CN104659440A - 用于冷却电动或混合动力车辆的电池的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动或混合动力式机动车辆配备的存储电池的液体冷却回路，其包括用于热传递流体的循环的主环路(6)，所述主环路(6)连接到用于冷却存储电池的元件(2)；和第一旁路(8)，将主环路(6)连接到空气冷却散热器(3)，以及第二旁路(9)，将主环路(6)连接到意图连接到机动车辆配备的空调系统(13)的热交换器(4)，以通过散热器(3)和/或空调系统(13)的热交换器(4)冷却热传递流体。主环路(6)通过第一递进三通阀(11)连接到第一旁路(8)，并且主环路(6)通过第二递进三通阀(12)连接到第二旁路(9)。

Description

用于冷却电动或混合动力车辆的电池的系统
技术领域
本发明涉及电动或混合动力车辆的电池(例如锂离子电池)的冷却，该电池的容量和使用寿命与它们的热调节质量有关。
背景技术
在电动或混合动力车辆领域中，需要冷却电能存储电池(storage battery)来改善其容量和使用寿命，所述电池在它们充电或放电时变热。
该冷却通过热传递液体执行，所述热传递液体流动通过与一个或多个电池接触或与电池的组成单元接触的中空冷却板，以通过热传导将一个或多个电池或电池的组成单元冷却。
热传递液体例如在散热器处被冷却，所述散热器本身由外部空气冷却，以使电池处产生的热通过液体冷却回路排出到外部。
热传递液体也可通过流动通过热传递液体/冷却剂式的热交换器而被冷却，所述热传递液体/冷却剂式的热交换器连接到车辆的主空调环路，并且该环路的全部或部分冷却剂也流动通过该热传递液体/冷却剂式的热交换器。
然而，这些冷却模式缺乏精确性和效率，并且因此它们不总是允许热传递液体以足够的精确性保持在设定点温度。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于冷却车辆电池的新颖的、更精确的构造。
为此，本发明的主题是用于电动或混合动力式机动车辆的存储电池的液体冷却回路，其特征在于，其包括用于热传递流体的循环的主环路，所述主环路连接到用于冷却存储电池的元件；和至少一个旁路，将所述主环路连接到至少一个空气冷却散热器和/或意图连接到机动车辆配备的空调系统的至少一个热交换器，以通过散热器和/或热交换器冷却热传递流体，每一个旁路通过流量控制器连接到主环路，所述流量控制器根据热传递流体的温度控制每一个旁路中的流量。
如果热交换器或散热器供应关于电池的热约束的过多的热传递流体冷却能力，则该构造使得可以将该流动的仅一部分朝向该热交换器或该散热器取向并且将另一部分转移。因而，意图用于冷却电池的热传递流体的温度不下降到期望的限制温度以下，并且该流体以连续并且稳定的方式流动通过用于冷却电池的构造。
本发明还涉及如上限定的回路，其中，每一个流量控制器为由控制单元控制的三通递进阀，控制单元连接到用于测量热传递流体的温度的传感器。
本发明还涉及如上限定的回路，其包括将主环路连接到空气冷却散热器的第一旁路，和将主环路连接到热交换器的第二旁路，并且其中，第一旁路和第二旁路每一个通过流量控制器连接到主环路，流量控制器根据热传递流体的温度控制流量。
本发明还涉及如上限定的回路，其中，意图连接到空调系统的热交换器为用于空调系统中的流体的蒸发器。
优选地，空调系统包括热交换器，所述热交换器为用于空调系统中的流体的蒸发器。
本发明还涉及如上限定的回路，其中，控制单元包括用于控制车辆的空调系统的器件，以增大或减小该系统的冷却能力。
根据本发明的变形实施例，空调系统包括主环路，主环路包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。压缩机迫使冷却剂流体流动通过该环路，以使其在经过膨胀阀之前经过冷凝器，并且然后在再次到达压缩机之前经过蒸发器。在空调系统的该主环路中，冷却剂流体因而执行热动力学循环，在该热动力学循环中冷却剂流体在冷凝器处排出其热量，并且在该热动力学循环中冷却剂流体在蒸发器处获得热量。
优选地，空调系统的该主环路通过另一个旁路环路连接到热交换器，该另一个旁路环路连接到冷凝器的出口，并且连接到压缩机的入口。该旁路环路优选地包括膨胀阀，冷却剂流体在流动通过热交换器之前经过该膨胀阀，以便之后返回到空调系统的主环路，被再次注射在压缩机的入口处。
根据本发明的一个变形实施例，空调系统可包括流量控制器，用于允许或阻止冷却剂流体流动通过膨胀阀和流动通过蒸发器。
而且，根据本发明的另一个变形实施例，将空调系统的主环路连接到热交换器的旁路环路可包括流量控制器，流量控制器用于允许或阻止冷却剂流体经过膨胀阀和经过热交换器。
优选地，第一和第二旁路沿主环路一个布置在另一个之后。流量控制器由此被致动，以使热传递流体在散热器中和在交换器中被顺次冷却。
优选地，所述流量控制器允许所述流量的递进控制。
本发明还涉及一种用于控制如上所述的用于电动或混合动力式机动车辆的存储电池的液体冷却回路的方法，所述液体冷却回路包括：
热交换器，意图连接到机动车辆配备的空调系统；
控制单元，连接到用于测量热传递流体的温度的传感器以及用于测量外部空气的温度的传感器，该控制单元包括存储器件；
其特征在于，顺次地执行下面的步骤：
a)将被称为设定点值的温度值和被称为阈值的另一温度值存储在该存储器件中；
b)通过传感器测量热传递流体的温度和外部空气的温度；
c)通过控制单元比较热传递流体的温度和设定点值，例如在3℃至5℃的温度值优选地在该比较被执行之前被加到设定点值或被从设定点值减去；
d.1)如果热传递流体的温度高于设定点值，则通过控制单元比较外部空气的温度和阈值，例如在3℃至5℃的温度值优选地在该比较被执行之前被加到阈值或被从阈值减去；
d.2)如果外部空气的温度低于阈值，则控制单元使得：
如果散热器的流量控制器完全打开，则热交换器的流量控制器的开度递进增大；
如果散热器的流量控制器没有完全打开，优选地如果热交换器的流量控制器完全关闭，则散热器的流量控制器的开度递进增大；
d.3)如果外部空气的温度大于或等于阈值，则控制单元使得热交换器的流量控制器的开度递进增大，并且散热器的流量控制器关闭；
e.1)如果热传递流体的温度低于设定点值，则控制单元使得：
如果热交换器的流量控制器完全关闭，并且如果散热器的流量控制器打开，则散热器的流量控制器的开度递进减小；
如果热交换器的流量控制器打开，则热交换器的流量控制器的开度递进减小。
优选地，当冷却要求进一步增加时，控制单元使得控制空调系统增大其冷却能力，从而充分冷却热传递流体使其达到设定点值。
当阅读下面的包括实施例的详细描述时，将更好地理解本发明，并且其他特征和优点将变得显而易见，所述实施例参照单个附图以示例方式给出，以非限制性示例介绍，可用于补充对本发明的理解以及怎样实施本发明的说明，且如果需要，有助于限定本发明。
附图说明
单个附图示意性地显示了根据本发明的用于电动或混合动力式机动车辆的存储电池的液体冷却回路。
具体实施方式
显示在单个附图中并且具有附图标记1的根据本发明的回路通过多个冷却板2冷却存储电池(未示出)，热传递流体流动通过冷却板2。这些冷却板2与存储电池或单元接触以通过传导将它们冷却。
该热传递流体根据外部条件通过由散热器3和/或热交换器4进行的冷却保持在一温度下，该温度的值被称为设定点值，该散热器3本身被外部空气流冷却，热交换器4通过车辆配备的空调系统13的回路被冷却。
实际的冷却回路包括主环路6，主环路6包括泵7，泵7用于迫使热传递流体流动通过冷却板2。该主环路6一方面通过第一旁路环路8连接到散热器3，并通过第二旁路环路9连接到热交换器4。
该回路包括第一递进三通阀11，通过该第一递进三通阀11，主环路6与第一旁路环路8连通。当该阀11完全打开时，流动通过主环路6的全部热传递流体也行进通过第一旁路8，以使其由此在散热器3中被冷却。相比之下，当该阀11完全关闭时，没有热传递流体流动通过第一旁路环路8。
该回路包括第二递进三通阀12，通过该第二递进三通阀12，主环路6与第二旁路环路9连通。当该第二阀12完全打开时，流动通过主环路6的全部热传递流体也行进通过第二旁路9，以使其由此在热交换器4中被冷却。相比之下，当该第二阀12完全关闭时，没有热传递流体流动通过第二旁路9。
因而，第一阀11为用于控制热传递流体流动通过散热器3的阀，而第二阀12为使得可以控制热传递流体流动通过热交换器4的阀。
如单个附图中可见，热交换器4，其为热传递流体/冷却剂型热交换器并且连接到第二旁路9，该热交换器4还连接到机动车辆还配备的空调系统13。因而，热交换器4使得可以用由空调系统13产生的冷量来冷却热传递流体。
该空调系统13包括主环路14，主环路14包括压缩机16，压缩机16迫使冷却剂流体流动通过该环路14，以使冷却剂流体在经过膨胀阀18之前经过冷凝器17，然后在再次到达压缩机16之前经过蒸发器19。在该主环路中，冷却剂流体因而执行热动力学循环，在该热动力学循环中冷却剂流体在冷凝器17处排出其热量，并且在该热动力学循环中冷却剂流体在蒸发器19处获得热量。
该主环路14通过另一个旁路环路21连接到热交换器4，该另一个旁路环路21连接到冷凝器17的出口，并且连接在压缩机16的入口处。该旁路环路21包括膨胀阀22，冷却剂流体在流动通过热交换器4之前经过该膨胀阀22，以随后返回到主环路，被再次注入在压缩机16的入口处。
另外，空调系统13包括用于允许或阻止冷却剂流体流动通过膨胀阀18并且通过蒸发器19的阀23。旁路环路21包括用于允许或阻止冷却剂流体经过膨胀阀22并且经过热交换器4的阀24。
由此，当空调系统13操作时，该系统13的全部或部分冷却剂流体可转移到热交换器4，以冷却流动通过回路1的热传递流体，用于冷却电池。
控制单元(未示出)通过不同的传感器联接到回路1和系统13，并且控制单元还连接到三通递进阀11和12以控制它们，从而冷却热传递流体以将热传递流体保持在其设定点温度。
而且，散热器3和冷凝器17经受冷却空气流，该冷却空气流由箭头27图示，并且由于该冷却空气流，首先散热器3冷却流动通过该散热器3的热传递流体，其次冷凝器17可排放出来自空调系统13的冷却剂流体的热量。
如单个附图中可看到的，第一旁路8和第二旁路9沿主环路6一个布置在另一个之后。阀11和12则可被致动，以使热传递流体在散热器3中以及在热交换器4中被顺次冷却。
用于控制液体冷却回路1的方法包括特别地根据电池的冷却要求选择打开和关闭阀11、12。
由此，当电池的冷却要求相对低并且外部空气的温度足够冷时，热交换器4的阀12关闭，以使热传递流体不能经过热交换器4，并且散热器3的阀11打开到将热传递流体保持在其设定点温度的较大或较小的范围。
该控制通过控制单元(未示出)执行，该控制单元连接到用于测量热传递流体的温度的传感器，并且如果测得的温度高于设定点值则该控制单元增大阀11的开度，并且当测得的温度低于设定点值时该控制单元减小该开度。
相比之下，当冷却要求更大时，也就是说当散热器3的阀11完全打开但是热传递流体的温度仍然高于设定点温度时，与热交换器4相关联的阀12被致动打开，以使已经由散热器3冷却的全部或一些热传递流体经过热交换器4。
在该情况下，空调系统13起动，以执行热传递流体的全部或部分冷却。特别地，空调系统13可能之前已经由企图降低乘客车厢中的温度的车辆乘客车厢的乘坐者起动。否则，通过控制单元(未示出)使空调系统13操作，控制单元还控制阀23和24，以确保冷却剂流体有效地流动通过热交换器4。
热传递流体然后在热交换器4中由空调系统13的冷却剂流体冷却，空调系统13的冷却剂还流动通过该热交换器4，由此使得可以显著地提高冷却能力，从而允许热传递流体保持在其设定点温度。
散热器3的递进阀11然后完全打开，并且交换器4的递进阀12受控于热传递流体的温度，以将热传递流体被保持在其设定点温度。
在该配置中，还可以减小或甚至关闭散热器3的阀11的开度，特别是如果外部温度高于进入散热器3的热传递流体的温度，也就是说当操作条件不允许散热器3冷却热传递流体时。
当冷却要求进一步增大时，控制单元(未示出)控制空调系统13，以使其增大其冷却能力，从而充分冷却热传递流体使其达到设定点温度。
因而，在该情形中，热交换器4的阀12完全打开，以使全部热传递流体流动通过热交换器4，并且空调系统13通过控制单元的控制受控于热传递流体的温度。
在单个附图中示出的示例中，回路1包括两个分开的旁路8,9，其分别由两个三通递进阀11，12供给，三通递进阀11、12由控制单元控制，但是也可构想在本发明范围内的更简单的方案。
因而，递进三通阀11和12中的一个和/或另一个可由一个或多个温度调节式之类的流量控制器代替。这样的控制器使得可以在热传递流体的温度增大的情况下以被动方式(也就是说不需要提供与热传感器相关联的专用控制单元)递进地增大通过每一个旁路的流量，并且反之亦然。
回路的构造也可被简化，通过例如不是提供两个分开的分别专用于热传递流体/空气式热交换器和热传递流体/冷却剂式热交换器的旁路，而是提供单个递进旁路，用于在热传递流体/空气式热交换器和热传递流体/冷却剂式热交换器之间分配热传递流体流。该单个旁路于是通过控制器连接到主环路，控制器用于根据流体的温度控制两个回路之间的流的分配。

Claims (8)

1.一种用于电动或混合动力式机动车辆的存储电池的液体冷却回路，其特征在于，其包括主环路(6)，用于热传递流体的循环，所述主环路(6)连接到用于冷却存储电池的元件(2)；和至少一个旁路(8、9)，将主环路(6)连接到至少一个空气冷却散热器(3)和/或意图连接到机动车辆配备的空调系统(13)的至少一个热交换器(4)，以通过散热器(3)和/或热交换器(4)冷却热传递流体，每一个旁路(8、9)通过流量控制器(11、12)连接到主环路(6)，所述流量控制器(11、12)根据热传递流体的温度控制每一个旁路(8、9)中的流量。
2.根据权利要求1所述的回路，其特征在于，每一个流量控制器(11、12)为由控制单元控制的三通递进阀，所述控制单元连接到用于测量热传递流体的温度的传感器。
3.根据权利要求2所述的回路，其特征在于，控制单元包括用于控制车辆的空调系统(13)的器件，以增大或减小该系统(13)的冷却能力。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的回路，其特征在于，其包括将主环路(6)连接到空气冷却散热器(3)的第一旁路(8)，和将主环路(6)连接到热交换器(4)的第二旁路(9)，并且其中，第一旁路(8)和第二旁路(9)每一个通过流量控制器(11、12)连接到主环路(6)，流量控制器(11、12)根据热传递流体的温度控制流量。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的回路，其特征在于，意图连接到空调系统(13)的热交换器(4)为用于空调系统(13)中的流体的蒸发器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的回路，其特征在于，空调系统(13)包括热交换器(19)，热交换器(19)为用于空调系统(13)中的流体的蒸发器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的回路，其特征在于，所述流量控制器(11、12)允许所述流量的递进控制。
8.一种用于控制根据前述权利要求中任一项所述的用于电动或混合动力式机动车辆的存储电池的液体冷却回路的方法，所述液体冷却回路包括：
热交换器(4)，意图连接到机动车辆配备的空调系统(13)；
控制单元，连接到用于测量热传递流体的温度的传感器以及用于测量外部空气的温度的传感器，该控制单元包括存储器件；
其特征在于，顺次地执行下面的步骤：
a)将被称为设定点值的温度值和被称为阈值的另一温度值存储在该存储器件中；
b)通过传感器测量热传递流体的温度和外部空气的温度；
c)通过控制单元比较热传递流体的温度和设定点值；
d.1)如果热传递流体的温度高于设定点值，则通过控制单元比较外部空气的温度和阈值；
d.2)如果外部空气的温度低于阈值，则控制单元使得：
如果散热器(3)的流量控制器(11)完全打开，则热交换器(4)的流量控制器(12)的开度递进增大；
如果散热器的流量控制器没有完全打开，则散热器(3)的流量控制器(11)的开度递进增大；
d.3)如果外部空气的温度大于或等于阈值，则控制单元使得热交换器(4)的流量控制器(12)的开度递进增大，并且散热器(3)的流量控制器(11)关闭；
e.1)如果热传递流体的温度低于设定点值，则控制单元使得：
如果热交换器(4)的流量控制器(12)完全关闭，并且如果散热器(3)的流量控制器(11)打开，则散热器(3)的流量控制器(11)的开度递进减小；
如果热交换器(4)的流量控制器(12)打开，则热交换器(4)的流量控制器(12)的开度递进减小。
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