Электрифицированное транспортное средство и способ охлаждения батареи в нем (варианты)
Электрический привод приводит в движение транспортное средство. Батарейный блок обеспечивает электрической энергией электрический привод и включает в себя охлаждающий трубопровод для жидкого теплоносителя. Датчики батареи воспринимают температуру батареи и теплоносителя. Пассивный радиатор воспринимает температуру наружного воздуха. Жидкостный насос прокачивает теплоноситель через охлаждающий трубопровод. Общая подсистема охлаждения включает в себя компрессор и конденсатор, осуществляющие циркуляцию хладагента. Основной испаритель соединен с общей подсистемой охлаждения и испаряет хладагент для охлаждения пассажирского салона. Охладитель соединен с общей подсистемой охлаждения и испаряет хладагент для охлаждения теплоносителя. Распределительный клапан в первой конфигурации соединяет радиатор с насосом и охлаждающим трубопроводом, а во второй конфигурации соединяет охладитель с насосом и охлаждающим трубопроводом. Контроллер выдает команды клапану для выбора одной из этих конфигураций. При этом, когда температура батареи имеет значение между первой пороговой температурой и заданной температурой ограничения мощности, подается команда выбора первой конфигурации при условии, что разница между температурой теплоносителя батареи и температурой наружного воздуха больше заданной разницы, в противном случае, а также когда температура батареи больше температуры ограничения мощности, подается команда выбора второй конфигурации. Достигается оптимизация работы системы охлаждения батареи совместно с системой кондиционирования. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Не применима.
ЗАЯВЛЕНИЕ, КАСАЮЩЕЕСЯ ФЕДЕРАЛЬНОГО ФИНАНСИРОВАНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
Не применимо.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится в общем к охлаждению батареи в электрифицированных транспортных средствах и, в частности, к охлаждаемой жидкостью аккумуляторной батарее с режимами активного и пассивного охлаждения.
При использовании электрической аккумуляторной батареи (например, блока батарей) с целью обеспечения электроэнергии электродвигателю для приведения в движение электрифицированного транспортного средства (например, гибридного электрического или полностью электрического) температура батареи может увеличиваться при работе электродвигателя в течение длительных периодов времени. Батарейный блок обычно установлен в относительно небольшом, замкнутом пространстве, которое, как правило, удерживает вырабатываемое тепло. Увеличения температуры батареи могут уменьшать эффективность зарядки или разрядки батареи и ухудшать эксплуатационные характеристики батареи. Если батарея не охлаждается, то может снижаться выработка электроэнергии, срок службы батареи и экономия топлива.
Пассажирские транспортные средства обычно имеют систему кондиционирования воздуха пассажирского салона для активного охлаждения пассажирского салона, включающую в себя компрессор, трубопровод хладагента и теплообменник, такой как испаритель. Один из путей решения проблемы высоких температур батареи заключается в использовании по меньшей мере части системы кондиционирования воздуха пассажирского салона для охлаждения батареи. Поскольку система кондиционирования воздуха используется для охлаждения пассажирского салона, для охлаждения батареи может быть использован тот же компрессор с дополнительным трубопроводом хладагента и испарителем. Патент США 7658083 раскрывает общую систему охлаждения салона/батареи, в которой предусмотрен теплообменный элемент испарителя для охлаждения батареи воздухом, циркулирующим с помощью вентилятора батареи через теплообменный элемент испарителя и батарею.
Для более эффективного охлаждения батареи внедрены системы жидкостного охлаждения, поскольку вода имеет более высокую теплопроводность (может быстрее передавать тепло) и более высокую удельную теплоемкость (может поглощать больше тепла), чем воздух. Жидкий теплоноситель может циркулировать через охлаждаемую пластину, находящуюся в контакте с аккумуляторами батареи, для отвода тепла. Жидкий теплоноситель может передавать тепло охладителю батареи, который имеет общий хладагент с системой кондиционирования воздуха пассажирского салона.
Другая тенденция в системах кондиционирования воздуха пассажирского салона заключатся в использовании раздельно охлаждаемых зон (например, зоны передних сидений и задних сидений) в пассажирском салоне. Каждая зона может иметь свой соответственный испаритель, который индивидуально соединен с контуром хладагента для охлаждения воздуха в соответственной зоне по мере необходимости. В электрифицированном транспортном средстве с множественными зонами охлаждения пассажирского салона нагрузка на общую подсистему подачи хладагента может повышаться. Увеличение размера компонентов общей подсистемы охлаждения (например, компрессора, конденсатора, испарителя) может быть нежелательным из-за потери эффективности и увеличения стоимости. Таким образом, желательно оптимизировать производительность и энергопотребление охладителя и испарителей для уменьшения общего размера компонентов системы кондиционирования воздуха, при этом настраивая работу системы охлаждения на наилучшее соответствие целевым показателям производительности при достижении отдельными секциями охлаждения их пиковых нагрузок.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте изобретения электрифицированное транспортное средство содержит электрический привод, выполненный с возможностью по выбору приведения в движение транспортного средства, причем электрическую энергию электрическому приводу обеспечивает батарейный блок. Батарейный блок включает в себя охлаждающий трубопровод для переноса жидкого теплоносителя. Датчик батареи измеряет температуру батареи. Пассивный радиатор подвержен воздействию температуры наружного воздуха. Жидкостный насос прокачивает теплоноситель через охлаждающий трубопровод. Общая подсистема охлаждения включает в себя компрессор и конденсатор, осуществляющие циркуляцию хладагента. Основной испаритель соединяется по выбору с общей подсистемой охлаждения и выполнен с возможностью испарения хладагента для охлаждения пассажирского салона транспортного средства. Охладитель соединяется по выбору с общей подсистемой охлаждения и выполнен с возможностью испарения хладагента для охлаждения теплоносителя. Распределительный клапан имеет первую конфигурацию, соединяющую радиатор с насосом и охлаждающим трубопроводом, и имеет вторую конфигурацию, соединяющую охладитель с насосом и охлаждающим трубопроводом. Контроллер выдает команды клапану для выбора одной из этих конфигураций. Когда температура батареи имеет значение между первой пороговой температурой и заданной температурой ограничения мощности, контроллер подает команду выбора первой конфигурации при условии, что разница между температурой теплоносителя батареи и температурой наружного воздуха больше заданной разницы. В противном случае (т.е. если разница меньше заданной разницы), контроллер подает команду выбора второй конфигурации. Когда температура батареи больше температуры ограничения мощности, контроллер подает команду выбора второй конфигурации.
Таким образом, предложено электрифицированное транспортное средство, содержащее:
электрический привод, выполненный с возможностью по выбору приведения в движение транспортного средства;
батарейный блок, обеспечивающий электрическую энергию электрическому приводу, причем батарейный блок включает в себя охлаждающий трубопровод для переноса жидкого теплоносителя;
датчики батареи, воспринимающие температуру батареи и температуру теплоносителя батареи;
пассивный радиатор, подверженный воздействию температуры наружного воздуха;
жидкостный насос для прокачивания теплоносителя через охлаждающий трубопровод;
общую подсистему охлаждения, включающую в себя компрессор и конденсатор, осуществляющие циркуляцию хладагента;
основной испаритель, по выбору соединяемый с общей подсистемой охлаждения и выполненный с возможностью испарения хладагента для охлаждения пассажирского салона транспортного средства;
охладитель, по выбору соединяемый с общей подсистемой охлаждения и выполненный с возможностью испарения хладагента для охлаждения теплоносителя;
распределительный клапан с первой конфигурацией, соединяющей радиатор с насосом и охлаждающим трубопроводом, и второй конфигурацией, соединяющей охладитель с насосом и охлаждающим трубопроводом; и
контроллер, выдающий команды клапану для выбора одной из этих конфигураций, причем, когда температура батареи имеет значение между первой пороговой температурой и заданной температурой ограничения мощности, подается команда выбора первой конфигурации при условии, что разница между температурой теплоносителя батареи и температурой наружного воздуха больше заданной разницы, а в противном случае подается команда выбора второй конфигурации, и при этом, когда температура батареи больше температуры ограничения мощности, подается команда выбора второй конфигурации.
Предпочтительно, предложенное транспортное средство дополнительно содержит реагирующий на контроллер клапан подачи для соединения по выбору охладителя с общей подсистемой охлаждения. Предпочтительнее, в предложенном транспортном средстве клапан подачи состоит из электронного расширительного клапана, и при этом контроллер меняет поток хладагента через электронный расширительный клапан в ответ на перегрев охладителя.
Предпочтительно, предложенное транспортное средство дополнительно содержит электрический вентилятор, по выбору включаемый контроллером для обдувки радиатора воздухом при подаче команды выбора первой конфигурации.
Предпочтительно, в предложенном транспортном средстве компрессор представляет собой компрессор с переменной скоростью, при этом контроллер устанавливает скорость компрессора в соответствии с температурой основного испарителя всякий раз, когда основной испаритель охлаждает пассажирский салон, и при этом контроллер устанавливает скорость компрессора в соответствии с температурой охладителя в те отрезки времени, когда хладагент испаряется только охладителем.
Предпочтительно, предложенное транспортное средство дополнительно содержит:
зональный испаритель, выполненный с возможностью испарения хладагента для охлаждения соответствующей зоны в пассажирском салоне; и
реагирующий на контроллер клапан подачи для соединения по выбору зонального испарителя с общей подсистемой охлаждения;
причем компрессор представляет собой компрессор с переменной скоростью, и при этом контроллер устанавливает скорость компрессора в соответствии с температурой основного испарителя всякий раз, когда основной испаритель охлаждает пассажирский салон.
Предпочтительнее, в предложенном транспортном средстве контроллер устанавливает скорость компрессора в соответствии с температурой зонального испарителя, когда зональный испаритель охлаждает зону, а основной испаритель не охлаждает пассажирский салон. Более предпочтительно, в предложенном транспортном средстве контроллер устанавливает скорость компрессора в соответствии с температурой охладителя в те отрезки времени, когда хладагент испаряется только охладителем.
Предпочтительнее, в предложенном транспортном средстве клапан подачи состоит из термостатического расширительного клапана (ТРК) и запорного клапана.
Кроме того, предложен способ охлаждения батареи в электрифицированном транспортном средстве, содержащий следующие этапы:
пассивно охлаждают батарею за счет циркуляции теплоносителя из батареи в радиатор, когда температура батареи имеет значение между первым пороговым значением и пороговым значением мощности и разница между температурой теплоносителя батареи и температурой воздуха больше заданной разницы; а
в противном случае активно охлаждают батарею за счет циркуляции теплоносителя из батареи в охладитель системы кондиционирования воздуха.
Более того, предложен способ охлаждения батареи в электрифицированном транспортном средстве, содержащий следующие этапы:
активно охлаждают батарею за счет циркуляции теплоносителя из батареи в охладитель системы кондиционирования воздуха, когда температура батареи выше заданной температуры ограничения мощности;
пассивно охлаждают батарею за счет циркуляции теплоносителя из батареи в радиатор, когда температура батареи имеет значение между первым пороговым значением и температурой ограничения мощности и разница между температурой теплоносителя батареи и температурой наружного воздуха больше заданной разницы; и
активно охлаждают батарею за счет циркуляции теплоносителя из батареи в охладитель, когда температура батареи имеет значение между первым пороговым значением и температурой ограничения мощности и разница между температурой теплоносителя батареи и температурой наружного воздуха меньше заданной разницы.
Предпочтительно, в предложенном способе система кондиционирования воздуха включает в себя передний и задний испарители для охлаждения по выбору передней и задней областей в пассажирском салоне, при этом система кондиционирования воздуха включает в себя общий компрессор с переменной скоростью и конденсатор, подающие хладагент в охладитель и передний и задний испарители, причем способ дополнительно содержит следующие этапы:
устанавливают скорость компрессора в соответствии с температурой переднего испарителя всякий раз, когда передний испаритель охлаждает переднюю область;
устанавливают скорость компрессора в соответствии с температурой охладителя всякий раз, когда хладагент из общего компрессора и конденсатора подается только в охладитель.
Предпочтительно, предложенный способ дополнительно содержит следующий этап: устанавливают скорость компрессора в соответствии с температурой заднего испарителя всякий раз, когда задний испаритель охлаждает заднюю область, а передний испаритель не охлаждает переднюю область.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 представляет собой блок-схему традиционного электрифицированного транспортного средства.
Фигура 2 представляет собой блок-схему системы охлаждения уровня техники для пассажирского салона и батарейного блока электрифицированного транспортного средства.
Фигура 3 представляет собой вариант выполнения общей системы охлаждения салона/батареи по настоящему изобретению.
Фигура 4 представляет собой график, показывающий режимы активного и пассивного охлаждения батареи согласно одному варианту осуществления изобретения.
Фигура 5 представляет собой блок-схему, показывающую вариант осуществления способа по изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ осуществления
Обращаясь к фигуре 1, электрифицированное транспортное средство 10 имеет пассажирский салон 11. Электрический привод 12 (например, инверторный тяговый электродвигатель) получает электрическую энергию от батарейного блока 13. Контроллер 14 может включать в себя модуль управления батареей для отслеживания эксплуатационных характеристик батареи (включая температуру батареи) и системный контроллер для управления инвертором. Система 15 охлаждения батареи обеспечивает охлаждающую текучую среду (такую как охлажденный жидкий теплоноситель или поток охлажденного воздуха) к батарейному блоку 13 под управлением контроллера 14. Традиционные системы использовали независимый источник охлажденного воздуха в системе 15 охлаждения и использовали общую систему охлаждения с системой 16 кондиционирования воздуха пассажирского салона (для батарей с воздушным охлаждением или жидкостным охлаждением).
Фигура 2 показывает общую систему 20 охлаждения уровня техники, включающую в себя систему 21 кондиционирования воздуха (A/C) пассажирского салона, выполненную с возможностью охлаждения пассажирского салона 22. Система 21 кондиционирования воздуха пассажирского салона включает в себя аккумулятор 23, компрессор 24, конденсатор 25, запорный клапан 26, расширительное устройство 27 (такое как электронный расширительный клапан, терморасширительный клапан или дроссельная трубка) и теплообменный элемент 28 испарителя. Эти элементы выполнены так, чтобы позволять хладагенту протекать между ними и работать известным в уровне техники образом. Поток хладагента частично определяется запорным клапаном 26.
Система 21 кондиционирования воздуха пассажирского салона также включает себя нагнетатель 29 воздуха, предназначенный для содействия протеканию воздуха между теплообменным элементом 28 испарителя и салоном 22 транспортного средства. Система 20 охлаждения также включает в себя подсистему 30 кондиционирования воздуха батареи, выполненную с возможностью охлаждения батареи 31. Подсистема 30 кондиционирования воздуха батареи включает в себя запорный клапан 32, терморасширительный клапан 33 и теплообменный элемент 34 испарителя.
Подсистема 30 кондиционирования воздуха батареи совместно использует аккумулятор 23, компрессор 24 и конденсатор 25 с системой 21 кондиционирования воздуха пассажирского салона. Эти элементы выполнены так, чтобы позволять хладагенту протекать между ними и работать известным в уровне техники образом. Поток хладагента между терморасширительным клапаном 33 и теплообменным элементом 34 испарителя определяется запорным клапаном 32. Подсистема 30 кондиционирования воздуха батареи также включает в себя вентилятор 35 батареи, предназначенный для содействия протеканию воздуха между батареей 31 и теплообменным элементом 34 испарителя.
Фигура 3 показывает один предпочтительный вариант осуществления изобретения, в котором электрифицированное транспортное средство имеет батарейный блок 40 для обеспечения электрической энергии электрическому приводу. Батарея 40 включает в себя охлаждающий трубопровод 41 для переноса жидкого теплоносителя, который поглощает тепло от батареи 40 и далее высвобождает его в одном из режимов активного или пассивного охлаждения, как описано ниже. Трубопровод 41 может, например, проходить через охлаждаемую пластину, которая контактирует с аккумуляторами батареи.
Насос 42 теплоносителя осуществляет циркуляцию теплоносителя через контур теплоносителя, включающий в себя множество линий теплоносителя, взаимосвязывающих трубопровод 41, пассивный радиатор 44 батареи, активный охладитель 46 батареи и трехходовой распределительный клапан 43. Пассивный радиатор 44 может включать в себя вентилятор 45 батареи (или общий вентилятор охлаждения двигателя) для повышения теплоотвода при прохождении теплоносителя через радиатор 44 батареи. В режиме пассивного охлаждения распределительный клапан 43 соединяет по выбору радиатор 44 с насосом 42 в ответ на командный сигнал от схемы контроллера 50. Контроллер 50 может включать в себя, например, специализированные логические схемы, программируемые вентильные матрицы или программируемый универсальный микроконтроллер. Для режима пассивного охлаждения контроллер 50 настраивает клапан 43 так, чтобы соединять его выпуск 43а с первым впуском 43b, и включает (активирует) насос 42 для циркуляции теплоносителя через трубопровод 41 и радиатор 44. При необходимости, контроллер 50 также может включать вентилятор 45 при работе в режиме пассивного охлаждения.
В батарейный блок 40 встроен датчик 47 температуры батареи, а на транспортном средстве установлен датчик 48 температуры наружного воздуха там, где он подвергается воздействию наружного воздуха. Датчик 49 измеряет температуру теплоносителя TC при его выходе из охлаждаемой пластины батареи. Датчики 47, 48 и 49 соединены с контроллером 50 для подачи соответственно температуры батареи и температуры наружного воздуха контроллеру 50 для использования при определении того, когда следует активировать режимы пассивного или активного охлаждения, как описано ниже.
Для работы в режиме активного охлаждения контроллер 50 настраивает распределительный клапан 43 так, что выпуск 43а соединяется с впуском 43c, тем самым направляя поток из насоса 42 через трубопровод 41 и охладитель 46 батареи. Охладитель 46 батареи соединен с общей подсистемой 51 охлаждения пассажирского салона.
В общей подсистеме 51 охлаждения циркулирует хладагент из компрессора 52 в наружный теплообменник (НТО) 53, функционирующий в качестве конденсатора. Хладагент выборочно подается через соответственные клапаны в передний (основной) испаритель 54, задний (зональный) испаритель 55 и охладитель 46 батареи. Передний испаритель 54 представляет собой основной испаритель для обслуживания основной зоны, такой как передняя зона пассажирского салона, или же всего пассажирского салона при отсутствии других зональных испарителей. Охладитель 46 батареи выборочно подсоединяется для приема хладагента в общей подсистеме охлаждения под управлением электронного расширительного клапана (ЭРК) 56, который подключен для приема управляющего сигнала от контроллера 50. ЭРК 56 способен полностью закрываться для того, чтобы исключать какое-либо потребление охладителем 46 батареи, когда он не используется. Датчик 57 встроен в охладитель 46 батареи и соединен с контроллером 50 для обеспечения сигнала о температуре хладагента и давлении хладагента на выпуске охладителя. Этот датчик необходим только при использовании ЭРК. Если ЭРК 56 заменен на ТРК и запорный клапан хладагента, то датчик 57 не нужен.
Для выборочного соединения испарителей охлаждения салона с общей подсистемой охлаждения может быть использован ЭРК или термостатический расширительный клапан (ТРК). Таким образом, ТРК 60 и 61 подают хладагент в испарители 54 и 55 соответственно, причем расходы через ТРК 60 и 61 автоматически адаптируются для управления перегревом испарителей известным в уровне техники образом. Для полного отключения подачи потока хладагента в ответвленном контуре, когда он не требуется испарителям 54 или 55, клапаны 62 и 63 отключения подачи последовательно соединены с ТРК 60 и 61, которые управляются соответствующими командными сигналами от контроллера 50.
В показанном варианте осуществления каждый испаритель при эксплуатации управляется по отдельности для потребления соответствующего количества хладагента с тем, чтобы обеспечивать необходимый перегрев испарителя или охладителя батареи. Поскольку охладитель 46 батареи использует ЭРК, сигнал о температуре и давлении хладагента от датчика 57 температуры охладителя используется контроллером 50 с тем, чтобы установить подходящий расход через клапан 56 для управления перегревом охладителя. Для испарителей 54 и 55 могут быть предусмотрены датчики 58 и 59 температуры, особенно если вместо ТРК использованы ЭРК. В предпочтительном варианте осуществления ЭРК используется по меньшей мере для охладителя 46 батареи с тем, чтобы добиться необходимого уровня точного управления охладителем 46 батареи так, чтобы фактически используемая для охлаждения батареи нагрузка случайно не превысила необходимого уровня, поскольку любые ненужные потери охлаждающей способности могут оказывать отрицательное влияние на охлаждение салона.
При работе система охлаждения батареи на фигуре 3 использует минимум энергии в результате 1) использования пассивного охлаждения во всех возможных случаях и 2) осуществления строгого контроля хладагента, используемого охладителем батареи в том случае, когда становится необходимым активное охлаждение. Фигура 4 иллюстрирует некоторые температурные зависимости для задания режимов активного и пассивного охлаждения, используемых системой охлаждения. Выбор режимов активного или пассивного охлаждения может определяться измеренной температурой батареи TBat и температурой наружного воздуха TAmb в соответствии с различными пороговыми значениями температур. Другая связанная с батареей температура, которая может быть использована в алгоритме управления, представляет собой измеренную температуру теплоносителя TC при его выходе из охлаждаемой пластины батареи. Первое пороговое значение T1, показанное позицией 65, определяет наименьшую температуру батареи, при которой необходимо охлаждение батарейного блока (например, примерно 10°C). Пороговое значение ограничения мощности TPL, показанное позицией 66, является функцией наименьшей температуры батареи, при которой электрическая мощность на выходе батарейного блока подвергается отрицательному влиянию в такой степени, что становится целесообразным тратить больше энергии на уменьшение температуры батареи (например, примерно 40°C). Например, пороговое значение TPL может быть установлено на несколько градусов меньше фактической температуры, при которой оказывается влияние на эксплуатационные характеристики батареи. Таким образом, если температура батареи TBat больше температуры ограничения мощности TPL, то система охлаждения батареи входит в режим активного охлаждения в активном режиме 70 (т.е. контроллер подает командные сигналы на позиционирование распределительного клапана 43 так, чтобы жидкий теплоноситель циркулировал из охлаждающего трубопровода батареи через охладитель батареи, и на открытие расширительного клапана, подающего хладагент в охладитель батареи).
Если температура батареи TBat больше первого порогового значения T1 и меньше температуры ограничения мощности TPL, то выбор режима охлаждения зависит от разницы между температурой TC теплоносителя батареи и температурой TAmb наружного воздуха (т.е. окружающей среды). Эта разница представляет собой меру способности пассивного радиатора передавать тепло в окружающую среду. Пороговое значение разницы TDiff, показанное позицией 67, представляет собой разницу температур, которая необходима для успешного охлаждения. Если фактическая разница больше TDiff, то система охлаждения батареи входит в режим пассивного охлаждения в пассивном режиме 71 (т.е. контроллер подает командные сигналы на позиционирование распределительного клапана 43 так, чтобы жидкий теплоноситель циркулировал из охлаждающего трубопровода батареи через радиатор, и на закрытие расширительного клапана, подающего хладагент в охладитель батареи). В дополнение, контроллер может включать вентилятор батареи (например, на основании другого порогового значения температуры). Если фактическая разница меньше TDiff, то система охлаждения батареи входит в режим активного охлаждения в активном режиме 72 (т.е. контроллер подает командные сигналы на позиционирование распределительного клапана так, чтобы жидкий теплоноситель циркулировал из охлаждающего трубопровода батареи через охладитель батареи, и на открытие расширительного клапана, подающего хладагент в охладитель батареи).
Фигура 5 показывает предпочтительный способ по изобретению, в котором на этапе 80 сравнивают температуру батареи TBat с первым пороговым значением T1. Если температура батареи не больше первого порогового значения T1, то охлаждение батареи не требуется, поэтому на этапе 82 вводят режим «Нет охлаждения» и выполняют возврат на этап 80 для непрерывного отслеживания температуры батареи. Если температура батареи больше первого порогового значения T1, то на этапе 83 сравнивают температуру батареи с пороговым значением ограничения мощности TPL. Если температура батареи TBat больше TPL, то на этапе 84 вводят режим активного охлаждения, в котором распределительный клапан устанавливают на циркуляцию теплоносителя батареи в охладитель батареи, открывают клапан ЭРК и выключают вентилятор пассивного радиатора. Далее выполняют возврат на этап 80 для продолжения отслеживания температуры батареи.
Если на этапе 83 температура батареи TBat не больше TPL, то на этапе 85 сравнивают разницу между температурой теплоносителя батареи TC и температурой наружного воздуха TAmb с пороговым значением разницы TDiff. Если фактическая разница не больше порогового значения разницы, то на этапе 84 вводят режим активного охлаждения. В противном случае, на этапе 86 может быть применен режим пассивного охлаждения, в котором распределительный клапан устанавливают на циркуляцию жидкого теплоносителя в радиатор батареи, закрывают ЭРК для охладителя батареи и включают нагнетательный вентилятор для радиатора батареи.
Типичная система кондиционирования воздуха может использовать компрессор с переменной скоростью, причем скорость компрессора устанавливается в соответствии с нагрузкой охлаждения (которая обычно определяется температурой, измеренной на выпуске испарителя). В настоящем изобретении наличие множественных испарителей наряду с охладителем батареи, причем эти элементы могут или могут не работать все одновременно, создает сложность для определения скорости компрессора. Для того чтобы поддерживать приемлемой эффективность охлаждения салона без привнесения избыточной сложности в систему управления, настоящее изобретение использует схему приоритетов для выбора температуры испарителя, используемой при определении скорости компрессора и добавлении прямых ограничений скорости при включенном охладителе. Таким образом, контроллер устанавливает скорость компрессора в соответствии с температурой основного испарителя всегда, когда основной испаритель охлаждает пассажирский салон (т.е. активно испаряет некоторую долю хладагента). Употребляемый здесь термин «основной» испаритель относится к испарителю передней зоны или единственному испарителю при наличии только одной зоны. В те отрезки времени, когда охладитель батареи является единственным элементом, активно используемым для испарения хладагента, скорость компрессора устанавливается контроллером в соответствии с температурой на выпуске охладителя батареи (или температурой теплоносителя на впуске охлаждающего трубопровода батареи). При наличии зонального испарителя, такого как задний испаритель, для испарения хладагента с целью охлаждения соответствующей зоны в пассажирском салоне скорость компрессора устанавливается контроллером в соответствии с температурой зонального испарителя всякий раз, когда зональный испаритель охлаждает свою зону, а основной испаритель не охлаждает основную зону пассажирского салона. Кроме того, зональному испарителю придан более высокий приоритет, чем охладителю батареи, в том случае, когда только зональный испаритель и охладитель батареи активно испаряют хладагент.
Вышеописанное изобретение обладает тем преимуществом, что все три охлаждающих теплообменника имеют прямой доступ к хладагенту, так что отсутствуют потери из-за промежуточных теплообменников. Кроме того, использование хладагента может быть сбалансировано между тремя охлаждающими теплообменниками для того, чтобы сбалансировать необходимую производительность, тем самым обеспечивая выгодное управление энергией.
1. Электрифицированное транспортное средство, содержащее:
электрический привод, выполненный с возможностью по выбору приведения в движение транспортного средства;
батарейный блок, обеспечивающий электрическую энергию электрическому приводу, причем батарейный блок включает в себя охлаждающий трубопровод для переноса жидкого теплоносителя;
датчики батареи, воспринимающие температуру батареи и температуру теплоносителя батареи;
пассивный радиатор, подверженный воздействию температуры наружного воздуха;
жидкостный насос для прокачивания теплоносителя через охлаждающий трубопровод;
общую подсистему охлаждения, включающую в себя компрессор и конденсатор, осуществляющие циркуляцию хладагента;
основной испаритель, по выбору соединяемый с общей подсистемой охлаждения и выполненный с возможностью испарения хладагента для охлаждения пассажирского салона транспортного средства;
охладитель, по выбору соединяемый с общей подсистемой охлаждения и выполненный с возможностью испарения хладагента для охлаждения теплоносителя;
распределительный клапан с первой конфигурацией, соединяющей радиатор с насосом и охлаждающим трубопроводом, и второй конфигурацией, соединяющей охладитель с насосом и охлаждающим трубопроводом; и
контроллер, выдающий команды клапану для выбора одной из этих конфигураций, причем, когда температура батареи имеет значение между первой пороговой температурой и заданной температурой ограничения мощности, подается команда выбора первой конфигурации при условии, что разница между температурой теплоносителя батареи и температурой наружного воздуха больше заданной разницы, а в противном случае подается команда выбора второй конфигурации, и при этом, когда температура батареи больше температуры ограничения мощности, подается команда выбора второй конфигурации.
2. Транспортное средство по п. 1, дополнительно содержащее реагирующий на контроллер клапан подачи для соединения по выбору охладителя с общей подсистемой охлаждения.
3. Транспортное средство по п. 2, в котором клапан подачи состоит из электронного расширительного клапана, и при этом контроллер меняет поток хладагента через электронный расширительный клапан в ответ на перегрев охладителя.
4. Транспортное средство по п. 1, дополнительно содержащее электрический вентилятор, по выбору включаемый контроллером для обдувки радиатора воздухом при подаче команды выбора первой конфигурации.
5. Транспортное средство по п. 1, в котором компрессор представляет собой компрессор с переменной скоростью, при этом контроллер устанавливает скорость компрессора в соответствии с температурой основного испарителя всякий раз, когда основной испаритель охлаждает пассажирский салон, и при этом контроллер устанавливает скорость компрессора в соответствии с температурой охладителя в те отрезки времени, когда хладагент испаряется только охладителем.
6. Транспортное средство по п. 1, дополнительно содержащее:
зональный испаритель, выполненный с возможностью испарения хладагента для охлаждения соответствующей зоны в пассажирском салоне; и
реагирующий на контроллер клапан подачи для соединения по выбору зонального испарителя с общей подсистемой охлаждения;
причем компрессор представляет собой компрессор с переменной скоростью, и при этом контроллер устанавливает скорость компрессора в соответствии с температурой основного испарителя всякий раз, когда основной испаритель охлаждает пассажирский салон.
7. Транспортное средство по п. 6, в котором контроллер устанавливает скорость компрессора в соответствии с температурой зонального испарителя, когда зональный испаритель охлаждает зону, а основной испаритель не охлаждает пассажирский салон.
8. Транспортное средство по п. 7, в котором контроллер устанавливает скорость компрессора в соответствии с температурой охладителя в те отрезки времени, когда хладагент испаряется только охладителем.
9. Транспортное средство по п. 6, в котором клапан подачи состоит из термостатического расширительного клапана (ТРК) и запорного клапана.
10. Способ охлаждения батареи в электрифицированном транспортном средстве, содержащий следующие этапы:
пассивно охлаждают батарею за счет циркуляции теплоносителя из батареи в радиатор, когда температура батареи имеет значение между первым пороговым значением и пороговым значением мощности и разница между температурой теплоносителя батареи и температурой воздуха больше заданной разницы; а
в противном случае активно охлаждают батарею за счет циркуляции теплоносителя из батареи в охладитель системы кондиционирования воздуха.
11. Способ охлаждения батареи в электрифицированном транспортном средстве, содержащий следующие этапы:
активно охлаждают батарею за счет циркуляции теплоносителя из батареи в охладитель системы кондиционирования воздуха, когда температура батареи выше заданной температуры ограничения мощности;
пассивно охлаждают батарею за счет циркуляции теплоносителя из батареи в радиатор, когда температура батареи имеет значение между первым пороговым значением и температурой ограничения мощности и разница между температурой теплоносителя батареи и температурой наружного воздуха больше заданной разницы; и
активно охлаждают батарею за счет циркуляции теплоносителя из батареи в охладитель, когда температура батареи имеет значение между первым пороговым значением и температурой ограничения мощности и разница между температурой теплоносителя батареи и температурой наружного воздуха меньше заданной разницы.
12. Способ по п. 11, в котором система кондиционирования воздуха включает в себя передний и задний испарители для охлаждения по выбору передней и задней областей в пассажирском салоне, при этом система кондиционирования воздуха включает в себя общий компрессор с переменной скоростью и конденсатор, подающие хладагент в охладитель и передний и задний испарители, причем способ дополнительно содержит следующие этапы:
устанавливают скорость компрессора в соответствии с температурой переднего испарителя всякий раз, когда передний испаритель охлаждает переднюю область;
устанавливают скорость компрессора в соответствии с температурой охладителя всякий раз, когда хладагент из общего компрессора и конденсатора подается только в охладитель.
13. Способ по п. 12, дополнительно содержащий следующий этап:
устанавливают скорость компрессора в соответствии с температурой заднего испарителя всякий раз, когда задний испаритель охлаждает заднюю область, а передний испаритель не охлаждает переднюю область.
