CN106374156B

CN106374156B - 电池组热交换器

Info

Publication number: CN106374156B
Application number: CN201610570677.8A
Authority: CN
Inventors: 戴夫·莫斯凯特; 拉贾拉姆·萨勃拉曼尼亚; 干乍那·佩鲁马拉; 撒拉乌安南·帕拉玛斯瓦木
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2036-07-19
Also published as: DE102016113346A1; CN106374156A; US10224584B2; US20170025721A1

Abstract

示例性电池组热交换器包括外壳的壁，以及热交换器盖，该热交换器固定抵靠壁以便提供接收流体的腔体以便与腔体外部的电池阵列交换热能。管理电池组热能的示例性方法包括移动流体穿过电池组外壳壁内的腔体以便调节电池组的热能水平。

Description

电池组热交换器

技术领域

本发明涉及一种电池组的热交换器。更具体地说，本发明涉及一种集成到电池组外壳的一部分的热交换器。热交换器可以包括增加设计适应性的多个流体端口。

背景技术

电动车辆通常不同于常规的机动车辆，因为电动车辆使用一个或多个靠电池供电的电机选择性地驱动。与电动车辆相比，常规的机动车辆仅使用内燃发动机驱动。代替内燃发动机或除了内燃发动机之外，电机可以驱动电动车辆。电动车辆的示例包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、燃料电池车辆(FCV)以及电池电动车辆(BEV)。

典型地，牵引电池包括至少一组设置在冷板上的电池单元。外壳将电池单元和板容纳在开放区域。外壳与板隔开。流体通过贯穿外壳的进口和出口导管与板连通。板和流体管理电池组中的热能，这可以提高效率并且抑制不需要的热能积聚。

发明内容

一种根据本发明的示例性方面的电池组热交换器，除了其他方面以外包括外壳的壁，以及热交换器盖，该热交换器固定抵靠壁以便提供接收流体的腔体以便与腔体外部的电池阵列交换热能。

在前述电池组热交换器的另一非限制性实施例中，外壳提供接收电池阵列的开放区域。

在任一前述电池组热交换器的另一非限制性实施例中，电池阵列支撑在壁的支撑表面上并且热交换器盖被固定到壁的外部表面，该外部表面与支撑表面相对。

在任一前述电池组热交换器的另一非限制性实施例中，电池组热交换器包括盖，以及外壳的壁是被固定到盖以便提供开放区域的托盘。

在任一前述电池组热交换器的另一非限制性实施例中，电池组热交换器包括在热交换器盖或壁内的多个流体端口。流体端口提供不只一个将流体进口导管连接到腔体的连接点，不只一个将流体出口导管连接到腔体的连接点，或者不只一个将流体出口导管或流体进口导管连接到腔体的连接点。

在任一前述电池组热交换器的另一非限制性实施例中，至少一个流体端口在热交换器盖的第一端区域内，以及至少一个流体端口在热交换器盖的第二端区域内。第一端区域与第二端区域相对。

在任一前述电池组热交换器的另一非限制性实施例中，至少一个流体端口在壁的第一端区域内，以及至少一个流体端口在壁的第二端区域内，第一端区域与第二端区域相对。

在任一前述电池组热交换器的另一非限制性实施例中，电池组热交换器包括分隔部，该分隔部将腔体至少分成第一区域和单独的部分。

在任一前述电池组热交换器的另一非限制性实施例中，第一区域配置为在第一方向上将一定量的流体传送通过腔体，以及第二区域配置为在与第一方向相反的第二方向上将一定量的流体传送通过腔体。

在任一前述电池组热交换器的另一非限制性实施例中，电池组热交换器包括开口，该开口允许在腔体的第一区域中的该一定量的流体移至腔体的第二区域。

在任一前述电池组热交换器的另一非限制性实施例中，热交换器盖可在第一位置被固定到壁以及可供选择地可在第二位置被固定到壁。开口在当热交换器盖处于第一位置时比在当热交换器盖处于第二位置时更靠近壁的第一轴端。

一种根据本发明的另一示例性方面的管理电池组热能的方法，除了其他方面以外包括使流体移动穿过腔体，该腔体至少部分由电池组的壁提供。移动是用于调节电池组的热能水平。

在前述方法的另一非限制性实施例中，流体吸收来自电池组的热能。

在任一前述方法的另一非限制性实施例中，壁是电池组外壳的壁。

在任一前述方法的另一非限制性实施例中，外壳托盘提供壁。

在任一前述方法的另一非限制性实施例中，方法包括将热交换器盖固定到壁以便提供腔体。

在任一前述方法的另一非限制性实施例中，热交换器盖可在第一位置和不同于第一位置的第二位置被固定到壁。

在任一前述方法的另一非限制性实施例中，处于第一位置的盖相对于处于第二位置的盖旋转180°。

在任一前述方法的另一非限制性实施例中，壁和热交换器盖提供多个流体端口，该多个流体端口提供不只一个将流体进口导管连接到腔体的连接点，不只一个将流体出口导管连接到腔体的连接点，或者不只一个将流体出口导管或流体进口导管连接到腔体的连接点。

附图说明

从具体实施方式中，本发明的示例的各种特征和优势对本领域技术人员将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图简要说明如下：

图1说明了用于示例电动车辆的动力传动系统的高度示意视图；

图2说明了来自图1的动力传动系统的电池组的分解图以及一定量的热交换器流体流向和来自电池组的局部示意图；

图3说明了与图2的电池组一起使用的电池组热交换器的分解透视图；

图4说明了图3的电池组热交换器的另一分解透视图；

图5说明了图3的电池组热交换器的第一端的透视图，热交换器盖在第一位置托靠于壁；

图6说明了图3的电池组热交换器的相对的第二端的透视图，热交换器盖在第一位置托靠于壁；

图7说明了图6的沿线7-7的剖视图；

图8说明了图6的沿线8-8的剖视图；

图9说明了来自图3的电池组热交换器的托盘的透视图；

图10说明了来自图3的电池组热交换器的热交换器盖的端部的透视图；

图11说明了图3的电池组热交换器的第一端的透视图，热交换器盖在第二位置托靠于壁；

图12说明了图3的电池组热交换器的第二端的透视图，热交换器盖在第二位置托靠于壁；

具体实施方式

本发明涉及用于电池组的热交换器。更具体地说，本发明涉及集成到电池组外壳的一部分的热交换器。热交换器提供用于设置进口导管的多种选择和用于设置出口导管的多种选择。

参照图1，混合动力电动车辆(HEV)的动力传动系统10包括具有多个阵列18的电池组14、内燃发动机20、马达22和发电机24。马达22和发电机24是电机类型。马达22和发电机24可以是分开的或具有组合的马达-发电机的形式。

在该实施例中，动力传动系统10是使用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分配动力传动系统。第一和第二驱动系统产生扭矩以驱动一组或多组车辆驱动轮28。第一驱动系统包括发动机20和发电机24的组合。第二驱动系统至少包括马达22、发电机24和电池组14。马达22和发电机24是动力传动系统10的电驱动系统的一部分。

发动机20和发电机24可以通过动力传输单元30例如行星齿轮组连接。当然，可以使用包括其它齿轮组和变速器的其它类型的动力传输单元将发动机20与发电机24连接。在一个非限制实施例中，动力传输单元30是包括环形齿轮32、中心齿轮34和行星齿轮架总成36的行星齿轮组。

发电机24可以通过动力传输单元30由发动机20驱动以将动能转化为电能。可供选择地发电机24可以起到马达的作用以将电能转化为动能，从而将扭矩输出至与动力传输单元30连接的轴38。

动力传输单元30的环形齿轮32与通过第二动力传输单元44和车辆驱动轮28连接的轴40连接。第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其它动力传输单元也可以在其它示例中使用。

齿轮46将来自发动机20的扭矩传递给差速器48以最终给车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括使得扭矩能够传递给车辆驱动轮28的多个齿轮。在该示例中，第二动力传输单元44通过差速器48与车轴50机械连接以将扭矩分配给车辆驱动轮28。

可以选择性地使用马达22以通过将扭矩输出至也与第二动力传输单元44连接的轴54来驱动车辆驱动轮28。在该实施例中，马达22和发电机24配合作为再生制动系统的一部分，在该再生系统中马达22和发电机24可以都被用作马达以输出扭矩。例如，马达22和发电机24的每个可以输出电力从而给电池组14的电池单元再充电。

现在在继续参照图1的情况下参照图2，在这个示例中，外壳60包括托盘64和盖68，托盘64和盖68结合为提供开放区域以便容纳电池组14的阵列18。

电池组14包括电池组热交换器70。电池组热交换器70包括固定到由外壳60的托盘64提供的壁78的热交换器盖74。

在操作过程中，阵列18以及电池组14的可能的其它部分产生热能。流体可以穿过电池组热交换器70以便移除来自电池组14的热能。流体例如可以是冷却剂。

在一些示例中，电池组热交换器70使用流体加热电池组14。例如在冷启动过程中可能需要加热电池组14。

在这个示例中，盖74被托靠于壁78以便提供电池组热交换器70。壁78是托盘64的底板或面向下的一侧。

在另一示例中，盖74被固定到侧壁80、上壁82或壁78、侧壁80、以及上壁82的一些组合。

阵列18设置在壁78的支撑表面86上。盖74固定到壁78的背向表面86的表面88。

盖74固定到壁78的表面88以便提供腔体90。流体从流体供应处92移向进口94并且进入腔体90。如果流体被用于冷却电池组14，则腔体90内的流体接收热能。已经被加热的流体穿过出口96至散热器98。热能在散热器98处离开流体传递。一旦被冷却，流体从散热器98返回至流体供应处92。

腔体90内的流体可以被用于冷却(或加热)电池组14。因此，在电池组14内不需要独立的热交换器板，而在一些现有技术设计中是需要的。

现在在继续参照图2的情况下参照图3-10，电池组热交换器170的示例实施例包括热交换器盖174和壁178。可以在电池组14内使用热交换器170。电池组外壳提供壁178。具体地，壁178是托盘164的提供电池组外壳的竖直的底部或面向下的一侧的壁。

盖174的一部分和壁178隔开以便使盖174托靠于壁178而提供腔体190。电池组14的阵列18可以靠近腔体190设置在壁178上。流体穿过腔体190以便管理电池组14的阵列18和其它区域的热能水平。示例壁178不完全是平坦的并且可以包括突出物或延伸部。

在这个示例中，壁178包括分隔部102并且盖174提供凹槽104。当盖174如图5和6所示被托靠于壁178时，分隔部102部分地接收在凹槽104内。

在另一示例中，盖174提供分隔部102，或分隔部102的若干部分，以及壁178提供凹槽104，或凹槽104的若干部分。

分隔部102将腔体190分成第一区域106和第二区域108。在腔体190内移动的流体可以通过第一开口112或第二开口116从第一区域106移向第二区域108，以及从第二区域108移向第一区域106。

在这个示例中，盖174包括阻挡凸缘122，当盖174在图5和6所示的位置时，阻挡凸缘122阻挡一些或所有流体穿过第一开口112。

盖174和壁178包括多个流体端口126。每个流体端口126提供将腔体190连接到进口导管I或出口导管O(参见图3和4)的连接点。例如，进口导管I可以被压配合到其中一个流体端口126，以及出口导管O可以被压配合到另一个流体端口126。

示例盖174包括四个流体端口126。如果需要的话可以包括其他数量的流体端口126。

流体端口126中的两个设置在腔体190的第一端142。在托盘164内的两个流体端口126设置在腔体190的第二端152。因此，示例托盘164提供了用于将进口导管I连接到腔体190的四个可行的位置以及用于将出口导管O连接到腔体190的四个可行的位置。当然，在这个示例中，如果进口导管I被连接到其中一个流体端口126，则该流体端口126不再是用于连接出口导管O的一种选择，并且反之亦然。

托盘164是金属材料例如铝的铸件。在其它示例中，托盘164由除了铸造之外的工艺例如注塑成型工艺制造。

将托盘164铸造为包括在铸造之后阻挡流体通过流体端口126移进、移出腔体190的材料。例如，在铸造托盘164之后材料将立即横跨孔A。

如果其中一个流体端口126被用作腔体190的进口，则二级加工例如钻孔加工被用于移除孔A内的阻止流体穿过该流体端口126移向腔体190的材料。二级加工提供了用于流体通过所选择的流体端口126从进口导管移至腔体190的通路。

在其它示例中，托盘164被铸造有插入部，该插入部阻挡材料在需要进口或出口的流体端口126内延伸。

类似地，如果其中一个流体端口126被用作腔体190的出口，则二级加工例如钻孔加工被用于移除孔A内的阻挡流体通过流体端口126从腔体190移动的材料。

如果托盘164中的其中一个流体端口126被用作进口，以及托盘164中的其中一个流体端口126被用作出口，则不从与剩余的流体端口126相关的孔内移除材料。这个材料阻挡流体通过托盘164中的剩余的两个流体端口126的移动。因此，流体不通过剩余的流体端口126从腔体190移动。然而，这些剩余的两个流体端口仍然被铸造至托盘164中，以及在这个示例中可以连接到进口导管或出口导管，甚至材料在孔中。因此，在铸造之后，设计者可以选择用于进口和出口的所需的流体端口126，以及然后从与那些流体端口126相关的孔A移除材料。

示例盖174包括两个流体端口126。如果需要的话可以包括其它数量的流体端口126。盖174中的流体端口126可以被用作腔体190的进口或腔体190的出口而不是托盘164中的流体端口126的进口或出口。进口导管I和出口导管O可选择地被连接到盖174中的流体端口126。

盖174是铸件。在其它示例中，盖174由除了铸造之外的工艺例如注塑成型工艺制造。将盖174铸造为包括在铸造之后阻挡流体通过流体端口126移进、移出腔体190的材料。例如，在铸造盖174之后材料将立即横跨与盖174中的两个流体端口126相关的孔。

如果需要腔体190的进口通过盖174的其中一个流体端口126，则对盖174内的流体端口126进行二级加工以便移除阻止流体通过该流体端口126穿过进口导管进入腔体190的材料。

类似地，如果需要盖174中的其中一个流体端口126用作腔体190的出口，则二级加工可以被用于移除阻挡通过该流体端口126从腔体190流动的材料。

在其它示例中，盖174被铸造有插入部，该插入部阻挡材料在需要进口或出口的流体端口126内延伸。

盖174中的两个流体端口126提供了连接进口导管或出口导管的位置以便导管从腔体190竖直向下延伸。托盘164内的四个流体端口126提供了连接进口导管或/和出口导管以便导管从腔体190横向延伸，或在一些其他方向上延伸的位置。

在其它示例中，盖174中的流体端口可以提供连接进口导管或/和出口导管以便导管从腔体190横向延伸的位置。在其它示例中，托盘164中的流体端口可以提供连接进口导管或/和出口导管以便导管从腔体190横向延伸，或在其他方向上延伸的位置。

在一个特别的实施例中，流体端口126_I被用作腔体190的进口并且流体端口126_O被用作腔体190的出口。材料保留在与盖174和托盘164中的剩余的流体端口126相关的孔中。

流体穿过流体端口126_I进入腔体190的第一区域106。分隔部102和阻挡凸缘122迫使一定量的流体通过流体端口126_I进入腔体190以便在方向D₁上大体上沿着腔体190的第一区域106移动。该一定量的流体在第一方向D₁上穿过第一区域106直至其到达第二开口116。

然后该一定量的流体改变方向并且穿过第二开口116进入第二区域108。在第二区域108内，该一定量的流体总体上在方向D₂上移动直至到达出口148_O。

因此，分隔部102和阻挡凸缘122迫使流体流动大体上流过腔体190的所有区域，这可以促进冷却或加热电池组14的效率。阻挡凸缘122和分隔部102阻挡还没有穿过第二开口116的流体从第一区域106移至第二区域108。

用机械紧固件将示例盖174固定到热交换器托盘。具体地，一组周边机械紧固件156设置为围绕盖174的周边。紧固件156被接收在由托盘164提供的相应的插孔158内。在其它示例中可以使用其它连接技术。

此外，用紧固件162将示例盖174固定到托盘164，当盖174托靠于托盘164时，紧固件162接收在与托盘164的腔体190对齐的孔166内。这些紧固件的一些接收于柱状部172内的孔中，柱状部172形成了分隔部102的一部分，或横跨腔体190的第一区域106或第二区域108。

密封件176可以设置为围绕腔体190的周边以便阻止腔体190的流体泄漏。密封件176可以是垫片密封件，或可以是粘合剂类型。类似的密封件可以围绕柱状部172内的孔设置。密封件176阻止流体通过这些孔泄漏。

在图5和6中，盖174在第一位置被固定到托盘164。参照图11和12，盖174在第二位置被固定到托盘164。在第二位置，盖174相对于托盘164从第一位置旋转180°。

当盖174处于第二位置时，阻挡凸缘122位于第二开口116内。进一步地，托盘内的流体端口126设置为靠近第二端152而不是靠近第一端口142。

因为盖174可在第一位置和第二位置被固定到托盘164，所以设计者具有甚至更大的灵活性来定位进口导管I和出口导管O。

例如，当盖174中的其中一个流体端口126被用作腔体190的进口时，进口可以设置为通过将盖174抵靠托盘164固定在第一位置或第二位置而靠近第二端152靠近腔体190的第一端142或者第二端152。

进一步地，将盖174定位在第一位置或第二位置使阻挡凸缘122能够阻挡流体穿过第一开口112或第二开口116以便设计者可以提供冷却剂通过腔体190所需的路径。

例如，设计者可以要求使冷却剂通过第一开口112而不是第二开口116从第一区域106移至第二区域108。因此，设计者可以将盖174设置在图11和12的位置以便使阻挡凸缘122移至适当的位置。

本公开的示例的一些特征包括将多个流体端口设置在托盘和热交换器盖内，这给设计者提供了用于管理电池组中的热能的灵活性。根据封装限制和设计者的要求可以重新定位腔体的进口和出口。另一特征包括将热交换器结合到电池组而无需要求电池组的外壳内的单独的热交换器板。

前面的说明书实质上是示例性的而并非限制。对本公开的示例做出的不必脱离本发明实质的变形和变化对本领域技术人员是显而易见的。因此，本发明的法律保护范围只通过研究下面的权利要求确定。

Claims

1.一种电池组热交换器，包含：

外壳的壁，所述外壳提供接收电池阵列的开放区域；

热交换器盖，所述热交换器盖固定抵靠所述壁以便提供接收流体的腔体以便与所述腔体外部的电池阵列交换热能；以及

进一步包含在所述热交换器盖或所述壁内的多个流体端口，所述多个流体端口中的至少一个所述流体端口在所述热交换器盖的第一端区域内，以及在所述多个流体端口中的至少一个所述流体端口在所述热交换器盖的第二端区域内，所述第一端区域与所述第二端区域相对。

2.根据权利要求1所述的电池组热交换器，其中所述电池阵列支撑在所述壁的支撑表面上并且所述热交换器盖被固定到所述壁的外部表面，所述外部表面与所述支撑表面相对。

3.根据权利要求1所述的电池组热交换器，进一步包含盖，其中所述外壳的所述壁是被固定到所述盖以便提供所述开放区域的托盘。

4.根据权利要求1所述的电池组热交换器，所述多个流体端口提供不只一个将流体进口导管连接到所述腔体的连接点或者不只一个将流体出口导管连接到所述腔体的连接点。

5.根据权利要求4所述的电池组热交换器，其中所述多个流体端口中的至少一个所述流体端口在所述壁的第一端区域内，以及在所述多个流体端口中的至少一个所述流体端口在所述壁的第二端区域内，所述第一端区域与所述第二端区域相对。

6.根据权利要求1所述的电池组热交换器，进一步包含分隔部，所述分隔部将所述腔体至少分成第一区域和第二区域。

7.根据权利要求6所述的电池组热交换器，其中所述第一区域配置为在第一方向上将一定量的流体传送通过所述腔体，以及所述第二区域配置为在与所述第一方向相反的第二方向上将一定量的流体传送通过所述腔体。

8.根据权利要求7所述的电池组热交换器，进一步包含开口，所述开口允许在所述腔体的所述第一区域中的所述一定量的流体移至所述腔体的所述第二区域。

9.根据权利要求8所述的电池组热交换器，其中所述热交换器盖可在第一位置被固定到所述壁以及可供选择地可在第二位置被固定到所述壁，所述开口在当所述热交换器盖处于所述第一位置时比在当所述热交换器盖处于所述第二位置时更靠近所述壁的第一横向轴端。