主动切换式直接制冷剂电池冷却的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于电池的主动切换式的直接制冷剂冷却。
【背景技术】
[0002]电池电动车辆、增程型电动车辆、以及强混合动力车辆使用来自一个或多个电力牵引电动机的电动机扭矩来推进。电动机可取决于车辆操作模式而从可充电电池组的各个电池单元吸取电能或传送电荷。电池组可包括多行电池单元，它们在车辆操作过程中共同产生相当大量的热量。因此，热管理系统被用于帮助调节电池组的温度。
[0003]热管理系统典型地被配置具有流量栗和液态冷却剂的供给。流体栗将冷却剂循环通过管道的闭合回路以冷却电池单元和相关联的电力电子装置。一个或多个热交换器、冷凝器、蒸发器、和其他流体处理部件在冷却剂存在于电池组中以后从冷却剂提取热量。在一些新兴车辆设计中，直接制冷剂冷却系统被使用作为电池冷却的替代技术。直接制冷剂冷却系统，其摒弃了传统冷却剂回路的一些复杂性，使用制冷剂的供给来传导地冷却各种电池单元。
【发明内容】
[0004]本文公开一种直接制冷剂热管理系统。该系统适合于使用在冷却具有电池单元的电池组中，所述电池单元串联地布置在多行中。作为系统的部分，控制器被编程为响应于改变电池温度和/或其他热控制输入而选择性地打开或关闭一组流量控制阀，例如，一对三通流量控制阀和可选的一对开/关截止阀。在该方式中，控制器能够命令通过电池组的冷却板的制冷剂在流动方向上的改变、或在流量集中度上的改变。如本文所述的控制器的操作意图为限制个体电池单元之间的长期温度变化的程度，并且由此将直接制冷剂冷却技术的使用扩展至大的和/或非对称的电池组设计。
[0005]在特别的实施例中，公开了与电池组一起使用的直接制冷剂热管理系统，所述电池组具有传导冷却板和串联地布置的多个电池单元，即，布置成一行或多行。电池组与冷却板直接接触或热传导连通。该系统包括压缩机、控制阀、温度传感器、和控制器。压缩机可操作用于将合适的制冷剂循环通过冷却板以便于冷却个体电池单元。控制阀与压缩机流体连通。相对于电池组定位的温度传感器被配置为测量温度数据。
[0006]在该示例实施例中，控制器被编程为接收来自温度传感器的温度数据，并且将切换控制信号选择性地传输至控制阀以改变流动通过电池组的制冷剂的方向或集中度。控制器可选择性地使流量不能够通过电池组的特定部分，例如不能通过电池组的半数行，以使得将流量集中在电池组的特定部分中。部分/半部可以被交替，以使得当处于这样的冷却模式中时平衡温度。
[0007]由当前控制器执行的控制逻辑的意图的净效果是经由主动的切换控制来限制随时间推移的单元-单元温度差。由于电池单元串联地布置，故电池组的性能和寿命很大程度上由其最大程度退化的电池单元的性能所限制。当前公开的控制器和相关联的控制方法的使用因而意图为帮助确保电池组的各种电池单元以近似相同的速率衰减。
[0008]本文还公开的一种车辆，其包括变速器、电力牵引电动机、电池组、以及上文描述的热管理系统。电力牵引电动机可操作用于将电动机扭矩传送至变速器。电池组，其电连接至电力牵引电机，所述电池组包括传导冷却板和多个电池单元。电池单元中的每个与传导冷却板直接热连通。
[0009]一种控制用于电池组的热管理系统的方法，所述方法包括当制冷剂经由压缩机循环通过传导冷却板时，经由控制器接收来自温度传感器的温度数据。所述方法还包括响应于所接收的温度数据、经由控制器而将切换控制信号选择性地传输至定位在压缩机与电池组之间的流量控制阀。通过传导冷却板的制冷剂流响应于切换控制信号、经由流量控制阀而被控制，由此限制随时间推移的电池单元之间的温度变化。
[0010]一种用于电池组的热管理系统，所述电池组具有传导冷却板和与所述传导冷却板热连通的多个电池单元，所述热管理系统包括:
[0011]压缩机，其可操作用于将制冷剂循环通过所述传导冷却板以由此冷却所述多个电池单元；
[0012]与所述压缩机流体连通的多个流量控制阀；
[0013]温度传感器，其被配置为测量所述电池组的温度；和
[0014]控制器，其与所述温度传感器通信、并且与所述多个流量控制阀连通，其中所述控制器被编程为:
[0015]从所述温度传感器接收所测量的温度；并且
[0016]将切换控制信号选择性地传输至所述多个流量控制阀以命令通过所述电池组的传导冷却板的制冷剂在方向上的改变、或在制冷剂流的集中度上的改变，由此限制随时间推移的所述电池单元之间的温度变化。
[0017]在该热管理系统中，所述多个流量控制阀包括第一流量控制阀，所述第一流量控制阀可操作用于当所述第一流量控制阀在第一位置时在制冷剂相对于所述电池组的纵向轴线的第一流动方向上将制冷剂引导通过所述冷却板、并且用于当所述第一流量控制阀在第二位置时在制冷剂相对于所述纵向轴线的第二流动方向上将制冷剂引导通过所述冷却板。
[0018]且其中所述多个流量控制阀包括可操作用于不论制冷剂通过所述冷却板的流动方向而将制冷剂从所述冷却板引导至所述压缩机的第二流量控制阀。
[0019]且其中所述第一和第二流量控制阀是三通流量控制阀。
[0020]该热管理系统还包括与所述第一流量控制阀流体连通的、并且在所述第一流量控制阀的下游的多个截止阀。
[0021]其中所述控制器还被编程为接收描述所述压缩机的速度的输入信号，并且当所述压缩机的速度小于阈值速度时交替所述截止阀中的每个的打开/关闭状态，使得制冷剂流量交替地集中在所述电池组的不同的部分中。
[0022]该热管理系统还包括热交换器，其中所述多个流量控制阀包括与所述热交换器流体连通、并且在所述热交换器的上游的截止阀，并且其中所述控制器被配置为将所述切换控制信号选择性地传输至所述截止阀以选择性地关闭或减少至所述热交换器的制冷剂流。
[0023]其中所述压缩机是车辆的空调压缩机。
[0024]一种车辆，包括:
[0025]变速器；
[0026]电力牵引电动机，其被连接至所述变速器并且可操作用于将电动机扭矩传送至所述变速器；
[0027]电池组，其电连接至所述电力牵引电动机并且具有传导冷却板和多个电池单元，其中所述多个电池单元中的每个与所述传导冷却板热连通；以及
[0028]热管理系统，其包括:
[0029]压缩机，其可操作用于将制冷剂循环通过所述冷却板以冷却所述电池单元；
[0030]与所述压缩机流体连通的多个流量控制阀；
[0031]温度传感器，其被配置为测量所述电池组的温度；和
[0032]控制器，其与所述温度传感器通信、并且与所述多个流量控制阀连通，其中所述控制器被编程为接收所测量的温度并且将切换控制信号选择性地发送至所述多个流量控制阀以命令通过所述传导冷却板的制冷剂在方向上改变、或在制冷剂流的集中度上改变，并且以由此限制随时间推移的电池单元之间的温度变化。
[0033]其中所述多个流量控制阀包括第一流量控制阀，所述第一流量控制阀可操作用于当所述第一流量控制阀在第一位置时在制冷剂相对于所述电池组的纵向轴线的第一流动方向上将制冷剂引导通过所述冷却板、并且用于当所述第一流量控制阀在第二位置时在制冷剂相对于所述电池组的纵向轴线的第二流动方向上将制冷剂引导通过所述冷却板。
[0034]其中所述多个流量控制阀包括可操作用于不论制冷剂通过所述冷却板的流动方向而将制冷剂从所述冷却板引导至所述压缩机的第二流量控制阀。
[0035]其中所述第一和第二流量控制阀是三通流量控制阀。
[0036]该车辆还包括与所述第一流量控制阀流体连通的、并且在所述第一流量控制阀的下游的一对截止阀。
[0037]其中所述控制器还被编程为接收描述所述压缩机的速度的输入信号，并且当所述压缩机的速度小于阈值速度时交替所述一对截止阀中的每个的打开/关闭状态，使得制冷剂流交替地集中在所述电池组的不同的部分中。
[0038]该车辆还包括热交换器，其中所述多个流量控制阀包括与所述热交换器流体连通、并且在所述热交换器的上游的截止阀，并且其中所述控制器被配置为将所述切换控制信号选择性地传输至所述截止阀以选择性地关闭或减少