本發(fā)明總體上涉及用于冷卻混合動力車中的空氣冷卻電池的熱交換管道系統(tǒng)，并更具體地涉及一種用于通過車輛主體中的單個開口將空氣流引導(dǎo)到空氣冷卻電池及從空氣冷卻電池引導(dǎo)空氣流的熱交換組件。

背景技術(shù)：

鋰離子以及相關(guān)電池作為補(bǔ)充(在混合電動車輛(HEV)的情況下)或代替(在純電動車輛(EV)的情況下)常見內(nèi)燃機(jī)(ICE)的方式用于汽車以及相關(guān)交通應(yīng)用中。被動地存儲來自固定和便攜式來源以及由車輛和其組件提供的重獲動能，這種能力使得這些電池理想地用作轎車、貨車、公交車、摩托車和相關(guān)車輛平臺的推進(jìn)系統(tǒng)的一部分。在適合于汽車應(yīng)用的一種形式中，單獨(dú)的電池單元被組合成較大的組件，使得電流或電壓增大以產(chǎn)生所需的功率輸出。在本文中，較大的模塊和封包組件由串聯(lián)、并聯(lián)或兩種方式結(jié)合的一或多個單元組成，并且包括額外的用于確保適當(dāng)?shù)匕惭b到車輛的結(jié)構(gòu)。盡管術(shù)語“電池組(battery pack)”在本文中用于討論用于推進(jìn)動力應(yīng)用的一種基本上完整的電池組件，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，相關(guān)術(shù)語(例如，“電池組(battery unit)”或類似者)也可用于描述這種組件，并且任一術(shù)語可在不損害這種理解的情況下互換使用。

并入了熱交換系統(tǒng)以便冷卻這種電池組。通常，熱交換通過引導(dǎo)空氣流穿過兩個分離的管道(入口管道和出口管道)來實(shí)現(xiàn)。入口管道和出口管道通過兩個分離的開口連接到電池殼體，這樣則要求在車輛中有兩個單獨(dú)的開口以便供管道穿過?？諝饬魍ㄟ^入口管道引導(dǎo)到電池組，所述入口管道穿過車輛底板和電池殼體中的第一開口而連接到電池殼體；排氣則通過出口管道被引導(dǎo)出殼體，所述出口管道穿過殼體和車輛的底板中的第二開口而連接到電池殼體。通常，空氣進(jìn)入電池組的前方并離開電池組的后端，因而串聯(lián)地冷卻電池單元。

這種常見設(shè)計(jì)對車輛的制造提出了各種挑戰(zhàn)。首先，入口/出口設(shè)置要求在電池殼體和車輛底板中具有至少兩個開口，這可能導(dǎo)致電池安裝時(shí)的公差和對齊問題。第二，串聯(lián)地冷卻多個電池單元可能導(dǎo)致與空氣流阻力和空氣流壓力不利下降相關(guān)聯(lián)的問題。第三，常見熱交換方法和系統(tǒng)要求電池組中具有多個管道(即，進(jìn)氣管道、中間管道和排氣管道)。此外，更復(fù)雜的設(shè)計(jì)(例如，車輛主體中的多個開口、電池組內(nèi)部的多個內(nèi)部管道)增加了制造成本。因而，需要一種解決這些問題以便提高效率并降低制造成本和挑戰(zhàn)的改良熱交換系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

考慮到以上挑戰(zhàn)，本公開的目的在于提供一種用于將空氣流引導(dǎo)到空氣冷卻電池的熱交換組件，所述熱交換組件將入口和出口集成到單個熱交換管道，從而降低電池殼體和車輛主體中所需的通孔的數(shù)量。本文公開的熱交換組件提供對電池單元的更有效并聯(lián)冷卻，同時(shí)降低與電池安裝時(shí)的公差和對齊相關(guān)的制造挑戰(zhàn)。

在一個實(shí)施例中，提供一種用于引導(dǎo)空氣流穿過空氣冷卻電池的熱交換組件，包括：殼體，其包圍電池組，所述電池組包括多個單元；和歧管，其可操作地連接到殼體，其中歧管包括：用于將空氣流接收到電池組內(nèi)的入口；和用于將空氣流排出電池組外的出口，其中入口和出口形成穿過殼體表面上的單個開口的熱交換管道。

在另一個實(shí)施例中，提供一種引導(dǎo)空氣流穿過車輛中的空氣冷卻電池的方法，所述方法包括：提供熱交換組件，所述熱交換組件包括：密封殼體，其包圍電池組，所述電池組包括多個單元；和歧管，其可操作地連接到殼體，其中歧管包括：用于將空氣流接收到電池組內(nèi)的入口；和用于將空氣流排出電池組外的出口，其中入口和出口形成穿過殼體表面上的單個開口的熱交換管道；引導(dǎo)空氣流穿過入口朝向電池組的中心；引導(dǎo)空氣流從電池組的中心向外朝向密封殼體貫穿多個單元，其中密封殼體形成將空氣流引導(dǎo)到出口的排氣管道；以及將空氣流排出出口外。

對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，通過閱讀以下詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求書，這些以及其它目的、特征、實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合以下附圖閱讀時(shí)，可最佳地理解對特定實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，在所述附圖中，相同結(jié)構(gòu)用相同附圖標(biāo)記指示，并且其中：

圖1示出了一種用于引導(dǎo)空氣流穿過空氣冷卻電池的熱交換組件的橫截面視圖。

圖2示出了熱交換組件的橫截面的等距視圖。

圖3A至圖3C分別地示出了熱交換管道的實(shí)施例，包括等距視圖(圖3A)、頂視圖(圖3B)和側(cè)視圖(圖3C)。

圖4A至圖4C分別地示出了入口的實(shí)施例，包括等距視圖(圖4A)、側(cè)視圖(圖4B)和頂視圖(圖4C)。

圖5A至圖5C分別地示出了出口的實(shí)施例，包括等距視圖(圖5A)、側(cè)視圖(圖5B)和頂視圖(圖5C)。

圖6A至圖6B示出了歧管的實(shí)施例，包括等距視圖(圖6A)和頂視圖(圖6B)。

圖7示出了穿過歧管的實(shí)施例的空氣流，其中入口被包圍在熱交換管道上的出口內(nèi)。

圖8A至圖8C分別地示出了熱交換管道的實(shí)施例，包括等距視圖(圖8A)、側(cè)視圖(圖8B)和頂視圖(圖8C)。

圖9A至圖9C分別地示出了熱交換管道的實(shí)施例，包括等距視圖(圖9A)、側(cè)視圖(圖9B)和頂視圖(圖9C)。

圖10A至圖10C示出了歧管的實(shí)施例，包括等距視圖(圖10A)、側(cè)視圖(圖10B)和頂視圖(圖10C)。

圖11示出了穿過歧管的實(shí)施例的空氣流，其中入口和出口相鄰地設(shè)置在熱交換管道上。

圖12示出了置于電池殼體上的熱交換管道的橫截面視圖。

圖13A至圖13C示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的熱交換系統(tǒng)。圖13A示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于引導(dǎo)空氣流的包括分離的入口和出口的組件。圖13B示出了安裝在車輛中的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)。圖13C示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的熱交換系統(tǒng)的橫截面視圖。

圖14A至圖14B為串聯(lián)(圖14A)與并聯(lián)(圖14B)配置的電池組的冷卻的示意圖。每一個方形代表12單元模塊。

圖15示出包括本文中公開的熱交換組件的實(shí)施例的車輛。

圖16A至圖16C分別地示出了熱交換管道的實(shí)施例，其中出口是針對自定義空氣平衡而定制的，包括等距視圖(圖16A)、側(cè)視圖(圖16B)和頂視圖(圖16C)。

具體實(shí)施方式

對涉及冷卻空氣冷卻電池的方法和系統(tǒng)的本發(fā)明的實(shí)施例的以下討論本質(zhì)上是示例性的并且并非旨在限制本發(fā)明或其應(yīng)用或使用。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于將空氣流引導(dǎo)到空氣冷卻電池的熱交換組件，所述熱交換組件將入口和出口集成到單個熱交換管道，從而將電池殼體和車輛主體中所需的通孔的數(shù)量減少至單個通孔。本文公開的熱交換組件提供對多個電池單元的更有效的并聯(lián)冷卻，同時(shí)降低與電池安裝時(shí)的公差和對齊相關(guān)聯(lián)的制造成本和挑戰(zhàn)。

圖1和圖2示出了一種用于引導(dǎo)空氣流穿過空氣冷卻電池的熱交換組件100的橫截面視圖。殼體110包圍包括多個電池單元180的電池組170。殼體110可操作地連接到歧管120，所述歧管包括用于將空氣流接收到電池組170內(nèi)的入口130和用于將空氣流排出電池組170外的出口140。入口130和出口140形成單個集成熱交換管道150，所述管道穿過殼體110表面上的單個開口。圖1和圖2示出了穿過殼體110的頂表面115上的單個開口的熱交換管道150，但應(yīng)理解，熱交換管道150可以可選地穿過殼體110的另一表面(例如，側(cè)面或底表面)上的單個開口。殼體110經(jīng)過了密封，使得密封殼體110用作將空氣流引導(dǎo)到出口140的排氣管道，而不需要?dú)んw110內(nèi)部或電池組170內(nèi)的額外管道。

空氣流源于車輛的清潔側(cè)(即，乘員和/或貨物所處的車輛內(nèi)部的區(qū)域)。車輛的清潔側(cè)提供來自外部環(huán)境的已調(diào)節(jié)的空氣(包括過濾、加熱和/或冷卻的空氣)。源自車輛的清潔側(cè)的空氣流被并聯(lián)地引導(dǎo)穿過入口130到達(dá)多個單元180。與限于串聯(lián)地冷卻單元的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比，按照這種方式，降低了空氣流阻力并且更有效地冷卻了電池組170。在一些實(shí)施例中，入口130延伸穿過電池組170的中心，這有助于空氣的均勻分配和多個單元180的并聯(lián)冷卻。在另一個實(shí)施例中，入口130包括設(shè)置在電池組170的中心處或附近的分配管道160。分配管道160進(jìn)一步有助于空氣的均勻分配和多個單元180的并聯(lián)冷卻。

歧管120進(jìn)一步包括連接到入口130的上入口通路190和連接到出口140的上出口通路200。源自車輛的清潔側(cè)的空氣流被引導(dǎo)穿過上入口通路190和入口130到達(dá)電池組170。多個單元180在空氣從入口130朝向殼體110的內(nèi)部表面向外流動時(shí)并聯(lián)地被冷卻。密封殼體110的內(nèi)部表面形成管道，所述管道引導(dǎo)空氣流穿過出口140和上出口通路200，空氣流在此處從電池組170排出。

歧管120進(jìn)一步包括設(shè)置在上入口通路190和上出口通路200上方的負(fù)載保護(hù)蓋210，所述負(fù)載保護(hù)蓋包圍(部分地或完全地)、保護(hù)并遮蔽歧管120的至少一部分以免受外部壓力和損害。

在某些實(shí)施例中，熱交換組件100進(jìn)一步包括功率電子器件220。被引導(dǎo)穿過電池組170并離開出口140的空氣流在無需額外的管道的情況下冷卻功率電子器件220。

圖3A至圖3C分別地示出了熱交換管道的實(shí)施例。在這個實(shí)施例中，入口130被包圍在出口140內(nèi)并由支撐凸片135支撐，所述支撐凸片將入口130和出口140固定在適當(dāng)位置?？諝饬魍ㄟ^入口130進(jìn)入電池組(未示出)并被排出到出口140外，所述出口設(shè)置在入口130的周界外部。在一些實(shí)施例中，入口130進(jìn)一步包括分配管道160，所述分配管道有助于空氣流的均勻分配和單元的并聯(lián)冷卻。入口進(jìn)一步包括用于將入口130固定到殼體的錨固凸片145。技術(shù)人員將了解，可基于計(jì)算機(jī)自動化工程(CAE)分析調(diào)整熱交換管道的形狀和輪廓，以便促進(jìn)空氣流平衡。圖16A至圖16C分別地示出了熱交換管道的實(shí)施例，其中出口的形狀是針對定制空氣平衡而定制的，并且其中相同結(jié)構(gòu)用相同附圖標(biāo)記指示。

圖4A至圖4C分別地示出了入口130的實(shí)施例。入口130包括用于將入口和出口固定在適當(dāng)位置的支撐凸片135和用于將入口130固定到殼體110的錨固凸片145。根據(jù)圖4A至圖4C的入口130被配置使得出口(未示出)設(shè)置在入口130的外部周界周圍。在這個實(shí)施例中，入口130被包圍在出口140內(nèi)。

圖5A至圖5C分別地示出了出口140的實(shí)施例。根據(jù)圖5A至圖5C的出口被配置使得出口設(shè)置在入口130(未示出)的外部周界的周圍，使得入口130被包圍在出口140內(nèi)。出口140進(jìn)一步包括管道基底155，用于將出口140和集成熱交換管道(未示出)固定到電池組的殼體。

圖6A至圖6B示出了結(jié)合熱交換管道使用的歧管的實(shí)施例，其中入口被包圍在出口內(nèi)。歧管120包括連接到入口130的上入口通路190和連接到出口140的上出口通路200。負(fù)載保護(hù)蓋210設(shè)置在上入口通路190和上出口通路200上方，以便保護(hù)和遮蔽歧管120的至少一部分免受外部壓力。

圖7為穿過本發(fā)明熱交換組件的實(shí)施例的空氣流的示意圖，其中熱交換管道150包括包圍在出口內(nèi)的入口。箭頭195代表從車輛的清潔側(cè)進(jìn)入上入口通路190的入口空氣流。穿過入口130并在殼體110內(nèi)部引導(dǎo)入口空氣流195?？諝獯┻^電池組(未示出)，并且箭頭205則代表出口空氣流，所述出口空氣流被排出出口140外并穿過上出口通路200離開車輛。

圖8A至圖8C示出了熱交換管道的可選實(shí)施例。在這個實(shí)施例中，入口130和出口140相鄰地設(shè)置在熱交換管道150上。分配管道160連接到入口130并有助于空氣流的均勻分配和單元的并聯(lián)冷卻。入口130進(jìn)一步包括在入口130或分配管道160的基底處的錨固凸片145以用于將入口130固定到殼體。

圖9A至圖9C分別地示出了熱交換管道150的可選實(shí)施例，其中入口130和出口140相鄰地設(shè)置。熱交換管道150包括管道基底155，用于將熱交換管道固定到電池組的殼體。

圖10A至圖10C示出了歧管120的可選實(shí)施例，其中入口130和出口140相鄰地設(shè)置在熱交換管道150上。歧管120包括連接到入口130的上入口通路190和連接到出口140的上出口通路200。負(fù)載保護(hù)蓋210設(shè)置在上入口通路190和上出口通路200上方，以便保護(hù)和遮蔽歧管120的至少一部分免受外部壓力。

圖11為穿過本發(fā)明熱交換組件的實(shí)施例的空氣流的示意圖，其中熱交換管道150包括相鄰地設(shè)置的入口130和出口140。箭頭195代表從車輛的清潔側(cè)進(jìn)入上入口通路190的入口空氣流。穿過入口130并在殼體110內(nèi)部引導(dǎo)入口空氣流195。空氣穿過電池組(未示出)，并且箭頭205代表出口空氣流，所述出口空氣流被排出出口140外并穿過上出口通路200離開車輛。

圖12示出了置于電池殼體110的頂表面115上的熱交換管道150的橫截面視圖。熱交換管道150包括管道基底155，所述管道基底置于殼體110的殼體唇緣175下方。將管道150密封到殼體110以便減少空氣流泄漏。

參考圖13A至圖13C，展示了示出現(xiàn)有技術(shù)熱交換組件300的一部分的細(xì)節(jié)，其中殼體310和車輛主體350各具有分別用于容納入口330和出口340中的每一者的兩個開口360和370(圖13C)。入口管道380連接到入口330，并且出口管道390連接到出口340(圖13A)。空氣進(jìn)入入口管道380并被傳送到包括多個單元(未示出)的電池組355(圖13C)。隨著空氣被引導(dǎo)穿過電池組中的中間管道385并通過出口340離開電池組，此后空氣通過出口管道390從車輛排出，空氣串聯(lián)地冷卻單元(圖13C)。空氣冷卻的以上途徑需要電池殼體310和車輛主體350(特別是車輛底板)中的至少兩個開口以及包括入口管道、中間管道和出口管道的三個管道，這增加了制造工藝的復(fù)雜度并增大了與將電池安裝在車輛中時(shí)的公差和對齊相關(guān)聯(lián)的問題的風(fēng)險(xiǎn)。此外，串聯(lián)地冷卻單元效率較低并且導(dǎo)致與空氣流阻力和壓力下降相關(guān)聯(lián)的潛在問題。

本文還提供一種車輛，其包括根據(jù)本文中公開的任何實(shí)施例的熱交換組件，其中所述熱交換管道穿過車輛主體中的單個開口。圖15示出了具有熱交換組件100的車輛400，所述熱交換組件設(shè)置在車輛主體的底板下方，使得熱交換管道和/或包括上入口通路和上出口通路的歧管穿過車輛主體中的單個開口。

本文還提供一種空氣流穿過車輛中的空氣冷卻電池的方法，所述方法包括：提供熱交換組件，所述熱交換組件包括密封殼體，其包圍電池組，所述電池組包括多個單元；和歧管，其可操作地連接到殼體，其中歧管包括：用于將空氣流接收到電池組內(nèi)的入口；和用于將空氣流排出電池組外的出口，其中入口和出口形成穿過殼體表面上的單個開口的熱交換管道；引導(dǎo)空氣流穿過入口朝向電池組的中心；引導(dǎo)空氣流從電池組的中心向外朝向密封殼體貫穿多個單元，其中密封殼體形成將空氣流引導(dǎo)到出口的排氣管道；以及將空氣流排出出口外。在一個實(shí)施例中，通過車輛主體中的單個開口將空氣流引導(dǎo)到空氣冷卻電池和從空氣冷卻電池引導(dǎo)空氣流。在更特定的實(shí)施例中，單個開口為車輛主體的底板中的開口?？諝饬鞅徊⒙?lián)地引導(dǎo)到多個單元。

在另一個實(shí)施例中，從出口排出的空氣流在無需殼體中的額外管道的情況下冷卻功率電子器件。

在一個實(shí)施例中，入口被包圍在熱交換管道上的出口內(nèi)，使得通過殼體表面上的單個開口將空氣流引導(dǎo)到電池組并從電池組引導(dǎo)空氣流。在另一個實(shí)施例中，入口和出口相鄰地設(shè)置在熱交換管道上，使得通過殼體表面上的單個開口將空氣流引導(dǎo)到電池組并從電池組引導(dǎo)空氣流。在某些實(shí)施例中，殼體表面上的單個開口為殼體的頂表面上的開口。

實(shí)例

以下實(shí)例通過說明的方式給出并且并非旨在限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)例1

電池冷卻流壓力下降的比較

采用計(jì)算機(jī)模型來說明通道流率與兩個電池組冷卻配置之間的壓力下降之間的關(guān)系，所述兩個電池組配置為：(1)一個電池組包括串聯(lián)冷卻的兩個12單元模塊，和(2)另一個電池組包括并聯(lián)冷卻的兩個12單元模塊。圖14為串聯(lián)(圖14A)與并聯(lián)(圖14B)冷卻配置的示意圖，其中箭頭代表空氣流方向。在表1中列出數(shù)據(jù)和參數(shù)：

表1：串聯(lián)與并聯(lián)冷卻的比較

結(jié)果指示與并聯(lián)配置(40Pa)相比，串聯(lián)配置中具有明顯更大的總壓力下降(280Pa)。

雖然已說明和描述本發(fā)明的特定實(shí)施例，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)顯而易見的是可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種其它改變和修改。因此，旨在在所附權(quán)利要求書中涵蓋本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有這些改變和修改。