CN112219308A - 用于冷却至少一个机动车辆电池的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冷却至少一个机动车辆电池(2)的系统(1)，该系统包括：密闭的隔室(3)，布置为容纳电池或电池单元(2)，存在于所述隔室中的介电流体(4)，以便能够冷却电池，布置成冷却所述介电流体的冷却装置(5)，该冷却装置包括至少一个通道，与所述介电流体分离的传热流体能够在所述至少一个通道中流通，该冷却装置包括至少一个倾斜面，用于在所述介电流体和所述传热流体之间进行热交换，当系统安装在机动车辆上时，该面(110)被设置为相对于水平方向倾斜。

Description

用于冷却至少一个机动车辆电池的系统

技术领域

本发明涉及一种用于冷却至少一个机动车辆电池的系统。

本发明尤其适用于所有具有电池组和空调系统、并且可选地具有快速的电池充电输入的电动或混合动力车辆。

背景技术

专利US8852772描述了一种用于冷却锂离子电池的系统，该系统适用于混合动力车辆。该系统包括多个独立的液体冷却模块。每个冷却模块包括多个电池单元，在它们之间形成至少一个流体通道。介电流体布置在至少一个流体通道中。介电流体与整个电池接触，以加热和/或冷却整个电池。加热元件可以布置在内部空间中，并且加热介电流体。冷却元件布置在内部空间中，并且冷却介电流体。

专利申请FR3037727和US20170179551A1也描述了一种电池冷却装置。

本发明旨在改进已知系统。

发明内容

因此，本发明涉及一种用于冷却至少一个机动车辆电池的系统，该系统包括：

-密闭的隔室，用于容纳一个或多个电池，

-隔室中存在的介电流体，以便能够冷却电池，

-布置成冷却介电流体的冷却装置，该冷却装置包括至少一个通道，与介电流体分离的传热流体可以在该至少一个通道中流通，该冷却装置包括至少一个倾斜面，用于在介电流体和传热流体之间进行热交换，当系统安装在机动车辆上时，该面相对于水平方向倾斜，该倾斜面特别是恰好在密闭的隔室的盖下方。

本发明主张使冷却装置的面倾斜，该面位于系统内部，在电池或多个电池单元上方，该电池或多个电池单元尤其浸入介电流体中。

该介电流体有利地使得可以在电池或电池单元加热时通过蒸发来冷却它们。

然后，气体与冷交换器(cold exchanger)(或倾斜面)接触，该冷交换器优选地定位在电池盖处。介电流体在交换器的一个或多个冷倾斜面上、即冷却装置上冷凝。

当一个或多个面倾斜时，本发明使得可以促进介电流体的液滴的重力流。

另外，该倾斜促进了气体在交换器的每一侧上的通过。因此，每个面都是有效的。

例如，一个或多个倾斜面相对于电池或电池单元的基部形成至少15°的角度。

根据本发明的一个实施例，容纳电池或电池单元的隔室包括至少一个侧壁，并且热交换面与该侧壁形成并非90°的角度。

根据本发明的一个实施例，容纳电池或电池单元的隔室至少包括底部，并且热交换面与该底部形成非0°的角度，特别是在5°至45°范围内的角度，特别是基本上等于15°的角度。

根据本发明的一个实施例，底部和侧壁基本垂直。

根据本发明的一个实施例，冷却装置包括优选地彼此平行的多个分开的倾斜面。

根据本发明的一个实施例，这些倾斜面的中心在单个轴线上对准。

根据本发明的一个实施例，在这些倾斜面之间存在自由空间。

因此，倾斜面不是连续的，以便于冷凝物的流动。此外，冷面和电池之间的自由空间可以很好地用于冷却电子部件。

根据本发明的一个实施例，倾斜面具有相同的尺寸和/或形状。

根据本发明的一个实施例，分离这些面的距离可以是可变的，以确保冷却的均匀性并限制电池之间的温度差。

根据本发明的一个实施例，倾斜面限定在传热流体在其中流通的管束上。

根据本发明的一个实施例，每束中的至少一些管具有矩形的横截面。

根据本发明的一个实施例，管形成单排。

根据本发明的一个实施例，倾斜面的数量至少为2，或至少为5，或至少为10。

根据本发明的一个实施例，管束连接到共同的歧管，从而将传热流体分配到管束。

根据本发明的一个实施例，倾斜面在两个歧管之间延伸。

根据本发明的一个实施例，这些面被布置在电池单元上方，使得倾斜面上的冷凝液体可以通过重力落到电池单元上。

根据本发明的一个实施例，倾斜面沿着传热流体流管的整个长度延伸。

根据本发明的一个实施例，一个或多个倾斜面是平面的。

根据本发明的一个实施例，提供了液体引导壁，该液体引导壁被连接至倾斜面，从而其将倾斜面上的冷凝液体朝着电池单元引导。

根据本发明的一个实施例，该引导壁基本竖直地延伸。

这使得可以促进在优选的冷却区域中的流动，优选的冷却区域例如连接部。

根据本发明的一个实施例，仅在一些倾斜面上存在引导壁。

根据本发明的一个实施例，冷却装置包括多个分开的倾斜面，并且每个倾斜面与单个传热流体通道相关联。

根据本发明的一个实施例，通道具有大体上矩形的横截面，其横截面在与歧管或集流箱的连接的端部处具有大体上圆柱形的形状。

根据本发明的一个实施例，一个或多个倾斜面包括突起。

根据本发明的一个实施例，倾斜面全部是平行的。

根据本发明的一个实施例，倾斜面被分为两组，每组由与另一组不同的倾斜度限定。对于同一组中的所有面，倾斜度优选是相同的。

根据本发明的一个实施例，两组之间的倾斜形成180°至90°范围内的角度，特别是180°至100°范围内的角度。

根据本发明的一个实施例，冷却装置包括与传热流体回路热接触的至少一个倾斜面，该回路可以具有至少一个弯曲部，特别是至少两个弯曲部。

根据本发明的一个实施例，该倾斜面形成在限定回路的板上。

根据本发明的一个实施例，板包括传热流体的入口和出口，特别是在板的顶部或底部的一个面上。

根据本发明的一个实施例，冷板的一个或多个入口优选地基本上位于电池或单元的中心，因为这从外部冷却中受益较少。

因此，传热流体出口可以比传热流体入口更远离单元的中心。

根据本发明的一个实施例，该板包括两个壁，特别是冲压组装在一起的两个壁。

根据本发明的一个实施例，冷却装置包括两个这样的板，其具有特别是盘绕的流体回路，并且随着这些板彼此靠近，这些板朝向电池单元倾斜。

作为变型，冷却装置包括两个这样的板，这两个板具有特别是蛇形的流体回路，并且随着这些板彼此靠近，这些板远离电池单元倾斜。

根据本发明的一个实施例，所述板彼此间隔开，并且特别是相对于对称平面对称。

根据本发明的一个实施例，板之一在多个电池单元上方延伸，特别是在隔室中的一半电池单元上方。

由于一个或多个冷却面的倾斜，每个板的冷流体回路中的通道数量及其宽度将根据电池或单元的形态和占地面积而进行调整。

根据本发明的一个实施例，该板是基本上矩形的。

根据本发明的一个实施例，一个或多个倾斜面可具有波纹以增加交换，或具有竖直的翅片。

根据本发明的一个实施例，冷却也可以通过设有有利地倾斜至少15°的翅片的盘管进行。

根据本发明的一方面，所述冷却系统包括：

-密闭的隔室，用于容纳电池或电池单元，

-隔室中存在的介电流体，以便能够冷却电池或电池单元，

-布置成冷却介电流体的冷却装置，该冷却装置包括至少一个通道，与介电流体分离的传热流体可在该至少一个通道中流通，该冷却装置被布置成允许根据参数选择通过环境空气、特别是利用散热器，或通过与机动车辆的空气调节组件进行的热交换来冷却制冷剂。

优选地，将电池单元浸入介电流体中。

介电流体的冷却可以是已经变成气相的流体的冷凝。

根据本发明的一方面，冷却装置连接至低温环路，该低温环路包括热交换器，特别是散热器，该制冷剂可在其中流通，该散热器与周围空气接触。

有利地，散热器设置在车辆的前部面上。

根据本发明的一方面，低温环路不包括要在电池冷却系统的上游被冷却的部件。

根据本发明的一方面，冷却装置连接到热交换器，特别是冷却器或制冷机，该热交换器连接到空气调节组件，从而可以通过与空气调节组件的传热流体进行热交换来冷却传热流体。

根据本发明的一方面，传热流体是液体，特别是乙二醇水。

因此，特别是与吹气相比，热交换可以是有效的。

根据本发明的一个方面，电池组隔室主要填充有液相或气相的介电流体，而基本上没有空气。热交换主要通过介电流体进行。

根据本发明的一方面，冷却装置和隔室形成集成模块，即，可以整体处理的组件，或者换句话说，冷却装置和隔室彼此不远离。冷却装置和隔室之间的热交换因此可以是高效的，并且实现可以相对简单。因此，可以避免在冷却装置和隔室之间的适于容纳一个或多个电池或多个电池单元的附加管道。

根据本发明的一方面，介电流体与一个或多个电池或多个电池单元接触。

根据本发明的一个方面，在正常温度(大约30°)下，在负压下将介电流体布置在隔室中，并且当电池操作时，在20℃时的压力为0.5巴左右。

根据本发明的一方面，所述隔室不在其中容纳任何电冷却装置。通过与在冷却装置中流通的传热流体进行热交换来进行介电流体的冷却，而无需使用容纳在隔室中的电冷却装置，因为这种类型的装置会产生过多的电能消耗。

根据本发明的一方面，在车辆的操作期间，介电流体被保持在20至35°范围内的温度，特别是大约30°。这是在环境空气冷却潜力和由一个或多个电池或电池单元施加的热应力之间的令人满意的折衷方案。

根据本发明的一个方面，介电流体是能够在操作期间改变相的流体；特别地，在隔室中的压力条件下，尤其是0.5巴，流体的沸点为30°。

根据本发明的一方面，冷却装置包括冷凝器，气相的介电流体可以与冷凝器接触而冷凝。

根据本发明的一方面，冷凝器包括冷板，气相的介电流体可以与冷板接触而冷凝。

根据本发明的一方面，传热流体可在其中流通的通道形成在冷凝器上，从而使传热流体冷却。当制冷剂进入冷凝器时，其温度优选小于30°。

根据本发明的一个方面，该系统被布置成根据以下参数中的至少一项，导致在与周围空气接触的散热器中或在与车辆的空气调节组件连接的冷却器中的流通：外部温度，一个或多个电池的温度，车辆的状态(例如，由车速表示)或电池充电功率。

考虑到与电池或电池单元的直接接触，以及保持介电流体的温度大约为30°，通过冷却装置的流体可以提供比常规系统(大约15-20℃)更高的温度，常规系统例如具有更高热阻的冷板系统。因此，可以在液体自身被空气冷却至接近25-30℃的温度下进行冷却。这使得可以避免会消耗能量的空气调节组件的频繁使用。

附图说明

通过阅读以下以非限制性示例的方式进行的描述并参考附图，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特征和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1示意性且部分地示出了根据本发明的一个示例的冷却系统及其环境；

图2示意性且部分地示出了图1的冷却系统；

图3根据一个示例说明了热管理方法的步骤；

图4至图11示意性且部分地示出了根据本发明的另外的实施例的冷却系统。

具体实施方式

通过示例的方式，图1和2示出了用于冷却机动车辆电池组2的系统1，该系统包括：

-密闭的隔室3，被设置为容纳电池单元2，

-隔室中3存在的介电流体4，以便其能够冷却电池单元，

-布置成冷却介电流体3的冷却装置5，该冷却装置5包括通道8，与介电流体4分离的传热流体可在该通道8中流通，该冷却装置5被布置成允许根据参数选择通过环境空气或通过与机动车辆的空气调节组件10进行的热交换来冷却制冷剂。

空气调节组件10可以以已知的方式包括蒸发器，冷凝器，压缩机，一个或多个膨胀阀(未示出)。

空气调节组件10中使用的传热流体可以选自被称为134a、1234yf和CO2的流体。

电池单元2包括例如用于混合动力车辆中的多个锂离子(Li离子)电池。在另一个实施例中，多个电池单元是用于电池供电的电动车辆中的锂离子电池。

电池单元2可以堆叠。

电池单元2完全浸没在介电流体4中。

冷却装置5连接至低温环路11，该低温环路11包括热交换器，在该情况中是散热器12，制冷剂可在其中流通，该散热器与周围空气接触。

散热器12布置在车辆的前部面上，从而可以通过与之接触流通的外部空气14被冷却。

另外，冷却装置5连接到热交换器，在这种情况下是冷却器15或制冷机，其被放置在空气调节组件10中，从而可以通过与空气调节组件10的散热器进行热交换来冷却传热流体。

传热流体是乙二醇水。

隔室3可以形成为在电池组的电池之间产生介电流体的竖直流通。

根据本发明的一方面，冷却装置5和隔室3形成集成模块，即，可以整体处理的组件，或者换句话说，冷却装置和隔室彼此不远离。冷却装置和隔室之间的热交换因此可以是高效的，并且实施可以相对简单。

传热流体可以是不同类型的。

冷却装置5包括冷凝器20，气相的介电流体4与冷凝器20接触能够冷凝。冷凝器20包括冷板或多个表面，气相的介电流体与该冷板接触能够冷凝。

该系统1被布置成根据以下参数中的至少一项，导致传热流体在与周围空气接触的散热器12中或在与车辆的空气调节组件10连接的冷却器15中的流通：外部温度，一个或多个电池的温度，车辆的状态(例如，由车速表示)。

在冷却装置5的下游设置有泵30，以使传热流体在该装置5中流通。

三通阀31设置在冷却装置5的下游，以便根据操作模式将制冷剂输送到冷却器15(或制冷机)或低温环路11(具有低温散热器)。

空气调节组件10包括：

-压缩机30，用于压缩制冷剂，

-在压缩机30下游的冷凝器31，该冷凝器31放置在空气路径14中，空气路径14优选地在散热器12的后面。

-在冷凝器31下游的两个平行分支34和35上的两个阀32和33。

分支34伸入布置在蒸发器38上游的膨胀阀36中。

另一个分支35伸入另一个膨胀阀39，该另一个膨胀阀39布置在冷却器15的上游。

两个膨胀阀36和39连接到压缩机30。

在压缩机30与制冷机5之间设置有用于加热传热流体50的附加元件，该附加元件例如可以是电加热器或水冷凝器热交换器。

在车辆行驶或充电时，系统1可以根据冷却模式冷却制冷剂：

-如果环境温度Tamb小于30°，则使用低温环路11并因此使用散热器12通过环境空气冷却制冷剂(步骤20)，

-如果环境温度Tamb大于大约30°，则通过与机动车辆的空气调节组件10进行热交换冷却制冷剂(步骤21)。在这种情况下，空气调节组件10正在运行。

可以提供汽车的风扇，其允许空气通过而无需驱动。

在冷起动的情况下，当环境温度非常低时(主要是在冬天)，电池通常也会处于低温。

举例来说，在快速或超快速电池充电期间，如图3所示，本发明实施以下步骤，特别是将电池温度保持在30°以下。

步骤100：开始。

步骤101：获取外部温度和电池温度数据。

步骤102：确定电池温度是否大于目标温度Ttarget。

步骤103：如果电池温度不大于Ttarget，则无需冷却。

步骤104：如果电池温度大于Ttarget，则确定外部温度是否大于目标温度阈值Tthreshold。

步骤105：如果外部温度不大于Tthreshold，则将热能排放至低温散热器12。

步骤106：液体阀向低温散热器12取向，而到冷却器15的制冷剂阀33处于关闭位置。

步骤107：如果外部温度大于Tthreshold，则将热能排放到冷却器15。

步骤108：将液体阀向冷却器15取向，并且将到冷却器15的制冷剂阀33处于打开位置。

如图4和5所示，冷却装置5、特别是冷凝器20包括通道100，与介电流体分离的传热流体可在该通道中流通。

冷凝器20包括用于在介电流体和传热流体之间进行热交换的倾斜面110。

当将系统安装在机动车辆上时，这些面110相对于水平方向HD倾斜地布置。

这些倾斜面在密闭的隔室3的盖120的下方。

例如由容纳电池或电池单元2的壳体形成的隔室3包括侧壁112，并且每个热交换面110与该侧壁112形成除90°以外的角度A，或者换句话说，每个热交换面110与水平方向HD形成角度不同于零度，特别是在5°至45°范围内的角度，特别是基本上等于15°的角度。

隔室的底部114和侧壁112基本垂直。

提供多个彼此平行的分开的(separate)倾斜面110。

这些倾斜面110的中心在与HD平行的单个轴线上对准。

在这些倾斜面之间有自由空间116。

因此，倾斜面不是连续的，以便于冷凝物的流动。此外，冷面和电池之间的自由空间可良好地用于冷却电子部件。

倾斜面110是相同的。

倾斜面110限定在管束119上，传热流体在管束119中流通，且其一起形成冷凝器。

每个束的管100具有矩形的横截面。

倾斜面110的数量至少为2，或至少为5，或至少为10。

从图5中可以看出，管束110连接到共同的歧管125，歧管125中的一个用于流体入口128，另一个用于流体出口129，歧管125将传热流体分配到管束中。

倾斜面110在两个歧管125之间垂直地延伸。

这些面110被布置在电池单元2上方，使得倾斜面上的冷凝液体可以通过重力落到电池单元上。

倾斜面110是平面的。

液体引导壁127被设置为连接到倾斜面110之一，从而它们将倾斜面上的冷凝液体朝着电池单元2引导。

每个引导壁127基本竖直地延伸。

仅在一些倾斜面110上存在引导壁127。

在图6和7中示出的变型中，冷凝器包括多个分开的倾斜面110，并且每个倾斜面与单个传热流体通道140相关联。

冷凝器20例如是通过钎焊两个冲压板(一个下部和一个上部)而形成的，这与将一系列通道钎焊在两个管(或入口和出口盒)上的方法不同。

通道140具有大体上矩形的横截面，其横截面在与歧管或集流箱125的连接的端部141处具有大体上圆柱形的形状。

倾斜面110包括突起143或波纹。

倾斜面110全部平行。

作为变型，如在图8中示出，倾斜面110被分为两组，每组由与另一组不同的倾斜度限定。对于同一组中的所有面，倾斜度优选是相同的。

根据本发明的一个实施例，两组之间的倾斜形成180°至90°范围内的角度，特别是180°至100°范围内的角度。

图9和10示出了本发明的另一示例，其中冷凝器包括与传热流体热接触的倾斜面，该回路149可以具有盘绕形状。

这些倾斜面110形成在限定回路149的板150上。

每个板150包括传热流体的入口151和出口152，特别是在板的顶部或底部的一个面上。

根据本发明的一个实施例，冷板的一个或多个入口151优选地位于电池或电池单元的中心，因为这从外部冷却中受益较少。

根据本发明的一个实施例，该板150包括两个壁，特别是冲压组装在一起的两个壁。

设置两个这样的板150，这两个板具有尤其是蛇形的流体回路，并且随着这些板彼此靠近，这些板朝向电池单元倾斜。

板150限定V形。

作为变型，如图11中所示，冷却装置包括两个这样的板150，这两个板具有尤其是蛇形的流体回路，并且随着这些板彼此靠近，这些板远离电池单元倾斜。

板150彼此间隔开，并且特别是相对于对称平面对称。

在其他实施例中，可以提供钎焊到箱上的一系列挤压管或冲压为具有多个集成通道的形状的两个板。这些形状例如是垂直的，这有助于流体返回到关键区域。

Claims (10)

1.一种用于冷却至少一个机动车辆电池(2)的系统(1)，该系统包括：

密闭的隔室(3)，布置为容纳电池或电池单元(2)，

所述隔室中存在的介电流体(4)，以便能够冷却电池，

布置成冷却所述介电流体的冷却装置(5)，该冷却装置包括至少一个通道，与所述介电流体分离的传热流体能够在所述至少一个通道中流通，该冷却装置包括至少一个倾斜面，用于在所述介电流体和所述传热流体之间进行热交换，当系统安装在机动车辆上时，该面(110)被设置为相对于水平方向倾斜。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，

容纳电池或电池单元的所述隔室包括至少一个侧壁，并且热交换面与该侧壁形成并非90°的角度。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，

容纳电池或电池单元的所述隔室至少包括底部，并且热交换面与该底部形成非0°的角度，特别是在5°至45°范围内的角度，特别是基本上等于15°的角度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述冷却装置(5)包括优选地彼此平行的多个分开的倾斜面(110)。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，在这些倾斜面之间有自由空间(116)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，这些面被布置在电池单元上方，使得倾斜面上的冷凝液体可以通过重力落到电池单元上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，倾斜面被布置为两组，每组由与另一组不同的倾斜度限定。

8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，倾斜面形成在板(150)上，该板限定了传热流体回路。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，板彼此间隔开，并且特别是相对于对称平面对称。

10.根据权利要求8至9中任一项所述的系统，其中，冷却板的一个或多个入口优选地基本上位于电池或单元的中心。

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