CN116278990A - 冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的冷却系统(1)。所述冷却系统(1)包括冷却回路(2)，该冷却回路(2)有第一热源和第二热源(3a、3b)以及第一散热器和第二散热器(4a、4b)。在冷却回路(2)中，热源(3a、3b)和散热器(4a、4b)彼此流体连接。此外，所述第一热源(3a)和所述第一散热器(4a)各自在第一部分回路(2a)中彼此并联连接，并且所述第二热源(3b)和所述第二散热器(4b)各自在第二部分回路(2b)中彼此并联连接。所述两个部分回路(2a、2b)能够彼此液压分离和彼此液压连接。本发明还涉及一种用于操作所述冷却系统(1)的方法。

Description

冷却系统
技术领域
根据权利要求1的前序部分，本发明涉及一种用于车辆，尤其是用于多用途车辆的冷却系统。本发明还涉及一种操作该冷却系统的方法。
背景技术
用于车辆的冷却系统总是必须为能量源和制动系统提供足够的冷却能力。通常，在车辆中使用燃料电池作为能源并使用减速器来制动。减速器能够是连续制动器或离合器，并以液压或电动方式运行。所述减速器通常用于重型多用途车辆，例如卡车或公共汽车。在这种情况下，通常不能够为制动系统提供足够的冷却能力，因为冷却系统中的冷却剂的温度是由燃料电池的最大冷却温度预先确定的。为了避免损坏燃料电池，冷却系统中的冷却剂的温度必须始终保持在燃料电池的最高冷却温度以下。燃料电池的最高冷却温度明显低于制动器的可能冷却温度90-105℃。因此，与具有传统的内燃机的车辆相比，使用燃料电池的车辆中的冷却系统的冷却能力在制动操作期间显著降低。为了增加冷却系统的冷却能力，必须扩大冷却系统，例如散热器和泵。以这种方式扩大的冷却系统是成本密集型的，并且需要增加车辆中的空间。
发明内容
因此，本发明的目的在于为通用类型的冷却系统提供一种改进的或至少替代的实施例，其克服了所描述的不足。本发明的目的还在于提供一种用于操作所述冷却系统的相应方法。
根据本发明，该目的通过独立权利要求的主题来解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。
所述冷却系统被提供用于车辆，尤其是用于多用途车辆。所述冷却系统包括能够被冷却剂流过的冷却回路。所述冷却回路包括待在较低温度水平冷却的第一热源和能够在较高温度水平冷却的第二热源。此外，所述冷却回路包括第一散热器和第二散热器。根据本发明，第一热源和第一散热器在冷却回路的第一部分回路中彼此流体连接，而第二热源和第二散热器在冷却电路的第二部分回路中彼此流体连接。所述第一部分回路和所述第二部分回路能够间或地(at times)完全或几乎完全地彼此液压分离。因此，所述两个部分回路中的每一个都能够被所述冷却液的一部分流过。此外，所述第一部分回路和所述第二部分回路能够间或地完全或几乎完全地彼此液压连接，使得所述两个部分回路能够被所述冷却剂的公共部分共同流过。
在根据本发明的冷却系统中，所述第一热源和所述第二热源能够分别通过所述第一散热器和所述第二散热器同时冷却，而不会发生两个部分回路的冷却剂流的明显混合。因此，所述热源中的每一个都能够在其自身的温度水平下冷却。相反地，在所述第一热源单独运行时，能够通过所述两个散热器冷却第一热源。然后，第二泵是静止的并且所述第二热源不被流过，这导致两个部分回路连接的建立，然后所述两个散热器并联连接。
在根据本发明的冷却系统中，所述两个部分回路能够彼此液压分离并且彼此液压连接，并且所述冷却系统能够至少在制动模式下和正常操作模式下运行。如下文更详细描述的，在制动模式下，第一部分回路和第二部分回路能够间或地完全或几乎完全地彼此液压分离或流体分离。因此，两个部分回路的冷却剂流不会混合，或者只是稍微混合。因此，两个部分回路能够分别由冷却剂的一部分流过，其中冷却剂的两部分以及由此的两个热源能够通过两个散热器不同地冷却。换言之，第一热源然后可以通过第一散热器冷却，第一散热器可以被冷却剂的第一部分流过；第二热源然后可以通过第二散热器冷却，第二散热器可以被冷却剂的第二部分流过。总之，第一热源和第二热源能够在不同的温度水平冷却。因此，所述冷却系统中的第一热源可以在低于第二热源的温度水平冷却，并且因此可以防止第一热源过热。因此，第二热源能够在比第一热源更高的温度水平冷却，并且因此能够显著增加第二部分回路中的冷却能力。此外，能够采用蒸发冷却来冷却第二热源，并且第二部分回路中的冷却能力进一步提高。如下文更详细描述的，在正常操作模式下，第一部分回路和第二部分回路能够间或地完全或几乎完全地彼此液压连接或流体连接。因此，两个部分回路能够由冷却剂的公共部分共同流过，并且因此，冷却剂的公共部能够由第一散热器和/或第二散热器冷却。因此，第一热源能同时接近两个散热器，并且从而在正常操作模式下被集中冷却。在正常操作模式下，两个散热器尤其能够彼此并联连接。
此处使用术语“几乎完全地液压分离”和“几乎完全地液压连接”是为了澄清：在冷却系统中，不能排除上述模式之一中的泄漏流。因此，在制动模式下，泄漏流能流过两个部分回路，如在正常操作模式下所提供的那样。类似地，在正常操作模式下，彼此分离的泄漏流能在两个部分回路中彼此分离地流动，正如在制动模式下提供的那样。不过，所述泄漏流如此之低，使得制动模式和正常操作模式受这些泄漏流的影响很小，并且彼此之间保持区别。
此处，所述第一热源尤其能够是车辆的燃料电池，并且所述第二热源尤其能够是车辆的减速器。为了增加温度水平之间的差异，所述第一散热器能够相对于气流方向连接在所述第二散热器的上游。然后，所述两个散热器在气流方向上能部分重叠或完全重叠。此处，相应的散热器实际上能够是冷却剂-空气散热器。所述冷却剂尤其能够是液体。通过将第一散热器连接在第二散热器的上游，由于较高的驱动温度梯度，第一部分回路中冷却剂的冷却能比第二部分回路中的更强烈或更快。此外，所述两个散热器在冷却系统中并联连接，使得冷却回路中的压力损失能够减少。因此，可以省略冷却系统中更高效的或附加的泵。
总之，在制动模式下，根据本发明的冷却系统能够实现与具有内燃机的传统车辆中的冷却能力相当的冷却能力。因此，能节省安装空间、重量和成本，并且实现冷却能力方面的最佳成本-效益比。
有利的是，所述冷却回路能包括第一泵和第二泵。然后所述第一泵直接连接在第一部分回路中第一热源的下游或上游，所述第二泵直接连接在第二部分回路中第二热源的下游或上游。本文中的术语“直接”是指相应的泵和相应的热源连接到两个相邻分支节点之间的公共流动管线。此处，所述第一泵和所述第二泵的调节方式使得所述两个部分回路能够完全或几乎完全地彼此液压分离，并且能够完全或几乎完全地彼此液压连接。
此处，尤其是在制动模式下会发生所述液压分离，如下文的更详细描述。在制动模式下，所述第一热源和所述第二热源在不同的温度水平冷却。为此，能够对两个泵中的泵压力和冷却剂的质量流量(mass flow)进行调节使得避免或至少最小化所述部分回路之间的相互影响。
在正常运行模式下仅打开第一热源并且关闭第二热源，如下文的更详细描述。因此，不需要冷却第二热源并且能够关闭第二泵。为了避免在第二泵关闭的情况下第二热源被流过，能将止回阀直接连接在第二热源的下游或上游，或者将泵直接连接在第二热源的下游或上游。本文中的术语“直接”是指第二热源和止回阀连接到两个相邻分支节点之间的公共流动管线。不过，所述止回阀能防止流过第二热源的流动，并且因此能减少冷却回路中的压力损失。
所述两个泵和通向泵的流动管线能有利地组合成一个模块。可选地，所述两个泵能由具有公共轴和用于调节不同转速的磁性联轴器的双泵实现。也可以设想，所述两个泵分别由带有粘性联轴器的泵(即所谓的粘性泵)实现，并通过公共电机进行操作。
有利的是，所述冷却回路能包括提前截止阀(advance shut-off valve)和回流截止阀(return shut-off valve)。所述提前截止阀和所述回流截止阀能够连接在所述两个部分回路之间。所述两个部分回路能够通过提前截止阀和回流截止阀彼此液压分离。与上述两个泵类似，所述提前截止阀和所述回流截止阀能在制动模式下将所述两个部分回路彼此分离(如下详细描述)，并在正常操作模式下将它们彼此连接(如下详细描述)。
有利的是，所述第一部分回路能包括预热旁通管线和预热旁通阀，该预热旁通管线与第一散热器并联连接以绕过第一散热器。所述预热旁通管线能通过所述预热旁通阀关闭和打开。优选地，所述预热旁通阀能够是切换阀或调节阀或恒温阀。然后，此处的冷却系统能在预热模式下运行，如下文的更详细描述。在预热模式下，通过预热旁通阀和预热旁通管线的打开，第一散热器和第二部分回路能与第一热源分离。因此，冷却剂能绕过第一散热器并流过第一热源和预热旁通管线，并且因此而加热或被加热。在制动模式或正常操作模式下，所述预热旁通管线实际上能被关闭。
替代地或附加地，所述第二部分回路能包括散热器旁通管线和散热器旁通阀，该散热器旁通管线与第二散热器并联连接以绕过(bypass)第二散热器。此处，所述散热器旁通管线能通过所述散热器旁通阀关闭和打开。借助于所述散热器旁通阀，冷却剂的质量流量能在第二散热器和散热器旁通管线之间分配，并且因此第二散热器的冷却能力能根据需要调整。
本发明还涉及用于操作上述冷却系统的方法。此处，所述冷却系统包括直接连接在第一热源的上游或下游的第一泵和直接连接在第二热源的上游或下游的第二泵。本文中的术语“直接”是指相应的泵和相应的热源连接到两个相邻分支节点之间的公共流动管线。如上所述，所述第一热源尤其能够是燃料电池，以及所述第二热源尤其是减速器。相应的散热器尤其能够是冷却剂-空气散热器。冷却剂尤其能够是液体。此处，所述冷却系统能在制动模式、正常操作模式和预热模式下运行。
在制动模式下，第一热源和第二热源打开，并在不同的温度水平冷却。此处，第一热源能够处于空载模式。在制动模式下，第一泵和第二泵被打开，并且第一部分回路和第二部分回路(如上所述)间或地完全或几乎完全地液压分离。因此，第一部分回路由冷却剂的第一部分流过，第二部分冷却回路由冷却剂的第二部分流过。通过适当地调节连接在所述两个部分回路中的泵的泵转速，冷却剂流的混合程度能保持在较低水平，并且第一部分回路中的冷却剂的第一部分的温度被调节到低于第二部分回路中的冷却剂的第二部分的温度。因此，第一热源能在较低的温度水平冷却，而第二热源能在较高的温度水平冷却。如此，一方面能够防止第一热源的过热和损坏，另一方面能够提高第二热源的冷却能力。
在正常运行模式下，仅打开第一热源并进行冷却。相反地，第二热源被关闭并且不需要冷却。在正常操作模式下，第一部分回路和第二部分回路间或地完全或几乎完全地彼此液压连接。此外，第一泵被打开，第二泵被关闭。第一部分回路和至少第二部分回路的部分区域由冷却剂的公共部分流过。在第一部分回路中，第一热源和第一散热器被流过。由于所述两个部分回路不再是液压分离的，因此第二部分回路也能被完全或至少部分地流过。因此，通过直接连接在第二热源下游或上游的止回阀，能防止停用的第二热源被流过。第二散热器也能被流过或者通过与第二散热器并联连接的散热器旁通管线被绕过。当第二散热器被流过时，第一热源能通过两个散热器冷却，并且因此第一热源的温度水平保持足够低。借助于散热器旁通管线，第二散热器的冷却能力可以被另外调节。
在预热模式下，第一热源打开，第二热源关闭。此外，第一泵被打开，而第二泵被关闭。另外，第二部分回路和第一散热器通过预热旁通阀与第一热源分离，并且不被流过。因此，在预热模式下，只有第一热源和与该热源相对的并联连接的预热旁通管线被流过。优选地，所述预热旁通阀能够是切换阀或调节阀或恒温阀。由于预热模式下的质量减少，并且防止了两个散热器被流过，因此冷却剂的加热速度更快。由此，第一热源能快速达到工作温度。
本发明的其他重要特征和优点从从属权利要求、附图以及结合附图的相关附图描述中得知。
应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和仍将在下文中解释的特征不仅能用于所述的各个组合中，还能用于其他组合或其自身。
附图说明
本发明的优选示例性实施例在附图中示出并在以下的描述中更详细地解释，其中相同的附图标记涉及相同或相似或功能相同的部件。
分别示意性地示出：
图1是根据本发明的第一实施例中的冷却系统的电路图；
图2是根据本发明的第二实施例中的冷却系统的电路图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施例中的冷却系统1的电路图。图中的冷却系统1包括具有第一部分回路2a和第二部分回路2b的冷却回路2。在第一部分回路2a中，第一热源3a和第一散热器4a彼此流体连接，并且在第二部分回路2b中，第二热源3b和第二散热器4b彼此流体连接。此外，第一热源3a、第二热源3b、第一散热器4a和第二散热器4b在冷却回路2中彼此流体连接。换言之，两个部分回路2a和2b在冷却回路2中彼此流体连接。
冷却系统1被提供用于车辆，尤其是用于多用途车辆。第一热源3a尤其能够是燃料电池，并且第二热源3b尤其能够是减速器或制动电阻器或其他制动系统。第一散热器4a和第二散热器4b是冷却剂-空气散热器。冷却剂优选为液体。
冷却回路1包括第一泵5a和第二泵5b。第一泵5a直接连接在第一部分回路2a中的第一热源3a下游，第二泵5b直接连接在第二热源3b的下游。不过，也可以设想，第二泵5b直接连接在第二热源3b的上游。此外，第一部分回路2中的止回阀6直接连接在第一热源3a的下游。
此外，第一部分回路2a包括预热旁通管线7和预热旁通阀8。预热旁通管线7与第一热源3a和第一散热器4a相对地并联连接，并且能在旁通模式下被流过。预热旁通阀8能切换，使得能通过预热旁通管线7绕过第一散热器4a。第二部分回路2b包括散热器旁通管线9和散热器旁通阀10。不过，基本上也可以省略掉一个散热器旁通管线9。散热器旁通管线9与第二热源相对地并联连接，并与第二散热器4b并联连接。此处，散热器旁通阀10能切换，使得能通过散热器旁通管线9绕过第二散热器4b。如果在第二热源3b中不需要对冷却剂的温度进行恒温调节，那就能省略掉散热器旁通管线9和散热器旁通阀10。这样，能简化冷却系统1。
两个散热器4a和4b可以在气流方向SR上被空气流过。然后，第一散热器4a和第二散热器4b可以沿气流方向SR完全或在部分区域中彼此重叠，其中第一散热器4a相对于气流方向SR连接在第二散热器4b的上游。在第二散热器4b的背面，还布置了能够促进空气流过第二散热器4b的鼓风机11。还可以设想，在第二散热器4b背面布置另一鼓风机(此处未示出)。两个泵5a和5b以及止回阀6能组合在公共模块14中——如虚线所示。因此，产生了成本优势并简化了冷却系统1的组装。此外，模块14包括通向第一热源3a、第二热源3b、预热旁通管线7、第一散热器4a和第二散热器4b的五个液体连接。
图2示出了根据本发明的第二实施例中的冷却系统1的电路图。在第二实施例中，冷却回路2包括提前截止阀12和回流截止阀13。提前截止阀12和回流截止阀13连接在两个部分回路2a和2b之间，并且能够将两个部分电路2a和2b彼此液压分离。
无论实施例如何，冷却系统1都能通过根据本发明的方法在制动模式、正常操作模式和预热模式下运行。
在制动模式下，第一热源3a和第二热源3b打开，并且在不同的温度水平被冷却。泵5a和5b被打开，并且部分回路2a和2b彼此液压分离。在冷却系统1的第一实施例中，能适当地调节两个泵5a和5b中的泵压力和冷却剂的质量流量。在第二实施例中，提前截止阀12和回流截止阀13能被关闭。由此，第一部分回路2a由冷却剂的第一部分流过，第二部分回路2b由冷却剂的第二部分流过。冷却剂的两部分可以具有不同的温度，并且由此，热源3a能在较低的温度水平冷却，而第二热源3b能在较高的温度水平冷却。由此，能防止第一热源3a过热，并且提高第二部分回路2b中的冷却能力。第二部分回路2b中的冷却能力能借助于散热器旁通阀10来调节。
在正常运行模式下，第一热源3a打开，第二热源3b关闭。因此，在正常运行状态下，只有第一热源3a需要冷却。第一部分回路2a和第二部分回路2b在此没有彼此液压分离，并且由冷却剂的公共部分流过。为此，在第一实施例中关闭第二泵5b，并且在第二实施例中关闭第二泵5b，并且打开提前截止阀12和回流截止阀13。相反地，第一泵5a被打开。因此，在正常运行模式下，冷却剂能流过第一热源3a和第一散热器4a。第二散热器4b能被流过或通过散热器旁通管线9被绕过。此处，如果适用，流经第二热源3b的流被止回阀6阻止。
在预热模式下，第一热源3a打开，并且第二热源3b关闭。在预热模式下，第二泵5b被关闭，并且预热旁通阀10被切换使得第二部分回路2b和第一散热器4a不被流过。相反地，第一泵5a被打开并且通过第一热源3a和预热旁通管线7输送减少的部分冷却剂。

Claims (11)

1.一种用于车辆的冷却系统(1)，所述车辆尤其是多用途车辆，
-其中，所述冷却系统(1)包括能够被冷却剂流过的冷却回路(2)，
-其中，所述冷却回路(2)包括待在较低温度水平冷却的第一热源(3a)、第一散热器(4a)、能在较高温度水平冷却的第二热源(3b)和第二散热器(4b)，
其特征在于
-在所述冷却回路(2)的第一部分回路(2a)中，所述第一热源(3a)和所述第一散热器(4a)彼此流体连接，并且在所述冷却回路(2)的第二部分回路(2b)中，所述第二热源(3b)和所述第二散热器(4b)彼此流体连接，和
-所述第一部分回路(2a)和所述第二部分回路(2b)能够间或地完全或几乎完全地彼此液压分离，使得所述两个部分回路(2a、2b)能分别被所述冷却剂的一部分流过，和
-所述第一部分回路(2a)和所述第二部分回路(2b)能够间或地完全或几乎完全地彼此液压连接，使得所述两个部分回路(2a、2b)能被所述冷却剂的公共部分共同流过。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于
-所述冷却回路(2)包括第一泵(5a)和第二泵(5b)，
-所述第一部分回路(2a)中的第一泵(5a)和所述第二部分回路(2b)中的第二泵(5b)分别直接连接在所述第一热源(3a)和所述第二热源(3b)的下游或上游，和
-所述两个泵(5a、5b)能够被调节，使得所述两个部分回路(2a、2b)能够完全或几乎完全地彼此液压分离，并且能够完全或几乎完全地彼此液压连接。
3.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于
-所述冷却回路(2)包括提前截止阀(12)和回流截止阀(13)，
-所述提前截止阀(12)和所述回流截止阀(13)连接在所述两个部分回路(2a、2b)之间，和
-所述两个部分回路(2a、2b)能够通过所述提前截止阀(12)和所述回流截止阀(13)彼此液压分离。
4.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于
-所述第一部分回路(2a)包括预热旁通管线(7)和预热旁通阀(8)，所述预热旁通管线(7)与所述第一散热器(4a)并联连接以绕过所述第一散热器(4a)，所述预热旁通阀(8)优选为切换阀或调节阀或恒温阀，其中所述预热旁通管线(7)能通过所述预热旁通阀(8)关闭和打开，和/或
-所述第二部分回路(2b)包括散热器旁通管线(9)和散热器旁通阀(10)，所述散热器旁通管线(9)与所述第二散热器(4b)并联连接以绕过所述第二散热器(4b)，其中所述散热器旁通管线(9)能通过所述散热器旁通阀(10)关闭和打开。
5.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于
止回阀(6)直接连接在所述第二热源(3b)的下游或上游，或者泵(5b)直接连接在所述第二热源(3b)的下游或上游。
6.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于
-所述第一散热器(4a)相对于气流方向连接在所述第二散热器(4b)的上游，和/或
-所述第一散热器(4a)和所述第二散热器(4b)相对于气流方向部分地或完全地彼此重叠。
7.一种用于操作根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统(1)的方法，其中，所述冷却系统(1)包括直接连接在所述第一热源(3a)的上游或下游的第一泵(5a)和直接连接在所述第二热源(3b)的上游或下游的第二泵(5b)，并且其中所述冷却系统(1)能够在制动模式、正常操作模式和预热模式下运行。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于
所述冷却系统(1)在制动模式下运行，其中在制动模式下：
-所述第一泵(5a)和所述第二泵(5b)打开；
-所述第一部分回路(2a)和所述第二部分回路(2b)间或地完全或几乎完全地彼此液压分离；
-所述第一部分回路(2a)被所述冷却剂的第一部分流过，所述第二部分回路(2b)被所述冷却剂的第二部分流过；
-所述第一部分回路(2a)中的所述冷却剂的第一部分的温度低于所述第二部分回路(2b)中的所述冷却剂的第二部分的温度。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于
所述冷却系统(1)在正常操作模式下运行，其中在正常操作模式下：
-所述第一泵(5a)打开，并且所述第二泵(5b)关闭；
-所述第一部分回路(2a)和所述第二部分回路(2b)间或地完全或几乎完全地彼此液压连接；
-所述第一部分回路(2a)和至少所述第二部分回路(2b)的部分区域被所述冷却剂的公共部分流过。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于
在正常操作模式或制动模式下，所述第二散热器(4b)被流过或通过散热器旁通管线(9)被绕过。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于
所述冷却系统(1)在预热模式下运行，其中在预热模式下：
-所述第二泵(5b)关闭；
-所述第二部分回路(2b)和所述第一散热器(4a)通过预热旁通阀(8)与所述第一热源(3a)分离并且不被流过；
-所述第一泵(5a)打开；
-所述第一热源(3a)和与所述第一热源(3a)并联连接的预热旁通管线(7)被流过。
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