[发明专利]空气调节和电池冷却装置以及用于运行空气调节和电池冷却装置的方法

说明书

本发明涉及一种空气调节和电池冷却装置，其具有A/C冷却剂回路和电传动链冷却剂回路以及制冷剂回路，其中，所述A/C冷却剂回路和所述电传动链冷却剂回路经由四路二通冷却剂阀彼此耦联，使得所述A/C冷却剂回路和所述电传动链冷却剂回路以可独立运行或者可序列地穿流的方式构成。

技术领域

本发明涉及一种用于电池电动车辆的空气调节和电池冷却装置以及一种用于对车辆进行空气调节和用于冷却电池的方法。

背景技术

本发明尤其涉及用于电动车辆、具有混合动力驱动器的车辆或以所谓的高压电池或蓄电池运行的燃料电池车辆的热学系统的构思。先前说明的高电气化车辆通常配备有用于给电储能器快速充电的可行方案。与此关联的是在快速充电时对冷却对应的储能器的提高的要求。大的充电电流尤其引起高的电损耗从而引起储能器的强烈加热。

因此，在电池的快速充电过程中必须由热学系统提供特别高的制冷功率，这意味着对电池冷却的传统系统的挑战。

从电池电动车辆的驾驶员和使用者的视角看来，主要的缺点是高压电池的充电时间。在典型的家用插座处，高压电池的充电时间例如是八小时至十二小时。与此相对，电池电动车辆的行程通常处于150千米至300千米之间，因此，使用者必须经常给其车辆充电。

因此，日益接受电动车辆的重要的前提条件和主要特征在于，显著缩短高压电池的充电时间。由于所述原因，产生所谓的超快充电技术，以便将电池的充电时间减少到大约20分钟。对此必要的充电基础设施在明年沿着欧洲的主交通道路进一步扩建。借助于对应的技术，如所谓的“超快高功率充电网”，提供直至350千瓦的充电功率，使得电池的充电与消耗燃料的车辆在传统加油站处的加油是类似的。电池的快速充电的缺点包括：例如锂离子电池虽然提供相对高的功率密度，然而也易受过量充电、深度放电和高的充电电流影响，所述过量充电、深度放电和高的充电电流尤其在高的环境温度下可能导致高压电池的快速过热。为了避免损伤高压电池，充电电子装置监控电池的状态，所述状态包括电压和温度，并且充电电子装置对应地调整充电电流。

为了能够在快速充电过程期间保证高的充电速度，需要主动地冷却高压电池，以便将所述高压电池保持在10℃至35℃的特定的温度范围中。在现有技术中，对此已知高压电池冷却器，所述高压电池冷却器要么直接制以制冷剂冷却的方式要么间接以冷却剂冷却的方式连接在车辆的制冷回路上并且电池对应地保持在所期望的温度水平上。由电池单元产生的废热由冷却剂或由制冷剂吸收并且输出给环境或必要时甚至用于加热客舱。

在用于电池冷却的直接制冷剂冷却的系统中，制冷剂回路在低压侧上通过制冷剂在蒸发器中的蒸发吸收高压电池或车辆舱室的废热。经蒸发的制冷剂由压缩机压缩到更高的压力水平。通过压缩工作给制冷剂附加地输送热量。在压缩机的出口处，制冷剂作为高压气体在高温中进入到冷凝器中。在冷凝器之内，先前吸收的蒸发热和压缩热要么在空气冷却的冷凝器的情况下输出给空气，要么例如在水冷却的冷凝器的情况下输出给冷却剂。在制冷剂进入到膨胀机构中之前，制冷剂以液态形式但是仍然在高压下离开冷凝器。流动穿过膨胀机构的制冷剂从高的压力释压到低的压力水平。由此，制冷剂的温度同样下降到再次适合于吸收废热的水平。冷的和液态的制冷剂进入到蒸发器中并且能够再次吸收热量以进行蒸发，对此制冷剂回路关闭。

在快速充电过程期间，在电池单元中产生大约8千瓦至12千瓦的废热。因此，在高的环境温度下，车辆的空调设备的冷却能力除了车辆舱室的空气调节外必须能够吸收所产生的电池废热，以便使电池的温度降低到临界值以下或保持在那里。

在已知的系统中，称为空气换热器或散热器的冷凝器的功率能力是薄弱处，并且对应的尺寸确定是大的挑战。在经由冷凝器的直接放热的情况下或在经由散热器的间接放热的情况下，来自车辆舱室和电池的全部蒸发热量以及压缩机的压缩热输出给环境空气。