Система и способ (варианты) для управления тепловым аккумулятором
Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам и системам для управления устройством аккумулирования тепла системы транспортного средства. В одном примере способ содержит шаги, на которых: оценивают температуру теплового аккумулятора после достижения теплового равновесия между аккумулятором и находящимся в нем хладагентом и определяют степень заряженности аккумулятора по результату оценки температуры и одному или нескольким химическим свойствам двух материалов с фазовым переходом, содержащихся в аккумуляторе, при этом тепловой аккумулятор может содержать два материала с фазовым переходом с разными точками плавления для обеспечения тепловой энергии для нагрева хладагента в системе хладагента транспортного средства. Повышение степени оценки достоверности заряженности теплового аккумулятора является техническим результатом изобретения. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Для улучшения обогрева различных компонентов системы транспортного средства разработаны устройства аккумулирования тепловой энергии, вырабатываемой системой транспортного средства, для последующего использования. Эти устройства аккумулирования тепла обычно содержат материал с фазовым переходом МФП (РСМ) с возможностью аккумулирования значительного количества тепловой энергии в виде скрытой теплоты при температуре фазового перехода МФП. В одном примере решения, раскрытом в US 2004/0154784, внутреннее оснащение транспортного средства может содержать материалы с фазовым переходом, например, твердый парафин, для сохранения энергии с одновременным обеспечением тепла в пассажирском отделении.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки таких систем. А именно, достоверность оценки степени заряженности таких устройств аккумулирования тепла может существенно падать при температуре фазового перехода МФП в системах, содержащих МФП только одного типа. Из-за скрытой теплоты, накопленной в МФП при температуре его фазового перехода, может быть трудно оценить степень заряженности МФП во время перехода МФП между фазами при температуре его фазового перехода. Кроме того, даже в устройствах аккумулирования тепла, содержащих несколько МФП, например, в устройстве, раскрытом в US 2014/0079978, достоверность оценки степени заряженности может падать, когда температура хладагента, выходящего из устройства аккумулирования тепла, отлична от температуры устройства аккумулирования тепла.
Например, температура хладагента, выходящего из устройства аккумулирования тепла, может быть отлична от температуры устройства аккумулирования тепла, если хладагент не нагрет до температуры устройства аккумулирования тепла. Это может происходить, когда температура хладагента, поступающего в устройство аккумулирования тепла, значительно ниже, чем у устройства аккумулирования тепла, в связи с чем устройство аккумулирования тепла не может нагреть хладагент достаточно быстро для приведения его в тепловое равновесие с устройством аккумулирования тепла до выхода хладагента из устройства аккумулирования тепла. То есть хладагент может оставаться в устройстве аккумулирования тепла недостаточно долго для достижения теплового равновесия с устройством аккумулирования тепла. Поэтому температура хладагента, выходящего из устройства аккумулирования тепла, может не отражать фактическую температуру устройства аккумулирования тепла. В связи с этим, если степень заряженности аккумулятора оценивают по температуре выходящего из него хладагента, достоверность таких оценок может быть пониженной.
В качестве одного примера, вышеуказанные недостатки позволяет преодолеть способ, содержащий шаги, на которых: оценивают температуру теплового аккумулятора после достижения теплового равновесия между аккумулятором и находящимся в нем хладагентом и определяют степень заряженности аккумулятора по результату оценки температуры и одному или нескольким химическим свойствам материала с фазовым переходом, содержащегося в тепловом аккумуляторе. Температуру теплового аккумулятора можно оценивать по выходным сигналам датчика температуры, соединенного с выходом хладагента из аккумулятора, при этом датчик выполнен с возможностью измерения температуры хладагента, выходящего из аккумулятора.
В еще одном примере способ для системы охлаждения двигателя может содержать шаги, на которых: останавливают поток хладагента через устройство аккумулирования тепла, содержащее два материала с фазовым переходом с разными точками плавления, на некоторый период, возобновляют поток хладагента через устройство аккумулирования тепла по прошествии указанного периода и оценивают температуру хладагента, выходящего из устройства аккумулирования тепла, по выходным сигналам датчика температуры, расположенного вблизи выхода хладагента из указанного устройства, и вычисляют степень заряженности устройства по результату оценки температуры хладагента и одному или нескольким химическим свойствам указанных материалов с фазовым переходом. Кроме того, указанный период может представлять собой количество времени, необходимое для достижения теплового равновесия между хладагентом, находящимся в устройстве, и внутренними компонентами устройства, содержащими указанные материалы с фазовым переходом, при этом указанный период можно вычислять по последнему по времени результату измерения температуры хладагента и последнему по времени результату оценки степени заряженности аккумулятора.
В еще одном примере система теплового аккумулятора может содержать устройство аккумулирования тепла, содержащее первый материал с фазовым переходом с первой температурой фазового перехода и второй материал с фазовым переходом со второй, отличной, температурой фазового перехода. Система теплового аккумулятора может дополнительно содержать клапан хладагента с возможностью регулирования между первым положением и вторым положением для выборочного соединения устройства аккумулирования тепла с контуром хладагента двигателя и регулирования количества хладагента, циркулирующего через устройство аккумулирования тепла. Кроме того, система теплового аккумулятора может содержать датчик температуры для оценки температуры устройства и контроллер с машиночитаемыми командами в долговременной памяти для: оценки температуры устройства по прошествии порогового периода после остановки потока хладагента в устройстве и определения степени заряженности системы аккумулятора по результату оценки температуры и одному или нескольким химическим свойствам указанных материалов с фазовым переходом. В некоторых примерах первый и второй материалы с фазовым переходом могут быть объединены в комбинацию. При этом в других примерах первый и второй материалы с фазовым переходом могут быть разнесены по разным элементам аккумулятора.
Таким образом, временная остановка потока хладагента через тепловой аккумулятор до достижения теплового равновесия между аккумулятором, его внутренними компонентами и находящимся в нем хладагентом позволяет повысить достоверность результатов оценки степени заряженности теплового аккумулятора. Возобновление потока хладагента после достижения теплового равновесия между хладагентом и аккумулятором и измерение температуры хладагента, выходящего из аккумулятора и имеющего температуру термически уравновешенного аккумулятора, позволяет осуществлять более непосредственное и точное измерение температуры аккумулятора и, как следствие, точнее определять степень заряженности.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Заявляемый предмет изобретения также не ограничивается вариантами осуществления, устраняющими недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящей заявки.
Краткое описание фигур чертежа
На ФИГ. 1А схематически изображен пример системы транспортного средства, содержащей систему терморегулирования.
На ФИГ. 1В схематически изображена система терморегулирования на ФИГ. 1А, содержащая устройство аккумулирования тепла.
На ФИГ. 2А изображен первый пример устройства аккумулирования тепла на ФИГ. 1В.
На ФИГ. 2В изображен второй пример устройства аккумулирования тепла на ФИГ. 1В.
На ФИГ. 2С изображен третий пример устройства аккумулирования тепла на ФИГ. 1В.
На ФИГ. 2D изображен четвертый пример устройства аккумулирования тепла на ФИГ. 1В.
На ФИГ. 2Е изображен пятый пример устройства аккумулирования тепла на ФИГ. 1В.
На ФИГ. 3 изображена блок-схема примера способа для регулирования степени заряженности устройства аккумулирования тепла.
На ФИГ. 4 изображена блок-схема первого пример способа для определения степени заряженности устройства аккумулирования тепла.
На ФИГ. 5 изображен второй пример способа для определения степени заряженности устройства аккумулирования тепла.
На ФИГ. 6 изображен третий пример способа для определения степени заряженности устройства аккумулирования тепла.
На ФИГ. 7 изображена диаграмма, характеризующая изменения потока хладагента через устройство аккумулирования тепла в зависимости от параметров работы двигателя.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для регулирования степени заряженности теплового аккумулятора. Тепловой аккумулятор, например, тепловой аккумулятор на ФИГ. 2А-2Е, может входить в состав системы транспортного средства, например, системы транспортного средства на ФИГ. 1А, для аккумулирования избытка тепла, создаваемого системой транспортного средства, для последующего использования. Например, тепловую энергию, накопленную тепловым аккумулятором, можно использовать в системе терморегулирования, например, системе терморегулирования на ФИГ. 1В, для обогрева различных компонентов транспортного средства, например, двигателя транспортного средства, салона и т.п. А именно, тепло из теплового аккумулятора на различные компоненты транспортного средства может передавать хладагент, циркулирующий через тепловой аккумулятор. При этом, по мере протекания хладагента через тепловой аккумулятор и поглощения им тепла из теплового аккумулятора, температура и, следовательно, степень заряженности аккумулятора могут падать. Для зарядки, т.е. нагрева, аккумулятора можно использовать избыток тепла, создаваемого системой транспортного средства, например, тепло отработавших газов. На ФИГ. 3 раскрыты примеры способов управления для регулирования степени заряженности аккумулятора. Степень заряженности аккумулятора можно выводить из температуры хладагента на выходе теплового аккумулятора.
Однако, в определенных условиях, например, когда хладагент протекает через тепловой аккумулятор, а температура хладагента, поступающего в тепловой аккумулятор, значительно отличается от температуры теплового аккумулятора, время нахождения хладагента в тепловом аккумуляторе может быть недостаточным для достижения теплового равновесия с аккумулятором. То есть, несмотря на то, что температура хладагента может возрасти при его протекании через тепловой аккумулятор, она все еще может быть ниже температуры теплового аккумулятора после выхода из него.
Поэтому, как раскрыто в примере способа на ФИГ. 4, степень заряженности аккумулятора можно оценивать, когда температура хладагента достигнет температуры теплового аккумулятора. В других примерах, например, в примере способа на ФИГ. 5, поток хладагента через тепловой аккумулятор можно временно остановить до тех пор, пока температура хладагента в тепловом аккумуляторе не достигнет температуры теплового аккумулятора. После этого поток хладагента можно возобновить и измерить температуру хладагента на выходе из теплового аккумулятора для оценки степени заряженности аккумулятора. Примеры изменения потока хладагента через тепловой аккумулятор представлены на ФИГ. 7.
На ФИГ. 1А представлен пример осуществления автотранспортного средства 2, содержащего систему 100 терморегулирования по настоящему изобретению. Транспортное средство 2 содержит ведущие колеса 6, пассажирский салон 4 и двигатель 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 внутреннего сгорания содержит по меньшей мере одну камеру сгорания (не показана), куда поступает всасываемый воздух по заборному каналу 46 с возможностью выпуска газообразных продуктов сгорания по выпускному каналу 48. Двигатель 10 может входить в состав автотранспортного средства, например дорожного транспортного средства, помимо прочих видов транспортных средств. В некоторых вариантах осуществления двигатель 10 может входить в состав силовой установки, также содержащей питаемый от аккумулятора электромотор, например, в гибридно-электрическом транспортном средстве ГЭТС (HEV) или гибридно-электрическом транспортном средстве с последовательной схемой ГЭТСПС (PHEV). В некоторых вариантах осуществления система 100 терморегулирования может входить в состав электрического транспортного средства ЭТС (EV), где двигатель 10 отсутствует.
Система 100 терморегулирования может содержать устройство 50 аккумулирования тепла или тепловой аккумулятор 50. Несколько вариантов осуществления теплового аккумулятора 50 представлены и подробно раскрыты ниже на примерах ФИГ. 1В-2Е. Как показано на ФИГ. 1А и 1В, система 100 терморегулирования может быть соединена с двигателем 10, выпускным каналом 48 и пассажирским салоном 4. Устройство 50 аккумулирования тепла выполнено с возможностью улавливания и накапливания тепла, создаваемого двигателем 10, посредством одного или нескольких материалов с фазовым переходом (МФП). А именно, тепло потока отработавших газов по выпускному каналу 48 можно передавать в устройство 50 аккумулирования тепла и накапливать для последующего использования. Впоследствии тепло из устройства 50 аккумулирования тепла можно использовать, например, для подачи тепла на двигатель 10 при холодном запуске, для обогрева пассажирского салона 4 по пассажирскому запросу на обогрев салона и т.п. Кроме того, в некоторых примерах устройство 50 аккумулирования тепла выполнено с возможностью выработки тепла посредством обратимых экзотермических и эндотермических химических реакций.
На ФИГ. 1А также показана система 14 управления транспортного средства 2. Система 14 управления может быть соединена с возможностью связи с различными компонентами двигателя 10 и системы 100 терморегулирования для реализации алгоритмов управления и действий, раскрытых в настоящей заявке. Как показано на ФИГ. 1А, система 14 управления может содержать электронный цифровой контроллер 12. Контроллер 12 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и шину данных.
Как показано, контроллер 12 выполнен с возможностью приема входных сигналов от множества датчиков 16, в число которых могут входить входные сигналы от пользователя и (или) датчиков (например, сигналы положения передачи в трансмиссии, положение муфты трансмиссии, положения педали газа, торможения, положения переключателя передач, скорости транспортного средства, частоты вращения двигателя, массового расхода воздуха через двигатель, температуры окружающей среды, температуры всасываемого воздуха и т.п.), датчиков системы климат-контроля (например, сигналы температуры хладагента, температуры антифриза, температуры адсорбента, скорости вентилятора, температуры в пассажирском отделении, необходимой температуры в пассажирском отделении, влажности окружающей среды и т.п.) и другие.
Кроме того, контроллер 12 выполнен с возможностью связи с различными исполнительными устройствами 18, в число которых могут входить исполнительные устройства двигателя (например, топливные форсунки, электронно-управляемая дроссельная заслонка всасываемого воздуха, свечи зажигания, муфты трансмиссии и т.п.), исполнительные устройства системы терморегулирования (например, вентиляционные каналы и (или) отводные клапаны, клапаны регулирования потока хладагента, клапаны регулирования потока охлаждающего вещества, приводы воздуходувок, приводы вентиляторов, приводы насосов и т.п.) и другие. В некоторых примерах в носитель информации могут быть введены машиночитаемые данные, представляющие собой команды, исполняемые процессорным устройством для выполнения раскрытых ниже способов, а также других предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов.
На ФИГ. 1В схематически изображен пример осуществления системы 100 терморегулирования. Система 100 терморегулирования содержит две схемы: схему 101 теплообмена и схему 102 циркуляции хладагента. Схема 101 теплообмена содержит устройство 50 аккумулирования тепла, контур 103 теплообмена хладагента и контур 104 утилизации тепла. Схема 102 циркуляции хладагента содержит схему 105 двигателя и отопительную схему 106. Тепловая энергия от потока отработавших газов в выпускном канале 48 может быть передана текучей среде в контуре 104 утилизации тепла. Нагретую текучую среду в контуре 104 утилизации тепла можно направить через устройство 50 аккумулирования тепла для нагрева и (или) зарядки устройства 50 аккумулирования тепла. То есть устройство аккумулирования тепла выполнено с возможностью улавливания и (или) накапливания тепловой энергии, полученной от горячих отработавших газов. Так энергию, которая в ином случае была бы сброшена в атмосферу, можно утилизировать и использовать в системе 100 терморегулирования. Это позволяет повысить топливную экономичность системы 100. Тепловую энергию, уловленную устройством 50 аккумулирования тепла, впоследствии можно использовать для обогрева различных компонентов транспортного средства, например, двигателя 10, сердечника 137 нагревателя, пассажирского салона (например, пассажирского салона 4 на ФИГ. 1А). А именно, передавать тепловую энергию из устройства 50 аккумулирования тепла на различные компоненты транспортного средства может хладагент, циркулирующий через устройство 50 аккумулирования тепла. При протекании хладагента через устройство 50 аккумулирования тепла, происходит его нагрев, после чего нагретый хладагент можно подавать с помощью насоса на различные компоненты транспортного средства по схеме 102 циркуляции хладагента.
Схема 101 теплообмена может задействовать устройство 50 аккумулирования тепла для улавливания тепловой энергии потока отработавших газов в выпускном канале 48 через контур 104 утилизации тепла. Контур 104 утилизации тепла может содержать теплообменники 111 и 119, клапан 120 и насос 121. Клапан 120 и насос 121 выполнены с возможностью управления по сигналам контроллера 12. То есть контроллер 12 может направлять сигналы на клапан 120 и (или) насос 121 для регулирования их работы. А именно, контроллер 12 может регулировать проход клапана 120 и (или) число оборотов насоса 121 для регулирования количества текучей среды, протекающей через контур 104. В некоторых примерах клапан 120 может быть бесступенчато-регулируемым. При этом в других примерах клапан 120 может быть двухпозиционным. Насос 121 может представлять собой насос с регулируемым числом оборотов. Увеличение прохода клапана 120 и (или) числа оборотов насоса 121 позволяет увеличить поток текучей среды в контуре 104 утилизации тепла между теплообменником 111 и теплообменником 119. Это обеспечивает передачу тепловой энергии отработавших газов в выпускном канале 48 в поток текучей среды через теплообменник 119. После нагрева отработавшими газами в выпускном канале 48, текучая среда в контуре 104 может течь через устройство 50 аккумулирования тепла, а именно - через теплообменник 111, и передавать тепловую энергию в устройство 50 аккумулирования тепла.
Таким образом, передачу тепла отработавших газов на хладагент в схеме 102 циркуляции хладагента и различные компоненты транспортного средства можно осуществлять сначала путем передачи тепла от отработавших газов на устройство 50 аккумулирования тепла посредством текучей среды, циркулирующей между устройством 50 аккумулирования тепла и выпускным каналом 48. Затем может происходить передача тепла в устройстве 50 аккумулирования тепла на хладагент в схеме 102 циркуляции хладагента путем пропускания потока хладагента в схеме 102 циркуляции хладагента через контур 103 теплообмена, расположенный в устройстве 50 аккумулирования тепла.
Контур 103 теплообмена содержит клапан 117 с возможностью изменения его положения контроллером 12 для регулирования количества хладагента, протекающего через устройство 50 аккумулирования тепла и контур 103 теплообмена. В некоторых примерах клапан 117 может представлять собой трехходовой клапан с возможностью установки в первое положение, в котором поток хладагента через контур 103 теплообмена по существу блокирован и может течь только по линии 118 хладагента непосредственно к насосу 133 без протекания через устройство 50 аккумулирования тепла. Клапан 117 также может быть установлен во второе положение, в котором по существу весь хладагент в схеме 102 циркуляции хладагента течет через контур 103 теплообмена и устройство 50 аккумулирования тепла, а поток хладагента по линии 118 хладагента по существу отсутствует. В некоторых примерах клапан 117 может быть бесступенчато-регулируемым с возможностью установки в любое промежуточное положение между первым положением и вторым положением.
Регулирование клапана между первым положением и вторым положением позволяет регулировать количество хладагента, протекающего через устройство 50 аккумулирования тепла. А именно, количество хладагента, протекающего через контур 103 теплообмена, можно увеличить по сравнению с линией 118 хладагента путем изменения положения клапана 117 в сторону второго и в сторону от первого положения. По запросу увеличения температуры хладагента, например, во время холодного запуска двигателя, контроллер 12 может направлять сигналы на клапан 117 для изменения его положения в сторону второго положения для увеличения количества хладагента, протекающего через устройство 50 аккумулирования тепла. Температуру хладагента можно увеличить путем пропускания потока хладагента через устройство 50 аккумулирования тепла. Так устройство 50 аккумулирования тепла может при необходимости служить дополнительным источником тепла для хладагента.
В некоторых примерах контур 103 теплообмена может дополнительно содержать клапан 124 с возможностью регулирования количества хладагента, текущего из устройства 50 аккумулирования тепла обратно в схему 102 циркуляции хладагента. Клапан 124 выполнен с возможностью установки в закрытое первое положение, в котором поток хладагента через него по существу отсутствует, то есть поток хладагента через устройство 50 аккумулирования тепла и контур 103 теплообмена остановлен. Клапан 124 также выполнен с возможностью установки в полностью открытое второе положение, в котором через него протекает хладагент. В некоторых примерах клапан 124 может быть бесступенчато-регулируемым с возможностью установки в любое положение между первым и вторым для регулирования количества хладагента, выходящего из клапана 124. А именно, контроллер 12 может направлять сигналы на клапан 124 для изменения его положения. Количество хладагента, протекающего через клапан 124, может расти при увеличении прохода, образуемого клапаном 124, по мере роста отклонения клапана 124 в сторону открытого второго положения, т.е. в сторону от закрытого первого положения.
После выхода из устройства 50 аккумулирования тепла, хладагент можно направить к насосу 133 под действием разрежения, возникающего на входе насоса 133. Так хладагент можно перекачивать из линии 118 хладагента и (или) контура 103 теплообмена на различные компоненты транспортного средства, например, двигатель 10, с помощью насоса 133. Проще говоря, насос 133 может осуществлять циркуляцию хладагента по схеме 102 циркуляции хладагента.
Следует понимать, что в некоторых примерах хладагент в схеме 102 циркуляции хладагента можно не направлять через устройство 50 аккумулирования тепла, а также то, что система 100 терморегулирования может содержать отдельный контур текучей среды для улавливания тепла, накапливаемого в устройстве 50 аккумулирования тепла. В таких примерах передачу тепла из устройства 50 аккумулирования тепла на хладагент в схеме 102 циркуляции хладагента можно осуществлять посредством отдельного контура теплообмена, например, контура 104 утилизации тепла. Поток текучей среды через этот отдельный контур теплообмена можно направить через устройство 50 аккумулирования тепла для улавливания тепла из устройства 50 аккумулирования тепла. Контур теплообмена может содержать дополнительный насос для перекачивания текучей среды через устройство 50 аккумулирования тепла. Текучая среда в данном контуре может передавать тепло из устройства 50 аккумулирования тепла на хладагент в схеме 102 циркуляции хладагента через теплообменник, например, теплообменник 119. То есть хладагент в схеме 102 циркуляции хладагента может проходить не через устройство 50 аккумулирования тепла, а через теплообменник, где может происходить передача на хладагент тепла, уловленного из устройства 50 аккумулирования тепла потоком текучей среды в отдельном контуре теплообмена.
Датчик 112 температуры может быть соединен с контуром 103 теплообмена для оценки температуры устройства 50 аккумулирования тепла. А именно, датчик 112 температуры может быть установлен на выходе хладагента из устройства 50 аккумулирования тепла, где хладагент покидает устройство 50 аккумулирования тепла. Датчик 112 температуры выполнен с возможностью измерения температуры хладагента в контуре 103 теплообмена на выходе из устройства 50 аккумулирования тепла. Из сигналов от датчика 112 температуры контроллер 12 может вывести степень заряженности устройства 50 аккумулирования тепла. При этом в других примерах датчик 112 температуры может быть соединен непосредственно с устройством 50 аккумулирования тепла для измерения его температуры. Степень заряженности устройства 50 аккумулирования тепла может быть пропорциональна температуре устройства 50. То есть степень заряженности может возрастать с ростом температуры устройства 50.
Устройство 50 аккумулирования тепла может содержать кожух 107. Кожух 107 может содержать различные изоляционные материалы для поддержания температуры устройства 50 аккумулирования тепла. Кроме того, устройство 50 аккумулирования тепла содержит материал 116 с фазовым переходом (МФП). В некоторых примерах, раскрытых ниже со ссылкой на ФИГ. 2D-2E, два разных МФП с разными температурами плавления можно объединить для образования комбинации в устройстве 50 аккумулирования тепла. При этом в других примерах, раскрытых ниже со ссылкой на ФИГ. 2В-2С, указанные два МФП с разными температурами плавления могут быть разнесены по разным элементам.
В некоторых вариантах осуществления, как раскрыто на ФИГ. 1В, устройство 50 аккумулирования тепла также выполнено с возможностью выработки тепловой энергии путем химической адсорбции. В примерах устройства аккумулирования тепла, выполненного с возможностью выработки тепловой энергии, устройство 50 выработки тепловой энергии может содержать множество адсорбирующих элементов 122 с возможностью заполнения адсорбентом. Адсорбент может представлять собой высокоэнергетический материал средней плотности, например, силикагель, цеолит, активированный уголь или другие подходящие адсорбенты. Адсорбент может быть сформирован в виде кристаллической структуры внутри адсорбирующих элементов 122. Устройство 50 аккумулирования тепла может дополнительно содержать резервуар 108 текучей среды, связанный по текучей среде с адсорбирующими элементами 122 через электронный дроссельный клапан 109. Электронный дроссельный клапан 109 выполнен с возможностью открытия или закрытия по сигналам от контроллера 12. Резервуар 108 текучей среды может содержать адсорбат, при соединении которого с адсорбентом в адсорбирующих элементах 122 возникает экзотермическая реакция. Например, в вариантах осуществления, где адсорбент представляет собой, например, цеолит, текучая среда в резервуаре 108 текучей среды может представлять собой воду или водный раствор, например, этиленгликоля или пропиленгликоля. Текучая среда также может представлять собой раствор на основе метанола или аммиака. При открытии электронного дроссельного клапана 109 текучая среда из резервуара 108 текучей среды может поступать в адсорбер 107 с возможностью поглощения ее в нем адсорбентом.
Устройство 50 аккумулирования тепла может дополнительно содержать предохранительный клапан 113. При наличии, резервуар 108 текучей среды может дополнительно содержать датчик 114 уровня текучей среды и может быть соединен с вентилятором 115.
Насос 133 может перекачивать хладагент из линии 118 хладагента и (или) контура 103 теплообмена на один или несколько компонентов транспортного средства, например, двигатель 10. Насос 133 выполнен с возможностью управления по сигналам от контроллера 12. То есть контроллер 12 может направлять сигналы на насос 133 для регулирования числа оборотов насоса 133 и, тем самым, количества хладагента, протекающего по схеме 102 циркуляции хладагента. А именно, в некоторых примерах насос 133 может представлять собой насос с регулируемым числом оборотов.
Как раскрыто в примере на ФИГ. 1В, хладагент можно перекачивать из линии 118 хладагента и (или) контура 103 теплообмена в схему 105 двигателя. При этом следует понимать, что в других примерах хладагент можно закачивать в схему 105 двигателя до закачки в контур 103 теплообмена. Также следует понимать, что в некоторых примерах хладагент можно подавать непосредственно из устройства 50 аккумулирования тепла на различные компоненты транспортного средства, например, сердечник 137 нагревателя, и в обход двигателя 10. То есть хладагент, нагретый устройством 50 аккумулирования тепла, можно направлять непосредственно на какой-либо компонент транспортного средства, например, пассажирский салон (например, пассажирский салон 4 на ФИГ. 1А), для нагрева компонента транспортного средства.
Схема 105 двигателя содержит рубашку 130 охлаждения двигателя, радиатор 131 и резервуар 132 хладагента. С радиатором 131 может быть соединен вентилятор 134 радиатора. С двигателем 10 или рубашкой 130 охлаждения двигателя может быть соединен датчик температуры, например, термопара 135. Когда двигатель находится в холодном состоянии (например, в условиях холодного запуска), тепло, накопленное в устройстве 50 аккумулирования тепла, может быть передано на хладагент схемы 105 двигателя через теплообменник 110 путем включения насоса 133 и установки клапана 117 во второе положение. Если двигатель перегрет, с помощью насоса 133 можно осуществлять циркуляцию хладагента через рубашку 130 охлаждения двигателя со сбросом избытка тепла через радиатор 131 с помощью вентилятора 134 радиатора. В таких примерах нагрев хладагента в схеме 102 циркуляции хладагента может быть нежелателен, в связи с чем клапан 117 можно установить в первое положение и, тем самым, направить хладагент в обход устройства 50 аккумулирования тепла. Включение насоса 121 и открытие клапана 120 также позволяют направлять тепло от двигателя 10 для зарядки и (или) нагрева устройства 50 аккумулирования тепла.
Отопительная схема 106 содержит клапан 136 и сердечник 137 нагревателя. С сердечником 137 нагревателя может быть связан вентилятор 138. Пассажир может запросить подачу тепла в пассажирский салон 4. В ответ на данный запрос контроллер 12 может направить сигнал открытия на клапан 136 для частичного обхода схемы 105 двигателя. Циркуляцию хладагента в схеме 105 двигателя можно осуществлять через отопительный контур 106 путем включения насоса 133. Тепло от хладагента может быть передано на сердечник 137 нагревателя и подано в пассажирский салон 4 путем включения вентилятора 138. Если хладагента в схеме 105 двигателя недостаточно для зарядки сердечника 137 нагревателя, дополнительное тепло может быть передано в схему 102 циркуляции хладагента путем установки клапана 117 во второе положение и направления потока хладагента через устройство 50 аккумулирования тепла. Способы эксплуатации системы 100 терморегулирования и управления ею более подробно раскрыты ниже и на примерах ФИГ. 3, 4 и 5.
На ФИГ. 2А-2Е схематически изображен пример теплового аккумулятора 202, могущего входить в состав системы транспортного средства (например, автотранспортного средства 2 на ФИГ. 1А). То есть тепловой аккумулятор 202 на ФИГ. 2А-2Е может быть аналогичен устройству 50 аккумулирования тепла, раскрытому выше на примере ФИГ. 1В, или схож с ним. ФИГ. 2А-2Е могут быть описаны совместно в настоящем описании. Раскрытые в описании одной из ФИГ. 2А-2Е компоненты аккумулятора 202 можно не раскрывать и не описывать повторно. Тепловой аккумулятор 202 может входить в состав системы транспортного средства для накапливания тепла, создаваемого двигателем (например, двигателем 10 на ФИГ. 1А и 1В) системы транспортного средства, для последующего использования в системе транспортного средства. А именно, можно осуществлять передачу тепла из теплового аккумулятора 202 на хладагент системы хладагента (например, схемы 102 циркуляции хладагента на ФИГ. 1В) путем пропускания потока хладагента через тепловой аккумулятор 202. Когда температура хладагента ниже температуры теплового аккумулятора 202, тепло можно передавать из теплового аккумулятора 202 на поток хладагента через тепловой аккумулятор 202, в связи с чем происходит разряжение аккумулятора 202. В настоящем описании «разряжение» аккумулятора может означать удаление тепла или тепловой энергии из аккумулятора 202. Аналогичным образом, «зарядка» аккумулятора может означать увеличение содержания тепловой энергии в аккумуляторе 202. Для зарядки аккумулятора 202, избыток тепла, создаваемого системой транспортного средства, например, двигателем, можно подавать на тепловой аккумулятор 202, как разъяснялось выше на примере ФИГ. 1В.
На ФИГ. 2А изображена схема 200 первого варианта осуществления теплового аккумулятора 202. Тепловой аккумулятор 202 может содержать кожух 204 с возможностью размещения в нем компонентов теплового аккумулятора 202. Зона 206 теплообмена расположена в пределах кожуха 204 и может содержать два разных МФП с разными точками плавления. При этом в других примерах количество МФП с разными точками плавления, содержащихся в зоне 206 теплообмена, может быть больше или меньше двух. В некоторых примерах, как раскрыто ниже на примерах ФИГ. 2В и 2С, указанные МФП могут быть размещены в разных блоках элементов и разъединены друг с другом. При этом в других примерах, раскрытых ниже со ссылкой на ФИГ. 2D и 2Е, указанные МФП могут быть объединены для образования комбинации в зоне 206 теплообмена.
Один или несколько изолирующих слоев, например, изолирующий слой 203, могут быть расположены между кожухом 204 и зоной 206 теплообмена для уменьшения теплообмена между внутренними и наружными частями кожуха 204 и аккумулятора 202. То есть изолирующий слой 203 позволяет снизить унос тепла из теплового аккумулятора 202 во внешнюю среду. Несмотря на то, что на ФИГ. 2А показан только один изолирующий слой, следует понимать, что количество слоев может быть больше. Кроме того, изолирующие слои могут быть выполнены из любого подходящего материала. Слои могут быть выполнены из одного и того же или из разных изоляционных материалов.
Тепло потока отработавших газов в выпускном канале (например, выпускном канале 48 на ФИГ. 1А и 1В) можно подавать в тепловой аккумулятор 202 по подводящей трубе 206 источника тепла. В некоторых примерах, раскрытых выше со ссылкой на ФИГ. 1В, тепло отработавших газов на тепловой аккумулятор 202 может передавать текучая среда. В некоторых примерах текучая среда с температурой выше температуры теплового аккумулятора 202 может течь по подводящей трубе 206 источника тепла в тепловой аккумулятор 202 для подачи тепловой энергии (например, тепла) в тепловой аккумулятор 202. При этом следует понимать, что в других примерах отработавшие газы можно направлять непосредственно на тепловой аккумулятор 202 и подавать в него по подводящей трубе 206 источника тепла. Пройдя по подводящей трубе 206 источника тепла, текучие среды (например, жидкости и (или) газы) могут течь через пучок теплообменных труб 208, расположенных в зоне 206 теплообмена, где возможна передача тепла из текучей среды на МФП в зоне 206 теплообмена. То есть МФП может поглощать тепло из потока текучей среды через теплообменные трубы 208, при условии, что температура текучей среды выше температуры МФП. Текучая среда в теплообменных трубах 208 может покидать тепловой аккумулятор 202 по отводящей трубе 210 источника тепла. Таким образом, подводящая труба 206 и отводящая труба 210 могут связывать по текучей среде наружные части аккумулятора 202 и зону 206 теплообмена.
Хладагент из системы хладагента может поступать в тепловой аккумулятор 202 по подводящей трубе 212 хладагента. Пройдя по подводящей трубе 212, хладагент может течь далее по теплопоглощающим трубам 214, расположенным в зоне 206 теплообмена, где возможна передача тепла от МФП в зоне 206 теплообмена на хладагент в теплопоглощающих трубах 214. То есть хладагент может поглощать тепло из МФП, при условии, что температура хладагента ниже температуры МФП. Хладагент в теплопоглощающих трубах 208 может покидать тепловой аккумулятор 202 по отводящей трубе 216 хладагента. Таким образом, подводящая труба 212 и отводящая труба 216 могут связывать по текучей среде наружные части аккумулятора 202 и зону 206 теплообмена.
Несмотря на то, что подводящие и отводящие трубы 206 и 210 показаны ФИГ. 2А расположенными на одной и той же стороне теплового аккумулятора 202 и проходящими через нее, следует понимать, что в других примерах подводящие и отводящие трубы 206 и 210 могут быть расположены на разных сторонах аккумулятора 202. Например, подводящая труба 206 может быть расположена на переднем конце 205 аккумулятора 202 и проходить через него, а отводящая труба 216 может быть расположена на заднем конце 207 и проходить через него, и наоборот.
Аналогичным образом, несмотря на то, что подводящие и отводящие трубы 212 и 216 на ФИГ. 2А показаны расположенными на одной и той же стороне теплового аккумулятора 202 и проходящими через нее, в других примерах они могут быть расположены на разных сторонах аккумулятора 202. Например, подводящая труба 212 может быть расположена на переднем конце 205 аккумулятора 202 и проходить через него, а отводящая труба 216 может быть расположена на заднем конце 207 и проходить через него, и наоборот.
Подводящая труба 206 источника тепла, отводящая труба 210 источника тепла и теплообменные трубы 208 входят в состав теплового аккумулятора 202. При этом, для простоты, трубы 206, 208 и 210 не показаны в вариантах осуществления теплового аккумулятора 202, раскрытых ниже на примере ФИГ. 2В-2Е. Таким образом, необходимо иметь в виду, что, несмотря на отсутствие на ФИГ. 2В-2Е, трубы 206, 208 и 210 входят в состав вариантов осуществления теплового аккумулятора 202 на ФИГ. 2В-2Е. Таким образом, подача тепла/зарядка аккумулятора 202 может происходить путем пропускания потока нагретой текучей среды по теплообменным трубам 208. Кроме того, охлаждение/разряжение аккумулятора 202 может происходить путем пропускания потока хладагента по теплопоглощающим трубам 214.
Обратимся к ФИГ. 2В-2Е, изображающим разные варианты осуществления теплового аккумулятора 202. В вариантах осуществления теплового аккумулятора 202 на ФИГ. 2В и 2С два разных МФП могут быть заключены в разные элементы. При этом на ФИГ. 2D и 2Е два разных МФП показаны объединенными в комбинацию в зоне 206 теплообмена.
Сперва рассмотрим ФИГ. 2В, изображающую первую схему 225 второго варианта осуществления аккумулятора 202, в котором теплопоглощающие трубы 214 могут быть расположены в виде непрерывного змеевика одна над другой. Трубы 214 могут быть разделены зазором 226 с возможностью расположения в нем элементов, содержащих МФП. Зона 206 теплообмена может содержать первую группу элементов 218, содержащих первый МФП 220, и вторую группу элементов 222, содержащих второй МФП 224. Несмотря на то, что на ФИГ. 2В первая группа элементов 218 и вторая группа элементов 222 показаны расположенными в чередующемся порядке, следует понимать, что возможны и другие компоновки и (или) порядок расположения элементов 218 и 222. Кроме того, несмотря на то, что на ФИГ. 2В число элементов 218 и 222 показано приблизительно равным, следует понимать, что число элементов 218 относительно числа элементов 222, находящихся в зоне теплообмена, может быть другим. Как показано на ФИГ. 2В, элементы 218 и 222 могут быть заполнены МФП. При этом в других примерах любое количество или все элементы 218 и 222 могут быть частично наполнены МФП. То есть количество МФП в элементах 218 и 222 может варьироваться.
Кроме того, несмотря на то, что первая группа элементов 218 показана на ФИГ. 2В содержащей только первый МФП 220, а вторая группа элементов 222 показана содержащей только второй МФП 224, следует понимать, что элементы 218 и 222 могут содержать комбинацию обоих МФП 220 и 224 в любых количественных соотношениях. Кроме того, относительные количества первого и второго МФП 220 и 224, содержащихся в первой группе элементов 218, могут быть не такими, как во второй группе элементов 222. То есть первая группа элементов 218 и вторая группа элементов 222 могут содержать первый МФП 220 и второй МФП 224, при этом первая группа элементов 218 может содержать большее количество первого МФП 220 относительно второго МФП 224, чем вторая группа элементов 222, или наоборот.
Разность температур фазового перехода первого МФП 220 и второго МФП 224 может составлять 5°F. В настоящем описании «температура фазового перехода» может означать температуру, при которой материал переходит из одной фазы в другую, например, из жидкой в твердую и наоборот, и (или) из жидкой в газообразную и наоборот, и (или), в некоторых примерах, из твердой в газообразную и наоборот. Температура перехода материала из жидкой в газообразную фазу может именоваться температурой испарения, а температура перехода материала из жидкой в твердую фазу - температурой затвердевания. При этом разность температур фазового перехода МФП 220 и 224 может лежать в диапазоне 3-15°F. Например, первый МФП 220 может иметь температуру плавления 207°F, а второй МФП 224 - температуру плавления 212°F. При этом в других примерах первый МФП 220 может иметь температуру плавления в диапазоне от 60°С до 115°С. Кроме того, второй МФП 224 может иметь температуру плавления в диапазоне от 60°С и 115°С. При этом в некоторых примерах температуры фазового перехода МФП 220 и 224 могут зависеть от концентрации гликаля в МФП 220 и 224, и (или) давления окружающей среды. Температуры фазового перехода МФП 220 и 224 может быть тем ниже, чем выше высота над уровнем моря и чем ниже давление окружающей среды. Кроме того, температуры фазового перехода МФП 220 и 224 могут быть тем выше, чем выше концентрации гликаля. Поэтому материалы с фазовым переходом можно выбирать в зависимости от их температуры фазового перехода для той или иной высоты над уровнем моря. Например, температуры фазового перехода МФП 220 и 224 могут быть ограничены пределом ниже 90°С для уменьшения и (или) предотвращения испарения МФП 220 и 224 при относительно низком давлении окружающей среды, например, на относительно больших высотах над уровнем моря. Кроме того, для изменения температур фазового перехода можно регулировать концентрацию гликаля в МФП 220 и 224. При этом во всех примерах разность температур фазового перехода МФП 220 и 224 может составлять около 3-15°С.
Таким образом, температуры фазового перехода первого МФП 220 и второго МФП 224 могут не совпадать. Иначе говоря, температуры, при которых происходит фазовый переход первого МФП 220 и второго МФП 224, отличны друг от друга. Например, первый МФП 220 может переходить из твердой в жидкую фазу при температуре или в диапазоне температур, отличающихся от температуры или диапазона температур соответствующего перехода второго МФП 224. Необходимо отметить, что в некоторых примерах температура фазового перехода того или иного МФП может варьироваться в зависимости от условий в тепловом аккумуляторе 202, например, давления окружающей среды. А именно, температуры фазового перехода МФП 220 и 224 могу варьироваться в зависимости от величины пересыщения и давления окружающей среды.
Однако, температуры фазового перехода первого МФП 220 и второго МФП 224 могут отличаться друг от друга настолько, что диапазоны температур, при которых возможны фазовые переходы соответственно МФП 220 и МФП 224, могут отличаться друг от друга и не пересекаться. Таким образом, фазовый переход первого МФП 220 и второго МФП 224 не может происходить одновременно. То есть первый МФП 220 не может переходить из одной фазы в другую, когда второй МФП 224 переходит из одной фазы в другую, и наоборот. Как разъяснялось выше, «фазовый переход» может означать процесс перехода материала, например, МФП из твердого состояния в жидкое, из жидкого в газообразное, и (или) из твердого в газообразное.
Таким образом, выбор МФП с разными температурами фазового перехода позволяет увеличить теплообмен между двумя разными МФП и, тем самым, обеспечить более равномерную температуру теплового аккумулятора. Иначе говоря, тепловой аккумулятор может достигать теплового равновесия быстрее, если он содержит два МФП с разными температурами фазового перехода, чем в примерах, где тепловой аккумулятор содержит только один МФП с единственной температурой фазового перехода.
Кроме того, содержание двух МФП с разными температурами фазового перехода позволяет без перерывов измерять температуру теплового аккумулятора 202 при всех степенях заряженности теплового аккумулятора 202. То есть результаты измерения температуры могут быть разными для разных степеней заряженности аккумулятора 202. Иначе говоря, тот или иной результат измерения температуры аккумулятора 202 может соответствовать определенной степени заряженности аккумулятора 202. При этом необходимо иметь в виду, что степень заряженности аккумулятора 202 также можно определять в зависимости от того, происходит ли зарядка или разряжение аккумулятора, от скорости изменения температуры аккумулятора 202, от температуры хладагента и т.п., как будет подробнее раскрыто ниже на примерах ФИГ. 3-5.
Например, когда температуры первого МФП 220 и второго МФП 224 ниже их температур фазового перехода, и происходит наращивание тепловой энергии в аккумуляторе 202 во время зарядки аккумулятора 202, температуры МФП 220 и 224 могут возрасти. Температуры МФП 220 и 224 могут продолжить рост по мере наращивания тепловой энергии в аккумуляторе 202 до тех пор, пока температура первого МФП 220 не достигнет его температуры фазового перехода. Поскольку температура фазового перехода первого МФП 220 может быть ниже, чем у второго МФП 224, МФП 220 может перейти в другую фазу раньше второго МФП 224, если зарядку аккумулятора 202 начали с температуры ниже соответствующих температур фазового перехода МФП 220 и 224. Так как МФП продолжает поглощать тепловую энергию, температура первого МФП 220 может оставаться практически без изменения, когда он переходит в другую фазу. При этом температура второго МФП 224 может продолжить рост в зависимости от конфигурации аккумулятора 202 и химических свойств МФП 220 и 224. Например, если МФП объединены для образования комбинации, как раскрыто ниже на примерах ФИГ. 2D и 2Е, нагрев МФП 220 и 224 может происходить приблизительно с одинаковой скоростью из-за почти мгновенного теплообмена между МФП 220 и 224. А именно, в примерах, где МФП 220 и 224 объединены в комбинацию, скорость теплообмена между МФП 220 и 224 может быть почти мгновенной и зависеть только от скоростей диффузии и времени, необходимого для диффузии/ориентации молекул и (или) элементов МФП 220 и 224 в новом фазовом состоянии (например, состоянии стекла/кристалла, когда происходит переход из жидкой фазы в твердую). Таким образом, второй МФП 224 может оставаться при температуре фазового перехода первого МФП 220, когда происходит фазовый переход первого МФП 220 с одновременным наращиванием тепла в аккумуляторе 202, до завершения фазового перехода первого МФП 220. Затем, после завершения фазового перехода первого МФП 220, температура МФП 220 и 224 может продолжить рост с почти постоянной скоростью по мере наращивания тепла в аккумуляторе 202.
Однако, в примерах, где первый и второй МФП 220 и 224 разнесены по разным элементам 218 и 222 аккумулятора, как показано в примерах на ФИГ. 2В и 2С, перенос энергии между МФП 220 и 224 не может происходить мгновенно, и второй МФП 224 можно нагревать сверх температуры фазового перехода первого МФП 220, когда происходит фазовый переход первого МФП и наращивание энергии в аккумуляторе 202. Перенос энергии из второго МФП 224 на первый МФП 220 может происходить для нагрева первого МФП 220 и установления теплового равновесие в системе. Поэтому нагрев второго МФП 224 во время фазового перехода первого МФП 220 может быть ограничен. При этом скорость теплообмена между первым и вторым МФП 220 и 224 может зависеть от скоростей кондуктивного и (или) конвективного теплообменов в аккумуляторе 202 в примерах, где первый и второй МФП 220 и 224 разнесены по разным элементам. Поэтому необходимо отметить, что тепловой аккумулятор 202 не может находиться в тепловом равновесии, когда происходит изменение энтальпии аккумулятора 202. А именно, аккумулятор 202 может не находиться в тепловом равновесии, когда происходит фазовый переход МФП 220 или 224, поскольку температура другого МФП, в котором не происходит фазовый переход, может продолжить изменение, тогда как температура МФП, где происходит фазовый переход, может оставаться без изменений из-за задержки теплообмена между МФП 220 и 224. Поэтому в таких примерах температуры МФП могут быть отличны друг от друга, и аккумулятор 202 может не находиться в тепловом равновесии. Также необходимо отметить, что, даже когда фазовые переходы МФП не происходят, их температуры могут отличаться друг от друга во время зарядки и (или) разряжения аккумулятора 202 из-за разных молекулярных свойств, могущих влиять на удельную теплоемкость МФП, скорости кондуктивного теплообмена через них и т.п. Поэтому количество времени для достижения аккумулятором 202 теплового равновесия может зависеть от скоростей внутреннего теплообмена в аккумуляторе 202, например, скоростей диффузии, скоростей выстраивания молекул, скрытой теплоты, скоростей кондуктивного теплообмена, скоростей конвективного теплообмена и т.п., а также скорости изменения энтальпии в аккумуляторе 202 (например, скорости зарядки и (или) разряжения).
Когда первый МФП 220 завершит фазовый переход, а зарядку аккумулятора 202 продолжают, температура первого и (или) второго МФП 220 и 224 может продолжить расти, и (или) второй МФП 224 может начать фазовый переход. В некоторых примерах температура фазового перехода второго МФП 224 может быть такой, что второй МФП 224 начинает фазовый переход, когда первый МФП 220 закончил фазовый переход. При этом в других примерах температура первого и второго МФП 220 и 224 может продолжить расти после фазового перехода первого МФП 220. Когда температура второго МФП 224 достигнет температуры его фазового перехода, он может начать переход в другую фазу при относительно постоянной температуре. В это время температура первого МФП 220 может продолжить рост, при условии, что его фазовый переход завершен. Как и в случае фазового перехода первого МФП 220, если температура первого МФП 220 выше, чем у второго МФП 224, когда происходит фазовый переход второго МФП 224, может происходить перенос тепловой энергии из первого МФП 220 на второй МФП 224, ускоряя фазовый переход. Обратное имеет место во время разряжения аккумулятора 202 из полностью заряженного состояния. Полностью заряженное состояние может представлять собой такое, в котором температуры первого и второго МФП 220 и 224 выше их температур фазового перехода. В некоторых примерах полностью заряженное состояние может представлять собой степень заряженности аккумулятора 202, при которой как первый, так и второй МФП 220 и 224 находятся в жидкой фазе. При этом в других примерах полностью заряженное состояние может представлять собой степень заряженности аккумулятора 202, при которой как первый, так и второй МФП 220 и 224 находятся в газообразной фазе.
Таким образом, при наличии двух МФП с разными температурами фазового перехода степень заряженности аккумулятора 202 может быть постоянной в диапазоне температур, включающем в себя температуры фазового перехода МФП 220 и 224. То есть каждой степени заряженности аккумулятора 202 может соответствовать определенный результат измерения температуры. Таким образом, достоверность оценки степени заряженности аккумулятора 202, содержащего два МФП с разными температурами фазового перехода, может быть выше по сравнению с системами, содержащими только один МФП. В системах с единственным МФП, степень заряженности аккумулятора 202 может представлять собой любую степень заряженности в диапазоне степеней заряженности аккумулятора при температуре фазового перехода МФП. То есть из-за скрытой теплоты МФП при температуре его фазового перехода, степень заряженности аккумулятора 202 может быть разной при температуре фазового перехода МФП в зависимости от того, на какой стадии фазового перехода находится МФП.
В некоторых примерах аккумулятор 202 может содержать необязательный первый датчик 230 температуры, выполненный с возможностью измерения температуры первого МФП 220. А именно, датчик 230 температуры может быть расположен на одном из элементов 218 первой группы для измерения температуры первого МФП 220. Аналогичным образом, аккумулятор 202 может содержать второй датчик температуры 232 с возможностью измерения температуры второго МФП 224. А именно, датчик температуры 232 может быть расположен на одном из элементов 222 второй группы для измерения температуры второго МФП 224. Датчики температуры 230 и 232 могут быть электрически соединены с контроллером (например, контроллером 12 на ФИГ. 1А и 1В) для передачи результатов измерения температуры МФП 220 и 224 в контроллер.
Таким образом, в некоторых примерах контроллер может оценивать степень заряженности аккумулятора 202 по температурам первого и второго МФП 220 и 224. Когда температура одного из МФП равна температуре его фазового перехода, степень заряженности аккумулятора 202 можно оценивать по температуре другого МФП, в котором не происходит фазовый переход. Так можно повысить достоверность оценки степени заряженности аккумулятора 202, так как температура МФП, в котором не происходит фазовый переход, может меняться в зависимости от энтальпии МФП, в котором происходит фазовый переход. Проще говоря, температура МФП, в котором не происходит фазовый переход, может коррелировать с определенным значением энтальпии МФП, в котором происходит фазовый переход, и, следовательно, определенной степенью заряженности аккумулятора 202.
Однако, в других примерах, как разъясняется ниже со ссылкой на ФИГ. 3 и 4, степень заряженности аккумулятора 202 можно оценивать по температуре хладагента, выходящего из аккумулятора 202 по отводящей трубе 216, после достижения теплового равновесия в аккумуляторе 202. То есть, по прошествии периода остановки/отсутствия движения потока хладагента в аккумуляторе 202 продолжительностью, достаточной для достижения теплового равновесия между хладагентом и компонентами аккумулятора 202, можно возобновить поток хладагента и оценивать температуру ранее находившегося без движения в аккумуляторе 202 хладагента, выходящего из аккумулятора 202, по выходным сигналам от датчика 112 температуры. Затем можно оценить степень заряженности аккумулятора 202 по температуре хладагента. Температура хладагента, выходящего из аккумулятора 202, может достовернее отражать температуру аккумулятора 202, в связи с чем достоверность результатов оценки степени заряженности аккумулятора 202, полученных на основании температуры выходящего хладагента, может быть выше.
МФП 220 и 224 могут представлять собой любые подходящие материалы с фазовым переходом. Например, МФП 220 и 224 могут представлять собой один или несколько из следующих материалов: комбинации твердых парафинов, воду, электролитные металлы, термические материалы и т.п.
Обратимся к ФИГ. 2С, изображающей схему 250 третьего варианта осуществления аккумулятора 202, в котором хладагента обтекает МФП 220 и 224. Третий вариант осуществления аккумулятора 202 на ФИГ. 2С может быть идентичен второму варианту на ФИГ. 2В, за исключением того, что на ФИГ. 2С теплопоглощающие трубы 214 могут быть расположены вокруг МФП 220 и 224, а не между МФП, как на ФИГ. 2В. А именно, теплопоглощающие трубы 214 могут быть расположены вокруг элементов 218 и 222, между элементами 218 и 222 и изолирующим слоем 203.
Перейдем к ФИГ. 2D, изображающей схему 275 четвертого варианта осуществления аккумулятора 202, в котором элементы 218 и 222 могут отсутствовать, а МФП 220 и 224 могут быть объединены для образования комбинации 224. Таким образом, четвертый вариант осуществления аккумулятора 202 на ФИГ. 2D может быть идентичен варианту на ФИГ. 2В, за исключением того, что МФП могут не входить в состав элементов, а быть распределены приблизительно равномерно по всей зоне 206 теплопоглощения. Комбинация 224 может быть расположена в пределах зоны 206 теплопоглощения. В некоторых примерах комбинация 224 может быть ограничена только частью зоны 206 теплопоглощения. При этом в других примерах, как показано на ФИГ. 2D, комбинация 224 может охватывать почти всю зону 206 теплопоглощения. Сама зона 206 теплопоглощения может быть ограничена барьером, образованном текучей средой с возможностью отделения внутреннего пространства зоны 206 поглощения от наружного пространства, и содержать комбинацию 224. Как раскрыто выше на примере ФИГ. 2В, комбинация 224 может содержать МФП 220 и 224 в любых относительных количествах (не показано на ФИГ. 2D). В некоторых примерах комбинация 224 может содержать приблизительно 75% первого МФП 220 и 25% второго МФП 224. При этом в других примерах комбинация 224 может содержать приблизительно 50% первого МФП 220 и 50% второго МФП 224. В других примерах комбинация 224 может содержать приблизительно 25% первого МФП 220 и 75% второго МФП 224.
Однако, относительные количества МФП 220 и 224 можно изменять по необходимости. Изменение относительных количеств МФП позволяет регулировать запас тепловой энергии аккумулятора 202 в сторону повышения или понижения температуры. Например, когда количество первого МФП 220 больше количества второго МФП 224, можно обеспечить большее количество скрытой теплоты при меньшей температуре, поскольку температура фазового перехода первого МФП 220 может быть ниже, чем у второго МФП 224. И наоборот, когда количество второго МФП 224 больше количества первого МФП 220, можно обеспечить большее количество скрытой теплоты при большей температуре, так как температура фазового перехода второго МФП 224 может быть выше, чем у первого МФП 220.
Кроме того, концентрация МФП может быть разной на протяжении зоны 206 теплопоглощения. Например, концентрация МФП может возрастать в направлении радиально наружу от центра аккумулятора 202. В других примерах концентрация МФП может уменьшаться в направлении радиально наружу от центра аккумулятора 202. При этом можно применять и другие схемы и варианты распределения концентраций МФП, например, Гауссово распределение. Кроме того, варианты распределения концентрации МФП 220 и 224 могут быть разными и (или) не зависеть друг от друга. При этом в других примерах варианты распределения концентрации МФП 220 и 224 могут быть приблизительно одинаковыми.
Перейдем к ФИГ. 2Е, на которой изображена схема 290 пятого варианта осуществления аккумулятора 202, который может быть идентичен четвертому варианту осуществления аккумулятора 202 на ФИГ. 2D, за исключением того, что трубы 214 могут быть расположены вокруг комбинации 224, аналогичном тому, как показано на ФИГ. 2С, а не в пределах комбинации 224, как показано на ФИГ. 2D. То есть теплопоглощающие трубы 214 могут быть расположены по периметру зоны 206 теплопоглощения, между зоной 206 теплопоглощения и изолирующим слоем 203.
Перейдем к ФИГ. 3, иллюстрирующей пример способа 300 для регулирования степени заряженности теплового аккумулятора (например, устройства 50 аккумулирования тепла на ФИГ. 1А и 1В и теплового аккумулятора 202 на ФИГ. 2А-2Е). Как разъяснялось выше на примерах ФИГ. 1А-2В, тепловой аккумулятор можно заряжать от тепла отработавших газов, текущих по выпускному каналу (например, выпускному каналу 48 на ФИГ. 1А и 1В) двигателя (например, двигателя 10 на ФИГ. 1А и 1В). Один или несколько МФП теплового аккумулятора (например, МФП 220 и 224 на ФИГ. 2В и 2С) улавливают тепловую энергию с возможностью ее последующей передачи на хладагент при прохождении его потока через аккумулятор. А именно, как раскрыто выше на примере ФИГ. 1В, можно изменять положение одного или нескольких клапанов источника тепла (например, клапана 120 на ФИГ. 1В) и регулировать работу насоса источника тепла (например, насоса 121 на ФИГ. 1В) для регулирования величины нагрева/зарядки аккумулятора. Для увеличения величины нагрева аккумулятора можно установить клапан в более открытое положение и (или) увеличить число оборотов насоса.
Поток хладагента через аккумулятор можно регулировать путем изменения положения одного или нескольких клапанов. А именно, первый клапан хладагента, расположенный вблизи входа потока хладагента в аккумулятор (например, клапан 117 на ФИГ. 1В) можно установить во второе положение для направления хладагента из системы хладагента (например, схемы 102 циркуляции хладагента на ФИГ. 1В) в аккумулятор. По мере изменения положения первого клапана хладагента в сторону открытого второго положения, т.е. в сторону от закрытого первого положения, количество хладагента, направляемого через аккумулятор, может расти. Кроме того, в некоторых примерах, рядом с выходом потока хладагента из аккумулятора может быть установлен второй клапан хладагента с возможностью изменения его положения для регулирования количества хладагента, текущего из аккумулятора. А именно, второй клапан хладагента можно регулировать между закрытым первым положением, в котором поток хладагент из аккумулятора может по существу отсутствовать, и открытым вторым положением, в котором хладагент вытекает из аккумулятора. Таким образом, в контексте описания ФИГ. 3-6, поток хладагента можно уменьшать путем изменения положений первого клапана хладагента и (или) второго клапана хладагента в сторону их соответствующих первых, закрытых, положений. И наоборот, поток хладагента через аккумулятор можно увеличивать путем изменения положений первого и (или) второго клапанов хладагента в сторону их вторых, открытых, положений. Направление потока хладагента через аккумулятор обеспечивает возможность разряжения/охлаждения аккумулятора, так как температура хладагента может быть ниже, чем у аккумулятора.
Команды для выполнения способа 300 и всех прочих способов, раскрытых в настоящем описании на примерах ФИГ. 4-6, могут храниться в памяти контроллера (например, контроллера 12 на ФИГ. 1А и 1В). Следовательно, способ 300 и все прочие раскрытые в настоящем описании способы может выполнять контроллер в соответствии с командами в его памяти и во взаимосвязи с сигналами, поступающими от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примерах ФИГ. 1А и 1В. Контроллер может направлять сигналы на насос источника тепла, и (или) клапан источника тепла, и (или) первый клапан хладагента, и (или) второй клапан хладагента для регулирования величины нагрева и (или) охлаждения аккумулятора и хладагента.
Выполнение способа 300 начинают на шаге 302, включающем в себя оценку и (или) измерение параметров работы двигателя. В число параметров работы двигателя могут входить: температура хладагента, массовый расход хладагента, степень заряженности теплового аккумулятора, температура отработавших газов, число оборотов насоса источника тепла, положения одного или нескольких клапанов и т.п.
Оценив и (или) измерив параметры работы двигателя на шаге 302, способ 300 может перейти на шаг 304, включающий в себя оценку степени заряженности аккумулятора. Способы для оценки степени заряженности аккумулятора раскрыты ниже на примерах ФИГ. 4-6. В некоторых примерах оценка и (или) измерение степени заряженности аккумулятора может включать в себя шаги, на которых останавливают поток хладагента через аккумулятор и в течение некоторого периода ожидают достижения теплового равновесие в аккумуляторе между хладагентом и компонентами аккумулятора, как раскрыто ниже на примере ФИГ. 5. Затем можно возобновить поток хладагента и измерить температуру находившегося без движения хладагента на выходе из аккумулятора. По температуре хладагента можно оценить степень заряженности аккумулятора. При этом в других примерах, как раскрыто ниже на примере ФИГ. 4, степень заряженности аккумулятора можно оценивать своевременно, как только компоненты аккумулятора и хладагент придут в тепловое равновесие друг с другом.
Оценив степень заряженности аккумулятора, способ 300 может проследовать с шага 304 на шаг 306, на котором способ 300 может включать в себя определение того, необходима ли зарядка аккумулятора. Например, способ 300 на шаге 306 может включать в себя определение того, находится ли степень заряженности аккумулятора ниже пороговой. Указанная пороговая степень может представлять собой степень заряженности аккумулятора, соответствующую температуре аккумулятора ниже температуры фазового перехода одного или нескольких МФП, содержащихся в аккумуляторе. Если степень заряженности аккумулятора ниже пороговой, на шаге 306 может быть необходима зарядка аккумулятора. При этом в других примерах необходимость зарядки аккумулятора на шаге 306 можно определять в зависимости от температуры отработавших газов, и (или) температуры хладагента, наличия состояния холодного запуска двигателя, и (или) скорости зарядки или разряжения аккумулятора. Например, если прогнозируют обогрев салона и, в связи с этим, ожидают рост температуры хладагента, аккумулятор можно заблаговременно зарядить в ожидании процедуры обогрева салона. В других примерах, если ожидают падения температуры отработавших газов в предстоящих условиях движения, аккумулятор можно своевременно зарядить, пока отработавшие газы относительно горячие.
Если будет установлена необходимость зарядки аккумулятора, способ 300 может проследовать с шага 306 на шаг 308, могущий включать в себя увеличение передачи тепла в аккумулятор. А именно, способ 300 на шаге 308 может включать в себя увеличение подачи электроэнергии на насос источника тепла для повышения числа его оборотов, и, тем самым, увеличения потока текучей среды и передачи тепла между отработавшими газами и аккумулятором. Дополнительно или взамен, способ 300 на шаге 308 может включать в себя увеличение прохода, образуемого клапаном источника тепла, для увеличения потока текучей среды между отработавшими газами и аккумулятором. Это позволяет увеличить количество тепловой энергии, передаваемой от отработавших газов в тепловой аккумулятор.
Способ 300 может перейти либо с шага 306, если на шаге 306 будет установлено, что зарядка аккумулятора не нужна, либо с шага 308, на шаг 310, включающий в себя оценку температуры хладагента, выходящего из аккумулятора. Температуру хладагента можно оценивать по выходным сигналам датчика температуры (например, датчика 112 температуры на ФИГ. 1В-2Е), расположенного вблизи выхода хладагента из аккумулятора.
Оценив температуру хладагента, способ 300 может проследовать с шага 310 на шаг 312, могущий включать в себя определение того, необходим ли нагрев хладагента. Нагрев хладагента может быть необходим, если результат оценки температуры хладагента ниже необходимой температуры хладагента. Необходимую температуру хладагента можно определять в зависимости от параметров работы двигателя, например, температуры двигателя, температуры в салоне и т.п. Например, необходимая температура хладагента может возрасти в случае увеличения необходимой температуры в салоне.
Если температура хладагента ниже необходимой, и нагрев хладагента необходим, способ 300 может проследовать с шага 312 на шаг 314, включающий в себя увеличение потока хладагента через аккумулятор. Как раскрыто выше, для увеличения потока хладагента через аккумулятор можно открыть первый клапан хладагента и (или) второй клапан хладагента. Из-за увеличения потока хладагента через аккумулятор, температура хладагента может возрасти. Кроме того, может возрасти скорость нагрева хладагента.
Однако, если на шаге 312 будет установлено, что нагрев хладагента не нужен, способ 300 может проследовать с шага 312 на шаг 316, включающий в себя уменьшение потока хладагента через аккумулятор. Как раскрыто выше, для уменьшения потока хладагента через аккумулятор можно закрыть первый клапан хладагента и (или) второй клапан хладагента. В связи с уменьшением потока хладагента через аккумулятор, температура хладагента может остаться без изменений и (или) упасть. В некоторых примерах может упасть скорость нагрева хладагента. В других примерах способ 300 на шаге 316 может включать в себя остановку поток хладагента через аккумулятор. В других примерах способ 300 на шаге 316 может включать в себя оставление потока хладагента без изменений на уровне текущего расхода. Выполнив либо шаг 314, либо шаг 316, способ 300 может совершить возврат.
Обратимся к способам на ФИГ. 4-6, на которых раскрыты примеры алгоритмов для оценки степени заряженности аккумулятора, регулируемой, как раскрыто выше на примере ФИГ. 3. Таким образом, один или несколько способов, раскрытых на ФИГ. 4-6, можно включить в состав действий на шаге 302 способа 300 на ФИГ. 3 и (или) выполнять на указанном шаге. На ФИГ. 4 раскрыт пример решения, предусматривающего возможность своевременной оценки степени заряженности аккумулятора всякий раз, когда поток хладагента через аккумулятор находился в нем без движения. А именно, степень заряженности аккумулятора можно оценивать по температуре хладагента, выходящего из аккумулятора, когда поток хладагента через аккумулятор возобновляют. Способ, раскрытый на ФИГ. 5, предусматривает оценку текущей степени заряженности, когда поток хладагента через аккумулятор временно останавливают, а затем возобновляют. Как и в способе, раскрытом на ФИГ. 4, температуру хладагента можно измерять при выходе хладагента из аккумулятора, а степень заряженности можно оценивать по температуре хладагента. И наконец, на ФИГ. 6 раскрыто решение, согласно которому контролируют температуры разных МФП (например, МФП 220 и 224 на ФИГ. 2В и 2С) в аккумуляторе и по изменениям температур МФП оценивают степень заряженности.
Рассмотрим ФИГ. 4: выполнение способа 400 начинают на шаге 402 с определения того, находится ли расход хладагента через аккумулятор ниже порогового. В некоторых примерах указанный пороговый расход может приблизительно равняться нулю. То есть в некоторых примерах способ 400 на шаге 402 может включать в себя определение того, отсутствует ли поток хладагента через аккумулятор. При этом в других примерах указанный пороговый расход может быть больше нуля. Необходимо иметь в виду, что возможно нахождение некоторого объемного/массового количества хладагента внутри аккумулятора даже при нулевом потоке хладагента через аккумулятор. То есть, когда поток хладагента через аккумулятор останавливают, хладагент может оставаться в аккумуляторе до тех пор, пока поток хладагента не возобновят, и находившийся без движения хладагент не выйдет из аккумулятора. Расход хладагента через аккумулятор можно оценивать по положению первого клапана хладагента, и (или) положению второго клапана хладагента, и (или) числу оборотов насоса хладагента (например, насоса 133 на ФИГ. 1В).
Если на шаге 402 расход хладагента не ниже порогового, например, в условиях, когда нагрев хладагента необходим, способ 400 может совершить возврат, и оценку степени заряженности аккумулятора можно не выполнять. То есть в некоторых примерах степень заряженности аккумулятора можно не оценивать, если поток хладагента через аккумулятор превышает пороговый. Иначе говоря, степень заряженности аккумулятора можно не оценивать, когда хладагент и аккумулятор не пришли в тепловое равновесие и (или) компоненты аккумулятора не пришли в тепловое равновесие.
При этом в других примерах способ 402 может перейти с шага 402 на необязательный шаг 404, включающий в себя измерение температуры хладагента, даже если поток хладагента через аккумулятор превышает пороговый. Температуру хладагента можно измерять по выходным сигналам от датчика температуры, как раскрыто выше на примере шага 310 на ФИГ. 3. Оценив температуру хладагента на шаге 404, способ 400 может проследовать на необязательный шаг 406, включающий в себя оценку степени заряженности теплового аккумулятора по одному или нескольким из следующих параметров: температура хладагента, внутренний теплообмен в аккумуляторе, теплоемкость одного или нескольких компонентов аккумулятора и хладагента, температуры фазового перехода МФП, скрытые теплоемкости МФП и массы МФП. Затем способ 400 совершает возврат.
Если на шаге 402 будет установлено, что расход хладагента через аккумулятор ниже порогового, способ 400 может проследовать с шага 402 на шаг 408, включающий в себя определение периода до достижения теплового равновесия между аккумулятором и хладагентом по последнему по времени результату измерения температуры хладагента и последнему по времени результату оценки степени заряженности аккумулятора. То есть способ 400 на шаге 408 может включать в себя определение количества времени до достижения теплового равновесия между компонентами аккумулятора и (или) хладагентом в аккумуляторе, при котором температура компонентов аккумулятора и (или) хладагента станет приблизительно одинаковой. Время до достижения теплового равновесия может быть тем больше, чем больше разность температуры хладагента и температуры аккумулятора, чем больше скорость изменения температуры аккумулятора, чем больше разность температур внутренних компонентов аккумулятора и т.п. Кроме того, когда температуры МФП, содержащихся в аккумуляторе, выше или ниже их температур фазового перехода, время до достижения теплового равновесия может быть меньше, чем когда в МФП происходит фазовый переход.
Определив время до достижения теплового равновесия между аккумулятором и хладагентом, способ 400 может перейти с шага 408 на шаг 410, включающий в себя определение того, оставался ли расход хладагента ниже порогового в течение периода времени до достижения теплового равновесия. Проще говоря, способ на шаге 410 включает в себя определение того, был ли поток хладагента через аккумулятор остановлен в течение времени, достаточного для достижения теплового равновесия между хладагентом и компонентами аккумулятора. Если время до достижения теплового равновесия еще не прошло, в связи с чем компоненты аккумулятора и хладагент в аккумуляторе не находятся в тепловом равновесии, способ 400 может перейти с шага 410 на шаг 412, включающий в себя ожидание в течение периода, необходимого для достижения теплового равновесия.
Выждав период, необходимый для достижения теплового равновесия, способ 400 может проследовать с шага 412 на шаг 414, включающий в себя определение того, находится ли расход хладагента ниже порогового таким же или схожим образом, как раскрыто выше на примере шага 402. Если расход хладагента превысил пороговый во время ожидания достижения теплового равновесия в аккумуляторе, способ 400 может совершить возврат с шага 414 и может не оценивать степень заряженности аккумулятора. При этом в других примерах способ 400 может проследовать с шага 414 на шаги 404 и 406, как раскрыто выше, если поток хладагента превышает пороговый по окончании ожидания достижения теплового равновесия.
Однако, если на шаге 414 будет установлено, что поток хладагента все еще ниже порогового по окончании ожидания достижения теплового равновесия в аккумуляторе, способ 400 может проследовать с шага 414 на шаг 416, включающий в себя увеличение потока хладагента через аккумулятор и измерение температуры хладагента таким же или схожим образом, как раскрыто выше на примере шага 310 на ФИГ. 3. Или же, если на шаге 410 время до достижения теплового равновесия уже истекло, а поток хладагента меньше порогового, способ 400 может проследовать непосредственно на шаг 416 с шага 410. То есть показание температуры хладагента можно снять, как только хладагент в аккумуляторе и внутренние компоненты аккумулятора придут в тепловое равновесие. Как раскрыто выше, в некоторых примерах поток хладагента можно полностью остановить до выполнения шага 416. Таким образом, увеличение потока хладагента через аккумулятор на шаге 416 может включать в себя запуск потока хладагента через аккумулятор, например, путем вывода первого и (или) второго клапанов хладагента из закрытых положений.
Увеличив поток хладагента через аккумулятор на шаге 416, способ 400 может проследовать на шаг 418, включающий в себя определение того, происходит ли зарядка аккумулятора. Иначе говоря, способ 400 на шаге 418 может включать в себя определение того, происходит ли рост энтальпии аккумулятора и (или) температуры аккумулятора. Определять то, происходит ли зарядка аккумулятора, можно по последнему по времени набору результатов оценки температуры и (или) степени заряженности аккумулятора. По динамике изменения температур и (или) степени заряженности аккумулятора можно определить, происходит ли зарядка или разряжение аккумулятора. При этом в других примерах определять то, происходит ли зарядка или разряжение аккумулятора, можно по одному или нескольким из следующих параметров: положение клапана источника тепла, число оборотов насоса источника тепла и положения первого клапана хладагента и (или) второго клапана хладагента. Например, если первый клапан хладагента и (или) второй клапан хладагента закрыты, при этом хладагент не циркулирует через аккумулятор, насос источника тепла включен, а клапан источника тепла открыт, то энтальпия аккумулятора может расти за счет поглощения тепловой энергии из отработавших газов внутренними компонентами аккумулятора, в связи с чем можно установить, что происходит зарядка аккумулятора. И наоборот, если насос источника тепла выключен, и (или) клапан источника тепла закрыт, а хладагент циркулирует через аккумулятор, можно установить, что происходит разряжение аккумулятора.
Если на шаге 418 будет установлено, что зарядка аккумулятора не происходит (например, происходит его разряжение), способ 400 может перейти с шага 418 на шаг 420, включающий в себя определение степени заряженности теплового аккумулятора по температуре хладагента и одному или нескольким химическим свойствам указанных двух МФП. В число химических свойств могут входить одно или несколько из следующих: скорости внутреннего теплообмена, скорости диффузии, время выстраивания молекул, удельная теплоемкость, температуры фазового перехода МФП, скрытые теплоемкости МФП, массы МФП, давление окружающей среды, высота над уровнем моря и давление в системе хладагента. Дополнительно можно применить первую функцию преобразования к входному сигналу, полученному от датчика температуры, и преобразовать результат оценки температуры хладагента, полученный от указанного датчика, в результат оценки степени заряженности аккумулятора. Первая функция преобразования может представлять собой нелинейную функцию преобразования, связывающую температуру хладагента со степенью заряженности аккумулятора. Таким образом, контроллер может использовать табулированную зависимость для преобразования показаний температуры хладагента (например, входных сигналов, полученных от датчика температуры) в результат оценки степени заряженности с помощью первой функции преобразования. При этом в других примерах первая функция преобразования может представлять собой линейную функцию преобразования. Первая функция преобразования может соответствовать известному соотношению температур хладагента и степеней заряженности аккумулятора во время разряжения аккумулятора.
Однако, если на шаге 418 будет установлено, что происходит зарядка аккумулятора, способ 400 может перейти с шага 418 на шаг 422, включающий в себя определение степени заряженности аккумулятора по результату измерения температуры хладагента и одному или нескольким химическим свойствам указанных двух МФП. В число химический свойств могу входить одно или несколько из следующих: скорости внутреннего теплообмена, скорости диффузии, время выстраивания молекул, удельная теплоемкость, температуры фазового перехода МФП, скрытые теплоемкости МФП и массы МФП, давление окружающей среды, высота над уровнем моря и давление в системе хладагента. Дополнительно, к входному сигналу, полученному от датчика температуры, можно применить вторую функцию преобразования и преобразовать результат оценки температуры хладагента в результат оценки степени заряженности. Вторая функция преобразования может представлять собой нелинейную функцию преобразования. При этом в других примерах вторая функция преобразования может представлять собой линейную функцию преобразования. Вторая функция преобразования может быть отлична от первой функции преобразования. А именно, с помощью второй функции преобразования возможно преобразование температур хладагента (например, входных сигналов, полученных от датчика температуры) в степень заряженности аккумулятора по известной кривой зарядки. То есть степень заряженности аккумулятора для той или иной температуры хладагента может быть разной в зависимости от того, происходит ли зарядка аккумулятора или его разряжение. Поэтому для определения степени заряженности аккумулятора можно использовать разные функции преобразования, когда происходит зарядка аккумулятора и когда происходит разряжение аккумулятора. Способ 400 может совершить возврат с шага 420 или с шага 422.
Обратимся к ФИГ. 5, иллюстрирующей второй пример способа 500 для определения степени заряженности аккумулятора, регулируемой как раскрыто выше на примере ФИГ. 3. При этом, согласно способу 500, поток хладагента можно активно останавливать на некоторый период до тех пор, пока аккумулятор и хладагент не достигнут теплового равновесия, а затем возобновлять поток хладагента через аккумулятор и снимать показание температуры хладагента с последующим использованием его для выведения степени заряженности аккумулятора.
Выполнение способа 500 начинают на шаге 502, включающем в себя определение того, нужно ли оценить степень заряженности теплового аккумулятора. Например, определение степени заряженности аккумулятора может быть необходимо по прошествии порогового периода после получения последнего по времени результата оценки степени заряженности. То есть оценку степени заряженности аккумулятора можно выполнять через равные промежутки. При этом в других примерах частота оценки степени заряженности аккумулятора может зависеть от одного или нескольких из следующих параметров: степень заряженности аккумулятора, температура хладагента, скорость зарядки и (или) разряжения аккумулятора, температура отработавших газов, изменения необходимой температуры хладагента и т.п. В других примерах оценка степени заряженности аккумулятора может быть необходима в случае изменения необходимой температуры хладагента и (или) изменения температуры отработавших газов на величину, превышающую пороговую и т.п.
Если на шаге 502 будет установлено, что оценка степени заряженности аккумулятора не нужна, способ 500 может перейти с шага 502 на шаг 504, включающий в себя продолжение пропускания потока хладагента через тепловой аккумулятор, как необходимо для достижения необходимой температуры хладагента. Способ 500 может совершить возврат.
Однако, если на шаге 502 будет установлено, что оценка степени заряженности аккумулятора необходима, способ 500 может проследовать с шага 502 на шаг 506, включающий в себя уменьшение потока хладагента через аккумулятор до порогового расхода. В некоторых примерах пороговый расход может быть приблизительно равен нулю. То есть способ 500 на шаге 506 может включать в себя остановку потока хладагента через аккумулятор. При этом в других примерах пороговый расход на шаге 506 может быть больше нуля.
Уменьшив поток хладагента через аккумулятор до порогового расхода на шаге 506, способ 500 может перейти с шага 506 на шаг 508, включающий в себя определение периода до достижения теплового равновесия между аккумулятором и хладагентом в аккумуляторе по последнему по времени результату измерения температуры хладагента и (или) результату оценки степени заряженности аккумулятора таким же или схожим образом, как раскрыто выше на примере шага 408 на ФИГ. 4. То есть способ на шаге 506 может включать в себя определение количества времени для продолжения остановки потока хладагента через аккумулятор.
Способ 500 может проследовать на шаг 510 с шага 508, при этом способ на шаге 510 может включать в себя ожидание в течение указанного периода. То есть способ на шаге 500 может включать в себя продолжение блокирования потока хладагента через аккумулятор в течение указанного периода. Проще говоря, способ 500 на шаге 510 может включать в себя оставление хладагента без движения в тепловом аккумуляторе до тех пор, пока хладагент и компоненты теплового аккумулятора не достигнут теплового равновесия. А именно, способ 500 на шаге 510 может включать в себя установку первого клапана хладагента и (или) второго клапана хладагента в их закрытые первые положения. Таким образом, способ 500 на шаге 510 может включать в себя остановку потока хладагента через аккумулятор на указанный период.
Выждав указанный период на шаге 510, способ 500 может проследовать на шаг 512, включающий в себя увеличение потока хладагента через аккумулятор и измерение температуры хладагента на выходе из аккумулятора таким же или схожим образом, как раскрыто выше на примере шага 416 на ФИГ. 4.
Измерив температуру хладагента на выходе теплового аккумулятора, способ 500 может проследовать с шага 512 на шаг 514, включающий в себя определение того, происходит ли зарядка аккумулятора, таким же или схожим образом, как раскрыто выше на примере шага 418 на ФИГ. 4. Если зарядка аккумулятора не происходит, способ 500 может перейти с шага 514 на шаг 516, включающий в себя определение степени заряженности аккумулятора по результату измерения температуры хладагента и одному или нескольким химическим свойствам МФП таким же или схожим образом, как раскрыто выше на примере шага 420 на ФИГ. 4. При этом, если зарядка аккумулятора происходит, способ 500 может перейти с шага 514 на шаг 518, включающий в себя определение степени заряженности аккумулятора по результату измерения температуры хладагента и одному или нескольким химическим свойствам МФП таким же или схожим образом, как раскрыто выше на примере шага 422 на ФИГ. 4. Способ 500 может совершить возврат либо с шага 516, либо с шага 518.
Обратимся к ФИГ. 6, иллюстрирующей третий пример способа 600 для определения степени заряженности аккумулятора, как раскрыто выше на примере ФИГ. 3, когда первый МФП (например, МФП 220 на ФИГ. 2В и 2С) и второй МФП (МФП 224 на ФИГ. 2В и 2С) с разными температурами фазового перехода разнесены по разным элементам аккумулятора (например, элементам 218 и 222 на ФИГ. 2В и 2С). По способу 600, степень заряженности аккумулятора можно оценивать по изменениям температуры одного или нескольких МФП. А именно, когда либо в первом МФП, либо во втором МФП происходит фазовый переход, степень заряженности аккумулятора можно оценивать по температуре МФП, в котором не происходит фазовый переход. Поскольку МФП могут быть разнесены по разным элементам, теплообмен между МФП может не быть мгновенным. Поэтому, когда в одном МФП происходит фазовый переход при приблизительно постоянной температуре, температура другого МФП может продолжить изменение. По температуре МФП, в котором не происходит фазовый переход, можно оценивать уровень энтальпии МФП, в котором происходит фазовый переход, что позволяет повысить достоверность определения степени заряженности аккумулятора.
Выполнение способа 600 можно начать на шаге 602, включающем в себя контроль температуры первого и второго МФП. В некоторых примерах температуры первого и второго МФП можно контролировать по выходным сигналам датчиков температуры МФП (например, датчиков 230 и 232 температуры на ФИГ. 2В и 2С), расположенных в элементах аккумулятора, содержащих МФП. В таких примерах необходимо иметь в виду, что температуры МФП можно контролировать непрерывно, поэтому контроллер может выполнять шаг 602 одновременно с выполнением остальных шагов способа 600. В других примерах температуры первого и второго МФП можно оценивать по выходным сигналам датчик температуры хладагента на выходе (например, датчика 112 температуры на ФИГ. 2А-2Е), расположенном на выходе хладагента.
С шага 602 способ 600 может проследовать на шаг 604, включающий в себя определение того, происходит ли зарядка аккумулятора, таким же или схожим образом, как раскрыто выше на примере шага 418 на ФИГ. 4. При этом в других примерах способ 600 на шаге 604 может включать в себя определение того, происходит ли зарядка аккумулятора, по изменениям температуры в одном или нескольких МФП. Так, если температуры одного или нескольких МФП падают, можно установить, что происходит разряжение аккумулятора. Если температуры одного или нескольких МФП растут, на шаге 604 можно установить, что происходит зарядка аккумулятора.
Если на шаге 604 происходит зарядка аккумулятора, способ 600 может перейти с шага 604 на шаг 606, включающий в себя определение того, находится ли первый МФП при температуре его фазового перехода. То есть способ 600 на шаге 606 может включать в себя определение того, происходит ли фазовый переход в первом МФП, по температуре первого МФП и известной температуре фазового перехода первого МФП. Если температура первого МФП приблизительно равна его температуре фазового перехода, на шаге 606 можно установить, что в МФП происходит фазовый переход.
Если на шаге 606 будет установлено, что первый МФП находится при температуре его фазового перехода, способ 600 может перейти с шага 606 на шаг 608, включающий в себя оценку степени заряженности аккумулятора по температуре второго МФП, одному или нескольким химическим свойствам МФП, теплообмену в аккумуляторе, в том числе по скоростям кондуктивного и (или) конвективного теплообмена, и первой функции преобразования. Первая функция преобразования может, в некоторых примерах, представлять собой нелинейную функцию преобразования. При этом в других примерах первая функция преобразования может представлять собой линейную функцию преобразования. С помощью первой функции преобразования можно преобразовывать входной сигнал результата измерения температуры второго МФП в выходной сигнал, соответствующий результату оценки степени заряженности аккумулятора. Затем способ 600 совершает возврат.
Однако, если на шаге 606 будет установлено, что первый МФП не находится при температуре его фазового перехода, способ 600 может проследовать с шага 606 на шаг 610, включающий в себя определение того, находится ли второй МФП при температуре его фазового перехода. То есть способ 600 на шаге 610 может включать в себя определение того, происходит ли фазовый переход во втором МФП по температуре второго МФП и известной температуре фазового перехода второго МФП. Если температура второго МФП приблизительно равна его температуре фазового перехода, на шаге 610 можно установить, что во втором МФП происходит фазовый переход.
Если на шаге 610 будет установлено, что второй МФП находится при температуре его фазового перехода, способ 600 может перейти с шага 610 на шаг 612, включающий в себя оценку степени заряженности аккумулятора по температуре первого МФП, одному или нескольким химическим свойствам МФП, теплообмену в аккумуляторе, в том числе по скоростям кондуктивного и (или) конвективного теплообмена, и второй функции преобразования. Вторая функция преобразования может, в некоторых примерах, представлять собой нелинейную функцию преобразования. При этом в других примерах вторая функция преобразования может представлять собой линейную функцию преобразования. С помощью второй функции преобразования можно преобразовывать входной сигнал результата измерения температуры первого МФП в выходной сигнал, соответствующий результату оценки степени заряженности аккумулятора. Затем способ 600 совершает возврат.
Однако, если на шаге 610 будет установлено, что второй МФП не находится при температуре его фазового перехода, способ 600 может перейти на шаг 614, включающий в себя определение степени заряженности аккумулятора по температурам первого МФП и второго МФП, одному или нескольким химическим свойствам МФП, теплообмену в аккумуляторе, в том числе по скоростям кондуктивного и (или) конвективного теплообмена, и третьей функции преобразования. Иначе говоря, по температурам первого и второго МФП контроллер может определить степень заряженности аккумулятора с помощью табулированной зависимости, связывающей степени заряженности аккумулятора с температурами МФП, когда происходит зарядка аккумулятора. Способ 600 может совершить возврат.
Если на шаге 604 будет установлено, что происходит разряжение аккумулятора, способ 600 может перейти с шага 604 на шаг 616, включающий в себя определение того, находится ли первый МФП при температуре его фазового перехода таким же или схожим образом, как раскрыто выше на шаге 606.
Если на шаге 616 будет установлено, что первый МФП находится при температуре его фазового перехода, способ 600 может перейти с шага 616 на шаг 618, включающий в себя оценку степени заряженности аккумулятора по температуре второго МФП, одному или нескольким химическим свойствам МФП, теплообмену в аккумуляторе, в том числе по скоростям кондуктивного и (или) конвективного теплообмена, и четвертой функции преобразования. Затем способ 600 совершает возврат.
Однако, если на шаге 616 будет установлено, что первый МФП не находится при температуре его фазового перехода, способ 600 может проследовать с шага 616 на шаг 620, включающий в себя определение того, находится ли второй МФП при температуре его фазового перехода, таким же или схожим образом, как раскрыто выше на шаге 610.
Если на шаге 620 будет установлено, что второй МФП находится при температуре его фазового перехода, способ 600 может перейти с шага 620 на шаг 622, включающий в себя оценку степени заряженности аккумулятора по температуре первого МФП, одному или нескольким химическим свойствам МФП, теплообмену в аккумуляторе, в том числе по скоростям кондуктивного и (или) конвективного теплообмена, и пятой функции преобразования. Затем способ 600 совершает возврат.
Однако, если на шаге 620 будет установлено, что второй МФП не находится при температуре его фазового перехода, способ 600 может перейти на шаг 624, включающий в себя определение степени заряженности аккумулятора по температурам первого МФП и второго МФП, одному или нескольким химическим свойствам МФП, теплообмену в аккумуляторе, в том числе по скоростям кондуктивного и (или) конвективного теплообмена, и шестой функции преобразования. Иначе говоря, по температурам первого и второго МФП, контроллер может определить степень заряженности аккумулятора с помощью табулированной зависимости, связывающей степени заряженности аккумулятора с температурами МФП, когда происходит разряжение аккумулятора. Способ 600 может совершить возврат.
Обратимся к ФИГ. 7, изображающей диаграмму 700, иллюстрирующую изменения потока хладагента через тепловой аккумулятор (например, аккумулятор 202 на ФИГ. 2А-2Е) при изменении параметров работы двигателя. А именно, изменения потока хладагента через аккумулятор представлены на графике 702. Как раскрыто выше на примере ФИГ. 1В и 3-6, поток хладагента через аккумулятор можно регулировать путем изменения положений одного или нескольких клапанов, расположенных вблизи входа хладагента в аккумулятор и (или) выхода хладагента из аккумулятора. Кроме того, по положениям одного или обоих клапанов хладагента можно оценивать расход хладагента через аккумулятор. Степень заряженности аккумулятора представлена на графике 504. Степень заряженности аккумулятора можно оценивать по температуре хладагента, определяемой вблизи выхода хладагента из аккумулятора при выходе хладагента из аккумулятора. Положение клапана источника тепла (например, клапана 120 на ФИГ. 1В) представлено на графике 506. Клапан источника тепла можно открывать для циркуляции текучей среды между выпускным каналом (например, выпускным каналом 48 на ФИГ. 1А и 1В) и тепловым аккумулятором для передачи тепловой энергии от относительно теплых отработавших газов на относительно холодный тепловой аккумулятор. А именно, клапан источника тепла можно регулировать между закрытым первым положением, в котором поток текучей среды через него почти отсутствует, в связи с чем передача тепла в тепловой аккумулятор по существу не происходит, и открытым вторым положением, в котором через него течет текучая среда, в связи с чем происходит наращивание тепла в тепловом аккумуляторе. График 508 иллюстрирует разность температуры хладагента в аккумуляторе и температуры одного или нескольких МФП (например, МФП 220 и 224 на ФИГ. 2В и 2С), содержащихся в аккумуляторе.
До t1 хладагент может течь через аккумулятор, а клапан источника тепла может быть закрыт. Степень заряженности аккумулятора может падать, так как хладагент может отводить тепловую энергию из аккумулятора при протекании хладагента через аккумулятор. Кроме того, температура хладагента может быть по существу отлична от температуры МФП аккумулятора.
В момент t1 может быть необходима оценка степени заряженности аккумулятора, поэтому поток хладагента через аккумулятор может быть остановлен. То есть поток хладагента может быть уменьшен почти до нуля в момент t1. В связи с этим может начаться стабилизация степени заряженности аккумулятора и (или) прекратиться разряжение. Клапан источника тепла может оставаться закрытым, а разность температур хладагента и МФП может продолжить уменьшаться.
Между t1 и t2 поток хладагента через аккумулятор может оставаться без движения, а степень заряженности аккумулятора может оставаться почти без изменений. Кроме того, клапан источника тепла может оставаться закрытым, и разность температур хладагента и МФП может продолжить уменьшаться. В момент t2 разность температур хладагента и МФП может достигнуть порога 709. Порог 709 может, в некоторых примерах, приблизительно равняться нулю, и, в связи с этим, отражать состояния, когда температура хладагента в тепловом аккумуляторе и температура МФП аккумулятора приблизительно равны. То есть порог 709 может представлять тепловое равновесие между внутренними компонентами аккумулятора и хладагентом в аккумуляторе. При этом в других примерах порог 709 может быть больше нуля.
То есть в момент t2, когда в аккумуляторе достигнуто тепловое равновесие, поток хладагента через аккумулятор может быть возобновлен путем открытия одного или нескольких клапанов хладагента. При выходе хладагента, достигшего теплового равновесия с внутренними компонентами аккумулятора, в момент t2 можно измерить температуру хладагента с помощью датчика температуры (например, датчика 112 температуры на ФИГ. 1В-2Е) и оценить степень заряженности аккумулятора по температуре хладагента на выходе из аккумулятора. Клапан источника тепла может оставаться закрытым в момент t2.
Между t2 и t3 хладагент может продолжить течь через аккумулятор, в связи с чем степень заряженности аккумулятора может упасть. Клапан источника тепла может оставаться закрытым, и разность температур хладагента и МФП может сначала возрасти при возобновлении потока хладагента через аккумулятор и может начать падать по мере нагревания хладагента до температуры аккумулятора. В момент t3 температура хладагента может достигнуть необходимой температуры хладагента, в связи с чем поток хладагента через аккумулятор может быть больше не нужен.
Поэтому в момент t3 поток хладагента может быть остановлен, в связи с чем в момент t3 может произойти прекращение разряжение аккумулятора. Клапан источника тепла может оставаться закрытым в момент t3, а нагрев хладагента в аккумуляторе до температуры МФП в аккумуляторе может быть продолжен. Между t3 и t4 необходимость нагрева хладагента с помощью теплового аккумулятора может все так же отсутствовать. Разность температур хладагента и аккумулятор может продолжить уменьшаться, так как находящийся без движения хладагент в аккумуляторе может прийти в тепловое равновесие с аккумулятором. То есть между t3 и t4 температура хладагента может стать приблизительно равной температуре МФП в аккумуляторе. Клапан источника тепла может оставаться закрытым, поэтому степень заряженности аккумулятора может оставаться относительно постоянной.
В момент t4 может возникнуть необходимость нагрева хладагента с помощью теплового аккумулятора, поэтому поток хладагента через аккумулятор может быть возобновлен. Поскольку между t3 и t4 хладагент в аккумуляторе приходит в тепловое равновесие с аккумулятором, в момент t4 можно оценить степень заряженности аккумулятора по температуре хладагента на выходе из аккумулятора в связи с возобновлением потока хладагента через аккумулятор. Клапан источника тепла может оставаться закрытым в момент t4.
Между t4 и t5 хладагент может продолжить течь через аккумулятор, в связи с чем степень заряженности аккумулятора может упасть. Клапан источника тепла может оставаться закрытым, и разность температур хладагента и МФП может сначала возрасти при возобновлении потока хладагента через аккумулятор и может начать падать по мере нагревания хладагента до температуры аккумулятора. В момент t5 может возникнуть необходимость оценки степени заряженности аккумулятора, в связи с чем в момент t5 поток хладагента через аккумулятор может быть остановлен. Клапан источника тепла может оставаться закрытым в момент t5, и разность температур хладагента и аккумулятора может упасть в связи с нагреванием хладагента в аккумуляторе аккумулятором.
Между t5 и t6 поток хладагента через аккумулятор может оставаться отключенным. Разность температур хладагента и аккумулятора может продолжить уменьшаться, так как находящийся без движения хладагент в аккумуляторе может прийти в тепловое равновесие с аккумулятором. То есть между t5 и t6 температура хладагента может стать приблизительно равной температуре МФП в аккумуляторе. Клапан источника тепла может оставаться закрытым, в связи с чем степень заряженности аккумулятора может оставаться относительно постоянной.
В момент t6 поток хладагента через аккумулятор может быть возобновлен в связи с достижением хладагентом в аккумуляторе теплового равновесия с аккумулятором. При вытекании хладагента из аккумулятора можно измерить температуру хладагента и оценить степень заряженности аккумулятора. Степень заряженности аккумулятора может упасть ниже порога 705 степени заряженности. В связи с падением, по результату оценки, степени заряженности ниже порога 705 в момент t6, клапан источника тепла можно открыть в момент t6 для передачи тепла от отработавших газов в аккумулятор и, тем самым, зарядки аккумулятора. То есть в момент t6 может быть начата зарядка аккумулятора.
Между t6 и t7 может возникнуть необходимость нагрева хладагента с помощью теплового аккумулятора, в связи с чем течение хладагента через аккумулятор может быть продолжено. Разность температур хладагента и МФП может сначала возрасти при возобновлении потока хладагента через аккумулятор, а затем может упасть при нагреве хладагента до температуры аккумулятора. Клапан источника тепла может оставаться в открытом положении между t6 и t7, в связи с чем степень заряженности аккумулятора может возрастать. При этом, поскольку между t6 и t7 хладагент все еще течет через аккумулятор, зарядка аккумулятора между t6 и t7 может происходить с относительно низкой первой скоростью.
В момент t7 нагрев хладагента с помощью теплового аккумулятора может быть больше не нужен, в связи с чем поток хладагента через аккумулятор может быть остановлен. Клапан источника тепла может оставаться в открытом положении и, в связи с прекращением потока хладагента через аккумулятор в момент t7, может быть начата зарядка аккумулятор с относительно высокой второй скоростью. Разность температур хладагента и аккумулятора может продолжить уменьшаться по мере нагрева аккумулятором находящегося в нем без движения хладагента. Нагрев хладагента может быть усилен в связи с зарядкой аккумулятора.
Между t7 и t8 степень заряженности аккумулятора может продолжить расти с указанной относительно высокой второй скоростью. В связи с этим клапан источника тепла оставляют в открытом положении, и разность температур хладагента и МФП может продолжить уменьшаться. Поток хладагента оставляют отключенным между t7 и t8.
В момент t8 аккумулятор может достигнуть степени полной заряженности, в связи с чем клапан источника тепла может быть закрыт. То есть в момент t8 зарядка аккумулятора может быть остановлена. Кроме того, в связи с увеличением необходимой температуры хладагента в момент t8, поток хладагента через аккумулятор может быть возобновлен. Разность температур хладагента и МФП может сначала возрасти при возобновлении потока хладагента через аккумулятор, а затем упасть при нагревании хладагента до температуры аккумулятора.
После t8 хладагент может продолжить течь через аккумулятор, клапан источника тепла может оставаться закрытым, в связи с чем степень заряженности аккумулятора может стать ниже, чем в полностью заряженном состоянии. Поскольку происходит нагрев хладагента, разность температур хладагента и МФП может упасть.
Таким образом, тепловой аккумулятор может содержать два материала с фазовым переходом с разными температурами фазового перехода. Когда хладагент, находящийся в тепловом аккумуляторе, и МФП придут в тепловое равновесие, можно измерить температуру хладагента, выходящего из аккумулятора, и оценить степень заряженности аккумулятора по результату измерения температуры хладагента. А именно, поток хладагента через аккумулятор можно временно остановить до тех пор, пока хладагент в аккумуляторе не прекратит движение и не наступит тепловое равновесие между внутренними компонентами аккумулятора и хладагентом в аккумуляторе. Затем поток хладагента можно возобновить и измерить температуру находившегося без движения хладагента при выходе его из аккумулятора. По температуре хладагента можно оценить степень заряженности аккумулятора.
Таким образом, технический эффект, состоящий в повышении достоверности результатов оценки степени заряженности теплового аккумулятора, может быть достигнут путем остановки потока хладагента через аккумулятор до достижения теплового равновесия в аккумуляторе с последующим возобновлением потока хладагента и измерением температуры хладагента на выходе из аккумулятора. Благодаря этому, температура хладагента, выходящего из аккумулятора, может точнее соответствовать фактической температуре аккумулятора. То есть можно уменьшить разность температур хладагента и аккумулятора. Следовательно, можно повысить достоверность результатов оценки степени заряженности аккумулятора по температуре хладагента, выходящего из аккумулятора. Повышение достоверности результатов оценки степени заряженности аккумулятора позволяет повысить эффективность обогрева, и, тем самым, топливную экономичность.
В одном примере способ может содержать шаги, на которых: оценивают температуру теплового аккумулятора после достижения теплового равновесия между аккумулятором и находящимся в нем хладагентом и определяют степень заряженности аккумулятора по результату оценки температуры и по первой или второй функции преобразования. Дополнительно или взамен, температуру теплового аккумулятора можно оценивать по выходным сигналам датчика температуры, соединенного с выходом хладагента из аккумулятора, при этом указанный датчик может быть выполнен для измерения температуры хладагента, выходящего из аккумулятора. В любом из вышеуказанных способов или комбинации способов, определять степень заряженности аккумулятора можно по результату оценки температуры и по первой функции преобразования, когда происходит зарядка аккумулятора. В любом из вышеуказанных способов определять степень заряженности аккумулятора можно по результату оценки температуры и по второй функции преобразования, когда происходит разряжение аккумулятора. Любой из вышеуказанных способов или комбинация способов может дополнительно содержать шаг, на котором, перед тем, как оценить температуру теплового аккумулятора, останавливают поток хладагента через тепловой аккумулятор до тех пор, пока тепловой аккумулятор и содержащийся в нем хладагент не придут в тепловое равновесие. В любом из вышеуказанных способов или комбинации способов, указанная остановка потока хладагента через тепловой аккумулятор может включать в себя перевод клапана хладагента в первое положение для направления хладагента в обход теплового аккумулятора. Любой из вышеуказанных способов или комбинация способов может дополнительно содержать шаг, на котором возобновляют поток хладагента через тепловой аккумулятор после того, как тепловой аккумулятор и содержащийся в нем хладагент придут в тепловое равновесие. Кроме того, указанное возобновление потока хладагента через тепловой аккумулятор включает в себя вывод клапана хладагента из первого положения для циркуляции хладагента через тепловой аккумулятор.
В еще одном аспекте система теплового аккумулятора может содержать устройство аккумулирования тепла, содержащее первый материал с фазовым переходом с первой температурой фазового перехода и второй материал с фазовым переходом со второй, отличной, температурой фазового перехода, клапан хладагента с возможностью регулирования между первым положением и вторым положением для выборочного соединения устройства аккумулирования тепла с контуром хладагента двигателя и регулирования количества хладагента, циркулирующего через устройство аккумулирования тепла, датчик температуры для оценки температуры устройства и контроллер с машиночитаемыми командами в долговременной памяти для: оценки температуры устройства по прошествии порогового периода после остановки потока хладагента в устройстве и определения степени заряженности системы аккумулятора по результату оценки температуры и по первой или второй функции преобразования. В некоторых примерах первый и второй материалы с фазовым переходом могут быть объединены в комбинацию. Дополнительно или взамен, комбинация может содержать один материал с фазовым переходом в количестве, превышающем количество другого материала с фазовым переходом. При этом в других примерах первый и второй материалы с фазовым переходом могут быть разнесены по разным элементам аккумулятора. Любая из вышеуказанных систем или комбинация систем может дополнительно содержать контур теплообмена, при этом контур теплообмена расположен по меньшей мере частично в выпускном канале системы двигателя и по меньшей мере частично в устройстве аккумулирования тепла, при этом контур теплообмена содержит циркулирующий по нему хладагент для передачи тепловой энергии из выпускного канала в устройство аккумулирования тепла. В любой из вышеуказанных систем или комбинаций систем контроллер может также быть выполнен с командами в памяти для: остановки потока хладагента через указанное устройство на некоторый период при поступлении запроса оценки степени заряженности устройства, возобновления потока хладагента после ожидания в течение указанного периода и оценки степени заряженности аккумулятора по температуре хладагента на выходе из устройства, определенной по выходному сигналу датчика температуры, расположенного вблизи выхода хладагента из устройства. В любой из вышеуказанных систем или комбинаций систем, указанный период может представлять собой количество времени, необходимое для достижения теплового равновесия между хладагентом, содержащимся в устройстве, и внутренними компонентами устройства, содержащими указанные материалы с фазовым переходом, при этом указанный период можно вычислить по последнему по времени результату измерения температуры хладагента и последнему по времени результату оценки степени заряженности аккумулятора.
В еще одном аспекте способ для системы охлаждения двигателя может содержать шаги, на которых: останавливают поток хладагента через устройство аккумулирования тепла, содержащее два материала с фазовым переходом с разными точками плавления, на некоторый период, возобновляют поток хладагента через устройство аккумулирования тепла по прошествии указанного периода и оценивают температуру хладагента, выходящего из устройства аккумулирования тепла, по выходным сигналам датчика температуры, расположенного вблизи выхода хладагента из указанного устройства, и вычисляют степень заряженности устройства по результату оценки температуры хладагента и по первой или второй функции преобразования. Кроме того, указанный период может представлять собой количество времени, необходимое для достижения теплового равновесия между хладагентом, находящимся в устройстве, и внутренними компонентами устройства, содержащими указанные материалы с фазовым переходом, при этом указанный период можно вычислять по последнему по времени результату измерения температуры хладагента и последнему по времени результату оценки степени заряженности аккумулятора. В любом из вышеуказанных способов или комбинации способов, указанное вычисление степени заряженности устройства можно осуществлять по результату оценки температуры хладагента и первой функции преобразования, когда происходит зарядка устройства. В любом из вышеуказанных способов или комбинации способов, указанное вычисление степени заряженности устройства можно осуществлять по результату оценки температуры хладагента и второй функции преобразования, когда происходит разряжение устройства. Любой из вышеуказанных способов или комбинация способов может дополнительно содержать шаги, на которых, когда указанное устройство и (или) содержащийся в нем хладагент не находятся в тепловом равновесии, степень заряженности устройства оценивают по одному или нескольким из следующих параметров: температура хладагента на выходе из указанного устройства, третья функция преобразования, внутренний теплообмен в указанном устройстве, температура фазового перехода указанных материалов с фазовым переходом, скрытые теплоемкости указанных материалов с фазовым переходом, массы указанных материалов с фазовым переходом, давление окружающей среды, высота над уровнем моря и давление в системе хладагента.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и (или) транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и (или) функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя в системе управления двигателя.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и (или) свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
1. Способ управления устройством аккумулирования тепла системы охлаждения двигателя, содержащий шаги, на которых:
направляют поток каждого из хладагента и второй текучей среды через устройство аккумулирования тепла по отдельным трубам, причем вторая текучая среда нагрета от отработавших газов двигателя;
останавливают поток хладагента через устройство аккумулирования тепла, причем устройство аккумулирования тепла содержит два материала с фазовым переходом с разными точками плавления, на некоторый период;
возобновляют поток хладагента через устройство аккумулирования тепла по прошествии указанного периода и оценивают температуру хладагента, выходящего из устройства аккумулирования тепла, по выходным сигналам датчика температуры, расположенного на выходе хладагента из указанного устройства аккумулирования тепла; и
вычисляют степень заряженности устройства аккумулирования тепла по результату оценки температуры хладагента и одному или нескольким химическим свойствам указанных материалов с фазовым переходом, причем устройство аккумулирования тепла выполнено с возможностью зарядки за счет приема тепловой энергии от нагретой второй текучей среды и разряжения за счет передачи тепловой энергии хладагенту.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанную остановку потока хладагента осуществляют в ответ на желание оценить степень заряженности устройства аккумулирования тепла, причем указанный период представляет собой количество времени, необходимое для достижения теплового равновесия между хладагентом, находящимся в устройстве аккумулирования тепла, и внутренними компонентами устройства аккумулирования тепла, содержащими указанные материалы с фазовым переходом, причем указанный период вычисляют по последнему по времени результату измерения температуры хладагента и последнему по времени результату оценки степени заряженности устройства аккумулирования тепла.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное вычисление степени заряженности устройства аккумулирования тепла осуществляют по результату оценки температуры хладагента и по первой функции преобразования, когда происходит зарядка устройства аккумулирования тепла, причем первая функция преобразования соответствует известному соотношению температуры хладагента и степени заряженности устройства аккумулирования тепла во время зарядки устройства аккумулирования тепла, причем указанное вычисление степени заряженности устройства аккумулирования тепла осуществляют посредством контроллера в соответствии с машиночитаемыми командами, сохраненными в долговременной памяти контроллера.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное вычисление степени заряженности устройства аккумулирования тепла осуществляют по результату оценки температуры хладагента и по второй функции преобразования, когда происходит разряжение устройства аккумулирования тепла, причем вторая функция преобразования соответствует известному соотношению температуры хладагента и степени заряженности устройства аккумулирования тепла во время разряжения устройства аккумулирования тепла, причем способ дополнительно содержит шаг, на котором, во время протекания хладагента через устройство аккумулирования тепла, регулируют поток хладагента в зависимости от необходимой температуры хладагента, причем необходимая температура хладагента зависит от параметров работы двигателя.
5. Способ по п. 1, дополнительно содержащий шаг, на котором: когда указанное устройство аккумулирования тепла и/или содержащийся в нем хладагент не находятся в тепловом равновесии, степень заряженности устройства аккумулирования тепла оценивают по одному или нескольким из следующих параметров: температура хладагента на выходе из указанного устройства аккумулирования тепла, третья функция преобразования, внутренний теплообмен в указанном устройстве аккумулирования тепла, температуры фазового перехода указанных материалов с фазовым переходом, скрытые теплоемкости указанных материалов с фазовым переходом, массы материалов с фазовым переходом, давление окружающей среды, высота над уровнем моря и давление в системе хладагента.
