專利名稱：使用熱電元件的混合動力車輛環(huán)境控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于混合動力車輛的環(huán)境控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由內(nèi)燃機和電動馬達驅(qū)動的混合動力車輛正變得越來越被公眾所知。對于越來越多地被工業(yè)上采用的混合動力車輛，這些車輛需要提供和現(xiàn)有傳統(tǒng)車輛一樣的特點和舒適性。為實現(xiàn)最大效率，混合動力車輛采用啟動/停止策略，這意味著在正常怠速狀態(tài)下，車輛的內(nèi)燃機關(guān)閉以節(jié)約能量。在這期間，維持車輛內(nèi)的舒適度仍很重要。為在低溫時保持車廂內(nèi)舒適，致冷劑通常循環(huán)通過加熱器芯以向車廂提供熱量。但是，在溫暖的氣候條件下，用于保持車廂內(nèi)涼爽的僅有方法是通過運行內(nèi)燃機以驅(qū)動空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機。目前使用的具有這種啟動/停止策略的車輛在怠速停車時允許用戶保持發(fā)動機運行，以維持車廂的舒適。但是，在停車期間運行發(fā)動機抵消了通過在怠速狀態(tài)時通過關(guān)閉發(fā)動機而節(jié)省的燃料。
從上面的描述可見，顯然需要一種用于混合動力車輛的改進的環(huán)境控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足上述需要，以及克服列舉的相關(guān)技術(shù)的缺陷和其它限制，本發(fā)明提供了一種用于控制混合動力車輛車廂內(nèi)環(huán)境的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個熱電組件，一個熱交換器，一個泵和一個閥。
該熱電組件包括通過電能驅(qū)動的熱電元件，它們基于提供的電能的極性發(fā)出或吸收熱能。一個容納致冷劑的管靠近熱電元件延伸。為有助于熱能的傳送，設(shè)置一個鼓風機以產(chǎn)生穿過熱電元件和管的氣流。所述致冷劑被從熱電組件提供到熱交換器，以加熱或冷卻提供到車廂內(nèi)的氣流。所述泵對流經(jīng)管和致冷劑線路的致冷劑流加壓，并且在冷卻模式中，所述閥被構(gòu)造成對車輛的發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)進行選擇性地旁通。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述系統(tǒng)包括一個加熱器芯和一個與熱交換器液體連通的蒸發(fā)器。流到車廂的氣流可通過加熱器芯輔助加熱或者通過蒸發(fā)器輔助冷卻。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述系統(tǒng)包括一個控制器，其與熱電組件電連接。所述控制器被構(gòu)造成可轉(zhuǎn)換提供到熱電組件的電能的極性，以選擇加熱或冷卻致冷劑。另外，所述控制器被構(gòu)造成可將再生制動系統(tǒng)產(chǎn)生的電能引導到熱電組件，用于控制車輛的內(nèi)部環(huán)境。
在閱讀了下述的說明、參照的附圖和所附的權(quán)利要求之后，本發(fā)明進一步的目的、特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將容易變得明顯。這些說明、附圖和權(quán)利要求構(gòu)成本說明書的一部分。


圖1是輔助冷卻模式中的采用了本發(fā)明原理的環(huán)境控制系統(tǒng)的框圖。
圖2是采用本發(fā)明原理的熱電組件的正向剖視圖。
圖3是輔助冷卻模式中的采用了本發(fā)明原理的環(huán)境控制系統(tǒng)的框圖。
圖4是輔助加熱模式中的采用了本發(fā)明原理的環(huán)境控制系統(tǒng)的框圖。
圖5是在發(fā)動機停止冷卻模式中的采用了本發(fā)明原理的環(huán)境控制系統(tǒng)的框圖。
圖6是在發(fā)動機停止加熱模式中的采用了本發(fā)明原理的環(huán)境控制系統(tǒng)的框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參看圖1，一個采用本發(fā)明原理的系統(tǒng)被示出在其中并且被附圖標記10表示。作為它的主要構(gòu)成部件，系統(tǒng)10包括一個熱電組件12，一個熱交換器14，一個蒸發(fā)器16，一個加熱器芯18，一個閥22，一個致冷劑泵26和一個控制器27。正如下面進一步描述的，熱電組件12，再結(jié)合熱交換器14，可在內(nèi)燃機關(guān)閉的情況下允許系統(tǒng)10提供加熱或冷卻功能，或者還可以在內(nèi)燃機運行的情況下提供輔助加熱或冷卻功能。
現(xiàn)在參看圖2，其提供了熱電組件12的剖視圖。熱電組件12包括一系列熱電元件48，它們利用電能產(chǎn)生溫度變化。如果電能(電源)被以一個極性提供，則熱電元件48將產(chǎn)生引起熱電元件48周圍的環(huán)境溫度升高的熱能?；蛘?，如果電能(電源)被以相反極性提供到熱電元件48，熱電元件將吸收熱能，由此降低熱電元件48周圍的環(huán)境溫度。為了從熱電元件48傳遞加熱或冷卻作用，一種熱傳遞介質(zhì)即致冷劑流過靠近熱電元件48設(shè)置的一個致冷劑管42。為有助于該熱量傳遞到致冷劑，一個或多個鼓風機40產(chǎn)生穿過熱電元件48和致冷劑管42的氣流。另外，可設(shè)置一個導氣罩50，以引導空氣離開或者進入熱電組件12。所述被提供到熱電元件48的致冷劑循環(huán)通過進口連接部44，并且通過一個出口連接部提供到系統(tǒng)的其它部件，由此，可傳遞由熱電元件48產(chǎn)生的溫度變化。
再請參看圖1，熱電組件12通過致冷劑而沿著線路30與熱交換器14流體連通。鼓風機15產(chǎn)生穿過熱交換器14的氣流20，并且氣流20從熱電組件12提供的致冷劑中提取熱量或者被冷卻，由此改變氣流20的溫度。在加熱模式中，熱電組件12提供加熱后的致冷劑，由此加熱氣流20?；蛘?，在冷卻模式中，熱電組件12提供冷卻后的致冷劑，由此冷卻氣流20。氣流20從熱交換器14傳送到蒸發(fā)器16和加熱器芯18的整個熱傳遞表面上。
致冷劑沿著線路32流出熱交換器14并被提供到閥22，閥22可選擇地允許致冷劑沿著線路38流入到發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)24，或者返回到致冷劑泵26。通常，發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)24將加熱致冷劑并且沿著線路36將一部分致冷劑返還到加熱器芯18和閥22，閥22將致冷劑旁通傳送回致冷劑泵26。或者，閥22可單獨地將致冷劑從線路32直接引導到線路34，而旁通繞過發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)24。旁通繞過發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)的這種流路設(shè)計在系統(tǒng)10的冷卻模式中特別有益。
控制器27允許系統(tǒng)10以多種加熱和冷卻模式工作。例如，控制器27可以轉(zhuǎn)換提供到熱電組件的電能的極性，由此利用一個極性加熱致冷劑，并且利用相反的極性冷卻致冷劑。另外，控制器27可操縱閥22，以便在冷卻模式中旁通繞過發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)24，由此將致冷劑與發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)24中的由發(fā)動機產(chǎn)生的熱量隔開。
控制器27還連接到一個再生制動系統(tǒng)29。當車輛減速時再生制動系統(tǒng)29利用車輛的動能產(chǎn)生電能?？刂破?7可引導能量從再生制動系統(tǒng)29到一個蓄能裝置，如一個電池組(未示出)，或直接引導到熱電組件12，以提供充分的電源以調(diào)節(jié)車輛環(huán)境。如果直接提供到熱電組件12，控制器27可改變由再生制動系統(tǒng)29提供的電能的極性，再生制動系統(tǒng)29允許能量在加熱和冷卻模式下被熱電組件12使用。
現(xiàn)在參看圖3，系統(tǒng)10被示出在輔助冷卻模式中，而同時內(nèi)燃機正在運行。在“發(fā)動機運行”輔助冷卻時，熱電組件12和蒸發(fā)器16組合使用以冷卻車輛車廂。熱電組件12和蒸發(fā)器16的組合使用可使得在較快時間達到舒適。如圖3所示，以單點劃線表示的線路從熱交換器14傳遞加熱的致冷劑，而以雙點劃線表示的線路向熱交換器14傳遞冷卻的致冷劑。
在“發(fā)動機運行”輔助冷卻模式中，致冷劑流過熱電組件12，在此熱量被從致冷劑中去除，并且之后致冷劑沿著線路30到達熱交換器14。熱交換器14冷卻將要被提供到蒸發(fā)器16的氣流20，以便于在氣流流到車輛車廂內(nèi)之前被輔助冷卻。致冷劑沿著線路32從熱交換器14流到被控制器27操縱的閥22，以旁通繞過發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)24，由此將致冷劑和發(fā)動機產(chǎn)生的熱量隔開。致冷劑沿著線路34從閥22流到致冷劑泵26，在此致冷劑流受壓，接著被沿著線路28提供回到熱電組件12。在這種操作模式中，熱電組件12首先運行幾分鐘以快速降低氣流20的溫度。如果進入熱交換器14的空氣的溫度低于流入熱電組件12的空氣的溫度，熱電組件12和致冷劑泵26不會運行，由此節(jié)約了車輛的能量。
在圖4中可見“發(fā)動機運行”輔助加熱模式中的系統(tǒng)10。在“發(fā)動機運行”輔助加熱模式中，熱電組件12與加熱器芯18組合使用。熱電組件12與加熱器芯18的組合使用可使得在較快時間達到舒適。從發(fā)動機出來的熱致冷劑被泵送通過熱電組件12，在此增加更多的熱量。致冷劑沿著線路30從熱電組件12流到位于加熱器芯18上游的熱交換器14。熱交換器14首先加熱被加熱器芯18接收的氣流20。加熱器芯18從發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)24散發(fā)熱量，以邊在氣流20被提供到車輛的車廂之前進一步加熱氣流20。
在輔助“發(fā)動機運行”加熱模式中，從熱交換器14出來的致冷劑沿著線路32被傳送到閥22，閥22允許致冷劑沿著線路38返回到發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)。發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)24將熱量從發(fā)動機提供到致冷劑，接著一些致冷劑流到加熱器芯18并且沿著線路36流到閥22。致冷劑從閥22沿著線路34流過致冷劑泵26，接著沿著線路28返回到熱電組件12。如果發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)提供用于將致冷劑泵送通過系統(tǒng)的充足措施，則在這個模式中可不啟用致冷劑泵26。優(yōu)選地，熱電組件12首先運行幾分鐘以增溫，接著在從發(fā)動機出來的致冷劑的溫度本身達到理想溫度時停止運行，以便向車廂提供適當?shù)臒崃俊?br> 現(xiàn)在參看圖5，其提供了一個“發(fā)動機停止”冷卻模式。“發(fā)動機停止”冷卻模式用于在怠速運轉(zhuǎn)的發(fā)動機熄火的過程中維持車廂在有限的一段時間內(nèi)舒適。在這個模式中，由于發(fā)動機已經(jīng)熄火，所以蒸發(fā)器不運行。通過致冷劑中的熱慣性和熱電組件12提供的冷卻，允許發(fā)動機熄火及節(jié)省燃料，而同時仍可使車廂被冷卻。
致冷劑流過熱電組件12，在此熱量被從致冷劑中去除。致冷劑從熱電組件12沿著線路30流到熱交換器14，熱量在熱交換器14中被致冷劑從氣流20中吸收。致冷劑從熱交換器14沿著線路32流到閥22。通過控制器27的操縱以使致冷劑旁通繞過發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)24，閥22將致冷劑與發(fā)動機熱量隔開。致冷劑從閥22沿著線路34流回到致冷劑泵26，致冷劑泵26通過在線路內(nèi)加壓致冷劑而產(chǎn)生致冷劑流。接著致冷劑沿著線路28被熱電組件12回收，在熱電組件12內(nèi)熱量被從致冷劑中再次吸收。
控制器27監(jiān)視車速和剎車，以預測是否要停車。如果預測出將要停車，則從再生制動系統(tǒng)29產(chǎn)生的再生制動能量被熱電組件12使用以冷卻致冷劑。在停車過程中，熱電組件12繼續(xù)運行，以便在從車廂增加熱量時維持低溫致冷劑的溫度。
現(xiàn)在參看圖6，“發(fā)動機停止”加熱模式被示意性示出?！鞍l(fā)動機停止”加熱模式用于在怠速運轉(zhuǎn)的發(fā)動機熄火的過程中維持車廂在有限的一段時間內(nèi)舒適。由熱電組件12、致冷劑中的熱慣性和發(fā)動機缸體中的熱慣性提供的熱量允許系統(tǒng)10加熱車輛的車廂而同時允許發(fā)動機熄火并節(jié)省燃料。
在這種操作模式中，熱的致冷劑被致冷劑泵26從發(fā)動機泵送通過熱電組件12，在此熱量被增加。致冷劑沿著線路30從熱電組件12流到熱交換器14。在熱交換器14中，熱量被氣流20從致冷劑中吸收。加熱的氣流20接著被提供到加熱器芯18，在此，在氣流20被提供到車廂之前，更多的熱量被從發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)24提供的致冷劑中吸收。冷卻的致冷劑接著沿著線路32從熱交換器14流到閥22，閥22打開以將致冷劑提供到發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)24。發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)24將發(fā)動機缸體的熱量增加到致冷劑，該致冷劑被返回到加熱器芯18并且沿著線路36到達閥22和致冷劑泵26。如果發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)24具有一個泵，以便在系統(tǒng)10中提供充足的致冷劑壓力，則可不啟用致冷劑泵26。致冷劑從致冷劑泵26沿著線路28流回到熱電組件12，在此增加更多熱量。另外，控制器27監(jiān)視車速和剎車，以預測是否將要停車。如果預測到將要停車，則從再生制動系統(tǒng)29產(chǎn)生的再生制動能量被熱電組件12使用以加熱致冷劑。在停車過程中，熱電組件12繼續(xù)運行，以致在熱量被從車廂內(nèi)去除時維持熱致冷劑的溫度。
由于本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，上述的說明只是為了說明本發(fā)明原理的實施。該說明不意味著限制本發(fā)明的范圍和應用，相反，在不脫離權(quán)利要求中限定的本發(fā)明精神的前提下，可以作出各種下該、變化和改變。
權(quán)利要求
1.一種車輛內(nèi)部環(huán)境控制系統(tǒng)，所述車輛具有發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括熱電組件，其包括至少一個熱電元件，所述至少一個熱電元件在電能以第一極性施加時產(chǎn)生加熱作用，并且在電能以第二極性施加時產(chǎn)生冷卻作用；致冷劑導管，其與發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)連接，所述致冷劑導管具有一個靠近所述至少一個熱電元件設(shè)置并且與之熱交換的部分；熱交換器，其與致冷劑導管連接并且與之熱交換，所述熱交換器置于所述至少一個熱電組件的下游；致冷劑泵，其與致冷劑導管連接，并且被構(gòu)造成可產(chǎn)生從中通過的致冷劑流；閥，其與致冷劑導管連接，所述閥可選擇地在將致冷劑導管和發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)相連的第一位置和將致冷劑導管與發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)隔開的第二位置之間移動。
2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，還包括與熱電組件電連接的控制器，所述控制器被構(gòu)造成在加熱模式中以第一極性供應電能以加熱第一氣流，并且在冷卻模式中以第二極性供應電能以冷卻第一氣流。
3.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，還包括再生制動系統(tǒng)和控制器，所述控制器被構(gòu)造成可將由再生控制系統(tǒng)產(chǎn)生的電能引導到熱電組件，以便在所述至少一個熱電元件內(nèi)產(chǎn)生溫度變化。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種混合動力車輛內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)包括一個熱電組件、一個熱交換器、一個泵和一個閥。所述熱電組件包括由電能驅(qū)動的熱電元件。所述熱電元件基于所提供的電能的極性發(fā)出或吸收熱量。一個容納致冷劑的管靠近熱電元件延伸。為有助于熱能的傳送，設(shè)置一個鼓風機以產(chǎn)生穿過熱電元件和管的氣流。從熱電組件提供到熱交換器的所述致冷劑加熱或冷卻提供到車廂的氣流。所述泵和閥與熱交換器和熱電組件是流體連接。所述泵壓縮致冷劑流通過管和致冷劑線路。在冷卻模式中，所述閥被構(gòu)造成對車輛的發(fā)動機致冷劑系統(tǒng)進行選擇性地旁通。
文檔編號B60H1/00GK1727814SQ20051006877
公開日2006年2月1日 申請日期2005年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月10日
發(fā)明者彼得·R·高思羅普 申請人:威斯通全球技術(shù)公司