CN108448019A - 牵引电池集成式热板和托盘 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及牵引电池集成式热板和托盘。一种车辆牵引电池组件可包括牵引电池和电池托盘。所述牵引电池用于给电气化车辆的一部分供电。所述电池托盘用于支撑牵引电池，并限定用于使冷却剂沿第一方向和第二方向分布的冷却剂通道。牵引电池的电池单元与电池托盘布置为使得第一方向和第二方向相对于其中一个电池单元的纵向面垂直定向。板可在没有机械紧固件的情况下被固定到电池托盘，以保持冷却剂通道内的冷却剂。所述板可以由铝制成，并且电池托盘可以是压铸铝件。入口通道可从入口延伸到冷却剂通道并且可被设置在由电池托盘限定的一对开口之间。

Description

牵引电池集成式热板和托盘
技术领域
本公开涉及辅助电气化车辆的牵引电池的热管理的组件。
背景技术
诸如电池电动车辆(BEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)或全混合动力电动车辆(FHEV)的电气化车辆包含牵引电池(诸如，高电压(HV)电池)以用作车辆的推进源。HV电池可包括用于辅助管理车辆性能和操作的部件和***。HV电池可包括在电池单元端子之间相互电连接的一个或更多个电池单元阵列和互连汇流条(interconnector busbar)。HV电池和周围环境可包括辅助管理HV电池部件、***和各个电池单元的温度的热管理***。
发明内容
一种车辆牵引电池组件包括牵引电池和电池托盘。所述牵引电池用于给电气化车辆的一部分供电。所述电池托盘用于支撑牵引电池，并限定用于使冷却剂沿第一方向和第二方向分布的冷却剂通道。牵引电池的电池单元与电池托盘布置为使得所述第一方向和所述第二方向被定向为相对于其中一个电池单元的纵向面垂直。板可在没有机械紧固件的情况下被固定到电池托盘，以保持冷却剂通道内的冷却剂。所述板可以由铝制成，并且电池托盘可以是压铸铝件。所述板可被钎焊到电池托盘，以防止冷却剂从冷却剂通道泄漏。入口通道可从入口延伸到冷却剂通道并且可被设置在由电池托盘限定的一对开口之间。每个开口的尺寸能够接纳电气部件的一部分。冷却剂通道可包括用于增大冷却剂通道的有效表面面积的特征。电镀锌铝板可被设置在牵引电池与电池托盘之间。电池托盘可限定与冷却剂通道流体连通并且位于电池托盘同一侧的入口和出口。
一种车辆牵引电池组件包括牵引电池、电池托盘和铝板。所述牵引电池包括用于给电气化车辆的一部分供电的多个电池单元。所述电池托盘限定用于使冷却剂沿第一方向和第二方向流动的冷却剂通道，使冷却剂传输到冷却剂通道的入口通道，以及被限定在入口通道的相对两侧的用于使电气连接器延伸通过的一对开口。所述铝板设置在牵引电池和电池托盘之间。第一方向和第二方向相对于牵引电池的其中一个电池单元的纵向面垂直。所述一对开口的每个开口可与入口通道间隔开，使得流动通过入口通道的冷却剂与连接到其中一个电气连接器的电气部件热连通。所述电池托盘可以是压铸铝件并被钎焊到铝板。所述电池托盘可在没有机械紧固件的情况下被固定到铝板。所述电气连接器可以是用于BECM、电力电子模块和转换器模块中的一种。使沿第一方向和第二方向的冷却剂流相对于其中一个电池单元的纵向面垂直定向可使得从所述其中一个电池单元的排热增加。
一种车辆牵引电池组件包括牵引电池、集成式部件和镀锌铝板。所述牵引电池用于给电气化车辆的一部分供电。所述集成式部用作用于牵引电池的热板和电池托盘，所述集成式部件包括基部部分和侧壁，所述基部部分限定冷却剂通道以使冷却剂沿第一方向和第二方向分布，所述侧壁围绕电池托盘的周边延伸以限定用于设置牵引电池的一部分的腔。所述镀锌铝板设置在牵引电池的电池单元与集成式部件之间，以防止电池单元与在冷却剂通道内流动的冷却剂直接接触。所述牵引电池的每个电池单元可包括相对于第一方向和第二方向垂直定向的纵向面。所述侧壁可从基部部分延伸到等于或高于其中一个电池单元的一半高度的高度。所述镀锌铝板可在没有机械紧固件的情况下被固定到集成式部件。所述集成式部件可以是压铸件，并且所述镀锌铝板可被钎焊到集成式部件，以防止在冷却剂通道内流动的冷却剂的泄漏。
附图说明
图1是电气化车辆的示例的示意图。
图2是牵引电池组件的一部分的示例的透视图。
图3是图2的牵引电池组件的一部分的示例的***透视图。
图4是图2的牵引电池组件移除一部分以示出内部部件的示例的透视图。
图5是图2的牵引电池组件的一部分的局部剖视透视图。
图6是图2的牵引电池组件的部件的俯视图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采用各种可替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
图1描绘了PHEV的示意图的示例。车辆12可包括机械地连接至混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。每个电机14能够作为马达或发电机运转。此外，混合动力传动装置16机械地连接至发动机18。混合动力传动装置16还机械地连接至驱动轴20，驱动轴20机械地连接至车轮22。电机14可在发动机18启动或关闭时提供推进和减速能力。电机14还可作为发电机运转，并且可通过回收在摩擦制动***中通常将作为热损失掉的能量而提供燃料经济效益。由于车辆12可在特定条件下以电动模式操作，因此电机14还可提供减少的污染物排放。
牵引电池或电池组24储存着可被电机14使用的能量。牵引电池24通常从牵引电池24中的一个或更多个电池单元阵列(有时称为电池单元堆)提供高电压DC输出。电池单元阵列可包括一个或更多个电池单元。牵引电池24通过一个或更多个接触器(未示出)电连接至一个或更多个电力电子模块26。所述一个或更多个接触器在断开时使牵引电池24与其它部件隔离，并且在闭合时将牵引电池24连接至其它部件。电力电子模块26还电连接至电机14，并且提供在牵引电池24和电机14之间双向传输电能的能力。例如，典型的牵引电池24可提供DC电压，而电机14可能需要三相AC电压来运转。电力电子模块26可将DC电压转换为电机14所需的三相AC电压。在再生模式下，电力电子模块26可将来自用作发电机的电机14的三相AC电压转换为牵引电池24所需的DC电压。此处的描述同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，混合动力传动装置16可以是连接至电机14的齿轮箱并且发动机18可以不存在。
牵引电池24除提供用于推进的能量之外，还可提供用于其它车辆电气***的能量。典型的***可包括DC/DC转换器模块28，DC/DC转换器模块28将牵引电池24的高电压DC输出转换为与其它车辆负载兼容的低电压DC供应。其它高电压负载(例如，压缩机和电加热器)可直接连接至高电压而不使用DC/DC转换器模块28。在典型的车辆中，低电压***电连接至辅助电池30(例如，12V电池)。
电池电气控制模块(BECM)33可与牵引电池24通信。BECM 33可用作牵引电池24的控制器，并且还可包括管理牵引电池24的每个电池单元的温度和荷电状态的电子监测***。牵引电池24可具有温度传感器31，诸如，热敏电阻或其它温度计量器。温度传感器31可与BECM 33通信，以提供关于牵引电池24的温度数据。
可通过外部电源36对车辆12进行再充电。外部电源36可以是电插座。外部电源36可电连接至电动车辆供电设备(EVSE)38。EVSE 38可提供电路和控制件以调节并管理电源36与车辆12之间的电能传输。外部电源36可向EVSE 38提供DC或AC电力。EVSE 38可具有用于***到车辆12的充电端口34中的充电连接器40。充电端口34可以是被配置为将电力从EVSE 38传输到车辆12的任何类型的端口。充电端口34可电连接至充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可调节从EVSE 38供应的电力，以向牵引电池24提供适当的电压电平和电流电平。电力转换模块32可与EVSE 38配合，以协调至车辆12的电力传输。EVSE连接器40可具有与充电端口34的对应凹入部匹配的插脚。
所讨论的各种部件可具有一个或更多个相关联的控制器，以控制并监测部件的操作。控制器可经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由离散的导体进行通信。
牵引电池24的电池单元(诸如，棱柱形电池单元)可包括将储存的化学能转换为电能的电化学电池单元。棱柱形电池单元可包括壳体、正极(阴极)和负极(阳极)。电解质可允许离子在放电期间在阳极和阴极之间运动，然后在再充电期间返回。端子可允许电流从电池单元流出以被车辆使用。当多个电池单元按照阵列定位时，每个电池单元的端子可以以使极性相反的端子(正和负)彼此相邻的方式对齐，汇流条可辅助促进多个电池单元之间的串联连接。电池单元还可并联布置，使得极性相同的端子(正和正或者负和负)彼此相邻。例如，两个电池单元可被布置为正极端子彼此相邻，紧挨着的两个电池单元可被布置为负极端子彼此相邻。在这个示例中，汇流条可接触所有的四个电池单元的端子。
先前的牵引电池组件的示例包括热管理***。这些热管理***可包括多个部件(包括电池单元、热板、热界面材料和电池托盘)。期望的热板验收指标的两个示例可包括从电池单元摄取最大量的热以及在电池单元的基部保持大致均匀的温度。为了实现这些验收指标，将冷却剂分配到热板来管理电池单元的热状况。减少部件的数量可提供性能和组装方面的优势。
图2和图3示出了牵引电池组件(在此总体上称为牵引电池组件100)的一部分的示例。牵引电池组件100可包括第一电池单元阵列104、第二电池单元阵列106、隔板108和集成式部件110。集成式部件110可用作热板和电池托盘。例如，集成式部件110可限定用于使冷却剂流动通过的一个或更多个通道。冷却剂可辅助管理第一电池单元阵列104和第二电池单元阵列106的热状况。
第一电池单元阵列104和第二电池单元阵列106可向车辆的一部分供电。第一电池单元阵列104和第二电池单元阵列106的每个包括多个电池单元。隔板108和集成式部件110可分别限定开口，该开口具有接纳电气组件的一部分或用于电气组件的连接器的尺寸。例如，隔板108可限定第一开口114、第二开口116和第三开口118。电气部件的非限制性示例包括BECM、电力电子模块、低电压连接器和转换器模块。隔板108可以是电镀锌铝(galvanizede-coated aluminum)。如下文进一步描述的，隔板108可用于将电池单元阵列的电池单元与在集成式部件110的冷却剂通道内流动的冷却剂隔开。
隔板108可以是电镀的(e-coated)并由铝制成。集成式部件110可以是压铸件并由铝制成。牵引电池组件100内包括隔板108可消除在电池单元阵列与冷却剂之间设置热界面材料的必要性。集成式部件110可在没有机械紧固件的情况下被固定到隔板108。例如，集成式部件110可被钎焊到隔板108。集成式部件110可限定第四开口124、第五开口126和第六开口128。集成式部件110的开口可与隔板108的相应开口对齐，以使彼此密切配准。隔板108的厚度可在2毫米与4.0毫米之间。
集成式部件110可包括围绕其周边进行延伸的侧壁132。侧壁132可从集成式部件110的基部部分延伸一定高度，该高度等于或高于第一电池单元阵列104或第二电池单元阵列106的其中一个电池单元的一半高度。侧壁132可限定用于设置第一电池单元阵列104和第二电池单元阵列106的至少一部分的腔134。侧壁132可限定狭槽135以接纳盖(未示出)的一部分。盖可被安装到集成式部件110以将第一电池单元阵列104和第二电池单元阵列106保持在其中。集成式部件110的厚度可在3.6毫米与4.0毫米之间。
集成式部件110可限定用于使冷却剂流动通过的冷却剂通道140。示出的冷却剂通道140为管状，但可使用各种形状。冷却剂通道140可限定用于促进流动通过冷却剂通道的冷却剂的湍流并增大冷却剂通道的有效面积的特征(未示出)。所述特征的示例包括凹坑、凸台(pedestal)或泡沫金属。冷却剂通道140、第一电池单元阵列104和第二电池单元阵列106可彼此布置为使得流动通过冷却剂通道140的冷却剂与电池单元热连通，以辅助管理第一电池单元阵列104和第二电池单元阵列106的热状况。冷却剂经由入口142被传输到冷却剂通道140，并经由出口144离开冷却剂通道140。可由侧壁132或集成式部件110的基部部分限定入口142和出口144。入口142和出口144经由冷却剂通道140并经由冷却剂回流线路(未示出)而彼此流体连通。
图4和图5示出了牵引电池组件100的进一步的细节。第一电池单元阵列104和第二电池单元阵列106中的每个包括多个电池单元136。每个电池单元136包括纵向面138。电池单元136相对于冷却剂通道140的定向辅助管理电池单元136的热状况。例如，电池单元136的纵向面138相对于冷却剂通道140内的冷却剂流的方向垂直定向，以使电池单元136的排热增加。这种垂直的冷却剂流的定向为流动通过冷却剂通道140的冷却剂提供了更高的冷却能力。
图6是集成式部件110的俯视图。冷却剂通道140由集成式部件110限定，使得冷却剂沿第一方向(由箭头145表示)和第二方向(由箭头146表示)流动。入口通道160从入口142延伸到冷却剂通道140。入口通道160可设置在一对开口(诸如，开口114、116、124和126)之间。因此，入口通道160内的冷却剂可通过与安装在入口通道160附近的电气部件进行热连通而辅助管理所述电气部件的热状况。图6中的虚线表示第一电池单元阵列104和第二电池单元阵列106的占用区。集成式部件110和电池单元阵列彼此布置为使得第一方向和第二方向相对于每个电池单元136的纵向面138基本上垂直。在这个示例中，在冷却剂通道140内流动的冷却剂将通过每个电池单元136五次。可以设想，冷却剂通道140可被限定为通过每个电池单元136更多或更少的次数。
隔板108的电镀涂层(e-coating)可辅助防止由冷却剂通道内流动的冷却剂导致的腐蚀。将隔板108钎焊到集成式部件110可辅助密封冷却剂通道140以防止冷却剂从冷却剂通道140泄漏。此外，将隔板108钎焊到集成式部件110消除了对于多个紧固件和密封件的需求，这还以较少的钻孔要求和紧固件附连件使组装过程更容易，所有这些都可使牵引电池组件的重量减轻并且降低组件和部件的成本。
虽然以上描述了示例性实施例，但是并不意在这些实施例描述了权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下作出各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被组合，以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的整体***属性，期望的整体***属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (18)

1.一种车辆牵引电池组件，包括：
牵引电池，用于给电气化车辆的一部分供电；
电池托盘，用于支撑牵引电池，所述电池托盘限定用于使冷却剂沿第一方向和第二方向分布的冷却剂通道，
其中，牵引电池的电池单元与电池托盘布置为使得所述第一方向和所述第二方向被定向为相对于其中一个电池单元的纵向面垂直。
2.根据权利要求1所述的车辆牵引电池组件，还包括：板，所述板在没有机械紧固件的情况下被固定到电池托盘，以保持冷却剂通道内的冷却剂。
3.根据权利要求2所述的车辆牵引电池组件，其中，所述板由铝制成，并且电池托盘是压铸铝件，其中，所述板被钎焊到电池托盘，以防止冷却剂从冷却剂通道泄漏。
4.根据权利要求1所述的车辆牵引电池组件，还包括：入口通道，所述入口通道从入口延伸到冷却剂通道并被设置在由电池托盘限定的一对开口之间，每个开口的尺寸能够接纳电气部件的一部分。
5.根据权利要求1所述的车辆牵引电池组件，其中，所述冷却剂通道包括用于增大冷却剂通道的有效表面面积的特征。
6.根据权利要求1所述的车辆牵引电池组件，还包括：设置在牵引电池与电池托盘之间的电镀锌铝板。
7.根据权利要求1所述的车辆牵引电池组件，其中，所述电池托盘还限定有与冷却剂通道流体连通并且位于电池托盘同一侧的入口和出口。
8.一种车辆牵引电池组件，包括：
牵引电池，包括多个电池单元，以给电气化车辆的一部分供电；
电池托盘，限定冷却剂通道、入口通道和一对开口，所述冷却剂通道用于使冷却剂沿第一方向和第二方向流动，所述入口通道使冷却剂传输到冷却剂通道，所述一对开口中的每个开口被限定在所述入口通道的相对两侧，用于使电气连接器延伸通过；
铝板，设置在牵引电池和电池托盘之间，
其中，所述第一方向和所述第二方向被定向为相对于牵引电池的其中一个电池单元的纵向面垂直。
9.根据权利要求8所述的车辆牵引电池组件，其中，所述一对开口中的每个开口与入口通道间隔开，使得流动通过入口通道的冷却剂与连接到其中一个电气连接器的电气部件热连通。
10.根据权利要求8所述的车辆牵引电池组件，其中，所述电池托盘是压铸铝件并且被钎焊到铝板。
11.根据权利要求8所述的车辆牵引电池组件，其中，所述电池托盘在没有机械紧固件的情况下被固定到铝板。
12.根据权利要求8所述的车辆牵引电池组件，其中，所述电气连接器用于BECM、电力电子模块和转换器模块中的一种。
13.根据权利要求8所述的车辆牵引电池组件，其中，使沿着所述第一方向和所述第二方向的冷却剂流相对于其中一个电池单元的纵向面垂直定向使得从所述其中一个电池单元的排热增加。
14.一种车辆牵引电池组件，包括：
牵引电池，用于给电气化车辆的一部分供电；
集成式部件，用作用于牵引电池的热板和电池托盘，所述集成式部件包括基部部分和侧壁，所述基部部分限定冷却剂通道以使冷却剂沿第一方向和第二方向分布，所述侧壁围绕电池托盘的周边延伸以限定用于设置牵引电池的一部分的腔；
镀锌铝板，设置在牵引电池的电池单元与集成式部件之间，以防止电池单元与在冷却剂通道内流动的冷却剂直接接触。
15.根据权利要求14所述的车辆牵引电池组件，其中，所述牵引电池的每个电池单元包括相对于所述第一方向和所述第二方向垂直定向的纵向面。
16.根据权利要求14所述的车辆牵引电池组件，其中，所述侧壁从基部部分延伸到等于或高于其中一个电池单元的一半高度的高度。
17.根据权利要求14所述的车辆牵引电池组件，其中，所述镀锌铝板在没有机械紧固件的情况下被固定到集成式部件。
18.根据权利要求14所述的车辆牵引电池组件，其中，所述集成式部件是压铸件，其中，所述镀锌铝板被钎焊到集成式部件，以防止在冷却剂通道内流动的冷却剂的泄漏。
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