CN107009841B - 电动车辆客舱加热 - Google Patents

Abstract

一种示例性电动车辆总成，包括电池组、客舱加热器、和冷却剂回路，冷却剂回路从电池组向客舱加热器传输液体冷却剂，客舱加热器配置为通过来自于液体冷却剂的热能加热车辆的客舱。

Description

电动车辆客舱加热

技术领域

本发明大体上涉及加热电动车辆的客舱。更具体地，本发明涉及使用来自于给电池充电的热能加热客舱。

背景技术

通常，电动车辆区别于传统的机动车辆，因为电动车辆选择性地使用一个或多个电池供电的电机进行驱动。相比于电动车辆，传统的机动车辆只使用内燃发动机驱动。电机可替代内燃发动机，或者除内燃发动机之外还使用电机，来驱动电动车辆。示例的电动车辆包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、燃料电池车辆(FCV)、和电池电动车辆(BEV)。

为电动车辆的电池充电可产生热能，特别是在快速充电期间。一些电动车辆使用冷却剂将热能传递远离充电电池。液体冷却剂可被用于控制为电机供电的电池中的热能水平。液体冷却剂可根据例如准备为电池充电或增强性能的需要增加或减少电池温度。

发明内容

一种根据本发明的示例性方面的电动车辆总成，除了别的之外包括电池组、客舱加热器、和冷却剂回路，冷却剂回路从电池组向客舱加热器传输液体冷却剂。客舱加热器配置为通过来自于液体冷却剂的热能加热车辆的客舱。

在前述总成的进一步非限制性实施例中，在充电期间液体冷却剂冷却电池组。

在前述总成的进一步非限制性实施例中，客舱加热器包含配置为将来自于冷却剂回路中的液体冷却剂的热能传递至加热车辆的客舱的气流的加热器芯。

在前述总成的进一步非限制性实施例中，总成包括使气流移动通过客舱加热器的鼓风机。

在前述总成的进一步非限制性实施例中，总成包括冷却器，冷却剂回路进一步使来自于客舱加热器的液体冷却剂传输至冷却器。

在前述总成的进一步非限制性实施例中，总成包括制冷剂剂回路。冷却器配置为将来自于冷却剂回路中的液体冷却剂的热能传递至制冷剂回路中的可膨胀的制冷剂。

在前述总成的进一步非限制性实施例中，总成包括阀总成，该阀总成配置为在一些操作条件下将液体冷却剂从电池组引导至客舱加热器以及配置为在其它操作条件下将液体冷却剂从电池组引导至散热器。

在前述总成的进一步非限制性实施例中，总成包括阀总成，该阀总成配置为在一些操作条件下将液体冷却剂从电池组引导至客舱加热器以及配置为在其它操作条件下将液体冷却剂从电池组引导至冷却器。

在前述总成的进一步非限制性实施例中，充电是快速充电。

在前述总成的进一步非限制性实施例中，充电是DC快速充电。

在前述总成的进一步非限制性实施例中，电池组是牵引电池组。

一种根据本发明的示例性方面的在充电期间冷却电池组的方法，除了别的之外包括：传输液体冷却剂通过电池组以移除当为电池组充电时产生的来自于电池组的热能、和将来自于电池组的液体冷却剂传输至客舱加热器。

在前述方法的进一步非限制性实施例中，方法包括在客舱加热器的加热器芯处将来自于液体冷却剂的热能传递至气流，并且使用气流加热车辆的客舱。

在前述方法的进一步非限制性实施例中，方法包括在传递和加热期间保持液体冷却剂处于液相。

在前述方法的进一步非限制性实施例中，充电是快速充电。

在前述方法的进一步非限制性实施例中，充电是DC快速充电。

在前述方法的进一步非限制性实施例中，方法包括使用从电池组延伸至客舱加热器的冷却剂回路将液体冷却剂传输远离电池组。

在前述方法的进一步非限制性实施例中，方法包括沿着冷却剂回路从客舱加热器传输液体冷却剂至冷却器，并且在冷却器处从液体冷却剂传递热能至可膨胀的制冷剂。

在前述方法的进一步非限制性实施例中，方法包括，在充电之后，致动至少一个阀以引起冷却剂回路从电池组延伸至散热器，并且将液体冷却剂传输通过散热器以从液体冷却剂移除热能。

在前述方法的进一步非限制性实施例中，方法包括，在充电之后，致动至少一个阀以引起冷却剂回路从电池组延伸至冷却器，并且将液体冷却剂传输通过冷却器以从液体冷却剂移除热能。

附图说明

通过具体实施方式，所公开的实例的各种特征和优点对于本领域技术人员来说将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可被简述如下：

图1表示在第一操作条件下操作的示例电池和客舱控制系统；

图2表示在第二操作条件下操作的图1的电池和客舱控制系统；

图3表示在第三操作条件下操作的图1的电池和客舱控制系统；

图4表示电池和客舱控制系统操作条件；

图5表示与图1、2和3的电池和客舱控制系统结合使用的控制器设置的高度示意图。

具体实施方式

本发明大体上涉及加热电动车辆的客舱、或乘客舱。更具体地，本发明是为了使用当为电池充电时产生的热能加热客舱，特别是当电池的快速充电时产生的热能。

参照图1，示例的电池和客舱控制系统10包括电池14、散热器18、客舱22、冷却剂加热器24、和加热器芯26。系统10被用在电动车辆中。

在该实例中，电池14是牵引电池。电池14包括多个电池单元，其可选择性地为一个或多个电机供电以驱动车辆的一组或多组驱动轮。

在一些实例中，合并了系统10的车辆是具有包括电机和电池14的第一驱动系统和包括内燃发动机和发电机的第二驱动系统的混合动力电动车辆。两个驱动系统可选择性地产生驱动车辆车轮的扭矩。

在另一实例中，电池14提供电力至驱动电池电动车辆的车轮的一个或多个电机。在电池电动车辆中，驱动轮仅通过只一个或多个电机驱动。

电池14中的电池单元可在充电期间、在车辆操作期间、和在高环境温度环境中升温。使电池单元的温度保持在阈值温度范围内可提高电池14的效率并延长电池14的使用寿命。在一些实例中，阈值温度范围从0至35摄氏度。经常需要使电池14冷却以保持或促使电池14的温度在阈值温度范围内。

客舱22大体上指的是车辆的乘客舱。客舱22是提供为车辆的乘客就座的大体上封闭的区域。需要加热或冷却客舱22以便为乘客提供舒适的环境。

在图1中，系统10被示意性示出在第一操作条件下操作，其中电池14使用散热器18被冷却，并且客舱22使用冷却剂加热器24和加热器芯26加热。当电池14产生热并且客舱22也需要热时，车辆可在第一操作条件下操作系统。

当在第一操作条件下操作时，系统10的第一冷却剂回路28从电池14延伸至散热器18。泵32可被用于沿着第一冷却剂回路28移动冷却剂。第一冷却剂回路28从电池14向散热器18传输流体流，例如液体冷却剂，。沿着第一冷却剂回路28的从电池14至散热器18移动的流从电池14运送热能至散热器18。在散热器18处，热能从第一冷却剂回路28中的流中传递至车辆外部环境。冷却风扇可用于迫使气体穿过散热器18或如果车辆正在移动，强制进气(ram air)被用于最小化风扇操作。散热器18在该实例中是电池散热器。

沿着第一冷却剂回路28的从电池14至散热器18移动的流将热能运送远离电池14以冷却电池14。在电池14中，流可穿过热交换片，其中流体从设置在热交换片上的电池单元带走热能。在其它实例中，流体穿过轴向相邻的电池单元以带走热能而不是穿过热交换片，或除了穿过热交换片之外还穿过轴向相邻的电池单元以带走热能。

当在第一操作条件下操作时，系统10包括从冷却剂加热器24延伸至加热器芯26的第二冷却剂回路34。冷却剂加热器24和加热器芯26一起提供可提供热能以加热客舱22的客舱加热器总成。

泵42可被用于沿着第二冷却剂回路34移动冷却剂。在第一操作条件中，第一冷却剂回路28和第二冷却剂回路34是分开的并且彼此不同。

在冷却剂加热器24处，加热第二冷却剂回路34中的流体，例如，液体冷却剂。在该实例中，冷却剂加热器24是正温度系数加热器。冷却剂加热器24被电力驱动并且传递热能至第二冷却剂回路34中的流体。流体之后移动至加热器芯26。

加热器芯26可被设置在HVAC(暖通空调)箱中并且，更具体地，在HVAC箱的风道36中。鼓风机38引导气体穿过风道36并且穿过加热器芯26的至少一部分。来自于第二冷却剂回路34中的流体的热能通过鼓风机38传递至移动穿过加热器芯26的空气。第二冷却剂回路34的一部分因此延伸至风道36中并且无需单独的流路将来自于第二冷却剂回路34中的流体的热能通过鼓风机38传递至移动穿过加热器芯26的空气。空气从风道36移动至客舱22以加热客舱22。加热客舱22可增加客舱22的温度至乘客的舒适水平。

在图1的第一操作条件的实例中，电池14使用第一冷却剂回路28冷却，并且客舱22使用第二冷却剂回路加热。在第一操作条件的其它实例中，电池14使用第一冷却剂回路28冷却并且客舱22使用传统的A/C(空调)系统冷却。在第一操作条件的其它实例中，电池14使用第一冷却剂回路28冷却并且客舱22当系统10运行时既不加热也不冷却。

再参照图1的第一冷却剂回路28，传感器46被用于监测进入电池14的流体的温度。如果流体的温度不足够低至从电池14移除足够热能，系统10可切换至在第二操作条件下操作以以不同方式冷却电池14。

例如，如果电池14产生不能在散热器18有效传输至环境空气的多余的热能，系统10可切换至第二操作条件以提供额外冷却以保持电池14的温度低于阈值温度。

参照图2，系统10被示出在第二操作条件下操作，其中电池14使用冷却器30冷却，并且客舱22使用冷却剂加热器24和加热器芯26加热。当电池14产生多于散热器18可有效传输至环境的热时，例如当电池14在环境温度相对高时需要冷却时，车辆可在第二操作条件下操作系统。在这样的环境温度中，通常需要冷却而不是加热客舱22。因此，泵42不使流体穿过图2中的第二冷却剂回路34。具有制冷剂的客舱空调系统可被用于冷却客舱22。

当在第二操作条件下操作时，系统10的第三冷却剂回路60从电池14延伸至冷却器30。泵32可用于使流体沿着第三冷却剂回路移动。在该实例中，第一阀54被致动以引起流体沿着第三冷却剂回路60而非图1的第一冷却剂回路28移动。

沿着第三冷却剂回路60移动的流体从电池14向冷却器30传递热能。客舱空调系统的制冷剂在制冷剂流动路径64中通过冷却器30。制冷剂带走来自于第三冷却剂回路60中的冷却剂的热能。在该实例中，冷却器30可为电池14提供比散热器18更多的冷却。

在制冷剂流动路径中通过冷却器30的制冷剂是客舱空调系统的一部分，其可被用于冷却客舱22。本领域技术人员和本发明的受益者将理解使用制冷剂的客舱空调系统。这样的系统典型地包括至少一个压缩制冷剂的压缩机、膨胀阀、蒸发器、制冷剂压力传感器、和冷凝器。在客舱空调系统的制冷剂冷却循环期间，制冷剂转换经过蒸汽和液体状态。

在该实例中，在第二操作条件下，阀转换以将液体制冷剂的一些传输至冷却器30以冷却沿着第三冷却剂回路60移动穿过冷却器30的流体。操作冷却器30减少了客舱空调系统的效率，因为冷却器30是主动系统。散热器18提供被动系统并且因此大体上被首选用于冷却电池14，除非散热器18不能提供足够冷却。因此，系统10典型地使用第一冷却剂回路28中的散热器18冷却电池14，除非并且直到散热器18不再能够从第一冷却剂回路28中的流体移除足够的热能以有效冷却电池14。

在图2的第二操作条件的实例中，电池14使用第三冷却剂回路60冷却，并且客舱22使用客舱空调系统冷却。在第二操作条件的其它实例中，电池14使用第三冷却剂回路60冷却并且客舱22使用第二冷却剂回路34加热。在第二操作条件的其它实例中，电池14使用第三冷却剂回路60冷却并且客舱22既不被加热也不被冷却。

在图1和2中，第一冷却剂回路28和第三冷却剂回路60被示为彼此独立运转的冷却剂回路。也就是说，第一冷却剂回路28被用于通过散热器18冷却电池14，或者第三冷却剂回路60被用于使用冷却器30冷却电池14。在一些实例中，电池14可使用来自于散热器18的冷却和来自于冷却器30的冷却的组合进行冷却。阀54可被改进成成冷却剂比例阀，其中一些冷却剂从散热器18流至电池14并且一些冷却剂从冷却器30流至电池14。其它阀也可被添加以允许从散热器18和冷却器30流至电池14，并且从电池14流至散热器18和冷却器30。

当电池14放电以例如驱动电机时，电池14可产生热。当电池14充电时，电池14也可产生热。图1的第一操作条件或图2的第二操作条件可被用于冷却在充电或放电时的电池14。

为电池14充电的一些技术比其它技术产生更多的热能。例如，在DC(直流)快速充电期间比传统的非DC充电期间，电池14可产生更多的是热能。由电池产生的热能大体上是流至电池14或从电池14流出的电流的函数。为了本发明的目的，当流至电池14的最大电流等于或大于50Amp时，充电被认为是快速充电。快速充电可以是DC或AC(交流)快速充电。

当充电时，DC快速充电无需从AC转换为DC，因此电池在非常高的最大电流下充电。在一个实例中，DC快速充电可在20至30分钟内为电池充电足够电力以支撑100公里车辆行程。

参照图3，电池14被示出连接充电器72。充电器72是，在该实例中，DC快速充电器，其从墙壁电源直接提供DC电流至电池14而无需从AC转换为DC。其它基于AC的充电策略典型地将AC电流转换为DC电流，并且之后提供DC电流至电池14。快速充电可提供大约150Amp至电池14而将AC电流转换为DC电流的其它类型的充电可提供大约12至28Amp至电池。更低的提供的安倍数以及将AC转换为DC可增加为电池14充电的时间。在快速充电期间提供DC电流至电池14可减少为电池14充电所需的时间，但是在充电期间显著地增加产生的热能。快速充电典型地仅花费大约30分钟完成。当不快速充电时，充电可花费大约6小时完成。

图3中的系统被示出处于操作条件中，其使用当为电池14充电时产生的热能以加热客舱22。当充电是合适的时候，在有些情况下加热客舱22。例如，如果在相对寒冷的环境条件中开始驾驶循环之前操作员为电池快速充电可期望加热客舱22。如果在充电期间乘客坐在客舱22中，被添加至客舱22的热量可使得客舱22更舒适。在充电期间使用由电池14产生的热能加热客舱22也减少与将客舱22带入开始驾驶循环的适当温度中关联的负担。

也就是说，在驾驶循环期间，车辆的乘客期望客舱22的内部温度是68华氏度。在充电时间期间或在充电完成之后的驾驶循环期间，如果客舱22的内部温度是50华氏度并且该温度可使用来自于为电池14充电的热能被增加至60华氏度，冷却剂加热器24将需要更少的热能将客舱22的温度增加至68华氏度。来自于快速充电的热能可因此预调节客舱22。

为了将系统10设置在第三操作条件中，阀54被切换至引导流体从冷却器30至泵32和电池14的位置。另一个阀70被切换至引导流体从电池14至加热器芯26的位置。又一个阀74被切换至引导流体从冷却剂加热器24至冷却器30的位置。

在该实例中，阀54、70和74是电磁阀。其它类型的阀或机构可被用于调节系统10中的流动路径。

当阀54、70和74被如图3所示的定位时，第四冷却剂回路80从电池14延伸穿过加热器芯26、冷却剂加热器24、和冷却器30。当为电池14充电时产生的热能由沿着第四冷却剂回路80从电池14至加热器芯26移动的冷却剂运送。

鼓风机38使空气流通过加热器芯26。空气流带走来自于第四冷却剂回路80中的冷却剂的热能。该热能加热空气，其在之后移动至客舱22以加热客舱。在该实例中，当系统10根据第三操作条件操作时，冷却剂加热器24可以操作或者可以不操作。

传感器84可被用于监测流至加热器芯26的流体的温度。在一些实例中，在充电期间电池14产生非常多的热能，以致，当冷却剂从加热器芯26返回至电池14时，加热器芯26不能将流体的热能水平减少至适合冷却电池14的水平。在这样的情况下，冷却器30可被用于在冷却剂返回至电池14之前移除冷却剂中的额外热能。

在一些实例中，第四冷却剂回路不延伸穿过冷却器30并且阀74将冷却剂直接传输至阀54。在这样的实例中，无需使用冷却器30进一步冷却。

例如，电池14能够，在一些DC快速充电期间，产生6千瓦的热，其由从电池14至加热器芯的流体运送。在加热器芯26处，大约3至4千瓦从流体传递至空气以用于加热客舱22。流体之后移动至冷却器30，其从流体传递剩余的2至3千瓦至制冷剂流动路径64中的制冷剂。第四冷却剂回路中的流体的温度在之后被减少至适合循环回通过电池14的水平以移除额外热能。传感器46、传感器84、和可能额外的传感器可被用于监测沿着第四冷却剂回路在各个位置的流体的温度。温度可被用于确定是否需要，和需要多少，通过冷却器30的冷却，或是否足够的热能可被从加热器芯26中的流体传递。

使用当为电池14充电时产生的热能加热客舱22减少冷却器30上的负担同时减少将客舱22带入适当温度的时间。

参照图4，结合图1至图3的系统10使用的控制器配置88包括可操作地连接至少鼓风机38、传感器46、和传感器84的控制器90。控制器90也可操作地连接至阀54、70、和74。控制器90也能够可操作地连接其它阀、传感器、风扇、客舱鼓风机和电池散热风扇、加热器和空调压缩机。

控制器90可包括能够使控制器90识别何时电池14充电以及是否在使用DC快速充电或其它类型充电进行充电的连接。

在一些实例中，控制器90额外地连接与客舱22、环境等关联的传感器。控制器90可从这些传感器接收额外数据，例如室外空气温度、客舱温度等。额外数据可提供用于引导控制器90在第一操作条件、第二操作条件、或第三操作条件之间选择的进一步信息。

控制器90可包括可操作地连接至存储部分的处理器。示例的处理器可被编程为执行存储在存储部分中的程序。程序可被存储在存储部分中作为软件编码。

存储在存储部分中的程序可包括一个或多个额外的或分开的程序，其每个都包括用于实施逻辑功能的可执行指令的顺序列表。指令能够使控制器90，除了别的之外，开始移动阀54、70、和74以将系统10改变为在第一操作条件、第二操作条件、或第三操作条件下运行。指令能够使控制器90调节对电池的冷却并且进一步调节当为电池充电时提供至加热器芯26的热。

参照图5，由控制器90使用的示例方法100的流程在步骤110开始并且移动至步骤120，其评估车辆是否是快速充电。如果否，方法100返回至步骤110。

如果方法100在步骤120确定电动车辆是在快速充电，方法100移动至步骤130，其评估电池14是否需要冷却并且客舱22是否需要加热。如果否，方法100返回至步骤110。

如果是，方法100从步骤130移动至步骤140，其定位阀52、70、和74以致系统10在第三操作条件下操作。方法100接下来在步骤150开启冷却剂泵。泵32和泵42都可被开启。在另一实例中，仅泵32或泵42在步骤140被激活。

方法100之后移动至步骤160，其评估由传感器46、传感器84、或二者检测的流体的温度(TBCT)是否高于温度阈值。如果否，方法100返回至步骤110，这意味着冷却剂仍使用回路80流动以进一步使冷却剂升温。在这样的情况下，客舱22不被加热并且冷却器不操作。在该实例中，温度阈值代表将有效加热客舱22的最小流体温度。

如果由传感器46或传感器84检测的温度高于温度阈值，方法100移动至步骤170，其中控制器90激活鼓风机38以使空气移动通过加热器芯26并从加热器芯26中的流体移除热能。

方法100之后移动至步骤180，其评估随着鼓风机使空气移动通过加热器芯26，在传感器46检测的流体的温度是否高于温度阈值。如果否，方法返回至开始110。从充电产生的热能因此通过加热客舱22有效地消散，因此冷却器30无需运行。如果在冷却剂中的热能未在客舱22消散，冷却器30将启动。如果是，加热器芯26没有从流体移除足够热能以有效冷却电池14.因此，方法100移动至步骤190，其开启冷却器30以从流体移除额外热能，直到移动至电池14的流体是在适用于冷却电池14的温度。

本发明的特征包括减少热管理电动车辆所需的能量的系统。在充电期间的冷却器上的负担被减少，并且用于驱动加热器所需的能量被减少。充电时间可被减少并且如果冷却器的能力不被限制，更少的能量被用于冷却电池。

前述说明实际上是示例性的而非限制性的。不必背离本发明本质的对所公开的实例的变化和改进对于本领域技术人员来说可变得显而易见。因此，给予本发明的法律保护的范围仅可通过研究以下权利要求确定。

Claims (8)

1.一种电动车辆总成，包含：

电池组；

客舱加热器；

冷却剂回路，所述冷却剂回路从所述电池组向所述客舱加热器传输液体冷却剂，所述客舱加热器配置为通过来自于所述液体冷却剂的热能加热车辆的客舱，所述热能在从外部电源给所述电池组充电时产生；

冷却器，所述冷却剂回路进一步使来自于所述客舱加热器的所述液体冷却剂传输至所述冷却器；

阀总成，所述阀总成配置为在一些操作条件下将所述液体冷却剂全部从所述电池组依次引导至所述客舱加热器和所述冷却器；和

制冷剂回路，所述冷却器配置为将来自于所述冷却剂回路中的所述液体冷却剂的热能传递至所述制冷剂回路中的可膨胀的制冷剂。

2.根据权利要求1所述的总成，其中所述客舱加热器包含加热器芯，所述加热器芯配置为将来自于所述冷却剂回路中的所述液体冷却剂的热能传递至加热所述车辆的所述客舱的空气流。

3.根据权利要求2所述的总成，进一步包含使所述空气流移动通过所述客舱加热器的鼓风机。

4.根据权利要求1所述的总成，其中所述阀总成配置为在其它操作条件下将所述液体冷却剂从所述电池组引导至散热器。

5.根据权利要求1所述的总成，其中所述阀总成配置为在其它操作条件下将所述液体冷却剂从所述电池组引导至冷却器。

6.根据权利要求1所述的总成，其中所述充电是快速充电。

7.根据权利要求1所述的总成，其中所述充电是DC快速充电。

8.根据权利要求1所述的总成，其中所述电池组是牵引电池组。

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