本发明涉及一种用于加热和/或冷却电池(4)和机动车内部的机动车系统(1),包括与电池(4),特别是与电池热交换器(23)热耦联的第一冷却剂循环(2),包括用于加热机动车内部的第二冷却剂循环(3),所述第二冷却剂循环具有用于将第二冷却剂循环(3)的热量输出到机动车内部空气的空气热交换器(5)和用于加热第二冷却剂循环(3)的加热装置(6),其中可以通过来自第二冷却剂循环(3)的热量或冷量来实现电池(4)的冷却和加热。所述目的通过以下原因来实现:所述第一冷却剂循环(2)与第二冷却剂循环(3)彼此热耦联,尤其具有循环热交换器(7)或混合阀(24),以使用来自第二冷却剂循环(3)的热量加热电池(4)和/或用于冷却机动车内部空气,其中来自第二冷却剂循环(3)的热量可以供应给第一冷却剂循环(2),特别是通过循环热交换器(7)或混合阀(24)。
1.一种用于加热和/或冷却电池(4)和机动车内部的机动车系统(1),包括:-第一冷却剂循环(2),该第一冷却剂循环(2)与电池(4)热耦联,-用于加热机动车内部的第二冷却剂循环(3),所述第二冷却剂循环(3)具有用于将第二冷却剂循环(3)的热量传递给机动车内部空气的空气热交换器(5)和用于加热第二冷却剂循环(3)的至少一个加热装置(6),其特征在于,所述第一冷却剂循环(2)与第二冷却剂循环(3)通过混合阀(24)彼此热耦联,所述第一冷却剂循环(2)和第二冷却剂循环(3)具有作为冷却剂的液体,所述第一冷却剂循环(2)的冷却剂通过所述混合阀(24)导引到第二冷却剂循环(3)里面,反之亦然,从而利用来自第二冷却剂循环(3)的热量来加热电池(4)和/或从而冷却机动车内部空气,其中,来自第二冷却剂循环(3)的热量通过所述混合阀(24)供应给第一冷却剂循环(2)。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统(1)包括冷循环,该冷循环具有至少一个蒸发器(8)、压缩机和冷凝器,其中具有蒸发器热交换器(9)的蒸发器(8)与第一冷却剂循环(2)热耦联,以利用蒸发器(8)间接冷却电池(4)。
3.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述冷却剂为水。
4.如权利要求2所述的系统,其特征在于,所述第一冷却剂循环(2)与环境空气热交换器(10)热耦联,用于将来自第一冷却剂循环(2)的热量传递给环境空气,反之亦然。
5.如权利要求4所述的系统,其特征在于,通过第一冷却剂循环(2)中的第一阀门(11)和第一旁通管(12),蒸发器热交换器(9)与第一冷却剂循环(2)去耦;和/或通过第一冷却剂循环(2)中的第二阀门(13)和第二旁通管(14),环境空气热交换器(10)与第一冷却剂循环(2)去耦。
6.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述至少一个加热装置(6)是电加热装置和/或至少一个加热装置(6)是加热热交换器,用于将来自内燃机马达的热量传递给第二冷却剂循环(3)。
7.如权利要求6所述的系统,其特征在于,通过第二冷却剂循环(3)中的第五阀门(17)和第五旁通管(18),空气热交换器(5)与第二冷却剂循环(3)去耦;和/或通过第二冷却剂循环中的第六阀门和第六旁通管,加热热交换器与第二冷却剂循环去耦。
8.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述第一冷却剂循环(2)包括用于输送第一冷却剂的第一循环泵(19)和/或第二冷却剂循环(3)包括用于输送第二冷却剂的第二循环泵(20)。
9.一种用于冷却机动车电池(4)的方法,具有第一冷却剂循环(2)和第二冷却剂循环(3),该第一冷却剂循环(2)与电池(4)热耦联,其中,电池(4)的热量被传递给第一冷却剂循环(2),并且用于加热机动车内部空气,第二冷却剂循环(3)的热量被通过如上述权利要求中任一项所述的系统(1)传递给机动车内部空气,其特征在于,第二冷却剂循环(3)的热量通过混合阀(24)被传递给第一冷却剂循环(2),所述第一冷却剂循环(2)和第二冷却剂循环(3)具有作为冷却剂的液体,所述第一冷却剂循环(2)的冷却剂通过所述混合阀(24)导引到第二冷却剂循环(3)里面,反之亦然,由此利用从第二冷却剂循环(3)传递给第一冷却剂循环(2)的热量加热电池(4),和/或将第一冷却剂循环(2)的热量传递给第二冷却剂循环(3),由此利用从第一冷却剂循环(2)传递给第二冷却剂循环(3)的热量加热机动车内部空气。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,利用环境空气热交换器(10)将环境空气的热量传递给第一冷却剂循环(2),反之亦然。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,由于环境空气的热量被传递给电池(4),电池(4)被加热,和/或由于电池(4)的热量被传递给环境空气和/或电池(4)的热量被传递给机动车内部的空气,电池(4)被冷却。
12.如权利要求9所述的方法,其特征在于,第一冷却剂循环(2)利用冷循环的蒸发器(8)输出热量并由此冷却电池(4)。
13.如权利要求9所述的方法,其特征在于,由机动车内部空气加热第二冷却剂循环(3)和/或由电加热装置(6)加热第二冷却剂循环(3)和/或由内燃机马达的废热加热第二冷却剂循环(3)。
14.如权利要求13所述的方法,其特征在于,由于第二冷却剂循环(3)的热量被传递给第一冷却剂循环(2),电池(4)被机动车内部空气的热量和/或电加热装置(6)的热量和/或内燃机马达的废热加热。
15.如权利要求9所述的方法,其特征在于,通过控制和/或调节每单位时间在第一冷却剂循环(2)和/或第二冷却剂循环(3)里面循环的冷却剂量,从而控制和/或调节从第一冷却剂循环(2)传递给第二冷却剂循环(3)的热量,反之亦然。技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于加热和/或冷却电池和机动车内部的机动车系统和一种如权利要求9前序部分所述的方法。
背景技术
在具有内燃机马达和电动马达的混合动力车中,以及也在仅由电动机驱动的电动机动车中,一般需要电加热装置,用于加热机动车内部的空气。在具有内燃机马达的混合动力车中,内燃机马达的废热一般不足以加热机动车内部。在电动机动车中不存在内燃机马达,因此用于加热机动车内部空气的热量仅仅由电加热装置提供。在此,混合动力车或电动机动车一般具有以水作为冷却剂的第二冷却剂循环,它可以由电加热装置加热。在此,第二冷却剂循环的冷却剂具有空气热交换器,第二冷却剂循环的冷却剂的热量通过该空气热交换器传递给机动车内部空气。混合动力车或电动机动车的电池必需加热或冷却,用于得到足够的电池运行温度,例如在0°C至40°C的温度范围。在从电池输出电能时,电池放热,因此必需冷却电池,由此使电池不加热到高于30°C或40°C的温度。在低的外界温度时,例如在0°C以下,需要加热电池,由此可以由电池输出电能,而且也能输入电能充电。为此,混合动力车或电动机动车具有第一冷却剂循环,通过它冷却电池,尤其可以通过环境空气冷却。EPxa01264715A2示出一个用于电动机动车或混合动力车的机动车冷却系统。该机动车冷却系统具有冷却剂循环,它与电池热耦联。在通过电池的冷却剂循环中还安装冷却循环的蒸发器,具有冷凝器、压缩机和膨胀阀。利用蒸发器可以使冷却剂循环通过电池冷却,由此利用冷循环也可以冷却电池。冷循环还具有附加的蒸发器,利用它可以冷却机动车内部的空气。
发明内容
因此本发明的目的是,提供一种用于加热和/或冷却电池和机动车内部的机动车系统及其方法,其中可以利用来自第二冷却剂循环的热量和冷量实现电池的冷却和加热。这个目的通过一种用于加热和/或冷却电池和机动车内部的机动车系统实现,包括热耦联电池、尤其是电池热交换器的第一冷却剂循环;用于加热机动车内部的第二冷却剂循环,所述第二冷却剂循环具有用于将第二冷却剂循环的热量传递给机动车内部空气的空气热交换器和用于加热第二冷却剂循环的至少一个加热装置,其中所述第一冷却剂循环与第二冷却剂循环热耦联、尤其是通过循环热交换器或混合阀相互热耦联,从而利用来自第二冷却剂循环的热量加热电池和/或冷却机动车内部空气,其中,第二冷却剂循环的热量可被导引到第一冷却剂循环,尤其是利用循环热交换器或混合阀导引到第一冷却剂循环。具有电池的第一冷却剂循环与具有空气热交换器和加热装置的第二冷却剂循环彼此热耦联,该空气热交换器用于加热机动车内部的空气。由此以有利的方式加热电池,通过使第二冷却剂循环的热量传递给第一冷却剂循环。由此可以使由加热装置提供的热量用于加热电池。也可以利用空气热交换器将机动车内部空气的热量输出用于加热电池。以相反的方式也可以利用电池的废热加热机动车内部空气。因此,由于第一与第二冷却剂循环热耦联,可以总体上最佳地加热和/或冷却电池和机动车内部空气,由此可以节省能量。此外能够有效地加热电池,无需附加的用于单独加热电池的加热装置。可选的,这样设计第一与第二冷却剂循环的耦联,使得第二冷却剂循环传递给第一冷却剂循环的热量是有限的。即,热动力地这样设计例如使第一与第二冷却剂循环耦联的循环热交换器,使得在第一冷却剂循环里面调节0至最高40°的温度。因为这种温度不会损伤电池。循环热交换器的效率优选为0.4至0.85,特别优选为0.5至0.75。所述系统尤其包括冷循环,具有至少一个蒸发器、压缩机和冷凝器,其中,具有蒸发器热交换器的蒸发器与第一冷却剂循环热耦联,用于以蒸发器间接冷却电池。因此,通过与第一冷却剂循环热耦联的蒸发器,可以附加地利用冷循环冷却电池。由此能够与外界温度无关地冷却电池温度,由此也在外界温度很高时保证充分冷却电池。在另一实施例中,所述第一冷却剂循环和/或第二冷却剂循环具有作为冷却剂的液体、例如水。在一个补充实施例中,所述第一冷却剂循环热耦联环境空气热交换器,用于传递来自第一冷却剂循环的热量到环境空气,反之亦然。通过环境空气热交换器,热量可被从第一冷却剂循环传递给环境空气,反之亦然。这具有许多优点。在低的外界温度时,只要环境空气的外界温度低于电池的实际温度,可以利用环境空气冷却电池,不需要运行冷循环的能量。此外,环境空气也可以用于冷却机动车内部空气,如果机动车内部空气的实际温度低于环境空气的温度。因此,在太阳照射到机动车内部上且环境空气外界温度低时,机动车内部的冷却可以不需要运行冷循环,并且在循环模式下,外部空气也不会直接导入到机动车内部。最好通过第一冷却剂循环中的第一阀门和第一旁通管使蒸发器热交换器与第一冷却剂循环去耦和耦联,和/或通过第一冷却剂循环中的第二阀门和第二旁通管使环境空气热交换器与第一冷却剂循环去耦和耦联,和/或通过第一冷却剂循环中第三阀门和第三旁通管使循环热交换器与第一冷却剂循环去耦和耦联。在一个变化中,所述至少一个加热装置是电加热装置和/或至少一个加热装置是加热热交换器,用于传递来自内燃机马达的热量到第二冷却剂循环。适宜地通过第二冷却剂循环中的第四阀门和第四旁通管使循环热交换器与第二冷却剂循环去耦和耦联,和/或通过第二冷却剂循环中的第五阀门和第五旁通管使空气热交换器与第二冷却剂循环去耦和耦联,和/或通过第二冷却剂循环中的第六阀门和第六旁通管使加热热交换器与第二冷却剂循环去耦和耦联。在另一实施例中,所述第一冷却剂循环包括用于输送第一冷却剂的第一循环泵,和/或第二冷却剂循环包括用于输送第二冷却剂的第二循环泵。适宜地,至少一个阀门是3/2换向阀,特别的,所有阀门都是3/2换向阀。按照本发明的用于冷却机动车电池的方法,具有第一冷却剂循环,它热耦联电池,通过使电池的热量传递给第一冷却剂循环,并且用于加热机动车内部空气,还具有第二冷却剂循环,通过使第二冷却剂循环的热量传递给机动车内部空气,尤其是利用本申请所要求保护的系统,其中第二冷却剂循环的热量传递给第一冷却剂循环,由此利用从第二冷却剂循环传递给第一冷却剂循环的热量加热电池,和/或传递第一冷却剂循环的热量到第二冷却剂循环,由此利用从第一冷却剂循环传递给第二冷却剂循环的热量加热机动车内部空气。尤其利用环境空气热交换器将环境空气的热量传递给第一冷却剂循环,反之亦然。在另一个实施例中,通过使环境空气的热量传递给电池加热电池,和/或通过使电池的热量传递给环境空气和/或使电池的热量传递给机动车内部的空气冷却电池。在补充的变化中,利用冷循环的蒸发器从第一冷却剂循环输出热量并由此冷却电池。在另一变化中,由机动车内部空气加热第二冷却剂循环,和/或由电加热装置加热第二冷却剂循环,和/或由内燃机马达或燃烧电池的废热加热第二冷却剂循环。在另一个实施例中,通过使第二冷却剂循环的热量传递给第一冷却剂循环,由机动车内部空气的热量和/或由电加热装置的热量和/或由内燃机马达或燃料电池的废热加热电池。特别的,通过控制和/或调节每单位时间在第一冷却剂循环和/或第二冷却剂循环里面循环的冷却剂量,从而控制和/或调节从第一冷却剂循环传递给第二冷却剂循环的热量,反之亦然,例如通过控制和/或调节第一循环泵和/或第二循环泵的输出,和/或通过控制和/或调节阀门。
附图说明
下面借助于附图详细解释本发明。附图中:图1以非常简化的视图示出用于加热和/或冷却电池和机动车内部的机动车系统的第一实施例,图2以非常简化的视图示出用于加热和/或冷却电池和机动车内部的机动车系统的第二实施例,图3以非常简化的视图示出用于加热和/或冷却电池和机动车内部的机动车系统的第三实施例,图4以非常简化的视图示出用于加热和/或冷却电池和机动车内部的机动车系统的第四实施例。附图标记1系统2第一冷却剂循环3第二冷却剂循环4电池5空气热交换器6加热装置7循环热交换器8蒸发器9蒸发器热交换器10环境空气热交换器11用于蒸发器热交换器的第一阀门12用于蒸发器热交换器的第一旁通管13用于环境空气热交换器的第二阀门14用于环境空气热交换器的第二旁通管15用于循环热交换器的第三阀门16用于循环热交换器的第三旁通管17用于空气热交换器的第五阀门18用于空气热交换器的第五旁通管19在第一冷却剂循环中的第一循环泵20在第二冷却剂循环中的第二循环泵21第一冷却剂循环的管道22第二冷却剂循环的管道23电池热交换器24混合阀。
具体实施方式
在图1中示出用于加热和/或冷却电池4和机动车内部的机动车系统1。在此,电池4作为驱动机动车的牵引电池。系统1具有第一冷却剂循环2,该第一冷却剂循环2具有管道21,具有防冻剂的水借助第一循环泵19通过管道21作为冷却剂循环。具有管道22的第二冷却剂循环3同样具有作为冷却剂或作为载热介质的含有防冻剂的水,该水借助第二循环泵20通过管道22循环。第一冷却剂循环2通过电池热交换器23与电池4热耦联。为了冷却或加热电池4,在电池热交换器23上被加热或冷却的空气围绕电池4循环。在第一冷却剂循环2中还集成有环境空气热交换器10。利用环境空气热交换器10可以将机动车环境空气的热量传递给第一冷却剂循环2,反之亦然。利用第二阀门13,它构造为3/2换向阀13,和第二旁通管14可以使环境空气热交换器10与第一冷却剂循环2去耦。在第一冷却剂循环2里面还集成有蒸发器8或蒸发器热交换器9。蒸发器8或蒸发器热交换器9可以利用第一阀门11和第一旁通管12与第一冷却剂循环2去耦。在第二冷却剂循环3里面集成有空气热交换器5。利用空气热交换器5可以将热量从第二冷却剂循环3传递到空气,它输送到机动车内部,由此可以加热机动车内部空气。这一点也可能反过来实现,由此使机动车内部空气的热量利用空气热交换器5传递给第二冷却剂循环3。空气热交换器5可以利用第五阀门17、即3/2换向阀17和第五旁通管18与第二冷却剂循环3去耦。在第二冷却剂循环3里面还集成有加热装置6。在此,加热装置6最好构造为电加热装置。与此不同,如果机动车是具有内燃机马达和电动马达的混合动力车,也可以在第二冷却剂循环中附加地集成有加热热交换器(未示出)作为加热装置6,由此利用加热热交换器将机动车内燃机马达的废热传递给第二冷却剂循环3。在电动机动车中,加热装置6仅仅是电加热装置。第二冷却剂循环3的温度水平一般高于第一冷却剂循环2的温度水平。第二冷却剂循环3用于加热输送到机动车内部的空气,其中,第二冷却剂循环3的液体被加热装置6加热,由此,输送到机动车内部的空气被空气热交换器5加热。因此空气热交换器5构成机动车空调设备的空气热交换器5,该空调设备具有未示出的外壳和风机,即输送到机动车内部的空气在空气热交换器5旁边被导引经过。第一冷却剂循环2用于加热或冷却电池4到所期望的目标温度,例如0°C至40°C的范围。如果电池4的温度高于机动车环境空气的温度,利用环境空气热交换器10可以将电池的热量传递给环境空气,由此冷却电池4。这一点也能反过来实现:如果环境空气的温度高于电池4的温度,利用环境空气的热量可以加热电池。在第一冷却剂循环2里面的蒸发器8用于冷却电池4。在此,蒸发器8是未示出的冷循环的一部分,该冷循环具有压缩机、冷凝器和冷却剂循环。在此,该冷循环最好是未示出的机动车空调设备的组成部分,并且除了在图1中所示的蒸发器8以外也具有其它附加的蒸发器(未示出),该附加的蒸发器仅仅用于冷却输送到机动车内部的空气。如果环境空气的温度高于电池的实际温度,利用环境空气则不可能冷却电池。为此,利用蒸发器8冷却第一冷却剂循环2的冷却剂,由此使电池4冷却到所期望的温度。在电池4利用蒸发器8的进行冷却的这种情况下,一般利用第二阀门13和第二旁通管14使环境空气热交换器10与第一冷却剂循环2去耦,由此使由蒸发器8提供给第一冷却剂循环2的冷量不传递给环境,另一方面可以减小第一循环泵19的输送功率,从而额外地节省能量。在仅仅利用环境空气热交换器10冷却或加热电池时,一般使蒸发器8与第一冷却剂循环去耦,用于减小在第一冷却剂循环2里面的流阻并由此减小第一循环泵的输送功率以节能。第一冷却剂循环2和第二冷却剂循环3利用循环热交换器7相互热耦联。由此,循环热交换器7可以将热量从第二冷却剂循环3传递给第一冷却剂循环2,反之亦然。利用作为3/2换向阀的第三阀门15和第三旁通管16可以使循环热交换器7与第一冷却剂循环2液压地去耦。此外能够利用阀门15控制通过循环热交换器7和第三旁通管16的流动,使得通过管道21流到第三阀门15的一部分冷却剂被导引到循环热交换器7。由此能够控制从第一冷却剂循环2传递给第二冷却剂循环3的热量,反之亦然。在单位时间中,越多液体被导引通过循环热交换器7,即,越多第一冷却剂循环2的冷却剂通过循环热交换器7流动,则越多热量可以从第二冷却剂循环3传递给第一冷却剂循环2,反之亦然。由于第二冷却剂循环3与第一冷却剂循环2热耦联,电池4可被加热装置6间接加热。由此不需要使用独立的电池4的加热装置,从而以有利的方式能量最佳地加热电池4。为此只需接通加热装置6作为电加热装置,并且利用循环热交换器7将热量传递给第一冷却剂循环2。如果要利用加热装置6仅仅加热电池4,一般利用第五阀门17和第五旁通管18使空气热交换器5与第二冷却剂循环去耦,用于避免空气热交换器5上的不必要的热损失,并且减小在第二冷却剂循环3内部的流阻,使得第二循环泵20仅需要尽可能低的驱动功率。以类似方式,在这种运行情况下也可以在第一冷却剂循环2上使环境空气热交换器10和蒸发器8与第一冷却剂循环2去耦。由此不会不必要地例如从环境空气热交换器10输出热量到环境。此外能够利用电池4的废热加热机动车内部空气。如果例如从电池4输出高的电功率,并由此将电池4的大量的热量传递给第一冷却剂循环2,电池4的这种废热不仅可以传递给环境空气热交换器10,而且可以利用循环热交换器7传递给空气热交换器5,该空气热交换器加热输送到机动车内部的空气。此外也可以通过环境空气热交换器10将环境空气的热量传递给空气热交换器5,由此传递给机动车的机动车内部。在所述的不同运行位置也能够实现任意的中间位置。例如也可以使电池4的废热不仅传递给空气热交换器5,而且传递给环境空气热交换器10。这能够通过阀门11,13,15和/或17相应地由未示出的控制单元控制。系统1除了未示出的控制单元以外也包括用于检测所有主要组成部分的温度传感器,尤其是电池4、空气热交换器5、环境空气热交换器10、环境空气、机动车内部空气、第一冷却剂循环2的冷却剂和/或第二冷却剂循环3的冷却剂。由此能够利用控制单元总体上实现能量最佳地冷却或加热电池4以及机动车内部空气。由此可以以有利的方式总体上使用于冷却和/或加热电池4所需的能量最小化。在图2中示出系统1的第二实施例。下面基本只描述与图1的第一实施例的差别。蒸发器8或蒸发器热交换器9集成到第三旁通管16里面,由此使蒸发器8与循环热交换器7液压并联地设置。利用作为3/2换向阀的第三阀门15,可以只使循环热交换器7、只使蒸发器8或者在中间位置不仅使循环热交换器7而且蒸发器热交换器9被第一冷却剂循环2的冷却剂通流。由此与第一实施例相比省去第一阀门11和第一旁通管12,即,节省第一阀门11和第一旁通管12并且减少在第一冷却剂循环2中的压力损失。在图3中示出系统1的第三实施例。下面基本只描述与图2的第二实施例的差别。在第二冷却剂循环3里面已经省去用于使空气热交换器5与第二冷却剂循环3去耦的第五阀门17和第五旁通管18。由此可以节省用于第五阀门17和第五旁通管18的成本。在图4中示出系统1的第四实施例。下面基本只描述与图3的第三实施例的差别。为了使第二冷却剂循环3与第一冷却剂循环2热耦联,使用混合阀24代替循环热交换器7。由此可以使第一冷却剂循环2的冷却剂导引到第二冷却剂循环3里面,反之亦然。混合阀24由4/3换向阀构成。由此可以节省用于循环热交换器7的成本。由于使用混合阀24,在两个冷却剂循环2,3同时运行时,第一冷却剂循环2中和第二冷却剂循环3中的温度水平不能相互独立地分别调节。总体上观察,按照本发明的系统1和按照本发明的方法具有明显的优点。第一冷却剂循环2主要用于冷却或加热电池4,第二冷却剂循环3主要用于利用空气热交换器5加热输送到机动车内部的空气。由于两个冷却剂循环2,3的热耦联,由加热装置6提供的热量也可用于加热电池4。此外,因为系统的所有组成部分可以任意地相互热相连,总体上能够实现能量最佳的运行,由此使总体上所需的用于冷却和/或加热电池以及用于冷却或加热机动车内部空气的能耗最小化并也由此最佳化。