CN102448758A - 车辆电池冷却结构 - Google Patents

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Abstract

一种车辆电池冷却结构设置有车体、电池单元(100)和冷却外套(20R)。该车体包括底板(3)和车体框架部件(51，53，57)。该电池单元(100)连接至车体框架部件(51，53，57)。该电池单元(100)布置在底板(3)下方。该电池单元(100)包括电池壳体(10)和电池(4)。该冷却外套(20F)连接至容纳电池(4)的电池壳体(10)的侧向延伸后表面。

Description

车辆电池冷却结构
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年5月26日提交的日本专利申请No.2009-126786和2010年1月13日提交的日本专利申请No.2010-005114的优先权。日本专利申请No.2009-126786和No.2010-005114的完整公开内容通过引用的方式结合于此。
技术领域
本发明总体地涉及一种用于冷却电池单元的车辆电池单元冷却结构。更具体地说，本发明涉及一种对电池单元的后部进行冷却的车辆电池单元冷却结构。
背景技术
电动车辆通常包括电池单元。电池单元可以由多个电池形成。电池单元有时布置在车辆底板下面。这种电动车辆的一项实例公开在日本未审公开专利出版物No.10-138956。
发明内容
已经发现，因为车辆电池会散发热量，所以理想情况下需要在车辆电池正在使用时适当地对车辆电池进行冷却。在日本未审公开专利出版物No.10-138956中公开的车辆中，当车辆被驱动时，电池单元的底表面露出至流动的空气。采用这种方式，电池单元的底部能够比较容易地得以冷却。但是，由于几乎没有空气流到达电池组件的后侧，所以有时难于实现对电池的后部进行充分的冷却。
本发明的一个目的是提供一种车辆电池冷却结构，能够使电池单元的后部被有效地冷却。
鉴于现有技术的状态，本发明的一个方面是提供一种车辆电池冷却结构，该车辆电池冷却结构主要地包括车体、电池单元和冷却外套。所述车体包括底板和车体框架部件。所述电池单元连接至所述车体框架部件。所述电池单元布置在所述底板下方。所述电源单元包括电池壳体和电池。所述冷却外套连接至容纳所述电池的电池壳体的侧向延伸后表面。
附图说明
现在参照形成本初始公开的一部分的附图：
图1是装配有根据一项实施例的车辆电池冷却结构的电动车辆的示意性纵向横截面剖视图；
图2是装配有图1所示的车辆电池冷却结构的车辆的示意性俯视平面图，示出车辆主体框架部件和电池单元；
图3是使用在示出于图1和2中的车辆电池冷却结构中的电池单元的俯视透视图；
图4是使用在图1和2所示的车辆电池冷却结构中的电池单元的俯视透视图，外罩被移除；
图5是使用在图1和2所示的车辆电池冷却结构中的电池单元的电池框架的俯视透视图；
图6是使用在图1和2所示的车辆电池冷却结构中的冷却外套的俯视透视图；
图7是沿着图1的剖面线VII-VII所见的图1和2所示的车辆电池冷却结构的示意性横截面剖视图；
图8是沿着图1的剖面线VIII-VIII所见的图1和2所示的车辆电池冷却结构的示意性横截面剖视图；
图9是沿着图1的剖面线IX-IX所见的图1和2所示的车辆电池冷却结构的示意性横截面剖视图。
具体实施方式
现在将参照附图说明选定实施例。本领域技术人员从本公开内容可知，所述实施例的下述说明仅仅是示意性的，而不是为了限制本发明，本发明由所附的权利要求及其等同内容限定。
首先参照图1，车辆1局部地示出有根据第一实施例的车辆电池冷却结构。在附图中，箭头FR表示车辆的前进方向，箭头UP表示车辆的向上方向，箭头WD表示车辆的宽度方向。如图1所示，在这一实施例中，车辆1包括具有底部或底板3的座舱2和安装在座舱2的底板3下方的多个电池4。电池4用作驱动电动机5的电源。电动机5采用传统方式操作连接至车辆1的至少一个驱动轮从而旋转车辆1的驱动轮。车辆1也包括前舱6、充电器7和逆变器8。该前舱6形成在车辆1的前部，充电器7和逆变器8设置在前舱6内部。电动机5也设置在前舱6内部。车辆1可配置为电动车辆、混合动力车量或燃料电池车辆。
如图2所示，在这一实施例中，除了其他部件，车辆1的车体包括一对侧部件51、底部通道52、一对交叉部件53、一对侧梁54、多个叉架55和一对后部侧部件56。侧部件51和交叉部件53布置在座舱2下方的车辆1的纵向中部。侧部件51布置在车辆的横向两侧上，使得它们大体沿着车辆1的纵向方向延伸。交叉部件53布置成在底部通道52与侧部件51的前端之间沿车辆的宽度方向横跨。侧梁54设置在沿车辆1的宽度方向的侧部件51的外部的位置并且布置成大体沿着车辆1的纵向方向延伸。叉架55设置在沿着车辆的纵向方向的多个位置(在这一实施例中为三个位置)。每个叉架55布置成在侧部件51的其中一个与交叉部件53的其中一个之间横跨。后部侧部件56连接至侧部件51的后端。后部侧部件56在车辆1的后部的两侧上沿着车辆1的纵向方向延伸。后部交叉部件57布置成沿车辆1的基本上宽度方向横跨于后部侧部件56之间。
如图3所示，电池4存储在电池壳体10内部。电池4和电池壳体10构成电池单元100。电池单元100直接地或者通过布置在底部下方的支架或安装件连接至车辆主体，诸如车辆主体框架部件其中的至少一个(例如，侧部件51、交叉部件53和后部交叉部件57)。在车辆1的这一实施例中，电池单元100可拆卸地安装至底部3下方的车体框架部件，使得电池单元100能够被重复地拆卸和替换。
如上所述，电动机5、充电器7和逆变器8布置在前舱6内部。这些部件容纳在前舱6内部，并且直接地或者通过支架连接至车体框架部件，诸如一对前部侧部件61。该前部侧部件61布置在前舱6的沿宽度方向的侧部。前部侧部件61基本上沿车辆1的纵向方向延伸。优选地，车辆1的车体包括横跨在前部侧部件61之间的前部交叉部件(未示出)，和一个或多个子部件(未示出)。
电池壳体10包括电池框架11(参见图5)和电池外罩12(参见图3)。如图5所示，电池4安装在电池框架11中。如图3所示，电池外罩12罩住安装在电池框架11中的电池4的上表面。如图5所示，电池框架11优选地包括矩形外框架111和T形内框架112。该T形内框架112布置在外框架111内部。外框架111优选地包括前端部件111f、后端部件111r和一对侧部件111s。前端部件111f和后端部件111r沿着车辆的宽度方向延伸，这两个部件之间沿着车辆1的纵向方向具有规定的间隔。该侧部件111s沿着车辆1的纵向方向延伸从而连接前端部件111f和后端部件111r的端部。内框架112优选地包括横向部件112w和纵向部件112c。横向部件112w将两个相对的侧部件111s连接到一起。纵向部件112c将横向部件112w和前端部件111f连接到一起。横向部件112w和纵向部件112c布置成T形构型。
内框架112将外框架111中的矩形区域分隔为具有基本上相同尺寸的多个矩形区域11F、11F和11R(在这一实施例中为三个)。经分隔的矩形区域11F、11F其中的每个的矩形形状为，从俯视平面图可见，长边为短边的大概两倍。经分隔的矩形区域11F和11F布置在电池框架11的前部从而横向地彼此相邻。经分隔的矩形区域11F和11F的长边沿车辆1的纵向方向导向。同时，经分隔的矩形区域11R布置在电池框架11的后部。经分隔的矩形区域11R的长边沿车辆的宽度方向导向。
外框架111包括外边缘部分113和内边缘部分114。外边缘部分113形成在电池框架11的外框架111的外侧部分上从而将电池框架11连接至车体框架部件。内边缘部分114形成在侧部件111s的内侧部分上，从而使得电池4能够安装在纵向部件112c的双侧上。电池框架11可通过安装或移除穿过形成在外边缘部分113中的安装孔113a而安装的螺栓或其他固紧件(未示出)来从底部板113a下方(底部以下)连接至车体框架部件或者从车体框架部件卸下。
如图4所示，电池4是单独的平状、矩形块状实体。电池4叠置在电池框架11上形成多个电池组A至E。一些电池4布置成沿竖直方向叠置在电池框架11的前部的左和右分隔矩形区域11F和11F中。同样，一些电池4布置成沿宽度方向叠置在电池框架11的后部的分隔矩形区域11R中。如图1所示，布置在前部的分隔矩形区域11F和11F的每个中的竖直叠置电池4被分为四个电池组A、B、C和D，相邻地沿车辆1的纵向方向布置。在这些电池组中，每个前部电池组A和B包括由四个电池4组成的叠置体。同样，每个后部电池组C和D包括由两个电池4组成的叠置体。因此，在前部电池组A和B与后部电池组C和D之间存在叠置高度差。同样，在左和右分隔矩形区域11F和11F之间，对应电池组A、B、C和D其中的每对都具有相同数量的叠置电池4，使得左和右电池组彼此对称。同时，沿着车辆1的宽度方向叠置的单一电池组E安装在电池框架11的后部分隔矩形区域11R。前部电池组A和B具有高度h1。后部电池组C和D具有高度h2。单一电池组E具有高度h3。因此，在这一实施例中，高度h1、h2和h3具有尺寸关系h3＞h1＞h2。
电池外罩12罩住所有的电池组A至E，如图1和3所示。电池外罩12可拆卸地连接至电池框架11。电池外罩12的上板12u配置成大体遵循电池组A至E的上表面的轮廓。电池外罩12的上板12u也配置成紧密地接近相同的上表面。更具体地说，电池外罩12的上板12u包括第一外罩部分121、第二外罩部分122和第三外罩部分123。第一外罩部分121罩住第一电池组A和B。第二外罩部分122罩住第二电池组C和D。第三外罩部分123罩住第三电池组E。第一至第三外罩部分121、122和123具有台阶状的形状。第一至第三外罩部分121、122和123的每个所具有的高度分别对应于电池组A至E的高度h1至h3。在这一实施例中，高度h1至h3具有h2＜h1＜h3的尺寸关系。第二外罩部分122的高度h2为最低。第三外罩部分123的高度h3为最高。第一外罩部分121的高度h1处于第二和第三外罩部分122和123的高度h2与h3之间。
如图4所示，在这一电池单元100中，诸如导线41、开关盒42和接头盒43的部件布置在左和右分隔矩形区域11F和11F之间的纵向部件112c上。导线41设置在电池4之间。各种电子部件(即，电动机5、充电器7和逆变器8等)布置在前舱6中，并且电连接至导线41。如图3所示，开口12h形成在电池外罩12的第二外罩部分122中，其位置对应于开关盒42。开关盒42的操作部件42a布置成穿过开口12h向上伸出，使得其能够从设置在底板3中的可打开-和-关闭窗口(未示出)操作。
优选的是，因为电池4在使用期间散发热量，所以按照需要冷却电池单元10。在这一实施例中，电池单元100的底部朝向路面露出，因此能够随着车辆移动而通过空气流冷却。在这一实施例中，如图1所示，气流通道30形成在底板3的底表面3a(即，形成在底板3中的凹槽部分3S的上表面，用于容纳电池单元100)与电池单元100的上表面12s之间从而使得由车辆1的移动产生的空气流As(参见图1和3)从前部移动到后部。因此，电池单元100的上部受到空气冷却。
在这一实施例中，前部水或冷却外套20F用于进一步冷却电池单元100的上部，后部水或冷却外套20R用于冷却电池单元100的后部。前部冷却外套20F安装在电池单元100的上表面12s上。因此，前部冷却外套20F使得电池单元100的上部能够被有效地冷却，即使当难于采用空气流获得冷却效果时。在前部冷却外套20F内部流动的冷却剂用于冷却电池单元100的上部(即，上板12u用作上壁)。前部冷却外套20F构成流体冷却单元。如图1所示，前部冷却外套20F布置成面对气流通道30。在这一实施例中，如图3所示，前部冷却外套20F布置在第一外罩部分121的沿宽度方向的中间部分上，其对应于电池外罩12的前部。
如图6所示，前部冷却外套20F大体形状形成为平的矩形盒。前部冷却外套20F包括入口21、出口22、主块体23和多个冷却通道24。主块体23封装冷却剂通道24。冷却剂通道24布置成彼此平行并且配置成在入口21与出口22之间采用曲折弯曲的形式(“之”字形)向后和向前延伸两次(弯折)。图6示出前部冷却外套20F的内部，外罩板(未示出)被移除。该外罩板通过安装在多个螺纹孔25中的螺栓采用防水的方式连接，这些螺纹孔形成在围绕主块体23的冷却通道24的边缘部分中。当安装外罩板时，封装件布置在外罩板与主块体23之间。
随着冷却剂从入口21至出口22沿其路径流动通过前部冷却外套20F的曲折冷却剂通道24，冷却剂与主块体23交换热量。然后，主块体23与其上安装主块体23的电池外罩12的上板12u交换热量。因此，冷却剂使得电池单元100的上部能够被有效地冷却。前部冷却外套20F和后部冷却外套20R(后文进行说明)通过一对冷却剂管26(参见图7和8)连接至设置在前舱6的前部中的辐射器(未示出)，使得冷却剂被辐射器冷却。
如图7所示，底部通道52形成在底板3的横向中部，并且基本上沿着车辆1的纵向方向延伸。底部通道52沿着车辆1的车体的向上方向伸出。在这一实施例中，气流通道30的至少上部通过底部通道52形成。在这一实施例中，底部通道52沿着向上的方向稍微逐渐变细(呈锥形)。换句话说，底板通道52的上部比底板通道52的下部窄，使得底板通道52具有梯形的横截面形状。导线41、冷却剂管26、一对制动管27和其他部件的通路穿过底板通道52的内部。在这一实施例中，前部冷却通道20F布置在底板通道52中处于底板通道52的下部。
如图3和8所示，凹槽状部分125设置在电池外罩12的第二外罩部分122与第三外罩部分123之间的倾斜部分124中。在这一实施例中，凹槽状部分125形成在顶板12u的与倾斜部分124的沿宽度方向的中间部分对应的位置中。该凹槽状部分125向下凹进从而具有规定的宽度和比较浅的深度。该凹槽状部分125沿着车辆1的基本上纵向方向延伸。该凹槽状部分125形成气流通道30的下部的至少一部分。在这一实施例中，该凹槽状部分125用作冷却剂管26、制动管27和路由穿过底板通道52的其他部件的导引件。
如上所述，在这一实施例中，底板通道52和凹槽状部分125布置在相对于车辆1的宽度方向的中间部分。底板通道52和凹槽状部分125二者也导向为沿着车辆1的纵向方向延伸。因此，通过底板通道52的空气相对于车辆1的纵向方向向后流动并且更顺利地通过该凹槽状部分125。换句话说，气流As由底板通道52和凹槽状部分125进行导引从而沿着纵向向后方向在车辆1的沿宽度方向的中间部分中流动。气流As由底板通道52和凹槽状部分125进一步导引从而变成形成在底板3与电池单元100之间的气流通道30中的主气流。
在这一实施例中，电池外罩12由传热材料制成(例如，诸如基于铁的材料或铝合金的金属)。因此，前部冷却外套20F的冷却效果能够在较宽的区域上实现，由布置在沿宽度方向的中间部分中的前部冷却外套20F造成的前部冷却外套20F的左侧和右侧上的冷却效果的变化(不均匀度)能够被抑制。顶板12u用作电池外罩12的上壁。顶板12u向上凸出或突伸，使得沿宽度方向的中间部分处于最高位置，该最高位置也对应于布置有前部冷却外套20F的地方。采用凸出或突伸形状，来自于电池4的热量导致电池壳体10的空间S内部的空气的温度在空间S内部的最高位置处最高，即，在空间S的沿宽度方向的中间部分的上部St中。因此，通过冷却紧密相邻于空间S的上部St的顶板12u，前部冷却外套20F对空间S进行冷却，由此采用有效的方式冷却电池4。
在这一实施例中，挠性的传热片部件29(例如，包含柔性且导热的腈纶或其他合成树脂材料的片状部件)布置在前部冷却外套20F与顶板12u之间。该导热片部件29布置成紧密地粘附至前部冷却外套20F的底表面和顶板12u的上表面12s。因此，能够增加热量在前部冷却外套20F与顶板12u之间传导的效率。同样，前部冷却外套20F的冷却效果能够由于冷却外套20F与顶板12u之间的间隙减小并且实现更紧密的接触而得以改善。
电池单元100的后表面与由车辆1的移动造成的空气流不太接触并且不太容易由空气流进行气冷。因此，在这一实施例中，后部冷却外套20R连接至电池外罩12的侧向延伸后表面12r，其对应于电池单元100的后表面，如图1和3所示。在冷却外套20R内部流动的冷却剂用于冷却电池单元100的后部(即，后部侧板12b)。该后部冷却外套20R构成液体冷却单元。类似于图6所示的前部冷却外套20F，后部冷却外套20R具有主块体，封装多个冷却剂通道，这些冷却剂通道布置成彼此平行并且在入口与出口之间采用折线形式导向。随着冷却剂从入口到出口流动穿过折线形状的冷却剂通道，冷却剂与主块体交换热量。该主块体然后与其上安装有该主块体的电池外罩12的侧板12b交换热量。因此，冷却剂能够冷却电池单元100的后部。
在这一实施例中，如前文所述，底板通道52和凹槽状部分125布置在车辆1的沿宽度方向的中间部分，使得从前部穿过车辆1的沿宽度方向的中间部分到达后部的气流As变成气流通道30中的主空气流。因此，气流As被导引朝向后部冷却外套20R的沿宽度方向的中间部分。
在这一实施例中，凹口28形成在后部套管20R的上边缘部分的沿宽度方向的中间位置，使得通过气流通道30的气流As向后穿过凹口28排出。如图3所示，凹口28形成气流通道30的下后端部的至少一部分。由于后部冷却外套20R由流动穿过凹口28的气流As冷却，所以后部冷却外套20R的温度能够比没有设置凹口28的结构更容易降低。
在这一实施例中，如图3所示，开槽部分123c形成在电池外罩12的向后端的上边缘中的与凹口28对应的位置。开槽部分123c使得沿车辆1的纵向方向流过第三外罩部分123的上表面12s上的气流As能够更顺滑地流动至凹口28，由此改善气流As的向后排放特性。
如前文所述，在这一实施例中，后部冷却外套20R连接至电池外罩12的后表面12r，构成电池单元100的电池壳体10。采用这一构造，即使没有多少气流到达电池单元100的后侧并且难于采用气冷实现电池单元100的后部的充分冷却，电池单元100的后部也能够被后部冷却外套20R有效地冷却。
第三电池组E具有比其他电池组更大的高度，其散发更大量的热。因此，整个电池单元100能够通过将后部冷却外套20R连接至容纳第三电池组E的电池外罩12的后表面12r而被更有效地冷却。
在这一实施例中，气流通道30配置成当车辆移动时允许气流从车辆的前部流动至车辆的后部，并且前部冷却外套20F和后部冷却外套20R布置成露出至气流通道30。因此，流动通过气流通道30的气流As用于冷却前部冷却外套20F和后部冷却外套20R并且使得电池单元100能够更有效地被冷却。同样，通过采用气流As获得冷却电池单元100的效果，电池单元100的总体冷却得以增强，因为其既被水冷也被气冷。
在这一实施例中，凹槽状部分125形成在电池单元100的上表面上并且基本上沿着车辆1的纵向方向延伸。气流通道30的至少一部分由凹槽状部分125形成。因此，气流通道30的横截面面积在由凹槽状部分125形成的部分处较大，气流As的流量能够在相同的部分中被更容易地增加，由此使得电池单元100能够被更有效地冷却。同样，气流As由凹槽状部分125导引，使得其更顺利地流动并且更紧密地粘附至所需的流体路径。
在这一实施例中，形成气流通道30的一部分的凹口28形成在后部冷却外套20R的上部中。因此，流动通过气流通道30的气流As能够由于凹口28而被更容易地向后排出，由于气流As获得的冷却效果能够得以增强。同样，由于后部冷却外套20R的凹口28露出至气流通道39并且冷却外套20R由气流As冷却，所以后部冷却外套20R的温度能够被降低并且整体冷却效果与没有设置凹口28的结构相比能够增强。
在这一实施例中，电池单元100装配有前部冷却外套20F和后部冷却外套20R，其采用整体形式连接至电池外罩12。采用这种方式，前部冷却外套20F和后部冷却外套20R比没有采用整体形式设置的情况更容易地布置在规定位置。另一优势在于，当电池单元100从车辆1拆卸下时，可以比较容易地在前部冷却外套20R和后部冷却外套20R上执行维护。
当理解本发明的范围时，术语“包括”和其派生词，如这里使用的，意在作为说明所述特征、元件、部件、组、整数和/或步骤的存在的开放术语，但是不排除其他未说明特征、元件、部件、组、整数和/或步骤的存在。上述内容也适用以具有类似含义的词语，诸如术语“包含”、“具有”和其派生词。同样，当单数使用术语“部件”、“区段”、“部分”、“组成部分”或“元件”时可具有单一部件或多个部件的双重含义。同样如这里用于描述上述(各)实施例所使用的，下述方向性术语“向前”、“向后”、“上方”、“向下”、“竖直”、“水平”、“下方”和“横向”以及任何其他类似的方向性术语指代具有所述车辆电池冷却结构的车辆的那些方向。因此，用于描述电动车辆结构的这些术语应当相对于具有所述车辆电池冷却结构的车辆进行理解。如这里使用的程度术语诸如“基本上”、“大约”和“大概”表示变化的术语的合理偏移量，使得最终结果不会明显地改变。
虽然只有选定的实施例用于示出本发明，但是本领域技术人员从公开的内容可知，在不脱离由所附权利要求限定的发明的范围的情况下可在这里进行各种变化和改进。例如，电池单元和冷却外套的规格(位置、数量、形状、边、结构等)并不局限于该实施例中所示的那些内容并且可以被改变。类似地，所述气流通道的规格(尺寸、数量、形状等)能够适当地被改变。一个元件的功能可以由两个执行，反之亦然。因此，根据本发明的实施例的前述说明仅仅是示出的目的，并不是为了限制本发明，本发明由所附的权利要求和其等同内容限定。

Claims (6)

1.一种车辆电池冷却结构，包括：
车辆主体，所述车辆主体包括底板和车体框架部件；
电池单元，所述电池单元连接至所述车体框架部件并且布置在所述底板下方，所述电池单元包括电池壳体和电池；以及
冷却外套，所述冷却外套连接至容纳所述电池的电池壳体的侧向延伸后表面。
2.根据权利要求1所述的车辆电池冷却结构，其中
所述电池壳体包括后部、前部和中部，所述后部、前部和中部具有不同高度，所述后部的高度最高，所述前部的高度次高，所述中部的高度最低；以及
所述冷却外套设置在所述电池壳体的后部上。
3.根据权利要求1或2所述的车辆电池冷却结构，其中
所述电池包括第一、第二和第三电池组，所述第一电池组布置在相对于所述第二和第三电池组的向前位置，所述第二电池组布置在所述第一与第三电池组之间，所述第三电池组布置在相对于所述第一和第二电池组的向后位置；以及
所述电池壳体包括罩住所述第一电池组的第一外罩部分、罩住所述第二电池组的第二外罩部分以及罩住所述第三电池组的第三外罩部分，所述冷却外套设置在其上，所述电池壳体具有与所述第一、第二和第三电池组的上端紧密相邻的上表面，所述第一、第二和第三外罩部分具有不同的高度，使得所述第三外罩部分高于所述第一外罩部分，所述第一外罩部分高于所述第二外罩部分。
4.根据前述权利要求1至3任一项所述的车辆电池冷却结构，其中
所述电池壳体的上表面和底板沿竖直方向间隔开，从而在其间限定气流通道，所述气流通道允许由所述车辆的移动产生的气流穿过其中，所述冷却外套露出至所述气流通道。
5.根据权利要求4所述的车辆电池冷却结构，其中
所述冷却外套具有上边缘部分，所述上边缘部分具有形成所述气流通道的一部分的凹口。
6.根据前述权利要求1至5任一项所述的车辆电池冷却结构，其中
所述电池单元和所述冷却外套设置为单一集成单元，所述单一集成单元可拆卸并且可重新安装地连接至所述车体框架部件。
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