CN106856252B - 用于车辆的电池冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车辆电池冷却系统，并且该车辆电池冷却系统包括空调装置，该空调装置包括经由制冷剂线路连接的压缩机、冷凝器、蒸发器和第一膨胀阀，并且该空调装置使制冷剂循环以降低车辆内的温度。电单元冷却装置包括电单元散热器以及与冷却线路连接的水泵，并且电单元冷却装置使冷却水循环以冷却电动机和电单元。电池模块经由电池冷却线路与冷却装置连接。冷却器经由第一连接线路与制冷剂线路连接并且经由第二连接线路与电池冷却线路连接，并且冷却器通过选择性地使冷却水与制冷剂热交换来调节冷却水温度。在电池模块与冷却器之间的电池冷却线路上设置有另一水泵，并且在另一水泵与电池模块之间的电池冷却线路上设置有加热器。

Description

用于车辆的电池冷却系统
相关申请的交叉引证
本申请要求于2015年12月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0174241号的优先权和权益，其全部内容通过引证结合于此。
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的电池冷却系统，且更具体地，涉及这样一种用于车辆的电池冷却系统，该电池冷却系统使空调装置与电单元冷却装置互锁，该电单元冷却装置使冷却水在电动车辆或者混合动力车辆内的电动机和电单元中循环并且基于车辆状态使用使电单元冷却装置循环的冷却水使电池模块升温或降温。
背景技术
通常，用于车辆的空调系统包括使制冷剂循环以使车辆的内部升温或降温(例如，增加或降低车辆内温度)的空调系统。空调装置通过不考虑外部温度变化而将车辆室内温度保持在适当的温度能够保持车辆的舒适室内环境，并且通过驱动压缩机排出的制冷剂通过冷凝器、储存干燥器(receiver dryer)、膨胀阀和蒸发器循环回到压缩机，并且在循环期间出现热交换以增加或降低车辆内的温度。
换言之，在夏季冷却模式中，通过压缩机压缩的高温和高压气体制冷剂通过冷凝器冷凝，然后通过储存干燥器和膨胀阀蒸发以降低车辆的室内温度和湿度。近来，需要研发一种能够基本上替换内燃机(ICE)车辆的环保车辆，其中，越来越多的关注是关于能量效率和环境污染的问题，并且环保车辆通常分成由燃料电池或电力(其为电源)驱动的电动车辆以及由发动机和电池驱动的混合动力车辆。
在环保车辆当中的电动车辆中，与通用车辆的空调不同，不使用独立的加热器，并且应用于电动车辆的空调通常被称为热泵系统。在电动车辆中，氧和氢的化学反应能量被转换为电能以产生驱动力，并且在这个过程期间，通过化学反应在燃料电池中产生热能，并因此，需要有效地去除所产生的热以确保燃料电池的性能。
即使在混合动力车辆中，通过使用从燃料电池或电池供应的电力驱动电动机连同用普通燃料致动的发动机一起产生驱动力，并因此，仅通过有效地去除燃料电池或电池以及电动机产生的热量可确保电动机的性能。因此，在根据相关技术的混合动力车辆或者电动车辆中需要电单元冷却装置、热泵系统以及电池冷却系统，其分别形成为闭合电路，以防止包括电动机、电单元和燃料电池的电池的过热。
因此，设置在车辆的前侧中的冷却模块的尺寸和重量增加，并且使制冷剂或冷却水通过而分别供应至发动机舱中的热泵系统、电单元冷却装置和电池冷却系统的连接管的布局变得复杂。此外，因为基于用于电池的最佳性能的车辆状态使电池升温或降温的电池冷却系统被单独地设置，所以需要多个阀来将电池冷却系统连接至相应连接管并且从阀的频繁关闭和打开产生的噪声和振动传输至车辆的内部，因此使乘坐舒适性劣化。
这个部分公开的以上信息仅用于增强对本发明背景的理解，并且因此这可能包含不构成在本国对于本领域普通技术人员来说已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供了一种用于车辆的电池冷却系统，该电池冷却系统选择性地使用通过电动车辆或混合动力车辆内的空调装置和电单元冷却装置循环的制冷剂和冷却水来以水冷方式使电池模块升温或降温以通过有效的电池管理增加车辆的总行驶距离。
根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的电池冷却系统可以包括：空调装置，包括经由制冷剂线路连接的压缩机、冷凝器、蒸发器和第一膨胀阀，并且空调装置被配置为使制冷剂循环以冷却车辆的内部；电单元冷却装置，包括电单元散热器以及与制冷剂线路连接的第一水泵，并且电单元冷却装置被配置为使冷却水循环以冷却电动机和电单元；电池模块，该电池模块经由电池冷却线路与电单元冷却装置连接；冷却器，该冷却器经由第一连接线路与空调装置的制冷剂线路连接、经由第二连接线路与电池冷却线路连接，并且该冷却器被配置为通过选择性地使冷却水和引入冷却器中的制冷剂热交换来调节冷却水的温度；第二水泵，在电池模块与冷却器之间设置在电池冷却线路上；以及加热器，在第二水泵与电池模块之间设置在电池冷却线路上。
第一连接线路可以包括设置在冷凝器与冷却器之间的第二膨胀阀。第二膨胀阀可以被配置为在车辆冷却模式开始时操作或者被配置为使用制冷剂冷却电池模块，并且第二膨胀阀可以使通过第一连接线路引入的制冷剂膨胀并将膨胀的制冷剂引入到冷却器中。
电池冷却线路可以包括：第一阀，将连接电动机和电单元的冷却线路与电池冷却线路连接在电单元散热器与加热器之间；以及第二阀，将冷却线路、电池冷却线路以及与冷却器连接的第二连接线路连接在电池模块与电单元散热器之间。
在使用冷却水冷却电池模块时，第一阀可以使与电单元散热器连接的冷却线路、与电动机和电单元连接的冷却线路，以及电池冷却线路连接。第二阀可以被配置为在使用冷却水冷却电池模块时关闭第二连接线路。第二阀还可以被配置为在使用制冷剂冷却电池模块时关闭冷却线路并连接电池冷却线路和第二连接线路。第一阀和第二阀可以是三通阀。
可以在电单元散热器与第一阀之间的冷却线路上设置有存储箱。电单元可包括：电力控制单元(EPCU)，在电动机与第一水泵之间设置在冷却线路上；以及车载充电器(OBC)，在电动机与电单元散热器之间设置在冷却线路上。第一水泵和第二水泵可以是电气水泵。当使电池模块升温时，加热器被接通以加热在电池冷却线路中循环的冷却水并将所加热的冷却水引入到电池模块中。
如上所述，根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的电池冷却系统可以选择性地使用电动车辆或混合动力车辆内的空调装置和电单元冷却装置中循环的制冷剂和冷却水来以水冷方式使电池模块升温或降温以简化系统，并且通过有效的电池管理增加车辆的总行驶距离。
此外，通过整个系统的简化，可以降低制造成本和重量并且可以改进空间利用。另外，可以减少用于空调装置和电单元冷却装置的互通的阀的数量以由此降低成本，并且可以降低由于频繁的阀打开和关闭操作导致的噪声和振动以由此改进车辆的乘坐舒适性。
附图说明
当结合以下附图时，从以下详细描述中将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和优点，附图中：
图1是根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的电池冷却系统的框图；
图2是示出了在根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的电池冷却系统中的车辆冷却模式期间冷却电池模块的操作状态视图；
图3是示出了使用根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的电池冷却系统中的制冷剂冷却电池模块的操作状态视图；
图4是示出了在根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的电池冷却系统中冷却电动机和电单元期间冷却电池模块的操作状态视图；
图5是示出了在根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的电池冷却系统中停止冷却电动机和电单元时冷却电池模块的操作状态视图；
图6是示出了在根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的电池冷却系统中未操作空调装置和电单元冷却装置时电池模块升温的操作状态视图；
符号说明
100:电池冷却系统
110:空调装置
111:制冷剂线路
112:压缩机
113:冷凝器
114:第一膨胀阀
115:蒸发器
116:第二膨胀阀
120:电单元冷却装置
121:冷却线路
122:电单元散热器
123:冷却风扇
124:第一水泵
125:电动机
126:电单元
129:存储箱
130:电池模块
131:电池冷却线路
132:第一连接线路
133:第二连接线路
135:冷却器
137:第二水泵
139:加热器
140:第一阀
150:第二阀
具体实施方式
应当理解，本文所使用的术语“车辆(vehicle)”或者“车辆的(vehicular)”或者其他的类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、大巴车、卡车、各种商用车辆的载客车辆，包括各种船只和船舶的水运工具，航天器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式(plug-in，外接充电式)混合动力电动车辆、氢动力车辆、以及其他可替代的燃料车辆(例如，从除石油以外的资源获得的燃料)。如本文中提及，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，兼具汽油动力和电动力的车辆。
尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元来执行示例性过程，然而，可以理解的是，还可通过一个或多个模块来执行示例性过程。此外，应该理解的是，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被构造成存储模块，并且处理器特别地被构造成执行所述模块，以实现一个或多个过程(在下文进一步描述)。
本文所使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而并不旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则如本文所用的单数形式“一个(a)”、“一种(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式。应该进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”规定了存在所阐述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的群组。在本文中使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何和所有组合。
下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施方式。因此，示例性实施方式中示出的配置和本说明书中描述的附图仅是本发明的示例性实施方式并且不代表本发明的所有的技术精神，并且因此，应理解在提交本申请时可替换配置的各种修改实例是可能的。
此外，为更好地理解和便于描述，任意示出了附图中所示的每种组件的尺寸和厚度，但本发明不应局限于此。厚度被增大以清楚地表达各个部分和区域。另外，除非明确地与此相反的描述，否则说明书中描述的“单元”、“装置”、“部件”、“构件”等指的是执行至少一个功能或操作的综合构造的单元。
图1是根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的电池冷却系统的框图。参考图1，根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的电池冷却系统100适用于混合动力车辆或者同样一起使用发动机和电动机的电动车辆。电池冷却系统100与空调装置110和电单元冷却装置120相互作用，该空调装置是被配置为增加或降低车辆内温度的空调，该电单元冷却装置被配置为使电动机125和电单元126降温(例如，降低其温度)。
在本示例性实施方式中，空调装置110可以包括经由制冷剂线路111彼此连接的压缩机112、冷凝器113、蒸发器114和第一膨胀阀115。空调装置110可以被配置为在车辆冷却模式期间通过制冷剂的循环使车辆的内部降温(例如，降低其温度)。电单元冷却装置120可以包括经由冷却线路121连接的电单元散热器122和第一水泵124，并且被配置为使冷却水循环以冷却电动机125和电单元126。特别地，电单元126可以包括在电动机125与第一水泵124之间设置在冷却线路121上的电力控制单元(EPCU)127以及在电动机125与电单元散热器122之间设置在冷却线路121上的车载充电器(OBC)128。
电单元散热器122可以设置在车辆的前侧，并且冷却风扇123可以设置在车辆的后侧以通过操作冷却风扇123和与外部空气的热交换使冷却水冷却。如上构造的电单元冷却装置120可以被配置为通过操作第一水泵124使通过冷却线路121在电单元散热器122中冷却的冷却水循环以使电动机125和电单元126降温。具体地，根据本发明的示例性实施方式的电池冷却系统100可以包括电池模块130、冷却器135、第二水泵137以及加热器139。
电池模块130可以被配置为向电动机125和电单元126供应电力，并且可以经由电池冷却线路131与电单元冷却装置120连接。具体地，电池模块130可以是水冷类型并且因此可以通过冷却水来冷却。冷却器135可以经由第一连接线路132与空调装置110的制冷剂线路111连接，可以经由第二连接线路133与电池冷却线路131连接，并且可以被配置为通过使冷却水与在其中流动的制冷剂热交换来调节冷却水的温度。
特别地，在第一连接线路132中，第二膨胀阀116可以设置在冷凝器113与冷却器135之间。第二膨胀阀116可以被配置为在车辆冷却模式开始或者使用制冷剂冷却电池模块130时操作。第二膨胀阀116可以使通过第一连接线路132引入的制冷剂膨胀以将处于较低温度状态的制冷剂引入到冷却器135中。
换言之，第二膨胀阀116可以使从冷凝器113排出的冷凝制冷剂膨胀以降低制冷剂的温度并将低温度的制冷剂引入到冷却器135中以进一步降低穿过冷却器135内的冷却水的温度。因此，在穿过冷却器135时温度降低的冷却水可以进入到电池模块130中以更有效地使电池模块130降温。
另外，第二水泵137可以设置在电池模块130与冷却器135之间的电池冷却线路131上。第二水泵137可以被配置为使冷却水循环至电池冷却线路131。特别地，第一水泵124和第二水泵135可以是电气水泵。加热器139可以设置在第二水泵135与电池模块130之间的电池冷却线路131上。当电池模块130升温时，可以接通加热器139以加热在电池冷却线路131中循环的冷却水并且引入加热的冷却水。
在本示例性实施方式中，电池冷却线路130可以包括第一阀140和第二阀150。第一阀140可以将连接电动机125和电单元126的冷却线路121与电池冷却线路131连接在电单元散热器122与加热器139之间。当使用冷却水冷却电池模块130时，第一阀140可以使电单元散热器122、连接至电动机125和电单元126的冷却线路121，以及电池冷却线路131连接。
另外，第二阀150可以将冷却线路121、电池冷却线路131以及与冷却器135连接的第二连接线路133连接在电池模块130与电单元散热器122之间。第二阀150可以被配置为当使用冷却水使电池模块130降温时关闭与冷却器135连接的第二连接线路133。另外，第二阀150可以被配置为当使用制冷剂使电池模块130降温时关闭冷却线路121并且使电池冷却线路131与第二连接线路133连接。第一阀140和第二阀150可以是三通阀。
同时，冷却线路121可以包括设置在电单元散热器122与第一阀140之间的存储箱129。存储箱129可以被配置为存储从电单元散热器122引入的冷却的冷却水。在本示例性实施方式中，第一水泵124可以设置在第一阀140与功率控制器127之间的冷却线路121上，但本发明不限于此。第一水泵124可以设置在第一阀140与存储箱129之间的冷却线路121上。当第一水泵124设置在存储箱129与第一阀140之间时，第一水泵124可以被配置为当利用冷却水冷却电池模块130时与第二水泵137一起操作以增加在电池模块130中循环的冷却水的流量。
在下文中，将详细地描述根据本发明的示例性实施方式的如上构造的电池冷却系统100在电池模块130降温和升温中的操作。图2是示出了根据本发明的示例性实施方式的在电池冷却系统中的车辆冷却模式期间电池的冷却的状态视图。
参考图2，当电池模块130在车辆冷却模式期间可以降温时，空调装置110可以被配置为操作成使制冷剂沿着制冷剂线路111循环，并且因此可以使车辆的内部降温(例如，可以降低内部温度)。具体地，制冷剂可以从压缩机112引入到冷凝器113中并且可以在通过与外部空气热交换而被冷凝的同时沿着冷却线路121穿过第一膨胀阀114。
在穿过第一膨胀阀114时膨胀的制冷剂可以通过蒸发器115蒸发，然后再次供应至压缩机112并且可以在空调装置110中循环。具体地，可以打开第二膨胀阀116，并且第二膨胀阀使从冷凝器113排出的制冷剂部分地膨胀并且可以被配置为将膨胀的制冷剂供应至冷却器135。此外，第二阀135可以被配置为关闭冷却线路121，并且使电池冷却线路131与第二连接线路133连接。然后，可以通过第二水泵137的操作将从与冷却器135中的制冷剂热交换而冷却的冷却水引入到电池模块130中。因此，冷却的冷却水可以有效地使电池模块130降温。
图3是示出了使用根据本发明的示例性实施方式的电池冷却系统中的制冷剂使电池降温的操作视图。参考图3，当可以使用制冷剂使电池模块130冷却时，可以停止空调装置110的第一膨胀阀114的操作以防止另外的制冷剂被引入到蒸发器115中。
在上述状态中，制冷剂可以从压缩机112引入到冷凝器113中并且通过与外部空气的热交换被冷凝。然后，制冷剂可以从冷凝器113排出并且制冷剂在沿着冷却线路121穿过第二膨胀阀116时膨胀，然后穿过冷却器135并且供应回到压缩机112。特别地，第二阀135可以被配置为关闭冷却线路121并且使电池冷却线路131与第二连接线路133连接。然后，通过操作第二水泵137可以将通过与冷却器135中的制冷剂的热交换而冷却的冷却水引入到电池模块130中。因此，冷却的冷却水可以有效地冷却电池模块130。
同时，在图2和图3中，电单元冷却装置120在本发明的示例性实施方式中未操作，但本发明不限于此，并且当电动机125和电单元126需要冷却时，冷却水可以通过冷却线路121而循环。图4是示出了在根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的电池冷却系统中冷却电动机和电单元的同时冷却电池的操作视图。
参考图4，电单元冷却装置120可以被配置为操作成冷却电动机125和电单元126。特别地，第一阀140可以使电单元散热器122、连接至电动机125和电单元126的冷却线路121，以及电池冷却线路131连接。另外，第二阀150可以被配置为关闭与冷却器135连接的第二连接线路133。
因此，在电单元散热器113中冷却的冷却水可以在冷却线路121中循环以通过第一水泵124的操作而冷却电动机125和电单元126。同时，冷却水可以通过第二水泵137的操作而在电池冷却线路131中循环。然后，在电单元冷却装置120中循环的冷却水当中，通过电单元散热器122冷却的冷却水可以引入到电池冷却线路131中并且因此可以通过断开的加热器139流动到电池模块130中。因此，冷却的冷却水可以冷却电池模块130。
图5是示出了在根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的电池冷却系统中未操作电动机和电单元时冷却电池的操作视图。参考图5，当电动机125和电单元126不需要冷却时，第一阀140可以被配置为关闭与电动机125和电单元126连接的冷却线路121并且连接电池冷却线路131。另外，第二阀150可以关闭与冷却器135连接的第二连接线路133。
因此，在电单元散热器113中冷却的冷却水通过第二水泵137的操作而在电池冷却线路131中循环。然后，通过电单元散热器122冷却的冷却水可以引入到电池冷却线路131中，并且然后通过断开的加热器130引入到电池模块130中。因此，冷却的冷却水可以冷却电池模块130。
图6是示出了在根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的电池冷却系统中未操作空调装置和电单元冷却装置时电池升温的操作视图。参考图6，为了使电池模块130升温，第二阀150可以被配置为关闭冷却线路121和电池冷却线路131的连接，并且连接第二连接线路133。
此外，电池冷却线路131中的冷却水可以通过第二水泵137的操作而在电池冷却线路131中循环。具体地，加热器139可以被配置为操作成加热在电池冷却线路131中循环的冷却水，以将加热的冷却水引入到电池模块130中。因此，电池模块130可以通过加热的冷却水的引入而迅速升温。
因此，根据本发明的示例性实施方式如上构造的电池冷却系统100可以选择性地使用在电动车辆或者混合动力车辆内的空调装置110和电单元冷却装置120中循环的制冷剂和冷却水来以水冷方式使电池模块130升温或降温从而简化系统，并且可以有效地管理电池，从而增加车辆的总行驶距离。
另外，可以使整个系统简化以由此降低系统的制造成本和重量，并且可以改进空间的利用。此外，可以降低用于空调装置110和电单元冷却装置120的互通的阀的数量以因此降低成本，并且由于频繁的阀打开和关闭操作导致的噪声和振动可以降低以由此改进车辆的乘坐舒适性。
虽然已结合目前认为是示例性的实施方式描述了本发明，但应理解的是，本发明并不限于所公开的示例性实施方式，而是相反，旨在覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (9)

1.一种用于车辆的电池冷却系统，包括：
空调装置，包括经由制冷剂线路连接的压缩机、冷凝器、蒸发器和第一膨胀阀，并且所述空调装置被配置为使制冷剂循环以冷却所述车辆的内部；
电单元冷却装置，包括电单元散热器以及与冷却线路连接的第一水泵，并且所述电单元冷却装置被配置为使冷却水循环以冷却电动机和电单元；
电池模块，所述电池模块经由电池冷却线路与所述电单元冷却装置连接；
冷却器，所述冷却器经由第一连接线路与所述空调装置的所述制冷剂线路连接、经由第二连接线路与所述电池冷却线路连接，并且所述冷却器被配置为通过选择性地使所述冷却水和引入所述冷却器中的所述制冷剂热交换来调节所述冷却水的温度；
第二水泵，在所述电池模块与所述冷却器之间设置在所述电池冷却线路上；以及
加热器，在所述第二水泵与所述电池模块之间设置在所述电池冷却线路上，
其中，所述电池冷却线路包括：
第一阀，将连接所述电动机和所述电单元的所述冷却线路与所述电池冷却线路连接在所述电单元散热器与所述加热器之间；以及
第二阀，将所述冷却线路、所述电池冷却线路以及与所述冷却器连接的所述第二连接线路连接在所述电池模块与所述电单元散热器之间，
其中，在使用冷却水冷却所述电池模块时，所述第一阀使与所述电单元散热器连接的所述冷却线路、与所述电动机和所述电单元连接的所述冷却线路、以及所述电池冷却线路连接，
其中，所述第二阀被配置为在使用冷却水冷却所述电池模块时关闭所述第二连接线路。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的电池冷却系统，其中，所述第一连接线路包括设置在所述冷凝器与所述冷却器之间的第二膨胀阀。
3.根据权利要求2所述的用于车辆的电池冷却系统，其中，所述第二膨胀阀被配置为在车辆冷却模式开始时操作或者被配置为使用所述制冷剂冷却所述电池模块，并且所述第二膨胀阀使通过所述第一连接线路引入的所述制冷剂膨胀并将膨胀的所述制冷剂引入到所述冷却器中。
4.根据权利要求1所述的用于车辆的电池冷却系统，其中，所述第二阀被配置为在使用制冷剂冷却所述电池模块时关闭所述冷却线路并连接所述电池冷却线路和所述第二连接线路。
5.根据权利要求1所述的用于车辆的电池冷却系统，其中，所述第一阀和所述第二阀是三通阀。
6.根据权利要求1所述的用于车辆的电池冷却系统，其中，在所述电单元散热器与所述第一阀之间在所述冷却线路上设置有存储箱。
7.根据权利要求2所述的用于车辆的电池冷却系统，其中，所述电单元包括：
电力控制单元，在所述电动机与所述第一水泵之间设置在所述冷却线路上；以及
车载充电器，在所述电动机与所述电单元散热器之间设置在所述冷却线路上。
8.根据权利要求1所述的用于车辆的电池冷却系统，其中，所述第一水泵和所述第二水泵是电气水泵。
9.根据权利要求1所述的用于车辆的电池冷却系统，其中，当使所述电池模块升温时，所述加热器被接通以加热在所述电池冷却线路中循环的冷却水并将加热的冷却水引入到所述电池模块中。
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