CN107719144B - 用于车辆电池的热交换板总成 - Google Patents

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Abstract

根据本公开示例性方面的一种电池总成，除其他外包括多个电池单元和与多个电池单元接触的热交换板总成。热交换板总成包括丝网结构。

Description

用于车辆电池的热交换板总成
技术领域
本公开涉及一种用于电动车辆的电池总成。电池总成具有包括丝网结构的热交换板总成。
背景技术
需要降低汽车燃料消耗和排放是众所周知的。因此，正在开发减少或完全消除依赖内燃发动机的车辆。电动车辆是为此目的而开发的一类车辆。电动车辆与传统机动车辆总体上不同，这是因为电动车辆选择性地由电池供电的电机驱动。相比之下，传统的机动车辆完全依靠内燃发动机来推进车辆。
采用高电压电池总成来为电动车辆的电机供电。电池总成包括由多个电池单元构成的电池阵列。外壳总成容纳电池阵列。可以将冷板设置成与电池单元接触，以对由电池单元产生的热量进行热管理。
发明内容
根据本公开的示例性方面的电池总成，除其他外包括多个电池单元和与多个电池单元接触的热交换板总成。热交换板总成包括丝网结构。
在上述电池总成的另一个非限制性实施例中，丝网结构包括彼此间隔的第一组平行线和彼此间隔开的第二组平行线。第一组线和第二组线交织在一起。
在任何上述电池总成的另一个非限制性实施例中，第一组线和第二组电线是金属线。
在任何上述电池总成的另一个非限制性实施例中，热交换板总成还包括在丝网结构的第一侧上的第一面板(facesheet)和在丝网结构的相对第一侧的第二侧上的第二面板。
在任何上述电池总成的另一个非限制性实施例中，第一组线和第二组电线交织为使得当以平行于第一面板的平面的方向上观察时，丝网结构具有矩形定向。
在任何上述电池总成的另一个非限制性实施例中，丝网结构设置为使得第一组线中的每个线具有大致垂直于由第一面板限定的平面来延伸的相应纵向轴线，并且使得第二组线中的每个线具有大致平行于该平面来延伸的相应纵向轴线。
在任何上述电池总成的另一非限制性实施例中，第一组线和第二组线交织为使得当从垂直于第一面板的平面的方向观察时，丝网结构具有矩形定向。
在任何上述电池总成的另一个非限制性实施例中，丝网结构定向为使得第一组线中的每个线具有大致平行于由第一面板限定的平面来延伸的相应纵向轴线，并且使得第二组线中的每个线具有大致平行于该平面并且大致垂直于第一组线的纵向轴线来延伸的相应的纵向轴线。
在任何上述电池总成的另一个非限制性实施例中，第一组线和第二组线交织为使得当以平行于第一面板的平面的方向上观察时，丝网结构具有菱形定向。
在任何上述电池总成的另一个非限制性实施例中，丝网结构定向为使得第一组线中的每个线具有相对于由第一面板限定的平面以第一锐角延伸的相应纵向轴线，并且使得第二组线中的每个线具有相对于该平面以第二锐角延伸的相应纵向轴线。
在任何上述电池总成的另一个非限制性实施例中，通过关于垂直于该平面的轴线反射第一锐角来提供第二锐角。
在任何上述电池总成的另一个非限制性实施例中，在第一面板与第二面板之间提供流体流动路径。
在任何上述电池总成的另一个非限制性实施例中，热交换板总成包括流体入口和流体出口。流体入口和流体出口流体地连接到流体流动路径。
在任何上述电池总成的另一个非限制性实施例中，电池总成还包括封闭多个电池单元的壳体。壳体在第一侧和与第一侧相对的第二侧封闭流体流路。
在任何上述电池总成的另一个非限制性实施例中，热交换板总成通过中间隔热材料与多个电池单元接触。
根据本公开的示例性方面的总成，除其他外包括第一面板、第二面板和设置在第一面板与第二面板之间的丝网结构。
在上述总成的另一个非限制性实施例中，丝网结构包括彼此间隔开的第一组平行线和彼此间隔开的第二组平行线。第一组线和第二组线交织在一起。
在任何上述总成的另一个非限制性实施例中，第一组线和第二组线是金属线。
根据本公开的示例性方面的形成总成的方法，除其他外包括将面板结合到丝网结构上。
在上述方法的另一个非限制性实施例中，使用瞬态液相(TLP)钎焊将面板结合到丝网结构。
附图说明
图1示意性地示出了示例性的电动车辆；
图2示意性地示出了示例性的电池总成；
图3示出了示例性的热交换板总成；
图4A示出了形成热交换板总成的示例性方法的第一方面；
图4B示出了形成热交换板总成的示例性方法的第二方面；
图5A示出了热交换板总成的丝网结构的第一定向的前视图。在图5A中，丝网结构以菱形定向设置；
图5B是沿着图5A的线5B-5B截取的横截面图；
图6A示出了热交换板总成的丝网结构的第二定向的前视图。在图6A中，丝网结构以第一矩形定向设置；
图6B是沿着图6A的线6B-6B截取的横截面图；
图7A示出了热交换板总成的丝网结构的第三定向的前视图。在图7A中，金属丝网结构以第二矩形定向设置；
图7B是沿图7A的线7B-7B截取的横截面图。
具体实施方式
本公开涉及一种用于电动车辆的总成。该总成可以是包括用于对由电池总成的电池单元产生的热量进行热管理的热交换板总成的电池总成。在一个示例中，热交换板总成包括丝网结构，该丝网结构提供用于传热的增加的表面面积，并且还将热量分布到更远离电池单元的位置。这些特征和其他特征将在本具体实施方式的以下段落中更详细地讨论。
图1示意性地示出了用于电动车辆12的动力传动系统10。尽管示出为混合动力电动车辆(HEV)，但是应当理解，本文所述的观点不限于HEV，而可以扩展到包括但不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV)的其他电动车辆。
在一个实施例中，动力传动系统10是采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。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即第二电机)、发电机18和电池总成24。在该示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统产生扭矩以驱动电动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管示出了动力分配构造，但是本公开延伸到包括全混合动力车辆、并联混合动力车辆、串联混合动力车辆、轻度混合动力车辆或微型混合动力车辆的任何混合动力车辆或电动车辆。
在一个实施例中是内燃发动机的发动机14以及发电机18可以通过如行星齿轮组的动力传输单元30连接。当然，可以使用包括其他齿轮组和变速器的其它类型的动力传输单元，来将发动机14连接到发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传输单元30是行星齿轮组，其包括环形齿轮32、中心齿轮34和行星齿轮架总成36。
发电机18可以由发动机14通过动力传输单元30驱动，以将动能转换成电能。发电机18可以另外用作马达，以将电能转换成动能，从而向连接到动力传输单元30的轴38输出扭矩。因为发电机18可操作地连接到发动机14，因此发动机14的转速可由发电机18控制。
动力传输单元30的环形齿轮32可以连接到轴40，轴40通过第二动力传输单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传输单元也可以是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48，以最终为车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括能够将扭矩传递到车辆驱动轮28的多个齿轮。在一个实施例中，第二动力传输单元44通过差速器48机械连接到车桥50，以将扭矩分配到车辆驱动轮28。
马达22还可以用于通过向也连接到第二动力传输单元44的轴52输出扭矩来驱动车辆驱动轮28。在一个实施例中，马达22和发电机18作为再生制动系统的一部分来协作，在再生制动系统中，马达22和发电机18可以用作马达以输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自向电池总成24输出电力。
电池总成24是电动车辆电池的示例类型。电池总成24可以包括高电压牵引电池组，该高电压牵引电池组包括能够输出电力以操作马达22和发电机18的多个电池阵列或多组电池单元。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可用于对电动车辆12进行电力供电。
在一个非限制性实施例中，电动车辆12具有两种基本运行模式。电动车辆12可以在电动车辆(EV)模式下运行，其中马达22(通常无发动机14协助)用于车辆推进，从而将电池总成24的荷电状态消耗到在某些驾驶模式/周期下的其最大可允许放电率。EV模式是用于电动车辆12运行的电荷消耗模式的示例。在EV模式期间，例如由于一段时间的再生制动，电池总成24的荷电状态在某些情况下可能增加。在默认EV模式下发动机14通常为关闭(OFF)，但是必要时可以根据车辆系统状态或操作者允许的方式而运行。
此外，电动车辆12可以以混合动力(HEV)模式运行，其中发动机14和马达22都用于车辆推进。HEV模式是用于电动车辆12运行的电荷保持模式的示例。在HEV模式期间，电动车辆12可以减小马达22的推进使用，以便通过增加发动机14的推进使用来将电池总成24的荷电状态保持在恒定或近似恒定的水平。除了在本公开的范围内的EV和HEV模式之外，电动车辆12可以以其他操作模式运行。
图2示出了可并入电动车辆中的电池总成54。例如，电池总成54可以用于图1的电动车辆12中。电池总成54包括电池阵列56，可以将电池阵列56描述为用于向各种车辆部件供应电力的电池单元组。虽然图2中示出了两个电池阵列56，但是在本公开的范围内，电池总成54可以包括单个电池阵列或多个电池阵列。换言之，本公开不限于图2所示的具体构造。
每个电池阵列56包括可以沿着每个电池阵列56的跨度长度并排堆叠的多个电池单元58。尽管在图2的高度示意的描述中未示出，但是电池单元58使用母线总成彼此电连接。在一个实施例中，电池单元58是柱状的锂离子电池。然而，在本公开的范围内可以替代地使用具有其他几何形状(圆柱形、袋状等)和/或其它化学成分(镍-金属氢化物、铅酸等)的电池单元。
外壳总成60(图2中以虚线示出)围绕电池阵列56。外壳总成60限定用于容纳电池组56以及潜在的电池总成54的任何其它部件的内部66。在一个非限制性实施例中，外壳总成60包括托盘62和盖子64，盖子64形成围绕内部66的多个壁65。外壳总成60可以采取任何尺寸、形状或构型，并且不限于图2的特定构造。
在某些情况下，在充电和放电操作期间，电池阵列56的电池单元58可能产生热量。由于相对较热的环境条件，在车辆关闭状态期间，热量还可能被转移到电池单元58中。在如相对冷的环境条件的其它状况下，电池单元58可能需要加热。因此，热管理系统75可用于对电池单元58进行热调节(即加热或冷却)。
热管理系统75例如可以包括流体源77、入口79、出口81和热交换板总成70。在一些示例中，热交换板总成70可以称为作为冷板总成。在一个实施例中，入口79和出口81将流体源77流体连接到热交换板总成70，并且可以包括管道、软管、管等。如乙二醇或一些其它合适流体的流体F通过热交换板总成70的管道72从流体源77传输到入口79，然后经过热交换板总成70。流体F循环通过与电池单元58的一个或多个表面接触的热交换板总成70，以向电池总成54添加热量或从其中移除热量。换言之，流体F可以增强由热交换板总成70实现的热传递效果。然后，流体F可以在返回到流体源77之前通过管道72排出到出口81。
在一个示例中，存在两个阵列的电池单元58。在该示例中，流体F可以从流体源77流过对应于第一阵列的热交换板总成70的一部分，然后在返回到出口81之前串联流入对应于第二阵列的热交换板总成70的部分。在另一个示例中，流体从入口79流出并且在返回到出口81之前并行流过对应于第一阵列和第二阵列的热交换板总成70的部分。
因为流体F可以从电池单元58获取热量或者向电池单元58释放热量，所以通过出口81离开的流体F可以具有与通过入口79进入的流体F不同的温度。在一个非限制性实施例中，电池总成54的电池阵列56位于热交换板总成70的顶部，使得热交换板总成70与每个电池单元58的底部表面接触。
图3示出了示例性热交换板总成70。在图3中，热交换板总成70包括丝网结构84，丝网结构84有助于在电池单元58与热交换板总成70之间进行热能交换。流经热交换板总成70的流体F流过丝网结构84。特别地，流体F流过丝网结构84的线。
在该示例中，丝网结构84设置在热交换板总成70的第一面板与第二面板86、88之间。在该示例中，第一面板86是顶部面板，并且与电池单元58的底部接触。在一个示例中，第一面板86通过隔热材料的中间层与电池单元58的底部接触。第二面板88是底部面板，并且设置在第一面板86的丝网结构84的相对侧上。第一面板和第二面板86、88为流体流动路径90提供上边界和下边界。流体流动路径90还通过外壳总成60的壁65限定在侧面。可选地，流体流动路径90的侧面可以由与外壳总成60的壁65分隔的专用壁来界定。
在该示例中，丝网结构84跨越第一面板和第二面板86、88之间的整个距离D1，将热量分配为远离第一面板86，并且相应地远离电池单元58。丝网结构84还为流体F提供了增加的表面面积，以便当流体F沿着流动路径90流过丝网结构84时与流体F相互作用。此外，当流体F沿着流动路径90流动时，丝网结构84在流体F中产生湍流，这也增加了热量传递。因此，丝网结构84提供了有效和高效的热量传递。
在该示例中，丝网结构84包括彼此间隔开的第一组平行线92和彼此间隔开的第二组平行线94。第一组平行线和第二组平行线92、94是交织的，使得它们以交替排列的方式彼此交叉并且重叠，并且彼此间隔开以提供允许流体F在沿着流体流动路径90流动的同时流过线92、94的间隙96。
在该示例中，第一组线和第二组线92、94是如铜线的金属线。然而，本公开不限于具有铜线的丝网结构，而是延伸到其它类型的材料。
参考图4A，在一个示例中，丝网结构84最初使用如瞬态液相(TLP)钎焊的接合技术形成。特别地，将烧结剂施加到丝网结构，并且进一步施加热量H和压力R以将丝网结构84结合在一起。参考图4B，然后使用如TLP钎焊的接合技术将面板86、88施加到丝网结构84。在该示例中，将压力R施加到面板86、88，并且将热量H施加到整个热交换板总成70。虽然在此相对于图4A-4B示出和描述了TLP钎焊，但是本公开延伸到形成丝网结构84的其他方法。
图5A-7B示出了三个示例的丝网结构84定向。虽然示出了三个定向，但是本公开延伸到其它定向。参考图5A-5B，第一示例定向是“菱形”定向。在该定向中，当从平行于第一面板86的平面P的方向观察时，丝网结构84提供多个菱形间隙96。这里参考的第一面板86的平面P仅用于说明的目的。当从垂直于距离D1等的方向观察时，金属丝网结构84还提供在沿着流动路径90观察时的菱形间隙96。
继续参考图5A-5B，第一组线92中的每个线具有相对于P以第一锐角α1延伸的相应的纵向轴线A1，并且第二组线94中的每个线具有相对于平面P以第二锐角α2延伸的相应的纵向轴线A2。在该示例中，通过关于垂直于平面P的轴线A3反射第一锐角α1来提供第二锐角α2。
如图5B所示，丝网结构84包括沿着热交换板总成70的长度L延伸的多个堆叠98。在该示例中，每个堆叠98通过多个第一线92与多个第二线94交织来提供。在该示例中，长度L平行于流动路径90并且垂直于距离D1。
图6A-6B示出了丝网结构84的第二示例定向。在该示例中，金属丝网结构84提供“矩形”定向(在图6A中标记为“矩形A”)，其中在以平行于平面P观察时第一组线和第二组线92、94交织来提供多个矩形间隙96。特别地，在该示例中，丝网结构84设置为使得第一组线92的每个线具有大致垂直于平面P来延伸的相应的纵向轴线A。此外，第二组线94中的每个线具有大致平行于平面P并且垂直于第一组线92的纵向轴线A1来延伸的相应的纵向轴线A2。
图7A-7B示出了第三示例定向中的丝网结构84。在该定向中，当从垂直于平面P(在图7A中标记为“矩形B”)的定向观察时，丝网结构84具有矩形定向。除了线92、94定向为使矩形间隙朝向第一面板和第二面板86、88之外，第一组线和第二组线92、94类似于图6A-6B的示例进行设置。特别地，第一组线92中的每个线具有大致平行于平面P来延伸的相应的纵向轴线A1(如相对于图7A进入页面)，并且使得第二组线94中的每个线具有大致平行于平面P并且大致垂直于纵向轴线A1来延伸的相应的纵向轴线A2。在该示例中，丝网结构84还提供多个间隙96以使流体流过。
应当理解，使用如“顶部”、“底部”、“侧面”等的术语是参考上面的电池总成的正常操作定向。此外，这些术语在本文中用于说明的目的，并且不应被认为是在其他方面的限制。如“通常”、“大致”和“关于”之类的术语并非旨在是无边界的术语，并且应当按照符合本领域技术人员将解释这些术语的方式进行解释。
虽然不同的示例具有图示中所示的具体部件，但是本公开的实施例不限于那些特定的组合。可以用来自一个示例的一些部件或特征与来自另一个示例的特征或部件进行组合。
本领域普通技术人员将理解，上述实施例是示例性的而非限制性的。也就是说，本公开的修改将落入权利要求的范围内。因此，应研究以下权利要求以确定其真实范围和内容。

Claims (15)

1.一种电池总成，包含：
多个电池单元；和
与所述多个电池单元接触的热交换板总成，其中所述热交换板总成包括丝网结构；
其中所述丝网结构包括彼此间隔开的第一组平行线和彼此间隔开的第二组平行线，其中所述第一组平行线 和所述第二组平行线 交织在一起以交替排列的方式彼此交叉并且重叠，并且彼此间隔开以提供允许流体在沿着流体流动路径流动的同时流过第一组平行线和第二组平行线组成的间隙。
2.根据权利要求1所述的电池总成，其中所述第一组平行线 和所述第二组平行线 是金属线。
3.根据权利要求1所述的电池总成，其中所述热交换板总成还包括在所述丝网结构的第一侧上的第一面板，和在所述丝网结构的与所述第一侧相对的第二侧上的第二面板。
4.根据权利要求3所述的电池总成，其中所述第一组平行线 和所述第二组平行线 交织为使得当从平行于所述第一面板的平面的方向上观察时，所述丝网结构具有矩形定向。
5.根据权利要求3所述的电池总成，其中所述丝网结构设置为使得所述第一组平行线中的每个线具有大致垂直于由所述第一面板限定的平面来延伸的相应纵向轴线，并且使得所述第二组平行线 中的每个线具有大致平行于所述平面来延伸的相应纵向轴线。
6.根据权利要求3所述的电池总成，其中所述第一组平行线 和第二组平行线 交织为使得当从垂直于所述第一面板的平面的方向上观察时，所述丝网结构具有矩形定向。
7.根据权利要求3所述的电池总成，其中所述丝网结构定向为使得所述第一组平行线中的每个线具有大致平行于由所述第一面板限定的平面来延伸的相应纵向轴线，并且使得所述第二组平行线 中的每个线具有大致平行于所述平面并且大致垂直于所述第一组平行线 的所述纵向轴线来延伸的相应的纵向轴线。
8.如权利要求3所述的电池总成，其中所述第一组平行线 和第二组平行线 交织为使得当从平行于所述第一面板的平面的方向上观察时，所述丝网结构具有菱形定向。
9.根据权利要求3所述的电池总成，其中所述丝网结构定向为使得所述第一组平行线中的每个线具有相对于由所述第一面板限定的平面以第一锐角延伸的相应纵向轴线，并且使得所述第二组平行线 中的每个线具有相对于所述平面以第二锐角延伸的相应纵向轴线。
10.根据权利要求9所述的电池总成，其中所述第二锐角通过关于垂直于所述平面的轴线反射所述第一锐角来提供。
11.根据权利要求3所述的电池总成，其中：
在所述第一面板与所述第二面板之间设置有流体流动路径，
所述热交换板总成包括流体入口和流体出口，和
所述流体入口和所述流体出口流体地连接到所述流体流动路径。
12.根据上述任一项权利要求所述的电池总成，还包含封闭所述多个电池单元的壳体，其中所述壳体在第一侧和与所述第一侧相对的第二侧封闭所述流体流动路径。
13.一种形成热交换板总成的方法，包含：
将面板结合到丝网结构；
其中所述丝网结构包括彼此间隔开的第一组平行线和彼此间隔开的第二组平行线，其中所述第一组平行线 和所述第二组平行线 交织在一起以交替排列的方式彼此交叉并且重叠，并且彼此间隔开以提供允许流体在沿着流体流动路径流动的同时流过第一组平行线和第二组平行线组成的间隙。
14.根据权利要求13所述的方法，其中使用瞬态液相(TLP)钎焊将所述面板结合到所述丝网结构。
15.一种热交换板总成，包含：
第一面板；
第二面板；和
设置在所述第一面板与所述第二面板之间的丝网结构；
其中所述丝网结构包括彼此间隔开的第一组平行线和彼此间隔开的第二组平行线，其中所述第一组平行线 和所述第二组平行线 交织在一起以交替排列的方式彼此交叉并且重叠，并且彼此间隔开以提供允许流体在沿着流体流动路径流动的同时流过第一组平行线和第二组平行线组成的间隙。
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