包括用于冷却电池的蒸发器以及用于加热电池的散热器的用于控制电池温度的设备

摘要

本发明涉及一种用于控制机动车辆上车载的电池(10)的温度的设备(12)，所述设备(12)包括：空气调节回路(14)，空气调节流体在所述空气调节回路中循环，并且所述空气调节回路包括蒸发器(18)，所述蒸发器允许使所述电池(10)冷却；冷却回路(16)，冷却剂在所述冷却回路中循环，所述冷却回路(16)包括能够对所述冷却剂加热的第一热源(44)、以及能够被短路的用于冷却所述冷却剂的主散热器(46)，所述冷却回路(16)包括电池散热器(54)，所述电池散热器使得可以将所述冷却剂所携带的热量直接传递至所述电池(10)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于控制机动车辆上车载的电池温度的设备。

背景技术

本发明更具体地涉及一种用于控制机动车辆上车载的电池温度的设备，所述温度控制设备包括：

-所述机动车辆的空气调节回路，被称为“空气调节流体”的第一传热流体在其中循环，所述空气调节回路包括用于将所述电池所发出的热量直接传递至所述空气调节流体的至少一个蒸发器、使得可以提高所述空气调节流体的压力和温度的压缩机；

-冷却回路，被称为“冷却流体”的第二传热流体在其中循环，所述冷却回路包括被适配成用于加热所述冷却流体的至少一个第一热源以及可以被短路的用于冷却所述冷却流体的至少一个主散热器。

电动或混合动力车辆至少部分由牵引电动机驱动，所述牵引电动机由牵引电池供电。牵引电池的性能会随着其温度而显著地变化。

如果所述电池经受非常低的温度(例如低于零的温度)，那么它损失其能量容量。然后，对电池的快速充电可能会被禁止。因此，必须在对电池充电之前将其加热。

类似地，使用电池产生了热量。如果，电池已经过热，或者由于高环境温度或者由于放电与充电的过快交替，可能必须禁止使用电池从而保护这些单元。这一般包含在电池冷却至不可接受的运行温度内时使车辆固定。

为了解决这些问题，已知的是为车辆配备用于控制电池温度的设备，从而将电池的单元保持在最优运行温度范围内。

从而，按照需要，已经提出了为电池配备使得可以将其冷却或将其加热的传热流体回路。

因而，在申请DE-A1-10 2007 004 979中，传热流体在车辆的空气调节回路中循环。以这种方式，电池与车辆的乘客舱同时被冷却。

此外，对电池的电控制由电子控制单元处理，当所述电子控制单元在运行时发出大量热量。为了防止对这个单元的电子部件的损坏，所述单元由用于所述空气调节回路分开的冷却回路来冷却。主散热器使得可以消散电子控制单元所发射的热量。

为了使得可以加热电池，已知的是使用电子控制单元所发出的热量。为此，热交换机使得可以将冷却流体输送的热量传递至在空气调节回路中循环的空气调节流体。

为了提高对电池加热的容量，冷却回路配备有能够在电池需要被加热时将主散热器短路的管道。

虽然如此，如DE-A1-10 2007 004 979中所描述的上述类型的设备具有许多缺点，因而，在能够加热电池之前适配热交换机以使得可以加热空气调节流体导致温度控制设备的制造时的额外成本。

此外，电子控制单元所发出的热量未被完整地传输至电池，因为在热交换机中损失了一些热量。因此，此设备并非完全有效。

此外，现有技术设备未使得可以在冷启动车辆时快速地加热电池。事实上，电子控制单元只在一定的使用时间之后开始变热。在这段时间流逝过程中，没有热源可用于加热电池。因此，必须使用消耗非常大量能量的热柱塞。

发明内容

本发明提出了上述类型的温度控制设备，所述冷却回路包括被称为“电池散热器”的第二、辅散热器，用于当所述冷却回路的所述主散热器被短路时将所述热的冷却流体所输送的热量直接传递至所述电池。

根据本发明的其他特征：

-所述冷却回路包括由热交换器所形成的第二热源，所述热交换器被直接安排在所述电池散热器的上游并使得可以从所述空气调节流体直接向所述冷却流体传递热量，所述热交换器被直接安排在所述空气调节回路中的所述压缩机的下游；

-所述空气调节回路包括：

--调制管道，被适配成用于：当所述空气调节回路运行于被称为“热泵”模式的模式下时，通过控制调制阀来短路位于冷凝器下游且位于所述压缩机上游的所述蒸发器；以及

--膨胀阀，被安排在所述热交换机与冷凝器之间的旁路中，旁路阀使得能够在所述空气调节回路的所述“热泵”模式下控制所述空气调节流体通过所述膨胀阀；

-所述冷却回路包括冷启动管道，所述冷启动管道的第一端被连接作为所述电池散热器与所述第一热源之间的旁路，并且所述冷启动管道的第二端被安排在所述热交换机的上游，泵安排在包括所述电池散热器、以及冷启动阀的分支内，所述冷启动阀在第一、冷启动位置中通过同时短路所述第一热源和所述主散热器使得所述冷却流体能够在环路中流动；

-当所述第一热源足够热时，所述冷启动阀可以被设定至第二加热位置，在所述第二加热位置中，所述冷却流体在到达所述电池之前在环路中流经所述第一热源以及然后所述第二热源，所述冷启动管道60被封阻；

-所述冷驱动阀可以被设定至第三位置，在所述第三位置中，所述电池的所述散热器被短路，所述冷却回路包括用于使得所述冷却流体能够在所述第一热源与所述主散热器之间循环的第二泵；

-所述冷却回路包括热柱塞，当这两个热源不够热时，所述热柱塞加热所述冷却流体；

-所述热交换机的被所述空气调节流体流经的部分形成冷凝器；

-所述第一热源由电子控制单元形成，所述电子控制单元控制所述电池的充电。

附图说明

当阅读以下详细说明时本发明的其他特征和优点将变得清楚，为了对其加以理解应参照附图，在附图中：

-图1是示出了根据本发明的教导所生产的用于控制电池温度的设备的图，所述设备根据电池冷却状态而运行；

-图2是与图1类似的图，示出了当电子控制单元已经热时根据第一电池加热状态运行的温度控制设备；

-图3是与图1类似的图，示出了根据冷启动时的第二电池发热状态运行的温度控制设备。

具体实施方式

在说明的其余部分中，具有相同结构或相似功能的元件将用同一参考来指代。

在说明书的剩余部分中，术语“上游”和“下游”根据传热流体在其对应回路中的流动方向而使用。

图1示出了机动车辆上车载的电池10。所述电池例如是向车辆的牵引电动机提供电力的牵引电池10。

当车辆运行时，电池10的温度受车辆上车载的温度控制设备12的控制。控制电池10的温度以将其保持在最优运行温度范围内。

温度控制设备12类似地包括：

-车辆的空气调节回路14，被称为“空气调节流体”的第一传热流体在其中循环；以及

-冷却回路16，被称为“冷却流体”的第二传热流体在其中循环。

这两个回路14和16相对于彼此是流体密闭的，即空气调节回路与冷却回路不混合。

空气调节流体旨在当其空气调节回路14内循环时改变相位，如下文更详细解释的。例如，它是氟里昂。

附图顶部示出的空气调节回路14包括穿过电池10的第一蒸发器18。第一蒸发器18使得可以将电池10所发射的热量直接传递至冷空气调节流体。为此，这个第一蒸发器18在下文中被指定为“电池蒸发器18”。此电池蒸发器18旨在当电池10温度超过特定上阈值时对其进行冷却。

空气调节回路14还旨在冷却车辆的乘客舱。为此，空气调节回路14还包括与电池蒸发器18并联的第二蒸发器20。第二蒸发器20(被称为“乘客舱蒸发器20”)被安置在乘客舱的通风管(未示出)中用于冷却其中的空气。

在蒸发器18、20中的每一个中，通过蒸发，空气调节流体从流相变成气相。这导致空气调节流体吸收热量。

这两个蒸发器18、20在其下游侧通过公共管道24并联连接至公共压缩机22。压缩机22旨在当在气相时压缩空气调节流体。这提高了空气调节流体的温度和压力。

压缩机22通过管道28供给下游压缩机26。在压缩机26中，通过冷凝，空气调节流体从气相变成液相。这导致从空气调节流体中损失热量。

冷凝器26然后通过受控制的调制阀30用空气调节流体供给蒸发器18、20中的每一个。

在每个蒸发器18、20的上游和调制阀30的下游，相关联的膨胀阀32、34使得当在到达相关联的蒸发器18、20之前处于液相时可以减小空气调节流体的压力以及因此温度。

空气调节回路14还能够运行于“热泵”模式。

为此，空气调节回路14包括调制管道36，所述调制管道被适配成用于将冷凝器26正下游的蒸发器18、20短路。调制管道36因此将空气调节流体从冷凝器26直接运输至压缩机22。

空气调节流体在调制管道36中的流动受阀的控制。在此，这是调制阀30。因此，可以将调制阀30设定至至少两个位置：

-被称为“空气调节”位置的第一位置，在所述第一位置中，空气调节流体朝蒸发器18、20流动并且调制管道36被封阻；以及

-被称为“热泵”位置的第二位置，在所述第二位置中，空气调节流体通过调制管道36直接流动至压缩机22，不再向蒸发器18、20提供空气调节流体。

此外，热交换机38被安置在从压缩机22引导至冷凝器26的管道28中。因此，热交换机38位于压缩机22的正下游，从而使得热的空气调节流体以气相通过它。

如下文所解释的，热交换机38使得可以将空气调节流体所输送的热量传递至冷却流体。下文详细描述这个热交换机38的结构和运行。

在附图中所示的实施例中，所述热交换机38的被所述空气调节流体通过的部分形成冷凝器39。

膨胀阀40将热交换机38与冷凝器26之间的管道28段旁路。旁路阀42具有：

-被称为“直接”位置的第一位置，在所述第一位置中，在被称为“空气调节模式”的空气调节回路14的正常运行模式下，空气调节流体直接在管道28中流动，而不被迫地通过膨胀阀40；以及

-被称为“膨胀”位置的第二位置，在所述第二位置中，在空气调节回路14的“热泵”模式下，空气调节流体的流动被转向至膨胀阀40。

接下来详细地描述附图底部所示的冷却回路16。

在这个冷却回路16中，冷却流体旨在保持液相。例如，这是水与防冻剂的混合物。

冷却回路16包括能够加热冷却流体的第一热源44。在此，所述第一热源44由电子控制单元44形成，所述电子控制单元控制对所述电池10的充电。这种类型的电子控制单元44已知在运行时生成大量热量。现在，其电子部件会被过高温度所损坏。因此，冷却回路16使得可以通过允许冷的冷却流体吸收通过热交换表面(未示出)所发射的热量来减小电子控制单元44的温度。

通过这种方式被电子控制单元44加热的冷却流体被引导至用于对所述冷却流体进行冷却的主散热器46。通过第一泵48使冷却流体循环，所述第一泵在主散热器46下游且在电子控制单元44上游。

冷却回路16还包括加热管道50，所述加热管道使得可以将主散热器46短路。此加热管道50连接在电子控制单元44的下游和第一泵48的上游。加热阀52具有：

-第一冷却位置，在所述第一冷却位置中，通过封阻加热管道50内的流动，使得冷却流体通过主散热器46；以及

-第二加热位置，在所述第二加热位置中，主散热器46被短路。

所述冷却回路16包括被称为“电池散热器54”的第二、辅散热器54，使得当所述冷却回路16的所述主散热器46被短路时可以将所述热的第二冷却流体所输送的热量通过传导直接传递至所述电池10。

电池散热器54处于第一泵48下游和电子控制单元44上游的管道段56中。下文中，这一段56被指定为“加热段56”。

冷却回路16包括第二热源，所述第二热源由热交换机38在直接位于电池散热器54上游和第一泵48下游的加热段56中形成。热交换机38使得当空气调节回路14运行于“热泵”模式时可以直接从空气调节流体向冷却流体传递热量。

冷却回路16在热交换机38与电池散热器54之间的所述加热段56内还包括的热柱塞58。如果电池10的温度在特定阈值以下且如果热交换机38和/或电子控制单元44所提供的热量的量不足够，这些热柱塞58对冷却流体加热。

冷却回路16还包括被称为“冷启动管道60”的管道60，其第一端被连接作为电池散热器54与电子控制单元44之间的旁路，并且其第二端位于热交换机38的上游和第一泵48的下游。

冷启动阀62具有至少两个位置：

-第一、冷启动位置，在所述冷启动位置中，通过同时短路电子控制单元44和主散热器46，使得冷却流体在冷启动管道60中的环路中并在包括电池散热器54的加热段56中循环；

-第二加热位置，在所述第二加热位置中，如果电子控制单元44的温度超过特定温度，冷启动管道60被封阻。

为了使得当冷启动阀62处于冷启动位置时冷却流体在环路中流动，在冷启动阀62下游和热交换机38上游的加热段56中存在第二泵64。

在未示出的本发明的变体中，可以将冷启动阀设定至第三位置，在所述第三位置中，包括电池散热器的管道段被短路。然后，主散热器与电子控制单元之间的冷却流体的流动通过所述第一泵。

所有的阀例如是根据各参数(包括电池10的温度)运行的自动电磁阀。

接下来参照图1描述温度控制设备12根据各参数的运行，所述各参数包括电池10的温度和电子控制单元44的温度。温度控制设备12具有三个运行状态。

如图1中所示，如果电池10的温度超过特定上阈值，温度控制设备12被设定值用于冷却电池10的状态。

空气调节回路14然后运行与“空气调节”模式，其中，调制阀30占据其第一空气调节位置并且旁路阀42占据其第一“直接”位置。在图1中用粗体表示空气调节流体的流动。在这个冷却状态下，通过热交换机38的空气调节流体的温度不足以显著地更改冷却流体的温度。

就其本身而言，冷却回路16运行以冷却电子控制单元44。为此，加热阀52被设定至其冷却位置，并且第二冷启动阀62被设定至其加热位置。

当温度控制设备12被设定至其冷却状态时，电池10被空气调节回路14正常地冷却并且电子控制单元44被冷却回路16冷却。电池10还部分地被冷却回路16冷却，冷却流体流经电池散热器54，所述电池散热器事先已经被主散热器46冷却。

如图2中所示，如果电池10的温度在低温阈值以下并且如果电子控制单元44的温度超过特定温度，温度控制设备12被设定至用于对电池10加热的第一状态。

空气调节回路14然后被设定至运行于“热泵”模式。调制阀30因此被设定至其热泵位置，从而通过调制阀36将蒸发器18、20短路。类似地，旁路阀42被设定至其膨胀位置，从而将空气调节流体的流动转向至膨胀阀40。图2中用粗体表示的空气调节流体流动的环路充当热泵。

空气调节流体因此吸收冷凝器26内的热量。然后，在压缩机22的出口处，经压缩的空气调节流体输送大量热量。热交换机38是使得空气调节流体能够放弃热量的唯一单元。大量的热量因此通过热交换机38被传输至冷却流体。

在冷却回路16中，加热阀52被设定至其加热位置。冷却流体因此在图2中用粗体表示的环路中流动，而不被主散热器46冷却。冷启动阀62保持其加热位置。

冷却流体被第一泵48和/或第二泵64循环。冷却流体然后从电子控制单元44吸收热量并且然后通过热交换机38吸收热的空气调节流体所传输的热量。这因此使得可以冷却电子控制单元44。

所述热的冷却流体然后通过电池散热器54，从而将它所输送的热量的至少一部分传输至电池10以对其加热。以这种方式被冷却的冷却流体开始新的循环。

当温度控制设备12被设定至其第一加热状态时，只有电子控制单元44和热交换机38不够热以有效地加热电池10时才激活热柱塞58。

如图3中所示，如果电池10的温度在其低温阈值以下并且如果电子控制单元44处于低于第二特定温度的温度，温度控制设备12被设定至被称为“冷启动状态”的第二加热状态。

此第二温度被确定为使得电子控制单元44不受损坏。如果电子控制单元44的温度超过这个特定温度，被视为必须对其进行冷却。温度控制设备12然后被设定至其第二加热状态。

在这个冷启动状态，空气调节回路14仍运行于“热泵”模式，如针对温度控制设备12的第一加热状态所解释的。

另一方面，冷却回路16的冷启动阀62被设定至其冷启动位置。冷却流体然后被第二泵64在图3中粗体所指示的环路中循环。冷却流体因此在通过热交换机38时被加热。热的冷却流体然后进入电池散热器54以加热电池10。通过这种方式被冷却的冷却流体被通过冷启动管道60直接引导至热交换机38，以开始新的循环。

当温度控制设备12被设定至其冷启动状态时，电池10被运行于热泵模式的空气调节回路14特别有效地加热，因为冷却流体在通过冷的电子控制单元44时不损失热量。

根据本发明的教导所生产的温度控制设备12因此使得可以在冷启动过程中加热电池10，即使电子控制设备44是冷的并且在不适用热柱塞58的情况下。运行于“热泵”模式的空气调节回路14使得可以用比热柱塞高得多的效率加热电池10。因此可以比利用热柱塞的方案以更低的电功率损耗加热电池10。

同样，对电池10的温度的控制特别有效，因为对电池10的冷却和对电池10的加热由不同的单元处理。因而，空气调节回路14的电池蒸发器18专用于冷却电池10，同时冷却回路16的电池散热器54使得可以直接加热电池10。