CN115342557A - 用于运行机动车辆的具有冷却功率调节的冷却系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行机动车辆的用于冷却至少一个部件的冷却系统(1)的方法。本发明还涉及一种机动车辆的用于冷却至少一个部件的冷却系统(1)以及一种具有这种冷却系统(1)的机动车辆。冷却系统(1)具有冷却剂回路(3)和制冷剂回路(4)，其中冷却剂回路(3)用于冷却至少一个部件(2)，并且制冷剂回路(4)和冷却剂回路(3)经由热交换器(5)相互热耦合，其中冷却剂回路(3)具有用于输送冷却剂回路(3)中的冷却剂的输送装置(6)，其中制冷剂回路(4)的冷却功率是能调节的，其中根据冷却剂的回流温度和/或冷却剂的回流温度的时间进程来进行对制冷剂回路(4)的冷却功率的调节。

Description

用于运行机动车辆的具有冷却功率调节的冷却系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行机动车辆的用于冷却至少一个部件的冷却系统的方法。冷却系统尤其是电动运行的或部分电动运行的机动车辆的冷却系统。本发明还涉及一种机动车辆的用于冷却至少一个部件的冷却系统以及一种具有这种冷却系统的机动车辆。
背景技术
用于机动车辆的冷却系统以各种实施方式已由现有技术所公知。此类冷却系统尤其用于电动或部分电动运行的车辆，即用于混合动力车辆或电动车辆。在这些车辆中，此类冷却系统尤其用于冷却牵引电池和/或功率电子器件。
例如，由DE 10 2010 038 773 A1已知一种用于混合动力车辆或电动车辆的电池冷却系统，该电池冷却系统具有用于在制冷剂回路与冷却剂回路之间进行热传输的冷却器，其中冷却系统具有指配给冷却器的旁路，使得在预定的体积流量的情况下，通过将体积流量减少地或受控地分配到冷却器或旁路的方式能够在冷却器中传输分别所期望的冷却功率。
DE 10 2019 201 427 A1、DE 10 2014 117 950 A1和DE 10 2017 211 134 A1也涉及此类冷却系统。
通常，冷却系统具有制冷剂回路(也被称为初级回路)和冷却剂回路(也被称为次级回路)。在制冷回路中使用合适的制冷剂作为流体。通过适当的循环过程可以产生制冷剂在给定的高压或低压下放出或吸收的冷凝能量和蒸发能量。在此可以主要借助蒸发能量经由热交换器(通常也被称为冷却器)从在次级回路中循环的次级流体中提取热量，由此实现对次级流体的冷却效果。然后借助次级流体通过如下方式对待冷却的部件进行冷却，即，使次级流体从待冷却的部件提取热量同时温度提高。
为了使待冷却的部件安全运行，这些部件典型地必须在确定的温度范围内运行。因此，通常根据分别待冷却的一个部件或多个部件的温度来进行对制冷剂回路的冷却功率的调节，该一个部件或多个部件通过冷却剂回路来冷却。然而成问题的是，尤其在涉及到部分电动或电动运行的车辆的电动驱动系统的部件时，待冷却的部件的温度可能非常动态地变化。尤其，功率电子器件在此经常受到非常动态的温度变化的影响，也就是说受到在短时间尺度上的温度变化的影响。在待冷却的部件在短时间尺度上的温度变化时，对制冷剂回路的冷却功率的调节根据待冷却的部件的温度来进行是不利的，这是因为这也将导致冷却功率发生动态变化，这又将导致能量需求提高，并且还导致冷却系统的构件和部件、尤其是制冷剂回路的负荷提高。例如可能会导致压缩机的振荡、膨胀阀的振荡并且通常导致制冷剂回路的部件和构件的振颤。
发明内容
本发明的目的在于，给出一种用于运行制冷系统的方法，该方法克服上述缺点。此外，本发明的目的在于，给出一种冷却系统，该冷却系统克服上述缺点，该冷却系统尤其可以根据本发明的方法运行。此外，本发明的目的在于，给出一种具有这种冷却系统的机动车辆。
这些目的通过本发明的用于运行冷却系统的方法、冷却系统和机动车辆来实现。
根据本发明的方法用于运行机动车辆的冷却系统。冷却系统用于冷却至少一个部件、尤其是电气化部件，例如牵引电池或功率电子器件。优选地，冷却系统用于冷却多个部件，尤其用于冷却多个电气化部件。冷却系统具有冷却剂回路和制冷剂回路，其中冷却剂回路用于冷却该至少一个部件。制冷剂回路和冷却剂回路经由热交换器热耦合。热交换器用于在冷却剂回路中从冷却剂提取热量，并将热量输送给制冷剂。冷却剂回路具有用于输送冷却剂回路中的冷却剂的输送装置。制冷剂回路的冷却功率是能调节的，其中根据冷却剂的回流温度和/或冷却剂的回流温度的时间进程来进行对制冷剂回路的冷却功率的调节。
在这方面，根据本发明的方法提出，对制冷剂回路的冷却功率的调节根据回流区域内的冷却剂的温度和/或回流区域内的冷却剂的温度的时间进程来进行，即根据待冷却的部件下游且热交换器上游的温度来调节。由于冷却剂占据了相对较大的体积，并且此外，冷却剂的充分混合也发生在冷却剂回路中，而且冷却剂还具有较高的比热容，因此相应待冷却的部件的温度峰值并不导致回流区域中的冷却剂温度突然提高，从而与待冷却的部件的温度相比，冷却剂的温度变化更为迟缓，由此，通过应用回流区域中的冷却剂的温度使得通过冷却剂在一定程度上实现了抑制。尤其，于是待冷却的部件的突然发生的温度变化不导致制冷剂回路的冷却功率的突然调节，而是由于冷却剂的温度进程非常迟缓，使得同样导致制冷剂回路的冷却功率的相对迟缓的重新调节。由此保护了制冷剂回路的构件，并且还实现了稳健并且在能量上得到改进的功率调节，这减少了超压或欠压停机并由此防止冷却系统出现故障。
尤其提出，对冷却功率的调节以如下方式进行，即，为回流温度确定多个温度窗口，并且给相应的温度窗口指配由制冷剂回路待提供的冷却功率。由于温度窗口范围相对较大，例如相应的温度窗口涵盖了几十至几百摄氏度(℃)的范围，因此避免了持续或频繁地重新调节制冷剂回路的冷却功率。
尤其提出，当回流温度超过确定的值和/或回流温度的时间进程超过确定的值时，则提高冷却功率，和/或当回流温度低于确定的值和/或回流温度的时间进程低于确定的值时，则降低冷却功率。
完全可设想的是，设置有多个确定的值，尤其这些确定的值形成相应温度窗口的极限。
被认为是有利的是，附加地根据冷却剂的进流温度(Vorlauftemperatur)和/或冷却剂的进流温度的时间进程来进行对制冷剂回路的冷却功率的调节。该实施方案具有的优点是，提供了对制冷剂回路的足够冷却功率的额外检查，这是因为除了回流温度外，进流温度也被用来调节制冷剂回路的冷却功率。
根据本发明的冷却系统用于冷却至少一个部件，优选多个部件。冷却系统尤其用于执行根据本发明的方法、尤其是该方法的有利的实施方式。冷却系统具有冷却剂回路和制冷剂回路，其中冷却剂回路用于冷却该至少一个部件，并且制冷剂回路和冷却剂回路经由热交换器相互热耦合。冷却剂回路具有用于输送冷却剂回路中的冷却剂的输送装置，其中冷却系统具有用于测量回流区域中的冷却剂的回流温度的温度传感器。冷却系统还具有用于调节制冷剂回路的冷却功率的调节装置，其中调节装置被适配成用于根据冷却剂的回流温度和/或冷却剂回流温度的时间进程来调节制冷剂回路的冷却功率。
关于该冷却系统的优点方面参考上述关于方法的陈述。
优选地，制冷剂回路具有压缩机、冷凝器和膨胀阀。
被认为特别有利的是，冷却系统具有冷却器，尤其冷却器形成热交换器或热交换器是冷却器的组成部分。
被认为有利的是，冷却系统具有用于测量进流区域中的冷却剂的进流温度的另外的温度传感器。
根据本发明的机动车辆具有根据本发明的冷却系统、尤其根据优选实施方式之一的冷却系统。车辆尤其是电动或部分电动运行的机动车辆，就此而言是混合动力车辆或电动车辆。
被认为有利的是，待冷却的部件是电气化部件，例如是电池、功率电子器件、半导体结构元件，优选是绝缘栅双极晶体管(英文：insulated-gate bipolar transistor，简称IGBT)、或控制器。
在根据本发明的解决方案中因此提出，对制冷剂回路的冷却功率的调节根据回流区域中的冷却剂的温度来进行，尤其待冷却的部件的温度不被用来调节冷却功率。
因此，通过测量冷却剂的温度在一定程度上实现了对温度动态的抑制，由此使冷却系统的调节或运行的动态也被抑制。
本发明还具有优点的是，不需要测量待冷却的部件的温度，由此可以取消该部件上的温度传感器，这是因为对冷却功率的调节基于冷却剂的回流温度来进行。根据本发明的解决方案主要是在电动驱动系统的功率电子器件的冷却方面、尤其是在IGBT的冷却方面具有优势，这是因为这些部件由于典型的低热质量而具有特别动态的温度进程，并且典型地在足够低的进流温度的情况下确保了待排出的绝对热量。
附图说明
在以下附图中将借助实施例更详细地阐述本发明，而不受限于此。在附图中：
图1以示意图示出根据本发明的冷却系统的实施方式，
图2示出涉及根据现有技术对制冷剂回路进行调节的两个图表，
图3示出涉及根据本发明的对制冷剂回路的冷却功率进行调节的两个图表。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的冷却系统1，其中冷却系统1具有冷却剂回路3和制冷剂回路4，其中冷却剂回路3用于对三个部件2进行冷却。在此，部件2是电气化部件，例如功率电子器件或功率电子器件的部件或高压电池。制冷剂回路4和冷却剂回路3经由热交换器5相互热耦合。制冷剂回路4具有压缩机9、冷凝器10和膨胀阀11。制冷剂回路4的制冷剂在制冷剂回路4中顺时针循环，如通过箭头12辨识。冷却剂回路3具有用于输送冷却剂回路3中的冷却剂的输送装置6，其中冷却剂在冷却剂回路3中以逆时针循环，如通过箭头13辨识。冷却系统1具有温度传感器7，该温度传感器用于测量回流区域中的冷却剂的回流温度(即在冷却剂进入热交换器5之前的回流温度)。此外，冷却系统1还具有另外的温度传感器8，该温度传感器用于测量进流区域中的冷却剂的进流温度。温度传感器8相应地布置在冷却剂离开热交换器5后的区域中。在冷却系统1的运行中，进流温度低于回流温度。
冷却系统1具有未详细示出的调节装置，该调节装置用于调节制冷剂回路4的冷却功率，其中调节装置被适配成用于根据冷却剂的回流温度和/或冷却剂的回流温度的时间进程来调节制冷剂回路4的冷却功率。
根据冷却剂的回流温度的时间进程进行调节具有的优点是，当记录到冷却剂回路中的冷却剂快速升温时，可以通过该方式来提高制冷剂回路的冷却功率。由此可以避免或抑制热升级。
例如可以通过提高压缩机9的转速和/或改变膨胀阀11的设定来实现对制冷剂回路的冷却功率的调节。
在比较图2和图3时，根据本发明的解决方案的优点将变得明显。图2在上方的图表中示出了曲线16，其中曲线16示出了待冷却部件的温度的时间进程。曲线18示出了当根据部件2的温度调节冷却功率时，制冷剂回路4的冷却功率。图2下方的图表中的曲线17示出了压缩机9的转速，以便实现相应的冷却功率。虚线20示出了制冷剂回路4的关于时间的平均的冷却功率。
如可以从图2的图表中得知，部件2的温度进程是非常动态的，也就是说，在相对较短的时间尺度上发生相对强烈的温度变化。因此，当将部件2的温度考虑用于调节制冷剂回路4的冷却功率时，冷却功率或压缩机转速被相应动态地重新调节。平均来看得到了相对较高的冷却功率，这伴随着相应高的能量消耗。
相比之下，图3示出了根据本发明的解决方案所提供的调节。图3的上方的图表中的曲线19现在未示出待冷却的部件2的温度，而是示出在冷却剂回路3中的冷却剂的回流温度。如从图2和图3的这两个上方的图表或曲线16和19的比较得知，回流温度的时间进程比部件2的温度的时间进程更平滑或更缓和。其原因在于，与部件2相比，冷却剂具有大得多的热质量，并且因此在热方面比部件2更迟缓。虽然部件2的温度升高也使制冷剂回路4的回流处的冷却剂的温度升高，但由于热质量较大，使得温度的时间进程相应地被抑制。根据本发明现在提出，将回流处的冷却剂的温度考虑用于调节制冷剂回路4的冷却功率。因此，与在图2中或由现有技术已知的方法的情况相比，制冷剂回路4的冷却功率的时间进程或压缩机转速也更加迟缓或更缓和。平均后的冷却功率也比根据现有技术的方法的情况更低。
在图3的上方的图表中，附加地绘制了两个温度窗口14和15，其中第一温度窗口14涵盖了相对较低的温度，而温度窗口15涵盖了相对较高的温度，其中这两个温度窗口14、15彼此邻接。相应的温度窗口14、15指配有由制冷剂回路4待提供的冷却功率，其中温度窗口15中的冷却功率高于温度窗口14中的冷却功率。
在此，对冷却功率的调节不仅仅基于绝对的回流温度来进行(即并不仅仅基于回流温度处于哪个温度窗口14、15中来进行)，而是附加地还根据冷却剂的回流温度的时间进程来进行。在此，当回流温度的时间进程(即单位时间的温度变化)超过确定的值时，冷却功率就已经提高了。此外，当回流温度的时间进程低于确定的值时，冷却功率就已经降低了。基于回流温度的时间进程进行的调节具有的优点是，在温度进程出现例如温度快速上升的趋势情况下，在回流温度超过确定的值之前，就已经预防性地提高了冷却功率，以便以该方式防止温度过度提升。
附图标记清单
1 冷却系统
2 部件
3 冷却剂回路
4 制冷剂回路
5 热交换器
6 输送装置
7 温度传感器
8 温度传感器
9 压缩机
10 冷凝器
11 膨胀阀
12 箭头
13 箭头
14 第一温度窗口
15 第二温度窗口
16 曲线
17 曲线
18 曲线
19 曲线
20 曲线

Claims (10)

1.一种用于运行机动车辆的冷却系统(1)的方法，所述冷却系统用于冷却至少一个部件(2)，其中所述冷却系统(1)具有冷却剂回路(3)和制冷剂回路(4)，其中所述冷却剂回路(3)用于冷却所述至少一个部件(2)，并且所述制冷剂回路(4)和所述冷却剂回路(3)经由热交换器(5)相互热耦合，其中所述冷却剂回路(3)具有输送装置(6)，所述输送装置用于输送所述冷却剂回路(3)中的冷却剂，其中所述制冷剂回路(4)的冷却功率是能调节的，其中根据冷却剂的回流温度和/或根据冷却剂的回流温度的时间进程来进行对所述制冷剂回路(4)的冷却功率的调节。
2.根据权利要求1所述的方法，其中对所述冷却功率的调节以如下方式进行：为所述回流温度确定多个温度窗口(14，15)，并且给相应的温度窗口(14，15)指配由所述制冷剂回路(4)待提供的冷却功率。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中当所述回流温度超过确定的值和/或所述回流温度的时间进程超过确定的值时，提高冷却功率，和/或，其中当所述回流温度低于确定的值和/或所述回流温度的时间进程低于确定的值时，降低冷却功率。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中附加地根据冷却剂的进流温度和/或冷却剂的进流温度的时间进程来进行对所述制冷剂回路(4)的冷却功率的调节。
5.一种机动车辆的冷却系统(1)，所述冷却系统用于冷却至少一个部件(2)，所述冷却系统尤其用于执行根据权利要求1至4之一所述的方法，其中所述冷却系统(1)具有冷却剂回路(3)和制冷剂回路(4)，其中所述冷却剂回路(3)用于冷却所述至少一个部件(2)，并且所述制冷剂回路(4)和所述冷却剂回路(3)经由热交换器(5)相互热耦合，其中所述冷却剂回路(3)具有输送装置(6)，所述输送装置用于输送所述冷却剂回路(3)中的冷却剂，其中所述冷却系统(1)具有温度传感器(7)，所述温度传感器用于测量回流区域中的冷却剂的回流温度，其中所述冷却系统(1)具有调节装置，所述调节装置用于调节所述制冷剂回路(4)的冷却功率，其中所述调节装置被适配成用于根据冷却剂的回流温度和/或根据冷却剂的回流温度的时间进程来调节所述制冷剂回路(4)的冷却功率。
6.根据权利要求5所述的冷却系统，其中所述制冷剂回路(4)具有压缩机(9)、冷凝器(10)和膨胀阀(11)。
7.根据权利要求5或6所述的冷却系统，其中所述冷却系统(1)具有冷却器，尤其是所述冷却器形成所述热交换器(5)或所述热交换器(5)是所述冷却器的组成部分。
8.根据权利要求5至7之一所述的冷却系统，其中所述冷却系统(1)具有另外的温度传感器(8)，所述另外的温度传感器用于测量进流区域中的冷却剂的进流温度。
9.一种机动车辆，尤其电动的或部分电动的机动车辆，其中所述机动车辆具有根据权利要求5至8之一所述的冷却系统(1)。
10.根据权利要求9所述的机动车辆，其中待冷却的部件(2)是电气化部件，尤其是电池，功率电子器件，半导体结构元件、优选是IGBT，或者是控制器。
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