用于电动化车辆电池组的热交换器板总成的制作方法

本公开总体上涉及电池组，并且更具体地涉及用于热管理电池组的电池单元的热交换器板总成。

背景技术：

人们期望减少汽车燃料消耗和排放。因此，正在开发减少或完全消除对内燃发动机的依赖的电动化车辆。通常，电动化车辆与常规的机动车辆不同，因为电动化车辆是通过一个或多个电池供电的电机选择性地驱动的。相比之下，常规的机动车辆完全依赖内燃发动机来推进车辆。

高压牵引电池组通常向电动化车辆的电机和其他电负载供电。电池组包括多个电池单元，所述多个电池单元存储用于为电负载供电的能量。电池单元在充电和放电操作期间产生热量。必须将所述热量耗散以便实现所需的电池性能水平。热交换器板，通常被称为“冷板”，可以用来耗散电池单元产生的热量。

技术实现要素：

根据本公开的示例性方面的电池组尤其包括热交换器板总成，所述热交换器板总成包括金属板和连接到所述金属板的聚合物板。金属板或聚合物板的突出部延伸穿过金属板或聚合物板中的另一者的开口。

在前述电池组的另一个非限制性实施例中，突出部和开口建立了热交换器板总成的中心连接部。

在前述电池组的任一个的另一个非限制性实施例中，金属板的凸片和聚合物板的外边缘建立了热交换器板总成的边缘连接部。

在前述电池组中的任一个的另一个非限制性实施例中，突出部的弯曲部分邻靠围绕开口的表面。

在前述电池组中的任一个的另一个非限制性实施例中，突出部是金属板的一部分，并且开口是聚合物板的一部分。

在前述电池组中的任一个的另一个非限制性实施例中，突出部是聚合物板的一部分，并且开口是金属板的一部分。

在前述电池组中的任一个的另一个非限制性实施例中，突出部和开口设置在热交换器板总成的中心线轴线附近。

在前述电池组中的任一个的另一个非限制性实施例中，突出部包括第一长度，所述第一长度小于所述开口的第二长度，并且所述开口的第二长度小于热交换器板总成的第三长度。

在前述电池组中的任一个的另一个非限制性实施例中，聚合物板包括至少一个凹陷部分，所述凹陷部分在金属板和聚合物板之间建立用于使冷却剂循环的开放空间。

在前述电池组中的任一个的另一个非限制性实施例中，电池组包括在金属板和聚合物板之间的冷却剂回路。

在前述电池组中的任一个的另一个非限制性实施例中，电池组包括密封件，所述密封件包围冷却剂回路并且设置在聚合物板和金属板之间。

在前述电池组中的任一个的另一个非限制性实施例中，聚合物板包括至少一个加强肋。

在前述电池组中的任一个的另一个非限制性实施例中，金属板包括至少一个热增强肋、翅片、销或凹坑。

在前述电池组中的任一个的另一个非限制性实施例中，电池阵列邻近或直接抵靠热交换器板总成定位。

在前述电池组中的任一个的另一个非限制性实施例中，开口是狭槽。

根据本公开的另一个示例性方面的方法尤其包括将所述热交换器板总成的金属板或聚合物板中的一者的突出部插入通过金属板或聚合物板中的另一者的开口，并将所述突出部压接或热熔接到围绕开口的表面，从而将金属板和聚合物板接合在一起。

在前述方法中的任一个的另一个非限制性实施例中，所述方法包括将金属板的凸片压接到聚合物板的外边缘。

在前述方法中的任一个的另一个非限制性实施例中，金属板是挤压板，并且聚合物板是模制板。

在前述方法中的任一个的另一个非限制性实施例中，将突出部压接到表面包括使所述突出部弯曲，直到突出部抵靠表面。

在前述方法中的任一个的另一个非限制性实施例中，将突出部热熔接到表面包括加热突出部并将突出部压靠在表面上。

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，包括其各个方面或相应单独特征中的任何一个，可以独立地或以任何组合方式被采取。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非这种特征在某种程度上是不兼容的。

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是显而易见的。随附于具体实施方式的附图可以简要描述如下。

附图说明

图1示意性地示出了电动化车辆的动力传动系统。

图2示出了用于电动化车辆的示例性电池组。

图3示出了另一个示例性电池组。

图4示出了根据本公开的实施例的热交换器板总成。

图5是图4的热交换器板总成的仰视图。

图6是图5中所示的热交换器板总成的一部分的放大图。

图7示出了热交换器板总成的聚合物板的部分。

图8示出了热交换器板总成的另外的特征。

图9示出了热交换器板总成的金属板的部分。

图10示出了根据本公开的另一个实施例的热交换器板总成。

具体实施方式

本公开详细描述了用于电动化车辆或其他电动化部件中的示例性电池组设计。示例性电池组可以包括热交换器板总成，所述热交换器板总成具有金属板和聚合物板，所述金属板和聚合物板接合在一起以在其间建立冷却剂回路。金属板或聚合物板可以包括突出部，所述突出部延伸穿过金属板或聚合物板中的另一者的开口。突出部可以压接或热熔接到围绕开口的表面，以便将热交换器板总成的金属板和聚合物板接合在一起。在本具体实施方式的以下段落中更详细地论述了这些和其他特征。

图1示意性地示出了电动化车辆12的动力传动系统10。尽管被描绘为混合动力电动化车辆(hev)，但是应理解，本文描述的概念并不限于hev并且可以扩展到其他电动化车辆，包括但不限于：插电式混合动力电动化车辆(phev)、电池电动化车辆(bev)、燃料电池车辆等。

在一个实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的功率分流动力传动系统。第一驱动系统可以包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统可以至少包括马达22(即，第二电机)、发电机18和电池组24。在所述示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统各自能够产生扭矩以驱动电动化车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管图1中描绘了动力分配配置，但是本公开扩展到包括完全混合动力车辆、并联式混合动力车辆、串联式混合动力车辆、轻度混合动力车辆或微型混合动力车辆的任何混合动力或电动车辆。

发动机14(其可以是内燃发动机)和发电机18可以通过动力传递单元30(诸如行星齿轮组)连接。当然，其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)可以用于将发动机14连接到发电机18。在一个实施例中，动力传递单元30是行星齿轮组，其包括环形齿轮32、中心齿轮34和齿轮架总成36。

发电机18可由发动机14通过动力传递单元30来驱动，以将动能转换为电能。发电机18可以替代性地用作马达以将电能转换为动能，从而将扭矩输出到连接到动力传递单元30的轴38。因为发电机18可操作地连接到发动机14，所以可由发电机18控制发动机14的转速。

动力传递单元30的环形齿轮32可以连接到轴40，所述轴40通过第二动力传递单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传递单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递单元也可以是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48，以最终为车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括能够将扭矩传递到车辆驱动轮28的多个齿轮。在一个实施例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地联接到轴50，以将扭矩分配给车辆驱动轮28。

马达22还可以用于通过向也连接到第二动力传递单元44的轴52输出扭矩来驱动车辆驱动轮28。在一个实施例中，马达22和发电机18作为再生制动系统的一部分进行协作，在再生制动系统中马达22和发电机18都可用作马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自向电池组24输出电力。

电池组24是示例性电动化车辆牵引电池。电池组24可以是高电压牵引电池，其包括能够输出电力以操作电动化车辆12的马达22和/或其他电负载并且从发电机18接收电力的多个电池阵列25(即，电池总成或电池单元的分组)。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可以用于为电动化车辆12供电，包括低压电池。

在一个实施例中，电动化车辆12具有两种基本操作模式。电动化车辆12可以在使用马达22(通常在没有来自发动机14的辅助的情况下)进行车辆推进的电动化车辆(ev)模式下操作，从而消耗电池组24的荷电状态直至其在某些驾驶模式/循环下的最大可允许放电率。ev模式是电动化车辆12的电荷消耗操作模式的一个示例。在ev模式期间，电池组24的荷电状态可以在一些情况下增加，例如由于再生制动的时段而增加。发动机14在默认ev模式下通常是关闭的，但可基于车辆系统状态或在操作员允许时根据需要进行操作。

电动化车辆12可以另外地在混合动力(hev)模式下操作，其中发动机14和马达22两者都用于车辆推进。hev模式是用于电动化车辆12的电荷维持操作模式的一个示例。在hev模式期间，电动化车辆12可以减小马达22的推进力的利用度，以便通过增加发动机14的推进力来将电池组24的荷电状态维持在恒定或近似恒定的水平。除了本公开范围内的ev和hev模式之外，电动化车辆12还可以在其他操作模式下进行操作。

图2示意性地示出可以在电动化车辆内采用的电池组24。例如，电池组24可以是图1的电动化车辆12的动力传动系统10或任何其他电动化动力传动系统的一部分。图2是电池组24的透视图，并且一些外部件(例如，外壳总成58)以虚线示出以更好地示出电池组24的内部内容物。

电池组24容纳多个电池单元56(也以虚线示出)，所述多个电池单元56存储用于为电动化车辆12的各种电负载供电的能量。在本公开的范围内，电池组24可以采用任意数量的电池单元56。因此，本公开不限于图2中所示的确切配置。

电池单元56可以并排堆叠以构造一组电池单元56，有时被称为“电池单元堆叠”或“电池单元阵列”。在一个实施例中，电池单元56是棱柱形锂离子电池。然而，在本公开的范围内可以替代性地使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)或两者的电池单元。

电池单元56连同任何支撑结构(例如，阵列框架、间隔件、轨道、壁、板、绑定件等)一起可以统称为电池阵列。图2的电池组24包括第一电池阵列25a和与第一电池阵列25a相邻的第二电池阵列25b。尽管图2的电池组24被描绘为包括两个电池阵列，但是在本公开的范围内，电池组24可以包括更多或更少数量的电池阵列。

第一电池阵列25a的电池单元56可以沿着第一纵向轴线a1分布，并且第二电池阵列25b的电池单元56可以沿着第二纵向轴线a2分布。在一个实施例中，第一纵向轴线a1与第二纵向轴线a2横向间隔开。因此，在所述实施例中，第一电池阵列25a和第二电池阵列25b在电池组24内彼此并排定位。

外壳总成58可以容纳电池组24的每个电池阵列25a、25b。外壳总成58可以是密封外壳，其包括托盘60和覆盖件62，所述覆盖件62固定到托盘60以封闭和密封电池组24的每个电池阵列25a、25b。在一个实施例中，第一电池阵列25a和第二电池阵列25b两者都被定位在外壳总成58的托盘60上方，并且覆盖件62可以被接收在第一电池阵列25a和第二电池阵列25b上方。在本公开的范围内，外壳总成58可以包括任何尺寸、形状和构造。

电池组24的每个电池阵列25a、25b可以相对于一个或多个热交换器板总成64(有时称为冷板或冷板总成)定位，使得电池单元56与至少一个热交换器板总成64直接接触或紧邻。在一个实施例中，电池阵列25a、25b定位在热交换器板总成64的顶部上。

在一个实施例中，电池阵列25a、25b共享公共热交换器板总成64(例如，参见图2)。替代地，每个电池阵列25a、25b可以相对于其自身的热交换器板总成64定位(例如，参见图3)。

如图2中示意性地示出的，热界面材料(tim)66可以可选地定位在电池阵列25a、25b和热交换器板总成64之间，使得电池单元56的暴露表面与tim66直接接触。tim66维持电池单元56和热交换器板总成64之间的热接触，从而在热传递事件期间增加这些相邻部件之间的热导率。

tim66可由任何已知的导热材料制成。在一个实施例中，tim66包括环氧树脂。在另一个实施例中，tim66包括硅树脂基材料。其他材料(包括热油脂)可以替代地或另外地构成tim66。

热交换器板总成64可以是与电池组24相关联的液体冷却系统的一部分，并且被配置用于热管理每个电池阵列25a、25b的电池单元56。例如，在充电操作、放电操作、极端环境条件或其他条件期间，可由电池单元56产生和释放热量。可能期望从电池组24移除热量以改善电池单元56的容量、寿命和性能。热交换器板总成64被配置为将热量传导出电池单元56。换句话说，热交换器板总成64可以作为用于从热源(即，电池单元56)移除热量的散热器操作。替代地，热交换器板总成64可以用于加热电池单元56，诸如在极冷的环境条件期间。下面进一步详细描述用于热管理电池组24的电池单元56的示例性热交换器板总成设计。

图4、图5和图6示出了示例性热交换器板总成64。热交换器板总成64可以包括金属板68和聚合物板70，所述金属板68和聚合物板70接合在一起以在其间建立冷却剂回路72。当定位在电池组24的外壳总成58内时，金属板68可以面向电池组24的电池单元56，并且聚合物板70可以面向外壳总成58的托盘60(参见图2)。因此，金属板68可以被称为热交换器板总成64的上板，并且聚合物板70可以被称为热交换器板总成64的下板。

金属板68可由铝、不锈钢或其他金属材料或金属材料的组合制成。在一个实施例中，金属板68是挤压部件。在另一个实施例中，金属板68是冲压部件。然而，其他制造技术和材料也被设想在本公开的范围内。

聚合物板70可由任何合适的基于聚合物的材料制成。示例性的基于聚合物的材料包括但不限于聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚酯、聚胺以及它们的组合。在一个实施例中，聚合物板70是吹塑部件。在另一个实施例中，聚合物板70是真空模制部件。然而，其他制造技术和材料也被设想在本公开的范围内。

金属板68和聚合物板70可以在中心接合部74和边缘接合部76两者处结合在一起。在一个实施例中，由金属板68的突出部78和聚合物板70的开口80建立中心连接部74。突出部78可以通过开口80被接收并且然后可以被折叠(例如，弯曲)直到其抵靠围绕开口80的表面82。例如，突出部78可以在压接过程中弯曲。在一个实施例中，开口80是狭槽。

在一个实施例中，突出部78和开口80设置在热交换器板总成64的中心线轴线ca附近，以便建立中心连接部74。然而，中心连接部74不必位于热交换器板总成64的精确中心处。中心连接部74可以设置在从金属板68和聚合物板70的外边缘向内的任何位置处。

在另一个实施例中，突出部78包括第一长度l1，开口包括第二长度l2，并且热交换器板总成64包括第三长度l3(在图5中最佳示出)。第一长度l1和第二长度l2可以小于第三长度l3，以使得能够形成冷却剂回路72。第二长度l2可以稍微大于第一长度l1，以使得能够在制造过程期间容易地通过开口80接收突出部78。

可由金属板68的凸片84和聚合物板70的外边缘86建立边缘连接部76。凸片84可以从金属板68的外周突出。在示出的实施例中，金属板68包括四个凸片84。然而，在本公开的范围内可以采用更多或更少数量的凸片。每个凸片84可以被折叠(例如，弯曲)以围绕聚合物板70的外边缘86延伸。凸片84可以被折叠直到它们邻靠聚合物板70的下表面88(参见图5和图6)。例如，凸片84可以在压接过程中弯曲。

一旦金属板68和聚合物板70通过中心接合部74和边缘接合部76接合在一起，便可以在热交换器板总成64内建立冷却剂回路72。冷却剂回路72可以包括在热交换器板总成64内部延伸的一个或多个通道。冷却剂回路72可以在热交换器板总成64内部建立曲折的通道路径。

在一个实施例中，冷却剂回路72包括入口89、第一线性通道90、第二线性通道92、将第一线性通道90连接到第二线性通道92的弯曲通道94以及出口93。其他冷却剂回路72配置也被设想在本公开的范围内。

在使用中，如图4中最佳示出的，冷却剂c可以进入入口89，然后可以在离开出口93之前沿着曲折路径循环通过第一线性通道90、弯曲通道94，然后通过第二线性通道92，以便耗散已经从电池组24的电池单元56传导到热交换器板总成64中的热量。通过出口93离开的冷却剂c比进入入口89的冷却剂c更热。

冷却剂c可以从冷却剂源(未示出)连通，所述冷却剂源或者是电动化车辆的主冷却系统的一部分，或者是电池组24的专用冷却剂源。尽管未示出，但是冷却剂c可以在进入冷却剂回路72的入口89之前经过热交换器。在一个实施例中，冷却剂c是常规类型的冷却剂混合物，诸如混合有乙二醇的水。然而，其他冷却剂(包括气体)也被设想在本公开的范围内。

在一个实施例中，入口89和出口93被配置为管道，用于从冷却剂回路72接收和排出冷却剂c。入口89和出口93可以是附接到金属板68或聚合物板70的单独部件，或者入口89和出口93可以是金属板68或聚合物板70的一体形成的部件。

继续参考图5至图6，图7示出了聚合物板70的上表面95。一旦组装，聚合物板70的上表面95便面向金属板68。

聚合物板70可以被制造成包括用于建立热交换器板总成64的冷却剂回路72的特征。例如，聚合物板70可以包括一个或多个凹陷部分96，所述一个或多个凹陷部分96可以在从聚合物板70的上表面95朝向下表面88的方向上凹陷。凹陷部分96有助于在金属板68和聚合物板70之间建立开放空间，用于使冷却剂c循环。

聚合物板70可以另外被制造成包括用于密封冷却剂回路72的特征。例如，聚合物板70可以包括形成在上表面95中的一个或多个密封通道97。在一个实施例中，密封通道97是包围热交换器板总成64的冷却剂回路72的连续通道。

密封件98可以被接收在密封通道97内。密封件98可以是o形环垫圈密封件、可分配的液体密封件、环氧树脂或任何其他合适的密封件。一旦热交换器板总成64被组装，密封件98就在金属板68和聚合物板70之间延伸，以基本上防止冷却剂c泄漏出冷却剂回路72。如果使用可分配的液体或环氧树脂作为密封件98，则密封件98可以另外地起作用以提供金属板68和聚合物板70之间的粘附。

现在主要参考图8，聚合物板70可以另外包括一个或多个加强肋99，用于加强和/或在结构上支撑聚合物板70。加强肋99的尺寸、形状、构造和安装位置不意图限制本公开。在一个实施例中，加强肋99被包覆模制到聚合物板70的下表面88上。然而，在本公开的范围内，可以替代地使用其他附接方法。加强肋99还可以起到提供合适的安装表面的作用，用于将热交换器板总成64安装到外壳总成58的托盘60(参见图2)。

图9示出了金属板68的内表面69。一旦组装，金属板68的内表面69便面向聚合物板70的上表面95。可以在金属板68的内表面69上提供一个或多个热增强特征71。在一个实施例中，热增强特征71被配置为从内表面69突出的肋、翅片、销或凹坑，以便增加可用表面积的量，以增强热交换器板总成64与周围热源之间的热传递。热增强特征71可以是金属板68的挤压特征。替代地，热增强特征71可以是焊接、铜焊或以其他方式附接到内表面69的单独结构。

图10示出了另一个示例性热交换器板总成164。热交换器板总成164可以包括金属板168和聚合物板170，所述金属板168和聚合物板170接合在一起以在其间建立冷却剂回路172。

金属板168和聚合物板170可以在中心接合部174和边缘接合部176两者处结合在一起。在一个实施例中，由聚合物板170的突出部178和金属板168的开口180(例如，孔、狭槽或其他开口)建立中心连接部174。突出部178可以通过开口180接收。然后，突出部178可以被加热并向下按压，直到邻靠围绕开口180的表面182。在一个实施例中，加热和按压突出部178的过程是热熔接过程。

可由金属板168的凸片184和聚合物板170的外边缘186建立边缘连接部176。每个凸片184可以被折叠(例如，弯曲)以围绕聚合物板170的外边缘186延伸。凸片184可以被折叠直到它们邻靠聚合物板170的下表面188。例如，凸片184可以在压接过程中弯曲。

本公开的示例性热交换器板总成结合了金属材料和聚合物材料，以便降低与已知热交换器板设计相关联的重量和制造成本。本文所描述的热交换器板总成通过减少在总成的下板与周围环境之间可能发生的热交换的量来改善热传递。在所描述的热交换器板总成的金属板和聚合物板之间建立的牢固且可靠的附接可以通过提供板附接的视觉确认来进一步改善制造。

尽管不同的非限制性实施例被示出为具有特定的部件或步骤，但是本公开的实施例不限于那些特定的组合。可以将来自非限制性实施例中的任一者的一些部件或特征与来自其他非限制性实施例中的任一者的特征或部件组合使用。

应理解，贯穿若干附图，相似的附图标记标识对应或类似的元件。应理解，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，但是其他布置也可以受益于本公开的教导。

前面的描述应被解释为说明性的而不是以任何限制性意义来解释。本领域普通技术人员将理解，在本公开的范围内可以出现一些修改。出于这些原因，应研究以下权利要求来确定本公开的真实范围和内容。

根据本发明，提供了一种电池组，其具有热交换器板总成，所述热交换器板总成包括金属板和连接到所述金属板的聚合物板，其中金属板或聚合物板的突出部延伸穿过金属板或聚合物板中的另一者的开口。

根据一个实施例，所述突出部和所述开口建立所述热交换器板总成的中心连接部。

根据一个实施例，金属板的凸片和聚合物板的外边缘建立了热交换器板总成的边缘连接部。

根据一个实施例，突出部的弯曲部分邻靠围绕开口的表面。

根据一个实施例，突出部是金属板的一部分，并且开口是聚合物板的一部分。

根据一个实施例，突出部是聚合物板的一部分，并且开口是金属板的一部分。

根据一个实施例，突出部和开口设置在热交换器板总成的中心线轴线附近。

根据一个实施例，突出部包括小于开口的第二长度的第一长度，并且开口的第二长度小于热交换器板总成的第三长度。

根据一个实施例，聚合物板包括至少一个凹陷部分，所述凹陷部分在金属板和聚合物板之间建立用于使冷却剂循环的开放空间。

根据一个实施例，本发明的特征还在于在金属板和聚合物板之间的冷却剂回路。

根据一个实施例，本发明的特征还在于包围冷却剂回路并设置在聚合物板和金属板之间的密封件。

根据一个实施例，聚合物板包括至少一个加强肋。

根据一个实施例，金属板包括至少一个热增强肋、翅片、销或凹坑。

根据一个实施例，本发明的特征还在于邻近或直接抵靠热交换器板总成定位的电池阵列。

根据一个实施例，开口是狭槽。

根据本发明，一种方法包括将所述热交换器板总成的金属板或聚合物板中的一者的突出部插入通过金属板或聚合物板中的另一者的开口，并将所述突出部压接或热熔接到围绕开口的表面，从而将金属板和聚合物板接合在一起。

在本发明的一个方面中，所述方法包括将金属板的凸片压接到聚合物板的外边缘。

在本发明的一个方面中，金属板是挤压板，聚合物板是模制板。

在本发明的一个方面中，所述方法包括：将所述突出部压接到所述表面包括使所述突出部弯曲直到所述突出部邻靠所述表面。

在本发明的一个方面中，所述方法包括：将所述突出部热熔接到所述表面包括加热所述突出部并将所述突出部压靠在所述表面上。