CN114342155A - 高性能均匀温度的冷板 - Google Patents

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Abstract

一种用于对车辆的电池进行冷却的冷板组件，该冷板组件包括：第一外部部分，该第一外部部分设置成与电池相邻；分隔件部分，该分隔件部分设置成与第一外部部分相邻；第一流动路径，该第一流动路径形成在第一外部部分与分隔件部分之间，该第一流动路径构造成在其中接纳第一流体流；第二外部部分，该第二外部部分设置成与分隔件部分相邻、与第一外部部分相反；以及第二流动路径，该第二流动路径形成在分隔件部分与第二外部部分之间，该第二流动路径构造成在其中接纳第二流体流。第一流体流相对于第二流体流以反向流动式流动构型流动。

Description

高性能均匀温度的冷板
技术领域
本发明涉及用于与机动车辆的电池组件一起使用的冷板组件，并且更具体地，涉及一种冷板组件，该冷板组件具有形成在其中的流体流动路径，该流体流动路径用于在通过冷板组件的至少两个不同流体流之间建立反向流动式流动构型。
背景技术
电动车辆和混合动力电动车辆通常包括电池组件，该电池组件用于在相关联的电动驱动机构接合时产生驱动相关联的车辆所需的电力。形成这种组件的电池在其运行或充电期间——并且特别是在与这种电池相关联的快速充电操作期间——倾向于产生大量热量。因此，连续地从电池中的每个电池中去除热量以便将电池中的每个电池保持在期望的温度范围内是重要的。因此希望在电池组件的运行或充电期间冷却这种电池组件以避免在电池组件或车辆的相邻部件内产生过多的热量。
一种对形成相关联的电池组件的电池进行冷却的方法包括将通常被称为“冷板”的东西放置成与电池中的一个或更多个电池处于热交换关系，其中，冷板形成具有合适的热传导特性的散热器以用于从电池去除热量。这样的冷板通常还可以包括形成在其中的流体流动路径，其中，流体流动路径输送通过其中的流体，以进一步从冷板去除热量并且因此从与冷板接触的相关联的电池去除热量。然而，由于流体流随着其从电池中吸取热量而不断变热的方式，这种冷板倾向于以不均匀的方式从电池中散热，从而导致电池的一部分和相关联的冷板具有可变的温度。这种不均匀的散热可能导致电池的某些部分过热，或者由于不均匀的热膨胀可能导致电池或冷板内的局部变形。
发明内容
技术问题
因此，本领域需要一种冷板组件，该冷板组件具有更高的热交换效率和通过其中的更均匀的热传递，以更有效地且高效地冷却相关联的电池组件的电池。
针对问题的解决方案
与本发明兼容和协调的是，已经出乎意料地发现了一种改进的冷板组件，该冷板组件利用反向流动式流动构型来实现从电池到冷板组件的增加的且更均匀的热传递。
根据本发明的实施方式，一种用于冷却车辆的电池的冷板组件包括：第一外部部分，该第一外部部分设置成与电池相邻；分隔件部分，该分隔件部分设置成与第一外部部分相邻；第一流动路径，该第一流动路径形成在第一外部部分与分隔件部分之间，该第一流动路径构造成在其中接纳第一流体流；第二外部部分，该第二外部部分设置成与分隔件部分相邻、与第一外部部分相反；以及第二流动路径，该第二流动路径形成在分隔件部分与第二外部部分之间，该第二流动路径构造成在其中接纳第二流体流。第一流体流相对于第二流体流以反向流动式流动构型流动。
附图说明
通过在参照附图考虑的情况下阅读本发明的优选实施方式的以下详细描述，本发明的以上及其他目的和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见：
图1是根据本发明的一个实施方式的电池冷却组件的横截面正视图，其中，电池冷却组件包括存在于第一流体流与第二流体流之间的反向流动式流动构型，该第二流体流与该第一流体流在电池冷却组件内隔离开；
图2是通过图1的截面线2-2截取的电池冷却组件的横截面正视图；
图3是通过电池冷却组件的中心截取的横截面正视图，该电池冷却组件包括用于对形成在电池冷却组件内的一对流动路径进行细分的一对翅片结构；
图4是电池冷却组件的横截面正视图，该电池冷却组件具有延伸到形成在电池冷却组件内的一对流动路径中的每个流动路径中的突出部；
图5是通过图4的截面线5-5截取的图4的电池冷却组件的横截面正视图；
图6是根据本发明的另一实施方式的电池冷却组件的横截面正视图，其中，由共同流体形成的第一流体流与第二流体流之间存在反向流动式流动构型；
图7是根据本发明的另一实施方式的电池冷却组件的横截面正视图，其中，在第一流体流与第二流体流之间存在反向流动式流动构型，其中，流体流源自共同的流体源；
图8是三个不同的板的分解立体图，这三个不同的板配合以形成图7的电池冷却组件；
图9是三个不同的板中的每个板的俯视平面图，这三个不同的板配合以形成根据本发明的另一实施方式的电池冷却组件的冷板组件，其中，电池冷却组件包括经历反向流动式流动构型的第一流体流和第二流体流的多个示例；
图10是根据本发明的另一实施方式的电池冷却组件的横截面正视图，其中，第一流体流和第二流体流在穿过一对蜿蜒的流动路径时经受反向流动式流动构型；以及
图11是形成图10的电池冷却组件的一部分的一对板的俯视平面图。
具体实施方式
以下详细描述和附图描述并图示了本发明的各种实施方式。该描述和附图用于使本领域技术人员能够制造和使用本发明，而并不意在以任何方式限制本发明的范围。关于所公开的方法，所呈现的步骤本质上是示例性的，并且因此步骤的顺序不是必需或关键的。
图1和图2图示了根据本发明的一个实施方式的电池冷却组件1。电池冷却组件1构造成从与向机动车辆、比如电动车辆或混合动力电动车辆提供电力相关联的电池5去除热量。电池5可以根据需要向任何相关联的驱动机构或与对应车辆的操作相关联的其他部件提供电力。作为非限制性示例，电池5可以是适用于此类应用并且能够产生热量的任何类型的电池，包括铅酸电池、镍镉电池、镍金属氢化物电池或锂离子电池。
电池冷却组件1可以根据需要用于在相关联的车辆的操作期间或在电池5的充电阶段期间冷却电池5。更具体地，在汽车应用中使用的许多电池5配置成在通常被称为“快速充电”过程的期间被冷却，在“快速充电”过程中，向电池5施加升高的电流以减少对电池5进行完全再充电所需的时间量。与传统的充电阶段相比，这种快速充电阶段倾向于导致相关联的电池5产生更多的热量，因此，本文中公开的电池冷却组件1在这种快速充电阶段期间从电池5去除热量的方面可能特别有用。
电池冷却组件1包括电池5和冷板组件10。电池冷却组件1还被示出为与相关联的车辆的静态结构3相邻并且联接至静态结构3，该静态结构3可以是车辆的任何基本静止的部件或结构，电池冷却组件1可以直接或间接联接至静态结构3。作为一个非限制性示例，静态结构3可以是车辆的结构框架的一部分。电池冷却组件1可以根据需要使用任何期望的联接方法联接至静态结构3，联接方法包括使用螺纹紧固件或诸如焊接或钎焊之类的侵蚀性金属连结方法。
冷板组件10至少包括第一外部部分12、分隔件部分14以及第二外部部分16，第一外部部分12、分隔件部分14和第二外部部分16中的每一者在构型上大致是平坦的并且布置成大致彼此平行。第一外部部分12设置成与电池5相邻，分隔件部分14设置成与第一外部部分12相邻，并且第二外部部分16设置成与分隔件部分14相邻。电池5以及标识出的部分12、14、16中的每一者的平坦延伸部相对于冷板组件10的高度方向彼此间隔开。在所提供的实施方式中，部分12、14、16中的每一者包括大致矩形的周缘形状。冷板组件10的矩形周缘形状由第一侧部41、相反布置的第二侧部42、将第一侧部41连接至第二侧部42的第三侧部43、以及与第三侧部相反布置并且还将第一侧部41连接至第二侧部42的第四侧部44限定。第一侧部41和第二侧部42可以布置成沿冷板组件10的宽度方向延伸，而第三侧部43和第四侧部44可以布置成沿冷板组件10的纵向方向延伸。替代性地，根据需要，第一侧部41和第二侧部42可以布置成沿冷板组件10的纵向方向延伸，而第三侧部43和第四侧部44可以布置成沿冷板组件10的宽度方向延伸。冷板组件10的侧部41、42、43、44在图1和图2中图示为由第一外部部分12和第二外部部分16中的每一者的向内突出且沿周缘延伸的壁结构以及分隔件部分14的周缘区域相配合而形成。然而，侧部41、42、43、44可以替代性地由围绕部分12、14、16中的每一者的周缘延伸的独立设置的壁结构(未示出)形成，而不一定背离本发明的范围。在任何情况下，冷板组件10的侧部41、42、43、44构造成相对于冷板组件10的周缘界定穿过冷板组件10的任何一种或多种流体的流动。
第一外部部分12包括第一主表面31和相反布置的第二主表面32，分隔件部分14包括第一主表面33和相反布置的第二主表面34，并且第二外部部分16包括第一主表面35和相反布置的第二主表面36，其中，主表面31、32、33、34、35、36中的每一者在构型上大致是平坦的，同时主要沿冷板组件10的宽度方向和纵向方向延伸。标识出的主表面31、32、33、34、35、36也布置成大致彼此平行。第一外部部分12的第一主表面31面向电池5，而第一外部部分12的第二主表面32面朝向分隔件部分14的第一主表面33。分隔件部分14的第二主表面34面朝向第二外部部分16的第一主表面35，而第二外部部分16的第二主表面36面向远离电池5的方向并且面朝向下方的静态结构3。
冷板组件10的部分12、14、16可以设置为适合与通过冷板组件10输送的一种或多种流体相互作用的任何导热材料，如下文中更详细描述的那样。因此，部分12、14、16可以由金属材料、比如铝及其合金形成。然而，本领域技术人员将理解的是，可以使用其他导热材料来形成冷板组件10，而不一定背离本发明的范围。
电池5包括由电池5的向外设置的表面形成的热交换表面6，热量通过该热交换表面6借助于热传导而传递至冷板组件10。根据所使用的电池5的类型，热交换表面6可以设置为适合于传导来自电池5的热量同时还保护并隔离电池5的内部结构的任何期望材料。
在所提供的实施方式中，电池5的热交换表面6和第一外部部分12的第一主表面31设置成包括互补且配合的波纹部8，其中，与表面6、31中的一者相关联的峰中的每个峰设置成被接纳在与表面6、31中的另一者相关联的谷中的一个谷内，以确保电池5与第一外部部分12之间的最大程度的热传递。波纹部8在图1中被示出为大致锯齿形构型，其中，波纹部8中的每个波纹部具有大致三角形的轮廓，但是根据需要可以使用任何类型的波纹轮廓来形成波纹部8，包括具有方波形状或波状正弦曲线形状的轮廓。
在任何情况下，设置波纹部8以增加彼此面对的邻接表面6、31中的每一者的表面积的量，从而提高表面6、31之间的界面的热导率。还可以根据需要设置波纹部8以提高电池5和冷板组件10的第一外部部分12中的任一者或两者的弯曲刚度。由于波纹部提供相对于波纹部8彼此间隔开的方向的干涉样式的方式，波纹部8还有益地辅助固定电池5相对于第一外部部分12的位置，从而防止电池5与第一外部部分12之间的相对运动，该相对运动可能由车辆在其运行期间经历的振动引起。电池冷却组件1根据需要还可以包括用于对电池5相对于冷板组件10沿波纹部8的延伸方向的运动进行界定的附加结构(未示出)。
波纹部8被示出为沿冷板组件10的宽度方向延伸，同时沿冷板组件10的纵向方向彼此间隔开，但是本领域技术人员应该理解的是，根据需要，波纹部8可以形成为沿冷板组件10的纵向方向延伸，同时沿冷板组件10的宽度方向彼此间隔开。此外，根据需要，热交换表面6和第一主表面31可以替代性地包括沿两个垂直方向中的每个方向延伸同时彼此相交以形成峰和谷的网格的波纹部8，以进一步增大存在于热交换表面6与第一外部部分12的第一主表面31之间的热传导界面。
冷板组件10还包括设置在电池5的热交换表面6与第一外部部分12的第一主表面31之间的一层热界面材料9。热界面材料9夹置在表面6、31之间以包括相同的波纹构型，用于使热界面材料9与表面6、31中的每个表面之间的热导率最大。在不背离本发明的范围的情况下，在电池冷却组件1的组装之后，热界面材料9可以相应地包括前述波纹轮廓中的任何波纹轮廓。热界面材料9可以根据需要沿冷板组件10的高度方向设置有任何期望的厚度，但优选地包括大致比第一外部部分12或电池5的厚度小的厚度。热界面材料9可以由能够夹置在电池5与冷板组件10之间的任何导热材料形成，并且可以优选地由可流动或可模制的材料形成以防止电池5与冷板组件10之间存在任何间隙，以确保电池5与冷板组件10之间的最大热传递。作为一个非限制性示例，热界面材料可以设置为可固化粘合剂。由热界面材料9提供的任何粘合特性可以进一步辅助相对于冷板组件10的纵向方向、宽度方向和高度方向中的每一者固定电池5相对于第一外部部分12的位置。
尽管未图示，但是热交换表面6、第一外部部分12的第一主表面31以及热界面材料9可以根据需要替代性地设置成在构型上大致平坦而不存在上述波纹部8，而不一定背离本发明的范围。另外，热交换表面6和第一主表面31可以替代性地构造成在不存在中间热界面材料9的情况下彼此配合，其中，对应的波纹部8形成为以使电池5与冷板组件10之间的间隙最小化的方式配合。
在第一外部部分12的第二主表面32与分隔件部分14的第一主表面33之间形成第一流动路径21，同时在分隔件部分14的第二主表面34与第二外部部分16的第一主表面35之间形成第二流动路径22。第一流动路径21构造成在其中接纳第一流体流，而第二流动路径22构造成在其中接纳第二流体流。如在下文中更详细地解释的，第一流体流和第二流体流可以分别由第一流体和第二流体提供，其中，第一流体和第二流体可以是不同的流体。替代性地，第一流体流和第二流体流可以由相同的流体形成，其中，根据需要，相同的流体可以源自不同的流体***或单一流体***内的不同位置。此外，在其他实施方式中，根据需要，第一流体流和第二流体流可以源自相同的流体，该流体被分成构成第一流体流的第一部分流和构成第二流体流的第二部分流。在每种情况下，本发明的冷板组件10的特征在于下述方式：第一流体流和第二流体流通过相应的第一流动路径21和第二流动路径22同时沿相反方向流动以便在第一流体流与第二流体流之间建立反向流动式流动构型。
如参照下文中公开的各种实施方式更详细地解释的，第一流动路径21可以由多个第一流动通道23形成，而第二流动路径22可以类似地由多个第二流动通道24形成。第一流动通道23可以通过下述方法形成：在第一外部部分12的第二主表面32与分隔件部分14的第一主表面33之间设置沿冷板组件10的高度方向延伸的多个第一壁结构25，以用于在穿过第一流动路径21时进一步分开第一流体流，其中，第一壁结构25中的相邻第一壁结构之间的空隙限定第一流动通道23。类似地，第二流动通道24可以通过下述方法形成：在分隔件部分14的第二主表面34与第二外部部分16的第一主表面35之间设置沿冷板组件10的高度方向延伸的多个第二壁结构26，以用于在穿过第二流动路径22时进一步分开第二流体流，其中，第二壁结构26中的相邻第二壁结构之间形成的空隙限定了第二流动通道24。如前所述，第一流动通道23相对于第二流动通道24布置成允许第一流动通道23与第二流动通道24之间的反向流动式流动构型，因此，第一流动通道23中的每个第一流动通道的延伸方向可以布置成与第二流动通道24中的至少一个相邻第二流动通道的延伸方向平行。
在一些实施方式中，第一外部部分12、分隔件部分14以及第二外部部分16可以形成为平行布置且大致平坦的板，其中，板中的每个板在比如通过焊接、钎焊或使用沿周缘设置的紧固件等联接至彼此之前被独立地提供。使用这种构型，第一壁结构25可以设置为从第一外部部分12的第二主表面32或分隔件部分14的第一主表面33中的任一者延伸的突出部，而第二壁结构26可以设置为从分隔件部分14的第二主表面34或第二外部部分16的第一主表面35中的任一者延伸的突出部。替代性地，第一壁结构25可以代替地通过在第一外部部分12的第二主表面32或分隔件部分14的第一主表面33中的任一者中形成凹槽或通道来提供，而第二壁结构26可以通过在分隔件部分14的第二主表面34或第二外部部分16的第一主表面35中的任一者中形成凹槽或通道来提供，其中，凹槽或通道与形成壁结构25、26的任何周围材料形成代表第一流动通道23和第二流动通道24的空隙。
因此，第一壁结构25可以与第一外部部分12或分隔件部分14中的一者一体地形成，而第二壁结构26可以与分隔件部分14或第二外部部分16中的一者一体地形成。如本文中使用的，一体地形成是指壁结构25、26与对应部分12、14、16在没有任何中间接缝或接头的情况下整体地形成，其中，壁结构25、26可以与对应部分12、14、16在共同制造过程中形成。在所提供的实施方式中，第一壁结构25被示出为与第一外部部分12一体地形成，而第二壁结构26被示出为与第二外部部分16一体地形成。壁结构25、26可以通过任何合适的制造过程形成在对应部分12、14、16中，作为非限制性示例，制造过程包括模制过程、冲压过程、挤压过程、机加工过程或增材制造过程。
在其他实施方式中，标识出的部分12、14、16可以全部在共同制造过程中一体地(整体地)形成，由此部分12、14、16在其形成之后不需要联接至彼此。共同制造过程可以是挤压过程，其中，挤压过程可以包括在所产生的挤压物的横截面中形成空隙以在挤压出的分隔件部分14的任一侧部形成第一流动通道23和第二流动通道24，而第一外部部分12和第二外部部分16分别设置在第一流动通道23和第二流动通道24的外部。根据需要，也可以采用替代性的制造过程来一体地形成部分12、14、16，制造过程包括：用单一材料模制所有三个部分12、14、16，其中，杆、柱等形成相关联的模具的一部分，从而提供用于形成流动通道23、24的空隙；提供整体材料块，该整体材料块随后被钻孔、铣削或以其他方式机加工以包括用于形成流动通道23、24的空隙；或者在增材制造过程中通过形成流动通道23、24的程序化的空隙来形成部分12、14、16。本领域技术人员将理解的是，在不背离本发明的范围的情况下，可以采用替代性制造过程来生产部分12、14、16和流动通道23、24。
第一流动通道23和第二流动通道24在图1和图2中被示出为在通过冷板组件10时大致直线地延伸，但是第一流动通道23和第二流动通道24可以替代性地设置成包括沿冷板组件10的高度方向延伸的波纹部(未示出)，其中波纹部中的相邻波纹部相对于冷板组件10的纵向方向彼此间隔开，从而将第一流动通道23和第二流动通道24形成为沿冷板组件10的纵向方向延伸的波状流动通道。这种波状流动通道23、24可以构造成向相关联的流体流增加湍流，以便在与部分12、14、16中的任何相邻部分进行热交换时提供流体流的更均匀的温度。
在图1和图2中示出的冷板组件10的实施方式包括：通过第一流动路径21同时沿从冷板组件10的第一侧部41朝向冷板组件10的相反布置的第二侧部42的方向流动的第一流体流，以及通过第二流动路径22同时沿从冷板组件10的第二侧部42朝向冷板组件10的第一侧部41的方向流动的第二流体流。第一流体流相应地沿第一方向流动，而第二流体流沿与第一方向平行且相反的第二方向流动。
第一流动路径21由多个第一流动通道23形成，其中，第一流动通道23中的每个第一流动通道相对于冷板组件10的宽度方向彼此间隔开，同时与冷板组件10的纵向方向平行地纵向延伸。类似地，第二流动路径22由多个第二流动通道24形成，其中，第二流动通道24中的每个第二流动通道也相对于冷板组件10的宽度方向彼此间隔开，同时也与冷板组件10的纵向方向平行地纵向延伸。第一流动通道23中的每一者和第二流动通道24中的每一者在图2中被示出为包括相同的矩形横截面形状和尺寸，但第一流动通道23和第二流动通道24可以包括可变的尺寸和形状，而不一定背离本发明的范围。例如，作为非限制性示例，流动通道23、24可以替代性地形成为包括三角形形状、圆角矩形形状、六边形形状或椭圆形形状。第一流动通道23中的每个第一流动通道还被示出为相对于冷板组件10的宽度方向与第二流动通道24中的对应的一个第二流动通道对准，但在不背离本发明的范围的情况下第一流动通道23可以根据需要替代性地相对于冷板组件10的宽度方向从第二流动通道24偏移。根据需要，流动通道23、24中的一者或更多者的高度也可以与其他流动通道23、24中的一者或更多者的高度不同，以在流动通道23、24中的相邻流动通道之间进一步形成沿冷板组件10的高度方向的偏移。
尽管第一流动路径21和第二流动路径22被示出为包括对应的流动通道23、24，但还应该理解的是，流动路径21、22可以根据需要设置为没有进一步的流动划分，同时保持所公开的冷板组件10的反向流动式流动构型。
第一流动路径21从与冷板组件10的第一侧部41相邻地形成的第一入口歧管51延伸至与冷板组件10的第二侧部42相邻地形成的第一出口歧管52。第二流动路径22类似地从与冷板组件10的第二侧部42相邻地形成的第二入口歧管61延伸至与冷板组件10的第一侧部41相邻地形成的第二出口歧管62。歧管51、52、61、62中的每一者可以横跨冷板组件10的整个宽度延伸，其中，向内突出的壁结构的一部分限定冷板组件10的外周缘侧部41、42、43、44，外周缘侧部41、42、43、44界定第一流体流和第二流体流的流动。然而，所标识的歧管51、52、61、62可以根据需要包括适合于分配或重新组合通过相关联的流动通道23、24的第一流体流或第二流体流中的任一者的任何构型。分隔件部分14在和冷板组件10的第一侧部41相邻的第一入口歧管51与第二出口歧管62之间以及和冷板组件10的第二侧部42相邻的第一出口歧管52与第二入口歧管61之间形成分隔部。图1和图2中示出的冷板组件10的实施方式因此包括贯穿冷板组件10的第一流体流与第二流体流之间的分隔部，其中，分隔件部分14提供该分隔部。
第一入口歧管51将第一流体流分配至第一流动通道23中的每个第一流动通道的入口端部，而在离开第一流动通道23中的每个第一流动通道的出口端部时，第一出口歧管52接纳并重新组合第一流体流。类似地，第二入口歧管61将第二流体流分配至第二流动通道24中的每个第二流动通道的入口端部，而在离开第二流动通道24中的每个第二流动通道的出口端部时，第二出口歧管62接纳并重新组合第二流体流。
第一入口歧管51与第一入口端口53相关联并流体连通，而第一出口歧管52与第一出口端口54相关联并流体连通。类似地，第二入口歧管61与第二入口端口63相关联并流体连通，而第二出口歧管62与第二出口端口64相关联并流体连通。端口53、54、63、64中的每一者被示出为穿透外部部分12、16中的一者的圆柱形导管，但应该理解的是，在不背离本发明的范围的情况下，端口53、54、63、64可以以替代性的形状和构型设置，或者可以穿透冷板组件10的侧部41、42、43、44中的任一者，只要端口53、54、55、56中的每一者与上述歧管51、52、61、62中的一者相关联以实现所公开的反向流动式流动构型即可。端口53、54、63、64构造成将与电池冷却组件1的操作相关联的工作流体输送至冷板组件10以及从冷板组件10输送。
端口53、54、63、64因此可以根据需要与和车辆的操作或电池5的冷却相关联的任何流体***或流体回路流体连通。例如，在一些实施方式中，端口53、54、63、64中的每一者可以与输送通过其中的单一流体的共同流体回路或***相关联。相关联的流体回路或***可以包括在第二出口端口64与第一入口端口53之间延伸的第一外部流体管线(未示出)以及在第一出口端口54与第二入口端口63之间延伸的第二外部流体管线(未示出)。第一外部流体管线和第二外部流体管线可以各自包括与单一流体流体连通的一个或更多个部件，以用于改变单一流体的温度、压力、相态或流速中的至少一者。
作为一个非限制性示例，流体回路或***可以是输送冷却剂以选择性地冷却电池5的冷却剂回路或***。作为非限制性示例，冷却剂可以主要以液体形式提供，并且可以包括水、乙二醇或其混合物。冷却剂可以替代性地以气体形式或混合的液体和气体的形式提供，而不一定背离本发明的范围。冷却剂回路或***还可以根据需要与冷却车辆的附加部件相关联，比如逆变器、电动马达或与车辆的运行相关联的其他发热部件。冷却剂回路或***还可以包括用于将热量传递至冷却剂或从冷却剂传递热量的附加热交换器(未示出)，比如构造成将从电池5去除的热量释放到环境空气的散热器或者构造成用于将从电池5去除的热量释放到输送至车辆的乘客舱的空气中的加热热交换器。冷却剂回路或***还可以包括用于使冷却剂通过冷却剂回路或***进行循环的一个或更多个泵(未示出)。如果使用多个泵，则泵中的一个泵可以沿着第一外部流体管线布置，而泵中的另一个泵可以沿着第二外部流体管线布置。一个或多个泵可以构造成改变通过冷却剂回路或***——并且特别是冷板组件10——的冷却剂的流速，以便改变从电池5中去除热量的速率以及其他因素，比如冷却剂在通过冷板组件10时所经历的湍流。
作为附加的非限制性示例，由流体回路或***循环的单一流体可以是通过车辆的暖通空调(HVAC)***的制冷剂回路循环的制冷剂。制冷剂回路可以包括压缩机(未示出)、冷凝器(未示出)、至少一个膨胀构件(未示出)以及蒸发器(未示出)，以及这种制冷剂回路常见的其他部件。
冷板组件10可以以下述方式相对于制冷剂回路的其余部分定位：该方式确保制冷剂处于最小温度以在通过入口端口53、63中的一者进入冷板组件10时从电池5去除最大量的热量。例如，制冷剂可以通过制冷剂回路的冷凝器以用于冷却制冷剂以及通过至少一个膨胀构件以用于降低制冷剂的压力并且在制冷剂进入所公开的入口端口53、63中的任一者之前进一步冷却制冷剂。制冷剂回路可以替代性地包括沿着相关联的外部流体管线中的每个外部流体管线设置的膨胀构件中的一个膨胀构件，使得制冷剂在处于低温、低压状态时进入入口端口53、63中的每一者。具体地，制冷剂回路可以包括依次通过第一膨胀构件、第一流动路径21、第二膨胀构件以及第二流动路径22的制冷剂。制冷剂可以根据需要替代地依次通过第一膨胀构件、第二流动路径21、第二膨胀构件以及第一流动路径21。每个相关联的膨胀构件还可以构造成包括可变的横截面，以用于在进入入口端口53、63中的任一者之前选择性地改变制冷剂的压力(并且因此改变温度)。制冷剂在主要处于低温和气态状态时可以根据需要相应地提供给流动路径21、22中的一者或两者。制冷剂回路的压缩机也可以根据需要以可变的方式操作以进一步控制制冷剂在通过冷板组件10时的温度、压力和流速。
在其他实施方式中，第一流体可以通过第一流动路径21，而与第一流体不同的第二流体可以通过第二流动路径22。这种布置可以包括在第一出口端口54与第一入口端口53之间延伸的第一外部流体管线和在第二出口端口64与第二入口端口63之间延伸的第二外部管线，从而提供通过冷板组件10的彼此处于热交换关系但在冷板组件10内彼此不直接流体连通的两个独立的流体回路或***。第一流体可以是在上文中所述的冷却剂或制冷剂中的任一者，而第二流体可以是冷却剂或制冷剂中的另一者。替代性地，第一流体可以是第一冷却剂，而第二流体可以是第二冷却剂，其中，冷却剂中的每种冷却剂与车辆的不同的独立设置的冷却剂***相关联。相关联的冷却剂回路和/或制冷剂回路可以包括上文中所述的部件中的任何部件，同时还将冷板组件10的入口端口53、63中的每一者定位在合适的位置处以接纳处于期望温度、压力和流速的相关联的流体。
在使用中，第一流体流通过第一入口端口53进入冷板组件10并且在第一入口歧管51内被分配至第一流动通道23中的每个第一流动通道的入口端部。第一流体流在于第一出口歧管52内被重新组合之前穿过第一流动通道23中的每个第一流动通道，由此第一流体流然后通过第一出口端口54离开冷板组件10。同时，第二流体流通过第二入口端口63进入冷板组件10并且在第二入口歧管61内被分配至第二流动通道24中的每个第二流动通道的入口端部。第二流体流在于第二出口歧管62内被重新组合之前穿过第二流动通道24中的每个第二流动通道，由此第二流体流然后通过第二出口端口64离开冷板组件10。第一流体流和第二流体流沿相反方向彼此相邻地行进同时由分隔件部分14分隔开，从而在第一流体流与第二流体流之间形成前述反向流动式流动构型。第一流体流和第二流体流与冷板组件10的部分12、14、16中的每一者交换热量，以便从电池5去除已经经由热界面材料9传递至第一外部部分12的热量。
所公开的构型提供了优于现有技术的冷板组件的许多优点。已经出乎意料地发现，与使用单个流动路径或使用具有平行流动式流动构型的两条流动路径相比，使用第一流体流与第二流体流之间的反向流动式流动构型促进了在冷板组件10内的更大的热交换效率和更均匀的温度分布。可以以不同的温度、压力水平、相态和流速提供两种不同流体流的方式还允许针对各种不同应用或情况定制从电池5至冷板组件10的热传递的效率和均匀性。另外，所公开的波纹部8以及热界面材料9的使用还增加了从电池5至冷板组件10的热通量，同时还建立了电池5相对于冷板组件10的固定位置。
电池冷却组件1在本文中被公开为包括与单个冷板组件10相关联的单个电池5，但本领域技术人员应容易理解的是，根据需要，多个电池5可以与冷板组件10中的一个冷板组件接触，或者多个冷板组件10可以与单个电池5接触。此外，还应当理解的是，车辆可以包括电池5的阵列，其中，电池5中的每个电池与冷板组件10中的一个冷板组件相关联。例如，冷板组件10中的每个冷板组件的第一流体流可以源自共同的第一流体源(歧管)，以用于使相关联的工作流体并行地流过相关联的第一流动路径21中的每个第一流动路径，而冷板组件10中的每个冷板组件的第二流体流可以类似地源自共同的第二流体源(歧管)，以用于使相关联的工作流体并行地流过相关联的第二流动路径22中的每个第二流动路径。通过引入流体流中的每个流体流同时具有相似的特性，前述的并行流动布置结构(与串联流动布置结构相反)可以相应地确保相关联的冷板组件10中的每个冷板组件包括大致相似的热传递效率和均匀性。然而，可以设想冷板组件10中的两个或更多个冷板组件可以根据需要替代地串联布置。
现在参照图3，冷板组件10的其他实施方式可以另外包括设置在第一外部部分12与分隔件部分14之间的第一翅片结构81和设置在分隔件部分14与第二外部部分16之间的第二翅片结构82，其中，第一翅片结构81和第二翅片结构82独立于所公开的部分12、14、16而设置。第一翅片结构81可以由在第一外部部分12与分隔件部分14之间延伸并将第一外部部分12与分隔件部分14分隔开的任何结构或多个结构形成，而第二翅片结构82可以由在分隔件部分14与第二外部部分16之间延伸并将分隔件部分14和第二外部部分16分隔开的任何结构或多个结构形成。翅片结构81、82可以相应地代替前述第一壁结构25和第二壁结构26以用于执行下述功能：比如将第一流动路径21和第二流动路径22分成第一流动通道23和第二流动通道24并且加强冷板组件10以防止远离由冷板组件10的纵向方向和宽度方向限定的平面而弯曲。第一翅片结构81和第二翅片结构82也可以设置在形成冷板组件10的侧部41、42、43、44的位置处，以用于界定任何相关联工作流体的任何向外流动。第一翅片结构81和第二翅片结构82可以根据需要通过诸如焊接或钎焊之类的侵蚀性金属连结方法牢固地联接至冷板组件10的邻接部分12、14、16。
在图3中所图示的实施方式中，翅片结构81、82中的每个翅片结构设置有纵向延伸的波纹部83，其中，在波纹部83中的相邻波纹部之间形成的空间分别形成第一流动通道23和第二流动通道24。波纹部83被示出为大致锯齿形构型，但是根据需要波纹部83可以替代性地设置有任何波纹形状，包括正弦波形状或方波形状，以用于形成第一流动通道23和第二流动通道24中的相邻流动通道。第一翅片结构81和第二翅片结构82可以根据需要替代性地设置为多个独立设置且纵向延伸的壁结构，壁结构用于将第一流动路径21和第二流动路径22分成第一流动通道23和第二流动通道24。更具体地，在不背离本发明的范围的情况下，第一翅片结构81和第二翅片结构82可以设置成包括在本文中示出的关于所图示的壁结构25、26中的任何壁结构的构型中的任何构型。
图4和图5图示了冷板组件10的另一略微变型，其中，第一外部部分12的第二主表面32、分隔件部分14的第一主表面33、分隔件部分14的第二主表面34以及第二外部部分16的第一主表面35各自包括多个突出部45，多个突出部45沿冷板组件10的高度方向突出并且突出到流动路径21、22中的一者中。更具体地，流动通道23、24中的每一者包括在沿冷板组件10的纵向方向前进时沿相反方向朝向电池5突出和远离电池5突出的突出部45的交替样式。然而，突出部可以替代性地以任何间隔和样式设置在主表面32、33、34、35的任何组合上，同时保持在本发明的范围内。
突出部45仅部分地在相邻表面32、33、34、35之间以下述方式延伸：其中，突出部45不进一步分开流体流中的任一流体流，而是为流体流中的每个流体流提供额外的湍流，以进一步混合流体流中的每个流体流，这进而促进了流动路径21、22中的每个流动路径内的增加的且更均匀的热传递。可以根据需要额外地设置突出部45以进一步加强部分12、14、16中的每个对应的部分。突出部45被示出为具有大致半球形的形状，但在不背离本发明的范围的情况下，突出部45可以具有任何周缘形状和任何轮廓形状。突出部45可以根据需要在用于形成壁结构25、26的相同制造过程期间形成在选定部分12、14、16中。
图6至图10图示了根据本发明的替代性实施方式的冷板组件110、210、310、410。冷板组件110、210、310、410的与参照冷板组件10示出和描述的部件和特征相似的部件和特征被示出和描述为包括与冷板组件10相同的附图标记，而结构上的显著偏差在本文中进行了描述并且通过使用新引入的附图标记来表示。
图6中示出的冷板组件110包括仅使用单一流体来与相关联的电池5交换热量，其中，单一流体可以是上文中参照冷板组件10被描述为形成第一流体流和第二流体流中的一者或两者的流体中的任一流体。冷板组件110包括第一入口端口53以及重新定位的第一出口端口164，第一入口端口53和第一出口端口164中的每一者都设置成与冷板组件110的第一侧部41相邻。分隔件部分14还被公开为包括形成在其中的与冷板组件110的第二侧部42相邻的开口102，以允许通过第一流动路径21(第一流动路径21可以由第一流动通道23组成)的第一流体流经由形成在冷板组件110内的流动路径与第二流动路径22(第二流动路径22可以由第二流动通道24组成)流体连通，这与在返回冷板组件110之前流经外部流体管线相反。根据需要，第一流体流与第二流体流之间的流体连通可以替代性地通过缩短分隔件部分14的纵向长度来提供，而外部部分12、16的周缘壁结构沿冷板组件110的高度方向延伸以界定相关联的流体的流动。冷板组件110因此包括与第一侧部41相邻并与第一入口端口53流体连通的第一入口歧管51、与第二侧部42相邻用于改变第一流动路径21与第二流动路径22之间的相关联的流体的方向的转向歧管155、以及设置成第一侧部41相邻并且与第一出口端口164流体连通的第一出口歧管162。
在使用中，单一流体通过第一入口端口53进入冷板组件110，经由入口歧管51分配至第一流动路径21，在被分配至第二流动路径22之前在转向歧管155内引起流动方向改变，并且然后通过第一出口歧管162和相关联的第一出口端口164离开冷板组件110。单一流体因此在从冷板组件110的共用侧部41进入和离开冷板组件110时经受反向流动式流动构型，这可以有利地允许冷板组件110相对于车辆的相邻部件更容易地封装。
图7和图8中所图示的冷板组件210类似地包括使用仅单一流体来与相关联的电池5交换热量，其中，单一流体可以同样是本文中描述的适合与冷板组件10一起使用的流体中的任一流体。冷板组件210包括与冷板组件210的第一侧部41相邻的第一入口歧管251和与冷板组件210的第二侧部42相邻的第一出口歧管252。分隔件部分14包括形成在其中的一对开口202，其中，与第一侧部41相邻的开口202中的第一开口打开第一入口歧管251，以在第一流动路径和第二流动路径的入口端部处与第一流动路径21和第二流动路径22中的每一者流体连通，并且其中，与第二侧部42相邻的开口202中的第二开口打开第一出口歧管254，以在第一流动路径和第二流动路径的出口端部处与第一流动路径21和第二流动路径22中的每一者流体连通。如上所述，根据需要，分隔件部分14可以替代性地沿冷板组件210的纵向方向缩短，而相邻的外部部分12、16可以沿高度方向延伸以适应产生的间隙。第一入口歧管251接纳来自第一入口端口53的相关联的流体，而第一出口歧管252通过第一出口端口254将流体从冷板组件210排出。
如图8中所图示的，第一外部部分12和第二外部部分16各自包括横向流连接器260，横向流连接器260用于将流体从第一入口歧管251引导至相关联的流体流动路径21、22中的一者，并且然后从流体流动路径21、22中的相关联的一者引导至第一出口歧管252。横向流连接器260各自沿冷板组件210的第一侧部41与第二侧部42之间的方向延伸，同时设置成与冷板组件210的横向侧部43、44中的一者相邻。如通过观察图8显而易见的，导引流体通过横向流连接器260允许第一流体流和第二流体流在第一流动路径21和第二流动路径22内经受反向流动式流动构型，同时沿与冷板组件210的第一侧部41和第二侧部42间隔开的方向垂直的方向流动，这与图1至图6中所示的构型中的每个构型形成对比。冷板组件210因此允许将单一流体放置成处于反向流动式流动构型，由于流体流中的每个流体流源自冷板组件210内的通过第一入口歧管251形成的共用源，流体流中的每个流体流具有大致相同的初始特性，这也与图1至图6中所示的构型中的每个构型形成对比。
图9图示了冷板组件310的部分12、14、16，除了冷板组件310包括与外部部分12、16中的每个外部部分相关联的三个横向流连接器360之外，冷板组件310与冷板组件210基本相同，这又允许单一流体在流过相关联的流动路径21、22中的每一者时经受额外的方向反转，这又导致流体流中的每个流体流在经受反向流动式流动构型时经过彼此两次。这种流布置结构可以根据需要重复多次，以进一步增加流体方向改变的次数和流体经受反向流动式流动构型中的一个反向流动式流动构型的次数。然而，流动方向上的重复变化可能导致相关联的流体的压力出现不期望的下降，因此，冷板组件210可能更适合与呈液体形式的流体一起使用，因为液体形式的流体不太可能在流动路径21、22中的一者内停滞。然而，在不背离本发明的范围的情况下，任何条件下的任何流体都可以与冷板组件310一起使用。
图10图示了冷板组件410，冷板组件410构造成以与图1和图2的冷板组件10类似的方式在相关联的流体回路或***内的两个不同位置处使用两种不同的流体或相同的流体，同时还允许流体流中的每个流体流以与图9的冷板组件310类似的方式在多次反转方向之后经过彼此。根据需要，在两个不同位置处的不同流体或相同流体可以由参照冷板组件10公开的流体中的任何流体形成。
如图10中所示，分隔件部分14沿着整个冷板组件410在第一外部部分12与第二外部部分16之间延伸，以确保第一流体流和第二流体流在冷板组件410内彼此隔离开。如图11中最佳所示，冷板组件410的第一外部部分12包括其从第一入口端口453延伸至第一出口端口454的第一流动路径21，而冷板组件410的第二外部部分16包括其从第二入口端口463延伸至第二出口端口464的第二流动路径22。当第一外部部分12从图11的取向翻转时，入口端口453、463设置在冷板组件410的相对拐角处，而出口端口454、464类似地设置在冷板组件410的相对拐角处。
第一外部部分12的第一壁结构25和第二外部部分16的第二壁结构26各自设置成通过相关联的流动路径21、22中的每一者形成大致S形的流动构型。流动路径21、22中的每个流动路径的大致S形的构型以及入口端口453、463和出口端口454、464在冷板组件410的相对拐角处的设置导致流体流中的每个流体流连续地保持反向流动式流动构型，即使相关联的流体流在通过流动路径21、22中的每一者时多次改变方向也是如此。还应该理解的是，所公开的流动路径21、22的S形构型可以进一步重复多次以在保持反向流动式流动构型的同时增加流体改变方向的次数。
尽管在图11中未示出，但是在不背离本发明的范围的情况下，第一流动路径21和第二流动路径22可以另外包括任何相关联的壁结构25、26，以用于沿着S形流动构型的不同支路中的任何支路进一步形成单独的流动通道23、24。另外，流动路径21、22还可以包括先前公开的突出部45的任何样式，以用于进一步增加相关联的流体流的湍流。也可以根据需要将壁结构25、26和/或突出部45添加至冷板组件410以进一步加强冷板组件410。
因此，本文中公开的冷板组件10、110、210、310、410中的每个冷板组件借助于使用所公开的反向流动式流动构型中的每个反向流动式流动构型提高了从相关联的电池5传递热量的能力，同时还改进了贯穿冷板组件10、110、210、310、410中的每一者的热交换均匀性。
根据前面的描述，本领域普通技术人员可以容易地确定本发明的基本特征，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明进行各种改变和修改以使本发明适应于各种用途和情形。
工业应用
本发明涉及用于与机动车辆的电池组件一起使用的冷板组件，并且更具体地，涉及一种冷板组件，该冷板组件具有形成在其中的流体流动路径，该流体流动路径用于在通过冷板组件的至少两个不同流体流之间建立反向流动式流动构型。

Claims (20)

1.一种用于对车辆的电池进行冷却的冷板组件，所述冷板组件包括：
第一外部部分，所述第一外部部分设置成与所述电池相邻；
分隔件部分，所述分隔件部分设置成与所述第一外部部分相邻；
第一流动路径，所述第一流动路径形成在所述第一外部部分与所述分隔件部分之间，所述第一流动路径构造成在所述第一流动路径中接纳第一流体流；
第二外部部分，所述第二外部部分设置成与所述分隔件部分相邻并与所述第一外部部分相反；以及
第二流动路径，所述第二流动路径形成在所述分隔件部分与所述第二外部部分之间，所述第二流动路径构造成在所述第二流动路径中接纳第二流体流，其中，所述第一流体流相对于所述第二流体流以反向流动式流动构型流动。
2.根据权利要求1所述的冷板组件，其中，所述电池包括面朝向所述第一外部部分的第一主表面的热交换表面，并且其中，在所述电池的所述热交换表面中形成的波纹部构造成与在所述第一外部部分的所述第一主表面中形成的波纹部相配合。
3.根据权利要求2所述的冷板组件，还包括热界面材料，所述热界面材料设置在所述电池的所述热交换表面的所述波纹部与所述第一外部部分的所述第一主表面的所述波纹部之间。
4.根据权利要求1所述的冷板组件，其中，所述第一流动路径被分成多个第一流动通道，并且所述第二流动路径被分成多个第二流动通道。
5.根据权利要求4所述的冷板组件，其中，在所述第一外部部分与所述分隔件部分之间延伸有多个第一壁结构，所述第一壁结构中的每个第一壁结构部分地限定所述第一流动通道中的一个第一流动通道，并且其中，在所述分隔件部分与所述第二外部部分之间延伸有多个第二壁结构，所述第二壁结构中的每个第二壁结构部分地限定所述第二流动通道中的一个第二流动通道。
6.根据权利要求4所述的冷板组件，其中，所述第一流动通道和所述第二流动通道平行地纵向延伸。
7.根据权利要求1所述的冷板组件，其中，所述第一流动路径和所述第二流动路径中的至少一者包括突出部，所述突出部用于增加所述第一流体流或所述第二流体流中的至少一者的湍流。
8.根据权利要求1所述的冷板组件，其中，所述第一流体流和所述第二流体流由相同的流体形成。
9.根据权利要求8所述的冷板组件，其中，所述相同的流体是与所述车辆的HVAC***相关联的冷却剂或制冷剂中的一者。
10.根据权利要求1所述的冷板组件，其中，所述第一流体流和所述第二流体流由不同的流体形成。
11.根据权利要求10所述的冷板组件，其中，所述不同的流体包括与所述车辆的HVAC***相关联的冷却剂和制冷剂。
12.根据权利要求1所述的冷板组件，其中，所述第一流体流和所述第二流体流各自在所述冷板组件的第一侧部的附近进入所述冷板组件，并且其中，所述第一流体流和所述第二流体流各自在所述冷板组件的第二侧部的附近离开所述冷板组件，所述第二侧部与所述冷板组件的所述第一侧部相反地布置。
13.根据权利要求12所述的冷板组件，其中，所述冷板组件的所述第一侧部与所述冷板组件的所述第二侧部沿第一方向间隔开，并且其中，所述反向流动式流动构型包括：沿与所述第一方向垂直的第二方向流动的所述第一流体流，以及沿与所述第一方向垂直且与所述第二方向相反的第三方向流动的所述第二流体流。
14.根据权利要求13所述的冷板组件，其中，所述反向流动式流动构型还包括改变方向以沿所述第三方向流动的所述第一流体流和改变方向以沿所述第二方向流动的所述第二流体流。
15.根据权利要求1所述的冷板组件，其中，所述第一流动路径包括沿两个相反方向中的每个方向流动的所述第一流体流，并且所述第二流动路径包括沿所述两个相反方向中的每个方向流动的所述第二流体流。
16.根据权利要求1所述的冷板组件，其中，所述第一外部部分、所述分隔件部分以及所述第二外部部分各自由平行布置且大致平坦的板形成。
17.根据权利要求1所述的冷板组件，其中，所述第一外部部分、所述分隔件部分以及所述第二外部部分以挤压工艺一体地形成。
18.根据权利要求1所述的冷板组件，其中，在所述第一外部部分与所述分隔件部分或所述分隔件部分与所述第二外部部分中的一者之间设置有翅片结构。
19.根据权利要求1所述的冷板组件，其中，所述第一流动路径与邻近所述冷板组件的第一侧部设置的第一入口端口及邻近所述冷板组件的第二侧部设置的第一出口端口流体连通，所述第二侧部与所述第一侧部相反地布置，并且其中，所述第二流动路径与邻近所述冷板组件的所述第二侧部设置的第二入口端口及邻近所述冷板组件的所述第一侧部设置的第二出口端口流体连通。
20.根据权利要求1所述的冷板组件，其中，所述第一流动路径和所述第二流动路径各自与邻近所述冷板组件的第一侧部设置的第一入口端口及邻近所述冷板组件的第二侧部设置的第一出口端口流体连通，所述第二侧部与所述第一侧部相反地布置。
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