CN117231341A - 变速泵流动系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于冷却车辆的发热部件的方法和设备，包括能在正常需求模式与高需求模式之间切换的第一泵。在正常需求模式下，冷却剂以正常需求流速从第一泵泵送通过散热装置与发热部件之间的冷却剂回路。将第一泵切换到高需求模式会将冷却剂转移到第二泵。第二泵以高需求流速将冷却剂泵送通过冷却剂回路。

Description

变速泵流动系统
技术领域
本发明总体上涉及用于变换至发热或吸热部件的冷却剂流速/流量的泵。
背景技术
泵是已知的并且通常用于移动流体，例如车辆中的冷却剂。一个示例是带有水泵的冷却系统，用于冷却车辆的不同电气或机械部件。在需要冷却电气部件的混合动力或纯电动车辆中，阀用于确保冷却剂在整个冷却系统中的分布。每个阀都需要带电气控制的致动器和用于将阀和致动器安装在车辆部件上的支架，这导致部件成本高。
车辆的正常使用需求通常需要泵提供最小流量以满足正常驾驶或温和环境条件下的冷却需求。然而，在某些运行状况下，例如性能驾驶、将重型拖车拉上陡峭的斜坡或在极端环境条件下，必须提供更高的冷却剂流量以适当冷却车辆的发热部件。为了满足不同的冷却需求，泵以不同的速度运行。当流量需求较低时，泵在低压下以较慢的速度运行，而当流量需求较高时，泵以较快的速度运行，但能源使用效率低下。本发明的一个目的是采用一种泵，该泵可以变换流速/流量以满足所有驾驶和环境条件的冷却需求。
发明内容
本发明涉及一种用于冷却车辆的发热部件的方法，该车辆包括能在正常需求模式与高需求模式之间切换的第一泵。在正常需求模式下，将冷却剂以正常需求流速从第一泵泵送通过散热装置与发热部件之间的冷却剂回路。在高需求模式下，将第一泵切换成将冷却剂转移到第二泵，并且将冷却剂以高需求流速从第二泵泵送通过散热装置与发热部件之间的冷却剂回路。
本发明还涉及一种用于冷却车辆的发热部件的设备，该设备包括包含散热装置和发热部件的冷却剂回路。第一泵使冷却剂以正常需求流速循环通过散热装置与发热部件之间的冷却剂回路。第二泵流体连接到第一泵。第一泵能切换成将冷却剂从冷却剂回路转移到第二泵。第二泵使冷却剂以高需求流速循环通过散热装置与发热部件之间的冷却剂回路。
根据以下附图、描述和权利要求，其他技术特征对于本领域技术人员而言可能是显而易见的。
附图说明
为了更完整地理解本发明，现在参考以下结合附图的描述，在附图中：
图1示出了本发明的系统的示意图；
图2示出了本发明的系统的示意图；
图3示出了本发明的示例性多功能泵组件的截面透视图；
图4A示出了穿过本发明的图3的多功能泵组件的第一泵和第一阀的一部分的截面图；
图4B示出了穿过本发明的图3的多功能泵组件的第二泵和第二阀的一部分的截面图；
图5A示出了穿过本发明的图3的多功能泵组件的第一泵和第一阀的一部分的截面图；和
图5B示出了穿过本发明的图3的多功能泵组件的第二泵和第二阀的一部分的截面图。
具体实施方式
下面讨论的附图以及本专利文件中用于描述本发明原理的各种实施例仅作为说明，不应以任何方式解释为限制本发明的范围。本领域的技术人员将理解，本发明的原理可以在任何类型的适当布置的设备或系统中实施。
图1描绘了用于调节车辆的发热部件的温度的热管理系统10。系统10使用包含冷却剂流体的冷却剂回路来维持电动车辆的充电和动力传动系两者的所需温度条件。冷却剂回路流体连接到散热装置12，例如由风扇冷却的热交换器或散热器。散热装置12用于冷却从电动车辆的多种发热部件吸收的热量，例如高低压DC转换器14、电池充电器16、DC到AC逆变器18、包含驱动车辆车轮的电动机的驱动单元20和变速器油冷却器22。应当注意，电动车辆可以包含可以由热管理系统10管理的其他发热部件，并且为了更好地理解本发明，这里列出的部件仅显示简化的系统。
发热部件可以根据功能沿分支回路连接到冷却剂回路。例如，冷却剂回路可以包括沿第一主冷却剂管线15下游的冷却剂管线25从节点21分支的充电器分支回路。充电器分支回路包含DC转换器14和电池充电器16。单独的驱动分支回路从节点21的下游沿包含驱动车辆车轮的部件的冷却管线28延伸。例如，电逆变器18、驱动单元20和变速器油冷却器22。充电器分支回路和驱动分支回路的冷却管线25和28分别在节点/汇合点(junction)23重新汇合。系统10还包括用于将冷却剂泵送通过冷却剂回路的第一泵40和第二泵50。流体连接到节点23的第二主冷却剂管线16从冷却剂管线25和28收集冷却剂，并将收集的冷却剂施加到第一泵40的入口41。
第一泵40具有两个出口并且可在正常需求模式和高需求模式这两种模式之间切换。当第一泵40处于正常需求模式时，第一泵40中的第一阀打开第一出口42以在第二出口43关闭时从第一出口42排出冷却剂。第一泵40将冷却剂经第一出口42和节点24泵送到第三主冷却剂管线17，以泵送到散热装置12。在正常需求模式下，第一泵40以足以管理充电和动力传动系统的所需温度条件的正常需求流速将冷却剂泵送通过冷却剂分支回路。第一泵40使用为正常条件设计的流速使冷却剂循环通过系统10，例如低或中等外部气温和低需求驾驶条件。由于第一泵40中的第一阀将所有冷却剂引导到第一出口42，因此没有冷却剂从第二出口43流到第二泵50的入口51。在正常需求模式下，第二泵50与冷却剂回路隔离并且对在系统10中循环的冷却剂的流速无贡献。
然而，在极端条件下，例如当在升高的环境温度和/或诸如更高持续速度的极端驾驶条件和/或诸如在陡峭的斜坡上拖拉或拖曳重物的极端负载条件下运行时，第一泵40提供的流速将不足以冷却车辆的发热部件。
当条件需要车辆的热管理系统10切换到高需求模式时，第二泵50切换到冷却剂回路中以将通过分支回路的冷却剂流速升高为高需求流速。如图2所示，第一泵40中的第一阀切换到第二出口43，从而关闭第一出口42。第二出口43将第一泵40泵送的冷却剂施加到第二泵50的入口51。同时，第二泵50中的第二阀从关闭位置53切换到第三出口52。在高需求模式下，第二泵50以正常需求流速从第一泵40接收冷却剂。第二泵50将接收到的正常需求流速转换为高需求流速。冷却剂以升高的转换后的高需求流速在第三出口52处离开第二泵50，该高需求流速大约是第一泵40提供到入口51的流速的两倍。高需求流速被施加到节点24和通向散热装置12的第三主冷却剂管线17以循环通过系统10。
当车辆返回到正常驾驶条件时，系统10返回到正常需求模式。第一泵40中的第一阀打开以从第一出口42排出冷却剂，从而关闭第二出口43并防止冷却剂流向第二泵50。另外，第二泵50中的第二阀切换到关闭位置53，从而阻止冷却剂离开第二泵50。第一泵40恢复将冷却剂经第一出口42泵送到回流管线17，并以如图1所示的正常需求流速返回到散热装置12。
图3示出了多功能泵组件100的一个示例，该多功能泵组件100将第一泵40和第二泵50以及它们相关联的阀结合到集成单元中以用于选择性地变换热管理系统10的冷却剂流速。可以理解，第一泵40和第二泵50也可以用于非车辆应用中。多功能泵组件100包括具有电动机110的泵电动机区段105和从电动机110延伸到泵区段120中的旋转电动机轴115。泵区段120容纳第一泵40和第二泵50。第一泵40包括具有驱动冷却剂的多个叶轮叶片146的叶轮145和可绕叶轮145旋转的第一阀142。第二泵50包括具有多个叶轮叶片156的叶轮155和可绕叶轮155旋转的第二阀152。入口41、第一出口42、第二出口43和第三出口52绕泵区段120布置。入口腔室151位于叶轮155和145之间。入口腔室151流体连接到叶轮155并用作第二泵50的入口51。然而，入口腔室151与叶轮145和第一泵40的入口41流体隔离。入口腔室151经由旁通端口160流体连接到第一泵40的第二出口43。第一泵40的叶轮叶片146和第二泵50的叶轮叶片156均附接到电动机轴115并且可以相同且恒定的转速在由电动机轴115驱动的泵区段120内旋转。泵电动机110包括电连接件(未示出)，其适于从位于远处的电源接收电力以为泵电动机供电并运行泵电动机。
参照图4A，流体出口42、43与第一泵40的泵腔室150的下游连通。可调节的第一阀142在径向上位于叶轮145外侧和泵腔室150内侧。第一阀142布置成可调节地引导流体分别通过相应的第一出口42和第二出口43。第一阀142具有环形壁143和延伸穿过环形壁143的开口144。在该示例中，第一阀142的环形壁143从开口144的第一端147处的总体上较厚的壁区段螺旋延伸到开口144的第二端148处的总体上较薄的壁区段。叶轮145被布置成能在环形壁143内旋转。
电致动器(未示出)选择性地操作阀142以用环形壁143阻塞第二出口43。从入口41进入泵腔室150的冷却剂被叶轮叶片146驱动以正常需求流速从第一出口42流出。阀142机械连接到阀152。阀142的旋转阻塞第二出口43也将阀152的壁185定位成关闭出口52，如图4B所示。第二泵50的泵腔室158仅在第二出口43打开时从入口腔室151接收冷却剂。在正常需求模式下，环形壁143阻塞第二流体出口43并且没有流体从第一泵40被泵送到入口腔室151中。
当由于车辆对更大冷却的需求而选择高需求模式时，致动器定位第一泵40的阀142以将环形壁143定位成阻塞第一出口42并定位开口144和第二出口43，如图5A所示。由叶轮叶片146驱动的冷却剂以正常需求流速从腔150通过开口144转移到第二出口43和通向第二泵50的入口腔室151中的旁通回路160。同步地，当阀构件143定位成使开口144与第二出口43对准时，阀构件152将开口184定位成与出口52对准，如图5B所示。入口腔室151中的冷却剂进入泵腔158并由叶轮叶片156驱动通过开口184并从第三出口52流出。入口腔室151从第一泵40以第一正常需求流速接收冷却剂并由第二泵50的叶轮叶片156变换成要从第三出口52输出的高需求流速。
尽管已经使用两个泵解释了本发明，但是本领域的技术人员将理解，可以使用两个以上的泵来变换通过热管理系统10的流速。例如，第三泵和第四泵可以附接到第一泵和第二泵，每个泵都具有在第一主泵的泵级下游级联的入口腔室、叶轮和阀组件。每个泵级都增加了冷却剂流速的变换，以满足车辆的冷却需求。本领域的技术人员将进一步理解，这种多泵组件的最后一级将不需要该组件的最后一个泵级包括阀，因为最后一个泵不需要切换其向下一个下游泵级的流动。
阐明本专利文件全文使用的某些词和短语的定义可能是有利的。术语“连通”及其派生词包括直接连通和间接连通。术语“包括”和“包含”及其派生词指包括但不限于。术语“或”具有包容性，意思是和/或。短语“与...相关联”及其派生词可以指包括、包括在...内、互相连接、包含、包含在...内、连接到或与...连接、联接到或与...联接、可与...连通、与...配合、交错、并列、接近、结合到或与...结合、具有、具有...的属性、与...有关系等。当与条目列表一起使用时，短语“至少一个”意味着可以使用一个或多个所列条目的不同组合，并且可能只需要列表中的一个条目。例如，“A、B、C中的至少一个”包括以下任意组合：A、B、C、A和B、A和C、B和C、A和B和C。
本申请中的描述不应理解为暗示任何特定元件、步骤或功能是必须包含在权利要求范围内的必要或关键要素。要求专利权的主题的范围仅通过允许的权利要求来限定。此外，任何权利要求均无意针对任何所附权利要求或权利要求要素援引35U.S.C.§112(f)，除非在特定权利要求中明确使用了确切的词语“用于...的手段”或“用于...步骤”，后接识别功能的分词短语。在权利要求中使用诸如(但不限于)“机构”、“模块”、“装置”、“单元”、“部件”、“元件”、“构件”、“设备”、“机器”、“系统”或“控制器”等术语应理解为并且意在指相关领域技术人员已知的结构，由权利要求本身的特征进一步修改或增强，而不是意在援引35U.S.C.§112(f)。
虽然本发明已经描述了某些实施例和通常相关联的方法，但是这些实施例和方法的变更和排列对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，以上对示例性实施例的描述不限定或限制本发明。在不脱离通过所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，其他变更、替换和变化也是可能的。

Claims (15)

1.一种用于冷却车辆的至少一个第一发热部件的方法，包括：
提供能在正常需求模式与高需求模式之间切换的第一泵；
在所述正常需求模式下，将冷却剂以正常需求流速从该第一泵泵送通过散热装置和所述至少一个第一发热部件之间的第一冷却剂回路；
在所述高需求模式下将所述第一泵切换成将冷却剂转移到第二泵；和
将冷却剂以高需求流速从所述第二泵泵送通过所述散热装置和所述至少一个发热部件之间的该第一冷却剂回路。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：
提供连接到第二冷却剂回路的至少一个第二发热部件；
在所述正常需求模式下，将冷却剂以正常需求流速从所述第一泵泵送通过所述散热装置与所述第一发热部件和第二发热部件之间的该第一冷却剂回路和该第二冷却剂回路；
在高需求模式下将所述第一泵切换成将冷却剂转移到第二泵；和
将冷却剂以高需求流速从所述第二泵泵送通过所述散热装置与所述第一发热部件和第二发热部件之间的该第一冷却剂回路和该第二冷却剂回路。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一泵包括连接到所述第一冷却剂回路和第二冷却剂回路的入口和位于所述入口与第一出口和第二出口之间的第一阀，所述第一阀能在第一位置和第二位置之间移动，所述方法还包括：
在所述正常需求模式下将所述第一阀移动到将所述第一出口连接到所述入口的第一位置，
其中，冷却剂在该第一出口处以所述正常需求流速从所述第一泵泵送出。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述高需求模式下将所述第一阀移动到将所述第一出口与所述入口断开连接并且所述第二出口连接到所述入口的第二位置，其中将冷却剂以所述正常需求流速从所述第一泵泵送到所述第二泵的入口。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二泵包括位于所述第二泵的入口与连接到所述第一冷却剂回路和第二冷却剂回路的出口之间的第二阀，所述第二阀能在第一位置与第二位置之间移动，其中在所述正常需求模式下，所述第二阀的第一位置使所述第二泵的入口与所述第二泵的出口断开连接。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述高需求模式下所述第二泵的第二阀移动到将该第二泵的入口连接到所述第二泵的出口的该第二位置，其中所述第二泵从所述第一泵接收正常需求流速并将所述正常需求流速变换成所述高需求流速，从而以所述高需求流速从所述第二泵的出口泵送冷却剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一阀和所述第二阀同步移动到各自的第一位置和各自的第二位置。
8.一种用于冷却车辆的发热部件的设备，包括：
第一冷却剂回路，其包含散热装置和至少一个第一发热部件；
第一泵，用于使冷却剂以正常需求流速循环通过所述散热装置和所述第一发热部件之间的第一冷却剂回路；和
流体连接到所述第一泵的第二泵，所述第一泵能切换以将冷却剂从所述冷却剂回路转移到所述第二泵，
其中，所述第二泵使冷却剂以高需求流速循环通过所述散热装置和所述第一发热部件之间的第一冷却剂回路。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述设备还包括：
第二冷却剂回路，其包含至少一个第二发热部件；
第一泵，用于使冷却剂以正常需求流速循环通过所述散热装置与所述第一冷却剂回路和第二冷却剂回路的所述第一发热部件和第二发热部件之间的所述第一冷却剂回路和第二冷却剂回路；和
流体连接到所述第一泵的第二泵，所述第一泵能切换成将冷却剂从所述第一冷却剂回路和第二冷却剂回路转移到所述第二泵，
其中，所述第二泵使冷却剂以高需求流率循环通过所述散热装置与所述第一冷却剂回路和第二冷却剂回路的所述第一发热部件和第二发热部件之间的所述第一冷却剂回路和第二冷却剂回路。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第一泵包括连接到所述第一冷却剂回路和第二冷却剂回路的入口和位于所述入口与第一出口和第二出口之间的第一阀，所述第一阀能在第一位置和第二位置之间移动，其中处于所述第一位置的该第一阀将所述第一出口连接到所述入口，从而以所述正常需求流速从所述第一泵泵送冷却剂。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，在所述高需求模式下，所述第一阀移动到将所述第二出口连接到所述入口的第二位置，从而以所述正常需求流速从所述第二出口泵送冷却剂。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述第二泵包括位于所述第二泵的入口与连接到所述第一冷却剂回路和第二冷却剂回路的出口之间的第二阀，所述第二阀能在第一位置与第二位置之间移动，其中在所述正常需求模式下，所述第二阀处于将所述第二泵的入口与所述第二泵的出口断开连接的第一位置。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，在所述高需求模式下，所述第二泵的第二阀移动到将所述入口连接到所述第二泵的出口的第二位置，其中所述第二泵从所述第一泵接收所述正常需求流速并将所述正常需求流速变换成所述高需求流速，从而以所述高需求流速从所述第二泵的出口泵送出冷却剂。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述第一阀和所述第二阀由致动器驱动到所述第一位置和所述第二位置。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述致动器是将所述第一阀和第二阀同步驱动到各自的第一位置和各自的第二位置的电动机。
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