CN107415718A - 用于电动车辆的牵引电池冷却*** - Google Patents

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Abstract

提供一种用于电动机动车辆的牵引电池的冷却***。该冷却***包括冷却回路、制冷剂回路、多个流量控制阀和控制***。该控制***包括控制器，该控制器被配置为(a)控制多个流量控制阀的操作，并且(b)使舱室冷却优先于牵引电池冷却。

Description

用于电动车辆的牵引电池冷却***
技术领域
本文件总体上涉及机动车辆设备领域，并且更具体地，涉及一种用于电动机动车辆的牵引电池冷却***。该冷却***可以结合有电子膨胀阀和制冷剂对冷却剂热交换冷却器。
背景技术
混合动力电动车辆和电动车辆使用电机来推进车辆。电力通过牵引电池供应给那个电机。牵引电池被配置为存储电荷并且还可以用来给其他车辆部件供电。牵引电池的有效利用可以显着地扩大机动车辆的范围。由于电池电力可用性受电池温度的影响，所以混合动力和电动车辆可以包括用于牵引电池的液体冷却***。许多这样的***结合有连接到车辆舱室的空调(HVAC)***的制冷剂对冷却剂冷却器。因此，利用冷却器以提供牵引电池冷却可能导致被排放到机动车辆舱室中的已调节的空气的温度波动。这种温度的波动可能会引起车辆乘员的注意，并且因此不是期望的。
该文件涉及一种用于电动机动车辆的新的且改进的牵引电池冷却***和控制器，该牵引电池冷却***和控制器在正常操作条件下限制或大体上消除这些温度波动，从而增加车辆乘员的舒适性和满意度。
发明内容
根据本文所描述的目的和益处，提供一种用于电动机动车辆的牵引电池冷却***。该冷却***包含冷却剂回路、制冷剂回路、多个流量控制阀和控制***。
冷却剂回路在牵引电池和电池散热器和/或冷却器之间循环冷却剂。制冷剂回路在压缩机、冷凝器和第一舱室蒸发器和/或冷却器之间循环制冷剂。多个流量控制阀设置在冷却剂回路和制冷剂回路两者中。控制***包括控制器，该控制器被配置为(a)控制多个流量控制阀的操作，并且(b)在正常车辆操作条件下通过优先考虑舱室或电池冷却来管理空调(AC)容量。有利地，冷却***用来延迟使用电池冷却的冷却器，直到用于机动车辆舱室的HVAC负荷已被减少到可能有过量制冷剂蒸发容量的点，从而减少或大体上消除由HVAC***排放到机动车辆舱室中的已调节的空气的不期望的波动。
在一些实施例中，多个流量控制阀包括设置在制冷剂回路中处于冷凝器和冷却器之间的电子膨胀阀。
在一些可行的实施例中，控制器被配置为包括用于环境空气温度的第一数据输入。此外，控制器被配置为包括用于HVAC鼓风机转速的第二数据输入。此外，控制器被配置为包括用于蒸发器温度的第三数据输入。此外，控制***可以进一步包括分别连接到第一和第三数据输入的环境温度传感器和蒸发器温度传感器。
在一些可行的实施例中，控制器还被配置为包括用于冷却器和压缩机之间的制冷剂温度的第四数据输入和用于冷却器和压缩机之间的制冷剂压力的第五数据输入。此外，控制***可以包括在制冷剂回路中处于冷却器和压缩机之间的制冷剂温度传感器和制冷剂压力传感器。在又一实施例中，制冷剂回路可以包括平行于第一蒸发器和冷却器设置的第二蒸发器。例如，小型货车可以包括前部蒸发器和后部蒸发器。
根据额外的方面，提供一种控制牵引电池冷却同时限制排放到电动机动车辆的舱室中的已调节的空气的温度波动的方法。该方法包含以下步骤：(a)通过第一装置监测环境空气温度、(b)通过第二装置监测HVAC鼓风机转速、(c)通过第三装置监测蒸发器温度并且(d)通过控制器根据HVAC负荷和蒸发器误差来使舱室冷却优先于牵引电池冷却。
该方法可以进一步包括通过控制器根据指示的HVAC鼓风机转速和指示的环境空气温度来确定HVAC负荷的步骤。此外，该方法可以包括以下步骤：(a)通过控制器通过将指示的蒸发器温度与目标蒸发器温度进行比较来确定蒸发器误差，并且(b)通过控制器根据蒸发器误差和HVAC负荷来确定冷却器空调容量。
此外，该方法可以包括通过第四装置监测冷却器和压缩机之间的制冷剂温度的步骤。此外，该方法可以包括通过第五装置监测冷却器和压缩机之间的制冷剂压力的步骤。
此外，该方法还可以包括其它步骤，例如冷却剂在牵引电池和冷却器之间的循环以及制冷剂在压缩机、冷凝器和该冷却器之间的循环。此外，该方法可以包括通过设置在制冷剂回路中处于冷凝器和冷却器之间的电子膨胀阀来控制制冷剂通过冷却器的流量的步骤。此外，该方法可以包括通过控制器根据(a)可用的冷却器容量、(b)牵引电池上游的冷却剂温度和(c)冷却器和压缩机之间的制冷剂温度来控制电子膨胀阀的操作的步骤。
此外，该方法可以包括通过控制器根据冷却器空调容量和空调压缩机转速来确定最大电子膨胀阀开度位置的步骤。此外，该方法可以包括通过将冷却剂温度比例积分(PI)控制器的输出与过热PI控制器的输出求和来确定电子膨胀阀位置。然后根据最大电子膨胀阀开度位置和电子膨胀阀开度目标位置来确定最终的电子膨胀阀位置。
在下面的描述中，示出且描述了冷却***和控制牵引电池冷却同时限制被排放到电动机动车辆的舱室中的已调节的空气的温度波动的方法的若干优选实施例。如应当认识到的是，冷却***和方法能够是其它、不同的实施例并且它们的若干细节能够在各种、明显的方面修改，而所有不脱离下面权利要求书中所阐述和所描述的冷却***和方法。因此，附图和说明书应被视为本质上是说明性的而不是限制性的。
附图说明
并入本文并且形成说明书的一部分的附图示出了冷却***和相关方法的若干方面，并与说明书一起用来解释它们的某些原理。在附图中：
图1是牵引电池冷却***的示意性框图；
图2是图1所示的冷却***的控制***的示意性框图；
图3是描述了冷却***的一个可行实施例的操作的控制逻辑流程图；
图3a是图3中所描述的控制逻辑流程图的框92的详细视图；
图4是表示冷却***的一个可行实施例的HVAC负荷的表格；
图5是示出了根据负荷和蒸发器误差的冷却***的一个可行实施例的冷却器操作管理的四个不同水平的表格。
现在将详细参照牵引电池冷却***的本优选实施例，其示例在附图中被示出。
具体实施方式
现在参照图1，图1示意性地示出了适于电动机动车辆(例如混合动力电动车辆或电动车辆)的牵引电池冷却***10。冷却***10包括用于在牵引电池14和电池散热器15和/或用于热交换的制冷剂对冷却剂冷却器16(没有制冷剂和冷却剂的混合物)之间循环冷却剂的冷却剂回路12。冷却剂可以是常规的冷却剂混合物，例如水和乙二醇。
牵引电池冷却***10还包括通常由附图标记18表示的制冷剂回路。制冷剂回路18在空调压缩机20、冷凝器22和两个蒸发器241或242中的任一个或两者和/或冷却器16之间循环制冷剂。制冷剂可以是常规的制冷剂，例如R134a或R1234yf。
如图1进一步所示，冷却***10还包括在冷却剂回路12和制冷剂回路18中的多个流量控制阀。更具体地，牵引电池冷却剂阀26设置在冷却剂回路12中处于牵引电池14的下游，在该位置进行调整以将冷却剂引导流过牵引电池14和牵引电池散热器15之间的第一回路30或牵引电池和冷却器16之间的第二回路34。牵引电池冷却剂泵36用来根据牵引电池冷却剂阀26的位置使冷却剂循环通过一个或两个回路。传感器37监测来自牵引电池14的上游的冷却剂的温度。
多个流量控制阀还包括在冷凝器22和前部蒸发器241之间的前部蒸发器截止阀38和在冷凝器和后部蒸发器242之间的后部蒸发器截止阀40。此外，第一膨胀装置42设置在制冷剂回路18中处于前部蒸发器截止阀38和前部蒸发器241之间。类似地，第二膨胀装置44设置在制冷剂回路18中处于后部蒸发器截止阀40和后部蒸发器242之间。这里，应当理解的是，如果需要的话，蒸发器截止阀38和第一热膨胀装置42可以组合成一个装置，以使可能的制冷剂泄漏路径最小化。截止阀40和第二膨胀装置44可以类似地组合。此外，电子膨胀阀46设置在制冷剂回路18中处于冷凝器22和冷却器16之间。电子膨胀阀46具有从零流量到全开流量的全范围的运动。
如图2所示，冷却***10还包括通常由附图标记50表示的控制***。如图所示，控制***50包括控制器52。控制器52是根据由控制软件提供的适当指令操作的计算装置(例如专用微处理器或电子控制单元(ECU))。这样的控制器52可以包含一个或多个处理器、一个或多个存储器和全部通过通信总线彼此通信的一个或多个网络接口。
控制器52被配置为(a)控制多个流量控制阀的操作，包括但不必限于牵引电池冷却阀26和电子膨胀阀46，并且(b)在正常机动车辆操作期间使舱室冷却优先于牵引电池冷却。为此，控制器52被配置为包括连接到传感器或其他装置56(例如另一个控制器)的第一数据输入54，提供关于环境空气温度的数据。控制器52还被配置为包括连接到传感器或其他装置60(例如另一个控制器)的第二数据输入58，用于提供HVAC鼓风机转速的数据输入。
如进一步所示，控制器52还被配置为包括连接到传感器或装置64(例如另一个控制器)的第三数据输入62，提供关于蒸发器241、242(每个舱室蒸发器一个传感器或装置64)的温度的数据。控制器52还被配置为包括连接到传感器或装置68(例如另一个控制器)的第四数据输入66，提供关于制冷剂的温度的数据。另外，控制器52被配置为包括连接到传感器或装置72(例如另一个控制器)的第五数据输入70，提供关于制冷剂回路18中制冷剂的压力的数据。传感器或装置68、72位于冷却器16的出口和压缩机20的入口之间。
尽管在图2中未示出，但是应当理解的是，控制器52可以包括连接到其他传感器或装置(包括其他控制器)的附加数据输入，其提供关于其他***操作参数的数据输入，包括但不必限于电池温度、电池冷却剂温度(图1中注释传感器37)、制冷剂压力(图1中注释传感器21)和来自机动车辆的HVAC***的舱室冷却请求。控制器52通常被配置为为牵引电池14提供必要的冷却同时利用最小量的机动车辆能量。为此，控制器52被配置为在三种不同的电池冷却模式下操作。在消耗最少量的机动车辆能量的第一模式下，牵引电池冷却剂阀26被定位为使冷却剂回路12中的冷却剂循环通过牵引电池14和电池散热器15之间的第一回路30。在机动车辆运动期间被迫使通过散热器15的环境空气用来冷却冷却剂，然后冷却剂通过泵36循环回通过电池14，以便保持牵引电池的期望的操作温度。在牵引电池14的温度上升到一定的预定温度的情况下，控制器52在第二冷却模式下操作，在该模式下风扇74被激活以迫使冷却空气通过散热器，从而对冷却剂和冷却剂循环通过的牵引电池14提供附加冷却。
在当在第二冷却模式下操作时牵引电池14的温度达到预定的较高温度的情况下，控制器52通过重新定位牵引电池冷却剂阀26来开始第三冷却模式，以将冷却剂的一些或全部引导通过第二回路34，以使冷却剂流的选择部分被泵36推动以在电池14和冷却器16之间循环。正是在这种模式下，控制器52被配置为在正常的机动车辆操作期间使舱室冷却优先于牵引电池冷却。
为此，提供一种控制牵引电池冷却同时限制被排放到电动机动车辆的舱室中的已调节的空气的温度波动的方法。该方法包括以下步骤：(a)通过第一装置56监测环境空气温度、(b)通过第二装置60监测HVAC鼓风机转速、(c)通过第三装置64监测蒸发器温度并且(d)通过控制器52根据HVAC负荷和蒸发器误差来使舱室冷却优先于牵引电池冷却。
更具体地，如图3所示，一经开始第三冷却模式(注释框76)就产生冷却器请求78。作为响应，控制器52确定/计算蒸发器误差80和HVAC负荷82。如图4所示，HVAC负荷是环境空气温度和HVAC鼓风机转速的函数，并且因此通过控制器52根据由在各个数据输入54、58处的传感器或装置56、60提供的数据来确定。在图4所示的***10的实施例中，25℃的环境温度和60％的鼓风机转速百分比产生50的HVAC负荷。
蒸发器误差通过将由在第三数据输入62处的传感器或装置64指示的实际蒸发器温度与存储在控制器52中的目标蒸发器温度进行比较来确定。
如图3所示，控制器52然后根据确定的蒸发器误差和HVAC负荷来确定可用于牵引电池冷却的冷却器空调容量(注释框84)。图5示出了冷却***10的一个特定实施例的函数表。在该实施例中，3、4或5的蒸发器误差表示冷却器16不可用于任何水平的牵引电池冷却(冷却器容量状态0)。相比之下，2的蒸发器误差和30的负荷表示冷却器16在电池冷却的最小开度处可用(冷却器容量状态1)。此外，0.5的蒸发器误差和60的负荷表示冷却器可用于牵引电池14的降低的冷却器冷却(冷却器容量状态2)。最后，例如，0的蒸发器误差和50的负荷表示冷却器16的全部水平可用于牵引电池冷却(冷却器容量状态3)。
如图3所示，如果冷却器空调容量不可用于冷却(冷却器容量状态0)，则操作算法返回到开始。在这种情况下，电池热***将通过电池散热器15(有或没有风扇74的操作)来继续冷却，并且继续请求冷却器16。一旦冷却器容量变得可用，电池热***就将转换到冷却器16。换句话说，存在电池冷却模式可能正在请求冷却器16但仍然在电池散热器回路30中运行的时候。确定冷却器可用性的实际算法可以是闭环算法，该闭环算法将根据可用容量打开电子膨胀阀46。所示的步骤仅仅是阀46如何将与可用冷却器容量成比例地打开的示例。
相比之下，如果蒸发器冷却可用于牵引电池14，则根据冷却器容量状态和压缩机转速来确定冷却的水平或电子膨胀阀46开度目标位置，如框90所示。因此，例如，对于1的冷却器容量状态和3000每分钟转速(rpm)的压缩机转速，电子膨胀阀46被打开20％。对于2的冷却器容量状态和6000rpm的压缩机转速，电子膨胀阀46被打开30％。然后将目标位置传递到电子膨胀阀控制器，这将确保电子膨胀阀46移动到期望的开度量。
一旦控制器52确定冷却器容量完全可用(冷却器容量状态3)，则电子膨胀阀46的位置通过框92确定(图3和3a的注释)。因此，控制器52平行地运行温度和过热控制。过热是在恒定压力下物质超过饱和温度的温度。控制器52实施比例积分(PI)控制器以根据可校准的目标冷却剂温度来控制进入电池的冷却剂温度。电子膨胀阀46根据这两个温度中的误差来做出位置的调整。如果冷却器16和空调压缩机20之间的实际制冷剂过热降低到最小过热值以下，则控制器52激活过热PI控制器以及温度PI控制器(参见图3a中的框92)。制冷剂过热控制器根据实际的过热和可校准的目标过热来对电子膨胀阀46做出位置调整。这些控制器总是在控制器52中运行，但是冷却器状态1和2根据压缩机转速应用电子膨胀阀46位置最大限制(clip)，参见框90，这限制了电子膨胀阀46开度位置。控制器52还根据需要设定空调压缩机20的转速以为机动车辆舱室和牵引电池14两者提供期望的冷却功能(参见框94)。
总之，牵引电池冷却***10提供了许多益处和优点。控制器52操作电子膨胀阀46，以直接节流制冷剂到冷却器16的流量。为了完成这个任务，控制器52根据如由在控制器的各自数据输入66、70处的传感器或装置68、72所示的制冷剂温度和制冷剂压力来主动地控制电子膨胀阀46。如图1所示，那些传感器或装置68、72设置在制冷剂回路18中处于冷却器出口处，以便确保通过冷却器的制冷剂适当地蒸发。这是为了避免液体制冷剂被送到空调压缩机20的可能性，因为可能导致压缩机故障。
从上面的描述应当进一步理解的是，控制器52监测机动车辆舱室的环境条件，以确定何时启动冷却器16并且如何管理此后的总空调容量。因此，牵引电池冷却的冷却器容量可用性是HVAC负荷的函数。如果舱室不冷却或容量处于舱室冷却的极限，则通过冷却器16的牵引电池冷却的开始被延迟。更具体地，制冷剂到冷却器16的循环可能被控制器52延迟，直到舱室的HVAC负荷已被稳定并且低于总空调容量。同时，牵引电池14通过电池散热器32在第一或第二模式下冷却。
有利地，控制器52具有一直管理制冷剂到冷却器16的流量的能力。这允许在最小碰撞到舱室的情况下通过冷却器16对牵引电池冷却平稳地启动并且连续地运行。因此，通过蒸发器241、242和后来被排放到舱室中的已调节的空气的温度的不利波动被最小化。***10和相关方法通过延迟冷却器启动来使舱室冷却优先，并且还提供以降低的冷却能力运行以在改变空调容量条件下维持舱室舒适性的方法。只有在牵引电池温度上升到预定临界水平的极端操作条件下，控制器52才通过首先提供用于牵引电池冷却的全部冷却器容量给冷却器16和任何剩余空调容量给舱室来使电池冷却优先于舱室冷却。
前述已被呈现用于说明和描述的目的。它并非旨在是穷尽的或将实施例限制为所公开的精确形式。鉴于上述教导，明显的修改和变化是可能的。当根据所附权利要求公平地、合法地和公正地享有的广度解释时，所有这些修改和变化都在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于电动机动车辆的冷却***，包含：
冷却剂回路，所述冷却剂回路在牵引电池和电池散热器或冷却器之间循环冷却剂；
制冷剂回路，所述制冷剂回路在压缩机、冷凝器和第一蒸发器或所述冷却器之间循环制冷剂；
多个流量控制阀，所述多个流量控制阀在所述冷却剂回路和所述制冷剂回路中；以及
控制***，所述控制***包括控制器，所述控制器被配置为(a)控制所述多个流量控制阀的操作，并且(b)使舱室冷却优先于牵引电池冷却。
2.根据权利要求1所述的冷却***，其中所述多个流量控制阀包括在所述制冷剂回路中处于所述冷凝器和所述冷却器之间的电子膨胀阀。
3.根据权利要求2所述的冷却***，其中所述控制器被配置为包括用于环境空气温度的第一数据输入。
4.根据权利要求3所述的冷却***，其中所述控制器被配置为包括用于HVAC鼓风机转速的第二数据输入。
5.根据权利要求4所述的冷却***，其中所述控制器被配置为包括用于蒸发器温度的第三数据输入。
6.根据权利要求5所述的冷却***，其中所述控制***进一步包括环境温度传感器和蒸发器温度传感器。
7.根据权利要求6所述的冷却***，其中所述控制器被配置为包括用于在所述制冷剂回路中在所述冷却器和所述压缩机之间被监测的制冷剂温度的第四数据输入。
8.根据权利要求7所述的冷却***，其中所述控制器被进一步配置为包括用于在所述制冷剂回路中在所述冷却器和所述压缩机之间被监测的制冷剂压力的第五数据输入。
9.根据权利要求8所述的冷却***，其中所述控制***进一步包括在所述制冷剂回路中处于所述冷却器和所述压缩机之间的制冷剂温度传感器和制冷剂压力传感器。
10.根据权利要求9所述的冷却***，其中所述制冷剂回路包括与所述第一蒸发器平行的第二蒸发器。
11.一种控制牵引电池冷却同时限制排放到电动机动车辆的舱室中的已调节的空气的温度波动的方法，包含：
通过第一装置监测环境空气温度；
通过第二装置监测HVAC鼓风机转速；
通过第三装置监测蒸发器温度；以及
通过控制器根据HVAC负荷和蒸发器误差来使舱室冷却优先于牵引电池冷却。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括通过所述控制器根据指示的HVAC鼓风机转速和指示的环境空气温度来确定所述HVAC负荷。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括(a)通过所述控制器通过将指示的蒸发器温度与目标蒸发器温度进行比较来确定所述蒸发器误差，并且(b)通过所述控制器根据所述蒸发器误差和所述HVAC负荷来确定冷却器空调容量状态。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括通过第四装置监测制冷剂温度。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括通过第五装置监测制冷剂压力。
16.根据权利要求15所述的方法，包括在所述牵引电池和冷却器之间循环冷却剂，并且在压缩机、冷凝器和所述冷却器之间循环制冷剂。
17.根据权利要求16所述的方法，包括通过在制冷剂回路中处于所述冷凝器和所述冷却器之间的电子膨胀阀来控制所述制冷剂通过所述冷却器的流量。
18.根据权利要求17所述的方法，包括通过所述控制器根据(a)可用的冷却器容量、(b)所述牵引电池上游的冷却剂温度和(c)所述冷却器和所述压缩机之间的制冷剂过热温度来控制所述电子膨胀阀的操作。
19.根据权利要求13所述的方法，包括通过所述控制器根据所述冷却器空调容量状态和空调压缩机转速来确定最大电子膨胀阀开度位置。
20.根据权利要求19所述的方法，包括通过所述控制器通过将冷却剂温度PI控制器的输出与过热PI控制器的输出求和来确定电子膨胀阀开度目标位置，其中根据所述最大电子膨胀阀开度位置和所述电子膨胀阀开度目标位置来确定最终电子膨胀阀开度位置。
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