串联的冷却模块冷却翅片的利记博彩app

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【专利摘要】本发明涉及串联的冷却模块冷却翅片。机动车辆蓄电池模块具有多个蓄电池电池单元和设置成与蓄电池电池单元中的至少两个热连通的基于串联的冷却翅片布置。主要由可用来为机动车辆提供原动力的电流在蓄电池电池单元内生成的热可由冷却翅片移除，该冷却翅片包括定制成根据电池单元之间的潜在温差移除相对更少或更多热量的不同部分。冷却翅片的构造使得多个热传递路径被建立，每个路径被构造成从蓄电池电池单元带走热并且将相邻的串联冷却的蓄电池电池单元之间的温差保持最小。多个热传递路径可包括相对层流的部分和相对湍流的部分。增加的湍流可以通过多个湍流器获得。其它这样的热传递路径可包括中间排放路径、分立的冷却剂通道等。
【专利说明】串联的冷却模块冷却翅片

【技术领域】
[0001] 本发明总体地涉及能够实现蓄电池组内的各个蓄电池电池单元和蓄电池模块的 串联冷却的冷却翅片，并且更具体地涉及使用这样的冷却翅片而不引起大的温差或压降。

【背景技术】
[0002] 统称为可再充电储能系统（RESS)的锂离子蓄电池及相关蓄电池在机动车辆应用 中作为补充(在混合动力电动车辆（HEV)的情况中）或替代(在纯电动车辆（EV)的情况中） 常规内燃发动机（ICE)的方式被使用。被动地储存来自静止的和便携的源以及来自由车辆 及其部件提供的再捕获的动能的能量的能力使蓄电池理想地用作轿车、卡车、公共汽车、摩 托车和相关的车辆平台的推进系统的一部分。在本文的上下文中，电池单元是单个电化学 单元，而蓄电池根据所需的输出电压、电流或容量而由串联、并联或以这两种方式结合的一 个或多个电池单元构成。
[0003] 温度是影响蓄电池的性能和寿命两者的最重要因素之一。长时间暴露于高温可以 导致过早老化、加速容量衰减和其它不期望的电池单元状况。强制空气和液体冷却可证明 在避免在构成更大的蓄电池组的各个电池单元内和周围的这种过度的热积累方面是有效 的，但在这样做时可能加大在相同的模块、部段或蓄电池组内的电池单元之间的过大的温 差，其中例如希望将相邻电池单元之间的温差保持相对较小，常常至不超过约5°c。此外，虽 然基于并联的冷却系统通常能够避免整个系统的显著温差(部分地由于冷却流体在每个并 联路径中行进方面存在相等的机会)，但是它们可能易受更复杂管道的影响，以便提供必要 的均匀流分布。


【发明内容】

[0004] 重要的是，正确地操作基于蓄电池的功率系统以使得构成蓄电池的各个电池单元 的操作电压保持得彼此相对接近。类似地，由于电池单元压降是电阻的函数，而电阻是温度 的函数，因此希望保持电池单元的温度彼此接近，以便保持各个电池单元电压的这种相对 共性。为此，并且为了实现蓄电池寿命和性能之间的所需平衡，本发明人已确定，电池单元 之间仅小的温度变化应被允许。在基于现有技术的当前蓄电池的一个示例性形式中，这样 的差值应该(如上文所提及的）保持在不超过约5摄氏度，但是电池单元技术中的后续改进 可以允许略微更大的差异。此外，本发明人已确定某些类型的蓄电池(例如，锂离子蓄电池） 在介于约25°C和约40°C之间的温度下最佳地操作。本公开的冷却构型可设计用于满足这 些要求的具体操作温度。这样，基于使用特定构造的冷却翅片的蓄电池冷却系统可帮助保 持在正常操作条件下蓄电池内的电池单元的最佳操作温度和温度一致性，包括使相邻电池 单元之间的热差最小化。在两种情况中，这有助于减轻热传播和损坏额外的部件的相关可 能性。
[0005] 根据本发明的一个方面，公开了一种用于蓄电池组、部段、模块或相关的多个蓄电 池电池单元的冷却系统。该蓄电池包括构造成输送电流的两个或更多个蓄电池电池单元， 并且冷却系统包括设置成与各个单独的蓄电池电池单元中的一个或多个热连通的冷却翅 片。本领域的技术人员应理解，较大的蓄电池模块、部段、组或相关结构内的蓄电池电池单 元的数量与从蓄电池接收电流的装置的功率需求以及蓄电池内的电池单元的热操作要求 相一致。
[0006] 如上文所讨论的，蓄电池组由部段构成，所述部段可由多个蓄电池模块构成，每个 蓄电池模块又由向负载输送电流的一个或多个蓄电池电池单元构成。负载的一个这样的非 限制性示例包括用来向机动车辆的动力系提供原动力的设备，以及与操作所述车辆相关联 的其它辅助应用。在本文的上下文中，术语"原动力"描述了能够为另一个功率源(例如内 燃发动机）提供远远不止启动功率的蓄电池组；它包括能够提供足以按照与其设计用于的 目的一致的方式推进车辆的持续功率的蓄电池组。本领域的技术人员应当理解，这样的蓄 电池也可以储存再捕获自动能(例如，再生制动）的能量或来自ICE的多余能量。在一种形 式中，由蓄电池组生成的电流可用来运转一个或多个电动马达，这些电动马达又可用来转 动一个或多个车轮。其它构件(例如，结构构件）被设置成与蓄电池电池单元热连通以便能 够进行它们之间的热交换。
[0007] 根据本发明的另一个方面，公开了一种用于机动车辆的推进系统。推进系统包括 一个或多个蓄电池模块，每个蓄电池模块由一个或多个蓄电池电池单元以及设置成与一个 或多个蓄电池电池单元热连通的冷却翅片构成，在蓄电池电池单元中发生电化学反应。冷 却翅片包括表面，在该表面上(或在其中）可以形成包括层流部分或湍流部分的一个或多个 冷却剂流路。取决于每个冷却翅片可以提供与哪一个（以及多少个）电池单元的面对面热 交换，专用于层流部分和湍流部分的冷却表面(也称为冷却翅片表面）的尺寸和位置可以变 化。
[0008] 根据本发明的又一个方面，公开了一种控制机动车辆的推进系统中的温度的方 法。该方法包括：将推进系统构造成从一个或多个蓄电池电池单元(其又可以构成蓄电池模 块和蓄电池组的依次更大的单元）得到其原动力的至少一部分；将冷却翅片布置成与蓄电 池电池单元热连通；以及将所述至少一个蓄电池电池单元内包含的热的至少一部分传递到 冷却翅片。与此前的方面一样，层流部分和湍流部分的存在（以及它们占总冷却翅片表面积 的比率）设计成与被冷却的电池单元的需求一致。
[0009] 本发明还可包括下列方案。
[0010] 1. 一种用于多个车辆蓄电池电池单元的冷却系统，所述冷却系统包括设置成与 所述多个蓄电池电池单元中的至少两个热连通的至少一个冷却翅片，所述至少一个冷却翅 片包括在其上的冷却表面，所述冷却表面限定多个部分，所述多个部分中的第一个促进冷 却剂的层流以限定每度入口温差的相对低的排热，并且所述多个部分中的第二个促进所述 冷却剂的湍流以限定每度入口温差的相对高的排热，使得在所述至少一个冷却翅片和所述 至少两个蓄电池电池单元之间进行热交换之后，每度入口温差的所述相对低的排热和相对 高的排热配合以便在所述至少两个蓄电池电池单元中的第一个和所述至少两个蓄电池电 池单元中的第二个之间提供大致一致的温度。
[0011] 2.根据方案1所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却翅片和所述多个蓄电池 电池单元中的所述至少两个包括大致平面状构造，使得在它们之间形成相邻地面对的关 系。
[0012] 3.根据方案2所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却翅片包括沿大致法向于 所述冷却表面的轴线大致对齐的多个冷却翅片，使得在这样对齐之后，在所述多个冷却翅 片中的相邻冷却翅片之间形成限定冷却剂流路的间隙。
[0013] 4.根据方案2所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却翅片与所述多个蓄电池 电池单元中的所述至少两个配合地对齐，以在它们之间限定冷却剂流路。
[0014] 5.根据方案1所述的冷却系统，其中，所述冷却系统被构造为串联冷却系统。
[0015] 6.根据方案1所述的冷却系统，还包括排放路径，所述排放路径流体地设置在所 述至少一个冷却表面的所述多个部分之间，使得传递到所述至少一个冷却翅片的热中的至 少一些由通过所述排放路径的所述冷却剂移除，以避免使所述至少两个蓄电池电池单元中 的所述第二个热暴露于被引导通过所述排放路径的所述冷却剂。
[0016] 7.根据方案1所述的冷却系统，还包括分立通道，所述分立通道设置成与所述至 少一个冷却表面的促进湍流的所述部分流体连通，使得由所述至少两个蓄电池电池单元中 的所述第一个传递到所述至少一个冷却翅片的热中的至少一些由通过所述分立通道的所 述冷却剂移除，以减少所述至少两个蓄电池电池单元中的所述第二个向所述至少一个冷却 表面的促进湍流的那部分的热暴露。
[0017] 8.根据方案7所述的冷却系统，还包括排放路径，所述排放路径流体地设置在所 述至少一个冷却表面的所述多个部分之间，使得传递到所述至少一个冷却翅片的热中的至 少一些由通过所述排放路径的所述冷却剂移除，以避免使所述至少两个蓄电池电池单元中 的所述第二个热暴露于被引导通过所述排放路径的所述冷却剂。
[0018] 9.根据方案6所述的冷却系统，其中，邻近所述至少两个蓄电池电池单元中的所 述第二个的所述至少一个冷却翅片的表面区域的所述层流部分和所述湍流部分中的至少 一个不同于邻近所述至少两个蓄电池电池单元中的所述第一个的所述至少一个冷却翅片 的表面区域的所述层流部分和所述湍流部分。
[0019] 10.根据方案1所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却翅片的所述湍流部分 包括在所述冷却表面上的多个湍流器。
[0020] 11.根据方案10所述的冷却系统，其中，所述多个湍流器、所述分立通道和所述 排放路径中的至少一者能够调节以改变在所述至少一个冷却翅片和所述多个蓄电池电池 单元中的至少一个之间的热交换的量。
[0021] 12.根据方案1所述的冷却系统，还包括用于辅助移除所述冷却剂的分立通道和 排放路径中的至少一者，其中所述多个湍流器、所述分立通道和所述排放路径中的至少一 者能够调节以改变在所述至少一个冷却翅片和所述多个蓄电池电池单元中的至少一个之 间的热交换的量。
[0022] 13.根据方案1所述的冷却系统，还包括至少一个绝热板，所述至少一个绝热板 设置在所述电池单元中的至少一个和所述冷却翅片中的至少一个之间处于大致面对的布 置，使得所述电池单元和所述冷却翅片之间的热传递减少。
[0023] 14. -种用于机动车辆的推进系统，所述推进系统包括至少一个蓄电池模块，所 述至少一个蓄电池模块包括： 多个蓄电池电池单元，其被构造成传输电流以用于所述机动车辆的原动力；以及 至少一个冷却翅片，其被设置成与所述多个蓄电池电池单元中的至少两个热连通，所 述至少一个冷却翅片包括在其上的冷却表面，所述冷却表面限定多个部分，所述多个部分 中的第一个促进具有每度入口温差的相对低的排热的冷却剂流路的层流，并且所述多个部 分中的第二个促进具有每度入口温差的相对高的排热的所述冷却剂流路的湍流，使得在所 述至少一个冷却翅片和所述至少两个蓄电池电池单元之间进行热交换之后，每度入口温差 的所述相对低的排热和相对高的排热配合以便在所述至少两个蓄电池电池单元中的第一 个和所述至少两个蓄电池电池单元中的第二个之间提供大致一致的温度。
[0024] 15. -种控制机动车辆的推进系统中的温度的方法，所述方法包括： 将所述推进系统构造成包括多个蓄电池电池单元，使得由所述多个蓄电池电池单元生 成的电流向机动车辆提供原动力的至少一部分； 将至少一个冷却翅片布置成与所述多个蓄电池电池单元中的至少两个蓄电池电池单 元热连通，所述至少一个冷却翅片包括在其上的冷却表面，所述冷却表面限定多个部分，所 述多个部分中的第一个促进具有每度入口温差的相对低的排热的冷却剂流路的层流，并且 所述多个部分中的第二个促进具有每度入口温差的相对高的排热的所述冷却剂流路的湍 流；以及 将包含在所述多个蓄电池电池单元中的至少两个蓄电池电池单元内的热的至少一部 分传递到所述至少一个冷却翅片，使得每度入口温差的所述相对低的排热和相对高的排热 配合以便在所述至少两个蓄电池电池单元中的第一个和所述至少两个蓄电池电池单元中 的第二个之间提供大致一致的温度。
[0025] 16.根据方案15所述的方法，其中，所述冷却剂流路在传送经过所述至少两个蓄 电池电池单元中的所述第一个时被保持在至少主要为层流的状况。
[0026] 17.根据方案16所述的方法，其中，所述冷却剂流路在传送经过所述至少两个蓄 电池电池单元中的所述第二个时被保持在至少主要为湍流的状况。
[0027] 18.根据方案17所述的方法，还包括排放路径，所述排放路径流体地设置在所述 至少一个冷却表面的所述多个部分之间，使得传递到所述至少一个冷却翅片的热中的至少 一些由通过所述排放路径的所述冷却剂移除，以避免使所述至少两个蓄电池电池单元中的 所述第二个热暴露于被引导通过所述排放路径的所述冷却剂。
[0028] 19.根据方案17所述的方法，还包括分立通道，所述分立通道设置成与所述至少 一个冷却表面的促进湍流的所述部分流体连通，使得由所述至少两个蓄电池电池单元中的 所述第一个传递到所述至少一个冷却翅片的热中的至少一些由通过所述分立通道的所述 冷却剂移除，以减少所述至少两个蓄电池电池单元中的所述第二个向所述至少一个冷却表 面的促进湍流的那部分的热暴露。
[0029] 20.根据方案15所述的方法，其中，所述第一和第二部分中的至少一个包括形成 于其表面上的多个湍流器，所述多个湍流器和所述排放路径能够调节以改变在所述至少一 个冷却翅片和所述多个蓄电池电池单元中的至少一个之间的热交换的量。

【专利附图】

【附图说明】
[0030] 当结合所附附图时，本发明的优选实施例的以下详细描述可以被最好地理解，在 附图中，相同的结构用相同的附图标记表示，并且其中： 图1示出根据现有技术的车辆，其具有呈蓄电池组和内燃发动机的形式的混合动力推 进系统； 图2是图1的蓄电池组的简化分解图； 图3示出用于图1的蓄电池组的多个对齐的蓄电池电池单元的概念性并联冷却布置； 图4示出根据本发明的一个方面的串联冷却模块冷却翅片；以及 图5示出根据本发明的一个方面的冷却系统，其中一对并排成组的蓄电池电池单元联 接到基于串联的冷却方案。

【具体实施方式】
[0031] 首先参看图1和图2,示出了根据现有技术的车辆1，其包括呈蓄电池组10和常 规ICE 5形式的混合动力推进系统。如上文所提及的，这样的车辆1被公知为HEV。本领 域的技术人员应进一步理解，车辆1可能不需要ICE 5 ;在这种情况下，该车辆为EV，而不 是HEV ;任一种形式都落入本发明的范围内。在本文的上下文中，术语"蓄电池电池单元"、 "蓄电池模块"和"蓄电池组"（以及它们的缩写变体"电池单元"、"模块"和"组"）用来描述 整个基于蓄电池的功率系统的不同层次的部件以及它们的组件。例如，多个单独的蓄电池 电池单元形成蓄电池模块的构造块，这些蓄电池模块(结合辅助设备）又构成完整的蓄电池 组。
[0032] 特别地参看图2,根据现有技术的蓄电池组10以局部分解图被示出并且采用具有 电池单兀100的多个蓄电池模块15。取决于所需功率输出，多个蓄电池模块15可以结合 成更大的组群或部段；该更大的组群或部段可以被对齐以由公共托盘2支撑，在可能需要 补充冷却时，托盘2也可充当冷却剂软管、集管、歧管或相关导管3的支撑件。在本文的上 下文中，术语"蓄电池电池单元"、"蓄电池模块"和"蓄电池组"（以及它们的缩写变体"电池 单元"、"模块"和"组"）用来描述整个基于蓄电池的功率系统的不同层次的部件以及它们的 组件。例如，多个单独的蓄电池电池单元100形成蓄电池模块15的构造块。多个蓄电池模 块15 (结合辅助设备）又构成完整的蓄电池组10。其它这样的部段、组件或相关的构建蓄 电池结构也是可行的。
[0033] 隔板4可以限定主支撑结构(其可以充当冷却剂软管3的接口），并且在需要蓄电 池维修的情况下容纳蓄电池断开单元。除了为多个蓄电池模块15提供支撑之外，托盘2和 隔板4可以支撑其它模块，例如电压、电流和温度测量模块5。示出了各个蓄电池电池单元 100 (下文将更详细地讨论)在蓄电池模块15之一内的设置，以及由呈插头连接、母线条、熔 断器等的形式的电压和温度子模块6对所述电池单元的覆盖。虽然概念性地示出为T形构 型，但是本领域的技术人员应理解，蓄电池组1也可形成为其它合适构型。类似地，在一个 示例性构型中，蓄电池组1可包括在约两百和三百个之间的单独的蓄电池电池单元100,但 取决于车辆的功率需求，电池单元100的数量(类似于所述布置）可以更大或更小。在一个 示例性形式中，蓄电池组1由三个部段构成，这些部段中的第一个由两个模块10组成，其中 每个模块15中具有36个电池单元100,以构成沿T形蓄电池组1的车辆纵向轴线定位的72 个电池单元的部段；这些部段中的第二个由两个模块15 (每个模块10中具有36个电池单 元100)和具有18个电池单元100的一个模块组成，以构成90个电池单元的部段(也沿车 辆纵向轴线定位）；并且第三个(定位在T形蓄电池组1的车辆侧向轴线上）由三个模块10 (每个模块15中具有36个电池单元100)和具有18个电池单元100的一个模块构成，以构 成126个电池单元的部段，以用于总共288个的这样的电池单元。诸如人工维修断开装置 7、绝热件8和罩盖9的其它特征完成蓄电池组1。除了上述蓄电池断开单元之外，可以使用 其它功率电子部件(未示出），包括蓄电池管理系统或相关的控制器。以上结合蓄电池组10 提及的电池单元的数量意味着是示例性的；在一个优选形式中，基于蓄电池电池单元的功 率系统可以采用更少数量或更大数量的这样的电池单元；例如，这样的系统可包含在约12 个和200个之间的这样的电池单元。
[0034] 接下来参看图3,示出了根据现有技术的对齐的蓄电池电池单元100及其相应的 冷却翅片110的并联冷却方案的示例性形式。冷却翅片110被构造成使得行进通过入口集 管、歧管或相关导管c in的冷却剂通过入口 110A进入每一个冷却翅片110中，并且在横越多 个分立的冷却剂通道110B之后通过出口 110C离开，使得用过的冷却剂通过出口集管、歧管 或相关的导管(；ut离开电池单元100。在本文的上下文中，当每个电池单元100暴露于具有 大致相同的入口冷却温度和流量的冷却流体时，冷却方案被理解为限定并联结构。相反，如 结合本发明将讨论的，当一个或多个后续电池单元100暴露于已经与一个或多个此前的电 池单元100热接触的冷却流体时，冷却方案被理解为限定串联结构；以这种方式，在冷却剂 接近每个后续电池单元100时，从此前的电池单元100到冷却剂的热传递造成冷却剂比在 邻近此前的电池单元100时的冷却剂会至少递增地更热。通过采用纯并联的冷却结构，图3 的装置很适合以最少的冷却剂压降来最大化排热；然而，当不均匀的流被分布到通道110B 中的每一个内时，这样的构造(如上文所讨论那样）易于在较大的蓄电池组件的各个电池单 元100之间出现不可接受地高的温差。还示出了其它部件，包括密封件120、0形环(或相关 装置)，其可用来提高相邻翅片110之间或相邻翅片110和电池单元100的对之间的抗泄漏 性。在一个形式中，这样的密封件120可以一体化到框架125中，框架125将电池单元100 和翅片110以对齐的叠堆保持就位。在一个示例性形式中，两个蓄电池电池单元100和冷 却翅片110可以被容纳在框架125中。
[0035] 接下来参看图4,示出了用于与并排布置的蓄电池电池单元100 (具有正的和负的 电极或插片102和104)-起使用的根据本发明的一个方面的串联冷却构型的一个实施例。 应当理解，图2的现有技术蓄电池组10和图1的车辆1 (两者此时均描绘上述并联冷却构 型）可以通过各种蓄电池电池单元100的布置的适当再构造而被调整，以适于本发明的冷 却构型。这样，可受益于本发明的冷却翅片构型的这些和其它系统的当前描述应被理解为 将根据需要适当地修改，并且由上下文指出何时进行这样的修改。例如，无论电池单元1〇〇 是否以串联或并联方式被冷却，（图3的现有技术的）冷却翅片110、（图4的本发明的)冷却 翅片210、以及一个或多个蓄电池电池单元100优选地限定大致平面状（S卩，板状）构造；这 样的构造允许它们抵靠彼此堆叠(就像一副扑克牌)，使得在它们之间存在相邻地面对的关 系。这样的面对地相邻的构造使发热电池单元100和相应的热接收翅片110、210之间的接 触表面积最大化。虽然现有技术方法和本发明的方法均使电池单元100与冷却翅片110、 210面对地接触，冷却翅片110、210又可包括供冷却剂流过的分立通道或其它路径，使本发 明的串联冷却方法中的布置不同的是，两个或更多个电池单元100 (例如，如图4所示的最 左侧电池单元100A和最右侧电池单元100B)被这样地安置，S卩，使得冷却剂在离开该冷却 系统之前依次流经这些电池单元中的第一个100A、然后继续流到第二个100B (以及未示出 的后续电池单元)。这样，需要更高水平的冷却以将其保持在下面这样的温度范围内的电池 单元可以接收伴随量的冷却：该温度范围是（a)与需要更少量的冷却的一个或多个电池单 元相对接近、或者（b)在预定范围内。在本型式中，电池单元100A和100B示出为处于并排 关系；然而，这样的构造对于本发明的操作不是关键的，并且也可以采用其它形式(例如，未 示出的U形冷却翅片）。例如，电池单元取向（S卩，水平地堆叠的、坚直地堆叠的）以及电池单 元的数量(安置在图4的并排布置中）被认为落入本发明的范围内。
[0036] 与仅仅限定大体上层流的分立通道110B的图3的冷却翅片110不同，本发明的冷 却翅片210A和210B (统称210)可以被布置成使得其遭遇冷却剂C的大体上平面状表面S 包括表面区域R1和R2,所述表面区域具有形成于其上的层流部分212和湍流部分214中的 一者或两者。如图所示，单个冷却翅片210具有足够的表面积以覆盖两个电池单元100A、 100B ;以这种方式，冷却剂C在两个电池单元100A、100B上的依次通过遭遇这两个不同的表 面区域R1和R2,使得在其中一个区域中，第一部分212和第二部分214中的一个占主导， 而在另一个区域中，第一部分212和第二部分214中的另一个占主导。在相应的表面区域 R1和R2上的层流或湍流属性的这种主导性可以根据电池单元100AU00B的热交换要求被 实现。因此，在其中需要从第二电池单元100B移除更多热的一个形式中，可以使得湍流部 分214在相应的表面区域R2上占主导，而在其中需要从第一电池单元100A移除更多热的 情况中，可以使得湍流部分214在表面区域R1中占主导。类似地，在这两种情况中的每一 种中，可以使得相应的层流部分212在相对的表面区域中占主导；任一种方法（以及基于层 流或湍流的属性每个可能被构造成的密度或相关程度）都落入本发明的范围内。可选的特 征可以被构造到首先遭遇的冷却翅片210A中以充当绝热板(未示出）;这样的板将允许要起 作用的冷却空气被"保存"以用于随后遭遇的冷却翅片210B，使得经过首先遭遇的冷却翅片 210A的空气的热完善性通过使其保持层流和将其与相邻电池单元100A的环境隔绝两者而 尽可能得以保存。这样的板可由诸如塑性材料或泡沫基材料的低导热率材料制成。
[0037] 对于层流部分214来说，优选的是使空气（或相关冷却剂）C在经过较热的第一电 池单元100A时保持层流和绝热，以便使在电池单元100A和其相邻的冷却翅片210A之间的 热交换保持相对较低。多个单独的湍流器216可以形成于限定湍流部分214的表面S的部 分上，并且它们的间距和尺寸可用来提供可调整量的流中断。在一个形式中，该可调整的 特征可以制成为横跨冷却翅片210的表面发生，以帮助管理从底部到顶部的温度。在本文 的上下文中，湍流器(虽然示出为半圆形隆起块）是通过其到流动流中的突出而将层流转变 为湍流的任何装置。如从本文的讨论将理解的，湍流的这种增强有助于促进各个电池单元 100AU00B与流过配对的冷却翅片210A、210B的冷却剂C之间的热交换。通过使在首先遭 遇的冷却翅片210A的层流部分212和湍流部分214之间的比率不同于在随后遭遇冷却剂C 的冷却翅片210B中的比率，这种增强的热交换又可用来使重要区域中的冷却效率最大化， 以便促进在各个单独的蓄电池电池单元100之间的更好的温度一致性。在一个形式中，在 第二电池单元100B和相邻的冷却翅片210B之间的增强的热交换可以被量化为每度入口温 差的排热，这样的值可用来提供从各个电池单元100的可调水平的热移除。因此，利用关于 电池单元100和其发热的一些知识，本发明的串联冷却系统可用来调整从每个串联电池单 元100带走的热的量，以控制从第一串联电池单元100A到下一串联电池单元100B以及串 联中的每个后续电池单元一直到电池单元100的组群或相关单元中的最后一个的温差。虽 然后一冷却翅片210B示出为其表面S的相当大一部分用湍流器216覆盖，但是应当理解， 取决于在相邻电池单元100A、100B上的预计温差，可以调整数量和表面S覆盖率（S卩，使得 数量、尺寸或相关的表面覆盖率更大或更小)。而且，将湍流器216设置成接近正的和负的 电极或插片102和104,使得由湍流器216阵列限定的区域可以邻近电池单元100A的最热 部分，以作为最佳地移除最多热的方式。使湍流器216与正的和负的电极或插片102和104 对置同样在本发明的范围内；在任一种情况中，为每个电池单元几何形状构造这样的湍流 器216布置d的能力都落入本发明的范围内。
[0038] 在一个形式中，可以使得冷却剂C在电池单元100A、100B中的每一个的大致全部 上流过，使得引入的冷却剂cin的大致全部也在出口 (；ut(其共同地限定冷却剂流路)处排放， 而在另一个形式中，冷却剂C中的一些在遭遇邻近第二电池单元的冷却通道部分之前可以 通过流体地设置在并排的电池单元100AU00B之间的排放路径217 (在本文中也被称为中 间排放路径，以强调其作为减少下游电池单元100B被暴露的机会的方式进行多余热的移 除）被排放C exh。该特征允许排放受热的冷却剂C，以便以大体上类似于上文结合绝热板讨 论的"保存的"或留存的空气那样的方式不污染冷却空气。这样，排放路径217沿着在蓄电 池电池单元中的第一个100A和第二个100B之间的冷却剂流路的布置使得从第一蓄电池电 池单元100A向冷却剂C传递的热的至少一部分被排放以防止冷却剂C中所包含的热被传 递至第二蓄电池电池单元100B。在又一个形式中，冷却剂可以沿着呈沿着第二电池单元的 顶部的分立通道219形式的小的转向通路行进，以免影响第二电池单元的温度的温度。排 放路径217也可以被调整(通过例如调节其流路的横截面积或弯曲性质）以移除整个冷却 剂流的一定比例，沿随后遭遇的冷却翅片214的流路方向形成的分立通道219也可被调整。 在一个形式中，根据需要，分立通道219可以沿随后遭遇的冷却翅片210B的上边缘(如图所 示）或别处设置。在一个特定形式中，与在首先遭遇的冷却翅片210A的湍流部分214中的 湍流器216相邻的空气相对于层流部分212中更多层流的流而言较热；通过借助于使用排 放路径217和分立通道219中的一者或两者来帮助将这种较热的空气引导成远离随后遭遇 的冷却翅片210B，减小了不当地加热电池单元100B的可能性。
[0039] 接下来参看图5,示出了由相应的各个蓄电池电池单元100A和100B的堆叠对齐构 成的两个并排的电池单元组群1000A和1000B (其在一个形式中可以定尺寸成类似于图2 中所示模块15)的布置，为了清楚起见，其中向上延伸的插片或电极102、104中的大多数都 被移除。可以看出，相应数量的冷却翅片210还沿着法向于包含层流部分212和湍流部分 214的表面S的轴线对齐。在一个特定实施例中，单个翅片210用来冷却两个电池单元100， 而在另一个实施例中，冷却翅片210可由两个(或更多个)翅片210A、210B构成，这些翅片连 接到一起以提供与相应的电池单元100AU00B的空气流或相关的冷却剂C和相关热交换功 能。这样，本发明的构型通过优化限定层流部分212和湍流部分214的冷却通道而使压降 和热传递平衡最小化。通过将冷却翅片210A、210B (或相关介质)的表面的湍流仅用在需要 的地方以便确保足够的热传递而使这种压降最小化，应当牢记，虽然高湍流对于促进热交 换是良好的，但它可能对压降具有有害的影响。如果不进行补救，这种影响可能使更大的风 机、压缩机或相关鼓风机成为必要，以确保足够的冷却流。通过本发明，在所需处对湍流的 审慎使用结合在不需要高的热传递的地方处保留层流有助于促进所需水平的热传递，而不 将不必要的成本或复杂性引入系统中。本发明的一个优点在于，通过将两个电池单元组群 1000A和1000B布置成如图所示的紧贴包装的侧向（S卩，并排)布置，可以实现所需冷却管道 300的数量的显著减少。在这样的构造中，管道300具有横跨电池单元组群1000A和1000B 且在每个相邻的电池单元100和冷却翅片210对之间延伸的入口管道和出口管道。这样， 冷却管道300的入口部分和出口部分中的至少一个可以充当集管或歧管，以允许冷却剂C 同时引入到构成电池单元组群1000A和1000B中的每一个的各个电池单元100和冷却翅片 210对中。如上文所提及的，尽管图5目前示出了相邻电池单元组群的并排成组，但是本发 明也可以在上下堆叠布置中奏效。与组群1000A和1000B的并排设置相关联的本发明的冷 却翅片210构造的另一个优点在于，翅片210可以由单件结构制成，该结构从入口侧（S卩，组 群1000A的面向左侧的表面）一直延伸到出口侧（S卩，组群1000B的面向右侧的表面)，从而 消除了在电池单元组群1000AU000B之间的冷却剂流路间隙中额外的入口或出口管道的 尤其困难的设置。这是进一步有利的，因为可以使得用来限定与限定在组群1000A入口和 组群1000B出口之间的流路的部分相对应的冷却管道300的部分的冷却翅片210跨越或其 它方式延伸横跨组群1000A和1000B的整个入口或出口表面，从而使部件数和相关的制造 成本保持较低。例如，通过不使冷却翅片210跨越电池单元组群1000AU000B中并排的电 池单元之间的间隙，将需要显著更多地使用歧管、管道和相关的流体操纵设备；这种额外的 复杂性可能使本来可行的串联冷却方法不适合在与机动车辆应用相关联的狭小的空间中 使用。而且，这样的构造丝毫不能防止相邻的组群1000A和1000B在并联或串联构型中电 连接。
[0040] 本发明的一个有益效果是能够使风机、压缩机、鼓风机或相关的流动加强装置的 效率最大化，同时使第一电池单元和后续的一个或多个电池单元之间的温差最小化。这种 效率提高可能是由于使用一个翅片210来冷却两个电池单元100AU00B导致的，这有助于 消除或减小用来传送冷却剂C的管道的尺寸。这种管道减小又帮助增加蓄电池电池单元 100的包装密度，并且允许通过促进蓄电池组10内的电池单元100的温度的一致性的显著 增加而简化控制。而且，总的部件和制造成本可以通过具有减少数量的冷却翅片210来减 少。
[0041] 应当指出，类似"优选地"、"通常地"和"典型地"的术语在本文中不用来限制要求 保护的本发明的范围、或者暗示某些特征对于要求保护的本发明的结构或功能来说是关键 的、必要的、或者甚至重要的。相反，这些术语仅仅旨在强调可以或可以不在本发明的特定 实施例中使用的备选的或附加的特征。类似地，诸如"大致"的术语用来表示可能归因于任 何定量比较、数值、测量或其它表示的固有的不确定程度。该术语还用来意味着"定量表示" 可能从所述的引用量发生改变而不会改变所讨论主题的基本功能的程度。
[0042] 出于描述和限定本发明的目的，应当指出，术语"装置"在本文中用来表示部件和 各个部件的组合，而不论所述部件是否与其它部件结合。例如，根据本发明的装置可包括原 动力的源、并入原动力的源的车辆、或可以构成或结合车辆或原动力的源使用的其它设备。 此外，术语"汽车"、"机动车辆"、"车辆（的)"等的变型旨在被一般性地解释，除非上下文另 有声明。这样，对汽车的引用将被理解为涵盖轿车、卡车、公共汽车、摩托车和其它类似交通 方式，除非在上下文中更具体地引述。
[〇〇43] 已经详细描述了本发明并参考了其具体实施例，应当理解，在不脱离所附权利要 求中限定的本发明的范围的情况下，修改和变型是可能的。更具体而言，虽然本发明的一些 方面在本文中确定为优选的或特别有利的，但是可以设想，本发明不必局限于本发明的这 些优选方面。
【权利要求】
1. 一种用于多个车辆蓄电池电池单元的冷却系统，所述冷却系统包括设置成与所述多 个蓄电池电池单元中的至少两个热连通的至少一个冷却翅片，所述至少一个冷却翅片包括 在其上的冷却表面，所述冷却表面限定多个部分，所述多个部分中的第一个促进冷却剂的 层流以限定每度入口温差的相对低的排热，并且所述多个部分中的第二个促进所述冷却剂 的湍流以限定每度入口温差的相对高的排热，使得在所述至少一个冷却翅片和所述至少两 个蓄电池电池单元之间进行热交换之后，每度入口温差的所述相对低的排热和相对高的排 热配合以便在所述至少两个蓄电池电池单元中的第一个和所述至少两个蓄电池电池单元 中的第二个之间提供大致一致的温度。
2. 根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却翅片和所述多个蓄电池 电池单元中的所述至少两个包括大致平面状构造，使得在它们之间形成相邻地面对的关 系。
3. 根据权利要求2所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却翅片包括沿大致法向于 所述冷却表面的轴线大致对齐的多个冷却翅片，使得在这样对齐之后，在所述多个冷却翅 片中的相邻冷却翅片之间形成限定冷却剂流路的间隙。
4. 根据权利要求2所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却翅片与所述多个蓄电池 电池单元中的所述至少两个配合地对齐，以在它们之间限定冷却剂流路。
5. 根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述冷却系统被构造为串联冷却系统。
6. 根据权利要求1所述的冷却系统，还包括排放路径，所述排放路径流体地设置在所 述至少一个冷却表面的所述多个部分之间，使得传递到所述至少一个冷却翅片的热中的至 少一些由通过所述排放路径的所述冷却剂移除，以避免使所述至少两个蓄电池电池单元中 的所述第二个热暴露于被引导通过所述排放路径的所述冷却剂。
7. 根据权利要求1所述的冷却系统，还包括分立通道，所述分立通道设置成与所述至 少一个冷却表面的促进湍流的所述部分流体连通，使得由所述至少两个蓄电池电池单元中 的所述第一个传递到所述至少一个冷却翅片的热中的至少一些由通过所述分立通道的所 述冷却剂移除，以减少所述至少两个蓄电池电池单元中的所述第二个向所述至少一个冷却 表面的促进湍流的那部分的热暴露。
8. 根据权利要求7所述的冷却系统，还包括排放路径，所述排放路径流体地设置在所 述至少一个冷却表面的所述多个部分之间，使得传递到所述至少一个冷却翅片的热中的至 少一些由通过所述排放路径的所述冷却剂移除，以避免使所述至少两个蓄电池电池单元中 的所述第二个热暴露于被引导通过所述排放路径的所述冷却剂。
9. 一种用于机动车辆的推进系统，所述推进系统包括至少一个蓄电池模块，所述至少 一个蓄电池模块包括： 多个蓄电池电池单元，其被构造成传输电流以用于所述机动车辆的原动力；以及 至少一个冷却翅片，其被设置成与所述多个蓄电池电池单元中的至少两个热连通，所 述至少一个冷却翅片包括在其上的冷却表面，所述冷却表面限定多个部分，所述多个部分 中的第一个促进具有每度入口温差的相对低的排热的冷却剂流路的层流，并且所述多个部 分中的第二个促进具有每度入口温差的相对高的排热的所述冷却剂流路的湍流，使得在所 述至少一个冷却翅片和所述至少两个蓄电池电池单元之间进行热交换之后，每度入口温差 的所述相对低的排热和相对高的排热配合以便在所述至少两个蓄电池电池单元中的第一 个和所述至少两个蓄电池电池单元中的第二个之间提供大致一致的温度。
10. -种控制机动车辆的推进系统中的温度的方法，所述方法包括： 将所述推进系统构造成包括多个蓄电池电池单元，使得由所述多个蓄电池电池单元生 成的电流向机动车辆提供原动力的至少一部分； 将至少一个冷却翅片布置成与所述多个蓄电池电池单元中的至少两个蓄电池电池单 元热连通，所述至少一个冷却翅片包括在其上的冷却表面，所述冷却表面限定多个部分，所 述多个部分中的第一个促进具有每度入口温差的相对低的排热的冷却剂流路的层流，并且 所述多个部分中的第二个促进具有每度入口温差的相对高的排热的所述冷却剂流路的湍 流；以及 将包含在所述多个蓄电池电池单元中的至少两个蓄电池电池单元内的热的至少一部 分传递到所述至少一个冷却翅片，使得每度入口温差的所述相对低的排热和相对高的排热 配合以便在所述至少两个蓄电池电池单元中的第一个和所述至少两个蓄电池电池单元中 的第二个之间提供大致一致的温度。
【文档编号】H01M10/6553GK104103872SQ201410149655
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2013年4月15日
【发明者】E.A.施勒德, C-C.苏, J.T.格林 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司