牽引電池的熱管理的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及用于使混合動(dòng)力車輛和電動(dòng)車輛運(yùn)轉(zhuǎn)的車輛牽引電池的熱管理。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動(dòng)力車輛和電動(dòng)車輛通常需要來自高電壓牽引電池的大量的能量。該能量可用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和電子附件(electrical accessory)。牽引電池可包括許多互相連接的電池單元。將電池溫度保持在期望的操作范圍內(nèi)可促進(jìn)適當(dāng)?shù)碾姵剡\(yùn)轉(zhuǎn)并提高電池壽命。此夕卜，限制橫跨各個(gè)電池單元之間的溫度差可能是有益的。熱管理設(shè)備可用于調(diào)節(jié)電池溫度。例如，引導(dǎo)乘客艙空氣或外部空氣橫跨電池可能有助于調(diào)節(jié)溫度。此外，電加熱系統(tǒng)可用于在低溫條件下使電池變熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在至少一個(gè)實(shí)施例中，車輛牽引電池總成包括至少一個(gè)電池單元陣列和電子器件總成，電子器件總成被配置為管理所述電池總成的電力流動(dòng)。車輛牽引電池總成還包括熱板，熱板限定與所述至少一個(gè)電池單元陣列接觸的第一部分和與電子器件總成接觸的第二部分。在電力流動(dòng)期間，所述至少一個(gè)電池單元陣列和電子器件總成二者都與熱板進(jìn)行熱交換。
[0004]在至少一個(gè)實(shí)施例中，車輛牽引電池總成包括熱板，熱板包括被布置成使熱劑液循環(huán)的內(nèi)部流動(dòng)通道。所述牽引電池總成還包括與熱板的第一側(cè)接觸的至少一個(gè)電池單元陣列以在電力流動(dòng)期間進(jìn)行熱交換。牽引電池總成還包括具有與熱板的相對(duì)側(cè)接觸的殼體的電子器件總成以在運(yùn)轉(zhuǎn)期間進(jìn)行熱交換。
[0005]在至少一個(gè)實(shí)施例中，車輛包括動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包括電池供電的電機(jī)和給電機(jī)提供電力的牽引電池總成。牽引電池總成包括至少一個(gè)電池單元陣列和電子器件總成，電子器件總成被配置為管理所述至少一個(gè)電池單元陣列的電力流動(dòng)。牽引電池總成還包括熱板，熱板限定與所述至少一個(gè)電池單元陣列接觸的第一部分和與電子器件總成接觸的第二部分。在電力流動(dòng)期間，所述至少一個(gè)電池單元陣列和電子器件總成與熱板進(jìn)行熱交換。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種車輛牽引電池總成，包括:熱板，包括被布置為使熱劑液循環(huán)的內(nèi)部流動(dòng)通道；至少一個(gè)電池單元陣列，與熱板的第一側(cè)接觸以在電力流動(dòng)期間進(jìn)行熱交換；電子器件總成，具有與熱板的第二側(cè)接觸的殼體以在運(yùn)轉(zhuǎn)期間進(jìn)行熱交換，其中，第二側(cè)與第一側(cè)相對(duì)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，所述至少一個(gè)電池單元陣列限定熱集中區(qū)域，所述熱板被構(gòu)造為使得在熱集中區(qū)域附近內(nèi)部流動(dòng)通道之間的間距減小。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，所述至少一個(gè)電池單元陣列限定熱集中區(qū)域，所述熱板被構(gòu)造為使得在所述熱集中區(qū)域附近熱劑液的流速增加。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，車輛牽引電池總成還包括用于將電子器件總成安裝到熱板的支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)限定孔，所述孔被布置為使得電子器件總成的一部分突出通過所述孔以接觸熱板。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，熱板包括從熱板延伸的導(dǎo)熱支撐結(jié)構(gòu)，且電子器件總成安裝到導(dǎo)熱支撐結(jié)構(gòu)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，提供一種車輛，包括:動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，包括電池供電的電機(jī)；牽引電池總成，用于為電機(jī)提供電力，并包括至少一個(gè)電池單元陣列、電子器件總成、熱板，電子器件總成被配置為管理所述至少一個(gè)電池單元陣列的電力流動(dòng)，熱板限定與至少一個(gè)電池單元陣列接觸的第一部分和與電子器件總成接觸的第二部分，使得在電力流動(dòng)期間所述至少一個(gè)電池單元陣列和電子器件總成二者都與熱板進(jìn)行熱交換。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述車輛還包括用于將電子器件總成安裝到熱板的支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)限定孔，所述孔被布置為使得電子器件總成的一部分突出通過所述孔以接觸熱板。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，熱板包括被布置為使熱劑液循環(huán)通過熱板的內(nèi)部流動(dòng)通道。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，電子器件總成包括用于調(diào)節(jié)提供給車輛電負(fù)載的電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，車輛還包括用于容納牽引電池總成的隔間，其中，所述隔間與周圍條件環(huán)境隔離。
【附圖說明】
[0016]圖1是混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的示意圖。
[0017]圖2是牽引電池總成的示意圖。
[0018]圖3是替代實(shí)施例的牽引電池總成的示意圖。
[0019]圖4是另外的替代實(shí)施例的牽引電池總成的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]根據(jù)需要，在此公開本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例；然而，將理解的是，所公開的實(shí)施例僅是本發(fā)明的示例，本發(fā)明可以以各種和替代的形式實(shí)施。附圖不一定按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定組件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限制，而僅為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式使用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
[0021]圖1示出了插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(PHEV)的示意圖。車輛12的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包括機(jī)械地結(jié)合到混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置16的一個(gè)或更多個(gè)電機(jī)14。電機(jī)14能夠作為馬達(dá)或發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以分別接收或提供電力。此外，混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置16可機(jī)械地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)18?；旌蟿?dòng)力傳動(dòng)裝置16還可機(jī)械地連接到驅(qū)動(dòng)軸20，驅(qū)動(dòng)軸20機(jī)械地結(jié)合到車輪22。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)18開啟或關(guān)閉時(shí)，電機(jī)14能夠提供推進(jìn)和減速能力。當(dāng)電機(jī)14作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，它們可通過回收在通過再生制動(dòng)而減速期間的能量而提供燃料經(jīng)濟(jì)效益。電機(jī)14通過減小發(fā)動(dòng)機(jī)18的工作負(fù)荷而減少動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的污染物排放并增加燃料經(jīng)濟(jì)性。
[0022]電機(jī)14可以是電池供電的。牽引電池或電池包(battery pack) 24儲(chǔ)存可被電機(jī)14以及具有電負(fù)荷的其他車輛附件所使用的能量。牽引電池24可從牽引電池24中的一個(gè)或更多個(gè)電池單元陣列(有時(shí)稱為電池單元堆)提供高電壓直流(DC)輸出。電池單元陣列可包括一個(gè)或更多個(gè)電池單元。
[0023]電池單元(諸如棱柱形、圓柱形或袋狀的電池單元)可包括將儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)電池單元。電池單元還可包括殼體、正極(陰極)和負(fù)極(陽極)。電解質(zhì)可允許離子在放電期間在陽極和陰極之間運(yùn)動(dòng)，然后在再充電期間返回。端子可允許電流從電池單元流出以被車輛使用。當(dāng)多個(gè)電池單元按照陣列定位時(shí)，每個(gè)電池單元的端子可與彼此相鄰的相對(duì)的端子(正和負(fù))對(duì)齊，匯流條可提供輔助以便于在多個(gè)電池單元之間串聯(lián)連接。電池單元還可并聯(lián)布置，從而類似的端子(正和正或負(fù)和負(fù))彼此相鄰。
[0024]牽引電池24可電連接到一個(gè)或更多個(gè)電力電子模塊26。一個(gè)或更多個(gè)接觸器可在斷開時(shí)使?fàn)恳姵?4與其它組件隔離，并在閉合時(shí)將牽引電池24連接到其它組件。電力電子模塊26還電連接到電機(jī)14，并且在牽引電池24和電機(jī)14之間調(diào)節(jié)雙向傳輸電能。例如，牽引電池24可以提供DC電壓，而電機(jī)14可能需要三相交流(AC)電壓來運(yùn)轉(zhuǎn)。電力電子模塊26可以將DC電壓轉(zhuǎn)換為電機(jī)14所需要的三相AC電壓。在再生模式下，電力電子模塊26可以將來自用作發(fā)電機(jī)的電機(jī)14的三相AC電壓轉(zhuǎn)換為牽引電池24所需要的DC電壓。在此的描述同樣適用于純電動(dòng)車輛。在純電動(dòng)車輛中，混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置16可以是連接到電機(jī)14的齒輪箱并且發(fā)動(dòng)機(jī)18不存在。
[0025]如上所討論的，牽引電池24除了提供用于推進(jìn)的能量之外，還可以提供用于其它車輛電氣系統(tǒng)的能量。車輛電力系統(tǒng)可包括調(diào)節(jié)用于各種用途的電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28。DC/DC轉(zhuǎn)換器將牽引電池24的高電壓DC輸出轉(zhuǎn)換為與其它車輛電負(fù)載兼容的低電壓DC供應(yīng)。其它高電壓負(fù)載(諸如壓縮機(jī)和電加熱器)可直接連接到高電壓而不使用DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28。在某些車輛中，低電壓系統(tǒng)電連接到輔助電池30(例如，12V電池)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，DC/DC轉(zhuǎn)換器定位為非常接近或鄰近牽引電池24。
[0026]電池能量控制模塊(BECM) 33可與牽引電池24通信。BECM 33可用作牽引電池24的控制器，并且還可包括管理每個(gè)電池單元的溫度和荷電狀態(tài)的電子監(jiān)控系統(tǒng)。牽引電池24可具有諸如熱敏電阻或其它溫度計(jì)量器的溫度傳感器31。溫度傳感器31可與BECM 33通信，以提供關(guān)于牽引電池24的溫度數(shù)據(jù)。盡管圖1的示意圖示出了單個(gè)溫度傳感器，但是可使用多個(gè)傳感器來分別監(jiān)測(cè)牽引電池24中不同的電池單元和/或電池單元陣列。
[0027]例如，牽引電池24可通過外部電源36(諸如電源插座)進(jìn)行再充電。外部電源36可電連接到電動(dòng)車輛供電設(shè)備(EVSE，electric vehicle supply equipment) 38。EVSE 38可提供電路和控制以調(diào)節(jié)并管理電源36與車輛12之間的電能的傳輸。外部電源36可向EVSE 38提供DC電力或AC電力。EVSE 38可具有用于插入到車輛12的充電端口 34中的充電連接器40。充電端口 34可以是被構(gòu)造為將電力從EVSE 38傳輸?shù)杰囕v12的任何類型的端口。充電端口 34可電連接到充電器或車載電力轉(zhuǎn)換模塊32。電力轉(zhuǎn)換模塊32可以調(diào)節(jié)從EVSE 38供應(yīng)的電力，以向牽引電池24提供合適的電壓水平和電流水平。電力轉(zhuǎn)換模塊32可與EVSE 38配合，以協(xié)調(diào)向車輛12的電力傳遞。EVSE連接器40可具有與充電端口34的對(duì)應(yīng)的凹入匹配的插腳。
[0028]所討論的各種組件可具有控制并監(jiān)視組件的運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的控制器。控制器可經(jīng)由串行總線(例如，控制器局域網(wǎng)(CAN))或經(jīng)由專用的電導(dǎo)線管進(jìn)行通信。
[0029]電池單元和/或電池電子器件在使用時(shí)可能產(chǎn)生熱。由于電池需要保持在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)，同時(shí)最小化每個(gè)單獨(dú)電池單元內(nèi)和橫跨電池單元串(cell string)的溫度偏差，所以牽引電池的熱管理在一定的環(huán)境條件下會(huì)更為困難?？墒褂貌煌碾姵匕Y(jié)構(gòu)來應(yīng)對(duì)各個(gè)車輛變量(包括封裝限制和功率要求)。電池單元可通過熱管理系統(tǒng)進(jìn)行熱調(diào)節(jié)以幫助管理電池的整體溫度。熱管理系統(tǒng)的示例可包括空氣冷卻系統(tǒng)、液體冷卻系統(tǒng)以及空氣冷卻系統(tǒng)和液體冷卻系統(tǒng)的組合。某些車輛封裝限制可(例如)通過將電池包置于車輛乘客車艙內(nèi)而將電池包與環(huán)境條件隔離。然而，這樣的布置可導(dǎo)致車輛的可用空間減少。
[0030]考慮若干個(gè)位于車身底部位置的諸如DC/DC轉(zhuǎn)換器、BECM、電池充電器和/或其它電池電子器件的熱源而管理牽引電池總成的溫度會(huì)對(duì)封裝和熱管理產(chǎn)生若干挑戰(zhàn)。預(yù)期上面列出的電子器件之外的額外的電子器件可從熱管理受益。在同樣的占用面積下為電池和DC/DC轉(zhuǎn)換器提供有效的冷卻是特別困難的。此外，考慮