一种热管理系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种热管理系统及其控制方法。


背景技术：

2.混动汽车是新能源汽车中的一种形式，其可以运行在电动模式或者传统的燃油模式下。一般的，在电能充足的时候，采用电动模式运行，此时电动机驱动车辆；在电能不足时，采用传统的燃油模式运行，此时，发动机会残云驱动或者发电的环节。
3.由于混动汽车的驱动形式介于传统燃油汽车和纯电动车之间，使其在整车热管理方面有别于传动燃油汽车和纯电动汽车。目前混动汽车的热管理系统的各个模块之间相互独立，不利于整车布置。其中，发动机冷却水泵及散热风扇均为机械部件，需要随着发动机工作进行联动，可控性较差，冷机状态下无法实现发动机的快速热机，热机状态下无法快速实现发动机的冷却。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种热管理系统及其控制方法，集成化热管理模块，对热管理系统进行智能控制。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种热管理系统，包括：发动机热管理模块、动力电池热管理模块、控制模块和温度监控模块；
6.所述发动机热管理模块包括发动机、电驱动系统、电子风扇散热器、第一水泵、第一电子管理阀，所述电驱动系统与所述发动机信号连接，所述电子风扇散热器用于对所述发动机和所述电驱动系统散热；所述第一电子管理阀具有进水口、第一出水口和第二出水口；所述发动机的出水端与所述第一电子管理阀的进水口连通，所述第一水泵设置于所述第一电子管理阀的第一出水口与所述发动机的进水端之间，所述电子风扇散热器设置于所述第一电子管理阀的第二出水口与所述第一水泵之间；
7.所述电池热管理模块包括动力电池，所述动力电池和第一热交换器，所述动力电池通过所述第一热交换器与所述发动机配合；
8.所述温度监控模块用于监控所述发动机热管理模块各处的温度，所述控制模块与所述温度监控模块、所述电驱动系统、所述电子风扇散热器连接，以根据所述温度监控模块反馈的温度值执行所述发动机的热管理策略。
9.上述技术方案中，电子风扇散热器充当了发动机和电机的散热结构，相当于将发动机和电机的中冷器进行了一体化集成，可以充分利用车辆空间，提高散热效率；通过发动机控制器对电子风扇散热器、第一水泵、第一电子管理阀的电子控制，可以实现智能化控制，从而降低能耗，提高效率。
10.可选地，所述电子风扇散热器包括散热架以及设置于所述散热架上的散热风扇、发动机中冷器和电机中冷器；
11.所述散热风扇的散热面覆盖所述发动机中冷器和所述电机中冷器。
12.可选地，所述温度监控模块包括分别与所述控制模块信号连接的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器；
13.所述第一温度传感器设置于所述发动机的出水端，所述第二温度传感器设置于所述电子风扇散热器的进水端，所述第三温度传感器设置于所述电子风扇散热器的出水端，所述第四温度传感器设置于所述第一水泵的进水端。
14.可选地，所述电池热管理模块包括与所述控制模块信号连接的第二电子管理阀，所述第二电子管理阀设置于所述发动机的出水端与所述第一热交换器之间。
15.可选地，所述电池热管理模块包括与所述控制模块信号连接的第二水泵，所述第二水泵设置于所述第一热交换器与所述动力电池的出水端之间。
16.可选地，所述电池热管理模块还包括整车空调系统和第二热交换器，所述整车控制系统与所述控制模块信号连接，且所述整车空调系统通过所述第二热交换器与所述第一热交换器配合。
17.可选地，所述整车空调系统的出水端与所述第二热交换器之间设置有膨胀阀。
18.可选地，所述电池热管理模块还包括与所述控制模块信号连接的第三电子管理阀，所述第三电子管理阀具有第一进水口、第二进水口和出水口；
19.所述第三电子管理阀的第一进水口与所述第一热交换器连通，所述第三电子管理阀的第二进水口与所述第二热交换器连通，所述第三电子管理阀的出水口与所述动力电池的进水端连通。
20.可选地，还包括第一膨胀水箱和第二膨胀水箱，所述第一膨胀水箱用于为所述发动机热管理模块供水，所述第二膨胀水箱用于为所述电池热管理模块供水。
21.可选地，所述发动机热管理模块还包括暖风散热器，所述暖风散热器的进水端与所述发动机的出水端连通，所述暖风散热器的出水端与所述发动机的出水端连通。
22.可选地，所述发动机管理策略包括：
23.若所述发动机出水端的温度值小于80℃，所述第一电子管理阀开通进水口与第二出水口；若所述发动机出水端的温度值大于等于80℃，所述第一电子管理阀开通进水口与第一出水口。
24.第二方面，本发明实施例还提供一种热管理系统的管理方法，利用如上述技术方案提供的任一种所述的热管理系统对混动汽车进行热管理；包括：
25.监测发动机出水端的温度值；
26.若所述发动机出水端液体的温度值小于第一预设值，执行第一发动机管理策略；若所述发动机出水端液体的温度值大于等于第二预设值，执行第二发动机管理策略；
27.所述第一发动机管理策略包括：所述第一电子管理阀开通进水口与第二出水口；
28.所述第二发动机管理策略包括：所述第一电子管理阀开通进水口与第一出水口。
29.可选地，所述第一预设值为80℃，所述第二预设值为90℃。
30.可选地，当所述发动机出水端液体的温度值小于40℃，所述第一发动机管理策略包括：
31.第一水泵以最低转速间隔运行，第一电子管理阀的过流量接近极小值。
32.可选地，当所述发动机出水端液体的温度值范围为40
‑
80℃，所述第一发动机管理策略包括：
33.所述第一水泵以最低转速运行，所述第一电子管理阀的过流量根据水温进行调整。
34.可选地，当所述发动机出水端液体的温度值范围为95
‑
105℃，所述第二发动机管理策略包括：
35.所述第一水泵和所述电子风扇散热器按需运行。
36.可选地，当所述发动机出水端液体的温度值大于105℃，所述第二发动机管理策略包括：
37.所述发动机降功率运行。
38.可选地，还包括第三发动机管理策略，所述第三发动机管理策略包括：
39.当所述发动机出水端液体的温度值在第一预设值和第二预设值之间，所述第一水泵和所述电子风扇散热器以最大工况运行或按需运行。
40.可选地，还包括：
41.监测动力电池温度；
42.当所述动力电池温度低于第一阈值，执行第一电池管理策略；当所述动力电池温度高于第二阈值，执行第二电池管理策略；
43.所述第一电池管理策略包括：启动所述发动机并经所述第一热交换器将所述发动机的热量导入所述动力电池，根据所述动力电池的升温速率调节所述第一电子管理阀的开度；
44.所述第二电池管理策略包括：启动整车空调系统以对所述动力电池进行降温。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1为本发明实施例提供的一种热管理系统的结构示意图；
47.图2为本发明实施例提供的一种热管理系统中发动机热管理模块的工作原理示意图；
48.图3为本发明实施例提供的一种热管理系统中电子风扇散热器的结构示意图；
49.图4为本发明实施例提供的一种热管理系统中空调集成的工作原理示意图。
50.图标：1
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发动机热管理模块；11
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发动机；12
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电子风扇散热器；121
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风扇支架；122
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散热风扇；123
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发动机中冷器；124
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电机中冷器；13
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第一水泵；14
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第一电子管理阀；15
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第一膨胀水箱；2
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动力电池热管理模块；21
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动力电池；22
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第一热交换器；23
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第二电子管理阀；24
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第二水泵；25
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整车空调系统；251
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冷凝器；252
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蒸发器；253
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电动压缩机；254
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空调控制电磁阀；26
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第二热交换器；27
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膨胀阀；28
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第三电子管理阀；29
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第二膨胀水箱；3
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暖风散热器；41
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发动机控制器；42
‑
整车空调控制器。
具体实施方式
51.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进
一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
52.如图1所示，本发明实施例提供一种热管理系统，其具体包括发动机热管理模块1、动力电池热管理模块2、控制模块和温度监控模块；
53.其中，发动机热管理模块1包括发动机11、电驱动系统(图中未示出)、电子风扇散热器12、第一水泵13、第一电子管理阀14；第一电子管理阀14为三通阀，具有进水口、第一出水口和第二出水口；电驱动系统与发动机11信号连接，电子风扇散热器12用于对发动机11和电驱动系统散热；发动机11的出水端与第一电子管理阀14的进水口连通，第一水泵13设置于第一电子管理阀14的第一出水口与发动机11的进水端之间，电子风扇散热器12设置于第一电子管理阀14的第二出水口与第一水泵13之间。
54.电池热管理模块包括动力电池21，动力电池21和第一热交换器22，动力电池21通过第一热交换器22与发动机11配合。
55.温度监控模块用于监控发动机热管理模块1的温度，控制模块与温度监控模块、电驱动系统、电子风扇散热器12连接，以根据温度监控模块反馈的温度值控制发动机11的热管理策略。
56.具体地，发动机热管理模块1相当于具有第一发动机11热管理回路和第二发动机11热管理回路，发动机11、第一水泵13和第一电子管理阀14都设置于第一发动机11热管理回路上，电子风扇散热器12并联到第一电子管理阀14与第一水泵13之间，以对发动机11和电驱动系统集中散热，方便结构的集成化，有利于充分利用车辆空间，从而可以提高散热效率。
57.动力电池热管理模块2相当于具有第一电池热管理回路，动力电池21和第一热交换器22设置在第一电池热管理回路上。在第一电池热管理回路上设置有与控制模块信号连接的第二水泵24，第二水泵24具体设置于第一热交换器22与动力电池21的出水端之间。
58.动力电池热管理模块2包括与控制模块信号连接的第二电子管理阀23，第二电子管理阀23设置于发动机11的出水端与第一热交换器22之间。第二电子管理阀23可以控制发动机11出水是否流向动力电池热管理模块2。
59.第一热交换器22接入第二发动机11热管理回路，其中，第一热交换器22具有第一热水回路和第一冷水回路；第一热水回路的进水端与电动机的出水端连通，第一热水回路的出水端与第一水泵13的进水端连通；第一冷水回路的出水端与动力电池21的进水端连通，动力电池21的出水端与第二水泵24的进水端连通，第二水泵24的出水端与第一冷水回路的进水端连通。第二电动机热管理回路中的热水经过第一热交换器22的第一热水回路，将热量传递到第一冷水回路，第一冷水回路内的流体被加热并流向动力电池21。该系统减省了原本的发动机11空调压缩机，可以利用发动机11的余热加热动力电池21或对动力电池21进行保温，实现了发动机11余热回收，节能环保。
60.在工作中，温度检测模块检测到的发动机热管理模块1中各处的温度，根据其检测到的温度，控制模块可以智能化执行发动机11的热管理策略。上述温度监控模块包括分别与控制模块信号连接的第一温度传感器p1、第二温度传感器p2、第三温度传感器p3和第四温度传感器p4；第一温度传感器p1设置于发动机11的出水端，用于监测发动机11的出水温
度；第二温度传感器p2设置于电子风扇散热器12的进水端，第三温度传感器p3设置于电子风扇散热器12的出水端，第二温度传感器p2和第三温度传感器p3分别用于监测电子风扇散热器12进出水温度；第四温度传感器p4设置于第一水泵13的进水端，用于监测回到发动机11的回水温度。
61.其中，如图2所示，控制模块包括主控器以及发动机控制器41，主控器与发动机控制器41信号连接。发动机控制器41信号连接发动机11、电子风扇散热器12、第一电子管理阀14以及第一温度传感器p1、第二温度传感器p2、第三温度传感器p3和第四温度传感器p4。
62.如图3所示，电子风扇散热器12包括散热架以及设置于散热架上的散热风扇122、发动机中冷器123和电机中冷器124；散热风扇122的散热面覆盖发动机中冷器123和电机中冷器124。将发动机中冷器123和电机中冷器124集成，散热风扇122既可以通过发动机中冷器123对发动机11进行散热，还可以通过电机中冷器124对电驱动系统散热，相当于发动机中冷器123和电机中冷器124能够共用散热风扇122，有利于减小散热结构的占用空间，提高散热效率。第一水泵13相对发动机11独立，二者之间没有机械连接，不会产生联动，在发动机11冷启动时，可以控制第一水泵13不工作，不进行冷却循环，从而取得快速热机功效，降低发动机11暖机时间，降低发动机11冷启动排放过高的问题。
63.依照热管理系统的各个模块，发动机11的热管理策略可以包括：
64.若发动机11出水端的温度值小于80℃，根据第一温度传感器p1反馈到主控器的温度，主控器发送指令到发动机控制器41，发动机控制器41控制第一电子管理阀14开通进水口与第二出水口，发动机11的出水端和进水端直接连通，不需要电子风扇散热器12的额外散热；
65.若发动机11出水端的温度值大于等于80℃，根据第一温度传感器p1反馈到主控器的温度，主控器发送指令到发动机控制器41，发动机控制器41控制第一电子管理阀14开通进水口与第一出水口，发动机控制器41控制电子风扇散热器12启动，对电驱动系统和发动机11进行散热；同时，还可以给动力电池21加热或保温。
66.一些实施例中，动力电池热管理模块2还包括整车空调系统25和第二热交换器26，控制模块与整车空调系统25信号连接，整车空调系统25通过第二热交换器26与第一热交换器22配合。
67.需要说明的是，整车空调系统25位于整车空调系统25中，用于对车辆的驾驶室温度进行调节，可以同时满足动力电池21冷却和驾驶室制冷需求，系统整合，降低成本，进而提高系统利用率。整车空调系统25相对发动机热管理模块1独立，采用控制模块的主控器实现电动控制，在驻车时，可以单独启动，根据实际需求采用变频控制，节能、静音，可以提高驻车舒适性。具体地，整车空调系统25可以实现多段变频控制，可以降低5％以上的能耗，全变频控制则可以降低12％以上的能耗。
68.第二热交换器26具有第二热水回路和第二冷水回路，第二热水回路的进水口与整车空调系统25的出水端连通，第二热水回路的出水口与整车空调系统25的出水端连通；第二冷水回路的进水口与第二水泵24的出水端连通，第二冷水回路的出水口与动力电池21的出水端连通。第一电池热管理回路中的热水经过第二热交换器26的第二热水回路，整车空调系统25内的冷水经过第二冷水回路并吸收第二热水回路内热水的温度，第二热水回路内温度降低进入动力电池21，可以为动力电池21降温。
69.具体地，整车空调系统25的出水端与第二热交换器26之间设置有膨胀阀27，膨胀阀27用于控制整车空调系统25内的水流是否流向第二热交换器26。
70.动力电池热管理模块2还包括与控制模块信号连接的第三电子管理阀28，第三电子管理阀28也为三通阀，具有第一进水口、第二进水口和出水口；第三电子管理阀28的第一进水口与第一热交换器22连通，第三电子管理阀28的第二进水口与第二热交换器26连通，第三电子管理阀28的出水口与动力电池21的进水端连通。
71.上述热管理系统还包括第一膨胀水箱15和第二膨胀水箱29，第一膨胀水箱15用于为发动机热管理模块1供水，第二膨胀水箱29用于为所池热管理模块供水。
72.第一膨胀水箱15可以为第一发动机11热管理回路、电子风扇散热器12以及发动机11补水，且能够释放系统的液体由于温度过高产生的气泡，保证系统的冷却液充足且没有空气。
73.同理，第二膨胀水箱29可以为第一电池热管理回路、第一热交换器22以及第二热交换器26补水，且能够释放系统的液体由于温度过高产生的气泡，保证系统的冷却液充足且没有空气。
74.具体地，请参照图4所示的空调集成方案，a部分为车辆的空调机组总成，b部分为驾驶室蒸发器252。整车空调系统25包括冷凝器251、蒸发器252、电动压缩机253和空调控制电磁阀254；控制模块还包括整车空调控制器42，主控器信号连接整车空调控制器42，整车空调控制器42信号连接空调控制电磁阀254；动力电池21上设置有第五温度传感器p5，用于监测动力电池21的温度。根据第五温度传感器p5监测到的动力电池21的温度，控制模块中的发动机控制器41控制发动机11是否对动力电池21进行加热或保温，或控制模块中的整车空调控制器42控制整车空调系统25是否对动力电池21进行降温。
75.此外，上述发动机热管理模块1还包括暖风散热器3，暖风散热器3的进水端与发动机11的出水端连通，暖风散热器3的出水端与发动机11的出水端连通。发动机11的热量可以传递到暖风散热器3进行散热。
76.本发明实施例提供的热管理系统中，第一电子管理阀14、第二电子管理阀23以及第三电子管理阀28具有流阻小、响应快的有点，更易于调节水温达到平衡，不会出现较大波动，以减小对整个系统的影响。将发动机11的相关附件智能化和简化，可以减少这些结构对发动机11的影响，进而提高发动机11的可靠性；通过电子风扇散热器12、动力电池21以及暖风散热器3等结构合理利用发动机11的余热，有利于提高系统效率、降低排放。
77.基于上述热管理系统，本发明实施例还提供一种热管理系统的管理方法，具体包括：
78.监测发动机11出水端的温度值；
79.若发动机11出水端的温度值小于第一预设值，执行第一发动机管理策略；若发动机11出水端的温度值大于等于第二预设值，执行第二发动机管理策略；
80.第一发动机管理策略包括：发动机控制器41控制第一电子管理阀14开通进水口与第二出水口，发动机11出水端流出的液体直接经第一水泵13泵压回到发动机11进水端，设定该循环为小循环；
81.第二发动机管理策略包括：发动机控制器41控制第一电子管理阀14开通进水口与第一出水口，发动机11出水端流出的液体经电子风扇散热器12散热后泵压回到发动机11进
水端，设定该循环为大循环。
82.其中，第一预设值可以是80℃，第二预设值可以是95℃。
83.具体地，根据发动机11出水端的液体温度，第一发动机11执行第一发动机管理策略具体包括以下几种：
84.当发动机11出水端液体的温度值小于40℃，第一发动机管理策略包括发动机控制器41控制：第一水泵13以最低转速间隔运行，第一电子管理阀14的过流量接近极小值。此时，发动机11低温启动，发动机11出水端流出的液体经水泵泵压回到发动机11进水端，第一电子管理阀14的开口大小由环境温度决定，确保通过第一电子管理阀14的过流量越小越好。
85.当发动机11出水端液体的温度值范围为40
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80℃，第一发动机管理策略包括：发动机控制器41控制第一水泵13以最低转速运行，第一电子管理阀14的过流量根据水温进行调整。该过程相当于对发动机11进行暖机。
86.当发动机11出水端液体的温度值范围为95
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105℃，第二发动机管理策略包括：发动机控制器41控制第一水泵13和电子风扇散热器12按需运行。此时大循环开启，发动机11低速小负荷运动以维持较高水温，进而降低油耗。
87.当发动机11出水端液体的温度值大于105℃，第二发动机管理策略包括：发动机控制器41控制发动机11降功率运行。此时由于水温过高，发动机11降功率运行可以实现过热保护。
88.另外，当发动机11关机，第一水泵13可以延迟一定时间下电，避免出现局部过热的现象，第一水泵13由控制模块的整车控制器控制，可以不受发动机11关机影响。当第一水泵13故障或第一电子管理阀14故障，发动机11需要限扭，其限扭状态由保温发动到控制模块中的整车控制器。
89.此外，该热管理系统的管理方法还包括第三发动机管理策略，第三发动机管理策略包括：
90.当发动机11出水端液体的温度值范围在第一预设值和第二预设值之间(例如大于等于80℃，小于90℃)，发动机控制器41控制第一水泵13和电子风扇散热器12以最大工况运行或按需运行，实现充分散热。
91.本发明实施例提供的热管理系统的管理方法还包括：
92.监测动力电池21温度；具体采用第五温度传感器p5监测动力电池21的温度，并将动力电池21的温度数据反馈到控制模块的主控器。
93.当动力电池21温度小于第一阈值，执行第一电池管理策略；当动力电池21温度大于第二阈值，执行第二电池管理策略；
94.第一电池管理策略包括：启动发动机11并经第一热交换器22将发动机11的热量导入动力电池21，根据动力电池21的升温速率调节第一电子管理阀14的开度。
95.具体地，当第五温度传感器p5监测动力电池21的温度小于第一阈值，主控器发送指令到发动机控制器41，发动机控制器41控制发动机11启动并升温到一定温度范围(例如40
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80℃，此时第一管理阀导通第二出水口和进水口)，发动机控制器41控制第二电子管理阀23开启，发动机11出水端的液体流入动力电池21为其加热，其中，第一电子管理阀14的开度需要根据动力电池21的升温速率进行调节。此时的发动机11高怠速运行，可以有效提高
系统的整体升温速率。或者，当车辆运行中，由于系统中低温热交换，动力电池21的功率不能维持正常的工作温度，也可以执行上述第一电池管理策略为动力电池21保温。
96.第二电池管理策略包括：启动整车空调系统25以对动力电池21进行降温。
97.具体地，当第五温度传感器p5监测动力电池21的温度高于第二阈值，主控器发送指令到整车空调控制器42，整车空调控制器42控制第三电子管理阀28导通第二进水口和出水口，膨胀阀27导通，整车空调控制器42控制整车空调控制器42以启动整车空调系统25，对动力电池21进行降温，膨胀阀27的开度需要根据动力电池21的降温速率进行调节。
98.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
99.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。