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CN109383221B - 车辆的hvac系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆的加热、通风、空气调节(HVAC)系统，其包括：电池循环管线，具有电池散热器、主阀、高电压电池芯和冷却热交换器，以使第一冷却剂循环通过，其中冷却热交换器设置成可与车内HVAC制冷剂管线热交换；分支管线，包括水加热加热器，并通过主阀选择性地连接到电池循环管线；以及控制器，通过控制主阀、水加热加热器和车内HVAC制冷剂管线的操作来选择性地冷却或加热高电压电池芯。

Description

车辆的HVAC系统
技术领域
本发明涉及一种车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统，并更具体地涉及一种通过高效地冷却或加热高电压电池能够降低能量消耗并增加车辆的行驶距离的车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统。
背景技术
为了实现环境友好型技术并解决诸如能源耗尽等的问题，近来不断地涌现电动车。电动车使用供应有来自电池的电力并输出功率的电动机而工作。因此，由于电动车的优点在于其不排放二氧化碳，产生非常小的噪音并且具有比发动机能量效率更高的电动机能量效率，因此电动车作为环境友好型车辆被加强应用。
电动车的核心技术是与电池模块有关的技术，并且近年来积极进行电池的轻质、小型化和短充电时间等的研究。电池模块只有在最佳温度环境下使用时才可保持最佳的性能和较长的使用寿命。然而，由于电池驱动过程中产生的热量和外部温度变化，难以在最佳温度环境下使用电池。
另外，由于电动车不具有在诸如内燃机的单独发动机中在燃烧期间产生的废热源，因此电动车在冬季通过电动式加热器执行车辆的车内加热，并且由于电动车需要预热以提高电池在寒冷天气下的充电和放电性能，因此电动车各自配置和使用单独的冷却剂加热式电动加热器。也就是说，为了保持电池模块的最佳温度环境，电动车采用操作用于调节电池模块的温度的冷却和加热系统的技术，该用于调节电池模块的温度的冷却和加热系统独立于车辆的车内HAVC的冷却和加热系统。换句话说，电动车构造两个独立的冷却和加热系统，使得一个用于执行车辆的车内冷却和加热，并且另一个用于调节电池模块的温度。
然而，由于通过上述方法工作的电动车不能高效地管理能量，因此导致较短的巡航距离并且不能行驶较长距离。进一步地，由于行驶距离在夏季在冷却期间减少30％，并且在冬季在加热期间减少40％或更多，所以冬季的加热问题(其在内燃机中并非问题)变得更加严重。
特别地，在冬季，电子部件的发热量大于高电压电池部件的发热量，并且由于高电压电池与空气的接触面积较大，因此在行驶期间，高电压电池的冷却比通过外部空气的温度进行的加热出现得更多。结果，可能无法满足高电压电池工作的适当温度，并且高电压电池的输出可被劣化。因此，为了在冬季高效地管理高电压电池，应在行驶期间加热高电压电池。
作为相关技术描述的内容仅被提供用于帮助理解本发明的背景，并且不应被认为是相当于本领域技术人员已知的相关技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统，其通过高效地管理加热车辆车内以及增大电池温度所需的能量能够增加行驶距离并降低制造成本。
根据本发明的示例性实施方式，提供了一种车辆的加热、通风、空气调节(HVAC)系统，包括：电池循环管线，其具有电池散热器、主阀、高电压电池芯和冷却热交换器，以使第一冷却剂循环通过，其中冷却热交换器设置成可与车内HVAC制冷剂管线热交换；分支管线，其包括水加热加热器，并通过主阀选择性地连接到电池循环管线；以及控制器，其通过控制主阀、水加热加热器和车内HVAC制冷剂管线的操作来选择性地冷却或加热高电压电池芯。
分支管线的一端可连接到主阀，并且分支管线的另一端可连接到电池循环管线，使得第一冷却剂通过分支管线绕过电池散热器。
电池循环管线的包括高电压电池芯和冷却热交换器的管线部分可连接到分支管线，以形成冷却和加热管线，并且冷却和加热管线可以是其中第一冷却剂循环的闭合回路。
冷却和加热管线可包括由控制器控制的循环泵，并且循环泵可位于与冷却和加热管线相应的电池循环管线上。
冷却热交换器可位于分支管线和电池循环管线相连接的点与高电压电池芯之间，并且可设置在与冷却和加热管线相应的电池循环管线上。
主阀可以是三通阀并包括与电池散热器相邻的第一端口、与水加热加热器相邻的第二端口以及与高电压电池芯相邻的第三端口，并且当需要冷却高电压电池芯时，控制器可执行控制，使得通过关闭主阀的第一端口并且操作车内HVAC制冷剂管线而使第一冷却剂循环通过冷却和加热管线，通过在冷却热交换器中执行与车内HVAC制冷剂管线的制冷剂的热交换而被冷却，然后冷却高电压电池芯。
主阀可以是三通阀并包括与电池散热器相邻的第一端口、与水加热加热器相邻的第二端口以及与高电压电池芯相邻的第三端口，并且当需要加热高电压电池芯时，控制器可执行控制，使得通过关闭主阀的第一端口并操作水加热加热器而使第一冷却剂循环通过冷却和加热管线，由水加热加热器加热，然后加热高电压电池芯。
主阀可以是三通阀并包括与电池散热器相邻的第一端口、与水加热加热器相邻的第二端口以及与高电压电池芯相邻的第三端口，并且当需要冷却高电压电池芯时，控制器可执行控制，使得通过关闭主阀的第二端口而使第一冷却剂循环通过电池循环管线，通过在电池散热器中执行与外部空气的热交换而被冷却，然后冷却高电压电池芯。
在冷却模式的情况下，控制器可控制主阀以使第一冷却剂循环通过分支管线，并且执行控制以使由冷却热交换器冷却的第一冷却剂冷却高电压电池芯。
在加热模式的情况下，控制器可控制主阀和水加热加热器，以使第一冷却剂循环通过分支管线，并且执行控制以使由水加热加热器加热的第一冷却剂加热高电压电池芯。
在外部空气冷却模式的情况下，控制器可控制主阀以使第一冷却剂循环通过电池循环管线，并执行控制以使由电池散热器冷却的第一冷却剂冷却高电压电池芯。
车内HVAC制冷剂管线可包括辅助阀，该辅助阀供应或阻断制冷剂，使得车内HVAC制冷剂管线的制冷剂可在冷却热交换器中与电池循环管线的第一冷却剂热交换。
在水加热加热器发生故障期间，控制器可通过控制主阀阻止经过水加热加热器并引入高电压电池芯中的高温冷却剂在分支管线中流动来防止高电压电池芯被高温冷却剂损坏。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施方式的车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统的冷却模式的示例说明图；
图2是根据本发明的示例性实施方式的车辆的HVAC系统的加热模式的示例说明图；
图3是根据本发明的示例性实施方式的车辆的HVAC系统的外部空气温度冷却模式的示例说明图；并且
图4是根据本发明的另一个示例性实施方式的车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)的冷却模式的示例说明图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述根据本发明的示例性实施方式的车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统。
图1是根据本发明的示例性实施方式的车辆的HVAC系统的冷却模式的示例说明图，图2是根据本发明的示例性实施方式的车辆的HVAC系统的加热模式的示例说明图，且图3是根据本发明的示例性实施方式的车辆的HVAC系统的外部空气温度冷却模式的示例说明图。另外，图4是根据本发明的另一个示例性实施方式的车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)的冷却模式的示例说明图。
根据本发明的示例性实施方式的车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统包括电池循环管线10，其具有电池散热器200、主阀810、高电压电池芯100和冷却热交换器400，以使第一冷却剂循环通过，其中冷却热交换器400设置成可与车内HVAC制冷剂管线50热交换；分支管线30，其包括水加热加热器700并通过主阀810选择性地连接到电池循环管线10；以及控制器600，其通过控制主阀810、水加热加热器700和车内HVAC制冷剂管线50的操作来选择性地冷却或加热高电压电池芯100。
控制器600是执行软件指令的电路，从而执行下文所述的各种功能。
电池循环管线10具有电池散热器200、主阀810、高电压电池芯100和冷却热交换器400，以使第一冷却剂循环通过，并且冷却热交换器400设置成与车内HVAC制冷剂管线50热交换。另外，电池循环管线10还包括循环泵850，其被控制器600控制成驱动或停止。因此，第一冷却剂通过循环泵850的操作而在电池循环管线10内循环。将更详细地描述第一冷却剂循环通过电池循环管线10的顺序。如图1至图3所示，第一冷却剂经过电池散热器200、冷却热交换器400、循环泵850、高电压电池芯100和主阀810，并且然后再次循环通过电池散热器200。然而，如图4所示，第一冷却剂循环通过电池循环管线10的顺序也可以配置成使得第一冷却剂经过电池散热器200、主阀810、循环泵850、高电压电池芯100和冷却热交换器400，并且然后再次循环通过电池散热器200。上述路径特别地是在外部空气冷却模式的情况下第一冷却剂循环的路径。
分支管线30包括水加热加热器700，并且通过主阀810选择性地连接到电池循环管线10。更具体地，分支管线30的一端连接到主阀810，并且其另一端连接到电池循环管线10，使得第一冷却剂通过分支管线30绕过电池散热器200。分支管线30包括被控制器600控制为操作或停止的水加热加热器700，并且水加热加热器700在高电压电池芯100的加热期间工作。
电池循环管线10的包括高电压电池芯100、循环泵850和冷却热交换器400的管线部分连接到分支管线30，以形成冷却和加热管线40。进一步地，冷却和加热管线40可以是第一冷却剂在其中循环的闭合回路。因此，电池循环管线10具有两条不同的管线：在外部空气冷却模式的情况下第一冷却剂循环的管线以及在冷却模式或加热模式的情况下第一冷却剂循环的管线，并且特别地，第一冷却剂总是在包括高电压电池芯100、循环泵850和冷却热交换器400的管线中流动。换句话说，电池循环管线10具有设置在分支管线30的一侧的电池散热器200以及设置在分支管线30的另一侧的冷却热交换器400、循环泵850以及高电压电池芯100，使得第一冷却剂可以循环，同时实现外部空气冷却模式以及冷却和加热模式两者下的闭合回路，并且可以通过外部空气冷却高电压电池芯100，通过冷却热交换器400冷却高电压电池芯100或者通过水加热加热器700加热高电压电池芯100。另外，主阀810可位于分支管线30的水加热加热器700的上游位置或下游位置中的任一个位置或更多个位置，如附图所示。
特别地，电池循环管线10设置成可通过冷却热交换器400与车内HVAC制冷剂管线50热交换。车内HVAC制冷剂管线50包括压缩机800、空气冷却的冷凝器900、膨胀阀840和蒸发器910。另外，车内HVAC制冷剂管线50具有分支成允许车内HVAC制冷剂管线50的制冷剂可在冷却热交换器400中热交换的管线，并且分支管线包括辅助阀840，其通过控制器600控制以将制冷剂供应到冷却热交换器400或阻断制冷剂。因此，在需要车内冷却和高电压电池芯100的冷却的情况下，控制器600使车内HVAC制冷剂管线50工作。这里，车内HVAC制冷剂管线50的操作相当于驱动压缩机800并使制冷剂循环。因此，在需要车内冷却和高电压电池芯100的冷却的情况下，可与车内HVAC制冷剂管线50热交换的第一冷却剂冷却高电压电池芯100。
另外，根据本发明的车辆的HVAC系统还包括具有电子散热器300和电子部件芯500的电子部件冷却管线20，使得除了电池循环管线10、分支管线30以及冷却和加热管线40以及车内HVAC制冷剂管线50之外，第二冷却剂还独立地循环。电子部件冷却管线20包括电子泵860，并且控制器600控制电子泵860驱动或停止。这里，电子泵860可以位于闭合回路内的任何位置。
控制器600通过控制主阀810、水加热加热器700和车内HVAC制冷剂管线50的操作来选择性地冷却或加热高电压电池芯100。主阀810可以是三通阀，但是并不必然限于此。在本说明书中，主阀810将被描述为例如三通阀。主阀810包括与电池散热器200相邻的第一端口811、与水加热加热器700相邻的第二端口812以及与高电压电池芯100相邻的第三端口813。
将参考附图描述各个模式下的冷却剂的流动。
图1是根据本发明的示例性实施方式的车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统的冷却模式的示例说明图。在冷却模式的情况下，控制器600控制主阀810以使第一冷却剂循环通过分支管线30，并且执行控制，使得第一冷却剂被车内HVAC制冷剂管线50的制冷剂和冷却热交换器400冷却，并且然后冷却高电压电池芯100。这里，水加热加热器700处于停止状态。
更详细地，在需要冷却高电压电池芯100的情况下，控制器600控制主阀810、车内HVAC制冷剂管线50和循环泵850。因此，控制器600执行控制，使得通过关闭主阀810的第一端口811，打开第二端口812和第三端口813并且操作车内HVAC制冷剂管线50而使第一冷却剂循环通过冷却和加热管线40内的冷却热交换器400、循环泵850、高电压电池芯100和主阀810。因此，通过在冷却热交换器400中与车内HVAC制冷剂管线50的制冷剂进行热交换来冷却第一冷却剂，并且然后所述第一冷却剂冷却高电压电池芯100。这里，也可以根据需要同时进行车内冷却。
图2是根据本发明的示例性实施方式的车辆的HVAC系统的加热模式的示例说明图。在加热模式的情况下，控制器600控制主阀810和水加热加热器700，以使第一冷却剂循环通过分支管线30，并且执行控制，以使由水加热加热器700加热的第一冷却剂加热高电压电池芯100。这里，在冷却热交换器400中不发生单独的热交换。
更详细地，在需要加热高电压电池芯100的情况下，控制器600控制主阀810、水加热加热器700和循环泵850。因此，控制器600执行控制，使得通过关闭主阀810的第一端口811，打开第二端口812和第三端口813并且操作水加热加热器700而使第一冷却剂循环通过冷却和加热管线40内的水加热加热器700、循环泵850、高电压电池芯100和主阀810。因此，由水加热加热器700加热第一冷却剂，并且然后所述第一冷却剂加热高电压电池芯100。
图3是根据本发明的示例性实施方式的车辆的HVAC系统的外部空气温度冷却模式的示例说明图。在外部空气冷却模式的情况下，控制器600控制主阀810以使第一冷却剂循环通过电池循环管线10，并且执行控制，使得由电池散热器200冷却的第一冷却剂冷却高电压电池芯100。这里，水加热加热器700处于停止状态。
更详细地，在需要通过外部空气冷却高电压电池芯100的情况下，控制器600控制主阀810和循环泵850。控制器600执行控制，使得通过关闭主阀810的第二端口812并打开第一端口811和第三端口813而使第一冷却剂循环通过电池循环管线10内的电池散热器200、循环泵850、高电压电池芯100和主阀810。因此，通过循环通过电池循环管线10并且在电池散热器200中执行与外部空气的热交换来冷却第一冷却剂，并且然后所述第一冷却剂冷却高电压电池芯100。这里，也可以根据需要同时进行车内冷却，并且在这种情况下，控制器600通过操作车内HVAC制冷剂管线50而执行车内冷却。
通过将冷却模式、加热模式和外部冷却模式的配置改变为图4所示的配置，可以改变配置以使得第一冷却剂经过高电压电池芯100并然后经过冷却热交换器400，并且也可以改变主阀810的位置。
根据如上所述的车辆的HVAC系统，高电压电池芯100在外部空气冷却模式下被预先冷却，从而使得可以降低能量，并且通过在水加热加热器700发生故障期间使用主阀810切断分支管线30，从而使得可以防止高电压电池芯100因引入到高电压电池芯100中的高温冷却剂永久损坏。另外，驱动期间的热损失通过将冷却热交换器400设置在比水加热加热器700更靠近高电压电池芯100的上游方向而得到考虑。因此，可以高效地管理能量并且可以增加车辆的行驶距离。
尽管结合具体的示例性实施方式示出和描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下进行修改和变化。

Claims (13)

1.一种车辆的加热、通风、空气调节HVAC系统，所述HVAC系统包括：
电池循环管线，具有电池散热器、主阀、高电压电池芯和冷却热交换器，以使第一冷却剂循环通过，其中所述冷却热交换器设置成能够与车内HVAC制冷剂管线热交换；
分支管线，包括水加热加热器，并通过所述主阀与所述电池循环管线选择性地连接；以及
控制器，通过控制所述主阀、所述水加热加热器和所述车内HVAC制冷剂管线的操作来选择性地冷却或加热所述高电压电池芯，
其中，所述电池循环管线还包括循环泵，所述循环泵被所述控制器控制成驱动或停止，并且
其中，所述电池循环管线配置成使得所述第一冷却剂经过所述电池散热器、所述冷却热交换器、所述循环泵、所述高电压电池芯和所述主阀，并且然后再次循环通过所述电池散热器。
2.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中所述分支管线的一端与所述主阀连接，并且所述分支管线的另一端与所述电池循环管线连接，使得所述第一冷却剂通过所述分支管线绕过所述电池散热器。
3.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中所述电池循环管线的包括所述高电压电池芯和所述冷却热交换器的管线部分与所述分支管线连接，以形成冷却和加热管线，并且
所述冷却和加热管线是所述第一冷却剂循环的闭合回路。
4.根据权利要求3所述的HVAC系统，其中所述冷却和加热管线包括通过所述控制器控制的循环泵，并且
所述循环泵位于与所述冷却和加热管线相应的电池循环管线上。
5.根据权利要求3所述的HVAC系统，其中所述冷却热交换器位于所述分支管线和所述电池循环管线相连接的点与所述高电压电池芯之间，并且设置在与所述冷却和加热管线相应的电池循环管线上。
6.根据权利要求3所述的HVAC系统，其中所述主阀是三通阀并包括与所述电池散热器相邻的第一端口、与所述水加热加热器相邻的第二端口以及与所述高电压电池芯相邻的第三端口，并且
当需要冷却所述高电压电池芯时，所述控制器执行控制，使得通过关闭所述主阀的第一端口并操作所述车内HVAC制冷剂管线而使所述第一冷却剂循环通过所述冷却和加热管线，通过在所述冷却热交换器中执行与所述车内HVAC制冷剂管线的制冷剂的热交换而被冷却，然后冷却所述高电压电池芯。
7.根据权利要求3所述的HVAC系统，其中所述主阀是三通阀并包括与所述电池散热器相邻的第一端口、与所述水加热加热器相邻的第二端口以及与所述高电压电池芯相邻的第三端口，并且
当需要加热所述高电压电池芯时，所述控制器执行控制，使得通过关闭所述主阀的第一端口并操作所述水加热加热器而使所述第一冷却剂循环通过所述冷却和加热管线，由所述水加热加热器加热，然后加热所述高电压电池芯。
8.根据权利要求3所述的HVAC系统，其中所述主阀是三通阀并包括与所述电池散热器相邻的第一端口、与所述水加热加热器相邻的第二端口以及与所述高电压电池芯相邻的第三端口，并且
当需要冷却所述高电压电池芯时，所述控制器执行控制，使得通过关闭所述主阀的第二端口而使所述第一冷却剂循环通过所述电池循环管线，通过在所述电池散热器中执行与外部空气的热交换而被冷却，然后冷却所述高电压电池芯。
9.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中在冷却模式的情况下，所述控制器控制所述主阀以使所述第一冷却剂循环通过所述分支管线，并且执行控制以使由所述冷却热交换器冷却的第一冷却剂冷却所述高电压电池芯。
10.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中在加热模式的情况下，所述控制器控制所述主阀和所述水加热加热器，以使所述第一冷却剂循环通过所述分支管线，并且执行控制以使由所述水加热加热器加热的第一冷却剂加热所述高电压电池芯。
11.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中在外部空气冷却模式的情况下，所述控制器控制所述主阀以使所述第一冷却剂循环通过所述电池循环管线，并执行控制以使由所述电池散热器冷却的第一冷却剂冷却所述高电压电池芯。
12.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中所述车内HVAC制冷剂管线包括辅助阀，所述辅助阀供应或阻断制冷剂，使得所述车内HVAC制冷剂管线的制冷剂能够在所述冷却热交换器中与所述电池循环管线的第一冷却剂热交换。
13.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中在所述水加热加热器发生故障期间，所述控制器通过控制所述主阀阻止经过所述水加热加热器并引入所述高电压电池芯中的高温冷却剂在所述分支管线中流动来防止所述高电压电池芯被所述高温冷却剂损坏。
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