[发明专利]热管理系统和方法

说明书

本发明提供了一种热管理系统和方法，车辆热管理系统包括在加热回路、冷却回路、电池回路和动力系热管理回路之间选择性地使用液体冷却气体冷却器(LCGC)和传热交换器，以提高所述系统的温度控制和效率。

本申请是申请日为2017年8月30日、题为“热管理系统和方法”的发明专利申请201780022234.8的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时申请62/382,794(提交于2016年9月2日)和美国临时申请62/533,949(提交于2017年7月18日)的优先权和权益，这两个申请的全部公开内容以引用方式并入本文。

技术领域

本专利申请总体涉及热交换器和车辆系统的热管理。

背景技术

电池供电的电动车辆或混合动力车辆因其燃料效率和对环境的低影响，已成为越来越受消费者欢迎的选择。由于电池性能的技术限制以及消费者对车辆充电之间的最大行程的需求，对更高效的电力管理系统的需求增加，特别是在车辆热管理领域。车辆操作系统的加热和冷却对车辆效率和性能具有显著影响。客舱环境的加热、冷却和调节对乘客的舒适度和车辆的乐趣度十分重要。

传统的电动车辆和混合动力车辆采用独立的加热和冷却系统，这些系统使用专用加热和冷却设备来支持特定的车辆系统。例如，如果车辆电池系统要求在低温下启动时加热，但是在延长的操作期间需要冷却来获得最佳电池效率，那么传统的车辆电池系统采用专用加热和冷却设备来支持该电池系统。这些用于每个热管理子系统的独立系统和专用部件会消耗更多电力、更低效，并且增加了车辆的复杂性、包装空间、重量和总成本。

发明内容

本公开的一个方面是车辆热管理系统。热管理系统包括制冷剂子系统或回路、加热回路、冷却回路、电池回路和动力系回路。在一个方面，加热回路、冷却回路、电池回路和动力系回路中的每一个包括与子系统回路中的另一个连通的热交换器，以在连通的回路之间提供选择性的加热或冷却。在另一个方面，只有冷却回路和动力系回路共享共用的专用热交换器，以帮助冷却动力系回路冷却剂。

在本公开的另一个方面，公开了一种模块化、独立的热管理制冷剂子系统或回路。模块化制冷剂子系统可被组装、预充电、预测试，并且作为单元交付至车辆组装工厂或系统集成商，以有效地连接到其他车辆子系统。在一个示例中，制冷剂子系统使用R744制冷剂。

在本公开的另一个方面，公开了一种使用液体冷却气体冷却器(LCGC)的热管理加热子系统或回路。LCGC从制冷剂子系统中吸取热量以补充加热子系统中的热能。在一个示例中，三通阀可用于选择性地将热量添加到加热回路冷却剂中以用于加热客舱，或基于三通阀的流动位置经由低温散热器从制冷系统排出过量的热量。在另一个方面，三通阀可混合或引导加热回路冷却剂流，以加热客舱并将热量排到低温散热器中，以进一步控制加热回路和制冷剂回路中的温度。在另一个示例中，LCGC可以是提供给加热回路的唯一热能来源。

在本公开的另一个方面，公开了一种热管理电池子系统或回路。在一个方面，电池回路选择性地使用与加热回路连通的热交换器和与冷却回路热连通的热交换器，以根据有效电池模块操作的需要选择性地向电池回路冷却剂提供热量或从电池回路冷却剂中移除热量。在另一个方面，电池回路选择性地直接从LCGC添加热量，选择性地由冷却装置直接移除热量，而无需电池回路与加热回路和冷却回路之间额外的热交换器。在一个示例中，四通阀可用于选择性地提供热量、移除热量、绕过额外的加热或冷却，或者基于四通阀的流动位置提供旁路与增加热量或移除热量的混合，以提高电池回路和电池模块的温度控制水平。