Система кондиционирования воздуха в кабине транспортного средства и охлаждения аккумуляторных батарей - RU2721439C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к управлению системами охлаждения для аккумуляторных батарей, которые объединены с системой кондиционирования воздуха в кабине транспортного средства.

Уровень техники

Автомобильные транспортные средства начали применение электрических двигателей для дополнения движущей силы, выдаваемой основным мотором, таким как двигатель внутреннего сгорания. Эти электродвигатели используют аккумуляторные батареи высокой эффективности для накопления энергии, необходимой для приведения в движение, а также для питания вспомогательного оборудования. Одна из возможных проблем состоит в том, что аккумуляторные батареи высокой эффективности вырабатывают большое количество тепла. Соответственно, желательно отводить и/или уменьшать тепло, вырабатываемое аккумуляторной батареей, для эффективности аккумуляторной батареи, а также для предотвращения перегрева.

В некоторых известных системах аккумуляторных батарей, поток воздуха из охлаждающей системы кондиционирования воздуха в кабине транспортного средства используется для охлаждения таких аккумуляторных батарей. Такие системы охлаждения аккумуляторных батарей, автономные конфигурации или те, которые объединены с охлаждающей системой кондиционирования воздуха в кабине транспортного средства, используют холодильную установку. Тепло из аккумуляторной батареи отводится в холодильную установку с использованием контура охлаждения, который объединен с охлаждающей системой с помощью холодильной установки. Однако, эти системы имеют недостатки. Например, производительность холодильной установки может уменьшать или ухудшать охлаждение кабины. Кроме того, когда холодильная установка включается в начальной стадии, температура в кабине может прыгать, приводя к дискомфорту. В то время как температура воздуха в кабине может поддерживаться в желательном состоянии, скорость охлаждения по производительности холодильной установки должна быть замедлена, тем самым, оказывая неблагоприятное влияние на аккумуляторные батареи.

Раскрытие изобретения

Транспортное средство включает в себя устройство охлаждения, которое включает в себя контур кондиционирования воздуха и контур охлаждения аккумуляторных батарей, соединенные друг с другом общей холодильной установкой, и выполненное с возможностью охлаждать каждое из воздуха в кабине и аккумуляторной батареи. Трехходовой пропорциональный регулирующий клапан для охлаждающей жидкости присоединен к холодильной установке и аккумуляторной батарее. Регулирующий клапан выполнен с возможностью при функционировании управлять производительностью холодильной установки для аккумуляторной батареи.

В одном из примерных устройств, устройство охлаждения транспортного средства дополнительно может включать в себя тепловой расширительный клапан и по меньшей мере один испаритель для управления вводом хладагента внутри контура кондиционирования воздуха в холодильную установку.

В еще одном примерном устройстве, устройство охлаждения транспортного средства дополнительно может содержать двойной клапан, который при функционировании соединяет аккумуляторную батарею и радиатор.

В еще одном примерном устройстве, устройство охлаждения транспортного средства дополнительно может содержать перепускную магистраль, присоединенную при функционировании к пропорциональному клапану, при этом, выпуск перепускной магистрали присоединен к насосу для охлаждающей жидкости.

Также раскрыт способ охлаждения аккумуляторной батареи транспортного средства. В одном из примерных устройств, способ содержит избирательное направление потока охлаждающей жидкости в пропорциональный регулирующий клапан, приведение в действие пропорционального регулирующего клапана для избирательного направления по меньшей мере части охлаждающей жидкости в холодильную установку и настройку интенсивности потока охлаждающей жидкости в холодильную установку в ответ на превышение температурой аккумуляторной батареи предопределенной пороговой температуры аккумуляторной батареи.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение описано ниже со ссылкой на чертежи, перечисленные ниже. На чертежах:

фиг. 1 - принципиальная схема, иллюстрирующая примерное устройство системы кондиционирования воздуха в кабине транспортного средства и охлаждения аккумуляторных батарей; и

фиг. 2 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая работу примерного устройства системы кондиционирования воздуха в кабине транспортного средства и охлаждения аккумуляторных батарей по фиг. 1.

Осуществление изобретения

Как требуется, в материалах настоящего документа раскрыты подробные варианты осуществления настоящего изобретения; однако, должно быть понятно, что раскрытые варианты осуществления являются всего лишь примером изобретения, которое может быть воплощено в различных и альтернативных формах. Фигуры не обязательно должны определять масштаб; некоторые признаки могут быть преувеличены или преуменьшены, чтобы показывать детали конкретных компонентов. Поэтому, конкретные конструктивные и функциональные детали, раскрытые в материалах настоящего документа, должны интерпретироваться не в качестве ограничивающих, а только в качестве представляющих основу для обучения специалиста в данной области техники по-разному использовать настоящее изобретение.

Изобретение относится к устройству для системы 10 кондиционирования воздуха в кабине транспортного средства и охлаждения аккумуляторных батарей, которая имеет клапан, который выполнен с возможностью при функционировании открываться и закрываться для предоставления возможности переменной интенсивности потока охлаждающей жидкости в холодильную установку, или даже обхода холодильной установки. Раскрытое устройство управляет производительностью холодильной установки и величиной охлаждения, необходимого для аккумуляторных батарей транспортного средства, управляя относительной длительностью включения (то есть, отношением открывания/закрывания) трехходового клапана для охлаждающей жидкости. Кроме того, раскрытое устройство предусматривает способность поддерживать температуру воздуха в кабине в желательном состоянии, замедляя скорость охлаждения по производительности холодильной установки. По сравнению с автономными системами охлаждения аккумуляторных батарей, которые являются отдельными от системы кондиционирования воздуха в кабине транспортного средства, устройство, раскрытое в материалах настоящего документа, дополнительно заключает в себе возможность устранять компрессор, конденсатор и магистрали для хладагента, связанные с отдельным охлаждением аккумуляторной батареи. Посредством устранения этих компонентов, вес транспортного средства может быть уменьшен, и могут быть достигнуты улучшенные компоновочные расстановки, давая в результате более низкие затраты.

Примерное устройство системы 10 кондиционирования воздуха в кабине транспортного средства и охлаждения аккумуляторных батарей показано на фиг. 1. В этом устройстве, система 10 охлаждения включает в себя контур 12 охлаждения аккумуляторных батарей и контур 14 кондиционирования воздуха. Контур 12 охлаждения аккумуляторных батарей включает в себя аккумуляторную батарею 15, которая типично включает в себя многочисленные элементы. Аккумуляторная батарея 15 может охлаждаться посредством использования контура 12 охлаждения аккумуляторных батарей. Аккумуляторная батарея 15 может быть при функционировании присоединена к сети передачи электропитания транспортного средства и выдавать и накапливать электрическую энергию по мере надобности. Система 10 охлаждения дополнительно включает в себя холодильную установку 16, радиатор 18, такой как низкотемпературный радиатор, и насос 20. Трехходовой клапан 22 для охлаждающей жидкости присоединен через магистрали 25 для охлаждающей жидкости к выпуску аккумуляторной батареи 14 и впуску 26 холодильной установки 16. Охлаждающая жидкость аккумуляторной батареи направляется через магистрали 24 для охлаждающей жидкости. В примерном устройстве, для достижения желательной производительности охлаждения аккумуляторной батареи 14, трехходовой клапан 22 для охлаждающей жидкости является пропорциональным клапаном, действие которого будет подробнее пояснено ниже. Полный поток охлаждающей жидкости аккумуляторной батареи направляется из аккумуляторной батареи 15 в трехходовой клапан 22 для охлаждающей жидкости, из которого полный поток может направляться в холодильную установку 16, перепускную магистраль 17 для направления потока охлаждающей жидкости во второй двойной клапан 28, который при функционировании присоединен к радиатору 18 аккумуляторной батареи, или комбинацию обоих. Двойной клапан 28 является двухпозиционным клапаном. Однако, рабочее состояние второго двойного клапана 28 будет зависеть от условий окружающей среды, как будет пояснено подробнее.

Клапан 22 для охлаждающей жидкости действует с помощью блока 43 управления, чтобы обеспечивать заданную переменную интенсивность потока охлаждающей жидкости для направления потока охлаждающей жидкости в холодильную установку 16 с предопределенной интенсивностью, чтобы управлять производительностью холодильной установки 16, которая может находиться под влиянием контура 14 кондиционирования воздуха или контура 12 аккумуляторной батареи. Для замедления производительности холодильной установки 16, клапан 22 для охлаждающей жидкости может направлять поток охлаждающей жидкости в радиатор 18 (через перепускную магистраль 17), так чтобы тепло могло отводиться из охлаждающей жидкости посредством пропускания потока окружающего воздуха через него. В качестве альтернативы, двойной клапан 28 может шунтировать радиатор 18.

Контур 14 кондиционирования воздуха объединен с контуром 12 охлаждения аккумуляторных батарей через холодильную установку 16. В дополнение к холодильной установке 16, контур 14 кондиционирования воздуха также содержит по меньшей мере один испаритель 30. В устройстве, показанном на фиг. 1, есть передний испаритель 30A, а также задний испаритель 30B. Передний нагнетательный вентилятор 31A и задний нагнетательный вентилятор 31B могут быть при функционировании соединены с передним и задним испарителями 30A и 30B, соответственно. Контур 14 кондиционирования воздуха дополнительно содержит теплообменник 32 (указываемый ссылкой как «IHX»), тепловые расширительные клапаны 34a, 34b, 34c (указываемые ссылкой как «TXV»), компрессор 38 и конденсатор 40, которые присоединены к радиатору 18. Вентилятор 33 двигателя/силовой передачи может быть при функционировании присоединен к радиатору 18. Хладагент направляется через магистрали для хладагента контура 14 кондиционирования воздуха. В действии, хладагент движется по циклу через контур 14 кондиционирования воздуха, который поглощает тепло из кабины транспортного средства и сбрасывает тепло в окружающий воздух.

Компрессор 38 принимает низкотемпературный хладагент низкого давления, который находится в парообразном состоянии и выходит из испарителей 30a, 30b и холодильной установки 16. Низкотемпературный парообразный хладагент низкого давления является перегретым газом. Компрессор 38 затем сжимает хладагент в высокотемпературный пар высокого давления, который затем отправляется в конденсатор 40. Высокотемпературный парообразный хладагент высокого давления затем пропускается через конденсатор 40, где вентилятор 33 конденсатора (или вентилятор охлаждения силовой передачи) продувает окружающий воздух сквозь конденсатор 40, и тепло переносится из высокотемпературного парообразного хладагента высокого давления в окружающий воздух, продувающий конденсатор 40. Хладагент, выходящий из конденсатора 40, является высокотемпературной жидкостью высокого давления, которая затем поступает в приемник-осушитель (не показан). Приемник-осушитель служит в качестве фильтра, который удаляет любую влагу и некоторые загрязнения, которые попадают в контур 14 кондиционирования воздуха. Приемник-осушитель содержит в себе сиккатив, который удаляет влагу из хладагента. В устройстве, показанном на фиг. 1, конденсатор 40 и приемник-осушитель могут быть объединены в единый блок.

После ухода из приемника-осушителя, хладагент все еще в состоянии высокотемпературной жидкости высокого давления затем поступает в тепловые расширительные клапаны 34a, 34b, 34c (TXV). TXV 34a управляет количеством хладагента, поступающего в холодильную установку 16. TXV 34a может избирательно открываться, чтобы предоставлять жидкому хладагенту возможность втекать в холодильную установку по мере надобности, чтобы обеспечивать градиент температуры на холодильной установке 16 со стороны хладагента в сторону охлаждающей жидкости. Трехходовой клапан 22 для охлаждающей жидкости предоставляет возможность заданного/достаточного потока охлаждающей жидкости в холодильную установку 16 через контур 12 охлаждения аккумуляторных батарей, чтобы управлять требуемой производительностью, выдаваемой из холодильной установки 22.

TXV 34b управляет количеством хладагента, поступающего в задний испаритель 30b. Если температура хладагента, покидающего задний испаритель 30b, слишком высока, TXV 34b открывается, предоставляя дополнительному жидкому хладагенту возможность втекать в задний испаритель 30b. Если температура хладагента, покидающего задний испаритель 30b, слишком низка, TXV 34b закрывается, уменьшая количество хладагента, втекающего в задний испаритель 30b.

TXV 34c управляет количеством хладагента, поступающего в передний испаритель 30a. Если температура хладагента, покидающего передний испаритель 30a, слишком высока, TXV 34c открывается, предоставляя дополнительному жидкому хладагенту возможность втекать в передний испаритель 30a. Если температура хладагента, покидающего передний испаритель 30a, слишком низка, TXV 34c закрывается, уменьшая количество хладагента, втекающего в передний испаритель 30a.

Хладагент затем покидает TXV 34a, 34b, 34c в низкотемпературной смеси жидкости и пара низкого давления и поступает в испарители 30a, 30b и/или холодильную установку 16, и тепло переносится из воздуха и в хладагент. Охлажденный воздух затем вводится в кабину транспортного средства. Хладагент, покидающий испарители 30a, 30b и холодильную установку 16, является низкотемпературным перегретым паром низкого давления, который затем течет через теплообменник 32, а затем, вновь в компрессор 38, где в результате повторяется цикл.

Со ссылкой на фиг. 2, действие системы 10 кондиционирования воздуха в кабине транспортного средства и охлаждения аккумуляторных батарей будет подробнее пояснено в связи с потоком 100 операций обработки. Поток 100 операций обработки начинается начальным этапом 102 измерения температуры аккумуляторной батареи 15. Если температура аккумуляторной батареи находится на или ниже порогового предельного значения, последовательность операций прекращается. Если температура аккумуляторной батареи превышает пороговое предельное значение, последовательность операции затем переходит на этап 104, в силу чего, температура окружающей среды измеряется и сравнивается с температурой аккумуляторной батареи.

В зимние месяцы во многих климатических зонах (или другом, более холодном климате), есть достаточно холодного окружающего воздуха, пригодного для охлаждения аккумуляторной батареи 15. Таким образом, если температура окружающей среды является меньшей, чем температура аккумуляторной батареи, последовательность операций переходит на этап 106, в силу чего, поток охлаждающей жидкости направляется с помощью клапана 28 через радиатор 18.

Однако, во время летних месяцев или в теплом климате, окружающий воздух не будет служить для охлаждения аккумуляторной батареи 15 в достаточной мере. Соответственно, если температура окружающей среды является большей, чем (или равной) температура аккумуляторной батареи, последовательность операций переходит на этап 108. На этапе 108, определяется, включено ли кондиционирование воздуха в кабине транспортного средства. Если определение имеет значение «да» (то есть, если кондиционирование воздуха в кабине включено), то последовательность операций переходит на этап 110. Если кондиционирование воздуха в кабине не включено, действие переходит на 114, чтобы предоставлять возможность переноса тепла хладагента и охлаждающей жидкости в холодильной установке 16. Точнее, охлаждающая жидкость направляется через клапан 28 в трехходовой клапан 22 для охлаждающей жидкости, чтобы направлять поток в холодильную установку 16.

На этапе 110, действующая температура испарителя сравнивается с целевой температурой испарителя. Если действующая температура испарителя является большей, чем целевая температура испарителя, то клапан 34a для хладагента холодильной установки 16 будет перекрываться, чтобы обеспечивать максимальный приоритет охлаждения для кабины. Если действующая температура испарителя является меньшей, чем целевая температура испарителя, действие переходит на этап 112. Во время режима начального запуска (то есть, после того, как транспортное средство включено или запитано после выключения питания), клапан 28 приводится в действие, чтобы направлять охлаждающую жидкость в клапан 22 для охлаждающей жидкости, чтобы направлять поток в холодильную установку 16. Для следующей операции по этапу 112, блок 43 управления будет действовать, чтобы избирательно настраивать пропорциональный клапан для поддержания целевой температуры испарителя.

Кроме того, на этапе 112, клапан 22 настраивается, чтобы предоставлять интенсивности потока охлаждающей жидкости в холодильную установку 16 возможность избирательно настраиваться для достижения желательной производительности холодильной установки 22. Таким образом, для управления интенсивностью потока охлаждающей жидкости, часть потока охлаждающей жидкости может направляться через перепускную магистраль 17. Как только направлен через перепускную магистраль 17, отведенный поток охлаждающей жидкости будет вливаться обратно в основной проток, и полный поток охлаждающей жидкости будет направляться обратно в насос 20 для охлаждающей жидкости.

После того, как выполнены этапы 112 или 114, последовательность операций переходит на этап 115, в силу чего, измеряется температура аккумуляторной батареи. Затем, на этапе 116, определяется, является ли измеренная температура аккумуляторной батареи меньшей, чем пороговое значение температуры/рабочая температура аккумуляторной батареи. Если определение имеет значение «нет», действие будет возвращаться в последовательность 110 операций, чтобы предоставлять возможность обмена тепловой нагрузкой между охлаждающей жидкостью. Если этап 110 определения имеет значение «да» (то есть, действующая температура испарителя является большей, чем целевая температура испарителя), поток хладагента в холодильную установку будет прекращаться, и последовательность операций будет переходить на этап 118, чтобы прекращать обмен тепловой нагрузкой между хладагентом и охлаждающей жидкостью в холодильной установке 16 (так как TXV 34a перекрыт).

В заключение, клапан 22 также может настраиваться, чтобы обеспечивать нарастание температуры в кабине транспортного средства и устранять пик температуры в кабине, когда есть потребность в холодильной установке на этапе 110.

Этап 117 предусматривает, что, если температура аккумуляторной батареи является меньшей, чем или более низкой, чем пороговая температура/рабочая температура аккумуляторной батареи, клапан 22 может быть перекрыт, и весь поток охлаждающей жидкости может направляться в перепускную магистраль 17. В дополнение, настоящее изобретение предусматривает, что избирательная настройка клапана 22 может достигаться блоком 43 управления, так чтобы избыточная охлаждающая жидкость (то есть, только часть всего потока охлаждающей жидкости) могла отводиться через перепускную магистраль 17, и отведенный поток охлаждающей жидкости вливался обратно в основной поток, так что полный поток охлаждающей жидкости будет направляться обратно в насос 20 для охлаждающей жидкости.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления описаны выше, не предполагается, что эти варианты осуществления описывают все возможные формы изобретения. Предпочтительнее, словесные формулировки, используемые в описании изобретения, являются скорее словесными формулировками описания, нежели ограничения, и понятно, что различные изменения могут быть произведены, не выходя из сущности и объема изобретения. Дополнительно, признаки различных вариантов осуществления реализации могут комбинироваться для формирования дополнительных вариантов осуществления изобретения.

Реферат

Изобретение относится к устройствам охлаждения транспортных средств. Транспортное средство включает в себя устройство охлаждения, которое включает в себя контур кондиционирования воздуха и контур охлаждения аккумуляторных батарей, соединенные друг с другом общей холодильной установкой и выполненные с возможностью охлаждать каждое из следующего: воздух в кабине и аккумуляторную батарею. Трехходовой пропорциональный регулирующий клапан для охлаждающей жидкости присоединен к холодильной установке и аккумуляторной батарее. Регулирующий клапан выполнен с возможностью при функционировании управлять производительностью холодильной установки для аккумуляторной батареи. Достигается улучшение охлаждения кабины и аккумуляторной батареи. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула