CN109585969A - 车辆用电池的冷却和加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆用电池的冷却和加热系统。该系统包括向车辆提供驱动能量的电池模块和利用电池模块的驱动能量驱动车辆的电气部件。该系统的空气通道单元中设置有散热器，并且包括第一流动路径、第二流动路径以及门部，其中经过车辆的电气部件的空气通过第一流动路径被引入，经过散热器的空气通过第二流动路径被排放到车辆外部，门部用于选择性地打开和关闭第一流动路径和第二流动路径。控制器操作门部打开或关闭。

Description

车辆用电池的冷却和加热系统
技术领域
本发明涉及一种配备有用于向车辆提供驱动能量的电池模块的电池冷却和加热系统，并且更特别地，涉及一种利用从用于加热电池模块的电气部件芯部产生和消散的热来提高能量效率的车辆用电池的冷却和加热系统。
背景技术
配备有用于向车辆供应驱动能量的电池模块的电动车辆从电能而不是如在通常车辆中从化石燃料的燃烧获得车辆的驱动能量。虽然电动车辆不排放废气并且噪音很小，但是电动车辆由于诸如电池重量大以及电池充电需要时间的问题尚未投入实际使用。但是，近年来随着诸如污染、化石燃料的枯竭的问题的出现，电动车辆的发展已经加快。特别地，为了使电动车辆商业化，用作电动车辆的燃料供应源的电池模块需要减轻重量并减小整体尺寸，同时，其充电时间应该减少。
电池模块包括串联连接的多个电池电池。为了使电池模块有效地充电和放电，电池模块需要保持在适当的温度。因此，提供一种实时地监测电池模块并且根据室外环境或车辆行驶的环境来对电池模块执行冷却或加热的电池的冷却和加热系统。
然而，在传统的车辆用电池的冷却和加热系统中，电池模块和电气部件芯部共享单个散热器。特别地，由于电池模块和电气部件芯部的主要操作温度范围彼此不同，因此其使用受到限制，并且在因为电池模块被设置为靠近用于调节车辆内的空气的装置热效率降低方面存在技术限制。
以上技术背景的描述仅仅是为了帮助理解本发明的背景，而不应该被认为是承认描述属于本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
本发明提供一种可以有效地冷却或加热提供车辆的驱动能量的电池模块的车辆用电池的冷却和加热系统。
为了实现上述目的，根据本发明的车辆用电池的冷却和加热系统可以包括：电池模块，被配置成向车辆提供驱动能量；电气部件，被配置成通过电池模块的驱动能量驱动车辆；空气通道单元，其中设置有散热器，并且包括第一流动路径、第二流动路径以及门部，其中经过车辆的电气部件的空气通过第一流动路径引入，经过散热器的空气通过第二流动路径被排放到车辆外部，门部被配置成选择性地打开和关闭第一流动路径和第二流动路径；以及控制器，被配置成调节门部的打开和关闭。
空气通道单元可以位于电气部件和电池模块之间。特别地，空气通道单元可以位于电气部件和车辆的乘客室之间，并且可以允许引入车辆中的空气通过经过电气部件而加热并且在散热器中执行热交换以利用来自电气部件的废热加热电池模块。空气通道单元可以进一步包括用于选择性地排放从车辆外部引入的空气或从电气部件引入的空气的第三流动路径。
门部可以包括共用旋转轴的第一门部构件和第二门部构件，并且第一门部构件和第二门部构件可以被安装成在它们之间形成预定角度以允许当门部旋转时两个流动路径同时打开，而剩余的一个流动路径关闭。散热器可以与空气选择性地热交换，并且散热器可以包括冷却/加热单元，该冷却/加热单元具有配置成冷却电池模块的冷却单元和配置成加热电池模块的加热单元。
冷却/加热单元可以被配置成闭合环路，并且冷却/加热单元可以进一步包括：循环泵，由控制器驱动或停止以通过驱动循环泵使热交换介质在冷却/加热单元中循环以冷却或加热电池模块。当需要加热电池模块时，控制器可以被配置成操作冷却/加热单元的加热单元，并且可以被配置成操作门部关闭第二流动路径并打开第一流动路径和第三流动路径以彼此连通，以将在电气部件周围的相对较低温度的空气引入第一流动路径中并且通过第三流动路径排放空气以防止冷空气流入散热器中并且通过加热单元加热电池模块。
当需要加热电池模块时，控制器可以被配置成操作门部关闭第二流动路径并打开第一流动路径和第三流动路径以彼此连通，以将在电气部件周围的相对较低温度的空气引入第一流动路径中并且通过第三流动路径排放空气，以防止冷空气流入散热器中并且利用从电池模块产生的热来加热电池模块。
当需要加热电池模块时，控制器可以被配置成操作门部关闭第三流动路径并打开第一流动路径和第二流动路径以彼此连通，以将已经通过经过电气部件加热到相对较高温度的空气引入第一流动路径中并在散热器中执行热交换之后通过第二流动路径排放空气，以利用电气部件的废热来加热电池模块。
当需要冷却电池模块时，控制器可以被配置成操作门部关闭第一流动路径并打开第二流动路径和第三流动路径以彼此连通，以将相对较低温度的空气从车辆外部引入第三流动路径中，并在散热器中执行热交换之后通过第二流动路径排放空气以利用来自车辆外部的空气来冷却电池模块。当需要冷却电池模块时，控制器可以被配置成操作冷却/加热单元的冷却单元，并且可以被配置成操作门部关闭第二流动路径并打开第一流动路径和第三流动路径以彼此连通，以将电气部件周围的相对较高温度的空气引入第一流动路径中并通过第三流动路径排放空气以防止热空气流入散热器中并通过冷却单元冷却电池模块。
第一流动路径和第三流动路径可以被设置成彼此相邻，并且可以由门部同时打开以彼此连通以将引入空气通道单元中的空气在不经过散热器的情况下排放到车辆外部。门部可以位于散热器的前方，并且门部可以允许或阻挡向散热器供应空气。冷却/加热单元可以进一步包括设置在散热器和电池模块之间的冷却风扇。
根据具有上述结构的车辆用电池的冷却和加热系统，可以通过利用在车辆行驶时从电气部件和冷却模块产生的废热加热电池模块来回收废热。另外，与现有技术不同，用于冷却或加热电池模块的单独的散热器被配置成邻近电池模块设置。因此，由于可以最小化构成热交换介质的流动路径的管道，所以可以减少重量和成本。另外，由于系统可以与现有的冷却模块分离，因此可以消除热干扰并且可以防止由于风压而导致的效率损失。
附图说明
从结合附图的下述详细描述中，本发明的上述和其它方面、特征和优点将变得更加明显，其中：
图1是示出根据本发明的第一示例性实施例的安装在车辆中的车辆用电池的冷却和加热系统的视图；
图2是根据本发明的示例性实施例的图1的A部分的详细视图；
图3和图4是示出根据本发明的示例性实施例的当电池模块被加热时冷却和加热系统的操作的视图；
图5和图6是示出根据本发明的示例性实施例的当电池模块被冷却时冷却和加热系统的操作的视图；以及
图7是示出根据本发明的第二示例性实施例的车辆用电池的冷却和加热系统的视图。
具体实施方式
理解的是，如本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，诸如包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用车，包括各种小船和大船的船舶，飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料(例如，源自除石油以外的资源的燃料)车辆。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，汽油和电动双动力车辆。
虽然示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是理解的是，示例性过程也可以由一个或多个模块执行。此外，理解的是，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，并且处理器被具体配置为执行所述模块以执行下面进一步描述的一个或多个处理。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。除非上下文另有明确指示，否则如本文使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括有”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。如本文使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
除非特别说明或从上下文中明显看出，否则如本文所用的术语“约”应理解为在本领域的正常公差的范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“约”可以理解为在10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％陈述的值内。除非上下文另外明确，否则本文提供的所有数值均由术语“约”修饰。
在下文中，将参照附图描述根据本发明的示例性实施例的车辆用电池的冷却和加热系统。
图1是示出根据本发明的第一示例性实施例的安装在车辆内的车辆用电池的冷却和加热系统的视图，图2是图1的A部分的详细视图。另外，图3和图4是示出当电池模块200被加热时冷却和加热系统的操作的视图；图5和图6是示出当电池模块200被冷却时冷却和加热系统的操作的视图。此外，图7是示出根据本发明的第二示例性实施例的车辆用电池的冷却和加热系统的视图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施例的车辆用电池的冷却和加热系统可以包括：电池模块200，被配置成向车辆提供驱动能量；电气部件300，被配置成使用电池模块200的驱动能量使车辆运转；空气通道单元500，其中设置有散热器450，并且具有第一流动路径510、第二流动路径520以及门部600，经过车辆的电气部件300的空气被引入第一流动路径510中，经过散热器450的空气通过第二流动路径520被排放到车辆外部，门部600被配置成选择性地打开和关闭第一流动路径510和第二流动路径520；以及控制器700，被配置成执行门部600的打开和关闭。
电池模块200可以安装在车辆中以提供驱动能量。特别地，当大量电池以模块的形式被安装在车辆中时，电池可以安装在底盘100中的地板(floor panel)下方以：分配车辆的重心；确保稳定的位置；并且冷却电池模块200。如上所述，虽然本发明被说明和解释为如下示例，其中：电气部件室130设置在典型发动机室的位置处；电气部件300安装在电气部件室130中；并且电池模块200安装在车辆的地板下方，其位置不受限制，并且电池模块200和电气部件300的位置可以根据环境或设计而变化。在本说明书中，用于冷却和加热电池模块200的车辆用电池的冷却和加热系统将被说明和解释为电池模块200安装在这样的位置的示例。
其中设置有电气部件300的电气部件室130可以相对于电池模块200形成在车辆的前部。用于调节车辆的乘客室800的空气的空气调节系统的散热器810、冷凝器830和冷却风扇850可以设置在电气部件300的前方，并且当车辆被驱动时，空气被吸入电气部件室130中。另外，电气部件300可以被配置成在车辆被驱动时发热。本发明是通过利用从电气部件300产生并散发的热加热电池模块200来提高能量效率的技术。
为了冷却或加热电池模块200，冷却/加热单元400可以被设置成邻近电池模块200。冷却/加热单元400可以包括：用于电池模块200的散热器450，被配置成与空气选择性地热交换；冷却单元430，被配置成冷却电池模块200；以及加热单元410，被配置成加热电池模块200。冷却/加热单元400可以被配置成闭合环路，并且可以进一步包括由控制器700驱动或停止的循环泵470。另外，热交换介质可以通过驱动循环泵470在冷却/加热单元400中循环以冷却或加热电池模块200。
空气通道单元500可以设置在电气部件300和电池模块200之间。特别地，空气通道单元500中可以设置有散热器450。空气通道单元500可以包括多个空气流动路径。特别地，空气通道单元500可以包括：第一流动路径510，空气可以从电气部件300引入通过第一流动路径510；第二流动路径520，经过散热器450的空气可通过第二流动路径520排放到车辆外部；以及第三流动路径530，为车辆行驶时产生的行驶风的外部空气可以通过第三流动路径530引入，或者通过第三流动路径530选择性地排放从电气部件300引入的空气。虽然在本说明书中作为示例说明并解释了三个空气流动路径，但是空气流动路径的数量不限于此，并且可以采用附加的空气流动路径，或者可以根据需要去除其中的一些空气流动路径。
另外，空气通道单元500可以包括：门部600，被配置成通过控制器700的操作选择性地打开或关闭第一流动路径510、第二流动路径520以及第三流动路径530。门部600可以通过由控制器700驱动的致动器710来操作。门部600可以包括共用旋转轴630的第一门部构件610和第二门部构件620，并且第一门部构件610和第二门部构件620可以被安装成在它们之间形成预定的角度。因此，当门部600旋转时，第一流动路径510、第二流动路径520和第三流动路径530中的两个空气流动路径可以选择性地同时打开，同时剩余的一个空气流动路径关闭。特别地，门部600可以安装在形成在空气通道单元500中的门部壳体640中。
特别地，空气通道单元500可以位于车辆的电气部件300的一侧，或者可以位于安装有电气部件300的电气部件室130和乘客室800之间。第一流动路径510可以形成在电气部件室的隔间110中，以通过经过电气部件300来加热引入车辆中的空气，然后与散热器450热交换。因此，可以利用来自电气部件300的废热来加热电池模块200。更特别地，门部600可以位于散热器450的前方(例如，在电气部件300和散热器450之间)，以通过门部600允许或阻止空气供应到散热器450。特别地，第一流动路径510和第三流动路径530可以被设置成彼此相邻，并且可以由门部600同时打开以彼此连通以便将引入空气通道单元500中的空气在不经过散热器450的情况下排放到车辆外部，从而提高能量效率。
此外，将参照附图描述根据本发明的车辆用电池的冷却和加热系统的操作。图3和图4是示出当电池模块200被加热时冷却和加热系统的操作的视图，图5和图6是示出当电池模块200被冷却时冷却和加热系统的操作的视图。
首先，图3说明电池模块200被加热的情况。特别地，图3示出电池模块200被冷却/加热单元400的加热单元410加热或者电池模块200利用从电池模块200发出的热来加热。当利用加热单元410加热电池模块200时，控制器700可被配置成操作冷却/加热单元400的加热单元410，并且操作门部600关闭第二流动路径520并打开第一流动路径510和第三流动路径530以彼此连通。因此，在电气部件300周围相对较低温度的空气可以被引入第一流动路径510中并且可以通过第三流动路径530排放。因此，可以防止冷空气流入散热器450中，并且电池模块200可以通过由控制器700操作的加热单元410加热。
另外，当利用从电池模块200发出的热加热电池模块200时，控制器700可以被配置成操作门部600关闭第二流动路径520并打开第一流动路径510和第三流动路径530以彼此连通。因此，电气部件300周围相对较低温度的空气可以被引入第一流动路径510中，并且可以通过第三流动路径530排放，由此防止冷空气流入散热器450中。特别地，由于电池模块200可以通过门部壳体640的形状和门部600被气密地封闭，从而防止相对较低温度的外部空气流入其中，因此电池模块200可以利用自身发出的热来加热。
图4说明电池模块200利用电气部件300的废热加热。当利用电气部件300的废热加热电池模块200时，控制器700可以被配置成操作门部600关闭第三流动路径530并打开第一流动路径510和第二流动路径520以彼此连通。因此，通过经过电气部件300已被加热至相对较高温度的空气可以被引入第一流动路径510中，并且可以在散热器450中执行热交换之后通过第二流动路径520排放。因此，可以利用来自电气部件300的废热通过驱动泵的消耗功率来加热电池模块200，而不使用任何额外能量。特别地，由于加热单元410未被操作，所以冷却/加热单元400不使用任何额外能量。因此，可以加热电池模块200同时提高车辆的能量效率。
图5示出利用外部空气冷却电池模块200。当电池模块200利用外部空气冷却时，控制器700可以被配置成操作门部600关闭第一流动路径510并打开第二流动路径520和第三流动路径530以彼此连通。在图5中，电池模块200可以利用在车辆行驶时产生和引入的地板下的行驶风来冷却。因此，相对较低温度的空气可以从车辆外部被引入第三流动路径530中，并且可以在散热器450中执行热交换之后通过第二流动路径520排放。作为结果，可以通过驱动泵的消耗功率利用车辆外部的空气来冷却电池模块200。特别地，由于冷却单元430未被操作，因此冷却/加热单元400不使用任何额外能量。因此，可以冷却电池模块200同时使车辆的能量效率最大化。
图6示出利用冷却/加热单元400的冷却单元430冷却电池模块200。当利用冷却单元430冷却电池模块200时，控制器700可以被配置成操作冷却/加热单元400的冷却单元430并操作门部600关闭第二流动路径520并打开第一流动路径510和第三流动路径530以彼此连通。因此，已经通过电气部件300加热的电气部件300周围的相对较高温度的空气可以被引入第一流动路径510中并且可以通过第三流动路径530排放。作为结果，可以防止热空气流入散热器450中，并且电池模块200可以通过由控制器700操作的冷却单元430来冷却。虽然可以采用空调或冷交换器作为冷却单元430并且可以采用加热器或热交换器作为加热单元410，但是本发明不限于此。
图7示出本发明的第二示例性实施例。在第二示例性实施例中，如图7所示，冷却/加热单元400可以进一步包括冷却风扇490。因此，可以增加引入散热器450中的空气的吸入效率，并且因此更多的空气可以被引入散热器450中以执行热交换，从而提高热交换效率。另外，冷却风扇490可以位于散热器450与电池模块200之间。
因此，根据如上所述的本发明的车辆用电池的冷却和加热系统，可以通过利用车辆移动时从电气部件和冷却模块产生的废热加热电池模块来回收废热。另外，与现有技术不同，用于冷却或加热电池模块的单独的散热器可以邻近电池模块设置。因此，由于可以最小化热交换介质的流动路径的管道，所以可以减少重量和成本。此外，由于系统被配置成与现有的冷却模块分离，因此可以消除热干扰并且可以防止由于风压而导致的效率损失。
虽然已经参照本发明的示例性实施例说明和描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变化。

Claims (15)

1.一种车辆用电池的冷却和加热系统，包括：
电池模块，被配置成向车辆提供驱动能量；
电气部件，被配置成利用所述电池模块的驱动能量来驱动所述车辆；
空气通道单元，所述空气通道单元中设置有散热器，并且包括第一流动路径、第二流动路径以及门部，其中经过所述车辆的电气部件的空气通过所述第一流动路径被引入，经过所述散热器的空气通过所述第二流动路径被排放到车辆外部，所述门部被配置为选择性地打开和关闭所述第一流动路径和所述第二流动路径；以及
控制器，被配置成操作所述门部。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述空气通道单元位于所述电气部件和所述电池模块之间。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述空气通道单元位于所述电气部件和所述车辆的乘客室之间，并且允许引入所述车辆中的空气通过经过所述电气部件而加热，并且在散热器中执行热交换以利用所述电气部件的废热加热电池模块。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述空气通道单元包括：
第三流动路径，被配置成选择性地排放从所述车辆外部引入的空气或从所述电气部件引入的空气。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述门部包括共用旋转轴的第一门部构件和第二门部构件，并且所述第一门部构件和所述第二门部构件被安装成在所述第一门部构件和所述第二门部构件之间形成预定角度，以当门部旋转时两个流动路径同时打开同时剩余的一个流动路径关闭。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述散热器被配置成与空气选择性地热交换，并且所述散热器包括冷却/加热单元，所述冷却/加热单元具有冷却所述电池模块的冷却单元和加热所述电池模块的加热单元。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述冷却/加热单元是闭合环路，并且所述冷却/加热单元进一步包括由所述控制器驱动或停止的循环泵，以通过驱动所述循环泵使热交换介质在所述冷却/加热单元中循环以冷却或加热所述电池模块。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，当需要加热所述电池模块时，所述控制器被配置成操作所述加热单元并操作所述门部关闭所述第二流动路径并且打开所述第一流动路径和所述第三流动路径以彼此连通，以将电气部件周围的较低温度的空气引入所述第一流动路径中并通过所述第三流动路径排放空气，以防止冷空气流入所述散热器中，并通过所述加热单元加热所述电池模块。
9.根据权利要求4所述的系统，其中，当需要加热所述电池模块时，所述控制器被配置成操作所述门部关闭所述第二流动路径并打开所述第一流动路径和所述第三流动路径以彼此连通，以将电气部件周围的较低温度的空气引入所述第一流动路径中并通过所述第三流动路径排放空气，以防止冷空气流入所述散热器中，并利用所述电池模块产生的热来加热所述电池模块。
10.根据权利要求4所述的系统，其中，当需要加热所述电池模块时，所述控制器被配置成操作所述门部关闭所述第三流动路径并打开所述第一流动路径和所述第二流动路径以彼此连通，以将已经通过经过所述电气部件加热至较高温度的空气引入所述第一流动路径并在所述散热器中执行热交换之后通过所述第二流动路径排放空气，以控制所述电池模块利用所述电气部件的废热加热。
11.根据权利要求4所述的系统，其中，当需要冷却所述电池模块时，所述控制器被配置成操作所述门部关闭所述第一流动路径并打开所述第二流动路径和所述第三流动路径以彼此连通，以将较低温度的空气从车辆外部引入所述第三流动路径中并且在散热器中执行热交换之后通过所述第二流动路径排放空气，以利用所述车辆外部的空气来冷却所述电池模块。
12.根据权利要求6所述的系统，其中，当需要冷却所述电池模块时，所述控制器被配置成操作所述冷却单元并且操作所述门部关闭所述第二流动路径并打开所述第一流动路径和所述第三流动路径以彼此连通，以将所述电气部件周围的较高温度的空气引入所述第一流动路径中并通过所述第三流动路径排放空气，以防止热空气流入所述散热器中并冷却所述电池模块。
13.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第一流动路径和所述第三流动路径被设置成彼此相邻并且由所述门部同时打开以彼此连通，以使引入所述空气通道单元中的空气在不经过所述散热器的情况下排放到所述车辆外部。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述门部位于所述散热器的前方，并且所述门部允许或阻挡向所述散热器供应空气。
15.根据权利要求6所述的系统，其中，所述冷却/加热单元进一步包括设置在所述散热器和所述电池模块之间的冷却风扇。
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