專利名稱：汽車的冷卻設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有冷卻劑循環(huán)回路的冷卻汽車蓄電池的設(shè)備，所述汽車特別是電動汽車或者混合動力汽車。本發(fā)明還涉及一種用于操作所述冷卻設(shè)備的方法。
背景技術(shù)：
在電動或者混合動力汽車中使用的具有大容量的蓄電池用于存儲電能。該能量通過電源端子供給蓄電池。另外，在混合動力汽車中，在汽車的制動過程期間能夠回收能量。在運行期間，無論是蓄電池的電池單元還是電氣傳動線路的其他部件都發(fā)熱，所述電氣傳動線路的其他部件是例如電動機和電力電子元件。特別是蓄電池在放電和充電時應(yīng)該在最佳的溫度下運行。此時必須排出所產(chǎn)生的和釋放的熱量，這是因為升高的運行溫度會導(dǎo)致電池單元非常大的熱負(fù)荷。由于蓄電池的耐熱性受限，所以必須主動地冷卻蓄電池。用于冷卻所述蓄電池和傳動線路的其他電子部件的合適介質(zhì)是大氣、車內(nèi)空間內(nèi)的空氣、制冷劑和冷卻劑。冷卻劑使用例如水或者乙二醇。蓄電池的冷卻能夠提高它的壽命，并且應(yīng)該如下進行，即使得被冷卻的蓄電池的溫度僅在受限制的范圍內(nèi)變化。但是，為使電動汽車的蓄電池在最佳的運行溫度下運行，不僅要排出產(chǎn)生的熱量， 而且同時在過低的環(huán)境溫度下特別在起動時，要向冷的蓄電池供給熱量。在電動汽車或者混合動力汽車中使用的鋰離子電池具有狹窄的可運行的溫度范圍。在低的蓄電池單元溫度下，特別在0°C以下的溫度下，必須減小蓄電池的電功率，以避免損壞電池單元。在0°C以下的溫度范圍內(nèi)也不能給蓄電池充電。隨著蓄電池溫度升高，鋰離子電池的電效率升高。然而，在溫度超過40°C時電池單元的老化加快，在溫度超過50°C的情況下甚至能夠?qū)е滤鲭姵貑卧獡p壞。特別是在電池單元溫度從約40°C起具有受限制的效能的鋰離子電池中，用大氣的冷卻并非在任何環(huán)境狀態(tài)下都能實現(xiàn)。在炎熱的夏天，外部空氣溫度能夠達(dá)到或者超過 40以致用不加處理的大氣或者外部空氣不能進行冷卻。在這種外部條件下可以降低電池的功率，以便限制產(chǎn)生的熱量。然而，在那時蓄電池不能提供必需的最大功率。另一方面，存在這樣的可能性，即采用由空調(diào)設(shè)備冷卻車內(nèi)空間內(nèi)空氣，產(chǎn)生冷卻空氣，將其導(dǎo)向蓄電池。使用車內(nèi)空間內(nèi)的冷卻空氣雖然能夠比使用大氣得到窄的溫度范圍，但是使用車內(nèi)空間內(nèi)的空氣會導(dǎo)致提高汽車內(nèi)的噪聲，從而減小了舒適性。此外，在對溫度分布的均勻性要求高達(dá)0到漲范圍的溫度差的蓄電池進行空氣冷卻的情況下，能夠?qū)е赂鱾€電池單元之間的高的溫度偏差。為減小溫度偏差必須用非常大的空氣質(zhì)量流冷卻。除已經(jīng)提到的大的流動噪聲和取決于環(huán)境條件的冷卻功率外，而且在空氣冷卻系統(tǒng)中必須使用大尺寸的鼓風(fēng)機和大的流動橫截面來保證用于空氣環(huán)流的大的結(jié)構(gòu)空間需求。
除利用通過車內(nèi)空間內(nèi)的由汽車空調(diào)設(shè)備冷卻的空氣冷卻蓄電池外，還公知另外的方法，即在汽車的空調(diào)系統(tǒng)上連接蓄電池冷卻設(shè)備。一方面能夠用冷卻劑直接冷卻蓄電池，另一方面能夠借助空調(diào)系統(tǒng)的二次循環(huán)回路冷卻蓄電池。在直接冷卻的情況下，用冷卻劑沖擊用于吸收在蓄電池內(nèi)產(chǎn)生的熱量的熱傳輸器。在用二次循環(huán)回路冷卻的情況下，在蓄電池的熱傳輸器內(nèi)吸收的熱量向汽車的冷卻系統(tǒng)處的第二熱傳輸器傳輸。作為二次循環(huán)回路中循環(huán)的熱載體可以使用例如水或者乙二醇。在用制冷劑冷卻蓄電池時，同時在不需要對于車內(nèi)空間內(nèi)的空氣進行調(diào)節(jié)的環(huán)境條件下，必須驅(qū)動汽車空調(diào)設(shè)備的制冷劑循環(huán)回路，以致為使壓縮機運行而必須消耗電能。為用冷卻劑冷卻蓄電池時也需要電能。然而，用于輸送冷卻劑的功率比用于驅(qū)動制冷劑循環(huán)回路所需要的壓縮機功率顯著更小。不過，冷卻劑在低溫循環(huán)回路內(nèi)向環(huán)境排出蓄電池吸收的熱量，這從已知的理由出發(fā)同樣僅在環(huán)境溫度低于40°C的情況下才可能， 這是因為蓄電池的溫度不應(yīng)該上升到高于40°C。在大氣溫度超過40°C的情況下，冷卻劑借助汽車空調(diào)設(shè)備的制冷劑循環(huán)回路被冷卻到環(huán)境溫度以下。制冷劑/冷卻劑-熱傳輸器也稱為冷卻器，并且相對于于制冷劑作為蒸發(fā)器運行。在蒸發(fā)器中，在入口處以高的流體成分兩相存在的制冷劑被蒸發(fā)和必要時被過度加熱。從現(xiàn)有技術(shù)知曉，在冷卻器前連接一個熱穩(wěn)定的膨脹閥，用于調(diào)節(jié)冷卻器的出口處恒定的過度加熱。這里對于在冷卻器中不需要任何制冷功率的運行狀態(tài)在該熱穩(wěn)定的膨脹閥內(nèi)集成一種閉鎖功能。該閉鎖功能借助磁閥或者步進電動機閥實現(xiàn)。當(dāng)蓄電池的溫度超過上開關(guān)界限時，必須冷卻蓄電池。磁閥被打開。通過熱穩(wěn)定的膨脹閥把制冷功率調(diào)節(jié)為“自動”。此時蓄電池被相應(yīng)冷卻。在不超過下開關(guān)界限時，磁閥被關(guān)閉。蓄電池的溫度再次慢慢上升。因為熱穩(wěn)定的膨脹閥以機械方式調(diào)節(jié)，所以不能根據(jù)需要提供用于蓄電池冷卻的制冷功率，這降低了蓄電池冷卻的效率。蓄電池被超過需要地冷卻，因此以差的效率運行。伴隨需要的冷卻功率升高，為蓄電池冷卻運行而提供的電功率也升高。從DE 1020090353^A1得知一種設(shè)備和方法，用于運行裝備有具有多個單個電池單元的蓄電池的汽車。蓄電池的外殼由冷卻劑流過，該冷卻劑在泵單元的冷卻劑循環(huán)回路中被輸送。冷卻劑循環(huán)回路通過熱傳輸器與制冷劑循環(huán)回路熱耦合。取決于瞬時環(huán)境溫度和/或汽車的瞬時速度，在制冷劑循環(huán)回路中設(shè)置的壓縮機的轉(zhuǎn)速變化。此外，所述壓縮機通過構(gòu)造為冷卻器的熱傳輸器與冷卻劑循環(huán)回路熱耦合。通過閉鎖閥可從制冷劑循環(huán)回路液壓地分開的冷卻器在這里以節(jié)拍方式或者脈沖方式運行。由此能夠使蒸發(fā)器和冷卻器單個或者同時但是僅以相同的制冷劑的壓力水平運行。在DE 1020070U893A1中說明了一種用于冷卻由存儲單元構(gòu)造的蓄電池的冷卻設(shè)備。該蓄電池在電池盒內(nèi)設(shè)置。為根據(jù)需要冷卻，該冷卻設(shè)備包括一個帶有向大氣傳輸熱量的空氣熱傳輸器的冷卻劑循環(huán)回路、一個用于向冷卻流體(尤其在空調(diào)設(shè)備的制冷劑內(nèi)的制冷劑)傳輸熱量的流體冷卻器、和一個用于在兩個并聯(lián)的熱傳輸器之間換接的三通閥。在蓄電池的電池單元外殼溫度超過允許溫度的情況下，通過三通閥關(guān)閉帶有軸向鼓風(fēng)機的外部的空氣熱傳輸器，并且開啟在汽車的空調(diào)設(shè)備上直接連接的流體冷卻器。在US 2009/0321532A1中公開一種與DE 1020070U893中所述的冷卻設(shè)備的相似的冷卻設(shè)備。該冷卻設(shè)備同樣具有帶有空氣熱傳輸器的冷卻劑循環(huán)回路和用于從冷卻劑向汽車的空調(diào)設(shè)備的制冷劑輸出熱量的熱傳輸器。在這里，兩個熱傳輸器并聯(lián)，并且通過一個三通閥根據(jù)需要接通。在這里，兩個熱傳輸器可以同時流通，其中，根據(jù)要由冷卻劑輸出的功率使其中一個熱傳輸器停止運行，僅作為旁路流通。對于蓄電池和要接通的熱傳輸器的冷卻功率的需求借助用于確定蓄電池和環(huán)境的溫度的傳感器確定?，F(xiàn)有技術(shù)中公知的設(shè)備的特點是，冷卻器與用于調(diào)節(jié)車內(nèi)空間內(nèi)的空氣的蒸發(fā)器并行運行。因為制冷劑管線在蒸發(fā)器和冷卻器后彼此連接，所以制冷劑在兩個部件內(nèi)具有相同的壓力從而具有相同的蒸發(fā)溫度水平。因此冷卻器內(nèi)的壓力情況和溫度水平不能獨立于汽車空調(diào)設(shè)備的蒸發(fā)器進行調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種設(shè)備和方法，用于組合地冷卻汽車的蓄電池和調(diào)節(jié)車內(nèi)空間內(nèi)(特別是進入電動汽車或者混合動力汽車的車廂內(nèi))的空氣。該冷卻設(shè)備構(gòu)造成， 使得為冷卻蓄電池使用最少的電能，以便使汽車的傳動系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的效率最大化。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過一種組合地冷卻蓄電池和調(diào)節(jié)要進入車內(nèi)空間內(nèi)的空氣的冷卻設(shè)備解決。該冷卻設(shè)備具有帶有泵設(shè)備的冷卻劑循環(huán)回路、用于在冷卻劑和蓄電池之間傳輸熱量的熱傳輸器、用于在冷卻劑和環(huán)境之間傳輸熱量的熱傳輸器和用于在冷卻劑和在汽車空調(diào)設(shè)備的制冷劑循環(huán)回路內(nèi)循環(huán)的制冷劑之間傳輸熱量的熱傳輸器。所述用于在冷卻劑和制冷劑之間傳輸熱量的熱傳輸器在制冷劑側(cè)構(gòu)造成蒸發(fā)器，其在后面也稱為冷卻器。根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，構(gòu)造具有兩個膨脹元件的制冷劑循環(huán)回路。在這里，第一膨脹元件在制冷劑的流動方向上直接設(shè)置在所述冷卻器前面，第二膨脹元件直接設(shè)置在所述冷卻器后面。在這里，所謂“直接”應(yīng)該理解為所述第一膨脹元件和冷卻器以及冷卻器和第二膨脹元件的部件直接一個接一個布置，不算連接管線，不在其間設(shè)置所述制冷劑循環(huán)回路的其他部件。所述冷卻器作為用于在所述冷卻劑和制冷劑之間進行熱傳輸?shù)臒醾鬏斊?，表示冷卻劑循環(huán)回路和制冷劑循環(huán)回路的熱耦合。所述制冷劑循環(huán)回路優(yōu)選設(shè)置為用于調(diào)節(jié)向車內(nèi)空間內(nèi)的送風(fēng)的空調(diào)設(shè)備的部件。除用于在本發(fā)明的冷卻設(shè)備的冷卻劑和制冷劑之間進行熱傳輸?shù)臒醾鬏斊髦?，所述制冷劑循環(huán)回路具有另一個構(gòu)造為空氣/制冷劑-熱傳輸器的熱傳輸器，它同樣作為制冷劑的蒸發(fā)器運行。此外，所述閉合的制冷劑循環(huán)回路包括制冷劑壓縮機、冷凝器以及分配給構(gòu)造為蒸發(fā)器的空氣/制冷劑-熱傳輸器的膨脹元件。根據(jù)本發(fā)明的第一設(shè)計方案，所述用于在冷卻劑和制冷劑循環(huán)回路內(nèi)的制冷劑之間進行熱傳輸?shù)臒醾鬏斊髋c汽車空調(diào)設(shè)備的構(gòu)造為蒸發(fā)器的空氣/制冷劑-熱傳輸器并聯(lián)設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明的第二設(shè)計方案，代替并聯(lián)，所述冷卻器在制冷劑的流動方向上在汽車空調(diào)設(shè)備的空氣/制冷劑-熱傳輸器前面或后面順序或者串聯(lián)地集成在制冷劑循環(huán)回路內(nèi)。在制冷劑側(cè)圍繞冷卻器設(shè)置的膨脹元件優(yōu)選構(gòu)造為可調(diào)節(jié)的膨脹閥。由此，所述制冷劑循環(huán)回路在冷卻器處可以有利地通過兩級膨脹操作，使得在冷卻劑和制冷劑之間的熱傳輸?shù)臏囟人娇梢元毩⒂诳諝?制冷劑-熱傳輸器內(nèi)的熱傳輸?shù)臏囟人竭M行調(diào)節(jié)。所述可調(diào)節(jié)的膨脹閥是熱穩(wěn)定的膨脹閥，其優(yōu)選構(gòu)造為外部可控制的。本發(fā)明的另一有利的設(shè)計方案在于，給用于在冷卻劑和環(huán)境之間進行熱傳輸?shù)臒醾鬏斊髯鳛榭諝?冷卻劑-熱傳輸器分配鼓風(fēng)機，鼓風(fēng)機構(gòu)成為轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)的。由此，大氣的質(zhì)量流可通過空氣/冷卻劑-熱傳輸器的熱傳輸面調(diào)節(jié)，使得能夠改變要從冷卻劑向空氣傳輸?shù)臒崃?。在本發(fā)明的操作用于冷卻汽車蓄電池的冷卻設(shè)備的方法中，從蓄電池導(dǎo)出的熱量在也稱為蓄電池冷卻器的熱傳輸器內(nèi)向冷卻劑傳輸。通過泵設(shè)備在閉合的冷卻劑循環(huán)回路中環(huán)流的冷卻劑在這里通過熱傳輸器，即所謂的冷卻器，與制冷劑熱耦合。所述制冷劑又在閉合的制冷劑循環(huán)回路內(nèi)循環(huán)。從蓄電池向冷卻劑傳輸并且現(xiàn)在從冷卻劑再次導(dǎo)出的熱量取決于冷卻劑進入構(gòu)造為蓄電池冷卻器的熱傳輸器內(nèi)的進入溫度和環(huán)境溫度進行調(diào)節(jié)。所謂環(huán)境溫度特別地是指大氣的溫度。熱量在一個熱傳輸器內(nèi)從冷卻劑向大氣和/或在冷卻器內(nèi)向制冷劑傳輸。根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，所述冷卻器在制冷劑循環(huán)回路內(nèi)作為帶有在制冷劑的流動方向上在其前連接的第一膨脹元件和在其后連接的第二膨脹元件的蒸發(fā)器運行。同時，一個集成在制冷劑循環(huán)回路內(nèi)的并且同樣構(gòu)造為蒸發(fā)器的空氣/制冷劑-熱傳輸器也在運行。 在這里，所述冷卻器內(nèi)的制冷劑的蒸發(fā)溫度水平有利地獨立于所述空氣/制冷劑-熱傳輸器內(nèi)的蒸發(fā)溫度水平進行調(diào)節(jié)。除所述制冷劑的蒸發(fā)溫度水平外，借助所述膨脹元件調(diào)節(jié)所述制冷劑通過冷卻器的質(zhì)量流。根據(jù)本發(fā)明的方法的一種有利的設(shè)計方案，所述汽車空調(diào)設(shè)備的構(gòu)造為蒸發(fā)器的空氣/制冷劑-熱傳輸器和用于在冷卻劑和制冷劑之間進行熱傳輸?shù)?、帶有在制冷劑的流動方向上在其前連接的第一膨脹元件和在其后連接的第二膨脹元件的蒸發(fā)器在制冷劑循環(huán)回路中彼此并聯(lián)運行。在這里，有利地構(gòu)造為可調(diào)節(jié)的膨脹閥(特別是熱穩(wěn)定的膨脹閥)的膨脹元件是從外部控制的。所述制冷劑在流入冷卻器前并且根據(jù)需要在從冷卻器流出后膨脹。通過制冷劑在所述冷卻器前和后的膨脹過程，制冷劑循環(huán)回路以兩級膨脹運行。在所述冷卻設(shè)備運行期間，所述制冷劑的借助兩級膨脹產(chǎn)生的中間壓力水平在冷卻器內(nèi)依賴于所述蓄電池的冷卻需要和環(huán)境溫度被調(diào)節(jié)和改變到不同的蒸發(fā)溫度水平。中間壓力應(yīng)該理解為在第一膨脹元件內(nèi)第一次膨脹后的壓力，其相應(yīng)于所述冷卻器內(nèi)的壓力水平。因此，在所述制冷劑/冷卻劑-熱傳輸器內(nèi)的冷卻劑和制冷劑之間的熱傳輸?shù)臏囟人娇梢杂欣鬲毩⒂谄嚳照{(diào)設(shè)備的蒸發(fā)器進行調(diào)節(jié)。此外，優(yōu)選利用冷卻劑通過帶有電力驅(qū)動的泵設(shè)備的蓄電池冷卻器的流量來連續(xù)調(diào)節(jié)要從電池導(dǎo)出的熱量。借助該冷卻劑泵，所述冷卻劑根據(jù)需要在冷卻劑循環(huán)回路中環(huán)流。根據(jù)本發(fā)明的方法的改進方案，在流過蓄電池冷卻器時向冷卻劑傳輸?shù)臒崃吭诘偷沫h(huán)境溫度的情況下在構(gòu)造為空氣/冷卻劑-熱傳輸器的熱傳輸器內(nèi)向大氣輸出。低的環(huán)境溫度指大氣溫度值不超過30°C。
此時通過空氣/冷卻劑-熱傳輸器引導(dǎo)的大氣的質(zhì)量流借助分配給該熱傳輸器的鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。解除用于從冷卻劑向制冷劑傳輸熱量的冷卻器的活動狀態(tài)。所述冷卻劑在從空氣/冷卻劑-熱傳輸器流出后要么通過旁路繞過冷卻器流動，或/和使冷卻器在制冷劑側(cè)不流通。在這兩種調(diào)節(jié)方案中沒有熱量從冷卻劑向制冷劑傳輸。在所述冷卻劑進入蓄電池冷卻器內(nèi)的進入溫度超過允許的溫度的情況下，所述要從冷卻劑導(dǎo)出的熱量在空氣/冷卻劑-熱傳輸器內(nèi)向大氣傳輸，同時在冷卻器內(nèi)向制冷劑傳輸。因此，所述冷卻器為向制冷劑傳輸熱量而被激活?，F(xiàn)在，所述冷卻劑流過所述冷卻器而不通過旁路繞過冷卻器。同時所述冷卻器也在制冷劑側(cè)被流過。此時，通過改變在其前面設(shè)置的和后面設(shè)置的膨脹閥的橫截面調(diào)節(jié)在冷卻器中的制冷劑的蒸發(fā)溫度水平以及制冷功率。同時或者組合使用冷卻器和空氣/冷卻劑-熱傳輸器的本方法特別在中間的環(huán)境溫度下運行，亦即在30°C和40°C之間的空氣溫度下運行。在高的環(huán)境溫度的情況下，所述要由冷卻劑導(dǎo)出的熱量在所述冷卻器內(nèi)向制冷劑傳輸。高的環(huán)境溫度指40°C及以上的大氣溫度。再次通過改變在其前面設(shè)置的和后面設(shè)置的膨脹閥的橫截面改變所述冷卻器中制冷劑的蒸發(fā)溫度水平以及制冷功率。解除用于向大氣傳輸熱量的空氣/冷卻劑-熱傳輸器的活動狀態(tài)。此時，要么僅使熱傳輸器的鼓風(fēng)機不運行從而在空氣側(cè)閉鎖熱傳輸器，或者根據(jù)冷卻劑循環(huán)回路的結(jié)構(gòu)，把冷卻劑通過旁路繞過熱傳輸器引導(dǎo)，使得該熱傳輸器不被冷卻劑流過。在這種情況下，空氣/冷卻劑-熱傳輸器在冷卻劑側(cè)被閉鎖或者從冷卻劑循環(huán)回路液壓地分開。在兩種情況下，在空氣/冷卻劑-熱傳輸器內(nèi)都沒有熱量向大氣傳輸。本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)點在汽車的空調(diào)設(shè)備的制冷劑循環(huán)回路作為空氣-熱泵運行時產(chǎn)生。在這里，所述制冷劑循環(huán)回路的構(gòu)造為蒸發(fā)器的空氣/制冷劑-熱傳輸器由大氣環(huán)流。大氣在這里作為熱源使用。在環(huán)境溫度低于冷卻劑在電池冷卻器內(nèi)需要的進入溫度的情況下，根據(jù)蓄電池冷卻器內(nèi)的冷卻劑的需要通過改變膨脹閥的橫截面調(diào)節(jié)所述冷卻器內(nèi)的制冷劑的蒸發(fā)溫度水平以及制冷功率。本發(fā)明的用于連續(xù)調(diào)節(jié)蓄電池溫度的解決方案使得能夠在最佳的溫度下進行蓄電池的運行并且由此具有各種優(yōu)點-蓄電池的最大的效率和最小的消耗功率，-蓄電池的用于調(diào)節(jié)的最小的電功率消耗，-整個系統(tǒng)(特別是傳動系統(tǒng))的最大的效率，以及因此-汽車的最大行程。此外，在本發(fā)明的解決方案中，所述冷卻劑循環(huán)回路與空調(diào)設(shè)備的制冷劑循環(huán)回路以如下方式熱耦合并且制冷劑循環(huán)回路以如下方式構(gòu)造，即使得車內(nèi)空間的調(diào)節(jié)獨立于蓄電池的冷卻，這是因為兩個系統(tǒng)能夠在不同的溫度水平下運行。


本發(fā)明的另外的細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點從下面參考所屬附圖對于實施例的說明中得知。在附圖中圖1顯示帶有以空氣和/或汽車空調(diào)設(shè)備的制冷劑作為冷卻源的冷卻劑循環(huán)回路的冷卻設(shè)備；
圖2顯示帶有繞開空氣/冷卻劑-熱傳輸器的旁路的冷卻設(shè)備。
具體實施例方式圖1表示具有冷卻劑循環(huán)回路3的冷卻設(shè)備1，冷卻劑循環(huán)回路3構(gòu)造為對于化學(xué)的能量存儲器2進行冷卻或者散熱。代替在后面也稱為蓄電池2的能量存儲器2，同樣也可以與冷卻設(shè)備1熱耦合汽車的傳動線路的其他部件，例如電動機或者電力電子設(shè)備。冷卻劑循環(huán)回路3具有泵設(shè)備13，用于輸送冷卻劑。在冷卻劑的流動方向上，在冷卻劑泵13旁邊隨后設(shè)置熱傳輸器5，其與蓄電池2熱耦合。對此可以設(shè)想各種熱傳輸方式。冷卻劑要么直接在電池單元之間構(gòu)造的空隙中流過，從而與電池單元的表面直接接觸。 或者通過蓄電池2的外殼的接觸面向冷卻劑傳輸熱量。在冷卻劑的流動方向上后隨蓄電池冷卻器5設(shè)置另一個熱傳輸器6，它向環(huán)境尤其是大氣排出在蓄電池冷卻器5內(nèi)吸收的熱量。為更好地進行熱傳輸，也稱為低溫冷卻器 6或者空氣/冷卻劑-熱傳輸器6的熱傳輸器6構(gòu)成為帶有鼓風(fēng)機7，鼓風(fēng)機7通過熱傳輸器6或者通過它的表面輸送空氣質(zhì)量流。通過改變電力驅(qū)動的冷卻劑泵13的功率改變冷卻劑的質(zhì)量流從而調(diào)節(jié)冷卻劑流量，既可以連續(xù)地調(diào)節(jié)在蓄電池冷卻器5內(nèi)部的冷卻劑的熱量吸收，也能夠連續(xù)地調(diào)節(jié)在熱傳輸器6內(nèi)向大氣的熱量輸出。此外，可以通過流動的空氣量改變低溫?zé)醾鬏斊?內(nèi)的熱傳輸?？諝獾馁|(zhì)量流可以通過鼓風(fēng)機7的接通、切斷或者轉(zhuǎn)速改變來改變。冷卻劑在從熱傳輸器6流出后流向分支管8，在這里，冷卻劑的質(zhì)量流可分成流動通路9和旁路11。流動通路9和旁路11分別延伸到匯合點12，該匯合點12構(gòu)造為T形元件12。冷卻劑從匯合點12流向泵設(shè)備13。冷卻劑循環(huán)回路3閉合。流動通路9在分支管8和匯合點12之間具有一個熱傳輸器10，它一方面由冷卻劑，另一方面由汽車的空調(diào)設(shè)備的制冷劑流過。通過冷卻劑/制冷劑-熱傳輸器10，冷卻劑循環(huán)回路3與制冷劑循環(huán)回路4熱耦合。在相對于制冷劑循環(huán)回路4作為蒸發(fā)器10運行的冷卻劑/制冷劑-熱傳輸器10內(nèi)，流過的制冷劑在吸收熱量的情況下轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w狀態(tài)。 這里從冷卻劑吸熱，使其冷卻。借助旁路11存在使冷卻劑在熱傳輸器10處繞過的調(diào)節(jié)可能，使得不對制冷劑進行熱傳輸。分支管8構(gòu)造為三通閥或者轉(zhuǎn)換閥8。冷卻劑一方面能夠通過具有蒸發(fā)器10 (也稱為冷卻器10)的流動通路9引導(dǎo)，使得冷卻劑循環(huán)回路3與制冷劑循環(huán)回路4直接連接。 另一方面，冷卻劑借助轉(zhuǎn)換閥8通過旁路11，從而繞過蒸發(fā)器10引導(dǎo)。另外可選的方案是冷卻劑的質(zhì)量流在分支管8處也可以分成流動通路9和旁路11。在冷卻器10內(nèi)，熱量從冷卻劑向汽車的空調(diào)設(shè)備的制冷劑傳輸。在這里，制冷劑循環(huán)回路4具有作為常規(guī)的、未描繪的部件的壓縮機和用于向環(huán)境輸出熱量的熱傳輸器以及用于調(diào)節(jié)向車內(nèi)空間內(nèi)送風(fēng)的空氣/制冷劑-熱傳輸器19。冷卻器10優(yōu)選與構(gòu)造為蒸發(fā)器19的用于調(diào)節(jié)送風(fēng)的空氣/制冷劑-熱傳輸器19并聯(lián)，并且具有兩個膨脹元件14、 15，它們構(gòu)造為可調(diào)節(jié)的膨脹閥14、15或者熱穩(wěn)定的膨脹閥。在這里，在制冷劑的流動方向上，在蒸發(fā)器10之前設(shè)置第一膨脹閥14，之后設(shè)置第二膨脹閥15。借助外部可控的膨脹閥 14、15，制冷劑循環(huán)回路4可在冷卻器10處用兩級膨脹操作。由于可用中間壓力運行的可能性，也就是說通過在第一膨脹閥14內(nèi)向中間壓力水平的膨脹，可在冷卻器10內(nèi)調(diào)節(jié)制冷劑側(cè)不同的蒸發(fā)壓力或者制冷劑的蒸發(fā)溫度。由此能夠通過制冷劑分級而改變熱吸收的溫度水平。此外，借助可調(diào)節(jié)的膨脹閥14、15調(diào)節(jié)通過冷卻器10的制冷劑質(zhì)量流。另外可以選擇的方案是，也可以把冷卻器10串聯(lián)設(shè)置在制冷劑循環(huán)回路4中用于調(diào)節(jié)向車內(nèi)空間內(nèi)的送風(fēng)的蒸發(fā)器19之前或之后。圖2描繪圖1的擴展有對于低溫冷卻器6的旁路18的冷卻設(shè)備1。借助從分支管 16延伸到匯合點17的旁路18，可以把冷卻劑繞過冷卻器6引導(dǎo)。構(gòu)造為T形元件16的分支管16在冷卻劑的流動方向上在熱傳輸器6之前設(shè)置，匯合點17在熱傳輸器6之后設(shè)置。 制冷劑的質(zhì)量流借助用作匯合點17的轉(zhuǎn)換閥17或者三通閥17進行調(diào)節(jié)。冷卻劑的質(zhì)量流根據(jù)需要完全通過冷卻器6或者通過旁路18繞過低溫冷卻器6引導(dǎo)。冷卻劑進入蓄電池2內(nèi)的進入溫度依據(jù)環(huán)境溫度以不同方式進行調(diào)節(jié)。在低的環(huán)境溫度下，例如在30°C以下的空氣溫度下，通過鼓風(fēng)機7的轉(zhuǎn)速進行冷卻劑在電池2內(nèi)的進入溫度的調(diào)節(jié)，鼓風(fēng)機7通過低溫冷卻器6引導(dǎo)大氣的質(zhì)量流。因此， 冷卻劑溫度僅通過熱傳輸器6調(diào)節(jié)。冷卻劑在橫穿熱傳輸器6后要么通過旁路11繞過冷卻器10，或者冷卻器10在冷凍介質(zhì)側(cè)不運行。在這種情況下沒有制冷劑流過蒸發(fā)器10。冷卻劑在轉(zhuǎn)換閥8的兩種調(diào)節(jié)變型中都不向制冷劑輸出熱量。使用鼓風(fēng)機7使熱傳輸器6在不超過30°C的大氣溫度下運行。僅用空氣冷卻的冷卻劑的溫度一超過允許用于冷卻蓄電池2的溫度，制冷劑循環(huán)回路4的熱傳輸器10就附加進行運行。作為僅用空氣來冷卻冷卻劑的低溫冷卻器6的運行的優(yōu)點在于，制冷劑循環(huán)回路4進而汽車的空調(diào)設(shè)備僅在大氣溫度超過約30°C時才使用。由此，汽車的空調(diào)設(shè)備不需持續(xù)運行，這將節(jié)省用于驅(qū)動汽車能夠使用的能量，使得汽車的行程最大化。在組合運行冷卻器10和低溫冷卻器6的情況下，冷卻劑在蓄電池2內(nèi)的進入溫度借助低溫冷卻器6處的鼓風(fēng)機7的轉(zhuǎn)速以及同時還有冷卻器10內(nèi)的蒸發(fā)溫度水平和制冷功率進行調(diào)節(jié)。在這里，蒸發(fā)溫度的水平和制冷功率通過膨脹閥14、15的橫截面調(diào)節(jié)。冷卻設(shè)備1在中間的環(huán)境溫度下，特別在空氣溫度在30°C和40°C之間的情況下，同時或者組合使用冷卻器10和低溫冷卻器6運行。在高的環(huán)境溫度下，特別是在空氣溫度超過40°C的情況下，冷卻劑進入蓄電池2 內(nèi)的進入溫度的調(diào)節(jié)僅通過改變冷卻器10內(nèi)的蒸發(fā)溫度水平和制冷功率進行。要由冷卻劑循環(huán)回路3導(dǎo)出的全部熱量向制冷劑循環(huán)回路4內(nèi)的制冷劑傳輸從而調(diào)節(jié)制冷劑側(cè)。蒸發(fā)器10內(nèi)的制冷劑的溫度水平或者壓力水平通過膨脹閥14、15的橫截面調(diào)整。同時，低溫冷卻器6的鼓風(fēng)機7停止運行，使得在熱傳輸器6中沒有熱量傳輸。由此低溫冷卻器6在空氣側(cè)被閉鎖而成為不活動的。對此另外可以選擇的方案是，可以根據(jù)冷卻劑循環(huán)回路3的結(jié)構(gòu)引導(dǎo)冷卻劑通過旁路18，使得在低溫冷卻器6中不流過冷卻劑。那時低溫冷卻器6在冷卻劑側(cè)被閉鎖并且同樣成為不活動的。否則，向熱傳輸器6傳輸溫度高于40°C的非常熱的大氣會導(dǎo)致冷卻劑循環(huán)回路3 用比大氣低的溫度的冷卻劑從環(huán)境吸收附加的熱量。特別是在作為空氣-熱泵運行的空調(diào)設(shè)備的制冷劑循環(huán)回路4內(nèi)集成蒸發(fā)器10 的情況下，圖1和2中描繪的設(shè)備提供下面的優(yōu)點。在環(huán)境溫度低于蓄電池2的冷卻劑循環(huán)回路3內(nèi)冷卻劑的需要溫度的情況下，蒸發(fā)器10內(nèi)的蒸發(fā)溫度水平可以獨立于并聯(lián)的制冷劑循環(huán)回路4的空氣/制冷劑-熱傳輸器19的溫度水平進行調(diào)節(jié)，該空氣/制冷劑-熱傳輸器19在空調(diào)設(shè)備作為空氣-熱泵運行的情況下在熱傳輸中用大氣運行。在非常低的環(huán)境溫度下，特別在空氣低于0°C的情況下，那時冷卻器10內(nèi)的蒸發(fā)溫度水平也通過膨脹閥14、15的橫截面調(diào)節(jié)。特別在從冷卻劑循環(huán)回路3向汽車的在使用大氣作為熱源運行的熱泵方式中的空調(diào)設(shè)備的制冷劑循環(huán)回路4傳輸熱量時，可以在環(huán)境溫度低于0°C的情況下接通冷卻設(shè)備1，否則在蓄電池2內(nèi)會產(chǎn)生非常高的溫度梯度。為避免蓄電池2內(nèi)高的溫度梯度，獨立于并聯(lián)的制冷劑循環(huán)回路4的蒸發(fā)器19調(diào)節(jié)冷卻器10 內(nèi)的溫度水平。制冷劑循環(huán)回路4內(nèi)蒸發(fā)器10、19內(nèi)的壓力水平或者溫度水平的獨立的調(diào)節(jié)通過借助膨脹閥14、15的設(shè)置的兩級膨脹而變得可能。由此，在冷卻器10內(nèi)在冷卻劑和空調(diào)設(shè)備的制冷劑之間的熱傳輸?shù)臏囟人娇瑟毩⒂诳照{(diào)設(shè)備的空氣/制冷劑-熱傳輸器 19進行調(diào)節(jié)。上述布置方案和運行方式可為在低壓側(cè)經(jīng)歷從液體到氣體形式的相變并且由此吸收熱量的不同制冷劑使用。在高壓側(cè)，該制冷劑通過散熱或者氣體冷卻，隨后冷凝并且必要時過冷而向冷卻源例如大氣或者向車內(nèi)空間的送風(fēng)重新輸出吸收的熱量。作為適宜的制冷劑，例如可以使用天然材料，如R744，以及化學(xué)材料，如Ri:Ma、R152a、HF01234yf。附圖標(biāo)記列表1冷卻設(shè)備2能量存儲器，蓄電池3冷卻劑循環(huán)回路4制冷劑循環(huán)回路5熱傳輸器，蓄電池冷卻器6熱傳輸器，低溫冷卻器，空氣/冷卻劑-熱傳輸器7鼓風(fēng)機，通風(fēng)機8分支管，轉(zhuǎn)換閥，三通閥9流動通路10熱傳輸器，蒸發(fā)器，冷卻器，制冷劑/冷卻劑-熱傳輸器11旁路冷卻器12匯合點，T形元件13泵設(shè)備，冷卻劑泵14第一膨脹元件，膨脹閥15第二膨脹元件，膨脹閥16分支管，T形元件17匯合點，轉(zhuǎn)換閥，三通閥18旁路低溫冷卻器19熱傳輸器，蒸發(fā)器，空氣/制冷劑-熱傳輸器
權(quán)利要求
1.具有冷卻劑循環(huán)回路⑶的冷卻汽車蓄電池⑵的冷卻設(shè)備(1)，其具有泵設(shè)備 (13)、用于在冷卻劑和所述蓄電池( 之間進行熱傳輸?shù)臒醾鬏斊?5)、用于在所述冷卻劑和環(huán)境之間進行熱傳輸?shù)臒醾鬏斊?6)以及用于在所述冷卻劑和在制冷劑循環(huán)回路(4)內(nèi)循環(huán)的制冷劑之間進行熱傳輸?shù)臒醾鬏斊?10)，其中，所述制冷劑循環(huán)回路(4)還具有帶有附屬膨脹元件的熱傳輸器(19)，其特征在于，所述制冷劑循環(huán)回路(4)構(gòu)造成具有兩個膨脹元件(14、15)，其中，第一膨脹元件(14) 在制冷劑的流動方向上在所述熱傳輸器(10)之前設(shè)置，且第二膨脹元件(1 在所述熱傳輸器(10)之后設(shè)置，使得在制冷劑側(cè)構(gòu)造為蒸發(fā)器的熱傳輸器(10、19)能夠以不同的壓力水平和溫度水平運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備(1)，其特征在于，所述制冷劑循環(huán)回路(4)構(gòu)造為汽車的空調(diào)設(shè)備的部件，并且所述熱傳輸器(19)設(shè)置為用于調(diào)節(jié)向車內(nèi)空間內(nèi)送風(fēng)的空氣/制冷劑-熱傳輸器(19)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻設(shè)備(1)，其特征在于，所述用于在冷卻劑和在制冷劑循環(huán)回路內(nèi)的制冷劑之間進行熱傳輸?shù)臒醾鬏斊?(10)與所述汽車空調(diào)設(shè)備的空氣/制冷劑-熱傳輸器(19)并聯(lián)設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的冷卻設(shè)備(1)，其特征在于，所述膨脹元件(14、1幻構(gòu)造為可調(diào)節(jié)的膨脹閥(14、15)，使得所述制冷劑循環(huán)回路(4) 可以在所述熱傳輸器(10)處以兩級膨脹如比運行，使得在所述冷卻劑和制冷劑之間的熱傳輸?shù)臏囟人娇梢元毩⒂诳諝?制冷劑-熱傳輸器內(nèi)的熱傳輸?shù)臏囟人竭M行調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的冷卻設(shè)備(1)，其特征在于，所述用于在冷卻劑和環(huán)境之間進行熱傳輸?shù)臒醾鬏斊?6)構(gòu)造為帶有鼓風(fēng)機(7)的熱傳輸器(6)，使得能夠從冷卻劑向大氣的質(zhì)量流傳輸熱量，其中，所述鼓風(fēng)機(7)構(gòu)造成轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)的。
6.用于操作用于冷卻汽車蓄電池O)的冷卻設(shè)備(1)的方法，其中，-把要從所述蓄電池( 導(dǎo)出的熱量在熱傳輸器(5)內(nèi)向冷卻劑傳輸，其中，用泵設(shè)備 (13)使冷卻劑在冷卻劑循環(huán)回路C3)內(nèi)環(huán)流，并且通過熱傳輸器(10)與在制冷劑循環(huán)回路 (4)內(nèi)環(huán)流的制冷劑熱耦合，-由冷卻劑導(dǎo)出的熱量取決于冷卻劑在熱傳輸器(5)內(nèi)的進入溫度和環(huán)境溫度，通過在熱傳輸器(6)內(nèi)向大氣和/或在熱傳輸器(10)內(nèi)向制冷劑傳輸而被調(diào)節(jié)，其特征在于，所述熱傳輸器(10)在具有構(gòu)造為蒸發(fā)器的空氣/制冷劑-熱傳輸器(19)的制冷劑循環(huán)回路(4)內(nèi)，作為帶有在制冷劑的流動方向上在其前連接的第一膨脹元件(14)和在其后連接的第二膨脹元件(1 的蒸發(fā)器(10)運行，其中，所述熱傳輸器(10)內(nèi)的制冷劑的蒸發(fā)溫度水平獨立于所述空氣/制冷劑-熱傳輸器(19)內(nèi)的蒸發(fā)溫度水平進行調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述構(gòu)造為蒸發(fā)器的空氣/制冷劑-熱傳輸器(19)和用于在冷卻劑和制冷劑之間進行熱傳輸?shù)?、具有在制冷劑的流動方向上在其前連接的第一膨脹元件(14)和在其后連接的第二膨脹元件(1 的蒸發(fā)器(10)在制冷劑循環(huán)回路內(nèi)彼此并聯(lián)運行，其中，-構(gòu)造為可調(diào)節(jié)的膨脹閥(14、15)的膨脹元件(14、15)由外部控制，并且-所述制冷劑在流入蒸發(fā)器(10)前和在從蒸發(fā)器(10)流出后膨脹，使得所述制冷劑通過蒸發(fā)器(10)經(jīng)歷兩級膨脹，并且所述制冷劑的中間壓力水平在蒸發(fā)器(10)內(nèi)獨立于所述蓄電池O)的冷卻需要和環(huán)境溫度被調(diào)節(jié)和變化為不同的蒸發(fā)溫度水平。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述要從蓄電池O)導(dǎo)出的熱量通過冷卻劑的流量通過作為蓄電池冷卻器構(gòu)造的帶有電力驅(qū)動的泵設(shè)備(1 的熱傳輸器( 被連續(xù)調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6到8之一所述的方法，其特征在于，所述要由冷卻劑導(dǎo)出的熱量-在低的環(huán)境溫度的情況下，在熱傳輸器(6)內(nèi)向大氣傳輸，其中，-借助分配給所述熱傳輸器(6)的鼓風(fēng)機(7)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)通過熱傳輸器(6)的大氣的質(zhì)量流，并且-解除用于向制冷劑傳輸熱量的熱傳輸器(10)的活動狀態(tài)，-在冷卻劑在熱傳輸器(5)內(nèi)的進入溫度超過允許溫度的情況下，在熱傳輸器(6)內(nèi)向大氣和在熱傳輸器(10)內(nèi)向制冷劑傳輸，其中，激活用于向制冷劑傳輸熱量的熱傳輸器 (10)，并且通過改變所述膨脹閥(14、1 的橫截面調(diào)節(jié)熱傳輸器(10)內(nèi)的制冷劑的蒸發(fā)溫度水平以及制冷功率。-在高的環(huán)境溫度下，在熱傳輸器(10)內(nèi)向制冷劑傳輸，其中，-通過改變所述膨脹閥(14、1 的橫截面調(diào)節(jié)熱傳輸器(10)內(nèi)的制冷劑的蒸發(fā)溫度水平以及制冷功率，并且-解除所述用于向大氣傳輸熱量的熱傳輸器(6)的活動狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6到9之一所述的方法，其特征在于，在汽車的空調(diào)設(shè)備的制冷劑循環(huán)回路(4)作為空氣-熱泵運行時，其中構(gòu)造為蒸發(fā)器的空氣/制冷劑-熱傳輸器(19)由大氣環(huán)流，并且在環(huán)境溫度低于冷卻劑在熱傳輸器(5) 內(nèi)需要的進入溫度時，通過改變所述膨脹閥(14、15)的橫截面調(diào)節(jié)熱傳輸器(10)內(nèi)的制冷劑的蒸發(fā)溫度水平以及制冷功率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有冷卻劑循環(huán)回路(3)的冷卻汽車蓄電池(2)的冷卻設(shè)備(1)以及用于操作所述冷卻設(shè)備(1)的方法。該冷卻劑循環(huán)回路具有泵設(shè)備(13)、用于在冷卻劑和蓄電池(2)之間進行熱傳輸?shù)臒醾鬏斊?5)、用于在冷卻劑和環(huán)境之間進行熱傳輸?shù)臒醾鬏斊?6)以及用于在冷卻劑和在制冷劑循環(huán)回路(4)內(nèi)循環(huán)的制冷劑之間進行熱傳輸?shù)臒醾鬏斊?10)。所述制冷劑循環(huán)回路(4)構(gòu)造成另外具有熱傳輸器(19)和分配給它的膨脹元件。此外，所述制冷劑循環(huán)回路(4)具有兩個另外的膨脹元件(14、15)，其中，第一膨脹元件(14)在制冷劑的流動方向上在所述熱傳輸器(10)之前設(shè)置，第二膨脹元件(15)在所述熱傳輸器(10)之后設(shè)置。由此，所述在制冷劑側(cè)構(gòu)造為蒸發(fā)器的熱傳輸器(10、19)可用不同的壓力水平和溫度水平操作。
文檔編號B60H1/32GK102555732SQ20111036205
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月7日
發(fā)明者C·雷賓格, D·施羅德, F·維朔勒克, M·格拉夫 申請人:奧迪股份公司, 威斯通全球技術(shù)公司