CN215930673U - 热交换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及热交换器。热交换器包括第一和第二板,所述第一和第二板接合在一起并具有间隔开的部分内表面,以限定用于传热流体流动的多个流体流动通道。分隔肋将热交换器分为入口部和出口部,每个入口部和出口部包括多个流体流动通道。入口端口和出口端口位于热交换器的第一端附近,在分隔肋的相对两侧上。由于存在于入口部的第一端与流体流动通道的第一端之间的一个或多个流动阻碍件,入口部的传热表面积小于出口部的传热表面积。每个流动阻碍件可以是死通道,所述死通道包含完全围绕低陷中间区域的连续外肋部。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年6月8日提交的美国临时专利申请号62/682,610的优先权和权益,该申请的内容通过引用并入本文。
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/或并联地电连接在一起,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,因为跨越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将在出口处比在入口处高。
需要一种如下的电池热交换器,即,其在整个与电池单体接触的表面上实现改善的温度均匀性。
实用新型内容
根据本公开的一方面,提供了一种热交换器,包括:(a)具有内表面和外表面的第一板;(b)具有内表面和外表面的第二板,其中第一板和第二板利用它们处于相对的面向彼此的关系的内表面连结在一起,并且内表面的部分彼此间隔开;(c)多个流体流动通道,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;(d)将热交换器分成入口部和出口部的分隔肋,每个入口部和出口部包括多个所述流体流动通道。(e)位于入口部的用于将传热流体供应到多个流体流动通路的入口端口;以及(e)位于出口部中用于将传热流体从多个流体流动通路排出的出口端口;其中入口端口和出口端口都位于热交换器的第一端附近,在分隔肋的相对两侧上;其中,第一板和第二板的内表面的彼此分隔开的部分限定了热交换器的总传热表面积,并且其中,总传热表面积是热交换器的入口部的传热表面积和出口部的传热表面积之和;并且其中入口部的传热表面积小于出口部的传热表面积。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本公开的示例性实施例,附图中:
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的电池热交换器和电池单体的分解立体图;
图3是图1的电池热交换器的分解立体图;
图4是图1的电池热交换器的底板的俯视平面图;
图5是沿图2的线5-5’剖取的纵向剖面图;
图6是沿图2的线6-6'剖取的横向剖视图;
图7示出了图1的热交换器的传热表面积;
图8示出了具有替代性底板设计的热交换器的俯视平面图;
图9是根据另一实施例的具有电池单体的电池热交换器的分解立体图;
图10是图9的电池热交换器的底板的俯视平面图;
图11是另一实施例的电池热交换器的底板的俯视平面图;以及
图12是另一实施例的电池热交换器的分解仰视立体图。
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。
在图1至图7中示出了根据第一实施例的热交换器10。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。
第二板18具有相对的内表面20与外表面22,并且例如由冲压、拉伸或模制成型,使得其具有大体上平坦的、平面的基部24,基部24在所有侧上都被凸起的周缘侧壁26围绕,周缘侧壁26从基部24延伸到平面凸缘28,其限定在第二板18的内表面20上的平面周缘密封表面30。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密封地接合在一起,并且其中内表面14、20的某些部分彼此间隔开。第二板18的平面周缘密封表面30密封地连结至第一板12的内表面14上的平面周缘密封表面32,其中在相应的密封表面32、30的内部的内表面14、20的某些部分彼此间隔开。
第二板18的平面基部24设置有多个间隔开的肋部68、70,这些肋部 (与盖板12的内表面14结合)限定多个具有敞开的第一与第二端36、38 的流体流动通道34。肋部68、70具有第一端与第二端76、78并且向上延伸出平面基部24的平面,并且具有足够的高度,使得每个肋部68、70的平坦或圆钝的顶部表面限定了与平面凸缘28的密封表面30基本上共面的密封表面。在组装好的热交换器10内,平面凸缘28的密封表面30和肋部 68、70的密封表面密封地接合到盖板12的内表面14,使得盖板12的内表面14限定至少一个流体流动通路34的顶壁,基板18的平面基部24限定流体流动通路34的底壁,而肋部68、70和周缘侧壁26一起限定流体流动通路34的侧壁。在当前实施例中,肋部68、70是笔直的并且平行于彼此以及中心纵向轴线X,该中心纵向轴线X在热交换器10的相对端72、74 之间延伸。
图1和2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。
在第一板12的外表面16和电池单体2的底表面56之间设置有热界面材料(TIM)52的薄层(图2),以增强热交换器10和电池单体2之间的热接触。TIM可包括导热油脂、蜡或金属材料。
热交换器10被构造成跨越第二板18的内表面20的热传递流体的U形流动模式。肋部68是将热交换器10分离为入口部64与出口部66的分隔肋。分隔肋68沿着中心纵向轴线X延伸,使得入口部与出口部64、66具有基本相同的表面区域。分隔肋68的第一端76在热交换器10的第一端72接合到周缘侧壁26,分隔肋68的第二端78靠近热交换器10的第二端74和在第二端74 的周缘侧壁26,并且与它们分隔。所有传热流体必须流过分隔肋68的第二端 78和周缘侧壁68之间的间隙,以从入口部64到达出口部66。
肋部70将相邻的流体流动通道34分开,并且在本文中被称为“通道肋”。通道肋70的第一端76在热交换器10的第一端72处与周缘侧壁26 间隔开,并且通道肋72的第二端78在热交换器10的第二端74处与周缘侧壁26间隔开。尽管不是必需的,但是在热交换器10中的分隔肋68的两侧上具有相等数量的通道肋70,使得入口和出口部64、66具有相同数量的流体流动通道34。
热交换器10还包括位于相应的入口部和出口部64、66中的入口端口和出口端口40、42。入口端口40适于将传热流体供应至入口部64,而出口端口42适于将传热流体从出口部66排出。入口和出口端口40、42包括在第一平板12内的、位于平面周缘密封表面32内侧的孔。由于热交换器 10的U型流动构造,入口端口和出口端口40、42都沿着第一板12的边缘之一定位,并且靠近热交换器10的第一端72。
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,以在流体流动通道34和车辆的流体循环系统(未示出)之间提供流体连通。端口40、42 和配件48、50位于由电池单体2占据的第一板12的外表面16的区域之外并且与其紧邻。
转向区域80被限定在将流体流动通道34的第二端38以及肋部68、 70的第二端78与热交换器10的第二端74处的周缘侧壁26分隔开的空间中。该转向区域80在热交换器10的宽度上横向延伸,允许传热流体离开入口部64的流体流动通道34并进入出口部66的流体流动通道34。转向区域80可以包含支承结构,例如从第二板18的平面基部24向上突出并且密封地接合到第一板12的内表面14的凹陷(dimple)82。
在热交换器10的第一端72处将流体流动通道34的第一端36、76以及通道肋70与周缘侧壁26分隔开的空间中,在入口端口40的附近设置有入口歧管区域84。类似的是,在热交换器10的第一端72处将流体流动通道34的第二端38、78以及出口部66内的通道肋70与周缘侧壁26分隔开的空间中,在出口端口42的附近设置有出口歧管区域86。
由于肋68、70和凹陷82等的存在,传热流体流过的热交换器10的区域的表面积小于第一板12的总表面积,并且小于电池单体2所占的总的表面积。在这方面,传热流体流过的区域是第一和第二板12、18在其中彼此间隔开的那些区域,包括流体流动通道34、转向区域80和歧管区域84、86。这些区域在整个热交换器10中的总表面积在图7中示出,并且在本文中被定义为热交换器10的“总传热表面积62”。另外,入口部和出口部64、66分别具有传热表面积,在图7中分别由附图标记88和90标示。在图7中,传热表面积88、90 通过不同的阴影区分,并且可以看出,中心轴线X将传热表面积88、90分隔开。热交换器10的总传热表面积62是入口和出口部64、66的传热面积88和 90的总和。
第一板和第二板12、18可以由铝或其合金构成,并且可以通过在铜焊炉中铜焊(或称钎焊)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,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,如下文进一步描述。
当传热流体流过流体流动通路34时,它从电池单体2吸收热量,并且当它从第一端口40流动至第二端口42时逐渐变热。这导致了温度差,如在第一板12的外表面16和/或TIM52上,在入口和出口部64、66之间,尤其是在入口部和出口部64、66的接近入口端口40和出口端口42的部分之间测量到的温度差。热交换器10的温度均匀性(Tmax-Tmin)由在第一板12的外表面 16和/或TIM52上的不同点处测量的这些温度差的大小来限定。为了避免对电池单体2的负面影响,热交换器10的温度均匀性必须保持在预定范围内,例如在大约5-8℃以内。
这将参照图1、3和7进一步解释,图1、3和7示出了划分成四个区域A, B,C,D的热交换器10,每个区域对应于电池单体2的底表面56的面积。每个区域A,B,C和D包括位于分隔肋68相对两侧的一部分入口部64和一部分出口部66。每个区域A,B,C,D的这些入口和出口部分在图7中示为被中心轴X隔开。因为传热流体的温度随着它流动通过热交换器10而升高,所以在每个区域A,B,C和D的入口和出口部分之间将存在温差同样的,由于热交换器10的U型流动构造,传热流体的绝对最低和最高温度将在区域A的相应入口和出口部分中出现。因此,最高的温度差(和最低的温度均匀性)在区域A的入口和出口部分之间,特别是在紧邻入口端口和出口端口 40、42的部位之间。
随着传热流体从入口端口40流向出口端口42,温度均匀性还受到沿着通道34的壁的边界层的发展而引起的传热系数的变化的影响。随着边界层更加充分地发展,传热系数减小,也因此入口部64中的传热系数通常将高于出口部66中的传热系数。传热系数的该差异进一步引发入口和出口区域 64、66之间的温度差异,进一步降低了它们之间的温度均匀性。
除了保持足够的温度均匀性之外,还必须将最大电池单体温度保持在规定值以下,并且被泵送通过热交换器10的流体的压降必须保持在可接受的水平内以避免过多的功率消耗。
温度均匀性的重要性将参照图8来进一步解释,图8示出了变化型热交换器10′的底板18′,其中相似的元件由相似的带撇号的附图标记来标示。底板 18'包括彼此为相同镜像的入口部和出口部64'、66',入口部64'中的通道肋 70'的长度对应于出口部66’中的通道肋70'的长度。由于肋部70'在热交换器10'的入口部和出口部64'、66'中的相同设置,入口部和出口部64'、66' 的传热表面积88'、90'将是相同的。
类似地,当将热交换器10'划分为与电池单体2的底表面56相对应的区域A'、B'、C'、D'时,可以看出在每个区域A'、B'、C'、D'的入口和出口部分中存在相同的肋部图案。因此,每个区域A’、B’、C’、D’的入口和出口部分具有相同的传热表面积。
发明人发现,如图8所示的具有底板18’的冷板式热交换器10'将产生不可接受的高温差,特别是在区域A的入口和出口部分之间。例如,发明人发现,基于Tmin=23.84℃,热交换器10’的区域A的入口和出口部分之间的温差可以达到8.33℃。
回到第一实施例,热交换器10包括一个或多个特征以改善入口部和出口部64、66之间的温度均匀性。
在这方面,发明人发现,为热交换器10在入口部64中提供小于出口部66中的传热表面积90的传热表面积88,将会在入口部64中产生更高的热阻,并且还将在入口和出口部64、66之间产生更好的温度均匀性。
在一些实施例中,传热表面积88和90的尺寸差异集中在热交换器10 的靠近入口和出口端口40、42的一个或多个区域中。例如,在如上所述将热交换器10可视化为包括区域A、B、C、D的情况下,区域A,B和C 中的一个或多个可以在入口部分中被提供有比在出口部分中更小的传热表面积。
例如,在一些实施例中,区域A、B和C中的每一个在入口部分中被提供有比出口部分中更小的传热表面积,而区域D在其入口和出口部分中具有相同的传热面积。
在一些另外的实施例中,区域A和B中的每一个在入口部分中被提供有比出口部分中更小的传热表面积,而区域C和D中的每一个在其入口和出口部分中具有相同的传热面积。
在一些另外的实施例中,区域A在其入口部分中被提供有比其出口部分中的更小的传热表面积,而每个区域B、C和D在其入口和出口部分中具有相同的传热面积。
热交换器10被示为包括四个区域A、B、C和D,每个区域对应于电池单体2的底表面56的表面积,每个区域包括热交换器10大约百分之25的长度 (沿着轴线X测量)。然而,将理解的是,区域的数量和长度都可以与附图中所示的有所不同,使得每个区域的长度可以例如从热交换器10长度的百分之 10-50直至约百分之60的长度。例如,在一些实施例中,在入口部和出口部 64、66中所提供的传热表面积88和90的尺寸之间有差异的区域可以沿着热交换器10的长度的百分之10-50延伸,例如从热交换器10的第一端72 沿轴线X所测量的热交换器10的长度的百分之20-40。
在其入口部分和出口部分之间的传热表面积存在差异的区域内,传热表面积的差异可为从约百分之10至百分之80,例如从约百分之25至百分之60。
例如,在热交换器10中,只有区域A在其入口部分中被提供有比其出口部分中的更小的传热表面积,而每个区域B、C和D在其入口部分和出口部分中具有相同的传热面积。在这方面,区域A的入口部分所具有的传热表面积比出口部分的传热表面积小约百分之40。区域A内的传热表面积间的这种差异是由于在位于区域A内的入口部64的一部分内存在一个或多个流动阻碍件92,如下所述。
热交换器10包括如图4所示单个流动阻碍件92。流动阻碍件92占据的空间对应于区域A的入口部分的大约百分之80的宽度(横向于轴线X)和区域A的入口部分的大约百分之75的长度(平行于轴线X)。换句话说,区域A的入口部分中的传热表面积的总宽度约为区域A的出口部分中的传热表面积的总宽度的约百分之20,以及区域A的入口部分中的传热表面积的总长度大约是区域A的出口部分中的传热表面积90的总长度的约百分之 25。因此,区域A的入口部分中的传热表面积的尺寸大约比区域A的出口部分中的传热表面积的尺寸小百分之40。发明人业已发现,由流动阻碍件 92提供的在区域A的入口和出口部分之间的传热表面积间的这种百分之40的减小在与如图8所示的替代构造中区域A的入口和出口部分之间的温度均匀性相比时,产生了大约百分之10的提升。
一个或多个流动阻碍件92可占据其所在区域的入口部分的宽度的大约百分之20-90或百分之50-90,并且可占该区域长度的大约百分之20-90或百分之 50-90。
流动阻碍件92可以形成为具有平坦或圆钝的顶部密封表面的肋部或凹陷,该顶部密封表面密封地接合到第一板12的内表面14。然而,在本实施例中,流动阻碍件92呈“死通道(dead channel)”的形式,意味着它包括连续的外肋部结构94,该连续的外肋部结构94可以具有横截面形状类似于肋部68、70的带有平坦或圆钝的顶部密封表面的横截面形状,并且连续的外肋部结构 94完全包围着低陷的中间区域96,该低陷的中间区域96可以与第二板18的平面基部24共面或不共面,并且通过连续肋部结构94完全脱离传热流体的流动。在本实施例中,中间区域96沿着平面基部24和外肋部结构94的顶部密封表面之间的平面延伸。无论哪种方式,流动阻碍件92都限定了传热流体不流动的区域。
如图4所示,流动阻碍件92位于入口端口40和通道肋70的第一端76 之间,在此处流体流动通道34的第一敞开端36限定在入口部64内。为了容纳流动阻碍件92,入口部64中的通道肋70被缩短,使得它们的第一端76 与入口端口40的间隔相比出口部66中出口端口42与通道肋70的第一端 76之间的间隔更远。
流动阻碍件92具有一对纵向延伸的侧边缘98、100,并具有跨入口部 64横向延伸的前边缘102和后边缘104。流动阻碍件92沿前边缘102和后边缘104具有圆钝的角部和球状突出部106、108。前边缘102上的球状突出部106朝向入口端口40突出,并有助于向流动阻碍件92的两侧都提供均匀的流量分布,后边缘104上的球状突出部108朝向在入口部74中的通道肋70的第一端76突出,并有助于阻止流向入口端口40的流体的再循环。流体流动空间沿着流动阻碍物92的所有四个边缘98、100、102、104保持,其中沿着后边缘104的流体流动空间提供了歧管空间,该歧管空间用于将传热流体分配到的入口部64中的流体流动通道34的敞开端36。
图9和10示出了根据第二实施例的热交换器110。除了热交换器10的流动阻碍件92被一对流动阻碍件112、114代替,热交换器110与上述热交换器 10相同,这两个流动阻碍件都包括沿轴线X伸长并且具有圆钝角部的矩形。热交换器10和110的其他元件是相同的,并且通过相同的附图标记表示。这些流动阻碍件112、114的长度通常与流动阻碍件92的长度相同,但是它们的单独宽度和组合宽度小于流动阻碍件92的宽度,在流动阻碍件112、114之间存在纵向流体流动通道116。因此,由流动阻碍件112、114提供的入口部64 中的传热表面积的减小少于由流动阻碍件92提供的减小。因此,这两个流动阻碍件112、114预计将实现比流动阻碍件92更低的温度均匀度,但是温度均匀性的这种降低可以被较低的压降抵消,较低的压降是由于由流动阻碍件112、 114所占据的区域中的传热表面积的增加的宽度所导致,而这至少部分地是由于设置了纵向流动通道116。应当理解,本文公开的热交换器可包括一个、两个或大于两个的流动阻碍件。
在第一端72处,在入口端口40与流动阻碍件112、114之间,热交换器110还包括一对凹陷82。凹陷82在此区域提供了支承,并且还可以帮助横跨入口部64的宽度的流动分配。
图11示出了根据第三实施例的热交换器120的底板18。热交换器120与上述热交换器110相同,除了入口端口40附近的凹陷82被横向延伸的单个肋部122代替,以横跨入口部64提供支承和流动分配。热交换器120的其他元件与热交换器110的元件相同,并且通过相同的附图标记表示。
图12示出了根据第四实施例的热交换器130。除以下另外指出的,热交换器130的元件与上述热交换器10的元件相似或相同,并且由相同的附图标记表示。
代替或附加于在第二板18中设置流动阻碍件以改善温度均匀性之外,热交换器130还包括改变跨第一板12的表面区域传递的传导热的特征,以改善入口部和出口部64、66之间的温度均匀性。热交换器130的第二板18 可具有上述任何热交换器的构造,包含现有技术的热交换器10'的第二板 18'。
如上所述,第一板12起到将热量从传热流体传导到TIM层52和电池单体2的散热器或热扩散器的作用,通常但不是本质上具有0.024至约0.045英寸范围的厚度。传导的热传递随着第一板12的厚度而增加,因此跨第一板 12的区域改变其厚度,就可以跨第一板12的外表面16和/或TIM 52的区域提供改善的温度均匀性。
例如,第一板12可在入口部64中设置有加厚区域132,该区域具有大于第一板12的其他部分的厚度,其中附加板的厚度可从约0.008至约0.024英寸。区域132中厚度的增加将增加从加厚区域132传递到第一板12的周围区域的传导热,包括温度可能高于区域132的区域和/或位于热交换器132的出口部66中的区域,从而提高温度均匀性。
在将热交换器130可视化为包括与电池单体2的区域相对应的区域A、 B、C和D的情况下,可以例如在区域A的入口部分中提供加厚区域132,以提供跨分隔肋68传递到区域A的出口部分的热量,并且还沿纵向和横向方向向一个或多个其他区域B、C、D散布热量,包括这些区域中位于出口部66中的部分。
加厚区域132可以一体成形为第一板12的一部分,或者可以包括例如通过激光焊接结合到第一板12的内表面14的诸如铝的导电金属片。加厚区域132 将具有使其不会干扰第一和第二板12、18的密封的厚度。例如,在加厚区域中的金属片可以具有从0.008至约0.024英寸范围内的厚度。
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任意第二板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。
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。
Claims (25)
1.一种热交换器,其特征在于,包括:
(a)具有内表面和外表面的第一板;
(b)具有内表面和外表面的第二板,其中所述第一板和所述第二板利用它们处于相对的面向彼此的关系的内表面连结在一起,并且内表面的一些部分彼此间隔开;
(c)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;
(d)将热交换器分成入口部和出口部的分隔肋,每个所述入口部和所述出口部包括多个所述流体流动通道;
(e)位于所述入口部的用于将传热流体供应到多个所述流体流动通路的入口端口;以及
(e)位于所述出口部中用于将传热流体从多个所述流体流动通路排出的出口端口;
其中所述入口端口和所述出口端口都位于所述热交换器的第一端附近,在所述分隔肋的相对两侧上;
其中,所述第一板和所述第二板的内表面的彼此间隔开的一些部分限定了所述热交换器的总传热表面积,并且其中,所述总传热表面积是所述热交换器的所述入口部的传热表面积和所述出口部的传热表面积之和;以及
其中所述入口部的传热表面积小于所述出口部的传热表面积。
2.根据权利要求1所述的热交换器,其特征在于,所述热交换器的所述入口部和所述出口部具有基本相同的面积。
3.根据权利要求1所述的热交换器,其特征在于,所述分隔肋具有第一端和第二端,并且沿着所述热交换器的中心纵向轴线延伸,其中,所述分隔肋的第二端与所述热交换器的第二端间隔开以提供一个间隙,通过所述间隙在所述入口部和所述出口部之间提供流动连通。
4.根据权利要求3所述的热交换器,其特征在于,所述分隔肋沿着所述中心纵向轴线延伸。
5.根据权利要求1所述的热交换器,其特征在于,所述第一板的外表面适于与沿着所述热交换器的所述中心纵向轴线以并排关系布置的多个电池单体的底表面热接触;
其中,所述热交换器包括多个区域,每个所述区域具有与所述电池单体中的一个的底表面面积相对应的面积;
每个所述区域的入口部分位于所述热交换器的所述入口部中,出口部分位于所述热交换器的所述出口部中;以及
每个所述区域的传热表面积是所述总传热表面积的一部分,每个所述区域的传热表面积在所述热交换器的所述入口部和所述出口部之间被划分。
6.根据权利要求5所述的热交换器,其特征在于,所述区域中的一个包括近侧区域,所述近侧区域在所述热交换器的所述第一端处紧邻所述入口端口和所述出口端口,
其中,所述近侧区域的传热表面积在所述热交换器的所述入口部和所述出口部之间被不均匀地划分,所述近侧区域位于所述出口部的传热表面积的一部分大于所述近侧区域位于所述入口部的传热表面积的一部分。
7.根据权利要求6所述的热交换器,其特征在于,所述区域中的一个包括远侧区域,所述远侧区域靠近所述热交换器的所述第二端并且离所述入口端口和所述出口端口最远;
其中,所述远侧区域的传热表面积在所述热交换器的所述入口部和所述出口部之间均匀分配。
8.根据权利要求6所述的热交换器,其特征在于,所述多个区域包含在所述近端区域和所述远端区域之间的至少一个中间区域。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的热交换器,其特征在于,包含所述近侧区域的所述区域中的一个或多个具有在所述热交换器的所述入口部和所述出口部之间被不均匀地划分的传热表面积,其中位于所述出口部中的部分传热表面积大于位于所述入口部中的部分传热表面积;以及
其中一个或多个所述区域所具有的总长度约为所述热交换器长度的百分之10-50。
10.根据权利要求9所述的热交换器,其特征在于,所述区域中的两个或更多个具有在所述入口部和所述出口部之间被不均匀地划分的传热表面积,并且其中所述两个或更多个所述区域是连续的。
11.根据权利要求9所述的热交换器,其特征在于,具有在所述热交换器的所述入口部和所述出口部之间被不均匀划分的传热表面积的每个所述区域中,位于所述入口部中的部分传热表面积比位于所述出口部中的部分传热表面积小约百分之10-80。
12.根据权利要求11所述的热交换器,其特征在于,位于所述入口部中的部分传热表面积比位于所述出口部中的部分传热表面积小约25-60%。
13.根据权利要求1所述的热交换器,其特征在于,每个所述区域具有为所述热交换器的长度的大约百分之25的长度,并且具有与所述热交换器的宽度大约相同的宽度。
14.根据权利要求9所述的热交换器,其特征在于,具有在所述热交换器的所述入口部和所述出口部之间被不均匀划分的热表面积的各所述区域具有设置在其入口部分的至少一个流动阻碍件;
其中一个或多个所述流动阻碍件占据其所在区域的入口部分宽度的大约百分之50-90,并且占所述区域长度的大约百分之50-90。
15.根据权利要求1所述的热交换器,其特征在于,所述入口部包括位于所述入口部与所述入口部中的所述多个流体流动通道的第一端之间的一个或多个流动阻碍件。
16.根据权利要求15所述的热交换器,其特征在于,每个所述流动阻碍件都有一个顶部密封面,所述顶部密封表面与所述第一板的内表面密封地接合。
17.根据权利要求16所述的热交换器,其特征在于,每个所述流动阻碍件包括死通道,所述死通道包含一个完全围绕低陷的中间区域的连续外肋部结构。
18.根据权利要求17所述的热交换器,其特征在于,每个流动阻碍件具有前边缘、后边缘和一对侧边缘,所有所述前边缘、后边缘和一对侧边缘部分地限定了流体流动区域,使得每个流动阻碍件完全被所述流体流动区域包围。
19.根据权利要求18所述的热交换器,其特征在于,每个所述流动阻碍件的所述侧边缘彼此平行,并且与所述入口部中的所述流体流动通道平行。
20.根据权利要求18或19所述的热交换器,其特征在于,一个或多个肋部或凹陷设置在所述入口端口和所述流动阻碍件之间。
21.根据权利要求1所述的热交换器,其特征在于,所述入口部的一部分中的第一板的厚度大于所述出口部中的板的厚度。
22.根据权利要求21所述的热交换器,其特征在于,所述第一板中的厚度较大的部分设置在靠近入口端口的入口部的区域中。
23.根据权利要求22所述的热交换器,其特征在于,所述第一板中的厚度较大的部分由固定在所述第一板的内表面的金属片来提供。
24.根据权利要求1所述的热交换器,其特征在于,所述热交换器是适于在所述第一板的外表面上支撑多个所述电池单体的冷板;
所述第一板的内表面和外表面基本是平坦的;
其中,所述第二板是具有大致平坦的、平面的基部的成形板,所述基部被从所述基部延伸至平面凸缘的凸起的周缘侧壁包围,所述平面凸缘限定平面周缘密封表面,所述第二板的内表面沿着所述平面周缘密封表面与所述第一板的内表面密封地接合;
其中,所述分隔肋形成在所述第二板内,并且所述第二板进一步包括限定所述流体流动通道的侧部的多个通道肋;以及
其中,所述分隔肋和所述通道肋具有与所述第一板的内表面密封接合的顶部表面。
25.根据权利要求1所述的热交换器,其特征在于,还包括设置在所述第一板的外表面上的热界面材料层。
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Cited By (1)
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Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111509325A (zh) * | 2019-01-30 | 2020-08-07 | 达纳加拿大公司 | 具有多通道流体流动通路的热交换器 |
DE202019101687U1 (de) * | 2019-03-25 | 2020-06-26 | Reinz-Dichtungs-Gmbh | Temperierplatte mit einem mikrostrukturierten Flüssigkeitskanal, insbesondere für Kraftfahrzeuge |
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US20230398904A1 (en) * | 2022-06-08 | 2023-12-14 | Rivian Ip Holdings, Llc | Temperature control apparatus |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4982785A (en) * | 1990-03-06 | 1991-01-08 | Inter-City Products Corporation (Usa) | Serpentine heat exchanger |
US5359989A (en) * | 1993-03-04 | 1994-11-01 | Evcon Industries, Inc. | Furnace with heat exchanger |
US20090114373A1 (en) * | 2007-11-02 | 2009-05-07 | Calsonic Kansei Corporation | Heat exchanger |
WO2010059166A1 (en) * | 2008-11-24 | 2010-05-27 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Advanced vehicle battery cooling/heating system with varying hydraulic diameter |
DE112011103339T5 (de) * | 2010-10-04 | 2013-08-01 | Dana Canada Corp. | Konformer fluidgekühlter Wärmetauscher für Batterien |
CN103201870B (zh) * | 2010-10-29 | 2016-09-07 | 达纳加拿大公司 | 用于冷却导热蓄电池的热交换器和蓄电池单元结构 |
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CA2956845A1 (en) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | Dana Canada Corporation | Battery cell heat exchanger with graded heat transfer surface |
US20170194679A1 (en) * | 2015-12-30 | 2017-07-06 | GM Global Technology Operations LLC | Composite Heat Exchanger for Batteries and Method of Making Same |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4310431A1 (en) * | 2022-07-22 | 2024-01-24 | Valeo Systemes Thermiques | Thermal control device, especially for cooling an electrical component |
Also Published As
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