CN113875073B - 电池冷却*** - Google Patents

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Abstract

减少在多个热交换部产生的总压力损失，并且抑制多个热交换部之间的温度的偏差。电池冷却装置具备在各自的内部具有热介质通路(11)的多个热交换部(10)。多个热交换部被分为多个热交换部组(G1、G2、G3)。各热交换部组包含多个热交换部(10)，属于一个热交换部组的多个热交换部以在该多个热交换部的各热交换部中通过的热介质的流速相互实质性相同的方式并行连接。多个热交换部组相互串行连接，属于相对地处于上游侧的热交换部组的热交换部的数量多于属于相对地处于下游侧的热交换部组的热交换部的数量。由此，在属于相对地处于下游侧的热交换部组的每一个热交换部中通过的热介质的流速快于在属于相对地处于上游侧的热交换部组的每一个热交换部中通过的热介质的流速。

Description

电池冷却***
技术领域
本发明涉及通过冷却液对电动汽车等的电池进行冷却的冷却***。
背景技术
电池在充电时发热。特别是在对电动汽车等的车辆用电池进行快速充电时，电池的发热很大。如果电池在高温的状态下持续充电，则电池的劣化加速而充电容量降低，电动汽车能够行驶的距离变短。为了解决该问题，使用通过热介质(冷媒、冷却液等)进行冷却的冷却装置(例如参照专利文献1)。
在电动汽车中，希望能够通过一次的充电实现长距离行驶，并且能够在短时间完成快速充电。为了满足这样的要求，车辆搭载由多个电池模组组成的电池。在冷却装置中，为了减小多个电池模组间的性能差异(包含由发热造成的劣化程度的差异)，要求缩小电池模组间的温度差。并且，在冷却装置中使用的热介质是冷却液的情况下，为了避免使热介质循环的水泵的大型化和耗电量的增大，要求减小冷却装置、特别是热交换部内部的压力损失。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2012－190675号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种能够降低在多个热交换部中产生的总压力损失，并且能够抑制多个热交换部之间的冷却能力的偏差的电池冷却装置。
用于解决技术问题的技术方案
根据本发明的一个实施方式，提供一种电池冷却装置，具备多个热交换部，各热交换部构成为在热介质与电池模组之间进行热交换，热介质在形成于该热交换部的内部的热介质通路中流动，电池模组与该热交换部的表面热接触，各热交换部具有热介质流入部和热介质流出部，多个热交换部构成为热介质流入部与热介质流出部之间的压力差和在热介质通路内流动的热介质的流速的关系在多个热交换部之间实质性相同，多个热交换部被分为多个热交换部组，各热交换部组包含多个热交换部，属于一个热交换部组的多个热交换部以使通过该多个热交换部中的各热交换部的热介质的流速相互实质性相同的方式并行连结，多个热交换部组相互串行连接，属于相对地处于上游侧的热交换部组的热交换部的数量多于属于相对地处于下游侧的热交换部组的热交换部的数量，由此，在属于相对地处于下游侧的热交换部组的每一个热交换部中通过的热介质的流速快于在属于相对地处于上游侧的热交换部组的每一个热交换部中通过的热介质的流速。
发明的效果
根据本发明，能够降低在多个热交换部产生的总压力损失，并且能够抑制多个热交换部之间的冷却能力的偏差。
附图说明
图1是将本发明一个实施方式的电池冷却装置的结构与电池模组一起表示的概略分解立体图和剖视图。
图2是表示第一实施方式的电池冷却装置的热介质流路之间的连接关系的流体回路图。
图3是表示第二实施方式的电池冷却装置的热介质流路之间的连接关系的流体回路图。
图4是表示第三实施方式的电池冷却装置的热介质流路之间的连接关系的流体回路图。
具体实施方式
以下，参照附图对车辆用的电池冷却装置的优选且非限定性的实施方式进行说明。
电池冷却装置作为热交换器构成，该热交换器成为热介质即冷却液的循环路径(未图示)的一部分。在循环路径中具有：泵，其为使冷却液在循环路径内循环而送出冷却液；冷却部，其对在电池冷却装置处由于与电池进行热交换而被加热的冷却液进行冷却(均未图示)。冷却部例如能够设置在车辆(汽车)的前格栅的背后。
在本说明书中，术语“冷却液”是指不伴随着本质上的相变而通过从冷却对象物夺取热而对冷却对象物进行冷却的液体。具体而言，作为冷却液，例示的是在汽车的发动机冷却液中使用的包含防冻成分(使凝固点降低的成分)的水。
如图1所示，冷却装置通过两片板材2、3接合形成。板材2、3是具有高导热率的金属材料，例如能够通过铝合金形成。这样的板材2、3(金属板)通过冲压加工等塑性加工技术加工为预先设定的形状。
在板材2(也称为上板材2)上，形成有多个(在图示例中为五个)凸部(向上凸的区域)。换言之，在板材2的下面形成向上凸的凹陷。在板材2的各凸部上分别搭载设置一个电池模组1a。各电池模组1a与板材2热耦合。通过多个电池模组1a串行和/或并行地电连接，构成具有所期望的输出电压和容量的电池1。
图1的右侧的剖视图是表示以与XZ平面平行的剖切面剖切后述一个热交换部10的Y方向中央部的剖面。在板材3(也称为下板材3)中与板材2的上述凸部对应的位置，形成向上凸的褶皱状的突起。通过板材2、3钎焊接合，在板材2、3之间，形成在Y方向上相互平行地延伸的多个(例如四个)热介质流路6。板材2、3彼此接触的部分通过未图示的钎焊材料密封。
通过在相互钎焊的板材2、3适宜地设置的凹凸，不仅能够形成上述热介质流路6，也能够形成后述集管部(16、20、24、28、40、44)、连接路(18、22、26、30、42、46)和连通路(34、38、50)。这样的凹凸由图1所描绘的板材3的立体图示意性地表示。
在电池冷却装置设有流入口4和流出口5。流入口4和流出口5例如成为适合与快速连接器连接的形状。流入口4和流出口5与前述冷却液的循环路径连接。经由流入口4从循环路径流入电池冷却装置的冷却液流经在板材2、3之间形成的热介质流路6内，经由流出口5流出至循环路径。冷却液在流经热介质流路6内时，从电池1夺取热而对电池1进行冷却。
接下来，参照图2对电池冷却装置的第一实施方式进行说明。在图2中，粗线的箭头表示电池冷却装置内的热介质的流动(在图3、图4中相同)。
电池冷却装置具备多个热交换部10。各热交换部10构成为在冷却液和与热交换部10的表面热接触的电池模组1a之间进行热交换，冷却液为是流经在该热交换部10的内部形成的热介质通路11的热介质。热交换部10在图1所示的上板材2的各凸部(向上凸的区域)对应的位置各设有一个。
多个热交换部10沿着X方向排列。X方向优选为水平方向。
各热交换部10在与X方向正交的Y方向上具有相互位于相反侧的第一端部12和第二端部14。Y方向也优选为水平方向。在图2～图4所示的实施方式中，将热交换部10的处于图中上侧的端部称为第一端部12，将处于图中下侧的端部称为第二端部14。
第一端部12和第二端部14中的一方是成为热交换部10的热介质的入口的热介质流入部，另一方是成为热交换部10的热介质的出口的热介质流出部。
热交换部10内的热介质通路11能够通过多个热介质流路6(参照图1的右侧的剖视图)构成。热交换部10构成为第一端部12与第二端部14之间的压力差(也就是热介质流入部与热介质流出部之间的压力差)和在热介质通路11内流动的热介质的流速的关系在多个热交换部10之间实质性相同。该关系例如能够通过各热交换部10具有相同数量(例如四个)的热介质流路6(参照图1的右侧的剖视图)，并且全部的热介质流路6相互具有实质性相当的直径来实现(但并不限于该方法)。
多个热交换部10被分为多个热交换部组。在图2的实施方式中，多个热交换部10被分为两个热交换部组，即被分为第一热交换部组G1和第二热交换部组G2。
第一和第二热交换部组G1、G2分别具有多个热交换部10。属于一个热交换部组(G1、G2)的多个热交换部10以在该多个热交换部10中的每一个通过的热介质的流速相互实质性相同的方式相互并联连接。
第一热交换部组G1具有与多个热交换部10各自的第一端部12(在第一热交换部组G1中为热介质流出部)连接的第一集管部16和与多个热交换部10各自的第二端部14(在第一热交换部组G1中为热介质流入部)连接的第二集管部20。
第一集管部16和第二集管部20分别在X方向上连续地延伸。在第一集管部16的内部，形成有经由第一端部12与各热交换部10的热介质通路11连接的第一连接路18。在第二集管部20的内部，形成有经由第二端部14与各热交换部10的热介质通路11连接的第二连接路22。
第二热交换部组G2具有与多个热交换部10各自的第一端部12(在第二热交换部组G2中为热介质流入部)连接的第三集管部24和与多个热交换部10各自的第二端部14(在第二热交换部组G2中为热介质流出部)连接的第四集管部28。
第三集管部24和第四集管部28分别在X方向上连续地延伸。在第三集管部24的内部，形成有经由第一端部12与各热交换部10的热介质通路11连接的第三连接路26。在第四集管部28的内部，形成有经由第二端部14与各热交换部10的热介质通路11连接的第四连接路30。
在第二连接路22的与第二热交换部组G2侧的端部位于相反侧的端部附近，设有前述流入口4。详细而言，流入口4经由未图示的热介质流路与第二连接路22连通。在第四连接路30的与第一热交换部组G1侧的端部位于相反侧的端部附近，设有流出口5。详细而言，流出口5经由未图示的热介质流路与第四连接路30连通。
因此，在属于第一热交换部组G1的各热交换部10中，热介质从第二端部14向第一端部12流动，并且，在属于第二热交换部组G2的各热交换部10中，热介质从第一端部12向第二端部14流动。
也就是说，在属于一个热交换部组(例如G1)的所有热交换部(10)中，热介质从一方的集管部(20)向另一方的集管部(16)流动。一个热交换部组(例如G1)能够定义为“在共通的一对集管部(20、16)之间并行设置，并且，热介质在内部向相同方向流动的相邻的多个热交换部(10)的组”。这一点在所有实施方式的所有热交换部组(G1～G3)中都是共通的。
第一集管部16的下游端(热交换部组G2侧的端部)和第三集管部24的上游端(热交换部组G1侧的端部)通过第一连结部32连结。热介质经由在第一连结部32的内部形成的第一连通路34从第一热交换部组G1向第二热交换部组G2流动。也就是说，具备多个(图示例中为三个)热交换部10的第一热交换部组G1和具备多个(图示例中为两个)热交换部10的第二热交换部组G2相互串行连接。
在这里，属于相对上游侧的第一热交换部组G1的热交换部10的数量(三个)比属于相对下游侧的第二热交换部组G2的热交换部10的数量(两个)多。如前所述，属于一个热交换部组(G1、G2)的多个热交换部10以在该多个热交换部10中的每一个中通过的热介质的流速相互实质性相同的方式相互并行连结。因此，在属于第二热交换部组G2的各热交换部10中通过的热介质的流速比在属于第一热交换部组G1的各热交换部10中通过的热介质的流速快。
在第二热交换部组G2中流入有在通过第一热交换部组G1的热交换部10时由于从电池模组1a夺取热而升温的热介质。如上所述，由于通过第二热交换部组G2的热交换部10的热介质的流速比通过第一热交换部组G1的热交换部10的热介质的流速快，因而能够使第一热交换部组G1和第二热交换部组G2的冷却性能均化。
对能够均化第一热交换部组G1和第二热交换部组G2的冷却性能进行说明。
在第一热交换部组G1中，相对于第二热交换部组G2，热介质与电池模组1a的温度差相对较大，并且在热交换部10中流通的热介质的流速相对较慢。因此，在第一热交换部组G1中通过的热介质的混合性低，从热介质通路11的剖面观察时，中心部分与内表面附近的温度差变大。即，由于在热介质通路11的内表面附近流通的热介质的温度上升，因而第一热交换部组G1与热介质的热交换量在某种程度上受到抑制。
在第二热交换部组G2中，相对于第一热交换部组G1，热介质与电池模组1a的温度差相对较小，并且在热交换部10中流通的热介质的流速相对较快。因此，在第一热交换部组G1中通过的热介质的混合性高，从热介质通路11的剖面观察时，中心部分与内表面附近的温度差不会变大。即，在热介质通路11的内表面附近流通的热介质的温度难以上升。但是，热介质在从第一连结部32向第二热交换部组G2流入的时刻，与流入口4处相比温度上升。因此，第二热交换部组G2与热介质的热交换量在某种程度上受到抑制。
如上所述，通过在相对低温的热介质所流通的第一热交换部组G1中使在热交换部10中通过的热介质的流速变慢、在相对高温的热介质所流通的第二热交换部组G2中使在热交换部10中通过的热介质的流速变快，能够均化第一热交换部组G1对电池模组1a的冷却能力和第二热交换部组G2对电池模组1a的冷却能力。
并且，根据上述实施方式，通过由并行连接的多个热交换部10构成一个热交换部组(G1、G2)，能够减小在一个热交换部组中通过时的热介质的压力损失。而且，在将这样的热交换部组串行连接的同时，通过使属于下游侧的热交换部组的热交换部10的数量少于属于上游侧的热交换部组的热交换部10的数量，能够均化所有热交换部组(G1、G2)所包含的热交换部10的冷却性能。
接下来，参照图3对电池冷却装置的第二实施方式进行说明。在第二实施方式中，第二集管部20的下游端(热交换部组G2侧的端部)与第四集管部28的上游端(热交换部组G1侧的端部)通过第二连结部36连结，由此热介质的一部分也经由在第二连结部36的内部形成的第二连通路38从第一热交换部组G1向第二热交换部组G2流动。第二实施方式的构成除了上述的点之外与第一实施方式的构成相同，省略重复说明。也可以认为第一实施方式在不具有将第二集管部20的下游端和第四集管部28的上游端直接连接的连结部(第二连结部36)的点与第二实施方式不同。
以在第一连通路34中流动的热介质的流量大于在第二连通路38中流动的热介质的流量的方式形成第一和第二连结部32、36。例如，通过使第一连通路34的剖面积大于第二连通路38的剖面积，能够得到上述流量关系。
更具体地说，例如，能够以以下不等式1成立的方式构成第一连通路34和第二连通路38。在以属于第一热交换部组G1的热交换部10的数量为“m”、以属于第二热交换部组G2的热交换部10的数量为“n”、以在第二连通路38通过的热介质的流量与在第一连通路34和第二连通路38中通过的热介质的流量的和的比为“k”时，k＜1－(n/m)···(不等式1)
或者，能够以以下不等式2成立的方式构成第一连通路34和第二连通路38。在以属于第一热交换部组G1的热交换部10的数量为“m”、以属于第二热交换部组G2的热交换部10的数量为“n”、以第二连通路38的通路剖面积相对于第一连通路34的通路剖面积和第二连通路38的通路剖面积的和的比为“k”时，k＜1－(n/m)···(不等式2)
通过满足上述不等式1、2中的至少一个，能够优化在第一连通路34和第二连通路38中通过的热介质的流量的比，由此能够进一步均化热交换部组的冷却性能。
此外，在k≥1－(n/m)的情况下，在属于第二热交换部组G2的热交换部10中流动的热介质的流速低于在属于第一热交换部组G1的热交换部10中流动的热介质的流速。因此，利用属于第二热交换部组G2的热交换部10冷却的电池模组1a的温度高于利用属于第一热交换部组G1的热交换部10冷却的电池模组1的温度。
在第二实施方式中，由于第一热交换部组G1和第二热交换部组G2通过两个连结部(第一连结部32和第二连结部36)连结，因而与第一实施方式那样仅通过一个连结部(第一连结部32)连结的情况相比，能够提高电池冷却装置整体的强度和刚性。并且由此在电池冷却装置的输送和组装时能够减轻作业者的负担。
接下来，参照图4对电池冷却装置的第三实施方式进行说明。在第三实施方式中，在第二热交换部组G2的下游侧进一步设置第三热交换部组G3。第一热交换部组G1、第二热交换部组G2和第三热交换部组G3串行连接。
第一热交换部组G1包含四个热交换部10，第二热交换部组G2包含三个热交换部10，第三热交换部组G3包含两个热交换部10。即，与第一实施方式和第二实施方式相同，越是处于上游侧的热交换部组，其所包含的热交换部10的数量越多。
在第三实施方式中，除了第一热交换部组G1和第二热交换部组G2所包含的热交换部10的数量各多一个的点之外，与第一实施方式相同。第二热交换部组G2和第三热交换部组G3的关系与第一热交换部组G1和第二热交换部组G2的关系相同。
如图4所示，第三热交换部组G3具有与多个热交换部10各自的第一端部12(在第三热交换部组G3中为热介质流出部)连接的第五集管部40和与多个热交换部10各自的第二端部14(在第三热交换部组G3中为热介质流入部)连接的第六集管部44。
第五集管部40和第六集管部44分别在X方向上连续地延伸。在第五集管部40的内部形成有经由第一端部12与各热交换部10的热介质通路11连接的第五连接路42。在第六集管部44的内部形成有经由第二端部14与各热交换部10的热介质通路11连接的第六连接路46。
第四集管部28的下游端(热交换部组G3侧的端部)与第六集管部44的上游端(热交换部组G2侧的端部)通过第三连结部48连结。热介质经由在第三连结部48的内部形成的第三连通路50从第二热交换部组G2向第三热交换部组G3流动。
在第五连接路42的与第二热交换部组G1侧的端部位于相反侧的端部的附近设有流出口5。流出口5与第五连接路42连通。热介质从第三热交换部组G3的各热交换部10的第二端部14向第一端部12流动。
第三实施方式显然能够起到与第一实施方式同样的效果。
附图标记说明
1…电池；1a…电池模组；10…热交换部；11…热介质通路；12…第一端部(热介质流入部或热介质流出部)；14…第二端部(热介质流入部或热介质流出部)；16、20、24、28、40、44…集管部；18、22、26、30、42、46…连接路；32、36、48…连结部；34、38、50…连通路；G1、G2、G3…热交换部组。

Claims (5)

1.一种电池冷却装置，其特征在于，
具备多个热交换部(10)，
各所述热交换部构成为在热介质与电池模组(1a)之间进行热交换，所述热介质在形成于该热交换部的内部的热介质通路(11)中流动，所述电池模组(1a)与该热交换部的表面热接触，
各所述热交换部具有热介质流入部和热介质流出部(12、14)，
所述多个热交换部构成为所述热介质流入部与所述热介质流出部之间的压力差和在所述热介质通路内流动的热介质的流速的关系在所述多个热交换部之间实质性相同，
所述多个热交换部被分为多个热交换部组(G1、G2、G3)，
各热交换部组包含多个热交换部(10)，属于一个热交换部组的多个热交换部以使通过该多个热交换部中的各热交换部的热介质的流速相互实质性相同的方式并行连结，
所述多个热交换部组(G1、G2、G3)相互串行连接，属于相对地处于上游侧的热交换部组的热交换部(10)的数量多于属于相对地处于下游侧的热交换部组的热交换部的数量，由此，在属于相对地处于下游侧的热交换部组的每一个热交换部中通过的热介质的流速快于在属于相对地处于上游侧的热交换部组的每一个热交换部中通过的热介质的流速；
在所述多个热交换部组中，至少包含第一热交换部组(G1)和第二热交换部组(G2)，属于所述第一热交换部组(G1)和所述第二热交换部组(G2)的多个热交换部(10)沿X方向排列，
各所述热交换部(10)具有在与所述X方向正交的Y方向上相互处于相反侧的第一端部(12)和第二端部(14)，这些第一端部和第二端部的任一方是所述热介质流入部，另一方是所述热介质流出部，
所述第一热交换部组(G1)具有分别与属于所述第一热交换部组(G1)的多个热交换部(10)各自的第一端部(12)和第二端部(14)连接的第一集管部(16)和第二集管部(20)，
所述第一集管部和所述第二集管部在X方向上连续地延伸，在所述第一集管部的内部形成有与多个热交换部(10)的热介质通路(11)连接的第一连接路(18)，在所述第二集管部的内部形成有与多个热交换部的热介质通路连接的第二连接路(22)，
所述第二热交换部组(G2)具有分别与属于所述第二热交换部组(G2)的多个热交换部(10)各自的第一端部(12)和第二端部(14)连接的第三集管部(24)和第四集管部(28)，所述第三集管部和所述第四集管部在X方向上连续地延伸，在所述第三集管部的内部形成有与多个热交换部的热介质通路连接的第三连接路(26)，在所述第四集管部的内部形成有与多个热交换部的热介质通路连接的第四连接路(30)，
在属于所述第一热交换部组(G1)的各热交换部(10)中，热介质从所述第二端部(14)向所述第一端部(12)流动，
在属于所述第二热交换部组(G2)的各热交换部(10)中，热介质从所述第一端部(12)向所述第二端部(14)流动，
所述第一集管部(16)的下游端和所述第三集管部(24)的上游端通过第一连结部(32)连结，热介质经由在所述第一连结部的内部形成的第一连通路(34)从所述第一热交换部组(G1)向所述第二热交换部组(G2)流动；
所述第二集管部(20)的下游端和所述第四集管部(28)的上游端通过第二连结部(36)连结，热介质也经由在所述第二连结部的内部形成的第二连通路(38)从所述第一热交换部组向所述第二热交换部组流动，以使在所述第一连通路(34)中流动的热介质的流量大于在所述第二连通路(38)中流动的热介质的流量的方式形成所述第一连结部(32)和所述第二连结部(36)。
2.根据权利要求1所述的电池冷却装置，
在以属于所述第一热交换部组(G1)的热交换部(10)的数量为“m”、以属于所述第二热交换部组(G2)的热交换部(10)的数量为“n”、以在所述第二连通路(38)中通过的热介质的流量相对于在所述第一连通路(34)中通过的热介质的流量和在所述第二连通路(38)中通过的热介质的流量的和的比为“k”时，k＜1－(n/m)的关系成立。
3.根据权利要求1所述的电池冷却装置，
在以属于所述第一热交换部组(G1)的热交换部(10)的数量为“m”、以属于所述第二热交换部组(G2)的热交换部(10)的数量为“n”、以所述第二连通路(38)的通路剖面积相对于第一连通路(34)的通路剖面积和第二连通路(38)的通路剖面积的和的比为“k”时，k＜1－(n/m)的关系成立。
4.根据权利要求1所述的电池冷却装置，
不具有将所述第二集管部(20)的下游端和所述第四集管部(28)的上游端直接连结的连结部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池冷却装置，
至少所述多个热交换部(10)、所述第一集管部(16)和所述第二集管部(20)、所述第三集管部(24)和所述第四集管部(28)由相互钎焊的两片金属板(2、3)一体地形成。
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