電動車輛的熱管理和過濾系統的製作方法
2023-07-10 18:55:16 2
電動車輛的熱管理和過濾系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種電動車輛的熱管理和過濾系統。熱管理系統包括用於調節電池溫度的熱環路。過濾器位於電池的上遊以過濾液體冷卻劑。熱管理系統還包括與電池熱環路流體連通的第二熱環路。第二熱環路對除了電池之外的車輛系統進行熱控制。電池熱環路包括多個電池單體。多個換熱器翅片位於每個電池單體之間，以提供冷卻劑來調節電池溫度。過濾器具有基於翅片的過濾器特性的過濾傳遞函數。
【專利說明】電動車輛的熱管理和過濾系統
【技術領域】
[0001]本公開涉及一種用於電動車輛中的電池的熱管理和過濾系統。
【背景技術】
[0002]諸如電池電動車輛(BEV)、插電式電動車輛(PHEV)或混合動力電動車輛(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。電池容量和循環壽命可根據電池的操作溫度而改變。通常期望在車輛操作時或在車輛充電時將電池保持在特定的溫度範圍內。
[0003]具有電池的車輛可以包括冷卻系統，以進行電池的溫度控制，從而保持充電容量和延長電池壽命，並改善其他電池性能特性。
【發明內容】
[0004]在一個實施例中，提供了一種用於電動車輛的熱管理系統。該熱管理系統包括用於調節電池溫度的第一熱環路。過濾器布置在第一熱環路中位於電池的上遊，以過濾液體冷卻劑。該熱管理系統還包括與第一熱環路流體連通的第二熱環路。第二熱環路對除了電池之外的車輛系統進行熱控制。
[0005]在另一實施例中，第一熱環路包括換熱器，換熱器與電池相鄰以調節電池溫度。換熱器具有限流通道。
[0006]在進一步的實施例中，電池包括多個電池單體，換熱器包括分開每個電池單體的多個換熱器翅片。換熱器翅片提供液體冷卻劑以調節每個電池單體的溫度。
[0007]在又一實施例中，過濾器位於換熱器的上遊。
[0008]在另一實施例中，過濾器具有基於換熱器的過濾器特性的過濾傳遞函數。
[0009]在再一實施例中，過濾傳遞函數包括對於一定顆粒尺寸為90%的過濾效率，且換熱器具有對於該顆粒尺寸為100%的過濾效率。
[0010]在另一實施例中，第一熱環路包括泵。過濾器位於泵的下遊。
[0011 ] 在進一步的實施例中，所述熱管理系統還包括與第一熱環路和第二熱環路熱連通的第三熱環路，以對除了電池之外的第二車輛系統進行熱控制。
[0012]在另一實施例中，第二熱環路包括適於調節乘員艙室溫度的空調系統。
[0013]在一個其他實施例中，提供了一種電動車輛中的電池熱管理系統。該電池熱管理系統包括多個電池單體。多個換熱器翅片位於在每個電池單體之間，以提供液體冷卻劑來調節電池溫度。過濾器位於翅片的上遊。過濾器具有基於翅片的過濾器特性的過濾傳遞函數。
[0014]在另一實施例中，所述電池熱管理系統包括用於使液體冷卻劑循環的泵。過濾器位於泵的下遊。
[0015]在進一步的實施例中，過濾器是高壓旁通過濾器。
[0016]在另一實施例中，過濾傳遞函數包括對於一定顆粒尺寸為90%的過濾效率，且換熱器具有對於該顆粒尺寸為100%的過濾效率。
[0017]在又一實施例中，每個換熱器翅片具有限流通道。限流通道的過濾傳遞函數基於根據IS016889的過濾器測試過程來對換熱器翅片進行的評估。
[0018]在另一實施例中，電池單體、換熱器翅片和過濾器位於第一熱迴路中。第一熱迴路選擇性地與對除了電池之外的車輛系統進行熱控制的第二熱迴路流體連通。
[0019]在再一實施例中，流體冷卻劑是水或乙二醇之一。
[0020]在一個其他實施例中，提供了一種用於調節電動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調節電池溫度。提供了過濾器。過濾器的過濾傳遞函數基於換熱器的過濾特性。
[0021 ] 在一個其他實施例中，提供了 一種用於管理電動車輛中的電池溫度的方法，所述方法包括:基於用於提供流體冷卻劑以調節電池的換熱器的過濾特性來設定過濾器的過濾傳遞函數。
[0022]在另一實施例中，過濾特性是過濾效率(FE)。
[0023]在進一步的實施例中，過濾特性包括納汙容量(DHC)。
[0024]在又一實施例中，所述方法包括:根據過濾器測試過程來評估電池的換熱器翅片，以確定過濾特性。
[0025]參照下面對示出的實施例的詳細描述和附圖，將更好地理解上面的實施例和本公開的其他方面。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是根據實施例的電池電動車輛的示意圖；
[0027]圖2是根據實施例的電池熱管理系統的示意圖；
[0028]圖3是根據實施例的過濾器的透視圖；
[0029]圖4是根據實施例的過濾器的剖視圖；
[0030]圖5是根據實施例的換熱器的一部分的透視圖；
[0031]圖6是根據實施例的換熱器的剖視圖；
[0032]圖7是根據實施例的換熱器的一部分的簡化平面圖；
[0033]圖8是示出根據實施例的方法的流程圖；
[0034]圖9是示出根據實施例的方法的曲線圖；
[0035]圖10是示出根據實施例的方法的曲線圖。
【具體實施方式】
[0036]按照要求，在此公開本發明的詳細的實施例；然而，應該理解的是，公開的實施例僅為可以以多種和可選的形式來實施的本發明的舉例說明。附圖不必須是按比例繪製的；一些特徵可能被誇大或最小化，以示出特定組件的細節。因此，這裡公開的特定結構和功能上的細節不應被解釋為進行限制，而僅應被解釋為用於教導本領域技術人員來不同地實施本發明的代表性基礎。
[0037]參照圖1,示出了根據一個或更多個實施例的諸如電池電動車輛(BEV)的電動車輛20。圖1僅代表一種類型的BEV架構，且不意在進行限制。本公開可以被應用於任何合適的BEV。
[0038]車輛20或BEV，是通過電功率(諸如通過電機24)進行推進而沒有來自內燃發動機的輔助的全電動車輛。電機24接收電功率並提供機械旋轉輸出功率。電機24連接到用於通過預定的齒數比來調節電機24的輸出扭矩和速度的變速箱38。變速箱38通過輸出軸42連接到成組的推進輪40。車輛20的其他實施例包括用於推進車輛20的多個電機(未示出)。電機24還可以用作用於將機械功率轉換為電功率的發電機。高電壓總線44通過逆變器48將電機24電連接到能量存儲系統46。
[0039]根據一個或更多個實施例，能量儲存系統46包括主電池50和電池能量控制模塊(BECM)52。BECM適於將車輛20連接到電源78 (諸如IlOV電源或220V電源)，並適於將接收的電流傳送到電池50或傳動系控制系統30。主電池50是可以輸出電功率以操作電機24的高電壓電池或牽引電池。主電池50是由一個或更多個電池模塊構成的電池包。每個電池模塊可以包括一個電池單體或多個電池單體。通過使用流體冷卻系統、空氣冷卻系統或現有技術已知的其他冷卻方法來冷卻和加熱電池單體。BECM52用作主電池50的控制器。BECM52還包括管理每個電池單體的荷電狀態和溫度的電子監視系統。電池50具有至少一個溫度傳感器51，諸如熱敏電阻器等。傳感器51與BECM52通信，以提供關於電池50的溫度數據。
[0040]電機24、傳動系控制模塊(TCM) 30、變速箱38和逆變器48被共同地稱為傳動系54。車輛控制器26與傳動系54通信，以使傳動系54的功能與其他車輛系統協調。控制器26、BECM52和TCM30被示出為單獨的控制器模塊。用於車輛20的控制系統可以包括任何數量的控制器，並可以被集成到單個控制器中，或可以具有多個模塊。可以通過控制器區域網絡(CAN)或其他系統來連接一些控制器或所有的控制器。控制系統可以被構造為在多個不同條件中的任何條件下(包括以對電池50和車輛艙室或乘員艙室中的溫度進行熱管理的方式)控制電池50和傳動系54的多個組件的操作，並用於電池50的充電和放電操作。
[0041]TCM30被構造為控制傳動系54內的特定的組件，諸如電機24和/或逆變器48。車輛控制器26監視電機24的溫度，並接收來自駕駛員的節氣門請求(或期望的電機扭矩請求)。通過使用這樣的信息，車輛控制器26將電機扭矩請求提供到TCM30。響應於電機扭曲請求，TCM30和逆變器48將由主電池50提供的直流(DC)電壓轉換為用於控制電機24的信號。
[0042]車輛控制器26通過用戶界面60向駕駛員提供信息。用戶界面60可以包括允許用戶將請求或期望的車輛操作或充電參數或其他車輛操作參數輸入到控制器26中的特徵。用戶界面60可以包括觸控螢幕界面、連接到諸如移動裝置或計算機的遙控站的無線連接件、以及現有技術已知的其他輸入界面。車輛控制器26還接收指示車輛系統的當前操作狀況的輸入信號。例如，車輛控制器26可以接收來自BECM52的表不電池50的狀況的輸入信號、以及來自傳動系54的表不電機24和逆變器48的狀況的輸入信號。車輛控制器26將諸如電機狀態或電荷水平狀態的輸出提供到用戶界面60，這些被可視地傳達給駕駛員。控制器26在各種用戶請求之間進行仲裁，以對充電時和運行時的車輛20進行熱管理。
[0043]車輛20包括用於加熱和冷卻多個車輛組件的溫度控制系統62。根據一個或更多個實施例，溫度控制系統62包括高電壓電加熱器64和高電壓電HVAC壓縮機66。加熱器64被用於加熱循環通過加熱器芯的冷卻劑,壓縮機66被用於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66可以直接從主電池50獲取電能。溫度控制系統62可以包括用於通過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62的開/關狀態被通信至車輛控制器26，並可以基於(例如)操作者致動的開關的狀態或溫度控制系統62基於諸如車窗除霜的相關功能的自動控制。溫度控制系統62可以連接到用戶界面60，以允許用戶設置艙室的溫度，或預編程用於車輛未來的操作循環的溫度。
[0044]根據一個實施例，車輛20包括諸如12伏特電池的副電池68。副電池68可以被用於向諸如前照燈等的多個車輛附件供電，這裡將所述多個車輛附件共同地稱為附件70。DC/DC轉換器72可以電性地設置在主電池50和副電池68之間。DC/DC轉換器72調節或「階梯式降低」電壓電平以允許主電池50對副電池68充電。低電壓總線74將DC/DC轉換器72電連接到副電池68和附件70。
[0045]車輛20包括用於對主電池50進行充電的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包括用於將從外部電源接收的AC功率轉換或「整流」為用於對主電池50進行充電的DC功率的功率電子器件。AC充電器76被構造為適於來自外部電源(例如，110伏特、220伏特等)的一個或更多個傳統的電壓源。在一個或更多個實施例中，外部電源包括利用無害可再生能源的裝置，諸如光伏(PV)太陽能面板或風力渦輪機(未示出)。
[0046]此外，在圖1中不出了駕駛員控制系統80、動力轉向系統82和導航系統84的簡化的示意性表示。駕駛員控制系統80包括制動系統、加速系統和檔位選擇(換檔)系統。制動系統包括制動器踏板、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動輪40的車輛車輪的機械連接件，以進行摩擦制動。制動系統還可以被構造為用於再生制動，其中，制動能量可以被捕捉並被儲存為主電池50中的電能。加速系統包括具有一個或更多個傳感器的加速器踏板，加速器踏板的傳感器與制動系統中的傳感器一樣，向車輛控制器26提供諸如節氣門請求的信息。檔位選擇系統包括用於手動地選擇變速箱38的齒輪設置的換檔器。檔位選擇系統可以包括用於將換檔器選擇信息(例如，駐車檔、前進檔、空檔)提供到車輛控制器26的換檔位置傳感器。
[0047]導航系統84可以包括導航顯示器、全球定位系統(GPS)單元、導航控制器和用於接收來自駕駛員的目的信息或其他數據的輸入器(全部沒有示出)。在一些實施例中，導航系統可以與用戶界面60集成。導航系統84還可以進行與車輛20、其目標目的或其他相關GPS航路點相關的距離和/或位置信息的通信。
[0048]圖2示出了用於與如圖1所示的車輛20—起使用的形成熱管理系統100的多個集成的熱環路或迴路。熱管理系統100包括電池熱迴路110、電機迴路120和艙室迴路130。
[0049]電池熱迴路110可以加熱電池50和使電池50冷卻。電池50由一個或更多個電池包構成，且在圖2中示出了具有一個包的電池50。每個電池包可以具有多個單體。圖2中的電池50被示出為具有三個單體104，然而如現有技術已知的，可以將任何數量的單體用於電池50。電池單體104被換熱器翅片分開，如在圖5中更詳細地示出的，換熱器翅片被用於調節每個電池單體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監視電池50，以確定電池50的荷電狀態和容量。每個單體104可以具有被構造為測量單體溫度的相關的溫度傳感器。溫度傳感器與控制器106通信，從而控制器106也通過監視每個電池單體104的溫度來監視電池溫度。控制器106通過測量或評估多個電池單體104的溫度來確定電池50的溫度。
[0051]控制器106還與車輛上的環境溫度傳感器102通信。環境溫度傳感器102被構造為測量環境的溫度。艙室溫度傳感器112也與控制器106通信，並測量車輛的乘員艙室的溫度，以向HVAC系統提供反饋，從而進行艙室的溫度控制。
[0052]可以使用由控制器106控制的電池熱迴路110來主動地調節電池50的溫度。電池50的溫度和每個單體104的溫度確定電池50可以接受的電荷的量和當儲存在電池50中時可以使用的電荷的量。
[0053]電池熱迴路110對電池50進行熱管理，以調節單體104的溫度，從而保持電池50的使用壽命，允許適當的充電，並滿足車輛性能屬性。電池熱迴路110通過每個單體104的換熱器翅片300 (圖5)中的液體熱傳遞來對電池單體104進行主動加熱或主動冷卻。電池熱迴路110可以被集成到具有溫度控制的加熱和冷卻元件以及動力總成冷卻元件的車輛熱系統中。
[0054]電池熱迴路110包括循環通過與電池中的單體104相鄰的換熱器翅片300中的冷卻通道的流體，以主要使用對流熱傳遞來加熱或冷卻電池50。流體是有助於調節電池單體104的溫度的液體冷卻劑，諸如乙二醇或水。泵114控制電池熱迴路110中的流體的流動。加熱元件116用作流體的熱源，以加熱流體，並因此主動地加熱電池50。加熱元件116可以為與車輛中的另一熱系統進行換熱以回收廢熱的換熱器，或者可以為獨立的加熱器，諸如包括正溫度係數(PTC)加熱器的電熱器。
[0055]電池熱迴路110還具有使流體冷卻並因此主動地冷卻電池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的一部分、與車輛熱系統中的另一元件進行換熱的換熱器、或現有技術已知的其他散熱器。冷卻元件118中的換熱器可以為並流式換熱器、對流式換熱器或現有技術已知的其他換熱器，以適當地加熱或冷卻電池熱迴路110中的流體。
[0056]電池熱迴路110還包括BECM52。BECM52也可以在使用期間產生熱，也可能需要冷卻，以將BECM52保持在適合的溫度範圍內。電池熱迴路110還可以流動通過電池充電器，以主動地加熱或冷卻BECM52和充電組件。電池閥140被設置為選擇性地結合電池熱迴路110和電機迴路120。
[0057]電機迴路120對牽引電機24、傳動系控制系統30和DC/DC轉換器72進行冷卻。電機迴路120還包括輻射器122和被布置為將換熱流體泵送通過電機迴路120的電機迴路泵124。電機迴路泵124可以沿電機迴路120位於合適的位置。
[0058]當輻射器旁通閥126位於第一位置時，引導所有的換熱流體沿A方向流動並通過輻射器122。相反地，當輻射器旁通閥126位於第二位置時，引導所有的換熱流體沿B方向流動。沿B方向，流體在可能的情況下(諸如在換熱流體低於閾值溫度時)繞過輻射器122。沿B方向繞過輻射器122降低了跨過輻射器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。通過降低車輛的能耗，增加了燃料效率和/或擴展了車輛的由電池50驅動的電動範圍。
[0059]溫度傳感器128可以被設置為確定電機迴路120中選擇的點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載(諸如電機24、TCM30和DC/DC轉換器72)的下遊，以記錄換熱流體的最高溫度。基於由溫度傳感器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引導流動的第一位置或將輻射器旁通閥126布置在第二位置，此時流體沿B方向繞過輻射器122流動。
[0060]示出了包括用於車輛的HVAC系統或用於車輛乘員艙室的溫度控制系統的艙室迴路130。艙室迴路130具有採用泵132的流體迴路以及冷卻元件134，以用於向HVAC(向艙室通風孔提供冷空氣的系統)提供冷卻的流體。
[0061]艙室迴路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。艙室迴路130可以具有返回迴路，以再次加熱艙室空氣，且艙室迴路130還可以具有新鮮空氣進氣口以將另外的室外空氣加入到艙室。
[0062]艙室迴路閥144被設置為選擇性地將換熱流體提供到艙室迴路。在第一位置，艙室迴路閥144引導流體沿E方向朝向艙室迴路130和加熱器芯元件136流動。在第二位置，艙室迴路閥144被布置為引導沿F方向朝向電機迴路120流動，以隔離艙室迴路130。艙室迴路閥144允許艙室迴路130關閉，以在溫度處於不需要對艙室加熱和/或冷卻時節約能量。
[0063]電池熱迴路110、電機迴路120和艙室迴路130是三個單獨的但被一體化的熱迴路。迴路110、120和130可以關閉三個單獨的閥並通過使用三個單獨的泵而彼此獨立地運行。或者，迴路110、120和130可以選擇性地混合，從而(例如)來自電機24的廢熱可被用於加熱艙室或加熱電池50。在每個迴路是分開的情況下，多重一體化的熱迴路架構使迴路110,120和130中的每個迴路中的必須的組件最少化，這允許(例如)節約成本和減輕重量。
[0064]過濾器150也可以與具有不同的構造的多重一體化的熱迴路一起集成在熱管理系統中。例如，過濾器可以被設置在電池迴路和電機迴路並行排列的熱管理系統中，諸如在2013年2月I日提交的第13/757，291號美國專利申請中所記載的，其公開通過引用包含於此。
[0065]然而，多重一體化的熱迴路架構的缺點在於來自一個迴路的碎屑可能汙染另一迴路。具體地講，引入到電池熱迴路110中的碎屑和汙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題。碎屑和汙染物可能因製造和組裝工藝或者甚至可能因組件的磨損而存在於電機迴路120或艙室迴路130中。
[0066]為了保護電池單體104不被熱管理系統100中的汙染物影響，電池熱迴路110還包括過濾器150。過濾器150被設置在電池50的上遊，以在碎屑到達換熱器翅片300中的窄的冷卻通道310之前從電池熱迴路110過濾碎屑以及從電機迴路120或空調迴路130過
濾碎屑。
[0067]如圖3所示，過濾器150是旁通過濾器。該過濾器包括過濾器殼152。過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可以包括用於連接到電池熱迴路110的倒鉤式開口 160。還預期的是，入口端158可具有用於連接到電池熱迴路110的螺紋式開口、快速連接或任何其他合適的開口。相似地，出口蓋156具有出口端162。在一個實施例中，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還可以包括適於容納緊固件或被安裝到組件的附著特徵164。
[0068]圖4是沿圖3的5-5線的剖視圖。該剖視圖示出了過濾器殼152內的過濾介質套筒170和中心管168。中心管168是柱形網狀支撐結構，其中，過濾介質套筒170固定在中心管168上。中心管168和過濾介質套筒170包括位於第一端的密封件172和位於第二縱向端的密封件174。液體冷卻劑進入入口端158，並可以在過濾介質套筒170的側面176周圍流動(其中，在側面176，流體穿過過濾介質套筒170)，然後從出口端162離開。沿著側面176，過濾介質套筒170捕捉任何碎屑，因而防止碎屑從出口端162離開。
[0069]過濾器150還包括卸壓閥180。卸壓閥包括球182和彈簧184。如果過濾介質套筒170過度地被碎屑堵塞，則流動通過過濾器150的流體可能受限且其系統壓力可能增加。在這樣的情況下，球182上的系統壓力按壓彈簧184，而允許流體流動繞過介質套筒170，旁通閥180可能僅在緊急、高汙染度的情況下啟用。
[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形成在鋁製的片中。至少兩個換熱器翅片300釺焊在一起，從而它們在相鄰的路徑312對齊時形成冷卻通道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314和外法蘭316通常是共面的，從而當兩個相鄰的翅片釺焊在一起時，平臺314和外法蘭與相鄰的換熱器翅片300上的對應的特徵對齊，並形成釺焊或焊接接頭318。
[0071]得到的形成在兩個換熱器翅片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的迂迴通道。冷卻通道310的距離C是換熱器翅片之間的距離，並可以小於0.8毫米。
[0072]換熱器翅片300可以垂直地布置，從而通過通道的流體從每個換熱器翅片300的底部入口 320行進到頂部出口 322。該類型的流體通道幾何構造在通過最大化換熱器表面的表面面積而使換熱目的最優化的同時對於由碎屑導致的汙染是非常敏感的。通道內部的冷卻劑的低流速導致了在正常操作條件下沒有從冷卻通道310衝刷汙染物和碎屑的層流條件(例如，雷諾數〈70)和低的冷卻劑速度。結果，換熱器翅片300和形成在換熱器翅片300中的冷卻通道310起到了類似於獨立的過濾元件的作用。
[0073]如圖7中的冷卻通道的簡化示圖所示，在冷卻通道310中流動的層流流體導致了較大的碎屑330的機械留置。較大的碎屑330可以大於距離C，且在該示例中，大於0.8毫米。在冷卻通道310中流動的流體還經歷重力淤積，其中，在重力作用下，懸浮在冷卻劑中的微細固體332重力分離，並成為沉澱在垂直通道338的底部336處的碎屑。
[0074]過濾器150被用於確保換熱器翅片300的冷卻通道310和流體冷卻劑的清潔。根據國際標準(IS0)，過濾器150通過過濾效率(FE)或「β比(beta ratio)」來表徵。FE或β比是使用標準汙染物和顆粒計數系統獲得的在過濾器150的上遊大於指定尺寸的顆粒的數量和在過濾器150的下遊大於指定尺寸的顆粒的數量之間的關係。過濾器150還可以通過納汙容量(DHC)來表徵。DHC通過可以被過濾器上的過濾介質170吸收的汙染物的重量到達預定的端壓差來定義。
[0075]國際標準IS016889是用於評估元件上的過濾器的過濾性能的多步方法，並最為普遍地用於測量過濾器的包括過濾效率和納汙容量的過濾性能。
[0076]過濾介質的FE和DHC是幫助確定過濾介質的表面面積的係數。過濾介質的表面面積影響過濾器組件的外部尺寸、重量和過濾器的成本。通常，具有高FE和DHC的過濾器需要較大的尺寸，其原因是較高效率的過濾介質的流體透過性較低(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，其原因是非常窄的冷卻通道310極易受到汙染物和碎屑影響且其自身被用作過濾器。冷卻通道310被設計為以非常低的流速操作，以對電池單體104進行最大化的對流冷卻。另外，液體冷卻劑可以為可能導致氧化而產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，在換熱器翅片的上遊需要獨特的過濾器和具體規定過濾器的獨特方法。
[0078]通常，使用經驗性的方法來選擇具有為換熱器翅片300提供足夠的保護的FE和DHC的過濾器。經驗性方法可能導致過度過濾或過濾不足。在過度過濾的情況下，使用非常稠密的或高過濾效率的過濾介質，導致過濾器提供過度保護對抗汙染物，但是同時對於流體冷卻劑流動造成另外的阻力，這可能導致電驅動的冷卻劑泵獲取另外的功率。如果過濾介質過於稀疏或低效，則其可能允許大的碎屑到達過濾器的下遊，這可能導致冷卻通道阻塞。
[0079]為了在選擇過濾器時確定過濾器150的要求從而提供足夠的FE和DHC來保護換熱器翅片300不受碎屑的影響，開發出了一種新的過濾器選擇方法400，如圖8所示。換熱器翅片300被估算為位於效率較高的主過濾器150下遊的效率較低的功能性過濾器，如框410所表示的。使用在IS016889多步效率方法中描述的測試設置來估算換熱器翅片300，如框412所表示的。在流速可能根據換熱器汙染物負載條件而改變的同時保持壓力恆定。測試進行至少兩個小時直到流速降低20%。
[0080]基於該測試，確定了換熱器翅片的過濾特性，如框414所示。例如，根據IS016889的指南來計算冷卻通道310中的汙染物的「留置百分比」。根據在圖10中示出的示例，重量百分比為30%的標準汙染物塵垢留置在冷卻通道310內，這意味著70%的汙染物保持懸浮狀態。
[0081]假設較大尺寸的顆粒留置在冷卻通道310中並使用標準塵垢重量與顆粒尺寸累積分布性質的對比，確定出與30%的分布對應的最大顆粒尺寸。然後，選擇過濾器150的過濾特性，以使其大於換熱器翅片300的過濾特性，如框416所表示的。可以根據IS016889來選擇過濾器150的FE，從而在等於或小於計算的「留置百分比」90%的體積百分比點處，至少有90%的顆粒尺寸大於在IS016889累積尺寸與重量分布上出現的對應的顆粒尺寸。
[0082]圖9示出了基於在不同的顆粒尺寸時換熱器翅片的過濾特性曲線來選擇過濾器150介質的過濾特性的方法。使用標準測試過程(諸如IS016889)來產生過濾特性曲線。y軸示出作為汙染物的百分比的累積體積。沿X軸示出以微米進行測量的顆粒尺寸。
[0083]圖9示出了當已知體積和顆粒尺寸的汙染物塵垢引入到換熱器翅片中時的過濾特性。對於每個顆粒尺寸，收集經過換熱器翅片的汙染物塵垢並基於經過換熱器翅片的汙染物的百分比來進行分析。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%的汙染物經過換熱器翅片。因此，20微米尺寸的汙染物中有30%的汙染物被收集在換熱器翅片的冷卻通道中。經驗性地得到過濾特性曲線420。過濾特性曲線420可以被用於得到過濾器150的傳遞函數。[0084]圖10是基於在不同的顆粒尺寸時換熱器翅片的過濾特性曲線來選擇過濾介質的方法。y軸示出對於指定的顆粒尺寸的過濾效率(FE)。沿X軸示出以微米進行測量的顆粒尺寸。圖10示出的過濾測試結果(根據IS016889)說明了對於大於20微米的顆粒尺寸的過濾效率為90%。過濾效率(FE)表示在過濾器上遊大於指定顆粒尺寸的顆粒的數量減去在過濾器下遊大於指定尺寸的顆粒的數量再除以在過濾器上遊大於指定顆粒尺寸的顆粒的數量，由下式表示:
[0085]FED particle Size ^Particles Upstrearn Dparticles—Downstream)/Dparticles—Upstream ^ I--
[0086]過濾特性曲線430可以用於得到過濾器150的傳遞函數。基於在圖9和圖10的曲線圖中示出的過濾特性曲線420和430，可以存在多種選擇來選擇適於過濾要求的過濾介質，只要滿足最小FE要求即可，諸如在20微米顆粒尺寸時效率為90%的示例。以識別出滿足上述條件的每單位面積的流動阻力最小的介質類型來結束典型的介質選擇過程。
[0087] 雖然上面描述了示例性實施例，但是其不意在以這些實施例來描述本發明的所有可能的形式。相反，在說明書中使用的詞語是描述性而非限制性的詞語，且應該理解的是，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可以進行多種改變。另外，多個實施性實施例的特徵可以組合以形成本發明的另外的實施例。
【權利要求】
1.一種電動車輛的熱管理系統,包括: 第一熱環路，用於調節電池溫度； 過濾器，布置在第一熱環路中位於電池的上遊，用於過濾液體冷卻劑； 第二熱環路，與第一熱環路流體連通，用於對除了電池之外的車輛系統進行熱控制。
2.如權利要求1所述的熱管理系統，其中，第一熱環路包括換熱器，換熱器具有與電池相鄰的限流通道以調節電池溫度。
3.如權利要求2所述的熱管理系統，其中，電池包括多個電池單體，換熱器包括多個換熱器翅片，所述換熱器翅片分開每個電池單體以提供液體冷卻劑來調節每個電池單體的溫度。
4.如權利要求2所述的熱管理系統，其中，過濾器位於換熱器的上遊。
5.如權利要求2所述的熱管理系統，其中，過濾器具有基於換熱器的過濾器特性的過濾傳遞函數。
6.如權利要求5所述的熱管理系統，其中，過濾傳遞函數包括對於一定顆粒尺寸為90%的過濾效率，且換熱器具有對於所述顆粒尺寸為100%的過濾效率。
7.如權利要求1所述的熱管理系統，其中，第一熱環路包括泵，過濾器位於泵的下遊。
8.如權利要求1所述的熱管理系統，所述熱管理系統還包括: 第三熱環路，與第一熱環路和第二熱環路熱連通，用於對除了電池之外的第二車輛系統進行熱控制。
9.如權利要求1所述的熱管理系統，其中，第二熱環路中的車輛系統包括適於調節乘員艙室溫度的空調系統。
10.一種電動車輛的電池熱管理系統,包括: 多個電池單體； 多個換熱器翅片，設置在每個電池單體之間，用於提供液體冷卻劑以調節電池溫度； 過濾器，位於翅片的上遊，並具有基於翅片的過濾器特性的過濾傳遞函數。
11.如權利要求10所述的電池熱管理系統，所述電池熱管理系統還包括: 泵，用於使液體冷卻劑循環， 其中，過濾器位於泵的下遊。
12.如權利要求10所述的電池熱管理系統，其中，過濾器是高壓旁通過濾器。
13.如權利要求10所述的電池熱管理系統，其中，過濾傳遞函數包括對於一定顆粒尺寸為90%的過濾效率，且換熱器具有對於所述顆粒尺寸為100%的過濾效率。
14.如權利要求10所述的電池熱管理系統，其中，每個換熱器翅片具有限流通道，限流通道的過濾傳遞函數基於根據IS016889的過濾器測試過程來對換熱器翅片進行的評估。
15.如權利要求10所述的電池熱管理系統，其中，電池單體、換熱器翅片和過濾器位於第一熱迴路中，第一熱迴路選擇性地與對除了電池之外的車輛系統進行熱控制的第二熱迴路熱連通。
16.如權利要求10所述的電池熱管理系統，其中，流體冷卻劑是水或乙二醇之一。
【文檔編號】H01M10/625GK103963660SQ201410041967
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月28日 優先權日:2013年2月1日
【發明者】列弗·佩卡爾斯基, 大衛·法博瑞克特瑞 申請人:福特全球技術公司