CN104795607B - 牵引电池组件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种牵引电池组件。所述牵引电池组件包括具有多个堆叠的电池单体的电池阵列和蛇形热交换器。所述蛇形热交换器限定用于使冷却剂流过其的通道。所述蛇形热交换器与所述电池单体交替布置，使得所述电池单体中的每个电池单体的相对的两侧与所述蛇形热交换器接触。

Description

牵引电池组件
技术领域
本公开涉及用于车辆电池热管理系统的流体输送系统。
背景技术
诸如电池电动车辆(BEV)、插电式电动车辆(PHEV)或混合动力电动车辆(HEV)的车辆包括电池，(例如高压电池)，以用作车辆的能源。电池容量和循环寿命可根据电池的操作温度而改变。通常期望的是在车辆运行的同时或在车辆充电的同时将电池保持在特定温度范围内。
具有电池的车辆可包括用于向电池提供温度控制以延长寿命并提高性能的冷却系统。
发明内容
在实施例中，提供了一种具有电池阵列和蛇形热交换器的牵引电池组件。所述电池阵列包括用于驱动车辆的多个堆叠的电池单体。所述蛇形热交换器与所述电池单体交替布置，使得所述电池单体中每个电池单体的相对的两侧与所述蛇形热交换器接触。所述蛇形热交换器限定用于使冷却剂流过其的通道，以调节所述牵引电池组件的温度。
在另一实施例中，提供了一种具有电池阵列的牵引电池组件。所述电池阵列包括：多个电池单体，呈一条线布置；蛇形的柔性囊状容器，与所述电池单体交替布置；端板，用于压缩所述多个电池单体和所述蛇形的柔性囊状容器。所述蛇形的柔性囊状容器限定至少一个内部冷却剂通路。间隔元件被设置为防止被压缩的所述多个电池单体使所述间隔元件附近的所述至少一个内部冷却剂通路完全塌陷。
根据本发明，提供一种牵引电池组件，所述牵引电池组件包括：电池阵列，包括呈一条线布置的多个电池单体；蛇形的柔性囊状容器，与所述电池单体交替布置并限定至少一个内部冷却剂通路；端板，被构造为压缩所述电池单体和所述囊状容器，所述囊状容器包括间隔元件，所述间隔元件被构造为防止被压缩的电池单体使所述间隔元件附近的所述至少一个内部冷却剂通路完全塌陷。
根据本发明的一个实施例，所述囊状容器还可包括互相连接以限定所述至少一个内部冷却剂通路的第一膜和第二膜。
根据本发明的一个实施例，所述囊状容器可交替地围住所述电池单体的端部。
根据本发明的一个实施例，所述间隔元件可被设置在所述至少一个内部冷却剂通路内。
根据本发明的一个实施例，所述囊状容器还可包括设置在相邻的电池单体对之间的多个面板。
根据本发明的一个实施例，所述多个面板中的至少一个可限定被构造为容纳所述间隔元件的切除部。
根据本发明的一个实施例，所述间隔元件可以是刚性的。
根据本发明的一个实施例，所述第一膜和所述第二膜中的每个均可具有小于0.6毫米的壁厚。
在又一实施例中，提供了一种具有电池阵列和热交换器的牵引电池组件。所述电池阵列包括多个电池单体。所述热交换器与所述电池阵列中的每个电池单体的至少三侧接触。所述热交换器具有进口、出口和内部管道，所述内部管道用于使冷却剂通过其循环以从所述电池阵列去除热。
根据本发明，提供一种牵引电池组件，所述牵引电池组件包括：电池阵列，具有多个电池单体；热交换器，与所述电池阵列中的每个电池单体的至少三侧接触，所述热交换器具有进口、出口和内部管道，所述内部管道使冷却剂通过所述内部管道循环以从所述电池阵列去除热。
根据本发明的一个实施例，所述热交换器可包括与所述多个电池单体交替布置的蛇形膜。
根据本发明的一个实施例，所述热交换器可具有上部和下部，其中，所述进口位于所述下部上，所述出口位于所述上部上。
根据本发明的一个实施例，所述热交换器还可包括沿着所述下部延伸的进口歧管和沿着所述上部延伸的出口歧管，所述进口歧管和所述出口歧管与所述内部管道流体连通以使冷却剂循环。
下面参照附图更详细地描述本公开的以上方面和其它方面。
附图说明
图1是电池组件的透视图。
图2是电池单体阵列的透视图。
图3是从电池单体阵列移出的热交换器的透视图。
图4是沿着线4-4截取的截面图，示出了图2的电池单体阵列的俯视截面。
图5是电池单体阵列的透视图。
图6是沿着线6-6截取的截面图，示出了图5的电池单体阵列的侧截面。
图7是沿着线7-7截取的截面图，示出了图6的电池单体阵列的俯视截面。
图8是电池单体阵列的透视图。
图9是图8的电池单体阵列的俯视截面图。
图10是根据可选实施例的热交换器的俯视截面图。
具体实施方式
在此描述了本公开的实施例。然而，应该理解的是，所公开的实施例仅是示例，其它实施例可以采用各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应当被解释为限制，而仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各个特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征相组合，以产生没有被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改可被期望用于特定的应用或实施方式。
参照图1，示出了牵引电池组件。电动车辆可包括能量系统，所述能量系统具有牵引电池组件10，牵引电池组件10具有多个组件，例如，一个或更多个电池单体阵列12、电池电控模块(BECM)和直流至直流(DC/DC)转换器单元。电池单体阵列12可提供用于操作车辆及其系统的能量。每个电池单体阵列12均可包括串联连接或并联连接的多个电池单体18。电池单体18(例如，方形蓄电池单体)将储存的化学能转换为电能。电池单体18可包括罐体、正电极(阴极)和负电极(阳极)。电解质可允许离子在放电期间于阳极和阴极之间运动，然后在再充电期间返回。端子可允许电流从电池单体流出以供车辆使用。当多个电池单体按照阵列设置时，每个电池单体的端子可与另一相邻的电池单体的相对的端子(正的和负的)对齐，以便于多个电池单体之间的串联连接。
电池组件可包括用于控制电池单体阵列的温度的热管理系统。电池单体阵列的热管理可通过多种系统(例如，气冷式系统或液体冷却式系统)而实现。液体冷却式系统可包括设置在热交换器内以从电池单体阵列去除不期望的热的一个或更多个管或通道。
图2示出了电池单体阵列12，电池单体阵列12具有堆叠构造的三个电池单体18和插入在电池单体18之间的热交换器或囊状容器(bladder)20。三个电池单体的实施例仅为说明的目的，在实际应用中，电池单体阵列中的电池单体的数量可以更多。电池单体18和热交换器20通过一对端板22和支架24固定在一起。支架24和端板22还将电池单体18和热交换器20固定到牵引电池组件10。端板22盖住(boarder)第一单体28和最后单体30的侧部26，并防止电池单体18向前或向后运动。设置在每个电池单体18的四个外边缘32处的四个支架24(仅示出两个)在侧向方向和竖直方向固定电池单体18。端板22和支架24通过紧固件34固定到一起。例如，在端板22的每个角处的螺栓(共四个螺栓)可将端板22和支架24连接到一起。端板22、支架24和紧固件34可协作以向电池单体18提供压缩力。
热交换器20为蛇形形状并交替地围住每个单体18的端部36，使得每个电池单体18的侧部26与热交换器20接触。热交换器具有沿着侧部26设置的面板部42和设置在端部36处的弯曲部40。与其它方案相比，蛇形形状增大了热交换器20与电池单体18之间的接触面积，以提高散热能力。
参照图3，示出了从电池单体阵列移出的热交换器或囊状容器20。热交换器20由薄的柔性膜38形成。柔性膜的厚度在0.1毫米(mm)到1.0毫米(mm)之间。柔性膜38的材料可由任何柔性的材料(例如橡胶、尼龙或塑料)制成。在某些应用中，可能有利的是所述材料是热增强材料(thermally enhanced material)。热交换器20是柔性的，以允许热交换器20绕电池单体18(未示出)弯曲。柔性膜38限定用于引导冷却介质的内部通道。冷却介质经过进口50和出口52通过内部通道循环。弯曲部40与面板部42是连续的，以形成没有接合处的连续结构。没有接合处减少泄漏和流动阻力的问题。还消除了对垫圈或其它额外的部件的需求。热交换器20是可膨胀的。冷却介质在运行期间对热交换器20施加压力，并使热交换器20膨胀以填充相邻的电池单体之间的间隙。相邻的电池单体之间的间隙通常小于2.0mm。与刚性热交换器相比，可膨胀的热交换器20减少了堆叠问题并提供与电池单体18之间更好的接触。
参照图4，示出了沿着图2中示出的电池单体阵列12的线4-4截取的截面图。热交换器20包括第一膜44和第二膜46。第一膜44和第二膜46沿着全部的边缘连接并在这两个膜之间限定至少一个通道或通路48。第一膜44和第二膜46仅在边缘处连接以形成类似于袋的单个通道48。可选地，膜可在边缘处连接并在内部形成多个平行的通道。第一膜44和第二膜46可通过在第一膜44和第二膜46之间连接另外的膜而连接到一起。可选地，第一膜44和第二膜46可沿着接合处焊接到一起。通道48与进口50和出口52流体连通。冷却介质在运行期间通过通道48而在进口50和出口52之间循环。通道48可沿着热交换器20的长度从进口50向出口52连续地延伸。可选地，通道48可沿着热交换器20的宽度延伸。
参照图5、图6和图7，示出了可选实施例的电池单体阵列12。电池单体阵列12包括呈一条线布置的多个电池单体18。电池单体18通过端板装置22固定。蛇形的热交换器20围绕电池单体18以从电池单体去除不期望的热。热交换器20具有主体54，主体54带有下部56和上部58。进口歧管60沿着主体54设置在下部56处。进口歧管60包括互相连接以限定腔64的四个壁62a-62d。进口歧管60具有位于壁62c上的进口50，该进口50用于接收进入到进口歧管中的冷却介质。
出口歧管70沿着主体54设置在上部58处。出口歧管70包括互相连接以限定腔74的四个壁72a-72d。出口歧管70与主体54流体连通。出口歧管70具有位于壁72c上的出口52，该出口52用于从出口歧管排出冷却介质。
多个平行的通道48由主体54限定。通道48以流体连通的方式连接进口歧管60和出口歧管70。孔66以流体连通的方式连接通道48和进口歧管60。孔76以流体连通的方式连接通道48和出口歧管70。
在运行中，冷却介质通过进口50被泵送到进口歧管60中并积聚在进口歧管60的腔64中。冷却介质随着进口歧管60中的压力增大而从进口歧管60流入内部通道48中。然后，冷却介质随着压力进一步增大而从内部通道48流入出口歧管70中。然后，冷却介质沿着出口歧管70的腔74流动并通过出口52离开热交换器20。当冷却介质在进口50和出口52之间循环时，从电池单体阵列12去除不期望的热。因为冷却介质仅横跨热交换器的宽度流动而不沿着热交换器的整个长度流动，所以歧管实施例在电池单体阵列的电池单体之间提供较低的或更均匀的温差(ΔT)。具有较低的ΔT可在整个电池单体阵列中提供更均匀的温度。还可提供更有效的热管理。
参照图8，示出了可选实施例的电池单体阵列12。如上所述，可在压缩的情况下包装电池单体18。压缩力可足以使热交换器20塌陷并阻塞内部的通道或通路48。间隔元件80防止通道48中的至少一些部分的塌陷。蛇形的热交换器20具有设置在电池单体18的侧部26之间的多个面板部42。面板部42包括间隔元件80，以防止相邻的电池单体18使通道48中的至少一些部分塌陷。面板部42具有用于将间隔元件80容纳在其中的切除部84。间隔元件80与相应的电池单体18直接接触并防止间隔元件80附近的通道48塌陷。间隔元件80可以是刚性的间隔件或者可以是柔性的间隔件。
参照图9，示出了电池单体阵列的俯视截面图。间隔元件98设置在一对相邻的电池单体18之间并防止热交换器20塌陷。间隔元件98具有与第一壁88和第二壁90协作以将间隔元件保持在一定位置的多个舌部86。例如，热交换器可具有用于容纳舌部86的槽(未示出)。可选地，在第一壁88和第二壁90直接附着到舌部86的情况下可省略槽。在这种可选的情况下，舌部86在切除部84处密封通道48。
图10是热交换器20的俯视截面图，示出了位于通道内的内部间隔元件。热交换器20具有限定通道48的第一壁94和第二壁96。第一壁94具有多个突起92，第二壁96是平滑的。突起92从第一壁94向内延伸到通道48中。当热交换器处于压缩的情况时，突起92与第二壁96接合以防止通道48完全塌陷。泵(未示出)可向热交换器20供应足够的流体压力以在运行期间完全打开通道48。
虽然在上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不旨在描述由权利要求所包含的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应该理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可进行各种改变。如之前描述的，可组合各个实施例的特征，以形成可能未明确描述或示出的本发明的进一步的实施例。虽然各个实施例可能已经被描述为提供优点或者在一个或更多个期望特性方面优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员应该认识到，根据具体应用和实施方式，可折中一个或更多个特征或特性，以实现期望的总体系统属性。这些属性可包括但是不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、装配容易性等。这样，在一个或更多个特性方面被描述为比其它实施例或现有技术实施方式更不令人期望的实施例不在本公开的范围之外，并可期望用于特定应用。

Claims (7)

1.一种牵引电池组件，包括：
电池阵列，具有多个堆叠的电池单体，每个电池单体具有相对的侧部；
蛇形热交换器，所述蛇形热交换器包括：
主体，具有上端和下端，并与所述电池单体交替布置，使得所述每个电池单体的相对的侧部与所述蛇形热交换器接触；
进口歧管，沿着所述下端延伸；
出口歧管，沿着所述上端延伸，
其中，所述主体限定在进口歧管与出口歧管之间延伸的至少一个通道，以使冷却剂通过所述至少一个通道从进口歧管流动到出口歧管。
2.根据权利要求1所述的牵引电池组件，其中，所述至少一个通道按照与所述上端和下端垂直的角度在进口歧管和出口歧管之间延伸。
3.根据权利要求1所述的牵引电池组件，其中，进口歧管包括上壁、下壁以及一对相对的侧壁，所述上壁从所述下端延伸，所述一对相对的侧壁在上壁和下壁之间延伸。
4.根据权利要求3所述的牵引电池组件，其中，所述主体包括一对相对的面板部，所述一对相对的侧壁之间的距离大于所述一对相对的面板部之间的距离。
5.根据权利要求1所述的牵引电池组件，其中，所述蛇形热交换器包括被构造为防止所述通道中的至少一些部分完全塌陷的间隔元件。
6.根据权利要求5所述的牵引电池组件，其中，所述间隔元件设置在所述通道中的一个内。
7.根据权利要求1所述的牵引电池组件，其中，所述蛇形热交换器具有面板部，所述面板部包括刚性间隔件，所述刚性间隔件被构造为防止所述刚性间隔件的附近的通道完全塌陷。
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