本公開(kāi)涉及一種用于電動(dòng)車輛的電池組。該電池組包括具有集成的空氣間隙的熱交換器板。該空氣間隙被配置為將熱交換器板的內(nèi)部冷卻回路與電池組的外部環(huán)境熱隔離。

背景技術(shù)：

減少機(jī)動(dòng)車輛燃料消耗和排放的必要性是眾所周知的。因此，正在開(kāi)發(fā)減少或完全消除對(duì)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的依賴的車輛。電動(dòng)車輛是為此目的目前正在開(kāi)發(fā)的一種類型的車輛。通常來(lái)說(shuō)，電動(dòng)車輛不同于常規(guī)機(jī)動(dòng)車輛，因?yàn)樗鼈冇梢粋€(gè)或多個(gè)由電池供電的電機(jī)來(lái)選擇性地驅(qū)動(dòng)。相比之下，常規(guī)機(jī)動(dòng)車輛僅依靠?jī)?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛。

用于給電機(jī)和其他電負(fù)載供電的高壓電池組通常包括多個(gè)電池單元。電池單元在充電和放電操作期間釋放熱量。將這種熱量從電池組消散以提高電池單元的容量和壽命常常是期望的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開(kāi)的示例性方面的一種電池組除了其他方面以外包括熱交換器板，該熱交換器板包括板體和空氣間隙，該板體包括內(nèi)壁和外壁，該空氣間隙被封閉在板體內(nèi)并且在內(nèi)壁和外壁之間延伸。

在前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，內(nèi)壁包括面向電池組的內(nèi)部的外表面。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，外壁包括暴露于外部環(huán)境的外表面。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，空氣間隙在板體的外壁和內(nèi)壁之間延伸。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，內(nèi)壁形成設(shè)置在板體內(nèi)的內(nèi)部冷卻回路的底板。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，內(nèi)部冷卻回路在板體內(nèi)形成蛇形通道。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，板體包括連接在一起的第一板件、第二板件和第三板件。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，至少一個(gè)支柱在板體的外壁和內(nèi)壁之間延伸。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，空氣間隙是板體內(nèi)的靜態(tài)空氣袋。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，空氣間隙被配置為限制來(lái)自外部環(huán)境的熱量熱傳遞到設(shè)置在板體內(nèi)的內(nèi)部冷卻回路。

根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)示例性方面的一種電池組，除了其他方面以外包括限定內(nèi)部的外殼、容納在內(nèi)部?jī)?nèi)的電池陣列、包括靠近電池陣列的內(nèi)壁和暴露于外殼外部的外部環(huán)境的外壁的熱交換器板、以及設(shè)置在熱交換器板內(nèi)的空氣間隙。

在前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，電池陣列包括相對(duì)于熱交換器板的內(nèi)壁定位的多個(gè)電池單元。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，熱交換器板包括內(nèi)部冷卻回路，該內(nèi)部冷卻回路包括多個(gè)流體通道。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，多個(gè)壁劃分多個(gè)流體通道。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，內(nèi)部冷卻回路形成蛇形通道。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，熱交換器板形成外殼的底部。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，熱交換器板形成外殼的側(cè)壁。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，空氣間隙在外壁和設(shè)置在熱交換器板內(nèi)的內(nèi)壁之間延伸。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，其中內(nèi)壁形成設(shè)置在熱交換器板內(nèi)的內(nèi)部冷卻回路的底板。

在任一前述電池組的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，空氣間隙被配置為限制來(lái)自外部環(huán)境的熱量熱傳遞到熱交換器板的內(nèi)部冷卻回路。

前述段落、權(quán)利要求或以下說(shuō)明書(shū)和附圖中的實(shí)施例、示例和可選方案，包括它們的各個(gè)方面或各自的個(gè)體特征中的任意一個(gè)，可以獨(dú)立地或以任意組合的形式獲得。關(guān)于一個(gè)實(shí)施例所描述的特征適用于所有實(shí)施例，除非這些特征互不相容。

從以下具體實(shí)施方式中，本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的。伴隨具體實(shí)施方式的附圖可以被簡(jiǎn)要地描述如下。

附圖說(shuō)明

圖1示意性地說(shuō)明電動(dòng)車輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)；

圖2說(shuō)明了電動(dòng)車輛的電池組；

圖3說(shuō)明了另一個(gè)示例性電池組；

圖4說(shuō)明了電池組的熱交換器板；

圖5是通過(guò)圖4的截面a-a的剖視圖；

圖6是另一個(gè)示例性熱交換器板的剖視圖。

具體實(shí)施方式

本公開(kāi)詳細(xì)描述了用于電動(dòng)車輛的示例性電池組設(shè)計(jì)。熱交換器板被用于熱管理由電池組的電池單元產(chǎn)生的熱量。在一些實(shí)施例中，熱交換器板包括集成的空氣間隙，該集成的空氣間隙被配置為限制來(lái)自外部環(huán)境的熱量熱傳遞到板的內(nèi)部冷卻電路。在該具體實(shí)施方式的以下段落中更詳細(xì)地討論這些和其它特征。

圖1示意性地說(shuō)明了用于電動(dòng)車輛12的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)10。雖然被描述為混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(hev)，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所描述的構(gòu)思并不限于hev并且可以延伸到其它電動(dòng)車輛，包括但不限于，插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(phev)、電池電動(dòng)車輛(bev)和燃料電池車輛。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)10是使用第一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和第二驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率分流動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。該第一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)14和發(fā)電機(jī)18(即，第一電機(jī))的組合。該第二驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)至少包括馬達(dá)22(即，第二電機(jī))、發(fā)電機(jī)18和電池組24。在該示例中，該第二驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被認(rèn)為是動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)10的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該第一和第二驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生扭矩以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛12的一組或多組車輛驅(qū)動(dòng)輪28。雖然示出了功率分流配置，但是本公開(kāi)可以延伸到包括完全混合動(dòng)力、并聯(lián)式混合動(dòng)力、串聯(lián)式混合動(dòng)力、輕度混合動(dòng)力或微混合動(dòng)力的任何混合動(dòng)力或電動(dòng)車輛。

發(fā)動(dòng)機(jī)14——在一個(gè)實(shí)施例中其是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)——和發(fā)電機(jī)18可以通過(guò)動(dòng)力傳輸單元30——例如行星齒輪組——連接。當(dāng)然，其它類型的動(dòng)力傳輸單元，包括其它齒輪組和傳動(dòng)裝置，可以被用于將發(fā)動(dòng)機(jī)14連接至發(fā)電機(jī)18。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，動(dòng)力傳輸單元30是行星齒輪組，該行星齒輪組包括環(huán)形齒輪32、中心齒輪34和行星齒輪架總成36。

發(fā)電機(jī)18可以由發(fā)動(dòng)機(jī)14通過(guò)動(dòng)力傳輸單元30來(lái)驅(qū)動(dòng)以將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。發(fā)電機(jī)18可以可選擇地用作馬達(dá)以將電能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，從而輸出扭矩至連接到動(dòng)力傳輸單元30的軸38。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)18被可操作地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)14，所以發(fā)動(dòng)機(jī)14的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)發(fā)電機(jī)18來(lái)控制。

動(dòng)力傳輸單元30的環(huán)形齒輪32可以被連接至軸40，軸40通過(guò)第二動(dòng)力傳輸單元44被連接至車輛驅(qū)動(dòng)輪28。該第二動(dòng)力傳輸單元44可以包括具有多個(gè)齒輪46的齒輪組。其它動(dòng)力傳輸單元也可以是適合的。齒輪46將扭矩從發(fā)動(dòng)機(jī)14傳遞至差速器48以最終提供牽引力至車輛驅(qū)動(dòng)輪28。差速器48可以包括能夠?qū)⑴ぞ貍鬟f至車輛驅(qū)動(dòng)輪28的多個(gè)齒輪。在一個(gè)實(shí)施例中，該第二動(dòng)力傳輸單元44通過(guò)差速器48被機(jī)械地連接至車軸50以將扭矩分配至車輛驅(qū)動(dòng)輪28。

馬達(dá)22也可以被用于通過(guò)將扭矩輸出至也連接至第二動(dòng)力傳輸單元44的軸52來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)輪28。在一個(gè)實(shí)施例中，馬達(dá)22和發(fā)電機(jī)18配合作為再生制動(dòng)系統(tǒng)的一部分，在再生制動(dòng)系統(tǒng)中，馬達(dá)22和發(fā)電機(jī)18二者都可以被用作馬達(dá)以輸出扭矩。例如，馬達(dá)22和發(fā)電機(jī)18可以各自將電力輸出至電池組24。

電池組24是示例性電動(dòng)車輛電池。電池組24可以是高壓牽引電池組，該高壓牽引電池組包括多個(gè)電池組件25(即，電池陣列或電池單元的組)，該電池組件25能夠輸出操作電動(dòng)車輛12的馬達(dá)22、發(fā)電機(jī)18和/或其他電負(fù)載的電力。其它類型的儲(chǔ)能設(shè)備和/或輸出設(shè)備也可以被用于電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛12。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，電動(dòng)車輛12具有兩個(gè)基本操作模式。該電動(dòng)車輛12可以在電動(dòng)車輛(ev)模式下運(yùn)行，在電動(dòng)車輛(ev)模式下，馬達(dá)22被用于車輛推進(jìn)(總體上無(wú)需來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)14的輔助)，從而將電池組24的荷電狀態(tài)消耗至其在某些行駛模式/周期下的最大可允許的放電率。該ev模式是用于電動(dòng)車輛12的運(yùn)行的電荷消耗模式的示例。在ev模式期間，電池組24的荷電狀態(tài)在某些情況下可以增加，例如由于一段時(shí)間的再生制動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)14在默認(rèn)ev模式下通常是關(guān)閉的，但是可以基于車輛系統(tǒng)狀態(tài)根據(jù)需要操作或根據(jù)操作者允許進(jìn)行操作。

電動(dòng)車輛12可以附加地在混合動(dòng)力(hev)模式下運(yùn)行，在混合動(dòng)力模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)14和馬達(dá)22二者都被用于車輛推進(jìn)。hev模式是用于電動(dòng)車輛12的運(yùn)行的電荷保持模式的示例。在hev模式期間，電動(dòng)車輛12可以減少馬達(dá)22推進(jìn)用量以便通過(guò)增加發(fā)動(dòng)機(jī)14推進(jìn)來(lái)將電池組24的荷電狀態(tài)保持在恒定或接近恒定的水平。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，電動(dòng)車輛12可以在ev和hev模式以外的其他操作模式下運(yùn)行。

圖2說(shuō)明了可以被用在電動(dòng)車輛內(nèi)的電池組24的一部分。例如，電池組24可以是圖1的電動(dòng)車輛12的一部分。電池組24包括多個(gè)電池單元56，該多個(gè)電池單元56存儲(chǔ)用于給電動(dòng)車輛12的各種電負(fù)載供電的電能。雖然在圖2中描繪了特定數(shù)量的電池單元56，但是在本公開(kāi)的范圍內(nèi)電池組24可以使用更少或更多數(shù)量的電池單元。換句話說(shuō)，本公開(kāi)并不限于圖2中所示的特定配置。

電池單元56可以沿著縱向軸線a并排地堆疊以構(gòu)建電池單元56的組，有時(shí)被稱為“電池電堆(cellstack)”。電池組24可以包括電池單元56的一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的組。換句話說(shuō)，電池組24可以包括多個(gè)電池電堆。

在另一個(gè)非限制性實(shí)施例中，電池單元56是柱狀的鋰離子電池。然而，在本公開(kāi)的范圍內(nèi)，具有其他幾何形狀(圓柱狀、袋狀等)、其他化學(xué)成分(鎳-金屬氫化物、鉛酸等)或二者的電池單元可以可選擇地被使用。

在另一個(gè)非限制性實(shí)施例中，間隔件58——其可以可選擇地被稱為分離器或分隔器——被定位在每一個(gè)電池單元56的組的相鄰的電池單元56之間。間隔件58可以包括耐熱且電隔離的塑料和/或泡沫。電池單元56和間隔件58連同任何其它支撐結(jié)構(gòu)(例如，軌道、壁、板等)可以被共同稱為電池陣列60。圖2中示出了一個(gè)電池陣列60；然而，電池組24可以包括多個(gè)電池陣列。

外殼65可以總體上圍繞電池組24的每一個(gè)電池陣列60。外殼65包括多個(gè)壁67，該多個(gè)壁67限定用于容納電池陣列60的內(nèi)部。

電池組24的電池陣列60相對(duì)于熱交換器板62被定位使得電池單元56與熱交換器板62接觸或者緊鄰熱交換器板62。盡管未示出，但是絕熱材料可以被定位在熱交換器板62和電池陣列60之間。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，熱交換器板62充當(dāng)外殼65的底部(參見(jiàn)圖2)。在另一個(gè)非限制性實(shí)施例中，熱交換器板62充當(dāng)外殼65的壁(這里為側(cè)壁)(參見(jiàn)圖3)。在這些實(shí)施例中的任一個(gè)中，熱交換器板62包括暴露于外部環(huán)境66(即，圍繞電池組24的外側(cè)的環(huán)境)的至少一個(gè)外表面64。

熱交換器板62配備有用于熱管理每一個(gè)電池陣列60的電池單元56的功能。例如，在充電操作、放電操作、極端環(huán)境條件、或其他條件期間，電池單元56可以產(chǎn)生和釋放熱量。通常期望的是，將熱量從電池組24移除以提高電池單元56的容量和壽命。熱交換器板62被配置為將熱量傳導(dǎo)到電池單元56外。換句話說(shuō)，熱交換器板62充當(dāng)熱同步裝置以將熱量從熱源(即，電池單元56)移除?？蛇x擇地，熱交換器板62可以被用于加熱電池單元56，例如在極冷環(huán)境條件期間。下面進(jìn)一步詳細(xì)描述用于熱管理電池組24的電池單元56的示例性熱交換器板設(shè)計(jì)。

在圖4和圖5中(并繼續(xù)參考圖2)說(shuō)明了根據(jù)本公開(kāi)的第一個(gè)非限制性實(shí)施例的熱交換器板62。熱交換器板62包括板體68和在板體68內(nèi)形成的內(nèi)部冷卻回路70。熱交換器板62可以是擠壓部件或加工部件。在本公開(kāi)的范圍內(nèi)，其它制造技術(shù)也是預(yù)期的。在另一個(gè)非限制性實(shí)施例中，熱交換器板62由鋁制成。其他材料也適合于構(gòu)造熱交換器板62。

冷卻劑c被選擇性地循環(huán)通過(guò)內(nèi)部冷卻回路70以熱調(diào)節(jié)電池組24的電池單元56。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，冷卻劑c是常規(guī)類型的冷卻劑混合物，例如水與乙二醇混合。然而，其它冷卻劑(包括氣體)也涵蓋在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，內(nèi)部冷卻回路70包括在熱交換器板62內(nèi)延伸的多個(gè)流體通道72。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，流體通道72彼此連接，用于將冷卻劑c傳輸通過(guò)熱交換器板62。流體通道72可以被配置成不同的尺寸和形狀以幫助計(jì)量和平衡通過(guò)內(nèi)部冷卻回路70的冷卻劑c的流量。每一個(gè)流體通道72的尺寸和形狀以及流體通道72的總數(shù)量不旨在限制本公開(kāi)并且可以針對(duì)電池組24的冷卻要求特別地調(diào)整。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，流體通道72在板體68內(nèi)形成蛇形通道(serpentinepassage)75。蛇形通道75在入口76和出口78之間延伸。壁74被設(shè)置在板體68內(nèi)以將內(nèi)部冷卻回路70的相鄰的流體通道72彼此隔開(kāi)。壁74在熱交換器板62的相對(duì)的端壁80a、80b之間延伸。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，每一個(gè)壁74從相對(duì)的端壁80a、80b中的一個(gè)朝向相對(duì)的端壁80a、80b中的另一個(gè)延伸，但在到達(dá)相對(duì)的端壁80a、80b之前終止。例如，壁74可以終止于從相對(duì)的端壁80a、80b向內(nèi)的距離d處。以這種方式，冷卻劑c的流動(dòng)不被壁74阻擋，并且可以隨著其沿著蛇形通道75行進(jìn)從一個(gè)流體通道72轉(zhuǎn)到另一個(gè)流體通道72。

在使用中，冷卻劑c被傳輸進(jìn)入蛇形通道75的入口76，并且然后在通過(guò)出口78離開(kāi)之前被傳輸通過(guò)限定蛇形通道75的流體通道72。隨著冷卻劑c沿著其路徑緩慢流動(dòng)，冷卻劑c接收從電池單元56通過(guò)熱交換器板62傳導(dǎo)的熱量。雖然未示出，但是離開(kāi)出口78的冷卻劑c可以被輸送到散熱器或一些其它熱交換設(shè)備、被冷卻、并且然后被返回到閉合回路的入口76。

現(xiàn)在主要參考圖5，熱交換器板62的板體68包括面向電池組24的內(nèi)部的內(nèi)壁84和面向外部環(huán)境66(也參見(jiàn)圖2)的外壁86。內(nèi)壁84包括與電池組24的電池單元56連接的外表面88，并且外壁86的外表面64被暴露于外部環(huán)境66。板體68可以另外包括內(nèi)壁90。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，內(nèi)壁90是內(nèi)部冷卻回路70的底板。因此，當(dāng)冷卻劑c經(jīng)過(guò)內(nèi)部冷卻回路70時(shí)，內(nèi)壁90幫助引導(dǎo)冷卻劑c。在另一個(gè)非限制性實(shí)施例中，內(nèi)壁90完全在熱交換器板62內(nèi)，并且因此不被直接暴露于電池組24的內(nèi)部或外部環(huán)境66。

空氣間隙82被設(shè)置在熱交換器板62內(nèi)。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，空氣間隙82被設(shè)置在板體68的內(nèi)壁84和外壁86之間。在另一個(gè)非限制性實(shí)施例中，空氣間隙82被定位在板體68的外壁86和板體68的內(nèi)壁90之間?？諝忾g隙82可以被定位在板體68內(nèi)處于內(nèi)部冷卻回路70和板體68暴露于外部環(huán)境66的部分之間的任何位置處。

空氣間隙82被配置為限制來(lái)自外部環(huán)境66的熱量熱傳遞到熱交換器板62的內(nèi)部冷卻回路70。例如，空氣間隙82——其是靜態(tài)空氣袋——充當(dāng)隔離體，使得來(lái)自外部環(huán)境66的較少熱量被引入到內(nèi)部冷卻回路70。換句話說(shuō)，空氣間隙82減小外表面64和內(nèi)部冷卻回路70之間的熱路徑，從而提高熱交換器板62的效率。

一個(gè)或多個(gè)支柱92可以可選地被定位在板體68內(nèi)。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，支柱92延伸穿過(guò)外壁86和內(nèi)壁90之間的空氣間隙82。支柱92可以被用于加強(qiáng)熱交換器板62的部分。

圖6說(shuō)明了根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)實(shí)施例的熱交換器板162。在該非限制性實(shí)施例中，熱交換器板162包括由被釬焊或焊接在一起的多塊沖壓金屬構(gòu)造的板體168。第一板件94形成熱交換器板162的內(nèi)壁，第二板件96形成熱交換器板162的外壁，并且第三板件98形成熱交換器板162的內(nèi)壁。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，第三板件98是包括多個(gè)脊99的波狀材料件。

首先第三板件98被附接到第一板件94以形成熱交換器板162的內(nèi)部冷卻回路170。然后第二板件96被附接到第一板件94以構(gòu)造熱交換器板162。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，第二板件96被附接到第一板件94(和連接的第三板件98)，使得空氣間隙182在第二板件96和第三板件98之間延伸。第三板件98的脊99不接觸第二板件96以避免中斷空氣間隙182。

雖然不同的非限制性實(shí)施例被說(shuō)明為具有特定的部件或步驟，但是本公開(kāi)的實(shí)施例并不限于那些特定的組合。將來(lái)自任一非限制性實(shí)施例的一些部件或特征與來(lái)自任一其他非限制性實(shí)施例的特征或部件結(jié)合使用是可能的。

應(yīng)當(dāng)理解的是，貫穿幾個(gè)附圖，相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)相應(yīng)的或類似的元件。應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然在這些示例性實(shí)施例中公開(kāi)和說(shuō)明了特定的部件布置，但是其它布置也可以受益于本公開(kāi)的教導(dǎo)。

前述說(shuō)明應(yīng)當(dāng)被解釋為說(shuō)明性的而不是任何限制性的意義。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，某些修改可能落入本公開(kāi)的范圍之內(nèi)。由于這些原因，應(yīng)當(dāng)研究下面的權(quán)利要求來(lái)確定本公開(kāi)的真實(shí)范圍和內(nèi)容。