车辆电池组、用于冷却电池组的系统以及在该系统中使用的冷却板的制作方法
【专利摘要】用于控制用于车辆的可再充电电池组的温度的系统。该电池组包括成排地布置的多个可再充电电化学储存电池单元，每排具有一个或更多个电池单元。该系统包括用于具有一个或更多个电池单元的所述排中的每一排的两个热交换器板。每个热交换器板可构造成并且布置成允许传热流体在其内部流动，并且用于所述排中的一排的两个热交换器板中的第一热交换器板构造成并且布置成允许传热流体沿第一大致方向流动。用于所述一排的所述两个热交换器板中的第二热交换器板构造成并且布置成允许传热流体沿第二大致方向流动。并且第一大致方向和第二大致方向彼此基本不同。
【专利说明】车辆电池组、用于冷却电池组的系统以及在该系统中使用 的冷却板
【技术领域】
[0001] 本发明涉及例如用于电动车辆（EV)或混合动力车辆（HEV)的电池组。更具体地， 但非排他性地，本发明涉及用于控制电池组温度的系统，其中，布置在用于电池组的电池单 元模块的一个或更多个电池单元的两侧的热交换器板构造成并且设置成能够使传热流体 以不同的大致方向流动。在实施方式中，两个热交换器板构造成并且设置成能够使传热流 体以相反的大致对角线的方向流动以实现对一个或更多个电池单元的更高效的温度控制。 本发明所具有的特定益处在于包括一个或更多个电池单元模块的电池组，该一个或更多个 电池单元模块包括被热交换器板分开的、布置成系列的具有多于一个电池单元的排。
[0002] 本发明的方面涉及：用于控制电池组温度的系统；热交换器板；用于电池组的电 池单元模块，其包括交替系列的相反定向的热交换器板；车辆；控制电池组中的一个或更 多个电池单元的温度的方法；以及由包括两个或更多个热交换器板的一个或更多个电池单 元模块组装电池组的方法。
【背景技术】
[0003] 可再充电电池组（本文中简称作电池组）通常包括一系列密封的电化学储能电池 单元。一些已知的电池单元为锂离子基电池单元并且整个电池组的电能取决于一些特性： 包括例如，包含在电池组中的电池单元的数量、电池单元的电荷状态（SOC)、电池单元的温 度以及由电池单元供给的电压。
[0004] 在授予A123系统公司（A123System Inc.)的TO2012/009145A2中公开了一种电池 组，其中，使用保持带（retention band)来将一叠电池保持在一起。其还公开了将电池单 元联接至由金属板形成的电池单元散热器，该金属板在一个或更多个侧上具有弯曲90度 的边缘以形成凸缘边。还公开了外壳散热器，该外壳散热器也由金属板形成，该金属板具有 基部，该基部在一个或更多个侧上具有弯曲90度的边缘以形成凸缘边。该外壳散热器可容 纳电池单元使得电池单元的凸缘边与外壳散热器接触并且电池单元的底面与外壳散热器 的基部接触以便于热传递。
[0005] 在可再充电电池的特性中，可再充电电池性能、电力输出和健康状态（SOH)尤其 会受到电池单元的工作温度的影响。因此，理想的是具有用于对电池单元温度进行控制及 管理的改进的系统。
[0006] 本发明寻求通过提供例如可用于车辆的用于温度控制和管理的改进的系统来提 供在可再充电电池组领域的改进。
[0007] 本发明可在除了使用可再充电电池组的车辆和乘用车辆之外的应用中使用，例 如，本发明的可再充电电池组可以有利地用在下列应用中：商用车辆或多用途车辆，比如叉 车；电网储存器；便携式发电机；以及备用电力供应，例如用在通信应用中。
【发明内容】
[0008] 本发明的各方面提供：用于控制可再充电电池组的温度的系统；热交换器板；用 于可再充电电池组的电池单元模块，该可再充电电池组包括交替系列的相反定向的热交换 器板；车辆；控制可再充电电池组中的一个或更多个电池单元的温度的方法；以及由一个 或更多个电池单元模块以及两个或更多个热交换器板组装可再充电电池组的方法。
[0009] 根据本发明要求保护的一方面，提供了用于控制用于车辆的可再充电电池组的温 度的系统，该电池组包括成排地布置的多个可再充电电化学储存电池单元，每排具有一个 或更多个电池单元，并且该系统包括用于具有一个或更多个电池单元的所述排中的每一排 的两个热交换器板，其中，每个热交换器板构造成并且设置成允许传热流体在其内部流动， 其中，用于所述排中的一排的两个热交换器板中的第一热交换器板构造成并且设置成允许 传热流体沿第一大致方向流动，其中，用于所述一排的两个热交换器板中的第二热交换器 板构造成并且设置成允许传热流体沿第二大致方向流动，并且其中，第一大致方向和第二 大致方向彼此基本不同。这样可以提供对于一个或更多个电池单元的有效的温度管理。有 利地，横跨一个或更多个电池单元的平均温度可以被管理并且保持在适宜的工作范围内。 此外，这可有利地使得温度差（一个或更多个电池单元的最高温度与最低温度之间的差） 能够保持在可接受的公差内。
[0010] 可选地，第一大致方向和第二大致方向可以大致成对角线并且可以彼此大致相 反。双向冷却剂流动和交叉的冷却剂流动路径可以使得排中的电池单元的平均温度能够被 更好的管理以控制单元的平均温度。在所述排包含多于一个电池单元的情况下更是如此。
[0011] 可选地，每个热交换器板可包括一个入口和一个出口，并且其中，该入口可布置在 比出口更高的高度处。有利地，这使得在一个或更多个电池单元的最热区域中输入最低温 度的冷却剂以促进对电池单元的更有效冷却。
[0012] 此外或替代性地，每个热交换器板的入口可以布置在热交换器板的与出口的相反 的一侧上。这可以通过以下方式来实现电池单元和热交换器板的紧凑包装：分隔开最上部 入口和最下部入口的位置，使得在电池单元模块的每侧上，每个入口通过框架构件与相邻 的入口间隔开，并且类似地，每个出口通过框架构件与相邻的出口间隔开。
[0013] 可选地，每个热交换器板可包括两个面，并且其中，在一个面或两个面上形成有一 个或更多个物理构造部，用于提供内部导引，以当传热流体在热交换器板中流动时迫使传 热流体遵循优选的路径。可选地，热交换器板的内侧表面是不平滑的并且可以引起在热交 换器板中流动的传热流体进行翻滚运动，这样可有助于迫使传热流体遵循优选的路径。
[0014] 可选地，位于一个面或两个面上的一个或更多个物理构造部可包括一个或更多个 凹痕和/或一个或更多个翅片。
[0015] 可选地，位于热交换器板的一个面或两个面上的一个或更多个物理构造部可包括 以大致平行关系设置的一系列翅片。此外，该系列翅片中的每个翅片的起点和终点可以与 每个其他翅片的起点和终点以逐渐的并且线性的方式偏移或错开。
[0016] 此外，位于热交换器板的一个面或两个面上的一个或更多个物理构造部还可包括 间隔开的两个线性系列的凹痕，并且其中，所述两个系列中的每个凹痕可与翅片的起点或 终点大致间隔开并且大致水平地对准。
[0017] 优选地但是可选地，一个或更多个物理构造部可以形成在冷却板的两个面上并且 可以分别包括两个线性系列和八个翅片，每系列包括八个凹痕，每个翅片具有大约160_、 320mm或480mm的长度和/或分别间隔离开大约15mm到大约20mm。
[0018] 根据本发明要求保护的另一方面，提供了用于控制用于车辆的可再充电电池组的 温度的系统，该电池组包括成排地布置的多个可再充电电化学储存电池单元，每排具有一 个或更多个电池单元，并且用于控制可再充电电池组的温度的系统包括用于环绕两个温度 控制回路中的每个温度控制回路泵送传热流体的至少一个泵。这有利可以实现对电池单元 的温度的精确控制或更可变的控制。
[0019] 可选地，用于控制可再充电电池组的温度的系统可包括至少两个泵，其中，一个泵 用于环绕两个温度控制回路中的每个温度控制回路泵送传热流体，而另一个泵用于环绕两 个温度控制回路中的第二温度控制回路泵送传热流体。
[0020] 可选地，每个泵可以是能够独立控制的，并且每个泵可联接至控制单元。
[0021] 此外，控制单元可以构造成根据以下方面来控制通过所述泵中的每个泵而泵送的 传热流体的流量：测量到的电池单元温度、测量到的电池组上的负载、测量到的充电速度、 测量到的传热流体温度以及/或者测量到的环境温度。
[0022] 可选地，系统还可包括用于所述具有一个或更多个电池单元的排中的每一排的两 个热交换器板，其中，每个热交换器板可构造成并且设置成允许传热流体在其内部流动，其 中，用于所述排中的一排的两个热交换器板中的第一热交换器板可构造成并且设置成允许 传热流体沿第一大致方向流动，其中，用于所述排的两个热交换器板中的第二热交换器板 可构造成并且设置成允许传热流体沿第二大致方向流动，并且其中，第一大致方向与第二 大致方向可选地彼此基本不同，并且该系统可包括传热流体调节器、第一温度控制回路和 第二温度控制回路。
[0023] 可选地，第一温度控制回路可构造成使得至少两个泵中的第一泵构造成泵送传 热流体离开传热流体调节器、沿着输入路径朝向第一热交换器板的第一入口歧管行进、进 入第一热交换器中并且沿第一方向通过第一热交换器板，经由出口歧管离开第一热交换器 板，沿着出口路径行进并且返回与传热流体调节器热接触。
[0024] 可选地，第二温度控制回路可构造成使得至少两个泵中的第二泵构造成泵送传热 流体离开传热流体调节器、沿着输入路径朝向第二热交换器板的布置在电池组的与第一入 口歧管相反的一侧上的第二入口歧管，进入第二热交换器板并且沿第二方向通过第二热交 换器板，经由出口歧管离开第二热交换器板，沿着出口路径行进并且返回与传热流体调节 器热接触。
[0025] 根据本发明要求保护的又一方面，提供了用于车辆的可再充电电池组，该可再充 电电池组包括多个可再充电电化学储存电池单元和根据以上段落中的任意段落所述的用 于控制可再充电电池组温度的系统，其中，所述多个可再充电电化学储存电池单元成排地 布置，每排具有一个或更多个电池单元。
[0026] 根据本发明要求保护的另一方面，提供了热交换器板，该热交换器板用在根据相 关以上段落中的任意段落所述的用于控制可再充电电池组的温度的系统中。
[0027] 根据本发明要求保护的又一方面，提供了控制可再充电电池组的温度的方法，该 可再充电电池组包括：成排地布置的多个可再充电电化学储存电池单元，每排具有一个或 更多个电池单元；以及用于具有一个或更多个电池单元的所述排中的每一排的两个热交换 器板，该方法包括：使传热流体在所述两个热交换器板中的第一热交换器板内部沿第一大 致方向流动；以及使得传热流体在所述两个热交换器板中的第二热交换器板内部沿第二大 致方向流动，其中，第一大致方向和第二大致方向彼此基本不同。
[0028] 可选地，第一方向从接近第一热交换器板的顶部朝向第一热交换器板的底部大致 成对角线，第二方向从接近第二热交换器板的顶部朝向第二热交换器的底部大致成对角 线，并且第一大致对角线方向与第二大致对角线方向在第一热交换器板和第二热交换器板 的大致中央交叉。
[0029] 根据本发明要求保护的又一方面，提供了控制可再充电电池组的温度的方法，该 可再充电电池组包括：成排地布置的多个可再充电电化学储存电池单元，每排具有一个或 更多个电池单元；以及用于所述排中的每一排的两个热交换器板，所述方法包括：提供至 少一个泵；使用泵来环绕两个温度控制回路中的一个温度控制回路泵送传热流体；以及使 用泵来环绕两个温度控制回路中的第二温度控制回路泵送传热流体。
[0030] 可选地，该方法还可包括：提供至少两个泵；使用第一泵来环绕两个温度控制回 路中的一个温度控制回路泵送传热流体；以及使用第二泵来环绕两个温度控制回路中的第 二温度控制回路泵送传热流体。
[0031] 可选地，该方法可包括独立地控制所述泵中的每个泵以及独立地控制传热流体的 流量。
[0032] 在本申请的范围内，可以设想的是在以上段落、权利要求和/或以下描述和附图 中阐述的各个方面、实施方式、示例和替代物，特别地是其特征，可独立地或以任何组合使 用。例如，结合一个实施方式描述的特征可以在所有实施方式中应用，除非这些特征不相 容。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 现在将参照附图仅通过示例的方式对本发明的实施方式进行描述，在附图中：
[0034] 图1为根据本发明的实施方式的包括电池组的车辆的示意性立体图；
[0035] 图2A为根据本发明的实施方式的电池组的示意性立体图；
[0036] 图2B为根据本发明的实施方式的可再充电电化学储存电池单元袋的示意性立体 图；
[0037] 图2C为根据本发明的实施方式的冷却系统的示意性图示；
[0038] 图3A为根据本发明的实施方式的用于形成电池组的冷却板的顶部、正面和侧部 的立体图；
[0039] 图3B为图3A中所示冷却板的从顶部、背面和侧面观察的立体图；
[0040] 图4为图3A和图3B的冷却板的正面的图示，其中，示出了冷却系统的入口歧管和 出口歧管的可选连接和定位；
[0041] 图5A为布置成处于间隔开的、相反的关系的一对板的从顶部及背面观察的视图， 在该一对板之间可布置有三个电池单元，例如三个图2B中所示的电池单元；
[0042] 图5B为图5A中所示的一对板的从顶部和正面观察的视图；
[0043] 图6A为根据本发明的实施方式的用于形成电池组的第一模块化框架构件的组件 的分解视图；
[0044] 图6B为根据本发明的实施方式的用于形成电池组的第二模块化框架构件的组件 的分解视图；
[0045] 图6C为由六个组装好的框架构件（三个图6A的第一模块化框架构件和三个图6B 的第二模块化框架构件）形成的电池单元模块的立体图；
[0046] 图6D为电池单元模块的一部分的立体示意图，其中，示出了布置于框架的任一侧 的一对冷却板，省略了电池单元及其他部件以便于图示冷却板和可选的冷却系统入口歧管 和冷却系统出口歧管；
[0047] 图7A为冷却剂温度的计算机建模的图解表示，冷却剂流动通过邻近包括三个电 池单元的排布置的一对冷却板中的一者；
[0048] 图7B为冷却剂的温度的计算机建模的图解表示，冷却剂流动通过邻近包括三个 电池单元的排布置的一对冷却板中的另一者；
[0049] 图7C为图7A和图7B中所示冷却板温度的平均温度的图解表示，并且同样是布置 在这些冷却板之间的三个电池单元的温度的表示；以及
[0050]图8为穿过以下模块的横截面的立体示意性图示，该模块包括六个根据本发明的 实施方式的组装好的框架构件。
[0051] 为了帮助理解附图以及附图中所示的部件和特征，提供了带有所指特征的简要描 述的附图标记的下表：
[0052]
【权利要求】
1. 一种用于控制可再充电电池组的温度的系统，所述可再充电电池组包括成排地布置 的多个可再充电电化学储存电池单元，每排具有一个或更多个电池单元，所述系统包括用 于具有一个或更多个电池单元的所述排中的每一排的两个热交换器板，每个热交换器板设 置成允许传热流体在其内部流动； 其中，用于所述排中的一排的两个热交换器板中的第一热交换器板构造成并且/或者 设置成允许传热流体沿第一大致方向流动； 其中，用于所述一排的所述两个热交换器板中的第二热交换器板构造成并且/或者设 置成允许传热流体沿第二大致方向流动；并且 其中，所述第一大致方向和所述第二大致方向彼此基本不同。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一大致方向和所述第二大致方向大致成 对角线并且彼此大致相反。
3. 根据权利要求1或2所述的系统，其中，每个热交换器板包括一个入口和一个出口， 并且其中，所述入口布置在比所述出口更高的高度处。
4. 根据权利要求3所述的系统，其中，每个热交换器板的所述入口布置在所述热交换 器板的与所述出口相反的一侧上。
5. 根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，每个热交换器板包括两个面，并且 其中，在一个面或两个面上形成有一个或更多个物理构造部，用于提供内部导引，W当传热 流体在所述热交换器板中流动时迫使传热流体遵循优选路径。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中，所述热交换器板的内侧表面是不平滑的并且引 起在所述热交换器板中流动的传热流体的翻滚运动，所述翻滚运动有助于迫使传热流体遵 循优选路径。
7. 根据权利要求5或6所述的系统，其中，位于一个面或两个面上的所述一个或更多个 物理构造部包括一个或更多个凹痕和/或一个或更多个翅片。
8. 根据权利要求7所述的系统，其中，位于一个面或两个面上的所述一个或更多个物 理构造部包括W大致平行关系设置的一系列翅片。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述一系列翅片中的每个翅片的起点和终点与 每个其他翅片的起点和终点W逐渐的并且线性的方式偏移或错开。
10. 根据权利要求7至9中的任一项所述的系统，其中，位于一个面或两个面上的所述 一个或更多个物理构造部还包括间隔开的两个线性系列的凹痕，并且其中，两个系列中的 每个凹痕与翅片的起点或终点大致间隔开并且大致水平地对准。
11. 根据权利要求10所述的系统，其中，所述一个或更多个物理构造部形成在两个 面上并且包括两个线性系列和八个翅片，每系列具有八个凹痕，每个翅片具有大约160mm、 320mm或480mm的长度并且/或者分别间隔开大约15mm到大约20mm。
12. -种用于控制用于车辆的可再充电电池组的温度的系统，所述系统可选地为根据 权利要求1至11中的任一项所述的系统，所述电池组包括成排地布置的多个可再充电电化 学储存电池单元，每排具有一个或更多个电池单元，并且所述用于控制所述可再充电电池 组的温度的系统包括用于环绕两个温度控制回路中的每个温度控制回路累送传热流体的 至少一个累。
13. 根据权利要求12所述的系统，其中，所述用于控制所述可再充电电池组的温度的 系统包括至少两个累，其中，一个累用于环绕两个温度控制回路中的每个温度控制回路累 送传热流体，而另一个累用于环绕两个温度控制回路中的第二温度控制回路累送传热流 体。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中，每个累能够独立控制，并且其中，每个累联接 至控制单元。
15. 根据权利要求14所述的系统，其中，所述控制单元构造成根据W下方面来控制通 过所述累中的每个累累送的传热流体的流量：测量到的电池单元温度、测量到的所述电池 组上的负载、测量到的充电率、测量到的传热流体温度W及/或者测量到的环境温度。
16. 根据权利要求12、13或14所述的系统，包括用于具有一个或更多个电池单元的所 述排中的每一排的两个热交换器板，其中，每个热交换器板构造成并且设置成允许传热流 体在其内部流动，其中，用于所述排中的一排的两个热交换器板中的第一热交换器板构造 成并且设置成允许传热流体沿第一大致方向流动，其中，用于所述排的所述两个热交换器 板中的第二交换器板构造成并且设置成允许热交换流体沿第二大致方向流动，并且其中， 所述第一大致方向和所述第二大致方向彼此基本不同，并且所述系统包括传热流体调节 器、第一温度控制回路和第二温度控制回路。
17. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述第一温度控制回路构造成使得所述至少 两个累中的第一累构造成累送传热流体离开所述传热流体调节器、沿输入路径（108a)朝 向第一热交换器板的第一入口歧管（32a)行进、进入所述热交换器板并且沿第一方向通过 所述热交换器板，经由出口歧管（34a)离开所述热交换器板，沿着出口路径（110a)行进并 且返回与所述传热流体调节器热接触。
18. 根据权利要求16或17所述的系统，其中，所述第二温度控制回路构造成使得所 述至少两个累中的第二累构造成累送传热流体离开所述传热流体调节器、沿着输入路径 (108b)朝向第二热交换器板的第二入口歧管（32b)行进，进入第二热交换器板并且沿第二 方向通过所述第二热交换器板，经由出口歧管（34b)离开所述第二热交换器板、沿着出口 路径（110b)行进并且返回与所述传热流体调节器（105)热接触，其中所述第二热交换器板 的第二入口歧管（32b)布置在所述电池组的与所述第一入口歧管相反的一侧上。
19. 一种用于车辆的可再充电电池组，包括多个可再充电电化学储存电池单元和根据 权利要求1至18中的任一项所述的用于控制可再充电电池组的温度的系统，其中，所述多 个可再充电电化学储存电池单元成排地布置，每排具有一个或更多个电池单元。
20. -种用在根据权利要求1至18中的任一项所述的用于控制可再充电电池组的温度 的系统中的热交换器板。
21. -种控制可再充电电池组的温度的方法，所述可再充电电池组包括：成排地布置 的多个可再充电电化学储存电池单元，每排具有一个或更多个电池单元；W及用于具有一 个或更多个电池单元的所述排中的每一排的两个热交换器板，所述方法包括： (i) )使传热流体在所述两个热交换器板中的第一热交换器板内部沿第一大致方向流 动；W及 (ii) 使传热流体在所述两个热交换器板中的第二热交换器板内部沿第二大致方向流 动， 其中，所述第一大致方向和所述第二大致方向彼此基本不同。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一方向从接近所述第一热交换器的顶 部朝向所述第一热交换器的底部大致成对角线，所述第二方向从接近所述第二热交换器板 的顶部朝向所述第二热交换器板的底部大致成对角线，并且所述第一大致对角线方向和第 二大致对角线方向在所述第一热交换器板和第二热交换器板的大致中央交叉。
23. -种控制可再充电电池组的温度的方法，所述可再充电电池组包括：成排地布置 的多个可再充电电化学储存电池单元，每排具有一个或更多个电池单元；W及用于具有一 个或更多个电池单元的所述排中的每一排的两个热交换器板，所述方法包括： (i) 提供至少一个累； (ii) 使用累来环绕两个温度控制回路中的一个温度控制回路累送传热流体；W及 (iii) 使用累来环绕两个温度控制回路中的第二温度控制回路累送传热流体。
24. 根据权利要求23所述的方法，所述方法还包括： (i) 提供至少两个累； (ii) 使用第一累来环绕两个温度控制回路中的一个温度控制回路累送传热流体；W 及 (iii) 使用第二累来环绕两个温度控制回路中的第二温度控制回路累送传热流体。
25. 根据权利要求24所述的方法，包括独立地控制所述累中的每个累，W及独立地控 制传热流体的流量。
26. 基本上如本文参照附图中的一幅或更多幅附图所描述和/或如通过附图中的一幅 或更多幅附图所示出而构造和/或设置的车辆、电池组、热交换器板、用于冷却电池组的系 统或冷却电池组的方法。
【文档编号】H01M10/6557GK104471783SQ201380036334
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2012年6月11日
【发明者】史蒂芬·尼科尔斯 申请人:捷豹路虎有限公司