DE102012221752A1

DE102012221752A1 - THERMOELECTRIC COMFORT CONTROL SYSTEM FOR MOTOR VEHICLE

Info

Publication number: DE102012221752A1
Application number: DE102012221752A
Authority: DE
Inventors: Clay Wesley Maranville; James George Gebbie; Kenneth J. Jackson
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2013-06-13
Also published as: US20120079837A1; CN103158496A

Abstract

Eine Temperatursteuerungsvorrichtung für einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs mit einem Temperatursteuerungskreis, der ein Wärmeübertragungsfluid zu einer Antriebsstrangkomponente zirkulieren lässt. Eine thermoelektrische Wärmepumpe (Peltier-Einrichtung) ist in dem Fahrzeug angeordnet, um den gewünschten Bereich zu erwärmen oder zu kühlen, und ein Fluidkomfortsteuerungskreis tauscht Wärme mit der thermoelektrischen Wärmepumpe und mit dem Antriebsstrangtemperatursteuerungskreis aus, wodurch die Nettomenge der Erwärmung oder Abkühlung erhöht wird, die durch die thermoelektrische Wärmepumpe an den gewünschten Ort geliefert werden kann. Der Komfortsteuerungskreis kann von dem Antriebsstrangkreis abzweigen und einen Teil des Wärmeübertragungsfluids transportieren, das in dem Antriebsstrangkreis transportiert wird. Alternativ kann der Komfortsteuerungskreis ein zweites Wärmeübertragungsfluid transportieren, das von dem Wärmeübertragungsfluid des Antriebsstrangkreises getrennt bleibt und mit diesem in einem Wärmeaustauscher Wärme austauscht.A temperature control device for an interior of a motor vehicle having a temperature control circuit that circulates a heat transfer fluid to a powertrain component. A thermoelectric heat pump (Peltier device) is disposed in the vehicle to heat or cool the desired area, and a fluid comfort control circuit exchanges heat with the thermoelectric heat pump and the powertrain temperature control circuit, thereby increasing the net amount of heating or cooling that occurs can be delivered by the thermoelectric heat pump to the desired location. The comfort control loop may branch off from the driveline circuit and carry a portion of the heat transfer fluid being transported in the driveline circuit. Alternatively, the comfort control circuit may carry a second heat transfer fluid that remains separate from the heat transfer fluid of the powertrain and exchanges heat therewith in a heat exchanger.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Komfortsteuerungssystem für ein Fahrzeug, das eine thermoelektrische Wärmepumpe (Peltier-Einrichtung) mit einem Fluidtemperatursteuerungskreis beinhaltet, und insbesondere auf ein System, bei dem die Energieeffizienz durch den Austausch von Wärmeenergie zwischen dem Temperatursteuerungskreis und einem zweiten Fluidtemperatursteuerungskreis, der die Temperatur einer Antriebsstrangkomponente steuert, verbessert ist.The present invention relates to a comfort control system for a vehicle including a thermoelectric heat pump (Peltier device) having a fluid temperature control circuit, and more particularly to a system in which energy efficiency is improved by exchanging heat energy between the temperature control circuit and a second fluid temperature control circuit controls the temperature of a powertrain component is improved.

Fahrzeuge mit Elektroantrieb (einschließlich Hybrid-Elektrofahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeuge, Plug-in-Elektrofahrzeuge usw.) weisen eine oder mehrere Antriebsstrangkomponenten auf, die für eine optimale Leistung innerhalb eines gewünschten Betriebstemperaturbereichs gehalten werden sollten. Beispiele für solche Antriebstrangkomponenten sind Hochspannungsbatterien, elektrische Maschinen (Motoren, Generatoren und/oder kombinierte Einrichtungen) und Getriebe. Unter gewissen Betriebsbedingungen ist ein Temperatursteuerungssystem erforderlich, um die Komponenten zu kühlen und/oder zu erwärmen, um sie innerhalb des gewünschten Temperaturbereichs zu halten.Electric powered vehicles (including hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles, plug-in electric vehicles, etc.) include one or more powertrain components that should be maintained within a desired operating temperature range for optimum performance. Examples of such powertrain components are high-voltage batteries, electrical machines (motors, generators and / or combined devices) and transmissions. Under certain operating conditions, a temperature control system is required to cool and / or heat the components to keep them within the desired temperature range.

Es ist bekannt, ein Temperatursteuerungssystem bereitzustellen, in dem ein Fluid (normalerweise eine Flüssigkeit) zur, durch oder um die Antriebsstrangkomponente, an der das Fluid Wärmeenergie entfernt (oder hinzufügt), und durch einen Wärmeaustauscher zirkuliert, um Wärmeenergie zurück an irgend ein anderes Medium, normalerweise Umgebungsluft, abzugeben (oder daraus zu absorbieren). It is known to provide a temperature control system in which a fluid (usually a liquid) to, through, or around the driveline component where the fluid removes (or adds) heat energy circulates through a heat exchanger to transfer heat energy back to some other medium , usually ambient air, to give (or absorb).

In diesem Kontext bezieht sich der Begriff “Wärmeaustauscher” auf jede Vorrichtung, die das gewünschte Ergebnis des Hinzufügens und/oder Entfernens von Wärme zu/aus dem Fluid, das in dem Steuerungssystem zirkuliert, erreichen kann. Diese Wärmeaustauschfunktion kann mittels einer Vorrichtung, wie etwa einem Fluid/Fluid-Wärmeaustauscher, einer Kältemittelkreislauf-Wärmepumpe und einer thermoelektrischen Wärmepumpe (auch als Peltier-Einrichtung bekannt), durchgeführt werden. In this context, the term "heat exchanger" refers to any device that can achieve the desired result of adding and / or removing heat to / from the fluid circulating in the control system. This heat exchange function may be performed by means such as a fluid / fluid heat exchanger, a refrigerant cycle heat pump, and a thermoelectric heat pump (also known as a Peltier device).

Thermoelektrische Wärmepumpen werden derzeit in einigen selbstfahrenden Fahrzeugen verwendet, um eine Aufbewahrungsbox zu kühlen und/oder zu erwärmen, um Nahrungsmittel oder Getränke bei einer gewünschten Temperatur zu lagern. Es ist auch bekannt; thermoelektrische Wärmepumpen zu verwenden, um Sitze im Wageninneren zu erwärmen und/oder zu kühlen. In solchen “klimatisierten Sitzen” ist die Sitzfläche, die mit dem Insassen in Kontakt ist, in der Regel perforiert und ein Lüfter lässt Luft über die kalte Seite des Peltier-Kühlers zirkulieren und bläst die gekühlte oder erwärmte Luft aus den Perforationen in den Sitzbezug.Thermoelectric heat pumps are currently used in some self-propelled vehicles to cool and / or heat a storage box to store food or drinks at a desired temperature. It is also known; to use thermoelectric heat pumps to heat and / or cool seats in the car interior. In such "air-conditioned seats," the seating surface in contact with the occupant is typically perforated, and a fan circulates air over the cold side of the Peltier cooler, and blows the cooled or heated air from the perforations into the seat cover.

Es wurde auch vorgeschlagen, einen Flüssigkeitswärmeaustauscher in eine thermoelektrische Wärmepumpe zu integrieren. Bei diesem Konzept durchläuft ein flüssiges Arbeitsfluid die Wärmepumpe. Im Heizbetrieb wird Wärme von dem Arbeitsfluid durch die thermoelektrische Einrichtung in die Fahrgast-Komfortluft gepumpt. Im Kühlbetrieb wird Wärme von der Luft in das flüssige Arbeitsfluid abgegeben.It has also been proposed to integrate a liquid heat exchanger into a thermoelectric heat pump. In this concept, a liquid working fluid passes through the heat pump. In heating mode, heat is pumped from the working fluid through the thermoelectric device into the passenger comfort air. In cooling mode, heat is released from the air into the liquid working fluid.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Gesamtenergieeffizienz eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, zu verbessern, indem die Notwendigkeit, elektrische Leistung zu verwenden, um eine herkömmliche Heizung oder eine Klimaanlage zu betreiben, um eine komfortable Fahrzeuginnenraumtemperatur zu erzielen, reduziert oder beseitigt wird. The object of the invention is to improve the overall energy efficiency of a motor vehicle, in particular an electric vehicle, by reducing or eliminating the need to use electrical power to operate a conventional heater or air conditioning to achieve a comfortable vehicle interior temperature.

Gemäß einem hierin offenbarten Merkmal weist eine Innentemperatursteuerungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Temperatursteuerungskreis, der ein Wärmeübertragungsfluid zu einer Antriebsstrangkomponente transportiert, eine thermoelektrische Wärmepumpe auf, die in dem Fahrzeug angeordnet ist, und ein Komfortsteuerungskreis tauscht Wärme mit der thermoelektrischen Wärmepumpe und mit dem Antriebsstrangtemperatursteuerungskreis aus. Dies erhöht die Nettomenge an Erwärmung oder Abkühlung, die von der thermoelektrischen Wärmepumpe an den gewünschten Ort geliefert werden kann, wodurch die Menge an elektrischer Leistung reduziert wird, die ansonsten gebraucht würde, um die Klimaanlage zu betreiben.According to a feature disclosed herein, an interior temperature control apparatus for a motor vehicle having a temperature control circuit that transports a heat transfer fluid to a powertrain component includes a thermoelectric heat pump disposed in the vehicle, and a comfort control circuit exchanges heat with the thermoelectric heat pump and the powertrain temperature control circuit. This increases the net amount of heating or cooling that can be delivered by the thermoelectric heat pump to the desired location, thereby reducing the amount of electrical power that would otherwise be needed to operate the air conditioner.

Gemäß einem anderen hierin offenbarten Merkmal zweigt der Komfortsteuerungskreis von dem Antriebsstrangkreis ab und transportiert einen Teil des Wärmeübertragungsfluids in den Antriebsstrangkreis.According to another feature disclosed herein, the comfort control circuit branches off the driveline circuit and transports a portion of the heat transfer fluid into the driveline circuit.

Gemäß einem anderen hierin offenbarten Merkmal transportiert der Komfortsteuerungskreis ein zweites Wärmeübertragungsfluid, das Wärme mit dem Wärmeübertragungsfluid des Antriebsstrangkreises austauscht.According to another feature disclosed herein, the comfort control circuit transports a second heat transfer fluid that exchanges heat with the heat transfer fluid of the powertrain.

Gemäß einem anderen hierin offenbarten Merkmal weist eine Vorrichtung zur Fahrgast-Komfortsteuerung in einem Kraftfahrzeug eine Antriebsstrangkomponente, einen Temperatursteuerungskreis, der ein Wärmeübertragungsfluid zur Antriebsstrangkomponente zirkulieren lässt, eine thermoelektrische Wärmepumpe, die in einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs angeordnet ist, und einen Komfortsteuerungskreis auf, der von dem Temperatursteuerungskreis abzweigt und einen Teil des Wärmeübertragungsfluids zur thermoelektrischen Wärmepumpe transportiert.According to another feature disclosed herein, a passenger comfort control apparatus in a motor vehicle includes a powertrain component, a temperature control circuit that circulates a heat transfer fluid to the powertrain component, a thermoelectric heat pump disposed in a passenger cabin of the vehicle, and a comfort control circuit the temperature control circuit branches off and part of the Heat transfer fluids transported to the thermoelectric heat pump.

Gemäß einem anderen hierin offenbarten Merkmal weist die Fahrgast-Komfortsteuerungsvorrichtung ferner ein HLK-System, das Luft durch die Fahrgastzelle zirkulieren lässt, und eine elektronische Steuerungseinheit auf, die das HLK-System und die thermoelektrische Wärmepumpe steuert. Die Integration der Steuerung der thermoelektrischen Wärmepumpe in das HLK-System erzielt ein optimales Energiemanagement, wodurch der Energieverbrauch minimiert wird, während eine komfortable Fahrgastumgebung erhalten wird. According to another feature disclosed herein, the passenger comfort control device further includes an HVAC system that circulates air through the passenger compartment and an electronic control unit that controls the HVAC system and the thermoelectric heat pump. Integrating the control of the thermoelectric heat pump into the HVAC system achieves optimal energy management, thereby minimizing energy consumption while maintaining a comfortable passenger environment.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist ein schematisches Systemdiagramm eines thermoelektrischen Komfortsteuerungssystems gemäß einer ersten offenbarten Ausführungsform; 1 FIG. 10 is a schematic system diagram of a thermoelectric comfort control system according to a first disclosed embodiment; FIG.

2A ist eine schematische Abbildung einer thermoelektrischen Wärmepumpe mit Fluid eines Wärmeübertragungsfluidkreises; 2A Fig. 10 is a schematic diagram of a thermoelectric heat pump with fluid of a heat transfer fluid circuit;

2B ist eine schematische Abbildung eines Peltier-Elements des Typs, der in einer thermoelektrischen Wärmepumpe verwendet wird; und 2 B Figure 3 is a schematic illustration of a Peltier element of the type used in a thermoelectric heat pump; and

3 ist ein schematisches Systemdiagramm der zweiten Ausführungsform eines thermoelektrischen Komfortsteuerungssystems. 3 FIG. 12 is a schematic system diagram of the second embodiment of a thermoelectric comfort control system. FIG.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Hier werden ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie erforderlich, offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht zwangsläufig maßstabsgerecht; d. h. einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die spezifischen strukturellen und funktionellen Details, wie sie hierin offenbart werden, nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als veranschaulichende Basis, anhand derer ein Fachmann in Kenntnis gesetzt wird, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise eingesetzt werden kann.Here, detailed embodiments of the present invention are disclosed as required; however, it should be understood that the disclosed embodiments are merely exemplary of the invention, which may be embodied in various and alternative forms. The figures are not necessarily to scale; d. H. some features may be enlarged or reduced to show details of specific components. Therefore, the specific structural and functional details disclosed herein are not to be interpreted as limiting, but merely as an illustrative basis for indicating to a person skilled in the art how the present invention may be used in various ways.

Im Folgenden wird auf 1 Bezug genommen, in der ein thermoelektrisches Komfortsteuerungssystem für ein Fahrzeug eine oder mehrere thermoelektrische Wärmepumpen 10 umfasst, die sich in, auf oder benachbart zu einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs befinden. In der abgebildeten Ausführungsform befinden sich die thermoelektrischen Wärmepumpen (TEHP) im Innern eines Fahrgastsitzes 12, eine in der Sitzfläche und eine in der Rückenlehne. TEHPs können an anderen Orten innerhalb eines Fahrgastraums bereitgestellt werden, an denen Erwärmen und/oder Abkühlen erforderlich ist, wie etwa unter einem Sitz, benachbart zum Fußraum, hinter einer Karosserieverkleidung (z. B., Dachhimmel oder Türverkleidung), oder hinter dem Armaturenbrett. Ferner können sich TEHPs innerhalb oder benachbart zu einer Aufbewahrungsbox befinden, um die Aufbewahrungsbox nach Bedarf zu erwärmen und/oder zu kühlen, zum Beispiel, um Nahrungsmittel oder Getränke bei einer gewünschten Temperatur zu lagern.The following will be on 1 Reference is made in which a thermoelectric comfort control system for a vehicle one or more thermoelectric heat pumps 10 includes, located in, on or adjacent to a passenger compartment of a vehicle. In the illustrated embodiment, the thermoelectric heat pumps (TEHP) are located inside a passenger seat 12 one in the seat and one in the backrest. TEHPs may be provided at other locations within a passenger compartment where heating and / or cooling is required, such as under a seat adjacent to the footwell, behind a body panel (eg, headliner or door trim), or behind the instrument panel. Further, TEHPs may be located within or adjacent a storage box to heat and / or cool the storage box as needed, for example, to store food or drinks at a desired temperature.

TEHPs wie hierin beschrieben arbeiten mit dem wohlbekannten Peltier-Effekt, bei dem eine elektrische Gleichstromspannung an Paare von n-leitenden und p-leitenden Thermoelementen angelegt wird, um einen Elektronenfluss hervorzurufen und zu einer Wärmeübertragung von einer “kalten Seite” zu einer “heißen Seite” der Elemente zu führen. Das Umkehren der Polarität der Gleichspannung kehrt den Fluss der Elektronen um und führt zu einem Wechsel der heißen und der kalten Seite. Entsprechend kann eine einzige TEHP entweder als Erwärmungseinrichtung oder Abkühlungseinrichtung verwendet werden, indem einfach die geeignete Spannungspolarität angelegt wird.TEHPs as described herein operate with the well-known Peltier effect of applying a DC electrical voltage to pairs of n-type and p-type thermocouples to cause electron flow and heat transfer from a "cold side" to a "hot side." "To guide the elements. Reversing the polarity of the DC voltage reverses the flow of electrons and causes a change in the hot and cold sides. Accordingly, a single TEHP can be used as either a heater or a chiller simply by applying the appropriate voltage polarity.

Die folgende Beschreibung diskutiert in erster Linie die Situation, in der die TEHPs 10 verwendet werden, um den Fahrzeuginnenraum zu kühlen. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass dies den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einschränkt, da, wie oben festgestellt wurde, die TEHPs 10 leicht betrieben werden können, um gegebenenfalls den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen.The following description primarily discusses the situation in which the TEHPs 10 used to cool the vehicle interior. However, it is not intended to limit the scope of the present invention, as stated above, the TEHPs 10 can be easily operated to possibly heat the vehicle interior.

Ein Komfortsteuerungskreis 14 lässt ein Wärmeübertragungsfluid durch die TEHPs 10 zirkulieren. Der Komfortsteuerungskreis 14 kann hohle Rohre oder Leitungen aufweisen, die in die TEHPs eintreten und über eine Seite der Peltier-Einrichtungen verlaufen, um einen Austausch von Wärmeenergie zwischen dem Fluid und der Peltier-Einrichtung zu ermöglichen, und aus dem TEHP austreten. In der in 1 dargestellten Ausführungsform zweigt der Komfortsteuerungskreis 14 von einem Antriebsstrangtemperatursteuerungskreis 16 ab und transportiert einen Teil des Wärmeübertragungsfluids, das durch den Antriebsstrangtemperatursteuerkreis zirkuliert. A comfort control circuit 14 Leaves a heat transfer fluid through the TEHPs 10 circulate. The comfort control circuit 14 may include hollow tubes or conduits entering the TEHPs and passing over one side of the Peltier devices to allow exchange of heat energy between the fluid and the Peltier device and exit the TEHP. In the in 1 illustrated embodiment branches the comfort control circuit 14 from a powertrain temperature control circuit 16 and transports a portion of the heat transfer fluid that circulates through the powertrain temperature control circuit.

Die Menge oder der Teil des Wärmeübertragungsfluids, die/der aus dem Antriebsstrangtemperatursteuerungskreis 16 umgeleitet wird, um durch den Komfortsteuerungskreis 14 zu zirkulieren, kann durch ein oder mehrere Ventile 18 geregelt werden, die bevorzugt durch eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 20 gesteuert werden, deren Betrieb im Folgenden weiter beschrieben wird. Eine Pumpe 19 kann bereitgestellt werden, um zusätzliche Kontrolle über die Menge und die Richtung des Fluidstroms durch den Komfortsteuerungskreis 14 bereitzustellen. Der Antriebsstrangtemperatursteuerungskreis 16 tauscht Wärmeenergie mit einer oder mehreren Antriebsstrangkomponenten 22 und mit einem Wärmeaustauscher aus 24. In einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug können die Antriebsstrangkomponenten 22 eine oder mehrere Komponenten, wie beispielsweise eine Hochspannungsbatterie, Elektromotoren, Generatoren und Leistungselektronik (wie beispielsweise Gleichstromwandler oder Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler) aufweisen. Unter den meisten Fahrzeugbetriebsbedingungen werden solche Antriebsstrangkomponenten während ihres Betriebs überschüssige Wärme erzeugen, so dass das Wärmeübertragungsfluid, das in dem Antriebsstrangtemperatursteuerungskreis 16 zirkuliert, Wärme von den Komponenten abtransportiert. Der Wärmeaustauscher 24 kann einen oder mehrere eines herkömmlichen Flüssigkeit-Flüssigkeit- oder Flüssigkeit-Luft-Austauschers, einer Wärmepumpe, die einen Kältefluidkreislauf verwendet, oder einer thermoelektrischen Wärmepumpe (Peltier-Wärmepumpe) aufweisen. Auf jeden Fall besteht die Aufgabe des Antriebsstrangtemperatursteuerungskreislaufs 16 und des Wärmeaustauschers 24 darin, die Antriebsstrangkomponente 22 nach Bedarf zu erwärmen oder zu kühlen, um einen gewünschten Betriebstemperaturbereich zu erhalten.The amount or portion of the heat transfer fluid from the powertrain temperature control loop 16 is diverted to through the comfort control circuit 14 can circulate through one or more valves 18 be regulated, preferably by an electronic Control unit (ECU) 20 be controlled, the operation of which will be further described below. A pump 19 may be provided for additional control over the amount and direction of fluid flow through the comfort control circuit 14 provide. The powertrain temperature control circuit 16 exchanges heat energy with one or more powertrain components 22 and with a heat exchanger 24 , In an electrically powered vehicle, the powertrain components 22 have one or more components, such as a high voltage battery, electric motors, generators and power electronics (such as DC-DC converter or AC-DC converter). Under most vehicle operating conditions, such powertrain components will generate excess heat during their operation such that the heat transfer fluid present in the powertrain temperature control circuit 16 circulates, removes heat from the components. The heat exchanger 24 may comprise one or more of a conventional liquid-liquid or liquid-air exchanger, a heat pump using a refrigeration fluid circuit, or a thermoelectric heat pump (Peltier heat pump). In any case, there is the task of the powertrain temperature control circuit 16 and the heat exchanger 24 in it, the powertrain component 22 to heat or cool as needed to obtain a desired operating temperature range.

ECU 20 kann Signale oder Eingaben von einer Vielzahl von Sensoren und Steuerungen empfangen. Beispiele für solche Sensoren beinhalten: Fahrzeuginnenraumtemperatursensor(en) 26; Außentemperatursensor(en) 28; und Sensor(en) 32, der (die) Bedingungen von Antriebsstrangkomponenten überwacht (überwachen) 22, Wärmeaustauscher 24 oder Antriebsstrangtemperatursteuerungskreis 16. Eingaben können durch einen Fahrzeuginsassen unter Verwendung eines Klimasteuerungsbedienfelds 30 erfolgen. ECU 20 can receive signals or inputs from a variety of sensors and controls. Examples of such sensors include: Vehicle interior temperature sensor (s) 26 ; Outside temperature sensor (s) 28 ; and sensor (s) 32 Monitoring (Monitoring) Powertrain Component Conditions 22 , Heat exchanger 24 or powertrain temperature control circuit 16 , Inputs may be made by a vehicle occupant using a climate control panel 30 respectively.

Solche Eingaben können die gewünschte Temperatur, Lüfterdrehzahl, Richtung des Luftstroms oder einfach “Erwärmen” oder “Abkühlen” beinhalten. Die ECU 20 steuert die Bedingung des (der) Ventil(e) 18 und/oder der Pumpe 19, um die Richtung und/oder die Flussrate des Wärmeübertragungsfluids zu den TEHPs 10 zu regeln. Such inputs may include the desired temperature, fan speed, air flow direction or simply "heating" or "cooling". The ECU 20 controls the condition of the valve (s) 18 and / or the pump 19 to determine the direction and / or flow rate of the heat transfer fluid to the TEHPs 10 to regulate.

Die ECU 20 steuert bevorzugt auch elektrische Spannung/Strom/Polarität, die (der) an die Peltier-Elemente in den TEHPs 10 angelegt wird. Durch die Überwachung und/oder Steuerung der Grundparameter von Temperatur und Volumenflussrate des Wärmeübertragungsfluids, das durch den Komfortsteuerungskreis 14 bewegt wird, und von Spannung und Polarität des an die Peltier-Einrichtungen und TEHPs 10 angelegten Stroms, steuert die ECU 20 die Menge oder das Niveau an Erwärmung und/oder Abkühlung, die (das) in das Fahrzeuginnere und beliebigen Insassen zugeführt wird. The ECU 20 Also preferably controls electrical voltage / current / polarity to the Peltier elements in the TEHPs 10 is created. By monitoring and / or controlling the basic parameters of temperature and volume flow rate of the heat transfer fluid through the comfort control circuit 14 is moved, and by voltage and polarity of the to the Peltier facilities and TEHPs 10 applied current, controls the ECU 20 the amount or level of heating and / or cooling that is supplied to the vehicle interior and any occupants.

Die Wärmeübertragung von/zu den TEHPs 10 kann durch einen oder mehrere Lüfter oder andere Luftbewegungseinrichtungen (nicht gezeigt) verstärkt werden, die in die TEHPs integriert sind oder sich benachbart zu diesen befinden, um Luft über den Insassen/die Fahrzeuginnenraumseite der Peltier-Einrichtung zirkulieren zu lassen. The heat transfer from / to the TEHPs 10 may be boosted by one or more fans or other air mover devices (not shown) integrated with or adjacent to the TEHPs to circulate air over the occupant / vehicle interior side of the Peltier device.

ECU 20 kann auch die An/Aus-Bedingung und/oder die Drehzahl der Lüfter steuern.ECU 20 can also control the on / off condition and / or the speed of the fans.

ECU 20 kann auch andere Fahrzeugkomfortsteuerungssysteme, wie etwa ein HLK-System 36 steuern, und kann eine oder mehrere automatische Klimasteuerungsbetriebsmodi aufweisen. Das HLK-System 36 weist eine Vorrichtung zur Zirkulation erwärmter, abgekühlter oder anderweitig konditionierter Luft durch den Fahrzeuginnenraum, wie etwa eine herkömmliche Klimaanlage und/oder eine Fahrzeugheizung, auf. Alternativ kann die ECU 20 mit einer separaten Steuerungseinrichtung (nicht gezeigt) für das HLK-System 36 derart verbunden sein, dass die beiden Systeme koordiniert betrieben werden können. ECU 20 may also include other vehicle comfort control systems, such as an HVAC system 36 control, and may include one or more automatic climate control modes of operation. The HVAC system 36 has a device for circulating heated, cooled or otherwise conditioned air through the vehicle interior, such as a conventional air conditioning system and / or a vehicle heater. Alternatively, the ECU 20 with a separate controller (not shown) for the HVAC system 36 be connected so that the two systems can be operated coordinated.

Wie in 2A schematisch gezeigt, beinhaltet eine mögliche Ausführungsform einer TEHP 10 die Peltier-Elemente 50, angeordnet auf gegenüberliegenden Seiten einer Rohrbündelleitung 52. Die Leitung 52 ist Teil des Komfortsteuerungskreises 14 und leitet das Wärmeübertragungsfluid in eine Richtung in/aus der Seite. Rippen 54 erstrecken sich von den Peltier-Elementen 50 in beide Richtungen (oben und unten, wie in 2A dargestellt) nach außen und die gesamte Struktur ist in einem Luftverteilungsgehäuse 56 enthalten. Ein Lüfter 48 (oder eine andere Luftbewegungseinrichtung) ist angeordnet, um Luft (normalerweise Umgebungsluft aus dem Fahrgastraum oder einem anderen Innenraum des Fahrzeugs) durch das Luftverteilungsgehäuse 56 und über die Rippen 54 zu drängen. Der Luftstrom tritt aus der TEHP 10 aus und strömt in den Teil des Fahrzeuginneren, der durch das System erwärmt oder abgekühlt wird.As in 2A shown schematically, includes a possible embodiment of a TEHP 10 the Peltier elements 50 , arranged on opposite sides of a tube bundle line 52 , The administration 52 is part of the comfort control circuit 14 and directs the heat transfer fluid in a direction in / out of the page. ribs 54 extend from the Peltier elements 50 in both directions (above and below, as in 2A shown) to the outside and the entire structure is in an air distribution housing 56 contain. A fan 48 (or other air mover) is arranged to supply air (usually ambient air from the passenger compartment or other interior of the vehicle) through the air distribution housing 56 and over the ribs 54 to urge. The air flow exits the TEHP 10 and flows into the part of the vehicle interior that is heated or cooled by the system.

2B zeigt, wiederum in schematischer Form, ein Beispiel eines Peltier-Elements 50. Jedes Peltier-Element weist ein p-leitendes Element 50a und ein n-leitendes Element 50b auf, die wie gezeigt elektrisch miteinander und mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sind. Wenn die angegebene Polarität angelegt wird, wird die Seite des Elements 50, die mit der Leitung 52 in Kontakt ist (vgl. 2A), die heiße Seite und die gegenüberliegende Seite, die mit der Rippe 54 in Kontakt ist, wird die kalte Seite. 2 B shows, again in schematic form, an example of a Peltier element 50 , Each Peltier element has a p-type element 50a and an n-type element 50b which are electrically connected to each other and to a DC power source as shown. When the specified polarity is applied, the side of the element becomes 50 that with the line 52 is in contact (cf. 2A ), the hot side and the opposite side, with the rib 54 is in contact, gets the cold side.

An einem warmen Tag, wenn die Fahrzeuginsassen die TEHPs 10 höchstwahrscheinlich in einem Kühlmodus verwenden, geht Wärmeenergie von der heißen Seite der Peltier-Elemente auf das Wärmeübertragungsfluid in dem Komfortsteuerungskreis 14 über, wenn es durch die TEHPs zirkuliert. Daher transportiert das Fluid Wärme aus der Fahrgastzelle und bewegt sich zusammen mit dem Rest des Wärmeübertragungsfluids, das durch den Antriebsstrangtemperatursteuerungskreis 16 zirkuliert, zum/durch den Wärmeaustauscher 24. Außerdem werden an einem solchen warmen Tag die Antriebsstrangkomponenten 22 normalerweise überschüssige Wärme erzeugen, die durch den Antriebsstrangkreis 16 entfernt werden muss, um die Antriebsstrangkomponenten innerhalb des gewünschten Betriebstemperaturbereichs zu halten. So wird der Wärmeaustauscher 24 in einem Modus betrieben, mit dem das Fluid, das in dem Antriebsstrangkreis 16 zirkuliert, gekühlt wird. Wenn der Wärmeaustauscher 24 eine Wärmepumpe ist (Kältemittelkreislauf oder Peltier), wird er in einem Kühlmodus betrieben, der mit der Anforderung kompatibel ist, das Fluid zu kühlen, das den Wärmeaustauscher von dem Komfortsteuerungskreis 14 erreicht. On a warm day, when the vehicle occupants the TEHPs 10 most likely to use in a cooling mode, heat energy goes from the hot side of the Peltier elements to the heat transfer fluid in the comfort control loop 14 when circulating through the TEHPs. Therefore, the fluid carries heat from the passenger compartment and moves along with the rest of the heat transfer fluid passing through the powertrain temperature control circuit 16 circulates to / through the heat exchanger 24 , Also, on such a warm day, the powertrain components become 22 normally generate excess heat due to the drivetrain 16 must be removed to keep the powertrain components within the desired operating temperature range. This is how the heat exchanger works 24 operated in a mode with which the fluid in the drivetrain 16 circulated, cooled. When the heat exchanger 24 a heat pump (refrigerant cycle or Peltier), it is operated in a cooling mode that is compatible with the requirement to cool the fluid containing the heat exchanger from the comfort control circuit 14 reached.

Unter kälteren Umgebungsbedingungen ist es wahrscheinlich, dass Fahrzeuginsassen die TEHPs 10 in einem Heizmodus verwenden, bei dem das Wärmeübertragungsfluid, das durch den Komfortsteuerungskreis 14 zirkuliert, über die kalte Seite der TEHPs strömt. Das Fluid tritt daher kälter aus den TEHPs 10 aus als es in sie eintrat und muss Wärmeenergie aufnehmen, bevor es zu den TEHPs zurückkehrt. Abgesehen von sehr kalten Umgebungsbedindungen wird bei allen Umgebungsbedingungen dieser Bedarf an Wärmeenergie durch die überschüssige Wärme befriedigt, die durch die Antriebsstrangkomponenten 22 erzeugt wird. Unter sehr kalten Bedingungen kann es erforderlich sein, die Antriebsstrangkomponenten 22 durch den Antriebsstrangtemperatursteuerungskreis 16 zu erwärmen, um im gewünschten Betriebstemperaturbereich zu bleiben. In diesem Fall wird der Wärmeaustauscher 24 in einem Modus zu Erwärmung des Fluids, das in dem Antriebsstrangkreis 16 und dem abzweigenden Komfortsteuerungskreis 14 zirkuliert, betrieben. Under colder environmental conditions, vehicle occupants are likely to experience the TEHPs 10 in a heating mode where the heat transfer fluid passing through the comfort control circuit 14 circulates, flows over the cold side of the TEHPs. The fluid therefore passes colder from the TEHPs 10 when it entered it and needs to absorb heat energy before returning to the TEHPs. Apart from very cold ambient conditions, in all environmental conditions, this need for heat energy is satisfied by the excess heat generated by the powertrain components 22 is produced. Under very cold conditions, it may be necessary to use the powertrain components 22 through the powertrain temperature control circuit 16 to heat to stay within the desired operating temperature range. In this case, the heat exchanger 24 in a mode of heating the fluid in the driveline circuit 16 and the branching comfort control circuit 14 circulated, operated.

Die Richtung, in der das Fluid durch den Komfortsteuerungskreis 14 strömt, kann gegebenenfalls (unter Verwendung einer bidirektionalen Pumpe 19 oder jedes anderen geeigneten Mittels) gesteuert werden, um das Arbeitsfluid von dem Antriebsstrangkreis 16 an den Ort umzuleiten, der für den Betrieb des Systems am besten geeignet ist. Die Stromrichtung kann von vielen Faktoren, wie beispielsweise der Umgebungstemperatur, den Fluidtemperaturen, den Antriebsstrangkomponententemperaturen, der geforderten Funktion der TEHP usw. abhängen.The direction in which the fluid passes through the comfort control circuit 14 may optionally (using a bidirectional pump 19 or any other suitable means) to control the working fluid from the driveline 16 to redirect to the place that best suits the operation of the system. The direction of the current may depend on many factors, such as ambient temperature, fluid temperatures, powertrain component temperatures, the required function of the TEHP, and so forth.

3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines thermoelektrischen Wärmepumpen-Komfortsteuerungssystems, bei dem Wärme zwischen dem Komfortsteuerungskreis 114 und dem Antriebsstrangtemperatursteuerungskreis auf eine Weise ausgetauscht wird, die sich von der Ausführungsform aus 1 unterscheidet. In dieser zweiten Ausführungsform sind die Antriebsstrangkomponenten 122 ölgekühlte Komponenten, wie zum Beispiel ein mechanisches Getriebe oder eine elektrische Maschine (Generator, Motor oder integrierter Motor-Generator). Das Kühlöl wird über eine Pumpe 23 durch einen primären Antriebsstrangkreis 116a zu einem Öl-Kühlmittel-Wärmeaustauscher 124a zirkuliert. 3 shows a second embodiment of a thermoelectric heat pump comfort control system in which heat between the comfort control circuit 114 and the powertrain temperature control circuit is exchanged in a manner different from the embodiment 1 different. In this second embodiment, the driveline components are 122 oil-cooled components, such as a mechanical gearbox or an electric machine (generator, motor or integrated motor-generator). The cooling oil is via a pump 23 through a primary drivetrain 116a to an oil-refrigerant heat exchanger 124a circulated.

Ein sekundärer Antriebsstrangkühlkreis 116b enthält ein zweites Wärmeübertragungsfluid, das durch den Öl-Kühlmittel-Wärmeaustauscher 124a und einen zweiten Fluid-Luft-Wärmeaustauscher 124b zirkuliert. Der Komfortsteuerungskreis 114 strömt unter einem Druck, der durch eine Pumpe 38 bereitgestellt wird, die durch die ECU 20 gesteuert wird, ebenfalls durch den Öl-Kühlmittel-Wärmeaustauscher 124a. Das Wärmeübertragungsfluid, das im Komfortsteuerungskreis 114 zirkuliert, bleibt sowohl vom primären als auch sekundären Antriebsstrangsteuerungskreis 116a und 116b physikalisch getrennt und kann, abhängig von der inneren Anordnung des Öl-Kühlmittel-Wärmeaustauschers 124a, Wärme mit einem oder beiden Fluiden (Öl und/oder Kühlmittel), die in diesen Kreisen transportiert werden, austauschen. Wie in der ersten Ausführungsform aus 1 tauscht in dieser zweiten Ausführungsform der Komfortsteuerungskreis Wärme mit dem Antriebsstrangtemperatursteuerungskreis aus, um die Menge an Wärme zu erhöhen, die, unter Verwendung von thermoelektrischen Wärmepumpen, effizient in den (oder aus dem) gewünschten Abschnitt des Fahrzeuginnenraums übertragen werden kann.A secondary driveline cooling circuit 116b contains a second heat transfer fluid passing through the oil-refrigerant heat exchanger 124a and a second fluid-to-air heat exchanger 124b circulated. The comfort control circuit 114 flows under pressure through a pump 38 provided by the ECU 20 is controlled, also by the oil-refrigerant heat exchanger 124a , The heat transfer fluid in the comfort control circuit 114 circulates remains of both the primary and secondary powertrain control circuit 116a and 116b physically separated and may, depending on the internal arrangement of the oil-refrigerant heat exchanger 124a Replace heat with one or both fluids (oil and / or coolant) being transported in these circuits. As in the first embodiment 1 In this second embodiment, the comfort control circuit exchanges heat with the powertrain temperature control circuit to increase the amount of heat which, using thermoelectric heat pumps, can be efficiently transferred to (or out of) the desired portion of the vehicle interior.

Zwar werden oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen dienen die in der Patentbeschreibung verwendeten Formulierungen der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale der verschiedenen implementierenden Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.While exemplary embodiments are described above, it is not intended that these embodiments describe all possible forms of the invention. Rather, the words used in the specification are words of description rather than limitation, and it is to be understood that various changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Additionally, the features of the various implementing embodiments may be combined to form further embodiments of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

Fig. 1

24: Wärmeaustauscher
22: Antriebsstrangkomponente(n)
26: Fahrzeuginnenraumthermometer
28: Außenthermometer
30: Klimasteuerungsbedienfeld
36: HLK (HLK-System, z.B. Klimaanlage)

Fig. 3

124b: Kühler bzw Wäremetauscher (Fluid/Luft)
124a: Öl-Kühlmittel-Wärmeaustauscher
122: Getriebe und/oder elektrische Maschine
26: Fahrzeuginnenraumthermometer
28: Außenthermometer
30: Klimasteuerungsbedienfeld

Fig. 1

24: heat exchangers
22: Driveline component (s)
26: Vehicle interior thermometer
28: outdoor thermometer
30: Climate control panel
36: HVAC (HVAC system, eg air conditioning)

Fig. 3

124b: Cooler or heat exchanger (fluid / air)
124a: Oil-coolant heat exchanger
122: Gear and / or electric machine
26: Vehicle interior thermometer
28: outdoor thermometer
30: Climate control panel

Claims

An apparatus for improving the energy efficiency of a motor vehicle having a powertrain temperature control circuit that transports a heat transfer fluid to a powertrain component, the apparatus comprising: a thermoelectric heat pump disposed in the vehicle; and a comfort control circuit that exchanges heat with the thermoelectric heat pump and with the powertrain temperature control circuit.

The apparatus of claim 1, wherein the comfort control circuit branches off from the driveline circuit and transports a portion of the heat transfer fluid.

Apparatus according to claim 2, wherein the part of the fluid transported by the comfort control circuit is controlled by at least one valve.

Apparatus according to claim 3, wherein the at least one valve is at least partially controlled by an automatic air conditioning system.

The apparatus of claim 1, wherein the comfort control circuit transports a second heat transfer fluid that exchanges heat with the heat transfer fluid of the powertrain.

The apparatus of claim 5, wherein the comfort control circuit and the powertrain heat exchange in a heat exchanger.

The apparatus of claim 1, wherein the powertrain component is at least one of a battery, a fuel cell, an electric motor, a power electronics unit, and a mechanical transmission.

The apparatus of claim 1, wherein the thermoelectric heat pump is located in a passenger seat.

The apparatus of claim 1, wherein the powertrain temperature control circuit has a heat exchanger through which the heat transfer fluid flows.

Apparatus according to claim 9, wherein the heat exchanger is a second thermoelectric heat pump.