机1、至少一个电动机5、至少一个电子电路7和制动电路9的第一加热回路和第二冷却回路中的一者或另一者连通。另外，设置了用于控制所述阀18、20、21、24、28、32、36、37、38、39和41的装置，这些装置被布置成允许流体从空调回路循环到第一加热回路或第二冷却回路中。
根据由至少一个温度传感器——该温度传感器与一起或单独控制电化学发电机1、至少电动机5和至少电子电路7或甚至控制制动电路9的装置相关联——测量的温度，流体循环可进入第一加热回路以便加热电化学发电机1、电动机5、电子电路7和制动电路9，或回收热能以加热电化学发电机1、电动机5和电子电路7以及任选的制动电路9。流体循环也可进入第二冷却电路，以便冷却电化学发电机1、电动机5和电子电路7，甚至制动电路9，或回收热能以用于冷却电化学发电机1、电动机5和电子电路7，甚至制动电路9。这最初用于调节电化学发电机1和/或电动机5和/或电子电路7的温度，但也可以用于使用尤其来自电化学发电机1、电动机5和电子电路7的热量或冷量来加热或冷却车辆乘员舱。
如前面参考图1至5所指出的，空调回路也可以在第一环路中在第一膨胀孔口8处包括设置在内部冷凝器6与外部冷凝器/蒸发器2之间的旁路10。在内部蒸发器14处可以设置有用于空调单元的风扇16。第一环路或第二环路和旁路中的循环借助于设置在第一环路和第二环路的交点处的阀18和20以及在第一膨胀孔口8上游设置在第一环路和旁路10的交点处的阀21来管理。这些阀例如是具有至少三通或甚至至少四通的电磁阀。
图7示出了具有电化学发电机1的车辆的新颖热能回收和调节装置的第二实施例，该装置包括车辆乘员舱的HVAC系统的空调回路。如前所述，根据图7中所见的该第二实施例，呈现了用于使用至少一个电动机5和至少一个电子电路7对电化学发电机1进行乘员舱加热和冷却的模式。也可以设想有制动电路9。由于该图7的主要部分包括与图6相同的部件和等效的功能，因此将仅描述与第一实施例的不同之处。
至少一个电动机5和至少一个电子电路7被布置成与电化学发电机1串联连接并且连接到第一加热回路或第二冷却回路。制动电路9也可以与电化学发电机1、一个或多个电动机5和电子电路7串联连接。在此构型中，每个元件——即电化学发电机1、牵引电动机5、电子控制电路7和制动电路9——的温度测量由温度传感器完成，以便提供共同的温度并使得可以从每个用于加热或冷却车辆乘员舱的元件回收热量或冷量，或甚至如前文所述给电化学发电机1充电。
与第一加热回路或第二冷却回路的连接仅通过第二三通阀36和第三三通阀38完成，因为电化学发电机1、牵引电动机5、电子控制电路7和制动电路9串联连接。
图8示出了具有电化学发电机1的车辆的新颖热能回收和调节装置1的第三实施例，该装置包括车辆乘员舱的HVAC系统的空调回路。如前所述，根据图8中所见的该第三实施例，呈现了使用至少一个电动机5、至少一个电子电路7和制动电路9对电化学发电机1进行乘员舱加热和冷却的模式。由于该图8的主要部分包括与图6相同的部件和等效的功能，因此将仅描述与第一实施例的不同之处。
至少一个电动机5、至少一个电子电路7和例如制动电路9被布置成与电化学发电机1串联连接并且通过水作为流体或另一种液体(乙二醇)在其中循环的管道连接。为此，设置了用于循环液体的泵13和在组件的入口处接收液体的交换器11，该组件包括电化学发电机1、电动机5、电子电路7和制动电路9。在接收气态流体的交换器的外部入口处完成与第一加热回路或第二冷却回路的连接。有利地，使用气-液交换器11而不是气体-空气交换器。
如前所述，每个元件——即电化学发电机1、牵引电动机5、电子控制电路7和制动电路9——的温度测量由单个温度传感器完成，以便提供共同的温度并使得可以从每个用于加热或冷却车辆乘员舱的元件回收热量或冷量，或甚至如前文所述给电化学发电机1充电。
自然地，可以设想电动车辆的其它元件，它们设置在空调回路的闭合回路中，尤其用于热能的回收。尤其可以提及与车辆制动电路的连接，其中可使用能够在制动期间发热的电阻器。该电阻器可以被设置成与第一加热回路或第二冷却回路连接。在这些条件下，热量可以被带走或回收，以便在车辆中传输，从而加热乘员舱。连接到制动电路的回路可以通过电阻器与第一加热电路或第二冷却电路直接连接。因此，任何能够加热或冷却电动车辆的元件都可以与空调回路结合使用，以便回收尤其是要传输到车辆乘员舱内的热量或冷量。
自然地，本发明不限于所说明的示例，并且能够有对本领域技术人员而言显而易见的各种变型和改型。随电化学发电机、一个或多个牵引电动机以及控制一个或多个电动机的电子电路已知的其它组合当然是可能的。

Claims (11)

1.一种用于具有电化学发电机(1)的电动车辆的热能回收和调节装置，所述电化学发电机(1)选自包括蓄电池和燃料电池或混合动力源的组，所述调节装置包括车辆乘员舱的HVAC系统的空调回路，流体在所述空调回路中循环，所述空调回路包括至少一个外部冷凝器/蒸发器(2)、压缩机(4)、用于加热乘员舱的内部冷凝器(6)、在所述内部冷凝器(6)与所述外部冷凝器/蒸发器(2)之间设置在所述内部冷凝器(6)下游的第一膨胀孔口(8)、用于冷却乘员舱的内部蒸发器(14)、在所述外部冷凝器/蒸发器(2)与所述内部蒸发器(14)之间设置在所述内部蒸发器(14)上游的第二膨胀孔口(12)，
所述热能回收和调节装置包括所述电化学发电机(1)的第一加热或热能回收回路和所述电化学发电机(1)的第二冷却或热能回收回路，所述流体在所述回路中循环，所述电化学发电机(1)的所述第一加热回路包括用于将流体供应至与所述电化学发电机(1)相关联的传热元件的第一供应管道(22)和用于将流体从所述传热元件排出的第一排出管道(26)，所述第一供应管道(22)连接到设置在所述压缩机(4)与所述内部冷凝器(6)之间的第一出口，所述第一排出管道(26)连接到设置在所述内部冷凝器(6)与所述第一膨胀孔口(8)之间的第一入口，所述电化学发电机(1)的所述第二冷却回路包括用于将流体供应至与所述电化学发电机(1)相关联的传热元件的第二流体供应管道(30)和所述传热元件的第二流体排出管道(34)，所述第二流体供应管道(30)连接到设置在所述第二膨胀孔口(12)与所述内部蒸发器(14)之间的第二出口，所述第二流体排出管道(34)连接到在所述内部蒸发器(14)与所述压缩机(4)之间设置在所述内部蒸发器(14)下游的第二入口，多个阀(24，28，32，20，36，38)被布置为能够使所述空调回路与所述电化学发电机(1)的第一加热回路和第二冷却回路中的一者或另一者连通，并且控制所述阀(24，28，32，20，36，38)的装置被布置为根据所述电化学发生器(1)的温度允许来自所述空调回路的流体在所述第一加热回路中循环，以便加热所述电化学发生器(1)或从所述电化学发电机(1)回收加热热能，以及允许来自所述空调回路的流体在所述第二冷却回路中循环，以便冷却所述电化学发电机(1)或从所述电化学发电机(1)回收冷却热能，
其特征在于，所述热能回收和调节装置还包括至少一个电动机(5)和至少一个电子电路(7)，两者均被布置为连接到与所述电化学发电机(1)连接的所述第一加热回路或所述第二冷却回路，至少所述电动机(5)和至少所述电子电路(7)适于回收加热或冷却热能。
2.根据权利要求1所述的热能回收和调节装置，其特征在于，所述至少一个电动机(5)和所述至少一个电子电路(7)被布置在与连接到所述第一加热回路或所述第二冷却回路的所述电化学发电机(1)并联的电路中。
3.根据权利要求1所述的热能回收和调节装置，其特征在于，所述至少一个电动机(5)和所述至少一个电子电路(7)被布置在与连接到所述第一加热回路或所述第二冷却回路的所述电化学发电机(1)串联的电路中。
4.根据权利要求1所述的热能回收和调节装置，其特征在于，所述至少一个电动机(5)和所述至少一个电子电路(7)被布置在与所述电化学发电机(1)串联的电路中，同时通过流体、如液体在其中循环的管道连接，所述装置还包括用于使液体循环的泵(13)和用于在包括所述电化学发电机(1)、所述电动机(5)和所述电子电路(7)的组件的入口处接收液体的气-液热交换器(11)，并且在所述交换器的接收气态流体的外部入口处与所述第一加热回路或所述第二冷却回路形成连接。
5.根据权利要求1所述的热能回收和调节装置，其特征在于，所述装置包括车辆的制动电路(9)，所述制动电路(9)具有能够在制动期间发热的电阻器，所述电阻器被设置成与所述第一加热电路或所述第二冷却电路连接以回收热能。
6.根据权利要求1所述的热能回收和调节装置，其特征在于，所述至少一个电动机(5)、所述至少一个电子电路(7)和制动电路(9)被布置在与连接到所述第一加热回路或所述第二冷却回路的所述电化学发电机(1)并联的电路中。
7.根据权利要求1所述的热能回收和调节装置，其特征在于所述至少一个电动机(5)、所述至少一个电子电路(7)和制动电路(9)被布置在与连接到所述第一加热回路或所述第二冷却回路的所述电化学发电机(1)串联的电路中。
8.根据权利要求1所述的热能回收和调节装置，其特征在于，所述至少一个电动机(5)、所述至少一个电子电路(7)和制动电路(9)被布置在与所述电化学发电机(1)串联的电路中，同时通过流体、如液体在其中循环的管道连接，所述装置还包括用于使液体循环的泵(13)和用于在包括所述电化学发电机(1)、所述电动机(5)和所述电子电路(7)的组件的入口处接收液体的气-液热交换器(11)，并且在所述交换器的接收气态流体的外部入口处与所述第一加热回路或所述第二冷却回路形成连接。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的热能回收和调节装置，其特征在于，所述制动电路(9)主要包括电阻器，在车辆制动触发后电流通过所述电阻器，所述电阻器在制动期间发热并加热所述电阻器周围的气态或液态流体，以便提供用于加热乘员舱或所述电化学发电机(1)的热能。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的热能回收和调节装置，其特征在于，所述装置包括四个牵引电动机(5)，在车辆的每个车轮中有一个电动机，从而能够为每个车轮实现可靠的独立制动，同时从所述制动电路回收更精确的热能。
11.根据权利要求10所述的热能回收和调节装置，其特征在于，制动电路(9)与每个电动机(5)一起安装在车辆的每个车轮上。
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