[发明专利]混合动力车辆牵引系统的冷却设备

说明书

技术领域

本发明涉及车辆尤其是机动车辆的冷却设备。此外，本发明还涉及所述设备的调节方法。

背景技术

出于经济和环境方面的考虑，当今汽车产业的方向转而发展混合动力牵引系统的车辆。这种混合动力车辆使用两种驱动方式：内燃机和电发动机。电发动机和内燃机可以各自独立地或二者共同驱动车辆，亦或电发动机使用内燃机产生的能量。

上述混合动力车辆通常包括两个冷却液回路：其中之一称为高温回路(HT)，用于热牵引系统，特别是包括内燃机和变速箱的热牵引系统。另一个称为低温回路(BT)，用于电牵引系统，后者可以包括例如一个或多个电发动机，一个电子电源，一个逆变器、一个或多个变流器，一个交流起动机和/或一个电池充电器。

典型地，除了用于冷却电牵引系统的部件以外，低温回路还包括：用于使冷却液循环流动的泵，该泵一般为电动的；用于将冷却液从管道的一处引向另一处的管道；外部空气/冷却液热交换器，用于通过冷却液为车辆散热。

上述混合动力车辆还包括高电压牵引电池，用于当内燃机组(GMP)不运行时驱动汽车。高电压牵引电池容易发热，同样需要冷却装置。该冷却可采用凉空气的方式，例如从乘客舱、行李箱内或车辆外部抽取凉空气；与上述电池接触而被加热的热空气则被排放到车辆外。

高电压牵引电池还可以装备有第三个特别低温冷却液回路，在该回路中的液体在经过电池后通过被空气流穿过的交换器冷却。被加热后的空气随后被排放到车辆外。

一般来说，不同的冷却回路是独立的，因为各个回路需要不同的温度范围。为了保证电池的使用寿命及其运行的安全性，所述电池不能承受超过大约40℃至50℃的温度。对于通过低温冷却回路进行冷却的其它电气部件的建议最大温度值一般为60℃至90℃。因此，上述部件无法承受高温冷却回路中内燃机生成的高温，这种高温可以达到120℃至180℃。

这样，通过电发动机驱动、必要时配合使用内燃机的混合动力车辆，低温冷却回路中的电牵引系统的部件和牵引电池散发的热量被排放到外部空气中。

已知某些混合动力车辆可以通过公共的或居家的插座对电池进行充电。在充电过程中，电池和充电器会变热。在长达数小时的整个充电过程中，散发的热量同样被排放到外部空气中。

由于可以通过外部途径进行充电，目前混合动力车辆的内燃机越来越少被诱发使用，与此同时，在燃料消耗和污染物排放方面带来的好处日益增多。

当内燃机处于冷却状态或者温度升高阶段和低负荷状态下时，内燃机不仅功率最低，而且内部摩擦最大。此外，在环境温度低于0℃至5℃时，内燃机更加难以起动。事实上，这一温度范围使燃烧室内难以达到足够的压缩比，并且阻力矩也妨碍了内燃机的起动。

为了促进内燃机起动，已知的方法是将预先加热激活的火花塞维持在一定温度水平下直至所述发动机第一次起动。而随后在纯电动模式下行驶超过几十分钟后，会给预加热火花塞和电续航时间的耐久性同时带来不可忽视的影响。如果内燃机没有达到某个最低的温度值，内燃机甚至无法再次停止工作，该最小温度值用于保证下一次的再起动，以及在污染物排放和燃料消耗方面的影响。

此外，内燃机各种不同的减少污染的方式(例如催化剂)均需要某个特定的温度才能奏效。因此，当内燃机处于冷却状态时，污染和燃料消耗尤其严重。与热的内燃机相比，其燃烧噪音和振动状态的表现都大大降低。

当外部环境温度低时，例如低于10℃时，乘客的热舒适性同样需要考虑。传统的方式是通过高温回路传输的热量、经过暖风机对乘客舱进行加热。当内燃机处于停止或微弱诱发状态下时，这种加热方式效率低下。此外，还会发生低温回路中的液体温度高于高温回路中的液体温度的情况，尤其是当车辆使用电动模式时。

为了补救这种情况并满足取暖舒适性的要求，采用了许多传统的解决方法：即起动内燃机而不使用混合动力系统。此外，可以采用一些驾驶策略来操纵发动机以便加速输送到暖风机的冷却液温度的上升，同时降低燃烧程度、内燃机的消耗以及污染排放；或者采用外部加热装置，例如电阻器，无需发动内燃机就可以运行。这些方法的结果是减少了车辆的自主操控性。

另外，德国专利DE19730678描述了一种用于混合动力车辆的冷却设备，其可以使用电气部件散发的热量来加热车辆内部。

然而，当所述车辆的内部无需加热时，热量会通过低温冷却回路排放到外部空气中。与此同时，为了产生热量并经由另一个回路将上述热量导入内燃机内部，电能或燃油则被消耗了。

发明内容