本公開(kāi)涉及用于諸如電池電動(dòng)車輛(“bev”)的電動(dòng)車輛的熱管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

用于諸如bev和插電式混合動(dòng)力車輛(“phev”)的電動(dòng)車輛的技術(shù)正不斷改進(jìn)，以增加其總行駛距離。然而，相比于以前的bev和phev，實(shí)現(xiàn)這些增加的里程通常需要具有更大容量的牽引電池。外部充電站輔助為再充電牽引電池提供電力。大容量牽引電池通常需要更長(zhǎng)的充電時(shí)間，并且快速充電事件可能使電池?zé)釛l件達(dá)不到期望的范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種電動(dòng)車輛熱管理系統(tǒng)，包括牽引電池組件、冷卻劑回路、熱交換器、充電端口組件和控制系統(tǒng)。牽引電池組件具有熱板。冷卻劑回路包括冷卻器并且與熱板布置在一起，以向熱板分配冷卻劑。熱交換器與冷卻劑回路布置在一起，以在熱交換器和冷卻劑回路之間進(jìn)行熱連通但非流體連通。充電端口組件與熱交換器流體連通，并且被構(gòu)造為從外部源接收冷卻劑?？刂葡到y(tǒng)包括被配置為與外部源通信的控制線路，以監(jiān)測(cè)牽引電池組件、冷卻器和外部源的狀況，并且基于所述狀況指導(dǎo)外部源的操作。充電端口組件可限定用于將冷卻劑從外部源輸送到熱交換器的冷卻劑回路的入口通道和用于將冷卻劑輸送到外部源的出口通道?？刂葡到y(tǒng)還可被配置為基于熱板的測(cè)量溫度來(lái)指導(dǎo)外部源將預(yù)定量的冷卻劑輸送到熱交換器。熱交換器可圍繞冷卻劑回路的一部分纏繞，并且與冷卻劑回路間隔開(kāi)一定尺寸以容納熱界面材料。冷卻劑回路還可包括管道，并且熱交換器可圍繞所述管道的至少一部分設(shè)置。熱交換器和冷卻劑回路可進(jìn)一步彼此布置在一起，使得從外部源流出來(lái)的冷卻劑不與在冷卻劑回路內(nèi)流動(dòng)的冷卻劑混合。該系統(tǒng)可包括用于測(cè)量來(lái)自冷卻器的冷卻劑的溫度的第一傳感器，用于測(cè)量來(lái)自外部源的冷卻劑的溫度的第二傳感器和用于測(cè)量所述熱板的冷卻劑的溫度的第三傳感器。第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器可與控制系統(tǒng)電通信以向其發(fā)送包括所測(cè)量的溫度的信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)還可被配置為基于所測(cè)量的溫度來(lái)指導(dǎo)外部源以預(yù)定溫度將預(yù)定量的冷卻劑輸送到熱交換器。

一種電動(dòng)車輛，包括牽引電池、冷卻器、充電端口、熱交換器、傳感器和電池控制模塊。牽引電池組件包括熱板。冷卻器經(jīng)由冷卻劑回路通道與所述熱板流體連通。充電端口組件限定兩個(gè)冷卻劑通道，每個(gè)冷卻劑通道被構(gòu)造為用于與外部充電站流體連通。熱交換器與冷卻劑回路通道布置在一起，以在冷卻劑回路通道和熱交換器之間進(jìn)行熱連通。傳感器測(cè)量冷卻器、熱交換器和熱板的冷卻劑的溫度。電池控制模塊接收所測(cè)量的溫度并基于所測(cè)量的溫度是否落在相應(yīng)的預(yù)定溫度范圍內(nèi)來(lái)指導(dǎo)充電站的操作。熱交換器不與熱板流體連通。熱板可僅經(jīng)由冷卻劑回路通道接收冷卻劑。電動(dòng)車輛還可包括設(shè)置在熱交換器和冷卻劑回路通道之間的熱界面層。熱交換器可包括與充電端口組件流體連通的熱交換器冷卻劑通道。熱交換器冷卻劑通道的至少一部分可與冷卻劑回路通道間隔開(kāi)并且圍繞冷卻劑回路通道纏繞。熱交換器冷卻劑通道可與冷卻劑回路通道間隔開(kāi)一定距離，該距離的尺寸適于容納熱界面材料。電池控制模塊可被配置為響應(yīng)于充電事件的檢測(cè)而激活充電站冷卻劑的支付。

一種用于電動(dòng)車輛的熱管理方法，響應(yīng)于接收用于車輛冷卻器、車輛熱交換器和車輛牽引電池組件的熱板中的每一個(gè)的冷卻劑的溫度值的預(yù)定組合，經(jīng)由控制器輸出控制策略以指導(dǎo)遠(yuǎn)離車輛的充電站的操作，以選擇性地將冷卻劑輸出到車輛熱交換器，而不使冷卻劑流入車輛牽引電池組件的熱板。該方法還可包括經(jīng)由包括冷卻器的冷卻劑回路的一部分在熱交換器和冷卻器之間換熱，其中，熱交換器和冷卻器經(jīng)由設(shè)置在彼此之間的熱界面材料彼此熱連通，而彼此不流體連通。該方法還可包括向充電站的冷卻劑支付組件發(fā)出停用信號(hào)，以停止由充電站輸出冷卻劑。該方法還可包括響應(yīng)于充電事件的檢測(cè)而向充電站的冷卻劑支付組件輸出激活信號(hào)。該方法還可包括基于熱板的冷卻劑的預(yù)定溫度值而向充電站的冷卻劑支付組件輸出激活信號(hào)。

附圖說(shuō)明

圖1是示出了電動(dòng)車輛的示例的示意圖。

圖2是示出了用于電池電動(dòng)車輛的熱管理系統(tǒng)的一部分的示例的示意圖。

圖3a是圖2的熱管理系統(tǒng)的一部分的主視圖。

圖3b是圖3a的熱管理系統(tǒng)的一部分的側(cè)視圖。

圖4示出了描繪圖2的熱管理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的操作的示例的流程圖。

具體實(shí)施方式

在此描述本公開(kāi)的實(shí)施例。然而，應(yīng)理解，公開(kāi)的實(shí)施例僅為示例，其它實(shí)施例可采取各種替代的形式。附圖無(wú)需按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以顯示特定部件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制，而僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種形式利用本公開(kāi)的代表性基礎(chǔ)。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解的，參考任一附圖示出和描述的各種特征可與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖中示出的特征結(jié)合，以產(chǎn)生未明確示出或描述的實(shí)施例。示出的特征的組合為典型應(yīng)用提供代表性實(shí)施例。然而，與本公開(kāi)的教導(dǎo)一致的特征的各種組合和變型可以期望用于特定應(yīng)用或?qū)嵤┓绞健?/p>

圖1描繪了在本文中被稱為車輛12的phev的示例的示意圖。車輛12可包括機(jī)械地連接到混合動(dòng)力變速器16的一個(gè)或更多個(gè)電機(jī)14。電機(jī)14能夠作為馬達(dá)或發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，混合動(dòng)力變速器16可機(jī)械地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)18?；旌蟿?dòng)力變速器16還可機(jī)械地連接到驅(qū)動(dòng)軸20，驅(qū)動(dòng)軸20機(jī)械地連接到車輪22。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)18打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)，電機(jī)14可提供推進(jìn)力和減速能力。電機(jī)14還可用作發(fā)電機(jī)，并且可通過(guò)回收通常在摩擦制動(dòng)系統(tǒng)中作為熱而損失的能量來(lái)提供燃料經(jīng)濟(jì)效益。電機(jī)14還可減少污染物排放，因?yàn)榛旌想妱?dòng)車輛12可在某些條件下以電動(dòng)模式或混合動(dòng)力模式運(yùn)行，以降低車輛12的總體燃料消耗。

牽引電池或電池組24存儲(chǔ)并提供可被電機(jī)14使用的能量。牽引電池24可從牽引電池24內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)電池單元陣列(有時(shí)被稱為電池單元堆)提供高壓直流(dc)輸出。電池單元陣列可包括一個(gè)或更多個(gè)電池單元。牽引電池24可通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)接觸器(未示出)電連接到一個(gè)或更多個(gè)電力電子模塊26。一個(gè)或更多個(gè)接觸器在打開(kāi)時(shí)將牽引電池24與其它部件隔離，在閉合時(shí)將牽引電池24連接到其它部件。電力電子模塊26還可電連接到電機(jī)14并在牽引電池24和電機(jī)14之間提供雙向傳遞電能的能力。例如，牽引電池24可提供dc電壓，而電機(jī)14可能需要三相ac電壓來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。電力電子模塊26可將dc電壓轉(zhuǎn)換為電機(jī)14所需的三相ac電壓。在再生模式中，電力電子模塊26可將來(lái)自用作發(fā)電機(jī)的電機(jī)14的三相ac電壓轉(zhuǎn)換為牽引電池24所需的dc電壓。本文的描述部分同樣適用于純電動(dòng)車輛。對(duì)于純電動(dòng)車輛，混合動(dòng)力變速器16可以是連接到電機(jī)14的齒輪箱，并且發(fā)動(dòng)機(jī)18可以不存在。

除了提供用于推進(jìn)的能量，牽引電池24還可為其他車輛電氣系統(tǒng)提供能量。dc/dc轉(zhuǎn)換器模塊28可將牽引電池24的高壓dc輸出轉(zhuǎn)換為與其它車輛負(fù)載兼容的低壓dc供給。其它高壓負(fù)載(諸如，壓縮機(jī)和電加熱器)可不利用dc/dc轉(zhuǎn)換器模塊28而直接連接到高壓。低壓系統(tǒng)可電連接到輔助電池30(例如，12v電池)。

電池電控制模塊(“becm”)33可與牽引電池24通信。becm33可用作牽引電池24的控制器，并且還可包括管理每個(gè)電池單元的溫度和充電狀態(tài)的電子監(jiān)控系統(tǒng)。牽引電池24可具有諸如熱敏電阻或其它溫度計(jì)的溫度傳感器31。溫度傳感器31可與becm33通信以提供關(guān)于牽引電池24的溫度數(shù)據(jù)。溫度傳感器31還可位于牽引電池24內(nèi)的電池單元上或牽引電池24內(nèi)的電池單元附近。還可考慮到，可使用多于一個(gè)的溫度傳感器31來(lái)監(jiān)測(cè)電池單元的溫度。

車輛12可以是(例如)包括用于phev、fhev、mhev或bev的部件的電動(dòng)車輛。牽引電池24可由外部電源36進(jìn)行再充電。外部電源36可以是到電插座的連接。外部電源36可電連接到電動(dòng)車輛供電設(shè)備(“evse”)38。evse38可提供電路和控制以調(diào)節(jié)和管理電源36和車輛12之間的電能的傳輸。外部電源36可向evse38提供dc或ac電力。evse38可具有用于插入到車輛12的充電端口34中的充電連接器40。充電端口34可以是被配置為將電力從evse38傳輸?shù)杰囕v12的任何類型的端口。充電端口34可電連接到充電器或車載功率轉(zhuǎn)換模塊32。功率轉(zhuǎn)換模塊32可調(diào)節(jié)從evse38供應(yīng)的電力以向牽引電池24提供合適的電壓和電流水平。功率轉(zhuǎn)換模塊32可與evse38進(jìn)行接口連接以協(xié)調(diào)到車輛12的電力輸送。evse連接器40可具有與充電端口34的相應(yīng)凹入匹配的插腳。

所討論的各種部件可具有一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的控制器以控制和監(jiān)測(cè)所述部件的操作?？刂破骺山?jīng)由串行總線(例如，控制器局域網(wǎng)(“can”))或經(jīng)由離散導(dǎo)體通信。

圖2示出了車輛的熱管理系統(tǒng)和充電站(通常分別稱為熱管理系統(tǒng)100和充電站110)的示意性示例。充電站110可包括用于存儲(chǔ)諸如冷卻劑的流體的貯液器(未示出)，用于與外部裝置或系統(tǒng)進(jìn)行交換。熱管理系統(tǒng)100可幫助管理諸如phev的電動(dòng)車輛的牽引電池組件112的狀態(tài)。例如，所述狀態(tài)可包括牽引電池組件112的一個(gè)或更多個(gè)部件的溫度或熱狀態(tài)。牽引電池組件112可包括電池單元陣列和熱板(諸如，冷板)。熱板可位于電池單元附近并且包括用于冷卻劑流過(guò)其中的流場(chǎng)。流過(guò)流場(chǎng)的冷卻劑可以以冷卻能力或加熱能力幫助管理電池單元陣列的溫度。

熱管理系統(tǒng)100可包括冷卻劑回路116。冷卻劑回路116可包括諸如通道118的通道或管道，以在冷卻劑回路116的部件之間提供流體連通。例如，冷卻劑回路116可引導(dǎo)流體流過(guò)冷卻器120和牽引電池組件112的熱板。冷卻器120可以是ac系統(tǒng)124的一部分，ac系統(tǒng)124還可包括ac冷凝器126。第一閥130和第二閥132可幫助分配冷卻劑遍及冷卻劑回路116并且可選地到達(dá)散熱器136。

熱管理系統(tǒng)100可包括熱交換器回路150。熱交換器回路150可包括冷卻劑線路152和熱交換器154。熱交換器154可圍繞冷卻劑回路116的一部分設(shè)置并且與冷卻劑回路116的一部分間隔開(kāi)。例如，熱界面材料(“tim”)可位于熱交換器154和冷卻劑回路116之間以幫助增強(qiáng)熱傳遞。充電端口組件160可以是車載式的并且與熱交換器回路150流體連通。充電端口組件160可包括一個(gè)或更多個(gè)充電端口162和一個(gè)或更多個(gè)流體交換端口164。多個(gè)傳感器可設(shè)置為遍及熱管理系統(tǒng)100以幫助監(jiān)測(cè)熱管理系統(tǒng)100的熱狀態(tài)。例如，熱管理系統(tǒng)可包括第一傳感器170、第二傳感器172和第三傳感器174。

第三傳感器174可監(jiān)測(cè)牽引電池組件112的部件和流體的熱狀態(tài)(諸如，溫度)。例如，流過(guò)牽引電池組件112的熱板的冷卻劑的溫度可由位于牽引電池組件112內(nèi)的并且與牽引電池組件112的熱板鄰近的各個(gè)位置的第三傳感器174測(cè)量。第二傳感器172可監(jiān)測(cè)熱交換器回路150的流體和部件的熱狀態(tài)(諸如，溫度)。例如，流過(guò)熱交換器154的冷卻劑的溫度可由位于熱交換器回路150內(nèi)的并且與熱交換器154鄰近的各個(gè)位置處的第二傳感器172測(cè)量。第一傳感器170可監(jiān)測(cè)冷卻劑回路116的流體和部件的熱狀態(tài)(諸如，溫度)。例如，流過(guò)冷卻器120的冷卻劑的溫度可由在冷卻劑回路116內(nèi)的并且與冷卻器120鄰近的各個(gè)位置處的第一傳感器170測(cè)量。

充電端口162可幫助便于與充電站110的電通信。例如，熱管理系統(tǒng)可包括控制器(諸如，電池控制模塊180)。電池控制模塊180可幫助指導(dǎo)熱管理系統(tǒng)100的操作。例如，電池控制模塊180可監(jiān)測(cè)熱管理系統(tǒng)100的傳感器并且指導(dǎo)其中的其它部件的操作以在整個(gè)熱管理系統(tǒng)100中提供期望的熱狀態(tài)。電池控制模塊180對(duì)充電事件的檢測(cè)可提示如下響應(yīng)：電池控制模塊180指導(dǎo)部件調(diào)節(jié)冷卻劑流動(dòng)以維持牽引電池組件112的期望的狀態(tài)。電池控制模塊180還可經(jīng)由充電端口162電連接到外部設(shè)備(諸如，本文進(jìn)一步描述的充電站110)以指導(dǎo)其操作。

流體交換端口164可通向冷卻劑線路152，以幫助從外部源(諸如，充電站110)輸送冷卻劑。例如，充電站110可包括充電站出口組件200。出口組件200可包括冷卻劑出口端口202和電端口204。冷卻劑出口端口202和流體交換端口164的尺寸可適于可操作連接，以幫助便于熱交換器回路150和充電站110的貯液器之間的流體連通。充電站電纜210可從充電站110延伸以幫助將充電站110可操作地連接到外部設(shè)備(諸如，熱管理系統(tǒng)100)?？刂凭€214可延伸穿過(guò)充電站電纜210并且與充電站110的控制器(未示出)電通信，以幫助便于(在該示例中的)電池控制模塊180和充電站110之間的通信。在某些情況下，諸如充電事件中，電池控制模塊180可指導(dǎo)熱管理系統(tǒng)100和充電站110的操作。

圖3a和3b示出了用于電動(dòng)車輛的熱管理系統(tǒng)(諸如，熱管理系統(tǒng)100)的一部分的示例。熱交換器154相對(duì)于冷卻劑回路116可具有各種合適的構(gòu)造和方位。例如，熱交換器154可在結(jié)構(gòu)上與冷卻劑回路116的通道118分離并間隔開(kāi)。該間隔的尺寸可適于容納熱界面材料以幫助增強(qiáng)熱傳遞。例如，諸如tim159的熱界面材料可設(shè)置在冷卻劑通道118和熱交換器154之間。熱交換器154、冷卻劑回路116和tim159的組合可統(tǒng)稱為快速充電冷卻器。在操作期間，當(dāng)冷卻劑從充電站110流出而充電站110的冷卻劑卻不流入牽引電池組件112的熱板時(shí)，該快速充電冷卻器可幫助從冷卻劑回路116去除熱。

圖4示出了操作熱管理系統(tǒng)和外部充電源以幫助管理牽引電池組件的熱板的狀況的方法(本文中總體上稱為操作400)的示例。例如，諸如上述電池控制模塊180的控制器可檢測(cè)充電事件并操作以維持牽引電池組件(諸如，上述牽引電池112)的熱狀態(tài)。在操作402中，電動(dòng)車輛的熱管理系統(tǒng)可被可操作地連接到用于流體連通和電通信的外部充電源。例如，熱管理系統(tǒng)可與車載充電端口組件流體連通并電通信。外部充電源可包括用于存儲(chǔ)流體(諸如，冷卻劑)的貯液器。外部充電源可具有便于經(jīng)由充電端口組件將冷卻劑分配到車輛的熱管理系統(tǒng)并且便于外部充電源和車輛的熱管理系統(tǒng)流體連通的部件，使得可將冷卻劑從外部充電源輸送到熱管理系統(tǒng)的至少一部分，以幫助管理熱管理系統(tǒng)的熱狀態(tài)。

例如，冷卻劑可被輸送到與冷卻劑回路熱連通的熱交換器。在該示例中，熱交換器不將任何冷卻劑從外部充電源輸送到冷卻劑回路。更確切地，熱交換器被定位為鄰近冷卻劑回路的一部分以便于熱連通。例如，熱交換器可圍繞冷卻劑回路的該部分纏繞并且以適當(dāng)?shù)木嚯x與其間隔開(kāi)。與熱交換器熱連通的冷卻劑回路的該部分可與牽引電池組件的熱板流體連通，使得來(lái)自外部充電源的冷卻劑可幫助管理牽引電池的狀態(tài)。

在操作410中，傳感器可測(cè)量熱管理系統(tǒng)的部件的熱狀態(tài)。例如，傳感器可定位在熱管理系統(tǒng)內(nèi)以測(cè)量冷卻劑回路的冷卻器內(nèi)的冷卻劑和牽引電池組件的熱板內(nèi)的冷卻劑的溫度。熱管理系統(tǒng)可包括傳感器以測(cè)量在熱交換器處或熱交換器附近流動(dòng)的冷卻劑的溫度。所測(cè)量的溫度可被發(fā)送到熱管理系統(tǒng)的控制器。例如，傳感器可與控制器電通信，使得所測(cè)量的溫度可作為(例如)數(shù)字信號(hào)發(fā)送。

控制器還可經(jīng)由充電端口組件與外部充電源電連通，使得控制器可指導(dǎo)外部充電源的操作。例如，在操作416中，控制器可響應(yīng)于接收到包括所測(cè)量的溫度的信號(hào)而向外部充電源發(fā)送指令。例如，可將冷卻器、熱交換器和牽引電池組件的熱板中的冷卻劑的溫度值的預(yù)定組合發(fā)送至控制器，并據(jù)此提供指示外部充電源的操作的指令。該指令可指示外部充電站基于所測(cè)量的溫度輸出預(yù)定量和/或預(yù)定溫度的冷卻劑。充電事件是牽引電池的熱狀態(tài)可能會(huì)在合適的車輛操作條件的預(yù)定范圍之外的值出現(xiàn)的情況的一個(gè)示例。因此，控制器可指示充電站輸出冷卻劑，以幫助管理牽引電池組件的熱狀態(tài)，而充電站的冷卻劑卻不流入牽引電池組件的熱板。

在說(shuō)明書(shū)中使用的詞語(yǔ)是描述性詞語(yǔ)而非限制性詞語(yǔ)，應(yīng)該理解，在不脫離本公開(kāi)的精神和范圍的情況下能夠進(jìn)行各種變化。如前所述，各個(gè)實(shí)施例的特征可組合，以形成本發(fā)明可能沒(méi)有明確描述或說(shuō)明的進(jìn)一步的實(shí)施例。雖然各個(gè)實(shí)施例能被描述為在一個(gè)或更多個(gè)期望特性方面優(yōu)于其他實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到，根據(jù)具體應(yīng)用和實(shí)施方式，一個(gè)或更多個(gè)特點(diǎn)或特性可被折衷，以實(shí)現(xiàn)期望的總體系統(tǒng)屬性。這些屬性包括但不限于成本、強(qiáng)度、耐用性、生命周期成本、可銷售性、外觀、封裝、尺寸、可維護(hù)性、重量、可制造性、易組裝性等。這樣，在此討論的被描述為在一個(gè)或更多個(gè)特性方面不如其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式合意的實(shí)施例不在本公開(kāi)的范圍之外，且可期望用于特定應(yīng)用。