[发明专利]汽车的冷却设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有冷却剂循环回路的冷却汽车蓄电池的设备，所述汽车特别是电动汽车或者混合动力汽车。

本发明还涉及一种用于操作所述冷却设备的方法。

背景技术

在电动或者混合动力汽车中使用的具有大容量的蓄电池用于存储电能。该能量通过电源端子供给蓄电池。另外，在混合动力汽车中，在汽车的制动过程期间能够回收能量。

在运行期间，无论是蓄电池的电池单元还是电气传动线路的其他部件都发热，所述电气传动线路的其他部件是例如电动机和电力电子元件。特别是蓄电池在放电和充电时应该在最佳的温度下运行。此时必须排出所产生的和释放的热量，这是因为升高的运行温度会导致电池单元非常大的热负荷。由于蓄电池的耐热性受限，所以必须主动地冷却蓄电池。用于冷却所述蓄电池和传动线路的其他电子部件的合适介质是大气、车内空间内的空气、制冷剂和冷却剂。冷却剂使用例如水或者乙二醇。

蓄电池的冷却能够提高它的寿命，并且应该如下进行，即使得被冷却的蓄电池的温度仅在受限制的范围内变化。

但是，为使电动汽车的蓄电池在最佳的运行温度下运行，不仅要排出产生的热量，而且同时在过低的环境温度下特别在起动时，要向冷的蓄电池供给热量。

在电动汽车或者混合动力汽车中使用的锂离子电池具有狭窄的可运行的温度范围。在低的蓄电池单元温度下，特别在0℃以下的温度下，必须减小蓄电池的电功率，以避免损坏电池单元。在0℃以下的温度范围内也不能给蓄电池充电。

随着蓄电池温度升高，锂离子电池的电效率升高。然而，在温度超过40℃时电池单元的老化加快，在温度超过50℃的情况下甚至能够导致所述电池单元损坏。

特别是在电池单元温度从约40℃起具有受限制的效能的锂离子电池中，用大气的冷却并非在任何环境状态下都能实现。在炎热的夏天，外部空气温度能够达到或者超过40℃，以致用不加处理的大气或者外部空气不能进行冷却。在这种外部条件下可以降低电池的功率，以便限制产生的热量。然而，在那时蓄电池不能提供必需的最大功率。

另一方面，存在这样的可能性，即采用由空调设备冷却车内空间内空气，产生冷却空气，将其导向蓄电池。

使用车内空间内的冷却空气虽然能够比使用大气得到窄的温度范围，但是使用车内空间内的空气会导致提高汽车内的噪声，从而减小了舒适性。

此外，在对温度分布的均匀性要求高达0到5K范围的温度差的蓄电池进行空气冷却的情况下，能够导致各个电池单元之间的高的温度偏差。为减小温度偏差必须用非常大的空气质量流冷却。除已经提到的大的流动噪声和取决于环境条件的冷却功率外，而且在空气冷却系统中必须使用大尺寸的鼓风机和大的流动横截面来保证用于空气环流的大的结构空间需求。

除利用通过车内空间内的由汽车空调设备冷却的空气冷却蓄电池外，还公知另外的方法，即在汽车的空调系统上连接蓄电池冷却设备。一方面能够用冷却剂直接冷却蓄电池，另一方面能够借助空调系统的二次循环回路冷却蓄电池。在直接冷却的情况下，用冷却剂冲击用于吸收在蓄电池内产生的热量的热传输器。在用二次循环回路冷却的情况下，在蓄电池的热传输器内吸收的热量向汽车的冷却系统处的第二热传输器传输。作为二次循环回路中循环的热载体可以使用例如水或者乙二醇。

在用制冷剂冷却蓄电池时，同时在不需要对于车内空间内的空气进行调节的环境条件下，必须驱动汽车空调设备的制冷剂循环回路，以致为使压缩机运行而必须消耗电能。

为用冷却剂冷却蓄电池时也需要电能。然而，用于输送冷却剂的功率比用于驱动制冷剂循环回路所需要的压缩机功率显著更小。不过，冷却剂在低温循环回路内向环境排出蓄电池吸收的热量，这从已知的理由出发同样仅在环境温度低于40℃的情况下才可能，这是因为蓄电池的温度不应该上升到高于40℃。

在大气温度超过40℃的情况下，冷却剂借助汽车空调设备的制冷剂循环回路被冷却到环境温度以下。制冷剂/冷却剂-热传输器也称为冷却器，并且相对于于制冷剂作为蒸发器运行。在蒸发器中，在入口处以高的流体成分两相存在的制冷剂被蒸发和必要时被过度加热。

从现有技术知晓，在冷却器前连接一个热稳定的膨胀阀，用于调节冷却器的出口处恒定的过度加热。这里对于在冷却器中不需要任何制冷功率的运行状态在该热稳定的膨胀阀内集成一种闭锁功能。该闭锁功能借助磁阀或者步进电动机阀实现。