液体冷却系统和方法与流程

本公开总体上涉及一种液体冷却系统。特别地，提供了一种用于使至少一个电气部件冷却的液体冷却系统、和一种操作用于使至少一个电气部件冷却的液体冷却系统的方法。

背景技术：

存在各种解决方案，用以通过除去被截留在液体介质中的空气和气体，来对用于液体冷却系统的液体冷却剂进行除气。

us2012090348公开了一种具有闭环冷却回路的冷却系统。该系统包括冷却剂储存器、泵、电池充电模块中的流体通道、电力电子模块中的流体通道和热交换器。冷却剂储存器包括限定被配置为保留冷却剂的内腔的主体部分和被定位在主体部分内以将内腔分隔成上腔室和下腔室的阻挡壁，阻挡壁在该上腔室和下腔室中限定出穿过阻挡壁的开口，该开口允许下腔室和上腔室之间流体连通。阻挡壁防止上腔室中的空气与下腔室中的冷却剂混合。

技术实现要素：

本公开的一个目的是：提供一种具有简单结构和部件数量减少的液体冷却系统。

本公开的另一目的是：提供一种有效地提供对液体冷却剂除气的液体冷却系统。

本公开的又一目的是：提供一种可以在对操作者没有危险并且液体冷却剂不会泄漏到电气部件上的情况下操作的液体冷却剂系统。

根据一个方面，提供了一种用于使至少一个电气部件冷却的液体冷却系统，该液体冷却系统包括：冷却回路，具有用于向电气部件供应液体冷却剂的至少一个供应分支；以及至少一个除气管线，用以提供冷却回路的高点与接合点之间的连接，以绕过冷却回路的一部分；其中在液体冷却剂在液体冷却系统中的循环期间，液体冷却剂在接合点中的压力比在高点中的压力低。

在液体冷却系统中，存在着被截留在液体冷却剂中的空气和气体在系统的最高点中积聚的风险。例如，当空气填满系统时，空气可能被截留在液体冷却剂中。气体可能通过电解过程产生，或者在液体冷却剂温度升高时产生。

因此，至少一个除气管线可以构成除气路径或者构成该除气路径的一部分或者一段，该除气路径将冷却回路的一个或者多个高点连接至液体冷却剂的压力较低的管线(例如冷却回路的出口管线或返回流线)。通过连续地使液体冷却剂在冷却回路中循环，液体冷却剂的第一部分可以流过至少一个供应分支，以使相应的电气部件冷却。

同时，液体冷却剂流的第二部分可以从至少一个供应分支的一个或者多个高点被分开并且被引导通过除气管线，以去除包含空气或者气体(或者包含相对大量的空气或者气体)的液体冷却剂。通过使通过除气管线的液体冷却剂流的第二部分偏离并且使该部分在液体冷却系统中再循环，可以避免气体和空气在高点(和/或局部高点)中积聚。液体冷却剂流的被引导通过除气管线的第二部分可以是液体冷却剂流的被引导通过冷却回路的第一部分的0.5-30％，诸如0.5-10％，诸如0.5-5％。

该液体冷却系统还可以包括：除气容器，被布置在接合点的下游(例如热交换器的上游)，以去除被截留在液体冷却剂中的空气和气体。备选地或者另外，除气容器可以被布置在接合点的上游，以使第二液体冷却剂流冷却。

贯穿本公开，备选地，冷却回路可以被称为冷却介质分配回路，并且备选地，除气管线可以被称为旁路管线。语言“提供连接”包括其中管线构成整个连接的变型以及其中管线仅构成连接的一部分的变型。

该液体冷却系统可以包括：超过一个除气管线，用以提供冷却回路的高点与接合点之间的连接。例如，两个或者更多个气管线可以提供冷却回路的单个高点与冷却回路的两个或者更多个单独的接合点之间的连接。备选地，两个或者更多个除气管线可以提供冷却回路的两个或者更多个单独的高点与冷却回路的单个接合点之间的连接。作为另一备选方案，两个或者更多个除气管线可以提供冷却回路的两个或者更多个高点与冷却回路的相应两个或者更多个接合点之间的连接。

高点可以是至少一个供应分支的高点。然而，备选地，可以设计冷却回路，使得高点被定位在冷却回路的除用于向电气部件供应液体冷却剂的供应分支之外的其它位置。在高点是至少一个供应分支的高点的情况下，高点可以是至少一个供应分支的最高点。该最高点可以是或者可以不是冷却回路的最高点。换句话说，该最高点可以是或者可以不是局部最高点。

接合点可以在地理测量上(geodetically)低于该高点。因此，接合点可以由低点构成。在地理测量上较高的点在竖直方向上高于在地理测量上较低的点。因此，至少一个供应分支可以被布置为将液体冷却剂提升到电气部件、和/或从电气部件提升液体冷却剂。因此，供应分支的至少一部分可以在具有竖直分量的方向上传播。为了将液体冷却剂提升到高点，需要在高点的上游的供应分支的一段中充分地对液体冷却剂加压。一旦液体冷却剂达到高点，压力就随着液体冷却剂从高点向下游流动而降低。

然而，在液体冷却剂在液体冷却系统中的循环期间，只要液体冷却剂在接合点中的压力比在高点中的压力低，则接合点不必在地理测量上低于高点。因此，根据一个变型，接合点在地理测量上高于高点。

该液体冷却系统可以包括：多个供应分支，用于向多个电气部件供应液体冷却剂；以及至少一个除气管线，用以提供供应分支每个高点与冷却回路的至少一个接合点之间的连接；其中液体冷却剂在至少一个接合点中的压力比在借助于除气管线被连接至接合点的相应的高点中的压力低。

至少一个接合点可以在地理测量上低于借助于除气管线被连接至接合点的相应的高点。因此，每个供应分支可以被布置为将液体冷却剂提升到相应的电气部件。

至少一个除气管线可以提供供应分支的每个高点与冷却回路的单个接合点之间的连接。备选地，除气管线可以提供多个单独的供应分支的高点与多个单独的接合点之间的多个连接。因此，液体冷却系统可以包括多个平行的除气管线。

冷却回路可以包括入流管线和回流管线，其中至少一个供应分支提供入流管线与回流管线之间的连接。

该液体冷却系统可以包括用于使液体冷却剂在冷却回路中循环的泵。该泵可以被布置为将高压液体冷却剂排出到入流管线。

此外，该液体冷却系统可以包括用以在循环通过冷却回路之后使液体冷却剂冷却的热交换器。热交换器可以被设置在至少一个供应分支中的最后一个供应分支的下游的回流管线上。在冷却回路包括入流管线和回流管线的情况下，至少一个接合点可以被设置在回流管线上。在多个供应分支提供入流管线与回流管线之间的连接的情况下，多个接合点可以被设置为紧挨每个供应分支的下游。

液体冷却系统还可以包括待被冷却的至少一个电气部件。该至少一个电气部件可以由一个或者多个功率模块(诸如转换器)构成。入流管线可以在地理测量上被定位成低于至少一个电气部件。因此，至少一个供应分支可以基本上竖直延伸，以提供液体冷却剂以使相应的电气部件冷却。

至少一个高点可以是局部高点。备选地或者另外，至少一个高点可以是冷却回路的在地理测量上最高的点。

该液体冷却系统还可以包括用于关闭除气管线的阀。因此，当不需要进行除气时，可以利用阀来关闭除气管线。例如，可能不需要总是使液体冷却剂连续循环通过除气管线。相反地，可以在进行调试时和/或进行定期维护期间实施除气。该液体冷却系统可以包括超过一个阀，例如是在多个除气管线提供至多个单独的接合点的连接的情况下。一个或者多个阀可以是可手动操作的。

根据另一方面，提供了一种操作用于使至少一个电气部件冷却的液体冷却系统的方法，该方法包括以下步骤：使液体冷却剂在冷却回路中循环，该冷却回路具有用于向电气部件供应液体冷却剂的至少一个供应分支；连接冷却回路的至少一个高点和接合点，以绕过冷却回路的一部分；其中液体冷却剂在接合点中的压力比在高点中的压力低。连接冷却回路的至少一个高点和接合点的步骤可以由以下步骤构成：连接至少一个供应分支的至少一个高点和冷却回路的接合点。

该方法还包括以下步骤：借助于阀来关闭或者打开被连接在至少一个高点与接合点之间的除气管线。阀可以是可手动操作的。

附图说明

本公开的进一步细节、优点和方面将通过结合附图的以下实施例而变得显而易见，其中：

图1示意性地表示液体冷却系统；以及

图2示意性地表示另一液体冷却系统。

具体实施方式

在下文中，将描述一种用于使至少一个电气部件冷却的液体冷却系统、和一种操作用于使至少一个电气部件冷却的液体冷却系统的方法。相同的附图标记将被用于表示相同或者相似的结构特征。图1示意性地表示液体冷却系统10。该液体冷却系统10包括用于使多个电气部件14冷却的冷却回路12。在图1中，电气部件14由四个功率模块(诸如pebb(powerelectronicbuildingblock，电力电子集成模块))构成。功率模块的数目仅仅是示例。

液体冷却系统10包括泵16，用于将经过加压和经过冷却的液体冷却剂输送至冷却回路12的入流管线18。冷却回路12还包括四个供应分支20，每个供应分支20用于向待被冷却的相应电气部件14供应液体冷却剂。

第一供应分支20(图1中的最左边的供应分支20)从入流管线18分支并且升高到第一电气部件14，以使第一电气部件14冷却并且回到回流管线22。类似地，第二供应分支和第三供应分支20从入流管线18分支并且升高到待被冷却的相应第二电气部件和第三电气部件14并且回到回流管线22。为了向最后一个电气部件14(此处，是第四电气部件14)提供液体冷却剂，入流管线18过渡到第四供应分支20(即，第四供应分支20不从入流管线18分支)，以使第四电气部件14冷却并且回到回流管线22。因此，图1中的供应分支20具有平行关系

在图1中，每个电气部件14在地理测量上被定位成高于在入流管线18。因此，可以说，每个供应分支20将液体冷却剂提升到相应的电气部件14。

仅示意性地图示了相应电气部件14中的供应分支20的路径。每个供应分支20可以按照为相应的电气部件14提供最佳冷却的路径布局来引导冷却液体。例如，每个供应分支20可以沿着每个电气部件14的一个或者多个表面被放置成蛇形形状，以提供对该一个或者多个表面的良好的冷却。

液体冷却系统10还包括除气容器24，用以在回流管线22中去除被截留在液体冷却剂中的空气和气体；以及热交换器26，用于在再次使液体冷却剂在冷却回路12中循环之前使液体冷却剂冷却，在使电气部件14冷却时对液体冷却剂进行加热。

液体冷却系统10还包括除气管线28。与每个供应分支20相关联的除气管道30将在地理测量上较高的点32连接至除气管线28。在图1的实施方式中，构成每个供应分支20的在地理测量上最高的点的高点32被连接至除气管线28。供应分支20的高点32基本上水平对齐并且还构成冷却回路12的竖直最高点。

除气管线28在接合点34处被连接至回流管线22。更具体地，接合点34被定位在第一供应分支20的下游(即，图1中的左边的供应分支20)。因此，除气管线28用作通过冷却回路12绕过主流的一部分的旁路管线。此外，除气管线28提供供应分支20的高点32与冷却回路12的接合点34之间的连接。

当液体冷却剂在冷却回路12中循环并且到达高点32时，液体冷却剂中的压力将在高点32的下游降低。由于接合点34在地理测量上低于图1中的相应供应分支20的每个高点32，因此，重力将有助于在相应供应分支20的每个高点32的下游降低液体冷却剂压力。因此，在接合点34中的压力比在供应分支20的每个高点32中的压力低。

液体冷却系统10还包括阀36。该阀36被布置在除气管线28上，并且可在关闭位置与打开位置之间移动(可选地，也可移动至任何中间位置)，以关闭和打开除气管线28(或者限制在除气管线28中的流动)。在该实施方式中，阀36是可手动操作的。

当阀36采用关闭位置并且泵16正在运行时，整个液体冷却剂流在冷却回路12中循环。在该操作模式下，被截留在液体冷却剂中的空气和气体可能在供应分支20的高点32中积聚。因此，由冷却回路12提供的冷却可能会恶化。

为了去除被截留在液体冷却剂中并且被积聚在供应分支20的高点32中的空气和气体，可以打开阀36。当液体冷却系统10正在运行时，即当液体冷却剂在冷却回路12中循环时，可以进行该操作。当阀36采用打开位置时，液体冷却剂流被划分成在冷却回路中循环(即，从入流管线18通过供应分支20到达回流管线22)的第一部分和构成旁路流动的第二部分。液体冷却剂流的该第二部分从入流管线18被引导至相应的供应分支20、至相应供应分支20的高点32、至被连接至相应的高点32的除气管道30、至除气管线28、通过阀36并且到达第一液体冷却剂流和第二液体冷却剂流连接的接合点34。在图1的实施方式中，第二流可以构成例如第一流的大约2％。

按照这种方式，被截留在高点32处的任何空气和气体利用第二液体冷却剂流被除去。更具体地，包含空气和气体(或者包含大量空气和气体)的液体冷却剂(即，“低质量”液体冷却剂)从相应的高点32被传输离开。空气和气体然后可以借助于除气容器24从液体冷却剂中被除去。通过除气容器24净化的液体冷却剂然后可以被使得重新在液体冷却系统中循环。由于空气和气体从高点32中被除去，因此改进了冷却效果。更具体地，接近高点32的液体冷却剂不被空气和气体阻挡(或者被阻挡到减少的程度)。

在液体冷却系统10的进一步操作期间，阀36可以被保持打开以继续使部分流(即，第二流)绕过除气管线28。备选地，阀36可以再次被关闭，以使所有液体冷却剂在冷却回路12中循环。作为替代设计，液体冷却系统10可以包括与每个高点32相关联的除气管线28。第四除气管线28可以提供第四高点32(即，图1中的最右边的高点32)与回流管线22上在第四供应分支20的下游但在第三供应分支20的上游的接合点34之间的连接。与相应的第三高点和第二高点32相关联的第三除气管线和第二除气管线28可以提供相应的第三高点和第二高点32与回流管线22上分别在第三供应分支和第二供应分支20的下游但分别在第二供应分支和第一供应分支20的上游的相应接合点34之间的连接。第一除气管线28可以提供第一高点32与回流管线22上在第一供应分支20的下游的接合点34之间的连接。

图2示意性地表示另一液体冷却系统10。将描述相对于图1所示液体冷却系统10的主要差别。

图2所示液体冷却系统10包括待被冷却的九个电气部件14。同样在图2中，电气部件14由功率模块构成。第一组的三个电气部件14通过第一供应分支20被冷却，第二组的三个电气部件14通过第二供应分支20被冷却，并且第三组的三个电气部件14通过第三供应分支20被冷却。冷却回路12的供应分支20具有平行关系。

每个供应分支20包括三个子分支38，其中一个子分支38与每个电气部件14相关联。每个子分支38被连接至供应分支20上的在高点32的上游的点以及被连接至供应分支20上的在高点32的下游的点。因此，对于每个供应分支20，子分支38具有平行关系。供应分支20的高点32按照与图1中相同的方式被连接至回流管线22。

在图2中，每个子分支38在基本水平的方向上从供应分支20的在高点32的上游的一部分转向到待被冷却的相应电气部件14。因此，在入流管线18中的液体冷却剂中的任何空气或者气体不太可能在子分支38中被循环到电气部件14。相反，在入流管线18中的液体冷却剂中的任何空气或者气体更容易直接上升(由于其较轻的重量)到相应的高点32，而不被引入子分支38。同样按照这种方式，液体冷却系统10的冷却效果得以改进。

虽然已经参照示例性实施例描述了本公开，但是要了解，本发明不限于已经在上面描述的内容。例如，要了解，可以根据需要改变部件的大小。因此，意图是本发明可以仅由所附权利要求书的范围所限制。