具有双模式冷却回路的热管理系统技术方案

提供了一种在车辆中使用的具有双模式冷却回路的热管理系统。至少，所述系统包括与电池系统热连通的第一冷却回路、与至少一个传动系统组件(例如，电机、电力电子装置、逆变器)热连通的第二冷却回路、以及双模式阀门系统，所述双模式阀门系统提供用于在所述两个冷却回路并行操作的第一模式和所述两个冷却回路串行操作的第二模式之间进行选择的模块。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及热控制系统，并且更为具体地，涉及车辆热管理架构，所述车辆热管理架构允许根据环境状况和组件操作特性来进行热和性能优化。
技术介绍
世界上的车辆中的非常大百分比的车辆依靠汽油通过使用内燃机行驶。这些车辆的使用，更具体地依靠矿物燃料(即，汽油)的车辆的使用，产生了两个问题。首先，由于这些燃料的尺寸有限并且区域可用性受限，汽油成本的主要价格波动以及通常向上的定价趋势是常见现象，这两者可以在消费水平上具有巨大影响。其次，矿物燃料燃烧是二氧化碳、 温室气体的主要来源之一，并且因此是全球变暖的主导因素之一。因此，已经花费相当大的努力来寻找在个人车辆和商务车辆两者中使用的替代驱动系统。电动车辆提供了使用内燃传动系统的车辆的最有希望的替代品。在设计高效电动传动系统以及“用户友好的”车辆时涉及的一个主要问题是主要由于电池单元所要求的操作条件以及提供乘客车厢内的按需供热和制冷的需求而导致的热管理。结果是，在许多电动和混合动力车辆中使用的所述热管理系统具有有限的容量和/或过于复杂。例如，早期生产的电动车辆经常使用多个独立的热管理子系统。由于每个子系统要求它自己的组件 (例如，泵、阀门、制冷系统等)，这个方案先天低效。为了克服与使用独立的热子系统相关联的问题中的一些问题，美国专利 No. 6，360，835以及相关美国专利No. 6，394，207公开了一种使用多个传热电路的热管理系统，所述多个传热电路共享相同的传热介质。所述传热电路彼此流体连通，由此使得热的传热介质从高温电路流入低温电路，以及较冷的传热介质从低温电路流入高温电路。尽管这个系统可能克服现有系统中的部分限制，但是由于所述两个传热电路需要交互，该系统仍然相对复杂。在共同待审美国专利申请No. 11/786，108中公开的替换热控制系统中，公开了一种使用多个冷却回路和单个热量交换器的高效冷却系统。在至少一个公开的实施例中的冷却回路包括与所述电池系统相关联的冷却回路、与HVAC系统相关联的冷却回路、以及与所述驱动系统(例如，电机)相关联的冷却回路。尽管现有技术公开了多种用于冷却电动车辆中的电机和/或电池的技术，并且在一些实例中将这种冷却与车辆的乘客车厢HVAC系统组合，但是人们还期望进一步简化系统和提高系统效率。本专利技术提供了这种热管理系统。
技术实现思路
本专利技术提供了一种在车辆(例如，电动车辆)中使用的双模式热管理系统。至少， 所述系统包括与电池热连通的第一冷却回路、与至少一个传动系统(drive train)组件 (例如，电机、电力电子装置、逆变器)热连通的第二冷却回路以及双模式阀门系统，所述双模式阀门系统提供用于在所述两个冷却回路并行操作的第一模式和所述两个冷却回路串行操作的第二模式之间进行选择的模块。所述双模式阀门系统可以包括四向阀，所述四向阀被配置为使得在一个模式下，阀门进气口 A与阀门出气口 A耦合、并且阀门进气口 B与阀门出气口 B耦合，以及在第二模式下，阀门进气口 A与阀门出气口 B耦合、并且阀门进气口 B 与阀门出气口 A耦合。所述双模式阀门系统可以包括四向阀，所述四向阀被配置为使得在一个模式下，所述第一冷却回路的第一部分与所述第一冷却回路的第二部分耦合，并且所述第二冷却回路的第一部分与所述第二冷却回路的第二部分耦合，以及在第二模式下，所述第一冷却回路的第一部分与所述第二冷却回路的第二部分耦合，并且所述第二冷却回路的第一部分与所述第一冷却回路的第二部分耦合。所述双模式阀门系统可以包括一对三向阀，所述一对三向阀被配置为使得当在所述第一模式下配置所述双模式阀门系统时，所述第一三向阀将所述第一冷却回路的第一部分耦合到所述第一冷却回路的第二部分；其中当在所述第一模式下配置所述双模式阀门系统时，所述第二三向阀将所述第二冷却回路的第一部分耦合到所述第二冷却回路的第二部分；当在所述第二模式下配置所述双模式阀门系统时，所述第一三向阀将所述第一冷却回路的第一部分耦合到所述第二冷却回路的第二部分；以及当在所述第二模式下配置所述双模式阀门系统时，第二三向阀将所述第二冷却回路的第一部分耦合到所述第一冷却回路的第二部分。所述系统可以包括例如使用热量交换器与所述第一冷却回路热连通的制冷子系统，所述制冷子系统例如包括制冷剂、压缩机、冷凝器以及恒温膨胀阀。所述系统可以包括与所述第一冷却回路热连通的加热器。所述系统可以包括与所述第二冷却回路热连通的充电器。所述第二冷却回路可以包括例如使用旁路阀耦合到所述第二冷却回路的散热器(radiator)，其中所述旁路阀允许所述第二冷却回路耦合到所述散热器，或者与所述散热器解除耦合。所述系统还可以包括经由热量交换器与所述第一冷却回路热连通的制冷子系统，以及可耦合到所述制冷子系统的车厢HVAC系统。在本专利技术的另一方面，提供了一种用于管理电动车辆内的热负载的方法，所述方法包括在使得冷却剂循环通过传动系统冷却回路和电池冷却回路的第一模式和第二模式之间进行选择的步骤，其中在所述第一模式下，冷却剂在所述传动系统冷却回路和所述电池系统冷却回路中并行地循环，以及其中在所述第二模式下，冷却剂串行地循环通过所述传动系统冷却回路和所述电池冷却回路。在所述第一模式下，所述方法还可以包括将所述传动系统冷却回路的第一部分耦合到所述传动系统冷却回路的第二部分，并且将所述电池冷却回路的第一部分耦合到所述电池冷却回路的第二部分的步骤，以及在第二模式下，所述方法还可以包括将所述传动系统冷却回路的第一部分耦合到所述电池冷却回路的第二部分，并且将所述电池冷却回路的第一部分耦合到所述传动系统冷却回路的第二部分的步骤。所述模式选择步骤可以使用四向阀或一对三向阀。所述方法还可以包括将充电器热耦合到所述传动系统冷却回路的步骤。在期望额外的电池冷却时，所述方法还可以包括将制冷子系统热耦合到所述电池冷却回路的步骤。在期望额外的电池加热时，所述方法还可以包括将加热器热耦合到所述电池冷却回路的步骤。当期望额外的传动系统冷却时，所述方法还可以包括例如使用旁路阀将所述传动系统冷却回路耦合到散热器的步骤。通过参照说明书的剩余部分以及附图，可以实现对本专利技术的本质和优点的进一步理解。附图说明图1提供了在本专利技术的热管理系统中使用的各种子系统的高级图；图2例示了其中所述传动系统子系统和电池子系统并行操作的热管理系统的架构的优选实施例；图3例示了图2中的实施例，其被配置为允许所述传动系统子系统和电池子系统串行操作；图4例示了图2中的实施例，其被修改为取代单个四向阀，使用两个三向阀来在操作模式之间进行切换；和图5例示了图3中的实施例，其被修改为取代单个四向阀，使用两个三向阀来在操作模式之间进行切换。具体实施例方式在下文中，术语“电池”、“电池单元”以及“电池单元电池”可以互换使用，并且可以指代任何各种不同的单元电池类型、化学性质和配置，包括但不限于锂离子(例如，磷酸铁锂、锂钴氧化物、其它锂金属氧化物等)，锂离子聚合物，镍金属氢化物，镍镉，镍氢，镍锌，银锌或其它电池类型/配置。本文中使用的术语“电池组”指代在单片或多片外壳内包含的多个个体电池，所述个体电池电互连以实现用于特定应用的期望电压和容量。术语“电池” 和“电池系统”可以互换使用，并且如本文中所用，指代具有充电和放电能力的电能储存系统，比本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种双模式车辆热管理系统，包括：与电池系统热连通的第一冷却回路，所述第一冷却回路包括第一循环泵，用于在所述第一冷却回路内循环冷却剂，所述第一冷却回路还包括第一冷却剂储存器；与至少一个传动系统组件热连通的第二冷却回路，所述第二冷却回路包括第二循环泵，用于在所述第二冷却回路内循环所述冷却剂，所述第二冷却回路还包括第二冷却剂储存器，其中所述冷却剂被允许在所述第一和第二冷却剂储存器之间流动；以及双模式阀门系统，其中当在第一模式下配置所述阀门系统时，所述第一冷却回路与所述第二冷却回路并行且分离地操作，以及其中当在第二模式下配置所述阀门系统时，所述第一冷却回路串行耦合到所述第二冷却回路。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：V·G·约翰斯顿，A·D·巴利诺，S·I·科恩，V·H·梅赫塔，C·D·加达，C·R·奥唐奈，W·A·德布鲁伊恩，
申请(专利权)人：特斯拉电机公司，
类型：发明
国别省市：US