用於車輛的電池冷卻系統的控制方法與流程

2023-05-14 10:17:11

相關申請的交叉引用

本申請要求2016年3月17日提交的韓國專利申請第10-2016-0032345號的優先權，該申請的全部內容結合於此，以用於通過該引用的所有目的。

本發明的各個方面涉及一種用於車輛的電池冷卻系統的控制方法。更具體地，涉及這樣一種用於車輛的電池冷卻系統的控制方法，其使電動車輛或者混合動力車輛中的空氣調節裝置和電動冷卻裝置聯動，並且利用與製冷劑進行熱交換的冷卻水來冷卻電池模塊。

背景技術：

通常，用於車輛的空氣調節系統包括：使製冷劑循環以加熱或者冷卻車輛內部的空氣調節系統。

這種空氣調節裝置通過將車輛內部溫度保持在適當的溫度而與外部的溫度變化無關，從而能夠保持舒適的車內環境，並且通過壓縮機的驅動而排放的製冷劑經由冷凝器、接收器乾燥劑、膨脹閥以及蒸發器循環回壓縮機，並且在循環期間會發生熱交換，使得車輛的內部被加熱或冷卻。

即，在夏季冷卻模式下，經壓縮機所壓縮的高溫和高壓的氣態製冷劑經由冷凝器冷凝，然後經由接收器乾燥劑和膨脹閥蒸發，使得能夠降低車內溫度和溼度。

近來，隨著更加關注能量效率和環境汙染的問題，已經需要開發能夠基本上代替內燃機(ice)車輛的環保型車輛，並且環保型車輛通常落在由燃料電池或者電力(作為動力源)驅動的電動車輛、以及由發動機和電池驅動的混合動力車輛的類別中。

在環保型車輛的電動車輛中，不同於通常車輛的空氣調節器，不利用單獨的加熱器，並且應用至電動車輛的空氣調節器通常稱作為熱泵系統。

在電動車輛的情況下，氧和氫的化學反應能量被轉換成電能，以產生驅動力，並且在這個過程期間，熱能通過燃料電池中的化學反應來產生，因此，需要高效地去除產生的熱，以保證燃料電池的性能。

而且，在混合動力車輛中，通過利用從燃料電池或者電池供應的電力來驅動電機(與發動機(利用通常的燃料致動)一起)而產生驅動力，因此，可以僅通過有效地去除從燃料電池或者電池以及電機產生的熱來保證電機的性能。

因此，現有的混合動力車輛或者現有的電動車輛需要設置有分別形成為閉合迴路的電動冷卻裝置、熱泵系統以及電池冷卻系統，以防止電機、電動單元和包括燃料電池的電池過熱。

因而，設置在車輛前側的冷卻模塊的尺寸和重量會增加，並且連接管道的布局變得複雜，其中，通過連接管道，製冷劑或者冷卻水供應至分別在發動機室中的熱泵系統、電動冷卻裝置和電池冷卻系統。

另外，由於單獨地設置用於優化電池性能的根據車輛的狀態來加熱或者冷卻電池的電池冷卻系統，所以需要多個閥門來將電池冷卻系統連接至相應的連接管道，並且閥門的頻繁關閉和打開所產生的噪聲和振動被傳送至車輛的內部，由此破壞乘坐舒適性。

公開於本發明背景部分的信息僅僅旨在增強對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。

技術實現要素：

本發明的各個方面致力於提供一種用於車輛的電池冷卻系統的控制方法，其能夠選擇性地利用製冷劑和冷卻水而以水冷方式來冷卻電池模塊，由此經由高效的電池管理來增加車輛的總行駛距離，其中，製冷劑和冷卻水在電動車輛或者混合動力車輛中的空氣調節裝置和電動冷卻裝置循環。

根據本發明的各個方面，提供了一種用於車輛的電池冷卻系統的控制方法，其設置成通過利用供應至電池冷卻系統的激冷器(chiller)的製冷劑來控制電池模塊的溫度，所述電池冷卻系統包括：空氣調節器，其與製冷劑管路連接並且循環製冷劑；電動冷卻器，其與冷卻管路連接並且循環冷卻劑；電池模塊，其經由電池冷卻管路與電動冷卻器連接；以及激冷器，其將與製冷劑進行熱交換的冷卻劑供應至電池模塊，所述方法包括：(a)在車輛起動的狀態下，當驅動或者停止車輛時，由控制器來確定空氣調節器是否運行；(b)當控制器確定出空氣調節器運行時，由控制器來控制第一膨脹閥，並且由控制器來檢測電池模塊的溫度；(c)藉助確定在(b)中的檢測所檢測出的電池模塊的溫度是否在預定的範圍內，由控制器來確定第二膨脹閥的選擇性操作。

在(a)中進行的確定可以包括：在車輛起動的狀態下驅動或者停止車輛；以及由控制器來確定空氣調節器是否運行。

在(b)中進行的控制可以包括：當控制器藉助在(a)中進行的確定而確定出空氣調節器運行時，由控制器來操作第一膨脹閥；在第一膨脹閥操作的狀態下，由控制器來使冷卻風扇和壓縮機運行；以及由控制器來檢測電池模塊的溫度。

所述方法可以進一步地包括：當在(a)進行的確定中控制器確定出空氣調節器未運行時，由控制器來檢測電池模塊的溫度。

在(c)中進行的確定可以包括：由控制器來確定在(b)中進行的檢測所檢測出的電池模塊的溫度是否在預定的設定值內；當控制器確定出電池模塊的溫度不在預定的設定值內時，由控制器來操作第二膨脹閥，以使經膨脹的製冷劑流入激冷器。

第二膨脹閥可以設置在第一連接管路上，所述第一連接管路連接激冷器和製冷劑管路。

激冷器可以經由第二連接管路連接至電池冷卻管路。

第一膨脹閥和第二膨脹閥可以根據全自動空調溫度控制器(fatc)的控制信號而被選擇性地操作。

所述控制器包括：fatc、電力控制單元(epcu)和電池管理控制單元(bmcu)，它們利用控制器區域網(can)通信而彼此連接，以及epcu可以控制冷卻風扇的運行；bmcu可以檢測電池模塊的溫度；fatc可以通過從bmcu輸出的要求第二膨脹閥操作的信號來選擇性地操作第二膨脹閥。

電動冷卻器可以包括與冷卻管路連接的電動散熱器和第一水泵，並且將冷卻水循環，以冷卻電機、epcu和車載充電器。

第二水泵可以設置在電池模塊與激冷器之間的電池冷卻管路上，並且可以由bmcu來控制第二水泵的運行。

在(c)進行的確定可以包括在由控制器操作第二膨脹閥之後，由控制器來控制第二水泵的運行。

所述電池冷卻管路可以包括：第一閥門，其將連接電機和電動設備的冷卻管路與電池冷卻管路連接；以及第二閥門，其連接冷卻管路、電池冷卻管路和第二連接管路。

當利用製冷劑來冷卻電池模塊時，第二閥門關閉冷卻管路，並且連接電池冷卻管路和第二連接管路。

如上所述，根據本發明的各個實施方案的用於車輛的電池冷卻系統的控制方法可以選擇性地利用製冷劑和冷卻水而以水冷方式來冷卻電池模塊，使得可以簡化系統，並且經由高效的電池管理能夠增加車輛的總行駛距離，製冷劑和冷卻水在電動車輛或者混合動力車輛中的空氣調節器和電動冷卻器循環。

另外，由於當電池模塊需要被冷卻時，控制器控制與激冷器連接的膨脹閥的操作，所以通過進一步降低流入電池模塊中的冷卻水的溫度而能夠提高冷卻效率。

應當理解的是，本文中所使用的術語「車輛」或「車輛的」或其它類似術語通常包括機動車輛，例如包括運動型多用途車輛(suv)、大客車、大貨車、各種商用車輛的乘用車輛，包括各種舟艇、船舶的船隻，航空器等，並且包括混合動力車輛、電動車輛、插電式混合動力電動車輛、氫動力車輛以及其它替代性燃料車輛(例如，源於非石油能源的燃料)。正如本文所提到的，混合動力車輛是具有兩種或更多種動力源的車輛，例如汽油動力和電力動力兩者的車輛。

本發明的方法和裝置具有其它的特性和優點，這些特性和優點從併入本文中的附圖和隨後的具體實施方案中將是顯而易見的，或者將在併入本文中的附圖和隨後的具體實施方案中進行詳細陳述，這些附圖和具體實施方案共同用於解釋本發明的特定原理。

附圖說明

圖1為根據本發明的各種實施方案的應用至用於車輛的電池冷卻系統的控制方法的用於車輛的電池冷卻系統的框圖。

圖2為解釋根據本發明的各種實施方案的用於車輛的電池冷卻系統的控制方法的控制流程圖。

圖3為圖示了通過根據本發明的各種實施方案的用於車輛的電池冷卻系統的控制方法來控制膨脹閥和水泵的圖。

應當理解的是，附圖並非按比例地繪製，而是圖示性地簡化呈現各種特徵以顯示本發明的基本原理。本文所公開的本發明的具體設計特徵(包括例如，具體尺寸、方向、位置和外形)將部分地由具體所要應用和使用的環境來確定。

具體實施方式

下面將詳細參考本發明的各種實施方案，這些實施方案的示例示於附圖中並且描述如下。儘管將結合示例性實施方案來描述本發明，但是將理解的是，本說明書並非旨在將本發明限制於那些示例性實施方案。相反，本發明旨在不但覆蓋這些示例性實施方案，而且覆蓋可以包括在由所附權利要求所限定的本發明的精神和範圍之內的各種替選方式、修改方式、等同方式以及其它的實施方案。

圖1為根據本發明的各種實施方案的應用至用於車輛的電池冷卻系統的控制方法的用於車輛的電池冷卻系統的框圖，圖2為解釋根據本發明的各種實施方案的用於車輛的電池冷卻系統的控制方法的控制流程圖，以及圖3為圖示了通過根據本發明的各種實施方案的用於車輛的電池冷卻系統的控制方法來控制膨脹閥和水泵的圖。

參見圖1至圖3，根據本發明的各種實施方案的用於車輛的電池冷卻系統的控制方法適用於一起利用發動機和電機的混合動力車輛或者電動車輛。

在這種電池冷卻系統100中，空氣調節器110和電動冷卻器120相互作用，所述空氣調節器110為用於冷卻或者加熱車輛內部的空氣調節器，所述電動冷卻器120冷卻電機125和電動設備126。

在本示例性實施方案中，空氣調節器110包括：壓縮機112、冷凝器113、蒸發器115和第一膨脹閥114，它們經由製冷劑管路111而彼此連接。

這種空氣調節器110在車輛冷卻模式期間，經由製冷劑的循環來冷卻車輛的內部。

電動冷卻器120包括經由冷卻管路121連接的電動散熱器122和第一水泵124，並且電動冷卻器120使冷卻水循環以冷卻電機125和電動設備126。

這裡，電動設備126可以包括：電力控制單元(epcu)127和車載充電器(obc)128，所述電力控制單元(epcu)127設置在電機125與第一水泵124之間的冷卻管路121上，所述車載充電器(obc)128設置在電機125與電動散熱器122之間的冷卻管路121上。

電動散熱器122設置在車輛的前側，並且冷卻風扇123設置在電動散熱器122的後側，使得冷卻水藉助冷卻風扇123的運行和與外部空氣的熱交換而冷卻。

如上配置的電動冷卻器120藉助第一水泵124的運行來使在電動散熱器122中冷卻的冷卻水循環通過冷卻管路121，以冷卻電機125和電動設備126。

這裡，根據本發明的各種實施方案的電池冷卻系統100可以包括：電池模塊130、激冷器135、第二水泵137和加熱器139。

電池模塊130將電力供應至電機125和電動設備126，並且經由電池冷卻管路131與電動冷卻器120連接。

這種電池模塊130可以為水冷式，從而藉助冷卻水來進行冷卻。

激冷器135經由第一連接管路132與空氣調節器110的製冷劑管路111連接，經由第二連接管路133與電池冷卻管路131連接，並且藉助在其中流動的冷卻水和製冷劑之間的熱交換來控制冷卻水的溫度。

這裡，在第一連接管路132中，第二膨脹閥116可以設置在冷凝器113與激冷器135之間。

當車輛冷卻模式開啟或者利用製冷劑來冷卻電池模塊130時，第二膨脹閥116操作。這種第二膨脹閥116使經由第一連接管路132引入的製冷劑膨脹，以將在較低溫度狀態下的製冷劑引入至激冷器135。

即，第二膨脹閥116使從冷凝器113排放出的經冷凝的製冷劑膨脹，以降低製冷劑的溫度，並且將低溫的製冷劑引入激冷器135，使得通過激冷器135內部的冷卻水的溫度能夠進一步地降低。因此，通過激冷器135時溫度降低的冷卻水被引入電池模塊130，使得電池模塊130能夠更高效地冷卻。

第二水泵137設置在電池模塊130與激冷器135之間的電池冷卻管路131上。

這種第二水泵137使冷卻水循環至電池冷卻管路131。

這裡，第一水泵124和第二水泵137可以為電動水泵。

加熱器139設置在第二水泵137與電池模塊130之間的電池冷卻管路131上。

這裡，當電池模塊130被加熱時，加熱器139接通，以加熱在電池冷卻管路131循環的冷卻水，並且引入經加熱的冷卻水。

在各種實施方案中，電池冷卻管路131設置有第一閥門140和第二閥門150。

第一閥門140可以連接冷卻管路121與電池冷卻管路131，所述冷卻管路121連接電機125和電動設備126，所述電池冷卻管路131在電動散熱器122與加熱器139之間。

當利用冷卻水來冷卻電池模塊130時，這種第一閥門140可以連接電動散熱器122、冷卻管路121和電池冷卻管路131，其中，所述冷卻管路121連接至電機125和電動設備126。

另外，第二閥門150可以在電池模塊130與電動散熱器122之間，連接冷卻管路121、電池冷卻管路131和第二連接管路133，所述第二連接管路133連接激冷器135。

當利用冷卻水來冷卻電池模塊130時，這種第二閥門150可以關閉與激冷器135連接的第二連接管路133。

另外，當利用製冷劑來冷卻電池模塊130時，第二閥門150可以關閉冷卻管路121，並且連接電池冷卻管路131和第二連接管路133。

第一閥門140和第二閥門150可以為三通閥門。

同時，冷卻管路121可以在電動散熱器122與第一閥門140之間設置有儲存罐129。

儲存罐129可以儲存從電動散熱器122引入的經冷卻的冷卻水。

在各種實施方案中，第一水泵124設置在第一閥門140與電力控制器127之間的冷卻管路121上，但是各種實施方案不限制於此。第一水泵124可以設置在第一閥門140與儲存罐129之間的冷卻管路121上。

當第一水泵124設置在儲存罐129與第一閥門140之間時，在利用冷卻水來冷卻電池模塊130的情況下，第一水泵124與第二水泵137一起運行，使得可以增加在電池模塊130循環的冷卻水的流動量。

本發明的各種實施方案致力於提供一種用於車輛的電池冷卻系統的控制方法，其包括：(a)在車輛起動接通的狀態下，當驅動或者停止車輛時，由控制器10來確定空氣調節器110是否運行；(b)當控制器10確定出空氣調節器110運行時，由控制器10來控制第一膨脹閥114，並且由控制器10來檢測電池模塊130的溫度；(c)通過確定經由過程(b)檢測出的電池模塊130的溫度是否在預定的範圍內，由控制器10來確定第二膨脹閥116的選擇性操作。

這裡，過程(a)、(b)和(c)可以由控制器10來執行。控制器10可以為通常處理車輛的電動設備的控制的通用電子控制單元(ecu)。

首先，在過程(a)，在步驟s1，在車輛起動接通的狀態下車輛被驅動或者停止，在步驟s2，控制器10確定空氣調節器110是否運行。

當控制器10確定出空氣調節器110運行時，在步驟s3，控制器10操作第一膨脹閥114。

此後，在步驟s4，控制器10使壓縮機112和冷卻風扇123運行，以及在步驟s5，控制器10檢測電池模塊130的溫度。

即，空氣調節器110運行，以藉助壓縮機112的運行來循環經壓縮的製冷劑，從而冷卻車輛的內部。

同時，當控制器10在步驟s2確定出空氣調節器110未運行時，在步驟s5，控制器10檢測電池模塊130的溫度。

此後，在步驟s6，控制器10確定經由過程(b)檢測出的電池模塊130的溫度是否在預定的設定值內。

當控制器10確定出電池模塊130的溫度在預定的設定值內時，控制器10結束控制。

相反地，當控制器10確定出電池模塊的溫度不在預定的設定值內時，控制器10操作第二膨脹閥116，以使經膨脹的製冷劑流入激冷器135(s7)。

在這種情況下，製冷劑藉助壓縮機112的運行而經由製冷劑管路111循環，並且由於第一膨脹閥114不操作而不流入蒸發器115。因此，在通過第二膨脹閥116時經膨脹的製冷劑流入激冷器135，並且在激冷器135中與冷卻水進行熱交換。

這裡，控制器10使第二水泵137運行，使得冷卻水循環至激冷器135(s8)。

然後，可以再次執行使壓縮機112和冷卻風扇123運行的步驟s4，並且可以反覆地執行上述步驟。

即，在空氣調節器110運行的狀態下，當需要對電池模塊130進行冷卻時，製冷劑經由製冷劑管路111循環，以冷卻車輛的內部。

在這種情況下，製冷劑從壓縮機112引入至冷凝器113，並且在藉助與外部空氣進行的熱交換而被冷凝的情況下沿著製冷劑管路111通過第一膨脹閥114。

在通過第一膨脹閥114時經膨脹的製冷劑經由蒸發器115被蒸發，然後再次供應至壓縮機112並且在空氣調節器110循環。

這裡，第二膨脹閥116打開，並且將從冷凝器113排放出的製冷劑部分地膨脹，以及將經膨脹的製冷劑供應至激冷器135。另外，第二閥門150可以關閉冷卻管路121，並且可以連接電池冷卻管路131和第二連接管路133。

然後，與激冷器135中的製冷劑進行熱交換而被冷卻的冷卻水藉助第二水泵137的運行而被引入電池模塊130。因此，經冷卻的冷卻水能夠有效地冷卻電池模塊130。

相反地，當在空氣調節器110未運行的狀態下需要對電池模塊130進行冷卻時，第一膨脹閥114的操作停止，使得不再有製冷劑被引入蒸發器115中。

即，製冷劑從壓縮機112被引入到冷凝器113，並且藉助與外部空氣的熱交換而被冷凝。此後，製冷劑從冷凝器113排放，並且在沿著製冷劑管路111通過第二膨脹閥116時被膨脹，然後通過激冷器135並且供應回壓縮機112。

這裡，第二閥門150可以關閉冷卻管路121，並且可以連接電池冷卻管路131和第二連接管路133。

然後，與激冷器135中的製冷劑進行熱交換而被冷卻的冷卻水藉助第二水泵137的運行而被引入到電池模塊130。因此，經冷卻的冷卻水能夠高效地冷卻電池模塊130。

如圖3所示，第一膨脹閥114和第二膨脹閥116可以根據全自動空調溫度控制器(fatc)160的控制信號而被選擇性地操作。

fatc160可以控制使得壓縮機112停止或者運行。

控制器10包括：fatc160、電力控制單元(epcu)127以及電池管理控制單元(bmcu)170，它們利用can通信而彼此連接。

epcu127控制冷卻風扇123的運行，bmcu170檢測電池模塊130的溫度。

fatc160通過從bmcu170輸出的要求第二膨脹閥116操作的信號來選擇性地操作第二膨脹閥116。

另外，epcu127可以控制使得第一水泵124停止或者運行。

bmcu170可以控制使得第二水泵137停止或者運行。

因而，根據本發明的各種實施方案的如上所配置的電池冷卻系統的控制方法能夠選擇性地利用電動車輛或者混合動力車輛的空氣調節器110中循環的製冷劑，以採用水冷方式冷卻電池模塊130，使得能夠簡化系統，並且能夠高效地管理電池，由此增加車輛的總行駛距離。

另外，由於當電池模塊130需要被冷卻時，控制器10控制與激冷器135連接的第二膨脹閥116的操作，所以通過進一步降低流入電池模塊130中的冷卻水的溫度而能夠提高冷卻效率。

另外，藉助整體系統的簡化，能夠降低製造成本和重量，以及能夠提高空間利用率。

為了便於解釋和精確限定所附權利要求，術語「上」或「下」、「內」或「外」等用於參考附圖中所顯示的這些特徵的位置來描述示例性實施方式的特徵。

前面對本發明具體示例性實施方案所呈現的描述出於說明和描述的目的。前面的描述並非旨在窮舉，或者將本發明限制為公開的精確形式，且顯然的是，根據以上教導若干修改和變化都是可能的。選擇示例性實施方案並進行描述以解釋本發明的特定原理及其實際應用，由此使得本領域的其它技術人員能夠利用並實現本發明的各種示例性實施方案及其各種可替選方式和修改方式。本發明的範圍旨在通過所附權利要求及其等同形式來限定。