用于控制车辆的电池和其他电气部件的温度的系统和方法与流程

本公开涉及用于控制车辆的电池和其他电气部件的温度的系统和方法。此外，说明具有这种系统的车辆。

背景技术：

系统系统电动驱动系统或电动混合动力驱动系统越来越多地用于车辆中。这种驱动系统的电池(特别是用于存储驱动能量的电池)以及其它电气部件(例如电动马达——尤其是用于驱动车辆的电动马达、发电机、电力电子设备等)应该在较窄的温度范围内操作，并且该温度范围可以针对不同的电气部件而不同。

目前，这种电气部件的温度控制通常通过使用具有温度控制回路的温度控制系统来实现。这些温度控制回路通常具有非常复杂的设计，以实现对电气部件的所需温度控制。例如，这种温度回路具有多个水对空气热交换器和多个电动泵。

由于在车辆的前部区域中的有限的安装空间中需要较大的空间，并且由于热交换器两侧的空气侧压降过大，所以已知的温度控制系统(例如冷却系统)在许多应用中不可用，或者导致缺点，例如在空转条件下空调系统系统的功率降低。

因此，本公开的目的是说明减少或消除这些缺点的可能性。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。从属权利要求包含根据本发明的这些解决方案的变体实施例。

本公开的基本构思是通过将电池和电气部件巧妙地布置在温度控制系统中并提供附加装置(例如可切换的空气风道)来控制具有电动驱动的车辆(例如电动车辆或混合动力电动车辆)中的这些部件的温度以减少温度控制系统中的热交换器和电动泵的数量。

对此，一个重要的基本前提是与例如金属部件相比，电气部件产生相对低的热流并具有高热容量(热质量)。结果是随着时间的推移温度变化相对较小。

根据本公开内容，由于电池具有可以确保最佳容量以作用的非常小的温度范围，因此可以将电池与其他电气部件并联布置在温度控制回路中。用于控制并联布置的电池和其他电气部件(其并联布置)的温度的温度控制介质流以及因此电池和其他电气部件的温度可以通过流量控制装置(例如通过三通阀)经受开环或闭环控制。

由于需要更少的热交换器和泵，所以根据本公开的解决方案可以减少空间需求。此外，可以实现电气部件(特别是电池)的更快加热，这是因为除了其它因素之外，还可以减少热传递过程的数量。

技术实现要素：

根据本公开的用于控制车辆的电池和其他电气部件的温度的系统具有温度控制介质流过的温度控制回路、布置在温度控制回路的第一部分中的电池以及布置在第二部分中的其他电气部件，其中第一部分和第二部分彼此并联布置。

温度控制回路用于控制温度，也就是说根据需要来加热或冷却电池和其他电气部件。按照惯例，温度控制回路具有用于流体连接的管路(例如管线或软管)、至少一个用于产生温度控制介质流的泵送装置以及至少一个用于在温度控制介质与另一种液体或气体介质之间热传递的热交换器。

热交换器可以设计为例如低温散热器(ltr)，并且可以用于环境空气与温度控制介质之间的热传递。因为多余的热能耗散到环境空气中，例如，这种低温散热器不需要额外的能量供应。可以有帮助低温散热器热传递的风扇。然而，在高的外部温度下，例如如果环境温度高于要控制温度的电池的最佳温度范围，则低温散热器的冷却效果可能不够，因为温度控制介质可以达到的最低温度是环境温度。因此可能需要使用另一个热交换器，例如，制冷剂操作的热交换器。

例如，温度控制回路中的热交换器也可以设计为温度控制介质/制冷剂热交换器，或者温度控制回路除了低温散热器之外还可以具有温度控制介质/制冷剂热交换器散热器。通过温度控制介质/制冷剂热交换器，必要时(例如当外部温度高时)，温度控制介质的温度调节至低于环境温度的温度也是可能的。但是，温度控制介质/制冷剂热交换器需要额外的能量来驱动空调压缩机和风扇来冷却冷凝器。

因此，温度控制回路具有低温散热器和温度控制介质/制冷剂热交换器(其中后者仅在高外部温度下使用以便使能量需求最小化)可能是有利的。

低温散热器和温度控制介质/制冷剂热交换器可以彼此并联布置在温度控制回路中，使得可以使用流量控制装置(例如三通阀)以确定温度控制介质的温度是否由低温散热器、由温度控制介质/制冷剂热交换器或其两者来控制。作为一种选择，可以设置与低温散热器并联且与温度控制介质/制冷剂热交换器并联布置的旁路，使得根据需要，温度控制介质不流过低温散热器也不流过温度控制介质/制冷剂热交换器。

液体或气体介质(例如水或空气)可以用作温度控制介质。

温度控制回路可以具有两个在流动方面彼此并联布置的部分：第一部分和第二部分。也就是说，从结点开始，在温度控制回路中流动的温度控制介质流在第一部分中流动的第一部分体积流与第二部分中流动的第二部分体积流之间分配，之后两个分流在第二结点处再次汇合并再次形成温度控制介质流。

电池可以是用于存储用于驱动车辆的电能的电池。该电池布置在温度控制回路的第一部分中，即其温度由第一部分体积流控制。这种电池通常具有可以确保足够容量以作用的较窄的温度范围。例如，该温度范围可以在30℃和40℃之间。

例如，其他电气部件可以是车辆的电力电子器件。其他电气部件通常同样具有确保足够功能的有限的温度范围。然而，与电池的温度范围相比，其他电气部件的温度范围通常较宽，并且例如可以在30℃和70℃之间。

此外，根据本公开的系统可以包括流量控制装置，用于在温度控制回路的第一部分和第二部分之间分配温度控制介质流，即用于在第一和第二部分体积流之间分配。例如，流量控制装置可以设计为三通阀或三通伺服阀。

温度控制介质流的分配可以是基于时间的，例如，其中温度控制介质流周期性地仅流过第一部分或仅流过第二部分，因为流量控制装置暂时打开和关闭第一和第二部分。打开或关闭状态的各个持续时间(即温度控制介质流过第一或第二部分的时间段)取决于电池和其他电气部件的所需温度控制。例如，可以规定温度控制介质流流过第一部分20至120秒，然后流过第二部分20至120秒。

基于时间的分配可以容易地实现，例如通过相应控制的三通阀来实现。由于对于两个部分只有两个状态，即流动和非流动，所以温度控制介质与电池或其他电气部件之间的热传递很容易预测，因为例如流动期间的流速总是相同的。

温度控制介质流也可以根据量(也就是说例如关于体积或质量)来分配。例如，可以这样分配，即温度控制介质的体积流量的80％在第一部分中流动，并将温度控制介质的体积流量的20％在第二部分中流动。

此外，根据本公开的系统可以包括用于确定电池温度的电池温度传感器、用于确定其他电气部件的温度的温度传感器、以及被设计为从温度传感器接收和处理输入数据并向流量控制装置输出控制信号以便根据确定的温度控制温度控制回路的第一部分和第二部分之间的温度控制介质流的分配的控制单元。

换句话说，控制单元接收来自温度传感器的输入数据、处理这些输入数据并且基于对应于一个或多个控制例程的指令响应于处理的输入数据触发作为驱动器的流量控制装置。

控制单元也可以设计为闭环控制单元并且流量控制装置也可以设计为用于电池和/或其他电气部件的温度的闭环控制的流量调节装置，其中存在温度传感器的测量信号的反馈。由此可以监测对电池和/或其他电气部件指定的温度范围的依从性，并且如果存在偏差则自动执行温度控制。

根据各种变体实施例，该系统还可以具有可控制的风门片系统(主动式格栅风门)，其中控制单元另外被设计成向风门片系统的风门片输出控制信号以根据所确定的温度控制温度控制介质的温度控制。根据所确定的温度，闭环控制也可以通过风门片的闭环控制来提供。

例如，可以以使得更多或更少的空气流过风门片的方式修改风门片的位置，从而实现相应更大或更小的冷却效果。作为选择，可以通过开环或闭环控制以不同的方式控制风门片组。例如，可以关闭在车辆的顶部处的风门片组，并且可以打开较低的风门片组。这可以实现更精确的温度控制并延长可能的温度范围。

风门片系统可以布置成与低温散热器相邻并且可以控制供应到低温散热器的空气。

使用可控制的风门片系统可以允许取消布置在温度控制回路中的与低温散热器并联的旁路和取消与旁路相关联的流量控制装置，例如如果风门片系统能够减少或者甚至防止温度控制介质和在具有关闭的风门片的状态下的低温散热器中的环境空气之间的热传递，例如情况可能是非常低或非常高的外部温度。

根据其他变体实施例，根据本公开的系统可以包括温度控制介质/油热交换器和用于确定流过温度控制介质/油热交换器的油的温度的油温度确定装置(例如油温度传感器)，其中控制单元另外被设计成接收并处理来自油温度确定装置(也就是说例如来自油温度传感器)的输入数据，并且向流量控制装置输出控制信号以根据所确定的温度(即电池温度、其他电气部件的温度和油的温度)来控制在温度控制回路的第一部分和第二部分之间的温度控制介质流的分配。

例如，可以根据驾驶状态、环境温度等使用合适的模型来计算油的温度，或者例如可以在温度控制介质/油热交换器的供给管路中测量油的温度。

例如，可以将温度控制介质/油热交换器设计为板式热交换器，例如作为通常用于冷却变速器油的那种板式热交换器。

温度控制介质/油热交换器可以用于在温度控制介质和在另一个回路中流动的油之间传递热量，其中该油可以用于控制例如变速器、电动马达和/或发电机的温度。在此，可以设置或控制油的温度在100℃和120℃之间的范围内。

通过将温度控制介质/油热交换器结合到温度控制回路中，可以实现温度控制介质和油之间的热传递，由此可以免除用于冷却油的另一冷却剂回路，因为温度控制介质回路中的温度控制介质承担此功能。在当前的实施例中，油通常通过位于冷却组件中的空气/油热交换器来冷却。取消这种热交换器可以获得宝贵的安装空间，而昂贵的油管路可以显著缩短。

根据其它变体实施例，根据本公开的系统可以进一步包括分配给电池和/或其他电气部件和/或温度控制介质/油热交换器相应空气冷却装置并且具有空气引导装置，其中控制单元另外被设计为向空气冷却装置输出控制信号，以便根据各自确定的温度来控制空气引导装置。作为选择，可以提供对空气引导装置的闭环控制。由此可以实现对电池和/或其他电气部件和/或温度控制介质/油热交换器的更精确和更快速的温度控制。

例如，空气冷却装置可以设计为地板装饰板中的冷却开口。该实施例具有空气动力学优点。在寒冷的环境温度下，可以通过提供一种可以根据要冷却的部件的方向引导相对风的翻板系统(flapsystem)来抑制冷却效果。作为选择，例如在低驱动速度的情况下，空气冷却装置可以设计为风扇。

根据其他变体实施例，根据本公开的系统可以进一步包括用于将温度控制回路的第一部分与内燃发动机的冷却回路流体连接的管路(例如管线或软管)、用于激活和停用流体连接的关断装置，其中控制单元另外设计成输出控制信号到关断装置，以便根据所确定的温度来激活和停用流体连接。换言之，通过输出相应的控制信号，可以中断或关闭温度控制回路与内燃发动机的冷却回路之间的流体连接。作为选择，可以执行相应的闭环控制。

冷却回路和温度控制回路之间的连接可以允许更快速地加热电池和/或其他电气部件，例如在寒冷的环境温度下。这对于电池尤其有利，因为电池的功能在低温下受到严格限制。

根据其它变体实施例，该系统的控制单元可以被设计为向温度控制回路的泵送装置输出控制信号，以增加或减少温度控制介质的流量。例如，泵送装置的功率可以增加或减少。温度控制介质流量的变化表示用于电池温度和其他电气装置温度的开环或闭环控制的另一个操纵变量。由此可以更快地达到所需的温度并延长可能的温度范围。

根据本公开的车辆具有上述系统中的一种。这里，车辆应该被认为是指任何移动类型的运输工具，即陆地车辆和船只或飞机，例如乘用车。

例如，车辆可以设计为电动车辆、电池电动车辆(bev)或混合动力电动车辆(hev)。

根据本公开的用于车辆的电池和其他电气部件(其中电池布置在温度控制回路的第一部分中，并且其他电气部件布置在温度控制回路的第二部分中，第二部分与第一部分并联布置)的温度控制的方法可以包括以下特征：在温度控制回路中形成温度控制介质流、确定电池和其他电气部件的温度以及根据所确定的温度在温度控制回路的第一部分和第二部分之间分配温度控制介质流。换言之，根据所确定的温度对温度控制介质流的分配进行开环或闭环控制。

这些特征可以按照它们提及的顺序来执行，但是它们也可以根据需要以不同的顺序执行。

例如，根据本公开的方法可以通过根据本公开的上述系统来执行。就此而言，在解释根据本公开的系统方面作出的以上陈述也用于描述根据本公开的方法。根据本公开的方法的优点对应于根据本公开的系统和其相应的变体实施例的优点。

根据各种变体实施例，该方法可以进一步包括温度控制介质的温度控制，其中温度控制介质的温度根据所确定的温度经受开环或闭环控制。

根据其他变体实施例，该方法还可以包括确定流过布置在温度控制回路的第二部分中的温度控制介质/油热交换器的油的温度，其中温度控制介质的流量是根据确定的油的温度另外分配。

根据其他变体实施例，该方法可以进一步包括通过分别指定的具有空气引导装置的空气冷却装置来冷却电池和/或其他电气部件和/或温度控制介质/油热交换器，其中空气引导装置根据各自确定的温度进行开环或闭环控制。

根据其他变体实施例，该方法可以进一步包括在温度控制回路和内燃发动机的冷却回路之间形成流体连接，其中流体连接根据所确定的温度被激活或停用。

根据以下说明性实施例和附图的描述，本公开的其他优点是显而易见的。在下面解释的示例中，参考了形成一些示例的附图，其中出于说明的目的示出了其中可以执行本公开的具体实施例。

前面的段落、权利要求或者以下描述和附图的实施例、示例和替代方案，包括它们的各个方面或各个单独特征中的任何一个，可以独立地或以任何组合方式进行。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非这些特征不兼容。

根据以下详细描述，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。伴随详细描述的附图可以简要描述如下。

附图说明

图1示出了用于车辆的电池和其他电气部件的温度控制的系统的示意图；

图2示出了用于车辆的电池和其他电气部件的温度控制的另一系统。

具体实施方式

图1示出了用于车辆的电池2和其他电气部件3的温度控制的说明性系统1。该系统具有温度控制回路4，温度控制介质(在该示例中为水)流过该温度控制回路4。电池2布置在温度控制回路4的第一部分5中，其他电气部件3布置在第二部分6中。第一部分5和第二部分6相对于温度控制介质的流动彼此并联地布置。

提供电池温度传感器8以确定电池温度，并且提供另一个温度传感器9以确定其他电气部件3的温度。在该示例中，其他电气部件3是功率电子器件，在一个示例中，其温度应该在30℃和70℃(86℉和158℉)之间的范围内。在一个示例中，电池2的设定点温度范围在30℃和40℃(86℉和104℉)之间。

通过设计为三通阀的流量控制装置7，温度控制介质流可以在第一部分5和第二部分6之间分配。在该示例中，温度控制介质流相对于时间进行分配，结果温度控制介质流交替地流过第一部分5和第二部分6。第一部分5和第二部分6之间的转换分别根据电池2和其他电气部件3的温度要求进行。例如，温度控制介质流可以通过第一部分5达60秒，然后通过第二部分6达20秒。

用于在温度控制回路4中形成温度控制介质流的泵送装置16布置在温度控制回路4中。温度控制回路4还具有两个热交换器、低温散热器18和温度控制介质/冷却剂热交换器19。还提供了旁路22。低温散热器18、温度控制介质/冷却剂热交换器19和旁路22彼此并联布置，其中设置有设计为三通阀的额外的流量控制装置7，用于控制通过低温散热器18、温度控制介质/冷却剂热交换器19和旁路22的相应的温度控制介质流。

此外，布置1具有控制单元10，其可以接收和处理来自两个温度传感器8、9(图1中的虚线)的输入数据。根据由温度传感器8、9确定的温度，控制单元向流量控制装置7输出控制信号，以便控制温度控制介质流在温度控制回路4(图1中的虚线)的第一部分5和第二部分6之间的分配。另外的控制信号被输出到两个其他流量控制装置7，这两个流量控制装置7控制通过低温散热器18、温度控制介质/冷却剂热交换器19和旁路22的温度控制介质流。

在图1所示的变体实施例中，还设置有邻近低温散热器18布置的可控风门片系统11，用于控制温度控制介质的温度。为此目的，控制单元10另外向风门片系统11的风门片输出控制信号，其结果是风门片根据所确定的温度或多或少地打开，并且因此更多或更少的空气可以被供给到低温散热器18。

此外，布置1具有空气冷却装置12，空气冷却装置12具有用于冷却电池2和其他电气部件3的空气引导装置。控制信号同样通过控制单元10输出到这些空气冷却装置12，以便控制空气引导装置(偏转器)的位置并因此使得更多或更少的冷却空气在电池2或其他电气部件3的方向上被引导。

另外的控制信号被输出到泵送装置16以便控制泵送能力，以及控制信号被输出到邻近低温散热器18布置的风扇17。

温度控制回路4的第一部分5通过管路13与内燃发动机(未示出)的冷却回路14流体连接。流体连接可以由关断装置15通过控制单元10根据所确定的温度向关断装置15输出对应的控制信号而激活或停用。

图2示出了第二说明性实施例的细节图，其中温度控制介质/油热交换器20设置在温度控制回路4的第二部分6中，这与图1中所示的第一说明性实施例相反。由温度控制介质/油热交换器20控制温度的油可以用于冷却变速器、电动马达和发电机。

油的温度由油温度传感器21确定。相关的测量信号作为输入数据由控制单元10接收，在输出控制信号以通过流量控制装置7控制温度控制介质流在温度控制回路4的第一部分5和第二部分6之间的分配时对相关的测量信号进行处理和考虑。

当在一系列两个或更多个元件中使用时，这里使用的表述“和/或”意味着所呈现的每个元件可以单独使用，或者可以使用呈现的两个或更多个元件的任何组合。例如，如果一个组件的描述指出它包含部件a、b和/或c，那么组件可以单独包含a；单独包含b；单独包含c；a和b组合；a和c组合；b和c组合；或a、b和c组合。

虽然不同的非限制性实施例被示为具有特定的部件或步骤，但是本公开的实施例不限于这些特定的组合。可以使用来自任何非限制性实施例的一些部件或特征与来自任何其他非限制性实施例的特征或部件结合。

应该理解的是，贯穿若干附图，相似的附图标记标识对应或类似的元件。应该理解的是，虽然在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其他布置也可以从本公开的教导受益。

前面的描述应被解释为说明性的而不是限制性的。本领域的普通技术人员将理解，某些修改可以落入本公开的范围内。出于这些原因，应研究权利要求以确定本公开的真实范围和内容。