電動車輛熱管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電動車輛熱管理系統(tǒng)。該熱管理系統(tǒng)包括用于調(diào)節(jié)牽引電池的溫度的電池回路。電機回路被設(shè)置為調(diào)節(jié)電機的溫度。所述熱管理系統(tǒng)還包括輻射器。輻射器閥選擇性地控制流體流動通過輻射器。電池閥選擇性地結(jié)合電池回路和電機回路。電池回路和電機回路流體連通且并行排列，以被輻射器冷卻。
【專利說明】電動車輛熱管理系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開涉及一種電動車輛中的熱管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如電池電動車輛(BEV)、插電式電動車輛(PHEV)或混合動力電動車輛(HEV)的車輛包括諸如高電壓電池的電池以作為車輛的能量源。電池容量和循環(huán)壽命可根據(jù)電池的操作溫度而改變。通常期望在車輛操作時或在車輛充電時將電池保持在特定的溫度范圍內(nèi)。
[0003]具有電池的車輛可以包括冷卻系統(tǒng)，以進(jìn)行電池的溫度控制，從而保持充電容量和延長電池壽命，并改善其他電池性能特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個實施例中，提供了一種電動車輛熱管理系統(tǒng)。該熱管理系統(tǒng)包括用于調(diào)節(jié)牽引電池的溫度的電池回路。電池回路包括適于冷卻電池回路中的流體的散熱器和用于使流體在電池回路中循環(huán)的電池泵。電機回路被設(shè)置為調(diào)節(jié)牽引電機的溫度并與電池回路流體連通。電機回路包括用于使流體在電機回路中循環(huán)的電機泵。電機泵和電池泵并行排列。輻射器與電池回路和電機回路流體連通。輻射器閥選擇性地控制流體流動通過輻射器。當(dāng)輻射器閥處于第一位置時，流體流動通過輻射器。當(dāng)輻射器閥處于第二位置時，流體繞過輻射器。電池閥選擇性地結(jié)合電池回路和電機回路。當(dāng)電池閥處于第一位置時，流體并行地流動通過電池回路和電機回路。當(dāng)輻射器閥和電池閥被分別設(shè)置到第一位置時，牽引電池通過輻射器而非散熱器 進(jìn)行冷卻。
[0005]在另一實施例中，提供了一種牽引電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。該熱管理系統(tǒng)包括用于調(diào)節(jié)牽引電池的溫度的電池回路。電機回路被設(shè)置為調(diào)節(jié)電機的溫度。熱管理系統(tǒng)還包括輻射器。輻射器閥選擇性地控制流體流動通過輻射器。電池閥選擇性地結(jié)合電池回路和電機回路。電池回路和電機回路流體連通且并行排列，從而被輻射器冷卻。
[0006]在一個其他實施例中，提供了一種電動車輛熱管理方法。該方法包括命令輻射器閥置于第一位置以允許流體流動通過輻射器。命令電池閥置于第一位置，以允許流體并行地流動通過電池回路和電機回路。輻射器并行地冷卻牽引電機和電池。
[0007]—種電動車輛熱管理方法包括:命令輻射器閥置于第一位置，以允許流體流動通過輻射器；命令電池閥置于第一位置，以允許流體并行地流動通過電池回路和電機回路。其中，輻射器并行地冷卻牽引電機和電池。在不啟用散熱器的情況下冷卻電池。所述方法還包括:如果電池溫度超過閾值溫度，則命令電池閥置于第二位置；啟用散熱器來冷卻電池。所述方法還包括:如果環(huán)境溫度超過閾值溫度，則命令電池閥置于第二位置；啟用散熱器來冷卻電池。所述方法還包括:如果電池溫度低于閾值溫度，則命令輻射器閥置于第二位置，以繞過輻射器；通過電機回路加熱電池。【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是根據(jù)本公開的實施例的電池電動車輛的示意圖；
[0009]圖2是根據(jù)本公開的實施例的示出了一種操作模式的熱管理系統(tǒng)的示意圖；
[0010]圖3是圖2的熱管理系統(tǒng)和操作模式的簡化示意圖；
[0011]圖4是根據(jù)本公開的實施例的圖2的熱管理系統(tǒng)和另一操作模式的簡化示意圖；
[0012]圖5是根據(jù)本公開的實施例的圖2的熱管理系統(tǒng)和另一操作模式的簡化示意圖；
[0013]圖6是根據(jù)本公開的實施例的圖2的熱管理系統(tǒng)和另一操作模式的簡化示意圖；
[0014]圖7是根據(jù)本公開的實施例的圖2的熱管理系統(tǒng)和另一操作模式的簡化示意圖；
[0015]圖8是圖2的熱管理系統(tǒng)的操作模式的示圖。
【具體實施方式】
[0016]按照要求，在此公開本發(fā)明的詳細(xì)的實施例；然而，應(yīng)該理解的是，公開的實施例僅為可以以多種和可選的形式來實施的本發(fā)明的示例。附圖不必須是按比例繪制的；一些特征可能被夸大或最小化，以示出特定組件的細(xì)節(jié)。因此，這里公開的特定結(jié)構(gòu)和功能上的細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為進(jìn)行限制，而僅應(yīng)被解釋為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員來不同地實施本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
[0017]參照圖1,示出了根據(jù)一個或更多個實施例的諸如電池電動車輛(BEV)的電動車輛20。圖1僅代表一種類型的BEV架構(gòu)，且不意在進(jìn)行限制。本公開可以被應(yīng)用于任何合適的BEV。
[0018]車輛20或BEV，是通過電功率(諸如通過電機24)進(jìn)行推進(jìn)而沒有來自內(nèi)燃發(fā)動機的輔助的全電動車輛。電機24接收電功率并提供機械旋轉(zhuǎn)輸出功率。電機24連接到用于通過預(yù)定的齒數(shù)比來調(diào)節(jié)電機24的輸出扭矩和速度的變速箱38。變速箱38通過輸出軸42連接到成組的推進(jìn)輪40。車輛20的其他實施例包括用于推進(jìn)車輛20的多個電機(未示出)。電機24還可以用作用于將機械功率轉(zhuǎn)換為電功率的發(fā)電機。高電壓總線44通過逆變器48將電機24電連接到能量儲存系統(tǒng)46。
[0019]根據(jù)一個或更多個實施例，能量儲存系統(tǒng)46包括主電池50和電池能量控制模塊(BECM)52。BECM適于將車輛20連接到電源78 (諸如IlOV電源或220V電源)，并適于將接收的電流傳送到電池50或傳動系控制系統(tǒng)30。
[0020]主電池50是可以輸出電功率以操作電機24的高電壓電池或牽引電池。主電池50是由一個或更多個電池模塊構(gòu)成的電池包。每個電池模塊可以包括一個電池單體或多個電池單體。通過使用流體冷卻系統(tǒng)、空氣冷卻系統(tǒng)或現(xiàn)有技術(shù)已知的其他冷卻方法來冷卻和加熱電池單體。BECM52用作主電池50的控制器。BECM52還包括管理每個電池單體的荷電狀態(tài)和溫度的電子監(jiān)視系統(tǒng)。電池50具有至少一個溫度傳感器51，諸如熱敏電阻器等。傳感器51與BECM52通信，以提供關(guān)于電池50的溫度數(shù)據(jù)。
[0021]電機24、傳動系控制模塊(TCM) 30、變速箱38和逆變器48被共同地稱為傳動系54。車輛控制器26與傳動系54通信，以使傳動系54的功能與其他車輛系統(tǒng)協(xié)調(diào)?？刂破?6、BECM52和TCM30被示出為單獨的控制器模塊。用于車輛20的控制系統(tǒng)可以包括任何數(shù)量的控制器，并可以被集成到單個控制器中，或可以具有多個模塊。可以通過控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)或其他系統(tǒng)來連接一些控制器或所有的控制器?？刂葡到y(tǒng)可以被構(gòu)造為在多個不同條件中的任何條件下(包括以對電池50和車輛艙室或乘員艙室中的溫度進(jìn)行熱管理的方式)控制電池50和傳動系54的多個組件的操作，并用于電池50的充電和放電操作。
[0022]TCM30被構(gòu)造為控制傳動系54內(nèi)的特定的組件，諸如電機24和/或逆變器48。車輛控制器26監(jiān)視電機24的溫度，并接收來自駕駛員的節(jié)氣門請求(或期望的電機扭矩請求)。通過使用這樣的信息，車輛控制器26將電機扭矩請求提供到TCM30。響應(yīng)于電機扭曲請求，TCM30和逆變器48將由主電池50提供的直流(DC)電壓轉(zhuǎn)換為用于控制電機24的信號。
[0023]車輛控制器26通過用戶界面60向駕駛員提供信息。用戶界面60可以包括允許用戶將請求或期望的車輛操作或充電參數(shù)或其他車輛操作參數(shù)輸入到控制器26中的特征。用戶界面60可以包括觸摸屏界面、連接到諸如移動裝置或計算機的遙控站的無線連接件、以及現(xiàn)有技術(shù)已知的其他輸入界面。車輛控制器26還接收指示車輛系統(tǒng)的當(dāng)前操作狀況的輸入信號。例如，車輛控制器26可以接收來自BECM52的表不電池50的狀況的輸入信號、以及來自傳動系54的表不電機24和逆變器48的狀況的輸入信號。車輛控制器26將諸如電機狀態(tài)或電荷水平狀態(tài)的輸出提供到用戶界面60，這些被可視地傳達(dá)給駕駛員。控制器26在各種用戶請求之間進(jìn)行仲裁，以對充電時和運行時的車輛20進(jìn)行熱管理。
[0024]車輛20包括用于加熱和冷卻多個車輛組件的溫度控制系統(tǒng)62。根據(jù)一個或更多個實施例，溫度控制系統(tǒng)62包括高電壓電加熱器64和高電壓電HVAC壓縮機66。加熱器64被用于加熱循環(huán)通過加熱器芯的冷卻劑,壓縮機66被用于冷卻在一些情況下使艙室和電池冷卻的冷卻劑。加熱器64和壓縮機66可以直接從主電池50獲取電能。溫度控制系統(tǒng)62可以包括用于通過CAN總線56與車輛控制器26通信的控制器(未示出)，或可以被集成到控制器26中。溫度控制系統(tǒng)62的開/關(guān)狀態(tài)被通信至車輛控制器26，并可以基于(例如)操作者致動的開關(guān)的狀態(tài)或溫度控制系統(tǒng)62基于諸如車窗除霜的相關(guān)功能的自動控制。溫度控制系統(tǒng)62可以連接到用戶界面60，以允許用戶設(shè)置艙室的溫度，或預(yù)編程用于車輛未來的操作循環(huán)的溫度。
[0025]根據(jù)一個實施例，車輛20包括諸如12伏特電池的副電池68。副電池68可以被用于向諸如前照燈等的多個車輛附件供電，這里將所述多個車輛附件共同地稱為附件70。DC/DC轉(zhuǎn)換器72可以電性地設(shè)置在主電池50和副電池68之間。DC/DC轉(zhuǎn)換器72調(diào)節(jié)或“階梯式降低”電壓電平以允許主電池50對副電池68充電。低電壓總線74將DC/DC轉(zhuǎn)換器72電連接到副電池68和附件70。
[0026]車輛20包括用于對主電池50進(jìn)行充電的AC充電器76。電連接件78將AC充電器76連接到外部電源(未示出)，以接收AC功率。AC充電器76包括用于將從外部電源接收的AC功率轉(zhuǎn)換或“整流”為用于對主電池50進(jìn)行充電的DC功率的功率電子器件。AC充電器76被構(gòu)造為適于來自外部電源(例如，110伏特、220伏特等)的一個或更多個傳統(tǒng)的電壓源。在一個或更多個實施例中，外部電源包括利用無害可再生能源的裝置，諸如光伏(PV)太陽能面板或風(fēng)力渦輪機(未示出)。
[0027]此外，圖1中示出了駕駛員控制系統(tǒng)80、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)82和導(dǎo)航系統(tǒng)84的簡化的不意性表不。駕駛員控制系統(tǒng)80包括制動系統(tǒng)、加速系統(tǒng)和檔位選擇(換檔)系統(tǒng)。制動系統(tǒng)包括制動器踏板、位置傳感器、壓力傳感器或它們的某些組合、以及連接到諸如主驅(qū)動輪40的車輛車輪的機械連接件，以進(jìn)行摩擦制動。制動系統(tǒng)還可以被構(gòu)造為用于再生制動，其中，制動能量可以被捕捉并被儲存為主電池50中的電能。加速系統(tǒng)包括具有一個或更多個傳感器的加速器踏板，加速器踏板的傳感器與制動系統(tǒng)中的傳感器一樣，向車輛控制器26提供諸如節(jié)氣門請求的信息。檔位選擇系統(tǒng)包括用于手動地選擇變速箱38的齒輪設(shè)置的換檔器。檔位選擇系統(tǒng)可以包括用于將換檔器選擇信息(例如，駐車檔、前進(jìn)檔、空檔)提供到車輛控制器26的換檔位置傳感器。
[0028]導(dǎo)航系統(tǒng)84可以包括導(dǎo)航顯示器、全球定位系統(tǒng)(GPS)單元、導(dǎo)航控制器和用于接收來自駕駛員的目的地信息或其他數(shù)據(jù)的輸入器(全部沒有示出)。在一些實施例中，導(dǎo)航系統(tǒng)可以與用戶界面60集成。導(dǎo)航系統(tǒng)84還可以進(jìn)行與車輛20、其目標(biāo)目的地或其他相關(guān)GPS航路點相關(guān)的距離和/或位置信息的通信。
[0029]圖2示出了用于與如圖1中所示的車輛20 —起使用的形成熱管理系統(tǒng)100的多個集成的熱環(huán)路或回路。熱管理系統(tǒng)100包括電池?zé)峄芈?10、電機回路120和艙室回路130。
[0030]熱管理系統(tǒng)100包括用于在不同的操作模式下選擇性地連接回路的多個閥。在圖2中示出的流動箭頭示出了允許輻射器122冷卻電機回路的牽引電機24和電池?zé)峄芈?10中的電池50的操作模式。電機回路120和電池?zé)峄芈?10并行排列，以使得輻射器冷卻模式能夠?qū)﹄姍C24和電池50進(jìn)行冷卻。將在圖3至圖7中并返回參照圖2來描述另外的操作模式。
[0031]電池?zé)峄芈?10可以加熱電池50和使電池50冷卻。電池50由一個或更多個電池包構(gòu)成，且在圖2中示出了具有一個包的電池50。每個電池包可以具有多個單體104。圖2中的電池50被示出為具有三個單體104，然而如現(xiàn)有技術(shù)已知的，可以將任何數(shù)量的單體用于電池50。電池單體104被換熱器翅片分開，其中，換熱器翅片具有窄的冷卻通道，流體流動通過冷卻通道，以調(diào)節(jié)每個電池單體104的溫度。
[0032]可以作為與電池控制模塊通信或與電池控制模塊集成的車輛控制器的控制器106監(jiān)視電池50，以確定電池50的荷電狀態(tài)和容量。每個單體104可以具有被構(gòu)造為測量單體溫度的相關(guān)的溫度傳感器。溫度傳感器與控制器106通信，從而控制器106也通過監(jiān)視每個電池單體104的溫度來監(jiān)視電池溫度。控制器106通過測量或評估多個電池單體104的溫度來確定電池50的溫度。
[0033]控制器106還與車輛上的環(huán)境溫度傳感器102通信。環(huán)境溫度傳感器102被構(gòu)造為測量環(huán)境的溫度。艙室溫度傳感器112也與控制器106通信，并測量車輛的乘員艙室的溫度，以向HVAC系統(tǒng)提供反饋，從而進(jìn)行艙室的溫度控制。
[0034]可以使用由控制器106控制的電池?zé)峄芈?10來主動地調(diào)節(jié)電池50的溫度。電池50的溫度和每個單體104的溫度確定電池50可以接受的電荷的量和當(dāng)儲存在電池50中時可以使用的電荷的量。
[0035]電池?zé)峄芈?10對電池50進(jìn)行熱管理，以調(diào)節(jié)單體104的溫度，從而保持電池50的使用壽命，允許適當(dāng)?shù)某潆?，并滿足車輛性能屬性。電池?zé)峄芈稩io經(jīng)單體104和換熱流體之間的對流熱傳遞來對電池單體104進(jìn)行主動加熱或主動冷卻。電池?zé)峄芈?10可以被集成到具有溫度控制的加熱和冷卻元件以及動力總成冷卻元件的車輛熱系統(tǒng)中。
[0036]電池?zé)峄芈?10包括循環(huán)通過與電池中的單體104相鄰的冷卻通道的流體，以主要使用對流熱傳遞來加熱或冷卻電池50。流體是有助于調(diào)節(jié)電池單體104的溫度的液體冷卻劑，諸如乙二醇或水或它們的組合。泵114控制電池?zé)峄芈?10中的流體的流動。加熱元件116用作流體的熱源，以加熱流體，并因此主動地加熱電池50。加熱元件116可以為與車輛中的另一熱系統(tǒng)進(jìn)行換熱以回收廢熱的換熱器，或者可以為獨立的加熱器，諸如包括正溫度系數(shù)(PTC)加熱器的電熱器。
[0037]電池?zé)峄芈?10還具有使流體冷卻并因此主動地冷卻電池50的冷卻元件118或散熱器。冷卻元件118可以為蒸汽壓縮或吸收循環(huán)的一部分、與車輛熱系統(tǒng)中的另一元件進(jìn)行換熱的換熱器、或現(xiàn)有技術(shù)已知的其他散熱器。冷卻元件118中的換熱器可以為并流式換熱器、對流式換熱器或現(xiàn)有技術(shù)已知的其他換熱器，以適當(dāng)?shù)丶訜峄蚶鋮s電池?zé)峄芈?10中的流體。
[0038]電池?zé)峄芈?10還包括BECM52。BECM52也可以在使用期間產(chǎn)生熱，也可能需要冷卻，以將BECM52保持在適合的溫度范圍內(nèi)。電池?zé)峄芈?10還可以流動通過電池充電器，以主動地加熱或冷卻BECM52和充電組件。
[0039]為了保護(hù)電池單體104不被熱管理系統(tǒng)100中的污染物影響，電池?zé)峄芈?10還包括過濾器150。過濾器150被設(shè)置在電池50的上游，以過濾碎屑。因為冷卻劑在整個熱管理系統(tǒng)100中循環(huán)，所以過濾器150在碎屑到達(dá)電池單體104中的窄的冷卻通道之前從電機回路120或艙室回路130過濾碎屑。
[0040]電機回路120調(diào)節(jié)牽引電機24的溫度。電機回路120還調(diào)節(jié)來自傳動系控制模塊30和DC/DC轉(zhuǎn)換器72的任何熱負(fù)載的溫度。電機回路120還包括被布置為使換熱流體循環(huán)通過電機回路120的電機泵124。電機泵124可以沿電機回路120位于任何合適的位置。
[0041]熱管理系統(tǒng)還包括輻射器122。輻射器旁通閥126選擇性地控制流體流動通過輻射器122。在第一位置，引導(dǎo)所有的換熱流體沿A方向流動并通過輻射器122。相反地，當(dāng)輻射器旁通閥126處于第二位置時，引導(dǎo)所有的換熱流體沿B方向流動。沿B方向，流體在可能的情況下(諸如在換熱流體低于閾值溫度時)繞過輻射器122。
[0042]電池閥132被設(shè)置為選擇性地結(jié)合電池?zé)峄芈?10和電機回路120。在第一位置，沿C方向引導(dǎo)換熱流體，以有效地將電池?zé)峄芈?10并行地結(jié)合到電機回路120。當(dāng)輻射器旁通閥126處于第一位置、流體沿A方向流動且電池閥132也處于第一位置從而流體沿C方向流動時，流體通過輻射器122的流動與電機回路120和電池?zé)峄芈?10平行地排列。此外，當(dāng)輻射器旁通閥126處于第一位置、流體沿A方向流動且電池閥也處于第一位置從而流體平行流動時，流體流動通過電機回路120和電池?zé)峄芈?10并匯合，且被傳送通過輻射器。電機回路入口 134被布置為與電池回路入口 136平行。相似地，電池泵114被布置為與電機泵124平行。在輻射器122的出口 152處，電機回路入口 134和電池回路入口 136被布置為平行，從而從輻射器122出來的流體并行地進(jìn)入電池回路110和電機回路120。
[0043]并行排列電機回路120和電池?zé)峄芈?10提供了多個優(yōu)點。在并行系統(tǒng)中，在并行回路連接的兩點(入口和出口)之間的跨兩個回路的壓降相同。另外，因為兩個并行的回路在進(jìn)入輻射器之前結(jié)合并在輻射器之后分開，所以兩個并行的回路面對來自輻射器相同的入口溫度。在每個并行分支內(nèi)通過僅提供每個并行分支中的組件所需要的流動，實現(xiàn)了減小的泵功率。因此，每個泵可以較小，且可以使用較少的能量。相反，當(dāng)將回路彼此串行結(jié)合時，流速最大的組件可能確定整個系統(tǒng)的流速，使得高于必須的流速的流體流動通過除了具有最大的流速需求的組件之外的所有組件。這樣的高于必須的流動導(dǎo)致過度的泵功耗，這降低了燃料效率和/或縮短了車輛的由電池驅(qū)動的電動范圍。此外，如果串行排列回路，則輻射器冷卻模式不起作用，這是因為電機回路120可能已將被加熱的換熱流體供應(yīng)給到電池回路110。另外，在串行構(gòu)造中，沿流向的每個組件因流體在上游的加熱而面對比其前方的組件的溫度高的溫度。這可能導(dǎo)致過高的溫度。特別重要的是，當(dāng)輻射器122進(jìn)行冷卻時，示出的并行構(gòu)造與串行構(gòu)造相比在電池回路入口 136處提供了較低的溫度。牽引電池具有低溫需求。在串行布置中，已經(jīng)被電機回路加熱的流體在大多數(shù)情況下沒有提供滿足電池的溫度需求的充足的冷卻。在并行布置中，每個回路面對相同的入口溫度，雖然在每個回路中出現(xiàn)上游加熱，但是整個溫度較低，這對牽引電池以及系統(tǒng)中的其他組件提供了更期望的冷卻。
[0044]第三閥(艙室閥140或HVAC閥)被設(shè)置為選擇性地將換熱流體提供到艙室回路130。在第一位置，艙室閥140被布置為沿E方向引導(dǎo)流體朝向電機回路120流動，并通常使艙室回路130隔離。在第二位置，艙室閥140沿F方向引導(dǎo)流體流動，這允許流體進(jìn)入艙室回路130。如果電機回路120具有充分加熱的流體，則這樣的加熱的流體可以通過降低流體加熱器148 (諸如PTC)所必須消耗的能量來減輕流體加熱器148的負(fù)荷，其中，流體加熱器148所必須消耗的能量是為了通過艙室回路130中的加熱器芯146提供具有合適溫度的流體以用于艙室加熱。
[0045]在圖2中示出的以及在圖3中更簡化地示出的流體流動示出了熱管理系統(tǒng)100的有效冷卻模式。該冷卻模式允許輻射器122和低電壓扇142對電機回路120和電池?zé)峄芈?10中的熱負(fù)載進(jìn)行冷卻。當(dāng)電池閥132被設(shè)置到第一位置以沿C方向引導(dǎo)流動而使電池回路110和電機回路120結(jié)合時，電池回路110與電機回路120并行排列。輻射器122與電池回路110和電機回路120串行排列。在電池?zé)峄芈?10和輻射器122串行排列的情況下，輻射器122對包括牽引電池50和電池單體104的電池?zé)峄芈?10進(jìn)行冷卻，而不需要打開散熱器118。預(yù)期的是，輻射器122可以在從(例如)O攝氏度至25攝氏度的大的環(huán)境溫度范圍內(nèi)對電池?zé)峄芈?10進(jìn)行冷卻。輻射器122和低電壓扇142與運行散熱器118相比消耗較少的能量，這增加了燃料效率和/或增加了車輛的由電池50驅(qū)動的電動范圍。使用輻射器122來對牽引電池50進(jìn)行冷卻還因為較少地使用散熱器118而改善了熱管理系統(tǒng)110的穩(wěn)健性和耐久性，并在散熱器118因某種原因變得不可操作時可以對電池進(jìn)行冷卻。
[0046]當(dāng)電池閥132運動到第二位置時，沿D方向引導(dǎo)換熱流體以使電池回路110和電機回路120基本隔離。艙室閥140處于第一位置，以沿E方向引導(dǎo)流動，從而還使艙室回路130隔離。如圖4中的簡化示意圖所示，熱管理系統(tǒng)100處于隔離模式下，在隔離模式下，每個熱回路彼此隔離。可在高于閾值環(huán)境溫度時(例如，在高于25攝氏度時)使用隔離模式，其中，在高于閾值環(huán)境溫度時，輻射器122不再能夠?qū)﹄姵?0進(jìn)行充分冷卻。在高于閾值溫度時，可通過散熱器118和空調(diào)系統(tǒng)對電池進(jìn)行冷卻。散熱器118通過使電池回路110中的流體和低于環(huán)境溫度的制冷劑之間進(jìn)行換熱而使電池回路110冷卻。在該模式下，可能不需要對艙室進(jìn)行加熱，所以艙室回路與熱管理系統(tǒng)100分開并關(guān)閉。
[0047]在隔離模式下，輻射器旁通閥126可以改變以沿A方向或B方向引導(dǎo)流動，從而根據(jù)電機回路120的溫度條件來提供恒溫器效果。溫度傳感器128可以被設(shè)置為確定電機回路120中選擇的點處的換熱流體的溫度。如所示出的，溫度傳感器128可以被布置在所有的熱負(fù)載(諸如電機24、TCM30和DC/DC轉(zhuǎn)換器72)的下游，以記錄換熱流體的最高溫度?；谟蓽囟葌鞲衅?28確定的溫度，諸如控制器106的控制器可以確定是否將輻射器旁通閥126布置在沿A方向朝向輻射器122引導(dǎo)流動的第一位置或?qū)⑤椛淦髋酝ㄩy126布置在第二位置，此時流體沿B方向繞過輻射器122流動。因為大多數(shù)組件的冷卻劑溫度需求可以以入口冷卻劑溫度為基礎(chǔ)，所以其優(yōu)點還在于提供了由溫度傳感器128調(diào)節(jié)的入口 134。
[0048]艙室回路130可以包括用于車輛的HVAC系統(tǒng)或用于車輛乘員艙室的溫度控制系統(tǒng)。如所示出的，艙室回路130具有包括泵144和加熱器芯元件146的流體回路，以使用加熱的流體來將加熱的空氣提供到艙室通風(fēng)孔。
[0049]電池?zé)峄芈?10、電機回路120和艙室回路130是三個單獨的但被一體化的熱回路?；芈?10、120和130可以關(guān)閉三個單獨的閥并通過使用三個單獨的泵而彼此獨立地運行?；蛘?，回路110、120和130可以選擇性地混合，從而(例如)來自電機24的廢熱可被用于加熱艙室或加熱電池50。在每個回路是分開的情況下，多重一體化的熱回路架構(gòu)使回路110,120和130中的每個回路中的必須的組件最少化，這允許(例如)節(jié)約成本和減輕重量。
[0050]例如，圖5示出了所有的回路110、120和130連接且換熱流體循環(huán)通過所有的回路的全混合模式。在全混合模式下，電池閥132被設(shè)置到第一位置，以沿C方向引導(dǎo)流動，艙室閥140被設(shè)置到第二位置，以沿F方向引導(dǎo)流動。在全混合模式下，電機回路120和電池回路110并行且艙室回路130串行連接到電機回路120和電池回路的匯合流。當(dāng)來自電機回路120和電池?zé)峄芈?10的廢熱可以被用于加熱車輛的乘員艙室而不需要加熱器148時，可以在窄的溫度范圍內(nèi)使用混合模式。
[0051]在全混合模式下，輻射器閥126被繞過，并因此不影響熱管理系統(tǒng)100的功能。
[0052]圖6示出了電池?zé)峄芈?10被隔離但使電機回路120和艙室回路130混合的模式。在電池隔離模式下，電池閥132被設(shè)置到第二位置以沿D方向引導(dǎo)流動，以使電池?zé)峄芈?10基本隔離。艙室閥140被設(shè)置到第二位置，以沿F方向引導(dǎo)流動，從而來自電機回路120的流動被引導(dǎo)到艙室回路130，所以電機回路120和艙室回路130串行連接?？梢栽陔姵?0的溫度處于目標(biāo)范圍內(nèi)時使用圖6中的電池隔離模式。通過隔離電池?zé)峄芈?10，由加熱元件116來調(diào)節(jié)電池50的溫度并通過使用散熱器118來冷卻電池50的溫度。
[0053]當(dāng)電池溫度傳感器檢測到在(例如)10攝氏度和45攝氏度之間的目標(biāo)電池溫度范圍時，控制器106可以命令電池閥置于第二位置和圖6中的電池隔離模式。目標(biāo)范圍可以根據(jù)(例如)環(huán)境溫度或駕駛員使用來改變。在隔離模式下，當(dāng)由輻射器122產(chǎn)生的冷卻不足時，電池50需要在較高的環(huán)境溫度條件下被冷卻。可選擇地，當(dāng)車輛插電時，電池50需要使用加熱元件116進(jìn)行加熱。當(dāng)電池回路110被隔離時，輻射器122不影響電池回路110。然而，輻射器122可以在打開以沿A方向引導(dǎo)流動的情況下影響電機回路120。
[0054]最后，圖7示出了當(dāng)電池閥132被設(shè)置到第一位置以沿C方向引導(dǎo)流動時使得電池?zé)峄芈?10和電機回路120并行連接的熱管理系統(tǒng)100的另一構(gòu)造。在該加熱模式下，艙室回路130在艙室閥140被設(shè)置到第一位置以沿E方向引導(dǎo)流動時被隔離。與在圖2和圖3中示出的輻射器冷卻模式不同，輻射器閥126被設(shè)置到第二位置以繞過輻射器122并沿B方向引導(dǎo)流動。在這樣的加熱模式下，當(dāng)環(huán)境溫度低于閾值溫度(此時環(huán)境較冷)且車輛正在行駛時，電池50和電池?zé)峄芈?10可以被來自電機回路120的廢熱加熱。加熱模式將加熱冷的電池50。艙室回路130在名義上以遠(yuǎn)高于電池回路110的溫度運行，從而艙室回路130需要被隔離。最終，對于電池50來說電機回路120可能變得過熱，這可能再次使電池回路110相對于過熱的艙室回路130隔離，如上所述。
[0055]在本公開的另一實施例中，還預(yù)期的是，艙室回路130可以永久地與電池?zé)峄芈?10和電機回路120隔離。這可能去除閥140和其他管路，從而節(jié)約成本和減輕重量，以及
簡化艙室空調(diào)控制。
[0056]圖8是基于福射器閥126、電池閥132和艙室閥140的多個位置來總結(jié)熱管理系統(tǒng)的操作模式的示圖。
[0057]雖然上面描述了示例性實施例，但是其沒有意在以這些實施例來描述本發(fā)明的所有可能的形式。相反，在說明書中使用的詞語是描述性的而非限制性的詞語，且應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行多種改變。另外，多個實施性實施例的特征可以組合以形成本發(fā)明的另外的實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種電動車輛熱管理系統(tǒng),包括: 電池回路，用于調(diào)節(jié)牽引電池的溫度，電池回路包括適于冷卻電池回路中的流體的散熱器和用于使流體在電池回路中循環(huán)的電池泵； 電機回路，用于調(diào)節(jié)牽引電機的溫度并與電池回路流體連通，電機回路包括用于使流體在電機回路中循環(huán)的電機泵，電機泵和電池泵并行排列； 輻射器，與電池回路和電機回路流體連通； 輻射器閥，用于選擇性地控制流體流動通過輻射器，其中，在第一位置，流體流動通過輻射器，在第二位置，流體繞過輻射器； 電池閥，用于選擇性地結(jié)合電池回路和電機回路，其中，在第一位置，流體并行地流動通過電池回路和電機回路， 其中，當(dāng)輻射器閥和電池閥被分別設(shè)置到第一位置時，牽引電池通過輻射器而非散熱器進(jìn)行冷卻。
2.如權(quán)利要求1所述的電動車輛熱管理系統(tǒng)，其中，當(dāng)電池閥處于第二位置時，電池回路與電機回路和輻射器基本隔離。
3.如權(quán)利要求1所 述的電動車輛熱管理系統(tǒng)，所述熱管理系統(tǒng)還包括: 控制器，操作性地連接到輻射器閥和電池閥， 其中，控制器被構(gòu)造為命令輻射器閥和電池閥分別置于第一位置，以使?fàn)恳姵夭煌ㄟ^散熱器進(jìn)行冷卻，如果電池溫度超過閾值溫度，則控制器被構(gòu)造為命令電池閥置于第二位置并啟用散熱器。
4.如權(quán)利要求3所述的電動車輛熱管理系統(tǒng)，其中，如果電池溫度低于閾值溫度，則控制器命令輻射器閥置于第二位置以繞過輻射器，并通過電機回路來加熱電池。
5.如權(quán)利要求1所述的電動車輛熱管理系統(tǒng)，所述熱管理系統(tǒng)還包括: 艙室回路，用于調(diào)節(jié)乘員艙室的溫度； 艙室閥，用于選擇性地將艙室回路結(jié)合到所述熱管理系統(tǒng)， 其中，艙室回路與電機回路串行連接。
6.如權(quán)利要求1所述的電動車輛熱管理系統(tǒng)，其中，輻射器出口與并行排列的電池回路入口和電機回路入口串行排列。
7.—種牽引電池?zé)峁芾硐到y(tǒng),包括: 電池回路，用于調(diào)節(jié)牽引電池的溫度； 電機回路，用于調(diào)節(jié)電機的溫度； 輻射器； 輻射器閥，用于選擇性地控制流體流動通過輻射器； 電池閥,用于選擇性地結(jié)合電池回路和電機回路， 其中，電池回路和電機回路流體連通且并行排列，從而被輻射器冷卻。
8.如權(quán)利要求7所述的熱管理系統(tǒng)，其中，當(dāng)輻射器閥處于第一位置時，流體流動通過輻射器，當(dāng)電池閥處于第一位置時，流體并行地流動通過電池回路和電機回路，從而輻射器并行地冷卻牽引電機和電池。
9.如權(quán)利要求8所述的熱管理系統(tǒng)，所述熱管理系統(tǒng)還包括: 散熱器，適于冷卻電池回路中的流體，其中，當(dāng)輻射器閥處于第一位置且電池閥處于第一位置時，電池通過輻射器而非散熱器進(jìn)行冷卻。
10.如權(quán)利要求7所述的熱管理系統(tǒng)，其中，當(dāng)電池閥處于第二位置時，電池回路與電機回路和輻射器基本隔離。
11.如權(quán)利要求7所述的熱管理系統(tǒng)，所述熱管理系統(tǒng)還包括: 電機回路泵，被布置為選擇性地使流體循環(huán)通過電機回路； 電池回路泵，被布置為選擇性地使流體循環(huán)通過電池回路， 其中，電機回路泵和電池回路泵并行排列。
12.如權(quán)利要求7所述的熱管理系統(tǒng)，其中，輻射器出口與并行排列的電池回路入口和電機回路入口串行排列。
13.如權(quán)利要求7所述的熱管理系統(tǒng)，所述熱管理系統(tǒng)還包括: 艙室回路，用于調(diào)節(jié)乘員艙室溫度； 第三閥，用于選擇性地將艙室回路結(jié)合到所述熱管理系統(tǒng)。
14.如權(quán)利要求7所述的熱管理系統(tǒng)，所述熱管理系統(tǒng)還包括: 控制器，操作性地連接到輻射器閥和電池閥， 其中，控制器被構(gòu)造為命令輻射器閥和電池閥分別置于第一位置，以使?fàn)恳姵夭煌ㄟ^散熱器進(jìn)行冷卻，如果電池溫度超過閾值溫度，則控制器被構(gòu)造為命令電池閥置于第二位置并啟用散熱器。
15.如權(quán)利要求14所述的熱管理系統(tǒng)，其中，如果電池溫度低于閾值溫度，則控制器命令輻射器閥置于第二位置以繞過輻射器，并通過電機回路來加熱電池。
【文檔編號】H01M10/625GK103972607SQ201410040911
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月1日
【發(fā)明者】馬克·G·史密斯, 威廉·塞繆爾·施瓦茨, 肯尼斯·J·杰克遜, 大衛(wèi)·法博瑞克特瑞 申請人:福特全球技術(shù)公司