CN111509327A - 多层电池组和用于其的液体冷却剂传送方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“多层电池组和用于其的液体冷却剂传送方法”。一种电池组总成尤其包括：外壳总成，其封装下层电池阵列和上层电池阵列；下层热交换器；上层热交换器；以及所述外壳总成的冷却剂通道。所述冷却剂通道被构造为在所述下热交换器和所述上热交换器之间传送液体冷却剂。一种电池组流体传送方法尤其包括通过将电池组的上层底板固定到所述电池组的托盘而将下层热交换器和上层热交换器流体地联接在一起。

Description

多层电池组和用于其的液体冷却剂传送方法

技术领域

本公开总体上涉及在电池阵列的不同层之间传送液体冷却剂。

背景技术

电动化车辆不同于传统的机动车辆，因为电动化车辆使用由牵引电池供电的一个或多个电机来选择性地驱动。电机可以代替内燃发动机或附加于内燃发动机来驱动电动化车辆。示例电动化车辆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)和电池电动车辆(BEV)。

牵引电池是相对高电压的电池，其选择性地为电机以及电动化车辆的潜在其他电负载供电。牵引电池可以包括电池阵列，每个电池阵列都包括存储能量的多个互连的电池单元。

在一些电池组中，电池阵列沿着单层布置。其他电池组包括一层以上的电池阵列。例如，上层竖直地在下层上方。

发明内容

根据本公开的示例性实施例的电池组总成尤其包括：外壳总成，其封装下层电池阵列和上层电池阵列；下层热交换器；上层热交换器；以及外壳总成的冷却剂通道。冷却剂通道被构造为在下热交换器和上热交换器之间传送液体冷却剂。

在前述总成的其他实施例中，冷却剂通道被铸造在外壳总成内。

在任一前述总成的其他实施例中，外壳提供冷却剂通道，使得外壳可以直接接触冷却剂通道内的液体冷却剂。

任一前述总成的其他实施例包括：外壳总成的托盘；上层底板；以及立管，其由托盘或上层底板中的至少一者提供。立管提供冷却剂通道。

在任一前述总成的其他实施例中，相对于上层底板固定托盘将上热交换器和下热交换器流体地联接在一起。

任一前述总成的其他实施例，下层热交换器邻近下层电池阵列定位，并且上层热交换器邻近上层电池阵列定位。

在任一前述总成的其他实施例中，外壳的托盘提供具有下层热交换器的下层底板。

任一前述总成的其他实施例包括冷却剂通道密封件，所述冷却剂通道密封件竖直地在托盘和上层底板之间。

在任一前述总成的其他实施例中，冷却剂通道密封件是包括主密封接口和辅助密封接口的环形密封件。主密封接口在辅助密封接口的径向内侧。主密封接口轴向地偏离辅助密封接口。

根据本公开的另一个示例性方面的电池组流体传送方法尤其包括通过将电池组的上层底板固定到电池组的托盘而将下层热交换器和上层热交换器流体地联接在一起。

前述方法的其他实施例包括在将上层底板固定到托盘时固定上层底板的歧管覆盖件。

任一前述方法的其他实施例包括在固定期间压缩环形密封件。

在任一前述方法的其他实施例中，环形密封件包括至少一个主密封接口和至少一个辅助密封接口。至少一个主密封接口在至少一个辅助密封接口的径向内侧。至少一个主密封接口轴向地偏离至少一个辅助密封接口。

任一前述方法的其他实施例包括通过外壳的立管内的冷却剂通道传送液体冷却剂。

在任一前述方法的其他实施例中，托盘提供立管。

任一前述方法的其他实施例包括在下层热交换器和至少一个下层电池阵列之间交换热能，以及在上层热交换器和至少一个上层电池阵列之间交换热能。

在任一前述方法的其他实施例中，电池组是牵引电池组。

在任一前述方法的其他实施例中，上层底板提供电池组的外壳的至少一部分。

前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代方案(包括它们的各个方面或相应单独特征中的任一个)可以独立地或以任何组合方式采用。除非这些特征不兼容，否则结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例。

附图说明

根据具体实施方式部分，所公开的示例的各种特征和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。随附于具体实施方式部分的附图可简要地描述如下：

图1示出了用于电动化车辆的动力传动系统的高度示意图。

图2示出了根据本公开的示例性方面的图1的动力传动系统的电池组可以如何定位在电动化车辆内。

图3示出了图2的示例性电池组的侧视图以及热管理电路的示意图。

图4示出了通过在图2中的线4-4处截取的示例性电池组的剖视图。

图5示出了图2至图4的电池组中托盘的选定部分的透视图。

图6示出了在图5中的线6-6处截取的剖面。

图7示出了示例性电池组的托盘和上层底板的选定部分，其中歧管覆盖件被移除以显露与上层底板相关联的冷却剂路径。

图8示出了图7中所示的部分，但是其中歧管覆盖件、上层底板和托盘联接在一起。

图9示出了在图8中的线9-9处截取的剖视图。

图10示出了图9中的剖面的特写视图。

图11示出了在图10中的位置处的另一个示例性实施例的剖视图。

具体实施方式

本公开总体上涉及通过具有不同电池阵列层的电池组传送液体冷却剂。在过去，具有不同电池阵列层的电池组需要相对复杂的连接，以使液体冷却剂能够循环到不同层中的电池阵列附近的位置。

图1示意性地示出了用于电动化车辆的动力传动系统10。尽管被描绘为混合电动化车辆(HEV)，但是应理解，本文描述的概念不限于HEV并且可以延伸到包括但不限于插电式混合动力电动化车辆(PHEV)、燃料电池车辆(FCV)和电池电动化车辆(BEV)的其他电动化车辆。

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功率分流动力传动系统。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和电池组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化车辆的一组或多组车辆驱动轮28。

发动机14(在此示例中是内燃发动机)和发电机18可以通过动力传递单元30连接。在一个非限制性实施例中，动力传递单元30是行星齿轮组，所述行星齿轮组包括环形齿轮32、中心齿轮34和齿轮架总成36。当然，可使用其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)将发动机14连接到发电机18。

发电机18可由发动机14通过动力传递单元30驱动，以将动能转换为电能。发电机18替代地用作马达，以将电能转换成动能，从而向连接到动力传递单元30的轴38输出扭矩。由于发电机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。

动力传递单元30的环形齿轮32可以连接到轴40，所述轴40通过第二动力传递单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传递单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递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，以最终向车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括多个齿轮，所述多个齿轮使能够将扭矩传递到车辆驱动轮28。在这个示例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地联接到车桥50，以将扭矩分配给车辆驱动轮28。

马达22(即，第二电机)还可用于通过将扭矩输出到轴52来驱动车辆驱动轮28，轴52也连接到第二动力传递单元44。在一个实施例中，马达22和发电机18协作作为再生制动系统的一部分，在所述再生制动系统中，马达22和发电机18两者都可以用作马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自向电池组24输出电力。

电池组24是电动化车辆电池总成的示例类型。电池组24可以具有高电压电池的形式，所述高电压电池能够输出电能来操作马达22和发电机18。电池组24是牵引电池组，因为电池组24可以提供动力来推进车辆驱动轮28。电池组24包括多个电池阵列54。电池阵列54中的每个都可以包括多个单独的电池单元，例如24个单独的电池单元。

参考图2，电池组24可以邻近电动化车辆58的下侧固定到电动化车辆58。

现在参考图3和图4，并且继续参考图2，电池组24是多层电池组，这意味着电池组24包括下层内的电池阵列54中的一些，以及上层内的电池阵列54中的一些。上层竖直地在下层上方。出于本公开的目的，竖直和水平是指地面G和电动化车辆58在操作期间的正常取向。

在示例性实施例中，五个电池阵列54在下层内，并且两个电池阵列54在上层内。其他示例可以包括下层内的另一个数量的电池阵列54和上层内的另一个数量的电池阵列54。例如，在另一个实施例中，上层可以包括单个电池阵列54。此外，尽管示例实施例包括两层(即，上层和下层)，但是其他示例多层电池组可以包括两层以上。

利用多层电池组24可能有益于解决封装问题。例如，与如果电池阵列54替代地全部都布置在单层内相比，具有多层布置的电池组24可以更有效地封装在电动化车辆58下方。将所有七个电池阵列54定位在单层内可以增加电池组的整体水平长度。当与使得所有电池阵列都在单层内的电池组相比时，如图所示将电池阵列54中的两个定位在上层内，可以减小电池组24的水平长度。

电池阵列54可能需要热管理。例如，在操作期间，可能需要冷却电池阵列54。在该示例中，液体冷却剂用于冷却电池阵列54。在另一个示例中，液体冷却剂可以选择性地用于替代地加热电池阵列。

在示例性实施例中，液体冷却剂从冷却剂供应源62移动通过通向电池组24的入口66。液体冷却剂循环通过电池组24的各个区域，以吸收来自电池阵列54以及电池组24的潜在地其他部件的热能。

液体冷却剂一旦被加热，就从电池组24通过出口70移动到热交换装置74，诸如液体-空气热交换器。在装置74处，热能从液态冷却剂转移到空气。液体冷却剂然后移回到冷却剂供应源62，以完成冷却剂回路。泵78可用于辅助液体冷却剂沿着冷却剂回路的移动。

电池组24包括提供内部84的外壳总成82。电池阵列54被保持在内部84内并且由外壳总成82封装在内部84内。在这个示例中，电池阵列54完全被外壳总成82包围。外壳总成82尤其可以保护电池阵列54免受碎屑和损坏。

外壳总成82包括托盘86和盖90。托盘86和盖90可以各自由金属或金属合金铸造，但其他材料组合物是可能的且落在本发明的范围内。托盘86沿着接口94与盖90直接介接。接口94围绕外壳总成82的整个周边周向地延伸。机械紧固件可用于将托盘86在接口处固定到盖90。

在示例性实施例中，托盘86提供下层底板98和从所述下层底板98竖直向上延伸到接口94的侧壁100。下层的电池阵列54设置在下层底板98上。

电池组24还包括上层底板102。上层的电池阵列54设置在上层底板102上。在该示例中，上层底板102的所有部分都容纳在外壳总成82的内部84内。在另一个示例中，上层底板102可以提供外壳总成82的一些部分。在此类示例中，上层底板102可以从内部84向外延伸并且包括在接口94处被保持在托盘86和盖90之间的部分。

下层底板98包括多个下热交换器106，每个下热交换器106竖直地设置在下层内的电池阵列54中的一个下方。下热交换器106包括由盖114覆盖的通道110。

在该示例中，下层的电池阵列54各自设置在盖114中的一个上。热界面材料(TIM)可以定位在盖114和下层的电池阵列54之间，以促进电池阵列54和相关联的下热交换器106之间的热能传递。

在示例性实施例中，通道110形成在托盘86内。然而，其他构造也是可以考虑的，并且落在本公开的范围内。例如，通道110的一些部分或全部可以替代地形成在盖114内。

上热交换器118竖直地设置在上层内的电池阵列54中的每个的下方。上热交换器118包括由盖126覆盖的通道122。

在该示例中，上层的电池阵列54各自设置在盖126中的一个上。TIM可以定位在上层的盖126和电池阵列54之间，以促进电池阵列54和相关联的上热交换器118之间的热能传递。

在示例性实施例中，通道122形成在上层底板102内。然而，其他构造也是可以考虑的，并且落在本公开的范围内。例如，通道122的一些部分或全部可以替代地形成在盖126内。

再次参考冷却剂回路，液体冷却剂在进入入口66之后可以移动通过通道110、122以吸收来自上层和下层的电池阵列54的热能。在另一个示例中，冷却剂回路可用于向电池阵列54提供热能。也就是说，在一些示例中，冷却剂回路、下热交换器106和上热交换器118可用于加热电池阵列54，而不是冷却电池阵列54。

现在参考图5至图7并继续参考图3和图4，在示例性实施例中，托盘86包括立管128U、128D。在立管128U、128D中的每个内都是冷却剂通道132，所述冷却剂通道132用于在上层和下层之间传送液体冷却剂。在示例性实施例中，冷却剂通道132设置在立管128U、128D内，并且因此集成在作为外壳总成82的一部分的托盘86内。冷却剂通道132内的液体冷却剂因此可以与外壳总成82直接接触，因为液体冷却剂不是容纳在与外壳总成82分离的管道或管内。

立管128U、128D可以与托盘86的其余部分铸造在一起。例如，冷却剂通道132可以被机加工到立管128U、128D中或铸造到立管128U、128D中。

在该示例中，立管128U内的冷却剂通道132用于将液体冷却剂从托盘86竖直向上传送到上层底板102。冷却剂通道132用于将液体冷却剂从上层底板102竖直地向下传送到托盘86。泵78可用于移动液体冷却剂。

当流体从入口66移动到电池组24时，液体冷却剂最初进入托盘86的下入口歧管136(图6)。下入口歧管136沿着托盘86的一侧在方向H上水平地延伸(也参见图4)。下热交换器106的通道110通向下入口歧管136。立管128U内的冷却剂通道132也通向下入口歧管136。从下入口歧管136，冷却剂中的一些在方向D上移动通过下热交换器106的通道110，并且冷却剂中的一些竖直向上移动通过由立管128U提供的冷却剂通道132。

已经移动通过立管128U的冷却剂通道132的液体冷却剂沿着路径P(图7)流入上入口歧管140，所述上入口歧管140沿着上层底板102在方向H上水平地延伸。上热交换器118的通道122通向上入口歧管140。液体冷却剂从上入口歧管140在方向D上移动通过穿过上层底板102的通道122。

在液体冷却剂已经循环通过通道122之后，现在由上层内的电池阵列54加热的液体冷却剂移动到上层底板102的与上入口歧管140相对的一侧上的上出口歧管(未示出)中。然后，液体冷却剂向下流动通过立管128D提供的冷却剂通道132，并且进入到托盘86的与下入口歧管136相对的一侧上的托盘86的下出口歧管中。

托盘86的下出口歧管还收集已经穿过下热交换器106内的通道110的液体冷却剂(现在已经被加热)。

液体冷却剂然后从下出口歧管移动，并且从电池组24移动，通过出口70。

在所述示例性实施例中，不需要除了入口66之外的入口和除出口70之外的出口来使液体冷却剂循环通过下热交换器106和上热交换器118。也就是说，不需要单独的上层入口和下层入口。然而，在不脱离本公开的教导的情况下，可以根据需要使用一个以上的入口、一个以上的出口或两者。

值得注意的是，冷却剂通道132由立管128U、128D提供，立管128U、128D是托盘86的一部分并且因此是外壳总成82的一部分。在另一个示例中，冷却剂通道132可以至少部分地由上层底板102的一部分提供。

在过去，为了在多层电池组的层之间传送流体，一些设计已经使用与外壳和其他结构分离的专用导管。这些专用导管(诸如管和管道)专用于传送液体冷却剂。专用管道可能需要复杂的组装技术并且增加整体构建的复杂性。例如，可能需要将快速连接连接器联接在一起，以将此类管和管道流体地联接在一起。

与先前的方法相比，在本公开的示例性实施例中，当上层底板102和托盘86被组装时，冷却剂通道132可以流体地联接上层底板102和托盘86。与先前利用单独的管和管道的设计相比，这可以简化组装过程。

在组装期间，上层底板102首先定位在托盘86的立管128U上，如图7所示。歧管覆盖件144然后定位在上入口歧管140上方并且利用至少一个机械紧固件148固定就位，如图8中所示。机械紧固件148延伸穿过歧管覆盖件144并穿过上层底板102的凸台152，以接合立管128U的螺纹孔156，如图9中所示。

机械紧固件148经由与托盘86的立管128U的螺纹接合将歧管覆盖件144、上层底板102和托盘86固定在一起。一旦上层底板102和托盘86如上所描述的固定在一起，下入口歧管136就通过冷却剂通道132流体地联接到上入口歧管140。因此，相对于上层底板102固定托盘86将上热交换器118和下热交换器106流体地联接在一起。上层底板102的相对横向侧类似地联接到立管128D。

现在参考图10，示例性实施例使用冷却剂通道密封件160来密封上层底板102的面向下的表面164和立管128U之间的接口。类似的冷却剂通道密封件可用于密封立管128D和上层底板102之间的接口。冷却剂通道密封件160是环形密封件，其围绕冷却剂通道132分布并且提供冷却剂通道132的周边的一部分。示例冷却剂通道密封件160竖直地位于上层底板102和立管128U之间。当机械紧固件148向下扭转到螺纹孔156中时，冷却剂通道密封件160在立管128U和上层底板102之间被压缩。

冷却剂通道密封件160包括主密封接口168和辅助密封接口172。主密封接口168在辅助密封接口172的径向内侧。此外，主密封接口168轴向地偏离辅助密封接口172。

当液体冷却剂移动通过冷却剂通道132时，来自冷却剂通道132的液体冷却剂的泄漏最初被主密封接口168阻挡。辅助密封接口172阻挡径向向外滑动经过主密封接口168的任何液体冷却剂。辅助密封接口172可以防止这种流体逸出到电池组24的内部中。

在过去，用于在多层电池组的层之间传送流体的专用导管可能已经定位在电池阵列附近的区域中。来自这些专用导管的泄漏可能不期望地在电池阵列附近泄漏液体冷却剂。冷却剂通道132在外壳总成82内的定位可以帮助避免泄漏到电池阵列54附近的区域中。主密封接口168和辅助密封接口172还可以抑制泄漏到电池阵列54附近的区域中。

参考图11，另一个示例性实施例可以包括冷却剂通道密封件160'，其是环形密封件，并且具有与立管128U和上层底板102的多个密封接口200。像冷却剂通道密封件160一样，冷却剂通道密封件160'的多个密封接口200可以帮助阻止液体冷却剂泄漏到电池阵列54附近的区域。

所公开的示例的特征包括上层的热交换器，所述上层的热交换器可以通过相对于下层固定上层而流体地联接到下层的热交换器。冷却剂通道可以集成到电池组的外壳中。

前面的描述在本质上是示例性的而非限制性的。对所公开的示例作出的变化和修改对于本领域技术人员而言可能变得显而易见，所述变化和修改不一定脱离本公开的本质。因此，给予本公开的法律保护的范围只能通过研究附随的权利要求来确定。

根据本发明，提供了一种电池组总成，所述电池组总成具有：外壳总成，其封装下层电池阵列和上层电池阵列；下层热交换器；上层热交换器；以及外壳总成的冷却剂通道，所述冷却剂通道被构造为在所述下热交换器和所述上热交换器之间传送液体冷却剂。

根据一个实施例，冷却剂通道被铸造在外壳总成内。

根据一个实施例，外壳提供冷却剂通道，使得外壳可以直接接触冷却剂通道内的液体冷却剂。

根据一个实施例，本发明的特征还在于：所述外壳总成的托盘；上层底板；以及立管，其由所述托盘或所述上层底板中的至少一者提供，其中所述立管提供所述冷却剂通道。

根据一个实施例，相对于上层底板固定托盘将上热交换器和下热交换器流体地联接在一起。

根据一个实施例，下层热交换器邻近下层电池阵列定位，并且上层热交换器邻近上层电池阵列定位。

根据一个实施例，外壳的托盘提供具有下层热交换器的下层底板。

根据一个实施例，本发明的特征还在于冷却剂通道密封件，所述冷却剂通道密封件竖直地在托盘和上层底板之间。

根据一个实施例，本发明的特征还在于冷却剂通道密封件是环形密封件，所述环形密封件包括主密封接口和辅助密封接口，所述主密封接口在所述辅助密封接口的径向内侧，所述主密封接口轴向地偏离所述辅助密封接口。

根据本发明，提供了一种电池组流体传送方法，所述方法具有：通过将电池组的上层底板固定到电池组的托盘而将下层热交换器和上层热交换器流体地联接在一起。

根据一个实施例，本发明的特征还在于，当将上层底板固定到托盘时，固定上层底板的歧管覆盖件。

根据一个实施例，本发明的特征还在于在固定期间压缩环形密封件。

根据一个实施例，本发明的特征还在于，环形密封件包括至少一个主密封接口和至少一个辅助密封接口，所述至少一个主密封接口在所述至少一个辅助密封接口的径向内侧，所述至少一个主密封接口轴向地偏离所述至少一个辅助密封接口。

根据一个实施例，本发明的特征还在于通过外壳的立管内的冷却剂通道传送液体冷却剂。

根据一个实施例，托盘提供立管。

根据一个实施例，本发明的特征还在于在下层热交换器和至少一个下层电池阵列之间交换热能，以及在上层热交换器和至少一个上层电池阵列之间交换热能。

根据一个实施例，电池组是牵引电池组。

根据一个实施例，上层底板提供电池组的外壳的至少一部分。

Claims (15)

1.一种电池组总成，其包括：

外壳总成，所述外壳总成封装下层电池阵列和上层电池阵列；

下层热交换器；

上层热交换器；和

所述外壳总成的冷却剂通道，所述冷却剂通道被构造为在所述下热交换器和所述上热交换器之间传送液体冷却剂。

2.如权利要求1所述的电池组总成，其中所述冷却剂通道被铸造在所述外壳总成内。

3.如权利要求1所述的电池组总成，其中所述外壳提供所述冷却剂通道，使得所述外壳能够直接接触所述冷却剂通道内的液体冷却剂。

4.如权利要求1所述的电池组总成，其还包括：所述外壳总成的托盘；上层底板；以及立管，其由所述托盘或所述上层底板中的至少一者提供，其中所述立管提供所述冷却剂通道，并且任选地，其中相对于所述上层底板固定所述托盘将所述上热交换器和所述下热交换器流体地联接在一起。

5.如权利要求4所述的电池组总成，其中所述下层热交换器邻近所述下层电池阵列定位，并且所述上层热交换器邻近所述上层电池阵列定位。

6.如权利要求4所述的电池组总成，其中所述外壳的所述托盘提供具有所述下层热交换器的下层底板。

7.如权利要求4所述的电池组总成，其还包括冷却剂通道密封件，所述冷却剂通道密封件竖直地在所述托盘和所述上层底板之间，并且任选地，其中所述冷却剂通道密封件是环形密封件，所述环形密封件包括主密封接口和辅助密封接口，所述主密封接口在所述辅助密封接口的径向内侧，所述主密封接口轴向地偏离所述辅助密封接口。

8.如权利要求7所述的电池组总成，其中所述冷却剂通道密封件是环形密封件，所述环形密封件包括主密封接口和辅助密封接口，所述主密封接口在所述辅助密封接口的径向内侧，所述主密封接口轴向地偏离所述辅助密封接口。

9.一种电池组流体传送方法，其包括：

通过将电池组的上层底板固定到所述电池组的托盘而将下层热交换器和上层热交换器流体地联接在一起。

10.如权利要求9所述的电池组流体传送方法，其还包括当将所述上层底板固定到所述托盘时，固定所述上层底板的歧管覆盖件。

11.如权利要求9所述的电池组流体传送方法，其还包括在所述固定期间压缩环形密封件，并且任选地，其中所述环形密封件包括至少一个主密封接口和至少一个辅助密封接口，所述至少一个主密封接口在所述至少一个辅助密封接口的径向内侧，所述至少一个主密封接口轴向地偏离所述至少一个辅助密封接口。

12.如权利要求11所述的电池组流体传送方法，其还包括通过位于外壳的立管内的冷却剂通道传送液体冷却剂，并且任选地，其中所述托盘提供所述立管。

13.如权利要求11所述的电池组流体传送方法，其还包括在所述下层热交换器和至少一个下层电池阵列之间交换热能，以及在所述上层热交换器和至少一个上层电池阵列之间交换热能。

14.如权利要求11所述的电池组流体传送方法，其中所述电池组是牵引电池组。

15.如权利要求11所述的电池组流体传送方法，其中所述上层底板提供所述电池组的外壳的至少一部分。

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