電動(dòng)車輛的熱管理和過(guò)濾系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電動(dòng)車輛的熱管理和過(guò)濾系統(tǒng)。熱管理系統(tǒng)包括用于調(diào)節(jié)電池溫度的熱環(huán)路。過(guò)濾器位于電池的上游以過(guò)濾液體冷卻劑。熱管理系統(tǒng)還包括與電池?zé)岘h(huán)路流體連通的第二熱環(huán)路。第二熱環(huán)路對(duì)除了電池之外的車輛系統(tǒng)進(jìn)行熱控制。電池?zé)岘h(huán)路包括多個(gè)電池單體。多個(gè)換熱器翅片位于每個(gè)電池單體之間，以提供冷卻劑來(lái)調(diào)節(jié)電池溫度。過(guò)濾器具有基于翅片的過(guò)濾器特性的過(guò)濾傳遞函數(shù)。
【專利說(shuō)明】電動(dòng)車輛的熱管理和過(guò)濾系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及一種用于電動(dòng)車輛中的電池的熱管理和過(guò)濾系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如電池電動(dòng)車輛(BEV)、插電式電動(dòng)車輛(PHEV)或混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)的車輛包括諸如高電壓電池的電池以作為車輛的能量源。電池容量和循環(huán)壽命可根據(jù)電池的操作溫度而改變。通常期望在車輛操作時(shí)或在車輛充電時(shí)將電池保持在特定的溫度范圍內(nèi)。
[0003]具有電池的車輛可以包括冷卻系統(tǒng)，以進(jìn)行電池的溫度控制，從而保持充電容量和延長(zhǎng)電池壽命，并改善其他電池性能特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于電動(dòng)車輛的熱管理系統(tǒng)。該熱管理系統(tǒng)包括用于調(diào)節(jié)電池溫度的第一熱環(huán)路。過(guò)濾器布置在第一熱環(huán)路中位于電池的上游，以過(guò)濾液體冷卻劑。該熱管理系統(tǒng)還包括與第一熱環(huán)路流體連通的第二熱環(huán)路。第二熱環(huán)路對(duì)除了電池之外的車輛系統(tǒng)進(jìn)行熱控制。
[0005]在另一實(shí)施例中，第一熱環(huán)路包括換熱器，換熱器與電池相鄰以調(diào)節(jié)電池溫度。換熱器具有限流通道。
[0006]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，電池包括多個(gè)電池單體，換熱器包括分開(kāi)每個(gè)電池單體的多個(gè)換熱器翅片。換熱器翅片提供液體冷卻劑以調(diào)節(jié)每個(gè)電池單體的溫度。
[0007]在又一實(shí)施例中，過(guò)濾器位于換熱器的上游。
[0008]在另一實(shí)施例中，過(guò)濾器具有基于換熱器的過(guò)濾器特性的過(guò)濾傳遞函數(shù)。
[0009]在再一實(shí)施例中，過(guò)濾傳遞函數(shù)包括對(duì)于一定顆粒尺寸為90%的過(guò)濾效率，且換熱器具有對(duì)于該顆粒尺寸為100%的過(guò)濾效率。
[0010]在另一實(shí)施例中，第一熱環(huán)路包括泵。過(guò)濾器位于泵的下游。
[0011 ] 在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述熱管理系統(tǒng)還包括與第一熱環(huán)路和第二熱環(huán)路熱連通的第三熱環(huán)路，以對(duì)除了電池之外的第二車輛系統(tǒng)進(jìn)行熱控制。
[0012]在另一實(shí)施例中，第二熱環(huán)路包括適于調(diào)節(jié)乘員艙室溫度的空調(diào)系統(tǒng)。
[0013]在一個(gè)其他實(shí)施例中，提供了一種電動(dòng)車輛中的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。該電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括多個(gè)電池單體。多個(gè)換熱器翅片位于在每個(gè)電池單體之間，以提供液體冷卻劑來(lái)調(diào)節(jié)電池溫度。過(guò)濾器位于翅片的上游。過(guò)濾器具有基于翅片的過(guò)濾器特性的過(guò)濾傳遞函數(shù)。
[0014]在另一實(shí)施例中，所述電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括用于使液體冷卻劑循環(huán)的泵。過(guò)濾器位于泵的下游。
[0015]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，過(guò)濾器是高壓旁通過(guò)濾器。
[0016]在另一實(shí)施例中，過(guò)濾傳遞函數(shù)包括對(duì)于一定顆粒尺寸為90%的過(guò)濾效率，且換熱器具有對(duì)于該顆粒尺寸為100%的過(guò)濾效率。
[0017]在又一實(shí)施例中，每個(gè)換熱器翅片具有限流通道。限流通道的過(guò)濾傳遞函數(shù)基于根據(jù)IS016889的過(guò)濾器測(cè)試過(guò)程來(lái)對(duì)換熱器翅片進(jìn)行的評(píng)估。
[0018]在另一實(shí)施例中，電池單體、換熱器翅片和過(guò)濾器位于第一熱回路中。第一熱回路選擇性地與對(duì)除了電池之外的車輛系統(tǒng)進(jìn)行熱控制的第二熱回路流體連通。
[0019]在再一實(shí)施例中，流體冷卻劑是水或乙二醇之一。
[0020]在一個(gè)其他實(shí)施例中，提供了一種用于調(diào)節(jié)電動(dòng)車輛中的電池的溫度的方法。提供了換熱器以提供液體冷卻劑來(lái)調(diào)節(jié)電池溫度。提供了過(guò)濾器。過(guò)濾器的過(guò)濾傳遞函數(shù)基于換熱器的過(guò)濾特性。
[0021 ] 在一個(gè)其他實(shí)施例中，提供了 一種用于管理電動(dòng)車輛中的電池溫度的方法，所述方法包括:基于用于提供流體冷卻劑以調(diào)節(jié)電池的換熱器的過(guò)濾特性來(lái)設(shè)定過(guò)濾器的過(guò)濾傳遞函數(shù)。
[0022]在另一實(shí)施例中，過(guò)濾特性是過(guò)濾效率(FE)。
[0023]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，過(guò)濾特性包括納污容量(DHC)。
[0024]在又一實(shí)施例中，所述方法包括:根據(jù)過(guò)濾器測(cè)試過(guò)程來(lái)評(píng)估電池的換熱器翅片，以確定過(guò)濾特性。
[0025]參照下面對(duì)示出的實(shí)施例的詳細(xì)描述和附圖，將更好地理解上面的實(shí)施例和本公開(kāi)的其他方面。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是根據(jù)實(shí)施例的電池電動(dòng)車輛的示意圖；
[0027]圖2是根據(jù)實(shí)施例的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的示意圖；
[0028]圖3是根據(jù)實(shí)施例的過(guò)濾器的透視圖；
[0029]圖4是根據(jù)實(shí)施例的過(guò)濾器的剖視圖；
[0030]圖5是根據(jù)實(shí)施例的換熱器的一部分的透視圖；
[0031]圖6是根據(jù)實(shí)施例的換熱器的剖視圖；
[0032]圖7是根據(jù)實(shí)施例的換熱器的一部分的簡(jiǎn)化平面圖；
[0033]圖8是示出根據(jù)實(shí)施例的方法的流程圖；
[0034]圖9是示出根據(jù)實(shí)施例的方法的曲線圖；
[0035]圖10是示出根據(jù)實(shí)施例的方法的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]按照要求，在此公開(kāi)本發(fā)明的詳細(xì)的實(shí)施例；然而，應(yīng)該理解的是，公開(kāi)的實(shí)施例僅為可以以多種和可選的形式來(lái)實(shí)施的本發(fā)明的舉例說(shuō)明。附圖不必須是按比例繪制的；一些特征可能被夸大或最小化，以示出特定組件的細(xì)節(jié)。因此，這里公開(kāi)的特定結(jié)構(gòu)和功能上的細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為進(jìn)行限制，而僅應(yīng)被解釋為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)不同地實(shí)施本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
[0037]參照?qǐng)D1,示出了根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的諸如電池電動(dòng)車輛(BEV)的電動(dòng)車輛20。圖1僅代表一種類型的BEV架構(gòu)，且不意在進(jìn)行限制。本公開(kāi)可以被應(yīng)用于任何合適的BEV。
[0038]車輛20或BEV，是通過(guò)電功率(諸如通過(guò)電機(jī)24)進(jìn)行推進(jìn)而沒(méi)有來(lái)自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助的全電動(dòng)車輛。電機(jī)24接收電功率并提供機(jī)械旋轉(zhuǎn)輸出功率。電機(jī)24連接到用于通過(guò)預(yù)定的齒數(shù)比來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)24的輸出扭矩和速度的變速箱38。變速箱38通過(guò)輸出軸42連接到成組的推進(jìn)輪40。車輛20的其他實(shí)施例包括用于推進(jìn)車輛20的多個(gè)電機(jī)(未示出)。電機(jī)24還可以用作用于將機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率的發(fā)電機(jī)。高電壓總線44通過(guò)逆變器48將電機(jī)24電連接到能量存儲(chǔ)系統(tǒng)46。
[0039]根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)46包括主電池50和電池能量控制模塊(BECM)52。BECM適于將車輛20連接到電源78 (諸如IlOV電源或220V電源)，并適于將接收的電流傳送到電池50或傳動(dòng)系控制系統(tǒng)30。主電池50是可以輸出電功率以操作電機(jī)24的高電壓電池或牽引電池。主電池50是由一個(gè)或更多個(gè)電池模塊構(gòu)成的電池包。每個(gè)電池模塊可以包括一個(gè)電池單體或多個(gè)電池單體。通過(guò)使用流體冷卻系統(tǒng)、空氣冷卻系統(tǒng)或現(xiàn)有技術(shù)已知的其他冷卻方法來(lái)冷卻和加熱電池單體。BECM52用作主電池50的控制器。BECM52還包括管理每個(gè)電池單體的荷電狀態(tài)和溫度的電子監(jiān)視系統(tǒng)。電池50具有至少一個(gè)溫度傳感器51，諸如熱敏電阻器等。傳感器51與BECM52通信，以提供關(guān)于電池50的溫度數(shù)據(jù)。
[0040]電機(jī)24、傳動(dòng)系控制模塊(TCM) 30、變速箱38和逆變器48被共同地稱為傳動(dòng)系54。車輛控制器26與傳動(dòng)系54通信，以使傳動(dòng)系54的功能與其他車輛系統(tǒng)協(xié)調(diào)?？刂破?6、BECM52和TCM30被示出為單獨(dú)的控制器模塊。用于車輛20的控制系統(tǒng)可以包括任何數(shù)量的控制器，并可以被集成到單個(gè)控制器中，或可以具有多個(gè)模塊?？梢酝ㄟ^(guò)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)或其他系統(tǒng)來(lái)連接一些控制器或所有的控制器?？刂葡到y(tǒng)可以被構(gòu)造為在多個(gè)不同條件中的任何條件下(包括以對(duì)電池50和車輛艙室或乘員艙室中的溫度進(jìn)行熱管理的方式)控制電池50和傳動(dòng)系54的多個(gè)組件的操作，并用于電池50的充電和放電操作。
[0041]TCM30被構(gòu)造為控制傳動(dòng)系54內(nèi)的特定的組件，諸如電機(jī)24和/或逆變器48。車輛控制器26監(jiān)視電機(jī)24的溫度，并接收來(lái)自駕駛員的節(jié)氣門請(qǐng)求(或期望的電機(jī)扭矩請(qǐng)求)。通過(guò)使用這樣的信息，車輛控制器26將電機(jī)扭矩請(qǐng)求提供到TCM30。響應(yīng)于電機(jī)扭曲請(qǐng)求，TCM30和逆變器48將由主電池50提供的直流(DC)電壓轉(zhuǎn)換為用于控制電機(jī)24的信號(hào)。
[0042]車輛控制器26通過(guò)用戶界面60向駕駛員提供信息。用戶界面60可以包括允許用戶將請(qǐng)求或期望的車輛操作或充電參數(shù)或其他車輛操作參數(shù)輸入到控制器26中的特征。用戶界面60可以包括觸摸屏界面、連接到諸如移動(dòng)裝置或計(jì)算機(jī)的遙控站的無(wú)線連接件、以及現(xiàn)有技術(shù)已知的其他輸入界面。車輛控制器26還接收指示車輛系統(tǒng)的當(dāng)前操作狀況的輸入信號(hào)。例如，車輛控制器26可以接收來(lái)自BECM52的表不電池50的狀況的輸入信號(hào)、以及來(lái)自傳動(dòng)系54的表不電機(jī)24和逆變器48的狀況的輸入信號(hào)。車輛控制器26將諸如電機(jī)狀態(tài)或電荷水平狀態(tài)的輸出提供到用戶界面60，這些被可視地傳達(dá)給駕駛員?？刂破?6在各種用戶請(qǐng)求之間進(jìn)行仲裁，以對(duì)充電時(shí)和運(yùn)行時(shí)的車輛20進(jìn)行熱管理。
[0043]車輛20包括用于加熱和冷卻多個(gè)車輛組件的溫度控制系統(tǒng)62。根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，溫度控制系統(tǒng)62包括高電壓電加熱器64和高電壓電HVAC壓縮機(jī)66。加熱器64被用于加熱循環(huán)通過(guò)加熱器芯的冷卻劑,壓縮機(jī)66被用于冷卻在一些情況下使艙室和電池冷卻的冷卻劑。加熱器64和壓縮機(jī)66可以直接從主電池50獲取電能。溫度控制系統(tǒng)62可以包括用于通過(guò)CAN總線56與車輛控制器26通信的控制器(未示出)，或可以被集成到控制器26中。溫度控制系統(tǒng)62的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)被通信至車輛控制器26，并可以基于(例如)操作者致動(dòng)的開(kāi)關(guān)的狀態(tài)或溫度控制系統(tǒng)62基于諸如車窗除霜的相關(guān)功能的自動(dòng)控制。溫度控制系統(tǒng)62可以連接到用戶界面60，以允許用戶設(shè)置艙室的溫度，或預(yù)編程用于車輛未來(lái)的操作循環(huán)的溫度。
[0044]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，車輛20包括諸如12伏特電池的副電池68。副電池68可以被用于向諸如前照燈等的多個(gè)車輛附件供電，這里將所述多個(gè)車輛附件共同地稱為附件70。DC/DC轉(zhuǎn)換器72可以電性地設(shè)置在主電池50和副電池68之間。DC/DC轉(zhuǎn)換器72調(diào)節(jié)或“階梯式降低”電壓電平以允許主電池50對(duì)副電池68充電。低電壓總線74將DC/DC轉(zhuǎn)換器72電連接到副電池68和附件70。
[0045]車輛20包括用于對(duì)主電池50進(jìn)行充電的AC充電器76。電連接件78將AC充電器76連接到外部電源(未示出)，以接收AC功率。AC充電器76包括用于將從外部電源接收的AC功率轉(zhuǎn)換或“整流”為用于對(duì)主電池50進(jìn)行充電的DC功率的功率電子器件。AC充電器76被構(gòu)造為適于來(lái)自外部電源(例如，110伏特、220伏特等)的一個(gè)或更多個(gè)傳統(tǒng)的電壓源。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，外部電源包括利用無(wú)害可再生能源的裝置，諸如光伏(PV)太陽(yáng)能面板或風(fēng)力渦輪機(jī)(未示出)。
[0046]此外，在圖1中不出了駕駛員控制系統(tǒng)80、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)82和導(dǎo)航系統(tǒng)84的簡(jiǎn)化的示意性表示。駕駛員控制系統(tǒng)80包括制動(dòng)系統(tǒng)、加速系統(tǒng)和檔位選擇(換檔)系統(tǒng)。制動(dòng)系統(tǒng)包括制動(dòng)器踏板、位置傳感器、壓力傳感器或它們的某些組合、以及連接到諸如主驅(qū)動(dòng)輪40的車輛車輪的機(jī)械連接件，以進(jìn)行摩擦制動(dòng)。制動(dòng)系統(tǒng)還可以被構(gòu)造為用于再生制動(dòng)，其中，制動(dòng)能量可以被捕捉并被儲(chǔ)存為主電池50中的電能。加速系統(tǒng)包括具有一個(gè)或更多個(gè)傳感器的加速器踏板，加速器踏板的傳感器與制動(dòng)系統(tǒng)中的傳感器一樣，向車輛控制器26提供諸如節(jié)氣門請(qǐng)求的信息。檔位選擇系統(tǒng)包括用于手動(dòng)地選擇變速箱38的齒輪設(shè)置的換檔器。檔位選擇系統(tǒng)可以包括用于將換檔器選擇信息(例如，駐車檔、前進(jìn)檔、空檔)提供到車輛控制器26的換檔位置傳感器。
[0047]導(dǎo)航系統(tǒng)84可以包括導(dǎo)航顯示器、全球定位系統(tǒng)(GPS)單元、導(dǎo)航控制器和用于接收來(lái)自駕駛員的目的信息或其他數(shù)據(jù)的輸入器(全部沒(méi)有示出)。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)航系統(tǒng)可以與用戶界面60集成。導(dǎo)航系統(tǒng)84還可以進(jìn)行與車輛20、其目標(biāo)目的或其他相關(guān)GPS航路點(diǎn)相關(guān)的距離和/或位置信息的通信。
[0048]圖2示出了用于與如圖1所示的車輛20—起使用的形成熱管理系統(tǒng)100的多個(gè)集成的熱環(huán)路或回路。熱管理系統(tǒng)100包括電池?zé)峄芈?10、電機(jī)回路120和艙室回路130。
[0049]電池?zé)峄芈?10可以加熱電池50和使電池50冷卻。電池50由一個(gè)或更多個(gè)電池包構(gòu)成，且在圖2中示出了具有一個(gè)包的電池50。每個(gè)電池包可以具有多個(gè)單體。圖2中的電池50被示出為具有三個(gè)單體104，然而如現(xiàn)有技術(shù)已知的，可以將任何數(shù)量的單體用于電池50。電池單體104被換熱器翅片分開(kāi)，如在圖5中更詳細(xì)地示出的，換熱器翅片被用于調(diào)節(jié)每個(gè)電池單體104的溫度。
[0050]可以作為與電池控制模塊通信或與電池控制模塊集成的車輛控制器的控制器106監(jiān)視電池50，以確定電池50的荷電狀態(tài)和容量。每個(gè)單體104可以具有被構(gòu)造為測(cè)量單體溫度的相關(guān)的溫度傳感器。溫度傳感器與控制器106通信，從而控制器106也通過(guò)監(jiān)視每個(gè)電池單體104的溫度來(lái)監(jiān)視電池溫度?？刂破?06通過(guò)測(cè)量或評(píng)估多個(gè)電池單體104的溫度來(lái)確定電池50的溫度。
[0051]控制器106還與車輛上的環(huán)境溫度傳感器102通信。環(huán)境溫度傳感器102被構(gòu)造為測(cè)量環(huán)境的溫度。艙室溫度傳感器112也與控制器106通信，并測(cè)量車輛的乘員艙室的溫度，以向HVAC系統(tǒng)提供反饋，從而進(jìn)行艙室的溫度控制。
[0052]可以使用由控制器106控制的電池?zé)峄芈?10來(lái)主動(dòng)地調(diào)節(jié)電池50的溫度。電池50的溫度和每個(gè)單體104的溫度確定電池50可以接受的電荷的量和當(dāng)儲(chǔ)存在電池50中時(shí)可以使用的電荷的量。
[0053]電池?zé)峄芈?10對(duì)電池50進(jìn)行熱管理，以調(diào)節(jié)單體104的溫度，從而保持電池50的使用壽命，允許適當(dāng)?shù)某潆?，并滿足車輛性能屬性。電池?zé)峄芈?10通過(guò)每個(gè)單體104的換熱器翅片300 (圖5)中的液體熱傳遞來(lái)對(duì)電池單體104進(jìn)行主動(dòng)加熱或主動(dòng)冷卻。電池?zé)峄芈?10可以被集成到具有溫度控制的加熱和冷卻元件以及動(dòng)力總成冷卻元件的車輛熱系統(tǒng)中。
[0054]電池?zé)峄芈?10包括循環(huán)通過(guò)與電池中的單體104相鄰的換熱器翅片300中的冷卻通道的流體，以主要使用對(duì)流熱傳遞來(lái)加熱或冷卻電池50。流體是有助于調(diào)節(jié)電池單體104的溫度的液體冷卻劑，諸如乙二醇或水。泵114控制電池?zé)峄芈?10中的流體的流動(dòng)。加熱元件116用作流體的熱源，以加熱流體，并因此主動(dòng)地加熱電池50。加熱元件116可以為與車輛中的另一熱系統(tǒng)進(jìn)行換熱以回收廢熱的換熱器，或者可以為獨(dú)立的加熱器，諸如包括正溫度系數(shù)(PTC)加熱器的電熱器。
[0055]電池?zé)峄芈?10還具有使流體冷卻并因此主動(dòng)地冷卻電池50的冷卻元件118或散熱器。冷卻元件118可以為蒸汽壓縮或吸收循環(huán)的一部分、與車輛熱系統(tǒng)中的另一元件進(jìn)行換熱的換熱器、或現(xiàn)有技術(shù)已知的其他散熱器。冷卻元件118中的換熱器可以為并流式換熱器、對(duì)流式換熱器或現(xiàn)有技術(shù)已知的其他換熱器，以適當(dāng)?shù)丶訜峄蚶鋮s電池?zé)峄芈?10中的流體。
[0056]電池?zé)峄芈?10還包括BECM52。BECM52也可以在使用期間產(chǎn)生熱，也可能需要冷卻，以將BECM52保持在適合的溫度范圍內(nèi)。電池?zé)峄芈?10還可以流動(dòng)通過(guò)電池充電器，以主動(dòng)地加熱或冷卻BECM52和充電組件。電池閥140被設(shè)置為選擇性地結(jié)合電池?zé)峄芈?10和電機(jī)回路120。
[0057]電機(jī)回路120對(duì)牽引電機(jī)24、傳動(dòng)系控制系統(tǒng)30和DC/DC轉(zhuǎn)換器72進(jìn)行冷卻。電機(jī)回路120還包括輻射器122和被布置為將換熱流體泵送通過(guò)電機(jī)回路120的電機(jī)回路泵124。電機(jī)回路泵124可以沿電機(jī)回路120位于合適的位置。
[0058]當(dāng)輻射器旁通閥126位于第一位置時(shí)，引導(dǎo)所有的換熱流體沿A方向流動(dòng)并通過(guò)輻射器122。相反地，當(dāng)輻射器旁通閥126位于第二位置時(shí)，引導(dǎo)所有的換熱流體沿B方向流動(dòng)。沿B方向，流體在可能的情況下(諸如在換熱流體低于閾值溫度時(shí))繞過(guò)輻射器122。沿B方向繞過(guò)輻射器122降低了跨過(guò)輻射器122的壓降。較高壓力的流體減少了泵124所需的工作量，這降低了能耗。通過(guò)降低車輛的能耗，增加了燃料效率和/或擴(kuò)展了車輛的由電池50驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)范圍。
[0059]溫度傳感器128可以被設(shè)置為確定電機(jī)回路120中選擇的點(diǎn)處的換熱流體的溫度。如所示出的，溫度傳感器128可以被布置在所有的熱負(fù)載(諸如電機(jī)24、TCM30和DC/DC轉(zhuǎn)換器72)的下游，以記錄換熱流體的最高溫度。基于由溫度傳感器128確定的溫度，諸如控制器106的控制器可以確定是否將輻射器旁通閥126布置在沿A方向朝向輻射器122引導(dǎo)流動(dòng)的第一位置或?qū)⑤椛淦髋酝ㄩy126布置在第二位置，此時(shí)流體沿B方向繞過(guò)輻射器122流動(dòng)。
[0060]示出了包括用于車輛的HVAC系統(tǒng)或用于車輛乘員艙室的溫度控制系統(tǒng)的艙室回路130。艙室回路130具有采用泵132的流體回路以及冷卻元件134，以用于向HVAC(向艙室通風(fēng)孔提供冷空氣的系統(tǒng))提供冷卻的流體。
[0061]艙室回路130還可以包括向乘員艙室提供暖空氣的加熱器136，諸如PTC加熱器。艙室回路130可以具有返回回路，以再次加熱艙室空氣，且艙室回路130還可以具有新鮮空氣進(jìn)氣口以將另外的室外空氣加入到艙室。
[0062]艙室回路閥144被設(shè)置為選擇性地將換熱流體提供到艙室回路。在第一位置，艙室回路閥144引導(dǎo)流體沿E方向朝向艙室回路130和加熱器芯元件136流動(dòng)。在第二位置，艙室回路閥144被布置為引導(dǎo)沿F方向朝向電機(jī)回路120流動(dòng)，以隔離艙室回路130。艙室回路閥144允許艙室回路130關(guān)閉，以在溫度處于不需要對(duì)艙室加熱和/或冷卻時(shí)節(jié)約能量。
[0063]電池?zé)峄芈?10、電機(jī)回路120和艙室回路130是三個(gè)單獨(dú)的但被一體化的熱回路?；芈?10、120和130可以關(guān)閉三個(gè)單獨(dú)的閥并通過(guò)使用三個(gè)單獨(dú)的泵而彼此獨(dú)立地運(yùn)行?；蛘撸芈?10、120和130可以選擇性地混合，從而(例如)來(lái)自電機(jī)24的廢熱可被用于加熱艙室或加熱電池50。在每個(gè)回路是分開(kāi)的情況下，多重一體化的熱回路架構(gòu)使回路110,120和130中的每個(gè)回路中的必須的組件最少化，這允許(例如)節(jié)約成本和減輕重量。
[0064]過(guò)濾器150也可以與具有不同的構(gòu)造的多重一體化的熱回路一起集成在熱管理系統(tǒng)中。例如，過(guò)濾器可以被設(shè)置在電池回路和電機(jī)回路并行排列的熱管理系統(tǒng)中，諸如在2013年2月I日提交的第13/757，291號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)中所記載的，其公開(kāi)通過(guò)引用包含于此。
[0065]然而，多重一體化的熱回路架構(gòu)的缺點(diǎn)在于來(lái)自一個(gè)回路的碎屑可能污染另一回路。具體地講，引入到電池?zé)峄芈?10中的碎屑和污染物可以在換熱器翅片300的非常窄的冷卻通道中造成大問(wèn)題。碎屑和污染物可能因制造和組裝工藝或者甚至可能因組件的磨損而存在于電機(jī)回路120或艙室回路130中。
[0066]為了保護(hù)電池單體104不被熱管理系統(tǒng)100中的污染物影響，電池?zé)峄芈?10還包括過(guò)濾器150。過(guò)濾器150被設(shè)置在電池50的上游，以在碎屑到達(dá)換熱器翅片300中的窄的冷卻通道310之前從電池?zé)峄芈?10過(guò)濾碎屑以及從電機(jī)回路120或空調(diào)回路130過(guò)
濾碎屑。
[0067]如圖3所示，過(guò)濾器150是旁通過(guò)濾器。該過(guò)濾器包括過(guò)濾器殼152。過(guò)濾器殼可以由塑料或金屬罐或任何其他合適的材料注射成型。過(guò)濾器150還包括入口蓋154和出口蓋156。入口蓋154具有入口端158。入口端158可以包括用于連接到電池?zé)峄芈?10的倒鉤式開(kāi)口 160。還預(yù)期的是，入口端158可具有用于連接到電池?zé)峄芈?10的螺紋式開(kāi)口、快速連接或任何其他合適的開(kāi)口。相似地，出口蓋156具有出口端162。在一個(gè)實(shí)施例中，入口蓋154和出口蓋156被聲波焊接到殼152。入口蓋154和出口蓋156可以通過(guò)任何合適的手段(諸如以卷邊或焊接為例)而被固定到殼152。入口蓋154和出口蓋156還可以包括適于容納緊固件或被安裝到組件的附著特征164。
[0068]圖4是沿圖3的5-5線的剖視圖。該剖視圖示出了過(guò)濾器殼152內(nèi)的過(guò)濾介質(zhì)套筒170和中心管168。中心管168是柱形網(wǎng)狀支撐結(jié)構(gòu)，其中，過(guò)濾介質(zhì)套筒170固定在中心管168上。中心管168和過(guò)濾介質(zhì)套筒170包括位于第一端的密封件172和位于第二縱向端的密封件174。液體冷卻劑進(jìn)入入口端158，并可以在過(guò)濾介質(zhì)套筒170的側(cè)面176周圍流動(dòng)(其中，在側(cè)面176，流體穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)套筒170)，然后從出口端162離開(kāi)。沿著側(cè)面176，過(guò)濾介質(zhì)套筒170捕捉任何碎屑，因而防止碎屑從出口端162離開(kāi)。
[0069]過(guò)濾器150還包括卸壓閥180。卸壓閥包括球182和彈簧184。如果過(guò)濾介質(zhì)套筒170過(guò)度地被碎屑堵塞，則流動(dòng)通過(guò)過(guò)濾器150的流體可能受限且其系統(tǒng)壓力可能增加。在這樣的情況下，球182上的系統(tǒng)壓力按壓彈簧184，而允許流體流動(dòng)繞過(guò)介質(zhì)套筒170，旁通閥180可能僅在緊急、高污染度的情況下啟用。
[0070]圖5示出了具有冷卻通道310的換熱器翅片300。冷卻路徑312形成在鋁制的片中。至少兩個(gè)換熱器翅片300釬焊在一起，從而它們?cè)谙噜彽穆窂?12對(duì)齊時(shí)形成冷卻通道310，如圖6中的剖視圖所示。冷卻路徑312可以沿著換熱器翅片300的通常平坦的表面形成為蛇形圖案的凹入。平臺(tái)314形成在路徑312之間。外法蘭316圍繞換熱器翅片300的外周延伸。平臺(tái)314和外法蘭316通常是共面的，從而當(dāng)兩個(gè)相鄰的翅片釬焊在一起時(shí)，平臺(tái)314和外法蘭與相鄰的換熱器翅片300上的對(duì)應(yīng)的特征對(duì)齊，并形成釬焊或焊接接頭318。
[0071]得到的形成在兩個(gè)換熱器翅片300之間的冷卻通道310是具有可以為大約10毫米至15毫米寬的寬度B的迂回通道。冷卻通道310的距離C是換熱器翅片之間的距離，并可以小于0.8毫米。
[0072]換熱器翅片300可以垂直地布置，從而通過(guò)通道的流體從每個(gè)換熱器翅片300的底部入口 320行進(jìn)到頂部出口 322。該類型的流體通道幾何構(gòu)造在通過(guò)最大化換熱器表面的表面面積而使換熱目的最優(yōu)化的同時(shí)對(duì)于由碎屑導(dǎo)致的污染是非常敏感的。通道內(nèi)部的冷卻劑的低流速導(dǎo)致了在正常操作條件下沒(méi)有從冷卻通道310沖刷污染物和碎屑的層流條件(例如，雷諾數(shù)〈70)和低的冷卻劑速度。結(jié)果，換熱器翅片300和形成在換熱器翅片300中的冷卻通道310起到了類似于獨(dú)立的過(guò)濾元件的作用。
[0073]如圖7中的冷卻通道的簡(jiǎn)化示圖所示，在冷卻通道310中流動(dòng)的層流流體導(dǎo)致了較大的碎屑330的機(jī)械留置。較大的碎屑330可以大于距離C，且在該示例中，大于0.8毫米。在冷卻通道310中流動(dòng)的流體還經(jīng)歷重力淤積，其中，在重力作用下，懸浮在冷卻劑中的微細(xì)固體332重力分離，并成為沉淀在垂直通道338的底部336處的碎屑。
[0074]過(guò)濾器150被用于確保換熱器翅片300的冷卻通道310和流體冷卻劑的清潔。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(IS0)，過(guò)濾器150通過(guò)過(guò)濾效率(FE)或“β比(beta ratio)”來(lái)表征。FE或β比是使用標(biāo)準(zhǔn)污染物和顆粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)獲得的在過(guò)濾器150的上游大于指定尺寸的顆粒的數(shù)量和在過(guò)濾器150的下游大于指定尺寸的顆粒的數(shù)量之間的關(guān)系。過(guò)濾器150還可以通過(guò)納污容量(DHC)來(lái)表征。DHC通過(guò)可以被過(guò)濾器上的過(guò)濾介質(zhì)170吸收的污染物的重量到達(dá)預(yù)定的端壓差來(lái)定義。
[0075]國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS016889是用于評(píng)估元件上的過(guò)濾器的過(guò)濾性能的多步方法，并最為普遍地用于測(cè)量過(guò)濾器的包括過(guò)濾效率和納污容量的過(guò)濾性能。
[0076]過(guò)濾介質(zhì)的FE和DHC是幫助確定過(guò)濾介質(zhì)的表面面積的系數(shù)。過(guò)濾介質(zhì)的表面面積影響過(guò)濾器組件的外部尺寸、重量和過(guò)濾器的成本。通常，具有高FE和DHC的過(guò)濾器需要較大的尺寸，其原因是較高效率的過(guò)濾介質(zhì)的流體透過(guò)性較低(即，高流體阻力)。
[0077]在BEV中使用的換熱器翅片300存在新的挑戰(zhàn)，其原因是非常窄的冷卻通道310極易受到污染物和碎屑影響且其自身被用作過(guò)濾器。冷卻通道310被設(shè)計(jì)為以非常低的流速操作，以對(duì)電池單體104進(jìn)行最大化的對(duì)流冷卻。另外，液體冷卻劑可以為可能導(dǎo)致氧化而產(chǎn)生另外的碎屑的水或乙二醇冷卻劑或者它們的混合物。因此，在換熱器翅片的上游需要獨(dú)特的過(guò)濾器和具體規(guī)定過(guò)濾器的獨(dú)特方法。
[0078]通常，使用經(jīng)驗(yàn)性的方法來(lái)選擇具有為換熱器翅片300提供足夠的保護(hù)的FE和DHC的過(guò)濾器。經(jīng)驗(yàn)性方法可能導(dǎo)致過(guò)度過(guò)濾或過(guò)濾不足。在過(guò)度過(guò)濾的情況下，使用非常稠密的或高過(guò)濾效率的過(guò)濾介質(zhì)，導(dǎo)致過(guò)濾器提供過(guò)度保護(hù)對(duì)抗污染物，但是同時(shí)對(duì)于流體冷卻劑流動(dòng)造成另外的阻力，這可能導(dǎo)致電驅(qū)動(dòng)的冷卻劑泵獲取另外的功率。如果過(guò)濾介質(zhì)過(guò)于稀疏或低效，則其可能允許大的碎屑到達(dá)過(guò)濾器的下游，這可能導(dǎo)致冷卻通道阻塞。
[0079]為了在選擇過(guò)濾器時(shí)確定過(guò)濾器150的要求從而提供足夠的FE和DHC來(lái)保護(hù)換熱器翅片300不受碎屑的影響，開(kāi)發(fā)出了一種新的過(guò)濾器選擇方法400，如圖8所示。換熱器翅片300被估算為位于效率較高的主過(guò)濾器150下游的效率較低的功能性過(guò)濾器，如框410所表示的。使用在IS016889多步效率方法中描述的測(cè)試設(shè)置來(lái)估算換熱器翅片300，如框412所表示的。在流速可能根據(jù)換熱器污染物負(fù)載條件而改變的同時(shí)保持壓力恒定。測(cè)試進(jìn)行至少兩個(gè)小時(shí)直到流速降低20%。
[0080]基于該測(cè)試，確定了換熱器翅片的過(guò)濾特性，如框414所示。例如，根據(jù)IS016889的指南來(lái)計(jì)算冷卻通道310中的污染物的“留置百分比”。根據(jù)在圖10中示出的示例，重量百分比為30%的標(biāo)準(zhǔn)污染物塵垢留置在冷卻通道310內(nèi)，這意味著70%的污染物保持懸浮狀態(tài)。
[0081]假設(shè)較大尺寸的顆粒留置在冷卻通道310中并使用標(biāo)準(zhǔn)塵垢重量與顆粒尺寸累積分布性質(zhì)的對(duì)比，確定出與30%的分布對(duì)應(yīng)的最大顆粒尺寸。然后，選擇過(guò)濾器150的過(guò)濾特性，以使其大于換熱器翅片300的過(guò)濾特性，如框416所表示的?？梢愿鶕?jù)IS016889來(lái)選擇過(guò)濾器150的FE，從而在等于或小于計(jì)算的“留置百分比”90%的體積百分比點(diǎn)處，至少有90%的顆粒尺寸大于在IS016889累積尺寸與重量分布上出現(xiàn)的對(duì)應(yīng)的顆粒尺寸。
[0082]圖9示出了基于在不同的顆粒尺寸時(shí)換熱器翅片的過(guò)濾特性曲線來(lái)選擇過(guò)濾器150介質(zhì)的過(guò)濾特性的方法。使用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試過(guò)程(諸如IS016889)來(lái)產(chǎn)生過(guò)濾特性曲線。y軸示出作為污染物的百分比的累積體積。沿X軸示出以微米進(jìn)行測(cè)量的顆粒尺寸。
[0083]圖9示出了當(dāng)已知體積和顆粒尺寸的污染物塵垢引入到換熱器翅片中時(shí)的過(guò)濾特性。對(duì)于每個(gè)顆粒尺寸，收集經(jīng)過(guò)換熱器翅片的污染物塵垢并基于經(jīng)過(guò)換熱器翅片的污染物的百分比來(lái)進(jìn)行分析。例如，如圖9所示，已知量的20微米的顆粒引入到換熱器中，僅70%的污染物經(jīng)過(guò)換熱器翅片。因此，20微米尺寸的污染物中有30%的污染物被收集在換熱器翅片的冷卻通道中。經(jīng)驗(yàn)性地得到過(guò)濾特性曲線420。過(guò)濾特性曲線420可以被用于得到過(guò)濾器150的傳遞函數(shù)。[0084]圖10是基于在不同的顆粒尺寸時(shí)換熱器翅片的過(guò)濾特性曲線來(lái)選擇過(guò)濾介質(zhì)的方法。y軸示出對(duì)于指定的顆粒尺寸的過(guò)濾效率(FE)。沿X軸示出以微米進(jìn)行測(cè)量的顆粒尺寸。圖10示出的過(guò)濾測(cè)試結(jié)果(根據(jù)IS016889)說(shuō)明了對(duì)于大于20微米的顆粒尺寸的過(guò)濾效率為90%。過(guò)濾效率(FE)表示在過(guò)濾器上游大于指定顆粒尺寸的顆粒的數(shù)量減去在過(guò)濾器下游大于指定尺寸的顆粒的數(shù)量再除以在過(guò)濾器上游大于指定顆粒尺寸的顆粒的數(shù)量，由下式表示:
[0085]FED particle Size ^Particles Upstrearn Dparticles—Downstream)/Dparticles—Upstream ^ I--
[0086]過(guò)濾特性曲線430可以用于得到過(guò)濾器150的傳遞函數(shù)?；谠趫D9和圖10的曲線圖中示出的過(guò)濾特性曲線420和430，可以存在多種選擇來(lái)選擇適于過(guò)濾要求的過(guò)濾介質(zhì)，只要滿足最小FE要求即可，諸如在20微米顆粒尺寸時(shí)效率為90%的示例。以識(shí)別出滿足上述條件的每單位面積的流動(dòng)阻力最小的介質(zhì)類型來(lái)結(jié)束典型的介質(zhì)選擇過(guò)程。
[0087] 雖然上面描述了示例性實(shí)施例，但是其不意在以這些實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明的所有可能的形式。相反，在說(shuō)明書(shū)中使用的詞語(yǔ)是描述性而非限制性的詞語(yǔ)，且應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行多種改變。另外，多個(gè)實(shí)施性實(shí)施例的特征可以組合以形成本發(fā)明的另外的實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)車輛的熱管理系統(tǒng),包括: 第一熱環(huán)路，用于調(diào)節(jié)電池溫度； 過(guò)濾器，布置在第一熱環(huán)路中位于電池的上游，用于過(guò)濾液體冷卻劑； 第二熱環(huán)路，與第一熱環(huán)路流體連通，用于對(duì)除了電池之外的車輛系統(tǒng)進(jìn)行熱控制。
2.如權(quán)利要求1所述的熱管理系統(tǒng)，其中，第一熱環(huán)路包括換熱器，換熱器具有與電池相鄰的限流通道以調(diào)節(jié)電池溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的熱管理系統(tǒng)，其中，電池包括多個(gè)電池單體，換熱器包括多個(gè)換熱器翅片，所述換熱器翅片分開(kāi)每個(gè)電池單體以提供液體冷卻劑來(lái)調(diào)節(jié)每個(gè)電池單體的溫度。
4.如權(quán)利要求2所述的熱管理系統(tǒng)，其中，過(guò)濾器位于換熱器的上游。
5.如權(quán)利要求2所述的熱管理系統(tǒng)，其中，過(guò)濾器具有基于換熱器的過(guò)濾器特性的過(guò)濾傳遞函數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的熱管理系統(tǒng)，其中，過(guò)濾傳遞函數(shù)包括對(duì)于一定顆粒尺寸為90%的過(guò)濾效率，且換熱器具有對(duì)于所述顆粒尺寸為100%的過(guò)濾效率。
7.如權(quán)利要求1所述的熱管理系統(tǒng)，其中，第一熱環(huán)路包括泵，過(guò)濾器位于泵的下游。
8.如權(quán)利要求1所述的熱管理系統(tǒng)，所述熱管理系統(tǒng)還包括: 第三熱環(huán)路，與第一熱環(huán)路和第二熱環(huán)路熱連通，用于對(duì)除了電池之外的第二車輛系統(tǒng)進(jìn)行熱控制。
9.如權(quán)利要求1所述的熱管理系統(tǒng)，其中，第二熱環(huán)路中的車輛系統(tǒng)包括適于調(diào)節(jié)乘員艙室溫度的空調(diào)系統(tǒng)。
10.一種電動(dòng)車輛的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng),包括: 多個(gè)電池單體； 多個(gè)換熱器翅片，設(shè)置在每個(gè)電池單體之間，用于提供液體冷卻劑以調(diào)節(jié)電池溫度； 過(guò)濾器，位于翅片的上游，并具有基于翅片的過(guò)濾器特性的過(guò)濾傳遞函數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，所述電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)還包括: 泵，用于使液體冷卻劑循環(huán)， 其中，過(guò)濾器位于泵的下游。
12.如權(quán)利要求10所述的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其中，過(guò)濾器是高壓旁通過(guò)濾器。
13.如權(quán)利要求10所述的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其中，過(guò)濾傳遞函數(shù)包括對(duì)于一定顆粒尺寸為90%的過(guò)濾效率，且換熱器具有對(duì)于所述顆粒尺寸為100%的過(guò)濾效率。
14.如權(quán)利要求10所述的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其中，每個(gè)換熱器翅片具有限流通道，限流通道的過(guò)濾傳遞函數(shù)基于根據(jù)IS016889的過(guò)濾器測(cè)試過(guò)程來(lái)對(duì)換熱器翅片進(jìn)行的評(píng)估。
15.如權(quán)利要求10所述的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其中，電池單體、換熱器翅片和過(guò)濾器位于第一熱回路中，第一熱回路選擇性地與對(duì)除了電池之外的車輛系統(tǒng)進(jìn)行熱控制的第二熱回路熱連通。
16.如權(quán)利要求10所述的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其中，流體冷卻劑是水或乙二醇之一。
【文檔編號(hào)】H01M10/625GK103963660SQ201410041967
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月1日
【發(fā)明者】列弗·佩卡爾斯基, 大衛(wèi)·法博瑞克特瑞 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司