技术领域
[0001] 本
发明涉及一种热流管理设备，所述热流管理设备作为用于具有小的余热产量的高效率的车辆的
空调系统的组成部分。
背景技术
[0002] 本发明尤其涉及用于
电动车辆(EV)、具有混合驱动的车辆(HEV)、插电式混动车辆(PHEV)或
燃料电池车辆的热流管理系统，所述车辆至少部分地以
电动机驱动并且所述车辆配备有高压电池或
蓄电池。
[0003] 在
现有技术中已知，电动车辆，不仅具有电动驱动而且具有
内燃机驱动的车辆、所谓的混动的车辆，
燃料电池车辆以及高功率的内燃机式驱动的车辆不产生足够的余热来在冬天相应于热学舒适的要求加热车辆舱室。
[0004] 对于所述问题的成本有利的和结构空间节省的解决方案是电加热器，所述电加热器例如作为PTC加热器与传统
制冷设备组合运行。制冷设备冷却流入到车辆舱室中的空气并且电加热器相应地加热所述空气。
[0005] 所述问题的另一高效的解决方案是具有
热泵功能的空调系统，然而，所述空调系统比具有电加热器的上述解决方案要求明显更大的结构空间。
[0006] 车辆、尤其轿车的热泵系统具有显著的共同的特征：
[0007] 在冷却运行中，对于
汽化制冷剂需要的热量从至乘客舱室的送
风中或从冷却剂环路中吸收。例如使用冷却剂循环，以便冷却电部件。在电驱动车辆中，电部件例如是牵引电池、逆变器或转换器。
[0008] 在连接为制冷设备的
冷凝器/气体冷却器中，将在更高的
温度水平上的所吸收的热量排放给周围环境。
[0009] 在加热运行中，用于汽化制冷剂需要的热量从余热源吸收。在连接为热泵的(内部空间)冷凝器/气体冷却器中，在高的温度水平上的热量经由送风排放给车辆舱室以用于加热。
[0010] 正常情况下，在热泵系统中，将周围环境空气用作主热源中的一个主热源。通过如下方式汽化制冷剂：从周围环境空气中吸收热量。这要么直接在制冷剂-空气-换热器中要么间接在制冷剂-冷却剂-换热器中实现。
[0011] 热泵系统的功率和效率大程度与如下相关：提供在何种温度水平上的多少热量用于汽化制冷剂。在冷的周围
环境温度下，从周围环境中的热量吸收附加地受限，以便避免周围环境换热器结
冰。通常，进入到周围环境换热器中的空气的温度与制冷剂的温度之间的最大温度差是受限的。通过所述温度差，从周围环境空气中吸收的最大热量受限。
[0012] 通过周围环境换热器的结冰，空气与制冷剂之间的热传输变差，从中导致从周围环境中吸收的功率的降低进而导致整个热泵系统的效率变差。
[0013] 通过避免周围环境换热器结冰的必要性，在非常冷的周围环境温度下不可行的是，当仅将周围环境空气用作热源时，充分加热车辆舱室。因此，将附加的、作为汽化器工作的换热器、所谓的冷却机，在低压侧连接到制冷剂循环中。冷却机允许从水/-乙二醇-冷却循环中的另外的热量吸收。水/-乙二醇-冷却循环例如冷却电动
力传动系的部件并且可能但是也冷却高压电池的电池单元。所述水/-乙二醇-冷却循环借助低温换热器也允许将余热直接排放给周围环境，而不必须强制地运行制冷剂循环。当然，由于多个通常对于这种系统需要的部件，系统复杂性提高进而每车辆的系统成本也提高。
[0014] 因此，根据现有技术，存在所述问题的比较有利的解决方案，所述解决方案在制冷设备与高压PTC加热器组合中具有相对小的设备耗费。然而，所述系统在空气的同时相对低的排出温度下对于主要在冷的区域中加热车辆舱室具有高的
能量消耗。电加热器不是能量高效的并且此外使在电池电运行的车辆下的行程长度变短。也仅稀少地使用电加热器。
[0015] 由US 2017/0197488 A1得知用于车辆的电池
温度控制设备以及具有这种电池温度控制设备的空调设备。在此，提出制冷剂循环以及多个冷却剂循环，以便能够同时加热电池以及车辆的内部空间。为此，也提出附加的电加热器并且集成到电池冷却循环中。
[0016] 相反，热泵系统由于多个附加的部件、如换热器、制冷剂
阀和膨胀装置是复杂的。
[0017] 具有外部换热器、也称为周围环境换热器的热泵系统经常实施成，使得与纯冷却模式相比较，对于切换至加热模式需要流动方向反转。仅在去激活的制冷剂
压缩机的情况下能够实施所述切换。这可能会导致在变换运行模式
时空气到车辆舱室的内部空间中的排出温度的不希望的降低或升高。
发明内容
[0018] 本发明的任务在于，提供具有制冷剂循环的热流管理设备，所述制冷剂循环具有热泵功能性，所述制冷剂循环可以对于在静态条件下的加热情况和冷却情况提供用于车辆的乘客舱室的热或冷。
[0019] 所述任务通过根据本发明的用于机动车的热流管理设备以及用于运行所述设备的方法解决。改进在下文中说明。
[0020] 本发明的任务尤其通过用于车辆的热流管理设备解决，所述热流管理设备具有制冷剂循环、动力传动系-冷却剂循环以及加
热管线-热量载体循环作为基本部件。
[0021] 制冷剂循环具有压缩机、间接冷凝器、膨胀装置以及所属的周围环境换热器，其中，周围环境换热器能够在节流制冷剂之后作为汽化器在热泵模式中运行。此外，提出用于调节用于车辆舱室的空气的具有所属的膨胀装置的至少一个汽化器以及用于冷却动力传动系-冷却剂循环的具有所属的膨胀装置的冷却机。
[0022] 动力传动系-冷却剂循环具有冷却剂泵、冷却机、电动
马达换热器以及动力传动系冷却剂
辐射器。加热管线-热量载体循环具有冷却剂泵、间接冷凝器以及加热换热器，其中，加热换热器布置在空调设备中。
[0023] 制冷剂循环和动力传动系-冷却剂循环直接经由冷却机彼此热学地耦联。直接耦联意味着，冷却机实施为
流体-流体-换热器并且冷却机中的两个流体循环可以将热传递到相应另一流体循环上。
[0024] 制冷剂循环和加热管线-热量载体循环同样经由间接冷凝器彼此热学耦联地实施。间接冷凝器又实施为流体-流体-换热器，并且制冷剂循环可以在间接冷凝器中将热传递到加热管线-热量载体循环上。
[0025] 动力传动系-冷却剂循环和加热管线-热量载体循环与直接热学耦联不同仅直接经由制冷剂循环彼此热学地耦联。借助换热器从动力传动系-冷却剂循环到加热管线-热量载体循环上的直接热传递是不可行的或反之是不可行的。
[0026] 加热管线-热量载体循环和动力传动系-冷却剂循环优选地以水-乙二醇混合物作为热量载体或冷却剂运行。
[0027] 因此，热流管理设备的概念在于，两个冷却剂循环经由制冷剂循环直接耦联。制冷剂循环包括常用部件，如制冷剂压缩机、用于以例如水-乙二醇混合物使热量载体循环升温的间接冷凝器、四个膨胀装置、二位二通
开关阀并且替选地包括具有开关装置和膨胀装置的功能性的耦联的阀、在空调设备运行中作为冷凝器并且在制冷剂循环的热泵运行中作为汽化器工作的周围环境换热器。此外，设置止回阀、用于电池冷却和/或余热使用的冷却机、在空调设备中对于冷却或干燥内部空间空气在前和在后的两个汽化器、另一止回阀、低压侧的制冷剂
存储器和制冷剂干燥器，并且替选地设置可选地用于提升冷却效率的内部换热器。
[0028] 所提出的热量管理系统包括
制冷回路，所述制冷回路与两个可彼此无关地运行的
冷却剂回路连接。也描述为加热管线-热量载体循环的第一冷却剂回路与制冷回路的高压侧上的水冷却的冷凝器连接。因此，所述循环的冷却剂根据功能是热量载体，这在命名中反映为热量载体循环。
[0029] 也称为动力传动系-冷却剂循环的第二冷却剂回路与制冷回路上的低压侧上的冷却机连接。
[0030] 在制冷回路侧上，冷凝热量可以不仅在水冷却的冷凝器中而且在作为制冷设备冷凝器的周围环境换热器中在车辆的前端部、冷却器区域中排放。在冷却运行中，可以以旁路绕过水冷却的间接冷凝器，以便避免通过所述部件的可能的压力损失。在水冷却的间接冷凝器与前端部中的空气冷却的周围环境换热器之间存在膨胀装置，以便能够调节其在高压与低压之间的运行压力。通过所述平均压力调节，可以要么将热量在制冷设备运行中受控制地排放给周围环境要么在热泵运行中从那里受控制地吸收热量。在低压侧，并联布置地存在三个汽化器、两个空气运行的汽化器以及一个冷却机。此外，存在围绕AC冷凝器、周围环境换热器的旁路。
[0031] 在第一热量载体循环、例如水-乙二醇混合物中，吸收热量并且为了加热记录器运输到空调设备、HVAC中，以便最终使内部空间送风增温。
[0032] 第二冷却剂循环、例如水-乙二醇混合物包括多个较小的回路，这些回路能够例如借助二位三通阀相应地彼此连接并且分离。所述回路的主要功能是，主动地通过制冷回路冷却装置或被动地通过在前端部中作为辐射器安装的换热器冷却电的动力传动系部件和/或电池。在加热运行中，所述回路设计用于从电的动力传动系部件中吸收热量。随后将该早先的损失功率运输至冷却机，以便提供汽化热量。对用于加热车辆的损失功率的吸收和包含提高了在加热运行中的功率和效率。
[0033] 所有膨胀装置也可以选择性地完全关闭，以便也可以将所述膨胀装置使用作为闭
锁阀。在此，加热模式与冷却模式之间的变换可以无级地在不具有制冷剂-压缩机关断的情况实现。在所述系统中不需要在周围环境换热器中的流动反转。这也引起简化的油管理，因为能够容易地避免系统中的油圈闭。
[0034] 来自现有技术的多个系统要么明显更复杂和更昂贵要么仅对于运行点优化。
[0035] 优选地，在热流管理设备的制冷剂循环中与间接冷凝器并联地布置有具有闭锁阀的旁路，使得在制冷剂循环的制冷设备运行中在冷却车辆舱室或部件时能够经由旁路绕过间接冷凝器。由此，制冷剂循环中的压力损失降低并且效率升高。
[0036] 有利地，在制冷剂循环中并联连接地布置有两个汽化器，其中，前汽化器在前空调设备中冷却用于车辆舱室的空气并且后汽化器在后空调设备中冷却空气。
[0037] 在此，汽化器优选地相应地配设有膨胀装置，使得可以在汽化温度水平方面不同地调节汽化器。
[0038] 有利地，此外，在制冷剂循环中在压缩机之前布置有用于制冷剂的低压收集器。
[0039] 此外，在制冷剂循环中，优选地在周围环境换热器之前布置有膨胀装置，使得周围环境换热器可使用为用于在制冷剂循环的热泵模式中吸收热量的汽化器。
[0040] 具有闭锁阀在制冷剂循环中与周围环境换热器并联的旁路以及所述旁路的所属的膨胀装置有利地能够实现，绕过所述周围环境换热器。
[0041] 在动力传动系-冷却剂循环中，有利地布置有附加的冷却剂泵，使得在动力传动系-冷却剂循环之内能够连接和实施两个可彼此无关地运行的子循环。
[0042] 与动力传动系冷却剂辐射器并联，有利地在动力传动系-冷却剂循环中构造旁路，以便在确定的运行状态中不将热量经由动力传动系冷却剂辐射器排放给周围环境空气，并且替代地保持热流管理设备的系统中的余热并且将其用于加热任务。
[0043] 在动力传动系-冷却剂循环中有利地设置有旁路，所述旁路与电动马达换热器、动力传动系冷却剂辐射器以及附加的冷却剂泵一起构造闭合的子循环。
[0044] 优选地，在动力传动系-冷却剂循环中布置有电池冷却器。
[0045] 有利地，在动力传动系-冷却剂循环中与电池冷却器并联地布置有旁路，经由所述旁路可以在循环中绕开电池冷却器。
[0046] 在动力传动系-冷却剂循环中，有利地与所述旁路并联地布置有旁路，经由所述旁路可以构造具有冷却机、电池冷却器和冷却剂泵的子循环。两个旁路的并联设置能够实现，在两个可独立地和彼此无关地运行的子循环中连接和运行动力传动系-冷却剂循环。
[0047] 优选地，在前空调设备中除了加热换热器之外布置有附加的加热装置，经由所述附加的加热装置附加地可以实现加热用于车辆舱室的空气。
[0048] 在此，附加的加热装置优选地构造为PTC加热元件(英文：Positiv Temperature Coefficient，主动温度系数)。
[0049] 为了控制和调节，热流管理设备优选地构造有控制和调节装置，其中，在制冷剂循环中，在压缩机下游、在周围环境换热器下游并且在冷却机下游相应地布置有压力-温度
传感器，并且在制冷剂循环中，在汽化器下游布置有温度传感器，并且在动力传动系-冷却剂循环中，在冷却剂泵上游并且在冷却机下游相应地布置有温度传感器，并且在空气流中，在汽化器下游、在加热装置下游、在汽化器下游并且在周围环境换热器上游布置有温度传感器。
[0050] 热流管理设备的有利的补充在于，在加热管线-热量载体循环中经由三通阀并联于加热换热器布置有热量载体冷却辐射器。
[0051] 热流管理设备的另一有利的变型方案在于，在制冷剂循环中，在压缩机之后在可经由三通阀闭锁的功率回路中可与周围环境换热器
串联连接地布置有加热冷凝器。
[0052] 此外，本发明的任务通过用于运行热流管理设备的方法解决。
[0053] 在此，用于运行热流管理设备的方法涉及外部温度的温度范围。温度范围在A处以温度范围大约-20℃至-8℃的非常冷的周围环境温度开始，经过随后的温度范围B、即大约5℃的冷的周围环境温度，经过具有至大约17℃的低的周围环境温度的温度范围C直至具有至大约30℃的温和的周围环境温度的温度范围D并且最终至包含高于30℃的高的周围环境温度的温度范围E。
[0054] 有利地，将热流管理设备在温度范围E中在高的周围环境温度下为了舱室冷却和主动的电池冷却连接成，使得在两个子循环中运行动力传动系-冷却剂循环，其中，第一子循环由冷却机、旁路、电池冷却器和冷却剂泵连接而成，并且第二子循环由动力传动系冷却剂辐射器、冷却剂泵、旁路和电动马达换热器连接而成，并且制冷剂循环以压缩机、具有打开的闭锁阀的旁路、周围环境换热器以及并联连接的冷却机、前汽化器和后汽化器连接而成。
[0055] 优选地，将热流管理设备在温度范围E中在高的周围环境温度下为了舱室冷却连接成，使得动力传动系-冷却剂循环以第一子循环形成，所述第一子循环由冷却机、旁路、电池冷却器和冷却剂泵组成，并且制冷剂循环以压缩机、具有打开的闭锁阀的旁路、周围环境换热器以及并联连接的前汽化器和后汽化器连接而成。
[0056] 有利地，将热流管理设备在温度范围E中在高的周围环境温度下为了主动的电池冷却连接成，使得在两个子循环中运行动力传动系-冷却剂循环，其中，第一子循环由冷却机、旁路、电池冷却器和冷却剂泵连接而成，并且第二子循环由动力传动系冷却剂辐射器、冷却剂泵、旁路和电动马达换热器连接而成，并且制冷剂循环以压缩机、具有打开的闭锁阀的旁路、周围环境换热器和冷却机连接而成。
[0057] 有利地，将热流管理设备在温度范围D中，在温和的周围环境温度下为了所谓再热和为了被动的电池冷却连接成，使得动力传动系-冷却剂循环由冷却机、电动马达换热器、动力传动系冷却剂辐射器、冷却剂泵、电池冷却器和冷却剂泵连接而成，并且加热管线-热量载体循环以冷却剂泵、间接冷凝器和加热换热器连接而成，并且制冷剂循环以压缩机、间接冷凝器、周围环境换热器和前汽化器连接而成。
[0058] 有利地，将热流管理设备在温度范围C中在低的周围环境温度下为了高效的再热连接成，使得动力传动系-冷却剂循环由冷却机、电动马达换热器、旁路、冷却剂泵、电池冷却器和冷却剂泵连接而成，并且加热管线-热量载体循环以冷却剂泵、间接冷凝器和加热换热器连接而成，并且制冷剂循环以压缩机、间接冷凝器、膨胀装置、作为用于热量吸收的汽化器的周围环境换热器以及前汽化器连接而成。
[0059] 在温度范围C中在低的周围环境温度下，有利地为了高效的再热和为了同时的主动的电池冷却和动力传动系冷却，将动力传动系-冷却剂循环由冷却机、电动马达换热器、旁路、冷却剂泵、电池冷却器和冷却剂泵连接而成。将加热管线-热量载体循环以冷却剂泵、间接冷凝器和加热换热器连接而成，并且将制冷剂循环以压缩机、间接冷凝器、膨胀装置、作为用于热量吸收的汽化器的周围环境换热器和并联连接的冷却机以及前汽化器连接而成。
[0060] 在温度范围A和B中，在非常冷的和冷的周围环境温度下，有利地为了舱室加热，将动力传动系-冷却剂循环以电动马达换热器、旁路、冷却剂泵和旁路连接而成。将加热管线-热量载体循环以冷却剂泵、间接冷凝器、和加热换热器连接而成，并且将制冷剂循环以压缩机、间接冷凝器、膨胀装置、作为用于热量吸收的汽化器的周围环境换热器以及冷却机连接而成。
[0061] 又在温度范围A和B中，有利地在非常冷的和冷的周围环境温度下，为了以余热加热舱室，将动力传动系-冷却剂循环以冷却机、电动马达换热器、旁路、冷却剂泵、旁路以及冷却剂泵连接而成。将加热管线-热量载体循环以冷却剂泵、间接冷凝器和加热换热器连接而成，并且将制冷剂循环以压缩机、间接冷凝器、膨胀装置、具有闭锁阀的旁路、膨胀装置和冷却机连接而成。
[0062] 热流管理设备的运行方式的另一有利的设计方案在温度范围A和B中在非常冷的和冷的周围环境温度下为了以余热和周围环境热量加热舱室在于，动力传动系-冷却剂循环以冷却机、电动马达换热器、旁路、冷却剂泵、另一旁路以及冷却剂泵连接而成。将加热管线-热量载体循环以冷却剂泵、间接冷凝器和加热换热器连接而成，并且将制冷剂循环以压缩机、间接冷凝器、膨胀装置、作为用于热量吸收的汽化器的周围环境换热器、膨胀装置以及所属的冷却机连接而成。
[0063] 在温度范围A和B中，在非常冷的和冷的周围环境温度下，为了以余热对电池预控温，将动力传动系-冷却剂循环以冷却机、电动马达换热器、旁路、冷却剂泵、电池冷却器和冷却剂泵连接而成。
附图说明
[0064] 本发明的设计方案的其他细节、特征和优点从
实施例的以下描述中参照所属的附图得出。附图示出：
[0065] 图1示出热流管理设备的线路图，
[0066] 图2示出具有传感器的热流管理设备的线路图，
[0067] 图3示出在车辆舱室冷却和主动的电池冷却的情况下的连接，
[0068] 图4示出在车辆舱室冷却的情况下的连接，
[0069] 图5示出在主动的电池冷却的情况下的连接，
[0070] 图6示出在再热和被动的电池冷却的情况下的连接，
[0071] 图7示出在高效的再热和单独热源的情况下的连接，
[0072] 图8示出在高效的再热和双热源的情况下的连接，
[0073] 图9示出在车辆舱室加热和周围环境热源的情况下的连接，
[0074] 图10示出在车辆舱室加热和余热源的情况下的连接，
[0075] 图11示出在车辆舱室加热和周围环境热源以及余热源的情况下的连接，[0076] 图12示出在具有余热源的电池处理的情况下的连接，
[0077] 图13示出具有扩展的辐射器容量的线路图，
[0078] 图14示出具有内部的冷凝器的线路图，并且
[0079] 图15示出图表温度范围和运行模式。
具体实施方式
[0080] 在图1中，示出具有所有循环、子循环和设备部件的热流管理设备1的完整的流动图。热流管理设备1基本上由三个彼此热学耦联但是可彼此无关地运行的循环组成，其中，循环又可分成两个子循环，这些子循环也可独立地并且彼此无关地运行。
[0081] 热流管理设备1具有制冷剂循环，所述制冷剂循环首先具有常用的基本部件。基本部件尤其是压缩机2以及作为冷凝器/气体冷却器并且作为汽化器的周围环境换热器5、换热器、具有相应地所述的膨胀装置7和8的前汽化器10以及后汽化器11。作为制冷剂循环中的附加的汽化器，设置具有用于冷却两个循环、动力传动系-冷却剂循环的所属的膨胀装置9的冷却机12。在制冷剂循环中，并联连接的汽化器10、11、12的制冷剂汽化出口汇合，其中，在冷却机12的制冷剂汽化线路与汽化器10和11的制冷剂汽化线路的连接部之间布置有止回阀16。由此，冷却机12在制冷剂循环中可以单独作为汽化器运行，而制冷剂不能够到达不运行的汽化器10和11中。
[0082] 在设备的低压侧上，最后，在循环闭合之前在压缩机2上游连接有低压收集器13。制冷剂循环特别地具有在压缩机2与周围环境换热器5之间的间接冷凝器3，然而所述间接冷凝器经由具有所属的闭锁阀14的旁路34可跨接地构造。间接冷凝器3加热热流管理设备1的第二循环、加热管线-热量载体循环，并且借此以热量供给换热器19以用于经由前空调设备35加热用于车辆舱室的空气。为此，在加热管线-热量载体循环中还设置有用于输送热量载体的冷却剂泵17。水-乙二醇混合物用作热量载体，所述水-乙二醇混合物同时也可以用作用于动力传动系-冷却剂循环的冷却剂。
[0083] 此外，在制冷剂循环中，特别地设置有具有闭锁阀的旁路6，所述旁路与周围环境换热器5并联地布置。周围环境换热器5配设有进而在制冷剂循环中在制冷剂流动方向上在上游还连接有膨胀装置4，通过所述膨胀装置，可以将周围环境换热器5在相应地对制冷剂节流之后在制冷剂循环的热泵连接中用作用于从周围环境空气33中吸收周围环境热量的汽化器。可闭锁的旁路6具有闭锁阀并且能够实现，在绕过周围环境换热器5的情况下运行制冷剂循环。为了避免在运行制冷剂循环时经由旁路6到周围环境换热器5中的不希望的制冷剂回流，相应地设置有止回阀15。汽化器10和11相应地以在制冷设备运行中或在再热运行中的冷供给前空调设备35和后空调设备36。前空调设备35在前区域中调节用于车辆舱室的空气。为此，前空调设备除了汽化器10之外也以加热换热器19并且配备有附加的在空气流动方向上连接在下游的加热装置20。加热装置20实施为高压PTC加热器并且因此能够实现用于车辆舱室的空气的能量高效的电的附加的加热。
[0084] 热流管理设备1的第三循环是动力传动系-冷却剂循环，所述动力传动系-冷却剂循环以冷却剂供给具有电动马达换热器29的动力传动系。此外，在动力传动系-冷却剂循环中也连接有电池冷却器25，所述电池冷却器冷却或处理电池运行的车辆的电池或蓄电池。
[0085] 在动力传动系-冷却剂循环中，各式各样的旁路21、23、30和31经由三通阀27、24、26和18集成。此外，设置有动力传动系冷却剂辐射器32，所述动力传动系冷却剂辐射器与周围环境换热器5共同由周围环境空气33穿流并且由周围环境空气33冷却。动力传动系-冷却剂循环可连接成两个子循环，其中，每个子循环具有冷却剂泵28或22。动力传动系-冷却剂循环的连接变型方案在单独的运行模式的示图中阐述。
[0086] 在图2中，补充热流管理设备1的关于用于控制和调节热流管理设备1的传感器的展示的前述线路图。在此，在制冷剂循环中布置有三个组合的制冷剂压力和温度传感器39。制冷剂压力和温度传感器39处于压缩机2与间接冷凝器3之间，另一制冷剂压力和温度传感器39在周围环境换热器5之后布置在制冷剂循环中，并且第三制冷剂压力和温度传感器39在冷却机12下游布置在制冷剂循环中。此外，在制冷剂循环中在前汽化器10之后布置有制冷剂温度传感器38。在动力传动系-冷却剂循环中，设置有三个温度传感器。冷却温度传感器40布置在冷却剂泵28上游。另一冷却温度传感器40布置在冷却剂泵22上游，并且第三冷却温度传感器40在冷却机12下游布置在动力传动系-冷却剂循环中。
[0087] 此外，四个空气温度传感器37安置在热流管理设备1中。第一空气温度传感器37沿空气流动方向在前汽化器10的下游处于前空调设备35中，第二空气温度传感器37处于前空调设备35的空气出口处，第三空气温度传感器37处于后空调设备36的后汽化器11的下游，并且最后，第四空气温度传感器37布置在周围环境空气33到周围环境换热器5的进口上游。
[0088] 在以下的图3至图12中，示出热流管理设备1的不同的运行模式作为线路图。为了提高清楚性和可理解性，在此，使膨胀装置的连接状态图形地可区分。在示图中作为填满的黑圆的膨胀装置是完全关闭的膨胀装置，所述膨胀装置不由制冷剂穿过。在示图中作为具有叉号的圆的膨胀装置处于节流状态中，并且在示图中作为空心圆的膨胀装置完全打开并且不具有节流功能。
[0089] 用于制冷剂和冷却剂-或热量载体流体的激活的、所穿流的线路同样在运行模式中示出。激活的所穿流的制冷剂线路示出为粗实线。加热管线-热量载体循环的主动的所穿流的热量载体线路示出为具有窄间隔的双线，并且动力传动系-冷却剂循环的主动的所穿流的冷却剂线路示出为具有宽间隔的双线。在有关的运行模式中不穿流的不激活的线路示出为细实线。
[0090] 在图3中，示出热流管理设备1在车辆舱室冷却和主动的电池冷却的情况下的连接。当周围环境温度根据温度范围E高于30摄氏度时，所述模式是激活的。温度范围和运行模式的概要在图15中示出。在车辆舱室冷却和主动的电池冷却的运行模式中，不运行热流管理设备1的加热管线-热量载体循环，使得在旁路34中在打开的闭锁阀14时在绕过间接冷凝器3的情况下在压缩机2下游连接制冷剂循环。制冷剂气体从压缩机2经由旁路34通过完全打开的膨胀装置4流动至周围环境换热器5并且在那里通过以周围环境空气33的冷却冷凝。流动的、热的制冷剂现在经由止回阀15到达三个作为汽化器工作的并联连接的换热器10、11、12，其中，具有所属的膨胀装置7的前汽化器10在前区域中在前空调设备35中冷却车辆舱室，并且具有所属的膨胀装置8的后汽化器11在后空调设备36中冷却空气。具有所属的膨胀装置9的冷却机12冷却具有电池冷却器25的动力传动系-冷却剂循环的第一子循环中的冷却剂。动力传动系-冷却剂循环根据所示出的运行模式分成两个子循环。第一子循环、电池冷却循环以冷却机12、三通阀26朝向旁路30经过三通阀24至电池冷却器25并且经由冷却剂泵22返回至冷却机12连接而成。动力传动系-冷却剂循环的第二子循环、马达冷却循环从冷却剂泵28出发，经由三通阀27通过旁路23至电动马达换热器29经由三通阀18并且经由动力传动系冷却剂辐射器32返回至冷却剂泵28地延伸。在动力传动系冷却剂辐射器32中，动力传动系的在电动马达换热器29中由冷却剂循环吸收的余热排放给周围环境空气33。电动马达换热器29代表性地代表待经由所述冷却剂循环冷却的部件、如电动马达、功率
电子装置或DC-DC充电器。
[0091] 制冷剂循环在汽化器10、11、12中汽化所述制冷剂之后经由低压收集器13朝向压缩机2闭合。
[0092] 所述运行模式是有利的，以便除了主动对车辆舱室调节空气之外借助连接为制冷设备的制冷剂循环也主动以制冷设备冷却与车辆舱室并联的电池。反之，动力传动系不通过制冷设备连接中的制冷剂循环，而是仅仅通过周围环境空气33被动地冷却。
[0093] 在图4中连接在车辆舱室冷却以及必要时动力传动系-冷却剂循环的第二子循环的附加的空气冷却的情况下的连接。当周围环境温度根据温度范围E高于30摄氏度时，所述模式替选地连接。制冷剂循环与在上述模式中类似地连接。仅第三汽化器、冷却机12通过完全关闭的膨胀装置9不以制冷剂供给。不运行动力传动系-冷却剂循环的整个第一子循环。然而，第二子循环也在所述模式中将动力传动系的余热从电动马达换热器29经由三通阀18并且经由动力传动系冷却剂辐射器32排放给周围环境空气33。
[0094] 在此描述的模式相应于经典的车辆空调设备。将待输送给车辆的内部空间的也包括包含循环空气份额的空气
过冷却并且干燥，以便降低车辆的内部空间温度。
[0095] 在模式舱室冷却中，仅对内部空间汽化器10和11供给制冷剂。在此，布置在汽化器上游的膨胀装置根据需求确保制冷剂的降低压力并且确保需要的
质量流限界。
[0096] 在图5中，示出模式“主动电池冷却”。在所述运行模式中，两个汽化器10和11通过完全关闭的膨胀装置7和8从制冷剂循环闭锁，使得流动的制冷剂完全经由膨胀装置9降低压力并且在冷却机12中汽化。借此，提供制冷剂循环的最大主动制冷功率用于借助电池冷却器25在动力传动系-冷却剂循环的第一子循环中冷却电池。与所述第一部分并联，也连接动力传动系-冷却剂循环的第二子循环，并且动力传动系的余热经由动力传动系冷却剂辐射器32排放给周围环境空气33。尤其在电池温度方面的临界紧急的情况中舍弃车辆舱室冷却，以便例如确保电池使用的最大效率并且还在临界紧急的热学情况中确保电池的保护。将所述模式例如在系统的充电运行中应用于充电桩。
[0097] 在图6中，示出热流管理设备1在运行模式“再热”和“被动电池冷却”中的连接。模式“再热”理解为，给车辆舱室经由前空调设备35输送的空气首先在前汽化器10中冷却并且除湿，并且随后在加热换热器19中由前空调设备35加温到所期望的排出温度上。在温和的周围环境温度中在温度范围D中需要所述模式，以便例如在确定的情况中避免风挡玻璃的起雾。温度范围D大约从17摄氏度延伸至30摄氏度。然后，以制冷剂循环运行热流管理设备1，使得制冷剂在压缩机2中的压缩之后穿流间接冷凝器3，在那里，在压缩制冷剂之后首先发生除热。在此，关闭闭锁阀14并且去激活旁路24。在相对高的温度下的热量在间接冷凝器
3中传输到加热管线-热量载体循环上，并且热量载体、水-乙二醇混合物借助冷却剂泵17经由间接冷凝器3运输至加热换热器19，在那里，车辆舱室空气在冷却和除湿之后在前汽化器
10中提高到前空调设备35中的相应的所期望的温度上。电池和动力传动系在动力传动系-冷却剂循环中尽管经由冷却机12引导，然而，所述冷却机不连接到制冷剂循环中并且所述冷却机因此不吸收热量。冷却剂由冷却机12通过三通阀26经由电动马达换热器29通过三通阀18运输至动力传动系冷却剂辐射器32，在那里，将电池和动力传动系的余热排放给周围环境空气33。从动力传动系冷却剂辐射器32，冷却剂经由冷却剂泵28经由三通阀27、24和电池冷却器25以及冷却剂泵22进一步流动至冷却机12，在那里，循环结束。
[0098] 制冷剂循环在根据图6示出的实施模式中以流动的制冷剂仅供给前汽化器10，用于后空调设备36的所述后汽化器11和冷却机12通过关闭的膨胀装置9和8相应地从制冷剂循环排除。
[0099] 经由在内部冷凝器3中的冷凝又使用在干燥空气时通过压缩制冷剂提取的热量，以便将空气又加热到目标温度上。
[0100] 在此，根据外部温度，在车辆的前端部中安装的周围环境换热器5可以在其压力水平中调节。电的动力传动系的部件以及行驶电池被动地通过冷却剂回路和动力传动系冷却剂辐射器32冷却。
[0101] 图7示出热流管理设备1在具有单独热源的高效的再热的情况下的模式中的连接。在此，示出具有压缩机2、间接冷凝器3以及膨胀装置4的循环，所述膨胀装置具有节流功能。
周围环境换热器5在制冷剂的上述节流之后工作为制冷剂回路的热泵模式中的汽化器并且从周围环境空气33吸收周围环境热量用于汽化制冷剂。制冷剂到达前汽化器10并且此前在膨胀装置7中再次节流。因此，前汽化器10基本上对前空调设备35中的空气除湿，所述空气随后在加热换热器19中升温到相应地所期望的排出温度上。将来自前汽化器10的制冷剂
蒸汽经由低压收集器13输送给压缩机2，制冷剂循环闭合。在间接冷凝器3中实现制冷剂的冷凝并且将冷凝热量在加热管线-热量载体循环中借助冷却剂泵17引导至加热换热器19，在那里，如所描述，相应地借此使前空调设备35的空气流升温。所示出的连接应用于在低的周围环境温度下的温度范围C中，所述周围环境温度处于5摄氏度至17摄氏度之间。在此，在不具有其他外部热源的情况下运行动力传动系-冷却剂循环。冷却剂穿过电动马达换热器29经由三通阀18和旁路21、冷却剂泵28、三通阀27、24并且经由电池冷却器25以及冷却剂泵22和冷却机12循环至马达换热器29。在所述模式中不由制冷剂穿流冷却机12。因此，将动力传动系的余热用于加热电池，而不涉及附加的热源。
[0102] 在图7中，与根据图6的模式相比，在中压至低压之间的范围中运行周围环境换热器5作为热源，以便能够吸收需要的能量。
[0103] 在图8中，示出在高效的再热和双热源的情况下的连接。所述模式应用于在低的周围环境温度下的温度范围C中。与根据图7的模式不同，在动力传动系-冷却剂循环中不运行并且不穿流电池冷却器25，反之，然而，通过打开膨胀装置9作为汽化器运行冷却机12。因此，主动地经由电动马达换热器29冷却动力传动系，并且由制冷剂循环吸收的热量可以经由间接冷凝器3由加热管线-热量载体循环吸收，并且经由加热换热器19排放给用于舱室升温的空气。
[0104] 与前述根据图7的模式不同，现在将动力传动系-冷却剂循环连接成，使得除了周围环境热量之外也将电子部件、例如电动马达、功率电子装置和DC-DC充电设备的余热用于加热车辆舱室。
[0105] 所述热泵模式是非常高效的并且通过小的流消耗提高电驱动的车辆(EV HEV PHEV)的行程长度。
[0106] 在图9中，示出热流管理设备1在热泵模式中利用周围环境热量的车辆舱室加热的情况下的连接，热流管理设备优选地应用在负20摄氏度至正5摄氏度之间的温度范围A和B中的冷的和非常冷的周围环境温度下。在此，动力传动系-冷却剂循环的第二子循环与电动马达换热器29、旁路21、冷却剂泵28和旁路23连接，使得不使用附加的热源来对动力传动系进行
调温。制冷剂循环包括压缩机2、由于冷凝制冷剂和热退耦的间接冷凝器3以及在节流状态中的膨胀装置4。流动的降低压力的制冷剂到达周围环境换热器5中，所述周围环境换热器相应地在制冷剂循环的热泵连接中在提及的使用条件下作为汽化器工作。在所述模式中，在前空调设备35中和在后空调设备36中不以制冷剂供给制冷剂循环的汽化器10、11。不节流地穿流冷却机12，使得在所述连接中，仅仅在周围环境换热器5中从周围环境空气33吸收热量。在膨胀装置4中和在周围环境换热器5中实现制冷剂的节流和完全汽化。
[0107] 前述模式相应于热泵模式。进入车辆的内部空间中的空气不冷却并且不干燥。替代地，加热换热器19使内部空间空气升温。为了为此提供热量，压缩机2将气态的制冷剂压缩到高压水平上。所述制冷剂通过间接冷凝器3引导，所述间接冷凝器充当制冷剂冷凝器并且提供温暖的乙二醇-水混合物。在前空调设备35中，温度阀释放用于空气穿过加热换热器19的路径。制冷剂冷凝到高压水平上并且在此将热量排放给加热管线-热量载体循环。之后，在高压水平上的
液化的制冷剂到达根据运行模式和根据需求设置的膨胀装置4。从那里，制冷剂在低压水平上到达周围环境换热器5。在此，现在将制冷剂从液相借助汽化在不具有制冷剂循环的方向反转的情况下置于气相。完全从周围环境中吸收热量。经由止回阀
15，现在制冷剂到达其他部件。
[0108] 现在，根据外部温度条件或内部空间中的空气温度或电部件的冷却需求，以下膨胀装置7、8、9可以将质量流分配到另外的汽化器10、11上或分配到冷却机12上。
[0109] 在根据图9的特定模式中，制冷剂仅通过冷却机12到达，但所述冷却机本身在水-乙二醇侧闭锁并且不被穿流。因此，在此，冷却机仅充当不具有汽化器功能的管线。之后，制冷剂到达低压收集器13并且从那里进入到压缩机2中。
[0110] 止回阀16预先防备制冷剂可能移动到汽化器10、11中。
[0111] 热泵模式是非常高效的并且提高车辆(EV HEV PHEV)的纯电的行程长度。实施为高压加热器HV-PTC的加热装置20可以还进一步支持在空调设备中加热空气。
[0112] 在图10中，示出在利用余热源对车辆舱室加热的情况下、又在负20摄氏度至5摄氏度之间的非常冷的和冷的周围环境温度的情况下的连接。
[0113] 制冷剂循环从压缩机2经由间接冷凝器3在关闭的膨胀装置4的情况下经由具有闭锁阀的旁路6在通过膨胀装置9节流以及在冷却机12中汽化以及在低压收集器13中积聚的情况下连接。加热管线-热量载体循环使用来自间接冷凝器3的冷凝热量，其中，将热量载体借助冷却剂泵17运输至加热换热器19。空调设备35、36的汽化器10、11不是激活的，因为空气在所述温度范围中也是充分干燥的。动力传动系-冷却剂循环经由电动马达换热器29冷却动力传动系。循环经由旁路21、冷却剂泵28以及旁路31和冷却剂泵22至冷却机12闭合，动力传动系的余热经由冷却机12排放到间接冷凝器3，排放给加热管线-热量载体循环。
[0114] 与根据图9的先前模式相反，在此，不吸收周围环境热量，而是单独将冷却机12作为用于热量吸收的汽化器用于制冷剂循环。在此，来自电的动力传动系的余热足以实现内部空间中的热舒适。
[0115] 在图11中，示出热流管理设备1在利用周围环境热量以及利用动力传动系的余热的车辆舱室加热的情况下的连接。在所述运行方式中，在制冷剂循环中在温度范围A和B中的在负20摄氏度至5摄氏度之间的非常冷的和冷的周围环境温度的情况下，在压缩机2中的制冷剂蒸汽的压缩、间接冷凝器3中的冷凝以及膨胀装置4中的制冷剂的节流之后，将周围环境换热器5作为汽化器用于从周围环境空气33中吸收能量。在制冷剂循环的另外的
进程中，也将冷却机12在膨胀装置9中的制冷剂的节流之后作为汽化器用于来自动力传动系中的余热的热量吸收。动力传动系-冷却剂循环经由冷却机12、电动马达换热器29并且经由旁路21和冷却剂泵28以及旁路31朝向冷却机12运行。
[0116] 与根据图10的模式相反，现在，不仅从周围环境换热器5中提取周围环境热量，而且经由冷却机12从电的动力传动系中提取余热。在所述模式中不冷却电池。
[0117] 在图12中示出热流管理设备1在借助来自动力传动系的余热的电池控温的情况下应用于在根据负20摄氏度至5摄氏度之间的温度范围A和B的非常冷的至冷的周围环境温度的连接。在此，不运行制冷剂循环并且也不运行加热管线-热量载体循环。从电动马达换热器29经由旁路21、冷却剂泵28和电池冷却器25以及冷却剂泵22和冷却机12在循环中仅仅运行动力传动系-冷却剂循环。然而，因为不运行制冷剂循环，冷却机12在所述运行方式中不冷却动力传动系-冷却剂循环，而是仅被动地在不具有热传递的情况下穿流所述冷却机。
[0118] 所生产的模式例如在对电池充电的静止状态中用于电池预控温、在此为电池预热。将
电能在加热装置中在动力传动系之内转换成热量并且借助动力传动系-冷却剂循环传输至行驶电池。
[0119] 所述模式既不用于加热内部空间空气也不用于冷却内部空间空气。
[0120] 如果在前述模式中的一个模式中由于错误功能或由于加热模式的过载，周围环境换热器5在表面结冰，则总系统在加热功率方面损失。为了使这又逆行，可以有时在除霜模式中运行制冷剂循环。在此，尽管存在内部空间的加热需求，仍然将周围环境换热器5置于高的压力水平上。在那里，借助制冷剂在周围环境换热器5中的冷凝，将如此多的热量排放给周围环境换热器：使得对外部形成的冰层除霜。
[0121] 热流管理设备1根据图13和图14的现在以下的变型方案包括至今示出的模式并且通过部件中的改变以其他方案扩展。
[0122] 在图13中，示出具有经扩展的辐射器容量的线路图。通
过热量载体冷却辐射器41扩展加热管线-热量载体循环。所述热量载体冷却辐射器与加热换热器19并联地连接，为此，在间接冷凝器3之后在加热管线-热量载体循环中设置有三通阀42。因此，可以要么热量载体冷却辐射器41运行，要么加热换热器19运行，要么两个按份额地运行。
[0123] 然而，首先，热量载体冷却辐射器41可以在冷却模式中有助于提高的冷却功率和效率。
[0124] 未示出的变型方案在于，也称为过冷逆流换热器的内部换热器(IHX)集成到制冷剂循环中。在制冷设备运行中引起需要的压缩机功率的降低。此外，在此，与冷却机相比有利于内部空间舒适地，在不在结构上改变空调设备的情况下引起内部空间蒸汽的相对的冷却功率。因此，内部换热器再次提高效率并且还通过降低制冷剂循环的
电压缩机的功率需求延长PHEV、HEV、EV的纯电的行程长度。
[0125] 在图14中，示出具有内部的冷凝器的线路图，所述冷凝器也描述为加热冷凝器43并且经由三通阀44和止回阀45集成到热流管理设备1的制冷剂循环中。加热管线-热量载体循环在所述连接中通过如下形成的制冷剂回路替代：在压缩机2之后经由三通阀44朝向加热冷凝器43并且经由止回阀45至前述根据图1的制冷剂循环。
[0126] 在加热运行中，效率通过取消耗费提高并且传输损失通过加热管线-热量载体循环提高。
[0127] 在图15中，最后，示出具有关于温度范围以及热流管理设备1的运行模式的概览的图表。在此，沿着温度标度示出，温度范围开始于具有温度范围-20℃至-8℃的非常冷的周围环境温度的A，经由接着的温度范围B、至5℃的冷的周围环境温度，经由具有至17℃的低的周围环境温度的温度范围C，朝向具有至30℃的温和的周围环境温度的温度范围D，并且最后至高于30℃的高的周围环境温度的温度范围E。这些温度范围配设有具有舱室模式“在负20摄氏度至5摄氏度之间的温度范围中的加热F”的舱室处理。此外，向上地示出，相应地在5摄氏度至30摄氏度的温度范围中的舱室模式“再热G”以及在高于30摄氏度的温度范围中的舱室运行模式“冷却H”。最后，也对电池运行模式分级。从负20摄氏度至0摄氏度应用电池运行模式“加热K”。电池运行模式“被动冷却L”处于0摄氏度至大约25摄氏度之间，并且电池运行模式“主动冷却M”处于从25摄氏度向上。
[0128] 根据是否应该将热量吸收或排放到制冷剂循环中，制冷剂循环可以根据需求在高压与低压之间在中压水平上无级地调节。这可以灵敏地调节，而例如不明显地降低内部空间空气的温度。
[0129] 所描述的和所示出的尤其在热泵连接中的热流管理设备1与存在的热泵相比提供在对于部件、如换热器和膨胀装置的比较小的需求的情况下的在可能的运行模式方面的巨大的潜力。因此，热流管理设备1在比较小的资金耗费下明显提高电驱动车辆、例如PHEV、HEV和EV的潜在的纯电的行程长度。因此，所述系统可非常好地调节，并且因此可以在所有运行模式中并且在所有可能的外部条件和需求情况下优化地运行，使得在运行中在顾客处可以优化地构造纯电的使用。此外，必要时使用高压-水-加热器，以便选择性地支持内部舒适性或使高压电池升温。两者在低的外部温度下可能需要。
[0130] 相对于现有技术的技术上的优点在于高度的余热利用，其中，加热功率明显更高，因为抽吸
密度由于更高的抽吸压力而更高，进而制冷剂质量流更大。经济上，所述系统相对于具有电的加热器的系统是有利的，因为相对于复杂得多的制冷回路连接实现节省。
[0131] 附图标记列表
[0132] 1 热流管理设备
[0133] 2 压缩机
[0134] 3 间接冷凝器
[0135] 4 膨胀装置
[0136] 5 周围环境换热器
[0137] 6 具有闭锁阀的旁路
[0138] 7 膨胀装置
[0139] 8 膨胀装置
[0140] 9 膨胀装置
[0141] 10 前汽化器
[0142] 11 后汽化器
[0143] 12 冷却机
[0144] 13 低压收集器
[0145] 14 闭锁阀
[0146] 15 止回阀
[0147] 16 止回阀
[0148] 17 冷却剂泵
[0149] 18 三通阀
[0150] 19 加热换热器
[0151] 20 加热装置
[0152] 21 旁路
[0153] 22 冷却剂泵
[0154] 23 旁路
[0155] 24 三通阀
[0156] 25 电池冷却器
[0157] 26 三通阀
[0158] 27 三通阀
[0159] 28 冷却剂泵
[0160] 29 电动马达换热器
[0161] 30 旁路
[0162] 31 旁路
[0163] 32 动力传动系冷却剂辐射器
[0164] 33 周围环境空气
[0165] 34 旁路
[0166] 35 前空调设备
[0167] 36 后空调设备
[0168] 37 空气温度传感器
[0169] 38 制冷剂温度传感器
[0170] 39 制冷剂压力和温度传感器
[0171] 40 冷却温度传感器
[0172] 41 热量载体冷却辐射器
[0173] 42 三通阀
[0174] 43 加热冷凝器
[0175] 44 三通阀
[0176] 45 止回阀
[0177] A 温度范围非常冷的周围环境温度
[0178] B 温度范围冷的周围环境温度
[0179] C 温度范围低的周围环境温度
[0180] D 温度范围温和的周围环境温度
[0181] E 温度范围高的周围环境温度
[0182] F 舱室运行模式加热
[0183] G 舱室运行模式再热
[0184] H 舱室运行模式冷却
[0185] K 电池运行模式加热
[0186] L 电池运行模式被动冷却
[0187] M 电池运行模式主动冷却
