CN117087498A - 用于电动化车辆的牵引电池的热能管理***和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于电动化车辆的牵引电池的热能管理***和方法”。一种用于电动化车辆的热能管理方法包括：加热电动化车辆内的多个热电池；冷却所述多个热电池中的第一热电池。在冷却所述第一热电池之后，所述方法冷却所述多个热电池中的第二热电池。

Description

用于电动化车辆的牵引电池的热能管理***和方法
技术领域
本公开总体涉及管理电动化车辆内的热能，并且更特别地，涉及管理当车辆正在快速充电时生成的热能。
背景技术
电动化车辆不同于常规机动车辆，因为电动化车辆包括具有一个或多个电机的传动系。作为内燃发动机的替代或补充，电机可驱动电动化车辆。牵引电池可为电机供电。
热电池可被动地存储和释放热能。热电池包括吸附热电池和相变热电池。
发明内容
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种用于电动化车辆的热能管理方法，其包括：加热电动化车辆内的多个热电池；冷却所述多个热电池中的第一热电池；在冷却所述第一热电池之后，冷却所述多个热电池中的第二热电池。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种方法，其中加热多个热电池包括同时加热第一热电池和第二热电池。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种方法，其还包括使用当对所述电动化车辆的牵引电池充电时生成的热能来加热所述多个热电池。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种方法，其中所述充电是DC快速充电。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种方法，其还包括当加热所述第一热电池和所述第二热电池时，将冷却剂从牵引电池传达到所述第一热电池和所述第二热电池两者。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种方法，其还包括当冷却所述第一热电池时引导冷却剂通过所述第一热电池，以及当冷却所述第二热电池时重新引导所述冷却剂通过所述第二热电池。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种方法，其还包括通过致动阀来重新引导冷却剂。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种当冷却所述第一热电池时将所述冷却剂从所述第一热电池引导到制冷剂***的方法。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种当可行时使用低温回路热交换器冷却所述第一热电池和所述第二热电池的方法。在一些示例中，这可减少对冷却器子回路的依赖性。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种方法，其中所述第一热电池和所述第二热电池是第一相变电池和第二相变电池。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种方法，其还包括使用存储在所述热电池中的热能来加热牵引电池。当通过车辆连接性知道需要在第二天早晨之前加热牵引电池时，加热牵引电池。在一些示例中，这可减少对加热子回路的依赖性。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种用于电动化车辆的热能管理***，其包括：热电池总成，所述热电池总成具有至少第一热电池和第二热电池；牵引电池，所述第一热电池和所述第二热电池被配置为同时从所述牵引电池接收冷却剂以冷却所述牵引电池；以及冷却器，所述冷却器被配置为顺序地从所述第一热电池接收冷却剂，并且然后从所述第二热电池接收冷却剂以顺序地冷却所述第一热电池和所述第二热电池。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种***，其中所述第一热电池和所述第二热电池是吸附热电池。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种方法，其还包括经由高温回路热交换器用来自PTC加热器的能量来增强存储在热电池中的热能，以对牵引电池进行预热。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种***，其还包括至少一个阀，所述至少一个阀被致动以将冷却剂从所述第一热电池或所述第二热电池选择性地引导到所述冷却器。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种***，其中所述冷却器将热能从所述冷却剂传递到所述电动化车辆的暖通空调***内的制冷剂流体。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种***，其中所述热电池总成被配置为在所述牵引电池的DC快速充电期间结合所述车辆冷却***冷却所述牵引电池。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种***，其中所述热电池总成包括至少一个第三热电池。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种***，其中所述第一热电池与所述第二热电池分开且不同。
在一些方面，本文所描述的技术涉及一种***，其还包括歧管，所述歧管被配置为将冷却剂从牵引电池引导到所述第一热电池和所述第二热电池。
可独立地或以任何组合方式采用前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代方案，包括它们的各种方面或相应各个特征中的任何一个。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非此类特征是不兼容的。
附图说明
根据具体实施方式，所公开的示例的各种特征和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。随附于具体实施方式的附图可简要地描述如下：
图1示出了具有牵引电池的电动化车辆的侧视图。
图2示出了根据本公开的示例性实施例的来自图1的车辆的动力传动***、牵引电池和热管理***的示意性视图。
图3示出了图2的当冷却热管理***的第一热电池时的热管理***。
图4示出了图2的当冷却第二热电池时的热管理***。
图5示出了为热管理***选择操作模式的方法。
图6至图14各自示意性地示出了根据示例性实施例的用于热管理***的示例性操作模式。
具体实施方式
本公开详细描述了特别是在牵引电池的快速充电期间管理电动化车辆的牵引电池内的热能的示例性方法和***。
参考图1，电动化车辆10包括牵引电池14、电机18、车轮22和充电端口26。
示例电动化车辆10是纯电动车辆。在其他示例中，电动化车辆10是混合动力电动车辆，所述混合动力电动车辆可选择性地利用由作为电机的替代或补充的内燃发动机提供的扭矩来驱动车轮22。一般而言，电动化车辆10可以是具有牵引电池的任何类型的车辆。
牵引电池14可为电机18提供电力，所述电机将电力转换为扭矩以驱动车轮22。要对牵引电池14进行再充电，电动化车辆10可通过充电端口26电联接到外部电源。
可从外部电源对牵引电池14再充电。在该示例中，牵引电池14在电动化车辆10的乘客舱34下方邻近电动化车辆10的车身底部30紧固。
牵引电池14可以是高压牵引电池组，所述高压牵引电池组包括一个或多个个别电池阵列(即，电池总成或个别电池单元分组)，所述一个或多个个别电池阵列能够输出电力以操作电动化车辆10的电机和/或其他电气负载。其他类型的能量存储装置和/或输出装置可替代地或另外地用于为电动化车辆供电。
现在参考图2并且继续参考图1，示例电机18联接到齿轮箱38，所述齿轮箱可按预定齿轮比调整电机18的输出扭矩和转速。齿轮箱38可经由输出轴42操作性地连接到车轮22。
在图2的示例中，牵引电池14可操作地联接到外部电源50，所述外部电源经由DC快速充电对牵引电池14进行再充电。当充电时，牵引电池14和周围部件可生成热能。
要冷却牵引电池14，电动化车辆10并入热电池总成54、总成54的第一热电池58、总成54的第二热电池62、冷却剂回路66和热能交换器(此处为冷却器70)。第一热电池58与第二热电池62分开且不同。例如，第一热电池58和第二热电池62可以是吸附热电池或相变热电池。如果是相变热电池，则相变材料可以是具有35摄氏度的相变温度的有机材料。第一热电池58和第二热电池62可具有诸如金属有机框架等优化的吸附剂，所述优化的吸附剂具有大于或等于35摄氏度的解吸温度和小于或等于30摄氏度的吸附温度。
在从外部电源50对牵引电池14再充电时，冷却剂可沿着在牵引电池14与热电池总成54之间延伸的冷却剂回路66流动。冷却剂将一些热能从牵引电池14传递到热电池总成54的第一热电池58和第二热电池62。热电池总成54存储热能。然后，冷却剂沿着冷却剂回路66从热电池总成54流动到冷却器70。冷却剂将一些热能从牵引电池14传递到冷却器70。
在该示例中，在冷却器70处，冷却剂内的额外热能被传递到制冷剂回路74，并且然后被释放到制冷剂***78内的空气。制冷剂回路74和***78可以是用于电动化车辆10的暖通空调(HVAC)***的一部分。
在牵引电池14继续从外部电源50充电时，冷却剂从冷却器70流回到牵引电池14以从牵引电池14吸收更多的热能。
在对牵引电池14进行充电之后，使电动化车辆10从外部电源50分离。在充电期间，用热电池总成54冷却牵引电池14有效地加热了第一热电池58和第二热电池62。第一热电池58和第二热电池62在充电之后保持该热能。第一热电池58和第二热电池62可以被绝缘，以减少或消除向环境的热能耗散。如果需要来自第一热电池58和第二热电池62的热能来加热牵引电池14，则这可能是有用的。
本公开总体涉及在对牵引电池14充电之后从第一热电池58和第二热电池62移除热能，以使得热电池总成54尤其准备好在牵引电池14的随后的DC快速充电期间获取更多的热能。
特别地，本公开的示例性实施例详细描述了使用制冷剂***来顺序地冷却第一热电池58，并且然后冷却第二热电池62。制冷剂***可有利地被定尺寸来冷却第一热电池58或第二热电池62，而不需要被定尺寸来冷却整个热电池总成54。
在该示例中，第一热电池58和第二热电池62被定尺寸以具有半周期(即，相变电池的熔化时间或吸附电池的吸附剂(通常是水)的解吸时间)，所述半周期与对牵引电池14进行快速充电所需的时间相等或标称地相等。与使用单个大型热电池而不是第一热电池58和第二热电池62的情况相比，顺序地冷却第一热电池58并且然后冷却第二热电池62可有助于使用较小的制冷剂***。
图3示出了当在电动化车辆10与外部电源50分离之后制冷剂回路74用于传递来自第一热电池58的热能时的冷却剂回路66。在该示例中，在驾驶循环期间驾驶电动化车辆10的同时并且例如当不需要最大A/C时，制冷剂回路74用于传递来自第一热电池58的热能。来自第一热电池58的热能被传递到制冷剂回路74内的制冷剂。然后，热能在制冷剂***78处从制冷剂传递出去。
如图4中所示，在冷却第一热电池58之后，可改变冷却剂回路66通过第二热电池62而不是第一热电池58的路线。可以这种方式调整阀以改变冷却剂回路66的路线。
在该示例中，调整另一比例阀，以使得当制冷剂回路74正在冷却第一热电池58或第二热电池62时，冷却剂围绕牵引电池14流动。
现在参考图5并且继续参考图1和图2，可利用操作模式选择方法100来选择用于可如何操作热电池总成54以管理电动化车辆10内的热能的特定操作模式。
方法100在起点104处开始。接着，在步骤108处，方法100评估是否已经接收到对电动化车辆10进行DC快速充电的请求。
如果是，则方法100移动到步骤112，其中执行模式2。在执行模式2之后，方法100从步骤112移动到步骤116，在此处通过车辆连接性预测对快速充电请求的需要。如果预测到快速充电，则方法100从步骤116移动到步骤120。如果在步骤116处未预测到快速充电，则方法100从步骤116移动到步骤124。经由互联网的车辆连接可允许电气化车辆10通过映射路线(山丘、谷地、到达目标的时间)来预测在到达目的地之前是否预期快速再充电，并且因此命令准备热电池的冷却。与天气预报的连接性还允许***预测第二天早晨是否可能需要加热牵引电池，因此可保持热电池中存储的能量并在第二天早晨使用所述能量来使牵引电池升温。
在步骤120处，方法100评估低温回路顶部箱温度是否低于热电池阈值温度。低温回路可以是用于冷却电机18、逆变器、DC到DC转换器等的冷却回路。如果否，则方法100从步骤120移动到步骤126，在此询问空调是否请求处于最大值。如果否，则方法100从步骤126移动到执行模式3的步骤128。在步骤120处，如果低温回路顶部箱温度低于热电池阈值温度，则方法100移动到步骤132并且执行模式3A。如果在步骤108处没有请求快速充电，或者如果在步骤116处没有来自电动化车辆10连接性的对快速充电请求的预测，则方法100移动到步骤124。
在步骤124处，方法100评估牵引电池14的温度是否高于第一阈值温度。如果否，则方法100从步骤124移动到步骤136，在此评估计时器是否大于半周期。在步骤136处，如果计时器不大于半周期，则方法100从步骤136移动到步骤140，在此评估是否有加热器请求。计时器从冷却热电池的起点开始对时间进行计数。
如果已经存在加热器请求，则方法100在步骤148处执行模式4A。在步骤140处如果没有请求加热器，则方法100在步骤144处执行模式4。
返回到步骤136，如果计时器大于半周期，则方法100移动到执行模式4B的步骤152。
返回到步骤124，如果牵引电池温度大于第一阈值，则方法100从步骤124移动到步骤154，在此评估牵引电池温度是否大于第二阈值。如果否，则方法100从步骤154移动到步骤158，在此执行模式5。在步骤154处如果牵引电池温度大于第二阈值，则方法100从步骤154移动到步骤162，在此评估低温回路顶部箱温度是否小于牵引电池的温度。如果否，则方法100移动到步骤166并选择模式1。如果是，则方法100移动到步骤170并选择模式1A。
图6至图14示意性地示出了与具有图2至图4中示出的热电池总成的变型的热管理***结合使用的各种示例性控制模式的细节。
图6至图14的热管理***包括第一热电池58、第二热电池62、牵引电池14、冷却剂回路66、冷却器70、制冷剂回路74和制冷剂***78。图6至图14的热管理总成另外地包括歧管80、阀82、86、88、90、泵92、第一热交换器94、第二热交换器96和至少一个第三热电池98。
阀82和88是三通阀。阀86是四通阀。阀90可以是五通阀。泵92可在各种模式期间使冷却剂沿着冷却剂回路66循环。
图6示出了模式1，其中调整阀82和阀86，以使得冷却剂沿着冷却剂回路66从牵引电池14移动到冷却器70，而不通过热电池58、62或98中的任何一个。牵引电池14由制冷剂回路74冷却。在该示例中，在模式1期间来自牵引电池14的净散热可以是例如3kW，并且制冷剂***容量在部分容量下可以是-3kW。
图7示出了模式1A，其中调整阀86以引导冷却剂通过第一热交换器94，并且然后返回到牵引电池14。牵引电池14由第一热交换器94冷却。在该示例中，在模式1A期间来自牵引电池14的净散热可以是3kW，并且低温回路液体到液体(LTL)热交换器容量可以是-3kW。
图8示出了模式2，其中阀82被致动，以使得来自牵引电池14的冷却剂被传达到歧管80中，并且然后同时通过第一热电池58、第二热电池62和至少一个第三热电池98。冷却剂从热电池58、62、98移动到冷却器70。在该示例中，在牵引电池14进行快速充电的模式2期间来自牵引电池14的净散热可以是例如18kW，并且对于-12kW的总热电池容量，在该示例中总计有四个热电池，每个热电池58、62和98的容量可以是-3kW。制冷剂***容量在其最大容量下可以是例如-6kW。
图9示出了模式3，其中阀88被致动以将已经传递通过冷却器70的一些冷却剂重新引导通过热电池58、62或98中的一个。在该示例中，冷却剂由阀90引导通过第二热电池62，而不是第一热电池58或至少一个第三热电池98。在该示例中，在模式3期间来自牵引电池14的净散热可以是例如3kW，并且制冷剂***最大容量可以是-6kW。每个热电池58、62和98的容量可以是3kW。
图10示出了模式3A，其中阀86被从模式3致动以将冷却剂引导到第一低温回路(LTL)热交换器94而不是冷却器70。冷却剂从热交换器94和冷却器70通过阀88移动到热电池58、62或98中的一个。在该示例中，在模式3A期间来自牵引电池14的净散热可以是例如3kW，并且低温回路液体到液体热交换器容量可以是-6kW。每个热电池58、62和98的容量可以是3kW。在这种模式下，制冷剂***关闭并且环境温度为低。
图11示出了模式4，该模式通过以下方式来加热牵引电池14：致动阀82、86、88、90以将冷却剂引导通过歧管80，并且然后同时通过第一热电池58、第二热电池62和至少一个第三热电池98。模式4不同于结合图9描述的模式2，不同之处在于，在冷却剂传递通过热电池58、62和98之后，冷却器70不用于从冷却剂中移除额外的热能。在该示例中，在模式3期间和在牵引电池14的操作期间来自牵引电池14的净散热可以是例如0.5kW，并且每个热电池58、62和98的容量可以是3kW。
图12示出了加热牵引电池的模式4A，所述模式与模式4相似，但是致动三通阀82和四通阀86以引导冷却剂中的至少一些围绕热电池58、62、98，并且如果热可经由高温回路或PTC加热器获得，则引导冷却剂中的至少一些通过第二高温回路液体对液体热交换器96。在该示例中，在模式4A期间和在牵引电池14的操作期间来自牵引电池14的净散热可以是例如0.5kW，并且每个热电池58、62和98的容量可以是3kW，并且高温回路液体对液体热交换器的容量可以是3kW。
图13示出了模式4B，其中三通阀82和四通阀86被致动以引导所有冷却剂远离热电池58、62、98并通过热交换器96。在该示例中，在模式4B期间和在牵引电池14的操作期间来自牵引电池14的净散热可以是例如0.5kW，并且HTL热交换器的容量可以是3kW。仅当在热电池半周期之后需要加热并且热可通过高温回路或通过PTC加热器获得时，才可使用该模式。
图14示出了模式5，其中三通阀82和四通阀86被致动以在制冷剂***关闭时引导所有冷却剂通过冷却器70。在该示例中，在模式5期间和在牵引电池14的操作期间来自牵引电池14的净散热可以是例如0.5kW，然而电池温度在不需要冷却也不需要加热的范围内。
所公开的示例的特征包括用于电池的热管理***，所述热管理***可在利用热电池对牵引电池的充电期间提供热管理。在冷却牵引电池之后，热电池被顺序地冷却，以使得可针对常规车厢和电池冷却要求对与热电池相关联和用于冷却所述热电池的部件定尺寸，并且不会过大，因为***设计有相对较小的热电池，当不需要最大A/C时，顺序地冷却所述相对较小的热电池。
先前描述在本质上是示例性的而非限制性的。对所公开的示例做出的变型和修改对于本领域技术人员而言可能变得显而易见，所述变型和修改不一定脱离本公开的本质。因此，只能通过研究以下权利要求来确定赋予本公开的保护范围。

Claims (15)

1.一种用于电动化车辆的热能管理方法，其包括：
加热电动化车辆内的多个热电池；
冷却所述多个热电池中的第一热电池；
在冷却所述第一热电池之后，冷却所述多个热电池中的第二热电池。
2.如权利要求1所述的方法，其中加热所述多个热电池包括同时加热所述第一热电池和所述第二热电池，并且任选地，当加热所述第一热电池和所述第二热电池时，将冷却剂从牵引电池传达到所述第一热电池和所述第二热电池两者。
3.如权利要求1所述的方法，其还包括使用在对所述电动化车辆的牵引电池充电时生成的热能来加热所述多个热电池，并且任选地，其中所述充电是DC快速充电。
4.如权利要求1所述的方法，其还包括当冷却所述第一热电池时引导冷却剂通过所述第一热电池，以及当冷却所述第二热电池时重新引导所述冷却剂通过所述第二热电池，并且任选地，其还包括通过致动阀来重新引导所述冷却剂。
5.如权利要求4所述的方法，当冷却所述第一热电池时将所述冷却剂从所述第一热电池引导到制冷剂***。
6.如权利要求1所述的方法，其还包括使用低温回路热交换器冷却所述第一热电池和所述第二热电池。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一热电池和所述第二热电池是第一相变电池和第二相变电池。
8.如权利要求1所述的方法，其还包括使用存储在所述热电池中的热能来加热牵引电池。
9.一种用于电动化车辆的热能管理***，其包括：
热电池总成，其具有至少第一热电池和第二热电池；
牵引电池，所述第一热电池和所述第二热电池被配置为同时从所述牵引电池接收冷却剂以冷却所述牵引电池；以及
冷却器，所述冷却器被配置为顺序地从所述第一热电池接收冷却剂，并且然后从所述第二热电池接收冷却剂以冷却所述第一热电池和所述第二热电池。
10.如权利要求9所述的***，其中所述第一热电池和所述第二热电池是吸附热电池或相变热电池。
11.如权利要求9所述的***，其还包括至少一个阀，所述至少一个阀被致动以将冷却剂从所述第一热电池或所述第二热电池选择性地引导到所述冷却器。
12.如权利要求9所述的***，其中所述冷却器将热能从所述冷却剂传递到所述电动化车辆的HVAC***内的制冷剂***。
13.如权利要求9所述的***，其中所述热电池总成被配置为在所述牵引电池的DC快速充电期间冷却所述牵引电池。
14.如权利要求9所述的***，其中所述第一热电池与所述第二热电池分开且不同，并且任选地，其中所述热电池总成包括至少一个第三热电池。
15.如权利要求9所述的***，其还包括歧管，所述歧管被配置为将所述冷却剂从所述牵引电池引导到所述第一热电池和所述第二热电池。
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