具有冷却基本结构的车辆传导充电端口的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种具有冷却基本结构的车辆传导充电端口。一种车辆传导充电端口配置为将来自外部源的充电电流传导地传输至车辆以用于对车辆的牵引电池充电。冷却系统配置为根据充电端口的温度冷却充电端口。冷却系统可使用冷却剂和/或空气冷却充电端口。
【专利说明】
具有冷却基本结构的车辆传导充电端口
技术领域
[0001 ]本发明涉及电动车辆的传导充电。
【背景技术】
[0002]电动和插电式混合动力车辆包括牵引电池。可通过将电源的充电连接器插入车辆的传导充电端口对该电池充电。来自电源的充电电流传导通过连接的充电连接器和充电端口到达电池。充电电流的传导可加热充电端口和车辆周围的环境。
【发明内容】
[0003]一种用于对车辆的牵引电池充电的总成包括充电端口和冷却系统。充电端口配置为将来自外部源的充电电流传导地传输至车辆。冷却系统配置为根据充电端口的温度冷却充电端口。
[0004]冷却系统可包括配置为监控充电端口的温度的温度传感器。
[0005]在一个变型中，冷却系统为配置为使用冷却剂冷却充电端口的液体冷却系统。在该变型中，液体冷却系统可包括具有冷却剂腔的冷板，冷却剂腔具有冷却剂进口和冷却剂出口，冷板附接至充电端口。液体冷却系统可进一步包括配置为冷却加热的冷却剂的热交换器并且液体冷却系统可进一步配置为提供冷却剂流，该冷却剂流通过冷板的冷却剂腔以用于吸收来自充电端口的热，并且到达热交换器。
[0006]在另一变型中，冷却系统为配置为使用空气冷却充电端口的空气冷却系统。空气冷却系统可为强制空气冷却系统，该强制空气冷却系统配置为朝充电端口提供强制空气流以将来自充电端口的热散发到充电端口的环境中。空气冷却系统可为自然空气对流系统。任一情况下，空气冷却系统可进一步包括散热装置，该散热装置附接至充电端口以吸收充电端口的热并且将该热散发到充电端口的环境中。
[0007]—种用于对车辆的牵引电池充电的方法包括将来自外部源的充电电流通过充电端口传导地传输至车辆。该方法进一步包括根据充电端口的温度通过配置为冷却充电端口的冷却系统冷却充电端口。
[0008]根据本发明的一个实施例，所述方法进一步包括:监控所述充电端口的所述温度。
[0009]根据本发明的一个实施例，冷却所述充电端口包括使用冷却剂冷却所述充电端
□ O
[0010]根据本发明的一个实施例，冷却所述充电端口包括使用强制空气流冷却所述充电端口。
[0011 ]根据本发明的一个实施例，冷却所述充电端口包括使用自然空气对流冷却所述充电端口。
[0012]—种车辆包括牵引电池、充电端口和冷却系统。充电端口配置为将来自外部源的充电电流传导地传输至牵引电池。冷却系统配置为根据充电端口的温度冷却充电端口。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述冷却系统包括配置为监控所述充电端口的所述温度的温度传感器。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述冷却系统为配置为使用冷却剂冷却所述充电端口的液体冷却系统。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述冷却系统为配置为使用空气冷却所述充电端口的空气冷却系统。
【附图说明】
[0016]图1示出了插电式混合动力电动车辆(PHEV)的框图，其示出了典型的动力传动系统和能量存储部件；
[0017]图2示出了车辆传导充电端口的组装图；
[0018]图3示出了用于冷却充电端口的液体冷却配置的框图；
[0019]图4示出了根据液体冷却配置的附接至充电端口的冷板组件的组装图；
[0020]图4A为图4中示出的圆形区域4A的冷板组件的一部分的截面图；
[0021]图5示出了用于冷却充电端口的空气冷却配置的框图；和
[0022]图6A、6B和6C分别示出了根据空气冷却配置的自然空气对流系统的用于附接至充电端口的散热装置的组装图。
【具体实施方式】
[0023]在此描述本公开的实施例。然而，应当理解的是，公开的实施例仅仅为示例并且其它实施例可采取各种和可替代的形式。附图不需要按比例绘制；一些特征可被放大或缩小以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参考任一【附图说明】和描述的各种特征可与一幅或更多其它附图中说明的特征结合以形成未明确说明或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可期望用于特定应用或实施。
[0024]现在参考图1，示出了插电式混合动力电动车辆(PHEV)12的框图，其示出了典型的动力传动系统和能量存储组件。车辆12包括机械连接至传动装置16的一个或更多个电机
14。电机14可以能够作为马达或发电机运转。传动装置16机械连接至发动机18。传动装置16还机械连接至驱动轴20，驱动轴20机械连接至车轮22。当发动机18启动或关闭时，电机14可提供推进和减速能力。电机14还作为发电机并且可通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热被损失的能量而提供燃料经济性效益。电机14还可通过允许发动机18在更有效的速度下运转和允许车辆12在一些条件下以发动机18关闭的电动模式运转而减少车辆排放。
[0025]牵引电池24存储可被电机14使用的能量。电池24典型地提供高电压DC输出。电池24电连接至一个或更多个电力电子模块26。一个或更多个接触器42当断开时可将电池24与其它部件隔离并且当闭合时可将电池24与其它部件连接。电力电子模块26还电连接至电机14并且提供在电池24与电机14之间双向传输能量的能力。例如，典型的电池24可提供DC电压，而电机14可使用三相AC电流运转。电力电子模块26可将DC电压转化为三相AC电流以被电机14使用。在再生模式中，电力电子模块26可将来自运转为发电机的电机14的三相AC电流转化为与电池24兼容的DC电压。本说明书中的描述同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，传动装置16可为连接至电机14的齿轮箱并且可不存在发动机18。
[0026]除了提供能量用于推进之外，电池24还对其它车辆电系统提供能量。典型的系统可包括将电池24的高电压DC输出转化为与其它车辆负载兼容的低电压DC供应的DC/DC转换器模块28。其它高电压负载46(比如压缩机和电加热器)可直接连接至高电压而不使用DC/DC转换器模块28。低电压系统可电连接至辅助电池30 (例如，12V电池)。
[0027]车辆12可为电动车辆或插电式混合动力车辆，其中可通过外部电源36对电池24再次充电。外部电源36可为与接收公用电源的出电口的连接。外部电源36可电连接至电动车辆供电设备(electric vehicle supply equipment,EVSE)380EVSE 38可提供电路和控制以调节和管理外部电源36与车辆12之间的能量传输。外部电源36可将DC或AC电力提供至EVSE 38οEVSE 38可具有用于插入车辆12的充电端口34的充电连接器40。
[0028]充电端口34为车辆12的车载充电基本结构的入口部件。充电端口 34可为配置为将电流从EVSE 38传导地传输至车辆12的任何类型的传导充电端口。当充电连接器40插入充电端口 34时，可通过充电连接器40和充电端口 34将充电电流从EVSE 38传导地传输至车辆
12。充电端口 34电连接至电池24。例如，充电端口 34通过车载电力转换模块32 (即，充电器)电连接至电池24。充电器32可调节供应自EVSE 38的电力以将适当的电压和电流水平提供给电池24。充电器32可与EVSE 38交互以调整对车辆12的动力传递。充电连接器40可具有含有与充电端口 34的对应管脚配合的凹入的端子。
[0029]作为示例，充电连接器40和充电端口 34满足汽车工程学会规范(Society ofAutomotive Engineering Specif i cat 1n) SAE J1772(比如 SAE J1772 连接器组合规范(combo connector specif icat1n))中定义的规范。可替代地，充电连接器40和充电端口34可不同地配置，比如以满足CHAdeMO插头规范、European IEC 62196规范或其它规范。
[0030]所讨论的各个部件可具有一个或更多个相关联的控制器以控制和监控这些部件的运转。控制器可通过串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或通过离散导体通信。可存在系统控制器48以调整各个部件的运转。
[0031]现在参考图2，同时继续参考图1，示出了车辆12的充电端口 34的示意图。作为示例，图2中示出的充电端口34具有按照IEC 62196的欧洲接口。作为另一示例，充电端口34具有按照SAE J1772的美国接口。在任一情况下，充电端口 34包括第一DC管脚(DC+)56和第二DC管脚(DC—) 58。充电端口 34包括形成充电端口的结构部分的壳体59。
[0032]当充电连接器40插入充电端口34时，充电连接器40的端子与充电端口管脚56和58配合。从EVSE 38到车辆12的充电电流被通过配合的充电连接器端子和充电端口管脚56和58而电传导。充电电流的传导可产生可加热包括充电端口壳体59的充电端口 34的部件的热。
[0033]本公开的各个实施例包括在传导充电过程期间用于冷却充电端口34的控制策略配置。
[0034]现在参考图3，同时继续参考图1，示出了用于冷却充电端口 34的液体冷却配置60的框图。在传导充电过程期间，充电电流被传导地传输通过配合的充电连接器40和充电端口 34到达车载充电器32和电池24。充电连接器40、充电端口 34、充电器32、和电池24之间的充电电流的流动由图3中示出的“电流”直线部分指示。充电电流可为被传导通过充电端口34的相对高的DC电流。峰值充电电流可发生在电池充电循环的起始部分期间。因此，充电端口 34在该阶段期间可经历最高的温度上升。
[0035]如图3中进一步示出的，充电端口 34包括相关联的温度传感器62。(充电连接器40还可包括相关联的温度传感器(未标出))。充电端口 34的温度传感器62是当充电端口 34记录到超过阈值温度的温度升高值时可使系统关闭或电流降低定额的温度监控系统的一部分。该关闭或降低额定信号可由充电器32根据车辆架构来指令。在这点上，温度传感器62将指示充电端口 34的温度的温度信号提供至充电器32。其由图3中示出的从温度传感器62延伸至充电器32的“信号输入”虚线指示。
[0036]液冷配置60包括液体冷却系统64和相关联的冷却剂储存器和热交换器66。液体冷却系统64包括集成在充电端口 34上的冷板组件(参见，例如图4)。冷板组件包括硬件装置，比如相对小、重量轻的、安装在充电端口34上的铝冷板。冷板可由翅片型(fin type)或弯曲通道构造组成以提供有效的冷却。
[0037]液体冷却系统64配置为在液体冷却系统64、充电端口34上的冷板和冷却剂储存器和热交换器66之间提供冷却剂的循环流。该循环流由图3中的“液体流”点线部分指示。例如，液体冷却系统64进一步包括栗等用于在冷却剂储存器和热交换器66与充电端口 34上的冷板之间栗取冷却剂。在运转中，该栗将冷却剂从冷却剂储存器和热交换器66栗至充电端口 34。来自充电端口 34的热量通过冷板热传导至流动通过冷板的冷却剂。加热的冷却剂通过栗取压力从冷板排出到冷却剂储存器和热交换器66。冷却剂储存器和热交换器66包括歧管系统等，由此将加热的冷却剂冷却。冷却剂流继续该循环直到停止栗取该冷却剂。
[0038]液体冷却系统64进一步包括冷却控制器(未示出)。温度传感器62将指示充电端口34的温度的温度信号提供至冷却控制器。其通过图3中示出的从温度传感器62延伸至液体冷却系统64的“信号输入”虚线来指示。冷却控制器控制液体冷却系统64的栗取以根据充电端口 34的温度启用冷却剂流。例如，当充电端口 34的温度超过阈值时，冷却控制器启用冷却剂流。
[0039]现在参考图4，同时继续参考图2和3，示出了根据液体冷却配置60附接至充电端口34的冷板组件82的组装图。如图4所示，作为示例，冷板组件82包住充电端口 34的壳体59的一部分。当然，充电端口 34的前侧保留为可进入的以用于进入以连接充电连接器40。类似地，充电端口 34的后侧保留为电缆可进入的以用于使其在充电端口管脚与车载充电器32之间延伸。
[0040]图4A为图4中示出的圆形区域4A的冷板组件82的一部分的截面图。如图4A所示，冷板组件82包括基板84和液冷冷板86。基板84接触且包住充电端口 34的一部分。冷板86包括具有流体进口 90和流体出口 92的流体腔88 ο液体冷却系统64的栗所栗取的冷却剂进入进口90，流动通过冷板腔88，并且离开出口 92到达冷却剂储存器和热交换器66。来自基板84的由传导通过充电端口 34的充电电流导致的热通过冷板86热传导至流动通过冷板腔88的冷却剂。加热的冷却剂离开出口 92到达冷却剂储存器和热交换器66，在冷却剂储存器和热交换器66中加热的冷却剂被冷却。
[0041]现在参考图5，同时继续参考图1和3，示出了用于冷却充电端口 34的气体冷却配置70的框图。此外，在传导充电过程期间，充电电流传导地传输通过配合的充电连接器40和充电端口 34到达充电器32和电池24。空气冷却配置70包括空气冷却系统72。
[0042]在一个变型中，空气冷却系统72为强制空气冷却系统。在该变型中，空气冷却系统72配置为朝向充电端口 34提供空气流。空气流将来自充电端口 34的热散发到充电端口 34位于其中的车辆发动机罩下的环境74中。空气流由图5中的“空气流”点线部分指示。例如，在该变型中，空气冷却系统72包括配置为朝向充电端口 34提供空气流的冷却风扇等。在运转中，冷却风扇导致空气流从空气冷却系统72到达充电端口 34。充电端口 34的热热散发到流动经过充电端口 34的空气中。加热的空气继续流动通过充电端口 34进入其中热被散发的车辆发动机罩下环境74中。加热的空气从充电端口 34散发到车辆发动机罩下环境74中由图5中示出的“热流”管线部分指示。
[0043]在另一变型中，空气冷却系统72为自然空气对流系统。在该变型中，空气冷却系统72包括集成在充电端口 34上的散热装置。通常，散热装置吸收来自充电端口 34的热。来自加热的散热装置的热散发到充电端口 34位于其中的车辆发动机罩下环境74中。热从加热的散热装置散发到车辆发动机罩下环境74中由图5中示出的“热流”管线部分指示。
[0044]在另一变型中，空气冷却系统72为组合的强制空气/自然空气对流系统。在该变型中，空气冷却系统72包括配置为朝向充电端口 34提供空气流的冷却风扇等和集成在充电端口 34上的散热装置。
[0045]现在参考图6A、6B和6C，同时继续参考图2，示出了根据空气冷却配置的自然空气对流系统用于附接至充电端口34的散热装置的组装图。如图6A所示，散热装置可包括可弯曲的平坦热管94。热管94可用于将充电端口 34的管脚-电缆终端接口处产生的局域热传输至热扩散器。如图6B所示，散热装置可包括薄的柔性热扩散器96。热扩散器96可用于消除充电端口 34的局域热点并且改善充电性能。热扩散器96可由石墨形成，因为天然石墨比铜或铝显示出更高的导热性。
[0046]如图6C所示，散热装置可采取热电冷却模块98(比如珀尔帖装置(Pel tierdevice))的形式。冷却模块98以类似于冷板组件82的方式包住充电端口 34的壳体59的一部分。如图6C所示，冷却模块98包括冷却板100、绝缘体102、导电材料104、P/N半导体106和散热器108。来自充电端口 34的热被冷却板100吸收并且通过冷却模块98的运转而释放到比如车辆发动机罩下环境中。
[0047]本说明书中公开的过程、方法或算法可传输到处理装置、控制器或计算机/由处理装置、控制器或计算机实施，处理装置、控制器或计算机可包括任何现存的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可被存储为可能以多种形式由控制器或计算机执行的数据和指令，包括但是不限于永久地存储在不可写入存储介质(比如ROM装置)上的信息、可变地存储在可写入存储介质(比如软盘、磁带、⑶、RAM装置、和其它磁性介质和光学介质)上的信息。所述过程、方法或算法还可在软件可执行对象中实现。可替代地，所述过程、方法或算法可利用合适的硬件组件(比如特定用途集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的组合而整体或部分地实现。
[0048]虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性而非限定的词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可作出各种改变。如之前描述的，可组合多个实施例的特征以形成可能没有明确描述或说明的本发明的进一步的实施例。虽然关于一个或更多个期望特性，多个实施例可被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员认识到，根据具体应用和实施方式，可以折中一个或更多个特征或特性以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于:成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、易组装性等。这样，关于一个或多个特性被描述为不如其它实施例或现有技术实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外并且可能期望用于特定应用。
【主权项】
1.一种用于对车辆的牵引电池充电的总成，包括: 充电端口，配置为将来自外部源的充电电流传导地传输至所述车辆;和 冷却系统，配置为根据所述充电端口的温度冷却所述充电端口。2.根据权利要求1所述的总成，其中: 所述冷却系统包括配置为监控所述充电端口的所述温度的温度传感器。3.根据权利要求1所述的总成，其中: 所述冷却系统为配置为使用冷却剂冷却所述充电端口的液体冷却系统。4.根据权利要求3所述的总成，其中: 所述液体冷却系统包括具有冷却剂腔的冷板，所述冷却剂腔具有冷却剂进口和冷却剂出口，所述冷板附接至所述充电端口。5.根据权利要求4所述的总成，其中: 所述液体冷却系统进一步包括配置为冷却加热的冷却剂的热交换器，所述液体冷却系统进一步配置为提供冷却剂流，所述冷却剂流通过所述冷板的所述冷却剂腔以用于吸收来自所述充电端口的热，并且到达所述热交换器。6.根据权利要求1所述的总成，其中: 所述冷却系统为配置为使用空气冷却所述充电端口的空气冷却系统。7.根据权利要求6所述的总成，其中: 所述空气冷却系统为强制空气冷却系统，所述强制空气冷却系统配置为朝向所述充电端口提供强制空气流，以将来自所述充电端口的热散发到所述充电端口的环境中。8.根据权利要求6所述的总成，其中: 所述空气冷却系统为自然空气对流系统。9.根据权利要求8所述的总成，其中: 所述自然空气对流系统包括散热装置，所述散热装置附接至所述充电端口，以吸收所述充电端口的热并且将所述热散发到所述充电端口的环境中。10.根据权利要求9所述的总成，其中: 所述散热装置包括热管、热扩散器和热电冷却模块中的至少一个。11.根据权利要求1所述的总成，其中: 所述充电端口进一步配置为与和所述外部源相关联的充电连接器配合，以将来自所述外部源的充电电流传导地传输至所述车辆。
【文档编号】H01R13/66GK105835709SQ201610065488
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】胡安·洛佩兹, 诺恩都·G·巴苏基亚斯
【申请人】福特全球技术公司