用于机动车的热管理系统、用于机动车热管理的方法和包括热管理系统的机动车与流程

1.本发明涉及用于机动车的热管理系统、用于机动车热管理的方法以及具有这样的热管理系统的机动车。


背景技术：

2.已知用于电气化机动车的热管理系统，其中冷却剂借助电加热器加热并且该被加热的冷却剂被输送给内部空间热交换器，以便对车辆乘客空间供暖。电加热器在这样的热管理系统中按照在冷的外界温度下的加热运行进行设计，在该加热运行中在电蓄能器和电动机方面没有余热可供使用，从而用于加热运行的热能必需仅由电加热器提供。电加热器要相应设计得大。然而，出于成本和空间原因值得期望的是，使用在结构上和/或在功率技术上较小的电加热器。


技术实现要素：

3.因此，本发明的任务是，至少部分地消除上述缺点。该任务通过按照权利要求1所述的热管理系统、按照权利要求9所述的方法以及按照权利要求16所述的机动车解决。
4.本发明的有利的进一步设计方案是从属权利要求的主题。
5.按照本发明的一个实施例提供用于机动车的热管理系统，包括：具有内部空间热交换器的加热回路；具有压缩机的致冷回路；冷凝器，其设置在加热回路中并且设置在致冷回路中，加热回路和致冷回路在冷凝器中在流体技术上彼此分开；以及致冷器，其设置在加热回路中并且设置在致冷回路中，加热回路和致冷回路在致冷器中在流体技术上彼此分开；其中，在加热运行中，在加热回路中内部空间热交换器、致冷器和冷凝器串联连接。该实施例提供优点，即，由此能够实现伪热泵运行，即，尽管当前在蓄能器、功率电子装置或电动机方面没有余热产生也可以运行致冷回路。更确切地说，仅运行致冷回路，以便利用由电压缩机产生的热能来加热。该由电压缩机提供的热能能够实现，将电加热器在结构上和/或在功率技术上设计得较小，这节省成本和/或结构空间。在较少的加热功率要求时，由电压缩机产生的热能可能甚至是足够的。
6.尤其是规定，加热回路具有电加热器，其中，在加热运行中，在加热回路中电加热器、内部空间热交换器、致冷器和冷凝器串联连接。
7.按照本发明的另一个实施例，在加热运行中，在加热回路中电加热器、内部空间热交换器、致冷器和冷凝器以该次序串联连接。
8.按照本发明的另一个实施例，热管理系统此外具有edh加热回路，其在内部空间热交换器下游从加热回路分支出并且在冷凝器上游再次通入加热回路中。该edh加热回路小于加热回路并且适合于如下运行状态，在所述运行状态下加热需求较小并且不需要能由电压缩机附加提供的热能。
9.按照本发明的另一个实施例，热管理系统此外构成为包括具有电蓄能器的hvs线
路，所述hvs线路在致冷器下游从加热回路分支出并且在致冷器上游再次通入加热回路中，其中hvs线路能选择性地被激活并且能选择性地被停用。由此能够实现如下运行模式，在该运行模式中蓄能器能够被冷却，而来自蓄能器的余热经由致冷器、致冷回路和冷凝器输送给内部空间热交换器，以便因此对乘客空间供暖。此外，通过蓄能器在致冷器下游的布置结构能够降低冷却剂在蓄能器上的流入温度。
10.按照本发明的另一个实施例，冷却剂的从加热回路分支到hvs线路中的体积份额是可调节的。因此，通过调节通过hvs线路的冷却剂的体积流量能够实现控制可能性，借助该控制可能性能够实现在蓄能器上和在内部空间热交换器上的不同流入温度，尽管仅使用一个唯一的电加热器。
11.按照本发明的另一个实施例，在hvs线路的分支上设有调节阀。
12.按照本发明的另一个实施例，在内部空间热交换器和致冷器之间设有调节阀。
13.此外，本发明按照一个实施例提供一种用于机动车热管理的方法，具有下列步骤：使冷却剂在加热回路中循环通过具有内部空间热交换器、致冷器和冷凝器的串联线路；使致冷剂在致冷回路中同时循环通过具有压缩机、所述冷凝器和所述致冷器的串联线路。该实施例提供已经在上面结合热管理所描述的优点。
14.尤其是在此规定，在冷却剂在加热回路中循环的步骤中，使冷却剂循环通过具有电加热器、内部空间热交换器、致冷器和冷凝器的串联线路。
15.按照另一个实施例，所述方法具有下列步骤：通过致冷器从加热回路中取出加热回路热能；将加热回路热能从致冷器经由致冷回路传输到冷凝器中；对冷凝器施加来自压缩机功率的附加压缩机热能，并且将加热回路热能和压缩机热能经由冷凝器引入加热回路中。
16.按照所述方法的另一个实施例，加热回路热能仅来自电加热器。
17.按照所述方法的另一个实施例，在冷却剂在加热回路中循环时，使电加热器、内部空间热交换器、致冷器和冷凝器以该次序被流过。
18.按照另一个实施例，所述方法具有下列步骤：在致冷器下游从加热回路选择性地分支出冷却剂，将冷却剂引导通过电蓄能器并且将冷却剂在致冷器上游再次引入加热回路中。尤其是包括下列步骤：调节冷却剂的从加热回路分支到hvs线路中的体积份额。
19.此外，本发明提供一种具有这样的热管理系统的机动车。
附图说明
20.接着参考附图说明本发明的优选实施例。在这些附图中：
21.图1示意性示出按照本发明一个实施例的热管理系统的加热和冷却回路；
22.图2示意性示出按照本发明一个实施例的热管理系统的致冷回路；以及
23.图3示意性示出按照图1中的实施例的一种变型方案的热管理系统的加热和冷却回路。
具体实施方式
24.图1示意性示出按照本发明一个实施例的热管理系统的加热和冷却回路。热管理系统优选安装在未示出的机动车、尤其是轿车(例如混合动力车或电动车)中。热管理系统
具有发动机冷却回路1，在发动机冷却回路中设置有电动机2、功率电子装置3、冷却器阀4、nt冷却器5以及发动机回路泵6。冷却剂、例如掺入添加剂的水能在发动机冷却回路1中循环。借助冷却器阀4，可以允许或阻止流经nt冷却器5，其中，冷却器阀4的中间位置也是可能的。尤其是，在发动机冷却回路1的运行中，在冷却器阀4打开并且发动机回路泵6激活时，功率电子装置3、电动机2和nt冷却器5以该次序被冷却剂流经。nt冷却器5以能被环境空气流经的方式设置，从而其可以通过行车风冷却。为nt冷却器5配置鼓风机7，以便附加于行车风促进通过nt冷却器5的空气流动。以已知的方式为发动机冷却回路1配置补偿容器8。
25.与电动机2和功率电子装置3并联地设置加热线路9。也就是说，在功率电子装置3上游(并且因此也在电动机2上游)，加热线路9从发动机冷却回路1分支出。尤其是，该分支处于发动机回路泵6下游。在电动机下游(并且因此也在功率电子装置3下游)，加热线路9再次通入发动机冷却回路1中。尤其是，该通入处于冷却器阀4上游。因此，加热线路9并联于包括电动机2和功率电子装置3的串联线路。
26.加热线路9具有加热线路阀10、水冷的冷凝器11、加热回路泵12、电加热器13以及内部空间热交换器14。内部空间热交换器14设置在示出的空气导向装置15、例如空气流通道内，利用所述空气导向装置将空气引导到机动车的未示出的乘客空间中，从而借助内部空间热交换器14可以对该内部空间供暖。在加热线路9中，内部空间热交换器14设置在电加热器13下游，该电加热器设置在冷凝器11下游并且该冷凝器设置在加热线路阀10下游。借助加热线路阀10可以允许或阻止流经加热线路9，其中，加热线路阀10的中间位置也是可能的。
27.为了构成edh加热回路16(以虚线标绘)，设置加热回流部17，该加热回流部将内部空间热交换器14的下游输出端与冷凝器11的上游输入端流体引导地相互连接。在加热回流部17中设置单向阀18，该单向阀只允许沿一个方向的流动并且更确切地说仅允许从内部空间热交换器14的输出端朝向冷凝器11的输入端的流动。借助edh加热回路16可以对乘客空间加热，其方式为借助加热泵12循环的冷却剂至少由电加热器13加热并且该热能输出给内部空间热交换器14。在其他运行状态下，冷却剂附加地或备选地由冷凝器11加热，例如通过电蓄能器19(hvs)、电动机2等的余热根据由这些构件提供的热量量来加热，这之后要更准确地解释。
28.在电动机2下游(并且因此也在功率电子装置2下游)，致冷器线路20从发动机冷却回路1分支出。在功率电子装置3上游(并且因此也在电动机2上游)，致冷器线路20再次通入发动机冷却回路1中。尤其是，该通入处于发动机回路泵6上游。
29.致冷器线路20具有单向阀21或止回阀、致冷器25和致冷器阀24。通过单向阀21预定冷却剂在致冷器线路20中的流动方向，这样致冷器阀24、致冷器25和单向阀21仅以该次序被流经。借助致冷器阀24，可以允许或阻止流经致冷器线路20，其中，致冷器阀24的中间位置也是可能的。hvs线路26具有包括蓄能器泵22、电蓄能器19(hvs)和单向阀23或止回阀的串联线路。hvs线路26在致冷器25下游和单向阀21上游从致冷器线路20分支出并且在致冷器阀24下游和致冷器25上游再次通入致冷器线路20中。通过单向阀23预定冷却剂在hvs线路26中的流动方向。这样，hvs泵22、电蓄能器19和单向阀23仅能以该次序被冷却剂流经。
30.图2示意性示出按照本发明一个实施例的热管理系统的致冷回路27。致冷回路27包括水冷的冷凝器11、致冷器25以及设置在空气导向装置15中的空调蒸发器28。致冷剂、例
如r134a、r1234yf、r1234ze等循环通过这些构件。致冷器25是热交换器或传热器，其将热能在致冷回路27的致冷剂和致冷器线路20的冷却剂之间传输。为此，致冷剂和冷却剂在流体技术上彼此分开地流经致冷器25。空调蒸发器28是热交换器或传热器，其在致冷回路27的致冷剂和在空气导向装置15中流动的空气之间传输热能。为此，致冷剂和空气在流体技术上彼此分开地流经空调蒸发器28。空调蒸发器28在致冷回路27中与致冷器25并联连接。为了调节空调蒸发器28的冷却功率，在该空调蒸发器上游连接自调节的并且可电截止的膨胀阀29。在致冷器25上游连接膨胀阀30。内部空间热交换器14和空调蒸发器28两者设置在空气导向装置15中。利用它们可以对乘客空间供暖、冷却和/或除湿。
31.此外，致冷回路27具有电压缩机31，利用所述压缩机可以压缩和输送致冷剂。在图2中的致冷回路27附加地具有两个内部的热交换器32、33，这两个热交换器中的一个热交换器配置给空调蒸发器28并且另一个热交换器配置给致冷器25。内部的热交换器32、33分别具有两个热接触的、但能在流体技术上彼此分开地被流经的腔室。在此，一个腔室连接于致冷器/空调蒸发器上游并且另一个腔室连接于致冷器/空调蒸发器下游。所述腔室沿相反的方向被流经并且因此构成逆流热交换器。因此，在一个腔室中来自压缩机的、大部分液态的致冷剂流经内部的热交换器，而在另一个腔室中来自致冷器/空调蒸发器的大部分气态的致冷剂流经内部的热交换器。通过内部的热交换器，从大部分液态的致冷剂取出热能，这导致还更高的份额液化。该能量输送给大部分气态的致冷剂，这导致还更高的份额蒸发并且以气态形式存在。这用于致冷器25和空调蒸发器28的功率和效率提高。对于致冷回路27的功能，内部的热交换器32、33不是强制需要的。在空调蒸发器28下游设置止回阀34或单向阀。其他未示出的变型方案通过多个致冷器25、多个冷凝器11或多个单独的致冷回路27的应用得出。
32.在冷凝器11下游，致冷回路27分支成并联的线路中，所述并联的线路中的一个线路通至空调蒸发器28，而另一个线路通至致冷器25。从该点起，在所述一个线路中，内部的热交换器32、膨胀阀29、空调蒸发器28、内部的热交换器32、止回阀34和压缩机31以该次序被流经。在所述另一个线路中，内部的热交换器33、膨胀阀30、致冷器25、内部的热交换器33和压缩机31以该次序被流经。所述并联的线路在压缩机31上游再次汇合。
33.接着要说明按照本发明的热管理的一些运行模式。
34.参考图1已经说明edh加热回路16。通过冷却剂在edh加热回路中循环，内部空间可以通过电加热器13供暖。尤其是，在该运行状态下关闭加热线路阀10。
35.附加或备选地可能的是，使冷却剂沿hvs致冷器回路35(虚线标绘)循环通过蓄能器19、单向阀23、致冷器25、hvs泵22并且回到蓄能器19，以便将蓄能器19的余热引入致冷器25中并且将该热能经由致冷器25和致冷回路27引入冷凝器11中。该热能然后可以从该冷凝器11引入edh加热回路16和/或加热线路9中(所谓的热泵功能性)。利用该运行模式，可以对蓄能器19冷却，而蓄能器19中的余热经由致冷器25、致冷回路27和冷凝器11输送给内部空间热交换器14，以便因此对乘客空间供暖。在此，电加热器13按照加热要求接通或断开。
36.附加或备选地可能的是，使冷却剂循环通过电动机2、致冷器线路20(即致冷器阀24、致冷器25和单向阀21)、发动机回路泵6、功率电子装置3并且回到电动机2。以这种方式，电动机2和/或功率电子装置3可以被冷却并且其余热被引入到致冷器25中并且因此类似于蓄能器19的余热如以上说明的那样被引入加热线路9和/或edh加热回路16中(热泵功能
性)。
37.在另一种模式中，例如当存在过热时，冷却剂可以在发动机冷却回路1中循环，从而电动机2和/或功率电子装置3的余热经由nt冷却器5输出到环境空气中。
38.此外设置接着的加热运行，在该加热运行中冷却剂沿以点划虚线标绘的加热回路36循环。在加热回路36中，冷却剂循环通过加热线路9、致冷器线路20、发动机回路泵6并且回到加热线路9中。尤其是在该加热运行期间断开hvs泵22，从而没有冷却剂流动通过蓄能器19。尤其是，在该加热运行中，既没有电动机2的余热、也没有功率电子装置3的余热或者没有蓄能器19的余热被引入致冷器25中。因此，尽管从这些构件中没有余热可供使用，致冷器25仍然被流经。也就是说，致冷器25仅被施加电加热器13的热能。然而，按照本发明运行致冷回路27，使得在致冷器25上，来自电加热器13的余热(所述余热在流经内部空间热交换器14之后保持剩余)经由致冷器25引入致冷回路27中。在与加热回路36同时运行的致冷回路27中，该余热以及附加地从电压缩机31引入致冷回路27中的热能被引入冷凝器11中。冷凝器11将该热能的总和输出给在加热线路9中的冷却剂。因此类似实施热泵运行，只为了利用由电压缩机31产生的热能来加热。
39.此外设置一种运行状态，该运行状态如上实施，区别是，电加热器至少暂时保持断开并且唯一的热源是电压缩机。因此，类似实施热泵运行，只为了仅利用由电压缩机31产生的热能来加热。
40.附加地设置接着的hvs加热运行。在此实施以上所述加热运行，区别是，接通hvs泵22。由此与上述加热回路36同时运行hvs致冷器回路35。由此，冷却剂在致冷器25下游穿过并且也加热电蓄能器19。已穿过蓄能器19的经冷却的冷却剂随后与来自加热线路9的冷却剂混合，由此冷却剂温度下降。该hvs加热运行的优点在于，从加热线路9经由致冷器阀24而来的冷却剂也许对于蓄能器19来说过热。因此，首先将冷却剂引导通过致冷器25，从而冷却剂温度下降。在致冷器25下游，冷却剂在分支点37上部分地通过蓄能器19并且部分地经由单向阀21往回引导至加热线路9。通过在分支点37上的分配比例实现控制可能性，借助所述控制可能性能控制和/或调节蓄能器19的冷却。此外由此实现如下可能性，即，仅使用一个唯一的电加热器13并且尽管如此获得在蓄能器19上和在内部空间热交换器14上的不同流入温度。
41.图3示意性示出按照图1中的实施例的变型方案的热管理系统的加热和冷却回路。结合该变型方案，仅说明与在前所述实施例的区别，其余参阅在前的说明。
42.在图3中的加热线路9与结合图1说明的加热线路的区别是，省略了加热线路阀10并且代替地在加热线路9到发动机冷却回路1中的入口上设置了调节阀或冷却器
‑
加热线路
‑
阀38，其尤其是构成为2/3通阀。冷却器
‑
加热线路
‑
阀38也承担冷却器阀4的功能，因此同样取消冷却器阀。借助冷却器
‑
加热线路
‑
阀38可以允许或阻止流经nt冷却器5，其中中间位置也是可能的。此外可以借助冷却器
‑
加热线路
‑
阀38允许或阻止流经加热线路9，其中中间位置也是可能的。
43.致冷器线路20与结合图1说明的致冷器线路的区别是，省略了致冷器阀24和单向阀21并且代替地设置了调节阀或hvs致冷器阀39，其尤其是构成为2/3通阀。借助hvs致冷器阀39可以允许或阻止流经致冷器线路20，其中中间位置也是可能的。此外可以借助hvs致冷器阀39允许或阻止流经hvs线路26，其中中间位置也是可能的。此外，在致冷器线路20中设
置致冷器线路泵40并且代替地省略hvs泵20。当hvs致冷器回路35处于运行中时，致冷器线路泵40具有与hvs泵20相同的功能，只是其在hvs致冷器回路35中设置在另一个部位上。更准确地说，致冷器线路泵40设置在致冷器25下游和调节阀39上游。当hvs致冷器回路35不在运行中，但致冷器线路20被冷却剂流经时，可以借助致冷器线路泵40使冷却剂流沿致冷器线路20输送通过致冷器25。
44.发动机回路泵6在图3中与在图1中稍微不同地放置，更准确地说，发动机回路泵6设置在nt冷却器5下游并且在发动机回路1中设置在加热线路9的分支上游并且设置在致冷器线路20的入口上游。
45.虽然已经在附图和在先的说明中详细地示出和说明了本发明，该说明应理解为阐述性的或示例性的并且不应理解为限制性的并且其不旨在将本发明限制于公开的实施例。在不同的从属权利要求中提及特定特征的单纯事实不应意味着这些特征的组合也不能有利地利用。
46.附图标记列表
47.1发动机冷却回路
48.2电动机
49.3功率电子装置
50.4冷却器阀
51.5nt冷却器
52.6发动机回路泵
53.7鼓风机
54.8补偿容器
55.9加热线路
56.10加热线路阀
57.11水冷的冷凝器
58.12加热泵
59.13电加热器
60.14内部空间热交换器
61.15空气导向装置
62.16edh加热回路
63.17加热回流部
64.18单向阀
65.19电蓄能器
66.20致冷器线路
67.21单向阀
68.22hvs泵
69.23单向阀
70.24致冷器阀
71.25致冷器
72.26hvs线路
73.27 致冷回路
74.28 空调蒸发器
75.29 膨胀阀
76.30 膨胀阀
77.31 电压缩机
78.32 内部的热交换器
79.33 内部的热交换器
80.34 止回阀
81.35 hvs冷却器回路
82.36 加热回路
83.37 分支点
84.38 加热线路阀
85.39 hvs致冷器阀
86.40 致冷器线路泵