CN107020921A - 车舱空调和电池冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本公开公开了车舱空调和电池冷却系统。一种车辆包括冷却装置，该冷却装置包括空调回路和电池冷却回路，该空调回路和电池冷却回路通过冷却器连接在一起并被布置为分别冷却车舱空气和电池。冷却剂三通比例控制阀连接到冷却器和电池。冷却剂三通比例控制阀被配置为可操作地控制用于电池的冷却器容量。

Description

车舱空调和电池冷却系统
技术领域
本公开总体上涉及控制与车舱空调系统集成在一起的电池冷却系统。
背景技术
机动车辆已经开始利用电动马达来补充由主马达(诸如，内燃发动机)提供的推进。这些马达使用高性能的电池来储存推进所需的能量并为附件提供电力。一个潜在的问题是高性能的电池产生大量的热。因此，出于电池的性能考虑，期望去除和/或减少由电池产生的热，并期望防止过热。
在一些已知的电池系统中，利用来自车舱空调制冷剂系统的空气流来冷却这些电池。这些电池冷却系统是独立的构造或者是与车舱空调制冷剂系统集成在一起的构造，都使用冷却器。来自电池的热利用经由冷却器与制冷系统集成在一起的冷却回路而被引入到冷却器中。然而，这些系统具有缺点。例如，冷却器容量会减小或降低车舱冷却。另外，当冷却器初始启动时，车舱温度可能会跳跃，导致不舒适。虽然可将车舱空气温度保持在期望的状况，但冷却器冷却速率必须下降，这会对电池造成不利影响。
发明内容
一种车辆包括冷却装置，该冷却装置包括空调回路和电池冷却回路，该空调回路和电池冷却回路通过冷却器连接在一起并被布置为分别冷却车舱空气和电池。冷却剂三通比例控制阀连接到冷却器和电池。冷却剂三通比例控制阀被配置为可操作地控制用于电池的冷却器容量。
在一个示例性装置中，车辆冷却装置还可包括热膨胀阀和至少一个蒸发器，用于控制将空调回路中的制冷剂引入到冷却器中。
在另一个示例性装置中，车辆冷却装置还可包括可操作地连接电池和散热器的两位阀。
在另一个示例性装置中，车辆冷却装置还可包括可操作地连接到比例控制阀的旁通线路，其中，该旁通线路的出口连接到冷却剂泵。
还公开一种控制车辆电池的方法。在一个示例性装置中，该方法包括：选择性地引导冷却剂流至比例控制阀，操作比例控制阀以选择性地引导冷却剂的至少一部分流入冷却器，以及响应于电池温度超过预定的电池阈值温度，调节流入冷却器的冷却剂的流量。
附图说明
以下参照下列附图来描述本公开。在附图中：
图1是示出车舱空调和电池冷却系统的示例性布置的示意图；
图2是示出图1的车舱空调和电池冷却系统的示例性布置的操作的流程图。
具体实施方式
根据需要，在此公开本发明的具体实施例；然而，应理解，公开的实施例仅是本发明的示例，本发明可以以各种和替代的形式实施。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。
本公开涉及用于车舱空调和电池冷却系统10的布置，该布置具有阀，该阀被操作性地配置为打开和关闭以允许改变流向冷却器的冷却剂流量或使冷却剂绕过冷却器流动。所公开的布置通过控制三通冷却剂阀的占空比(即，打开/关闭比率)来控制冷却器容量和车辆电池所需的冷却量。另外，所公开的布置允许通过降低冷却器冷却速率而能够将车舱空气温度保持在期望的状况。与车舱空调系统分开的独立的电池冷却系统相比，在此公开的布置还能够去掉与独立的电池冷却相关联的压缩机、冷凝器和制冷剂线路。通过去掉这些部件，可减小车辆的重量，并可实现改进的封装布置，从而使成本更低。
图1中示出了车舱空调和电池冷却系统10的示例性布置。在这个布置中，冷却系统10包括电池冷却回路12和空调回路14。电池冷却回路12包括电池19，电池19通常包括多个电池单元。可通过使用电池冷却回路12对电池19进行冷却。电池19可以操作地连接到车辆的电力输送网，并根据需要提供和储存电能。冷却系统10还包括冷却器16、散热器18(诸如低温散热器)和泵20。三通冷却剂阀22经由冷却剂线路24连接到电池19的出口和冷却器16的入口26。电池冷却剂被引导通过冷却剂线路24。在示例性布置中，为了达到期望的电池19冷却性能，三通冷却剂阀22是比例阀，在下文中将详细地解释三通冷却剂阀22的操作。电池冷却剂的总的流动从电池19被引导至三通冷却剂阀22中，然后电池冷却剂的总流动可以从三通冷却剂阀22被引导至冷却器16、旁通线路17(以引导冷却剂流动至两位阀28)或者两者的组合，其中两位阀28可操作地连接到电池散热器18或者冷却器16。两位阀28是开/关阀。然而，两位阀28的操作状态将取决于环境状况，如下将更详细地解释。
冷却剂阀22与控制单元43一起操作以提供特定的可变的冷却剂流量，以引导冷却剂以预定流量流动至冷却器16，从而控制受空调回路14或电池回路12影响的冷却器16容量。为了降低冷却器16容量，冷却剂阀22可引导冷却剂(经由旁通线路17)流动至散热器18，从而通过使环境空气流动通过散热器18而从冷却剂中去除热。或者，两位阀28可绕过散热器18。
空调回路14经由冷却器16与电池冷却回路12集成在一起。除了冷却器16之外，空调回路14还包括至少一个蒸发器。在图1中示出的布置中，具有前蒸发器30a和后蒸发器30b。前鼓风机31a可以与前蒸发器30a可操作地连接，后鼓风机31b可以与后蒸发器30b可操作地连接。空调回路14还包括热交换器32(称为“IHX”)、热膨胀阀34a、34b、34c(称为“TXV”)、压缩机38和连接到散热器18的冷凝器40。发动机/动力传动系统风扇33可操作地连接到散热器18。制冷剂被引导通过空调回路14的制冷剂回路。在操作中，制冷剂循环通过空调回路14，其从车舱吸收热并将热排出到环境空气。
压缩机38吸入处于蒸汽状态且从蒸发器30a、36b和冷却器16流出的低压低温制冷剂。随后，低压低温蒸汽制冷剂被压缩机38压缩成高压高温蒸汽制冷剂，高压高温蒸汽制冷剂随后被输送到冷凝器40。高压高温蒸汽制冷剂随后经过冷凝器40，在冷凝器40处，冷凝器风扇(或动力传动系统冷却风扇)33吹送环境空气穿过冷凝器40而热从高压高温蒸汽制冷剂传递至吹过冷凝器40的环境空气。从冷凝器40流出的制冷剂是高压高温液体，高压高温液体制冷剂随后进入储液器-干燥器(未示出)。储液器-干燥器用作去除进入空调回路14中的一些污染物和任何水分的过滤器。储液器-干燥器包含去除制冷剂中的水分的干燥剂。在图1中示出的布置中，冷凝器40和储液器-干燥器可被组合成单个单元。
离开储液器-干燥器之后，制冷剂仍处于高压高温液体状态，随后制冷剂进入热膨胀阀(TXV)34a、34b、34c。TXV 34a控制进入冷却器16的制冷剂的量。TXV 34a可以选择性地打开以根据需要使液体制冷剂流至冷却器16中，从而提供从制冷剂侧至冷却剂侧的跨过冷却器16的温度梯度。三通冷却剂阀22允许特定的/充足的冷却剂经由电池冷却回路12流至冷却器16中，以管理所需要的冷却器16的输出容量。
TXV 34b控制进入后蒸发器30b的制冷剂的量。如果离开后蒸发器30b的制冷剂的温度过高，则TXV 34b打开，以使更多的液体制冷剂流至后蒸发器30b中。如果离开后蒸发器30b的制冷剂的温度过低，则TXV 34b关闭，以减少流至后蒸发器30b中的制冷剂的量。
TXV 34c控制进入前蒸发器30a的制冷剂的量。如果离开前蒸发器30a的制冷剂的温度过高，则TXV 34c打开，以使更多的液体制冷剂流至前蒸发器30a中。如果离开前蒸发器30a的制冷剂的温度过低，则TXV 34c关闭，以减少流至前蒸发器30a中的制冷剂的量。
随后，制冷剂以低压低温液汽混合物的形式离开TXV 34a、34b、34c并进入蒸发器30a、30b和/或冷却器16，并且热从空气传递至制冷剂中。冷却的空气随后被引入到车舱中。离开蒸发器30a、30b和冷却器16的制冷剂是低压低温蒸汽，这样的制冷剂随后流过热交换器32，随后再次流动至压缩机38，此后重复该循环。
参照图2，将结合过程流100更详细地解释车舱空调和电池冷却系统10的操作。过程流100以测量电池19的温度的初始步骤102开始。如果电池温度等于或低于阈值极限，则该过程停止。如果电池温度超过阈值极限，则该过程随后进行至步骤104，在步骤104中，测量环境温度，并将环境温度与电池温度进行比较。
在某些地理区域的冬季(或其它较冷的气候)，有足够冷的环境空气可用来冷却电池19。因此，如果环境温度低于电池温度，则该过程进行到步骤106，在步骤106中，冷却剂流经由阀28被引导通过散热器18。
然而，在夏季或者在暖的气候时，环境空气将不能充分地冷却电池19。因此，如果环境温度大于(或等于)电池温度，则该过程进行到步骤108。在步骤108中，确定车舱空调是否开启。如果该确定是“是”(即，如果车舱空调是开启的)，则该过程进行到步骤110。如果车舱空调没有开启，则操作进行到步骤114，以允许制冷剂和冷却剂在冷却器16中进行热传递。更具体地讲，冷却剂被引导通过阀28到达三通冷却剂阀22而流到冷却器16中。
在步骤110中，将实际的蒸发器温度与目标蒸发器温度进行比较。如果实际的蒸发器温度大于目标蒸发器温度，则冷却器16的制冷剂阀34a将关闭以优先为车舱提供最大的冷却。如果实际的蒸发器温度小于目标蒸发器温度，则操作进行至步骤112。在初始启动模式(即，在断电后车辆开启或通电之后)，致动阀28以将冷却剂引导至冷却剂阀22，从而将冷却剂引导至冷却器16中。对于步骤112的后续操作，控制单元43将操作以选择性地调节比例阀以保持目标蒸发器温度。
另外，在步骤112中，调节阀22以允许选择性地调节流动至冷却器16中的冷却剂流量以获得期望的冷却器16容量。因此，为了控制冷却剂流的流量，冷却剂流的一部分可被引导通过旁通线路17。一旦被引导通过旁通线路17，旁通流动的冷却剂流将汇合回到主流路中，并且，总的冷却剂流将被引回到冷却剂泵20。
在执行步骤112或步骤114之后，过程可进行至步骤115，在步骤115中，测量电池温度。接着，在步骤116中，确定测量的电池温度是否低于电池温度阈值或操作温度。如果确定结果为“否”，则操作将返回至步骤110以允许在冷却剂和制冷剂之间进行热负荷交换。如果步骤110的确定结果为“是”(即，实际的蒸发器温度大于目标蒸发器温度)，则将停止流至冷却器的制冷剂，并且该过程将进行至步骤118，以停止在冷却器16中的制冷剂和冷却剂之间的热负荷交换(由于TXV 34a是关闭的)。
最后，当在步骤110中存在冷却器需求时，还可调节阀22以使车舱温度斜坡上升并消除车舱温度跳跃。
如果电池温度小于或低于阈值电池温度/操作温度，则进行至步骤117，可关闭阀22并且可将全部的冷却剂流引导至旁通线路17。此外，本公开可通过控制单元43实现阀22的选择性调节，使得过多的冷却剂(即，全部冷却剂流的仅仅一部分)可被分流通过旁通线路17，并且旁通流动的冷却剂流汇合回到主流路，使得全部的冷却剂流将被引导回到冷却剂泵20。
虽然以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。更确切地，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且可以理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。此外，各个实施的实施例的特征可以组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (20)

1.一种车辆，包括：
冷却装置，包括通过冷却器连接在一起的空调回路和电池冷却回路，并被布置为冷却车舱空气和电池；
冷却剂三通比例控制阀，连接到冷却器和电池，其中，所述冷却剂三通比例控制阀被配置为操作性地控制用于电池的冷却器容量。
2.如权利要求1所述的车辆，还包括：热膨胀阀，用于控制将制冷剂从空调回路引入到冷却器中。
3.如权利要求1所述的车辆，其中，电池冷却回路还包括泵。
4.如权利要求1所述的车辆，其中，空调回路还包括：至少一个蒸发器和至少一个热膨胀阀，用于控制将空调回路内的制冷剂引入到冷却器中。
5.如权利要求4所述的车辆，其中，所述至少一个蒸发器包括前蒸发器和后蒸发器。
6.如权利要求1所述的车辆，其中，空调回路还包括压缩机。
7.如权利要求1所述的车辆，其中，还包括操作性地连接电池和散热器的两位阀。
8.如权利要求1所述的车辆，还包括操作性地连接到冷却剂三通比例控制阀的旁通线路，其中，旁通线路的出口连接到冷却剂泵。
9.如权利要求8所述的车辆，其中，冷却器包括位于电池冷却回路上并连接到冷却剂泵的出口。
10.如权利要求1所述的车辆，还包括操作性地连接到电池冷却回路的散热器。
11.一种控制车辆电池的方法，包括：
选择性地引导冷却剂流向比例控制阀；
操作比例控制阀，以选择性地引导冷却剂的至少一部分流入冷却器；
响应于电池温度超过预定的电池阈值温度，调节流入冷却器的冷却剂的流量。
12.如权利要求11所述的方法，其中，比例控制阀根据车辆的空调回路中的蒸发器温度来调节所述流量。
13.如权利要求12所述的方法，其中，如果实际的蒸发器温度大于预定的阈值蒸发器温度，则调节所述流量以增加对车舱的冷却。
14.如权利要求13所述的方法，其中，冷却剂的一部分被引导通过车辆的电池冷却回路中的旁通线路。
15.如权利要求11所述的方法，其中，比例控制阀根据预定的冷却器的输出来调节流入冷却器的流量。
16.如权利要求11所述的方法，还包括：如果车辆空调系统开启，则操作比例控制阀以调节流入冷却器的冷却剂的流量。
17.一种用于车辆的冷却装置，包括：
空调回路和电池冷却回路，通过冷却器连接在一起，用于冷却车舱空气和电池；
三通比例控制阀，连接到冷却器和电池，所述三通比例控制阀被配置为操作性地控制用于电池的冷却器容量；
两位阀，连接到三通比例控制阀和电池，所述两位阀被配置为选择性地引导电池冷却剂绕过冷却器。
18.如权利要求17所述的冷却装置，还包括操作性地连接到三通比例控制阀的旁通线路，其中，旁通线路的出口连接到冷却剂泵。
19.如权利要求18所述的冷却装置，其中，冷却器包括位于电池冷却回路上并连接到冷却剂泵的出口。
20.如权利要求17所述的冷却装置，其中，空调回路还包括热膨胀阀，用于控制从空调回路流入冷却器的制冷剂的量。
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