空气调节和电池冷却装置以及用于运行空气调节和电池冷却装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种空气调节和电池冷却装置，其具有A/C冷却剂回路和电传动链冷却剂回路以及制冷剂回路，其中，所述A/C冷却剂回路和所述电传动链冷却剂回路经由四路二通冷却剂阀彼此耦联，使得所述A/C冷却剂回路和所述电传动链冷却剂回路以可独立运行或者可序列地穿流的方式构成。

【技术实现步骤摘要】
空气调节和电池冷却装置以及用于运行空气调节和电池冷却装置的方法
本专利技术涉及一种用于电池电动车辆的空气调节和电池冷却装置以及一种用于对车辆进行空气调节和用于冷却电池的方法。
技术介绍
本专利技术尤其涉及用于电动车辆、具有混合动力驱动器的车辆或以所谓的高压电池或蓄电池运行的燃料电池车辆的热学系统的构思。先前说明的高电气化车辆通常配备有用于给电储能器快速充电的可行方案。与此关联的是在快速充电时对冷却对应的储能器的提高的要求。大的充电电流尤其引起高的电损耗从而引起储能器的强烈加热。因此，在电池的快速充电过程中必须由热学系统提供特别高的制冷功率，这意味着对电池冷却的传统系统的挑战。从电池电动车辆的驾驶员和使用者的视角看来，主要的缺点是高压电池的充电时间。在典型的家用插座处，高压电池的充电时间例如是八小时至十二小时。与此相对，电池电动车辆的行程通常处于150千米至300千米之间，因此，使用者必须经常给其车辆充电。因此，日益接受电动车辆的重要的前提条件和主要特征在于，显著缩短高压电池的充电时间。由于所述原因，产生所谓的超快充电技术，以便将电池的充电时间减少到大约20分钟。对此必要的充电基础设施在明年沿着欧洲的主交通道路进一步扩建。借助于对应的技术，如所谓的“超快高功率充电网”，提供直至350千瓦的充电功率，使得电池的充电与消耗燃料的车辆在传统加油站处的加油是类似的。电池的快速充电的缺点包括：例如锂离子电池虽然提供相对高的功率密度，然而也易受过量充电、深度放电和高的充电电流影响，所述过量充电、深度放电和高的充电电流尤其在高的环境温度下可能导致高压电池的快速过热。为了避免损伤高压电池，充电电子装置监控电池的状态，所述状态包括电压和温度，并且充电电子装置对应地调整充电电流。为了能够在快速充电过程期间保证高的充电速度，需要主动地冷却高压电池，以便将所述高压电池保持在10℃至35℃的特定的温度范围中。在现有技术中，对此已知高压电池冷却器，所述高压电池冷却器要么直接制以制冷剂冷却的方式要么间接以冷却剂冷却的方式连接在车辆的制冷回路上并且电池对应地保持在所期望的温度水平上。由电池单元产生的废热由冷却剂或由制冷剂吸收并且输出给环境或必要时甚至用于加热客舱。在用于电池冷却的直接制冷剂冷却的系统中，制冷剂回路在低压侧上通过制冷剂在蒸发器中的蒸发吸收高压电池或车辆舱室的废热。经蒸发的制冷剂由压缩机压缩到更高的压力水平。通过压缩工作给制冷剂附加地输送热量。在压缩机的出口处，制冷剂作为高压气体在高温中进入到冷凝器中。在冷凝器之内，先前吸收的蒸发热和压缩热要么在空气冷却的冷凝器的情况下输出给空气，要么例如在水冷却的冷凝器的情况下输出给冷却剂。在制冷剂进入到膨胀机构中之前，制冷剂以液态形式但是仍然在高压下离开冷凝器。流动穿过膨胀机构的制冷剂从高的压力释压到低的压力水平。由此，制冷剂的温度同样下降到再次适合于吸收废热的水平。冷的和液态的制冷剂进入到蒸发器中并且能够再次吸收热量以进行蒸发，对此制冷剂回路关闭。在快速充电过程期间，在电池单元中产生大约8千瓦至12千瓦的废热。因此，在高的环境温度下，车辆的空调设备的冷却能力除了车辆舱室的空气调节外必须能够吸收所产生的电池废热，以便使电池的温度降低到临界值以下或保持在那里。在已知的系统中，称为空气换热器或散热器的冷凝器的功率能力是薄弱处，并且对应的尺寸确定是大的挑战。在经由冷凝器的直接放热的情况下或在经由散热器的间接放热的情况下，来自车辆舱室和电池的全部蒸发热量以及压缩机的压缩热输出给环境空气。因此，在快速充电过程期间，冷凝器或散热器必须能够将来自空气调节系统的大约20千瓦至22千瓦的废热输出给环境，而车辆在充电过程进行时连接在插座上。然而，传统的冷凝器或简单的散热器没无法在车辆的停车状态时的空转中产生这样的功率。仅在通过在行驶期间的行车风引起的高的空气速度下，冷凝器或散热器才能够提供所需要的功率。由于所述原因，制冷回路的放热对电池电动车辆的充电功率进而对电池电动车辆的充电时间具有大的影响。在现有技术中，已知用于电池电动车辆的电池冷却的各种各样的系统。因此，或者从US2009/0317697A1中得知具有旁路的电池冷却器系统，其中，经由各种各样的回路配置和旁路实现与车辆舱室的空气调节组合的电池冷却。已知的解决方案的缺点是，传统的系统无法以足够的程度提供冷却能力，尤其在快速充电时在车辆的停车状态中的冷却能力。由于所述原因，在现有技术中，也追踪用于解决缺少冷却能力的问题的另外的方案。从US2017/0096073A1中例如得知在充电阶段期间具有电动车辆的热管理系统的充电站。所述系统包括车辆以其电池冷却回路到充电站的外部冷却回路上的连接，在所述系统中在充电过程期间以足够的容量提供用于冷却电池的制冷功率。替选地，在车辆中设置有内部的独立的储备器，当充电站的外部系统不可用时，在充电过程期间，所述内部的独立的储备器能够储存一定份额的废热。具有外部冷却能力的系统的缺点是，所述系统需要非常高的基础设施方面的耗费，以便在充电站处附加地还提供冷却站。此外，对于充电过程将车辆的冷却系统与充电站的冷却系统耦联结合有对于使用者而言的附加的操作耗费。与用于电池的充电过程的电连接相比，必要时也应在技术上更高耗费地确保系统除了电连接之外通过建立流体连接而附加地耦联。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，按照需求对应于对储能器提高的需求能够冷却车辆中的和具有车载空气调节的机构的储能器。在此，尤其应提供一种系统，所述系统在车辆的停车状态中在快速充电过程中能够实现提供高的制冷功率，但是此外，所述系统此外也能够满足车辆空调设备的典型的需求外形。所述目的通过一种空气调节和电池冷却装置和根据本专利技术的用于运行所述空气调节和电池冷却装置的方法实现，所述空气调节和电池冷却装置具有A/C冷却剂回路和电传动链冷却剂回路以及制冷剂回路，其中所述A/C冷却剂回路和所述电传动链冷却剂回路经由四路二通冷却剂阀彼此耦联，使得所述A/C冷却剂回路和所述电传动链冷却剂回路以可独立运行或可序列地穿流的方式构成，并且所述A/C冷却剂回路具有：用于将热量输出给环境空气的至少一个A/C冷却剂散热器；冷却剂泵；和冷凝器，经由所述冷凝器，所述A/C冷却剂回路与所述制冷剂回路热连接，并且所述电传动链冷却剂回路具有：至少一个电池冷却器；冷却剂泵；用于将热量输出给所述环境空气的传动链冷却剂散热器；和冷却机，经由所述冷却机，所述电传动链冷却剂回路与所述制冷剂回路热连接，以及所述制冷剂回路具有：至少一个压缩机；所述冷凝器；用于将热输出给所述环境空气或从所述环境空气中吸收热的环境换热器；膨胀机构和所述冷却机。。改进方案在下文中给出。首先存在多个方案，以便解决冷却能力扩展方案的问题。一个方案在于，在车辆的停车状态中提高冷凝器或散热器的功率。为此，能够增大冷凝器或散热器的端面。另一方面，设有储热器，所述储热器在充电过程期间能够吸收一定热量。并且最后，能够使用具有高的功率以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气调节和电池冷却装置(1)，其具有A/C冷却剂回路和电传动链冷却剂回路以及制冷剂回路，其中，/n-所述A/C冷却剂回路和所述电传动链冷却剂回路经由四路二通冷却剂阀(21)彼此耦联，使得所述A/C冷却剂回路和所述电传动链冷却剂回路以可独立运行或可序列地穿流的方式构成，并且/n-所述A/C冷却剂回路具有：用于将热量输出给环境空气(33)的至少一个A/C冷却剂散热器(20)；冷却剂泵(17)；和冷凝器(3)，经由所述冷凝器，所述A/C冷却剂回路与所述制冷剂回路热连接，并且/n-所述电传动链冷却剂回路具有：至少一个电池冷却器(25)；冷却剂泵(22)；用于将热量输出给所述环境空气(33)的传动链冷却剂散热器(32)；和冷却机(12)，经由所述冷却机，所述电传动链冷却剂回路与所述制冷剂回路热连接，以及/n-所述制冷剂回路具有：至少一个压缩机(2)；所述冷凝器(3)；用于将热输出给所述环境空气(33)或从所述环境空气(33)中吸收热的环境换热器(5)；膨胀机构(9)和所述冷却机(12)。/n

【技术特征摘要】
20190104 DE 102019100096.31.一种空气调节和电池冷却装置(1)，其具有A/C冷却剂回路和电传动链冷却剂回路以及制冷剂回路，其中，
-所述A/C冷却剂回路和所述电传动链冷却剂回路经由四路二通冷却剂阀(21)彼此耦联，使得所述A/C冷却剂回路和所述电传动链冷却剂回路以可独立运行或可序列地穿流的方式构成，并且
-所述A/C冷却剂回路具有：用于将热量输出给环境空气(33)的至少一个A/C冷却剂散热器(20)；冷却剂泵(17)；和冷凝器(3)，经由所述冷凝器，所述A/C冷却剂回路与所述制冷剂回路热连接，并且
-所述电传动链冷却剂回路具有：至少一个电池冷却器(25)；冷却剂泵(22)；用于将热量输出给所述环境空气(33)的传动链冷却剂散热器(32)；和冷却机(12)，经由所述冷却机，所述电传动链冷却剂回路与所述制冷剂回路热连接，以及
-所述制冷剂回路具有：至少一个压缩机(2)；所述冷凝器(3)；用于将热输出给所述环境空气(33)或从所述环境空气(33)中吸收热的环境换热器(5)；膨胀机构(9)和所述冷却机(12)。


2.根据权利要求1所述的空气调节和电池冷却装置(1)，其特征在于，所述A/C冷却剂回路具有用于加热车辆舱室的加热换热器(19)，所述加热换热器以可与所述A/C冷却剂散热器(20)并联连接的方式或者以替选于所述A/C冷却剂散热器(20)连接的方式在所述A/C冷却剂回路中构成。


3.根据权利要求1或2所述的空气调节和电池冷却装置(1)，其特征在于，所述电传动链冷却剂回路具有加热装置(23)，所述加热装置串联连接在所述电池冷却器(25)上游，并且此外构成有至所述电池冷却器的旁路。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的空气调节和电池冷却装置(1)，其特征在于，在所述电传动链冷却剂回路中，冷却剂泵(28)和/或反相器(29)和/或电动马达换热器(31)以并联于所述电池冷却器(25)可穿流的方式构成。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的空气调节和电池冷却装置(1)，其特征在于，在所述制冷剂回路中，在所述冷凝器(3)下游并且在所述环境换热器上游设置有膨胀机构(4)。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的空气调节和电池冷却装置(1)，其特征在于，在所述制冷剂回路中，并联连接地设置有：上游的蒸发器(10)与所属的且连接在上游的膨胀机构(7)和/或下游的蒸发器(11)与所属的且连接在上游的膨胀机构(8)，和/或，在所述制冷剂回路中，在所述压缩机(2)上游设置有低压收集器(13)。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的空气调节和电池冷却装置(1)，其特征在于，在所述制冷剂回路中，在高压侧在所述环境换热器(5)下游设置有内部换热器(35)。


8.根据权利要求1至6中任一项所述的空气调节和电池冷却装置(1)，其特征在于，在所述制冷剂回路中，在高压侧在所述冷凝器(3)下游设置有内部换热器(35)。


9.一种用于运行根据权利要求1至8中任一项所述的空气调节和电池冷却装置(1)的方法，其特征在于，在电池快速充电的制冷功率需求高的情况下，运行制冷剂回路中的冷却机(12)，并且将来自所述制冷剂回路的冷凝热经由环境换热器(5)输出给环境空气(33)，以及经由冷凝器(3)输出给冷却剂回路，并且经由串联连接的A/C冷却剂散热器(20)和传动链冷却剂散热器(32)输出给所述环境空气(33)，其中，所述A/C冷却剂回路和所述电传动链冷却剂回路经由四路二通冷却剂阀(21)串联连接，其中，所述电池冷却器(25)与所述制冷剂回路的冷却机(12)一起形成独立的冷却剂回路。


10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述制冷剂回路中，除了所述冷却机(12)外，附加地运行所述上游的蒸发器(10)和/或所述下游的蒸发器(11)以进行用于对所述车辆舱室进行空气调节的冷生成。


11.一种用于运行根据权利要求1至8中任一项所述的空气调节和电池冷却装置(1)的方法，其特征在于，在车辆舱室的空气调节和电池冷却的制冷功率需求中等的情况下，运行制冷剂回路中的冷却机(12)和上游的蒸发器(10)和/或下游的蒸发器(11)，并且将来自所述制冷剂回路的冷凝热经由环境换热器(5)输出给环境空气(33)，以及经由冷凝器(3)输出给A/C冷却剂回路，并且经由所述A/C冷却剂散热器(20)输出给所述环境空气(33)，其中，传动链冷却剂散热器(32)将来自电传动链冷却剂回路的废热输出给所述环境空气(33)，其中，电池冷却器(25)与所述制冷剂回路的冷却机(12)一起形成独立的冷却剂回路。


12.一种用于运行根据权利要求1至8中任一项所述的空气调节和电池冷却装置(1)的方法，其特征在于，在车辆舱室的空气调节的制冷功率需求中等的情况...

【专利技术属性】
技术研发人员：纳维德·杜拉尼，
申请(专利权)人：翰昂汽车零部件有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR