用于牽引電池熱管理系統(tǒng)的蠕動泵的制作方法
【專利摘要】提供一種用于牽引電池熱管理系統(tǒng)的蠕動泵。還提供包括電池單體陣列、管系統(tǒng)和發(fā)射器的電池總成。管系統(tǒng)可以輸送用于與陣列熱連通的冷卻劑并且可以形成具有壁的通道，壁具有電介質(zhì)或磁性微粒。發(fā)射器的位置可以接近壁并且配置用于選擇性地輸出對微粒施加壓縮力的磁場、電場或電壓以調(diào)節(jié)通道的橫截面積來控制通過通道的冷卻劑的流動。通道可以是基于樹脂的柔性管。總成還可以包括傳感器和控制器。控制器可以配置用于基于來自傳感器的指示總成或系統(tǒng)的狀況的信號而啟用發(fā)射器。
【專利說明】
用于牽弓I電池熱管理系統(tǒng)的蠕動泵
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及用于車輛中使用的高壓電池的熱管理系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]車輛(比如電池電動車輛(BE V )、插電式混合動力電動車輛(PHE V )、輕度混合動力電動車輛(MHEV)或重度混合動力電動車輛(FHEV))包含用作車輛的能量源的能量存儲裝置(比如高壓(HV)電池)。服電池可以包括輔助管理車輛性能和運轉的部件和系統(tǒng)。HV電池可以包括在電池單體端子和互連器總線板(busbar)之間相互電連接的一個陣列或多個陣列的電池單體。HV電池及周圍的環(huán)境可以包括輔助管理HV電池部件、系統(tǒng)和單個電池單體的溫度的熱管理系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]—種車輛牽引電池總成包括電池單體陣列、管道系統(tǒng)和電磁體。管道系統(tǒng)輸送用于與陣列熱連通的冷卻劑并且形成具有包括磁性微粒的層的通道。電磁體的位置接近該層并且配置用于選擇性地輸出磁場以對磁性微粒施加力以調(diào)節(jié)通道的橫截面積來控制通過通道的冷卻劑的流動。通道可以是基于樹脂的柔性管并且層可以是至少部分地包圍管的網(wǎng)狀件。通道的位置可以與陣列相鄰并且與其熱連通?？偝蛇€可以包括傳感器和控制器。傳感器可以測量系統(tǒng)內(nèi)流動的冷卻劑的流率?？刂破骺梢耘c傳感器和電磁體電氣通信。控制器可以配置用于基于來自傳感器的指示流動狀況在預定流率范圍之外的信號而啟用電磁體以操縱至少一部分系統(tǒng)的冷卻劑流率。傳感器可以測量陣列的溫度。控制器可以配置用于基于來自傳感器的指示溫度在預定閾值之上的信號而啟用電磁體以操縱至少一部分系統(tǒng)的冷卻劑流率。電磁體可以設置在通道中的彎曲處以調(diào)節(jié)流過通道的冷卻劑的流率?？偝煽梢赃M一步包括與陣列熱連通并且具有輸入和輸出的導熱盤(thermal plate)。電磁體的位置可以與輸入相鄰并且配置用于調(diào)節(jié)流過輸出的冷卻劑的流率。
[0004]—種電池總成包括電池單體陣列、管道系統(tǒng)和發(fā)射器。管道系統(tǒng)輸送用于與陣列熱連通的冷卻劑并且形成具有壁的通道，壁具有電介質(zhì)微粒。發(fā)射器的位置接近壁并且配置用于選擇性地輸出電壓或電場以對該微粒施加介電性地驅動的壓縮力來調(diào)節(jié)通道的橫截面積來控制通過通道的冷卻劑的流動。通道可以是包括壓電材料的基于樹脂的柔性管。發(fā)射器可以輸出電壓以移動壓電材料。通道可以是包括具有電致收縮屬性的材料的基于樹脂的柔性管。發(fā)射器可以輸出電場來移動具有電致收縮屬性的材料?？偝蛇€可以包括傳感器和控制器。傳感器可以測量系統(tǒng)內(nèi)流動的冷卻劑的流率。控制器可以與傳感器和發(fā)射器電氣通信。控制器可以配置用于基于來自傳感器的指示流動狀況在預定流率范圍之外的信號而啟用發(fā)射器以操縱至少一部分系統(tǒng)的冷卻劑流率。傳感器可以測量陣列的溫度?？刂破骺梢耘渲糜糜诨趤碜詡鞲衅鞯闹甘緶囟仍陬A定閾值之上的信號而啟用發(fā)射器以操縱至少一部分系統(tǒng)的冷卻劑流率。發(fā)射器可以設置在通道中的彎曲處以調(diào)節(jié)流過通道的冷卻劑的流率?？刂破骺梢耘渲糜糜谠谛旭傃h(huán)(drive cycle)或車輛冷啟動期間基于電池單體的狀況控制發(fā)射器。
[0005]—種車輛包括牽引電池組、管道系統(tǒng)、發(fā)射器和控制系統(tǒng)。管系統(tǒng)提供用于冷卻劑進入和離開電池組的路徑并且包括管道。傳感器測量電池組和系統(tǒng)的狀況。發(fā)射器設置在管道處以形成蠕動栗。控制系統(tǒng)配置用于基于從傳感器接收的信號而啟用栗以調(diào)節(jié)一部分管道的橫截面積來影響流過管道的冷卻劑的流率。發(fā)射器可以是輸出磁場的電磁體。發(fā)射器可以是電壓發(fā)射器或磁場發(fā)射器。傳感器可以配置用于測量至少一部分系統(tǒng)的流率或牽引電池組的溫度?？刂破骺梢赃M一步配置用于選擇性地啟用發(fā)射器以輸出磁場或電場來促進與溫度超過閾值的牽引電池組的電池單體相鄰的這部分系統(tǒng)內(nèi)的冷卻劑的流動?？刂破骺梢赃M一步配置用于選擇性地啟用發(fā)射器以輸出磁場或電場來促進流率低于閾值的這部分系統(tǒng)內(nèi)的冷卻劑的流動。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通道包含包括具有電致收縮屬性的材料的基于樹脂的柔性管道，并且其中發(fā)射器輸出移動具有電致收縮屬性的材料的電場。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，進一步包含:測量所述系統(tǒng)內(nèi)流動的冷卻劑的流率的傳感器；以及控制器，控制器與傳感器和發(fā)射器電氣通信并且配置用于基于來自傳感器的指示流動狀況在預定流率范圍之外的信號而啟用發(fā)射器以操縱至少一部分系統(tǒng)的冷卻劑流率。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，進一步包含:測量陣列的溫度的傳感器；以及控制器，控制器與傳感器和發(fā)射器電氣通信并且配置用于基于來自傳感器的指示溫度在預定閾值之上的信號而啟用發(fā)射器以操縱至少一部分系統(tǒng)的冷卻劑流率。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，發(fā)射器設置在通道中的彎曲處以調(diào)節(jié)流動通過通道的冷卻劑的流率。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，進一步包含控制器，控制器電連接至發(fā)射器并且配置用于在車輛行駛循環(huán)或車輛冷啟動期間基于電池單體的狀況控制發(fā)射器。
【附圖說明】
[0011]圖1是說明電池電動車輛的示意圖；
[0012]圖2是用于牽引電池的一部分熱管理系統(tǒng)的示例的立體圖；
[0013]圖3是顯示為處于第一配置的蠕動栗總成的一部分的示例的立體圖；
[0014]圖4是圖3中的蠕動栗總成的一部分顯示為處于第二配置的立體圖；
[0015]圖5是顯示為處于第一配置的蠕動栗總成的一部分的示例的橫截面的說明性平面圖；
[0016]圖6是圖5中的蠕動栗總成的一部分顯示為處于第二配置的橫截面的說明性平面圖；
[0017]圖7是圖5中的蠕動栗總成的一部分顯示為處于第三配置的橫截面的說明性平面圖；
[0018]圖8是圖5中的蠕動栗總成的一部分顯示為處于第四配置的橫截面的說明性平面圖；
[0019]圖9是顯示為處于第一配置的蠕動栗總成的一部分的示例的立體圖；
[0020]圖10是圖9中的蠕動栗總成的一部分顯示為處于第二配置的立體圖；
[0021]圖11是顯示為處于第一配置的蠕動栗總成的一部分的示例的橫截面的說明性平面圖；
[0022]圖12是圖11中的蠕動栗總成的一部分顯示為處于第二配置的橫截面的說明性平面圖；
[0023]圖13是圖11中的蠕動栗總成的一部分顯示為處于第三配置的橫截面的說明性平面圖；
[0024]圖14是圖11中的蠕動栗總成的一部分顯示為處于第四配置的橫截面的說明性平面圖；
[0025]圖15是說明包括蠕動栗總成的牽引電池組的一部分熱管理系統(tǒng)的示意圖；
[0026]圖16是用于包括蠕動栗總成的牽引電池組的熱管理系統(tǒng)的冷卻通道的示例的說明性立體圖。
【具體實施方式】
[0027]本說明書描述了本發(fā)明的實施例。然而，應理解揭露的實施例僅為示例，其可以多種替代形式實施。附圖無需按比例繪制;可放大或縮小一些特征以顯示特定部件的細節(jié)。所以，此處揭露的具體結構和功能細節(jié)不應解釋為限定，而僅為教導本領域技術人員以多種形式實施本發(fā)明實施例的代表性基礎。本領域內(nèi)的技術人員應理解，參考任一【附圖說明】和描述的多個特征可以與一個或多個其它附圖中說明的特征組合以形成未明確說明或描述的實施例。說明的組合特征提供用于典型應用的代表實施例。然而，與本發(fā)明的教導一致的特征的多種組合和變型可以根據(jù)需要用于特定應用或實施。
[0028]圖1描述了插電式混合動力電動車輛(PHEV)的示例的示意圖。車輛12可以包含機械連接至混合動力傳動系統(tǒng)16的一個或更多個電機14。電機14能作為馬達或發(fā)電機運轉。此外，混合動力傳動系統(tǒng)16機械連接至發(fā)動機18?；旌蟿恿鲃酉到y(tǒng)16還機械連接至機械連接至車輪22的驅動軸20。當發(fā)動機18打開或關閉時電機14能提供推進和減速。電機14還可以用作發(fā)電機并且通過回收在摩擦制動系統(tǒng)中通常將作為熱量損失的能量而可以提供燃料經(jīng)濟性益處。由于在特定狀況下可以電動模式或混合動力模式運轉車輛12以減小車輛12的總體燃料消耗，電機14還可以提供減小的污染排放。
[0029]牽引電池或電池組24存儲并且提供電機14或車輛12的其它部件可以使用的能量。牽引電池24通常從牽引電池24內(nèi)的一個或更多個電池單體陣列(有時稱為電池單體堆)提供高壓直流(DC)輸出。高壓DC輸出還可以轉換為用于應用(比如車輛停止/啟動)的低壓DC輸出。電池單體陣列可以包括一個或更多個電池單體。牽引電池24可以通過一個或更多個接觸器(未顯示)電連接至一個或更多個電力電子(power electronic)模塊26。一個或更多個接觸器可以在打開時分離牽引電池24和其它部件并且在閉合時連接牽引電池24至其它部件。電力電子模塊26還電連接至電機14并且能在牽引電池24和電機14之間提供雙向傳輸電能。例如，典型的牽引電池24可以提供直流(DC)電壓而電機14可能需要三相交流(AC)電壓運轉。電力電子模塊26可以將DC電壓轉換為電機14需要的三相AC電壓。在再生模式中，電力電子模塊26可以將來自用作發(fā)電機的電機14的三相AC電流轉換為牽引電池24需要的DC電壓。本說明書中的描述同樣可以應用到純電動車輛或其它混合動力車輛。對于純電動車輛，混合動力傳動系統(tǒng)16可以是連接至電機14的變速箱并且可以沒有發(fā)動機18。
[0030]牽引電池24除了提供用于推進的能量之外，還可以提供用于其它車輛電氣系統(tǒng)的能量。典型的系統(tǒng)可以包括將牽引電池24的高壓DC輸出轉換為與其它車輛負載兼容的低壓DC供電的DC/DC轉換器模塊28。其它高壓負載(比如壓縮器和電加熱器)可以直接連接至高壓而不需要使用DC/DC轉換器模塊28。在典型的車輛中，低壓系統(tǒng)電連接至輔助電池30(例如12V電池)。
[0031]電池電子控制模塊(BECM)33可以與牽引電池24通信。BECM 33可以用作用于牽引電池24的控制器并且還可以包括管理每個電池單體的溫度和荷電狀態(tài)的電子監(jiān)視系統(tǒng)。牽引電池24可以具有溫度傳感器31，比如熱敏電阻或其它的溫度儀表。溫度傳感器31可以與BECM 33通信以提供關于牽引電池24的溫度數(shù)據(jù)。溫度傳感器31還可以位于牽引電池24內(nèi)電池單體上或附近。還可以預想可以使用一個以上的溫度傳感器31監(jiān)視電池單體的溫度。
[0032]例如，車輛12可以是通過外部電源36再充電牽引電池24的電動車輛，比如PHEV、FHEV、MHEV或BEV。外部電源36可以是至電源插座的連接。外部電源36可以電連接至電動車輛供電設備(EVSE)SSt3EVSE 38可以提供調(diào)整和管理電源36和車輛12之間的電能傳輸?shù)碾娐泛涂刂?。外部電?6可以提供DC或AC電功率至EVSE 380EVSE 38可以具有用于插進車輛12的充電端口 34的充電連接器40。充電端口 34可以是配置用于從EVSE 38傳輸電力至車輛12的任何類型的端口。充電端口34可以電連接至充電器或車載電力轉換模塊32。電力轉換模塊32可以調(diào)節(jié)從EVSE 38提供的電力以提供至牽引電池24的適合的電壓和電流水平。電力轉換模塊32可以與EVSE 38交互以協(xié)調(diào)至車輛12的電力輸送。EVSE連接器40可以具有與充電端口 34的對應插孔(recess)匹配的針頭。
[0033]討論的多個部件可以具有控制和監(jiān)視部件的運轉的一個或更多個關聯(lián)的控制器?？刂破骺梢越?jīng)由串聯(lián)總線(例如控制器局域網(wǎng)(CAN))或經(jīng)由分離的導線來通信。
[0034]電池單體(比如方形電池)可以包括將存儲的化學能轉換為電能的電化學電池。方形電池可以包括殼體、正極(陰極)和負極(陽極)。電解質(zhì)可以允許離子在放電期間在陽極和陰極之間移動并且隨后在再充電期間返回。電極可以允許電流流出單體用于車輛的使用。當以具有多個電池單體的陣列設置時，每個電池單體的電極可以與彼此相鄰的相反電極(正極和負極)對齊并且總線板可以輔助多個電池單體之間便于串聯(lián)連接。還可以并聯(lián)設置電池單體使得類似的電極(正極和正極或者負極和負極)彼此相鄰。例如，兩個電池單體可以設置為正極彼此相鄰，而隨后的兩個單體可以設置成負極彼此相鄰。在該示例中，總線板可以接觸所有四個單體的電極。可以使用液體熱管理系統(tǒng)、空氣熱管理系統(tǒng)或本技術領域已知的其它方法加熱和/或冷卻牽引電池24。
[0035]可以使用液體熱管理系統(tǒng)、空氣熱管理系統(tǒng)或本技術領域已知的其它方法加熱和/或冷卻牽引電池24。在液體熱管理系統(tǒng)的一個示例中并且現(xiàn)在參考圖2，牽引電池24可以包括顯示為通過熱管理系統(tǒng)來加熱和/或冷卻的導熱盤90所支持的電池單體陣列88。電池單體陣列88可以包括彼此相鄰設置的多個電池單體92和結構支持部件。DC/DC轉換器模塊28和/SBECM 33在特定工況下也可能需要冷卻和/或加熱。導熱盤91可以支持DC/DC轉換器模塊28和BECM 33并且輔助其熱管理。例如，DC/DC轉換器模塊28在電壓轉換期間可能產(chǎn)生可能需要驅散的熱量?？商娲?，導熱盤90和91可以彼此流體連通以共享共用的流體輸入端口和共用的輸出端口。
[0036]在一個示例中，電池單體陣列88可以安裝至導熱盤90使得每個電池單體92的僅一個表面與導熱盤90接觸。在車輛運轉期間導熱盤90和單個電池單體92可以在彼此之間傳輸熱量以輔助管理電池單體92的熱調(diào)整(thermal condit1ning)。一致的導熱流體分配和高的傳熱能力是兩個導熱盤90用于提供電池單體陣列88內(nèi)電池單體92和周圍的其它部件的有效熱管理的考慮。由于導熱盤90和導熱流體之間經(jīng)由傳導和對流傳熱，導熱流體流場的表面積對于有效傳熱(去除熱量以及較冷溫度時加熱電池單體92兩者)很重要。例如，充電和放電電池單體產(chǎn)生如果不去除則可能消極地影響電池單體陣列88的性能和壽命的熱量?？商娲?，當電池單體陣列經(jīng)歷較冷的溫度時導熱盤90也可以提供熱量至電池單體陣列
88 ο
[0037]導熱盤90可以包括通過導熱盤90分配導熱流體的一個或多個通道93和/或腔。例如，導熱盤90可以包括可以與通道93連通用于提供和循環(huán)導熱流體的輸入端口 94和輸出端口 96。輸入端口 94和輸出端口 96相對于電池單體陣列88的定位可以變化。例如并且如圖2顯示的，輸入端口 94和輸出端口 96可以相對于電池單體陣列88設置在中央。輸入端口 94和輸出端口 96也可以設置在電池單體陣列88的側面。可替代地，導熱盤90可以形成與輸入端口94和輸出端口 96連通的用于提供且循環(huán)導熱流體的腔(未顯示)。導熱盤91可以包括輸送和去除導熱流體的輸入端口 95和輸出端口 97?？蛇x地，可以分別在電池單體陣列88和/SDC/DC轉換器模塊28和BECM 33下面的導熱盤90和/或91應用一層熱界面(thermal interface)材料(未顯示)。該層熱界面材料可以通過在電池單體92和導熱盤90之間填充例如空隙和/或空氣間隙來改善電池單體陣列88和導熱盤90之間的傳熱。熱界面材料還可以提供電池單體陣列88和導熱盤90之間的電絕緣。電池托盤98可以支持導熱盤90、導熱盤91、電池單體陣列88和其它部件。電池托盤98可以包括容納導熱盤的一個或多個凹陷。
[0038]不同的電池組配置可以用于處理包括封裝約束和功率要求的個體車輛變量。電池單體陣列88可以包含在蓋或殼體(未顯示)內(nèi)以保護和圍住電池單體陣列88和周圍的其它部件，比如DC/DC轉換器模塊28和BECM 33。例如，電池單體陣列88可以位于包括車輛的前排座椅下面、后排座椅下面或后排座椅后面的多個不同位置。然而，可以預想電池單體陣列88可以位于車輛12中任何適當?shù)奈恢谩?br>[0039]HV電池系統(tǒng)的運轉從HV電池系統(tǒng)內(nèi)電池單體的一致溫度狀況受益。液體冷卻系統(tǒng)通常通過一個栗使用閉合回路栗送冷卻劑通過該系統(tǒng)。隨著冷卻劑流過該系統(tǒng)并且從電池單體汲取熱量，冷卻劑聚集熱量并且可以創(chuàng)建系統(tǒng)的多個梯度的溫度。此外，由于系統(tǒng)內(nèi)冷卻劑路徑的還可能影響溫度梯度的多個彎曲和/或不規(guī)則形狀，冷卻劑流動模式可能受到干擾。由于通電車輛在運轉期間電池單體的不同溫度，HV電池系統(tǒng)的電池單體可能壽命不同。壽命差異可能導致HV電池系統(tǒng)和通電車輛的性能劣化。
[0040]蠕動栗是HV電池系統(tǒng)可以使用以影響系統(tǒng)內(nèi)冷卻劑的流動來輔助管理其熱狀況并且遏制性能劣化的正排量栗的示例。例如，蠕動栗可以基于交替管或軟管的壓縮和放松來移動其中的流體。在機械驅動的蠕動栗的一個示例中，滾輪可以旋轉并且沿管或軟管的長度移動以壓縮沿長度的部分。在另一個示例中，具有凸輪的轉子可以位于管或軟管的彎曲處。隨著轉子旋轉，受到凸輪的沖擊的這部分管或軟管被壓縮并且可以被擠壓關閉。凸輪經(jīng)過之后隨著管或軟管返回至它的自然狀態(tài)，流體被引導移動通過系統(tǒng)。這個過程可以稱為蠕動。
[0041]圖3和圖4顯示了蠕動栗總成的一部分的示例，其中可以使用磁場輸出驅動用于HV電池系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)的冷卻通道(此處整體上稱為冷卻通道200)的蠕動。冷卻通道200可以具有多種形式和形狀，比如管狀形狀。冷卻通道200在圖3中顯示為處于第一配置或自然狀態(tài)而冷卻通道200的一部分在圖4中顯示為處于第二位置或壓縮狀態(tài)。冷卻通道200可以是輸送用于與電池單體陣列熱連通的冷卻劑的管系統(tǒng)的部件并且可以形成用于冷卻劑的流動路徑。蠕動栗總成適于使用的冷卻劑的示例包括乙二醇、水、礦物油和合成油。冷卻通道200可以包括易于機械致動的微粒，比如磁性微粒。微?？梢员椴挤稚?、分散在冷卻通道200的選擇的部分或者包括在固定至冷卻通道200的部件中。
[0042]例如，冷卻通道200可以包括層204。層204可以是可以包含基于樹脂的柔性材料(比如聚丙烯)的柔性層。在該示例中，具有磁性微粒的網(wǎng)狀件210可以至少部分地包圍或覆蓋冷卻通道200的至少一部分。具有可以適用于網(wǎng)狀件210的磁性微粒的材料的示例包括磁性鋼和磁鐵。蠕動栗總成可以包括位于冷卻通道200附近輸出磁場的一個或多個電磁體。例如，一對電磁體220可以設置為接近冷卻通道200并且使得來自電磁體220的磁場輸出可以影響網(wǎng)狀件210的磁性微粒。電磁體220可以設置在冷卻通道200的一側或者以適合特定封裝約束的其它配置設置。控制器(未顯示)可以與電磁體220電氣通信并且可以配置為控制其運轉。
[0043]例如，圖3中電磁體220顯示為停用并且冷卻通道200處于自然狀態(tài)。圖4中電磁體220啟用并且發(fā)射磁場以對網(wǎng)狀件210中的磁性微粒施加力(通過箭頭表示)。來自電磁體220的磁場影響磁性微粒以移動和壓縮柔性層204以調(diào)節(jié)通過冷卻通道200形成的冷卻劑流動路徑的橫截面積。從而可以通過電磁體220的啟用和停用的多個序列來控制流過冷卻通道200的冷卻劑的流率。
[0044]控制器還可以配置為與一個或更多個傳感器一起運轉。蠕動栗系統(tǒng)可以包括溫度傳感器(未顯示)和/或流率傳感器(未顯示)。控制器可以與傳感器電氣通信以響應于例如一個或更多個電池單體的溫度或冷卻劑流率在預定閾值之外而基于來自傳感器的信號啟用電磁體200中的一個或兩個以適當?shù)卣{(diào)節(jié)冷卻劑的流率。
[0045]在冷卻劑通道200中加入這種類型的蠕動栗送移動還可以提供涉及冷卻劑流動的額外控制選擇。例如，具有可移動壁的冷卻劑通道的分配系統(tǒng)可以通過在管系統(tǒng)的不同位置局部地且動態(tài)地操縱冷卻劑流動來影響冷卻劑移動。可移動的壁可以位于幾何形狀負面地影響冷卻劑流動的這部分冷卻劑流動路徑處，比如冷卻通道中的彎曲或拐角處。
[0046]圖5到圖8顯示蠕動栗總成的一部分的另一個示例，其中可以使用磁場輸出驅動用于HV電池系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)的冷卻通道(此處整體上稱為冷卻通道300)的蠕動。在該示例中，冷卻通道300顯示為設置在第一組電磁體320、第二組電磁體324和第三組電磁體328之間。冷卻通道300可以具有多種形式和形狀，比如管狀形狀。冷卻通道300在圖5中顯示為處于第一配置或自然狀態(tài)。冷卻通道300的一部分在圖6到圖8中顯示為處于壓縮狀態(tài)。冷卻通道300可以是輸送用于與電池單體陣列熱連通的冷卻劑的管系統(tǒng)的部件并且可以形成用于冷卻劑的流動路徑。蠕動栗總成適于使用的冷卻劑的示例包括乙二醇、水、礦物油和合成油。冷卻通道300可以包括遍布分散在層304中的、分散在冷卻通道300的選擇的部分或者包括在固定至冷卻通道300的部件中的磁性微粒。層304可以是可以包含基于樹脂的柔性材料(比如聚丙烯)的柔性層。圖5到圖8中層304包括的磁性微粒通過X表示，然而可以預想磁性微粒的多個配置。具有可以適用于層304的磁性微粒的材料的示例包括磁性鋼和磁鐵。
[0047]這幾組電磁體可以控制的序列運轉以在冷卻通道300的不同部分處施加磁場。控制器(未顯示)可以與這幾組電磁體電氣通信并且可以配置用于控制其運轉?？刂破骺梢孕蛄械貑⒂眠@幾組電磁體以實施其中冷卻通道300的橫截面積沿冷卻通道300的長度或部分壓縮和膨脹的蠕動栗送移動。
[0048]例如，在圖5中第一組電磁體320、第二組電磁體324和第三組電磁體328顯示為停用并且冷卻通道300顯示為處于正常狀態(tài)。尺寸331代表跨越處于自然狀態(tài)的冷卻通道300的長度并且可以代表冷卻通道300是圓柱形管形狀的配置的冷卻通道300的直徑。在圖6中，第一組電磁體320顯示為啟用并且由于磁場向經(jīng)受磁場的磁體微粒施加力(通過箭頭表示)使得冷卻通道300接近第一組電磁體320的部分顯示為被壓縮。尺寸333代表跨越冷卻通通道300壓縮部分的長度。尺寸333可以代表冷卻通道是圓柱形管形狀的配置的冷卻通道300的直徑。尺寸333小于尺寸331。這樣，來自電磁體320的磁場影響磁性微粒以移動和壓縮柔性層304以調(diào)節(jié)冷卻通道300形成的冷卻劑路徑的橫截面積。
[0049]在圖7中，第二組電磁體324顯示為啟用并且由于磁場向經(jīng)受磁場的磁性微粒施加力使得冷卻通道300接近第二組電磁體324的部分顯示為被壓縮。在圖8中，第三組電磁體328顯示為啟用并且由于磁場向經(jīng)受磁場的磁性微粒施加力使得冷卻通道300接近第三組電磁體328的部分顯示為被壓縮。這幾組電磁體的后續(xù)啟用壓縮并且隨后釋放冷卻通道300的部分以促進沿冷卻通道300的蠕動。從而可以通過啟用和停用這幾組電磁體的多個序列來控制流過冷卻通道300的冷卻劑的流率。
[0050]控制器還可以配置用于運轉一個或多個傳感器。蠕動栗系統(tǒng)可以包括傳感器350。傳感器350可以是流率傳感器。在另一個示例中，電池單體可以設置監(jiān)視其溫度狀況的溫度傳感器(未顯示)?？刂破骺梢耘c傳感器350電氣通信以基于從其接收的信號選擇性地啟用這幾組電磁體。響應于接受的信號，控制器可以通過控制這幾組電磁體的運轉而適當?shù)卣{(diào)節(jié)冷卻通道300內(nèi)冷卻劑的流率。
[0051 ]圖9和圖10顯示蠕動栗總成的一部分的示例，其中可以使用磁場輸出驅動用于HV電池系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)的具有電致收縮材料的冷卻通道(此處整體上稱為冷卻通道400)的蠕動。冷卻通道400可以具有多種形式和形狀，比如管狀形狀。在圖9中冷卻通道400顯示為處于第一配置或自然狀態(tài)而在圖10中冷卻通道400的一部分顯示為處于第二位置或壓縮狀態(tài)。冷卻通道400可以是輸送用于與電池單體陣列熱連通的冷卻劑的管系統(tǒng)的部件并且可以形成用于冷卻劑的流動路徑。蠕動栗總成適于使用的冷卻劑的示例包括乙二醇、水、礦物油和合成油。冷卻通道400可以包括遍布分散在冷卻通道400中的、分散在冷卻通道400的選擇的部分或者包括在固定至冷卻通道400的部件中的電介質(zhì)微粒。適用的電致收縮材料的示例包括銀鎂酸鉛。
[0052]例如，冷卻通道400可以包括層404。層404可以是可以包含基于樹脂的柔性材料(比如聚丙烯)的柔性層。蠕動栗總成可以包括位于冷卻通道400附近輸出電場的一個或多個發(fā)射器(比如電場發(fā)射器)。例如，一對發(fā)射器420可以設置為接近冷卻通道400并且使得來自發(fā)射器420的電場可以影響層404的電介質(zhì)微粒。發(fā)射器420可以設置在冷卻通道400的一側或者以適合特定封裝約束的其它配置設置?？刂破?未顯示)可以與發(fā)射器420電氣通信并且可以配置為控制其運轉。
[0053]例如，圖9中發(fā)射器420顯示為停用并且冷卻通道400處于自然狀態(tài)。圖10中發(fā)射器420顯示為啟用并且從而發(fā)射電場以向層404中的電致收縮材料施加力(通過箭頭表示)。來自發(fā)射器420的電場影響電致收縮材料以移動和壓縮柔性層404以調(diào)節(jié)通過冷卻通道400形成的冷卻劑流動路徑的橫截面積。從而可以通過發(fā)射器420的啟用和停用的多個序列來控制流過冷卻通道400的冷卻劑的流率。
[0054]控制器還可以配置用于與一個或更多個傳感器一起運轉。蠕動栗系統(tǒng)可以包括溫度傳感器(未顯示)和/或流率傳感器(未顯示)?？刂破骺梢耘c傳感器電氣通信以基于來自傳感器的信號啟用發(fā)射器420中的一者或兩者以響應于例如一個或更多個電池單體的溫度或冷卻劑流率在預定閾值之外而適當?shù)卣{(diào)節(jié)冷卻劑的流率。
[0055]在冷卻劑通道400中加入這種類型的蠕動栗送移動還可以提供涉及冷卻劑流動的額外控制選擇。例如，具有可移動壁的冷卻劑通道的分配系統(tǒng)可以通過在管系統(tǒng)的不同位置局部地且動態(tài)地操縱冷卻劑流動來影響冷卻劑移動。可移動的壁可以位于幾何形狀負面地影響冷卻劑流動的這部分冷卻劑流動路徑處，比如冷卻通道中的彎曲或拐角處。
[0056]圖11到圖14顯示蠕動栗總成的一部分的另一個示例，其中可以使用電壓輸出驅動用于HV電池系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)的具有壓電材料的冷卻通道(此處整體上稱為冷卻通道500)的蠕動。在該示例中，冷卻通道500顯示為設置在第一組發(fā)射器520、第二組發(fā)射器524和第三組發(fā)射器528之間。冷卻通道500可以具有多種形式和形狀，比如管狀形狀。在圖11中冷卻通道500顯示為處于第一配置或自然狀態(tài)。在圖12到圖14中冷卻通道500的一部分顯示為處于壓縮狀態(tài)。冷卻通道500可以是輸送用于與電池單體陣列熱連通的冷卻劑的管系統(tǒng)的部件并且可以形成用于冷卻劑的流動路徑。蠕動栗總成適于使用的冷卻劑的示例包括乙二醇、水、礦物油和合成油。層504可以是可以包含基于樹脂的柔性材料(比如聚丙烯)的柔性層。適用于冷卻通道500的壓電材料的示例包括石英、鋯鈦酸鉛和鈦酸鋇。
[0057]這幾組發(fā)射器可以控制的序列運轉以在冷卻通道500的不同部分處施加電壓?？刂破?未顯示)可以與這幾組發(fā)射器電氣通信并且可以配置用于控制其運轉?？刂破骺梢孕蛄袉⒂眠@幾組發(fā)射器以實施其中冷卻通道500的橫截面積沿冷卻通道500的長度或部分壓縮和膨脹的蠕動栗送移動。
[0058]例如，在圖11中第一組發(fā)射器520、第二組發(fā)射器524和第三組發(fā)射器528顯示為停用并且冷卻通道500顯示為處于正常狀態(tài)。尺寸531代表跨越處于自然狀態(tài)的冷卻通道500的長度并且可以代表冷卻通道500是圓柱形管形狀的配置的冷卻通道500的直徑。在圖12中，第一組發(fā)射器520顯示為啟用并且由于電壓向經(jīng)受電壓的電解質(zhì)微粒施加力(通過箭頭表示)使得冷卻通道500接近第一組發(fā)射器520的部分顯示為被壓縮。尺寸533代表跨越冷卻通通道500壓縮部分的長度。尺寸533可以代表冷卻通道是圓柱形管形狀的配置的冷卻通道500的直徑。這樣，來自發(fā)射器520的電壓影響壓電材料以移動和壓縮柔性層504以調(diào)節(jié)冷卻通道500形成的冷卻劑路徑的橫截面積。
[0059]在圖13中，第二組發(fā)射器524顯示為啟用并且由于電壓向經(jīng)受電壓的壓電材料施加力使得冷卻通道500接近第二組發(fā)射器524的部分顯示為被壓縮。在圖14中，第三組發(fā)射器528顯示為啟用并且由于電壓向經(jīng)受電壓的壓電材料施加力使得冷卻通道500接近第三組發(fā)射器528的部分顯示為被壓縮。這幾組發(fā)射器的連續(xù)啟用壓縮并且隨后釋放冷卻通道500的部分以促進沿冷卻通道500的蠕動。從而可以通過啟用和停用這幾組發(fā)射器的多個序列來控制流過冷卻通道500的冷卻劑的流率。
[0060] 控制器還可以配置與一個或更多個傳感器一起運轉。蠕動栗系統(tǒng)可以包括傳感器550。傳感器550可以是流率傳感器。在另一個示例中，電池單體可以設置監(jiān)視其溫度狀況的溫度傳感器(未顯示)?？刂破骺梢耘c傳感器550電氣通信以基于從其接收的信號選擇性地啟用這幾組電發(fā)射器。響應于接受的信號，控制器可以通過控制這幾組發(fā)射器的運轉而適當?shù)卣{(diào)節(jié)冷卻通道500內(nèi)冷卻劑的流率。
[0061 ]圖15和圖16顯示蠕動栗總成可以在HV電池系統(tǒng)內(nèi)運轉的位置的示例。圖15顯示此處整體上稱為系統(tǒng)600的HV電池系統(tǒng)的一部分的示例。系統(tǒng)600可以包括電池組602、蠕動栗總成604、輸入冷卻通道606、輸出冷卻通道608和栗610。蠕動栗總成604可以補充栗610的運轉或者可以取代栗610的使用。例如，蠕動栗總成604可以設置在輸入冷卻通道606上并且與電池組602相鄰以調(diào)節(jié)流動至輸出冷卻通道608的冷卻劑的流率。例如，婦動栗總成604可以增加流過電池組602的冷卻劑的流率以輔助冷卻可能高于預定溫度閾值的電池組602的電池單體。
[0062]圖16顯示可以與HV電池系統(tǒng)一起運轉的蠕動栗總成的示例，此處整體上稱為蠕動栗總成630。蠕動栗總成630可以設置在導熱盤634內(nèi)并且設置在冷卻通道636上。在該示例中，蠕動栗總成630位于冷卻通道636的彎曲處。管系統(tǒng)的彎曲可能干擾冷卻劑的流率。運轉彎曲處的蠕動栗總成630可以通過調(diào)節(jié)流過冷卻通道636的彎曲處的冷卻劑的流率來最小化或者消除由彎曲導致的流率干擾。雖然冷卻通道636的彎曲在該示例中顯示為U形，可以預想蠕動栗630可以設置在HV電池系統(tǒng)的管系統(tǒng)內(nèi)的各種類型的彎曲、曲面或其它這樣的彎曲處。
[0063]本發(fā)明的上述系統(tǒng)和栗總成還可以在車輛運轉、行駛循環(huán)和冷機起動運轉期間通過基于測量的狀況來選擇性地啟用系統(tǒng)或栗總成以補償溫度或流動波動而改善電池組熱管理。當車輛關閉時上述系統(tǒng)和總成還可以在充電運轉期間使用用于系統(tǒng)或栗總成的充電站的電力來改善電池組熱管理。
[0064]雖然上文描述了多個實施例，但是并不意味著這些實施例描述了權利要求包含的所有可能的形式。說明書中使用的詞語為描述性詞語而非限定，并且應理解不脫離本發(fā)明的精神和范圍可以作出各種改變。如上所述，可以組合多個實施例的特征以形成本發(fā)明沒有明確描述或說明的進一步的實施例。盡管多個實施例就一個或多個期望特性來說可能已經(jīng)被描述為提供優(yōu)點或相較于其他實施例或現(xiàn)有技術應用更為優(yōu)選，本領域技術人員應該認識到，取決于具體應用和實施，為了達到期望的整體系統(tǒng)屬性可以對一個或多個特征或特性妥協(xié)。這些屬性可包括但不限于:可銷售性、外觀、一致性、強度、消費者可接受性、可靠度、精度等。因此，在一個或多個特性上相對于其他實施例或現(xiàn)有技術應用描述為不令人滿意的實施例也未超出本發(fā)明的范圍，并且這些實施例可以滿足特定應用。
【主權項】
1.一種牽引電池總成，包含: 電池單體陣列； 管系統(tǒng)，所述管系統(tǒng)輸送用于與所述陣列熱連通的冷卻劑并且形成具有包括磁性微粒的層的通道；以及 電磁體，所述電磁體的位置接近所述層并且配置用于選擇性地輸出磁場以對所述磁性微粒施加力以調(diào)節(jié)所述通道的橫截面積以控制通過所述通道的所述冷卻劑的流動。2.根據(jù)權利要求1所述的牽引電池總成，其中，所述通道包含基于樹脂的柔性管并且所述層是至少部分地包圍所述管的網(wǎng)狀件。3.根據(jù)權利要求1所述的牽引電池總成，其中，所述通道的位置與所述陣列相鄰并且與所述陣列熱連通。4.根據(jù)權利要求1所述的牽引電池總成，進一步包含: 測量所述系統(tǒng)內(nèi)流動的冷卻劑的流率的傳感器；以及 控制器，所述控制器與所述傳感器和所述電磁體電氣通信并且配置用于基于來自所述傳感器的指示流動狀況在預定流率范圍之外的信號而啟用所述電磁體以操縱至少一部分所述系統(tǒng)的冷卻劑流率。5.根據(jù)權利要求1所述的牽引電池總成，進一步包含: 測量所述陣列的溫度的傳感器；以及 控制器，所述控制器與所述傳感器和所述電磁體電氣通信并且配置用于基于來自所述傳感器的指示溫度在預定閾值之上的信號而啟用所述電磁體以操縱至少一部分所述系統(tǒng)的冷卻劑流率。6.根據(jù)權利要求1所述的牽引電池總成，其中，所述電磁體設置在所述通道中的彎曲處以調(diào)節(jié)流過所述通道的冷卻劑的流率。7.根據(jù)權利要求1所述的牽引電池總成，進一步包含與所述陣列熱連通且具有輸入和輸出的導熱盤，其中所述電磁體的位置與所述輸入相鄰并且配置用于調(diào)節(jié)流過所述輸出的冷卻劑的流率。8.一種電池總成，包含: 電池單體陣列； 輸送用于與所述陣列熱連通的冷卻劑的并且形成具有壁的通道的管系統(tǒng)，所述壁具有電介質(zhì)微粒;以及 發(fā)射器，所述發(fā)射器的位置接近所述壁并且配置用于選擇性地輸出電壓或電場以對所述微粒施加介電性地驅動的壓縮力以調(diào)節(jié)所述通道的橫截面積以控制通過所述通道的所述冷卻劑的流動。9.根據(jù)權利要求8所述的電池總成，其中，所述通道包含包括壓電材料的基于樹脂的柔性管，并且其中所述發(fā)射器輸出移動所述壓電材料的電壓。10.—種車輛，包含: 牽引電池組； 提供用于冷卻劑進入和離開所述電池組的路徑并且包括管的管系統(tǒng)； 測量所述電池組和系統(tǒng)的狀況的傳感器； 設置在所述管上以形成蠕動栗的發(fā)射器；以及 控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)配置用于基于從所述傳感器接收的信號而啟用所述栗以調(diào)節(jié)一部分所述管的橫截面積以影響流過所述管的冷卻劑的流率。
【文檔編號】H01M10/613GK106058332SQ201610224909
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月12日 公開號201610224909.4, CN 106058332 A, CN 106058332A, CN 201610224909, CN-A-106058332, CN106058332 A, CN106058332A, CN201610224909, CN201610224909.4
【發(fā)明人】阿爾瓦羅·瑪西亞, 布萊恩·約瑟夫·羅伯特
【申請人】福特全球技術公司