SE534769C2 - Kyl- och värmesystem - Google Patents

Description

534 759 2 kylning sker genom att styra flödet från en kylenhet eller en värmeenhet förbi energikällan.

Kyl- och värmesystemen enligt den kända tekniken kräver i vissa fall en aktiv styrning för att åstadkomma kylning och uppvärmning. Detta medför ett mera komplext system vilket är dyrare och ofta mer komplicerat att tillverka.

Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett kyl- och värmesystem som är robust, har lägre komplexitet än dagens system och är enkelt och därmed billigt att tillverka.

Sammanfattning av ugpfmningen Ovan nämnda syfte åstadkommes med uppfinningen såsom den definieras av de oberoende patentkraven.

Föredragna utföringsforrner definieras av de beroende patentkraven.

Uppfinningen avser således ett kyl- och värmesystem för en anordning, till exempel ett batteri, där systemet omfattar en kylenhet, en väimeenhet, en temperatursensor anpassad att avkänna temperaturen för anordningen och att avge en temperatursignal i beroende av avkänd temperatur till en styrenhet, ett rörsystem anpassat att föra ett medium för kylning och uppvärmning så att anordningen kyls respektive värms. Systemet omfattar vidare en reversibel pump anordnad i anslutning till rörsystemet och anpassad att föra mediet i rörsystemet i en första riktning eller i en andra riktning, motriktad den första riktningen, i beroende av styrsignaler från styrenheten. Ett antal env-ägsventiler är anordnade i anslutning till kylenheten respektive värmeenheten, på sådant sätt att vid olika pumpriktningar medger envägsventilema att flödet passerar antingen kylenheten eller värmeenheten. Styrenheten är anordnad att avge styrsignaler, i beroende av temperatursignalen, till pumpen så att pumpen pumpar mediet i en första riktning om anordningen skall kylas och i en andra riktning om anordningen skall värmas.

Genom uppfinningen åstadkommes samma funktionalitet som i ett system som innehåller en elektriskt styrd tre-vägsventil. 10 15 20 25 30 534 755 3 Företrädesvis anordnas två envägsventiler, en i anslutning till kylenheten och en i anslutning till värmeenheten. Ventilerna monteras så att flödet tillåts gå åt motsatta håll i kyl- resp. värmekretsen. Valet av krets görs då genom att reversera flödets riktning genom batteriet dvs. genom att reversera pumpens riktning.

Enligt föreliggande uppfinning behövs ingen aktiv styrning av ventiler. En komplex och dyr komponent ersätts av två enklare och billigare komponenter. Den ena eller båda envägsventilerna kan företrädesvis integreras i andra komponenter vilket ytterligare minskar systemets komplexitet. Tryckfallet blir det lägsta möjliga vid drift då ingen icke aktiv komponent hindrar flödet.

Kort ritningsbeskrivning Figur 1 är ett schematiskt blockdiagram som illustrerar föreliggande uppfinning.

Figur 2 är ett schematiskt blockdiagram som illustrerar föreliggande uppfinning vid kylning av en anordning.

Figur 3 är ett schematiskt blockdiagram som illustrerar föreliggande uppfmning vid uppvärmning av en anordning.

Figur 4 är en graf som visar olika temperatur-intervall för att illustrera föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer av uppfinningen Med hänvisning till figurema kommer nu uppfinningen att beskrivas i detalj.

Figur 1 är ett schematiskt blockdiagram som visar ett kyl- och värmesystem för en anordning, där systemet omfattar en kylenhet, en värmeenhet, en temperatursensor anpassad att avkänna temperaturen för anordningen och att avge en temperatursignal i beroende av avkänd temperatur till en styrenhet. Anordningen, kylenheten och värmeenheten är sammankopplade via ett rörsystem som är anpassat att föra ett medium för kylning och uppvärnming till anordningen så att den kyls respektive värms.

Rörsystemet har i figurema indikerats med grova linjer. 10 15 20 25 30 534 759 4 Anordningen som skall värmas eller kylas är enligt en utföringsforni ett batteri, eller ett flertal batterier, t.ex. anordnade i ett hybridfordon, exempelvis en buss, lastbil eller personbil.

Kyl- och värmesystemet enligt föreliggande uppfinning kan även användas för kylning och uppvärmning av andra anordningar, till exempel DC/DC-omvandlare, andra krafielektroniska omvandlare samt elmotorer etc., dvs. kyl- och värmesystemet kan användas för kylning och uppvärmning för varje anordning som har ett temperaturintervall där optimal funktion erhålles.

Kylenheten kan exempelvis utgöras av en förångare eller en värrneväxlare som kyls av fartvinden.

Värmeenheten kan exempelvis utgöras av en elektrisk värmare, en värrneväxlare som är kopplad till ett fordons avgassystem för att utnyttja värmen därifrån eller kopplad till en värmeväxlare kopplad till ett fordons kylsystem som är avsett att kyla fordonets motor.

Temperatursensorn kan till exempel vara en resistiv temperaturgivare som utgörs av en komponent som ändrar resistansen i beroende av temperaturen.

Systemet omfattar vidare en reversibel pump anordnad i anslutning till rörsystemet och anpassad att föra mediet i rörsystemet i en första riktning eller i en andra riktning, motriktad den första riktningen, i beroende av styrsignaler från styrenheten.

Ett antal envägsventiler anordnade i anslutning till kylenheten respektive värrneenheten, på sådant sätt att vid olika pumpriktningar medger envägsventílema att flödet passerar antingen kylenheten eller värmeenheten. Företrädesvis är en envägsventil anordnad i anslutning till kylenheten och en envägsventil anordnad i anslutning till värmeenheten.

Styrenheten är anordnad att avge styrsignaler, i beroende av temperatursignalen, till pumpen så att pumpen pumpar mediet i en första riktning om anordningen skall kylas och i en andra riktning om anordningen skall värmas. Detta illustreras i figurema 2 och 3, där pilarna i figur 2 anger flödesriktningen dä anordningen skall kylas och mediet kan passera kylenheten men förhindras av envägsventilen vid värmeenheten att passera denna. På 10 15 20 25 30 53-4 759 5 samma sätt visas i figur 3 systemet anpassat för uppvärmning av anordningen där flödesriktningen anges av pilarna där mediet kan passera värmeenheten men förhindras av envägsventilen vid kylenheten att passera denna.

Styrenheten innefattar en jämförelseenhet (ej visad i figurerna) som är anpassad att jämföra temperaturen som erhållits ur temperatursignalen med en inställbar första temperatumivå, och om temperatursignalen överstiger den första temperatumivån avges en första styrsignal till pumpen att pumpa i den riktning som innebär att kylenhetens envägsventil släpper igenom medium medan värmeenhetens envägsventilen förhindrar medium, varvid anordningen kyls. Detta illustreras således av figur 2.

J ämtörelseenheten vidare är anpassad att jämföra temperaturen som erhållits ur temperatursignalen med en inställbar andra temperaturnivå, som är lägre eller lika med den första temperaturnivån, och om temperaturen understiger den inställbara andra temperatumivån avges en andra styrsignal till pumpen att pumpa i den andra riktningen som innebär att värrneenhetens envägsventil släpper igenom medium medan kylenhetens envägsventil förhindrar medium, varvid anordningen värms. Detta illustreras av figur 3.

Figur 4 är en graf som illustrerar ett temperaturintervall mellan -10 och 60 °C. De första och andra temperatumivâema är markerade T 1 respektive T2. Även en tredje temperatumivå T3 är markerad. Vidare är fyra temperaturintervall A, B, C och D markerade, där A är temperaturer lägre än T2, B är intervallet mellan T2 och T3, C är intervallet mellan TS och Tl, och D är temperaturer högre än Tl.

Med hänvisning till figur 4 kommer nu ett exempel på en tillämpning av kyl- och värmesystemet enligt föreliggande uppfinning att beskrivas.

I detta exempel är anordningen ett batteri i ett hybridfordon som har en optimal arbetstemperatur i intervallet 10-50 grader.

Vid temperaturer lägre än T2 kommer styrenheten att styra pumpen att pumpa i den riktning som visas i figur 3, dvs. i den riktning som innebär att batteriet värrns. 10 l5 20 25 30 534 758 6 Om temperaturen överstiger T1 kommer istället styrenheten att styra pumpen så den pumpar i riktningen som visas i figur 2, dvs. i den riktning som innebär att batteriet kyls.

Ytterligare temperatumivåer kan användas för att ytterligare förbättra temperaturkontrollen. Till exempel kan en tredje temperatumivå T3 införas mellan T2 och Tl. Syftet med T3 kan vara att välja denna till den mest optimala arbetstemperaturen för batteriet och införa en differentierad uppvärmning resp. kylning i intervallen B och C.

Detta innebär att pumpen i intervall B pumpar med lägre hastighet, dvs. en mindre värrneeffekt âstadkommes än i A. På motsvarande sätt pumpar pumpen i intervall C med lägre hastighet, dvs. en mindre kyleffekt åstadkommes än i D.

Temperaturniväema kan även användas för att helt koppla bort batteriet, dvs. inget energiuttag, om temperaturen ligger utanför acceptabla intervall. Exempelvis om temperaturen ligger under T2 kommer systemet att värma batteriet, men batteriet kopplas inte in förrän temperaturen överstiger T2. l intervallet B kan antingen uppvämmingen fortsätta med full effekt, med mindre effekt, eller inte alls, beroende på vad som valts av operatören eller vad en vald reglerstrategi bestämmer.

När temperaturen överstiger T3 kan pumpen börja pumpa i motsatt riktning för att istället åstadkomma kylning. Detta kan ske med full effekt, eller med mindre effekt. Om temperaturen överstiger Tl kopplas batteriet bort, helt eller delvis, och enbart kylning med full effekt sker till temperaturen åter är i intervall C.

Enligt en utföringsforrn ligger den första temperatumivån Tl i intervallet 30 - 60 °C, till exempel 50 °C vilket illustreras i figur 4, och den andra temperatumivån T2 ligger i intervallet 0 - 30 °C, till exempel 10 °C vilket också illustreras i figur 4.

Den tredje temperatumivån T3 är i exemplet i figur 4 vald till ca 25 °C.

Envägsventilerna som används är företrädesvis enkla mekaniska ventiler. Till exempel bestående av en kula som vilar i ett säte inspänt med en fjäder och som släpper fram vätska i en riktning, motriktat fjädem, och hindrar vätska i den andra riktningen. Ett annat 10 534 759 7 alternativ är en enkel fjäderbelastad vikbar lucka som kan vikas i en riktning motriktat íjäderkraflen och som tätar i den andra riktningen.

Envägsventilerna kan vara separata enheter eller kan vara integrerade i kyl- respektive värmeenheten.

Föreliggande uppfinning omfattar också ett hybridfordon eller ett elfordon som innefattar ett kyl och värmesystem som beskrivits ovan.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till ovan beskrivna föredragna uttöringsforrner.

Olika alternativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas. Ovan utfóringsforrner skall därför inte betraktas som begränsande uppfinningens skyddsomfång vilket definieras av de bifogade patentkraven.

Claims (10)

10 15 20 25 30 534 759 Patentkrav

1. Kyl- och värmesystem för en anordning, där systemet omfattar en kylenhet, en värmeenhet, en temperatursensor anpassad att avkänna temperaturen för anordningen och att avge en temperatursignal i beroende av avkänd temperatur till en styrenhet, ett rörsystem anpassat att föra ett medium för kylning och uppvärmning så att anordningen kyls respektive värms, k ä n n et e c k n a d a v att systemet vidare omfattar en reversibel pump anordnad i anslutning till rörsystemet och anpassad att föra mediet i rörsystemet i en första riktning eller i en andra riktning, motriktad den forsta riktningen, i beroende av styrsignaler från styrenheten, ett antal envägsventiler anordnade i anslutning till kylenheten respektive vänneenheten, på sådant sätt att vid olika pumpriktningar medger envägsventilema att flödet passerar antingen kylenheten eller värmeenheten, varvid styrenheten är anordnad att avge styrsignaler, i beroende av temperatursignalen, till pumpen så att pumpen pumpar mediet i en forsta riktning om anordningen skall kylas och i en andra riktning om anordningen skall värmas.

2. System enligt krav 1, varvid styrenheten innefattar en jämtörelseenhet som är anpassad att jämföra temperaturen som erhållits ur temperatursignalen med en inställbar första temperatumivå Tl , och om temperatursignalen överstiger den första temperatumivån avges en första styrsignal till pumpen att pumpa i den riktning som innebär att kylenhetens envägsventil släpper igenom medium medan värrneenhetens envägsventilen förhindrar medium, varvid anordningen kyls.

3. System enligt krav 2, varvid j ämförelseenheten vidare är anpassad att jämföra temperaturen som erhållits ur temperatursignalen med en inställbar andra temperaturnivå T2, som är lägre eller lika med den första temperatumivån T1, och om temperaturen understiger den inställbara andra temperatumivån avges en andra styrsignal till pumpen att pumpa iden andra riktningen som innebär att värmeenhetens envägsventil släpper igenom medium medan kylenhetens envägsventil förhindrar medium, varvid anordningen värms. l0 15 20 25 534 755 9

4. System enligt krav enligt krav 3, varvid den första temperatumivån ligger i intervallet 30 - 60 °C och den andra temperaturnivån ligger i intervallet 0 - 30 °C.

5. System enligt något av föregående krav, varvid envägsventilerna är integrerade i kyl- respektive värrneenheten.

6. System enligt krav 3 eller 4, varvid en tredje temperatumivå T3 införs mellan T2 och T1, där temperaturer lägre än T2 ligger i ett intervall A, där intervallet mellan T2 och T3 betecknas som intervall B, intervallet mellan T3 och T1 betecknas som intervall C och där temperaturer högre än T1 ligger i ett intervall D.

7. System enligt krav 6, varvid T3 väljs till anordningens optimala arbetstemperatur.

8. System enligt krav 6 eller 7, varvid en differentierad uppvärmning resp. kylning åstadkommes i intervallen B och C genom att pumpen i intervall B pumpar med lägre hastighet än i intervall A och genom att pumpen i intervall C pumpar pumpen med lägre hastighet än i intervall D.

9. System enligt något av föregående krav, varvid anordningen är ett batteri.

10. Hybiidfordon eller elfordon innefattande ett kyl- och värmesystem enligt något av föregående krav.