CN118040143A - 用于牵引电池包的真空绝缘热障结构 - Google Patents

Abstract

本公开提供“用于牵引电池包的真空绝缘热障结构”。描述了供在电动化车辆中使用的示例性牵引电池包设计。示例性牵引电池包可包括一个或多个热障结构。在一些实现方式中，每个热障结构可包括用于稳定所述牵引电池包的电池电芯的温度的热交换器部分和用于将所述电池电芯和/或所述热交换器部分与环境状况隔离的真空部分。在其他实现方式中，所述热障结构可仅包括所述真空部分。所述热障结构可被布置成与所述牵引电池包的电池阵列对接，并且可被集成为所述牵引电池包的壳体总成的一部分。

Description

用于牵引电池包的真空绝缘热障结构

技术领域

本公开总体上涉及电动化车辆牵引电池包，并且更具体地，涉及供在牵引电池包内使用的真空绝缘热障结构。

背景技术

高压牵引电池包通常向电动化车辆的电机和其他电气负载供电。牵引电池包包括多个电池电芯和容纳在外壳体总成内部的用于支持电动化车辆的电推进的各种其他电池内部部件。在充电和放电状况期间的电池电芯性能可能受牵引电池包中和牵引电池包周围的温度的影响。

发明内容

一种根据本公开的示例性方面的牵引电池包尤其包括电池阵列和靠近所述电池阵列的至少一侧定位的热障结构。所述热障结构包括：热交换器部分，所述热交换器部分建立所述热障结构的内部冷却回路；以及真空部分，所述真空部分建立所述热障结构的密封腔体。

在前述牵引电池包中的另一个非限制性实施例中，所述密封腔体被排空空气。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述热障结构包括面向所述电池阵列的内壁、背离所述电池阵列的外壁以及设置在所述热障结构内部位于所述内壁与所述外壁之间的位置处的内部壁。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述内部冷却回路在所述内壁与所述内部壁之间延伸，并且所述密封腔体在所述内部壁与所述外壁之间延伸。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述内部冷却回路包括多个流体通道，所述多个流体通道通过多个壁彼此至少部分地分开。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述真空部分包括在所述内部壁与所述外壁之间跨所述密封腔体延伸的柱。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述真空部分包括第一圆顶形面板和第二圆顶形面板。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，柱从所述第一圆顶形面板延伸到所述第二圆顶形面板。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述真空部分包括真空端口。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述真空端口包括吸气剂。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，第二热障结构靠近所述电池阵列的至少一个第二侧定位。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述热障结构与至少一个附加热障结构一体地形成以建立热障结构总成。

一种根据本公开的另一示例性方面的牵引电池包尤其包括电池阵列和壳体总成，所述壳体总成包括热障结构，所述热障结构被布置成与所述电池阵列对接。所述热障结构包括：内壁，所述内壁面向所述壳体总成的内部；外壁，所述外壁面向外部环境；以及密封腔体，所述密封腔体设置在所述内壁与所述外壁之间。

在前述牵引电池包的另一个非限制性实施例中，所述热障结构建立所述壳体总成的壳体盖。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，至少一个柱在所述内壁与所述外壁之间延伸。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述密封腔体被排空空气。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述内壁和所述外壁各自包括圆顶形表面。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述热障结构包括真空端口。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述真空端口包括吸气剂。

在前述牵引电池包中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述真空端口设置在所述内壁或所述外壁的圆顶形表面上。

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的单独特征中的任一者)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显而易见。可如下简要描述随附于具体实施方式的附图。

附图说明

图1示意性地示出了电动化车辆。

图2示出了靠近牵引电池包的电池阵列定位的热障结构。

图3是图2的热障结构的侧视图。

图4是穿过图3的截面4-4的横截面视图。

图5示出了围绕电池阵列定位的多个热障结构。

图6示出了相对于相邻电池阵列定位的热障结构总成。

图7示出了热障结构的真空部分。

图8是穿过图7的截面8-8的横截面视图。

图9示出了热障结构的另一示例性真空部分。

图10示出了另一示例性热障结构。

图11是穿过图10的截面11-11的横截面视图。

具体实施方式

本公开详细描述了供在电动化车辆中使用的示例性牵引电池包设计。示例性牵引电池包可包括一个或多个热障结构。在一些实现方式中，每个热障结构可包括用于稳定所述牵引电池包的电池电芯的温度的热交换器部分和用于将所述电池电芯和/或所述热交换器部分与环境状况隔离的真空部分。在其他实现方式中，所述热障结构可仅包括所述真空部分。所述热障结构可被布置成与所述牵引电池包的电池阵列对接，并且可被集成为所述牵引电池包的壳体总成的一部分。在本具体实施方式的以下段落中更详细地讨论了这些特征和其他特征。

图1示意性地示出了电动化车辆10。电动化车辆10可包括任何类型的电动化动力传动系统。在一个实施例中，电动化车辆10是电池电动车辆(BEV)。然而，本文描述的概念不限于BEV并且可扩展到其他电动化车辆，包括但不限于混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、燃料电池车辆等。因此，尽管在示例性实施例中未具体示出，但是电动化车辆10可装备有内燃发动机，所述内燃发动机可以单独采用或者与其他动力源组合采用以推进电动化车辆10。

在示出的实施例中，电动化车辆10是运动型多功能车(SUV)。然而，电动化车辆10可替代地是轿车、货车、皮卡车或任何其他车辆配置。虽然在本公开的附图中示出了具体的部件关系，但图示并不意在限制本公开。示意性地示出了电动化车辆10的各种部件的放置和取向，并且可在本公开的范围内变化。另外，本公开所附的各种附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或最小化以强调特定部件或系统的某些细节。

在示出的实施例中，电动化车辆10是仅通过电力(诸如通过一个或多个电机12)推进的纯电动车辆，而无需内燃发动机的辅助。电机12可作为电动马达、发电机或其两者来操作。电机12接收电力，并且可以将电力转换成用于驱动电动化车辆10的一个或多个车轮14的扭矩。

电压总线16可将电机12电联接到牵引电池包18。牵引电池包18是示例性电动化车辆电池。牵引电池包18可以是高压牵引电池包，所述高压牵引电池包包括能够输出电力以向电机12和/或电动化车辆10的其他电气负载供电的一个或多个电池阵列20(即，电池总成或可再充电电池电芯26的群组)。其他类型的能量存储装置和/或输出装置可替代地或另外地用于向电动化车辆10供电。

电池电芯26可以沿着堆叠轴线并排堆叠，以构成电池电芯26的群组，有时称为“电芯堆”。在图1的高度示意性描绘中，电池电芯26以进入页面的方向堆叠以构造每个电池阵列20，并且因此电池阵列20在汽车横向方向上延伸。然而，其他配置也是可能的。

在牵引电池包18内提供的电池阵列20和电池电芯26的总数不意在限制本公开。在一个实施例中，每个电池阵列20的电池电芯26是棱柱形锂离子电芯。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)或其两者的电池电芯。

牵引电池包18可以固定到电动化车辆10的车身底部22。然而，在本公开的范围内，牵引电池包18可以位于电动化车辆10上的其他地方。

外壳体总成24可容纳牵引电池包18的每个电池阵列20。外壳体总成24可以是密封的壳体，并且可体现在本公开范围内的任何大小、形状和配置。在实施例中，外壳体总成24包括壳体盖28和壳体托盘30。壳体盖28和壳体托盘30可以一起建立用于容纳电池阵列20和牵引电池包18的其他电池内部部件(例如，总线电气中心、电池电控模块、布线、连接器等)的内部I。

在牵引电池包18的组装期间，壳体盖28可以在所述壳体盖与壳体托盘30之间的界面32处固定到所述壳体托盘。界面32可以基本上环绕内部I。在一些实现方式中，机械紧固件34可以用于将壳体盖28固定到壳体托盘30，但是其他紧固方法(粘附等)也可适合于此目的。

图2、图3和图4示出了可结合在牵引电池包(例如，诸如图1的牵引电池包18)内的示例性热障结构36。热障结构36可靠近牵引电池包18的电池阵列20的至少一侧定位。在一个实施例中，热障结构36轴向地定位在电池阵列20与牵引电池包18的某个其他部件21(例如，附加电池阵列或暴露于周围环境的部件)之间。

热障结构36可以是包括热交换器部分38和真空部分40的多层片状部件。热交换器部分38和真空部分40可一体地形成在一起以建立热障结构36的整体单件式主体。在一个实施例中，热障结构36可以是增材制造(例如，3D打印)零件。然而，在本公开的范围内也可设想其他制造技术。

例如，热障结构36可由金属材料(诸如铝)构成。然而，在本公开的范围内可另外设想其他材料，包括但不限于不锈钢和铜。

热障结构36可包括内壁42、外壁44和内部壁46。内壁42面向电池阵列20，并且因此在电池阵列20与热障结构36之间建立对接表面。外壁44面向远离电池阵列20的方向。因此，外壁44可面向牵引电池包18的另一电池阵列或某个其他结构，或者甚至可暴露于牵引电池包18周围的外部环境。内部壁46可在内壁42与外壁44之间的位置处封闭在热障结构36的内部。

如图4中最佳示出的，内部壁46可将热障结构36的内部分成热交换器部分38和真空部分40。热交换器部分38可在内壁42与内部壁46之间延伸，并且因此与真空部分40相比，被定位成更靠近电池阵列20。真空部分40可在内部壁46与外壁44之间延伸，并且因此当热障结构靠近电池阵列20设置时，与热交换器部分38相比，所述真空部分被定位成距电池阵列20更远。

热障结构36的热交换器部分38可被配置用于对电池阵列20进行热管理。例如，在充电操作、放电操作、极端环境状况等期间，电池阵列20的电池电芯26可生成并释放热量。通常期望主动地从电池阵列20中移除热量，以增强电池电芯26的容量和寿命。因此，热交换器部分38可被配置为将热量从电池电芯26中导出。换句话说，热交换器部分38可用作热同步器以从热源(即，电池电芯26)移除热量。热交换器部分38可替代地用于加热电池阵列20的电池电芯26，诸如在相对冷的环境状况期间。

在一个实施例中，内部冷却回路48可设置在热交换器部分38内，以用于执行在前一段中描述的热传递功能。冷却剂C可选择性地循环通过内部冷却回路48，以对电池阵列20的电池电芯26进行热调节。在实施例中，冷却剂C是常规类型的冷却剂混合物，诸如与乙二醇混合的水。然而，在本公开的范围内可设想包括气体在内的其他冷却剂。

在一个实施例中，内部冷却回路48由晶格结构建立，所述晶格结构包括由在热障结构36的热交换器部分38内部延伸的壁52分开的多个流体通道50。流体通道50可以是六边形的，并且可彼此流体地连接，以通过内部冷却回路48传送冷却剂C。流体通道50的大小、形状和总数并不意图限制本公开，并且可具体地调节到电池阵列20/牵引电池包18的冷却要求。

在使用中，冷却剂C可被传送到内部冷却回路48的入口54中，并且然后可在通过内部冷却回路48的出口56离开之前通过流体通道50传送。当电池阵列20沿着其蛇形路径蜿蜒时，冷却剂C可吸收从所述电池阵列通过内壁42传导的热量，从而带走多余的热量并稳定电池电芯26的温度。尽管未示出，但离开出口56的冷却剂C可被输送到散热器或某个其他热交换装置，被冷却，并且然后在闭合回路中返回到入口54。

在一个实施例中，热障结构36的内部壁46建立内部冷却回路48的底板。因此，内部壁46有助于在冷却剂C循环通过内部冷却回路48时引导所述冷却剂。

热障结构36的真空部分40可被配置用于将热交换器部分38和电池阵列20与热障结构36周围的外部环境隔离。密封腔体58可设置在真空部分40内以用于提供绝缘特征。密封腔体58可在内部壁46与外壁44之间延伸。

通过提供绝缘特征，密封腔体58适于限制能量从外部环境到热交换器部分38的内部冷却回路48的热传递。在一个实施例中，密封腔体58被完全排空空气，并且因此充当绝缘体，使得来自外部环境的较少热量(或较小冷却效果)被引入内部冷却回路48中。换句话说，密封腔体58可被配置为减少真空部分40与热交换器部分38之间的热路径，从而提高热效率。

由于所施加的内部真空，密封腔体58可进一步限制机械声音跨热障结构36的传送。可调节密封腔体58的设计特性以控制被允许通过热障结构36的声音的频率。

尽管图2至图4中仅描绘了一个热障结构36，但多个热障结构36可被布置成基本上围绕电池阵列20，以便更好地使电池阵列20绝缘并消散在电池阵列20的电池电芯26内生成的热量(参见例如图5)。

在图6所示的又一实施例中，多个热障结构36可形成或附接在一起以提供热障结构总成60。热障结构总成60可被配置为围绕多个电池阵列20的多侧并且进一步在相邻电池阵列20之间建立热障。

图7和图8示出了热障结构36的真空部分40的示例性设计。真空部分40可包括第一圆顶形面板62和第二圆顶形面板64。当与热交换器部分38接合时，第一圆顶形面板62可建立热障结构36的外壁44，并且第二圆顶形面板64可建立热障结构36的内部壁46。第一圆顶形面板62和第二圆顶形面板64的曲率可增加真空部分40的刚度，并且因此有助于在密封腔体58被排空空气时支持真空。

一个或多个柱66可在真空部分40内部延伸。柱66可跨密封腔体58延伸，并且可连接在第一圆顶形面板62与第二圆顶形面板64之间。柱66可在结构上加强真空部分40，并防止第一圆顶形面板62和第二圆顶形面板64在密封腔体58被排空空气时朝向彼此塌陷。可调节柱66之间的间隔以提供期望水平的刚度和结构支撑。

真空部分40还可包括一个或多个真空端口68。真空端口68可被配置用于(例如，经由真空泵)施加真空，以便将密封腔体58排空空气。每个真空端口68可配备有用于完成和维持真空的吸气剂70。在一个实施例中，真空端口68设置在壁72中的一个上，所述一个壁连接在圆顶形面板62、64之间(参见图7至图8)。在另一实施例中，真空端口68设置在圆顶形面板62、64中的一个中(参见图9)。

图10和图11示出了可结合在牵引电池包18内的另一示例性热障结构136。在该实施例中，热障结构136建立牵引电池包18的壳体总成24的壳体盖28。然而，在本公开的范围内也设想了其他配置。例如，壳体托盘30的一个或多个部分可替代地或另外地包括热障结构136。

热障结构136可包括内壁142和外壁144。内壁142面向壳体总成24的内部I，并且因此可与牵引电池包18的一个或多个电池阵列20对接。外壁144面向位于牵引电池包18外部的外部环境80。外壁144包括暴露于外部环境80的外表面。

密封腔体158可设置在热障结构136内部，用于使电池阵列20和其他电池内部部件与外部环境80隔离。密封腔体158可在内壁142与外壁144之间延伸。

密封腔体158可适于限制能量从外部环境80到内部I的热传递。例如，密封腔体158可被完全排空空气并且因此充当绝缘体，使得来自外部环境80的更少热量(或更少冷却效应)被引入内部I中。换句话说，密封腔体158可减少外部环境80与内部I之间的热路径，从而提高热效率。

由于所施加的真空，密封腔体158可进一步限制机械声音跨热障结构136的传送。可调节密封腔体158的设计特性以控制被允许通过热障结构136的声音的频率。

内壁142和外壁144可各自包括圆顶形表面86。圆顶形表面86的曲率可增加热障结构136的刚度，并且因此有助于在密封腔体158被排空空气时支持真空。

一个或多个柱166可在热障结构136内部延伸。柱166可跨密封腔体158延伸并且可连接在内壁142与外壁144之间。柱166可在结构上加强热障结构136并防止内壁142和外壁144在密封腔体158被排空空气时朝向彼此塌陷。可调节柱166之间的间隔以提供期望水平的刚度和结构支撑。

热障结构136可包括用于将真空施加到密封腔体158的一个或多个真空端口。真空端口可以与图7和图9所示的方式类似的方式配置。

本公开的示例性牵引电池包包括用于在相对薄的封装中提供有效且完整的热控制系统的多层热障结构。因此，热障结构在相对较冷和相对较热的环境条件期间都保护电池内部件，从而改善电池电芯的性能和寿命。所提出的结构可在不牺牲封装空间的情况下进一步减少充电时间、增加续航里程并降低噪声。

尽管不同的非限制性实施例被示出为具有具体的部件或步骤，但本公开的实施例不限于这些特定组合。可以将来自非限制性实施例中的任一个的一些部件或特征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。

应当理解，相同的附图标记在全部若干附图中表示相应或类似的元件。应当理解，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其他布置也可受益于本公开的教导。

以上描述应被解释为说明性的而不具有任何限制意义。本领域普通技术人员将理解，在本公开的范围内可出现某些修改。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)

1.一种牵引电池包，其包括：

电池阵列；以及

热障结构，所述热障结构靠近所述电池阵列的至少一侧定位，

其中所述热障结构包括：热交换器部分，所述热交换器部分建立所述热障结构的内部冷却回路；以及真空部分，所述真空部分建立所述热障结构的密封腔体。

2.如权利要求1所述的牵引电池包，其中所述密封腔体被排空空气。

3.如权利要求1或2所述的牵引电池包，其中所述热障结构包括面向所述电池阵列的内壁、背离所述电池阵列的外壁以及设置在所述热障结构内部位于所述内壁与所述外壁之间的位置处的内部壁，并且任选地，其中所述内部冷却回路在所述内壁与所述内部壁之间延伸，并且所述密封腔体在所述内部壁与所述外壁之间延伸。

4.如任一前述权利要求所述的牵引电池包，其中所述内部冷却回路包括多个流体通道，所述多个流体通道通过多个壁彼此至少部分地分开。

5.如任一前述权利要求所述的牵引电池包，其中所述真空部分包括在所述内部壁与所述外壁之间跨所述密封腔体延伸的柱。

6.如任一前述权利要求所述的牵引电池包，其中所述真空部分包括第一圆顶形面板和第二圆顶形面板，并且任选地，所述牵引电池包包括从所述第一圆顶形面板延伸到所述第二圆顶形面板的柱。

7.如任一前述权利要求所述的牵引电池包，其中所述真空部分包括真空端口，并且任选地，其中所述真空端口包括吸气剂。

8.如任一前述权利要求所述的牵引电池包，其包括第二热障结构，所述第二热障结构靠近所述电池阵列的至少一个第二侧定位。

9.如任一前述权利要求所述的牵引电池包，其中所述热障结构与至少一个附加热障结构一体地形成以建立热障结构总成。

10.一种牵引电池包，其包括：

电池阵列；

壳体总成，所述壳体总成包括热障结构，所述热障结构被布置成与所述电池阵列对接；并且

所述热障结构包括：内壁，所述内壁面向所述壳体总成的内部；外壁，所述外壁面向外部环境；以及密封腔体，所述密封腔体设置在所述内壁与所述外壁之间。

11.如权利要求10所述的牵引电池包，其中所述热障结构建立所述壳体总成的壳体盖。

12.如权利要求10或11所述的牵引电池包，其包括在所述内壁与所述外壁之间延伸的至少一个柱。

13.如权利要求10至12中任一项所述的牵引电池包，其中所述密封腔体被排空空气。

14.如权利要求10至13中任一项所述的牵引电池包，其中所述内壁和所述外壁各自包括圆顶形表面。

15.如权利要求10至14中任一项所述的牵引电池包，其中所述热障结构包括真空端口，并且任选地，其中所述真空端口包括吸气剂，并且进一步任选地，其中所述真空端口设置在所述内壁或所述外壁的圆顶形表面上。