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技术领域

本公开涉及一种用于高压电池冷却系统的入口腔室(inlet plenum)。

背景技术

电池电动车辆利用电动驱动电动机进行推进，而混合动力电动车辆利用 电动驱动电动机并与传统的内燃发动机相结合进行推进。这样的车辆包括电 池包，该电池包包括电连接到一起的一个或更多个电池单元。这些电池单元 储存可用于将电力供应至驱动电动机的能量。所述电池包也可被称为牵引电 池或高压电池。牵引电池和相关联的部件可产生大量的热。如果不将热散发， 则这些热可能会干扰电池包的正常运行，因此需要冷却系统来维持满意的电 池运行温度。这种冷却系统必须满足各种设计考量并且对其他车辆系统的性 能的影响最小化，所述各种设计考量包括冷却效率和紧凑封装。

发明内容

一种用于冷却牵引电池的系统包括具有第一入口和第二入口的电池入口 壳体。第一管道结合到第一入口，并且第二管道结合到第二入口。导流叶片 设置在电池入口壳体中，与第一入口相邻。导流叶片被布置为使来自第一管 道的气流改变方向而与来自第二管道的气流混合。

牵引电池冷却系统的一个实施例包括第二导流叶片，第二导流叶片与第 一导流叶片相邻地设置并相似地被布置为使来自第一管道的气流改变方向。 来自第一管道的气流和来自第二管道的气流可不对称。在一些实施例中，导 流叶片的高度小于电池入口壳体的高度。在示例性实施例中，导流叶片的高 度与电池入口壳体的高度的比约为3:4。

牵引电池系统的实施例还包括与电池入口壳体流体连通的电池包壳体。 在一些实施例中，电池包可被容纳在电池壳体中。在一些这样的实施例中， 电池包包括用于引导空气流过电池包的多个冷却通道。在这样的实施例中， 导流叶片被设置为使来自第一管道的气流改变方向而与来自第二管道的气流 混合，从而调整多个冷却通道中的流量大体上一致。在一些实施例中，牵引 电池冷却系统还包括与电池包壳体流体连通的排气管道以及设置在所述排气 管道中的感应风扇。在一些实施例中，牵引电池冷却系统还包括设置在牵引 电池壳体内的风扇控制系统。

在一些实施例中，第一管道从车辆的第一C柱朝向乘客舱开口并且第二 管道从车辆的第二C柱朝向乘客舱开口。在其他实施例中，第一管道结合到 第二管道，以形成结合的管道。所述结合的管道可在车辆后座椅的后方中部 位置处朝向管道入口开口。

根据本公开的混合动力电动车辆的实施例包括车辆框架。所述车辆框架 具有在乘客舱后部位置的第一支撑柱和第二支撑柱。所述混合动力电动车辆 还包括电池壳体组件，所述电池壳体组件具有第一壳体入口和第二壳体入口 以及布置在壳体组件内在第一壳体入口附近的导流叶片。所述混合动力电动 车辆还包括结合到第一壳体入口的第一管道和结合到第二壳体入口的第二管 道。第一管道延伸通过第一支撑柱的一部分并具有在第一支撑柱中的第一管 道入口，并且第二管道延伸通过第二支撑柱的一部分并具有在第二支撑柱中 的第二管道入口。

在一些实施例中，导流叶片被布置为引导来自第一壳体入口的气流与来 自第二壳体入口的气流平稳地混合。在一些这样的实施例中，来自第一壳体 入口的气流小于来自第二壳体入口的气流。在一些实施例中，混合动力电动 车辆还包括容纳在电池壳体组件中的电池包。在这样的实施例中，电池包具 有多个冷却通道，并且导流叶片被布置为引导气流使其混合并调整所述多个 冷却通道中流量平衡。在一些实施例中，所述车辆还包括感应风扇，所述感 应风扇与电池壳体组件流体连通，以吸入流过第一管道和第二管道的气流。

一种用于冷却车辆的牵引电池的方法包括：通过牵引电池壳体的第一入 口和第二入口引导来自车辆乘客舱的空气。所述空气被引导通过至少一个导 流叶片，所述至少一个导流叶片被设置为引导来自第一入口的空气与来自第 二入口的空气混合。通过第一入口引导的空气量可与通过第二入口引导的空 气量不同。所述方法还可另外包括吸入混合气流使之穿过多个牵引电池通道。 吸入的穿过每个通道的空气量大体上相等。

根据本公开的实施例提供多个优点。例如，本公开提供一种用于冷却牵 引电池的系统，乘客舱的空气通过两个入口被吸入并平稳地混合，以确保冷 却气流流过全部电池单元。此外，根据本公开的系统和方法在电池壳体中产 生平稳的空气混合，从而降低噪声、振动和声振粗糙度。本公开提供一种系 统，其中，从车辆乘客舱的后部区域吸入冷却空气，使得气候受控制的乘客 舱空气可用于冷却，而不负面地影响乘客对气候控制的满意度。

通过接下来结合附图对优选实施例进行的详细描述，本公开的上述优点 和其它优点及特点将更显而易见。

附图说明

图1是牵引电池冷却系统的代表性视图；

图2是牵引电池冷却系统的电池包壳体的代表性视图；

图3和图4是包括图2的壳体的牵引电池冷却系统的代表性视图；

图5是包括图3的牵引电池冷却系统的车辆的代表性视图；

图6是用于冷却牵引电池的方法的流程图。

具体实施方式

如本领域的普通技术人员将理解的，如参照任何一个附图描述和示出的 本发明的各种特征可与在一个或更多个其他附图中示出的特征相结合，以形 成本公开未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用 的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可期 望用于特殊应用或实施。

对汽车电池系统内的电池单元的均匀冷却可改进电池性能并降低冷却风 扇功率需求。然而，随着按阵列排布的电池单元数目的增加，在整个电池堆 上提供均匀的气流变得更加困难。当车辆封装要求(packaging requirements) 限制入口腔室体积时，这种情况尤甚，这会在电池系统内产生显著的压力差。 这样的压力差可导致电池堆中不同位置处的电池单元周围的空气流速显著地 不同。某些电池单元的周围减少的气流会导致电流密度降低、性能降低等。

为了在运转条件的范围内维持恒定的冷却效果，从车辆的外部吸入空气 用于电池冷却目的会是不可取的。在不同气候条件下冷天和热天之间的温度 变化可导致环境空气具有不可预测且不一致的冷却能力。因此，取而代之， 可优选地从乘客舱吸入冷却空气。客舱气候控制系统维持更稳定的内部温度， 因此该空气可被用作更能够预测的冷却剂。然而，如果乘客舱空气将要用于 冷却，那么将该空气吸入到冷却器中，按照这样的方式对客舱气候控制系统 具有最小的影响。因此，除了在车辆内被有效地封装外，电池冷却系统设计 还必须考虑对电池的冷却效果和对车辆乘客舱内的气候控制的任何显著影响 两者。

现在参照图1，示出了用于包括多个电池单元12的高压电池组的壳体10 的示意图。电池单元12布置成两行，每行的电池单元等间隔地隔开。电池单 元12通过大体上等尺寸的通道14分开。壳体包括入口腔室16和出口腔室 18。入口腔室16包括第一入口20和第二入口22，每个入口与空气源流体连 通。出口腔室18包括出口24。出口腔室18从窄的端部向靠近出口24的宽 的端部锥形地变化，以使通道14上的压力分布和空气流动更均匀。更具体地， 参照图1，出口腔室18的左侧(靠近出口24)比出口腔室18的右侧宽，从 而使得出口腔室18从右侧的窄的端部朝向出口24附近的左侧锥形地变化。

由虚线箭头表示的空气总体上通过第一入口20和第二入口22进入入口 腔室16。可(例如)通过风扇或鼓风机(未示出)来推进或推动空气。空气 流动通过通道14并从电池单元12吸走热量。然后，空气流出通道14进入出 口腔室18中并通过出口24被吸走。可从入口腔室16围绕第一排电池单元 12设置旁路通道(未示出)，以确保第二排电池单元12接收一些未进行预加 热的空气。

相对于单个入口构造，这种包括第一入口20和第二入口22的构造总体 上促使通道14中的气流速度更平均。然而，如果来自入口22的气流与来自 入口20的气流没有平稳地混合，那么仍会产生不均匀的气流。在以标号26 所示的这样的区域中，气流速度可能会降低。靠近这样的低气流速度区域的 通道28接收的用来适当地从相关联的电池单元12吸走热量的冷却气流可能 会不足量。这样可导致相关连的电池单元12中的热量累积，从而会对性能产 生负面影响。此外，来自不平稳的混流的湍流可产生噪声、振动和声振粗糙 度(harshness)。

为了确保全部通道14之间的充分的冷却，可增大风扇或鼓风机的速度来 解决低气流区域26附近的电池单元12所经受的冷却效果降低的问题。然而， 通过风扇产生的功率消耗(与增大速度有关)增加会是不期望的。

现在参照图2，示出了用于包括多个电池单元32的牵引电池组的壳体30 的代表性视图。电池单元32由通道34分开。壳体包括入口腔室36和出口腔 室38。入口腔室36包括第一入口40和第二入口42。出口腔室38包括出口 44。

入口腔室36另外包括至少一个导流叶片(guide vane)46。在示例性实 施例中，入口腔室36包括两个导流叶片46。入口腔室36具有高度a(未示 出)并且导流叶片46具有高度b(未示出)，其中，高度“a”和“b”的高 度方向指的是垂直于图2的纸面的方向。导流叶片高度b可小于或等于高度 a。在示例性实施例中，导流叶片高度b与入口腔室高度a的比大约是3:4。 这样的构造确保在不发生流量(flow capacity)的整体降低或压力增加的情况 下可改变气流方向。作为示例，一个这样的构造使得压力的增加小于1帕 (Pascal)并使得气流的减少小于0.5立方英尺每分钟。在其他实施例中，如 可通过计算流动力学(CFD)或其他设计工具来确定的，对于最佳的流动特 性，不同的比率可能更好。

由虚线箭头表示的空气通过第一入口40和第二入口42进入入口腔室 36。可(例如)通过风扇(未示出)来推进或推动空气。空气流动通过通道 34并从电池单元32吸走热量。然后空气流出通道34进入出口腔室38中并 通过出口44被吸走。可从入口时6围绕第一排电池单元32设置旁路通道(未 示出)，以确保第二排电池单元32接收冷些的空气。

导流叶片46被构造为引导来自入口42的空气，使其与来自入口40的空 气平稳地混合。因此，可减小或消除低速区域，并且通道34之间的气流基本 上均匀。从电池单元32均匀地吸走热量，提高了电池性能。此外，混合气流 的湍流的减少使得噪声、振动和声振粗糙度降低。

来自入口42的气流的体积比可与来自入口40的气流的体积比基本上不 同。导流叶片46被设计为适应这样的不对称的气流并确保在操作条件的范围 内平稳地流动混合。

现在参照图3，示出了牵引电池冷却系统48的实施例的代表性视图。高 压电池冷却系统48包括电池壳体50，电池壳体50大体上与图2中示出的电 池壳体30相同。电池壳体50包括电池阵列52、入口腔室54、出口腔室56 以及至少一个导流叶片58。电池52包括如图2中所示的多个电池单元(未 示出)。

高压电池冷却系统48包括第一管道60、第二管道62和第三管道64。第 一管道60具有第一管道入口66，并且第一管道60连接到控制模块壳体68 及入口腔室54。第二管道62具有第二管道入口70，并且第二管道62连接到 入口腔室54。第一管道入口66和第二管道入口70与空气源流体连通。第三 管道64连接到出口腔室56及感应风扇(induction fan)72。

控制模块壳体68包括电池控制系统74。电池控制系统74包括监视和控 制电池系统的控制器和部件。电池控制系统74还可包括执行其他功能的部件 (包括但不限于电压转换器以及用于感应风扇72和电池冷却系统48的其他 部分的控制装置)。电池控制系统74产生废热，该废热可被吸走，以避免对 性能产生负面影响。控制模块壳体68还可包括各种其他热部件(包括电池电 压转换器(未示出))。这些其他部件也可产生可对性能产生不利影响的热。

由虚线箭头表示的空气由感应风扇72通过第一管道入口66被吸入到第 一管道60中并通过第二管道入口70被吸入到第二管道62中。管道60中的 空气的一部分被转移到控制模块壳体68中，并且管道60中的冷却气流的剩 余部分被吸入到入口腔室54中。在示例性实施例中，管道60中的空气的大 约60％被传送到控制模块壳体68中并且管道60中的空气的大约40％被吸入 到入口腔室54中。因此，比来自第一管道60的体积更大的体积的空气可从 第二管道62进入入口腔室54中。因此，导流叶片58被设计为适应来自第一 管道60和第二管道62的不对称气流并确保不对称气流体积的平稳混合。

被吸入到控制模块壳体68中的空气从电池控制系统74和容纳在电池控 制模块壳体68内的其他部件吸走热量。感应风扇72与排气区域(例如，车 辆的外部)流体连通。

从第一管道60吸入到入口腔室54中的空气由导流叶片58引导，以按照 大体上与图2中示出的相同的方式与从第二管道62吸入的空气混合。空气流 过电池52并从电池52吸走热量。然后，空气通过出口腔室56被吸入到第三 管道64中并被吸入到感应风扇72中。

现在参照图4，示出了高压电池冷却系统76的可替换实施例的代表性视 图。在该实施例中，单个管道入口78指向第一管道60＇和第二管道62＇。管 道入口78可从(例如)后座椅之后的中部位置吸入空气。在一个实施例中， 管道入口78朝向使车辆乘客舱与车辆行李箱分开的分隔板或置物托盘 (package tray)的乘客舱侧。第一管道60＇和第二管道62＇按照大体上与如 结合图3描述的方式相同的方式与控制模块壳体68″和/或电池壳体50＇流 体连通。

现在参照图5，示出了根据本公开的实施例的车辆80的代表性视图。车 辆80包括大体上如图3所示的高压电池冷却系统，该高压电池冷却系统包括 第一管道60″、第一管道入口66″及与管道60″流体连通的电池壳体50″。 高压电池冷却系统还包括在该视图中未示出的第二管道和第二管道入口。车 辆80还包括车顶(未标号)和支撑车顶的多个柱。根据惯例，多个柱从车辆 的前部到后部按照字母的顺序表示。A柱82在乘客舱的前部，B柱84在乘 客舱的中部，C柱在乘客舱的后部。

第一管道入口66″位于乘客舱中，靠近C柱86。第二管道入口类似地 靠近位于车辆的相对侧的C柱(在该视图中未示出)。按照这种方式，流入到 电池冷却系统的空气是乘客舱的空气(与室外空气相比，通常乘客舱的空气 被维持在较恒定的温度)。此外，通过从乘客舱的后部吸入空气，气候控制大 体上不受影响，从而提高了消费者的满意度。电池壳体50″可被容纳在车 辆行李箱的下方。

现在参照图6，示出了方法的流程图。如框90所示，通过乘客舱中的第 一入口和第二入口吸入空气。如框92所示，通过第一入口和第二入口的空气 量可以不相等。然后，如框94所示，来自第一入口的空气被引导经过至少一 个导流叶片并与来自第二入口的空气混合。然后，如框96所示，混合的空气 被吸入并穿过电池通道，使得通过每个通道的空气量大体上相等。

如通过各个实施例能够看出的，本公开提供用于冷却高压电池的系统， 其中，乘客舱的空气通过两个入口被吸入并平稳地混合，以确保冷却气流流 过全部电池单元。此外，根据本公开的系统和方法在电池壳体中产生平稳的 空气混合，从而降低噪声、振动和声振粗糙度。本公开提供一种系统，其中， 从车辆乘客舱的后部区域吸入冷却空气，使得气候受控制的乘客舱空气可用 于冷却，而不负面地影响乘客对气候控制的满意度。

尽管上文描述了示例性实施例，但是并非意味着这些实施例描述了本发 明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并 且应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可作出各种改变。 此外，可组合各种执行实施例的特征以形成本发明进一步的实施例。