CN108666700A - 密封高压牵引电池组的闭环直接冷却系统 - Google Patents

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Abstract

一个总体方面包括电动车辆(EV)高压(HV)电池组冷却系统，该系统包括：位于高压(HV)电池组的第一隔室中的至少一个电池单元，其中第一隔室连通地连接到位于高压(HV)电池组上的冷却流体入口和冷却流体出口。电动车辆还包括冷却流体。电动车辆还包括热交换器，该热交换器连通地连接到冷却流体入口和冷却流体出口。

Description

密封高压牵引电池组的闭环直接冷却系统
技术领域
本发明涉及一种密封高压牵引电池组的闭环直接冷却系统。
背景技术
这个用于密封高压牵引电池组的闭环直接冷却的系统被预期用作混合动力和电池电动车辆的动力传动系统架构的一部分。这种车辆有四种主要类型：全混合动力电动车辆(FHEVs)、插电式混合动力电动车辆(PHEVs)、电池电动车辆(BEVs)和燃料电池车辆(FCVs)。FHEVs利用高压牵引电池和电动马达来补充传统的内燃(IC)发动机。PHEVs具有与FHEVs相似的系统架构，但包括为电池系统充电的能力并且具有更大的能量存储容量，从而仅使用电动马达就能够推进。BEVs完全依赖高容量、高电压电池和电动马达系统，而且没有传统的内燃机。燃料电池车辆将氢气和氧气转化为电力以驱动电动马达，并且包括高压电池以通过再生制动重新捕获能量，从而为电动马达提供补充电力。
所有电池单元在充电和放电时产生热量。这种热量必须妥善管理，以保护电池单元寿命并确保良好的性能。冷却系统可以用来实现这个目的。对于牵引电池，两种主要类型是空冷和液冷系统。
传统的空冷电池使用空气作为冷却介质。这种类型的冷却系统通常在电池组被包装在车辆内部时使用，在这里被吸入电池组内的空气被车辆的气候控制系统过滤和温度控制。空气进入电池组并与电池单元直接接触以提供对流冷却。由于潜在的高环境温度、高含水量和电池组可能遭受的杂物，这种类型的冷却系统不适用于包装在车辆外部的电池组。
传统的液体冷却系统使用制冷剂或冷却剂作为冷却介质。该流体通过热交换器循环，热交换器通过热界面材料与电池单元热连接，从而提供间接冷却。液冷系统通常可以提供比空冷系统更高的散热能力，因为冷却介质具有更高的导热率。液冷系统也更通用，因为它们可以制成环境密封的，从而可以将它们包装在车辆外部。
发明内容
所提出的直接冷却系统利用与电池组阵列和其他发热部件直接接触的不导电的化学惰性流体进行强制对流，以便提供冷却。该系统至少由三部分组成：泵、热交换器和密封的高压(HV)电池组。冷却流体的流动路径可采用以下两种形式之一：(1)冷却流体仅与电池组的某些发热部件直接接触的分隔系统，或(2)冷却流体与电池组的所有内部组件直接接触的充溢系统(flooded system)。
一种电动车辆(EV)高压(HV)电池组冷却系统，包括：
位于高压(HV)电池组的第一隔室中的至少一个电池单元，其中所述第一隔室连接到位在高压(HV)电池组上冷却流体入口的和冷却流体出口；
冷却流体；和
连接到冷却流体入口和冷却流体出口的热交换器。
根据本发明的其中一实施例，系统还包括位于电池组中的第二隔室中的电子控制单元(ECU)，其中所述第二隔室连接到所述冷却流体入口和所述冷却流体出口。
根据本发明的另一实施例，系统还包括位于所述电池组中的第三隔室中的配电电路，其中所述第三隔室被连接到所述冷却流体入口和所述冷却流体出口。
根据本发明的另一实施例，系统还包括被连接到所述冷却流体入口和所述冷却流体出口的过滤器。
根据本发明的另一实施例，系统还包括被连接到所述冷却流体入口和所述冷却流体出口的热交换器。
根据本发明的另一实施例，系统还包括被连接到所述冷却流体入口和所述冷却流体出口的泵。
根据本发明的另一实施例，其中所述热交换器是管壳式热交换器、板式热交换器或交叉流式热交换器中的至少一个。
根据本发明的另一实施例，其中所述冷却流体是惰性气体。
根据本发明的另一实施例，其中所述冷却流体是不导电流体。
根据本发明的另一实施例，其中所述电池组是环境密封的。
一种电动车辆(EV)高压(HV)电池组，包括：
位于高压(HV)电池组的第一隔室中的至少一个电池单元，位于第二隔室中的电子控制单元(ECU)，位于第三隔室中的配电电路，其中第一隔室、第二隔室和第三隔室连接到位于高压(HV)电池组上的冷却流体入口和冷却流体出口，以使冷却流体流过这三个隔室。
根据本发明的其中一实施例，其中过滤器被连接到所述冷却流体入口和所述冷却流体出口。
根据本发明的另一实施例，其中热交换器被连接到所述冷却流体入口和所述冷却流体出口。
根据本发明的另一实施例，其中被用来冷却所述电池组的冷却流体是惰性气体。
根据本发明的另一实施例，其中被用来冷却所述电池组的冷却流体是不导电流体。
根据本发明的另一实施例，其中所述电池组是环境密封的。
一种密封电动车辆(EV)高压(HV)电池组，包括：
至少一个电池单元；
电子控制单元(ECU)；
配电电路，其中所述至少一个电池单元、所述ECU和所述配电电路位于所述电池组的隔室中；和
冷却流体入口和冷却流体出口，冷却流体入口和冷却流体出口被连接到隔室以使冷却流体流过电池单元、ECU和配电电路。
根据本发明的其中一实施例，其中被用来冷却所述电池组的冷却流体是惰性气体。
根据本发明的另一实施例，还包括被连接到所述冷却流体入口和所述冷却流体出口的热交换器。
根据本发明的另一实施例，其中被用来冷却所述电池组的冷却流体是不导电流体。
附图说明
图1是分隔式高压(HV)牵引电池组的闭环直接冷却系统的示意图；
图2是用于高压(HV)牵引电池组的闭环直接冷却系统的示意图；
图3是可以在电子控制单元(ECU)中执行的过程的流程图。
具体实施方式
现在参照作为闭环直接对流高压(HV)电池冷却系统10的示例的图1和图2。尽管图1和图2各自仅表示电动车辆(EV)架构的一个实施例，但是所公开的技术可应用于包含密封电动车电池或未密封高压(HV)电池组的任何类型的车辆。
高压(HV)牵引电池组12A包含高压(HV)阵列16。高压(HV)阵列16可以由电池单元或串联和/或并联电池单元的组合制成，以获得电动车辆(EV)逆变器驱动牵引马达所需的电压和电流。高压(HV)阵列16也可以配置有允许冷却流体流过阵列16(在各个电池单元之间)的冷却通道。冷却流体被泵送通过高压(HV)牵引电池组12A以从高压(HV)阵列12提取热量。
在第一实施例中，高压(HV)牵引电池组12A被环境密封，具有冷却流体入口17和冷却流体出口19。电池组12A可以进一步包括各个部件，诸如电子控制单元(ECU)14、配电电路15和直流(DC)至直流(DC)转换器(未示出)。各个部件可以分隔在隔室13A、13B、13C中并通过使冷却流体流过每个隔室而受到强制对流。冷却流体可以是不导电且不具有化学反应性的惰性气体或惰性流体。
图2示出了第二实施例，其中整个电池组12B充满冷却流体。各个部件不被分隔。冷却流体横穿电池组12B，还通过冷却流体的强制对流来冷却ECU 14和配电电路15。
泵20可以通信地连接到ECU 14以通过闭环系统10控制冷却流体的循环。冷却流体可以经由流体路径18从泵20流到高压(HV)牵引电池组12A、12B。可以根据ECU 14发送的指令来控制泵20以调节高压(HV)牵引电池组12A、12B的温度。过滤器24可以用来过滤掉可能污染冷却流体的任何杂质。
高压(HV)牵引电池组12A、12B的冷却流体可以是既不导电也不具有化学反应性的气体或液体，例如氦气、氩气或氮气。冷却流体也可以是来自矿石资源的高级烷烃的轻质混合物，例如石油馏分(例如矿物油)。最后，可使用硅油或氟碳油来冷却高压(HV)牵引电池组12A、12B。
ECU 14可以包括监测和控制高压(HV)阵列16的各个方面的编制程序，这些方面可以包括电池电压、温度和电流。ECU 14可以具有至少一个处理器并且通常具有存储器，例如包括各种类型的永久和瞬时存储器，例如那些已知的用来存储计算机指令、寄存器值以及临时和永久变量的存储器。此外，ECU14通常可以包括用于经由移动装置、智能电话、便携式计算机、用户装置和/或车辆内的人机界面例如从乘车者或操作员以及向乘车者或操作员交换关于车辆的电池冷却状态的数据的指令。
配电电路15包括能够承载和监测当给车辆供电时由高压(HV)阵列16提供的高电流的大量配线电缆和总线。配电电路16可以包括至少一个电流传感器、电压传感器、温度传感器和冷却剂流量传感器，以在车辆正在充电时监测高压(HV)牵引电池组12A、12B。
从高压(HV)牵引电池组12A、12B输出的冷却流体可以被发送到热交换器28以将来自高压(HV)牵引电池组12A、12B的电池热量传递到热交换器28的第一侧。热交换器可以是任何类型的(例如管壳式热交换器、板式热交换器等)。
热交换器28的第二侧通信地连接到散热回路(未示出)。散热回路可以包括连接到空冷散热器的循环泵，具有珀耳帖(Peltier)冷却器的散热器或具有用来散热的热导管的散热器。
在另外的实施例中，热交换器28可以是交叉流式热交换器，其不将闭环系统10与散热回路隔离。交叉流式热交换器用于避免压力损失，并且通常用于当一种液体具有比另一种液体大得多的流速时的液体冷却液体的用途。
过程流程
图3是示出可以根据ECU 14中的编制程序执行以检测高压(HV)牵引电池组12A内的温度并且控制泵20的速度以调节高压(HV)牵引电池组12A的冷却的示例性过程100。
过程100在框110中开始。ECU 14从位于高压(HV)牵引电池组12A中的传感器接收温度信号。该信号可以从温度传感器中被推出并触发ECU 14中的中断，或者可选地，ECU 14可以读取或请求来自温度传感器的信号。
在框115中，ECU 14确定来自高压(HV)牵引电池组12A的温度是否在用于电池单元的最佳操作的可接受范围内。如果温度超出该范围，则执行框125。如果温度在可接受的范围内，则执行框120。
在所述框120中，ECU 14将不改变泵20的速度，并且所述过程100返回到所述框110。
在所述框125中，ECU 14确定高压(HV)牵引电池组12A的温度是高于还是低于可接受范围。如果高压(HV)牵引电池组12A的温度高于可接受极限，则执行框130。如果高压(HV)牵引电池组12A的温度低于可接受极限，则执行框135。
在所述框130中，ECU 14将向泵20发送信号以增加冷却剂的流量以降低高压(HV)牵引电池组12A的温度。所述过程100然后继续到所述框110。
在所述框135中，ECU 14将向泵20发送信号以减少冷却剂的流量以升高高压(HV)牵引电池组12A的温度。所述过程100然后返回到所述框110。
结论
如本文所使用的，副词“大体上”修饰形容词是指由于材料、加工、制造、传感器测量、计算、处理时间、通信时间等缺陷造成的形状、结构、测量、值、计算等可能偏离精确描述的几何形状、距离、测量值、计算等等。
诸如本文讨论的那些计算装置通常每个都包括可由一个或多个诸如以上所标识的那些计算装置执行和用于执行上述过程的框或步骤的指令。计算机可执行指令可以由使用各种编程语言和/或技术创建的计算机程序进行编译或解释，所述编程语言和/或技术包括但不限于单独的或组合的Java TM、C、C++，C#、Visual Basic、Python、Java脚本、Perl、HTML、PHP等。通常，处理器(例如微处理器)从例如存储器、计算机可读介质等接收指令并执行这些指令，由此执行一个或多个过程，这些过程包括这里描述的一个或多个过程。这样的指令和其他数据可以使用各种计算机可读介质来存储和传输。计算装置中的文件通常是存储在计算机可读介质诸如存储介质、随机存取存储器等上的数据的集合。
计算机可读介质包括参与提供可由计算机读取的数据(例如指令)的任何介质。这样的介质可以采取多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质等。非易失性介质包括例如光盘或磁盘以及其他永久存储器。易失性媒体包括动态随机存取存储器(DRAM)，其通常构成主存储器。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、光盘只读存储器(CD ROM)、数字化视频光盘(DVD)、任何其他光学介质、打孔卡、纸带、任何其他物理具有孔图案的介质、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、电可擦可编程只读存储器(EPROM)、快速电可擦除可编程只读存储器(FLASH EEPROM)、任何其它存储器芯片或盒式存储器，或计算机可读取的任何其他介质。
关于这里描述的介质、过程、系统、方法等，应该理解的是，尽管这些过程等的步骤已经被描述为按照某个有序的顺序发生，但是这样的过程可以采用除了这里描述的顺序以外的顺序执行的所描述步骤来执行。还应该理解的是，可以同时执行某些步骤，可以添加其他步骤，或者可以省略在此描述的某些步骤。换句话说，这里的系统和/或过程的描述是为了说明某些实施例的目的而提供的，并且决不应当被解释为限制所公开的主题。
因此，应该理解，以上说明书旨在是说明性的而非限制性的。阅读以上说明书后，除了提供的示例以外的许多实施例和应用对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本发明的范围不应参照上面的说明书来确定，而是应该参考此处所附的权利要求和/或包括在基于此的非临时专利申请中的权利要求以及与这些权利要求赋予的等同物的全部范围来确定。可以预期和设想未来的发展将在本文讨论的技术中发生，并且所公开的系统和方法将被并入到这样的未来实施例中。总而言之，应该理解，所公开的主题能够修改和变化。

Claims (15)

1.一种电动车辆(EV)高压(HV)电池组冷却系统，包括：
位于高压(HV)电池组的第一隔室中的至少一个电池单元，其中所述第一隔室被连接到位于所述高压(HV)电池组上的冷却流体入口和冷却流体出口；
冷却流体；和
连接到所述冷却流体入口和所述冷却流体出口的热交换器。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括位于所述电池组中的第二隔室中的电子控制单元(ECU)，其中所述第二隔室连接到所述冷却流体入口和所述冷却流体出口。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括位于所述电池组中的第三隔室中的配电电路，其中所述第三隔室被连接到所述冷却流体入口和所述冷却流体出口。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括被连接到所述冷却流体入口和所述冷却流体出口的过滤器、泵和热交换器中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷却流体是惰性气体和不导电流体中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述电池组是环境密封的。
7.一种电动车辆(EV)高压(HV)电池组，包括：
位于高压(HV)电池组的第一隔室中的至少一个电池单元，位于第二隔室中的电子控制单元(ECU)，位于第三隔室中的配电电路，其中所述第一隔室、所述第二隔室和所述第三隔室连接到位于所述高压(HV)电池组上的冷却流体入口和冷却流体出口，以使冷却流体流过所述三个隔室。
8.根据权利要求9所述的电池组，其中过滤器和热交换器中的至少一个被连接到所述冷却流体入口和所述冷却流体出口。
9.根据权利要求9所述的电池组，其中被用来冷却所述电池组的冷却流体是惰性气体。
10.根据权利要求9所述的电池组，其中被用来冷却所述电池组的冷却流体是不导电流体。
11.根据权利要求9所述的电池组，其中所述电池组是环境密封的。
12.一种密封电动车辆(EV)高压(HV)电池组，包括：
至少一个电池单元；
电子控制单元(ECU)；
配电电路，其中所述至少一个电池单元、所述电子控制单元(ECU)和所述配电电路位于所述电池组的隔室中；和
冷却流体入口和冷却流体出口，所述冷却流体入口和所述冷却流体出口被连接到所述隔室以使冷却流体流过所述电池单元、所述电子控制单元(ECU)和所述配电电路。
13.根据权利要求12所述的电池组，其中被用来冷却所述电池组的冷却流体是惰性气体。
14.根据权利要求12所述的电池组，还包括被连接到所述冷却流体入口和所述冷却流体出口的热交换器。
15.根据权利要求12所述的电池组，其中被用来冷却所述电池组的冷却流体是不导电流体。
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