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用于控制机动车辆用的热调节系统的方法

文献发布时间:2023-06-19 18:27:32


用于控制机动车辆用的热调节系统的方法

本发明涉及机动车辆用的热调节系统的领域。在电动车辆的情况下,这样的系统允许例如对车辆的各个部分(比如乘客舱或电能储存电池)进行热调控。允许进行热调控的热交换主要通过在沿着封闭回路布置的多个热交换器的端子处对制冷剂进行压缩和膨胀来获得。

当两个单独的蒸发器并联定位并且这两个蒸发器需要以不同的蒸发温度进行操作时,已知的做法是将压力调控阀定位在这些蒸发器中的一个蒸发器的下游。由压力调控阀引起的压降使得可以在两个蒸发器中获得不同的压力,并且因此获得不同的温度。

通常,对车辆的电池进行冷却的蒸发器产生的温度高于对旨在用于乘客舱的气流进行冷却的蒸发器产生的温度。因此,压力调控阀会被置于对电池进行冷却的蒸发器的下游。当电池具有低热传导时,难以供应足够的冷却功率并且可能有益于能够确保电池蒸发器中的蒸发温度低于乘客舱蒸发器中的蒸发温度。此外,在使用这样的系统的一个难点在于管理操作阶段,在这些操作阶段期间,乘客舱和电池的累积冷却要求大于该系统的最大冷却能力。在此情况下,冷却功率的分配可能会将优先级给予两个蒸发器中的一个蒸发器,以便满足被视为获得优先级的部件的冷却要求。优先级可以取决于条件和操作模式被给予乘客舱冷却或电池冷却。在各自情况下,被定义为获得优先级的蒸发器将接收需要确保热调控的制冷功率,而被定义为没有获得优先级的蒸发器将仅接收剩余的制冷功率。两个蒸发器之间的制冷功率的分配控制起来可能较为复杂。本发明的目的是提供一种用于控制热系统的方法,使得能够对两个蒸发器的优先级进行稳定操作和简单管理。

因此,本发明提出了一种用于控制机动车辆用的热调节系统的方法,该热调节系统包括制冷剂回路,该制冷剂回路被配置成使制冷剂循环,该制冷剂回路包括:

-主环路,该主环路在该制冷剂的流动方向上依次包括:

压缩装置,

冷凝器,该冷凝器被配置成与第一传热流体交换热量,

第一膨胀装置,

第一蒸发器,该第一蒸发器被配置成与第二传热流体交换热量,

第二膨胀装置,

-旁通分支,该旁通分支将定位在该主环路上、在该冷凝器与该第一膨胀装置之间的第一连接点连接至定位在该主环路上、在该第二膨胀装置与该压缩装置之间的第二连接点,该旁通分支在该制冷剂的流动方向上依次包括第三膨胀装置和第二蒸发器,该第二蒸发器被配置成与第三传热流体交换热量,

该热调节系统被配置成使得该第二传热流体在该第一蒸发器的出口处的温度达到温度设定点并且使得该第三传热流体在该第二蒸发器的出口处的温度达到温度设定点,

该控制方法包括以下步骤:

-接收优先级请求,该优先级请求将优先级给予冷却该第二传热流体或给予冷却该第三传热流体,

-如果为了同时达到该第二传热流体的温度设定点和该第三传热流体的温度设定点所需的热功率大于由该第一蒸发器和该第二蒸发器共同供应的热功率,那么提高该压缩装置的旋转速度,

-如果该压缩装置的旋转速度已经到达预定最大值,并且如果优先级被给予冷却该第三传热流体,那么:

计算该第二传热流体在该第一蒸发器的出口处的大于已获取的温度设定点的修改温度设定点,

调整通过该第二膨胀装置的制冷剂流动面积,使得该第二传热流体的温度达到该修改温度设定点,

提高该第二传热流体的修改温度设定点,直到该第三传热流体的温度达到该温度设定点为止。

术语“所需的热功率”是指同时达到第二传热流体的温度设定点和第三传热流体的温度设定点所必需的热功率。类似地,术语“供应的热功率”是指由第一蒸发器和第二蒸发器共同供应的热功率。因此,该供应的热功率是由第一蒸发器供应的热功率和同时由第二蒸发器供应的热功率的总和。

确定所需的热功率的步骤包括以下子步骤:

-获取该第二传热流体在该第一蒸发器的出口处的温度设定点,

-获取该第三传热流体在该第二蒸发器的出口处的温度设定点,

-确定该第二传热流体在该第一蒸发器的出口处的温度,

-确定该第三传热流体在该第二蒸发器的出口处的温度,

-如果该第二传热流体的所确定的温度大于该温度设定点,那么提高该压缩装置的旋转速度,

-如果该第三传热流体的所确定的温度大于该温度设定点,那么提高该压缩装置的旋转速度。

换句话说,该旁通分支被定位成与该主环路的包括该第一膨胀装置、该第一蒸发器和该第二膨胀装置的一部分并联。

根据所提出的方法的一方面,该第二传热流体在该第一蒸发器的出口处的该修改温度设定点是由第一比例积分控制器根据该第三传热流体的温度与该第三传热流体的温度设定点之间的差额计算出的。

因此,所提出的方法包括以下步骤:

-根据该第三传热流体的温度与该第三传热流体的温度设定点之间的差额,调谐第一比例积分控制器,

-通过将该第二传热流体的已获取的温度设定点和该第一比例积分控制器的输出参数相加在一起来计算出该第二传热流体的修改温度设定点。

根据根据本发明的方法的一方面,如果优先级被给予冷却该第三传热流体,那么通过该第二膨胀装置的制冷剂流动面积由第二比例积分控制器根据该第二传热流体的温度与该第二传热流体的修改温度设定点之间的差额进行控制。

因此,根据本发明的控制方法包括以下步骤:

减小通过该第二膨胀装置的制冷剂流动面积以提高该第一蒸发器中的制冷剂压力。

根据根据本发明的方法的一方面,如果优先级被给予冷却该第二传热流体,那么通过该第二膨胀装置的制冷剂流动面积由第二比例积分控制器根据该第二传热流体的温度与该第二传热流体的温度设定点之间的差额进行控制。

根据本发明的一方面,通过该第二膨胀装置的制冷剂流动面积由第二比例积分控制器根据该第二传热流体的温度与该第二传热流体的温度设定点之间的差额进行控制。

根据本发明的控制方法包括以下步骤:

增加通过该第二膨胀装置的制冷剂流动面积以降低该第一蒸发器中的制冷剂压力。

根据本发明的控制方法包括以下步骤:

如果该压缩装置的旋转速度已经到达预定最大值,并且如果优先级被给予冷却该第二传热流体,那么:

-计算该第三传热流体在该第二蒸发器的出口处的大于该已获取的温度设定点的修改温度设定点,

-调整通过该第三膨胀装置的制冷剂流动面积,使得该第三传热流体的温度达到该修改温度设定点,

提高该第三传热流体的修改温度设定点,直到该第二传热流体的温度达到该温度设定点为止。

根据所提出的方法的一方面,该第三传热流体在该第二蒸发器的出口处的该修改温度设定点是由第三比例积分控制器根据该第二传热流体的温度与该第二传热流体的温度设定点之间的差额计算出的。

该控制方法包括以下步骤:

-根据该第二传热流体的温度与该第二传热流体的温度设定点之间的差额,调谐第三比例积分控制器,

-通过将该第三传热流体的已获取的温度设定点和该第三比例积分控制器的输出参数相加在一起来计算出该第三传热流体的修改温度设定点。

根据所提出的方法的一方面,如果优先级被给予冷却该第三传热流体,那么通过该第三膨胀装置的制冷剂流动面积由第四比例积分控制器根据该第三传热流体的温度与该第三传热流体的温度设定点之间的差额进行控制。

根据所提出的方法的另一方面,如果优先级被给予冷却该第二传热流体,那么通过该第三膨胀装置的制冷剂流动面积由第四比例积分控制器根据该第三传热流体的温度与该第三传热流体的修改温度设定点之间的差额进行控制。

该控制方法包括以下步骤:

-确定该车辆的行进速度,

-根据该车辆的行进速度确定该压缩装置的旋转速度的最大值。

根据该方法的一个特征,当行进速度大于70km/h时,最大容许旋转速度介于7,000rpm与8,000rpm之间。

根据该方法的另一个特征,当行进速度为零时,最大容许旋转速度介于3,000rpm与4,000rpm之间。

根据本发明的控制方法包括以下步骤:

根据该第二传热流体在该第一蒸发器的出口处的温度与该第二传热流体在该第一蒸发器的出口处的该温度设定点之间的差额,调谐被配置成调控该压缩装置的旋转速度的第五比例积分控制器。

因此,根据本发明的控制方法还包括以下步骤:

根据该第三传热流体在该第二蒸发器的出口处的温度与该第三传热流体在该第二蒸发器的出口处的该温度设定点之间的差额,调谐被配置成调控该压缩装置的旋转速度的第六比例积分控制器。

该方法还包括以下步骤:

将该第五比例积分控制器的输出参数和该第六比例积分控制器的输出参数相加在一起,

基于该第五比例积分控制器的输出参数和该第六比例积分控制器的输出参数的总和,控制该压缩装置的旋转速度。

根据该控制方法的一个变体实施例(在该变体实施例中,该热调节系统包括定位在该主环路上、在该冷凝器与该第一连接点之间的制冷剂积聚装置),该控制方法包括以下步骤:

-确定该第一蒸发器的出口处的制冷剂过热设定点,

-确定该蒸发器的出口处的制冷剂温度,

-确定该第一蒸发器的出口处的制冷剂过热值,

-调整通过该第一膨胀装置的制冷剂流动面积,使得该第一蒸发器的出口处的该制冷剂过热值达到该过热设定点。

根据该控制方法的一方面,通过该第一膨胀装置的制冷剂流动面积由第七比例积分控制器根据该第一蒸发器的出口处的该制冷剂过热值与该过热设定点之间的差额进行控制。

在该控制方法的一个示例性应用中,该过热设定点介于5℃与15℃之间。

本发明还涉及一种机动车辆用的热调节系统,该热调节系统包括制冷剂回路,该制冷剂回路被配置成使制冷剂循环,该制冷剂回路包括:

-主环路,该主环路在该制冷剂的流动方向上依次包括:

压缩装置,

冷凝器,该冷凝器被配置成与第一传热流体交换热量,

第一膨胀装置,

第一蒸发器,该第一蒸发器被配置成与第二传热流体交换热量,

第二膨胀装置,

-旁通分支,该旁通分支将定位在该主环路上、在该冷凝器与该第一膨胀装置之间的第一连接点连接至定位在该主环路上、在该第二膨胀装置与该压缩装置之间的第二连接点,该旁通分支在该制冷剂的流动方向上依次包括第三膨胀装置和第二蒸发器,该第二蒸发器被配置成与第三传热流体交换热量,

-电子控制单元,该电子控制单元被配置成实施上文所描述的方法。

根据一个实施例,该热调节系统包括:

传热流体回路,该传热流体回路被配置成使第四传热流体循环,

第一双流体热交换器,该第一双流体热交换器共同地布置在该制冷剂回路和该传热流体回路上,以允许该制冷剂与该第四传热流体之间的热交换,

制冷剂积聚装置,该制冷剂积聚装置定位在该主环路上、在该冷凝器与该第一连接点之间,

该第一双流体交换器定位在该主制冷剂环路上、在该冷凝器与该积聚装置之间。

根据一个实施例,该热调节系统包括第二双流体热交换器,该第二双流体热交换器共同地布置在该制冷剂回路和该传热流体回路上,以允许该制冷剂与该第四传热流体之间的热交换,该第二双流体热交换器定位在该主环路上、在该积聚装置与该第一连接点之间。

此外,该热调节系统包括内部热交换器,该内部热交换器被配置成允许在该主环路中、在该第一连接点的上游循环的制冷剂与在该主环路中、在该第二膨胀装置的下游循环的制冷剂之间的热交换。

根据热调节系统的一个示例性应用,该第一传热流体是该车辆的乘客舱外部的气流,而该第二传热流体是该车辆的乘客舱内部的气流。该第三传热流体是被配置成与该车辆的电能储存电池交换热量的传热液体。

根据热调节系统的另一个示例性应用,该第一传热流体是该车辆的乘客舱外部的气流,该第二传热流体是被配置成与该车辆的电能储存电池交换热量的传热液体,并且该第三传热流体是该车辆的乘客舱内部的气流。换句话说,与先前的场景相比,第一蒸发器5和第二蒸发器8的作用是相反的。

优选地,该传热流体回路包括第一散热器,该第一散热器被配置成在该第四传热流体与该车辆的乘客舱内部的气流之间交换热量。

更优选地,该传热流体回路包括第二散热器,该第二散热器被配置成在该第四传热流体与该车辆的乘客舱外部的气流之间交换热量。

根据该热调节系统的一个实施例,该传热流体回路包括第一循环环路,该第一循环环路包括该第一散热器和第一泵,该第一泵被配置成使该第四传热流体在该第一循环环路中循环。

根据一个实施例,该传热流体回路还包括第二循环环路,该第二循环环路包括该第二散热器和该车辆的电动动力传动系的元件。

有利地,该第二循环环路包括第二泵,该第二泵被配置成使该第四传热流体在该第二循环环路中循环。

优选地,该传热流体回路包括第一连接分支,该第一连接分支将该第一循环环路和该第二循环环路流体地连接。

该传热流体回路还包括第二连接分支,该第二连接分支将该第一循环环路和该第二循环环路流体地连接。

根据一个实施例,该第一连接分支将位于该第一循环环路上、在该第二泵与该第二散热器之间的连接点连接至位于该第二循环环路上、在该第一散热器与该第一泵之间的连接点。

此外,该第二连接分支将位于该第一循环环路上、在该第二散热器与该元件之间的连接点连接至位于该第二循环环路上、在该第一泵与在该第一循环环路与该第一连接分支之间的连接点之间的连接点。

通过阅读作为非限制性示例给出的实施例的详细描述以及以下附图,本发明的另外的特征和优点将变得明显:

-图1示出了根据第一实施例的实施根据本发明的方法的热调节系统的示意图,

-图2示出了根据第二实施例的实施根据本发明的方法的热调节系统的示意图,

-图3是根据本发明的方法的功能图;

-图4是根据本发明的方法的框图。

为了使附图更容易阅读,不同的元件不一定是按比例示出的。在这些附图中,相同的元件具有相同的附图标记。一些元件或参数可以被索引,即指定例如第一元件或第二元件、或第一参数和第二参数等。这种索引的目的是区分相似但不相同的元件或参数。这种索引并不意味着一个元件或参数相较于另一个元件或参数的任何优先级,并且这些名称可以互换。同样,在第一元件是可选的实施例中,当第一元件不存在时,第二元件可以存在。在以下描述中,术语“在第二元件的上游的第一元件”意指相对于流体的循环方向,第一元件在第二元件之前。类似地,术语“在第二元件的下游的第一元件”意指相对于所讨论的流体的循环方向,第一元件在第二元件之后。

图1示出了根据简单的第一实施例的机动车辆用的热调节系统40。热调节系统40包括制冷剂回路1,该制冷剂回路被配置成使制冷剂循环,制冷剂回路1包括:

-主环路A,该主环路在制冷剂的流动方向上依次包括:

压缩装置2,

冷凝器3,该冷凝器被配置成与第一传热流体100交换热量,

第一膨胀装置4,

第一蒸发器5,该第一蒸发器被配置成与第二传热流体200交换热量,

第二膨胀装置6,

-旁通分支B,该旁通分支将定位在主环路A上、在冷凝器3与第一膨胀装置4之间的第一连接点11连接至定位在主环路A上、在第二膨胀装置6与压缩装置2之间的第二连接点12,

旁通分支B在制冷剂的流动方向上依次包括第三膨胀装置7和第二蒸发器8,该第二蒸发器被配置成与第三传热流体300交换热量,

-电子控制单元9。

电子控制单元9被配置成实施根据本发明的方法,下文将描述该方法。

电子控制单元9接收来自各种传感器的信息,特别地,这些各种传感器测量制冷剂在回路上的不同点处的特性。电子控制单元9还接收由车辆的乘用者请求的设定点,比如乘客舱内部的期望温度。电子单元9实施用于操作各种致动器的控制律,以便控制热调节系统40。在图1和图2中,虚线表示电子控制单元9,压缩装置2和膨胀装置4、6、7之间的电连接。为简单起见,未示出存在于制冷剂回路中的各种传感器。

在图1和图2所展示的示例中,第一传热流体100是车辆的乘客舱外部的气流,而第二传热流体200是车辆的乘客舱内部的气流。第三传热流体300是被配置成与车辆的电能储存电池10交换热量的传热液体。

换句话说,第二传热流体200是旨在被递送至车辆的乘客舱的内部以便确保对乘客舱的热调节的气流。特别地,热调节系统40使得可以调控车辆的乘客舱内部的空气的温度和湿度,以便确保乘客的舒适度。第一蒸发器5定位在暖通空调设备(通常被称为“HVAC”)中。这种设备未在附图中示出。如果必要的话,将电机风扇单元(未在附图中示出)定位在暖通空调设备中,以便提高内部气流的流速。

外部气流是指不旨在用于乘客舱的气流。在此,冷凝器3定位在车辆的正面上,并且特别地接收通过车辆的向前行进产生的气流。如果必要的话,可以启用电机风扇单元(未示出),以便提高外部气流的流速。

在热调节系统40的正常操作期间,制冷剂在制冷剂回路1的至少一部分中循环。在此,所使用的制冷剂是比如R1234yf等化学流体。可以使用其他制冷剂,比如R134a。

压缩装置2被配置成使制冷剂流从低压到高压,该高压大于该低压。压缩装置2可以是电压缩机,即具有由电机驱动的移动零件的压缩机。压缩装置2包括用于低压制冷剂的吸入侧(也被称为压缩装置的入口)和用于高压制冷剂的排出侧(也被称为压缩装置的出口)。压缩机的内部移动零件使制冷剂从入口侧的低压到出口侧的高压。在回路的一个或多个膨胀构件中膨胀之后,制冷剂返回至压缩机2的入口且开始新的循环。控制电机的旋转速度使得可以控制通过压缩装置排出的制冷剂流,该制冷剂流对应于行进通过制冷剂回路的流。

制冷剂回路包括限定的封闭回路的主环路A、以及旁通分支B。旁通分支B被定位成与主环路A的包括第一膨胀装置4、第一蒸发器5和第二膨胀装置6的一部分并联。主环路A和旁通分支B在第一连接点11和第二连接点12处流体地连接。第一连接点11是分流点,即在第一连接点11的上游循环的制冷剂流可以在继续循着主环路A的部分与循着旁通分支B的附加部分之间分开。第二连接点12是汇流点,即来自主环路A的制冷剂流与来自旁通分支B的流汇合。然后,这些流合并为单个流返回至压缩装置2。

因此,制冷剂在第二膨胀装置6的出口处的压力等于在第二蒸发器8的出口处的压力。“相等的压力”是指在压降差额内相等。在第二膨胀装置6的出口与第二连接点12之间的延伸的管不一定与在第二蒸发器8的出口与第二连接点12之间延伸的管相同。因此,第二膨胀装置6的出口与第二连接点12之间的压降并不严格地与第二蒸发器8的出口与第二连接点12之间的压降相同,但差额将被视为可忽略不计。

在此,第一膨胀装置4是电子膨胀阀。这意指,该膨胀装置在制冷剂循环管道中具有可移动闸板,此闸板由电机和电子电路来控制。闸板的移动使得可以修改该管道中的制冷剂流动面积并且因此调整由膨胀装置产生的膨胀程度。对于可移动闸板的给定位置,流动面积是允许与膨胀装置相同的流体流动的等效管的横向面积。因此,流动面积是可移动闸板的位置的函数。同样,在所展示的示例中,第二膨胀装置6是电子膨胀阀。第三膨胀装置7也是电子膨胀阀。

热调节装置40的典型用例如下:期望对乘客舱的温度和电能储存电池的温度进行同时调控。为此,第一蒸发器5进行对第二传热流体200(即,旨在用于车辆的乘客舱的气流)的热调节。第二蒸发器8执行对第三传热流体(其在此是传热液体,比如水-乙二醇混合物)的热调节。此水-乙二醇混合物与电池交换热量并且使得可以调控该电池的温度。冷凝器3使得可以使热量从高压制冷剂消散至外部气流中。

当第二膨胀装置6使制冷剂膨胀时,第一蒸发器5中的压力高于第二蒸发器8中的压力。因此,可以获得两个不同的蒸发温度,第一蒸发器5中的蒸发温度高于第二蒸发器8中的蒸发温度。因此,可以在第二蒸发器8中获得较大的冷却功率,该第二蒸发器在此联接至车辆的电池。这种构型在电池的热传导低时是特别有益的。低的热传导不利于获得高的热功率,因此有益于能够增加待冷却流体的温度与蒸发器工作时的蒸发温度之间的差额。

本发明提出了一种用于控制机动车辆用的热调节系统40的方法,该热调节系统包括制冷剂回路1,该制冷剂回路被配置成使制冷剂循环,制冷剂回路1包括:

-主环路A,该主环路在制冷剂的流动方向上依次包括:

压缩装置2,

冷凝器3,该冷凝器被配置成与第一传热流体100交换热量,

第一膨胀装置4,

第一蒸发器5,该第一蒸发器被配置成与第二传热流体200交换热量,

第二膨胀装置6,

-旁通分支B,该旁通分支将定位在主环路A上、在冷凝器3与第一膨胀装置4之间的第一连接点11连接至定位在主环路A上、在第二膨胀装置6与压缩装置2之间的第二连接点12,

旁通分支B在制冷剂的流动方向上依次包括第三膨胀装置7和第二蒸发器8,该第二蒸发器被配置成与第三传热流体300交换热量,

该热调节系统被配置成使得第二传热流体200在第一蒸发器5的出口处的温度T1_mes达到温度设定点T1_cons并且使得第三传热流体300在第二蒸发器8的出口处的温度T2_mes达到温度设定点T2_cons,

该控制方法包括以下步骤:

-接收优先级请求,该优先级请求将优先级给予冷却第二传热流体200或给予冷却第三传热流体300(步骤50),

-如果为了同时达到第二传热流体200的温度设定点和第三传热流体300的温度设定点所需的热功率大于由第一蒸发器5和第二蒸发器8共同供应的热功率,那么提高压缩装置2的旋转速度(步骤51),

-如果压缩装置2的旋转速度已经到达预定最大值N_max,并且如果优先级被给予冷却第三传热流体300,那么:

计算第二传热流体200在第一蒸发器5的出口处的大于已获取的温度设定点T1_cons的修改温度设定点T1_mod(步骤52),

调整通过第二膨胀装置6的制冷剂流动面积,使得第二传热流体200的温度达到修改温度设定点T1_mod(步骤53),

提高第二传热流体200的修改温度设定点T1_mod,直到第三传热流体300的温度T2_mes达到温度设定点T2_cons为止(步骤54)。

术语“所需的热功率”是指同时达到第二传热流体200的温度设定点和第三传热流体300的温度设定点所必需的热功率。类似地,术语“供应的热功率”是指由第一蒸发器5和第二蒸发器8共同供应的热功率。因此,该供应的热功率是由第一蒸发器供应的热功率和同时由第二蒸发器供应的热功率的总和。

当同时达到第二传热流体200的温度设定点和第三传热流体300的温度设定点所需的热功率小于该系统可以供应的最大热功率时,没有必要定义这些传热流体的相应优先级。该系统能够操作使得第一蒸发器5和第二蒸发器8分别将第二传热流体200和第三传热流体300的流的温度调控至其相应的温度设定点。

在给定时刻,当所需的热功率大于供应的功率时,提高压缩装置2的旋转速度。因此,制冷剂流增加,因此供应的热功率提高。当所需的热功率仍大于供应的功率时,提高压缩装置的旋转速度,直到该旋转速度潜在地达到压缩装置2的最大旋转速度为止。此时供应的功率无法再提高,因此供应的热功率等于最大功率。

当同时达到第二传热流体200的温度设定点和第三传热流体300的温度设定点所需的热功率大于该系统可以供应的最大热功率时,不再可能同时使第二传热流体200和第三传热流体300两者达到其相应的温度设定点。通过举例方式,当冷凝器3能够消散10千瓦(kilowatt)、而第一蒸发器5处的冷却要求为7千瓦并且第二蒸发器8处的冷却要求为5千瓦时,就会出现这样的情形。因此,总共所需的冷却功率为12kW,而可以供应的最大功率只有10kW。因此,必须做出关于在第一蒸发器5与第二蒸发器8之间进行热功率分配的决定。

因此,优先级请求使得可以定义第二传热流体200和第三传热流体300中的哪一个获得优先级。被定义为获得优先级的传热流体将接收到将该传热流体的温度调控至温度设定点所必需的热功率。被定义为没有获得优先级的传热流体将仅接收到可以供应的最大功率与分配给被定义为获得优先级的传热流体的功率之间的差额。因此,将无法将被定义为没有获得优先级的传热流体的温度调控至期望的温度设定点。应当注意,将传热流体定义为获得优先级等同于将相关联的蒸发器定义为获得优先级。因此,说第二传热流体200被定义为获得优先级与说第一蒸发器5被定义为获得优先级是一样的。同样,说第三传热流体300被定义为获得优先级与说第二蒸发器8被定义为获得优先级是一样的。优先级请求由电子控制单元9根据车辆的操作条件和车辆的乘用者的意愿进行管理。所提出的方法的目的是确保系统在不同的传热流体之间的功率得到令人满意的分配的情况下得以稳定操作。

当优先级被给予冷却第三传热流体300时,由调整通过第二膨胀装置6的制冷剂流动面积组成的子步骤使得可以提高第一蒸发器5中的制冷剂压力。因此,第一蒸发器5中的蒸发压力高于第二蒸发器8中的蒸发压力。因此,第二蒸发器8中的制冷剂的蒸发温度低于第一蒸发器5中的制冷剂的蒸发温度。

确定所需的热功率的步骤包括以下子步骤:

-获取第二传热流体200在第一蒸发器5的出口处的温度设定点T1_cons,

-获取第三传热流体300在第二蒸发器8的出口处的温度设定点T2_cons,

-确定第二传热流体200在第一蒸发器5的出口处的温度T1_mes,

-确定第三传热流体300在第二蒸发器8的出口处的温度T2_mes,

-如果第二传热流体200的所确定的温度T1_mes大于温度设定点T1_cons,那么提高压缩装置2的旋转速度,

-如果第三传热流体300的所确定的温度T2_mes大于温度设定点T2_cons,那么提高压缩装置2的旋转速度。

如图3中图解地示出的,第二传热流体200在第一蒸发器5的出口处的修改温度设定点T1_mod是由第一比例积分控制器PI1根据第三传热流体300的温度T2_mes与第三传热流体300的温度设定点T2_cons之间的差额计算出的。当优先级请求将优先级给予冷却第三传热流体300(即,将优先级给予第二蒸发器8的动作)时,执行此计算。

为了成功地计算出第二传热流体200的修改温度设定点T1_mod,控制方法因此包括以下步骤:

-根据第三传热流体300的温度T2_mes与第三传热流体300的温度设定点T2_cons之间的差额,调谐第一比例积分控制器PI1(步骤55),

-通过将第二传热流体的已获取的温度设定点T1_cons和第一比例积分控制器PI1的输出参数相加在一起来计算出第二传热流体200的修改温度设定点T1_mod(步骤56)。

如果优先级被给予冷却第三传热流体300,那么通过第二膨胀装置6的制冷剂流动面积由第二比例积分控制器PI2根据第二传热流体200的温度T1_mes与第二传热流体200的修改温度设定点T1_mod之间的差额进行控制。

因此,根据本发明的控制方法包括以下步骤:

减小通过第二膨胀装置6的制冷剂流动面积以提高第一蒸发器5中的制冷剂压力。

(步骤57)

因此,通过第二膨胀装置6的制冷剂流动面积由第二比例积分控制器PI2根据第二传热流体200的温度T1_mes与第二传热流体200的温度设定点T1_cons之间的差额进行控制。

如果优先级被给予冷却第二传热流体200,那么通过第二膨胀装置6的制冷剂流动面积由第二比例积分控制器PI2根据第二传热流体200的温度T1_mes与第二传热流体200的温度设定点T1_cons之间的差额进行控制。

当冷却优先级被给予第二传热流体200时,根据本发明的控制方法包括以下步骤:

增加通过第二膨胀装置6的制冷剂流动面积以降低第一蒸发器5中的制冷剂压力。(步骤58)。因此,第一蒸发器5中的蒸发压力可以降低,这也使蒸发温度降低并且往往会提高由第一蒸发器5供应的冷却功率。

第二传热流体200的温度(即,该第二传热流体的实际温度)可以在第一蒸发器5的出口处测得。例如,可以将温度测量传感器紧固至蒸发器5的鳍片的一部分。第二传热流体200的温度也可以在第二传热流体200的下游稍远处测得。例如,可以对在蒸发器5与测量点之间、在第一蒸发器5的下游的传热流体进行的加热进行建模,并且重新计算第一蒸发器5的出口处的值应将该加热考虑在内。同样,第三传热流体300的温度可以在第二蒸发器8的出口处测得。

根据本发明的控制方法包括以下步骤:

如果压缩装置2的旋转速度已经到达预定最大值N_max,并且如果优先级被给予冷却第二传热流体200,那么:

-计算第三传热流体300在第二蒸发器8的出口处的大于已获取的温度设定点T2_cons的修改温度设定点T2_mod,

-调整通过第三膨胀装置7的制冷剂流动面积,使得第三传热流体300的温度达到修改温度设定点T2_mod,

提高第三传热流体300的修改温度设定点T2_mod,直到第二传热流体200的温度T1_mes达到温度设定点T1_cons为止(步骤59)。

第三传热流体300在第二蒸发器8的出口处的修改温度设定点T2_mod是由第三比例积分控制器PI3根据第二传热流体200的温度T1_mes与第二传热流体200的温度设定点T1_cons之间的差额计算出的。当优先级请求将优先级给予冷却第二传热流体200(即,将优先级给予第一蒸发器5的动作)时,执行此计算。

为此,该控制方法包括以下步骤:

-根据第二传热流体200的温度T1_mes与第二传热流体200的温度设定点T1_cons之间的差额,调谐第三比例积分控制器PI3,

-通过将第三传热流体300的已获取的温度设定点T2_cons和第三比例积分控制器PI3的输出参数相加在一起来计算出第三传热流体300的修改温度设定点T2_mod(步骤60)。

如果优先级被给予冷却第三传热流体300,那么通过第三膨胀装置7的制冷剂流动面积由第四比例积分控制器PI4根据第三传热流体300的温度T2_mes与第三传热流体300的温度设定点T2_cons之间的差额进行控制。

如果优先级被给予冷却第二传热流体200,那么通过第三膨胀装置7的制冷剂流动面积由第四比例积分控制器PI4根据第三传热流体300的温度T2_mes与第三传热流体300的修改温度设定点T2_mod之间的差额进行控制。

换句话说,当优先级传热流体变化时,第三膨胀装置7的控制的结构是不变的。该结构是作为修改后的比例积分控制器的参考使用的参数。控制在优先级转换期间保持稳定。

在此,压缩机2的旋转速度的最大值N_max不是恒定值。在压缩机2的机械耐久性方面的最大容许速度由于所产生的噪声而对车辆的乘客来说不一定能接受。

因此,该控制方法包括以下步骤:

-确定车辆的行进速度,

-根据车辆的行进速度确定压缩装置2的旋转速度的最大值N_max(步骤61)。

当行进速度大于70km/h时,最大容许旋转速度N_max介于7,000rpm与8,000rpm之间。当行进速度为零时,最大容许旋转速度N_max介于3,000rpm与4,000rpm之间。当由于车辆的行进而产生的背景噪声增大时,可以允许压缩机2的较高旋转速度。由压缩装置2产生的噪声此时部分地被背景噪声掩盖。

为了控制压缩装置2的旋转速度,根据本发明的控制方法包括以下步骤:

根据第二传热流体200在第一蒸发器5的出口处的温度T1_mes与第二传热流体200在第一蒸发器5的出口处的温度设定点T1_cons之间的差额,调谐被配置成调控压缩装置2的旋转速度的第五比例积分控制器PI5(步骤62)。

因此,根据本发明的控制方法还包括以下步骤:

根据第三传热流体300在第二蒸发器8的出口处的温度T2_mes与第三传热流体300在第二蒸发器8的出口处的温度设定点T2_cons之间的差额,调谐被配置成调控压缩装置2的旋转速度的第六比例积分控制器PI6(步骤63)。

该方法还包括以下步骤:

将第五比例积分控制器PI5的输出参数和第六比例积分控制器PI6的输出参数相加在一起,

基于第五比例积分控制器PI5的输出参数和第六比例积分控制器PI6的输出参数的总和,控制压缩装置2的旋转速度。

根据该控制方法的一个变体实施例(在该变体实施例中,热调节系统包括定位在主环路上、在冷凝器3与第一连接点11之间的制冷剂积聚装置16),该控制方法包括以下步骤:

-确定第一蒸发器5的出口处的制冷剂过热设定点Sur_Cons,

-确定蒸发器5的出口处的制冷剂温度,

-确定第一蒸发器5的出口处的制冷剂过热值Sur_mes,

-调整通过第一膨胀装置4的制冷剂流动面积,使得第一蒸发器5的出口处的制冷剂过热值Sur_mes达到过热设定点Sur_cons(步骤65)。

应当记住,制冷剂在给定压力下的过热是制冷剂的实际温度与对应于所讨论的压力的饱和温度之间的差额。术语“过热”并不适用于两相制冷剂。零过热对应于完全呈气态的制冷剂,该制冷剂的温度等于饱和温度。

通过第一膨胀装置4的制冷剂流动面积由第七比例积分控制器PI7根据第一蒸发器5的出口处的制冷剂过热值Sur_mes与过热设定点Sur_cons之间的差额进行控制。

在该控制方法的一个示例性应用中,过热设定点Sur_cons介于5℃与15℃之间。第一蒸发器5的出口处的此过热值使得可以优化第一蒸发器5的效率,而且还确保制冷剂在压缩装置2的入口处的滴度在正确的范围内(即,确保到达压缩机2的低压入口处的液体制冷剂的量不会过多)。

图2示出了热调节系统40的第二实施例。在此实施例中,使用了附加的热交换器。

因此,热调节系统40包括:

传热流体回路20,该传热流体回路被配置成使第四传热流体400循环,

第一双流体热交换器15,该第一双流体热交换器共同地布置在制冷剂回路1和传热流体回路20上,以允许制冷剂与第四传热流体400之间的热交换,

制冷剂积聚装置16,该制冷剂积聚装置定位在主环路A上、在冷凝器3与第一连接点11之间,

第一双流体交换器15定位在主制冷剂环路A上、在冷凝器3与积聚装置16之间。

积聚装置16是接纳器式干燥器。与第三传热流体300一样,第四传热流体400是水-乙二醇混合物。

在图2中的示例中,热调节系统包括第二双流体热交换器17,该第二双流体热交换器共同地布置在制冷剂回路1和传热流体回路20上,以允许制冷剂与第四传热流体400之间的热交换,第二双流体热交换器17定位在主环路A上、在积聚装置16与第一连接点11之间。

换句话说,当冷凝器3不允许足够的热交换来冷凝穿过该冷凝器的整个制冷剂流时,第一双流体热交换器15使得可以完成冷凝。第二双流体热交换器17对离开接纳器式干燥器16的制冷剂进行过冷。与图1中的构型相比,图2中的构型使得可以提高总冷却功率。因此,热调节系统的性能得以改进。

热调节系统40包括内部热交换器18,该内部热交换器被配置成允许在主环路A中、在第一连接点11的上游循环的制冷剂与在主环路A中、在第二膨胀装置6的下游循环的制冷剂之间的热交换。

内部热交换器18a、18b允许在回路的位于第二双流体交换器17下游和第一连接点11上游的部分中循环的高压制冷剂与在回路的位于第二膨胀装置6下游和第二连接点12上游的部分中循环的低压制冷剂之间的热交换。附图标记18a表示内部交换器的、高压制冷剂在其中循环的部分,并且附图标记18b表示内部交换器的、低压制冷剂在其中循环的部分。在图2中的框图中,18a和18b彼此相隔,现实中情况并非如此。因此,内部热交换器18有助于提高最大冷却功率。

传热流体回路20包括第一散热器19,该第一散热器被配置成在第四传热流体400与车辆的乘客舱内部的气流之间交换热量。换句话说,第一散热器19用于加热乘客舱。在此,内部气流对应于第二传热流体200。

传热流体回路20还包括第二散热器23,该第二散热器被配置成在第四传热流体400与车辆的乘客舱外部的气流之间交换热量。第二散热器23可以定位在冷凝器3的上游。换句话说,外部气流首先穿过第二散热器23,然后穿过冷凝器3。在此,第一传热流体100对应于外部气流。

传热流体回路20包括第一循环环路21,该第一循环环路包括第一散热器19和第一泵25,该第一泵被配置成使第四传热流体400在第一循环环路21中循环。

传热流体回路20还包括第二循环环路22,该第二循环环路包括第二散热器23和车辆的电动动力传动系的元件24。元件24可以是例如电驱动电机或向驱动电机供应电力的电子动力单元。元件24也可以是由电驱动电机和相关联的电子动力单元形成的组件。

第二循环环路22包括第二泵26,该第二泵被配置成使第四传热流体400在第二循环环路22中循环。

传热流体回路20包括第一连接分支27,该第一连接分支将第一循环环路21和第二循环环路22流体地连接。传热流体回路20包括第二连接分支28,该第二连接分支将第一循环环路21和第二循环环路22流体地连接。

更具体地,第一连接分支27将位于第一循环环路21上、在第二泵26与第二散热器23之间的连接点41连接至位于第二循环环路22上、在第一散热器19与第一泵25之间的连接点42。第二连接分支28将位于第一循环环路21上、在第二散热器23与元件24之间的连接点43连接至位于第二循环环路22上、在第一泵25与在第一循环环路21与第一连接分支27之间的连接点42之间的连接点44。

这种构型使得可以确保在所有不同的操作模式下对传热液体400的冷却。

来自电机和/或电子动力单元24的热量可以在第二散热器23处消散至外部气流中。

根据未示出的实施例,根据本发明的热调节回路还可以包括单独地或彼此组合地考虑的以下特征中的一个或多个特征:

第一传热流体100可以是车辆的乘客舱外部的气流,第二传热流体200则是被配置成与车辆的电能储存电池10交换热量的传热液体,并且第三传热流体300则是车辆的乘客舱内部的气流。

第一双流体交换器15是可选的,并且可以不存在。在此情况下,主环路包括呈接纳器式干燥器形式的制冷剂积聚装置16,其中第二双流体热交换器17定位在该制冷剂积聚装置下游。因此,第二双流体热交换器17对制冷剂进行过冷。

第二双流体交换器17也是可选的,并且可以不存在。在此情况下,第一双流体交换器15使得可以完成对制冷剂的冷凝。呈接纳器式干燥器形式的制冷剂积聚装置16定位在第一双流体交换器15的下游。

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