TWI577581B - 電動車之溫控系統 - Google Patents

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TWI577581B
TWI577581B TW104109100A TW104109100A TWI577581B TW I577581 B TWI577581 B TW I577581B TW 104109100 A TW104109100 A TW 104109100A TW 104109100 A TW104109100 A TW 104109100A TW I577581 B TWI577581 B TW I577581B
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楊安陶
陳錚錚
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Description

電動車之溫控系統 【0001】
本案係關於ㄧ種溫控系統，尤指一種可視環境氣溫、動力系統、車內空調的溫度狀況來調整切換冷卻液之循環路徑，以進行三種不同模式運作之電動車之溫控系統。
 【0002】
一般而言，電動車主要是藉由動力系統來進行相關的控制與運作，其中動力系統包括馬達、馬達控制器、馬達驅動器及電池等。動力系統在持續運作的過程中會產生熱能(或稱廢熱能)，使動力系統之溫度上升，造成動力系統內之裝置效能衰退且降低使用壽命。為了使電動車之動力系統冷卻，部分電動車係利用散熱箱且將冷卻液於運作之動力系統以及散熱箱之間進行循環，藉此可將動力系統運作時所產生之熱能移轉至冷卻液並經由散熱箱散熱至空氣中。
【0003】
然而，散熱箱之冷卻效能會受到環境氣溫顯著地影響，舉例而言，當環境氣溫上升(例如環境氣溫達攝氏35度以上)時，散熱箱內之冷卻液的溫度亦隨之上升，且當動力系統之運作功率較大時，冷卻液流經動力系統後再經由散熱箱降溫而輸出之溫度可能達攝氏50度至60度，此冷卻液之溫度將會高於動力系統之理想作業溫度(例如攝氏5度至40度)，於此情況下，動力系統在散熱箱之冷卻液進行冷卻循環後仍無法降溫至理想作業溫度，如此將容易造成其內部裝置效能衰退甚至輸出不穩定，且會導致裝置使用壽命縮短。再則，由於電動車動力系統之裝置溫度會影響其效能(例如電動車動力系統之裝置溫度介於攝氏5度至40度時具有較佳效能)，現有之電動車之溫控系統並無法同時在極冷以及酷熱之環境或區域下運作(例如攝氏負40度至40度之間)，以對動力系統散熱並確保動力系統(例如馬達)可以正常運作及維持較佳效能，即使可以亦須增加許多加熱以及冷卻機構，如此將使電動車之成本大幅增加。因此，現有的電動車動力系統需要一種成本較低且能夠在各種環境氣溫下均能有效保持冷卻液之溫度介於其理想作業溫度的溫控系統。
【0004】
此外，由於電動車的空調系統所輸出之暖氣係利用電能轉換原理提供熱能，因此在寒冷氣候下行駛時，電動車的空調系統相當損耗電能，故相較於傳統車，電動車在酷寒環境下反而無法達到節能減碳之效果，且會造成每次充電行駛之里程數大幅降低。因此，現有的電動車亦需要一種能夠提升在寒冷氣候時之能源利用效率的暖氣供應手段以及其溫控系統。
 【0005】
本案之目的在於提供一種電動車的溫控系統，其可視環境、動力系統、車內空調的溫度狀況來自動調整切換冷卻液之循環路徑，以進行三種不同模式運作，俾達到穩定動力系統溫度，提升動力系統內裝置之運作效能及使用壽命，並可節約空調耗能。
【0006】
本案之另一目的在於提供一種電動車之溫控系統，使溫控系統之冷卻液在環境氣溫上升或動力系統持續運作於高負載時仍能維持於理想作業溫度，並於寒冷環境中將電動車之動力系統所產生的廢熱能回收以提供車內空調暖氣，進而降低空調之耗能，俾使電動車可適用於各種運作環境。
【0007】
為達上述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種電動車之溫控系統，包含：流路切換裝置，具有第一端口、第二端口、第三端口及第四端口；液溫調節裝置，具有入口以及出口，液溫調節裝置之入口係連接至流路切換裝置之第一端口；車內空調熱交換器，具有入口連接至液溫調節裝置之出口，以及出口連接至流路切換裝置之第二端口；馬達冷卻管路，具有入口以及出口，該馬達冷卻管路之出口係連接至流路切換裝置之第三端口；以及散熱箱，具有入口連接至流路切換裝置之第四端口，以及出口連接至馬達冷卻管路之入口。其中，流路切換裝置依據電動車之溫控系統之一常態冷卻模式、一熱回收暖氣模式及一輔助冷卻模式而切換形成冷卻液之各循環路徑，俾於常態冷卻模式時將液溫調節裝置所輸出之冷卻液傳送至車內空調熱交換器，於熱回收暖氣模式時將馬達冷卻管路所輸出之冷卻液傳送至車內空調熱交換器，以及於輔助冷卻模式時將液溫調節裝置所輸出之冷卻液傳送至馬達冷卻管路。
 【0026】
1‧‧‧電動車之溫控系統
101‧‧‧液溫調節裝置
102‧‧‧車內空調熱交換器
103‧‧‧馬達冷卻管路
104‧‧‧散熱箱
105‧‧‧第一泵浦
106‧‧‧第二泵浦
108‧‧‧流路切換裝置
110‧‧‧控制器
112‧‧‧溫度感測器
101a、102a、103a、104a‧‧‧入口
101b、102b、103b、104b‧‧‧出口
108a‧‧‧第一端口
108b‧‧‧第二端口
108c‧‧‧第三端口
108d‧‧‧第四端口
C1‧‧‧第一循環路徑
C2‧‧‧第二循環路徑
C3‧‧‧第三循環路徑
【0008】

第1圖係為本案電動車之溫控系統於常態冷卻模式之架構示意圖。
第2圖係為本案電動車之溫控系統於輔助冷卻模式及熱回收暖氣模式之架構示意圖。
第3圖係為本案電動車之溫控系統之電路方塊圖。
 【0009】
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用於限制本案。
【0010】
第1圖係為本案電動車之溫控系統於常態冷卻模式之架構示意圖，第2圖係為本案電動車之溫控系統於輔助冷卻模式及熱回收暖氣模式之架構示意圖，以及第3圖係為本案電動車之溫控系統之電路方塊圖。如第1、2及3圖所示，本案電動車之溫控系統1係適用於大型電動車，例如但不限於電動巴士。本案電動車之溫控系統1包括液溫調節裝置101、車內空調熱交換器102、馬達冷卻管路103、散熱箱104、第一泵浦105、第二泵浦106、流路切換裝置108以及控制器110，其中控制器110係電性連接於第一泵浦105、第二泵浦106、流路切換裝置108與液溫調節裝置101，以控制第一泵浦105、第二泵浦106與液溫調節裝置101之作動以及控制流路切換裝置108之流路切換運作。流路切換裝置108係架構於依據溫控系統之常態冷卻模式、熱回收暖氣模式(或稱輔助加熱模式)及輔助冷卻模式而切換形成不同流路以設定冷卻液之循環路徑，且流路切換裝置108具有第一端口108a、第二端口108b、第三端口108c及第四端口108d。
【0011】
液溫調節裝置101係接收冷卻液並選擇性地調節該冷卻液之溫度後輸出，其中該液溫調節裝置101可為具有冷媒壓縮循環單元以進行循環制冷之冷卻液供應機。於一些實施例中，該液溫調節裝置101之冷媒壓縮循環單元更具有逆循環制熱功能，可將冷卻液增溫後輸出。液溫調節裝置101之入口101a連接至流路切換裝置108之第一端口108a，液溫調節裝置101之出口101b係經由第一泵浦105連接至車內空調熱交換器102之入口102a。
【0012】
車內空調熱交換器102為一組利用冷卻液以調節車內空氣溫度的熱交換器。車內空調熱交換器102之入口102a係經第一泵浦105而連接至液溫調節裝置101之出口101b，車內空調熱交換器102之出口102b連接至流路切換裝置108之第二端口108b。
【0013】
馬達冷卻管路103為一組利用冷卻液循環於動力系統內裝置(例如但不限於馬達、馬達驅動器、馬達控制器及/或電池)以吸收廢熱能之冷卻循環管路。馬達冷卻管路103之入口103a連接至散熱箱104之出口104b，馬達冷卻管路103之出口103b係經由第二泵浦106連接至流路切換裝置108之第三端口108c。
【0014】
散熱箱104為一組利用環境空氣降低冷卻液溫度之散熱箱，故其冷卻功率係根據環境溫度之變化而變化，例如當環境溫度升高時，散熱箱104的冷卻功率降低。散熱箱104之入口104a連接至流路切換裝置108之第四端口108d，散熱箱之出口104b連接於馬達冷卻管路103之入口103a。
【0015】
第一泵浦105及第二泵浦106係分別為可抽送冷卻液且可控制冷卻液流量的冷卻液驅動裝置，其中，第一泵浦105係連接於液溫調節裝置101之出口101b及車內空調熱交換器102之入口102a之間，用於將液溫調節裝置101內之冷卻液驅動傳送至車內空調熱交換器102之入口102a。第二泵浦106係連接於馬達冷卻管路103之出口103b及流路切換裝置108之第三端口108c之間，用於將馬達冷卻管路103內之冷卻液驅動傳送至流路切換裝置108之第三端口108c。
【0016】
流路切換裝置108係依照各運作模式來設定冷卻液循環路徑，當電動車之溫控系統1於常態冷卻模式時，流路切換裝置108之第一端口108a與第二端口108b的管路係相連通，使液溫調節裝置101內之冷卻液經由第一泵浦105驅動並傳送至車內空調熱交換器102之入口102a，此外，流路切換裝置108之第三端口108c與第四端口108d的管路係相連通，使馬達冷卻管路103輸出之冷卻液經由第二泵浦106驅動並傳送至散熱箱104之入口104a。當本案電動車之溫控系統1於熱回收暖氣模式以及輔助冷卻模式運作時，流路切換裝置108將其第一端口108a與第三端口108c相連通，且將其第二端口108b與第四端口108d相連通。
【0017】
於一些實施例中，電動車之溫控系統1更包括複數個溫度感測器112，架構於感測例如但不限於環境溫度、車內空氣溫度、馬達冷卻管路103之入口103a的冷卻液溫度。
【0018】
當本案電動車之溫控系統1於常溫冷卻模式運作時，流路切換裝置108會對應進行流路切換運作，以形成冷卻液之第一循環路徑C1以及第二循環路徑C2。於本實施例中，流路切換裝置108將其第一端口108a與第二端口108b相連通，且將其第三端口108c與第四端口108d相連通。此時，液溫調節裝置101、第一泵浦105、車內空調熱交換器102與切換開關裝置108將設定形成冷卻液之第一循環路徑C1。此外，馬達冷卻管路103、第二泵浦106、流路切換裝置108與散熱箱104將設定形成冷卻液之第二循環路徑C2。
【0019】
當本案電動車之溫控系統1於熱回收暖氣模式以及輔助冷卻模式運作時，流路切換裝置108會對應進行流路切換運作，以形成冷卻液之第三循環路徑C3。於本實施例中，流路切換裝置108將其第一端口108a與第三端口108c相連通，且將其第二端口108b與第四端口108d相連通。此時，液溫調節裝置101、第一泵浦105、車內空調熱交換器102、切換開關裝置108、散熱箱104、馬達冷卻管路103與第二泵浦106將設定形成冷卻液之第三循環路徑C3。
【0020】
以下將根據三種不同的作業模式進一步說明本案電動車之溫控系統的運作方式。請再參閱第1圖，當電動車所處之環境氣溫適中且不需要加強對其動力系統制冷功率時，電動車之溫控系統1可運作於常態冷卻模式。於常態冷卻模式下，冷卻液可於第一循環路徑C1以及第二循環路徑C2中進行循環，其中第一循環路徑C1與第二循環路徑C2係各自獨立，且冷卻液之循環方向如箭頭所示互為相反。詳言之，流路切換裝置108因應控制器110之控制將其第一端口108a與第二端口108b相連通，且將其第三端口108c與第四端口108d相連通。第一泵浦105因應控制器110之控制而運作，使液溫調節裝置101內之冷卻液經由第一泵浦105驅動並傳送至車內空調熱交換器102之入口102a，使冷卻液導向車內空調熱交換器102中循環以吸收車內空氣之熱能(亦即使車內空氣降溫)，再經由車內空調熱交換器102之出口102b、流路切換裝置108之第二端口108b與其第一端口108a而流向液溫調節裝置101之入口101a，再由液溫調節裝置101將相對高溫之冷卻液降溫。藉由冷卻液於前述第一循環路徑C1中進行循環，可使車內空調熱交換器102依據使用者需求降低車內空氣溫度。
【0021】
另一方面，馬達冷卻管路103係接收由散熱箱104所提供之冷卻液，並使冷卻液循環於動力系統中以吸收動力系統所產生之廢熱能，第二泵浦106係因應控制器110之控制而運作，以驅動馬達冷卻管路103內之冷卻液並導向流路切換裝置108之第三端口108c與其第四端口108d，之後進入散熱箱104之入口104a以藉由散熱箱104之冷卻循環使冷卻液降溫，並由散熱箱104之出口104b將冷卻液輸出至馬達冷卻管路103之入口103a。藉由冷卻液於前述第二循環路徑C2內循環，可對動力系統進行散熱。因此，於常態冷卻模式下，液溫調節裝置101可視需求而提供低溫之冷卻液至車內空調熱交換器102以使車內空氣降溫，且馬達冷卻管路103可將吸收廢熱能之冷卻液導向散熱箱104散熱，使冷卻液維持低溫循環(保持冷卻液之溫度不超過動力系統之理想作業溫度)，確保動力系統的運作效能。
【0022】
請再參閱第2圖，當電動車所處之環境氣溫過高或動力系統之裝置持續運作於高負載(或動力系統的廢熱能過多)，致使散熱箱104的制冷功率無法維持動力系統於理想作業溫度時，電動車之溫控系統1係自動切換運作於輔助冷卻模式。於輔助冷卻模式下，冷卻液可於第三循環路徑C3中進行循環。詳言之，流路切換裝置108係因應控制器110之控制將其第一端口108a與第三端口108c相連通，且將其第二端口108b與第四端口108d相連通。第二泵浦106係藉由控制器110之控制而運作，以將馬達冷卻管路103內相對高溫之冷卻液驅動傳送至流路切換裝置108之第三端口108c與其第一端口108a，再導向液溫調節裝置101之入口101a，利用液溫調節裝置101進行冷卻，例如使冷卻液降溫至低於環境溫度以下。第一泵浦105係藉由控制器110之控制而運作，以將液溫調節裝置101內之冷卻液驅動傳送至車內空調熱交換器102，並經由流路切換裝置108之第二端口108b與其第四端口108d，進而導向散熱箱104之入口104a，最後由散熱箱104之出口104b流出並進入馬達冷卻管路103，以對動力系統進行散熱。因此，於輔助冷卻模式下，馬達冷卻管路103係將相對高溫之冷卻液導向液溫調節裝置101以進行降溫，藉由冷卻液於第三循環路徑C3中進行循環，可使冷卻液降低至環境氣溫以下，確保導回馬達冷卻管路103之冷卻液的溫度維持低溫，使動力系統在經由冷卻液降溫的過程中其裝置能正常運作且可保持其效能。
【0023】
請再參閱第2圖，當電動車所處之環境氣溫過低，使用者要求電動車內空調提供暖氣時，電動車之溫控系統1係自動切換運作於熱回收暖氣模式。於熱回收暖氣模式下，冷卻液可於第三循環路徑C3中進行循環。詳言之，流路切換裝置108係因應控制器110之控制將其第一端口108a與第三端口108c相連通，且將其第二端口108b與第四端口108d相連通。第二泵浦106係藉由控制器110之控制而運作，以將馬達冷卻管路103內相對高溫之冷卻液驅動傳送至流路切換裝置108之第三端口108c與其第一端口108a，再導向液溫調節裝置101之入口101a，此時，液溫調節裝置101可因應控制器110之控制而不運作。第一泵浦105係藉由控制器110之控制而運作，以將液溫調節裝置101內之冷卻液驅動傳送至車內空調熱交換器102。此時，相對高溫之冷卻液將循環於車內空調熱交換器102中以提供車內空氣熱能(亦即使車內空氣升溫)，再經由車內空調熱交換器102之出口102b輸出，並經由流路切換裝置108之第二端口108b與其第四端口108d，進而導向散熱箱104之入口104a，最後由散熱箱104之出口104b流出並進入馬達冷卻管路103。於一些實施例中，如在極端寒冷的環境溫度時，液溫調節裝置101可因應控制器110之控制而運作，使液溫調節裝置101之冷媒壓縮循環單元執行逆循環制熱功能，可使液溫調節裝置101輸出至車內空調熱交換器102之冷卻液得以進一步增溫，藉此可達到車內暖氣之需求。因此，於熱回收暖氣模式下，馬達冷卻管路103係利用於動力系統中所吸收之廢熱能提供至車內空調熱交換器102，使車內產生暖氣，藉由冷卻液於第三循環路徑C3中進行循環，可對動力系統散熱，並將動力系統所產生之廢熱能回收利用以降低空調之能耗。
【0024】
綜上所述，本案提供一種電動車之溫控系統，其可視環境、動力系統、車內空調的溫度狀況來自動調整切換冷卻液之循環路徑，以進行常態冷卻模式、熱回收暖氣模式以及輔助冷卻模式等不同模式運作，俾達到穩定動力系統溫度，提升動力系統內裝置之運作效能及使用壽命，並可節約空調耗能。本案電動車之溫控系統，可於冷卻液在環境氣溫上升或動力系統持續運作於高負載時仍能維持於理想作業溫度，並於寒冷環境中將電動車之動力系統所產生的廢熱能回收以提供車內空調暖氣，進而降低空調之耗能，俾使電動車可適用於各種運作環境。
【0025】
本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
 
1‧‧‧電動車之溫控系統
101‧‧‧液溫調節裝置
102‧‧‧車內空調熱交換器
103‧‧‧馬達冷卻管路
104‧‧‧散熱箱
105‧‧‧第一泵浦
106‧‧‧第二泵浦
108‧‧‧流路切換裝置
101a、102a、103a、104a‧‧‧入口
101b、102b、103b、104b‧‧‧出口
108a‧‧‧第一端口
108b‧‧‧第二端口
108c‧‧‧第三端口
108d‧‧‧第四端口
C1‧‧‧第一循環路徑
C2‧‧‧第二循環路徑

Claims (5)

  1. 一種電動車的溫控系統，包含：一流路切換裝置，具有一第一端口、一第二端口、一第三端口及一第四端口；一液溫調節裝置，具有一入口以及一出口，該液溫調節裝置的該入口連接至該流路切換裝置的該第一端口；一車內空調熱交換器，具有一入口連接至該液溫調節裝置的該出口，以及一出口連接至該流路切換裝置的該第二端口；一馬達冷卻管路，具有一入口以及一出口，該馬達冷卻管路的該出口連接至該流路切換裝置的該第三端口；一散熱箱，具有一入口連接至該流路切換裝置的該第四端口，以及一出口連接至該馬達冷卻管路的該入口；一第一泵浦，連接於該液溫調節裝置之該出口以及該車內空調熱交換器之該入口之間，以驅動一冷卻液；一第二泵浦，連接於該馬達冷卻管路之該出口以及該流路切換裝置之該第三端口之間，以驅動該冷卻液；以及一控制器，該控制器係電性連接於該第一泵浦、該第二泵浦、該流路切換裝置與該液溫調節裝置，以控制該第一泵浦、該第二泵浦與該液溫調節裝置之作動以及控制該流路切換裝置之流路切換運作；其中，該流路切換裝置依據該電動車的溫控系統的一常態冷卻模式、一熱回收暖氣模式及一輔助冷卻模式而切換形成該冷卻液的各循環路徑，其中當該電動車的溫控系統於該常態冷卻模式運作時，該流路切換裝置的該第一端口與該第二端口相連通，該流路切換裝置的該第三端口與該第四端口相連通，以將該液溫調節裝置所輸出的該冷卻液傳送至該車內空調熱交換器，於該熱回收暖 氣模式時，該流路切換裝置的第一端口與該第三端口相連通，該流路切換裝置的該第二端口與該第四端口相連通，以將該馬達冷卻管路所輸出的該冷卻液傳送至該車內空調熱交換器，以及於該輔助冷卻模式時，該流路切換裝置的第一端口與該第三端口相連通，該流路切換裝置的該第二端口與該第四端口相連通，以將該液溫調節裝置所輸出的該冷卻液傳送至該馬達冷卻管路。
  2. 如請求項第1項所述的電動車的溫控系統，其中當該電動車的溫控系統於該常態冷卻模式運作時，該第一泵浦致能運作，使該冷卻液於該液溫調節裝置、該第一泵浦、該車內空調熱交換器與該流路切換裝置所形成的一第一循環路徑中進行循環。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電動車之溫控系統，其中當該電動車之溫控系統於該常態冷卻模式運作時，該第二泵浦致能運作，使該冷卻液於該馬達冷卻管路、該第二泵浦、該流路切換裝置與該散熱箱所形成之一第二循環路徑中進行循環。
  4. 如請求項第1項所述的電動車的溫控系統，其中當該溫控系統於該輔助冷卻模式運作時，該第一泵浦與與該第二泵浦致能運作，使該冷卻液於該馬達冷卻管路、該第二泵浦、該流路切換裝置、該液溫調節裝置、該第一泵浦、該車內空調熱交換器與該散熱箱所形成的一第三循環路徑中進行循環，其中該液溫調節裝置架構於將該冷卻液降溫後輸出。
  5. 如請求項第1項所述的電動車的溫控系統，其中當該溫控系統於該熱回收暖氣模式運作時，該第一泵浦與該第二泵浦致能運作，使該冷卻液於該馬達冷卻管路、該第二泵浦、該流路切換裝置、該液溫調節裝置、該第一泵浦、該車內 空調熱交換器與該散熱箱所形成的一第三循環路徑中進行循環，其中該液溫調節裝置不運作或對該冷卻液增溫後輸出。
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