TWI774203B - 設有具ｈｖａｃ系統之電化學發電機的電動車之熱能回收和調節裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於流體於其中循環之用於具有電化學發電機之電動車的熱能回收和調節裝置，該空氣調節迴路包括至少一個外部冷凝器/蒸發器(2)、壓縮機(4)、用於加熱車廂之內部冷凝器(6)、設置在該內部冷凝器(6)之下游的第一膨脹孔口(8)、用於冷卻車廂之內部蒸發器(14)、及設置在該內部蒸發器(14)上游之第二膨脹孔口(12)。該調節裝置進一步包括用於加熱電化學發電機、電動馬達(5)、電子迴路(7)及煞車迴路(9)之第一加熱或熱能回收迴路，及用於冷卻電化學發電機、電動馬達、電子迴路及煞車迴路之第二冷卻或熱能回收迴路。複數個閥(24、28、32、20)被配置成可使空氣調節迴路與第一加熱迴路及第二冷卻迴路中之一者或另一者連通，及控制該閥(24、28、32、20)之構件，其被配置成可依照該電化學發電機(1)、該電動馬達、該電子迴路及該煞車迴路之溫度而來自空氣調節迴路之使該流體在該第一加熱迴路中循環以用於加熱操作並使來自空氣調節迴路之流體在該第二冷卻迴路中該循環以用於冷卻操作。

Description

設有具ＨＶＡＣ系統之電化學發電機的電動車之熱能回收和調節裝置
本發明係關於設有具HVAC(heating-ventilation-air conditioning-cooling)系統之有電化學發電機(諸如電池、燃料電池或混合)的電動車之熱能回收和調節裝置。該熱能回收和調節裝置包括用於車輛之車廂的HVAC(加熱-通風-空氣調節-冷卻)系統之空氣調節迴路，流體於該空氣調節迴路中循環，該空氣調節迴路包括至少一個外部冷凝器-蒸發器、壓縮機、用於加熱車廂之內部冷凝器、設置在內部冷凝器下游、位於內部冷凝器及外部冷凝器/蒸發器之間的第一膨脹孔口、用於冷卻車廂之內部蒸發器、及設置在內部蒸發器之上游、位於外部冷凝器/蒸發器及內部蒸發器之間的第二膨脹孔口。
此等裝置係習於此技術者已知的，尤其使用在電動或混合式車輛中用於替換消耗大量電力之具有加熱元件之電加熱系統。HVAC系統亦具有在夏天時將其自身轉換成空氣調節之優點。HVAC系統對於調節車廂溫度係最有效的，同時最佳化車輛之電能消耗。因此造成其可增加車輛的行駛距離。
又為了增加電動或混合式車輛之行駛距離的目的，可藉由調節電化學發電機之溫度來尋求最佳化電化學發電機之能源效率。這是因為溫度對於電化學發電機之功能具有很大的影響：電化學發電機在其溫度過高時必須冷卻，或當其溫度過低時必須加熱。特定言之，在冬天，電化學發電機之過低溫度會造成效率很大的下降，使得車輛之行駛距離會減半。另外，當電化學發電機係電池時，充電狀態之曲線根據電池之充電時間而變指示該充電時間隨溫度增加。此外，由於在充電期間溫度的上升，針對達到80%之充電的充電時間較快，但接著要達到100%充電則需要很長時間。
就此而言，瑞士專利CH 711 726 B1描述用於調節電動車之電化學發電機(例如，電池或燃料電池或混合)之溫度的裝置，如圖1至5所示，且將在下文中詳述為先前技術。
例如請參考圖1，用於調節電動或混合式車輛之電化學發電機之溫度的裝置包括用於車輛之車廂之HVAC系統的空氣調節迴路。此圖1顯示例如在車輛停止之充電狀態下加熱該電池之方法。
更特定言之，空氣調節迴路沿流體循環方向在第一環路中包括外部冷凝器/蒸發器2(大體上位在車輛前部)、蓄積器3、壓縮機4(較佳為高速)、用於加熱車廂之內部冷凝器6、及設置在內部冷凝器下游、位於內部冷凝器6及外部冷凝器/蒸發器2之間的第一膨脹孔口8。旁路10被設置在內部冷凝器6及外部冷凝器/蒸發器2之間，位在第一膨脹孔口8處。第二環路包括設置在內部蒸發器14之上游、位於外部冷凝器/蒸發器2及內部蒸發器14之間的第二膨脹孔口12，且其用於冷卻車廂。空氣調節單元之風扇16被設置在內部蒸發器14處。各種元件藉由導管連接在一起，冷凍流體(諸如冷媒氣體)在該導管中循環。在第一環路中或在第二環路中及旁路的循環係藉由一組閥、18、20、21、28、32、36、38來控制。該閥18及20設置在第一環路及第二環路之相交處，且該閥21設置在第一環路與旁路10之相交處，位於第一膨脹孔口8之上游。這些閥係例如具有至少3通之電磁閥，除了例如閥20具有至少4通。
應注意，在此實施例中之導管中氣態流體之循環在圖1中以較黑的線來顯示在車輛停止處在充電狀態下加熱電池之該方法。這亦適用於以下圖2至圖5。
調節裝置進一步包括用於加熱電化學發電機1之第一迴路，其中與空氣調節迴路中相同的流體能夠在該第一迴路中循環。用於加熱電化學發電機之第一迴路在流體之循環方向中包括第一導管，其用於供應流體22至與該電化學發電機1相關聯之熱轉移元件。第一供應導管22藉由3通閥 24連接至被設置在壓縮機4與內部冷凝器6之間的第一出口，以及用於從熱轉移元件排出流體26之第一導管。第一排出導管26藉由3通閥28連接至被設置在內部冷凝器6及第一膨脹孔口8之間的第一入口。
調節裝置進一步包括用於冷卻電化學發電機1之第二迴路，其中與空氣調節迴路中相同的流體能夠在該第二迴路中循環。用於冷卻電化學發電機1之第二迴路在流體之循環方向中包括第二導管，其用於供應流體30至與該電化學發電機1相關聯之熱轉移元件。第二供應導管30藉由3通閥32連接至被設置在第二膨脹孔口12與內部蒸發器14之間的第二出口，以及用於從熱轉移元件排出流體34之第二導管。第二排出導管34藉由4通閥組成之閥20而連接至被設置於內部蒸發器14下游、位於內部蒸發器14及壓縮機4之間的第二入口。
應注意，針對此描述，必須理解空氣調節迴路包括第一加熱迴路及第二冷卻迴路，即使大體而言針對空氣調節，這主要關於氣體通過第二膨脹孔口12(減壓器)。第一加熱迴路及第二冷卻迴路係彼此套接且藉由取決於用於實踐其功能之控制構件而由各種閥控制。
供應流體至電化學發電機1之熱轉移元件之第一導管22及第二導管30僅藉由3通閥36被連接至該熱轉移元件。同樣地，用於從熱轉移元件排出流體之第一導管26及第二導管34僅藉由3通閥38被連接至該熱轉移元件。亦可以提供至該熱轉移元件之分離及獨立的連接。亦可以在閥36、 38及電化學發電機1之間提供交換器以有利於熱交換。
閥24、28、32及20構成能使空氣調節迴路與電化學發電機1之第一加熱迴路及第二冷卻迴路中的一者或另一者連通的閥配置。
調節裝置包括用於控制閥24、28、32、20、36及38之構件，其經配置以允許依照電化學發電機1之溫度使空氣調節迴路之流體在第一加熱迴路中循環以加熱該電化學發電機1及/或使空氣調節迴路之流體在第二冷卻迴路中循環以冷卻該電化學發電機1，以調節該電化學發電機之溫度。
可針對閥18、20及21之功能來提供用於控制空氣調節迴路之閥之其他構件，以除了調節電化學發電機之溫度外還可調節車廂之溫度。
控制構件係與電化學發電機1之溫度感測器相關聯，以依照取決於車輛是停止或行駛中且依照電池或燃料電池之存在所要尋求的功效來致動閥。依照圖1至圖5，在本實施例中在導管內的氣態流體循環係以較黑的線來顯示。圖1顯示用於在車輛停止時在充電情況下用於電池1之加熱模式。圖2顯示在車輛停止時在充電情況下用於電池1之冷卻模式。圖3顯示在車輛行駛中車廂之加熱模式及電池1之加熱。圖4顯示車輛行駛中用於空氣調節車廂及冷卻電池1之模式。最後，圖5顯示車輛行駛中用於加熱車廂及冷卻電池1之模式。
更特定言之，當車輛停止時，用於控制閥之構件、壓 縮機4及所有電子組件被配置成可在電源上作用，該車輛被連接至電源，或未連接。
用於控制閥之構件可被配置成當車輛停止時針對車廂之溫度調節使內部冷凝器6及內部蒸發器14停止操作，使得僅電池加熱或冷卻模式可操作。
當外部溫度很冷時，有需要加熱電池或燃料電池以有利於車輛之起動，以及加熱電池以增進其充電效率。在用於電化學發電機1之加熱模式的例子中，車輛是停止的，且在電池的例子中，該電池可處在充電狀態，依照圖1，用於控制閥之構件被配置成使得流體通過外部冷凝器/蒸發器2，與冷空氣A接觸，經由閥閥18及20流向蓄積器3，然後在壓縮機4中，其被壓縮，且因此加熱，然後經由閥24發送至供應電化學發電機之加熱迴路的第一導管22中，以及經由閥36而發送至電化學發電機1之熱轉移元件。在流體通過期間，該流體再加熱熱轉移元件，其加熱電化學發電機1。接著，流體在電化學發電機1之加熱迴路之第一排出導管26中經由閥38循環，經由閥28、21結合空氣調節迴路且藉由通過第一膨脹孔口8而恢復外部冷凝器/蒸發器2。在此模式中，內部冷凝器6及蒸發器14是不作用的。
若在起動時電化學發電機太熱，或若在充電時電池太熱，因為過熱的外部空氣，使得電化學發電機必須被冷卻，則控制閥之構件被配置成進入電化學發電機冷卻模式，該車輛是停止的。在電池的例子中，該電池可被充電，依照圖2。控制閥之構件接著被配置成使得流體通過 外部冷凝器/蒸發器2，與熱空氣B接觸，經由閥18、第二膨脹孔口12(流體於其中冷卻)及閥32循環朝向供應電化學發電機之冷卻迴路的第二導管30，以及經由閥36通過該電池1之熱轉移元件。當流體通過時，流體冷卻熱轉移元件，其冷卻電化學發電機1。接著，流體經由閥38流入冷卻迴路之第二排出導管34，且經由閥20重新連結空氣調節迴路，以通過蓄積器3及壓縮機4(在其中被壓縮)，經由閥24通過內部冷凝器6，藉由閉孔器40該內部冷凝器針對調節車廂的情況下係停止操作的。接著，流體經由閥21及28流入至旁路10中且然後恢復外部冷凝器/蒸發器2，而不通過第一膨脹孔口8。在此模式中，內部冷凝器6及蒸發器14針對車廂之溫度調節的情況下係不作用的。
當電化學發電機是電池時，控制閥之構件被配置成使得流體在第一加熱迴路中循環以加熱電池，直到其達到最佳充電溫度且使空氣調節迴路之流體在第二冷卻迴路中循環以冷卻電池來恢復最佳充電溫度，以儘可能在短時間內充電該電池。在此情況中，控制閥之構件被配置成從電池加熱模式(車輛是停止且電池在充電中，依照圖1)進入電池冷卻模式(車輛是停止且電池在充電中，依照圖2)，且反之亦然，自動地依照所要維持之電池的最佳溫度，以儘可能在短時間內充電該電池。該電池之最佳充電溫度係在5及25℃之間。
在上文描述的各種例子中，控制閥之構件被自動地管控而無需人為動作。這特別使用於將電池之溫度維持在理 想的充電溫度。
當車輛停止時，可以使用由電化學發電機1供應之熱能來調節車廂之溫度。因此可以程式化電池充電時間以充分加熱電池且獲益於由電池充電期間所發出的熱來加熱車廂，或充分冷卻電池且獲益於電池充電期間所發出的冷來冷卻車廂。在此情況中，控制閥之構件被配置成使得當車輛停止時可使內部冷凝器6及內部蒸發器14作用且除了調節電化學發電機1之溫度外還可調節車廂溫度。因此，當使用者坐在車輛中來發動該車輛時，該車廂之溫度是舒適的。
當車輛行駛中時，控制閥之構件及壓縮機4被配置成可在電化學發電機上作用。
依照另一變體，控制閥之構件被配置成使得當車輛在行駛中時使該內部冷凝器6及內部蒸發器14作用以除了調節電化學發電機之溫度外還可調節車廂溫度。
更特定言之，當外部溫度較冷時，控制閥之構件被配置成可將HVAC系統改變至車廂加熱模式且使空氣調節迴路之流體在電化學發電機之第一加熱迴路中循環以當車輛行駛中時來加熱車廂及電化學發電機，如圖3所示。在用於加熱車廂及電化學發電機之模式的情況中，控制閥之構件被配置成使得通過冷凝器/蒸發器2之流體與冷空氣A接觸，經由閥18及20流向蓄積器3，然後在壓縮機4中(於其中被壓縮)，且因此加熱，然後經由閥24首先發送至供應電化學發電機之加熱迴路的第一導管22中，以及經由閥36 至電化學發電機1之熱轉移元件，接著進入內部冷凝器6。空氣調節單元16之風扇被配置成可被打開，使得在C處進入之冷空氣在被發送至車廂以加熱車廂之後可藉由通過內部冷凝器6而被加熱。接著，流體在外部冷凝器/蒸發器2之方向上再次離開，通過第一膨脹孔口8。在電化學發電機之加熱迴路處，流體再加熱熱轉移元件，其加熱電化學發電機1。接著，流體經由閥38流入電化學發電機之加熱迴路之第一排出導管26中，經由閥28及21重新連結空氣調節迴路且藉由通過第一膨脹孔口8而恢復外部冷凝器/蒸發器2。在此模式中，內部冷凝器6在針對車廂溫度之調節的情況中是作用的。在此模式中，調節裝置使其可以產生熱以在一方面加熱車廂且在另一方面加熱電化學發電機，以將其維持在最佳溫度以確保較佳效率。
當車輛行駛中時，若因為例如極高的牽引功率負載或外部空氣太熱而使電化學發電機變得太熱，使得電化學發電機必須冷卻，則控制閥之構件被配置成將HVAC系統移至車廂空氣調節模式。另外，這使得可使空氣調節迴路之流體在電化學發電機之第二冷卻迴路中循環，以冷卻車廂及電化學發電機，依照圖4。控制閥之構件接著被配置成使得通過外部冷凝器/蒸發器2而與熱空氣B接觸之流體經由閥18被定向至第二膨脹孔口12，該流體在該處被冷卻，且接著至閥32，其中該流體首先被分向供應電化學發電機之冷卻迴路的第二導管30以及經由閥36至電化學發電機1之熱轉移元件，且然後朝向內部蒸發器14。空氣調節單元 16之風扇被配置成可被打開，使得在D處進入之熱空氣在被發送至車廂以冷卻車廂之前可藉由通過內部蒸發器14而被冷卻。接著，流體經由閥20再次移動至空氣調節迴路中。沿著電化學發電機1之冷卻迴路，流體在已冷卻電化學發電機1之後便經由閥38流入冷卻迴路之第二排出導管34，且經由閥20重新連結空氣調節迴路，以與來自內部蒸發器14之流體經由閥24通過通過蓄積器3、壓縮機4(在其中被壓縮)及內部冷凝器6，該內部冷凝器針對調節車廂的情況下係藉由閉孔器40而停止操作。接著，流體經由閥21及28流入旁路10且接著重新連結外部冷凝器/蒸發器2，而不通過第一膨脹孔口8。在此一模式中，調節裝置可產生冷以一方面冷卻車廂且另一方面冷卻電化學發電機，以將電化學發電機維持在最佳溫度來確保較佳效能。
當車輛行駛中時，若因為例如強力作用而使電化學發電機變得太熱，使得電化學發電機必須冷卻但外界空氣是冷的且車廂必須加熱，則控制閥之構件被配置成將HVAC系統移至車廂加熱模式且使空氣調節迴路之流體在電化學發電機之第二冷卻迴路中循環以加熱車廂且冷卻電化學發電機，依照圖5。控制閥之構件接著配置成使得通過冷凝器/蒸發器2、與冷空氣A接觸的流體經由閥18被首先直接定向於閥20且接著至第二膨脹孔口12，在該處被冷卻，然後經由閥32至供應電化學發電機之冷卻迴路的第二導管30中以及經由閥36至電化學發電機1之熱轉移元件。在已冷卻電化學發電機1之後的流體便經由閥38流入冷卻迴路之 第二排出導管34，且經由閥20重新連結空氣調節迴路，以與直接來自閥18之流體經由閥24通過蓄積器3、壓縮機4(在該處被壓縮)及內部冷凝器6。空氣調節單元16之風扇被配置成被打開而使得在E處進入之冷空氣被加熱且同時在被發送至車廂之前通過內部冷凝器6以加熱車廂。接著，流體經由閥21通過第一膨脹孔口8且重新連結外部冷凝器/蒸發器2。在此模式中，調節裝置使其可以產生熱以在一方面加熱車廂且在另一方面冷卻電化學發電機，以將其維持在最佳溫度以確保較佳效率，由電化學發電機所產生的熱可被使用於加熱車廂。
在汽車行駛中時的調節溫度之此三個模式中，控制閥之構件被半自動地管控，使用者作動以將HVAC系統移至加熱模式或至車廂空氣調節模式，以調節車廂之溫度，電化學發電機之溫度藉由溫度感測器被自動地控制。
美國專利US 10,168,079 B2描述一種具有致冷循環的裝置，尤其用於電池。然而，並未提供用於從車輛元件回收熱能來加熱或冷卻例如電池或車輛之車廂。另外，僅有極近似的氣體空氣交換器被使用在空氣調節迴路中，而沒有精確調節電池溫度之可行性。
本發明之目的尤其係要克服配備於已知電動或混合車輛之電化學發電機之各種缺點且提供用於在加熱迴路或冷卻迴路中亦連接車輛之至少一個電動馬達及至少一個電子 控制迴路及用於回收及調節熱能以最佳化此車輛之整體效率之電化學發電機，且將熱損失轉換成用於調節車廂中之溫度的正能量。
更精確地說，本發明之目的係提供用於回收和調節設有具HVAC系統之電化學發電機(諸如電池或燃料電池或混合)之電動車之熱能的裝置，以尤其回收電化學發電機之熱能以最佳化其能源效率。亦提供針對與電化學發電機連接或甚至與煞車能源連接之至少電動馬達及至少電子控制迴路之加熱或冷卻熱能的回收，以增加車輛之行駛距離。
本發明之另一目的，當電化學發電機係電池時，係要提供用於當電池充電時回收熱能之裝置，以最佳化充電時間且儘可能縮短充電時間。
為此目的，本發明係關於用於具有電化學發電機之電動車之回收和調節熱能之裝置，其包括獨立請求項1之特徵。
熱能回收和調節裝置之特定實施例係定義在附屬請求項2至15中。
因此，本發明之熱能回收和調節裝置可以最佳化電化學發電機之能源效率，且連同電動牽引馬達及電子控制迴路，以增加車輛之行駛距離。另外，當電化學發電機係電池時，本發明之熱能回收和調節裝置可以藉由儘可能縮短充電時間而最佳化電池充電時間。
熱能回收和調節裝置之一優點的事實在於電子控制牽引馬達藉由電池被連接至加熱迴路或冷卻迴路，這使得可 以避免熱能損失且保證車輛在電池之另一次充電前可以增加其行駛距離。
1:電化學發電機
2:外部冷凝器/蒸發器
3:蓄積器
4:壓縮機
5:電動馬達
6:內部冷凝器
7:電子迴路
8:第一膨脹孔口
9:煞車迴路
10:旁路
11:氣體-液體交換器
12:第二膨脹孔口
13:泵
14:內部蒸發器
16:空氣調節單元
18:閥
20:閥
21:閥
22:第一供應導管
24:閥
26:第一排出導管
28:閥
30:第二供應導管
32:閥
34:第二排出導管
36:閥
37:閥
38:閥
39:閥
40:閉孔器
41:連接閥
A:冷空氣
B:熱空氣
本發明之其他特徵及優點將從閱讀本發明之各項實施例之以下描述及附圖來更清楚呈現，本發明之各項實施例僅係闡釋性而非限制性實例，在附圖中： [圖1]顯示先前技術之用於調節電動車之電化學發電機之溫度之裝置的示意圖，其中該車輛是靜止的且電池處在充電中， [圖2]顯示先前技術之用於調節電動車之電化學發電機之溫度之裝置的示意圖，其中該車輛是靜止的且電池處在充電中， [圖3]顯示先前技術之用於調節電動車之電化學發電機之溫度之裝置的示意圖，其中該車輛是行駛中， [圖4]顯示先前技術之用於調節電動車之電化學發電機之溫度之裝置的示意圖，其中該車輛是行駛中， [圖5]顯示先前技術之用於調節電動車之電化學發電機之溫度之裝置的示意圖，其中該車輛是行駛中， [圖6]顯示依照本發明之用於回收和調節具有電化學發電機之電動車之熱能之裝置的第一實施例之示意圖， [圖7]顯示依照本發明之用於回收和調節具有電化學發電機之電動車之熱能之裝置的第二實施例之示意圖， [圖8]顯示依照本發明之用於回收和調節具有電化學 發電機之電動車之熱能之裝置的第三實施例之示意圖，及 [圖9]顯示依照本發明之用於回收煞車迴路之熱能及藉由馬達直接充電電化學發電機之電動馬達、電子、電化學發電機及煞車迴路之配置。
在本說明中，術語電化學發電機表示使用在電動混合車輛中之電池及燃料電池，由圖中元件符號1所示之電池或燃料電池。另外，熱能回收和調節裝置被定義為並非參考先前技術之圖1至5所描述之用於電化學發電機之溫度調節裝置。
本發明之具有電化學發電機之車輛的熱能回收和調節裝置包括相同於參考先前先前技術中圖1至5所描述之空氣調節迴路。因為此，並非該裝置之所有組件及由先前圖1至5所繪示之各項實施例將被完整重複。有關針對空氣調節迴路之裝置之各種元件的功能係相同的且將不重複說明。僅有與空氣調節迴路之裝置之加熱迴路或冷卻迴路有關的新穎組件及其回收能源以供應至裝置之另一組件之能力將被詳細描述。本發明之重要性在於能夠利用操作中且連接至加熱迴路或冷卻迴路之特定組件之加熱或冷卻熱能以加熱或冷卻例如電動車之車廂而不會造成明顯的熱能損失。
圖6顯示具有電化學發電機1之車輛之新穎熱能回收和調節裝置之第一實施例，其包括車廂之HVAC系統之空氣 調節迴路。舉例而言，依照圖6所示且原則上相當於圖5之此第一實施例，其呈現利用至少一個電動馬達5及至少一個電子迴路7或電子設備用於加熱車廂及冷卻電化學發電機1之方法。然而，圖6中所有的組件係以至少電動馬達5及至少電子迴路7結合電化學發電機1之新穎配置來描述。電動馬達或多個馬達5係用於牽引車輛，而電子迴路7可用於控制一電動馬達或多個馬達5。
如參考圖1至5所描述，該空氣調節迴路因此包括車輛之車廂之HVAC系統之空氣調節迴路，流體在該空氣調節迴路中循環。諸如冷媒氣體之流體(例如冷媒)尤其在各種導管中循環。此空氣調節迴路包括大體上位在車輛前部之至少一個外部冷凝器/蒸發器2、較佳為高速之壓縮機4、用於加熱車廂之內部冷凝器6、設置於內部冷凝器6下游且在內部冷凝器6及外部冷凝器/蒸發器2之間的第一膨脹孔口8、用於冷卻車廂之內部蒸發器14、及設置在內部蒸發器14上游且在外部冷凝器/蒸發器2及內部蒸發器14之間的第二膨脹孔口12。
熱能回收和調節裝置亦包括用於尤其加熱電化學發電機1之第一加熱或熱能回收迴路，及用於尤其冷卻電化學發電機1之第二冷卻或熱能回收迴路，其中該流體於該迴路中循環。依照本發明，在圖6之第一實施例中，結合空氣調節迴路及電化學發電機1，亦設置至少一個電動馬達5，例如用於車輛之牽引馬達，及設置至少一個電子迴路7，例如用於控制一電動馬達或多個馬達。電子迴路7或電 子設備關於控制一馬達或多個馬達5之電子裝置及控制閥之構件兩者、溫度感測器或感測器之控制、DC至DC轉換構件、充電電池之控制、結合煞車迴路或其他組件。
一電動馬達或多個馬達5及至少電子迴路7亦用於熱加熱或冷卻能之回收，如該電化學發電機1。一電動馬達或多個馬達5及至少電子迴路7配置成與電化學發電機1結合第一加熱迴路或第二冷卻迴路並聯的迴路，如下文中說明。這是理想的組態，因為可以單獨地測量各元件之溫度，這使得可清楚地差異化調適藉由從一馬達或多個馬達5、從電子迴路7或從電化學發電機1回收之熱能的加熱或冷卻操作。
亦可提供煞車迴路9且與一電動馬達或多個馬達5、電子迴路或一般電子迴路7及電化學發電機1並聯連接。此煞車迴路9主要包括電阻器，在藉由碟煞或藉由電動馬達5煞車來觸發車輛之煞車之後，電流可通過該電阻器。由圖6示意性顯示之電線連接之該電阻器在煞車期間加熱且加熱在電阻器周圍之氣體或液體。此氣體或液體經由第一加熱迴路或第二冷卻迴路之導管被傳輸通過電池1且在一電動馬達或多個馬達5處及所有的電子迴路7。熱能被實質地供應且可被傳輸在加熱或冷卻迴路中之一者以提供正向加熱能源至車廂。此熱能亦可用以加熱電化學發電機1。
當電動車具有高速時，用一電動馬達或多個馬達5的緊急煞車無法使其可直接充電該電化學發電機1，因為有過度強大電流通入馬達。如圖9示意性顯示，可首先使能 源藉由通過電子迴路7而通入至電阻器9。兩條電源電線連接於一馬達或多個馬達5之輸出處及電子迴路7之輸入處，其藉由兩電線連接作為輸出，該煞車迴路9之電阻器之兩電線。熱能在連接至HVAC系統及第一加熱迴路或第二冷卻迴路之煞車迴路9之輸出處被回收。當在一馬達或多個馬達5中之電力減少時，在此時電化學發電機1可用來自一電動馬達或多個馬達5之電源輸出通過電子迴路7來充電。因此，可以想像車輛不用液壓煞車，其可讓吾人回收100%的煞車能源，不論是熱能或電能，以充電電化學發電機1。該電能或熱能因此不會損失且構成用於充電或加熱電化學發電機1之正向能源。
可以想像四個電動馬達5，換言之，在車輛之每個車輪中各具有一個馬達，且針對每個車輪來執行極安全且獨立的煞車。煞車迴路9被安裝在車輛之各具有電動馬達5之各車輪上。
應注意，在圖6至8中在導管中之流體(諸如氣態流體)循環係僅針對第二冷卻迴路來繪示，如圖5。流體之循環係以較黑的線顯示。然而，第一加熱迴路或加熱熱能回收迴路之部分亦將在下文描述。
用於加熱電化學發電機1及電子迴路7之至少電動馬達5或甚至煞車迴路9之第一加熱或熱能回收迴路包括第一流體供應導管22。此第一流體供應導管22將流體引至與電化學發電機1相關聯之熱轉移元件及至至少該馬達5及至少電子迴路7或甚至煞車迴路9之導管之部分。第一加熱迴路或 加熱熱能回收迴路亦包括第一導管26，其用於將流體從熱轉移元件及從至少馬達5及電子迴路7之導管部分排出。該第一流體排出導管26被連接至內部冷凝器6及第一膨脹孔口8之間之3通返回閥28之第一入口。
第一供應導管22被連接至在壓縮機4及內部冷凝器6之間之第一3通閥24之第一出口，及至第二4通閥36之第一入口。流體從第二閥36之第一出口被傳輸至與電化學發電機1相關聯之熱轉移元件，且從第二閥36之第二出口傳輸至第一互補4通閥37之入口。此第一互補閥37之第一出口被連接至至少電動馬達5之導管部分，而第一互補閥37之第二出口被連接至至少電子迴路7之導管部分，且該第一互補閥37之第三出口被連接至與電化學發電機1、一電動馬達或多個馬達5及電子迴路7成並聯之煞車迴路9。至少該電動馬達5、至少該電子迴路7及煞車迴路9之輸出被連接至第二互補4通閥39之入口、該第二互補4通閥39之出口被連接至連接閥41之入口、其另一入口被連接至電化學發電機1之熱轉移元件。此連接閥41之出口被連接至第三3通閥38之第一入口，第三閥38之第一出口經由閥28及21連結空氣調節迴路且藉由通過第一膨脹孔口8而恢復外部冷凝器/蒸發器2。
如圖6所示，用於電化學發電機1、至少電動馬達5及至少電子迴路7及該煞車迴路9之冷卻的第二冷卻或熱能回收迴路包括第二流體供應導管30。此第二流體供應導管30將流體引至與電化學發電機1關聯之熱轉移元件及至至少 馬達5及至少電子迴路7及煞車迴路9之導管部分。該第二冷卻迴路或冷卻熱能回收迴路包括用於從與電化學發電機1相關聯之熱轉移元件及從至少該馬達5及至少該電子迴路7及煞車迴路9之導管部分排出流體之第二導管34。
依照該第二冷卻迴路或冷卻熱能回收迴路，通過外部冷凝器/蒸發器2之流體經由由控制構件所控制之閥18及20而流至蓄積器3，且接著流入壓縮機4中，在該處被壓縮，且因此被加熱且接著發送至閥24。該流體亦通過該閥18在第二膨脹孔口12之方向上流動。第二流體供應導管30被連接至設置在第二膨脹孔口12及內部蒸發器14之間之第四3通閥32之第二出口，且至第二4通閥36之第二入口，而熱轉移元件之第二流體排出導管34通過第三閥38之第二出口且被連接至被設置在內部蒸發器14下游、位在內部蒸發器14及壓縮機4之間的第五4通閥20之第二入口。藉由外部冷凝器/蒸發器2之能源A在壓縮機4中被添加至來自由電化學發電機1及至少電動馬達5及至少電子迴路7及煞車迴路9組成之總成的能源。熱流體經由閥24進入內部冷凝器6且從內部冷凝器6出來較泠流體以經由閥21通過第一膨脹孔口8且恢復外部冷凝器/蒸發器2。
如剛才所述，複數個閥18、20、21、24、28、32、36、37、38、39及41配置成使空氣調節迴路與用於電化學發電機1及至少一個電動馬達5及至少一個電子迴路7及煞車迴路9之第一加熱迴路及第二冷卻迴路之一者或另一者連通。另外，用於控制該閥18、20、21、24、28、32、 36、37、38、39及41之構件配置成可使來自空氣調節迴路之流體在第一加熱迴路中或第二冷卻迴路中循環。
根據由至少一個溫度感測器測量之溫度，該至少一個溫度感測器係與一起或單獨地控制電化學發電機1及至少電動馬達5及至少電子迴路7或甚至煞車迴路9之構件相關聯，流體之循環可進入第一加熱迴路以加熱電化學發電機1及電動馬達5及電子迴路7及煞車迴路9，或回收熱能以加熱電化學發電機1、電動馬達5及電子迴路7及可選地煞車迴路9。流體之循環亦可進入第二冷卻迴路以冷卻電化學發電機1及電動馬達5及電子迴路7或甚至煞車迴路9，或者回收熱能用於冷卻電化學發電機1、電動馬達5及電子迴路7或甚至煞車迴路9。這一開始用於調節電化學發電機1及/或電動馬達5及/或電子迴路7之溫度，但亦可用於加熱或冷卻來自電化學發電機1、來自電動馬達5及來自電子迴路7且尤其用以加熱或冷卻車廂。
如先前參考圖1至5所示，空氣調節迴路亦可在第一環路中包括設置於內部冷凝器6及外部冷凝器/蒸發器2之間的旁路10，其位在第一膨脹孔口8處。在內部蒸發器14處，可設置用於空氣調節單元之風扇16。在第一環路中或在第二環路中及旁路的循環係藉由閥18及20來控管，該閥18及20設置在第一環路及第二環路之相交處，且該閥21設置在第一環路與旁路10之相交處，位於第一膨脹孔口8之上游。這些閥係例如具有至少3通或甚至至少4通之電磁閥。
圖7顯示具有電化學發電機1之車輛之新穎熱能回收和調節裝置之第二實施例，其包括車廂之HVAC系統之空氣調節迴路。如前所述，在依照圖7所示之此第二實施例係呈現利用至少一個電動馬達5及至少一個電子迴路7用於車廂加熱及電化學發電機1冷卻之模式。亦可設想具有煞車迴路9。由於此圖7包括與圖6大部分相同組件及相等功能，因此將僅針對與第一實施例差異來描述。
至少一電動馬達5及至少一個電子迴路7配置成與電化學發電機1串聯連接且連接至第一加熱迴路或第二冷卻迴路。煞車迴路9亦可與電化學發電機1、一電動馬達或多個馬達5及電子迴路7串聯連接。在此一組構中，各元件之溫度的量測，即該電化學發電機1、牽引電動馬達5、電子控制迴路7及煞車迴路9，係藉由溫度感測器來完成以供應一共同溫度且使其可以從各元件回收熱或冷以用於加熱或冷卻車廂，或甚至充電該電化學發電機1，如先前所述。
至第一加熱迴路或至第二冷卻迴路之連接僅藉由第二3通閥36及藉由第三3通閥38來達成，因為電化學發電機1、牽引電動馬達5、電子控制迴路7及煞車迴路9係串聯連接。
圖8顯示具有電化學發電機1之車輛之新穎熱能回收和調節裝置之第三實施例，其包括車廂之HVAC系統之空氣調節迴路。如前所述，依照圖8所示之此第三實施例，呈現車廂加熱及電化學發電機1冷卻之模式，利用至少一個電動馬達5及至少一個電子迴路7及煞車迴路9。由於此圖8 包括與圖6大部分相同組件及相等功能，因此將僅針對與第一實施例差異來描述。
至少一電動馬達5、至少一個電子迴路7及例如煞車迴路9配置成與電化學發電機1串聯連接且藉由導管連接，作為流體的水或其他液體(乙二醇)在該導管中循環。為此，在總成之入口處設置用於循環液體之泵13及接收該液體之交換器11，該總成包括電化學發電機1、電動馬達5、電子迴路7及煞車迴路9。在接收氣態流體之交換器之外部入口處形成至該第一加熱迴路或至該第二冷卻迴路的連接。有利地，可使用氣體-液體交換器11而非氣體空氣交換器。
如前所述，各元件之溫度的量測，即該電化學發電機1、牽引電動馬達5、電子控制迴路7及煞車迴路9，係藉由單一溫度感測器來完成以供應一共同溫度且使其可以從各元件回收熱或冷以用於加熱或冷卻車廂，或甚至充電該電化學發電機1，如先前所述。
當然，可設想電動車之其他元件，安置在空氣調節迴路之封閉迴路中以尤其用於熱能回收。可尤其提及與車輛之煞車迴路的連接，其中可使用在煞車期間可加熱之電阻器。此電阻器可安置成與第一加熱迴路或第二冷卻迴路連接。且在這些條件下，熱可被取走或回收以被傳輸於車輛中來加熱車廂。連接至煞車迴路之迴路可透過電阻器與第一加熱迴路或第二冷卻迴路直接連接。因此，可加熱或冷卻電動車之任何元件可被使用而連接至空氣調節迴路以回收熱或冷來尤其傳輸至車廂中。
當然，本發明未侷限於繪示之實例且可衍生出習於此技術清楚的變體及修改。由剛才已知的電化學發電機、該牽引電動馬達或多個馬達及控制該馬達或馬達之電子迴路的其他組合當然亦可行。
1:電化學發電機
2:外部冷凝器/蒸發器
3:蓄積器
4:壓縮機
5:電動馬達
6:內部冷凝器
7:電子迴路
8:第一膨脹孔口
9:煞車迴路
10:旁路
12:第二膨脹孔口
14:內部蒸發器
16:空氣調節單元
18:閥
20:閥
21:閥
22:第一供應導管
24:閥
26:第一排出導管
28:閥
30:第二供應導管
32:閥
34:第二排出導管
36:閥
38:閥
A:冷空氣

Claims (15)

  1. 一種用於具有電化學發電機(1)之電動車之熱能回收和調節裝置，該電化學發電機(1)選自於包括電池及燃料電池或混合之群組，該調節裝置包括車廂之HVAC系統之空氣調節迴路，流體於其中循環，該空氣調節迴路包括至少一個外部冷凝器/蒸發器(2)、壓縮機(4)、用於加熱該車廂之內部冷凝器(6)、設置在內部冷凝器(6)之下游、位於該內部冷凝器(6)及該外部冷凝器/蒸發器(2)之間的第一膨脹孔口(8)、用於冷卻該車廂之內部蒸發器(14)、設置在內部蒸發器(14)之上游、位於該外部冷凝器/蒸發器(2)及該內部蒸發器(14)之間的第二膨脹孔口(12)，該熱能回收和調節裝置包括該電化學發電機(1)之第一加熱或熱能回收迴路及該電化學發電機(1)之第二冷卻或熱能回收迴路，該流體於其中循環，該電化學發電機(1)之該第一加熱迴路包括用於供應流體至與該電化學發電機(1)相關聯之熱轉移元件的第一導管(22)，該第一供應導管(22)被連接至設置在該壓縮機(4)及該內部冷凝器(6)之間之第一出口，及用於從該熱轉移元件排出流體之第一導管(26)，其被連接至設置在該內部冷凝器(6)及該第一膨脹孔口(8)之間的第一入口，該電化學發電機(1)之該第二冷卻迴路包括用於供應流體至與該電化學發電機(1)相關聯之熱轉移元件的第二導管(30)，該第二流體供應導管(30)被連接至設置在該第二膨脹孔口(12)及該內部蒸發器(14)之間的第二出口，及該熱轉移元件之第二流體排出導 管(34)，其被連接至設置在內部蒸發器(14)之下游、位在該內部蒸發器(14)及該壓縮機(4)之間的第二入口，複數個閥(24、28、32、20、36、38)，其被配置成可使空氣調節迴路與該電化學發電機(1)之該第一加熱迴路及第二冷卻迴路中之一者或另一者連通，及控制該閥(24、28、32、20、36、38)之構件，其被配置成可依照該電化學發電機(1)之溫度而使來自空氣調節迴路之該流體在該第一加熱迴路中循環以加熱該電化學發電機(1)或從該電化學發電機(1)回收加熱熱能，以及使來自該空氣調節迴路之該流體在該第二冷卻迴路中循環以冷卻該電化學發電機(1)或從該電化學發電機(1)回收冷卻熱能，其特徵在於，該熱能回收和調節裝置進一步包括至少一個電動馬達(5)及至少一個電子迴路(7)，兩者被配置成連接至連接於該電化學發電機(1)之該第一加熱迴路或該第二冷卻迴路，至少該電動馬達(5)及至少該電子迴路(7)被調適成用以回收加熱或冷卻熱能，至少該電子迴路(7)或電子設備為控制該閥(24、28、32、20、36、38)之該構件。
  2. 如請求項1之熱能回收和調節裝置，其中，至少該電動馬達(5)及至少該電子迴路(7)被配置在與連接至該第一加熱迴路或該第二冷卻迴路之電化學發電機(1)並聯的迴路中。
  3. 如請求項1之熱能回收和調節裝置，其中，至少該電動馬達(5)及至少該電子迴路(7)被配置在與 連接至該第一加熱迴路或該第二冷卻迴路之電化學發電機(1)串聯的迴路中。
  4. 如請求項1之熱能回收和調節裝置，其中，至少該電動馬達(5)及至少該電子迴路(7)被配置在與該電化學發電機(1)串聯之迴路中，同時由諸如流體之液體於其中循環之導管所連接，其進一步包括用於循環該液體之泵(13)及在包括該電化學發電機(1)、該電動馬達(5)及該電子迴路(7)之總成之入口處接收該液體之氣體液體熱交換器(11)，且其中，在接收該氣態流體之該交換器之該外部入口處形成至該第一加熱迴路或至該第二冷卻迴路的連接。
  5. 如請求項1之熱能回收和調節裝置，其中，其包括該車輛之煞車迴路(9)，其具有能夠在煞車期間用於加熱之電阻器，該電阻器被安置成與該第一加熱迴路或該第二冷卻迴路連接，以回收熱能。
  6. 如請求項1之熱能回收和調節裝置，其中，至少該電動馬達(5)、至少該電子迴路(7)及煞車迴路(9)被配置在與連接至該第一加熱迴路或該第二冷卻迴路之電化學發電機(1)並聯的迴路中。
  7. 如請求項1之熱能回收和調節裝置，其中，至少該電動馬達(5)、至少該電子迴路(7)及煞車迴路(9)被配置在與連接至該第一加熱迴路或該第二冷卻迴路之電化學發電機(1)串聯的迴路中。
  8. 如請求項1之熱能回收和調節裝置，其 中，至少該電動馬達(5)、至少該電子迴路(7)及煞車迴路(9)被配置在與該電化學發電機(1)串聯之迴路中，同時由諸如流體之液體於其中循環之導管所連接，其進一步包括用於循環該液體之泵(13)及在包括該電化學發電機(1)、該電動馬達(5)及該電子迴路(7)之總成之入口處接收該液體之氣體液體熱交換器(11)，且其中，在接收該氣態流體之該交換器之該外部入口處形成至該第一加熱迴路或至該第二冷卻迴路的連接。
  9. 如請求項6之熱能回收和調節裝置，其中，該煞車迴路(9)基本上包括電阻器，在觸發該車輛之煞車之後電流會通過該電阻器，該電阻器在煞車期間加熱且加熱在電阻器周圍之氣態或液體流體以提供熱能用於加熱該車廂或該電化學發電機(1)。
  10. 如請求項7之熱能回收和調節裝置，其中，該煞車迴路(9)基本上包括電阻器，在觸發該車輛之煞車之後電流會通過該電阻器，該電阻器在煞車期間加熱且加熱在電阻器周圍之氣態或液體流體以提供熱能用於加熱該車廂或該電化學發電機(1)。
  11. 如請求項8之熱能回收和調節裝置，其中，該煞車迴路(9)基本上包括電阻器，在觸發該車輛之煞車之後電流會通過該電阻器，該電阻器在煞車期間加熱且加熱在電阻器周圍之氣態或液體流體以提供熱能用於加熱該車廂或該電化學發電機(1)。
  12. 如請求項6之熱能回收和調節裝置，其 中，其包括四個牽引電動馬達(5)，其中在該車輛之每個車輪中具有一個牽引電動馬達，使得針對每個車輪可以進行安全獨立煞車，同時藉由該煞車迴路(9)之電阻器從該煞車迴路回收熱能，其中在觸發該車輛之煞車之後電流會通過該電阻器。
  13. 如請求項7之熱能回收和調節裝置，其中，其包括四個牽引電動馬達(5)，其中在車輛之每個車輪中具有一個牽引電動馬達，使得針對每個車輪可以進行安全獨立煞車，同時藉由該煞車迴路(9)之電阻器從該煞車迴路回收熱能，其中在觸發該車輛之煞車之後電流會通過該電阻器。
  14. 如請求項8之熱能回收和調節裝置，其中，其包括四個牽引電動馬達(5)，其中在車輛之每個車輪中具有一個牽引電動馬達，使得針對每個車輪可以進行安全獨立煞車，同時藉由該煞車迴路(9)之電阻器從該煞車迴路回收熱能，其中在觸發該車輛之煞車之後電流會通過該電阻器。
  15. 如請求項14之熱能回收和調節裝置，其中，煞車迴路(9)被安裝在具有各電動馬達(5)之該車輛之各車輪上。
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