专利名称：用于提高机动车辆的能量效率的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于车辆的舒适性控制系统，该系统包括具有流体温度控制回路的热电热泵(珀耳帖装置(Peltier device))，具体地说，本发明涉及这样一种系统，在该系统中，通过所述流体温度控制回路和控制动力传动系统部件的温度的第二流体温度控制回路之间的热能交换来提高能量效率。
背景技术：
电动车辆(包括混合动力电动车辆、燃料电池车辆、插电式电动车辆等)具有一个或多个动力传动系统部件，为了获得最佳性能，所述一个或多个动力传动系统部件应该保持在期望的操作温度范围内。这样的动力传动系统部件的示例是高电压蓄电池、电机(电动机、发电机和/或组合装置)以及变速器。在一些工况下，需要温度控制系统来冷却和/或加热所述部件，以使这些部件保持在期望的温度范围内。已知的是提供温度控制系统，在该温度控制系统中，流体(通常是液体)循环到动力传动系统部件、循环通过动力传动系统部件或围绕动力传动系统部件循环，这样，流体去除(或增加)动力传动系统部件的热能，且流体循环通过热交换器，以将热能排出(或吸收)到一些其他介质(通常是环境空气)。在上下文中，术语“热交换器”指的是可实现期望结果的任何设备，该期望结果是将热加到在控制系统中循环的流体和/或从所述流体去除热。可通过诸如流体/流体热交换器、制冷剂循环热泵及热电热泵(也被称为珀耳帖装置)的设备执行这种热交换功能。目前，在一些自动车辆中使用热电热泵来冷却和/或加热储藏室，从而以期望的温度储藏食物或饮品。还已知的是使用热电热泵来加热和/或冷却车辆内部的座椅。在这样的“空调式座椅”中，接触座椅乘员的座椅面通常被打孔，风扇使空气循环通过珀耳帖冷却器的冷侧，并将冷却或加热后的空气从座椅皮中的孔中吹出。还已经提出使液体热交换器与热电热泵集成。在这个构思中，液态工作流体经过热泵。在加热模式下，通过热电装置将热从工作流体泵送到令乘客舒适的空气中。在冷却模式下，将热从空气排出到液态工作流体中。
发明内容
本发明的目的在于:通过减少或消除为了获得令人舒适的车舱温度而使用电力来使传统的加热器或空调单元运转的需要，来提高机动车辆(尤其是电动车辆)的总能量效率。根据在此公开的特征，提供一种用于机动车辆的内部的温度控制设备，该机动车辆具有将热交换流体输送到动力传动系统部件的温度控制回路，该温度控制设备包括:热电热泵，设置在所述车辆中；舒适性控制回路，与热电热泵及动力传动系统温度控制回路交换热。这使可通过热电热泵被输送到期望位置的加热净量或冷却净量增加，从而减少为了使气候控制系统运转而可能另外需要的电力的量。
根据在此公开的另一特征，舒适性控制回路从动力传动系统温度控制回路分支出来，并输送在动力传动系统温度控制回路中输送的热交换流体中的一部分热交换流体。根据在此公开的另一特征，舒适性控制回路输送第二热交换流体，所述第二热交换流体与动力传动系统温度控制回路的热交换流体交换热。根据在此公开的另一特征，提供一种在机动车辆中用于乘客舒适性控制的设备，该设备可提高机动车辆的能量效率，所述设备包括:动力传动系统部件；温度控制回路，使热交换流体循环到动力传动系统部件；热电热泵，设置在所述车辆的乘客室中；舒适性控制回路，从温度控制回路分支出来，并将一部分热交换流体输送到热电热泵。动力传动系统部件是蓄电池、燃料电池、电机、电力电子单元及机械式变速器中的至少一个。由舒适性控制回路输送的所述一部分热交换流体通过阀进行调节。所述阀受自动气候控制系统控制。热电热泵位于乘客座椅中。温度控制回路包括热交换器，热交换流体流过所述热交换器。所述热交换器是第二热电热泵。根据在此公开的另一特征，提供一种用于提高机动车辆的能量效率的设备，该设备包括:动力传动系统部件；温度控制回路，使热交换流体循环到动力传动系统部件，并包括动力传动系统热交换器；热电热泵，设置在所述车辆的乘客室中；舒适性控制回路，与动力传动系统温度控制回路及热电热泵交换热。根据在此公开的另一特征，乘客舒适性控制设备还包括:HVAC系统，使空气循环通过乘客室；电子控制单元，控制HVAC系统和热电热泵。将对热电热泵的控制与HVAC系统集成实现了最优的能量管理，从而最小化能量使用同时保持令乘客舒适的环境。舒适性控制回路从动力传动系统温度控制回路分支出来，并输送一部分热交换流体。
图1是根据公开的第一实施例的热电舒适性控制系统的示意性系统框图；图2A是热电热泵以及热交换流体回路的示意图；图2B是在热电热泵中使用的类型的珀耳帖元件的示意图；图3是第二实施例的热电舒适性控制系统的示意性系统框图。
具体实施例方式根据需要，在此公开本发明的具体实施例；然而，应该理解的是，公开的实施例仅仅是可以以多种和可选的形式实施的本发明的示例。附图不一定按比例绘制；可能会夸大或最小化一些特征，以示出具体部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应该被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。参照图1，用于车辆的热电舒适性控制系统包括一个或多个热电热泵10，所述一个或多个热电热泵10位于车辆的乘客室中、位于乘客室上或邻近于乘客室。在示出的实施例中，热电热泵(TEHP)位于乘客座椅12内，一个位于座椅底部中，一个位于座椅靠背中。TEHP可设置在乘客舱内需要加热和/或冷却的其他位置，例如，座椅下方、邻近脚坑区域、车身装饰板(例如，车顶内衬或门装饰件)的后面或者仪表板的后面。此外，TEHP可位于储藏室内或邻近于储藏室，以(例如，如有需要)加热和/或冷却储藏室，从而以期望的温度储藏食物或饮品。在此描述的TEHP根据众所周知的珀耳帖效应操作，在珀耳帖效应中，DC电压施加在成对的η型热电元件和P型热电元件上，以使电子流及由此产生的热从所述元件的“冷侧”传递到“热侧”。使DC电压的极性颠倒会使电子流反向，并导致热侧和冷侧交换。因此，通过简单地施加极性合适的电压，单个TEHP可用作加热装置或冷却装置。下面的描述主要讨论TEHP 10用于冷却车辆内部的情形。然而，这不应该被解释为限制本发明的范围，这是因为如上所述，如果有需要的话，TEHP 10可容易地操作用以加热车辆内部。舒适性控制回路14使热 交换流体循环通过TEHP 10。舒适性控制回路14可包括中空管道或管，该中空管道或管进入TEHP并横穿珀耳帖装置的一侧，以允许在流体和珀耳帖装置之间进行热能交换，并离开ΤΕΗΡ。在图1中示出的实施例中，舒适性控制回路14从动力传动系统温度控制回路16分支出来，并输送循环通过动力传动系统温度控制回路的热交换流体中的一部分热交换流体。从动力传动系统温度控制回路16改向以循环通过舒适性控制回路14的所述一部分热交换流体或该热交换流体的量可通过一个或多个阀18进行调节，优选地，所述一个或多个阀18受电子控制单元(ECU)20控制，将在下面进一步描述ECU 20的操作。泵19可被设置为对通过舒适性控制回路14的流体的流动方向和流量提供附加控制。动力传动系统温度控制回路16与一个或多个动力传动系统部件22及热交换器24交换热能。在电动车辆中，动力传动系统部件22可包括一个或多个部件，例如，高电压蓄电池、电动机、发电机和电力电子单元(例如，DC/DC或AC/DC转换器)。在大多数车辆工况下，这样的动力传动系统部件将在操作时产生过多的热，从而在动力传动系统温度控制回路16中循环的热交换流体从所述部件带走热。热交换器24可包括传统的液体-液体热交换器或液体-空气热交换器、利用流体制冷剂循环的热泵和热电(珀耳帖)热泵中的一个或多个。无论如何，动力传动系统温度控制回路16和热交换器24的目的都在于:如果有需要的话，加热或冷却动力传动系统部件22，以保持期望的操作温度范围。E⑶20可从各种传感器和控制器接收信号或输入。这样的传感器的不例包括:车舱温度传感器26 ;外部温度传感器28 ;监测动力传动系统部件22、热交换器24或动力传动系统温度控制回路16的状况的传感器32。所述输入可由车辆乘员使用气候控制面板30产生。这样的输入可包括期望的温度、风扇速度、气流的方向或者单纯的“加热”或“冷却”。ECU 20控制阀18和/或泵19的状态，以调节到达TEHP 10的热交换流体的方向和/或流量。优选地，E⑶20还控制施加到TEHP 10内的珀耳帖元件的电压/电流/极性。通过监测和/或控制行进通过舒适性控制回路14的热交换流体的基本参数(即，温度和体积流量)以及施加到珀耳帖装置和TEHP 10的电流的极性和电压，ECU 20控制供应到车辆内部和任何乘员的加热和/或冷却的量或水平。从/^IjTEHP 10的热传递可通过与TEHP集成或邻近于TEHP的一个或多个风扇或其他空气运动装置(未示出)来加强，以使空气循环通过珀耳帖装置的乘员/车舱侧。ECU20还可控制风扇的开/关状态和/或速度。E⑶20还可控制其他车辆舒适性控制系统，例如，HVAC系统36，且E⑶20可具有一个或多个自动气候控制操作模式。HVAC系统36包括用于使加热后的空气、冷却后的空气、或以其他方式调节的空气循环通过车辆内部的设备，例如，传统的空调系统和/或车辆加热器。可选地，ECU 20可与用于HVAC系统36的单独的控制装置(未示出)连接，以使这两个系统可以以协作的方式操作。如在图2A中示意性地示出的，TEHP 10的可能的实施例包括布置在多管式管道52的相对两侧上的珀耳帖元件50。管道52是舒适性控制回路14的一部分，并沿着进入页面/离开页面的方向引导热交换流体。散热片54沿着两个方向(向上和向下，如图2A所示)从珀耳帖元件50向外延伸，整个结构包含在气流外壳56中。风扇58 (或其他空气运动装置)被布置为迫使空气(通常是来自车辆的乘客舱或其他内部室的环境空气)通过气流外壳56并越过散热片54。气流离开TEHP 10，并进入到车辆内部的正被系统加热或冷却的部分中。图2B再次以示意性形式示出了珀耳帖元件50的示例。每个珀耳帖元件包括P型元件50a和η型元件50b，如所示出的，P型元件50a和η型元件50b彼此电连接并与DC电压源电连接。当按照所指示的极性施加电压时，元件50的与管道52 (见图2A)接触的侧部变成热侧，元件50的与散热片54接触的相对侧部变成冷侧。在暖和的日子里，当车辆乘员很可能以冷却模式使用TEHP 10时，来自珀耳帖元件的热侧的热能在舒适性控制回路14中的热交换流体循环通过TEHP时传递到该热交换流体。因此，流体从乘客室中带走热，并与循环通过动力传动系统温度控制回路16的其余热交换流体一起行进到/行进通过热交换器24。此外，在这样暖和的日子里，动力传动系统部件22通常将产生过多的热，所述过多的热必须通过动力传动系统温度控制回路16被去除，以使动力传动系统部件保持在期望的操作温度范围内。所以，热交换器24将以这样的模式操作，该模式冷却在动力传动系统温度控制回路16中循环的流体。如果热交换器24是热泵(制冷剂循环或珀耳帖)，则热交换器24将以冷却模式操作，这与冷却从舒适性控制回路14到达热交换器的流体的需要是兼容的。在较冷的环境条件下，车辆乘员可能以加热模式使用TEHP 10，在加热模式下，循环通过舒适性控制回路14的热交换流体越过TEHP的冷侧。因此，流体在离开TEHP 10时比其进入TEHP 10时更冷，并且流体在返回到TEHP之前必须获得热能。在除了非常冷的环境条件之外的所有环境条件下，对于热能的这种需要将通过由动力传动系统部件22产生的过多的热来满足。在非常冷的环境条件下，动力传动系统部件22可能需要通过动力传动系统温度控制回路16进行加热，以保持在期望的操作温度范围内。在这种情况下，热交换器24将以这样的模式操作，该模式加热在动力传动系统温度控制回路16及分支出来的舒适性控制回路14中循环的流体。可根据需要(使用双向泵19或任何其他合适的装置)控制流体流过舒适性控制回路14所沿的方向，以使工作流体在最适合于系统操作的位置从动力传动系统温度控制回路16改向。流动方向可取决于多种因素，例如，环境温度、流体温度、动力传动系统部件温度、TEHP的指令功能等。
图3示出了第二实施例的热电热泵舒适性控制系统，在该系统中，以与图1的实施例不同的方式在舒适性控制回路114和动力传动系统温度控制回路之间交换热。在该第二实施例中，动力传动系统部件122是油冷部件，诸如(例如)机械式变速器或电机(发电机、电动机或集成式电动机/发电机)。冷却油通过泵23a经主动力传动系统温度控制回路116a循环到油-冷却剂热交换器124a。副动力传动系统温度控制回路116b包含第二热交换流体，第二热交换流体循环通过油-冷却剂热交换器124a及第二流体-空气热交换器124b。在由受E⑶20控制的泵38提供的压力条件下，舒适性控制回路114还经过油-冷却剂热交换器124a。在舒适性控制回路114中循环的热交换流体与主动力传动系统温度控制回路116a和副动力传动系统温度控制回路116b均保持物理地分离，根据油-冷却剂热交换器124a的内部构造，在舒适性控制回路114中循环的热交换流体可与在主动力传动系统温度控制回路116a和副动力传动系统温度控制回路116b中的任一个或两个中输送的流体(油和/或冷却剂)交换热。在该第二实施例中，如同图1的第一实施例一样，舒适性控制回路与动力传动系统温度控制回路交换热以增加热量，该热可利用热电热泵而有效地传递到车舱的期望部分中(或者从车舱的期望部分传递出来)。虽然在上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。另外，实现的各个实施例的特征可被组合，以形成本发明的进一步的实施例。
权利要求
1.一种用于提高机动车辆的能量效率的设备，所述机动车辆具有将热交换流体输送到动力传动系统部件的动力传动系统温度控制回路，所述设备包括: 热电热泵，设置在所述车辆中； 舒适性控制回路，与热电热泵及动力传动系统温度控制回路交换热。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，舒适性控制回路从动力传动系统温度控制回路分支出来，并输送一部分热交换流体。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，由舒适性控制回路输送的所述一部分热交换流体通过至少一个阀进行调节。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述至少一个阀至少部分地受自动气候控制系统控制。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，舒适性控制回路输送第二热交换流体，所述第二热交换流体与动力传动系统温度控制回路的热交换流体交换热。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，舒适性控制回路和动力传动系统温度控制回路在热交换器中交换热。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，动力传动系统部件是蓄电池、燃料电池、电动机、电力电子单元及机械式变速器中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，热电热泵位于乘客座椅中。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，动力传动系统温度控制回路包括热交换器，热交换流体流过所述热交换器。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述热交换器是第二热电热泵。
全文摘要
本发明公开了一种用于提高机动车辆的能量效率的设备，该机动车辆具有使热交换流体循环到动力传动系统部件的温度控制回路。热电热泵(珀耳帖装置)设置在车辆中，以加热或冷却期望的区域，流体舒适性控制回路与热电热泵及动力传动系统温度控制回路交换热，从而增加可通过热电热泵被输送到期望的位置的加热净量或冷却净量。舒适性控制回路可从动力传动系统温度控制回路分支出来，并可输送在动力传动系统温度控制回路中输送的热交换流体中的一部分热交换流体。可选地，舒适性控制回路可输送第二热交换流体，所述第二热交换流体与动力传动系统温度控制回路的热交换流体保持分离，并在热交换器中与动力传动系统温度控制回路的热交换流体交换热。
文档编号B60N2/56GK103158496SQ201210521200
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月6日 优先权日2011年12月8日
发明者克莱·韦斯利·马兰维尔, 詹姆士·乔治·加比, 肯尼斯·J·杰克逊 申请人:福特全球技术公司