车辆的热泵系统控制方法与流程

2021-02-03 12:02:45|

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车辆的热泵系统控制方法
[0001]
相关申请的交叉引用
[0002]
本申请要求2019年7月29日提交的韩国专利申请no.10-2019-0091586的优先权，该申请的全部内容结合于此，以用于通过该引用的所有目的。
技术领域
[0003]
本发明涉及一种用于控制车辆的热泵系统的方法，更具体地说，涉及这样一种用于控制车辆的热泵系统的方法，其中，在回收由电动车辆中的电气组件产生的热能时，选择性地回收来自外部热源的热量，以用于加热模式。

背景技术：

[0004]
车辆包括空调系统作为空调来加热或冷却车辆内部。
[0005]
空调系统不管外部温度如何变化都将车辆内部保持在适当温度以保持舒适的内部环境，空调系统配置为在以下过程中通过蒸发器的热交换来加热或冷却车辆内部：通过驱动压缩机排出的制冷剂通过冷凝器、储液干燥器、膨胀阀以及蒸发器而循环到压缩机。
[0006]
也就是说，在夏季制冷模式下，空调系统通过以下过程来降低车内的温度和湿度：通过冷凝器冷凝由压缩机压缩的高温高压气态制冷剂，使制冷剂通过储液干燥器和膨胀阀，然后在蒸发器中蒸发制冷剂。
[0007]
近年来，随着人们对能源效率和环境污染问题的兴趣日益增加，需要开发一种配置为实质上取代内燃机车辆的环保型车辆，环保型车辆通常分为利用燃料电池或电力作为动力源来驱动的电动车辆以及利用发动机和电池来驱动的混合动力车辆。
[0008]
此处，应用于电动车辆的空调系统具有以下特征：在夏季制冷模式下，通过以下过程来降低车内的温度和湿度：通过冷凝器冷凝由压缩机压缩的高温高压气态制冷剂，使制冷剂通过储液干燥器和膨胀阀，然后在蒸发器中蒸发制冷剂，这与一般原理相同，但是在冬季加热模式下，利用高温高压的气态制冷剂作为加热介质。
[0009]
然而，在冬季用户的加热模式工作期间，如上所述的应用于传统电动车辆的空调系统可以利用设置在加热、通风和空调(heating,ventilation,and air conditioning，hvac)模块中的电加热器来提高吹入车辆内部的空气的温度。因此，存在由于过度使用由电池供应电源的电加热器而导致电池的电量下降的问题。
[0010]
此外，难以有效地管理电池，这缩短了车辆的整体行驶距离，降低了电动车辆的商业性。
[0011]
包含于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增强对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

[0012]
本发明的各个方面致力于提供一种热泵系统的控制方法，用于在车辆的加热模式下，通过回收电气组件在电动车辆中运行时产生的热能，并且在热源不足以使用时，选择性
地回收外部热源的热量来最小化电加热器的使用量。
[0013]
根据本发明示例性实施方案的车辆的热泵系统的控制方法用于在车辆行驶时，通过选择性地回收由电气组件和外部热源产生的热能来加热车辆，在热泵系统中包括：第一冷却装置、第二冷却装置以及空调装置，所述第一冷却装置包括通过第一冷却液管线连接的第一散热器、第一水泵、电气组件、阀以及分支管线，并且第一冷却液通过第一水泵循环到电气组件；所述第二冷却装置包括通过第二冷却液管线连接的第二散热器和第二水泵；所述空调装置包括通过循环有制冷剂的制冷剂管线连接的压缩机、加热器、膨胀阀以及热交换器，所述热交换器分别连接到第一冷却液管线和第二冷却液管线，并且热泵系统由控制器控制，所述车辆的热泵系统的控制方法包括：在车辆行驶时执行车辆内部的加热并且操作第一冷却装置的步骤a；检测在第一冷却装置中循环的第一冷却液温度和在第二冷却装置中的第二冷却液温度，并且确定第一冷却液温度和第二冷却液温度的差值是否高于预定温度的步骤b；通过步骤b将第一冷却液温度和第二冷却液温度的差值与预定温度相比较来控制第二水泵的运行并完成控制的步骤c。
[0014]
步骤a可以包括：在车辆运行期间，通过控制器根据用户通过控制器的操作或设置来开始对车辆加热；通过控制器操作空调装置的压缩机；通过控制器控制阀以接通分支管线并使第一水泵运行。
[0015]
如果执行车辆的加热模式，在第一冷却液管线连接到分支管线和电气组件的状态下，所述阀可以通过控制器的控制信号关断连接到第一散热器的第一冷却液管线，以阻止冷却液流入第一散热器。
[0016]
步骤b可以包括：通过从第一冷却液温度传感器和第二冷却液温度传感器输出的输出信号，通过控制器检测第一冷却液温度和第二冷却液温度；确定第一冷却液温度和第二冷却液温度的差值是否高于预定温度。
[0017]
第一冷却液温度传感器可以检测在第一冷却装置中循环的第一冷却液温度，第二冷却液温度传感器可以检测在第二冷却装置中循环的第二冷却液温度。
[0018]
在确定第一冷却液温度和第二冷却液温度的差是否高于预定温度的步骤中，如果满足条件，则步骤c可以包括保持第二水泵的运行中断或第二水泵的运行停止的状态，或者完成控制。
[0019]
在确定第一冷却液温度和第二冷却液温度的差是否高于预定温度的步骤中，如果不满足条件，则步骤c可以包括使第二水泵运行。
[0020]
在步骤c中，在使第二水泵运行之后，所述控制方法可以进一步包括：使安装在第一散热器后部的冷却风扇运行或者打开设置在车辆中位于第二散热器前部的主动风门片，并且将控制方法返回到步骤b。
[0021]
在车辆的加热模式下，热交换器从通过第一冷却液管线和第二冷却液管线流入的第一冷却液和第二冷却液回收热能，从而利用回收的热能来提高制冷剂的温度。
[0022]
如上所述，根据本发明示例性实施方案，根据车辆的热泵系统的控制方法，当电动车辆运行时，回收电气组件产生的热能，并且当热源不足时，选择性地回收来自外部热源的热量，以用于车辆的加热模式，从而最小化电加热器的使用量。
[0023]
此外，本发明通过对电池的有效管理来防止电加热器的过度功耗，从而增加车辆的总行驶距离，并且通过防止不必要的功耗还可以降低电池充电成本。
[0024]
此外，本发明通过增加车辆的行驶距离并降低电池充电成本来提高整体适销性。
[0025]
本发明的方法和装置具有的其它特征和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的某些原理。
附图说明
[0026]
图1是应用根据本发明示例性实施方案的车辆的热泵系统的控制方法的热泵系统的框图。
[0027]
图2是解释应用根据本发明示例性实施方案的车辆的热泵系统的控制方法的控制流程图。
[0028]
可以理解，所附附图并非按比例地绘制，而是呈现了为了说明本发明的基本原理的各种特征的适当简化的表示。本文所包括的本发明的具体设计特征(包括例如，具体尺寸、方向、位置和外形)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
[0029]
在附图中，贯穿附图的多幅图，本发明的同样的或等同的部分以相同的附图标记标引。
具体实施方式
[0030]
现在将详细地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并且描述如下。尽管本发明将与本发明的示例性实施方案相结合进行描述，但是应当理解，本说明书并非意图将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖本发明的示例性实施方案，而且覆盖可以包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替选方式、修改方式、等价方式以及其它实施方案。
[0031]
在下文中，将参照附图来详细描述本发明的示例性实施方案。
[0032]
在示例性实施方案中描述的示例性实施方案和在附图中示出的配置仅仅是本发明的最优选示例性实施方案，而并不限制本发明的精神和范围。因此，应当理解，在提交本申请时，可以存在各种等价形式和修改方式来代替它们。
[0033]
为了阐明本发明，将省略与描述无关的部分，并且相同的元件或等价物在整个说明书中通过相同的附图标记来标引。
[0034]
每个元件的尺寸和厚度在附图中任意地示出，但本发明并不一定限于此，为了清楚起见，放大了附图中的层、膜、面板、区域等等的厚度。
[0035]
在整个本说明书和随附的权利要求书中，除非被明确地描述为相反的含义，否则词语“包括”或者例如“包括有”或“包括了”之类的变体将被理解为暗示包括了声明的元件，但是不排除任何其它元件。
[0036]
此外，本文中使用的术语“......单元”、“......机构”、“......部分”、“......构件”等等是指括了含执行至少一个或多个功能或操作的组件的单元。
[0037]
图1是应用根据本发明示例性实施方案的车辆的热泵系统的控制方法的热泵系统的框图，图2是说明根据本发明示例性实施方案的车辆的热泵系统的控制方法的控制流程图。
[0038]
参照图1，根据本发明示例性实施方案的车辆的热泵系统的控制方法通过控制器
50进行控制，并且应用于电动车辆中的热泵系统，所述热泵系统包括第一冷却装置10和第二冷却装置20互连到的空调装置40。
[0039]
此处，控制器50可以分别电连接到第一冷却液温度传感器17和第二冷却液温度传感器27，以确认第一冷却装置10中的第一冷却液温度和第二冷却装置20中的第二冷却液温度。
[0040]
也就是说，第一冷却液温度传感器17可以检测在第一冷却装置10中循环的第一冷却液温度，第二冷却液温度传感器27可以检测在第二冷却装置20中循环的第二冷却液温度，以输出到控制器50。
[0041]
在本发明的示例性实施方案中，冷却装置10包括：使冷却液循环通过经由第一冷却液管线11相互连接的电气组件15的第一水泵14；安装在车辆前部的第一散热器12和冷却风扇13以通过与外部空气的热交换来冷却第一冷却液；阀16；以及分支管线18。
[0042]
此处，电气组件15可以包括电力控制单元(electric power control unit，epcu)和车载充电器(obc)。
[0043]
此外，分支管线18的一个端部连接到安装在第一散热器12和第一水泵14之间的第一冷却液管线11处的阀16，分支管线18的另一端部连接到第一散热器12和电气组件15之间的第一冷却液管线11。
[0044]
因此，在车辆的加热模式下，当第一分支管线18通过阀16的操作而接通时，第一分支管线18使通过电气组件15的第一冷却液再次循环至电气组件15，而不通过第一散热器12，从而升高第一冷却液温度。
[0045]
在这种情况下，如果执行车辆的加热模式，在第一冷却液管线11连接到分支管线18和电气组件15的状态下，阀16可以通过控制器50的控制信号而将连接到第一散热器12的第一冷却液管线11关断，以阻止冷却液流入第一散热器12。
[0046]
在本发明的示例性实施方案中，第二冷却装置20包括通过第二冷却液管线21连接的第二散热器22和第二水泵24。第二散热器22可以安装在第一散热器12的前部。
[0047]
此外，空调装置40可以包括通过制冷剂管线41连接的压缩机43、加热器45、膨胀阀47以及热交换器49，制冷剂循环通过所述制冷剂管线41。
[0048]
首先，压缩机43利用高温/高压来压缩通过制冷剂管线41流入的气态制冷剂。
[0049]
加热器45是设置在未示出的hvac模块内的内部冷凝器，并且通过制冷剂管线41连接到压缩机43，从而通过与外部空气的热交换来冷凝由压缩机43供应的制冷剂。
[0050]
加热器45可以通过使在与高温/高压制冷剂进行热交换时具有升高温度的外部空气流入内部来加热车辆内部。
[0051]
膨胀阀47设置在加热器45和热交换器49之间的制冷剂管线41上。该膨胀阀47可以在车辆的加热模式下使制冷剂膨胀并使其流入热交换器49。
[0052]
热交换器49连接至制冷剂管线41以允许制冷剂从其中通过，并且分别连接至第一冷却液管线11和第二冷却液管线21以使在第一冷却装置10和第二冷却装置20中分别循环的第一冷却液和第二冷却液通过。
[0053]
此处，根据车辆的制冷模式或加热模式，热交换器49可以通过与经由第一冷却液管线11和第二冷却液管线21供应的第一冷却液和第二冷却液的热交换来冷凝或蒸发制冷剂。热交换器49可以是冷却液在其中流动的水冷式热交换器。
[0054]
也就是说，当膨胀阀47膨胀制冷剂时，热交换器49可以蒸发制冷剂，当膨胀阀47在不膨胀制冷剂的情况下使制冷剂流入时，热交换器49可以冷凝制冷剂。
[0055]
同时，在车辆的加热模式下，热交换器49可以从流过第一冷却液管线11和第二冷却液管线21的第一冷却液和第二冷却液回收热能，并且利用回收的热能提高制冷剂的温度。
[0056]
也就是说，在车辆加热模式下，热交换器49可以从第一冷却液回收热能，并且利用回收的热能提高制冷剂的温度，其中，第一冷却液在通过阀16的操作而沿着第一冷却液管线11和分支管线18循环通过电气组件15而不通过第一散热器12时而使温度升高。
[0057]
此外，如果在车辆开始行驶时，在加热模式下，电气组件15的热源不足时，热交换器49可以从第二冷却液回收热能，并且可以利用从第一冷却液和第二冷却液回收的热能来提高制冷剂的温度，其中，第二冷却液在通过第二冷却装置20中的第二散热器22时通过吸收外部热源的热量而使温度升高。
[0058]
换句话说，热交换器49可以从第一冷却液和第二冷却液回收热能，其中，第一冷却液和第二冷却液通过从电气组件15和外部热源吸收废热而使温度升高，同时可以利用温度升高的第一冷却液和第二冷却液来蒸发制冷剂，从而可以有效地提高制冷剂的温度。
[0059]
在热交换器49中升高温度的制冷剂可以被供应至压缩机43。
[0060]
另一方面，空调装置40可以进一步包括另一个未示出的膨胀阀和设置在hvac模块内并连接到制冷剂管线41的蒸发器。
[0061]
在车辆的制冷模式下，另一个膨胀阀接收并膨胀从热交换器49排出的制冷剂，并将膨胀后的制冷剂供应至未示出的蒸发器。
[0062]
蒸发器在通过与外部空气的热交换来蒸发膨胀后的制冷剂的同时冷却外部空气。经冷却的外部空气流入车辆内部，从而冷却车辆内部。
[0063]
如上所述配置的热泵系统的控制方法可以用于在车辆行驶时通过选择性地回收由电气组件15和外部热源产生的热能来加热车辆的情况。
[0064]
如上所述配置的热泵系统的控制方法可以用于在车辆行驶时通过选择性地回收由电气组件15和外部热源产生的热能来加热车辆的情况，该方法包括：在车辆行驶时加热车辆内部并操作第一冷却装置10的步骤a；检测在第一冷却装置10中循环的第一冷却液温度和在第二冷却装置20中的第二冷却液温度并且确定第一冷却液温度和第二冷却液温度的差值是否高于预定温度的步骤b；通过步骤b将第一冷却液温度和第二冷却液温度的差值与预定温度相比较来控制第二水泵24的运行并完成控制的步骤c。
[0065]
首先，在步骤a中，在车辆运行时，控制器50根据用户的操作或设置来运行车辆的加热模式(步骤s1)。
[0066]
然后，控制器50操作压缩机43，以使制冷剂在空调装置40中循环(步骤s2)。
[0067]
进一步地，控制器50控制阀16以接通分支管线18并且使第一水泵14运行(步骤s3)。
[0068]
也就是说，阀16可以将第一冷却液管线11和连接到电气组件15的分支管线18相连接，并且可以防止第一冷却液流入连接到第一散热器12的第一冷却液管线11。
[0069]
因此，在第一冷却液循环通过电气组件15而不通过第一散热器12而被加热的状态下，通过第一水泵14的运行，第一冷却液可以沿着接通的分支管线18和第一冷却液管线11
被供应到热交换器49。
[0070]
此处，在车辆行驶时，第一冷却液通过与电气组件15产生的热能进行热交换而使温度升高。
[0071]
因此，在热交换器49中，可以从通过第一冷却液管线11流入并具有升高的温度的第一冷却液回收热能。
[0072]
在步骤b中，控制器50通过从第一冷却液温度传感器17和第二冷却液温度传感器27输出的输出信号来检测第一冷却液温度和第二冷却液温度。
[0073]
因此，控制器50确定第一冷却液温度和第二冷却液温度之间的差值是否高于预定温度(步骤s5)。
[0074]
另外，在确定第一冷却液温度和第二冷却液温度之间的差值是否高于预定温度的步骤(s5)中，如果满足条件，则步骤c保持第二水泵24的运行中断和第二水泵24的停止运行的状态(s6)，并且完成控制。
[0075]
也就是说，当在车辆的初始运行期间从电气组件15回收的热能足够时，可以利用电气组件15的废热源的热量而无需第二冷却装置20的工作来顺利地执行车辆的加热模式。
[0076]
相反，在确定第一冷却液温度和第二冷却液温度的差值是否高于预定温度的步骤(s5)中，如果不满足条件，则控制器50使第二水泵24运行(s7)。
[0077]
接下来，控制器50可以打开安装在第一散热器12后部的冷却风扇13或设置在车辆中位于第二散热器22前部的主动风门片30(s8)，并且可以返回到步骤b。
[0078]
也就是说，当在车辆的初始运行期间从电气组件15回收的热能不足时，控制器50通过第二水泵24的运行而使第二冷却液循环，以通过第二散热器22吸收外部热源的热量。
[0079]
因此，第二冷却液在通过第二散热器22时通过冷却风扇13的运行或打开主动风门片30，通过与外部空气的热交换来吸收外部热源的热量。
[0080]
可以在通过热交换器49时通过与制冷剂的热交换来回收第二冷却液中吸收的外部热源的热量，并且可以利用电气组件15的废热源的热量来提高通过热交换器49的制冷剂的温度。
[0081]
温度升高的制冷剂以通过压缩机43时被压缩为高温/高压的状态通过加热器45，从而有助于对车辆内部进行加热。
[0082]
也就是说，在本发明的示例性实施方案中，当电气组件15的废热源不足时，可以同时回收外部热源的热量，从而可以顺利并有效地执行车辆的加热模式。
[0083]
另一方面，在执行步骤s8之后，步骤返回到步骤b并且重复上述每个步骤。
[0084]
此处，在确定第一冷却液温度和第二冷却液温度的差值是否高于预定温度的步骤s5中，如果满足条件，则控制器50可以使第二水泵24停止运行并且完成控制。
[0085]
同时，控制器50可以关闭冷却风扇13的运行或关闭打开的主动风门片30。
[0086]
也就是说，在执行上述每个步骤时，如果在车辆运行期间或开始运行时需要加热，则控制器50回收电气组件15产生的热能，并且当电气组件15的废热源不足时，通过第二冷却装置20的操作来回收外部热源的热量，以一起用于加热，从而可以最小化通过未示出的电池供应的电力来运行的电加热器的运行。同时，可以减少电池的使用量。
[0087]
如上所述，如果应用根据本发明示例性实施方案的车辆的热泵系统的控制方法，回收运行期间由电动车辆中的电气组件15产生的热能，并且当热源不足时，选择性地回收
外部热源的热量，以用于车辆的加热模式，从而最小化电加热器的使用量。
[0088]
此外，本发明通过对电池的有效管理来防止电加热器的过度功耗，从而增加车辆的总行驶距离，并且可以通过防止不必要的功耗来降低电池充电成本。
[0089]
此外，本发明可以通过增加车辆的行驶距离并降低电池充电成本来提高整体适销性。
[0090]
为了便于在所附权利要求中解释和精确定义，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“向上”、“向下”、“向上地”、“向下地”、“前”、“后”、“背面”、“内侧”、“外侧”、“向内地”、“向外地”、“内部”、“外部”、“内部的”、“外部的”、“向前”以及“向后”用来参考在图中所示的示例性实施方案的特征的位置来对这些特征进行描述。将进一步理解，术语“连接”或其衍生词指的是直接连接和间接连接两者。
[0091]
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述出于说明和描述的目的。前面的描述并非旨在穷举，或者将本发明限制为公开的精确形式，并且显然的是，根据以上教导可以进行很多修改和变化。选择示例性实施方案并且进行描述是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够实现并且利用本发明的各种示例性实施方案及其各种选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式来限定。

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