CN111919332A - 用于机动车辆电池单元的冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电池单元的冷却系统(1),该系统包括:‑传热流体回路,‑设计用于容纳电池单元的支撑件,该支撑件与传热流体热接触,在该系统中,流体回路包括在第一平面中延伸的第一系列流体通道和在与第一平面分离的第二平面中延伸的第二系列流体通道,第一系列中的至少一个通道经由在所述两个平面之间延伸的返回弯头连接至第二系列中的至少一个通道,使得这两个通道在它们之间形成的角度小于90°,特别是小于45°或小于5°,并且特别是这些通道在它们之间形成的角度为0°,在这种情况中这些通道平行且具有相反的流动方向。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于冷却至少一个机动车辆电池或多个电池单元的冷却系统。
本发明特别适用于具有电池组或电池单元的所有电动或混合动力车辆。
背景技术
专利US9761919描述了一种能量存储系统,其包括多个电池单元,每个电池单元具有阳极端子和阴极端子,并且提供了具有平坦蒸发表面的热管以冷却电池。
专利US9638475描述了一种热交换器,该热交换器采用冷却元件的形式,该热交换器配备有接合装置,该接合装置形成在或固定在冷却板的外表面上,以便接收和/或接合电池单元上的对应接合部分。电池单元或电池与热交换器之间的互连在两个部件之间产生机械锁定,从而改善了两个部件之间的热传递特性。
更一般地,在热交换器(散热器,冷却器,蒸发器等)的情况下,已知具有U形流体回路的用于传热流体的板允许在其每个面上进行热交换。
特别是,存在两种用于冷却圆柱形电池单元的现有解决方案:
-通过在电池单元行之间来回缠绕的波纹状的挤压管,经由电池单元侧面进行冷却,优选通过2个管进行U形流通,
-通过具有U形或I形流通的冷却板,经由电池单元底部进行冷却。
在具有U形流通的波纹状管的情况下,每个电池单元的平均温度相同,但其中一个电池单元的温度要高于另一个,因此,产生这样的温度梯度:电池单元越接近回路的起点,温度梯度要明显。对于具有U形流通的冷板,电池单元的直径永远不会大到足以跨越冷入口通道和热出口通道的范围,这意味着每个电池单元之间的温差会逐渐增加。
发明内容
本发明特别地试图在冷却一组电池单元中提出更好的温度均匀性。
因此,本发明的主题是一种用于电池单元的冷却系统,该系统包括:
-传热流体回路,
-设计用于容纳电池单元的支撑件,该支撑件与传热流体热接触,
在该系统中,流体回路包括在第一平面中延伸的第一系列流体通道和在与第一平面分离的第二平面中延伸的第二系列流体通道,第一系列中的至少一个通道经由在所述两个平面之间延伸的返回弯头连接至第二系列中的至少一个通道,使得这两个通道在它们之间形成的角度小于90°,特别是小于45°或小于5°,并且特别是这些通道在它们之间形成的角度为0°,在这种情况中这些通道平行且具有相反的流动方向。
借助于本发明,由于通道的向外和返回方向,传热流体的路径使得可以确保在整个电池单元矩阵上的均匀冷却。
本发明使得可以具有一个且相同的电池单元温度,而不管其在交换器上的位置如何。
根据本发明的一个方面,第一系列的所有通道相互平行。
根据本发明的一方面,第二系列的所有通道相互平行。
根据本发明的一个方面,第一系列和第二系列的所有通道都相互平行。
根据本发明的一方面,返回弯头都在冷却系统的一侧。
根据本发明的一方面,通道在其大部分长度上,尤其是在基本上整个长度上是直线的。
根据本发明的一个方面,该系统包括至少部分地限定第一系列和第二系列中的至少一个的通道的通道板,并且该板特别地至少部分地限定两个系列的通道。
根据本发明的一方面,通道板包括至少部分地限定通道的凹槽。
根据本发明的一个方面,通道板制成单件,特别是由铝制成,特别是通过压制。
根据本发明的一个方面,通道板在上部面上包括一系列凹槽以形成第一系列的通道,并且在下部面上包括一系列凹槽以形成第二系列的通道。
根据本发明的一方面,所有通道都是直线的,这意味着通道不形成蛇形盘绕。特别地,通道在板的大部分上延伸,特别是基本上在板的整个长度上延伸。
根据本发明的一个方面,板包括交替的压制部,以便形成交替的凹槽,以便交替地在板的上部面和下部面的每一个上限定通道。
根据本发明的一方面,该板被设计成限定供应区域,在该供应区域处向通道供应传热流体。
根据本发明的一方面,该板被设计成限定排出区域,在该排出区域处流体从通道排出。
根据本发明的一个方面,供应区域和排出区域在通道板的同一侧,特别是在通道板的端部,特别是分别在两个平面中。
根据本发明的一方面,供应区域和排出区域相对于通道横向地延伸。
根据本发明的一个方面,供应区域和排出区域分别连接到入口连接件和出口连接件,这些连接件特别是分别由喷嘴形成,两个连接件都在板的上部面或下部面上延伸,即在板的同一侧上。
在一个变型中,连接件中的一个在通道板的上部面上延伸,另一个在通道板的下部面上延伸。
根据本发明的一方面,流体入口连接件和出口连接件基本上在通道板的中间。
根据本发明的一方面,板的厚度在0.5mm至1mm范围内。
根据本发明的一方面,通道的横截面在15mm2至20mm2范围内。
根据本发明的一个方面,第一系列和第二系列的通道具有相同的横截面。
根据本发明的一方面,通道彼此均匀地间隔开。
根据本发明的一个方面,电池单元的横截面大于第一系列的通道与第二系列的通道之间的空间,这些通道紧邻。
根据本发明的一个方面,通过第一系列的通道和第二系列的通道两者对电池单元的基座中的至少一些、尤其是所有基座进行冷却。
根据本发明的一个方面,用于容纳电池单元的支撑件是与通道板组装在一起的板,特别是通过钎焊组装在一起。
根据本发明的一方面,支撑板和通道板具有基本相同的尺寸和形状,特别是具有直的边缘,特别是内接在矩形内。
根据本发明的一个方面,支撑板关闭系列通道中的一个系列的通道。
根据本发明的一方面,入口连接件或出口连接件至少部分地穿过该支撑板,并且该板特别地包括用于喷嘴通过的孔口。
根据本发明的一方面,支撑板由铝制成。
根据本发明的一方面,该支撑板包括孔,每个孔被设计成容纳一个电池。
根据本发明的一方面,这些孔平行于通道布置成行。
根据本发明的一方面,这些孔接受电池的基座。
根据本发明的一方面,每个电池单元是圆柱形的。
根据本发明的一方面,电池单元数目至少为200,特别是至少300,特别是400。
根据本发明的一方面,该系统包括底板,该底板设计成与通道板组装在一起。
根据本发明的一个方面,该底板被设计成封闭系列通道中的一个系列的一个通道。
根据本发明的一方面,入口连接件或出口连接件至少部分地穿过该底板,并且该板特别地包括用于喷嘴通过的孔口。
根据本发明的一方面,通道板被夹在电池单元支撑板和底板之间,这些板特别地彼此钎焊。
根据本发明的一个方面,返回弯头由通道板中的贯穿开口形成,这些贯穿开口允许流体从通道板的一个面流到另一面。
在本发明的变型中,支撑板和底板是完全平面的,没有用于圆柱形电池的壳体或孔。
根据本发明的一方面,通道具有不同的宽度,以便适应例如不具有恒定间隔的电池单元的布局。
根据本发明的一方面,部件由塑料材料制成并且通过粘结、热焊接、超声焊接或任何其他组装方式来组装。
根据本发明的一个方面,仅通道板由铝制成,而其他部件由塑料制成,并且特别地通过粘接彼此组装。
本发明允许第一系列和第二系列的通道通过在支撑板的端部处的折返部而接合,所述折返部在通道板的厚度方向上。
有利地,在通道板的下部面上,通道一方面允许与每个下部面圆柱形电池单元的基座的一半交换热量,流体与下板直接接触,并且允许与每个上部面圆柱形电池单元的基座的一半交换热量,流体经由通道的底部或凹槽的底部与上支撑板间接接触。
附图说明
通过阅读以下以非限制性示例的方式进行的描述并参考附图,将更好地理解本发明,并且本发明的其他细节、特征和优点将变得更加显而易见。在附图中:
图1至图7以各种视图示意性地且部分地示出了根据本发明的一个示例的系统;
图8和9示意性且部分地示出了根据本发明的另一示例的冷却系统。
具体实施方式
图1至图7描述了用于电池单元的冷却系统1,该系统1包括:
-传热流体回路2,
-设计用于容纳电池单元4的支撑件3,该支撑件3与传热流体热接触,
在该系统中,流体回路2包括在第一平面P1中延伸的第一系列流体通道10和在与第一平面不同的第二平面P2中延伸的第二系列流体通道20。
第一系列10的通道11经由在所述两个平面P1和P2之间延伸的返回弯管30连接到第二系列20的通道21,使得这些通道在它们之间形成0°的角度,即这些通道11和21彼此平行并且具有相反的流动方向。
所使用的传热流体优选为乙二醇-水,对乙二醇含量没有限制(0%至100%)。可替代地,传热流体可以选自标记为R134a,R1234yf或R744的流体。
电池单元2包括例如用于混合动力车辆中的多个锂离子(Li离子)电池。在另一个实施例中,多个电池单元是用于电池供电的电动车辆中的锂离子电池。
从图中可以看出,第一系列10和第二系列20的所有通道11和21都相互平行。
如图3所示,返回弯头30都在冷却系统1的一侧7上。
通道11和21在其整个长度上是直线的。
系统1包括限定第一系列10和第二系列20的通道11和21的通道板8。
如图3和4所示,通道板8包括限定通道11和21的凹槽9。
通道板8制成单件,特别是由铝制成,特别是通过压制。
通道板8在上部面15上包括一系列凹槽9以形成第一系列的通道11,并且在下部面25上包括一系列凹槽9以形成第二系列的通道21。
所有通道11和21都是直线的,这意味着通道不形成蛇形盘绕。特别地,通道11和21在板8的大部分上延伸,特别是基本上在板8的整个长度上延伸。
如图2所示,板8被设计成限定供应区域31,在该供应区域31处向通道11供应传热流体。
如图5所示,板8被设计成限定排出区域32,在该排出区域32处从通道排出流体。
供应区域31和排出区域32在通道板的同一右侧35上。
细长形状的供应区域31和排出区域32,尤其具有矩形形状,相对于通道11和21横向地延伸。
在板8上形成的供应区域31和排出区域32分别连接到入口连接件37和出口连接件(不可见),这些连接件特别是分别由喷嘴形成,两个连接件都在板的上部面或下部面上延伸,即在板的同一侧上。
在图8和9中示出的示例中,流体入口连接件37和出口连接件38基本上在通道板8的中间。因此,经由连接件到达的流体分别朝着板的一端并且朝着另一端在任一侧分配。
第一系列和第二系列的通道具有相同的横截面,并且彼此均匀地间隔开。
根据本发明的一个方面,电池单元的横截面大于第一系列的通道与第二系列的通道之间的空间,这些通道紧邻。
如图6所示,电池单元4的基座,特别是所有基座60,均由第一系列的通道和第二系列的通道两者冷却。
用于容纳电池单元的支撑件40是与通道板8组装在一起的板,特别是通过钎焊组装在一起。
支撑板40和通道板8具有基本相同的尺寸和形状,特别是具有直的边缘,特别是内接在矩形内。
支撑板40关闭通道11和21。
入口连接件或出口连接件经由该支撑板40,并且该板特别地包括用于使喷嘴37通过的孔口41,如图9所示。
支撑板40由铝制成,并且包括被设计成分别容纳电池单元4的孔45。
这些孔45平行于通道布置成行。
这些孔45容纳电池单元4的基座。
每个电池单元都是圆柱形的。
该系统包括底板50,该底板50设计成与通道板8组装在一起。
该底板50被设计成封闭通道系列中的一个系列的通道。
返回弯头由通道板8中的贯穿开口55形成,这些贯穿开口55允许流体从通道板8的一个面流到另一个面,并半转入另一平面中。
通道11和21在布置上交替。
如在图3和图4中可见,板8包括交替的压制部,以便形成交替的凹槽9,以便交替地在板8的上部面和下部面的每一个上限定通道11和21。
上部面的通道11在贯穿开口55的一端敞开,每个开口55将到达该通道55的通道11中的流体分配到板的另一面的两个通道21。
换句话说,下部面的每个通道21与上部面的两个通道连通。
以此方式,本发明能够确保在电动车辆领域中的圆柱形电池单元矩阵上的均匀冷却。
根据本发明,当然可以将底板50布置成与另一组电池单元接触。在这种情况下,第一组电池单元与上部面接触,第二组电池单元与另一面接触。
换句话说,板插置在两组电池单元之间。
底板50可以类似于支撑板40,具有用于容纳电池单元的孔。
通过本发明,每个电池单元在热学意义上都可以遇到传热流体的“冷”通道和“热”通道,从而每个单元所遇到的流体的平均温度是相同的。
如果需要,只要需要在交换器的两个面上进行冷却,则可以在板的每个面上进行热交换。
为了限制交换器中的压头损失,对通道的尺寸进行了优化。
冷却通道一方面允许与每个上部面圆柱形电池单元的基座60的一半交换热量,流体与下支撑板40直接接触,并且允许与每个下部面圆柱形电池单元的基座60的一半交换热量,流体经由通道的底部与下支撑板间接接触。通道11与通道21交替布置,这确保了流体以逆流流动的返回。在该实施例中,通道11和21具有相同的宽度,所述宽度取决于每个电池单元之间的间隔。
在下部面上,通道21一方面允许与每个下部面圆柱形电池单元的基座60的一半交换热量,流体与下板50直接接触,并且允许与每个上部面圆柱形电池的基座的一半交换热量,流体经由通道的底部或凹槽9的底部与上支撑板8间接接触。
板40和50关闭流体回路。
优选地,通道11和21分别在供应区域和排出区域之间延伸。特别地,它们在供应区域和排出区域之外彼此分开。特别地,这些通道11和21在供应区域和排出区域的外部彼此不交叉。
Claims (10)
1.一种用于电池单元的冷却系统(1),该系统包括:
传热流体回路(2),
设计成容纳电池单元的支撑件(40),该支撑件与传热流体热接触,
在该系统中,流体回路包括在第一平面中延伸的第一系列(10)流体通道和在与所述第一平面分离的第二平面中延伸的第二系列(20)流体通道,所述第一系列中的至少一个通道经由在所述两个平面之间延伸的返回弯头连接至所述第二系列中的至少一个通道,使得这两个通道在它们之间形成的角度小于90°,特别是小于45°或小于5°,并且特别是这些通道在它们之间形成的角度为0°,在这种情况下这些通道平行并具有相反的流动方向。
2.根据权利要求1所述的系统,其中,该系统包括至少部分地限定所述第一系列和所述第二系列中的至少一个系列的通道的通道板(8),并且该板特别地至少部分地限定这两个系列的通道。
3.根据权利要求1所述的系统,其中,所述通道板包括至少部分地限定通道的凹槽(11)。
4.根据权利要求2或3所述的系统,其中,通道板制成单件,特别是由铝制成,特别是通过压制。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统,其中,所述通道板(8)在上部面上包括一系列凹槽以形成第一系列的通道,并且在下部面上包括一系列凹槽以形成第二系列的通道。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的系统,其中,板(8)包括交替的压制部,以便形成交替的凹槽(9),以便交替地在板(8)的上部面和下部面的每一个上限定通道。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其中,通过第一系列的通道和第二系列的通道两者对电池单元的基座(60)中的至少一些、尤其是所有基座进行冷却。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其中,用于容纳电池单元的支撑件是与通道板组装在一起的板,特别是通过钎焊组装在一起。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其中,返回弯头由通道板中的贯穿开口(55)形成,所述贯穿开口允许流体从通道板的一个面流到另一面。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其中,在所述通道板的下部面上,通道(21)一方面允许与每个下部面圆柱形电池单元的基座(60)的一半交换热量,流体与下板(50)直接接触,并且允许与每个上部面圆柱形电池的基座的一半交换热量,流体经由通道的底部或凹槽(9)的底部与上支撑板(8)间接接触。
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