專利名稱：具有雙模式冷卻回路的熱管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及熱控制系統(tǒng)，并且更為具體地，涉及車輛熱管理架構(gòu)，所述車輛熱管理架構(gòu)允許根據(jù)環(huán)境狀況和組件操作特性來進(jìn)行熱和性能優(yōu)化。
背景技術(shù)：
世界上的車輛中的非常大百分比的車輛依靠汽油通過使用內(nèi)燃機(jī)行駛。這些車輛的使用，更具體地依靠礦物燃料(即，汽油)的車輛的使用，產(chǎn)生了兩個問題。首先，由于這些燃料的尺寸有限并且區(qū)域可用性受限，汽油成本的主要價格波動以及通常向上的定價趨勢是常見現(xiàn)象，這兩者可以在消費(fèi)水平上具有巨大影響。其次，礦物燃料燃燒是二氧化碳、 溫室氣體的主要來源之一，并且因此是全球變暖的主導(dǎo)因素之一。因此，已經(jīng)花費(fèi)相當(dāng)大的努力來尋找在個人車輛和商務(wù)車輛兩者中使用的替代驅(qū)動系統(tǒng)。電動車輛提供了使用內(nèi)燃傳動系統(tǒng)的車輛的最有希望的替代品。在設(shè)計高效電動傳動系統(tǒng)以及“用戶友好的”車輛時涉及的一個主要問題是主要由于電池單元所要求的操作條件以及提供乘客車廂內(nèi)的按需供熱和制冷的需求而導(dǎo)致的熱管理。結(jié)果是，在許多電動和混合動力車輛中使用的所述熱管理系統(tǒng)具有有限的容量和/或過于復(fù)雜。例如，早期生產(chǎn)的電動車輛經(jīng)常使用多個獨(dú)立的熱管理子系統(tǒng)。由于每個子系統(tǒng)要求它自己的組件 (例如，泵、閥門、制冷系統(tǒng)等)，這個方案先天低效。為了克服與使用獨(dú)立的熱子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的問題中的一些問題，美國專利 No. 6，360，835以及相關(guān)美國專利No. 6，394，207公開了一種使用多個傳熱電路的熱管理系統(tǒng)，所述多個傳熱電路共享相同的傳熱介質(zhì)。所述傳熱電路彼此流體連通，由此使得熱的傳熱介質(zhì)從高溫電路流入低溫電路，以及較冷的傳熱介質(zhì)從低溫電路流入高溫電路。盡管這個系統(tǒng)可能克服現(xiàn)有系統(tǒng)中的部分限制，但是由于所述兩個傳熱電路需要交互，該系統(tǒng)仍然相對復(fù)雜。在共同待審美國專利申請No. 11/786，108中公開的替換熱控制系統(tǒng)中，公開了一種使用多個冷卻回路和單個熱量交換器的高效冷卻系統(tǒng)。在至少一個公開的實(shí)施例中的冷卻回路包括與所述電池系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的冷卻回路、與HVAC系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的冷卻回路、以及與所述驅(qū)動系統(tǒng)(例如，電機(jī))相關(guān)聯(lián)的冷卻回路。盡管現(xiàn)有技術(shù)公開了多種用于冷卻電動車輛中的電機(jī)和/或電池的技術(shù)，并且在一些實(shí)例中將這種冷卻與車輛的乘客車廂HVAC系統(tǒng)組合，但是人們還期望進(jìn)一步簡化系統(tǒng)和提高系統(tǒng)效率。本發(fā)明提供了這種熱管理系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種在車輛(例如，電動車輛)中使用的雙模式熱管理系統(tǒng)。至少， 所述系統(tǒng)包括與電池?zé)徇B通的第一冷卻回路、與至少一個傳動系統(tǒng)(drive train)組件 (例如，電機(jī)、電力電子裝置、逆變器)熱連通的第二冷卻回路以及雙模式閥門系統(tǒng)，所述雙模式閥門系統(tǒng)提供用于在所述兩個冷卻回路并行操作的第一模式和所述兩個冷卻回路串行操作的第二模式之間進(jìn)行選擇的模塊。所述雙模式閥門系統(tǒng)可以包括四向閥，所述四向閥被配置為使得在一個模式下，閥門進(jìn)氣口 A與閥門出氣口 A耦合、并且閥門進(jìn)氣口 B與閥門出氣口 B耦合，以及在第二模式下，閥門進(jìn)氣口 A與閥門出氣口 B耦合、并且閥門進(jìn)氣口 B 與閥門出氣口 A耦合。所述雙模式閥門系統(tǒng)可以包括四向閥，所述四向閥被配置為使得在一個模式下，所述第一冷卻回路的第一部分與所述第一冷卻回路的第二部分耦合，并且所述第二冷卻回路的第一部分與所述第二冷卻回路的第二部分耦合，以及在第二模式下，所述第一冷卻回路的第一部分與所述第二冷卻回路的第二部分耦合，并且所述第二冷卻回路的第一部分與所述第一冷卻回路的第二部分耦合。所述雙模式閥門系統(tǒng)可以包括一對三向閥，所述一對三向閥被配置為使得當(dāng)在所述第一模式下配置所述雙模式閥門系統(tǒng)時，所述第一三向閥將所述第一冷卻回路的第一部分耦合到所述第一冷卻回路的第二部分；其中當(dāng)在所述第一模式下配置所述雙模式閥門系統(tǒng)時，所述第二三向閥將所述第二冷卻回路的第一部分耦合到所述第二冷卻回路的第二部分；當(dāng)在所述第二模式下配置所述雙模式閥門系統(tǒng)時，所述第一三向閥將所述第一冷卻回路的第一部分耦合到所述第二冷卻回路的第二部分；以及當(dāng)在所述第二模式下配置所述雙模式閥門系統(tǒng)時，第二三向閥將所述第二冷卻回路的第一部分耦合到所述第一冷卻回路的第二部分。所述系統(tǒng)可以包括例如使用熱量交換器與所述第一冷卻回路熱連通的制冷子系統(tǒng)，所述制冷子系統(tǒng)例如包括制冷劑、壓縮機(jī)、冷凝器以及恒溫膨脹閥。所述系統(tǒng)可以包括與所述第一冷卻回路熱連通的加熱器。所述系統(tǒng)可以包括與所述第二冷卻回路熱連通的充電器。所述第二冷卻回路可以包括例如使用旁路閥耦合到所述第二冷卻回路的散熱器(radiator)，其中所述旁路閥允許所述第二冷卻回路耦合到所述散熱器，或者與所述散熱器解除耦合。所述系統(tǒng)還可以包括經(jīng)由熱量交換器與所述第一冷卻回路熱連通的制冷子系統(tǒng)，以及可耦合到所述制冷子系統(tǒng)的車廂HVAC系統(tǒng)。在本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于管理電動車輛內(nèi)的熱負(fù)載的方法，所述方法包括在使得冷卻劑循環(huán)通過傳動系統(tǒng)冷卻回路和電池冷卻回路的第一模式和第二模式之間進(jìn)行選擇的步驟，其中在所述第一模式下，冷卻劑在所述傳動系統(tǒng)冷卻回路和所述電池系統(tǒng)冷卻回路中并行地循環(huán)，以及其中在所述第二模式下，冷卻劑串行地循環(huán)通過所述傳動系統(tǒng)冷卻回路和所述電池冷卻回路。在所述第一模式下，所述方法還可以包括將所述傳動系統(tǒng)冷卻回路的第一部分耦合到所述傳動系統(tǒng)冷卻回路的第二部分，并且將所述電池冷卻回路的第一部分耦合到所述電池冷卻回路的第二部分的步驟，以及在第二模式下，所述方法還可以包括將所述傳動系統(tǒng)冷卻回路的第一部分耦合到所述電池冷卻回路的第二部分，并且將所述電池冷卻回路的第一部分耦合到所述傳動系統(tǒng)冷卻回路的第二部分的步驟。所述模式選擇步驟可以使用四向閥或一對三向閥。所述方法還可以包括將充電器熱耦合到所述傳動系統(tǒng)冷卻回路的步驟。在期望額外的電池冷卻時，所述方法還可以包括將制冷子系統(tǒng)熱耦合到所述電池冷卻回路的步驟。在期望額外的電池加熱時，所述方法還可以包括將加熱器熱耦合到所述電池冷卻回路的步驟。當(dāng)期望額外的傳動系統(tǒng)冷卻時，所述方法還可以包括例如使用旁路閥將所述傳動系統(tǒng)冷卻回路耦合到散熱器的步驟。通過參照說明書的剩余部分以及附圖，可以實(shí)現(xiàn)對本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步理解。


圖1提供了在本發(fā)明的熱管理系統(tǒng)中使用的各種子系統(tǒng)的高級圖；圖2例示了其中所述傳動系統(tǒng)子系統(tǒng)和電池子系統(tǒng)并行操作的熱管理系統(tǒng)的架構(gòu)的優(yōu)選實(shí)施例；圖3例示了圖2中的實(shí)施例，其被配置為允許所述傳動系統(tǒng)子系統(tǒng)和電池子系統(tǒng)串行操作；圖4例示了圖2中的實(shí)施例，其被修改為取代單個四向閥，使用兩個三向閥來在操作模式之間進(jìn)行切換；和圖5例示了圖3中的實(shí)施例，其被修改為取代單個四向閥，使用兩個三向閥來在操作模式之間進(jìn)行切換。
具體實(shí)施例方式在下文中，術(shù)語“電池”、“電池單元”以及“電池單元電池”可以互換使用，并且可以指代任何各種不同的單元電池類型、化學(xué)性質(zhì)和配置，包括但不限于鋰離子(例如，磷酸鐵鋰、鋰鈷氧化物、其它鋰金屬氧化物等)，鋰離子聚合物，鎳金屬氫化物，鎳鎘，鎳氫，鎳鋅，銀鋅或其它電池類型/配置。本文中使用的術(shù)語“電池組”指代在單片或多片外殼內(nèi)包含的多個個體電池，所述個體電池電互連以實(shí)現(xiàn)用于特定應(yīng)用的期望電壓和容量。術(shù)語“電池” 和“電池系統(tǒng)”可以互換使用，并且如本文中所用，指代具有充電和放電能力的電能儲存系統(tǒng)，比如電池、電池組、電容器或超級電容器。術(shù)語“制冷子系統(tǒng)”和“冷卻子系統(tǒng)”可以互換使用，并且指代任何各種不同類型的制冷/冷卻子系統(tǒng)，所述制冷/冷卻子系統(tǒng)可以被使用來冷卻其它系統(tǒng)組件和子系統(tǒng)。本文中使用的術(shù)語“電動車輛”指代全電動車輛(也成為EV)、插電式混合動力車輛(也稱為PHEV)或混合動力車輛(HEV)，混合動力車輛使用多個推進(jìn)源，所述多個推進(jìn)源中之一是電動驅(qū)動系統(tǒng)。應(yīng)該理解的是，在多個附圖中使用的相同元件符號指代相同的組件或者具有相同功能的組件。另外，所述附圖僅僅意在例示而不是限制本發(fā)明的范圍，并且不應(yīng)該被認(rèn)為是按照比例繪制的。圖1是例示典型電動車輛的熱管理系統(tǒng)100內(nèi)的基本子系統(tǒng)的高級圖。通常，這種車輛的熱管理系統(tǒng)包括制冷子系統(tǒng)101、乘客車廂子系統(tǒng)103、傳動系統(tǒng)子系統(tǒng)105以及電池子系統(tǒng)107。熱管理系統(tǒng)100還包括控制系統(tǒng)109。這些子系統(tǒng)中的每一個的進(jìn)一步細(xì)節(jié)如下提供，所述細(xì)節(jié)中的一部分在圖2-5中例示的典型實(shí)施例中示出。制冷子系統(tǒng)101被設(shè)計為，只要需要或期望，就熱耦合到包括系統(tǒng)100的其它熱子系統(tǒng)中的一個或多個，以減少熱耦合的子系統(tǒng)中的溫度。制冷子系統(tǒng)101(在本文中也稱為冷卻子系統(tǒng))可以使用制冷劑(例如，R134a)壓縮系統(tǒng)，熱電冷卻器或其它模塊。在圖2-5 中示出的優(yōu)選實(shí)施例中，子系統(tǒng)101包括壓縮機(jī)201，用于將所述子系統(tǒng)中的低溫制冷劑蒸汽壓縮為高溫蒸汽。然后，當(dāng)所述制冷劑蒸汽通過冷凝器203時，所述制冷劑蒸汽散失部分所捕獲的熱量，由此導(dǎo)致從蒸汽到液體的相變，所述液體保持在高溫和高壓下。優(yōu)選地，冷凝器203的性能通過使用風(fēng)機(jī)205來提高。然后，所述液相制冷劑通過接收器-烘干機(jī)207， 所述接收器-烘干機(jī)207從所凝結(jié)的制冷劑中去除濕氣。在所述優(yōu)選實(shí)施例中，如圖所示， 制冷劑管線209經(jīng)由熱力膨脹閥213耦合到車廂蒸發(fā)器211，以及經(jīng)由熱力膨脹閥217耦合到熱量交換器215 (在本文中也稱為“冷卻器”)。熱力膨脹閥213和217分別控制制冷劑到蒸發(fā)器211和冷卻器215的流速。
加熱、通風(fēng)和冷卻(HVAC)子系統(tǒng)103通常經(jīng)由多個管道和通風(fēng)口提供對車輛的乘客車廂的溫度控制。優(yōu)選地，HVAC子系統(tǒng)103包括一個或多個風(fēng)扇219，所述一個或多個風(fēng)扇219用于根據(jù)需要循環(huán)整個所述車廂內(nèi)的空氣，無論所述空氣是否被加熱、冷卻，或者僅僅是來自所述車輛外部的新鮮空氣。為了提供涼空氣，使制冷劑循環(huán)通過蒸發(fā)器211。為了在正常的車輛操作期間提供溫暖空氣，HVAC子系統(tǒng)103可以使用加熱器221，例如集成在蒸發(fā)器211內(nèi)的PTC加熱器。盡管沒有示出，在替換實(shí)施例中，HVAC子系統(tǒng)103可以包括用于將熱能從傳動系統(tǒng)子系統(tǒng)105或電池子系統(tǒng)109傳送到HVAC子系統(tǒng)的模塊，比如熱量交換器。子系統(tǒng)105包括連續(xù)的電力鏈冷卻回路223，所述電力鏈冷卻回路223用于冷卻驅(qū)動電機(jī)225，所述驅(qū)動電機(jī)是車輛的主要牽引電機(jī)。盡管在圖中示出單個驅(qū)動電機(jī)，但是將明白的是，使用本發(fā)明的電動車輛可以被設(shè)計為使用多于一個單個驅(qū)動電機(jī)，例如每個車軸一個驅(qū)動電機(jī)，每個車輪一個驅(qū)動電機(jī)等。優(yōu)選地，冷卻回路223還熱耦合到其它車輛電子組件，例如用于電機(jī)225的電力電子模塊和逆變器227。如果所述系統(tǒng)包括例如用于使用外部電源來對可充電電池進(jìn)行充電的充電器229，則優(yōu)選地還將所述充電器耦合到冷卻回路223?；蛘撸潆娖? 可以耦合到電池系統(tǒng)冷卻回路。在至少一個實(shí)施例中，所述系統(tǒng)電子裝置(例如，電力電子裝置)被安裝到冷板上，所述冷板用于將熱量從所述電子裝置中傳走并且傳導(dǎo)到在所述冷卻回路中包含的液體冷卻劑(即，所述傳熱介質(zhì))中。冷卻回路223還包括用于使得所述冷卻劑循環(huán)通過所述冷卻回路的泵231，用于將所述熱量排放到環(huán)境大氣的散熱器233以及冷卻劑儲存器235A。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括風(fēng)扇237，用于在正在通過散熱器233的空氣不足以實(shí)現(xiàn)期望水平的冷卻時，例如，當(dāng)所述車輛不是正在移動時，迫使空氣通過所述散熱器233。如圖所示，子系統(tǒng)105優(yōu)選還包括閥門239，用于允許散熱器233與冷卻回路223解除耦合。在圖2中示出的典型實(shí)施例中，閥門239的位置將散熱器233耦合到冷卻回路223。電池子系統(tǒng)107包括與包含冷卻劑(即，傳熱介質(zhì))的冷卻回路243耦合的電池 24L·在典型的電動車輛中，電池241包括多個電池。一個或多個循環(huán)泵245通常經(jīng)由與電池241熱連通的傳熱板或一個或多個冷卻導(dǎo)管(未示出)，泵送所述冷卻劑通過所述電池。 盡管可以將專用冷卻子系統(tǒng)與子系統(tǒng)107結(jié)合使用，但是優(yōu)選地，在回路243中包含的冷卻劑經(jīng)由在熱量交換器215中與所述制冷劑間的傳熱來冷卻，假設(shè)熱力閥217允許來自子系統(tǒng)101的制冷劑通過熱量交換器215的話。另外，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，冷卻回路243 還熱耦合到加熱器247 (例如，PTC加熱器)，由此確保電池241的溫度可以維持在它的優(yōu)選操作范圍內(nèi)，而不管環(huán)境溫度如何。子系統(tǒng)107還包括冷卻劑儲存器235B。優(yōu)選地，冷卻劑儲存器235A和235B被合并為單個雙回路儲存器，如圖所示。將明白的是，通常，可以存在大量可以被控制系統(tǒng)109使用來控制所述個體熱管理子系統(tǒng)的操作，并且更為具體地控制由制冷子系統(tǒng)101供應(yīng)給其它子系統(tǒng)的冷卻量的技術(shù)。通常，控制系統(tǒng)109使用多個溫度檢測器(未示出)來監(jiān)測各種車輛組件(例如，電池 Ml、電機(jī)225、驅(qū)動電子裝置227等)內(nèi)、所述冷卻回路(例如，冷卻回路223等)的一個或多個區(qū)域內(nèi)、以及所述乘客車廂內(nèi)的一個或多個位置內(nèi)的溫度。在這些各種位置處的所監(jiān)測的溫度被控制系統(tǒng)109使用來確定所述各種熱管理子系統(tǒng)的操作。響應(yīng)于所述車廂和各種車輛組件的所監(jiān)測到的溫度和期望溫度，例如，經(jīng)由所述冷卻回路內(nèi)的流閥門(未示出)、各種循環(huán)泵(例如，泵231和M5)的泵速率、加熱操作(例如，加熱器221和M7)以及風(fēng)機(jī)操作(例如，風(fēng)扇205，219，237)，調(diào)整由各個子系統(tǒng)施加的加熱量和/或冷卻量?？刂葡到y(tǒng)109可以基于由處理器實(shí)現(xiàn)的編程來自動操作，或者系統(tǒng)109可以手動地控制，或者系統(tǒng)109可以使用手動控制和自動控制的一些組合。除了控制制冷劑流速、冷卻劑流速和加熱器、風(fēng)扇的操作等之外，本發(fā)明允許快速且容易地改變所述熱管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)，從而提供不同的用于在所述車輛的子系統(tǒng)之間控制和路由熱能的模塊。結(jié)果是，本發(fā)明的熱管理系統(tǒng)提供先進(jìn)且靈活的方式來對改變的環(huán)境狀況(例如，變化的空氣溫度、太陽能負(fù)載等)以及改變的車輛組件溫度負(fù)載和要求進(jìn)行響應(yīng)。在圖2中例示的配置(在本文中稱為并行架構(gòu))中，傳動系統(tǒng)子系統(tǒng)105獨(dú)立于電池子系統(tǒng)107操作，其中僅僅具有由小冷卻劑通道251提供的最小熱量流通，所述冷卻劑通道251連接冷卻劑儲存器235A/B的腔室，并且維持所述腔室之間的冷卻劑水平一致。注意，在本發(fā)明的至少一個實(shí)施例中，傳動系統(tǒng)子系統(tǒng)105和電池子系統(tǒng)107可以使用單獨(dú)的冷卻劑儲存器。圖3例示了如圖2中所示的熱管理系統(tǒng)200，其被重配置為允許傳動系統(tǒng)子系統(tǒng) 105和電池子系統(tǒng)107串行操作。在系統(tǒng)200中，熱架構(gòu)中的這種變化通過重新放置閥門 249來實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的這個優(yōu)選實(shí)施例中，閥門249是四向柱狀蝴蝶或球狀閥。在所述串行配置中，首先，冷卻劑被泵送通過冷卻劑管線223，所述冷卻劑管線 223熱耦合到驅(qū)動電機(jī)225和相關(guān)的電子裝置(例如，驅(qū)動電子裝置227，充電器229)。在通過所述傳動系統(tǒng)組件后，如圖3中所示，閥門249將冷卻劑管線223耦合到冷卻劑管線 M3，從而允許流動的冷卻劑在被如圖所示的傳動系統(tǒng)組件加熱后通過電池Ml。取決于外部環(huán)境和組件的即時操作特性而串行或并行放置所述電池子系統(tǒng)和所述傳動系統(tǒng)冷卻劑子系統(tǒng)的能力允許車輛子系統(tǒng)的熱量和性能優(yōu)化。將明白的是，這種熱量和性能優(yōu)化隨后導(dǎo)致提高效率以及節(jié)省相關(guān)的操作成本。優(yōu)選地，控制系統(tǒng)109被配置為基于車輛組件的操作特性和環(huán)境狀況，自動控制閥門對9，所述車輛組件的操作特性和環(huán)境狀況都優(yōu)選由系統(tǒng)109監(jiān)測。優(yōu)選進(jìn)行是串行還是并行操作子系統(tǒng)105和107的確定，以優(yōu)化車載能量使用、系統(tǒng)熱響應(yīng)和性能操作條件。 串行和并行操作的一些典型條件如下提供。如圖3所示的串行操作子系統(tǒng)105和107在許多操作場景下提高了系統(tǒng)效率。例如-當(dāng)所述車輛冷時，例如，在將所述車輛停在車庫一晚或一段延長的時間后，串行操作允許在所述冷卻劑通過所述電池系統(tǒng)之前要被所述傳動系統(tǒng)組件加熱。由于許多能量源(例如，可充電電池)具有最小的優(yōu)選操作溫度，所以這個配置允許由所述傳動系統(tǒng)組件產(chǎn)生的熱量加熱所述電池。在使用本發(fā)明的車輛的至少一個實(shí)施例中，這種形式的操作允許去除加熱器對7，由此減少系統(tǒng)復(fù)雜度、初始化成本以及操作成本。在使用本發(fā)明的車輛的至少一個替換實(shí)施例中，這種形式的操作允許減少加熱器M7的尺寸和輸出，由此減少初始化成本和操作成本。注意，當(dāng)環(huán)境溫度低且電池要求加熱時，或者當(dāng)所述車輛停車并且所述電池要求加熱時，可以在駕駛期間使用這種操作模式。在這種模式下，可以通過使用閥門239來在冷卻劑流過所述電池系統(tǒng)之前選擇是否使得所述冷卻劑通過散熱器233，對所述冷卻劑的溫度并且因此對所述系統(tǒng)的效率進(jìn)行調(diào)整。如果所述環(huán)境溫度超過所述傳動系統(tǒng)出氣口溫度，則風(fēng)扇237可以被使用來提供額外的環(huán)境氣流以增加加熱。-在一些情形下，所述電池系統(tǒng)可能太冷而不能被高效地充電。通過串行地操作所述子系統(tǒng)，由充電器2 產(chǎn)生的無用熱量流過所述電池組，從而加熱所述電池，并且允許在加熱器247提供最小的補(bǔ)充加熱(如果存在)的情況下，對所述電池高效地充電。這個方案的其它好處是它去除了或至少最小化了對在操作期間冷卻充電器229的需求。優(yōu)選地， 在這種模式下，在所述充電器和電池變熱時，可以通過使冷卻劑通過散熱器233來對它們進(jìn)行冷卻(如果必要)。風(fēng)扇237可以被使用來提供額外的冷卻。-當(dāng)所述環(huán)境溫度相對低時，串行地操作所述子系統(tǒng)允許通過僅僅使用散熱器 233來冷卻所述傳動系統(tǒng)組件和所述電池系統(tǒng)兩者，其中取決于操作溫度和車輛速度，使用或不使用風(fēng)扇237的操作。結(jié)果是，電池系統(tǒng)241不會要求冷卻子系統(tǒng)101進(jìn)行冷卻。假設(shè)此時不要求所述冷卻子系統(tǒng)來進(jìn)行車廂冷卻，則這種操作模式消除了對子系統(tǒng)101的操作的需求，從而進(jìn)一步提交了操作效率。注意，如果必要，可以經(jīng)由熱量交換器215來通過冷卻子系統(tǒng)101增強(qiáng)冷卻劑冷卻。-當(dāng)環(huán)境溫度非常高，或者如果所述車輛組件中的一個或多個正在高于它的期望操作溫度下操作，則串行操作提供用于經(jīng)由熱量交換器215將所述傳動系統(tǒng)冷卻回路223 耦合到制冷子系統(tǒng)101的便利方法。如圖3中所示，在這種操作模式下，回路223中的冷卻劑可以經(jīng)由制冷子系統(tǒng)101冷卻到可單獨(dú)經(jīng)由散熱器233實(shí)現(xiàn)的溫度，并且可以使用閥門 239來旁路散熱器233，以避免將來自外界環(huán)境的不想要的熱量添加到所述被制冷的冷卻劑。另外，即使沒有制冷子系統(tǒng)101的操作，所述傳動系統(tǒng)組件也通過允許將過多的傳動系統(tǒng)熱量排出到電池Ml (本質(zhì)上，將電池241用作熱電容器)中，在這種配置中受益。圖2例示了用于操作子系統(tǒng)105和107的并行配置。幾個典型操作場景包括-所述并行配置允許對所述傳動系統(tǒng)子系統(tǒng)和所述電池子系統(tǒng)獨(dú)立地進(jìn)行溫度控制，從而允許每個子系統(tǒng)在它可接受的溫度范圍內(nèi)且在最小化浪費(fèi)車輛能量的情況下操作。另外，通過使用制冷子系統(tǒng)101以及熱量交換器215或經(jīng)由加熱器247進(jìn)行加熱，可以將電池241冷卻到任何期望的程度。對所述傳動系統(tǒng)組件的控制經(jīng)由散熱器233/風(fēng)扇237 以及散熱器旁路閥239實(shí)現(xiàn)。-在一些實(shí)例中，即使所述傳動系統(tǒng)仍然冷，所述電池也可以已經(jīng)在優(yōu)選的操作溫度下。并行操作允許電池241維持在這個溫度，或者在期望溫度范圍內(nèi)，同時所述傳動系統(tǒng)仍然正在被加熱。注意，通過使用閥門239來旁路散熱器233，可以加快傳動系統(tǒng)加熱。-取決于所述環(huán)境溫度，在一些實(shí)例中，在充電期間，期望對電池241進(jìn)行獨(dú)立的溫度控制，同時單獨(dú)經(jīng)由散熱器233來冷卻充電器229。將明白的是，本發(fā)明的核心是取決于任何各種不同的系統(tǒng)組件(例如，電機(jī)、充電器、逆變器、電池等)的熱需求、環(huán)境溫度、車輛速度等，通過在串行配置下或在并行配置下操作所述傳動系統(tǒng)熱子系統(tǒng)和所述電池?zé)嶙酉到y(tǒng)來最大化系統(tǒng)效率和/或提高系統(tǒng)熱性能的能力。因此，應(yīng)該理解的是，可以根據(jù)所述示例實(shí)施例中的子系統(tǒng)的個體組件和布局， 修改所述子系統(tǒng)的個體組件和布局，而不會背離本發(fā)明，例如，冷卻/制冷子系統(tǒng)的類型、 車廂HVAC子系統(tǒng)耦合到其它子系統(tǒng)的方式、熱量交換器的數(shù)目、循環(huán)泵/散熱器/風(fēng)扇的數(shù)目等都可以與系統(tǒng)200不同，而不會背離下面的發(fā)明。例如，在系統(tǒng)200的示例修改中， 加熱器247被重新放置為使得在冷卻回路M3中，它直接在電池241之前。
圖4和圖5分別對應(yīng)于圖2和圖3中示出的系統(tǒng)的最小修改，具體地，利用一對三向閥401和403來替換四向閥M9。盡管系統(tǒng)200和400按照相同的方式操作并且提供相同的性能和效率優(yōu)點(diǎn)，但是將明白的是，使用單個四向閥優(yōu)于兩個三向閥，以便減少部件數(shù)量、成本和系統(tǒng)復(fù)雜度，同時提高可靠性。注意，在圖5中，散熱器旁路閥239被示出在與圖 4中示出的活動散熱器位置相對的旁路位置處，從而例示了本發(fā)明的這個方面。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的，可以以其它特定形式具體實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，而不會背離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特性。因此，本文中的公開和描述意在是例示而不是限制在所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙模式車輛熱管理系統(tǒng)，包括與電池系統(tǒng)熱連通的第一冷卻回路，所述第一冷卻回路包括第一循環(huán)泵，用于在所述第一冷卻回路內(nèi)循環(huán)冷卻劑，所述第一冷卻回路還包括第一冷卻劑儲存器；與至少一個傳動系統(tǒng)組件熱連通的第二冷卻回路，所述第二冷卻回路包括第二循環(huán)泵，用于在所述第二冷卻回路內(nèi)循環(huán)所述冷卻劑，所述第二冷卻回路還包括第二冷卻劑儲存器，其中所述冷卻劑被允許在所述第一和第二冷卻劑儲存器之間流動；以及雙模式閥門系統(tǒng)，其中當(dāng)在第一模式下配置所述閥門系統(tǒng)時，所述第一冷卻回路與所述第二冷卻回路并行且分離地操作，以及其中當(dāng)在第二模式下配置所述閥門系統(tǒng)時，所述第一冷卻回路串行耦合到所述第二冷卻回路。
2.如權(quán)利要求1所述的雙模式車輛熱管理系統(tǒng)，其中，所述雙模式閥門系統(tǒng)包括四向閥門，其中在所述第一模式下配置的所述四向閥門將第一閥門進(jìn)氣口與第一閥門出氣口耦合、并且將第二閥門進(jìn)氣口與第二閥門出氣口耦合，以及其中在所述第二模式下配置的所述四向閥門將所述第一閥門進(jìn)氣口與所述第二閥門出氣口耦合、并且將所述第二閥門進(jìn)氣口與所述第一閥門出氣口耦合。
3.如權(quán)利要求1所述的雙模式車輛熱管理系統(tǒng)，其中，所述雙模式閥門系統(tǒng)包括四向閥門，其中，在所述第一模式下配置的所述四向閥門將所述第一冷卻回路的第一部分與所述第一冷卻回路的第二部分耦合、并且將所述第二冷卻回路的第一部分與所述第二冷卻回路的第二部分耦合，以及其中，在所述第二模式下配置的所述四向閥門將所述第一冷卻回路的所述第一部分與所述第二冷卻回路的所述第二部分耦合、并且將所述第二冷卻回路的所述第一部分與所述第一冷卻回路的所述第二部分耦合。
4.如權(quán)利要求1所述的雙模式車輛熱管理系統(tǒng)，其中，所述雙模式閥門系統(tǒng)包括第一三向閥門和第二三向閥門，其中當(dāng)在所述第一模式下配置所述雙模式閥門系統(tǒng)時，所述第一三向閥門將所述第一冷卻回路的第一部分耦合到所述第一冷卻回路的第二部分；其中當(dāng)在所述第一模式下配置所述雙模式閥門系統(tǒng)時，所述第二三向閥門將所述第二冷卻回路的第一部分耦合到所述第二冷卻回路的第二部分；其中當(dāng)在所述第二模式下配置所述雙模式閥門系統(tǒng)時，所述第一三向閥門將所述第一冷卻回路的所述第一部分耦合到所述第二冷卻回路的所述第二部分；以及其中當(dāng)在所述第二模式下配置所述雙模式閥門系統(tǒng)時，所述第二三向閥門將所述第二冷卻回路的所述第一部分耦合到所述第一冷卻回路的所述第二部分。
5 如權(quán)利要求1-4所述的雙模式車輛熱管理系統(tǒng)，其中，所述第一和第二冷卻劑儲存器包括單個冷卻劑儲存器的第一和第二腔室。
6.如權(quán)利要求1-5所述的雙模式車輛熱管理系統(tǒng)，還包括經(jīng)由熱量交換器與所述第一冷卻回路熱連通的制冷子系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求1-6所述的雙模式車輛熱管理系統(tǒng)，所述第一冷卻回路還包括加熱器。
8.如權(quán)利要求1-7所述的雙模式車輛熱管理系統(tǒng)，所述第二冷卻回路還包括旁路閥門，其中位于第一位置處的所述旁路閥門將所述第二冷卻回路耦合到散熱器，以及其中位于第二位置處的所述旁路閥門將所述散熱器與所述第二冷卻回路解除耦合。
9.一種用于管理電動車輛內(nèi)的熱負(fù)載的方法，所述方法包括下述步驟在使得冷卻劑循環(huán)通過傳動系統(tǒng)冷卻回路和電池系統(tǒng)冷卻回路的第一模式和第二模式之間進(jìn)行選擇，其中在所述第一模式下，所述方法還包括下述步驟使得所述冷卻劑循環(huán)通過所述傳動系統(tǒng)冷卻回路，所述傳動系統(tǒng)冷卻回路與至少一個傳動系統(tǒng)組件熱連通；以及使得所述冷卻劑循環(huán)通過所述電池系統(tǒng)冷卻回路，所述電池系統(tǒng)冷卻回路與電池系統(tǒng)熱連通，其中所述使得所述冷卻劑循環(huán)通過電池系統(tǒng)冷卻回路的步驟與所述使得所述冷卻劑循環(huán)通過所述傳動系統(tǒng)冷卻回路的步驟并行執(zhí)行；以及其中，在所述第二模式下，所述方法還包括下述步驟使得所述冷卻劑串行地循環(huán)通過所述傳動系統(tǒng)冷卻回路和所述電池系統(tǒng)冷卻回路。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在所述第一模式下，所述方法包括將所述傳動系統(tǒng)冷卻回路的第一部分耦合到所述傳動系統(tǒng)冷卻回路的第二部分、并且將所述電池系統(tǒng)冷卻回路的第一部分耦合到所述電池系統(tǒng)冷卻回路的第二部分的步驟，以及其中在所述第二模式下，所述方法包括將所述傳動系統(tǒng)冷卻回路的所述第一部分耦合到所述電池系統(tǒng)冷卻回路的所述第二部分、并且將所述電池系統(tǒng)冷卻回路的所述第一部分耦合到所述傳動系統(tǒng)冷卻回路的所述第二部分的步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述選擇步驟還包括將四向閥門放置在與所述第一模式對應(yīng)的第一位置、或者放置在與所述第二模式對應(yīng)的第二位置的步驟。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在所述第一模式下，所述方法還包括將第一三向閥門放置在第一位置、以及將第二三向閥門放置在第一位置的步驟，以及其中在所述第二模式下，所述方法還包括將所述第一三向閥門放置在第二位置、以及將所述第二三向閥門放置在第二位置的步驟。
13.如權(quán)利要求9-12所述的方法，還包括經(jīng)由熱量交換器將所述電池系統(tǒng)冷卻回路熱耦合到制冷子系統(tǒng)的步驟，其中在需要額外的電池系統(tǒng)冷卻時，執(zhí)行將所述電池系統(tǒng)冷卻回路熱耦合到所述制冷子系統(tǒng)的所述步驟。
14.如權(quán)利要求9-13所述的方法，還包括將所述電池系統(tǒng)冷卻回路熱耦合到加熱器的步驟，其中在需要額外的電池系統(tǒng)加熱時，執(zhí)行將所述電池冷卻回路熱耦合到所述加熱器的所述步驟。
15.如權(quán)利要求9-14所述的方法，還包括使用旁路閥門將所述傳動系統(tǒng)冷卻回路耦合到散熱器的步驟，其中當(dāng)需要額外的傳動系統(tǒng)冷卻時，執(zhí)行所述耦合步驟。
全文摘要
提供了一種在車輛中使用的具有雙模式冷卻回路的熱管理系統(tǒng)。至少，所述系統(tǒng)包括與電池系統(tǒng)熱連通的第一冷卻回路、與至少一個傳動系統(tǒng)組件(例如，電機(jī)、電力電子裝置、逆變器)熱連通的第二冷卻回路、以及雙模式閥門系統(tǒng)，所述雙模式閥門系統(tǒng)提供用于在所述兩個冷卻回路并行操作的第一模式和所述兩個冷卻回路串行操作的第二模式之間進(jìn)行選擇的模塊。
文檔編號B60K11/02GK102275521SQ20111013228
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者A·D·巴利諾, C·D·加達(dá), C·R·奧唐奈, S·I·科恩, V·G·約翰斯頓, V·H·梅赫塔, W·A·德布魯伊恩 申請人:特斯拉電機(jī)公司