專利名稱：利用低級(jí)資源的熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)式電動(dòng)或混合動(dòng)力機(jī)動(dòng)車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
近幾年來(lái)，來(lái)自科研實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)廠家或設(shè)備銷售商的供實(shí)驗(yàn)用、 甚至商用的出版物、實(shí)施例十分豐富，顯示出尋求適于這些新的機(jī)械裝置、 一般來(lái)說(shuō)適于減輕汽車空調(diào)的環(huán)境影響的解決方案的研究力度。制熱時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的強(qiáng)熱慣性可使舒適性保持一定的時(shí)間。這段時(shí) 間可借助于增補(bǔ)的電阻得到有效延長(zhǎng)，通常是對(duì)進(jìn)入到駕駛室中的空氣。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻時(shí)，或者當(dāng)蓄電池過(guò)多放，時(shí)，熱機(jī)自動(dòng)重新發(fā)動(dòng)。由于從外部環(huán)境獲取基本的能量需要，熱泵具有很高的效率，該 效率表示為向駕駛室釋出的能量與所消耗的車載能量之比。該比率也稱為 性能系數(shù)或COP，在空氣調(diào)節(jié)時(shí)通常為2至3,取暖時(shí)稍微多一點(diǎn)。因此， 通過(guò)供給牽引用蓄電池的能量的一容許部分，足以確保提供的取暖和空氣 調(diào)節(jié)服務(wù)與熱力車提供的相同。如果在空氣調(diào)節(jié)且更可能的是在取暖時(shí)，熱泵潛在的高能量效率 具有吸引力，那么，在應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車時(shí)，常常對(duì)真實(shí)的實(shí)用性能感到失望。
系統(tǒng)的內(nèi)部熱損失、操作情況的變化性、以及泵與其最佳效率差距;f艮大的
許多不穩(wěn)定現(xiàn)象說(shuō)明所述差距。為了得益于極大批量生產(chǎn)的部件的成本和質(zhì)量，解決辦法必須能 適用于市場(chǎng)上的取暖和空調(diào)裝置以及普通的機(jī)動(dòng)車的正面交換器系統(tǒng)。此外，針對(duì)來(lái)自批量生產(chǎn)的熱力車加以變化的電動(dòng)續(xù)駛里程式電 動(dòng)車和混合動(dòng)力車，解決方案應(yīng)考慮符合這樣的限制條件，即與原來(lái)的 取暖和空調(diào)裝置、其用于自動(dòng)熱調(diào)節(jié)型式的控制邏輯、駕駛室的布局、"熱 箱"(通風(fēng)機(jī)加作用于外部空氣的交換器的機(jī)動(dòng)裝置)的安裝以及在分配 給機(jī)動(dòng)車的前正面交換器的容積，保持完全兼容。調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊的可逆式熱泵PAC，其內(nèi)部技術(shù)一一蒸汽 壓縮循環(huán)、磁熱效應(yīng)機(jī)、斯特令機(jī)(machine Stirling)、珀?duì)柼?yīng)(effet Peltier)系統(tǒng)等一一與逆變裝置從本發(fā)明來(lái)看是無(wú)關(guān)緊要的，所述逆變裝
泵PAC連接于載熱流體通常是甘醇化水流經(jīng)的兩個(gè)回路。分配回路DI連接于駕駛室CAB的取暖/空調(diào)裝置HVAC。該取暖 /空調(diào)裝置為普通結(jié)構(gòu)，其工作情況將在后面詳述。更確切地說(shuō)，它始終連 接于"空氣加熱器"，所迷空氣加熱器在這里稱之為交換器H2，它根據(jù) 電動(dòng)閥EV1的位置可連接于交換器Hl(該交換器的普通名稱為"蒸發(fā)器"， 通常是普通機(jī)動(dòng)車的空調(diào)回路的一部分，被提供給冷卻劑，但是根據(jù)優(yōu)選 實(shí)施方式，所述交換器這里改變其原來(lái)的作用，或必要時(shí)予以取代，且由 載熱流體通過(guò))。根據(jù)機(jī)動(dòng)車的配備程度，混合葉板(volet) V的位置或者由駕駛 室的調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，或者連接于駕駛員操縱的手動(dòng)溫度控制機(jī)構(gòu)。 在這兩種情況下，隨著外部溫度T2在第一種情況下快速下降、在第二種 情況下逐漸下降，電動(dòng)閥EV1使混合物朝"熱"端移動(dòng)，以使手動(dòng)制熱控 制機(jī)構(gòu)的響應(yīng)保持平穩(wěn)。所謂高熱，根據(jù)陽(yáng)光的情況和排放回路的溫度(其取決于牽引電 動(dòng)機(jī)的使用強(qiáng)度)，通常為20X:以上，或者只要當(dāng)交換器H1的制冷功率 變得不足時(shí)，熱泵就換向。目前，分配回路DI保持是冷的，排放回路RE 保持是熱的。電動(dòng)閥EV1根據(jù)指令(其由駕駛室調(diào)節(jié)用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生，或由 手動(dòng)溫度控制機(jī)構(gòu)產(chǎn)生，視情況而定)，調(diào)節(jié)在裝置HVAC的出口的空氣 溫度T1。圖l考慮下述假設(shè)駕駛室調(diào)節(jié)用計(jì)算機(jī)或手動(dòng)溫度控制機(jī)構(gòu)控 制葉板V的控制邏輯是在熱泵PAC換向的同時(shí)進(jìn)行逆變。這種控制逆變 的實(shí)際實(shí)施原則上并不困難，如果葉板具有電動(dòng)致動(dòng)器，則尤其不困難。 在這種情況下，對(duì)電動(dòng)閥EV1的調(diào)節(jié)伴隨著葉板并輔助其作用，以獲得所 需溫度Tl的調(diào)節(jié)幅度和調(diào)節(jié)漸進(jìn)性。在葉板V的控制機(jī)構(gòu)不能換向的情 況下，引入停止對(duì)交換器H2 (未示出)的供給的電動(dòng)閥，當(dāng)熱泵處于"制 冷，，模式時(shí)該電動(dòng)閥關(guān)閉，以便優(yōu)先使用交換器H1中的流量。在這種情 況下，葉板的位置無(wú)關(guān)緊要，調(diào)節(jié)僅由電動(dòng)閥EV1進(jìn)行。圖6所示的實(shí)施 方式中以及后面將予以說(shuō)明的可供選擇的第二優(yōu)選實(shí)施例，在所有情況下 都通過(guò)混合葉板V保持駕駛室的溫度調(diào)節(jié)能力。系統(tǒng)的處理邏輯系統(tǒng)與駕駛室可能配設(shè)的熱調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)共存，除 了來(lái)自去除部件如空調(diào)壓縮機(jī)的信息輸入的中和處理或模擬一一視情況而 定一一以外，無(wú)需改變計(jì)算機(jī)也無(wú)需重新給定其參數(shù)。通過(guò)作用于手動(dòng)的 或由裝置HVAC的駕駛室調(diào)節(jié)用計(jì)算機(jī)給出的指令變化一一例如通過(guò)葉 板移動(dòng)所讀取的，第一交換器對(duì)通過(guò)與排放回路進(jìn)行混合的混合用電動(dòng)閥 進(jìn)入駕駛室的空氣的溫度控制輔助混合葉板的作用，因此可能與仍起作用 的所述可能配設(shè)的駕駛室調(diào)節(jié)用計(jì)算機(jī)沒(méi)有干擾，從而一方面無(wú)論可逆式
熱泵的定向如何，保持進(jìn)入駕駛室的空氣的溫度調(diào)節(jié)幅度的連續(xù)性和漸進(jìn) 性，另一方面根據(jù)外部氣溫，調(diào)節(jié)進(jìn)入駕駛室的相同空氣的濕度?？傊跀?shù)量級(jí)上，排放空氣的能量回收因此可使熱泵的尺寸確 定和平均耗量減小10%，還可使系統(tǒng)的性能提高5%。在夏天，流體和排放空氣之間的平均溫差可達(dá)25'C。在冬季，因 為流體不能在0匸之下，不然，交換器就有快速結(jié)霜的危險(xiǎn)，所以溫差下 降到15。C左右，但是，水蒸汽冷凝潛熱的回收在這里極大地有助于獲得可 利用的總功率。下面說(shuō)明圖4所示的實(shí)施方式，其在前一實(shí)施方式中增加熱儲(chǔ)存。下面說(shuō)明圖5所示的實(shí)施方式，其在前一實(shí)施方式中增加內(nèi)燃式 熱機(jī)MC。內(nèi)燃機(jī)MC配設(shè)有其本身的冷卻回路，其通常具有交換器F2、集 成泵P4和恒溫器C2，所述恒溫器C2通過(guò)使甘醇化水的全部或部分流量 在電動(dòng)機(jī)中通過(guò)并繞過(guò)交換器F2進(jìn)行再循環(huán)，來(lái)調(diào)節(jié)甘醇化水的溫度。通常設(shè)置用于駕駛室制熱的水出口在這里在關(guān)閉電動(dòng)閥EV5的控
制下，連接在分配回路DI上。由于這種連接的回程支路始終與熱泵的回路連通，因此，內(nèi)燃機(jī) 的制冷回路分享所述的載熱流體儲(chǔ)存、增壓和脫氣用的相同箱R。實(shí)際上， 該箱在車上是唯一的，且向整個(gè)載熱流體網(wǎng)供應(yīng)。
112]下面說(shuō)明圖6所示的實(shí)施方式，其在前一實(shí)施方式中增加用于在 非常低的溫度下中繼熱泵的使用。在該實(shí)施例中，機(jī)動(dòng)車還具有第二熱泵 PAC2，其中，第二熱泵的排放回路RE2連接交換器F1，所述第二熱泵的 分配回路可通過(guò)電動(dòng)閥EV8連接于排放回路RE。因此，當(dāng)建立這種連接 時(shí)，兩個(gè)熱泵彼此限定一中間回路，該中間回路與交換器F1隔離且連接 電動(dòng)機(jī)ME，其它可能配設(shè)的部件如下電動(dòng)機(jī)的電子控制盒DRIVE,作 用于iiA駕駛室的空氣的交換器Hl、 H2，蓄電池BAT，作用于駕駛室排 放空氣的交換器E。而且，當(dāng)未建立這種連接時(shí)，交換器F1相對(duì)于熱泵 PAC，在排放回路RE中取代所述熱泵PAC2。
113雖然前述所有的裝置對(duì)減小泵PAC的溫度范圍的有利影響，但 是，由于非常寒冷一一即在-18'C以下，目前的熱泵技術(shù)難以從寒冷空氣提 取熱量，部件的直接由壁散發(fā)的熱排放的較大一部分也損失掉，以致泵 PAC釋出的功率不可避免地下降，甚至盡管需求量在增大。在這些情況下， 對(duì)于繼續(xù)顯得令人滿意的普通機(jī)動(dòng)車，溫差增大。
114在我們這些地區(qū)，對(duì)于這些異乎尋常的情況，值得推薦的權(quán)宜之 計(jì)是可以加裝作用于進(jìn)入駕駛室的空氣的電阻器，這是一種在大部分制 熱裝置上的標(biāo)準(zhǔn)裝置，以便當(dāng)電動(dòng)機(jī)加熱時(shí)加速駕駛室升溫，這里，其有 利地可再利用作補(bǔ)充資源。
115]但是，這里提出的是根本解決或者用于北歐各國(guó)的機(jī)動(dòng)車、或者 如前所述的問(wèn)題，因?yàn)檫@個(gè)解決方案在優(yōu)化整個(gè)裝置中具有更進(jìn)一步的潛 力。
1161首先，應(yīng)當(dāng)指出，釋出6千瓦且最佳化以在0'C至60'C之間工作 的熱泵，具有非常高的能量效率(COP)，且其體積小于試圖覆蓋[-30。C, +60匸]的范圍的熱泵。溫度[0。C， 60。C的選擇使夏季和冬季之間兩個(gè)資源
的溫度需求勻稱，以致可逆式熱泵在夏季和冬季都在相同的最佳作用點(diǎn)運(yùn) 轉(zhuǎn)。
117在夏季和冬季，擁有0r左右的資源，其可直接用于使進(jìn)入駕駛室 的空氣在交換器HI上干燥，或者在交換器E上回收駕駛室排放空氣的熱 量。如圖所示，可避免電動(dòng)機(jī)ME和作用于排力文空氣的交換器E的溫 度調(diào)節(jié)回路的并聯(lián)/串聯(lián)轉(zhuǎn)換。
123在分配回路DI側(cè)，這里，解決方案沒(méi)有蓄熱器，毫無(wú)疑問(wèn)，蓄熱 器不太有用，因?yàn)樵诙荆仨毥柚诙螣岜毛@得足夠的功率，而在夏 天，必須通過(guò)主熱泵的專門化獲得足夠的功率。可以希望獲得完全等同的 性能，甚至在強(qiáng)冷時(shí)所述性能優(yōu)于好熱力車的性能。
[1241在

圖1所示實(shí)施方式的說(shuō)明中述及的作用于駕駛室空氣的兩個(gè)交 換器Hl和H2的溫度控制的第二個(gè)可供選擇的實(shí)施例也予以示出。在來(lái) 自排放回路RE的流體或者來(lái)自分配回路DI的流體之間轉(zhuǎn)換的兩個(gè)電動(dòng)閥 EV1和EV9，分別供給交換器Hl和H2。另外，在上述分配回路上保持 選捧再循環(huán)比例電動(dòng)閥EV3。在氣候溫和的情況下，電動(dòng)閥EV1和EV9 定位成交換器Hl被供給冷流體一一其由于熱泵PAC的專門化而始終高
于0X:，因此交換器H1不會(huì)存在結(jié)霜的危險(xiǎn)性；而對(duì)交換器H2被供給熱 流體。這是普通機(jī)動(dòng)車中制熱裝置HVAC的標(biāo)準(zhǔn)模式，完全由通過(guò)混合葉 板V與所述制熱裝置相連的駕駛室溫度調(diào)節(jié)或控制裝置加以操控。如同已 經(jīng)著重指出的那樣，這種配置允許冷凝進(jìn)入駕駛室的空氣中的一部分水蒸 汽，并允許有效地控制駕駛室的大氣濕度，避免玻璃表面蒙上水汽。
[125假定由于溫度略顯清涼，熱泵調(diào)節(jié)到制熱模式。電動(dòng)閥EV1將提 取到排放回路RE上的冷流體供給交換器Hl，而電動(dòng)閥EV9將提取到分 配回路DI上的熱流體供給交換器H2。由于外部溫度提高或陽(yáng)光增強(qiáng)，熱 泵PAC不再具有確保舒適性所需的資源。這種狀態(tài)由車載計(jì)算機(jī)分析， 所述車載計(jì)算機(jī)控制處于制冷模式的熱泵PAC的換向，同時(shí)控制電動(dòng)閥 EV1和EV9換向?？刂七壿嬒到y(tǒng)具有滯后作用，以免熱泵不適時(shí)的交替 換向。
126由于外部的極端溫度，即或者非常冷或者非常熱，前述模式?jīng)]有 適合響應(yīng)駕駛室需要的交換功率。因此，車栽計(jì)算機(jī)沿相同方向定位電動(dòng) 閥EV1和EV9，以使由分配回路DI供給的交換器Hl和H2有助于制熱 或相應(yīng)地有助于空氣調(diào)節(jié)。為避免這種轉(zhuǎn)換在駕駛室中伴隨著一陣熱或相 應(yīng)地一陣?yán)洌谑褂米詣?dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的情況下，按與例如通過(guò)葉板V的位置 讀取到的需求成比例的方式，閥EV3減小交換器H1和H2中的流量，或 者在使用手動(dòng)控制裝置的情況下，根據(jù)例如與在駕駛室中擴(kuò)散的空氣溫度 Tl的測(cè)量相關(guān)的一定戰(zhàn)略，閥EV3減小交換器Hl和H2中的流量。
權(quán)利要求
1. 機(jī)動(dòng)車，其具有驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪用的低廢熱式發(fā)動(dòng)機(jī)(ME)和駕駛室(CAB)空氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有可逆式熱泵(PAC)，該熱泵分別對(duì)載熱流體流經(jīng)的分配回路(DI)和排放回路(RE)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，所述機(jī)動(dòng)車的特征在于，所述分配回路(DI)連接到作用于進(jìn)入駕駛室(CAB)的空氣的交換器(H2)，且通過(guò)電動(dòng)閥(EV1)能連接到作用于進(jìn)入駕駛室(CAB)的空氣的另一交換器(H1)，所述排放回路(RE)連接到作用于外部空氣的交換器(F1)，所述排放回路還連接于所述發(fā)動(dòng)機(jī)(ME)以與所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行熱交換。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，所述低廢熱式發(fā)動(dòng)機(jī) 是電動(dòng)機(jī)(ME)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，所述排放回路(RE) 與所述電動(dòng)機(jī)(ME)的電子盒(DRIVE)進(jìn)行熱交換。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，所述排 放回路(RE)具有電動(dòng)閥(EV2),以允許所述電動(dòng)機(jī)(ME)與所述交 換器(Fl)以串聯(lián)或分路方式聯(lián)接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，所述排 放回路(RE)還能通過(guò)所述電動(dòng)閥(EV1)連接于所述交換器(HI)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，載熱流 體儲(chǔ)備器(R)為兩個(gè)回路(DI， RE)所共用。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，混合葉 板(V)布置在作用于進(jìn)入駕駛室(CAB)的空氣的所述交換器(Hl， H2) 之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l至7中任一項(xiàng)所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，再循環(huán) 電動(dòng)閥(EV3)布置在所述分配回路(DI)上，以便調(diào)節(jié)所述交換器(HI, H2)中的流體流量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，所述排 放回路(RE)能通過(guò)電動(dòng)閥(EV9)連接到作用于進(jìn)入駕駛室的空氣的所 述第二交換器(H2)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2至9中任一項(xiàng)所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，它還 具有向所述電動(dòng)才幾(ME)供電的蓄電池，所述蓄電池具有載熱流體回路， 所述載熱流體回路連接于所述分配回路(DI)和所述排放回路(RE)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，所述蓄電池的熱調(diào) 節(jié)回路配有專有的泵和一個(gè)或多個(gè)閥(EV6， EV7)，以確保所述蓄電池 的熱調(diào)節(jié)回路的溫度調(diào)節(jié)，或確保其與機(jī)動(dòng)車的液壓熱操縱系統(tǒng)的其余部 分的隔離。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l至ll中任一項(xiàng)所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，它具 有作用于駕駛室排放空氣的交換器(E)，該交換器在所述熱泵(PAC) 的輸出端連接于所述排放回路(RE)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，所述交換器(E) 集成于二次調(diào)節(jié)回路，所述二次調(diào)節(jié)回路由泵(P6)施以作用并由溫控閥(Cl)加以控制。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，它還 具有熱能慣性儲(chǔ)備器(ST)，所述分配回路(DI)連接于所述儲(chǔ)備器，以 便與該儲(chǔ)備器進(jìn)行熱交換。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，所述熱能慣性儲(chǔ)備 器(ST)集成于所迷分配回路(DI)，處在作用于iiA駕駛室(CAB)的 空氣的所述交換器(Hl， H2)的上游。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所迷的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，所述分配回 路(DI)具有能使所述熱能慣性儲(chǔ)備器(ST)與所述分配回路隔離的電動(dòng) 閥(EV4)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，所 述熱能慣性儲(chǔ)備器(ST )具有一定量的在一定溫度范圍中進(jìn)行相變的材料。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，它還 具有熱機(jī)(MC)和冷卻所述熱機(jī)用的冷卻回路，該冷卻回路連接到與外 部空氣進(jìn)行熱交換的交換器(F2)，所述冷卻回路連接于所述分配回路(m)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，載熱流體儲(chǔ)備器(R) 為所述兩個(gè)回路(DI， RE)與所述熱才幾(MC)的冷卻回路所共用。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，它還 具有第二熱泵(PAC2)，所述第二熱泵的排放回路(RE2)連接所述交換 器(Fl)，所述第二熱泵的分配回路通過(guò)電動(dòng)閥(EV8)連接于所述排放 回路(RE)。
全文摘要
本發(fā)明涉及機(jī)動(dòng)車，其具有驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪用的低廢熱式發(fā)動(dòng)機(jī)(ME)和駕駛室(CAB)空氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有可逆式熱泵(PAC)，該熱泵分別對(duì)載熱流體流經(jīng)的分配回路(DI)和排放回路(RE)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，其中，所述分配回路(DI)連接到作用于進(jìn)入駕駛室(CAB)的空氣的交換器(H2)，且通過(guò)電動(dòng)閥(EV1)連接到作用于進(jìn)入駕駛室(CAB)的空氣的另一交換器(H1)，所述排放回路(RE)連接到作用于外部空氣的交換器(F1)，所述排放回路還連接于所述發(fā)動(dòng)機(jī)(ME)以與所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行熱交換。
文檔編號(hào)B60H1/00GK101378923SQ200780004891
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月9日
發(fā)明者A·杜阿爾 申請(qǐng)人:電動(dòng)汽車公司