CN101378923B - 利用低级资源的热调节系统式电动或混合动力机动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机动车，其具有驱动主动轮用的低废热式发动机(ME)和驾驶室(CAB)空气温度调节系统，所述调节系统具有可逆式热泵(PAC)，该热泵分别对载热流体流经的分配回路(DI)和排放回路(RE)进行温度调节，其中，所述分配回路(DI)连接到作用于进入驾驶室(CAB)的空气的交换器(H2)，且通过电动阀(EV1)连接到作用于进入驾驶室(CAB)的空气的另一交换器(H1)，所述排放回路(RE)连接到作用于外部空气的交换器(F1)，所述排放回路还连接于所述发动机(ME)以与所述发动机进行热交换。

Description

利用低级资源的热调节系统式电动或混合动力机动车

技术领域

本发明涉及机动车，其具有驱动主动轮用的低废热式发动机，尤其是可与热机相结合的电动机。在后一种情况下，机动车通常称为混合动力车。

背景技术

如同热机式机动车那样，电动或混合动力机动车应该集成有驾驶室气温调节系统。这些调节系统可确保乘客的舒适性以及一些辅助功能，例如玻璃表面的除水汽和除冰霜。

对于电动车、或者甚至混合动力车来说，在热机可能经过较长的期限停止的范围内，热力车驾驶室的调节系统消耗的能量数与电动车、或者甚至混合动力车可用的能量数不相兼容。

实际上，在普通热力车中，发动机的大量热损耗是在足够高的温度下发生的，以便这些热损耗可直接被用于通过成本较低和结构非常紧凑的系统使驾驶室取暖。因此，比较大量的取暖能量的需求(直至10千瓦)是可以免费地得到满足的。

对于空调来说，配设有同样大功率的和结构紧凑的系统，所述系统的中心部分是由发动机机械驱动的压缩机，所述系统除了明显的燃料过度消耗(在气候温和的地区年平均+3％至4％)之外，不存在其它缺陷，但是由于这些机动车也不具有续驶里程(autonomie)的约束，因而从带来的舒适性和安全性益处方面来看，这种燃料过度消耗是可以接受的。

但是，从持续发展的角度看，由于这种过度消耗和所应用的制冷气体对气候变暖的作用，机动车空调设备正因此受到批评。

实际上，这种冷却回路延伸和分布在发动机舱中，含有大量制冷气体，而制冷气体是造成温室效应的强大推手，且在机动车的使用寿命期间难以密闭。

因为对发动机组的任何机械干预都需要清除冷却回路，并且因为其中有所述气体在车前面循环的冷凝器-交换器是万一发生迎面碰撞时首先要受到损坏的部件之一，所以要控制所述气体扩散到大气中更是幻想。

与热力车相反的是，具有纯电力牵引行程的电动车或混合动力车产生的废热在数量上远远不足够满足取暖的需求，而且温度太低，不能直接利用。

在相同的这些机动车上进行空气调节，压缩机的驱动能量大大影响在城市的续驶里程(在混合动力的情况下使用纯电动方式)。

对于力求有益于环境、不造成城市污染并且尽可能不依赖于不可再生的能源的这些新的机械装置来说，要寻求的适合解决办法是不向大气中排放任何污染物，消耗最低限度的车载能量，注重成本、密封安装和质量，这些构成机动车特征的迫切需要。

另外要考虑到，不论什么情况，都不能限制现代驾车人所习惯的舒适性，也不能将规定其时间或限制机动车自由使用的新的约束条件强加于他，看来，迄今还没有有效的、甚至还没有提出任何适当的总体解决办法，来适应具有纯电力牵引续驶里程的电动车或混合动力车的驾驶室的热调节需求。

近几年来，来自科研实验室、生产厂家或设备销售商的供实验用、甚至商用的出版物、实施例十分丰富，显示出寻求适于这些新的机械装置、一般来说适于减轻汽车空调的环境影响的解决方案的研究力度。

目前，应用于不可在电网上充电的、热机停止的运转期限仍然适中的混合动力车上的解决方案，旨在改进和完善热力车的传统配置，以便在热机停止运转期间保持舒适性。

制热时，内燃机的强热惯性可使舒适性保持一定的时间。这段时间可借助于增补的电阻得到有效延长，通常是对进入到驾驶室中的空气。当发动机冷却时，或者当蓄电池过多放电时，热机自动重新发动。

空气调节时，可释出的热惯性小，且必须快速接替。通常采用的解决办法是双作用式压缩机，其以机械传动输送其全功率，且以电力传动输送更小的维持功率。当然，它比简单的机械压缩机成本更高，体积更大。此外，如果舒适性的需求不再得到保证(由于高热和强阳光)，或者当蓄电池过多放电时，热机自动重新发动。

对于热机仅在机动车停驻时在一般较短的一段时间停止运转的“停车&起动”型的混合动力车来说，只需在冷却回路上补充通常呈潜热蓄热器形式的热惯性。

目前还不大普及的具有较大电动续驶里程的电动车或混合动力车配置如下：

作用于空气或水的电阻器，或者“强冷”时车用的附加蒸汽热水器式的蒸汽热水器，以用于制热。

第一种解决办法是提供明显低于热力车补给的补给，同时会大大缩减纯电动续驶里程。第二种解决办法与电动车的职能不太一致，其燃烧燃料，且排出二氧化碳和其它大气污染物，不管其成本怎样，在混合动力车上这是可接受的。

传统的冷却回路，其具有小型电动压缩机，用以空气调节。

此外，折衷通常反映在：比热力车的增补热量更少的增补热量，其代价是明显减少电力牵引续驶里程，尤其是在城市。

用于强电力续驶里程的电动车和混合动力车的解决方案的缺陷使人们考虑到：适于这种机动车的有长久前途的解决办法可使用可逆式热泵。

在其原理方面，所述热泵包括制冷回路如空气调节中所使用的制冷回路，但是在冬季可转换，该热泵以单一系统允许同时提供驾驶室的取暖和空气调节的需求。

由于从外部环境获取基本的能量需要，热泵具有很高的效率，该效率表示为向驾驶室释出的能量与所消耗的车载能量之比。该比率也称为性能系数或COP，在空气调节时通常为2至3，取暖时稍微多一点。因此，通过供给牵引用蓄电池的能量的一容许部分，足以确保提供的取暖和空气调节服务与热力车提供的相同。

蒸汽压缩式热泵的原理是公知的，得到很多应用，尤其是在住房方面。

此外，公知的是，当排出侧(作用于外部空气的交换器)和分配侧(作用于进入驾驶室的空气的交换器)之间的温差增大时，该周期的效率大为降低。在机动车空气调节时，该温差通常约在70℃左右(热侧为70℃-80℃，冷侧为0℃-10℃)。在取暖时，应使之达到110℃，冷侧则下降到-30℃以下。

因此，取暖时使用热泵要求压缩机具有较大的尺寸余量，尤其是因为通常的冷却流体不完全适用于这种温度范围。在住房方面，使用大的交换表面，可很明显地减小这个范围，这在机动车的密闭情况下自然是不可能的事情。

生产厂家和设备销售商着眼于未来的超临界二氧化碳循环，生产厂家和设备销售商对此集中其研制和投资努力，以解决这个难题。这种热泵再过几年才可使用。

对其它型号的热泵继续进行研究和公布。某些不断发展的性能可作为气体压缩式热泵的可能替代对象来进行考虑：磁热材料式热泵，特别是斯特令循环式热泵。

发明内容

虽然本发明旨在提出一种总的热结构，以满足目前可使用的热泵技术的有限的性能，但是本发明可应用任何类型的热泵，其中所述热结构具有最佳电动续驶里程的电动或混合动力车的所有需求：热资源和其它约束条件。

本发明旨在提供与现代热力车相类似的驾驶室取暖和空气调节服务，仅在一定程度上缩减机动车的续驶里程，不妨碍使用者，对使用者没有任何特殊的使用限制条件。

虽然特别针对来自批量生产的热力车加以变化的电动续驶里程式电动车和混合动力车，但是，这后一约束条件的排除——例如在专用于这种牵引方式的新型机动车的范围内、与采用新的或不同的技术的性能更为良好的热泵的未来可使用性，才能挖掘所提出的结构的潜力。除了说明书中给出的一些特殊的权利要求以外，作为基础的发明性的和创新的原理不受热泵类型以及与所提出的热结构相关的其它部件的设计细节和尺寸确定的限制。

同样，本发明不局限于电动续驶里程(autonomie électrique)式轻型机动车。本发明适用于遵循机动车车型限制条件的任何类型的自调驾驶室(cabine autonome)式机动车，其中，驾驶室的热调节至少部分地由热泵加以确保，所述热泵应当在取暖和空气调节时从外部空气获得其热资源的至少一部分。

在热泵的使用范围内，上述具有电动续驶里程的机动车的取暖和空气调节的一般问题按以下比较特殊的基本问题变化。

可使用的热泵技术仅通过尽可能接近所述热泵的排出界面和分配界面之间的温差、进入驾驶室的空气和外部空气之间的温差，可能不大适合具有电动续驶里程的机动车的驾驶室热调节的功率密度和能量效率的目的。

困难在于取暖/空调装置即HVAC的交换器的体积与机动车前正面的很受限制的局限性。

如果在空气调节且更可能的是在取暖时，热泵潜在的高能量效率具有吸引力，那么，在应用于机动车时，常常对真实的实用性能感到失望。系统的内部热损失、操作情况的变化性、以及泵与其最佳效率差距很大的许多不稳定现象说明所述差距。

然而，关键的是要挖掘热泵性能的潜力，以接受具有电动续驶里程的机动车的驾驶室热调节的挑战。

时而是热泵的潜在热资源，时而是与外部空气的热交换能力方面的竞争，各种不同的牵引链部件在功率上且尤其在温度级上，根据使用的部件和情况，具有变化不定的热调节需求。除驾驶室的热调节之外，本发明对于牵引链的部件中某些部件来说，考虑到并关心牵引链部件的热调节需求。

对于与外部空气的热交换能力来说，具有电动续驶里程的混合动力车的情况特别关键。热机的废热很多，但具有高温，故热机需要专用交换器。热泵和牵引链的其余部分具有比较适中的排放物，但是偶尔也累积有较多的排放物，尤其是其温度往往接近外部空气的温度，因此要求较大的热交换表面。

为了考虑尺寸和成本的要求，并避免平行网中热力液压部件变大，无论在其物理结构方面还是在其操作逻辑方面，所有这些需要应该纳入到单个热控制系统中。

即使最新一代的冷却剂也不再有害于环境，只要这些冷却剂仍然是敏感物质，就必须在机动车使用寿命期间确保安全保持，并且在使用期限结束时确保回收。

使用中性气体或无活性流体的热泵会解决这个问题。

取暖时，为了从外部空气获得热量，交换器的温度必须低于空气的温度。

当外部空气为0℃至10℃时，流经交换器的载热流体通常为负温度。在这些温度下空气中含有数量比较多的水蒸汽与冷表面接触时，趋于冷凝和结冰，直至形成冰霜积聚，这会快速阻塞交换器。

结霜现象对于交换器表面有限的机动车应用来说很成问题，其大大制约了热泵在机动车中的使用。

实际上，驾驶室的热调节具有三个构成部分：取暖、空气调节和大气湿度控制，尤其是避免在挡风玻璃上蒙上水汽。

在普通机动车上，进入驾驶室的空气由于过多的水蒸汽在与空调相关的第一交换器上冷凝而变干燥，然后按照需要，空气在第二取暖用交换器上被加热。

虽然资源和限制条件大为不同，但是所提出的结构应保持这种基本的热量提供。

为了得益于极大批量生产的部件的成本和质量，解决办法必须能适用于市场上的取暖和空调装置以及普通的机动车的正面交换器系统。

此外，针对来自批量生产的热力车加以变化的电动续驶里程式电动车和混合动力车，解决方案应考虑符合这样的限制条件，即：与原来的取暖和空调装置、其用于自动热调节型式的控制逻辑、驾驶室的布局、“热箱”(通风机加作用于外部空气的交换器的机动装置)的安装以及在分配给机动车的前正面交换器的容积，保持完全兼容。

首次提出一种热结构，其能够利用可用的热泵技术目前可获得的性能，达到所有的既定目的并全面解决上述问题。

其极少的优点，不能利用有限的部件——其与近几年来公开的许多建议相比形成强烈对照——来实现，由于没有任何一种建议能在具体实施中加以具体化因而这并不出人意料。部件的这种节约产生于各种不同需要之间的部件和回路的加强的共用化，其与系统的物理网和逻辑导道之间的一致性要求相关。

为此，本发明提出一种机动车，其具有驱动主动轮用的低废热式发动机和调节驾驶室空气温度的调节系统，所述调节系统具有可逆式热泵，其分别对载热流体流经的分配回路和排放回路进行温度调节，其中，分配回路连接于与进入驾驶室的空气进行热交换的交换器，且通过电动阀可连接于另一与进入驾驶室的空气进行热交换的交换器，排放回路连接到作用于外部空气的交换器，所述排放回路还连接于电动机，以便与所述电动机进行热交换。

附图说明

在下面参照附图1至6所作的说明中，本发明的其它特征和优越性将得到更好的理解：图1至6分别示出按本发明的机动车驾驶室的气温调节系统的一实施方式。

具体实施方式

下面说明图1所示的实施方式。

调节系统具有结构紧凑的可逆式热泵PAC，其内部技术——蒸汽压缩循环、磁热效应机、斯特令机(machine Stirling)、珀尔帖效应(effetPeltier)系统等——与逆变装置从本发明来看是无关紧要的，所述逆变装置为所述技术所固有的或通过通常位于所述热泵周边内部的辅助回路。热泵PAC连接于载热流体通常是甘醇化水流经的两个回路。

分配回路DI连接于驾驶室CAB的取暖/空调装置HVAC。该取暖/空调装置为普通结构，其工作情况将在后面详述。更确切地说，它始终连接于“空气加热器”，所述空气加热器在这里称之为交换器H2，它根据电动阀EV1的位置可连接于交换器H1(该交换器的普通名称为“蒸发器”，通常是普通机动车的空调回路的一部分，被提供给冷却剂，但是根据优选实施方式，所述交换器这里改变其原来的作用，或必要时予以取代，且由载热流体通过)。

排放回路RE一方面根据电动阀EV2的位置呈串联或呈分路的方式被连接于电动机ME和其电子传动箱即“DRIVE”，并且该排放回路连接于作用于外部空气的前正面的交换器F1。该回路的支路还可通过电动阀EV1连接于交换器H1。

不同的支路由适当的电动泵(图1上为P1至P3)施以作用。

储备载热流体、增压和脱气的膨胀箱R为两个回路DI、RE所公用。如图所示，所述膨胀箱由分配回路DI从顶部连续地再进行供给，与集成于发动机ME的排放回路相反的是，并且也与装有内燃机的普通机动车的制热回路相反的是，所述膨胀箱还构成使自然地具有极少热惯性的分配回路稳定的热惯性。因此，优选具有相当大容量的隔热箱。根据一优选实施例，为了提高这种缓冲储存的性能，在箱内接纳蜂窝状中空结构——其为连续的或由叠置的中空单元空间构成，载热流体可围绕所述中空结构自由循环，其含有一种或多种相变物质，所述相变物质的转变温度对应于制热和制冷时分配回路的最佳温度范围。除热泵PAC的作用点的稳定作用外，该蓄热器还可使进入驾驶室的空气在机动车停车数十分钟后，立即具有机动车重新起动的温度；或者在交换器F1可能进行除冰霜操作时，该蓄热器允许在数分钟期间替换热泵PAC；或者当在异乎寻常的条件下(例如一侧具有相当高的外部温度)，热泵PAC必须暂时停止以有利于冷却电动机ME。

在冬季和在春秋两季，热泵PAC加热分配回路DI和冷却排放回路RE。

在冷天——通常在3℃之下，可变电动阀EV1混合分别来自分配回路DI(热回路)和排放回路RE(冷回路)的载热流体，从而交换器H1预热进入驾驶室的空气。

根据机动车的配备程度，混合叶板(volet)V的位置或者由驾驶室的调节计算机进行控制，或者连接于驾驶员操纵的手动温度控制机构。在这两种情况下，随着外部温度T2在第一种情况下快速下降、在第二种情况下逐渐下降，电动阀EV1使混合物朝“热”端移动，以使手动制热控制机构的响应保持平稳。

根据装置HVAC的传统工作情况，取决于叶板V的位置的、在交换器H1上经预热的空气流的一部分，在交换器H2上被再加热，然后，再与绕过交换器H2的其余流量部分混合。因此，在最大制热功率，得益于两个交换器的能力，从而通过强冷使驾驶室取暖所需的载热流体的温度大大下降。而对此，普通机动车需要80℃，这里，50℃足够。

所谓适中的温度，根据阳光的情况通常为3℃至20℃，热泵保持相同的工作方向，但是，电动阀EV1定位成：交换器H1目前被供以由电动阀EV1调节的冷流体，始终被供以来自分配回路和排放回路的流体混合物，其温度明显低于外部空气的温度T2，但高于0℃，以防结霜。因此，进入驾驶室的新鲜空气可去除其一部分湿度，将潜热转移至交换器H1，然后根据需要在交换器H2上加热，再进入驾驶室。这种潜热在排放回路RE上回收，且被利用作为热泵PAC的资源。由于热泵在其排放回路上具有丰富温和的热资源，因而热泵不难在其分配回路上供给60℃，该温度足以保证在这些条件下进行良好加热。

但是，如果制热功率尤其是在接近低温并在压送器(装置HVAC的通风机)的高速度下，为确保进入驾驶室的空气的适当温度而变得有限，那么，计算机作用于电动阀EV1，以根据需要加热交换器H1。

所谓高热，根据阳光的情况和排放回路的温度(其取决于牵引电动机的使用强度)，通常为20℃以上，或者只要当交换器H1的制冷功率变得不足时，热泵就换向。目前，分配回路DI保持是冷的，排放回路RE保持是热的。电动阀EV1根据指令(其由驾驶室调节用计算机产生，或由手动温度控制机构产生，视情况而定)，调节在装置HVAC的出口的空气温度T1。图1考虑下述假设：驾驶室调节用计算机或手动温度控制机构控制叶板V的控制逻辑是在热泵PAC换向的同时进行逆变。这种控制逆变的实际实施原则上并不困难，如果叶板具有电动致动器，则尤其不困难。在这种情况下，对电动阀EV1的调节伴随着叶板并辅助其作用，以获得所需温度T1的调节幅度和调节渐进性。在叶板V的控制机构不能换向的情况下，引入停止对交换器H2(未示出)的供给的电动阀，当热泵处于“制冷”模式时该电动阀关闭，以便优先使用交换器H1中的流量。在这种情况下，叶板的位置无关紧要，调节仅由电动阀EV1进行。图6所示的实施方式中以及后面将予以说明的可供选择的第二优选实施例，在所有情况下都通过混合叶板V保持驾驶室的温度调节能力。

在分配回路DI侧，所提出的结构和控制方式在所有气候条件下，都利用两个交换器的整个热交换潜力。如图所示，驾驶室的温度调节主要由混合叶板进行，如同传统的装置那样。其作用辅以电动阀EV1的控制，所述电动阀EV1管理提取到被引入交换器H1中的排放回路RE内的流体比例。

可选地，所述装置可配以再循环电动阀EV3。对于难以快速达到其最佳性能的热泵技术来说，所述再循环电动阀EV3主要用于在起动后，有利于在热泵PAC出口供给分配回路DI的流体的温度快速上升。利用该电动阀的存在以作为调节制热功率用的辅助部件，这次是减小通过交换器H1和H2的水流量来调节制热功率。两个部件的结合应当在每种情况下寻求最经济的作用点。

在排放回路RE侧，当热泵PAC处于“制热”模式时，电动阀EV2定位成：发动机(及其传动机构)ME在上游被通达并相对热泵PAC串联，以便最佳地利用其热排放。相反，当热泵PAC由如前所述在“高热”时换向时，电动阀EV2定位成：发动机ME和热泵PAC并联地连通，从而两者都被供以直接来自作用于外部空气的前正面的交换器F1的流体，该交换器设置用于在相应于该模式的增大流量下获得最佳效率。

分析这种布置如何使用热泵达到上述目的，并解决具有电动续驶里程的机动车的驾驶室的热调节问题，这如前所述的。

已表明：使用相同的交换器容积，也能在与普通机动车相同级别上，确保提供冬季和夏季舒适性。

对于普通机动车来说，在极端条件下，以及更少地在更具代表性的情况下，尤其是由于利用电动机的热排放和进入驾驶室的空气中过量水的冷凝，压缩机不应当消耗超过2千瓦的电能。对于大部分应用来说，对续驶里程的影响几乎不能被感知到。

热泵的排放界面和分配界面之间的温差大为降低，一方面是由于在极端条件下制热装置的两个交换器的配合，如图所示，而且在排出侧是由于利用电动机的热排放——其最大限度地减少从外部环境获得能量并因而允许恒定交换器的排放温度不太低。

结构紧凑的、可安置在制热装置附近任何部位的热泵模块有利于隔离敏感区域，且最大限度地缩短行程长度，因而可有效地抑制热损失。相对于冷凝器和蒸发器直接经受外部条件的偶然情况来说，两个甘醇化缓冲二次回路的配设有利于稳定作用点。此外，排放回路上的电动机热惯性以及分配回路上甘醇化水储存器的热惯性有效地有助于稳定两个回路。

冷却剂(蒸汽压缩式热泵的情况)装在完全密封的结构紧凑的热泵模块中。除了对泵本身的干预——其在车间于模块拆下后进行——以外，所有机械干预都在不清除制冷剂的情况下进行。

由于电动机ME的热供给，且由于在适于结霜的条件下始终与排放回路连接的交换器H1的热供给，排放的载热流体和外部空气之间的小温差极大地最小化交换器F1结霜的机会。但是，如果出现阻塞苗头，计算机就通过热泵参数的改变加以检测。数分钟即足可使泵停止运转，甚至无需使泵换向，以便借助于电动机ME和交换器H1的热排放使交换器快速除霜。由于分配回路上甘醇化水储存器的惯性，中断对乘客是透明的。在操作期间，泵P1和P3仍然工作，泵P3达到其最大速度。

通过水蒸汽在由排放回路所冷却的交换器H1上冷凝，在机动车内除水汽得到通常的非常有效的处理，而交换器H2确保空气加热，应当指出，进入驾驶室的空气需要除湿的情况对应于适度制热的需要，对这些制热需要不必动用制热装置的两个交换器。

除了热泵及其供给以外，所提出的系统要求配置数量最优化且尽量减少的标准机动车部件。其与原来的任何制热和空调装置兼容，除了存取温度指令(至少混合叶板V的位置)和如果不存在就吹送入的空气的温度传感器的安装之外，无需其它的改变。驾驶室的布局保持不变，不牵涉装置HVAC的交换器，且维持前正面的交换器的安装和容积。

系统的处理逻辑系统与驾驶室可能配设的热调节计算机共存，除了来自去除部件如空调压缩机的信息输入的中和处理或模拟——视情况而定——以外，无需改变计算机也无需重新给定其参数。通过作用于手动的或由装置HVAC的驾驶室调节用计算机给出的指令变化——例如通过叶板移动所读取的，第一交换器对通过与排放回路进行混合的混合用电动阀进入驾驶室的空气的温度控制辅助混合叶板的作用，因此可能与仍起作用的所述可能配设的驾驶室调节用计算机没有干扰，从而一方面无论可逆式热泵的定向如何，保持进入驾驶室的空气的温度调节幅度的连续性和渐进性，另一方面根据外部气温，调节进入驾驶室的相同空气的湿度。

该处理逻辑易于实施在车载计算机或专用计算机中。其程序设计简单、具有决定作用、充分预定：最少量的参数要根据应用情况加以调节，大部分参数是可计算的。因此，解决方案可以实施，相对研制出的模型的特性来说，无需优化和精细调整装置HVAC。

下面说明图2所示的实施方式，其在前一实施方式中增加牵引用蓄电池BAT的热调节。

牵引用蓄电池通常具有内部温度范围，该温度范围相应于性能(释出的功率和能量)与使用寿命之间的最佳折衷方案。

例如，就基于锂的一些化学原理而言，可希望使蓄电池优选地在20℃至40℃运行。在夏季和冬季维持这样的条件，确保机动车性能及其续驶里程的很大稳定性。如果外部温度变化超过工作温差很多，蓄电池优选与外部介质进行隔热。

本发明提出满足蓄电池热调节的需要，其工作温度范围由热泵的温度幅度所涵盖。

蓄电池降低其热能的百分率，其平均数小(数百瓦)，但变数非常大，并且根据使用条件，在短时间可能强烈很多。

由于蓄电池相对适中的内部热功率具有较大的热惯性，蓄电池可在其在电网上充电期间，通过使用机动车的内部热控制系统的资源，主要由预先热调节进行热控制，从而所述内部热控制系统仅特别在行驶中用于蓄电池被促动。

但是，蓄电池内温度的均匀性具有首要的重要性。即使在行驶时无需与蓄电池进行热交换，热控制系统也必须适于保持蓄电池的内部热均匀性。

特别是，蓄电池的热控制系统的优先目的是使之避免达到其具有超速放热危险的内部温度。如果出于任何原因，原则是机动障碍的原因，达到警告阈值，那么，机动车的热控制系统必须直接优先动用其资源，以有效地冷却蓄电池。

在所示的实施例中，蓄电池BAT配设有由泵P5施以作用的载热流体回路，该回路通过转换电动阀EV7连接于分配回路DI和排放回路RE，而再循环电动阀EV6控制回路的流体更新流量。可供选择的实施例(未示出)使电动阀EV6成为转换阀，且使电动阀EV7成为渐进混合阀。

所提出的配置可保持载热流体在蓄电池中的持久循环，以使其内部温度均匀化。一旦需要制热或制冷，电动阀EV6使一定流量的流体流回机动车的回路，让位于由电动阀EV7进入的新流体，根据需要所述新流体或为热流体或为冷流体，且根据当时热泵的模式(制热或制冷)，被提取到在分配回路DI或排放回路RE中。该过程由机动车的计算机根据回路的温度加以控制。

应当指出，这种配置必要时在行驶时和在充电时一样，都可将蓄电池调节在热或冷的位置，这与热泵PAC的定向和驾驶室调节或预先调节的需要无关，或者如后面所述的，与热储存无关。

下面说明图3所示的实施方式，其在前一实施方式中增加对驾驶室排放空气的热回收。

在机动车中，所提供用于驾驶室热调节的大部分能量与排放空气一起被直接排出到外部环境中。从热泵方面来看，这种能量的热级比外部空气的热级更有利，且排放空气是质量非常好的潜在资源。与作为用于制热同时用于制冷的资源的部件如电动机相反的是，作用于排放空气的回收用交换器在夏季和冬季始终是相当重要的资源。

因此，经测算，可回收的功率达1千瓦。在这些极端条件下，这种排放回路上资源的补充实际上转到分配回路上，在热泵的性能趋于降低的情况下，提高热泵的性能。在通常情况下，每年可能避免200瓦的平均耗电量。

总之，在数量级上，排放空气的能量回收因此可使热泵的尺寸确定和平均耗量减小10％，还可使系统的性能提高5％。

在夏天，流体和排放空气之间的平均温差可达25℃。在冬季，因为流体不能在0℃之下，不然，交换器就有快速结霜的危险，所以温差下降到15℃左右，但是，水蒸汽冷凝潜热的回收在这里极大地有助于获得可利用的总功率。

在所示的实施例中，作用于驾驶室排放空气的交换器E布置在机动车后部，与抽气机正对齐。它从排放回路被供给在泵PAC出口被提取的流体。它集成于循环器P6所启动的二次调节回路，所述二次调节回路由温控阀C1控制，其使回路的温度保持高于或等于0℃，从而避免任何结霜危险。回收模块还具有冷凝水收集和排出装置。可选地，它可配有微型压送器，所述压送器可使用性能更好的交换器。在实用的实施例中，重要的是通过具有足够的空气通过截面的交换器，或者优选通过平行于叶板的排放装置，掌握车门关闭的超压排放能力，其中所述排放装置因此除这些情况之外通常是关闭的。

排放回路RE的相同支路连接同样位于机动车后部的蓄电池，以致对排放空气的回收仅引入很小长度的辅助导道。

下面说明图4所示的实施方式，其在前一实施方式中增加热储存。

除了由为此布置的箱R构成的缓冲热惯性之外，还可希望拥有更大的蓄热器，在充电期间，可根据季节以制热或制冷模式在出口预先调节所述蓄热器。蓄热器ST可释出“免费”能量，尤其在关键阶段如在长时间驻车(在寒冷中或在阳光下)后重新起动时补充功率。

特别是，分配回路DI连接于所述蓄热器，以便与其进行热交换，尤其是通过在与进入驾驶室CAB的空气进行交换的交换器H1、H2的上游，将热能惯性储备器ST集成入分配回路DI。

热能惯性储备器ST可具有一定量的一种或多种在一定的温度范围进行相变的物质。

此外，分配回路DI具有电动阀EV4，该电动阀可使惯性储备器ST与所述分配回路隔离。特别是，在其排空或相对于当时的需要进行不利的调节的情况下，电动阀EV4可使所述惯性储备器与分配回路隔离，以便不损害调节系统的反应性。

下面说明图5所示的实施方式，其在前一实施方式中增加内燃式热机MC。

内燃机MC配设有其本身的冷却回路，其通常具有交换器F2、集成泵P4和恒温器C2，所述恒温器C2通过使甘醇化水的全部或部分流量在电动机中通过并绕过交换器F2进行再循环，来调节甘醇化水的温度。

通常设置用于驾驶室制热的水出口在这里在关闭电动阀EV5的控制下，连接在分配回路DI上。

因此，当内燃机工作且需要制热时，所述内燃机接替可能停止运转的泵PAC。因此，蓄热器(stockage thermique)ST必要时予以恢复。

由于这种连接的回程支路始终与热泵的回路连通，因此，内燃机的制冷回路分享所述的载热流体储存、增压和脱气用的相同箱R。实际上，该箱在车上是唯一的，且向整个载热流体网供应。

下面说明图6所示的实施方式，其在前一实施方式中增加用于在非常低的温度下中继热泵的使用。在该实施例中，机动车还具有第二热泵PAC2，其中，第二热泵的排放回路RE2连接交换器F1，所述第二热泵的分配回路可通过电动阀EV8连接于排放回路RE。因此，当建立这种连接时，两个热泵彼此限定一中间回路，该中间回路与交换器F1隔离且连接电动机ME，其它可能配设的部件如下：电动机的电子控制盒DRIVE，作用于进入驾驶室的空气的交换器H1、H2，蓄电池BAT，作用于驾驶室排放空气的交换器E。而且，当未建立这种连接时，交换器F1相对于热泵PAC，在排放回路RE中取代所述热泵PAC2。

虽然前述所有的装置对减小泵PAC的温度范围的有利影响，但是，由于非常寒冷——即在-18℃以下，目前的热泵技术难以从寒冷空气提取热量，部件的直接由壁散发的热排放的较大一部分也损失掉，以致泵PAC释出的功率不可避免地下降，甚至尽管需求量在增大。在这些情况下，对于继续显得令人满意的普通机动车，温差增大。

在我们这些地区，对于这些异乎寻常的情况，值得推荐的权宜之计是：可以加装作用于进入驾驶室的空气的电阻器，这是一种在大部分制热装置上的标准装置，以便当电动机加热时加速驾驶室升温，这里，其有利地可再利用作补充资源。

但是，这里提出的是根本解决或者用于北欧各国的机动车、或者如前所述的问题，因为这个解决方案在优化整个装置中具有更进一步的潜力。

首先，应当指出，释出6千瓦且最佳化以在0℃至60℃之间工作的热泵，具有非常高的能量效率(COP)，且其体积小于试图覆盖[-30℃，+60℃]的范围的热泵。温度[0℃，60℃]的选择使夏季和冬季之间两个资源的温度需求匀称，以致可逆式热泵在夏季和冬季都在相同的最佳作用点运转。

在夏季和冬季，拥有0℃左右的资源，其可直接用于使进入驾驶室的空气在交换器H1上干燥，或者在交换器E上回收驾驶室排放空气的热量。

另一方面，应当指出，在[-40℃，0℃]之间工作的3千瓦的中继热泵可使用专用制冷剂，该制冷剂有利于在这个小温度范围提高有利的能量效率，而且为非可逆的且结构特别紧凑。此外，它仅在一年的短时间中可被使用。

图6示出如何发展前述热结构，在大的操作范围和操作灵活性方面，将热泵PAC分成两个级联式的专门热泵。

在排放回路RE上，在制冷模式时，循环与前述循环完全相同：回路并联地连接电动机ME，然后连接交换器F1，二次热泵PAC2通过电动阀EV8和泵P7的停止运转与所述回路断开。

相反在制热状态，排放回路RE通过电动阀EV8再接通热泵PAC2的分配界面，而发动机ME仍并联在两个热泵之间。这个中间回路稳定在0℃左右。在泵PAC2的排出侧，回路RE2现在由泵P7保持活动，且连接交换器F1。

如图所示，可避免电动机ME和作用于排放空气的交换器E的温度调节回路的并联/串联转换。

在分配回路DI侧，这里，解决方案没有蓄热器，毫无疑问，蓄热器不太有用，因为在冬季，必须借助于二次热泵获得足够的功率，而在夏天，必须通过主热泵的专门化获得足够的功率。可以希望获得完全等同的性能，甚至在强冷时所述性能优于好热力车的性能。

在图1所示实施方式的说明中述及的作用于驾驶室空气的两个交换器H1和H2的温度控制的第二个可供选择的实施例也予以示出。在来自排放回路RE的流体或者来自分配回路DI的流体之间转换的两个电动阀EV1和EV9，分别供给交换器H1和H2。另外，在上述分配回路上保持选择再循环比例电动阀EV3。在气候温和的情况下，电动阀EV1和EV9定位成：交换器H1被供给冷流体——其由于热泵PAC的专门化而始终高于0℃，因此交换器H1不会存在结霜的危险性；而对交换器H2被供给热流体。这是普通机动车中制热装置HVAC的标准模式，完全由通过混合叶板V与所述制热装置相连的驾驶室温度调节或控制装置加以操控。如同已经着重指出的那样，这种配置允许冷凝进入驾驶室的空气中的一部分水蒸汽，并允许有效地控制驾驶室的大气湿度，避免玻璃表面蒙上水汽。

假定由于温度略显清凉，热泵调节到制热模式。电动阀EV1将提取到排放回路RE上的冷流体供给交换器H1，而电动阀EV9将提取到分配回路DI上的热流体供给交换器H2。由于外部温度提高或阳光增强，热泵PAC不再具有确保舒适性所需的资源。这种状态由车载计算机分析，所述车载计算机控制处于制冷模式的热泵PAC的换向，同时控制电动阀EV1和EV9换向。控制逻辑系统具有滞后作用，以免热泵不适时的交替换向。

由于外部的极端温度，即或者非常冷或者非常热，前述模式没有适合响应驾驶室需要的交换功率。因此，车载计算机沿相同方向定位电动阀EV1和EV9，以使由分配回路DI供给的交换器H1和H2有助于制热或相应地有助于空气调节。为避免这种转换在驾驶室中伴随着一阵热或相应地一阵冷，在使用自动调节系统的情况下，按与例如通过叶板V的位置读取到的需求成比例的方式，阀EV3减小交换器H1和H2中的流量，或者在使用手动控制装置的情况下，根据例如与在驾驶室中扩散的空气温度T1的测量相关的一定战略，阀EV3减小交换器H1和H2中的流量。

Claims (20)

1.机动车，其具有驱动主动轮用的低废热式发动机(ME)和驾驶室(CAB)空气温度调节系统，所述调节系统具有可逆式热泵(PAC)，该热泵分别对载热流体流经的分配回路(DI)和排放回路(RE)进行温度调节，

所述机动车的特征在于，所述分配回路(DI)连接到作用于进入驾驶室(CAB)的空气的交换器(H2)，且通过电动阀(EV1)能连接到作用于进入驾驶室(CAB)的空气的另一交换器(H1)，所述排放回路(RE)连接到作用于外部空气的交换器(F1)，所述排放回路还连接于所述发动机(ME)以与所述发动机进行热交换。

2.根据权利要求1所述的机动车，其特征在于，所述低废热式发动机是电动机(ME)。

3.根据权利要求2所述的机动车，其特征在于，所述排放回路(RE)与所述电动机(ME)的电子盒进行热交换。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机动车，其特征在于，所述排放回路(RE)具有电动阀(EV2)，以允许所述电动机(ME)与所述交换器(F1)以串联或分路方式联接。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的机动车，其特征在于，所述排放回路(RE)还能通过所述电动阀(EV1)连接于所述交换器(H1)。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的机动车，其特征在于，载热流体储备器(R)为两个回路(DI，RE)所共用。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的机动车，其特征在于，混合叶板(V)布置在作用于进入驾驶室(CAB)的空气的所述交换器(H1，H2)之间。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的机动车，其特征在于，再循环电动阀(EV3)布置在所述分配回路(DI)上，以便调节所述交换器(H1，H2)中的流体流量。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的机动车，其特征在于，所述排放回路(RE)能通过电动阀(EV9)连接到作用于进入驾驶室的空气的所述第二交换器(H2)。

10.根据权利要求2或3所述的机动车，其特征在于，它还具有向所述电动机(ME)供电的蓄电池，所述蓄电池具有载热流体回路，所述载热流体回路连接于所述分配回路(DI)和所述排放回路(RE)。

11.根据权利要求10所述的机动车，其特征在于，所述蓄电池的热调节回路配有专有的泵和一个或多个阀(EV6，EV7)，以确保所述蓄电池的热调节回路的温度调节，或确保其与机动车的液压热操纵系统的其余部分的隔离。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的机动车，其特征在于，它具有作用于驾驶室排放空气的交换器(E)，该交换器在所述热泵(PAC)的输出端连接于所述排放回路(RE)。

13.根据权利要求12所述的机动车，其特征在于，所述交换器(E)集成于二次调节回路，所述二次调节回路由泵(P6)施以作用并由温控阀(C1)加以控制。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的机动车，其特征在于，它还具有热能惯性储备器(ST)，所述分配回路(DI)连接于所述热能惯性储备器，以便与该热能惯性储备器进行热交换。

15.根据权利要求14所述的机动车，其特征在于，所述热能惯性储备器(ST)集成于所述分配回路(DI)，处在作用于进入驾驶室(CAB)的空气的所述交换器(H1，H2)的上游。

16.根据权利要求14所述的机动车，其特征在于，所述分配回路(DI)具有能使所述热能惯性储备器(ST)与所述分配回路隔离的电动阀(EV4)。

17.根据权利要求14所述的机动车，其特征在于，所述热能惯性储备器(ST)具有一定量的在一定温度范围中进行相变的材料。

18.根据权利要求1至3中任一项所述的机动车，其特征在于，它还具有热机(MC)和冷却所述热机用的冷却回路，该冷却回路连接到与外部空气进行热交换的交换器(F2)，所述冷却回路连接于所述分配回路(DI)。

19.根据权利要求18所述的机动车，其特征在于，载热流体储备器(R)为所述两个回路(DI，RE)与所述热机(MC)的冷却回路所共用。

20.根据权利要求1至3中任一项所述的机动车，其特征在于，它还具有第二热泵(PAC2)，所述第二热泵的排放回路(RE2)连接所述交换器(F1)，所述第二热泵的分配回路通过电动阀(EV8)连接于所述排放回路(RE)。

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