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CN110224194A - 一体化电池冷却系统 - Google Patents

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CN110224194A CN201810633897.XA CN201810633897A CN110224194A CN 110224194 A CN110224194 A CN 110224194A CN 201810633897 A CN201810633897 A CN 201810633897A CN 110224194 A CN110224194 A CN 110224194A
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Kia Motors Corp
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Abstract

本发明提供了一体化电池冷却系统。所述系统包括壳体，壳体中具有高压电池和次要电池以及形成于壳体外侧的入口端口和出口端口以接收和排放冷却水。形成有冷却通道，来自入口端口的冷却水从中流过，并且冷却通道传递高压电池的热量。冷却模块接收从冷却通道排放的冷却水，传递次要电池的热量，然后对次要电池进行冷却。

Description

一体化电池冷却系统
技术领域
本发明涉及一体化电池冷却系统，其对通过集成高压电池和12V辅助电池而形成的电池结构进行有效地冷却，从而能够应用于混合动力车辆。
背景技术
通常情况下，环保车辆的代表混合动力电动车辆/插电式混合动力电动车辆(HEV/PHEV)通常装备有汽油或柴油发动机以及电机(电机可以利用来自发动机的动力发电，并且当电机通过储存在电池等中的电力运行时可以辅助来自发动机的动力)。在相关技术中，电机也用作环保车辆的动力源，从而，具有大电容的高压电池以及利用来自高压电池的电压转换为低压进行充电的辅助电池被典型地使用。辅助电池或次要电池用于启动发动机并且给车辆中的各种电子设备供应电力。
在相关技术中，高压电池和辅助电池是独立的，但是，最近提出了一种在一个壳体中同时设置有高压电池和辅助电池的结构。无论如何，高压电池和辅助电池都是通过空气或水进行冷却以移除由电池芯产生的热量。相应的，将冷却结构应用于高压电池和辅助电池的封装时，用于车辆的电池的商业价值需要通过用最小化的封装体积而最大化地保证冷却效率来得到提升。
上述作为本申请的相关技术所提供的说明仅用于帮助理解本发明的背景技术，不应被理解为包括在本领域技术人员已知的相关技术中。
发明内容
本发明致力于提供一种一体化电池冷却系统，其能够有效地降低制造成本和封装体积，并且通过冷却模块(利用来自用于冷却高压电池的冷却通道的冷却水，间接地、次要地对次要电池进行冷却)有效地冷却电池。
根据本发明的各个方面，一体化电池冷却系统可以包括：壳体、冷却通道以及冷却模块，所述壳体具有安装在其中的高压电池和次要电池，并且在壳体外侧具有入口端口和出口端口以接收和排放冷却水；形成有冷却通道使来自入口端口的冷却水流动通过冷却通道内部，并且配置为传递高压电池的热量；所述冷却模块配置为接收从冷却通道排放的冷却水，传递次要电池的热量，并且对次要电池进行冷却。
具体地，冷却模块可以包括：冷却块和冷却板，所述冷却块形成有腔室，设置在次要电池的前方，并且具有配置为从冷却通道接收冷却水的入口和配置为将冷却块里的冷却水排放到出口端口的出口；所述冷却板，其从所述冷却块延伸以在次要电池的侧部传递热量。设置有多个高压电池，并且互相间隔地设置在壳体内的两侧，并且次要电池设置在高压电池之间。
冷却块可以在其两侧的每一侧都包括有入口，并且在其一侧包括有出口。入口端口和出口端口可以形成于壳体的前侧。第一通路可以将入口端口和冷却通道的入口相互连接，第二通路可以将冷却通道的出口和冷却块的入口相互连接，以及第三通路将冷却块的出口和出口端口相互连接。冷却模块可以进一步包括形成为板形的冷却片，冷却片的端部在冷却板与次要电池的侧部之间，由导热材料制成，并且冷却片从端部直交地延伸经过次要电池。
次要电池可以包括：电池芯、电池壳体以及电池盖，所述电池壳体覆盖电池芯的顶部和底部；所述电池盖固定至电池壳体以覆盖电池芯的两侧，在外侧包括有插入凹槽，冷却片的端部位于插入凹槽中，并且在电池盖的中部具有孔口，冷却片可以插入孔口中。电池盖可以由热界面材料制成。可以设置有多个冷却片，并且沿次要电池的前后方向交替地与电池芯堆叠。
根据具有上述结构的一体化电池冷却系统，可以将在一体化模块中具有的高压电池和次要电池的结构的整体封装体积以及重量的增长最小化，并且可以对高压电池和次要电池进行有效地冷却。进一步地，对高压电池、次要电池以及冷却模块的封装结构进行优化设计以简化热量传递路径并提高冷却性能，从而能够防止压差的提高。由于通过冷却水对高压电池进行主要地冷却，然后对次要电池进行次要地冷却，所以可以防止高压电池的冷却性能的下降。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，本发明的以上和其它方面、特征以及优点将更加明显，其中：
图1是显示了根据本发明示例性实施方案的一体化电池冷却系统的立体图；
图2是显示了根据本发明示例性实施方案的一体化电池冷却系统的下部的示意图；
图3是显示了根据本发明示例性实施方案的次要电池和冷却模块的组装的立体图；以及
图4是根据本发明的示例性实施方案，沿图3中显示的A-A线获得的截面图。
具体实施方式
应当理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如，源于非石油能源的燃料)。正如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如既是汽油动力又是电力动力车辆。
本文所使用的术语仅用于描述具体的实施方案的目的，并非旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚地指示。进一步可理解地，当在本说明书中使用词语“包括”和/或“包含”时，特指所陈述的特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件存在，但不排除存在或额外存在一个或多个其它特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项的任何和所有组合。
下文将参考附图对根据本发明的示例性实施方案的一体化电池冷却系统进行描述。
图1是显示了根据本发明示例性实施方案的一体化电池冷却系统的立体图，而图2是显示了根据本发明示例性实施方案的一体化电池冷却系统的下部的示意图。
参考图1和图2，本发明的一体化电池冷却系统可以包括：壳体10、冷却通道20以及冷却模块30，所述壳体10中具有高压电池1和次要电池3(例如，辅助电池)，并且在壳体外部具有入口端口12和出口端口14以接收和排放冷却水；冷却水从入口端口12流经冷却通道20并且传递高压电池1的热量；所述冷却模块30配置为接收从冷却通道20排放的冷却水，传递次要电池3的热量，并且对次要电池3进行冷却。
由于在混合动力电动车辆/插电式混合动力电动车辆(HEV/PHEV)中安装的发动机和电机作为动力源，所以需要高电压以运行驱动电机或混合动力启动发电机(HSG)，并且高压电池1提供高电压。然而，在车辆中与驱动电机和HSG一起安装的在低电压下运行的电子设备在过高的高压供应给它时，电子设备会发生故障，从而需要将高压电池1的高电压转换为低电压。
进一步地，次要电池3可以配置为储存从高压电池1的高电压转换的低电压电流(通过低压直流-直流(DC-DC)转换器(LDC)(未图示)，并且将电流传输至车辆内的电子设备。通常，次要电池3可以是12V的锂电池，但是本发明不限于此。此外，在相关技术中，典型地，高压电池和次要电池设置在车辆内的不同封装或壳体中。然而，本发明提出高压电池1和次要电池3在一个壳体10的模块中形成的结构，并且高压电池1和次要电池3都在壳体10中进行冷却。
此外，配置为接收冷却水的入口端口12以及配置为排放冷却水的出口端口14可以形成于壳体10的外侧以利用冷却水对高压电池1和次要电池3进行冷却。入口端口12可以配置为从车辆内的水泵接收冷却水。冷却通道20可以形成为板型，其覆盖高压电池1的底部并且使来自壳体10的入口端口12的冷却水通过其中的通道进行循环，从而对高压电池1进行冷却。冷却通道20可以由具有高热导率的材料制成，以使冷却效率最大化。
次要电池3可以通过冷却模块30间接地进行冷却，即，冷却模块30可以配置为利用从冷却通道20接收的冷却水对次要电池3进行冷却。相对于高压电池1，次要电池3产生低电压，从而产生的热量比高压电池1少。根据本发明，冷却水首先对高压电池1进行冷却，然后对次要电池3进行冷却，从而防止了高压电池1的冷却效率的下降。进一步地，用于冷却高压电池1的冷却水可以重复利用以对次要电池3进行冷却，从而省去连接至水泵以冷却次要电池3的结构，并且减少整体的封装体积和制造成本。
图3是显示了根据本发明示例性实施方案的次要电池和冷却模块的组装的立体图。参考图2和图3，冷却模块30可以配置为通过从冷却通道20接收冷却水而与次要电池3进行热交换。具体地，冷却模块30可以包括：冷却块32和冷却板36，所述冷却块32形成有腔室，设置在次要电池3的前方(例如，在壳体与次要电池之间形成)，并且具有配置为从冷却通道20接收冷却水的入口33以及配置为将冷却水排放到出口端口14的出口34；所述冷却板36从冷却块32延伸以在次要电池3的侧部传递热量。
冷却模块30可以包括冷却块32和冷却板36，所述冷却块32是冷却水可以流入/流出的腔室，所述冷却板36从冷却块32延伸以传递次要电池3的侧部的热量。通常，次要电池3的顶部和底部的表面积比它两侧的表面积大，并且次要电池3的侧部可以通过低温的冷却板36进行冷却，从而增加的封装体积或重量比冷却通道类型增加的少。由于上述的低温代表冷却高压电池后的冷却水的温度(冷却器运行)，所以它可以根据高压电池电流的负载或车辆周围的温度改变。作为示例，在正常情况下，低温通常可以是10到25℃。
在冷却通道类型中，冷却通道包括用于循环冷却水的通道，并且具有预先设定的厚度以对次要电池3进行冷却。然而，在本发明中，由于冷却水不在冷却板36中循环，所以厚度可以最小化，从而，相比于冷却通道类型的冷却结构，本发明的体积、重量和成本都可以下降。根据本发明，代替在冷却板36中循环冷却水，冷却块32是用于循环冷却水的独立的腔室，可以用于与冷却板36进行热交换，从而，冷却板36可以通过冷却水保持低温。因此，根据冷却模块30，尽管次要电池3通过水进行冷却，但是增加的封装体积、重量和成本都可以最小化，从而提高了车辆的商业价值。
如图3所示，冷却板36可以设置为其第一侧定位在冷却块32的后端部，并且其第二侧可以在次要电池3的侧部传递热量，但是冷却板36与冷却块32之间的接触部分可以根据需要改变。参考图1和图2，可以设置有多个高压电池1，并且定位在壳体1的两侧，在高压电池1和壳体之间形成有预定的间隙，并且次要电池3可以设置在高压电池1之间。
进一步地，冷却块32可以在其两侧的每一侧都包括入口33，并且在其一侧包括出口34。入口端口12和出口端口14可以形成于壳体10的前侧，并且第一通路16可以将入口端口12与冷却通道20的入口相互连接，第二通路17可以将冷却通道20的出口与入口33相互连接，而第三通路18可以将出口34与出口端口14相互连接。换言之，在壳体10中，高压电池1可以设置在次要电池3的两侧，冷却块32可以设置在次要电池3的前方，并且从冷却块32延伸出的冷却板36可以设置在次要电池3的侧部。
此外，冷却水可以通过流经壳体10的入口端口12、第一通路16、冷却通道20、第二通路17、冷却块32的入口33和出口34、第三通路18以及出口端口14而对高压电池1和次要电池3进行冷却。假设入口端口12和出口端口14形成于壳体10的前侧，并且用于接收和排放冷却水的入口和出口形成于冷却通道20的前侧，那么第一通路16、第二通路17和第三通路18的长度可以最小化，从而，一体化电池冷却系统的重量以及封装体积可以最小化。
图4是在图3中显示的沿A-A线获得的截面图。参考图4，冷却模块30可以进一步包括形成为板形的冷却片38，冷却片38的一端部设置在冷却板36与次要电池3的侧部之间，冷却片38由导热材料制成，并且从端部直交地延伸经过次要电池。换言之，冷却片38可以配置为将热量传递至冷却板36，并且可以设置为经过次要电池3以通过冷却模块30改善次要电池3的冷却性能。
次要电池3可以包括电池芯9、电池壳体5以及电池盖7，所述电池壳体5覆盖电池芯9的顶部和底部；所述电池盖7固定至电池壳体5，覆盖电池芯9的两侧，在外侧具有插入凹槽8，冷却片38的第一端部和第二端部位于插入凹槽8中，并且在电池盖7的中部具有冷却片38可以插入的孔口。换言之，覆盖电池芯9的两侧的电池盖7可以设置在次要电池3上，以将设置为横向经过次要电池3的冷却片38固定。
具体地，插入凹槽8可以形成于电池盖7的外部以使板形的冷却片38的一端部位于插入凹槽8中，并且将冷却片38固定至次要电池3。此外，冷却片38可以形成为I形。电池盖7可以由热界面材料制成。相应地，电池盖7可以通过与冷却板36的热交换进行冷却，从而，可以对次要电池3的侧部进行冷却，并且可以改善电池芯9的冷却性能。进一步地，可以设置有多个冷却片38，并且沿次要电池3的前后方向交替地与电池芯9堆叠。相应地，堆叠的电池芯9可以通过冷却片38进行更平稳地冷却。
根据具有上述结构的一体化电池冷却系统，可以使在集成模块中具有的高压电池和次要电池的结构的封装体积和重量的增长最小化，并且可以有效地对高压电池和次要电池进行冷却。进一步地，对高压电池、次要电池以及冷却模块的封装结构进行优化设计，以简化热量传递路径并且提高冷却性能，从而能够防止压差的提高。由于通过冷却水对高压电池进行主要冷却，然后对次要电池进行次要冷却，所以可以防止高压电池的冷却性能的下降。
尽管参考附图中所示的具体形式描述了本发明，但是对本领域技术人显而易见的是，在不脱离所附权利要求所描述的本发明的范围的情况下可以采用各种方式对本发明进行改变和修改。

Claims (9)

1.一种一体化电池冷却系统，其包含：
壳体，其具有在其中的高压电池和次要电池，并且具有设置在壳体外侧的入口端口和出口端口以接收和排放冷却水；
冷却通道，来自入口端口的冷却水流动通过冷却通道，并且所述冷却通道配置为传递高压电池的热量；以及
冷却模块，其配置为接收从冷却通道排放的冷却水，传递次要电池的热，并且对次要电池进行冷却。
2.根据权利要求1所述的一体化电池冷却系统，其中，所述冷却模块包括：
冷却块，其形成有腔室，设置在次要电池的前方，并且具有入口和出口，所述入口配置为从冷却通道接收冷却水，所述出口配置为将冷却块里的冷却水排放到出口端口；以及
冷却板，其从所述冷却块延伸，以在次要电池的侧部传递热量。
3.根据权利要求2所述的一体化电池冷却系统，其中，多个高压电池相互间隔地设置在所述壳体的两侧，并且所述次要电池设置在高压电池之间。
4.根据权利要求3所述的一体化电池冷却系统，其中，所述冷却块在其两侧的每一侧都包括有入口，并且在其一侧包括有出口。
5.根据权利要求4所述的一体化电池冷却系统，其中，所述入口端口和所述出口端口形成于所述壳体的前侧，并且第一通路将入口端口和冷却通道的入口相互连接，第二通路将冷却通道的出口和冷却块的入口相互连接，第三通路将冷却块的出口和出口端口相互连接。
6.根据权利要求2所述的一体化电池冷却系统，其中，所述冷却模块进一步包括形成为板形的冷却片，冷却片的端部在冷却板与次要电池的侧部之间，冷却片由导热材料制成，并且冷却片从端部直交地延伸经过次要电池。
7.根据权利要求6所述的一体化电池冷却系统，其中，所述次要电池包括：
电池芯；
电池壳体，其覆盖所述电池芯的顶部和底部；以及
电池盖，其固定至所述电池壳体以覆盖所述电池芯的两侧，电池盖具有插入凹槽，所述冷却片的一端部位于该插入凹槽中，并且在电池盖的中部具有孔口，冷却片插入该孔口中。
8.根据权利要求7所述的一体化电池冷却系统，其中，所述电池盖由热界面材料制成。
9.根据权利要求7所述的一体化电池冷却系统，其中，多个冷却片沿次要电池的前后方向交替地与电池芯堆叠。
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