用于可电驱动的机动车的空调系统、机动车以及用于运行空调系统的方法与流程

1.本发明涉及一种用于可电驱动的机动车的空调系统。空调系统具有引导冷却剂的hvs回路，用于对机动车的电驱动单元供电的牵引电池以及用于冷却牵引电池的蒸发器连接到hvs回路上。此外，空调系统具有用于对机动车的内部空间调温的引导冷却剂的加热回路，用于输出热功率的冷凝器连接到加热回路上。此外，空调系统具有引导致冷剂的致冷回路，用于接收热功率的蒸发器、冷凝器以及压缩机连接到致冷回路上。本发明此外涉及可电驱动的机动车以及用于运行空调系统的方法。


背景技术：

2.当前关注用于可电驱动的机动车、亦即混合动力车辆或电动车辆的空调系统。可电驱动的机动车具有电的动力总成系统，所述动力总成系统通常具有至少一个电牵引机或电驱动机并且具有可充电的用于对电驱动机供电的牵引电池、例如高压蓄能器。空调系统在此用于实施在机动车中的不同调温任务、即从不同车辆构件的热量输送或导出。例如由de 10 2016 213 619 a1已知用于运行空调系统的方法，所述空调系统具有致冷回路，所述致冷回路包括用于接收来自环境的环境热功率的蒸发器、用于输出加热热功率的冷凝器并且具有压缩机，所述压缩机以驱动功率运行。致冷回路可以在热泵运行和短路运行之间转换，在热泵运行中借助蒸发器接收用于产生加热热功率的环境热功率，并且在短路运行中冷凝器和蒸发器热短接，从而加热热功率的一部分作为引回的热功率被输送给蒸发器。在短路运行中设定加热模式，在该加热模式中，剩余的加热热功率作为用于加热机动车内部空间的有效热功率输出。
3.对于机动车的优化运行，对牵引电池的调温是特别有意义的。为了调温、亦即为了加热和冷却牵引电池，牵引电池通常结合到机动车的空调系统的hvs回路中。按照现有技术的hvs回路为了加热牵引电池而通常具有单独的加热器。这样的加热器构成附加的构件并且因此提高在机动车中的空调系统的费用和结构空间需求。


技术实现要素：

4.本发明的任务是，提供用于可电驱动的机动车的相对于现有技术改善的热系统。
5.该任务按照本发明通过具有按照相应独立权利要求的特征的空调系统、可电驱动的机动车以及用于运行空调系统的方法解决。本发明的有利实施方式是从属权利要求、说明书以及附图的主题。
6.按照本发明的用于可电驱动的机动车的空调系统具有引导冷却剂的hvs回路，用于对机动车的电驱动单元供电的牵引电池以及用于冷却牵引电池的蒸发器连接到hvs回路上。此外，空调系统具有用于对机动车内部空间的内部空间空气调温的引导冷却剂的加热回路，用于输出热功率的冷凝器连接到加热回路上。此外，空调系统包括引导致冷剂的致冷回路，用于接收热功率的蒸发器、冷凝器以及压缩机连接到致冷回路上。此外，空调系统包
括热交换器，该热交换器连接到加热回路上并且能可控制地连接到hvs回路上，并且该热交换器设计用于基于冷却剂将热功率从加热回路传输到hvs回路中。空调系统的控制设备为了以冷凝器的热功率加热牵引电池和/或内部空间而设计用于，将热交换器在构成冷凝器和蒸发器之间的热短接的情况下连接到加热回路上，以便将冷凝器的热功率的至少一个部分传输到hvs回路中。此外，控制设备为了加热牵引电池和/或内部空间而设计用于运行压缩机，以便将冷凝器的通过热交换器传输到蒸发器上的热功率的至少一部分引回到加热回路中，其中，在冷凝器上出现的、被引回到加热回路中的热功率以由压缩机的运行造成的热功率提高。
7.此外，属于本发明的是用于运行按照本发明的空调系统的方法。在此，为了加热牵引电池和/或内部空间，将热交换器在构成冷凝器和蒸发器之间的热短接的情况下连接到加热回路上，以便将冷凝器的热功率的至少一部分传输到hvs回路中。此外运行压缩机，以便将冷凝器的被传输到hvs回路中到蒸发器上的热功率的至少一部分引回到加热回路中，其中，在冷凝器上出现的、被引回加热回路中的热功率以由压缩机的运行造成的热功率提高。
8.本发明此外涉及可电驱动的机动车，该机动车包括按照本发明的空调系统。机动车尤其是构成为轿车。机动车具有电的动力总成系统，所述动力总成系统具有可充电的牵引电池或牵引蓄电池、例如高压蓄能器并且具有电驱动单元。电驱动单元尤其是具有至少一个电牵引机和/或对应的电力电子装置、例如至少一个逆变器和/或充电器。
9.空调系统构成用于在机动车中使用。空调系统在此能在不同的运行模式、亦即不同的加热模式和不同的冷却模式中运行。所述不同的运行模式可以由空调系统的控制设备提供。所述控制设备可以集成到机动车的一个或多个控制器中。
10.空调系统具有hvs回路和加热回路。hvs回路和加热回路是空调系统的总冷却回路的组成部分。总冷却回路构成用于冷却剂的循环并且为此尤其是具有对应的管路以及至少一个泵。冷却剂优选是水/乙二醇混合物。空调系统附加地具有致冷回路，该致冷回路构成用于致冷剂的循环并且与总冷却回路热耦合。
11.hvs回路具有牵引电池和蒸发器，所述蒸发器为了冷却牵引电池而可以接收并且运走由牵引电池输出的热量。蒸发器设计用于将所述热量借助压缩机运输到致冷回路中。用于对机动车的内部空间或客舱的内部空间空气进行调温的加热回路此外可以具有加热设备。该加热设备尤其是具有加热器、例如电的连续加热器和/或加热热交换器。此外，在加热回路中设置用于输送循环的冷却剂的加热回路泵。此外，冷凝器、例如水冷的冷凝器连接到加热回路上，所述冷凝器可以与蒸发器和压缩机一起共同实现热泵功能。
12.致冷回路可以在热泵运行中运行，在热泵运行中，来自hvs回路的热功率通过致冷回路的压缩机转移到加热回路上。在热泵运行中借助蒸发器接收热功率。这样的热功率例如可以是环境热功率、电驱动单元的热功率、牵引电池的热功率或其他转移到hvs回路中的热功率。环境热功率例如可以是由环境冷却器从机动车的环境中接收的热量。电驱动单元的热功率例如是可以电机、逆变器亦或充电器的余热。牵引电池的热功率例如可以是牵引电池的余热。该热功率与为了运行压缩机而被输送给压缩机的驱动功率共同作为有效热功率转移到加热回路中，例如以用于加热内部空间。亦即，由冷凝器输出的有效热功率从蒸发器的热功率和压缩机的驱动功率获得。
13.致冷回路也可以在短路运行中运行。该短路运行可以总是在如下情况中提供，即，当需要附加的热功率或加热功率用于加热牵引电池和/或内部空间时。为此，蒸发器和冷凝器通过将hvs回路的热交换器连接到加热回路上而热短接。尤其是，加热回路具有阀设备，热交换器能通过所述阀设备可控制地连接到加热回路上。在该短路运行中，转移到加热回路中的并且由冷凝器输出的热功率的至少一部分被引回到热交换器上并且借此被引回到hvs回路中，该热功率在那里至少部分地由蒸发器再次接收。热交换器在hvs回路中优选直接设置在蒸发器上游。这样，被回运到hvs回路中的热功率能够直接几乎没有损耗地由蒸发器再次接收。
14.在短路运行中，尤其是这样运行压缩机和致冷回路，使得尽可能大的驱动功率被输送给压缩机。为此，控制设备尤其是设计用于将驱动功率输送给压缩机。尤其是将如下驱动功率输送给压缩机，通过所述驱动功率，压缩机具有特别高的放热并且借此提供特别高的热功率。压缩机的该热功率添加至蒸发器和冷凝器之间的热功率流。亦即，在短路运行中，在冷凝器上出现的附加有效热功率借助压缩机的驱动功率生成。亦即，在冷凝器上的热功率通过短路运行提高。该提高的热功率可以至少部分地被往回转移到hvs回路中，该热功率在那里可以用于加热牵引电池以及可以为了进一步提高热功率而通过致冷回路被往回转移到加热回路中。备选或附加地，提高的热功率可以用于加热内部空间。亦即，在冷凝器和蒸发器的热短接中，压缩机的驱动功率作为附加的热功率用于加热牵引电池和/或内部空间。
15.尤其是，控制设备设计用于，如果在hvs回路中的冷却剂的温度小于预先确定的阈值，则将冷凝器和蒸发器热短接并且运行压缩机，从而冷凝器的被传输到hvs回路中的热功率能附加地被引回到蒸发器上，以用于加热蒸发器。亦即也可以提供短路运行，以便较快速地到达蒸发器的对于热泵运行有利的温度范围。通过将冷凝器和加热设备的热功率引回到hvs回路中，为此例如可以加热蒸发器并且因此可以将蒸发器置于运行状态中，在该运行状态中能够有效率地实现热泵运行。
16.亦即，在所述方法中，压缩机在冷凝器和蒸发器的短路运行中作为用于加热内部空间和/或牵引电池的热源使用。亦即，该已经存在的在空调系统中存在的热源可以一起用于加热牵引电池和/或内部空间。这样能够以有利的方式放弃在hvs回路中的附加的加热器，该加热器能够满足仅一种运行模式、即加热牵引电池。虽然代替单独的加热器需要热交换器，然而该热交换器可以提供许多其他的运行模式、例如通过将热量从hvs回路导出到加热回路上来冷却牵引电池。
17.被证明有利的是，控制设备为了加热牵引电池而设计用于将热交换器连接到加热回路上，以用于将加热回路的加热设备的热功率的至少一部分传输到hvs回路中，从而加热设备连接到hvs回路上。亦即，通过将hvs回路连接加热回路上，加热回路的加热设备也与hvs回路热耦合。这样，由加热回路的加热设备提供的热功率不仅能够用于加热内部空间，而且能够通过热交换器被馈入到hvs回路中，该热功率在那里用于加热牵引电池。亦即，另一个已经在空调系统中存在的热源、即加热回路的加热设备可以用于加热牵引电池。
18.也被证明为有利的是，空调系统具有引导冷却剂的冷却回路，机动车的电驱动单元连接到所述冷却回路上，并且所述冷却回路与hvs回路流体耦合，其中，控制设备为了加热牵引电池和/或内部空间而设计用于附加地将冷却回路连接到hvs回路上，以用于将电驱
动单元的热功率的至少一部分传输到hvs回路上。电驱动单元的用于加热牵引电池的热功率是电驱动单元的损耗热量。冷却回路同样是总冷却回路的一部分并且设计用于冷却剂的循环。冷却回路具有电驱动单元，该电驱动单元可以具有至少一个驱动机、电力电子装置、充电器等。为了冷却驱动单元，环境冷却设备可以连接到冷却回路上，所述环境冷却设备具有至少一个环境冷却器。冷却回路的驱动单元可以通过能由控制设备控制的阀设备连接到hvs回路上并且作为另一个热源使用。阀设备例如可以具有两个三通阀，通过所述两个三通阀，冷却剂能被分开到hvs回路和冷却回路上。通过冷却剂，由驱动单元输出的损耗热量作为热功率被馈入到hvs回路中。损耗热量例如可以在驱动单元的正常运行中输出。在该正常运行中，驱动单元有效率地运行并且因此输出最小的损耗热量。在牵引电池的加热模式中，这三个热源尤其是至少暂时同时由控制设备运行以便提供热功率。
19.优选地，控制设备设计用于在无效率的运行模式中运行电驱动单元，以用于提高放出的损耗热量。在无效率的运行模式中，驱动单元输出相对于最小的损耗功率更高的损耗功率并且可以借此提供用于牵引电池的较高的热功率或加热功率。亦即，在hvs回路中对牵引电池的加热通过电驱动系统的针对性的效率恶化实现。电驱动单元的热功率例如可以仅部分地被输送给牵引电池。驱动单元的热功率的其余部分可以通过热交换器从hvs回路被转移到加热回路中并且在那里用于加热内部空间。
20.在此可以规定，控制设备设计用于将冷凝器的热功率分开到牵引电池和内部空间上，以用于加热内部空间。亦即，由冷凝器输出的热功率可以同时用于加热内部空间和用于加热牵引电池。由此不仅能够保证用于机动车的乘客的内部空间舒适性而且能够保证牵引电池的优化调温。
21.在本发明的一种进一步扩展方案中，控制设备设计用于，借助加热回路的阀设备控制从加热回路传输到hvs回路上的热功率的份额，热交换器能通过所述阀设备连接到加热回路上。阀设备尤其是三通阀，借助所述三通阀，热交换器可以与加热回路解耦，从而热交换器不处于在加热回路中循环的冷却剂的流动路径中。热交换器也可以通过三通阀这样结合到流动路径中，使得运输冷凝器和压缩机的热功率的冷却剂的仅一部分流过热交换器，从而热功率被分开到内部空间和牵引电池上。
22.特别优选地，控制设备设计用于在牵引电池的充电运行期间加热牵引电池。在该充电运行中——牵引电池在该充电运行中例如连接到车辆外部的充电设备上，通常不需要加热内部空间，从而加热回路的例如包括冷凝器或蒸发器的热功率和加热设备的热功率的全部热功率可以为了加热牵引电池而被传输到hvs回路中。
23.在另一种实施形式中，控制设备为了冷却牵引电池而设计用于将热交换器连接到hvs回路和加热回路上，以用于通过将热功率从hvs回路传输到加热回路中来预冷却用于蒸发器的冷却剂。亦即，热交换器也在牵引电池的冷却模式中连接到hvs回路和加热回路上。这样，牵引电池的热功率能够通过蒸发器和通过热交换器导出。热交换器此外预冷却用于蒸发器的冷却剂，从而该蒸发器在冷却时被辅助。通过在冷却牵引电池时辅助蒸发能够以有利的方式提供用于机动车的较为动态的行驶点。
24.关于按照本发明的空调系统介绍的实施形式及其优点对应地适用于按照本发明的机动车以及按照本发明的方法。
25.本发明的其他特征由权利要求、附图和对附图的说明得出。以上在说明书中提及
的特征和特征组合以及接着在对附图的说明中提及的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以以相应给出的组合使用，而且也可以以其他的组合使用或可以单独使用。
附图说明
26.现在借助优选实施例以及参考附图详细阐述本发明。
27.在附图中：
28.图1示出按照本发明的空调系统的一种实施形式的示意图；
29.图2示出按照图1的在牵引电池的加热模式中的空调系统；以及
30.图3示出按照图1的在牵引电池的冷却模式中的空调系统。
具体实施方式
31.在附图中，相同的以及功能相同的元件设有相同的附图标记。
32.图1示出用于在这里未示出的可电驱动的机动车的空调系统1的一种实施形式。空调系统1具有引导冷却剂的总冷却回路2以及引导致冷剂的致冷回路3。空调系统1能在不同运行模式中运行，对于这些运行模式在图2和图3中示出实施例。
33.总冷却回路2在这里具有冷却回路4、hvs回路5和加热回路6。hvs回路5具有机动车的牵引电池7和用于冷却牵引电池7的蒸发器8。蒸发器8此外连接到空调系统1的致冷回路3上。此外，hvs回路5在这里具有hvs泵9、在牵引电池7上游的hvs截止阀10以及在牵引电池7下游的hvs止回阀11。hvs截止阀10和hvs止回阀11流体地封闭牵引电池7。hvs回路5尤其是不具有单独的用于加热牵引电池7的加热器。亦即，hvs回路5尤其是无加热地构成。
34.构成用于对机动车内部空间进行空气调节的加热回路6在这里具有加热设备12，该加热设备构成用于加热内部空间的内部空间空气。加热设备12在这里具有加热热交换器13和加热器14。加热热交换器13此外可以为了冷却内部空间而将热量从内部空间运走。加热器14例如可以构成为电的连续加热器(edh)。此外，加热回路6具有加热回路泵15和冷凝器16。冷凝器16此外连接到致冷回路3上。致冷回路3此外具有压缩机17以及膨胀阀18。致冷回路3可以在热泵运行中运行，在热泵运行中热功率能够通过运行蒸发器8、压缩机17和冷凝器16从hvs回路5运输到加热回路6中。
35.hvs回路5和加热回路6此外能通过热交换器19耦合。为此，在加热回路6中设置以三通阀形式的阀设备20，通过所述阀设备，连接到hvs回路5上的热交换器19也能连接到加热回路6上。热交换器在此设置在蒸发器8上游、尤其是直接设置在蒸发器8之前。
36.冷却回路4具有机动车的电驱动单元21。电驱动单元21例如具有至少一个电驱动机以及电力电子装置。此外，冷却回路4具有用于与机动车的环境进行热交换的环境冷却器设备22。借助环境冷却器设备22，电驱动单元21可以在运行中被冷却。环境冷却器设备22在这里具有第一环境冷却器23、第二环境冷却器24、通风机25以及补偿容器26。两个环境冷却器23、24相继地设置在环境空气路径27中，其中，第二环境冷却器24关于冷却剂设置在第一环境冷却器23下游，而在环境空气路径27中设置在第一环境冷却器23上游。第一环境冷却器23例如可以是ht冷却器或者说高温冷却器。第二环境冷却器24例如可以是nt冷却器或者说低温冷却器。在此，第二环境冷却器24相比于第一环境冷却器23被更冷的冷却剂流经。在环境空气路径27中，在两个环境冷却器23、24下游设置用于抽吸环境空气的通风机25。此
外，冷却回路4具有用于在冷却回路4中输送冷却剂的冷却回路泵28。
37.冷却回路4和加热回路6能通过截止阀29流体耦合。这样，加热回路6可以为了冷却内部空间而连接到冷却回路4的环境冷却器设备22上。为此，热量从内部空间通过加热热交换器13被运输到加热回路6中并且被导出到环境冷却器设备22上。此外，冷却回路4和hvs回路5能通过在驱动单元21上游的三通阀30和在驱动单元21下游的三通阀31流体耦合。通过三通阀30、31，电驱动单元21可以连接到hvs回路5上。空调系统1的控制设备32构成用于操控空调系统1的构件。
38.在图2和图3中示出空调系统1的不同运行模式。在此，在相应的运行模式中，活动的路径粗体印刷地示出。在图2中示出以用于牵引电池7的加热模式形式的运行模式。在加热模式中，在这里，冷凝器16、加热设备12和电驱动单元21的热功率的至少一部分被输送给牵引电池7。为了将电驱动单元21的热功率馈入到hvs回路5中，控制设备32将三通阀30、31置于接通状态中，在接通状态中，在冷却回路4中循环的冷却剂的至少一部分流动到hvs回路5中。该冷却剂运输以电驱动单元21的损耗热量形式的热功率。冷却剂在此从驱动单元21通过三通阀31流动到hvs回路5中。在那里，冷却剂通过热交换器19、蒸发器8和牵引电池7流动至三通阀30并且从那里往回流动到冷却回路4中至驱动单元21。为了提高电驱动单元21的损耗热量并且借此提高用于牵引电池7的热功率，控制设备31例如可以在无效率的、提高损耗功率的运行模式中运行驱动单元21。
39.加热设备12和冷凝器16的热功率通过热交换器19从加热回路6被运输到hvs回路5中。为此，控制设备31将热交换器19借助三通阀20连接到加热回路6上。三通阀20在此被置于接通状态中，在接通状态中，冷却剂的至少一部分通过热交换器19流动。此外，控制设备31操控加热设备12、尤其是加热器14，以用于生成加热功率。该加热功率至少部分地作为热功率通过热交换器19被运输到hvs回路5中。加热设备12的加热功率的剩余部分可以用于加热内部空间。
40.此外，通过将热交换器19连接到加热回路6和hvs回路5上，蒸发器8和冷凝器16热短接。亦即，致冷回路3在短路运行中运行。在该短路运行中，控制设备31运行压缩机17。为此，尤其是提高的驱动功率被输送给压缩机17。压缩机17的该提高的驱动功率转变为热功率，该热功率在冷凝器16上出现。该借助压缩机17生成的、在冷凝器16上出现的热功率同样至少部分地通过热交换器19馈入到hvs回路5中，以便例如一方面加热牵引电池7并且以便另一方面再次将热功率的一部分通过致冷回路3转移到加热回路6中。在通过致冷回路6将热功率转移到加热回路中时，压缩机17的热功率添加给该热功率，从而提高的热功率在冷凝器16上出现。亦即，通过将热功率从加热回路6回馈到hvs回路5中并且将回馈的热量的至少一部分通过致冷回路3往回运输到加热回路6中，能够提高在冷凝器16上出现的热功率。该提高的热功率可以再次至少部分地通过热交换器19被引回到hvs回路5中。在冷凝器16上出现的热功率的一部分也可以保留在加热回路6中并且在那里用于加热内部空间。
41.该短路运行尤其是在外界温度低时是特别有利的，其中由于蒸发器8的缺乏的运行准备而不能提供或不能有效率地提供热泵运行。蒸发器8的这样的缺乏的运行准备例如可以由蒸发器8的结冰造成。亦即，在短路运行中，压缩机17的驱动功率可以用作用于加热牵引电池7的热功率。亦即，牵引电池7可以在加热模式中由三个热源、即驱动单元21、加热设备12和冷凝器16或压缩机17加热。通过这些热源与牵引电池7在空调系统1中的互连，此
外能够阻止不必要地加热空调系统1的其他构件。
42.在图3中示出以用于牵引电池7的冷却模式形式的运行模式。在冷却模式中，牵引电池7通过蒸发器8冷却，其方式为冷却剂在hvs回路5中循环并且将牵引电池7的余热运输到蒸发器8上。此外，热交换器19由控制设备31连接到hvs回路5和加热回路6上。通过该热交换器19，热功率能够从hvs回路5被运输到加热回路6中并且因此用于蒸发器8的冷却剂被预冷却。被运输到加热回路6中的热功率例如可以通过环境冷却器设备22导出。为此，加热回路6通过截止阀29与冷却回路4流体耦合。