包括冷板和集成熱管的熱管理系統的制作方法

本發明涉及一種用于電動車輛的組件。該組件包括冷板和一個或多個熱管，該熱管連接于冷板上且被配置用來消散通過冷板傳導的來自熱源的熱量。

背景技術：

眾所周知，人們需要減小車輛燃料的消耗和廢氣排放。因此，目前，車輛正朝著減少或完全消除對內燃機的依賴的方向發展。電動車輛是目前正在為此目的而開發的其中一種類型的車輛。一般而言，電動車輛與常規機動車輛不同，因為它們選擇性地由一個或多個電池供電的電機驅動。常規機動車輛，相比之下，則完全依靠內燃發動機驅動車輛。

用于為電機和其他電氣負載供電的高電壓電池組通常包括多個電池單元。在某些特定條件下，例如充電和放電操作期間，電池單元會產生熱量。該熱量可能需要由電池組排出，以提高電池單元的容量和壽命。

技術實現要素：

根據本公開內容的一示例性方面的組件，包括，除其他方面外，熱源，設置用來將熱量從熱源傳導出去的冷板，和連接到冷板并且配置為消散來自冷板的熱量的熱管。

在上述組件的進一步的非限制性實施例中，熱源是電池單元。

在任一上述的組件的進一步的非限制性實施例中，冷板和熱管是由相似的材料制成。

在任何上述組件的進一步的非限制性實施例中，相似的材料是鋁。

在任何上述組件的進一步的非限制性實施例中，第二熱管在鄰近熱管的位置與冷板連接，第二熱管被配置用來消散該熱量。

在任何上述組件的進一步的非限制性實施例中，熱界面材料被設置在熱源和冷板之間。

在任何上述組件的進一步的非限制性實施例中，外殼容納熱源和冷板，并且熱管貫穿外殼的殼壁。

在任何上述組件的進一步的非限制性實施例中，熱管延伸到冷卻劑歧管通道中。

在任何上述組件的進一步的非限制性實施例中，熱管包括延伸到該通道中的冷凝器部。

在任何上述組件的進一步的非限制性實施例中，熱管包括吸油繩和設置于套管內的蒸汽腔。

在任何上述組件的進一步的非限制性實施例中，工作流體被配置為在吸油繩中在熱管的蒸發器部和冷凝器部之間流動。

在任何上述組件的進一步的非限制性實施例中，工作流體包括液氨。

根據本公開內容的另一示例性方面，一種電池組包括，除其他方面外，冷板，設置于冷板上部的電池陣列，大體上包圍冷板和電池陣列的外殼，位于外殼外部的冷卻劑歧管和與冷板連接并延伸至冷卻劑歧管中的熱管。

在上述電池組的進一步的非限制性實施例中，熱界面材料被設置在電池陣列和冷板之間。

在任一上述電池組的進一步的非限制性的實施例中，電池陣列包括多個電池單元以及設置在所述多個電池單元之間的多個隔片。

在任一上述電池組的進一步的非限制性實施例中，導熱膜卷繞在多個電池單元中每一個電池單元上。

根據本公開內容的另一個示例性方面的一種方法，包括，除其他方面外，將熱量傳導到組件的冷板中并通過連接在冷板上的熱管消散來自冷板的該熱量。

在上述方法的進一步的非限制性實施例中，熱量由至少一個電池單元產生。

在任一上述方法的另一非限制性實施例中，消散步驟包括：將熱量傳遞到組件之外的位置，以及將至少一部分熱量釋放到橫穿熱管傳輸的冷卻劑。

在任何上述方法的另一非限制性實施例中，消散步驟包括：熱管中工作流體的蒸發和冷凝。

前面段落的實施例，示例和替代方案，權利要求書，或下面的描述和附圖，包括任何它們的各個方面或各自單獨的特征，都可以獨立地或以任何組合方式使用。關于一個實施例描述的特征適用于所有實施例，除非這些特征是不相容的。

從下面的詳細描述中，本發明公開的各種特征和優點對于本領域技術人員是顯而易見的。伴隨具體實施方式的附圖說明可以簡要描述如下：

附圖說明

圖1示意性示出了電動車輛的動力傳動系統；

圖2是電動車輛的電池組件的橫截面圖；

圖3是電池組件的俯視橫截面圖；

圖4示出的示例性的熱管。

具體實施方式

本發明詳細描述了電動車輛的一種組件。該組件包括冷卻板和一個或多個連接到冷板的熱管。在一些實施例中，電池單元或其它熱源可位于冷板上部。由熱源釋放的熱量通過冷板傳導，然后通過熱管消散。在一些實施例中，熱管延伸至組件外殼的外面，并且與冷卻劑歧管內的冷卻劑進行熱交換。在其他實施例中，熱管和冷板由相似的材料，例如鋁制成。這些和其它特征在本具體實施方式的下面的段落中會做出更詳細的討論。

圖1示意性示出了用于電動車輛12的動力傳動系統10。雖然被描述為混合動力車輛(HEV)，但是應該理解的是，這里描述的概念不局限于混合動力車輛并可以擴展至其他電動車輛，其中包括，但不限于，插電式混合動力電動車輛(PHEV’s)，電池電動車輛(BEV’s)和燃料電池車輛。

在一個非限制性的實施例中，動力傳動系統10是使用第一驅動系統和第二驅動系統的動力分配型動力傳動系統。第一驅動系統包括發動機14和發電機18(即，第一電機)的組合。第二驅動系統至少包括馬達22(即，第二電動機)，發電機18和電池組24。在本示例中，第二驅動系統被認為是動力傳動系統10的電驅動系統。第一和第二驅動系統產生扭矩來驅動電動車輛12的一組或多組車輛驅動輪28的。雖然圖中示出的是動力分配型構造，但是本發明可以擴展到任何混合動力或電動車輛上，包括全混合動力車，并行混合動力車，串聯混合動力車，輕度混合動力或微混合動力車。

發動機14——其在一個實施例中是一種內燃發動機——以及發電機18可通過動力傳輸單元30，諸如行星齒輪組，與發動機相連接。當然，其他類型的動力傳輸單元，包括其他齒輪組和變速箱，可用于將發動機14連接到發電機18。在一個非限制性的實施例中，動力傳輸單元30是行星齒輪組，該行星齒輪組包括環形齒輪32，中心齒輪34，和行星齒輪架組件36。

發電機18可由發動機14通過動力傳輸單元30驅動從而將動能轉換成電能。發電機18或者可以用作將電能轉換成動能的馬達，從而向連接到動力傳輸單元30的軸38輸出轉矩。由于發電機18被可操作地連接到發動機14，因此發動機14的轉速可由發電機18來控制。

動力傳輸單元30的環形齒輪32可以連接到軸40，軸40通過第二動力傳輸單元44連接到車輛驅動輪28上。第二功率傳送單元44可以包括具有多個齒輪46的齒輪組。其他動力傳輸單元也是適用的。齒輪46從發動機14向差速器48傳遞轉矩，以最終為車輛驅動輪28提供牽引力。差速器48可以包括能夠實現對車輛驅動輪28傳遞扭矩的多個齒輪。在一個實施例中，第二動力傳輸單元44通過差速器48被機械地連接到車軸50上從而為車輛驅動輪28分配轉矩。

馬達22也可以被用來驅動車輛驅動輪28，其通過向也被連接到第二動力傳輸單元44的軸52輸出轉矩的方式實現這一功能。在一個實施例中，馬達22和發電機18配合作為再生制動系統的一部分，在該再生制動系統中，馬達22和發電機18都可以被用作輸出轉矩的馬達。例如，馬達22和發電機18可以各自向電池組24輸出電力。

電池組24是示例性電動車輛電池。電池組24可以是高電壓牽引電池組，其包括多個能夠輸出電力以操作電動車輛12的馬達22，發電機18和/或其它電力負載的電池組件25(即，電池陣列或電池單元組群)。其它類型的能量存儲設備和/或輸出設備也可用于為電動車輛12供電。

在一個非限制性的實施例中，電動車輛12有兩個基本的操作模式。電動車輛12可在電動車輛(EV)模式下運行，這種模式中，馬達22被用于(通常沒有來自發動機14的輔助)車輛推進，從而消耗電池組24的荷電狀態直至達到其在特定行駛模式/循環下的最大可允許放電率。EV模式對電動車輛12來說是一種消耗電量的運行模式的示例。在EV模式期間，電池組24的荷電狀態在某些情況下可能會增加，例如由于一段時間的再生制動。發動機14在默認EV模式下通常是關閉的，但也可以在基于車輛系統狀態判斷有必要時或由操作者允許時被打開。

電動車輛12還可以在混合動力(HEV)模式下運轉，其中，發動機14和馬達22同時用于車輛推進。HEV模式是對于電動車輛12來說一種保持電量的運行模式的示例。在HEV模式期間，電動車輛12可以通過提升發動機14推進來減小馬達22推進使用以便將電池組24中的荷電狀態維持在一恒定或大致恒定的水平。電動車輛12可以在本發明公開的范圍之內除了EV和HEV模式外的其他運行模式下操作。

圖2和3示出了可以在電動車輛內使用的電池組24。例如，電池組24可以是圖1中電動車輛12的一部分。電池組24包括用于為電動車輛12的各種電力負載提供電力的多個電池單元56。雖然在圖2-3中描述的電池單元56具有特定的數量，但電池組24可以在本發明公開的范圍內采用更少或更多數量的電池單元。換句話說，圖2和3中所示的具體配置并不是對本發明的限制。

電池單元56可以沿縱向軸線A并排堆疊來構造電池單元56的群組，有時被稱為“電池堆”。在一個非限制性的實施例中，電池單元56是柱狀鋰離子電池。然而，具有其它幾何形狀(圓柱形，袋狀等)或其它化學組分(金屬鎳氫電池，鉛酸電池等)，或者既具有其它幾何形狀又具有其它化學組分的電池單元都可以作為替代方案在本發明的范圍內使用。

在一個非限制性實施例中，電池單元56被夾在支撐結構57中間，支撐結構57可包括端板58和可選擇的隔片60。例如，多個電池單元56和間隔件60可以以交替方式并排設置在端板58之間。隔片60，其也可作為分隔件或隔板，具有熱絕緣性并被放置在電池單元56構成的電池堆的相對的兩端以及鄰近的電池單元56之間。相對的端板58放置在隔片60的外側。隔片60可以包括具有耐熱性和電絕緣性的塑料和/或泡沫，它們可以呈現出相對高的隔熱性。支撐結構57軸向約束堆疊的電池單元56。電池單元56和支撐結構57一起被稱為電池陣列62。雖然圖2-3中僅示出了一單電池陣列62，但是電池組24可以包含多個電池陣列62。

在另一個非限制性實施例中，導熱膜64可以卷繞每一個電池單元56。導熱膜64促進相鄰的各電池單元56之間的熱傳導，還可以使相鄰的電池單元56相互電絕緣。導熱膜64還額外充當了每一個電池陣列62中相鄰電池單元56之間的介質阻擋。

電池組24具有用于對電池單元56進行熱管理的多種參數。例如，在充電操作，放電操作，極端環境條件或其他條件期間可以由電池單元56產生和釋放的熱量H。人們通常期望從電池組24中移除熱量H以改善電池單元56的容量和壽命。雖然本實施例針對的是電池組24的熱管理，但本發明公開的參數可被用于任何高壓電子模塊的熱管理，包括但不限于，電池組，短路電流(ISC)模塊，充電器，直流電源(DCDC)模塊，或在運行期間產生熱的任何其它模塊。在一個非限制性的實施例中，電池組24包括冷板66，其可以替代地作為熱交換器平板。電池陣列62被定位在冷板66上部。電池單元56的熱量H可以被傳導到冷板66上。

在一個非限制性實施例中，熱界面材料90可以被設置在冷板66和電池陣列62的至少一部分之間。熱界面材料90在熱源(即，電池單元56)和散熱器(即，冷板66)之間提供了導熱界面，并且還可以填補在熱源和散熱器之間變化的空間。

一個或多個熱管68可連接到冷板66上。本發明公開的內容不限定于熱管68的具體數目，而且除其他因素外，用于任何規定冷卻應用的熱管68的實際數目將根據電池組24的冷卻需求而變化。另外，在圖2和3中所示的熱管68沒有按比例繪制。相反，這些特征已經被放大以更好地說明它們的各種特點和功能。

每個熱管68可連接到冷板66的底面70上，這樣使得它大體上與冷板66集成為一體。其他安裝位置也在本發明公開范圍的預期之內。熱管68可以通過釬焊或以其它方式安裝到冷板66上。熱管68和冷板66也可以由相似的材料制成。例如，在一個非限制性實施例中，熱管68與冷板66由鋁制成。其它材料也可以是合適的。

外殼72通常環繞在電池組24的每個電池陣列62和冷板66外圍。外殼72可以由容納電池組24的部件的一個或多個殼壁92組成。

熱管68可突出穿過外殼72的壁92中的至少一個，并延伸到冷卻劑歧管74中。冷卻劑歧管74可以輸送用于將熱管68中的熱量移除的冷卻劑C。冷卻劑C可以是常規種類的冷卻劑混合物，例如混有乙二醇的水。然而，其它冷卻劑也在預期之中且可以替代性的在冷卻劑歧管74中被輸送。

冷卻劑歧管74包括入口94和出口96，它們都位于外殼72(圖3中最佳示出)的外部。以這種方式，大體上消除了電池組24的外殼72內的流體泄漏可能性。雖然未示出，但離開出口96的冷卻劑C在閉合環路中被重新輸送到入口94之前，可以被輸送到散熱器或一些其它用于冷卻的熱交換裝置中。

圖4示出了用于圖2和3中電池組的示例性熱管68。熱管68包括套管76，蒸發器部84，冷凝器部86，吸油繩78和蒸汽腔80。在一個非限制性的實施例中，熱管68的殼體76由鋁制成。工作流體82，例如液氨，被布置在殼體76內，并且可以通過多孔吸油繩78輸送。工作流體82可以在熱管68的蒸發器部84蒸發成蒸汽V。隨著蒸汽產生，蒸汽V吸收熱能。蒸汽V之后沿著蒸汽腔80朝向熱管68的冷凝器部86移動。在冷凝器部86中，蒸汽V冷凝回工作流體F并且被吸油繩78吸收，由此釋放出熱能。工作流體82之后可以流回蒸發器部84。

電池組24的熱管理示意性地顯示在圖2，圖3和圖4中，而且這種熱管理一般按如下方式進行。熱量H由電池單元56或一些其它熱源產生和釋放并且被傳導到冷板66中。傳導到冷板66中的熱量H之后通過集成熱管68從電池組24中耗散掉。例如，冷板66吸收熱量H時，在蒸發器部84中的工作流體82蒸發，從而在熱管68內產生壓力梯度。該壓力梯度迫使蒸汽V到沿蒸汽腔80流動到冷卻器、位于外殼72外部并延伸到冷卻劑歧管74中的冷凝器部86。蒸汽V在冷凝器部86中冷凝，從而釋放潛熱LH到被傳輸通過冷卻劑歧管74的通道99的冷卻劑C。工作流體82之后通過吸油繩78中產生的毛細作用力返回到蒸發器部84。通過這種方式將熱量H從電池組24中移除可以保持電池組24中的電池單元56處在一個所需的工作溫度范圍內。

雖然不同的非限制性實施例被以具有特定的組件或步驟的形式示出，然而本發明公開的實施例并不限于這些特定的組合。有可能將任一非限制性實施例中的一些組件或特征與來自任一其它非限制性實施例的特征或組件進行組合使用。

應當理解的是，同樣的附圖標記在幾幅附圖中代表著同樣或相似的元件。應當理解，盡管特定的組件布置被這些代表性實施例披露和示出，但其它布置方式也可以從本發明公開的教導中受益得出。

前面的描述應在被解釋為說明性的而不是任何限制性的意義。本領域的普通技術的人員將理解，某些修改可能落入本發明的保護范圍之內。由于這些原因，下面的權利要求應該被研究以確定本發明的真實保護范圍和內容。