CN103229326B - 用于电池的保形的流体冷却热交换器 - Google Patents
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Abstract
根据示例性实施例的是一种用于电池组的热交换器,该电池组具有第一电池模块和第二电池模块,第一电池模块包括每个均容纳至少一个电池单元的多个电池单元容器,第二电池模块包括每个均容纳至少一个电池单元的多个电池单元容器,第一电池模块和第二电池模块间隔开,并使第一电池模块的多个电池单元容器布置成与第二电池模块的相应电池单元容器间隔开并相对。热交换器限定多个流体流动腔室,流体流动腔室每个位于相应流体流动区域内用来输送热交换器流体,流体流动区域中的每一个构造成定位在第一电池模块的相应电池单元容器与第二电池模块的相应电池单元容器之间,并且接合这两个电池模块的相应电池单元容器,流体流动区域中的每一个独立于其它流体流动区域是尺寸顺应的,以与电池单元容器的间隔相一致,流体流动区域定位在这些电池单元容器之间。
Description
对于相关申请的交叉参考
本申请要求2010年10月4日提交的、标题为“用于电池单元组的保形的流体-冷却热交换器”美国临时专利申请No.61/389,301的权益和对于其的优先权。
以上专利申请的内容通过对其详细描述的参引由此特意包括。
技术领域
本公开涉及用来消散在可充电电池和其它电力产生单元中的热量的热交换器。
背景技术
可充电电池,如由多个锂离子单元构成的电池,可用在多种用途中,尤其包括例如用在电动车辆(“EV”)和混合电动车辆(“HEV”)用途中。这样的电池可产生需要消散的大量的热量。
发明内容
根据示例性实施例的是一种电池组,该电池组包括第一电池模块、第二电池模块,该第一电池模块包括多个电池单元容器,这些多个电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元,该第二电池模块包括多个电池单元容器,这些多个电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元,第一电池模块和第二电池模块间隔开。热交换器布置在第一电池模块与第二电池模块之间,并且使第一侧与第一电池模块相接触,并使第二侧与第二电池模块相接触,热交换器限定用来输送热交换器流体的至少一个内部流体流动通路,热交换器的第一侧和第二侧是弹性可压缩的,以符合跨过多个电池单元容器在第一和第二电池模块之间的间隔的变化。
根据示例性实施例的是一种用于电池组的热交换器,该电池组具有第一电池模块和第二电池模块,第一电池模块包括多个电池单元容器,这些多个电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元,第二电池模块包括多个电池单元容器,这些多个电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元,第一电池模块和第二电池模块间隔开,并且使第一电池模块的多个电池单元容器布置成与第二电池模块的相应电池单元容器间隔开并相对。热交换器限定多个流体流动腔室,这些多个流体流动腔室每个位于相应流体流动区域内用来输送热交换器流体,流体流动区域的每一个构造成定位在第一电池模块的相应电池单元容器与第二电池模块的相应电池单元容器之间,并且接合第一电池模块的相应电池单元容器和第二电池模块的相应电池单元容器,流体流动区域的每一个独立于其它流体流动区域是尺寸顺应的,以与电池单元容器的间隔相一致,流体流动区域定位在这些电池单元容器之间。根据示例性实施例,提供有一种电池组,该电池组包括:第一电池模块,该第一电池模块包括多个电池单元容器,这些多个电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元;第二电池模块,该第二电池模块包括多个电池单元容器,这些多个电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元,第一电池模块和第二电池模块间隔开,并且使第一电池模块的多个电池单元容器布置成与第二电池模块的相应电池单元容器间隔开并相对。热交换器布置在第一电池模块与第二电池模块之间。热交换器限定多个平行流体流动腔室,这些多个平行流体流动腔室每个位于相应流体腔室区域内用来输送热交换器流体,流体流动区域的每一个定位在第一电池模块的相应电池单元容器与第二电池模块的相应电池单元容器之间,并且接合第一电池模块的相应电池单元容器和第二电池模块的相应电池单元容器,流体流动区域的每一个独立于其它流体流动区域是尺寸顺应的,以与电池单元容器的间隔相一致,流体流动区域定位在这些电池单元容器之间。
根据另一个示例性实施例的是一种用于电池组的热交换器,该电池组具有第一电池模块和第二电池模块,第一电池模块包括多个电池单元容器,这些多个电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元,第二电池模块包括多个电池单元容器,这些多个电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元,第一电池模块和第二电池模块间隔开,并且使第一电池模块的多个电池单元容器布置成与第二电池模块的相应电池单元容器间隔开并相对,热交换器限定多个平行流体流动腔室,这些多个平行流体流动腔室每个位于相应流体腔室区域内用来输送热交换器流体,流体流动区域的每一个定位在第一电池模块的相应电池单元容器与第二电池模块的相应电池单元容器之间,并且接合第一电池模块的相应电池单元容器和第二电池模块的相应电池单元容器,流体流动区域的每一个独立于其它流体流动区域是尺寸顺应的,以与电池单元容器的间隔相一致,流体流动区域定位在这些电池单元容器之间。
根据示例性实施例的是一种电池组,该电池组包括:第一电池模块,该第一电池模块包括多个电池单元容器,这些多个电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元;第二电池模块,该第二电池模块包括多个电池单元容器,这些多个电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元,第一电池模块和第二电池模块间隔开,并且使第一电池模块的多个电池单元容器布置成与第二电池模块的相应电池单元容器间隔开并相对;以及热交换器,该热交换器布置在第一电池模块与第二电池模块之间,该热交换器限定多个平行流体流动腔室,这些多个平行流体流动腔室每个位于相应流体腔室区域内用来输送热交换器流体,流体流动区域的每一个定位在第一电池模块的相应电池单元容器与第二电池模块的相应电池单元容器之间,并且接合第一电池模块的相应电池单元容器和第二电池模块的相应电池单元容器,热交换器是尺寸顺应的,以与电池单元容器的不均匀的间隔相一致。
根据示例性实施例的是一种供至少两个电池模块使用的热交换器,电池模块的每一个包括至少一个电池单元,该至少一个电池单元容纳在刚性容器内,热交换器限定用于热交换器流体的内部流体通路,并且具有至少一个顺应区域,该至少一个顺应区域构造成被压缩,以促进在热交换器与两个电池模块之间的热接触。
附图说明
图1是根据示例性实施例的电池组的示意立体图。
图2是放大前视图,示出了图1的电池组的电池模块之一的三个相邻电池单元容器的一部分。
图3是根据示例性实施例的流体-冷却热交换器的立体图。
图4是图3的热交换器的平面图。
图5是跨过图4的线V-V取得的热交换器的剖视图。
图6是图5的部分6的放大图。
图7是图6的流动腔室的分解图。
图8是图3的热交换器的内部芯板的立体图。
图9是图3的热交换器的外部芯板的立体图。
图10是图3的热交换器的第一闭合板的平面图。
图11是图3的热交换器的第二闭合板的平面图。
图12是根据另一个示例性实施例的流体-冷却热交换器的立体图。
图13是图12的热交换器的一侧的平面图。
图14是图12的相对的热交换器的平面图。
图15是跨过图14的线XV-XV取得的热交换器的剖视图。
图16是图12的热交换器的第一芯板的平面图。
图17是图12的热交换器的第二芯板的平面图。
图18是跨过图17的线XVIII-XVIII取得的第二芯板的剖视图。
图19是图12的热交换器的顺应板的平面图。
图20是跨过图19的线XX-XX取得的顺应板的剖视图。
图21是图12的热交换器的顺应板结构的部分放大剖视图。
具体实施方式
现在将对于该技术的实施方式进行详细参考。每个例子仅作为技术的解释而提供,而不是作为技术的限制。对于本领域的技术人员将显然的是,在本技术中可进行各种修改和变更。比如,作为技术的一种实施方式的一部分而描述的特征,可用在另一种实施方式上以产生更进一步的实施方式。因而,打算的是,本技术覆盖落到该技术的范围内的修改和变更。
图1示出了根据本发明的示例性实施例的可充电电池组100的说明性例子。电池组100由电池堆垛或模块102(1)和102(2)(这里总体上称作102(i))构成,这些电池堆垛或模块102(1)和102(2)又由电池单元容器104制成,这些电池单元容器104每个均容纳一个或多个电池单元106。示出的实施例包括两个矩形箱状模块102(i),这两个矩形箱状模块102(i)的每一个由六个水平排列的单元容器104构成,并且每个单元容器104容纳一个或多个电池单元106。电池组100中模块102(i)的数量、每个模块102中单元容器104的数量以及每个单元容器104中电池单元106的数量可变化,并且这些元件的方位和形状也可随用途不同而变化,并且相应地,在本说明书中的量和方位仅作为说明性实施例的例子而提供。
在至少一些示例性实施例中,电池单元106是锂离子电池单元,然而,可使用其它可充电电池单元。在一些实施例中,电池单元106是棱柱形锂离子电池单元。在其它示例性实施例中,电池单元106具有圆柱形或其它形状。在示出的实施例中,每个电池单元容器104包括矩形大体刚性箱状壳体,该矩形大体刚性箱状壳体容纳一个或多个电池单元106。在一些实施例中,模块102(i)内的电池单元容器104的全部是大体相同的,并且构成电池组100的模块102(i)是大体相同的。在示例性实施例中,电池模块102(i)可以并排或上下安装在支撑框架或导轨108中。在一些实施例中,电池单元容器104可以是非刚性的。
根据示例性实施例,热交换器110布置在相邻电池模块102(1)和102(2)的相对表面112和113之间。在相应模块102(1)和102(2)与中间热交换器110之间的接触表面112和113可以不是完全平表面,并且此外可能由于在加热和冷却期间的膨胀和收缩而经受扭曲。作为例子,图2示出了接触表面112,该接触表面112由上部模块102(1)中的三个相邻电池单元容器104的热交换器接触侧114限定。由于单元容器104的制造公差以及模块装配公差,单元容器104可能是不完全相同的或不是完全对准的。因此,热交换器接触侧114不对准,从而导致热交换器接触表面112不是平坦的,而是在相邻单元容器104之间的边界处包括小的高度过渡部。如图2所示,“T”代表在模块102中的单元容器104的热交换器接触侧114之间的最大位移公差。作为非限制性例子,公差T在一些用途中例如可在0.5mm至1mm的范围中,然而,在这个范围外的公差在一些用途中也可能存在。
相应地,如下所述的热交换器110在一些用途中是希望的,该热交换器110可在温度和接触表面公差的范围上在相邻模块102(i)之间保持与单元容器104的几何形状的一致接触并提供良好的导热性。对此,示例性实施例涉及一种热交换器结构,该热交换器结构是尺寸顺应的,以便即使电池单元容器不限定平坦的热交换器接触表面,也能横跨电池组100保持与电池单元容器104的接触。在一些例子中,尺寸顺应的热交换器110在第一电池模块和第二电池模块的膨胀下压缩并且在第一电池模块和第二电池模块的随后收缩下膨胀,从而热交换器结构贯穿正常电池操作的温度范围而保持与电池单元容器104的热接触。
参照图3和4,在一个示例性实施例,热交换器110是多次通过板型热交换器,该多次通过板型热交换器限定内部蛇形热交换器流体流动通路118,该内部蛇形热交换器流体流动通路118具有与进口附件120流体连通的第一端部和与出口附件122流体连通的第二端部。在示出的例子中,蛇形流体流动通路118包括多个串联连接的平行流体腔室116(1)-116(6)(这里总体上使用附图标记116(i)表示,并且在图3中由虚线代表),并且每个流体腔室由相应的大体U形流动通路126联接至相继的流体腔室。在操作中,诸如冷却流体之类的热交换流体进入流体进口附件120,流过流体腔室116(1),流过第一U形转弯通路126进入流体腔室116(2),然后流过第二U形转弯通路126进入流体腔室116(3),并且依此类推,直到流体流过最后的流体腔室116(6),并且从出口附件122离开。穿过内部流动通路118行进的热交换器流体可例如是诸如水之类的冷却液体,或者是用来从电池单元容器104抽走热量的其它液态或气态流体致冷剂。在一些示例性实施例中,穿过内部流动通路118行进的热交换器流体可例如是用来加热电池单元容器104的加热液体。
如在图1中示意示出的那样,在一个示例性实施例中,每个流体腔室116(i)定位在位于一个模块102(1)中的单元容器104与位于相邻模块102(2)中的相对单元容器104之间。在示出的例子中,热交换器包括六个平行流体腔室116(1)-116(6),并且每个流体腔室116(i)位于电池组100中的电池单元容器104的相应的相对电池单元容器对之间,然而,流体腔室的数量依据具体用途可能小于或大于六。在一些示例性实施例中,限定U形转弯通路126的U形区域是暴露的,并且超越电池模块102(1)、102(2)的侧部向外延伸,从而U形转弯通路126不定位在电池单元容器104之间。在一些示例性实施例中,U形区域不暴露,并且定位在电池模块102(1)、102(2)之间。流体腔室116(1)-116(6)每个均形成在热交换器110的相应流体腔室区域124(1)-124(6)(这里总体上使用附图标记124(i)表示)内。如下面将更详细解释的那样,在示例性实施例中,流体腔室区域124(i)的每一个均是各自地独立于热交换器110的其它流体腔室区域124(i)可变形的,从而在相邻模块102(1)和102(2)之间的相对表面112、113的单元容器间的差异可由热交换器110适应。
参照在图5-7中示出的热交换器110的剖视图,在一个示例性实施例中,热交换器110的本体由层叠在一起的六块板形成,即第一外部盖板128和第二外部盖板130;第一外部芯板132和第二外部芯板134;以及第一内部芯板136和第二内部芯板138。在示例性实施例中,各板每块均由轧制成型或冲压铝或铝合金形成,并且铜焊在一起,以形成热交换器110的本体。然而,热交换器能可选择地由其它弹性金属或材料和其它过程形成,这些材料包括塑料。
在示例性实施例中,第一内部芯板136和第二内部芯板138大体上是相同的,并且对此图8示出了内部芯板136、138的例子的立体图。内部芯板136、138包括矩形平坦板部分140,该矩形平坦板部分140具有形成在其上的升高的蛇形凸起142。蛇形凸起142与内部流动通路118的形状相一致,并且包括平行的内部芯板区域143(1)-143(6)(总体上由附图标记143(i)表示),这些平行的内部芯板区域143(1)-143(6)与相应的流动腔室区域124(1)-124(6)相对应。蛇形凹槽144沿蛇形凸起142的长度提供。凹槽144分别在其相对端部处的加大的进口开口146和出口开口148处终止。
在示例性实施例中,第一外部芯板132和第二外部芯板134也大体是相同的,并且对此图9示出了外部芯板132、134的例子的立体图。外部芯板132、134是蛇形部件,该蛇形部件与内部流动通路118的形状相一致。芯板132、134包括串联连接的平行的芯板区域154(1)-154(6)(总体上由附图标记154(i)表示),这些平行的芯板区域154(1)-154(6)与相应的流动腔室区域124(1)-124(6)相对应。相邻的芯板区域154(i)由在板132、134的交替端部处的大体U形部分156联接。芯板132、134的构造允许在芯板区域154(i)中的每个之间的某种程度的物理隔离,从而芯板区域154(i)的每个可独立于其它芯板区域154(i)被弹性地压缩。蛇形凹槽149沿芯板132、134设置,并且分别在其相对端部处的加大的进口开口150和出口开口152处终止。
图10是大体平坦的第一盖板128的例子的平面图。第一盖板128也是蛇形部件,该蛇形部件与内部流动通路118的形状相一致。盖板128包括串联连接的平行的第一盖板区域158(1)-158(6)(总体上使用附图标记158(i)表示),这些平行的第一盖板区域158(1)-158(6)与相应的流动腔室区域124(1)-124(6)相对应。相邻的第一盖板区域158(i)由板128的交替端部处的大体U形部分160联接。第一盖板128的构造允许在第一盖板区域158(i)的每一个之间的某种程度的物理隔离,从而盖板区域158(i)的每一个可独立于其它盖板区域158(i)而朝热交换器本体的中心移动。加大的进口开口162和出口开口164设置在蛇形盖板128的相应的相对端部处。
图11是大体平坦的第二盖板130的例子的平面图。第二盖板130是蛇形部件,该蛇形部件与第一盖板128大体相同,然而,第二盖板不包括进口开口162和出口开口164。在图中对于盖板128和130中的类似元件使用相同的附图标记。
现在将参照图6和7的剖视图,更详细地解释板128、130、132、134、136及138的特征和它们的装配。在热交换器110中,内部芯板136和138面对面地联接,并且使它们的相应平坦板部分140彼此接触,并且使它们的升高凸起部分142远离热交换器本体的中心线C延伸。为了解释起见,这里所使用的术语“内部”指示朝向中心线C的方向,并且术语“外部”指示远离中心线C的方向,除非上下文另外建议。第一内部芯板136和第二内部芯板138的升高凸起部分142在一起对齐,以部分地限定内部蛇形流动通路118。如在图7中看到的那样,第一内部芯板136和第二内部芯板138中的每一个的升高凸起部分142由相对的侧壁166形成,这些相对的侧壁166从平坦板部分140延伸并且每个均在平坦凸缘168处终止,该平坦凸缘168限定蛇形凹槽144。平坦凸缘168大体上平行于平坦板部分140。在示例性实施例中,每个侧壁166具有相对于中心线C向外弯曲的第一弓形壁部分170和相对于中心线C向内弯曲的第二弓形壁部分172,由此提供具有大致近似于“S”形的轮廓的侧壁166。在一些示例性构造中,这种侧壁轮廓为升高凸起142提供某种程度的弹性顺从,从而凸起142可在压力下向中心线C变形,并且然后当除去压力时,可弹回到通常形状。大致S形侧壁轮廓可在一些示例性实施例中分布应力,从而降低疲劳,然而,其它侧壁构造能可选择地用来降低疲劳。
第一外部芯板132和第二外部芯板134分别在中心线C的相对侧上固定至第一内部芯板136和第二内部芯板138。每块蛇形外部芯板132、134限定蛇形通道174,该蛇形通道174相对于中心线C向外敞开,并且形成内部蛇形流动通路118的一部分。具体地说,通道174由一对相对的侧壁176限定。侧壁176每一个均从外部平坦周缘凸缘178向内部平坦周缘凸缘180延伸,并且使外部凸缘178和内部凸缘180具有大体平行的相对面对的表面。在示出的实施例中,每个侧壁176具有相对于中心线C向外弯曲的第一弓形壁部分182和相对于中心线C向内弯曲的第二弓形壁部分184,由此提供具有大致近似于“S”形的轮廓的侧壁176。在一个例子中,内部凸缘186每个均在向内延伸唇部186处终止,并且使在一个凸缘180上的唇部186与在另一个凸缘180上的唇部186相对,以便限定蛇形凹槽149。
第一外部芯板132的内部凸缘180与第一内部芯板136的相应平坦部分168配合,以将第一外部芯板132固定至第一内部芯板136。如在图6和7中示出的那样,外部芯板蛇形凹槽149与内部芯板蛇形凹槽144对准,并且使外部芯板的相对唇部186延伸到内部芯板蛇形凹槽144中。外部芯板唇部186在内部芯板凹槽144内的定位提供了在内部和外部芯板之间的机械互锁,从而加强它们之间的联接,并且也帮助提供防止板间泄漏的密封,并且可在热交换器的装配期间帮助将各板对准。在一些构造中,外部芯板唇部186在内部芯板凹槽144内的定位,可对于流动腔室区域124(i)可变形的程度起限制的作用。在一些示例性实施例中,其它变形限制特征可以设置在热交换器的本体的各个区域中,以限制这样的区域的变形。第二外部芯板134按与第一外部芯板132固定至第一内部芯板136的相似方式而固定至第二内部芯板138。在一些示例性实施例中,在内部和外部芯板之间的互锁可以通过使唇部186设置在内部芯板而不是外部芯板上并且然后插入到在外部芯板上的凹槽149中而颠倒。
在一些示例性实施例中,外部芯板132、134的侧壁176的大致S形轮廓向外部芯板132、134提供某种程度的弹性顺从,从而外部芯板可在压力下向中心线C变形,并且然后当除去压力时可弹回到通常形状。大致S形侧壁轮廓可在一些示例性实施例中分布应力,从而降低疲劳,然而,其它侧壁构造能可选择地用来降低疲劳。
在示出的实施例中,蛇形第一外部盖板128固定至蛇形第一外部芯板132的外侧,以密封第一外部芯板通道174。盖板区域158(i)和U形部分均包括平坦中心区域188,该平坦中心区域188沿其相对的周缘边缘具有向内指向的凸缘190。平坦中心区域188的周缘段与第一外部芯板132的平坦外部凸缘178配合,并且使外部芯板平坦外部凸缘178嵌套在第一外部盖板128的向内指向的凸缘190内。蛇形第二外部盖板130以类似方式固定至蛇形第二外部芯板134的外侧,以密封第二外部芯板通道174。向内指向的凸缘190在一些实施例中帮助在装配期间盖板的定位,并且也可具有对于流动腔室区域的挠曲或变形的限制作用。在热交换器110的示出的实施例中,内部芯板136、138的进口开口146、外部芯板132、134的进口开口150以及外部盖板128的进口开口对准,以形成通入热交换器内部流动通路118的流体进口,并且使进口附件120固定至外部盖板128。类似地,内部芯板136、138的出口开口148、外部芯板132、134的出口开口152以及外部盖板128的出口开口对准,以形成通到热交换器内部流动通路118的流体出口,并且使出口附件122固定至外部盖板128。第二外部盖板130密封在热交换器的、与进口附件120和出口附件122所位于的侧相对的侧上的热交换器流体进口和流体出口。再参照图6,在目前描述的示例性实施例中,每个流体区域124(i)的每个流体腔室116(i)包括三个连通流动区域,即由第一盖板128和第一外部芯板132限定的通道174、由第二盖板130和第二外部芯板134限定的通道174以及在内部芯板136、138之间限定的中心通道192。由于凹槽144、149,通道174、192沿蛇形流动通路118的整个长度流体连通。
内部盖板128和外部盖板130的平坦中心区域188提供与电池组100的电池单元容器104的物理对接。因而,在示例性实施例中,热交换器110的每个流体腔室区域124(i)具有第一盖板细长区域158(i)和第二盖板细长区域158(i),该第一盖板细长区域158(i)接合第一电池模块102(1)中的相应电池单元容器104,该第二盖板细长区域158(i)在热交换器的相对侧上接合第二电池模块102(1)中的相应电池单元容器104。对此,热交换器110的每个流体腔室区域124(i)固定在一对相对的电池单元容器104之间,并且提供与该一对相对的电池单元容器104热交换的热交换表面。如从以上描述将认识到的那样,外部芯板132、134的侧壁176和内部芯板136、138的侧壁166构造成提供了平行的流体腔室区域124(i)中的每一个的弹性可压缩性。此外,在外部芯板132、134的平行区域154(i)之间借助于细长凹槽194的物理分隔(例如见图5),允许流体腔室区域124(i)每个各自地顺应两个电池单元容器104之间的物理分隔,流体腔室区域124(i)位于两个电池单元容器104之间。在一些示例性实施例中,流体腔室116(i)内的热交换器流体的压力可影响流体流动区域124(i)压缩性。
作为非限制性例子,在一些用途中,用来形成热交换器110的板可以由H3534镀黄铜铝薄板(aluminum braze sheet)和/或3003铝形成。可选择的板构造可用来实现类似结果,例如,少于六块板可用来形成热交换器,该热交换器具有各自顺应流动区域。
图12-15示出了热交换器210的另外例子,该热交换器210在一些用途中可用作对于热交换器110的可选择例。热交换器210在功能和构造方面与热交换器110相似,不同之处由附图和如下描述将是显然的。在示例性实施例中,热交换器210包括大体刚性芯板结构228,该大体刚性芯板结构228夹持在大体平坦的第一顺应板结构和第二顺应板结构230之间。在示例性实施例中,顺应板结构230每个均构造成是弹性可变形的,从而热交换器210从尺寸上顺应第一电池模块102(1)与第二电池模块102(2)之间的间隔。热交换器210的芯板结构228限定内部蛇形热交换器流体流动通路218,该内部蛇形热交换器流体流动通路218具有与进口附件220流体连通的第一端部和与出口附件222流体连通的第二端部。在示出的例子中,蛇形流体流动通路218包括多个串联连接的平行的流体腔室216(1)-216(6)(这里总体上使用附图标记216(i)表示,见图15),并且使每个流体腔室由相应大体U形流动通路226联接至相继的流体腔室。在操作中,诸如冷却流体之类的热交换流体进入流体进口附件220,流过流体腔室216(1),流过第一U形转弯通路226进入流体腔室216(2),然后流过第二U形转弯通路226进入流体腔室216(3),并且依此类推,直到流体流过最后的流体腔室216(6),并且从出口附件222离开。
如关于热交换器110那样,在一个示例性实施例中,热交换器210的每个流体腔室216(i)定位在位于一个模块102(1)中的单元容器104与位于相邻模块102(2)中的相对单元容器104之间。
流体腔室216(1)-216(6)每个均形成在热交换器210的芯板结构228的相应流体腔室区域224(1)-224(6)(这里总体上使用附图标记224(i)表示)内。
参照在图15中示出的热交换器210的剖视图,热交换器芯板结构228由相对的第一芯板232和第二芯板234形成;并且第一顺应板结构和第二顺应板结构230每个均由相对的顺应板236形成。在示例性实施例中,各板每块均由轧制成型或冲压铝或铝合金形成,并且铜焊在一起,以形成热交换器210的本体。然而,热交换器能可选择地由其它弹性金属或材料和其它过程形成,这些材料包括塑料。
在示例性实施例中,第一芯板232和第二芯板234是大体上相同的,并且对此图16和17分别示出了芯板234和232的例子的平面图。芯板234和232每块均包括矩形平坦板部分240,该矩形平坦板部分240具有形成在其上的升高的蛇形凸起242。蛇形凸起242与内部流动通路218的形状相一致,并且包括平行芯板区域243(1)-243(6)(总体上由附图标记243(i)表示),这些平行芯板区域243(1)-243(6)与相应的流动腔室区域224(1)-224(6)相对应。第一芯板232与第二芯板234之间的差别在于,进口开口246和出口开口248分别形成在第一芯板232的升高凸起242的相对端部处。
在示例性实施例中,形成顺应板结构230的第一和第二顺应板236大体是相同的,并且对此图19和20示出了顺应板236的例子。在示出的例子中,顺应板236是矩形板,该矩形板包括多个升高的平行细长凸起250,这些多个升高的平行细长凸起250由凹槽252分离,这些凹槽252穿过板延伸。图21是放大的局部剖视图,该放大的局部剖视图示出了两块顺应板236,这两块顺应板236相对地配合以形成顺应板结构230。如在图21中看到的那样,细长凸起250的每一个均包括平坦中心壁,该平坦中心壁与侧壁256交界,这些侧壁256每个在周缘平坦凸缘258处终止。来自一块顺应板236的凸缘258与来自相对的顺应板236的凸缘258配合,以形成顺应板结构230。如在图21中看到的那样,来自配合的顺应板236的相对凸起250限定内部腔室260,从而配合的顺应板236限定多个平行细长的顺应腔室区域262(1)-262(12)(这里总体上称作262(i))。在一个示例性实施例中,腔室260是密封腔室,这些密封腔室填充有流体或气体(如空气),或者填充有非流体热垫片。在另一个示例性实施例中,腔室260可以通风。在示出的实施例中,顺应板结构230包括十二个细长顺应区域262(i),对于芯板结构228的六个流动腔室区域224(i)的每一个有两个细长顺应区域。
在示例性实施例中,顺应板结构230的顺应区域262(i)每一个是各自可变形的,从而顺应区域262(i)的每一个可在外部压力下各自地压缩到阈值量,并且然后当除去压力时,弹回到其原始形状。
在一些示例性实施例中,顺应板236由比芯板232、234薄的材料形成,结果,夹持在这些顺应板结构230之间的芯板结构228与顺应板结构230相比相对刚硬。作为非限制性例子,顺应板236可由具有0.2mm厚度的铝形成,并且芯板232、234可由具有0.6mm厚度的铝形成,然而,可使用多种可选择厚度。
再转到图15-18,在热交换器210中,第一芯板232和第二芯板234面对面地联接,并且使它们的相应平坦板部分240彼此接触,以及使它们相应的升高凸起部分242彼此远离地延伸,以便限定内部多次通过的蛇形热交换器流体流动通路218。顺应板结构230设置在芯板结构228的相对表面上,以提供分别与第一电池模块102(1)和第二电池模块102(2)的对接。在示出的实施例中,在芯板结构228的每一侧上,一对平行细长顺应腔室262(i)、262(i+1)延伸每个流体腔室区域224(i)的长度。顺应腔室262(i)和262(i+1)(它们位于每个流体腔室区域224(i)的相对侧上)容许流体腔室区域的每一个各自地顺应在两个电池单元容器104之间的物理分隔,流体腔室区域124(i)位于两个电池单元容器104之间。
相应地,在图1至21的实施例中,将热交换器110、210放置在两个电池模块102(1)和102(2)之间,这两个电池模块102(1)和102(2)每个均包括多个电池单元容器。在一些用途中,接触热交换器110、120的相对侧的电池模块12(1)和102(2)的表面,由于构成电池模块102(1)和102(2)的电池单元容器的没有完全对准可能不是完全平的。因而,在至少一些示例性实施例中,为了帮助保持电池模块表面与热交换器110、210的相对侧之间的接触,热交换器110、120包括独立的保形区域,这些独立的保形区域每个具有弹簧效应,从而每个保形区域与由相对的电池单元容器构成的相应的电池单元容器对一致,并且于在区域处施加的压缩力下可适应地弯曲。相应地,在至少一些实施例中,当装配包括电池模块102(1)、102(2)和热交换器110、120的电池组时,压缩作用或步骤发生在热交换器110的区域经受某种程度的压缩期间,以促进在电池模块102(1)、102(2)与热交换器110、120之间的良好热接触。
在一些示例性实施例中,以上描述的保形热交换器构造可用在燃料电池模块之间而不是电池单元模块之间。相应地,这里描述的热交换器结构可用在电力产生设备中,该电力产生设备包括第一模块和第二模块,该第一模块包括多个电力产生单元,如电池单元或燃料电池,该第二模块包括多个电力产生单元,如电池单元或燃料电池,热交换器结构布置在第一堆垛和第二堆垛的相对表面之间,并且限定一个或多个流体流动通路,热交换器结构是尺寸顺应的,以适应电池组内的相对单元之间的不同间隔距离,并且在一些示例性实施例中是尺寸顺应的,以在第一和第二堆垛的膨胀下压缩和在第一和第二堆垛的随后收缩下膨胀。在一些示例性实施例中,中间材料或结构可以放置在外部盖板与电池单元容器104之间,以增强热传导和解决各个电池单元容器的表面轮廓的不规则性。以上呈现的各个实施例仅仅是例子,并且决不意味着限制本公开的范围。这里描述的革新的变化对于本领域的技术人员将是显然的,这样的变化在本公开的目标范围内。具体地说,来自上述实施例的一个或多个的特征可以选择,以形成包括特征的子组合的可选择实施例,这些可选择实施例以上可能没有明确地描述。另外,来自上述实施例的一个或多个的特征可以选择和组合,以形成包括特征的组合的可选择实施例,这些可选择实施例以上可能没有明确地描述。适于这样的组合和子组合的特征对于本领域的技术人员在本公开作为整体的回顾时可能是显而易见的。这里和在列举的权利要求书中描述的主题旨在覆盖包括包容技术的全部适当变化。
Claims (17)
1.一种电池组,包括:
第一电池模块,所述第一电池模块包括多个电池单元容器,所述多个电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元;
第二电池模块,所述第二电池模块包括多个电池单元容器,所述第二电池模块的所述多个电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元,所述第一电池模块和所述第二电池模块间隔开;以及
热交换器,所述热交换器布置在所述第一电池模块与所述第二电池模块之间,并且热交换器的第一侧与所述第一电池模块相接触,热交换器的第二侧与所述第二电池模块相接触,所述热交换器限定用来输送热交换器流体的至少一个内部流体流动通路,所述热交换器的第一侧和第二侧是弹性可压缩的,以便与横跨多个电池单元容器的第一电池模块和第二电池模块之间的间隔的变化相一致;
其中,所述热交换器由层叠在一起的多块板形成,并且第一外部板形成所述热交换器的、与所述第一电池模块相接触的第一侧,第二外部板形成所述热交换器的、与所述第二电池模块相接触的第二侧,所述第一外部板和第二外部板均包括物理分隔区域,这些物理分隔区域每个均与所述热交换器的相应的独立可压缩的区域相关联,所述热交换器还包括:相对的配合第一内部芯板和第二内部芯板;第一外部芯板,所述第一外部芯板固定至所述第一内部芯板;第二外部芯板,所述第二外部芯板固定至所述第二内部芯板;所述第一外部板固定至所述第一外部芯板,所述第二外部板固定至所述第二外部芯板,这些板集体地限定所述热交换器的独立可压缩的区域的每一个区域中的内部流动腔室,所述流动腔室每个均由所述第一外部板和所述第二外部板部分地限定,从而热交换器流体当在电池模块之间流动时接触所述第一外部板和所述第二外部板。
2.根据权利要求1所述的电池组,其中,所述热交换器包括多个独立可压缩的区域,所述独立可压缩的区域定位在所述第一电池模块与所述第二电池模块之间,并且接合所述第一电池模块和所述第二电池模块。
3.根据权利要求2所述的电池组,其中,所述第一电池模块的电池单元容器布置成与所述第二电池模块的相应电池单元容器间隔开并相对,所述独立可压缩的区域中的每一个定位在所述第一电池模块的相应电池单元容器与所述第二电池模块的相应电池单元容器之间,并且接合所述第一电池模块的相应电池单元容器和所述第二电池模块的相应电池单元容器,并且各个独立可压缩的区域中的每一个与该独立可压缩的区域所处于的、所述电池单元容器之间的间隔相一致。
4.根据权利要求3所述的电池组,其中,所述独立可压缩的区域中的每一个限定穿过该独立可压缩的区域的用于热交换器流体的流动通道。
5.根据权利要求4所述的电池组,其中,所述流动通道串联地连接,以形成至少一个流体流动通路,所述流体流动通路是蛇形通路。
6.根据权利要求1所述的电池组,其中,所述第一外部板和第二外部板是蛇形板,并且相邻的物理分隔区域彼此平行并由U形区域联接。
7.根据权利要求1所述的电池组,其中,这些芯板包括弹性可压缩的物理分隔芯板区域,所述物理分隔芯板区域每个均与所述热交换器的相应的独立可压缩的区域相关联。
8.一种电池组,包括:
第一电池模块,所述第一电池模块包括多个电池单元容器,所述多个电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元;
第二电池模块,所述第二电池模块包括多个电池单元容器,所述第二电池模块的所述多个电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元,所述第一电池模块和所述第二电池模块间隔开;以及
热交换器,所述热交换器布置在所述第一电池模块与所述第二电池模块之间,并且热交换器的第一侧与所述第一电池模块相接触,热交换器的第二侧与所述第二电池模块相接触,所述热交换器限定用来输送热交换器流体的至少一个内部流体流动通路,所述热交换器的第一侧和第二侧是弹性可压缩的,以便与横跨多个电池单元容器的第一电池模块和第二电池模块之间的间隔的变化相一致;
其中,所述热交换器包括:
相对的第一芯板和第二芯板,在所述第一芯板和第二芯板之间限定至少一个流体流动通路,
大体平坦的第一顺应板结构,所述第一顺应板结构位于所述第一芯板的外表面与所述第一电池模块之间,以及
大体平坦的第二顺应板结构,所述第二顺应板结构位于所述第二芯板的外表面与所述第二电池模块之间。
9.根据权利要求8所述的电池组,其中,所述第一顺应板结构和第二顺应板结构每个均包括相对的配合板,每块配合板均具有多个独立可压缩的板区域。
10.根据权利要求9所述的电池组,其中,所述相对的配合板由比所述第一芯板和第二芯板薄的材料形成。
11.一种用于电池组的热交换器,所述电池组具有第一电池模块和第二电池模块,所述第一电池模块包括多个电池单元容器,所述电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元,所述第二电池模块包括多个电池单元容器,所述第二电池模块的所述电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元,所述第一电池模块和第二电池模块间隔开,并且所述第一电池模块的多个电池单元容器布置成与所述第二电池模块的相应电池单元容器间隔开并相对,所述热交换器限定多个流体流动腔室,所述流体流动腔室每个均位于相应的流体流动区域内用来输送热交换器流体,所述流体流动区域中的每一个构造成定位在所述第一电池模块的相应电池单元容器与所述第二电池模块的相应电池单元容器之间,并且接合所述第一电池模块的相应电池单元容器和第二电池模块的相应电池单元容器,所述流体流动区域中的每一个区域独立于其它流体流动区域是尺寸顺应的,以便与该流体流动区域所处于的、电池单元容器之间的间隔相一致,
其中,所述热交换器由层叠在一起的多块板形成,并且第一外部板与所述第一电池模块相接触,第二外部板与所述第二电池模块相接触,所述第一外部板和第二外部板每块均包括物理分隔区域,所述物理分隔区域每个与相应的流体流动区域相关联,所述热交换器还包括:相对的配合第一内部芯板和第二内部芯板;第一外部芯板,所述第一外部芯板固定至所述第一内部芯板;第二外部芯板,所述第二外部芯板固定至所述第二内部芯板,所述流体流动腔室每个均由所述第一外部板和第二外部板部分地限定,从而热交换器流体当在电池模块之间流动时接触所述第一外部板和第二外部板。
12.根据权利要求11所述的热交换器,其中,所述流体流动腔室流动连通,以便限定穿过所述热交换器的蛇形流动通路。
13.根据权利要求11所述的热交换器,其中,所述第一外部板和第二外部板是蛇形板,并且相邻的物理分隔区域彼此平行并由U形区域联接。
14.根据权利要求11所述的热交换器,其中,这些芯板包括弹性可压缩的物理分隔芯板区域,所述可压缩物理分隔芯板区域每个均与所述热交换器的相应流体流动区域相关联。
15.一种用于电池组的热交换器,所述电池组具有第一电池模块和第二电池模块,所述第一电池模块包括多个电池单元容器,所述电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元,所述第二电池模块包括多个电池单元容器,所述第二电池模块的所述电池单元容器每个均容纳至少一个电池单元,所述第一电池模块和第二电池模块间隔开,并且所述第一电池模块的多个电池单元容器布置成与所述第二电池模块的相应电池单元容器间隔开并相对,所述热交换器限定多个流体流动腔室,所述流体流动腔室每个均位于相应的流体流动区域内用来输送热交换器流体,所述流体流动区域中的每一个构造成定位在所述第一电池模块的相应电池单元容器与所述第二电池模块的相应电池单元容器之间,并且接合所述第一电池模块的相应电池单元容器和第二电池模块的相应电池单元容器,所述流体流动区域中的每一个区域独立于其它流体流动区域是尺寸顺应的,以便与该流体流动区域所处于的、电池单元容器之间的间隔相一致,
其中,所述热交换器包括:
相对的第一芯板和第二芯板,在所述第一芯板和第二芯板之间限定至少一个流体流动通路,
大体平坦的第一顺应板结构,所述第一顺应板结构位于所述第一芯板的外表面与所述第一电池模块之间,以及
大体平坦的第二顺应板结构,所述第二顺应板结构位于所述第二芯板的外表面与所述第二电池模块之间。
16.根据权利要求15所述的热交换器,其中,所述第一顺应板结构和第二顺应板结构每个均包括相对的配合板,每块配合板具有多个独立可压缩的板区域。
17.根据权利要求16所述的热交换器,其中,相对的配合板由比所述第一芯板和第二芯板薄的材料形成。
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