CN114665185A - 用于牵引电池组通风系统和附近车辆部件的热障 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于牵引电池组通风系统和附近车辆部件的热障”。本公开详细描述了用于电动化车辆中的示例性牵引电池组通风系统。示例性牵引电池组系统可以包括通风系统，所述通风系统具有一个或多个通风风道，用于从电池组排出电池通风副产物。所述通风风道可以包括热障，所述热障被配置为在电池单元通风事件期间阻挡由所述电池通风副产物散发的热量。在一些实施例中，所述热障包括热障涂层。在其他实施例中，所述热障包括热障涂层和热障层两者。在又其他实施例中，第二热障可以施加到位于所述电池组附近的车辆部件以用于改善所述热障性能。

Description

用于牵引电池组通风系统和附近车辆部件的热障
技术领域
本公开总体上涉及电动化车辆牵引电池组，并且更具体地，涉及用于牵引电池组系统的热障。
背景技术
正在开发降低或完全消除对内燃发动机的依赖的电动化车辆。通常来说，电动化车辆不同于常规的机动车辆，因为它们选择性地由牵引电池供电的电机驱动。相比之下，常规的机动车辆完全地依赖内燃发动机来推进车辆。
高压牵引电池组通常向电动化车辆的电机和其他电气负载供电。牵引电池组包括多个电池单元和支持车辆电力推进的各种其他电池内部部件。电池通风副产物可以在某些条件下从电池单元排出。
发明内容
根据本公开的示例性方面的牵引电池组系统尤其包括：电池组，其包括电池单元；通风风道，其被配置为将由电池单元排放的电池通风副产物引导并且排出到电池组外部的位置；以及热障，其设置在通风风道的表面上并且被配置为阻挡由电池通风副产物散发的热量。
在前述牵引电池组系统的又一个非限制性实施例中，所述表面是通风风道的内表面、通风风道的外表面或两者。
在前述牵引电池组系统中的任一个的又一个非限制性实施例中，通风风道包括基底，并且热障设置在基底上。
在任一前述牵引电池组系统的又一个非限制性实施例中，基底是金属的。
在任一前述牵引电池组系统的又一个非限制性实施例中，基底是聚合物。
在任一前述牵引电池组系统的又一个非限制性实施例中，热障包括膨胀型防火热障涂层。
在任一前述牵引电池组系统的又一个非限制性实施例中，热障包括热障层，所述热障层附接到膨胀型防火热障涂层。
在任一前述牵引电池组系统的又一个非限制性实施例中，热障层包括织物层、泡沫层或其组合。
在任一前述牵引电池组系统的又一个非限制性实施例中，车辆部件邻近通风风道定位。
在任一前述牵引电池组系统的又一个非限制性实施例中，第二热障设置在车辆部件上。
在任一前述牵引电池组系统的又一个非限制性实施例中，第二热障包括热障涂层、热障层或两者。
在再一个非限制性实施例中，电动化车辆包括牵引电池组系统，所述牵引电池组系统包括：电池组，其包括电池单元；通风风道，其被配置为将由电池单元排放的电池通风副产物引导并且排出到电池组外部的位置；以及热障，其设置在通风风道的表面上并且被配置为阻挡由电池通风副产物散发的热量。
根据本公开的另一个示例性方面的牵引电池组系统尤其包括：电池组；通风系统，其被配置为将电池通风副产物从电池组的内部引导并且排出到电池组外部的位置；车辆部件，其邻近电池组或通风系统定位；第一热障，其设置在通风系统的一部分上；以及第二热障，其设置在车辆部件的一部分上。
在前述牵引电池组系统的又一个非限制性实施例中，第一热障设置在通风系统的通风风道的内表面、通风风道的外表面或两者上，并且此外其中第二热障设置在车辆部件的外表面上。
在前述牵引电池组系统中的任一个的又一个非限制性实施例中，第一热障和第二热障各自包括热障涂层、热障层或两者。
在任一前述牵引电池组系统的又一个非限制性实施例中，热障涂层包括膨胀型防火涂层。
在任一前述牵引电池组系统的又一个非限制性实施例中，热障层包括织物层、泡沫层或其组合。
在任一前述牵引电池组系统的又一个非限制性实施例中，织物层包括玄武岩纤维、陶瓷纤维或其组合，并且泡沫层包括三聚氰胺泡沫、气凝胶泡沫或云母滑面绝缘材料。
在任一前述牵引电池组系统的又一个非限制性实施例中，第三热障设置在电池组的一部分上。
根据本公开的另一个示例性方面的方法尤其包括将热障施加到牵引电池组通风系统的通风风道的表面，并且在电池单元通风事件期间用热障阻挡由电池通风副产物散发的热量。
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(包括它们的各种方面或相应各个特征中的任一者)可独立地或以任何组合采用。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非此类特征是不兼容的。
根据以下具体实施方式，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得明显。随附于具体实施方式的附图可如下简要描述。
附图说明
图1示意性地示出了电动化车辆的动力传动系统。
图2示出了电动化车辆的牵引电池组系统。
图3示出了另一个牵引电池组系统。
图4示出了又一牵引电池组系统。
图5示出了牵引电池组系统的示例性热障。
图6示出了另一个示例性热障。
图7示出了另一个牵引电池组系统。
图8示出了另一个牵引电池组系统。
图9示出了又一牵引电池组系统。
具体实施方式
本公开详细描述了用于电动化车辆中的示例性牵引电池组通风系统。示例性牵引电池组系统可以包括通风系统，所述通风系统具有一个或多个通风风道，用于从电池组排出电池通风副产物。通风风道可以包括热障，所述热障被配置为在电池单元通风事件期间阻挡由电池通风副产物散发的热量。在一些实施例中，热障包括热障涂层。在其他实施例中，热障包括热障涂层和热障层。在又其他实施例中，第二热障可以施加到位于电池组附近的车辆部件以用于改善热障性能。在本具体实施方式的以下段落中更详细地讨论了这些和其他特征。
图1示意性地示出用于电动化车辆12的动力传动系统10。尽管被描绘为混合动力电动车辆(HEV)，但是应当理解，本文描述的概念并不限于HEV并且可扩展到其他电动化车辆，包括但不限于：插电式混合动力电动车辆(PHEV)、电池电动车辆(BEV)、燃料电池车辆等。
在实施例中，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流式动力传动系统。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各自能够产生扭矩以驱动电动化车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管图1中描绘了动力分配式配置，但本公开扩展到任何混合动力或电动车辆，包括强混合动力、并联式混合动力、串联式混合动力、轻度混合动力或微型混合动力。
发动机14(其可以是内燃发动机)和发电机18可以通过动力传递单元30(诸如行星齿轮组)连接。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。在非限制性实施例中，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。
发电机18可以由发动机14通过动力传递单元30来驱动，以将动能转换成电能。发电机18可替代地用作马达，以将电能转换为动能，从而向连接到动力传递单元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，所以发动机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可连接到轴40，所述轴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可包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递单元也可能是合适的。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可包括多个齿轮，所述多个齿轮使得能够将扭矩传递到车辆驱动轮28。在非限制性实施例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地联接到车桥50，以将扭矩分配到车辆驱动轮28。
马达22也可用于通过将扭矩输出到轴52来驱动车辆驱动轮28，所述轴也连接到第二动力传递单元44。在非限制性实施例中，马达22和发电机18作为再生制动系统的一部分协作，其中马达22和发电机18都可以用作马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机18可各自向电池组24输出电力。
电池组24是示例性电动化车辆电池。电池组24可以是高压牵引电池组，其包括多个电池阵列25(即，电池总成或多组电池单元)，所述多个电池阵列能够输出电力以操作电动化车辆12的马达22、发电机18和/或其他电气负载以提供电力来推进车轮28。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可用于向电动化车辆12供电。
图2示出了可在电动化车辆中采用的牵引电池组系统54。例如，牵引电池组系统54可以被并入作为图1的电动化车辆12的动力传动系统10的一部分，或并入在任何其他电动化动力传动系统内。
牵引电池组系统54可以包括电池组24和通风系统58。电池组24包括多个电池单元56，所述多个电池单元56存储能量，用于为电动化车辆12的各种电气负载供电。在本公开的范围内，电池组24可以包括任何数量的电池单元。因此，本公开不限于图2示出的确切电池组配置。电池单元56可以并排堆叠以构成电池单元56的分组，有时称为电池阵列。在实施例中，电池单元56是棱柱形锂离子电池单元。然而，在本公开的范围内，可替代地利用具有其他几何形状(圆柱形、袋状等)、其他化学物质(镍金属氢化物、铅酸等)或两者的电池单元。
电池单元56可以布置在电池组24内部的一个或多个电池阵列25中。图2中示意性地示出了多个电池阵列25，然而，电池组24可以包括比示出的更多或更少数量的电池阵列，并且仍然落入本公开的范围内。
电池阵列25连同各种其他电池电子部件可以容纳在电池组24的外壳60内部。外壳60可以是密封的外壳并且可以在本公开范围内以任何尺寸、形状和配置实施。例如，外壳60可以是矩形、三角形、圆形、不规则形等。外壳60可由金属材料、基于聚合物的材料、纺织材料或这些材料的任意组合构成。
电池组24的每个电池单元56可以包括一个或多个通风口62。通风口62被配置为在某些电池通风事件期间从电池单元56排出电池通风副产物64，诸如气体或其他副产物。例如，电池通风事件可能在电池单元56的过温、过充电或过放电状况期间发生，或者在其他电池单元状况期间发生。
牵引电池组系统54的通风系统58被配置为将电池组通风副产物64从电池组24的内部引导并泄放到电池组24外部的位置，同时防止环境因素(例如，空气、湿气、昆虫等)通过通风系统58进入电池组24。通风系统58由此减少或防止电池组24内部的热膨胀和显著的压力增加。
通风系统58可以包括一个或多个通风风道66，所述一个或多个通风风道66被布置成用于沿着远离电池组24内部的通风路径收集并且引导电池通风副产物64。电池通风副产物64可在其自身的运动压力下，在被排出电池组24外部(诸如到大气68(即，车辆外部))之前，流动通过每个排气管道66。
在实施例中，每个通风风道66被布置成延伸穿过外壳60的壁70并且因此与电池组24的内部流体连通。壁70可以是外壳60的任何壁，包括但不限于侧壁、底壁、顶壁等。
通风系统58的每个通风风道66可以与电池组24的外壳60的壁70集成。在实施例中，通风风道66焊接到壁70。在另一个实施例中，通风风道66粘合地结合到壁70。在又一个实施例中，通风风道66与壁70一体形成(例如，包覆成型)，诸如用于基于聚合物的外壳。
每个通风风道66还可以由一个或多个管道部段组成。通风风道66的整体尺寸、形状和配置并不意图限制本公开。
通风风道66可在电池组24外部的位置处连接到通风装置72。通风装置72准许电池通风副产物64从电池组24流出到大气68。在实施例中，通风装置72是单向阀，其被配置为阻止环境元素沿着从大气68到通风风道66的反向路径连通。大气空气中的湿气/湿度、昆虫和与大气68相关联的其他元素在电池组24内部是不期望的，并且因此可以被通风装置72阻止进入。
在一些情况下，从电池单元56的通风口62排出的电池通风副产物64具有相对较高的温度，并且因此可以散发热量74。这可能导致每个通风风道66的表面处的温度升高。在此方面，通风风道66可以包括热障76，所述热障76便于阻挡热量74，以便将通风风道66和/或周围部件(例如，电池组24)的表面维持在较低温度。
在实施例中，热障76设置在通风风道66的内表面78处(见图2)。在另一个实施例中，热障76设置在通风风道66的外表面80处(参见图3)。在又一个实施例中，热障76设置在通风风道66的内表面78和外表面80两者处(见图4)。
参考图5，热障76可以包括热障涂层82。热障涂层82设置在通风风道66的表面上，从而用作基底84。热障涂层82可以覆盖通风风道66的选定部分(诸如邻近热点的部分)，或完全覆盖通风风道66的内表面和/或外表面。基底84可由金属材料或聚合物材料制成。
在实施例中，热障涂层82是包括无机材料的膨胀型防火涂层。热障涂层82可以是具有低热导率的基于硅酸盐的热障涂层，以便用作绝热体。术语“基于硅酸盐”指示按重量计硅酸盐是热障涂层82中最丰富的成分。作为示例，热障涂层82由硅酸盐、热障颗粒和非离子表面活性剂组成。热障颗粒的示例包括高岭土、陶瓷、石墨及其组合。非离子表面活性剂的示例包括按重量计0.09％-0.15％。例如，热障涂层82具有按重量计35-45％的硅酸钠、1-3％的热障颗粒和0.09％-0.15％的非离子表面活性剂。在实施例中，热障涂层82具有按重量计0.9％的高岭土、0.1％的非离子表面活性剂和其余的硅酸钠和去离子水。基于硅酸盐的热障涂层82是高度耐热的，但是也具有良好的耐化学性和耐腐蚀性，是防潮的，不含硫的，并且不促进腐蚀。
在本公开的范围内，其他热障涂层也可以是合适的。因此，热保护涂层的厚度和密度不旨在限制本公开。
热障涂层82到基底84的施加没有特别限制。例如，热障涂层82可以通过将包含涂层成分的涂层溶液滚涂、喷涂或刷涂到基底84上，随后固化涂层溶液来施加。在实施例中，涂层溶液被热固化以移除溶剂(诸如去离子水)，并且使涂层成分反应。例如，当被加热到高于反应温度时，高岭土或其他热障颗粒与硅酸盐反应以产生陶瓷相，所述陶瓷相还可以降低热障涂层82的整体热导率。
在图6示出的另一个实施例中，通风风道66的热障76可以包括热障层82，并且除了热障涂层82之外还可以包括热障层86。热障层86附接到热障涂层82并且用于进一步减少通过通风风道66的热耗散。
热障层86通常是柔韧的，以便能够符合通风风道66的轮廓。在实施例中，热障层86选自织物层、泡沫层或其组合。示例织物层包括硅酸盐纤维织物和玄武岩纤维织物。此类织物可以是织造的或非织造的。示例泡沫层包括三聚氰胺泡沫、气凝胶泡沫(例如，二氧化硅或金属氧化物)和云母滑面绝缘材料。
热障层86可以在将热障涂层82施加到基底84上期间通过将热障层86施加在涂层溶液上、然后完全固化而并入。如果热障层86是多孔的，则涂层溶液可以至少部分地渗透热障层86，并且由此将其结合到基底84。替代地，可在热障涂层82和热障层86之间提供粘合剂以将热障层86结合到基底84。
图7示出了另一个示例性牵引电池组系统154。牵引电池组系统154包括电池组124和通风系统158。通风系统158可以包括一个或多个通风风道166，所述一个或多个通风风道166包括热障176。热障176可以设置在图2至图4中示出的任何位置处，并且可以包括图5至图6中示出的配置中的任一个。
一个或多个车辆部件190可以位于电池组124附近。车辆部件190可以是燃料箱、排气部件、高压连接器部件、具有相对低的耐热性的塑料车辆部件或任何其他车辆部件。在实施例中，车辆部件190是紧邻通风风道166定位的部件，并且因此在电池单元通风事件期间可能容易受到由电池通风副产物164散发的热量174的影响。这可能导致车辆部件190的表面处的温度升高。在此方面，第二热障192可以施加到车辆部件190，用于阻挡热量174，以便将车辆部件190和/或其他周围部件的表面维持在较低温度。
第二热障192可以包括热障涂层194。在另一个实施例中，第二热障192包括热障层196，所述热障层196通过粘合剂198固定到车辆部件190(见图8)。在又一个实施例中，第二热障192包括热障涂层194和热障层196(见图9)。
隔热涂层194和/或热障层196可以设置在车辆部件190的外表面199上。热障涂层194可以覆盖外表面199的选定部分，诸如邻近热点或面向热源的部分，或者可以完全覆盖车辆部件190的外部。热障涂层194和热障层196可以包括与施加到通风风道166的涂层/层相比类似或不同的材料成分。
第三热障200可以施加到电池组124的外壳260的部分以阻挡热量174，以便将外壳260的表面维持在较低的温度。第三热障200可以包括热障涂层、热障层或两者。
图2至图7是示意性地示出并不一定按比例绘制。一些特征可能被放大或最小化以强调特定部件或特征的一些细节。
本公开的示例性牵引电池组通风系统包括热障，所述热障被设计成从电池单元通风事件期间释放的排放气体吸收高温，从而限制附近部件暴露于高温以及任何相关联的性能退化。提出的热障增加了热通量，增加了隔热性，并且因此降低了对高温暴露的敏感性。
尽管不同的非限制性实施例被示出为具有特定的部件或步骤，但本公开的实施例不限于那些特定组合。可结合来自其他非限制性实施例中的任一个的特征或部件使用来自非限制性实施例中的任一个的一些部件或特征。
应理解，相同的附图标记贯穿若干附图标识对应或类似的元件。应理解，尽管在这些示例性实施例中公开并示出了特定的部件布置，但其他布置也可受益于本公开的教导。
前述描述应被解释为说明性的而非具有任何限制意义。本领域普通技术人员将理解，在本公开的范围内可出现一些修改。出于这些原因，应研究所附权利要求来确定本公开的真实范围和内容。

Claims (15)

1.一种牵引电池组系统，其包括：
电池组，其包括电池单元；
通风风道，其被配置为将由所述电池单元排放的电池通风副产物引导和排出到所述电池组外部的位置；以及
热障，其设置在所述通风风道的表面上并且被配置为阻挡由所述电池通风副产物散发的热量。
2.如权利要求1所述的牵引电池组系统，其中所述表面是所述通风风道的内表面、所述通风风道的外表面或两者。
3.如权利要求1或2所述的牵引电池组系统，其中所述通风风道包括基底，并且所述热障设置在所述基底上。
4.如权利要求3所述的牵引电池组系统，其中所述基底是金属的或聚合物的。
5.如任一前述权利要求所述的牵引电池组系统，其中所述热障包括膨胀型防火热障涂层。
6.如权利要求5所述的牵引电池组系统，其中所述热障包括热障层，所述热障层附接到所述膨胀型防火热障涂层，并且可选地其中所述热障层包括织物层、泡沫层或其组合。
7.如任一前述权利要求所述的牵引电池组系统，其包括邻近所述通风风道定位的车辆部件，并且可选地包括设置在所述车辆部件上的第二热障。
8.如权利要求7所述的牵引电池组系统，其中所述第二热障包括热障涂层、热障层或两者。
9.一种电动化车辆，其包括如权利要求1所述的牵引电池组系统。
10.如权利要求1所述的牵引电池组系统，其包括：
通风系统，其包括通风风道，所述通风风道被配置为将所述电池通风副产物从所述电池组的内部引导并且排出到所述电池组外部的所述位置；
车辆部件，其邻近所述电池组或所述通风系统定位；以及
第二热障，其设置在所述车辆部件的一部分上。
11.如权利要求10所述的牵引电池组系统，其中所述第一热障设置在所述通风风道的内表面、所述通风风道的外表面或两者上，并且此外其中所述第二热障设置在所述车辆部件的外表面上。
12.如权利要求10或11所述的牵引电池组系统，其中所述第一热障和所述第二热障各自包括热障涂层、热障层或两者。
13.如权利要求12所述的牵引电池组系统，其中所述热障涂层包括膨胀型防火涂层，并且所述热障层包括织物层、泡沫层或其组合，并且可选地，其中所述织物层包括玄武岩纤维、陶瓷纤维或其组合，并且可选地，其中所述泡沫层包括三聚氰胺泡沫、气凝胶泡沫或云母滑面绝缘材料。
14.如权利要求10至13中任一项所述的牵引电池组系统，其包括第三热障，所述第三热障设置在所述电池组的一部分上。
15.一种方法，其包括：
将热障施加到牵引电池组通风系统的通风风道的表面；以及
在电池单元通风事件期间，用所述热障阻挡由电池通风副产物散发的热量。
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