制冷剂回路冷凝器处的车辆热管理的制作方法

1.本发明涉及制冷剂回路冷凝器处的车辆热管理。


背景技术：

2.车辆(例如，汽车、卡车、建筑设备、农业设备、自动化工厂设备)包括产生热量的部件和需要热量的部件。热量可用于具有不同功能的传热装置。例如，在具有一个或多个乘客的车辆中，传热装置可用于管理乘客车厢中的温度和湿度。因此，希望在制冷剂回路的冷凝器处提供车辆热管理。


技术实现要素：

3.在一个示例性实施例中，车辆中的热管理系统包括：压缩机，用于输出蒸汽形式的制冷剂，用于在制冷剂回路中循环。该系统还包括制冷剂回路中的加热、通风和空调(hvac)系统，该系统包括蒸发器和hvac冷凝器，以及制冷剂回路中的外部冷凝器，该外部冷凝器被配置成将热量排放到车辆外部。第一可变制冷剂流量阀(rfv)控制由压缩机输出到hvac冷凝器中的制冷剂的流率(flow rate)，第二rfv控制由压缩机输出到外部冷凝器中的制冷剂的流率。控制器基于hvac冷凝器的目标输出温度控制第一rfv和第二rfv。
4.除了本文所述的一个或多个特征之外，hvac冷凝器的目标输出温度基于乘客对车辆乘客车厢温度的选择。
5.除了本文所述的一个或多个特征之外，控制器控制第一rfv以将hvac冷凝器的过冷值保持在预定范围内，过冷值是液相制冷剂的温度降低。
6.除了本文描述的一个或多个特征之外，控制器确定蒸发器、hvac冷凝器和外部冷凝器是否都可运行。
7.除了本文描述的一个或多个特征之外，控制器确定hvac冷凝器的温度输出是否大于目标输出温度。
8.除了本文描述的一个或多个特征之外，基于确定hvac冷凝器的温度输出不大于目标输出温度，控制器关闭第二rfv以降低制冷剂进入外部冷凝器的流率。
9.除了本文描述的一个或多个特征之外，基于确定hvac冷凝器的温度输出大于目标输出温度，控制器打开第二rfv以增加制冷剂进入外部冷凝器的流率。
10.除了本文描述的一个或多个特征之外，控制器基于车辆外部的温度控制第二rfv打开的速度。
11.除了本文描述的一个或多个特征之外，该系统还包括风扇，以增加从外部冷凝器到车辆外部的热传递。
12.除了本文描述的一个或多个特征之外，控制器基于车辆的速度控制风扇的速度。
13.在另一示例性实施例中，在车辆中执行热管理的方法包括获得乘客车厢温度设置。该方法还包括基于温度设置来确定作为制冷剂回路中的hvac系统的一部分的hvac冷凝器的目标输出温度。控制第一可变制冷剂流量阀(rfv)和第二rfv，所述第一rfv控制进入所
述hvac冷凝器的制冷剂的流率，所述第二rfv控制进入所述制冷剂回路中的外部冷凝器中的制冷剂的流率，以将热量排放到车辆外部。
14.除了本文描述的一个或多个特征之外，获得温度设置是基于乘客通过乘客界面对车辆乘客车厢温度的选择。
15.除了本文所述的一个或多个特征之外，该方法还包括控制第一rfv以将hvac冷凝器的过冷值保持在预定范围内，过冷值是液相制冷剂的温度降低。
16.除了本文描述的一个或多个特征之外，该方法还包括确定hvac系统的蒸发器、hvac冷凝器和外部冷凝器是否都可运行。
17.除了本文描述的一个或多个特征之外，该方法还包括确定hvac冷凝器的温度输出是否大于目标输出温度。
18.除了本文描述的一个或多个特征之外，该方法还包括基于确定hvac冷凝器的温度输出不大于目标输出温度，关闭第二rfv以降低制冷剂进入外部冷凝器的流率。
19.除了本文描述的一个或多个特征之外，该方法还包括基于确定hvac冷凝器的温度输出大于目标输出温度，打开第二rfv以增加制冷剂进入外部冷凝器的流率。
20.除了本文描述的一个或多个特征之外，该方法还包括基于车辆外部的温度控制第二rfv打开的速度。
21.除了本文描述的一个或多个特征之外，该方法还包括控制风扇，该风扇被配置成增加从外部冷凝器到车辆外部的热传递。
22.除了本文描述的一个或多个特征之外，基于车辆的速度控制风扇。
23.当结合附图时，根据以下详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
24.其他特征、优点和细节仅作为示例出现在以下详细描述中，详细描述参考附图，其中:
25.图1是根据一个或多个实施例的示例性车辆的框图，其中制冷剂回路的冷凝器的热管理被实施；
26.图2是根据一个或多个实施例控制的热管理系统的各方面的框图；和
27.图3是根据一个或多个实施例的控制热管理系统的方法流程图，该热管理系统控制hvac冷凝器和外部冷凝器。
具体实施方式
28.以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或使用。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。
29.如前所述，车辆包括热量产生部件和在传热装置中使用热量的部件。例如，车厢温度管理采用传热装置，该装置需要热量来产生必要的相变。传统内燃机的很大一部分输出是热量。然而，这种废热在混合动力或电动汽车(ev)中不太容易获得，因为它们的效率提高了。电动汽车中的其他示例性废热源包括电力电子器件的电阻损耗。本文详述的系统和方法的实施例涉及制冷剂回路的冷凝器的车辆热管理。
30.已经开发了一种热系统架构，以收集、存储和分配热能给需要能量的车辆系统。该架构包括三个热流体回路:用于循环冷却剂的冷却剂回路、用于循环变速器油的驱动单元油回路和用于循环制冷剂的制冷剂回路。冷却剂回路与驱动单元油回路和制冷剂回路相互作用。本文详述的实施例涉及基于压缩机输出到每个冷凝器的流率的控制来控制制冷剂回路中的冷凝器。
31.根据示例性实施例，图1是车辆100的框图，其中在制冷剂回路220的冷凝器275、285(图2)处实施热管理。图1所示的示例性车辆100是汽车101。示出了包括三个前述热流体回路的热管理系统110。具体地，冷却剂回路210与制冷剂回路220和驱动单元油回路105相互作用。变速器油冷却器107位于冷却剂回路210和驱动单元油回路105的相交处，冷却器215位于冷却剂回路210和制冷剂回路220的相交处。乘客界面120(例如，信息娱乐系统)便于乘客车厢115中的车辆100的乘客进行选择。例如，输入可以是用于乘客车厢115的期望温度。对乘客界面120的输入可以通过车辆100的控制器130(例如，电子控制单元(ecu))来实现。
32.控制器130可以控制热管理系统110的各个方面以及车辆100的其他操作。例如，控制器130可以基于与车辆100的其他系统的交互来实现自主或半自主(例如，自动制动、自适应巡航控制)操作。基于乘客界面120处的输入(例如，温度选择)，控制器130可以控制热管理系统110的各方面，如参考图2和3进一步讨论的。控制器130可以包括处理电路，该处理电路可以包括专用集成电路(asic)、电子电路、处理器(共享的、专用的或成组的)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适的组件。
33.图2是根据一个或多个实施例的用于控制制冷剂回路220的hvac冷凝器285和外部冷凝器275的热管理系统110的各方面的框图。该控制可以由控制器130或专用于热管理系统110的另一个控制器提供，并且包括与参照控制器130讨论的处理电路类似的处理电路。示出了冷却剂回路210和制冷剂回路220的相关方面。驱动单元油回路105的细节和与其相互作用的冷却剂回路210的方面未示出。例如，冷却剂回路210可包括带有附件的集成电力电子模框(例如，高压电源、导航系统、加热座椅系统)或车载充电模框，其将能量转移到二次电池或可充电电池250中。如图所示，冷却剂回路210包括用于动力传动系统的电池250和可能产生废热的其他动力传动系统部件245。当产生太多废热而无法存储时，散热器240可以将热能传递到车辆100的外部。冷却剂泵235可被控制以选择性地泵送冷却剂225，当冷却剂225流向冷却剂回路210中的冷却剂泵235时，冷却剂225被废热加热。
34.如前所述，冷却器215位于冷却剂回路210和制冷剂回路220的相交处，并充当两者之间的热交换装置。由冷却剂泵235泵送的冷却剂225被输入到冷却器215的一侧。制冷剂205被输入到冷却器215的另一侧。示例性的非限制性制冷剂205包括氢氟碳化合物(hfc
‑
134a)或氢氟烯烃(hfo
‑
1234yf)。冷却剂225和制冷剂205在冷却器215中不混合，但是其各自通过分离侧的流动允许制冷剂回路220经由冷却器215将热能传送到冷却剂回路210或从冷却剂回路210传送热能。如前所述，冷却剂225进入冷却器215的流率通过冷却剂泵235控制。制冷剂205进入冷却器215的流率通过电子膨胀阀(electronic expansion valve：exv)295来控制。
35.制冷剂回路220包括向乘客车厢115提供加热或冷却空气的hvac系统280。hvac系统280(其是空调，加热和冷却功能都是可以的)包括hvac冷凝器285和蒸发器290。exv287控
制进入蒸发器290的制冷剂流量。制冷剂回路220还包括带有风扇270的外部冷凝器275。风扇270可以与散热器240共用。来自蒸发器290和冷却器215的制冷剂205进入压缩机255，如图2所示。压缩机255增加制冷剂205的压力和温度。基于对可变制冷剂流量阀(refrigerant flow valve：rfv)260、265的控制，该较高温度和较高压力的制冷剂205可进入hvac系统280的hvac冷凝器285、外部冷凝器275或两者。基于可变制冷剂流量阀(rfv)的控制来控制来自压缩机255的制冷剂205的流量。具体地，rfv1 260控制制冷剂205进入hvac冷凝器285的流量，且rfv2 265控制制冷剂205进入外部冷凝器275的流量。外部冷凝器275用于将热量传递到车辆100的外部。
36.当车辆100外部的环境温度非常冷并且乘客车厢115中需要热量时，hvac系统280的蒸发器290可能不工作。当环境温度非常热和干燥时，hvac系统280的hvac冷凝器285可能不工作。然而，在较温和的环境温度下，且为了平衡乘乘客车厢115中的湿度，hvac冷凝器285和蒸发器290都可以运行。在这种情况下，hvac冷凝器285的控制更具挑战性，并且需要管理rfv1 260和rfv2 265的控制，如参考图3进一步讨论的。
37.图3是根据一个或多个实施例的对制冷剂回路220的hvac冷凝器285和外部冷凝器275进行热管理的方法300的过程流程。这里详述的热管理由控制器130或其他处理电路通过控制rf1 260和rf2 265来实现。具体地，图3中的过程控制制冷剂205的流动，制冷剂205以蒸汽形式从压缩机255输出，进入hvac冷凝器285和外部冷凝器275中的每一个。该控制是基于控制rfv1 260和rfv2 265的。如前所述，用于执行方法300的阈值条件是确定当前状况需要蒸发器290与hvac冷凝器285和外部冷凝器275二者同时运行。
38.在框310处，影响hvac冷凝器285的目标温度的因素由控制器130或用于确定rfv1 260和rfv2 265的控制的其他处理电路获得。示例性因素包括经由乘客界面120设定或改变的车厢空气温度、车辆100外部的温度以及车辆100的速度。在框320，确定hvac冷凝器285的目标温度指的是获得乘客车厢115的当前温度设置。也就是说，目标温度是需要从hvac冷凝器285输出的温度，以实现乘客界面120对乘客车厢115的温度的设置输入。因为除了获得期望的温度之外还必须控制乘客车厢115中的湿度，所以在框310获得的因素可以用于计算目标温度。该目标温度的计算是已知的，在此不再详述。每当在框320确定目标温度的过程被重复时，从框310获得关于因素的最新信息。
39.在框330，该过程包括控制rfv1 260以将过冷(subcool)保持在预定范围内。术语“过冷”是指离开hvac冷凝器285的制冷剂205的温度比要在hvac冷凝器285中实现蒸汽到液体相变所需的温度低多少。如果过冷为0度，这意味着仅使用了造成hvac冷凝器285中制冷剂205相变所需的最小冷却。也就是说，正过冷值是液相下的制冷剂205的温度降低。通过使用rfv1 260控制制冷剂205进入hvac冷凝器285的流量，将过冷保持在特定范围内，这能防止制冷剂系统的低效运行。在框340，检查hvac冷凝器285的温度是否高于在框320确定的目标温度。
40.如果由hvac冷凝器285输出的温度不高于在框320确定的目标温度，则在框350控制rfv2 265的关闭。这是因为方框340处的检查表明，在hvac冷凝器285中需要提高压缩机255输出的制冷剂205的温度。也就是说，通过减少制冷剂205经过rfv2 265流到外部冷凝器275的流量，而保持rfv1260不变，离开压缩机255的制冷剂205的压力增加，从而增加其温度。在调节rfv2 265之后，在框320再次确定目标温度，并且在下一次迭代中在框330控制过
冷。
41.相反，如果框340处的检查指示由hvac冷凝器285输出的温度高于在框320处确定的目标温度，则执行框360处的过程。如框340处确定的，hvac冷凝器285的温度输出高于目标温度，这表明从压缩机255进入hvac冷凝器285的制冷剂205蒸汽的温度可以降低。在方框360，通过打开rfv2 265以降低由压缩机255输出的制冷剂205蒸汽的压力并由此降低温度，从而实现制冷剂205的这种温度降低。打开rfv2 265的速度基于在框310获得的外部温度。也就是说，车辆100外部的温度越热，则从外部冷凝器275中的制冷剂205传递的热量越少。因此，当外部温度较高时，对于给定的过程迭代，rfv2 265打开得更快。
42.在框370，该过程包括控制外部冷凝器275的风扇270，如前所述，外部冷凝器275可以与散热器240共享。在框370，风扇270的控制可以基于在框310获得的车辆100的速度。这是因为在车辆100的较高速度下会散发更多的热量。因此，风扇270的速度可以随着车辆100的速度增加而降低，以保持从外部冷凝器275散发相同的热量。在框360处进行控制以增加进入外部冷凝器275的制冷剂205的流量，并且在框370处控制风扇270之后，在框320处开始下一次迭代，在框310处获得的任何因素已经改变的情况下更新目标温度。
43.虽然已经参考示例性实施例描述了上述公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且等同物可以替代其元件。此外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。