CN111509325A - 具有多通道流体流动通路的热交换器 - Google Patents

具有多通道流体流动通路的热交换器 Download PDF

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CN111509325A
CN111509325A CN202010058687.XA CN202010058687A CN111509325A CN 111509325 A CN111509325 A CN 111509325A CN 202010058687 A CN202010058687 A CN 202010058687A CN 111509325 A CN111509325 A CN 111509325A
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B·A·肯内
L·M·金德
陈国伟
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Abstract

提供了一种用于热交换器的方法和系统。在一个示例中，热交换器可以发散由电池模块产生的能量，并且可以包括布置成相对地面对彼此的第一板和第二板。可以在第一板和第二板之间形成多个流动通路，该多个流动通路包括具有至少三个纵向延伸的支腿的至少一个多通道流体流动通路。

Description

具有多通道流体流动通路的热交换器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年1月30日提交的题为“具有多通道流体流动通路的热交换器(Heat Exchanger with Multipass Fluid Flow Passages)”的美国临时申请第62/798,851号的优先权。为了所有目的，通过引用将上面列出的申请全部内容纳入本文。
技术领域
本公开涉及电池电动车辆(BEV)或混合动力电动车辆(HEV)的能量存储系统内的可再充电电池的热管理，并且具体地涉及适于冷却可再充电电池的热交换器。
背景技术
诸如那些在BEV和HEV中使用的能量存储系统包括可再充电锂离子电池。用于BEV或HEV的典型可再充电电池包括多个电池模块，这些电池模块串联和/或并且联电连接在一起以为电池提供期望的系统电压和容量。每个电池模块包括多个电池单体，这些电池单体串联和/或并且联电连接在一起，其中电池单体可以是软包(pouch)单体、棱柱形单体或圆柱形单体的形式。
BEV和HEV中的可再充电车辆电池产生需要耗散的大量热量，因此需要冷却这些类型的电池或电池系统以延长其使用寿命。
液冷式热交换器可用于管理这些可再充电车辆电池的热负荷。这些电池热交换器通常包括“冷板”式热交换器或“ICE”(“单体间元件”)板式热交换器。冷板式热交换器是具有平坦的上表面的热交换器，在其上布置有一个或多个电池单体，其中与每个冷板相关联的电池单体的数量是可变的，并且取决于冷板的面积，可以包括一个或多个电池模块。通常，布置在冷板上的电池单体将是棱柱形单体或圆柱形单体，其容纳在刚性容器中。例如，棱柱形单体可以容纳在盒状容器中，这些盒状容器布置成彼此面对面接触。
相反，ICE板式热交换器布置或“夹在”邻近的软包单体或棱柱形单体之间，各个ICE板式热交换器通过共同的入口和出口歧管流体地连接在一起。冷板式热交换器和单体间元件(或ICE板式热交换器)的示例描述于共同转让的美国专利申请第14/972,463号、题为“用于电池热管理应用的逆流式热交换器”(公开号US2016/0204486A1)，其全部内容以参见的方式纳入本文。
电池热交换器表面上的温度均匀性是这些类型的电池单体或整个电池系统的热管理中的重要考虑因素，因为横跨热交换器表面的温度均匀性涉及确保在各个电池单体内以及在车辆电池的邻近电池单体之间存在最小温度差异。确保足够的温度均匀性是热交换器设计的具有挑战性的方面，因为传热流体的温度在出口处比在入口处高。
已知许多热交换器构造，其中入口和出口位于冷却板的同一端，并且其中流体流动通路具有U型流动或逆流布置。需要在其它冷板构造中实现改进的温度均匀性，其它冷板构造例如其中入口配件和出口配件位于冷板的相对端的情况。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种热交换器，该热交换器具有沿着纵向轴间隔开的第一端和第二端；以及在第一端和第二端之间延伸的第一侧边缘和第二侧边缘。
该热交换器包括第一板，该第一板具有内表面、外表面、一对相对的、纵向延伸的第一侧边缘和第二侧边缘以及一对相对的、横向延伸的第一端部边缘和第二端部边缘。
该热交换器还包括第二板，该第二板具有内表面、外表面、一对相对的、纵向延伸的第一侧边缘和第二侧边缘以及一对相对的、横向延伸的第一端部边缘和第二端部边缘。第一板和第二板彼此接合，并且它们的内表面彼此相对，并且内表面的一些部分彼此间隔开。
该热交换器还包括：多个流体流动通路，这些流体流动通路适于传热流体的流动，并位于第一板和第二板的内表面的间隔开的部分之间.
该热交换器还包括：入口端口，该入口端口在热交换器的第一端，用于将传热流体供应到多个流体流动通路；以及出口端口，该出口端口在热交换器的第二端，用于从多个流体流动通路排出传热流体。
热交换器的多个流体流动通路包括至少一个多通道流体流动通路，该至少一个多通道流体流动通路具有与入口端口流动连通的开放式入口端和与出口端口流动连通的开放式出口端。每个多通道流体流动通路具有至少三个纵向延伸的支腿(支管)。
根据一个方面，每个多通道流体流动通路的上述至少三个纵向延伸的支腿纵向地延伸并且彼此平行。
根据一个方面，每个多通道流体流动通路的至少三个纵向延伸的支脚包括：入口支腿，其包括多通道流体流动通路的入口端；出口支腿，其包括多通道流体流动通路的出口端；以及至少一个中间支腿，其位于入口支腿和出口支腿之间。
根据一个方面，至少一个多通道流体流动通路中的每一个包括一个中间支腿，该中间支腿定位成邻近入口支腿和出口支腿中的每一个。
根据一个方面，一个多通道流体流动通路的入口支腿沿第二板的第一侧边缘延伸。
根据一个方面，至少一个多通道流体流动通路包括多个多通道流体流动通路，其中第一多通道流体流动通路邻近第二多通道流体流动通路，并且第一多通道流体流动通路的出口支腿邻近第二多通道流体流动通路的入口支腿。
根据一个方面，多个流体流动通路还包括沿第二板的第二侧边缘延伸的单通道流体流动通路，其中，该单通道流体流动通路具有与入口端口流动连通的开放式入口端和与出口端口流动连通的开放式出口端。
根据一个方面，多个流体流动通路还包括沿第二板的第二侧边缘延伸的单通道流体流动通路，其中，该单通道流体流动通路具有与入口端口流动连通的开放式入口端和与出口端口流动连通的开放式出口端。单通道流体流动通路可以位于第二板的第二侧边缘与一个多通道流体流动通路的出口支腿之间并与它们平行。
根据一个方面，该热交换器还包括：内部入口歧管空间，其邻近热交换器的第一端，其中该入口歧管空间与入口端口以及与多个流体流动通路的每个流体流动通路流动连通；以及内部出口歧管空间，其邻近热交换器的第二端部分，其中该出口歧管空间与出口端口以及与多个流体流动通路的每个流体流动通路流动连通。入口歧管空间和出口歧管空间可以位于第一板和第二板的内表面的间隔开的部分之间。
根据一个方面，入口歧管空间与每个多通道流体流动通路的开放式入口端流动连通。
根据一个方面，至少一个多通道流体流动通路的出口支腿和中间支腿是基本笔直的并且彼此平行，并且至少大体上平行于纵向轴线。
根据一个方面，每个多通道流体流动通路的入口支腿和出口支腿通过弯曲部结合至中间支腿中的一个。
根据一个方面，每个弯曲部都是倒圆形的180度发夹形弯曲部，定位成邻近热交换器的第一端或第二端。
根据一个方面，入口端口和出口端口形成在第一板上；入口端口设置有入口配件；并且出口端口设置有出口配件。
根据一个方面，第一板比第二板宽，使得第一板包括沿热交换器的第一侧边缘和第二侧边缘纵向延伸的第一向外突出侧部分和第二向外突出侧部分。
根据一个方面，该热交换器还包括外部入口歧管，该外部入口歧管具有上侧和下侧，在上侧中设置有入口端口，下侧与流体流动通路中的每一个的开放式入口端直接连通，并密封地结合到第一板的外表面。该热交换器还包括外部出口歧管，该外部出口歧管具有上侧和下侧，在上侧中设置有出口端口，下侧与流体流动通路中的每一个的开放式出口端直接连通，并密封地结合到第一板的外表面。
根据一个方面，外部入口歧管的下侧设置有与第一板中的多个入口孔对准的一个或多个孔，第一板的每个入口孔都设置在流体流动通路的开放式入口端的直接上方；并且外部出口歧管的下侧设置有与第一板中的多个出口孔对准的一个或多个孔，第一板的每个出口孔都设置在流体流动通路的开放式出口端的直接上方。
根据一个方面，外部入口歧管和/或外部出口歧管中的一个或多个孔包括一个或多个开口，每个开口与第一板的一个或多个入口孔或流动连通。
应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍在详细描述中进一步描述的概念的选择。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
专利或申请文件包含至少一张彩色附图。通过专利局的要求并且通过支付必要的费用来提供带有彩色附图的本专利或专利申请公开的副本。
现将参照附图借助于示例描述本公开的示例性实施例。
图1是电池热交换器的立体图，其中多个电池单体支承在其上表面上；
图2是图1的电池热交换器的仰视立体图；
图3是图1的电池热交换器的分解立体图；
图4是沿图1的电池热交换器的线4-4'截取的横向的横截面图；以及
图5是图1的电池热交换器的底板的俯视平面图；
图6示出了图1的热交换器的分布在整个流体流动通路中的流体温度；
图7是根据第二实施例的热交换器的俯视平面图，其中第一板示出为透明的；
图8是根据第三实施例的热交换器的拆卸开的俯视平面图；
图9是穿过图8的热交换器的外部入口歧管的第一横截面；以及
图10是穿过图8的热交换器的外部出口歧管的第二横截面；
图11是图9的第一横截面的替代示例。
具体实施方式
本文所述的热交换器通常是具有相对的外表面的大体平坦的平面流体承载板，至少一个外表面适于与BEV或HEV的可再充电电池的一个或多个电池单体和/或电池模块热接触。
图1中示出了被构造成在整个热交换器上增加热均匀性的电池热交换器的示例，该电池热交换器联接至电池模块。在图2至5中描绘了电池热交换器的各种视图，示出电池热交换器内的流体流动通路的布置。流过热交换器的传热流体的温度分布如图6所示。电池热交换器的第二示例在图7中示出，该第二示例示出流体流动通路和端口的替代布置。在图8至11中，描绘了电池热交换器的第三示例，包括热交换器的外部歧管的横截面视图。
现在参考图1至5描述根据第一实施例的热交换器1。在图1至5之间共用的元件被类似地编号。热交换器10包括具有内表面和外表面14、16的第一板12以及具有内表面和外表面20、22的第二板18。热交换器10是“冷板”，其中，第一板12的外表面16提供一个平坦表面，一个或多个电池单体2和/或电池模块4支承在该平坦表面上。
图1示意性地示出了电池模块4，其包括支承在第一板12的外表面16上的四个棱柱形电池单体2。每个电池单体2具有多个矩形表面，包括顶表面54、底表面56、成对相对的侧表面58和成对相对的端表面60。底表面56与第一板12的外表面16热接触。尽管未示出，但电池单体2电连接在一起，并且电池模块4电连接到车辆电池的其它电池模块。而且，支承在热交换器上的电池单体2和模块4的数量和布置可以与所示的不同。例如，模块4具有一个、两个、四个或更多个电池单体2，这些电池单体2可以如图1所示并排(侧对侧)或者成阵列地布置。
可以在第一板12的外表面16和电池单体2的底表面56之间设置热界面材料(TIM)的薄层(未示出)，以增强热交换器10和电池单体2之间的热接触。TIM可以由例如导热油脂、蜡或金属材料形成。
热交换器10沿纵向轴线y伸长，具有一对纵向延伸的第一侧边缘和第二侧边缘25、26和一对横向延伸的第一端部边缘和第二端部边缘51、52(沿横向轴线x)。热交换器还包括相应的第一端部边缘和第二端部边缘44、46的向内延伸的第一端部分和第二端部分44、46，这将在下面进一步描述。
如图3所示，当组装热交换器10时，第一板12沿z轴堆叠在第二板18的上方并且接触。例如，第一板12的内表面14可以直接接触第二板18的内表面20。热交换器10的第一板12是平坦且平面的，具有一对相对的、纵向延伸的第一侧边缘和第二侧边缘64、66，以及一对相对的、横向延伸的第一端部边缘和第二端部边缘68、70。第一板12的纵向延伸的第一侧边缘和第二侧边缘64、66可以被包括在热交换器10的第一侧边缘和第二侧边缘25、26中，并且第一板12的横向延伸的第一端部边缘和第二端部边缘68、70可以被包括在热交换器10的第一端部边缘和第二端部边缘51、52中。第一板12可以是基本矩形的。
热交换器10的第二板18例如通过冲压、拉伸或模制来成形，以提供多个凸起。多个凸起一起限定中央区域24，中央区域24具有在所有侧部上被平面凸缘28包围的多个沟槽或通道，平面凸缘28在第二板18的内表面20上限定平面的周向密封表面30。在一个示例中，如图2、3、5所示，多个沟槽形成蛇形图案。第一板12和第二板18利用它们的处于相对面向彼此的关系的内表面14、20密封地连结在一起，并且其中内表面14、20的某些部分彼此间隔开。第二板18的平面的周向密封表面30密封地结合到第一板12的内表面14上的平面的周向密封表面32。第一板12的周向密封表面32可以与第二板18的周向密封表面30往复运动，其中在相应的密封表面32、30的向内的(例如内部的)内表面14、20的若干部分彼此间隔开。
第二板18还具有一对相对的、纵向延伸的第一侧边缘和第二侧边缘72、74，第一侧边缘和第二侧边缘72、74可以被包括在热交换器10的第一侧边缘和第二侧边缘25、26中。第二板18还具有一对相对的、横向延伸的第一端部边缘和第二端部边缘76、78，第一端部边缘和第二端部边缘76、78可以被包括在热交换器10的第一端部边缘和第二端部边缘51、52中。第二板18可以是基本矩形的。
在一些实施例中，包括本文公开的所有实施例，第一板12和第二板18两者可以包括多个凸起，这些凸起限定了中央区域24，该中央区域24具有在所有侧部上被平面凸缘28包围的多个沟槽或通道，平面凸缘28限定平面周向密封表面30，其中两个板12、18的周向密封表面30密封地结合在一起。
如图2所示，热交换器10的第一板12的宽度3比第二板18的宽度5更宽，使得第一板12的第一侧边缘和第二侧边缘64、66从第二板18的相应的第一侧边缘和第二侧边缘72、74向外间隔开。而且，在热交换器10中，平面的周向密封表面32定位成从第一板12的第一侧边缘和第二侧边缘64、66向内，例如在内部。第一板12的突出超过第二板18的端部边缘72、74的部分限定了热交换器10的第一向外突出侧部分和第二向外突出侧部分80、82，其中第一板12没有直接位于热交换器10的任何流体流动通路上方。如图1所示，热交换器10的传热表面区域62可以延伸到这些第一向外突出侧部分和第二向外突出侧部分80、82中。
尽管第一板12被示出为比第二板18宽，但是应当注意，在其他示例中，板的相对宽度可以变化。例如，第一板和第二板12、18的宽度(沿x轴)可以基本相同。
第二板18的中央区域24中的至少一些通道或沟槽可限定流体流动通路34的底部(例如底板)和侧部，流体流动通路34具有开放式第一端和开放式第二端36、38，这会在下面进一步描述。流体流动通路34可以彼此分开并且由从第二板18的内表面20突出的肋7限定。流体流动通路34的顶部(例如顶板)可以由第一板12的内表面14限定。
热交换器10还包括在第一板12中形成孔的入口端口和出口端口40、42。入口端口和出口端口40、42位于热交换器10的相应的第一端部分和第二端部分44、46中，从第一板12的平面周向密封表面32向内，并且邻近相应的热交换器10的端部边缘51、52。在本实施例中，热交换器10的端部边缘51、52(以及各个板12、18的端部边缘68、70、76、78)包括入口端口和出口端口40、42位于其中的向外隆起部分，由此使传热表面区域62最大化。
入口端口40设置有管状入口配件48，而出口端口42设置有管状出口配件50，配件48、50从第一板12的外表面16向上突出，以在流体流动通路34和车辆的流体循环系统(未示出)之间提供流动连通。端口40、42和配件48、50位于第一板12的外表面16的传热表面区域62之外并且紧邻该区域，传热表面区域62由电池单体2占据，如图1所示。
第一板和第二板12、18以及配件48、50可以由铝或其合金形成，并且可以通过在钎焊炉中钎焊而连结在一起。尽管第一板和第二板12、18示出为具有相同或相似的厚度(如沿着Z轴限定的)，但是第一板12可以包括散热器或热扩散器，其厚度在其区域的至少一部分上大于第二板18的厚度，如下面进一步描述的。然而，由本文描述的实施例提供的增加的温度均匀性可减少对散热器或热扩散器的第一板12的需求。
当传热流体流过流体流动通路34时，该流体从电池单体2吸收热量，并且当该流体从第一端口40流动至第二端口42时逐渐变热。如在第一板12的外表面16和/或TIM上测量的温度差异那样，这可能导致在热交换器10的与穿过入口端口40进入的较冷流体接触的部分以及热交换器10的与穿过出口端口42排出的较热流体接触的部分之间有温度差异。热交换器10的温度均匀性(Tmax-Tmin)可以由在第一板12的外表面16和/或TIM上的不同点处测量的温度差的大小来限定。为了减轻温度差异对电池单元2的不利影响，可以将热交换器10的温度均匀性保持在预定范围内。
热交换器10的流体流动通路34可包括不同类型的流体流动通路。例如，流体流动通路34包括至少一个多通道流体流动通路34-1，各自具有第一端和第二端36、38。每个多通道流体流动通路34-1的第一端36在本文中被称为“开放式入口端”，并且与入口端口40流动连通。换句话说，多通道流体流动通路34-1流体地联接至入口端口40。类似地，每个多通道流体流动通路34-1的第二端38在本文中被称为“开放式出口端”，并且与出口端口42流动连通。这样，多通道流体流动通路34-1也流体地联接到出口端口42。而且，在本实施例中，每个多通道流体流动通路34-1的开放式入口端36位于热交换器10的第一端部分44中，而每个多通道流体流动通路34-1的开放式出口端38位于热交换器10的第二端部分46中。
每个多通道流体流动通路34-1包括至少三个平行的、纵向延伸的支腿(支路)。例如如图4所示，每个多通道流体流动通路34-1包括入口支腿84、出口支腿86和至少一个中间支腿88，入口支腿84包括开放式入口端36，出口支腿86包括开放式出口端38，至少一个中间腿88位于入口支腿84和出口支腿86之间。当传热流体移动通过每个多通道流体流动通路34-1时，该流体从电池单体2吸收热量，并且因此该流体的温度随着流体从入口端36至出口端38流动而逐渐升高。因此，传热流体的平均温度由于邻近入口端口40而在入口支腿84中最低，并且由于邻近出口端口42而在出口支腿86中最高。中间支腿88中的平均温度在入口支腿84和出口支腿86中的平均温度之间。
在热交换器10中，每个热交换器的三个支腿84、86、88是直的并且彼此平行且与纵向轴线平行。而且，支腿84、86、88可以具有基本相同的长度和宽度，并且每个多通道流体流动通路34-1的支腿在其端部处通过弯曲部90连接在一起，如图5所示。例如如图5所示，在每个多通道流体流动通路34-1中，入口支腿84通过朝向热交换器10的第二端部分46定位的弯曲部90中的一个结合到中间支腿88，并且中间支腿88通过朝向热交换器10的第一端部分44定位的弯曲部90中的一个结合到出口支腿86。在具有多个中间支腿的实施例中(例如，在每个多通道流体流动通路34-1中有多个中间支腿88)，这些中间支腿可以类似地通过弯曲部90连接在一起。在所示的实施例中，每个弯曲部90是180度发夹形弯曲部。
在图1至5的实施例中，示出三个多通道流体流动通路34-1，它们被标记为34-1A、34-1B和34-1C，并且在本文中分别称为第一、第二和第三多通道流体流动通路。然而，应当理解，热交换器的其它示例可以替代地具有一个、两个或三个以上的多通道流体流动通路34-1。而且，在本实施例中，每个多通道流体流动通路34-1具有三个支腿，即一个入口支腿84、一个出口支腿86和一个中间支腿88，然而，在其它示例中，每个多通道流体流动通路34-1可替代地具有总共五个支腿，包括三个中间支腿88，或总共七个支腿，包括五个中间支腿，等等。
如图5中的第二板18的俯视图所示，第一多通道流体流动通路34-1A的入口支腿84沿第二板18的第一侧边缘72延伸，从而沿第二板18的第一侧边缘72产生相对较低的温度，并且还降低了沿热交换器10的第一侧边缘25的温度。
在本实施例中，可以看到的是，多通道流体流动通路34-1A、34-1B和34-1C被布置成使得第一多通道流体流动通路34-1A的出口支腿86定位在第二多通道流体流动通路34-1B的入口支腿84附近。。类似地，第二多通道流体流动通路34-1B的出口支腿86定位在第三多通道流体流动通路34-1C的入口支腿84附近。这种布置将承载相对较热的流体的流体流动通路(即，出口支腿86)放置成直接邻近承载相对较冷的流体的流体流动通路(即，入口支腿84)。通过这种布置，热能可以由传导从流过一个多通道流体流动通路34-1的出口支腿86的相对较热的流体传递到流过邻近的多通道流体流动通路34-1的入口支腿84的相对较冷的流体，其中热能通过板12、18传导。该传导的热传递有助于在整个热交换器10上增加温度均匀性。
利用热交换器10的多通道流体流动通路34-1的布置，相对较冷的流体可以沿着第二板18的第二侧边缘74流动通过第一多通道流体流动通路34-1A的入口支腿84。然而，第三多通道流体流动通路34-1C的出口支腿86邻近第二板18的第一侧边缘72，在该第一侧边缘72处出口支腿86可承载相对较热的流体。为了沿着第二板18的第一侧边缘72和热交换器10的第一侧边缘25提供降低的温度，热交换器10包括用于相对较冷的流体的另一个流体流动通路34，该另一个流体流动通路34沿着第二板18的第一侧边缘72，并且更具体地，在第三多通道流体流动通路34-1C的出口支腿86与第二板18的第一侧边缘72之间。
所述另一个流动通路由附图标记34-2标识，并且具有单通道流体流动通路，该单通道流体流动通路具有与入口端口40流动连通的开放式入口端36和与出口端口42流动连通的开放式出口端38。如上所述，将承载有相对较热的流体的流体流动通路(即通路34-1C的出口支腿86)放置成直接邻近承载有相对较冷的流体的流体流动通路(即单通道流体流动通路34-2)，使得热能从通路34-1C的出口支腿86传导到流过单通道流体流动通路34-2的相对较冷的流体，使得热能通过板12、18传导。
热交换器10在热交换器10的第一端部分44中还包括内部入口歧管空间92，其中，入口歧管空间92与入口端口40以及每个流体流动通路34(即包括通路34-1和34-2)流动连通。更具体地，入口歧管空间92与每个流体流动通路34的开放式入口端36流动连通。因此，冷的传热流体通过入口端口40进入热交换器10，并且在进入流体流动通路34的入口端36之前，在入口歧管空间92的宽度(沿x轴限定的)上分布。
类似的，热交换器10在热交换器10的第二端部分46中包括内部出口歧管空间94，其中，出口歧管空间94与入口端口42以及每个流体流动通路34(即包括通路34-1和34-2)流动连通。更具体地，出口歧管空间94与每个流体流动通路34的开放式出口端38流动连通。因此，离开流体流动通路34的热的流体在通过出口端口42排出之前被收集在出口歧管空间94中。
热交换器10可在热交换器10的区域中包括多个支承凹窝96，在其中第一板和第二板12、18的内表面14、20彼此间隔开。凹窝96可相对于z轴，从第二板18的内表面20向上突出。如图5所示，凹窝96设置成邻近入口端口和出口端口40、42和/或入口歧管空间和出口歧管空间92、94。凹窝96可具有与第二板18的其它升高部分共面的平坦或圆形的顶表面，并且凹窝96的顶表面密封地结合到第一板12的内表面14，上述升高部分包括平面凸缘28和限定流体流动通路34的肋。除了提供支承之外，凹窝96还可调节经过入口歧管空间92和出口歧管空间94的流量分布。
尽管在图3中示出了入口端口和出口端口40、42位于第一板12的第一端部边缘和第二端部边缘68、70中的每一个的中心区域中(例如沿着与y轴平行的热交换器10的中央纵向轴线)，但是应当理解，在其他示例中，只要入口端口和出口端口40、42与相应入口歧管空间和出口歧管空间92、94流体连通，则入口端口和出口端口40、42可沿着第一端部边缘和第二端部边缘68、70位于任何地方。因此，在一些实施例中，入口端口和出口端口40、42可以位于第一板12的直接相对的角部或者对角相对的角部附近。而且，应当理解，入口端口和出口端口40、42位于其中的第一板和第二板12、18的向外隆起部分是可选特征，不是在所有实施例中都需要的。
图6示出了在热交换器10的整个流体流动通路34中的流体温度分布，其中在入口端口40处的较冷的流体温度例如为20℃，并且在出口端口42处的较热的流体温度例如为28.1℃。每个多通道流体流动通路34的每个出口支腿86具有比每个入口支腿84更高的温度。每个多通道流体流动通路34的每个中间支腿88比相邻的入口支腿84更热，但是比相邻的出口支腿86更冷。当流体行进经过流体流动通路34的支腿时，流过流体流动通路34的传热流体变得更热，吸收来自联接至热交换器10的电池单体(例如，图1的电池单体2)的热量。
在图7中示出了根据第二实施例的热交换器100。热交换器100与热交换器10共用许多相同的元件，并且为简洁起见，将不再介绍这些相同的元件。
热交换器100是冷却板，并且包括第一板700和第二板702。第一板700的外表面704提供平坦的表面，一个或多个电池单体2和/或电池模块4(未示出)支承在该平坦的表面上。
热交换器100的第一板700是平坦且平面的，并且是基本上矩形的。第二板702例如成形为带有多个凸起，这些凸起一起限定中央区域706，中央区域706具有在所有侧部上被平面凸缘708包围的多个沟槽或通道，平面凸缘708在第二板702的内表面712上限定平面周向密封表面710。第一板和第二板700、702密封地连结在一起，其中第一板700的内表面714与第二板702的内表面712相对，并且其中内表面714、712的某些部分彼此间隔开。
中心区域706包括于整个中心区域706上形成蛇形图案的多个沟槽或通道，每个沟槽平行于y轴延伸。中心区域706还包括在中心区域706的中心区中的多个沟槽之间的间隙707。间隙707的一侧上的多个沟槽可以与间隙707的相对侧上的多个沟槽连续。间隙707可以构造成与联接至热交换器100的电池模块的电池单体之间的空间对接。间隙的目的是接纳安装特征部或其他外部物品(例如电缆、冷却液管线等)以穿过热交换器，或者简单地不允许冷却剂流向不在电池模块下方的区域(即，如果一块板正在冷却多于一个电池模块，并且电池模块隔开一定的距离，则在有效的冷却区域之间会存在间隙)。
热交换器100及其板700、702总体上是矩形的，并且沿横向轴线x略微伸长，并且沿纵向轴线y缩短。热交换器100的第一板700和第二板702的宽度(沿x轴)基本上相同。
第一流体端口和第二流体端口716、718设置在第一板700中，并且分别位于第一板700的第一端部部分720和第二端部部分722中。在本实施例中，第一流体端口和第二流体端口716、718位于第一板700的相对角部附近，而不是如在热交换器10中那样位于端部边缘751、752的中点处。端口716、718可以设置有管状配件，诸如图3所示的管状配件48、50。在本实施例中，端口716、718可以是入口或出口。然而，出于说明的目的，将第一流体端口716假定为入口端口，并且将第二流体端口718假定为出口端口。
热交换器100包括总共八个多通道流体流动通路134，多通道流体流动通路134可以类似于图3至6的多通道流体流动通路34。多通道流体流动通路在附图中各自标记为134-1至134-8，各自具有第一开口端和第二开口端136、138。取决于通过热交换器100的流体流动的总体方向，开口端136、138可以是入口端或出口端。为了说明的目的，每个多通道流体流动通路134的第一开放式端部136在本文中被称为“开放式入口端”，并且与入口端口716流动连通。类似地，每个多通道流体流动通路134的第二端138在本文中被称为“开放式出口端”，并且与出口端口718流动连通。而且，每个多通道流体流动通路134的开放式入口端136位于热交换器100的第一端部分720中，而开放式出口端138位于第二端部分722中。
每个多通道流体流动通路134包括三个纵向延伸的支腿，即，包括有开放式入口端136的入口支腿184；包括有开放式出口端138的出口支腿186；以及位于入口支腿和出口支腿184、186之间的一个中间支腿188。类似于热交换器10，传热流体的平均温度由于邻近入口端口716而在入口支腿184中最低，并且由于邻近出口端口718而在出口支腿186中最高。中间支腿188中的平均温度在入口支腿184和出口支腿186中的平均温度之间。
如在热交换器10中那样，热交换器100中的每个多通道流体流动通路134的三个支腿184、186、188是直的并且彼此平行并且与纵向轴线平行。而且，支腿184、186、188可以具有基本相同的长度和宽度，并且每个多通道流体流动通路134-1的支腿在其端部处通过180度发夹形弯曲部790连接在一起。
第一多通道流体流动通路134-1的入口支腿184沿第二板702的第一侧边缘724延伸，从而沿第二板702的第一侧边缘724产生相对较低的温度，并且还降低了沿热交换器100的第一侧边缘726的温度。
多通道流体流动通路134-1至134-8如在热交换器100中那样布置，其中每个多通道流体流动通路134-1至134-7的出口支腿186位于第二多通道流体流动通路134的入口支腿184附近，从而促进从一个通路134的出口支腿186到邻近通路134的入口支腿184的传导。
可以看出，多通道流体流动通路134-8的出口支腿186邻近第二板702的第二侧边缘728，其中出口支腿186将承载相对较热的流体。为了沿第二侧边缘728降低温度，热交换器10在多通道流体流动通路134-8的出口支腿186与第二板702的第二侧边缘728之间包括单通道流体流动通路。然而，类似于热交换器10的通路34-2的这种单通道流体流动通路是可选的，并且未在图7中示出。
热交换器100在热交换器100的第一端部分720中还包括内部入口歧管空间730，其中，入口歧管空间730与每个多通道流体流动通路134的开放式入口端36流动连通。冷的传热流体穿过入口端口716进入热交换器100的，并且冷的传热流体在进入流体流动通路134的入口端136之前，在入口歧管空间730的宽度上分布。
类似地，热交换器100在第二端部722中包括内部出口歧管空间732，该出口歧管空间732与出口端口718以及每个流体流动通路134的开放式出口端138流动连通。离开流体流动通路134的热的流体在通过出口端口718排出之前被收集在出口歧管空间732中。
热交换器100的内部入口歧管空间和出口歧管空间730、732可以比热交换器10中的对应空间730、94更窄，并且包括沿着第二板702的端部边缘734、736延伸的狭窄通道。由于它们狭窄，在本实施例中可能不需要在歧管空间730、732中包括支承凹窝。
而且，入口歧管空间和出口歧管空间730、732可以包括相应的延伸部738、740，延伸部738、740沿x轴突出超过第二板702的区域，在该区域中限定了流体流动通路134。延伸部分738、740在入口歧管空间和出口歧管空间730、732与位于第一板700的相对角部中的入口端口和出口端口716、718之间提供流体连通。
由于内部入口歧管空间730邻近入口端口716，内部入口歧管空间730可以处于比热交换器100的其它区域更低的温度，入口端口716接收冷的热传递流体。类似地，由于内部出口歧管空间732邻近出口端口718，因此内部出口歧管空间732可以处于比热交换器100的其它区域更高的温度，热的流体通过出口端口718从热交换器100排放。这些热和冷的区域在热交换器100热传递表面区域762内的存在可能会降低热交换器100内的，和/或支承在传热表面区域762上的电池单体2或模块4内的温度均匀性。该问题可以通过调节热传递表面积762来解决，使得其不包括位于内部入口歧管空间和出口歧管空间730、732直接上方的第一板12的部分。例如，在包装需求允许的情况下，热交换器100可以是沿y轴细长的，使得内部入口歧管空间和出口歧管空间730、732位于传热表面区域762的外部(外侧)。通过这种构造，传热表面区域762将仅包括形成流体流动通路134的一部分的区域。
在其他实施例中，可以通过完全去除内部入口歧管空间和出口歧管空间730、732来避免上述对温度均匀性的不利影响的可能性。图8示意性地示出了热交换器200，其不包括内部入口歧管空间和出口歧管空间，而是包括类似于逆流热交换器的外部歧管，如下所述。在图8中将热交换器200的第一板812和第二板818描绘成彼此分开。热交换器200的外部歧管的横截面在图9和10中示出。热交换器200与热交换器10和100共用许多类似的元件，为简洁起见将不再介绍。
图8是在图8的左侧示意性地示出了热交换器200的底板818，其具有两个多通道流体流动通路834-1A和384-1B以及一个单通道流体流动通路834-2，其中热交换器200的流体流动通路834的总体布置与热交换器10相同。由此，流体流动通路834布置成使得：单通道流体流动通路834-2和第一多通道流体流动通路834-1A的入口支腿884位于第二板818的侧边缘872、874附近；第一多通道流体流动通路834-1A的出口支腿886在第二多通道流体流动通路834-1B的入口支腿884附近；并且第二多通道流体流动通路834-1B的出口支腿886在单通道流体流动通路834-2附近。虽然在图8中未示出，但第二板818可以包括带有平面密封表面的周向凸缘，该周向凸缘围绕第二板818的中央区域824。
在热交换器200中，流体流动通路834-1和834-2延伸到中央区域824的边缘，邻近第二板818的端部边缘876、878，由此排除了任何内部入口歧管空间和出口歧管空间。相反，热交换器200设置有一对外部歧管，包括入口歧管202和出口歧管214。外部入口歧管202邻近第一板812的第一边缘868，并且外部出口歧管214邻近第一板812的第二边缘870。在图9中示出外部入口歧管202的沿图8中的线8A-8A′截取的第一横截面900。
现在转到图9，外部入口歧管202具有其中设置有上侧204和下侧206，在上侧204中设置有入口端口840，下侧206与流体流动通路834-1和834-2中的每一个的开放式入口端836直接连通，并且密封地结合到第一板812的外表面816，如图8所示。该外部入口歧管202还包括内部歧管空间208，该内部歧管空间208将进入的冷的热传递流体分配到每个流体流动通路834-1和834-2。为了在下侧206和每个流体流动通路834-1、834-2的开放式入口端836之间提供流体连通，下侧206设置有与第一板812中的多个入口孔212对准的一个或多个孔210，如图8所示，每个入口孔212设置在流体流动通路834-1和834-2的开放式入口端836的直接上方。应当理解，一个或多个孔210可以是覆盖第一板812的所有入口孔212的单个开口或狭槽的形式，或者可以包括多个孔210，每个孔210均与一个或多个入口孔212流动连通。
在图10中示出外部出口歧管214的沿图8的线8B-8B′截取的第二横截面1000。外部出口歧管214构造成类似于外部入口歧管202，具有其中设置有上侧216和下侧218，在上侧216中设置有出口端口842，下侧218与图8的流体流动通路834-1和834-2中的每一个的开放式出口端838直接连通，并密封地结合到第一板812的外表面816。该外部出口歧管214还包括外部歧管空间220，该外部歧管空间220收集从每个流体流动通路834-1和834-2排出的热传递流体。为了在下侧218和每个流体流动通路834-1、834-2的开放式出口端838之间提供流体连通，下侧218设置有与第一板812中的多个出口孔224对准的一个或多个孔222，如图8所示，每个出口孔224设置在流体流动通路834-1和834-2的开放式出口端838的直接上方。应当理解，一个或多个孔222可以是覆盖第一板812的所有出口孔224的单个开口或狭槽的形式，或者可以包括多个孔222，每个孔222均与一个或多个出口孔224流动连通。
在所示的实施例中，每个外部入口歧管和外部出口歧管202、214包括具有连接在一起的周向凸缘的一对浮凸板，如图9的第一横截面和图10的第二横截面所示。然而，如图11中的第三横截面1100中所示，外部入口歧管和外部出口歧管202、214中的一个或两个可替代地包括具有周向凸缘的单个浮凸板，该浮凸板密封地结合到第一板812的外表面816。第三横截面1100被描绘成作为外部入口歧管202的替代示例，但是可以类似地构造成作为外部出口歧管214的替代示例。
尽管本文描述的热交换器是冷板，但是应当理解，ICE板式热交换器也在本公开的范围内。在这方面，ICE板式热交换器可以由与上述第二板18类似或相同的两个镜像成形板构成，并且可选地具有从热交换器的一个边缘突出的“侧入式”入口配件和出口配件。
以此方式，由车辆电池产生的热量可以通过构造有第一板和第二板的热交换器来发散，第一板和第二板以共面(例如相对面的关系)的方式接触，并限定了允许热量从车辆电池传递到传热流体的多个流体流动通路。多个流体流动通路可以在一端联接到热交换器的入口，而在相对端联接到热交换器的出口。多个流体流动通路可以形成蛇形图案，并且各自可以包括至少三个纵向延伸的支腿。本文描述的热交换器可以在整个热交换器上提供改善的温度均匀性，由此提高该热交换器的冷却效率。
图1至11示出了带有各个部件的相对定位的示例构造。如果示出为彼此直接接触或直接联接，则至少在一个示例中，这样的元件可以分别被称为是直接接触或直接联接的。类似地，至少在一个示例中，示出为彼此连续或彼此相邻的元件可以是分别彼此连续或彼此相邻的。作为示例，彼此共面接触地放置的部件可以被称为共面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，定位成彼此间隔开、其间仅具有间隔而没有其它部件的元件可以被如此称呼。作为又一示例，彼此上/下、彼此相对侧或彼此左/右地示出的元件可以相对于彼此如此称呼。此外，如附图中所示，在至少一个示例中，最顶上的元件或元件的位置可称为部件的“顶部”，而最底下的元件或元件的位置可称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于附图的竖直轴线并且用于描述附图中的元件相对于彼此的定位。这样，在一个示例中，在其它元件上方示出的元件垂直地位于其它元件上方。作为又一个示例，在附图中描绘的元件的形状可以被称为具有如此形状(例如，诸如圆形的、直线的、平面的、弯曲的、圆滑的、倒角的、成角度的等)。此外，在至少一个示例中，示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。更进一步，在一个示例中，示出为在另一个元件内或在另一个元件外的元件可以如此称呼。
虽然已经结合本公开描述了各种实施例，但是应该理解，可以在本公开的范围内对所描述的示例性实施例进行某些改变和修改。因此，以上讨论的实施例被认为是说明性的而非限制性的。
所附权利要求特别指出了被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及一个摂要素或第一摂要素或其等同物。应当将这样的权利要求理解为包括一个或多个这样的元件的结合，既不需要也不排除两个或多个这样的元件。在本申请或相关申请中，可以通过修改本权利要求或通过提出新权利要求来主张所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合。这样的权利要求，无论是在范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相同或不同，也被认为包括在本公开的主题内。

Claims (10)

1.一种热交换器，所述热交换器具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端沿纵向轴线间隔开；以及第一侧边缘和第二侧边缘，所述第一侧边缘和所述第二侧边缘在所述第一端和所述第二端之间延伸；
其中，所述热交换器包括：
第一板，所述第一板具有内表面、外表面、一对相对的且纵向延伸的第一侧边缘和第二侧边缘、以及一对相对的且横向延伸的第一端部边缘和第二端部边缘；
第二板，所述第二板具有内表面、外表面、一对相对的且纵向延伸的第一侧边缘和第二侧边缘、以及一对相对的且横向延伸的第一端部边缘和第二端部边缘；其中，所述第一板和所述第二板彼此接合，所述第一板和所述第二板的内表面彼此相对，并且所述第一板和所述第二板的内表面的一些部分彼此间隔开；
多个流体流动通路，所述流体流动通路适于传热流体的流动，并位于所述第一板和所述第二板的内表面的间隔开的部分之间；
入口端口，所述入口端口在所述热交换器的所述第一端，用于将所述传热流体供应到所述多个流体流动通路；以及
出口端口，所述出口端口在所述热交换器的所述第二端，用于从所述多个流体流动通路排出所述传热流体；
其中所述多个流体流动通路包括：
至少一个多通道流体流动通路，所述至少一个多通道流体流动通路具有与所述入口端口流动连通的开放式入口端，以及与所述出口端口流动连通的开放式出口端，所述多通道流体流动通路具有至少三个纵向延伸的支腿。
2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述至少三个纵向延伸的支腿彼此平行。
3.如权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述至少三个纵向延伸的支腿分别具有入口支腿、出口支腿以及至少一个中间支腿，所述入口支腿包括多通道流体流动通路的入口端，所述出口支腿包括多通道流体流动通路的出口端，所述至少一个中间支腿位于入口支腿和出口支腿之间。
4.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述至少一个多通道流体流动通路的一个多通道流体流动通路的入口支腿沿着所述第二板的第一侧边缘延伸。
5.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多个流体流动通路包括多个多通道流体流动通路，其中第一多通道流体流动通路与第二多通道流体流动通路相邻。
6.如权利要求5所述的热交换器，其特征在于，所述第一多通道流体流动通路的出口支腿与所述第二多通道流体流动通路的入口支腿相邻。
7.如权利要求6所述的热交换器，其特征在于，所述多个流体流动通路还包括沿所述第二板的第二侧边缘延伸的单通道流体流动通路，其中，所述单通道流体流动通路具有与所述入口端口流动连通的开放式入口端，以及与所述出口端口流动连通的开放式出口端。
8.如权利要求7所述的热交换器，其特征在于，所述单通道流体流动通路可以位于所述第二板的第二侧边缘与所述多通道流体流动通路中的一个的出口支腿之间并且与所述第二板的第二侧边缘和所述多通道流体流动通路中的一个的出口支腿平行。
9.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，还包括靠近所述热交换器的第一端的内部入口歧管空间和靠近所述热交换器的第二端的内部出口歧管空间，并且其中，所述内部入口歧管空间与所述入口端口，并且与所述多个流体流动通路中的每个流体流动通路流动连通，而所述内部出口歧管空间与所述出口端口，并且与所述多个流体流动通路中的每个流体流动通路流动连通。
10.如权利要求9所述的热交换器，其特征在于，所述内部入口歧管空间与所述至少一个多通道流体流动通路的开放式入口端流动连通；并且所述内部出口歧管空间与所述至少一个多通道流体流动通路的开放式出口端流动连通。
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