CN105098105B - 用于电池系统的除湿腔和相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于电池系统的除湿腔和相关方法。本公开涉及利用除湿腔减少在电池舱中形成冷凝物，空气在进入所述电池舱之前在所述除湿腔中被调节。在一个实施例中，冷却系统可以配置为产生冷却剂流。所述除湿腔配置为接收来自环境的环境空气流。热传递装置可以与所述除湿腔热连通并且配置为接收所述冷却剂流。所述热传递装置可以由在所述冷却剂流与所述环境空气流之间的热相互作用产生经调节的空气流。所述电池舱可以容纳电池并且可以接收所述经调节的空气流和所述冷却剂流。在一些实施例中，所述冷却剂流可以在所述冷却剂流穿过所述电池舱之前穿过所述热传递装置。

Description

用于电池系统的除湿腔和相关方法
技术领域
本公开涉及通过提供除湿腔减少或者防止在电池舱中形成冷凝物的系统和方法，空气在进入所述电池舱之前在除湿腔中被调节。
背景技术
客运车辆常常包括用于操作车辆的电气系统和传动系统的电池。例如，车辆通常包括配置为向车辆起动器系统（例如，起动电动机）、照明系统和/或点火系统供应电能的12V铅酸汽车电池。在电动、燃料电池（“FC”）和/或混合动力车辆中，可以使用高电压（“HV”）电池系统为车辆的电力传动系统部件（例如，电驱动电动机等）供电。进一步地，HV电池系统可以为用于车厢的气候控制系统中的压缩机和/或加热器供电。
各种电池系统可以包括使环境空气进入电池系统的多个部分的通风孔。由环境空气携带的水分可以在电池系统内冷凝。在电池系统内部的冷凝物可以引起腐蚀和/或与电池系统中的电路有关的问题。由冷凝物所产生的腐蚀和/或电路问题可以导致电池系统无效、退化、永久损坏和/或缩短电池系统的可用寿命。
发明内容
本公开涉及利用除湿腔减少在电池舱中形成冷凝物，空气在进入电池舱之前在除湿腔中被调节。在一个实施例中，冷却系统可以配置为产生冷却剂流以及除湿腔可以配置为接收来自环境的环境空气流。环境空气流可以指通过含有水蒸气的空气的移动或者通过扩散（例如，在除湿腔的内部与外部之间的水蒸气浓度差）形成的水蒸气的移动。在一些实施例中，干燥剂可以设置在所述除湿腔中。所述干燥剂可以配置为从所述环境空气流吸收水分。
热传递装置可以与所述除湿腔热连通并且配置为接收所述冷却剂流。所述热传递装置可以由在所述冷却剂流与所述环境空气流之间的热相互作用产生经调节的空气流。所述环境空气流可以由在所述环境与所述除湿腔之间的压力差生成。在各个实施例中，所述压力差可以通过风扇或者通过在所述环境与所述除湿腔中的温度之间的温差产生。在某些情况下，即使没有空气流，水蒸气也可以由于扩散（即，在除湿腔的内部与外部之间的蒸气浓度差）进入电池。
所述电池舱可以容纳电池并且可以接收所述经调节的空气流和所述冷却剂流。在一些实施例中，所述冷却剂流可以在所述冷却剂流穿过所述电池舱之前穿过所述热传递装置。在其他实施例中，所述冷却剂流可以在所述冷却剂流穿过所述电池之后穿过所述热传递装置。所述冷却剂流可以冷却所述电池。在一些实施例中，在所述电池在稳态条件下操作时，所述冷却系统可以将所述除湿腔中的第一温度维持为低于所述电池舱中的第二温度。在一个具体实施例中，所述冷却系统可以将所述电池的温度维持在约5℃与约35℃之间。在其他实施例中，也考虑在延伸超出约5℃和约35º的温度范围。例如，在各个实施例中，所述温度范围可以在约2℃与约45º之间延伸。所述电池可以包括锂离子电池或者其他类型的电池。
一些实施例可以包括通风孔，所述通风孔配置为允许来自环境的环境空气流进入所述除湿腔并且配置为允许在所述除湿腔中形成的冷凝物排出。进一步地，所述通风孔可以配置为使所述冷凝物在重力的影响下从所述除湿腔排出。在一些实施例中，膜可以设置在所述通风孔之上。所述膜可以透气和/或透水，但可以防止碎片和其他物体进入所述除湿腔。
透气膜可以设置在所述除湿腔与所述电池舱之间，所述透气膜配置为允许所述经调节的空气流在所述除湿腔与所述电池舱之间通过。在一些实施例中，所述透气膜不透液体。
本发明还公开了如下技术方案。
1、一种减少在电池舱中形成冷凝物的系统，所述系统包括：
冷却系统，所述冷却系统配置为产生冷却剂流；
除湿腔，所述除湿腔包括：
通风孔，所述通风孔配置为允许来自环境的环境空气流进入所述除湿腔；以及
换热器，所述换热器配置为从所述冷却系统接收冷却剂流，并且配置为由在所述冷却剂流与所述环境空气流之间的热相互作用产生经调节的空气流；以及
电池舱，所述电池舱配置为容纳电池，并且进一步配置为接收所述经调节的空气流和所述冷却剂流，所述冷却剂流进一步配置为冷却所述电池。
2、根据方案1所述的系统，其中，所述冷却剂流在所述冷却剂流传递至所述电池舱之前穿过所述换热器。
3、根据方案1所述的系统，其中，所述通风孔进一步配置为允许在所述除湿腔中形成的冷凝物排出。
4、根据方案3所述的系统，其中，所述通风孔配置为使所述冷凝物在重力的影响下排出。
5、根据方案1所述的系统，其中，所述冷却剂流包括通过所述除湿腔和所述电池舱的闭环路径。
6、根据方案1所述的系统，其中，所述环境空气流由在环境与所述除湿腔之间的压力差生成。
7、根据方案1所述的系统，其进一步包括设置在所述除湿腔与所述电池舱之间的透气膜，所述透气膜配置为允许所述经调节的空气流在所述除湿腔与所述电池舱之间传递。
8、根据方案7所述的系统，其中，所述透气膜是不透液体的。
9、根据方案1所述的系统，其进一步包括设置在所述除湿腔中的干燥剂，所述干燥剂配置为从所述环境空气流吸收水分。
10、根据方案1所述的系统，其中，所述冷却系统进一步配置为将所述除湿腔中的第一温度维持为低于所述电池舱中的第二温度。
11、根据方案10所述的系统，其中，所述冷却系统进一步配置为将所述电池的第三温度维持在约5℃与约35℃之间。
12、根据方案1所述的系统，其中，所述电池包括锂离子电池。
13、一种用于减少在电池舱中形成冷凝物的方法，所述方法包括：
提供除湿腔；
通过通风孔从环境接收环境空气流，并且将所述环境空气流接收到所述除湿腔内；
利用冷却系统生成冷却剂流；
通过在所述冷却剂流与所述环境空气流之间的热相互作用在所述除湿腔中产生经调节的空气；
将所述经调节的空气传递至电池舱；以及
利用所述冷却剂流冷却容纳在所述电池舱中的电池。
14、根据方案13所述的方法，其中，所述热相互作用包括：
使所述冷却剂流穿过换热器；以及
使所述环境空气流穿过所述换热器。
15、根据方案13所述的方法，其中，所述冷却剂流在冷却所述电池之前流过所述除湿腔。
16、根据方案13所述的方法，其进一步包括：在重力的影响下从所述通风孔排出冷凝物。
17、根据方案13所述的方法，其中，所述环境空气流由在环境与所述除湿腔之间的压力差产生。
18、根据方案13所述的方法，其进一步包括：操作所述冷却系统以将所述除湿腔中的第一温度维持为低于所述电池舱中的第二温度。
19、根据方案13所述的方法，其中，冷却所述电池包括：将所述电池的温度维持为低于约35℃。
20、一种减少在电池舱中形成冷凝物的系统，所述系统包括：
冷却系统，所述冷却系统配置为在闭环中产生冷却剂流；
除湿腔，所述除湿腔配置为接收来自环境的环境空气流；
热传递装置，所述热传递装置与所述除湿腔热连通，并且配置为接收所述冷却剂流，所述热传递装置进一步配置为由在所述冷却剂流与所述环境空气流之间的热相互作用产生经调节的空气流；
电池舱，所述电池舱配置为容纳电池，并且配置为接收所述经调节的空气流和所述冷却剂流，所述冷却剂流配置为冷却所述电池；以及
其中，在所述闭环中的所述冷却剂流在所述冷却剂流穿过所述电池舱之前穿过所述热传递装置。
附图说明
参照附图，描述了本公开的非限制性和非穷举性实施例，包括本公开的各个实施例，在图中：
图1图示了在根据本公开的运载工具中的示例性电池系统的框图；
图2图示了包括根据本公开的除湿腔系统的系统的功能框图；
图3图示了处理在根据本公开的电池系统的除湿腔中的环境空气的方法的流程图。
具体实施方式
本公开的实施例将通过参照附图得到最好的理解，在整个附图中，相同的部分由相同的数字符号表示。容易理解，大体在本文的附图中描述并且图示的公开实施例的部件能够设置并且设计为多种不同的配置。由此，本公开的系统和方法的实施例的以下具体实施方式不旨在限制所要求的本公开的范围，仅代表本公开可能的实施例。另外，方法的步骤不必以任何具体顺序执行，甚至无需顺序执行，也不需要对步骤仅执行一次，除非另有说明。
在某些情况下，未详细示出或者描述已知的特征、结构或者操作。此外，所描述的特征、结构或者操作在一个或多个实施例中可以以任何合适的方式组合。将理解的是，一般在本文的附图中描述并且图示的某些实施例的部件能够设置并且设计为多种不同的配置。
图1图示了在根据本文公开的实施例的运载工具100中的示例性电池系统102的框图。运载工具100可以为机动车辆、海上运载工具、航空器和/或任何其他类型的运载工具；并且可以包括内燃机（“ICE”）传动系统、电动机传动系统、混合发动机传动系统、FC传动系统和/或任何其他类型的适用于并入本文所公开的系统和方法的传动系统。运载工具100可以包括电池系统102，该电池系统102在某些实施例中可以为HV电池系统。HV电池系统可以用于为（例如，在电动、混合或者FC动力系统中的）电传动系统部件和车厢气候控制系统供电，该车厢气候控制系统可以包括加热器和/或压缩机。在进一步的实施例中，电池系统102可以为低电压电池（例如，铅酸12V汽车电池）并且可以配置为向运载工具100的各种系统供应电能，这些系统包括例如运载工具起动器系统（例如，起动电动机）、照明系统、点火系统等。更进一步的，在一些实施例中，电池系统可以配置为在轻度混合应用中操作并且可以具有中间范围的电压（例如，约42伏特）。
冷却系统110可以配置为生成用于将电池系统102的温度维持在具体范围内的冷却剂流（例如，水-乙二醇、介电液体、制冷剂、空气）。冷却系统110可以通过一个或多个冷却剂线路116与电池系统102流体连通。在某些实施例中，当冷却剂流经电池系统102时，它可以从电池系统102吸收热量。加热后的冷却剂可以流回冷却系统110，由冷却剂吸收的热量在冷却系统110处可以被转移至环境中。如下面更详细地论述的，冷却系统110可以进一步用于与除湿系统（诸如在图2中所图示的系统）结合，该除湿系统在环境空气进入电池系统102之前对其进行调节。
电池系统102可以包括电池控制系统104。电池控制系统104可以配置为监测并且控制电池系统102的某些操作。例如，电池控制系统104可以配置为监测并且控制电池系统102的充电和放电操作。在某些实施例中，电池控制系统104可以通信地与一个或多个传感器106（例如，电压传感器、电流传感器、温度传感器、湿度传感器等）和/或配置为使电池控制系统104能够监测并且控制电池系统102的操作的其他系统联接。
来自传感器106的信息可以被控制系统104使用以操作冷却系统110，以便调节来自环境的流入电池系统102的空气。温度和/或湿度传感器106可以向电池控制系统104提供数据，电池控制系统104又可以配置为监测在电池系统102内的湿度并且合适地操作冷却系统110，以便对进入电池系统102的环境空气进行除湿以防止在电池系统102内冷凝。
电池控制系统104可以进一步配置为向运载工具100中包括的其他系统提供信息和/或从运载工具100中包括的其他系统接收信息。例如，电池控制系统104可以通信地与内部运载工具计算机系统108和/或冷却系统110联接。在某些实施例中，电池控制系统104可以至少部分地配置为向运载工具100的用户、运载工具计算机系统108和/或冷却系统110提供有关电池系统102的信息。这类信息可以包括例如，电池电荷状态信息、电池操作时间信息、电池操作温度信息和/或有关电池系统102的任何其他信息。
电池系统102可以包括一个或多个大小适合于向运载工具100提供电力的电池组112。每个电池组112可以包括一个或多个分部（subdivision）114。分部114可以包括子组，每个子组可以包括一个或多个利用任何合适电池技术的电池单元。合适的电池技术可以包括例如，铅酸、镍-金属氢化物（“NiMH”）、锂离子（“Li-Ion”）、锂离子聚合物、锂空气、镍镉（“NiCad”）、阀控式铅酸（“VRLA”）（包括吸附式玻璃纤维棉（“AGM”））、镍锌（“NiZn”）、熔盐（例如，ZEBRA 电池）、镍锰钴（“NMC”）、磷酸铁锂（“LFP”）、锂锰氧化物（“LMO”）和/或其他合适的电池技术及其组合（例如，混合化学电池技术）。
每个分部114可以与传感器106相关联，该传感器106配置为测量与每个电池分部114相关联的一个或多个参数（例如，电压、电流、阻抗、温度等）。虽然图1图示了与每个电池部段114相关联的单独传感器106，但在一些实施例中，也可以利用配置为测量与多个分部114相关联的各种参数的传感器。由传感器106测量的参数可以提供至电池控制系统104。利用电参数，电池控制系统104和/或任何其他合适的系统可以协调电池系统102的操作。
在一个具体实施例中，电池系统102可以包括配置为在低于35℃的温度下操作的锂离子电池。随着电池技术的发展，更高温度范围变得可用于锂离子电池系统。例如，可设想某些实施例可以配置为在高于35℃的温度下操作。
在一些情况下，电池系统102或者其部分（例如，冷却剂管道）可以处于低于环境空气的温度下。由于蒸汽容量是温度的函数，因此在电池系统102内的空气的蒸汽容量可以低于环境蒸汽密度。在这种环境下，进入电池系统102的环境空气可以经受其蒸汽容量减少，以及冷凝物可以在电池附近形成。如在图2中更详细地论述的，除湿腔可以用于调节进入电池舱的空气并且减少或者消除在电池系统102附近形成冷凝物。
图2图示了包括根据本公开的除湿腔218系统的系统200的功能框图。电池舱202可以容纳电池214，电池214包括多个串联电设置的电池分部214a-214f。在一些实施例中，电池分部214a-214f每一个可以包括多个电池单元。冷却系统210可以提供闭环路径，通过闭环路径，冷却剂可以流经系统200。电池214的温度可以通过由冷却系统210控制递送至电池214的冷却剂流而维持在温度范围内。
冷却剂可以通过冷却剂线路216a流至系统200（如箭头217a所指示的）并且可以通过冷却剂线路216b从系统200流出（如箭头217b所指示的）。在所图示的实施例中，经过冷却剂线路216a的冷却剂在流到电池舱202之前流到除湿腔218中。在所图示的实施例中，冷却剂线路216在电池舱202中分支并且通过多个电池分部214a-214f流入多个平行通道。在替代实施例中，冷却剂可以连续流经多个电池分部214a-214f。进一步地，在替代实施例中，冷却剂流的方向可以颠倒（即，箭头217a、217b的方向可以颠倒），从而使冷却剂流在进入除湿腔218之前进入电池舱202。更进一步地，在每个实施例中，冷却剂线路216b还可以通过除湿腔218离开电池舱202。
换热器220可以方便从除湿腔218中的环境空气转移热量。环境空气的输入流206可以通过孔224进入除湿腔218。在一些实施例中，环境空气的输入流206可以通过对流生成，而在其他实施例中可以使用主动部件生成环境空气流206。环境空气流206可以通过孔224进入除湿腔218并且可以通过换热器220。在每个实施例中，膜（未示出）可以部分地或者全部跨过孔224设置。在一些实施例中，膜可以包括液透膜。在其他实施例中，孔224可以由多孔材料代替，该多孔材料配置为允许环境空气流206进入除湿腔218。
通过冷却剂线路216a的冷却剂流可以使环境空气的输入流206冷却。冷却环境空气的输入流206可以减少环境空气的输入流206的水蒸气容量。如果环境空气的输入流206的温度降至低于露点，则可能发生冷凝。因此，由环境空气的输入流206携带的任何过剩水分均可以冷凝为液体水并且形成冷凝物。在除湿腔218中形成的冷凝物可以通过孔224从除湿腔218排出。
除湿腔218的温度可以低于电池舱202，因为来自冷却系统210的冷却剂在通过电池舱202之前通过除湿腔218。进一步地，由于电池214的操作，电池舱202可以维持高于除湿腔218的温度，由于通过电化学反应存储和释放电能，所以可以生成热量。因此，冷凝物（如果有的话）可以形成在除湿腔218而非电池舱202中。
透气膜222可以使除湿腔218和电池舱202隔开。透气膜222可以使已经由换热器220冷却的经调节的空气（例如，经冷却的空气和经除湿的空气）能够从除湿腔218传递至电池舱202。在一个实施例中，透气膜222可以由聚四氟乙烯形成，聚四氟乙烯透气和透蒸汽但不透液体。在其他实施例中，可以使用替代材料。进一步地，这类材料可以透液体或者不透液体。在其他实施例中，膜222可以省略，以及孔可以允许经调节的空气从除湿腔218传递至电池舱202。空气的输出流212可以通过透气膜222从电池组件离开并且进入除湿腔218。
在一些实施例中，干燥剂226可以设置在除湿腔218中以进一步协助对环境空气的输入流206除湿。干燥剂226可以包括硅胶或者其他吸湿物质（例如，氯化锌和氯化钙，以及氢氧化钾和氢氧化钠）或者任何其他类型的干燥剂。在图示的实施例中，除湿腔218包括用于对环境空气的输入流206除湿的两种技术，即干燥剂226和冷却剂流217a。在其他实施例中，可以仅使用一种除湿技术。干燥剂226可以定期替换或者再生。
图3图示了处理在根据本公开的电池系统的除湿腔中的环境空气的方法300的流程图，该方法可以始于302。在304处，可以提供除湿腔。在一些实施例中，除湿腔可以与在上面所描述的并且结合图2图示的电池系统中包括的除湿腔相似。
在306处，环境空气流可以通过孔被接收并且进入除湿腔。在一些实施例中，环境空气流可以通过使用，例如，在环境与除湿腔之间的压力差被动生成。压力差可以归因于在除湿腔与环境之间的温差。压力差可以使空气从环境流入除湿腔或者从除湿腔流出。进一步地，空气流可以随着运载工具海拔的增减由气压变化诱导。例如，随着运载工具海拔降低，气压增加。由于气压增加，空气可以流入除湿腔。随着运载工具海拔增加，相同的过程可以逆向发生。在各个实施例中，环境空气流可以被动生成，而在其他实施例中，环境空气流可以利用空气循环装置（例如，电扇）主动生成，而在其他实施例中，环境空气流可以被动生成。
在308处，冷却剂流可以通过使用冷却系统生成。在每个实施例中，冷却系统可以体现为闭环制冷系统。在310处，经调节的空气流可以通过在冷却剂流与环境空气流之间的热相互作用在除湿腔中产生。在一个实施例中，冷却剂可以流经设置在除湿腔中的换热器，从而冷却在除湿腔中的周围空气。在各个实施例中，换热器可以体现为包括多个散热片以提供大表面面积的液体至空气换热器。冷却剂可以流经液体至空气换热器并且可以在空气与多个散热片热相互作用时冷却在换热器周围的空气。在另一示例中，铝泡沫可以与换热器结合使用以增加在换热器与在除湿腔中的空气之间的热相互作用的表面面积。由于在除湿腔中的空气的冷却，可以减少空气的蒸汽容量。如果经调节的空气的温度降至低于露点，则冷凝物可以形成在除湿腔中。在一些实施例中，冷凝物可以在重力的影响下从除湿腔排出。在一个特定实施例中，冷凝物可以从通风孔排出，环境空气流通过该通风孔进入除湿腔。在一些实施例中，膜可以设置在通风孔上。膜可以透气和/或透水，但可以防止碎片和其他物体进入除湿腔。
在312处，经调节的空气流可以通过透气膜传递至电池舱。在一些实施例中，透气膜可以不透液体。在一些实施例中，电池舱的温度可以大于除湿腔的温度。电池腔的更高温度导致蒸汽容量增加。由此，在电池腔中，可以减少或者消除在电池腔中形成冷凝物。电池腔的更高温度可由设有电池腔的电池所生成的热量所导致。由于通过电化学反应存储和释放电能，所以电池可以生成热量。在一些实施例中，可以通过使冷却剂流首先通过电池除湿腔随后通过电池腔来维持电池舱中的更高温度。当然，在替代实施例中，冷却剂流可以首先通过电池腔随后通过除湿腔。
在314处，冷却剂流可以冷却容纳在电池舱中的电池。在各个实施例中，冷却剂流可以配置为将电池温度维持在预定范围内。在一个具体实施例中，预定范围包括在约5℃与约45℃之间。
虽然已经图示并且描述了本公开的具体实施例和应用，但要理解，本公开不限于本文所公开的精确配置和部件。因此，在不脱离本公开的根本原则的情况下，上面描述的实施例的细节可以发生很多变化。因此，本发明的范围应该仅由所附权利要求书确定。

Claims (10)

1.一种减少在电池舱中形成冷凝物的系统，所述系统包括：
冷却系统，所述冷却系统配置为产生冷却剂流；
除湿腔，所述除湿腔包括：
通风孔，所述通风孔配置为：
允许来自环境的环境空气流进入所述除湿腔；以及
允许在所述除湿腔中形成的冷凝物从所述除湿腔排出；以及
换热器，所述换热器配置为从所述冷却系统接收冷却剂流，并且配置为由在所述冷却剂流与所述环境空气流之间的热相互作用产生经调节的空气流；以及
电池舱，所述电池舱配置为容纳电池，并且进一步配置为接收所述经调节的空气流和所述冷却剂流，所述冷却剂流进一步配置为冷却所述电池；
其中，所述冷却剂流包括通过所述除湿腔和所述电池舱的闭环路径。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述冷却剂流在所述冷却剂流传递至所述电池舱之前穿过所述换热器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述通风孔配置为使所述冷凝物在重力的影响下排出。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述环境空气流由在环境与所述除湿腔之间的压力差生成。
5.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括设置在所述除湿腔与所述电池舱之间的透气膜，所述透气膜配置为允许所述经调节的空气流在所述除湿腔与所述电池舱之间传递。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述透气膜是不透液体的。
7.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括设置在所述除湿腔中的干燥剂，所述干燥剂配置为从所述环境空气流吸收水分。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述冷却系统进一步配置为将所述除湿腔中的第一温度维持为低于所述电池舱中的第二温度。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述冷却系统进一步配置为将所述电池的第三温度维持在5℃与35℃之间。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电池包括锂离子电池。
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