高压电池热控制系统与方法
【专利摘要】一种电池热控制系统，包括电池、设置为与电池流体连通的加热器芯、以及车辆HVAC系统，该系统带有与加热器芯热连接的蒸发器。本发明还公开了一种电池热控制方法。
【专利说明】高压电池热控制系统与方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例总体上涉及用于控制车辆HV (高压)电池冷却剂温度的系统与方法。更具体地，本发明的实施例涉及HV电池热控制系统与方法，其中，可以通过将电池冷却剂散布穿过冷却的辅助加热器芯来冷却HV电池。
【背景技术】
[0002]提升车辆内气候舒适性的能力逐年增加。然而目前正在开发的新车辆设计对于空调技术提出了新的挑战。随着车辆的电气化扩大至所有的车辆类别，在气候控制考虑中的热量问题管理的复杂性增加了。对于三排座的车辆，辅助的HVAC (暖通空调)单元可以用于为所有乘客更好的平衡客舱内舒适度。如果这样的车辆是电气化的并且车辆的HV电池需要低于环境温度的冷却剂，那么通常会需要冷却剂冷却装置形式的第三蒸发器。然而，这需要昂贵并难以封装的硬件。
[0003]因此，HV电池热控制系统与方法是需要的，其中可以通过将电池冷却剂散布穿过冷却的辅助加热器芯来冷却HV电池。
【发明内容】
[0004]本发明总体上指向电池热控制系统。该电池热控制系统的说明性的实施例包括电池、被设置为与电池流体连通的加热器芯和车辆HVAC系统，该系统带有与加热器芯热连接的蒸发器。
[0005]本发明总体上进一步指向电池热控制方法。该方法的说明性的实施例包括使环境空气流动穿过HVAC系统的蒸发器,从蒸发器向辅助加热器芯散布冷却空气，使电池冷却剂散布穿过辅助加热器芯，以及通过使电池冷却剂散布穿过电池来冷却电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]以下将参照附图以示例方式给出本发明的实施例，其中:
[0007]图1是HV电池热控制系统的说明性实施例的原理图，更具体地，图解了该系统的电池冷却运行模式。
[0008]图1A是HV电池热控制系统的说明性实施例的原理图，更具体地，图解了该系统的电池加热运行模式。
[0009]图1B是HV电池热控制系统的可选择的说明性实施例的原理图。
[0010]图1C是HV电池热控制系统的另一可选择的说明性实施例的原理图。
[0011]图2是该HV电池热控制方法的说明性实施例的流程图。
[0012]图3是阐明了用于HV电池热控制系统的示例性控制方法的系统控制流程图。
【具体实施方式】
[0013]以下【具体实施方式】本质上仅仅是示范性的，并非旨在限制所描述的实施例或描述的实施例的应用和用途。于此使用的词，“示例性的”或“说明的”意思是“作为示例，实例，或说明。”任何在此处描述为“示例性的”或“说明的”的实施方式并不一定被解释为比其他实施方式更优选或有利。以下被描述的所有的实施方式都是提供用于使本领域内的技术人员实施本发明的示例性实施例，而并非旨在限制所附权利要求的范围。此外，此处所描述的说明性的实施例并非穷尽性的，并且除了此处所描述的以及落入所附权利要求的范围内的实施例或实施方式以外的其他实施例或实施方式是可能的。此外，并无意图受到前面的【技术领域】，现有技术，
【发明内容】
或者随后的【具体实施方式】中存在的任何明示或默示的理论的限定。
[0014]首先参照附图的图1，HV (高压)电池冷却系统一以下称为系统一的说明性实施例总体地由附图标记100来表示。该系统100包括HV电池102。HV电池102可以至少为车辆(未示出)的一些电气部件供电。在一些应用中，该车辆可以是PHEV (插电式混合动力汽车)。在一些应用中，该车辆可以是至少有两排座位的大的乘用车辆。因此，如本领域技术人员公知的，用于车辆的HVAC系统119可以有用于车辆的前排和后排座位的分离的气候控制部件。
[0015]HV电池102被设置为通过电池冷却剂回路103与辅助HVAC (加热、通风、空调)力口热器芯108流体连通。该辅助加热器芯108与车辆HVAC系统199的后蒸发器122热连接，以促进加热器芯108的选择性冷却，如将在下文中描述的。该车辆HVAC系统119可以包括后HVAC风扇120，其包括后蒸发器122。该后蒸发器122可以被设置为邻近于辅助加热器芯108。如下文将进一步描述的，通过后HVAC风扇120的运行，环境空气140被吸入穿过后蒸发器122，环境空气140在此被冷却。来自于后蒸发器122的冷却空气142流经并冷却辅助加热器芯108。
[0016]AC (空调)冷凝器138可以通过后蒸发器入口导管124和后蒸发器出口导管128与后蒸发器122相连通。阀126可以被包括在后蒸发器入口导管124中。前蒸发器130可以通过前蒸发器入口导管132和前蒸发器出口导管134与AC冷凝器138相连通。阀133可以被包括在前蒸发器入口导管132中。空调压缩机136可以被装备在AC冷凝器138和前蒸发器130以及后蒸发器122之间。
[0017]该电池冷却剂回路103可以包括电池冷却剂入口导管104和电池冷却剂出口导管106，该两导管与HV电池102相连通，其目的为使电池冷却剂144 (图1)散布穿过HV电池102，将在下文中被描述。电池冷却剂泵105可以被包括在电池冷却剂入口导管104中。热源入口导管116可以与电池冷却剂入口导管104相连通。如来自车辆发动机(未示出)的加热的冷却剂146源这样的流体热源117可以与热源入口导管116相连通。阀118可以被包括在热源入口导管116中以选择性地关闭与阻塞或打开与促进来自流体热源117的加热的冷却剂146 (图1A)通过热源入口导管116的流动.[0018]该辅助加热器芯108通过加热器芯出口导管114与电池冷却剂入口导管104相连通。加热器芯入口导管Iio与辅助加热器芯108相连通。热源回流管111可以与加热器芯入口导管110相连通。该热源回流管111可以与流体热源117相连通，其目的将在下文中被描述。阀112可以装备在热源回流管111中用来选择性地关闭和阻塞或开启和促进加热的冷却剂146 (图1A)穿过热源回流管111至流体热源117的流动.[0019]如图1所示，在系统100的示例性的电池冷却运行中，在HV电池102需要冷却的情况下，阀118、112被关闭以防止加热的冷却剂146 (图1A)分别地穿过热源入口导管116和热源回流管111的流动。通常以常规方式运行车辆HVAC系统119以使AC冷却剂148循环通过AC压缩机136、AC冷凝器138、前蒸发器130和后蒸发器122。
[0020]该后HVAC风扇120吹动环境空气140穿过后蒸发器122。从后蒸发器122排出的冷却空气142流动穿过并冷却辅助加热器芯108。电池冷却剂144在连续环路中从HV电池102被泵送通过电池冷却剂出口导管106、加热器芯入口导管110、辅助加热器芯108、加热器芯出口导管114并通过电池冷却剂入口导管104回到HV电池102。随着电池冷却剂144穿过辅助加热器芯108循环，热能从电池冷却剂144被转移到辅助加热器芯108，冷却了电池冷却剂144。热能继续从辅助加热器芯108被转移到自后蒸发器122流动来的冷却空气142，冷却了辅助加热器芯108。随着电池冷却剂144随后流动穿过HV电池102，该电池冷却剂144通过热能从HV电池102到电池冷却剂144的转移来冷却HV电池102。
[0021]接下来参考附图的图1A，在系统100的示例性电池加热运行中，在需要加热HV电池102的情况下，阀118、112可以被开启。这促进了加热的冷却剂146从热源117分别地穿过热源入口导管116、电池冷却剂入口导管104、HV电池102、电池冷却剂出口导管106以及热源回流管111并回到热源117的循环。随着加热的冷却剂146循环穿过HV电池102，发生从加热的冷却剂146到HV电池102的热能传送，加热HV电池102。
[0022]接下来参照附图的图1B，总体上通过附图标记200指代电池加热运行系统的可选择的说明性实施例。该系统200在设计上与此前参照图1和IA所描述的系统100相似，除了在系统200中，辅助加热器芯108和辅助蒸发器122相对于空气流动来说可以被转换。加热器芯入口导管110和加热器芯出口导管114可以被设置为与后蒸发器122流体连通以促进电池冷却剂144穿过后蒸发器122的流动。该结构使HV电池102能使用客舱内空气并且使来自于HV电池102的热量被辅助蒸发器122直接吸收。因此，可以产生以小的电池冷却损耗来提升乘客的降温。
[0023]下面参考附图的图1C，总体上通过附图标记300指代电池加热运行系统的另一可选择的说明性实施例。该系统300在设计上与此前参照图1和IA所描述的系统100相似，除了在系统300中，热源回流管111和热源入口导管116可以被设置为与冷却剂热交换器150流体连通。该冷却剂热交换器150可以被设置在接近AC冷凝器138的气流中。因此，阀112可以被配置以使冷却剂流动穿过冷却剂热交换器150，以使热量从电池冷却剂144中消散。该冷却的电池冷却剂144从冷却剂热交换器150流动穿过热源入口导管116并穿过HV电池102，并冷却HV电池102。该电池冷却剂144接着从HV电池102经由电池冷却剂出口导管106流动穿过热交换器150，并重复该过程。这能够在无空调压缩机136的运行的情况下来冷却电池。
[0024]下面参考附图的图2，所示为HV电池热控制方法的说明性的实施例的流程图200。在框202中，环境空气流动芽过车辆HVAC系统的后蒸发器。在框204中，冷却空气从后蒸发器散布到辅助加热器芯。在框206中，电池冷却剂被散布穿过辅助加热器芯。在框208中，加热的冷却剂向HV电池的流动可以被终止。在框210中，通过使电池冷却剂散布穿过电池来冷却HV电池。在框212中，在一些应用里，作为冷却电池的替代，可以通过使车辆发动机冷却剂散布穿过电池来加热电池。
[0025]下面结合附图的图1B来参考图3，所示为图示了用于HV电池热控制系统200的示例性控制方法的系统控制流程图300。该控制方法由框302开始。在框306中，电池温度传感器304可以判定HV电池102是否需要冷却。如果HV电池102不需要冷却，该方法将于框308结束。
[0026]如果在框306中电池温度传感器304判定HV电池102不需要冷却，那么在框310中，阀112、118将被关闭并且后HVAC风扇120和电池冷却剂泵105开启。在框312中，蒸发器温度传感器316和电池冷却剂温度传感器318可以判定后蒸发器122的蒸发器温度是否低于电池冷却剂144的温度。如果后蒸发器122的蒸发器温度低于电池冷却剂144的温度，那么阀126将被开启以促进制冷剂148向后蒸发器122的流动。如果后蒸发器122的蒸发器温度没有低于电池冷却剂144的温度，那么该方法将在框320终止。
[0027]尽管已经关于某些示例性实施例对本发明的实施例进行了说明，应该理解，特定实施例是以说明为目的而非限定，因为本领域技术人员也将想到其他的变化。
【权利要求】
1.一种电池热控制系统，其特征在于，包括:电池；加热器芯，其被设置为与所述电池流体连通；以及车辆HVAC系统，该系统带有与所述加热器芯热连接的蒸发器。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括热源入口导管和热源回流管，该热源回流管与所述电池相连通。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步包括阀，该阀位于所述热源入口导管和所述热源回流管的每一个之中。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步包括流体热源，该流体热源与所述热源入口导管以及所述热源的出口导管相连通。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述流体热源包括加热的冷却剂的源。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述流体热源包括加热的车辆发动机冷却剂的源。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车辆HVAC系统包括AC压缩机和AC冷凝器，该AC压缩机与所述蒸发器相连通，并且该AC冷凝器与所述的AC压缩机和所述蒸发器相连通。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述蒸发器被安置为接收来自所述后加热器芯的空气。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括冷却剂热交换器，其被设置为与所述加热器芯流体连通。
【文档编号】H01M10/625GK103832240SQ201310597851
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2012年11月25日
【发明者】肯尼斯·J·杰克逊 申请人:福特全球技术公司