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技术领域

本公开涉及车辆中的冷却系统。

背景技术

许多车辆配备有加热、通风和空气调节(HVAC)系统，该系统用于加热 或冷却车辆的车厢空气，以使车厢空气的温度达到期望的舒适度。HVAC系统 的空气调节系统组件使用制冷剂从被引入到车厢中的空气吸收热然后将热排 放到环境空气。

发明内容

在本公开的一方面中，公开了一种车辆，所述车辆具有冷却装置，所述 冷却装置包括冷凝器和被布置为通过所述冷凝器冷却车辆中的车厢空气和电 池两者的冷却回路。控制器被配置为：响应于在冷却装置正在冷却车厢时所接 收到的电池冷却请求，以特定速率增加经过冷却回路的被布置为冷却所述电池 的部分的流体流，以抑制车厢空气温度增加的速率。

在本公开的另一方面中，公开了一种车辆，所述车辆具有冷却装置，所 述冷却装置包括冷凝器和被布置为通过所述冷凝器冷却车辆中的车厢空气和 辅助单元两者的多个冷却回路。控制器被配置为：当冷却装置正在冷却车厢空 气而没有冷却辅助单元时，逐渐地增加经过冷却回路的被布置为冷却所述辅助 单元的部分的流体流，以控制来自辅助单元的热负荷被引入到所述冷凝器的速 率。

在本公开的又一方面中，公开了一种用于车辆的冷却方法，所述车辆包 括具有多个冷却回路的冷却装置，所述冷却回路被布置为通过冷凝器冷却车厢 中的空气和辅助单元。所述方法包括：当辅助单元需要冷却而冷却装置正在冷 却车厢空气而没有冷却辅助单元时，增加经过冷却回路的被布置为冷却所述辅 助单元的部分的流体流，以抑制车厢空气温度的增加。指示次级冷却回路中的 辅助单元温度或流体温度的信号可被用来指示辅助单元需要冷却，其中，次级 冷却回路被布置为将来自辅助单元的热传递到所述多个冷却回路的被布置为 冷却所述辅助单元的部分。另外，所述辅助单元可以是电池。

根据本发明，提供一种车辆，所述车辆包括：冷却装置，包括冷凝器和 被布置为通过所述冷凝器冷却车厢空气和辅助单元中的每者的多个冷却回路； 以及控制器，被配置为：当冷却装置正在冷却车厢空气而没有冷却辅助单元时， 逐渐地增加经过所述冷却回路的被布置为冷却所述辅助单元的部分的流体流， 以控制来自辅助单元的热负荷被引入到所述冷凝器的速率。

根据本发明的一个实施例，所述辅助单元是电池。

根据本发明的一个实施例，所述车辆还包括流体计量装置，其中，所述 控制器被配置为：通过逐渐打开所述计量装置而使流体流以特定速率增加。

根据本发明的一个实施例，所述计量装置是计量阀，所述计量阀被构造 为在完全关闭的位置和完全打开的位置之间被可变地调节。

根据本发明的一个实施例，所述车辆还包括步进电机，所述步进电机被 构造为调节所述计量阀的位置。

根据本发明的一个实施例，所述计量装置被集成到热膨胀阀中，并且被 构造为在完全关闭的位置和完全打开的位置之间可变地调节所述热膨胀阀。

根据本发明的一个实施例，所述计量装置包括约束装置，所述约束装置 被构造为限制所述热膨胀阀的打开位置。

根据本发明的一个实施例，所述车辆还包括步进电机，所述步进电机被 构造为调节所述约束装置的位置。

根据本发明的一个实施例，所述冷却装置包括至少一个温度传感器。

根据本发明，提供一种用于车辆的冷却方法，所述车辆包括具有多个冷 却回路的冷却装置，所述冷却回路被布置为通过冷凝器冷却车厢空气和辅助单 元中的每者，所述方法包括：当辅助单元需要冷却而冷却装置正在冷却车厢空 气而没有冷却辅助单元时，增加经过冷却回路的被布置为冷却所述辅助单元的 部分的流体流，以抑制车厢空气温度的增加。

根据本发明的一个实施例，所述辅助单元是电池。

根据本发明的一个实施例，指示辅助单元温度的信号被用来确定辅助单 元是否需要冷却。

根据本发明的一个实施例，指示所述多个冷却回路中的次级冷却回路中 的流体温度的信号被用来确定辅助单元是否需要冷却，其中，次级冷却回路被 布置为将来自辅助单元的热传递到所述多个冷却回路的其它部分。

附图说明

图1是示出了在空气离开通风口并流入车厢中时所述空气的温度和车厢 空气的温度的曲线图；

图2是示出了一种车辆的示意图；

图3示出了根据本公开的一个实施例的用于冷却车厢空气和辅助单元的 系统；

图4示出了根据本公开的第二实施例的用于冷却车厢空气和辅助单元的 系统；

图5示出了其中包含有约束装置的热膨胀阀；

图6是示出了使被用来冷却车辆中的辅助单元的冷却回路中的流体的流 动速率斜坡增加并限制流体流的效果的曲线图。

具体实施方式

根据需要，在此公开了本发明的详细的实施例；然而，应理解公开的实 施例仅为本发明的示例，本发明可以以多种和替代形式实施。附图不一定按比 例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开 的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅为教导本领域技术人员以多种形 式使用本发明的代表性基础。

来自空调系统的制冷剂可被转移并被用于从其它车辆组件吸收热。然而， 当制冷剂从空调系统被转移时，会出现使车辆车厢的温度水平骤增的扰动 (disruption)，这进而会使车辆驾驶员和/或乘客感到不适。会期望提供这样一 种系统，该系统会防止车辆车厢的温度骤增，从而防止车辆驾驶员和/或乘客 的可能的不适感。

参照图1中的曲线图，线10示出了车厢空气温度的测量值与时间的一种 关系。还示出了当空气从通风管道离开并进入车辆的车厢时所述空气的温度测 量值与时间的关系，这通过线12示出。温度测量在车辆空调系统打开大约零 分钟时开始。温度测量值10和12两者在紧接着空调系统打开之后的时间段内 似乎减小得相对较快。然而，温度读数减小的速率似乎随着时间下降，并且温 度测量值10和12朝着曲线图的右侧最终达到近似于稳态温度。

对于曲线图的中部，温度测量值10和12两者均大致以方波的形式增加。 温度测量值的增加表示车辆中的辅助系统需要冷却。在辅助系统的冷却回路中 的制冷剂结合到使制冷剂循环通过车辆空调系统的同样的系统。因为两个系统 结合在一起，所以当空调系统正在运转并且辅助系统正在被冷却时，额外的热 被引入到制冷剂。热最终通过冷凝器被排放到环境空气。辅助系统的冷却在时 间T₁处开始并在时间T₂处结束。始于时间T₁处的温度增加在相对短的时间 段内达到最大值，这会被车辆中的驾驶员和/或乘客所感受到，使他们感到不 适。一旦辅助系统不再需要冷却并且在时间T₂处冷却被关闭，那么便在时间 T₃处再次获得稳态温度。

对于温度测量值10和12两者的冷却速率的增加还可在时间T₄处观察到。 这种速率上的增加与对辅助系统的冷却被关闭同时用于车厢的空调系统继续 运转的事件相关，在该事件之前，空调系统和辅助系统的冷却同时运行。

参照图2，示出了具有车厢16、辅助单元18和冷却装置20的车辆14。 冷却装置20被布置为从车厢空气和辅助单元18吸收热，并将热传输到热交换 器(即，冷凝器)，然后热交换器将热排放到环境空气。系统控制器22被用于 使车厢空气的冷却与辅助单元18的冷却协调。控制器22被示出为一个控制器， 但是控制器22可由一个或若干个不同的系统控制器组成。辅助单元可包括若 干车辆系统中的一个，例如，电动车辆或混合动力车辆中的牵引电池、电动车 辆或混合动力车辆中的牵引马达、电动车辆或混合动力车辆中的逆变器、车辆 中的任何电力电子器件、包括传动电子器件和/或传动流体的传动装置、涡轮 增压器、机械增压器、燃料电池废气水冷凝器、柴油操作的车辆中的柴油燃料 的冷却或发动机机油的冷却。这个列表并不意味着是详尽的，应该理解的是， 冷却装置20可被用于冷却可能需要额外冷却的任何辅助单元。

参照图3，示出了冷却装置20的一个实施例。冷却装置20包括多个冷却 回路24和26。制冷剂循环经过冷却回路24和26，从车厢空气或辅助单元18 吸收热并将热排放到环境空气。第一冷却回路24包括压缩机27，压缩机27 吸入从蒸发器28出来的处于蒸汽状态的低压低温制冷剂。离开蒸发器28的低 压低温蒸汽制冷剂是过热气体。然后，压缩机27将制冷剂压缩成高压高温蒸 汽，随后，高压高温蒸汽制冷剂被送到冷凝器30。高压高温蒸汽制冷剂经过 包括盘管的冷凝器30，在那里，冷凝器风扇32吹动环境空气流过盘管，热从 高压高温蒸汽制冷剂传递到吹过盘管的环境空气。离开冷凝器的制冷剂是高压 高温液态制冷剂，然后，高压高温液态制冷剂进入贮液干燥器34。贮液干燥 器34用作将进入冷却回路24和26的任何湿气和一些污染物去除的过滤器。 贮液干燥器34包含从制冷剂去除湿气的干燥剂。冷凝器30和贮液干燥器34 可结合为一个单元。

在离开贮液干燥器之后，制冷剂仍然处于高压高温的液态，然后进入热 膨胀阀(TXV)36。TXV 36控制进入蒸发器28的制冷剂的量。如果离开蒸 发器的制冷剂的温度太高，那么TXV 36打开以允许更多的液态制冷剂流入蒸 发器28。如果离开蒸发器的制冷剂的温度太低，那么TXV 36关闭以减少流 入蒸发器的制冷剂的量。

TXV 36限制制冷剂的流动，使得制冷剂的压力下降。TXV 36包括在稳 态运转期间保持打开的阀针。阀针的开度或位置与离开蒸发器的制冷剂的压力 和温度相关。

TXV 36有用于调节阀针的位置的两个主要部件。第一个部件是具有隔膜 (diaphragm)的热头(thermo-head)。隔膜的一侧被密封并且填充有制冷剂， 同时离开蒸发器28的过热的制冷剂流过隔膜的另一侧。过热的制冷剂的温度 的变化引起隔膜上的压力变化，从而控制TXV 36的打开和关闭。由于在TXV 36之前的压力高于在TXV 36之后的压力，因此制冷剂自然地流入蒸发器28。 TXV 36的用于调节阀针的位置的第二个部件是弹簧，弹簧在阀杆上提供持续 的力，使阀针偏置而处于关闭位置。弹簧力持续地限制进入蒸发器28的制冷 剂的量。当作用在隔膜上的密封的制冷剂的压力大于离开蒸发器28的过热的 制冷剂和来自弹簧的力的组合压力时，阀打开以使制冷剂的流动增加。流动的 增加降低了离开蒸发器28的制冷剂的过热度，此过程重复进行直到达到平衡 状态为止。

虽然描述了块型热膨胀阀，但是可使用其它类型的热膨胀阀。例如，可 使用具有远程监控蒸发器的温度变化的感测球(sensor bulb)的热膨胀阀。另 一个示例将是压力补偿式热膨胀阀。

然后，制冷剂以低压低温液体和蒸汽混合物状态离开TXV 36，并进入包 括盘管的蒸发器28，在那里，鼓风机39吹动空气流过盘管，热从空气被传递 到制冷剂。然后，冷却的空气被引入到车辆车厢16中。离开蒸发器28的制冷 剂是低压低温过热蒸汽，然后，低压低温过热蒸汽在隔膜的一侧流过TXV 36， 随后再次进入压缩机27，然后，在压缩机27处重复该循环。

仍然参照图3，第二冷却回路26就在贮液干燥器34之后从第一冷却回路 24分支，并将高压高温液态制冷剂引导到第二TXV 38。然后，制冷剂以低压 低温液体和蒸汽混合物状态离开第二TXV 38，然后进入冷却器40。热从辅助 单元18传递到冷却器40中的制冷剂。然后，制冷剂以低压低温过热蒸汽状态 离开冷却器40，低压低温过热蒸汽状态的制冷剂再次经过第二TXV 38以控 制第二TXV 38的打开和关闭。仍然处于低压低温过热蒸汽状态的制冷剂随后 被引导回第一冷却回路24并进入压缩机27。

辅助单元18可具有冷却剂回路42，冷却剂回路42使冷却剂(例如，乙 二醇)循环通过辅助单元18和冷却器40。利用泵44使冷却剂循环通过冷却 剂回路42，并且热首先从辅助单元18被传递到冷却剂，其次从冷却剂传递到 冷却器40中的制冷剂。

第二冷却回路26可包括截止阀46，截止阀46在辅助单元18不需要冷却 时关闭第二冷却回路26。系统控制器22接收指示辅助单元18的温度和/或冷 却剂回路42中的冷却剂的温度的信号。当辅助单元18和/或冷却剂的温度达 到辅助单元18需要冷却的水平时，阀46打开以允许制冷剂流过第二冷却回路 26。辅助单元18或冷却剂回路42中的冷却剂的温度可分别通过温度传感器 48和50来检测，温度传感器48和50将指示辅助单元18需要冷却的信号发 送至控制器22。

计量装置52可被合并到第二冷却回路26中，以控制允许流过第二冷却 回路26的制冷剂的量。计量装置52可在完全打开的位置和完全关闭的位置之 间(包括在这两者之间的任何部分地打开的位置)被可变地调节。计量装置 52可以是能够限制或调节流入第二冷却回路26中的制冷剂的量的任意类型的 计量阀。可使用的计量阀的类型可包括但不限于针阀、蝶形阀、球阀、旋塞阀 等。虽然在图3中，计量装置52就在高压高温液态制冷剂进入第二TXV 38 之前置于第二冷却回路26中，但是应该注意的是，计量装置52可置于第二冷 却回路26中的任何位置。

计量装置52的位置可利用受控制器22控制的致动器54进行调节。致动 器54可以是允许以增量方式运动的任何类型的机构(例如，步进电机或伺服 电机)。致动器54可包括齿轮箱，齿轮箱使计量装置52相对于致动器54的运 动比增加或减小。控制器可被配置为：响应于在冷却装置20正在冷却车厢空 气时来自辅助单元18的冷却请求，通过逐渐打开计量装置52使流过第二冷却 回路26的制冷剂的流体流以特定速率斜坡增加，以控制来自辅助单元18的热 负荷被引入到冷却装置20和冷凝器30的速率。使制冷剂的流体流的速率斜坡 增加抑制了离开通风管道的空气的温度的增加速率和车厢空气温度的相应的 升高，从而防止当辅助单元18需要冷却而同时冷却装置还在被用于冷却车厢 16中的空气时的温度骤增。

现在参照图4和图5，示出了冷却装置20的第二实施例。第二实施例不 包括在第一实施例中描述的计量装置52和致动器54，而是包括合并到第二 TXV 38中的计量装置。合并到第二TXV 38中的计量装置可在完全打开的位 置和完全关闭的位置之间(包括在这两者之间的任何部分地打开的位置)可变 地调节第二TXV 38。合并到第二TXV 38中的计量装置可由约束装置56和致 动器58组成。约束装置56可采取可调节的轴的形式，可调节的轴能够约束第 二TXV 38的部分或完全打开的位置。在第二TXV 38中的球阀60利用杯状 部件62和偏压构件64(例如，弹簧)被保持关闭。在第二TXV 38中的隔膜 66的一侧被密封并填充有制冷剂，而第二侧暴露到离开冷却器40的过热制冷 剂。隔膜66连接到阀针68，当隔膜66的每侧上的压力之差达到克服偏压构 件64的力的阈值时，阀针68向下推动球阀60而打开第二TXV 38，从而允 许增加的制冷剂流进入冷却器40中。

约束装置56的位置可利用受控制器22控制的致动器58进行调节。致动 器58可以是允许以增量方式运动的任何类型的机构(例如，步进电机或伺服 电机)。致动器58可包括齿轮箱，齿轮箱使约束装置56相对于致动器58的运 动比增加或减小。控制器22可被配置为：响应于在冷却装置20正在冷却车厢 空气时来自辅助单元18的冷却请求，通过利用约束装置56逐渐打开第二TXV 38使流过第二冷却回路26的制冷剂的流体流以特定速率斜坡增加，以控制来 自辅助单元18的热负荷被引入到冷却装置20和冷凝器30的速率。这可通过 利用约束装置56约束球阀60的打开位置来实现。使制冷剂的流体流的速率斜 坡增加抑制了离开通风管道的空气的温度的增加速率和车厢空气温度的相应 的升高，从而防止当辅助单元18需要冷却而同时冷却装置还在被用于冷却车 厢16中的空气时的温度骤增。

现在参照图6，实线70示出了图1的线12中的方波(表示当空气离开通 风管道并进入车辆的车厢16时该空气的温度测量值与时间的关系)或图1的 线10中的方波(表示车辆的车厢空气的温度测量值与时间的关系)。在任一情 况下，图6中的虚线72示出了当空气离开通风管道时，空气的温度是如何能 够通过利用计量装置52或约束装置56使经过第二冷却回路26的制冷剂的流 体流以特定速率斜坡增加而逐渐增加的。虚线74示出了当空气离开通风管道 时，该空气的温度或车厢空气的温度是如何能够通过利用计量装置52或约束 装置56使经过第二冷却回路26的制冷剂的流体流以特定速率斜坡减少而逐渐 降低的。水平的虚线76示出了当空气离开通风管道时，该空气的温度或车厢 空气的温度是如何能够被限制的，该限制是关于当利用计量装置52或约束装 置56将经过第二冷却回路26的制冷剂的流体流限制在制冷剂的可能的最大流 体流以下的水平时可发生的温度增加的多少。

虽然在第二实施例中描述了块型热膨胀阀，但是可使用其它类型的热膨 胀阀。例如，可使用具有远程监控蒸发器的温度变化的感测球的热膨胀阀。另 一个示例将是压力补偿式热膨胀阀。

虽然以上描述了示例性实施例，但是这些实施例不意在描述了本发明的 所有可能的形式。更确切地讲，在说明书中使用的词语是描述性的词语而不是 限制性的词语，并且应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 可以进行各种改变。此外，可以对实现的各个实施例的特征进行组合以形成本 发明的进一步的实施例。