[发明专利]具有连续且平行的流体流动的电动车辆电池

说明书

技术领域

本公开涉及控制在电动车辆中使用的电池的温度和压力差。

背景技术

由诸如锂离子电池的棱柱形电池单元组成的高电压电池组可以以阵列设置，阵列需要冷却以有效操作。电池组可以以多种方式布置，包括其中全部的棱柱形电池单元排列成相互平行的平行构造。平行的流体冷却布置具有公共入口室，该公共入口室将流体提供给每个电池单元并将流体提供到公共出口室中而不穿过其他电池单元。在平行布置中，全部的电池单元被均匀地冷却以将电池单元与电池单元的温差最小化。难以对平行布置进行封装，这是由于随着要求的电压增大，它们导致构造长度不断增加。另外，排气需求会使得平行设计难以实施。

在连续布置中，流体在流到出口室（out plenum）中之前从入口室（inletplenum）穿过多个电池单元或电池单元堆（bank）流动。由于电池单元可以放置成多列，所以可以更容易地封装连续布置。然而，流经一个电池单元的流体穿过连续布置的电池单元中的其他电池单元。该方法导致在整个顺序排列的列中的不均匀冷却和大的压降（pressure drop）。

半平行设计包括在多列构造中将一些电池单元平行布置而将一些电池单元连续布置的电池。最小列数是二，但即使这样的最小列数也会受到从一列到另一列的过度的列与列压降和电池单元与电池单元温度差的不利影响。

本公开解决了与电池单元布置相关的以上问题和局限性，并解决了如下总结的其他问题。

发明内容

提出传热流体的连续/平行绕流构造以解决整个电池组的压降和温差问题。传热流体可以为液态或气态。在多数电池组中，空气是传热介质，并且在本申请中针对的一些涉及对象是空气，然而，应该理解的是，根据本构思的原理可以应用其他传热流体。

在公开的系统中，一些流体流动穿过第一列棱柱形电池单元，而用于第二列电池单元的一些流体流动绕过第一列并与来自第一列的流动在室内混合。提供给第二列或后面列的流体是从第一列接收的流体和从绕流流体供给接收的流体的混合物。该布置在第一列和第二列之间提供了更均匀的温度分布。具有三列或更多列的电池组也可以并入所公开的构思。

棱柱形电池需要加热或冷却用于优选操作。如果电池太冷，则电池将不会有效地操作。如果电池太热，则会遇到与过热相关的问题。传热流体可以在电池内循环以使太冷的电池变热或冷却过热的电池。理想地，通过循环传热流体将多个棱柱形电池单元保持在为有效操作而被控制的等温温度。

通过连续/平行绕流方法，由于冷却电池组所需的流体流动不是全部穿过第一列，所以减小了压降。通过绕流通道进入内室的附加流体流动减小了列之间压降的程度。通过连续/平行构造减轻了通常与棱柱形电池单元的连续布置相关的压降。

根据本公开的一方面，提供了一种用于车辆的电池，该电池包括：第一列电池单元；第二列电池单元，与第一列电池单元平行；以及内室，在第一列电池单元和第二列电池单元之间。流体流动通道限定在每列电池单元中的电池单元之间，使得流体纵向连续地流过第一列电池单元、内室和第二列电池单元。附加流体流动从绕流通道穿过内室提供给第二列电池单元。

根据本公开的另一方面，电池包括限定第一流体流动通路的第一列分开的电池单元以及限定第二流体流动通路的第二列分开的电池单元。绕流流体流动通路绕过第一列电池单元，并被提供给限定在第一列电池单元和第二列电池单元之间的内室。可以改变绕流流体流动通路的横截面积来增大或减小流到内室中的绕流流体的体积。内室接收来自第一流体流动通路和绕流流体流动通路的流体，流体被提供给第二列电池单元。内室的体积是可以改变来控制第一流体流动通路中的流体与绕流流体流动通路中的流体的混合的设计参数。

根据本公开的又一方面，提供了一种用于电动车辆的电池系统，该电池系统包括相对于车辆横向地延伸的上游列的多个电池单元和相对于车辆横向地延伸的下游列的多个电池单元，在电池单元之间限定有空间。流体入口允许流体进入上游列电池单元之间的空间中。内室设置在上游列电池单元和下游列电池单元之间，接收来自上游列电池单元的流体并将流体提供给下游列电池单元。绕流流体流动通路设置在上游列电池单元的一侧上，使得来自绕流流体流动通路的流体不流过上游列电池单元之间的空间。绕流流体流动通路提供通过并进入内室的第二部分流体流动。阻挡件限制来自绕流流体流动通路的流体在下游列电池单元附近流动。第一部分流体流动和第二部分流体流动被引导流过限定在下游列电池单元中的电池单元之间的空间并到达出口。