CN116278991A - 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)。冷却系统(1)包括冷却回路(2)，该冷却回路具有第一和第二热源(3a、3b)以及第一和第二散热器(4a、4b)。在冷却回路(2)中，热源(3a、3b)和散热器(4a、4b)彼此串联连接。液压开关(6)将冷却回路(2)分成两个部分回路(2a、2b)。每个相应的部分回路(2a、2b)包括相应的热源(3a、3b)和相应的散热器(4a、4b)。本发明还涉及一种用于运行冷却系统(1)的方法。

Description

冷却系统
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于车辆，特别是用于多用途车辆的冷却系统。本发明还涉及一种用于运行冷却系统的方法。
背景技术
车辆的冷却系统总是必须为能源和制动器提供足够的冷却能力。当在车辆中使用燃料电池作为能源和用于制动的减速器时，通常不能在制动期间提供足够的冷却能力。这是由于冷却系统中冷却剂的温度由燃料电池的最高冷却温度预先确定的事实。因此，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低于燃料电池的最高冷却温度。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至105℃。因此，与具有传统内燃机的车辆相比，具有燃料电池的车辆中的冷却系统的冷却能力显著降低。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，并且在车辆中具有增加的空间需求。
发明内容
因此，本发明的目的是，对于一般类型的冷却系统，提出一种用以克服所述缺点的改进的或至少可替代的实施例。本发明的目的还在于提供一种用于运行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。有利实施例是从属权利要求的主题。
冷却系统被提供用于车辆，特别是用于多用途车辆。这里，冷却系统包括能够被冷却剂流过的冷却回路。冷却回路包括待在较低温度水平下冷却的第一热源和能够在较高温度水平下冷却的第二热源。此外，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、第一散热器、第二热源和第二散热器在冷却回路中串联连接。此外，冷却回路包括液压开关，其将冷却回路分成具有第一热源和第一散热器的第一部分回路和具有第二热源和第二散热器的第二部分回路。
在根据本发明的冷却系统中，两个部分回路能够借助于液压开关几乎完全液压地彼此分离，并且能够几乎完全地液压地彼此连接。因此，根据本发明的冷却系统能够至少在制动模式和正常模式下运行。在制动模式下，如下文所详述的，第一热源和第二热源能够在不同的温度水平下冷却。因此，冷却系统中的第一热源能够在比第二热源更低的温度水平下冷却，从而能够防止第一热源过热。因此，第二热源能够在比第一热源更高的温度水平下冷却，从而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，并且冷却能力另外增加。
使用根据本发明的冷却系统，能够在制动模式下为第二热源(例如水冷式减速器)提供显著更大的冷却能力。为此目的所需的第二部分回路中的较高温度水平是通过将第二部分回路与第一部分回路在很大程度上去耦而实现的。因此，第一热源(例如燃料电池)上的第一部分回路中的温度水平可能显著低于第二部分回路的温度水平。在这两个部分回路中不能同时出现高冷却能力。因此，根据本发明的冷却系统中的最大可实现的冷却能力被用于满足要求和有效。
在正常运行模式下，如下文更详细描述的，必须冷却第一热源。在冷却能力要求低的情况下，第一热源能够利用第一散热器，并且在较高冷却能力要求的情况下由于冷却回路中的串联连接，第一热源能够同时利用两个散热器，从而被强烈地冷却。
第一热源能够特别是车辆的燃料电池，并且第二热源能够特别地是车辆的减速器。为了增大温度水平之间的差异，第一散热器能够相对于空气流动方向连接在第二散热器的上游。在此过程中，两个散热器能够在气流方向上部分或完全彼此重叠。这里，相应的散热器实际上能够是冷却剂空气散热器。冷却剂尤其能够是液体。
总体上，在制动模式期间，在根据本发明的冷却系统中能够实现与具有内燃机的常规车辆中的冷却能力相当的冷却能力。在这里，能够节省安装空间、重量和成本，并实现与冷却能力相关的最佳成本利用率。
有利地，第一部分回路中的第一泵能够与第一热源和第一散热器串联连接，而第二部分回路中的第二泵能够与第二热源和第二散热器串联连接。这里能够设想，两个泵和通向泵的线路被组合成模块。或者，两个泵能够通过具有公共轴和用于调节两个泵中彼此不同的转速的联轴器(coupling)的双泵来实现。另外能够想到的是，两个泵各自由具有粘性联轴器的泵来实现，并且能够利用共同的电机运行。有利地，两个泵能够各自具有可调节的叶轮几何形状，用于可变地调节冷却剂的质量流。
第一部分回路能够经由引入开关的第一入口和引出开关的第一出口流体地连接到液压开关。第二部分回路能够通过引入开关的第二入口和引出开关的第二出口流体地连接到液压开关。然后，液压开关中冷却剂的流动和混合能够根据两个泵的调节的质量流和/或调节的泵压力和/或调节的转速来进行。液压开关中冷却剂的混合程度也能够由液压开关的内部结构共同影响(co-influenced)。特别是，冷却剂的混合可能受到位于两者之间的适当组件的影响，例如穿孔板状和/或导流中间壁。因此，混合的程度主要取决于两个泵的调节的质量流和/或调节的泵压力和/或调节的转速以及液压开关的内部几何形状和尺寸，并且能够适当地调整和影响。此外，如果需要，能够在冷却系统中提供的阀的位置也很重要。
有利地，第一部分回路能够包括与第一热源并联连接的预热旁通线路和预热旁通阀。预热旁通阀能够优选地是切换阀或调节阀或恒温器阀。在此，能够通过预热旁通阀关闭和打开预热旁通线路。当通过预热旁通阀打开预热旁通线路时，只能流过第一热源和预热旁通线路。当通过预热旁通阀关闭预热旁通线路时，整个冷却回路能够被流过，而预热旁通线路不能被流过。
可替代地或附加地，第二部分回路能够包括与第二散热器并联连接的散热器旁通线路和散热器旁通阀。在那里，能够通过散热器旁通阀关闭和打开散热器旁通线路。当通过散热器旁通阀打开散热器旁通线路时，第二散热器被绕过。当散热器旁通线路通过散热器旁通阀关闭时，第二散热器被流过。通过散热器旁通阀，冷却剂的质量流能够在第二散热器和散热器旁通线路之间分配。如果能够容忍第一热源和/或第二热源的过冷，则散热器旁通线路和散热器旁通阀能够被省略。
可替代地或附加地，第二部分回路能够包括热源旁通线路和与第二热源并联连接的热源旁通截止阀。热源旁通线路能够通过热源旁通截止阀关闭和打开。当热源旁通线路关闭时，第二热源能够被流过。当热源旁通线路打开时，能够绕过第二热源。在正常运行模式下，如下文所述，第二热源能够被绕过，从而避免了关闭第二热源的冷却剂侧的压力损失。
本发明还涉及用于运行上述冷却系统的方法。这里，第一部分回路中的第一泵和第二部分回路中第二泵串联连接。这里，冷却系统能够在制动模式和/或正常运行模式和/或预热模式下运行。如上所述，第一热源能够特别是燃料电池，第二热源特别是减速器。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。
在制动模式下，第一热源和第二热源能够被冷却剂流过，并且能够将热量传递给冷却剂。两个热源在不同的温度水平下冷却。这里，第一热源能够处于空载模式。在那里，第一泵和第二泵在制动模式下打开。液压开关中冷却剂的流动和混合取决于两个泵的调节的质量流和/或调节的泵压力和/或调节的转速。通过两个泵的适当调节，冷却剂在液压开关中从第一入口流到第一出口，并从第二入口流到第二出口。因此，第一部分回路和第二部分回路几乎完全液压分离，并且第一部分回路被冷却剂的第一部分流过，第二部分回路被冷却剂的第二部分流过。
换言之，在制动模式下，第一热源和第一散热器被第一部分回路中的冷却剂的第一部分流过，而第二热源和第二散热器由第二部分回路中冷却剂的第二部分几乎彼此独立地流过。在液压开关中，两部分冷却剂的混合另外发生，并且液压开关下游的冷却剂的第二部分具有比液压开关上游更低的温度。在制动模式下，第一部分回路中的冷却剂的第一部分的温度能够变得低于第二部分回路中冷却剂的第二部分的温度。因此，第一热源能够在较低的温度水平下冷却，而第二热源能够在较高的温度水平下冷却。一方面，由此能够防止第一热源过热和损坏，另一方面能够增加对第二热源的冷却能力。
在制动模式下，第一热源上游的冷却剂的温度能够有利地受到泵的输送速率的共同影响，并且通过降低第二泵的输送速度来避免第一热源的过热。
在正常运行模式下，仅打开并冷却第一热源。相反，第二热源被关闭并且不需要冷却。在正常运行模式下，当要求高冷却能力且关闭第二热源时，第一泵和第二泵打开。液压开关中的冷却剂流动和混合的调节取决于两个泵的调节的质量流和/或调节的泵压力和/或调节的转速。通过适当地调节两个泵，冷却剂在液压开关中几乎完全从第一入口流到第二出口，并且几乎完全从第二入口流到第二出口。第一部分回路和第二部分回路通过液压开关几乎完全液压连接，并且第一部分回路与第二部分回路被冷却剂的公共部分流过。
在正常运行模式下，在高冷却能力要求的情况下，第一热源、第一散热器和第二散热器因此一个接一个地串联地被流过。在正常运行模式下，关闭的第二热源能够被流过或通过与第二热源并联的热源旁通线路被绕过。由于第二散热器被流过，第一热源能够通过两个散热器冷却，因此第一热源的温度水平保持足够低。通过散热器旁通线路，第二散热器的冷却能力能够被另外调节。
或者，在具有低冷却能力要求的正常运行模式下，打开第一泵，关闭第二热源和第二泵。根据第一泵的调节的质量流和/或调节的泵压力和/或调节的转速来调节液压开关中冷却剂的流动和混合。通过适当地调节第一泵，冷却剂在液压开关中从第一入口流到第一出口，并从第二入口流到第二出口。因此，第一部分回路和第二部分回路几乎完全液压分离，其中第一部分回路被冷却剂的第一部分流过，并且由于第二泵关闭，冷却剂的第二部分几乎没有流过第二部分回路。
在冷却能力要求较低的正常运行模式下，能够关闭第二泵，仅打开第一泵。在第一热源的冷却能力要求较高的情况下，能够额外打开第二泵(如上所述)，两个散热器能够较高的冷却剂流量流过。通过两个泵的特别有利的匹配以及两个部分回路的液压特性彼此匹配，液压开关中的混合最小，并且对第一热源的冷却能力最大。这里，通过两个散热器的流大致串联。在正常运行模式下，当第二热源的热源旁通线路被额外打开时，能够以高的冷却能力要求实现最大冷却能力。此外，能够通过可能存在的蒸发冷却和可能可用的风扇的最大额外启动来增加冷却能力。
在正常运行模式和制动模式下，第二散热器能够被流过或通过散热器旁通线路至少部分地被绕过。此外，在正常运行模式下的第二热源能够被流过或通过热源旁通线路被绕过。
在预热模式下，仅打开第一热源并进行加热。相反，第二热源被关闭。在预热模式下，第一泵打开，第二泵关闭。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，并且没有被流过。预热旁通阀能够是例如恒温器阀。然后，只有第一热源和与热源并联连接的预热旁通线路在冷却回路中被流过。实际上，第一泵也被流过。在预热模式下，冷却剂的一小部分或减少的热质量流过第一热源，并且冷却剂能够被快速加热。因此，第一热源能够快速达到工作温度。
本发明的其他重要特征和优点从从属权利要求、从附图以及通过附图的相关附图描述中获得。
应当理解的是，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够在各自的组合状态中使用，还能够在其他组合中使用或单独使用。
附图说明
本发明的优选示例性实施例在附图中示出，并且在以下描述中更详细地解释。
图1显示了根据本发明的冷却系统1的回路图。
具体实施方式
唯一的图1显示了根据本发明的冷却系统1的回路图。这里，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。在冷却回路2中，第一热源3a、第二热源3b、第一散热器4a和第二散热器4b彼此串联连接。这里，两个部分回路2a和2b通过液压开关6彼此分离，在第一部分回路2a中第一热源3a和第一散热器4a以及在第二部分回路2b中第二热源3b和第一散热器4b彼此串联连接。
冷却系统1被提供用于车辆，特别是用于多用途车辆。第一热源3a尤其能够是燃料电池，第二热源3b尤其能够是减速器。第一散热器4a和第二散热器4b能够是冷却剂空气散热器。冷却剂优选为液体。
冷却回路2包括第一泵5a和第二泵5b。在第一部分回路2a中，第一泵5a直接连接在第一热源3a的下游。在本文中，术语“直接”意味着泵5a和相应的热源3a连接在两个相邻分支节点之间的公共流路上。在第二部分回路2b中，第二泵5b连接在第二热源3b的上游。
此外，第一部分回路2a包括预热旁通线路7和预热旁通阀8，预热旁通线路7与第一热源3a并联连接。当通过预热旁通阀8打开预热旁通线路7时，剩余的散热器回路2与第一热源3a流体地分离，并且只有第一热源3a和预热旁通线路7能够被流过。当通过预热旁通阀8关闭预热旁通线路7时，整个冷却回路2能够被流过，而预热旁通线路7不能被流过。
第二部分回路2b包括散热器旁通线路9和散热器旁通阀10。预热旁通线路9与第二散热器4b并联连接。当通过散热器旁通阀10打开散热器旁通线路9时，第二散热器4b被绕过。当通过散热器旁通阀10关闭散热器旁通线路9时，第二散热器4b被流过并冷却剂被冷却。
此外，第二部分回路2b包括热源旁通线路11和热源旁通截止阀12。热源旁通线路11与第二热源3b并联连接，热源旁通截止阀12设置在热源旁通线路11中。当热源旁通线路11打开时，第二热源3b能够被绕过。当热源旁通线路11关闭时，第二热源3b能够被流过或不被绕过。
两个散热器4a和4b能够在空气流动方向SR上被空气流过。这里，第一散热器4a和第二散热器4b能够沿空气流动方向SR彼此完全或部分重叠，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。在散热器4a和4b的后面，设置了一个或更多个鼓风机13，其能够加强通过散热器4a和4b的空气流。
在该示例性实施例中，两个泵5a和5b以及液压开关6被组合成公共模块14——如虚线所示。然而，基本上，两个泵5a和5b以及液压开关6能够彼此独立地安装。这里，模块14包括引入第一热源3a、第二热源3b、预热旁通线路7、第一散热器4a和第二散热器4b的五个液体连接部。
无论实施例如何，冷却系统1都能够通过根据本发明的方法在制动模式和/或正常运行模式和/或预热模式下运行。
在制动模式下，两个热源3a和3b以及两个泵5a和5b打开。通过两个打开的泵5a和5b以及液压开关6，两个部分回路2a和2b几乎完全液压地彼此分离。然而，在液压开关6中继续发生冷却剂的混合。因此，两个部分回路2a和2b被几乎完全彼此分离的部分冷却剂流过。从液压开关6中的平均温度水平开始，利用第一泵5a将冷却剂抽吸通过第一散热器4a。在第一散热器4a中，冷却剂被冷却，然后流过第一热源3a。在制动模式下，两个热源3a和3b能够在不同的温度水平下被适当地冷却。因此，第一热源3a能够在较低的温度水平下冷却，而第二热源3b能够在较高的温度水平上冷却。因此，能够防止第一热源3a过热，并且增加了对第二热源3b的冷却能力。
在正常运行模式下，第一热源3a被打开，第二热源3b被关闭。因此，仅第一热源3a必须被冷却。在冷却能力要求低的情况下，此时，第一泵5a被打开，而第二泵5b被关闭。然后调节第一泵5a，使得两个部分回路2a和2b几乎完全液压地彼此分离。然而，在液压开关6中继续发生冷却剂的混合。这里，第一部分回路2a被流过，并且由于第二泵5b关闭，因此第二部分回路2b几乎没有被流过。第一热源3a的冷却仅由第一散热器4a负责。
在高冷却能力要求下，两个泵5a和5b在正常运行模式下打开。这里，调节泵5a和5b，使得部分回路2a和2b或整个冷却回路2由冷却剂的公共部分流过。然而，在液压开关6中继续发生冷却剂的混合。这里，两个散热器4a和4b以串联的方式被冷却剂流过，并且第一热源3a被两个散热器4a和4b冷却。在此过程中，第二热源3b能够被流过或通过热源旁通线路11被绕过，第二散热器4b能够被流过或通过散热器旁通线路9至少部分地被绕过。
在预热模式下，预热旁通阀8被切换，使得仅第一热源3a、第一泵5a和预热旁通线路7被流过。这里，第二热源3b能够被流过或通过热源旁通线路11被绕过。第二散热器4b也能够被流过或通过散热器旁通线路9被绕过，在预热模式下，减少的热质量流过第一热源3a，并且冷却剂能够被快速加热。

Claims (13)

1.一种用于车辆、特别是用于多用途车辆的冷却系统(1)，
-其中所述冷却系统(1)包括冷却回路(2)，所述冷却回路能够被冷却剂流过，
-其中所述冷却回路(2)包括待在较低温度水平下冷却的第一热源(3a)、第一散热器(4a)、能够在较高温度水平下冷却的第二热源(3b)和第二散热器(4b)，
其特征在于，
-在所述冷却回路(2)中，第一热源(3a)、第一散热器(4a)、第二热源(3b)和第二散热器(4b)彼此串联连接，并且
-所述冷却回路(2)包括液压开关(6)，所述液压开关将所述冷却回路(2)分成具有第一热源(3a)和第一散热器(4a)的第一部分回路(2a)和具有第二热源(3b)和第二散热器(4b)的第二部分回路(2b)。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述第一部分回路(2a)中的第一泵(5a)与第一热源(3a)和第一散热器(4a)串联连接，第二部分回路(2b)中的第二泵(5b)与第二热源(3b)和第二散热器(4b)串联连接。
3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于
-所述第一部分回路(2a)通过引入所述开关(6)的第一入口和引出所述开关(6)的第一出口流体地连接到所述液压开关(6)，并且所述第二部分回路(2b)通过引入所述开关(6)的第二入口和引出所述开关(6)的第二出口流体地连接到所述液压开关(6)，和
-所述液压开关(6)中冷却剂的流动和混合根据两个泵(5a、5b)的调节的质量流和/或调节的泵压力和/或调节的转速来进行。
4.根据权利要求2或3所述的冷却系统，其特征在于
-两个泵(5a、5b)和通向所述泵(5a、5b)的线路被组合成模块(14)，和/或
-所述两个泵(5a、5b)由具有公共轴和用于调节所述两个泵(5a、5b)中的不同转速的磁性联轴器的双泵来实现，和/或
-所述两个泵(5a、5b)各自由具有粘性联轴器的泵来实现，并且能够利用共同的电机来运行，和/或
-所述两个泵(5a、5b)各自包括可调节的叶轮几何形状，用于可变地调节冷却剂的质量流。
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
-所述第一部分回路(2a)包括预热旁通线路(7)和预热旁通阀(8)，所述预热旁通线路(7)与第一热源(3a)并联连接，所述预热旁通阀(8)优选为切换阀或调节阀或恒温器阀，其中所述预热旁通线路(7)能够借助于所述预热旁通阀(8)关闭和打开，和/或
-所述第二部分回路(2b)包括散热器旁通线路(9)和散热器旁通阀(10)，所述散热器旁通线路(9)与第二散热器(4b)并联连接，用于绕第二散热器(4b)流动，其中所述散热器旁通线路(9)能够借助于所述散热器旁通阀(10)关闭和打开，和/或
-所述第二部分回路(2b)包括热源旁通线路(11)和热源旁通截止阀(12)，所述热源旁通线路与第二热源(3b)并联连接，用于绕第二热源(3b)流动，其中所述热源旁通线路(11)能够借助于所述热源旁通截止阀(12)关闭和打开。
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)相对于空气流动方向连接在第二散热器(4b)的上游，和/或
-所述第一散热器(4a)和第二散热器(4b)相对于空气流动方向部分地或完全地彼此重叠。
7.一种用于运行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)串联连接，并且其中所述冷却系统(1)能够在制动模式下和/或正常运行模式下和/或预热模式下运行。
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)在所述制动模式下运行，其中在所述制动模式下：
-所述第一泵(5a)和第二泵(5b)打开；
-根据两个泵(5a、5b)的调节的质量流和/或调节的泵压力和/或调节的转速来调节所述液压开关(6)中冷却剂的流动和混合，
-使得在所述液压开关(6)中，冷却剂从第一入口流到第一出口，并且从第二入口流到第二出口，
-所述第一部分回路(2a)和第二部分回路(2b)几乎完全液压分离，并且第一部分回路(2a)被冷却剂的第一部分流过并且第二冷却回路(2b)被冷却剂的第二部分流过。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述冷却系统在所述制动模式下运行，其中在所述制动模式下：
-第一热源(3a)上游的冷却剂的温度受第一泵(5a)的输送速率的共同影响，并且
-通过降低第二泵(5b)的输送速率来避免第一热源(3a)过热。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述冷却系统(1)在正常运行模式下运行，其中在具有高冷却能力要求的正常运行模式下：
-打开第一泵(5a)和第二泵(5b)，并且关闭第二热源(3b)；
-根据两个泵(5a、5b)的调节的质量流和/或调节的泵压力和/或调节的转速来调节所述液压开关(6)中冷却剂的流动和混合，
-使得在所述液压开关(6)中，所述冷却剂从第一入口流到第二出口，并且从第二入口流到第二出口，和
-使得第一部分回路(2a)和第二部分回路(2b)几乎完全液压连接，并且第一部分回路(2a)和第二冷却回路(2b)被冷却剂的公共部分流过。
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)在所述正常运行模式下运行，其中在具有高冷却能力要求的正常运行模式下：
-打开第一泵(5a)，并且关闭第二热源(3b)和第二泵(5b)；
-根据泵(5a)的调节的质量流和/或调节的泵压力和/或调节的转速来调节所述液压开关(6)中冷却剂的流动和混合，
-使得在所述液压开关(6)中，冷却剂几乎完全从第一入口流到第一出口，并且几乎完全从第二入口流到第二出口，以及
-所述第一部分回路(2a)和第二部分回路(2b)几乎完全液压分离，其中所述第一部分回路(2a)被冷却剂的第一部分流过，并且第二部分回路(2b)几乎没有被冷却剂的第二部分流过。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其特征在于
-在所述正常运行模式或所述制动模式下，第二散热器(4b)被流过或通过散热器旁通线路(9)被绕过；
-在所述正常运行模式下，第二热源(3b)被流过或通过热源旁通线路(11)被绕过。
13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述冷却系统在所述预热模式下运行，其中在所述预热模式下：
-第一泵(5a)打开，并且第二泵(5b)关闭；
-第二部分回路(2a)和第一散热器(4a)通过预热旁通阀(8)与第一热源(3a)分离并且没有被流过；
-第一热源(3a)和与所述热源(3a)并联连接的预热旁通线路(7)被流过。
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