电动或混合动力车辆、用于其的设备和控制方法技术

本发明专利技术涉及一种用于电动车辆或混合动力车辆的设备，设备具有制冷剂循环回路，制冷剂循环回路包括：压缩机、热交换器、膨胀机构以及另外的热交换器，压缩机功率是可调节的，设备包括热耦合到制冷剂循环回路的高压区域上的蓄热器，和/或设备包括对所述制冷剂循环回路的高压区域中的所述制冷剂的高压的调节，所述调节构成用于，使所述高压相对于未降低的高压的压力值降低了在直至50％的设计高压的范围中的或者在所述设计高压的子范围之内的可调节的压力值，其中所述制冷剂的高压的压力值高于20℃时的蒸发压力。此外，本发明专利技术涉及一种具有所述设备的电动或混合动力车辆和一种用于控制这种设备的方法。借助于所述设备即使在部分负荷运行中也可以进行加热。

【技术实现步骤摘要】
电动或混合动力车辆、用于其的设备和控制方法
本专利技术涉及一种用于电动车辆或混合动力车辆的设备，所述设备具有可作为热泵运行的制冷剂循环回路，所述热泵用于加热用于车辆内舱的至少一部分的空气和/或在车辆内舱的至少一部分中的空气，并且所述制冷剂循环回路包括：至少一个压缩机；至少一个可作为冷凝器或者气体冷却器运行的热交换器；至少一个膨胀机构以及至少一个另外的可作为蒸发器运行的热交换器，其中压缩机功率是可调节的。这样的设备尤其可以用于电动或混合动力公共汽车和轨道车辆。此外，本专利技术还涉及一种用于控制这种系统的方法。在混合动力车辆中，车辆的至少两种驱动方式中的一种是电动的。在电动车辆中，驱动方式仅是纯电动的。
技术介绍
已知如下用于加热用于车辆内舱的至少一部分的空气和/或在车辆内舱的至少一部分中的空气的设备，其具有可作为热泵运行的制冷剂循环回路，其中压缩机功率是可调节的。因此，在EP1262347A2中公开了一种用于加热或冷却机动车辆的内舱的设备，其中增压器功率即压缩机的功率可通过调节冲程体积或者增压器转速来调节。经由改变冲程体积来调节压缩机例如在DE19607032A1中描述。在此，在轴向活塞压缩机中经由倾斜盘或者枢转盘来改变活塞的位移。也已知其它调节压缩机功率的技术方案。例如，在气缸排切断时，经由两个相邻的面向彼此的气缸之间的磁阀打开旁路。第一气缸于是将气体体积推入到第二气缸中，反之亦然。也就是说，于是产生气缸之间的制冷剂的短路连接。被切断的气缸排没有将气体流输送到所述设备中。气缸排的接通和关断能够以更高的频率进行，使得原则上实现压缩机输出的无级调节。另一同样在EP1262347A2中提到的调节是制冷剂的受阀控的、构成为旁路的短路连接，由此实现：热气体从压缩机的压力侧向抽吸侧溢流。这种气体体积流不分担设备性能，但也必须由压缩机来输送。因此，在这种情况下效率也下降。在DE102006060259中描述了通过压缩机的抽吸管路的节流来调节压缩机功率。由此降低了入口处的压力和气体密度，使得输送较少的质量流并且功率降低。对压缩机功率的调节的非常相似的作用方式具有在DE102014011343A1中公开的对压缩机的各个气缸的抽吸腔的阻断，所述阻断可借助于磁阀调节。经由通过磁阀来调节所述阻断的频率水平，可以近似无级地调节压缩机功率。然而，在这些不同类型的调节中，压缩机功率要么完全无法调降到0％或者至少非常低效地无级调降到0％，要么由于设备中的油循环，非常低的压缩机功率至少在较长的时间内没有意义。因此，在仅调节压缩机功率时，设备的部分负荷运行低效或不足够。外部温度越小于温度的期望值，所述温度是在作为热泵运行的设备在加热车辆内舱中的空气时应达到的温度，所需的热功率就越低并从而设备的利用率就越低。于是所述设备仅以部分负荷运行。至少在中欧，这种状态经常发生，因为外部温度通常明显高于如下低温度，所述设备在满负载中针对所述低温度设计。在DE202010007146U1中，在此称为调温装置的设备除了可作为热泵运行的制冷剂循环回路之外，还包括两个可热耦合到所述制冷剂循环回路上的蓄热器。在此，至少其中一个蓄热器能够通过热泵辅助对乘客舱的升温，或者甚至也能够暂时完全承担所述增温。然而，这种借助使用蓄热器的仅设备侧的调节对于在部分负荷范围中的运行同样是不足或低效的。因此，在DE202010007146U1中公开的实施例中的压缩机仅以不受调节的方式要么以一定功率运行或者完全关断。分别在DE19609048A1和DE102012108317A1中公开的设备虽然包含蓄热器，但是仅包含一个制冷剂循环回路，所述制冷剂循环回路在空调运行中构成用于冷却，但不构成为用于加热的热泵。在DE10146477A1中公开的车辆空调设备中，制冷剂循环回路虽然也可以用作为用于加热的热泵，但是这种热储设备仅是用于与制冷剂循环回路热耦合的制冷剂循环回路的液态冷却剂的储热箱。在DE102016117545A1公开了一种具有热泵和蓄热器的加热设备，在一个实施方案中，压缩机功率不可调节，而在另一实施方案中，蓄热器并不热耦合到制冷剂循环回路的高压范围上。与此相对，EP1262347A2虽然公开了一种具有可调节的压缩机功率的设备，但是对该处的制冷剂循环回路的直至第一膨胀元件所存在的高压区域中的高压的附加的设备侧的调节在其范围和其调节类型方面公开过于有限以及不充分。在DE102014221930A1中公开的设备中，仅进行对压缩机功率的控制以便调节制冷剂温度。也就是说，本专利技术基于如下问题：用于电动车辆或混合动力车辆的设备迄今为止在部分负荷中尤其在其效率方面通过可调节的压缩机功率仅可不足地运行，所述设备具有可作为热泵运行的制冷剂循环回路，所述热泵用于加热用于车辆内舱的至少一部分的空气和/或在车辆内舱的至少一部分中的空气。关于具有这种设备的电动或者混合动力车辆的提供，基于相应的问题。关于一种用于控制这种设备的方法，也基于相应的问题，其中所述设备用于加热用于电动车辆或混合动力车辆的车辆内舱的至少一部分的空气和/或在车辆内舱的至少一部分中的空气。
技术实现思路
在本专利技术所基于的问题通过实施例的特征来解决。所述问题通过如下方式解决：用于电动或者混合动力车辆的所述设备构成有如下制冷剂循环回路，所述制冷剂循环回路可作为热泵运行，所述热泵用于加热用于车辆内舱的至少一部分的空气和/或在车辆内舱的至少一部分中的空气，并且所述制冷剂循环回路包括：至少一个压缩机；至少一个可作为冷凝器或者气体冷却器运行的热交换器；至少一个膨胀机构以及至少一个另外的可作为蒸发器运行的热交换器，其中压缩机功率是可调节的，并且其中所述设备包括热耦合到或者可热耦合到可作为热泵运行的制冷剂循环回路的高压区域上的蓄热器，所述蓄热器具有相变材料作为储热器，和/或所述设备包括对在制冷剂循环回路的高压区域中的制冷剂的高压的调节，所述调节构成用于，使所述高压相对于未降低的高压的压力值降低了在直至50％的设计高压(PS)的范围中的或者在所述设计高压的子范围之内的可调节的压力值，其中制冷剂的高压的压力值高于20℃时的蒸发压力。设计高压(PS)是所述设备的制造商规定的最高压力，所述设备或其高压范围针对所述最高压力设计。也就是说，设计压力(PS)是极限值，所述极限值在所述设备接通或所述设备关断时都不应被超过。借助于根据本专利技术的由压缩机侧的调节和设备侧的调节与蓄热器和/或根据本专利技术的高压调节组成的组合，可有效地控制和运行所述设备，尤其是关于所述设备在部分负荷中的运行，如在外部温度与车辆内舱空气温度的期望值之间存在小的差异时。由此能量消耗小并从而成本低，尤其是在部分负荷运行中。由此，电动车辆的电池仅被轻微地受负荷，使得提高了电动车辆的行程。此外，降低了压缩机在过低的功率上运行或必须过于频繁地时钟控制并从而可能损坏的风险。在后续描述中说明了本专利技术的相应的主题的有利的设计方案、改进形式和改进方案。所述设备优选构成为，使得可以经由至少一个压缩机的转速或频率和/或经由借助于可调节的阀将至少一个压缩机的气缸之间的制冷剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电动车辆或混合动力车辆(71)的设备(1)，所述设备具有可作为热泵运行的制冷剂循环回路(3)，所述热泵用于加热用于车辆内舱(73)的至少一部分的空气和/或在所述车辆内舱的至少一部分中的空气，并且所述制冷剂循环回路包括：至少一个压缩机(5)；至少一个可作为冷凝器或者气体冷却器运行的热交换器(13，8)；至少一个膨胀机构(19，35)以及至少一个另外的可作为蒸发器运行的热交换器(21)，其中压缩机功率是可调节的，其特征在于，/n-所述设备(1)包括热耦合或者可热耦合到可作为热泵运行的制冷剂循环回路(3)的高压区域上的蓄热器(7)，所述蓄热器具有相变材料作为储热器，和/或/n-所述设备(1)包括对所述制冷剂循环回路(3)的高压区域中的所述制冷剂的高压的调节，所述调节构成用于，使所述高压相对于未降低的高压的压力值降低了在直至50％的设计高压(PS)的范围中的或者在所述设计高压的子范围之内的可调节的压力值，其中所述制冷剂的高压的压力值高于20℃时的蒸发压力。/n

【技术特征摘要】
20190227 DE 102019105035.91.一种用于电动车辆或混合动力车辆(71)的设备(1)，所述设备具有可作为热泵运行的制冷剂循环回路(3)，所述热泵用于加热用于车辆内舱(73)的至少一部分的空气和/或在所述车辆内舱的至少一部分中的空气，并且所述制冷剂循环回路包括：至少一个压缩机(5)；至少一个可作为冷凝器或者气体冷却器运行的热交换器(13，8)；至少一个膨胀机构(19，35)以及至少一个另外的可作为蒸发器运行的热交换器(21)，其中压缩机功率是可调节的，其特征在于，
-所述设备(1)包括热耦合或者可热耦合到可作为热泵运行的制冷剂循环回路(3)的高压区域上的蓄热器(7)，所述蓄热器具有相变材料作为储热器，和/或
-所述设备(1)包括对所述制冷剂循环回路(3)的高压区域中的所述制冷剂的高压的调节，所述调节构成用于，使所述高压相对于未降低的高压的压力值降低了在直至50％的设计高压(PS)的范围中的或者在所述设计高压的子范围之内的可调节的压力值，其中所述制冷剂的高压的压力值高于20℃时的蒸发压力。


2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述设备构成为，能够经由所述至少一个压缩机(5)的转速或频率和/或经由借助于可调节的阀将所述至少一个压缩机(5)的气缸之间的制冷剂短路连接和/或经由借助于可调节的阀阻断所述至少一个压缩机(5)的抽吸腔来调节所述压缩机功率。


3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其特征在于，所述设备也以可切换为空调设备来运行的方式构成，所述空调设备用于冷却用于车辆内舱(73)的至少一部分的空气和/或在所述车辆内舱的至少一部分中的空气，其中至少可用于热泵运行的所述至少一个压缩机(5)也能够设置作为空调设备运行的制冷剂循环回路(3)中的至少一个压缩机(5)。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备(1)，其特征在于，可作为冷凝器或气体冷却器运行的热交换器(8，13)以可切换为蒸发器来运行并且可作为蒸发器运行的另外的热交换器(21)以可切换为冷凝器或气体冷却器的方式运行。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备包括具有相变材料作为储冷器的另一蓄热器(25)，所述另一蓄热器热耦合或者可热耦合到可用作空调设备运行的所述制冷剂循环回路(3)的低压区域上。


6.根据权利要求5所述的设备(1)，其特征在于，这两个蓄热器(7，25)中的每个蓄热器的以kWh为单位的储热容量与以kW为单位的最大设备功率之比位于1％到20％的范围内，优选在4％到10％的子范围中。


7.根据权利要求5或6所述的设备(1)，其特征在于，这两个蓄热器(7，25)中的每个蓄热器的储热容量位于高于0.5kWh直至1.5kWh的范围中，其中包括边界值1.5kWh，并且所述设备(1)设置用于加热以及冷却用于客运运输的电动车辆或者混合动力车辆(71)的乘客舱的空气和/或在所述乘客舱中的空气。


8.根据权利要求5或6所述的设备(1)，其特征在于，这两个蓄热器(7，25)中的每个蓄热器的储热容量位于0.1kWh到0.5kWh的范围中，其中包括边界值0.5kWh，并且所述设备(1)设置用于加热以及冷却用于车辆内舱(73)的驾驶座区域的空气和/或在所述驾驶座区域中的空气。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备包括控制装置(45)，所述控制装置构成为，借助于所述控制装置能够在热泵运行中将所述设备(1)控制为，使得热需求越低，就主要降低所述至少一个压缩机(5)的功率并且次要地以受调节的方式释放在所述蓄热器(7)中储存的热量，以满足用于加热用于车辆内舱(73)的至少一部分的空气和/或在车辆内舱的至少一部分中的空气的热需求。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述控制装置(45)构成为，借助于所述控制装置能够在热泵运行中将所述设备(1)控制为，使得所述至少一个压缩机(5)的功率水平以及相对接通时间的长度与外部温度的水平成反向关系，优选成倒数关系。


11.根据权利要求3至10中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述控制装置(45)构成为，借助于所述控制装置能够在空调设备运行中将所述设备(1)控...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·索纳卡尔布，帕斯卡尔·贝斯特，雷纳·施梅雷尔，
申请(专利权)人：康唯特公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE