發熱件的冷卻結構的制作方法

專利名稱：發熱件的冷卻結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種冷卻結構，其有效并且共同地冷卻多個發熱件。
背景技術：
在日本專利JP-A-2002-84604所描述的電動車輛的電池系統中，電池的冷卻風扇被設置用于冷卻電力器件和電子控制單元。具體來說，該冷卻風扇設置在用于冷卻電池的冷卻空氣通道內，電檢測器以及電子控制單元也設置在冷卻空氣通道內，有待于被冷卻風扇吹來的空氣冷卻。在此，設置電檢測器是用于檢測電池充/放電流，而電子控制單元具有微型機算計，用于計算電池剩余容量。
但是，在該電池系統中，諸如電池、電力器件、以及電子控制單元等設備只是簡單地全部位于冷卻空氣通道內。這種情況下，上述設備和冷卻空氣之間的熱傳導面積小。因此，單位體積的冷卻性能降低。此外，各個尺寸不同的設備被簡單地設置在冷卻空氣通道內，致使電池系統的尺寸增大。

發明內容
考慮到上述問題，本發明的一個目的是提供一種冷卻結構，其結構緊湊，同時能夠共同地且高效地冷卻多個發熱件。
本發明的另一目的是提供一種冷卻結構，其通過使用流體有效地冷卻在低于第一控制溫度的溫度下運行的第一發熱件以及在低于第二控制溫度的溫度下運行的第二發熱件，該第二控制溫度低于第一控制溫度。
根據本發明的一個方面，該冷卻結構包括多個發熱件，每個發熱件為板狀，且該多個發熱件沿板厚方向布置，其間具有用于形成流體通道的預定間隔，每個流體通道設置在相鄰的發熱件之間。此外，所設置的流體通道用于使冷卻發熱件的流體通過。
由于每個發熱件為板狀，因此發熱件單位體積的熱傳導面積可以做得更大。此外，由于發熱件被布置成相鄰發熱件之間具有流體通道，因此可以在緊湊的空間內有效地設置發熱件和流體通道。結果，該發熱件可以被有效并且共同地冷卻。
根據本發明的另一方面，冷卻結構包括多個發熱件，每個發熱件為板狀；以及多個換熱板件，其被設置成具有容納發熱件的多個容納空間；以及流體經過的多個流體通道。在該冷卻結構中，發熱件位于容納空間內，被通過換熱板件從每個發熱件的兩側流經流體通道的流體冷卻。因此，每個發熱件可以通過換熱板件被有效地冷卻。
例如，當發熱件為電力構件時，可以在相鄰的兩個發熱件和換熱板件之間插入電絕緣件。此外，可以設置彈簧件，用來沿著使發熱件和換熱板件彼此壓緊接觸的方向產生壓緊力。
在冷卻結構中，可以用單個箱體容納發熱件，由此形成單個單元。此外，可以將發熱件設置成具有至少第一和第二不同的發熱件，它們具有大致相同的板表面。
可選地，發熱件至少包括第一發熱件和第二發熱件，第一發熱件在低于第一控制溫度的條件下運行，第二發熱件在低于第二控制溫度的條件下運行，該第二控制溫度高于第一控制溫度。在此情況下，可以在第一發熱件和第二發熱件之間設置絕熱件，用來代替一個發熱件。此外，可以將第二發熱件沿流體流動方向設置在第一發熱件的下游。在此情況下，可以同時有效地冷卻第一和第二發熱件。
此外，發熱件可以包括多個第一發熱件和多個第二發熱件，第一發熱件在低于第一控制溫度的條件下運行，第二發熱件在低于第二控制溫度的條件下運行，該第二控制溫度高于第一控制溫度。這樣，第一發熱件之間的流體通道的數量可以多于第二發熱件之間的流體通道的數量。另外，可以設置流速調節裝置，用來設置第二發熱件之間的流體通道內的流體流速使該流體流速高于第一發熱件之間的流體通道內的流體流速。或者，可以將第二發熱件之間的流體通道的總通道截面積設置成小于第一發熱件之間的流體通道的總通道截面積。由此，第一和第二發熱件二者都可以被有效地冷卻。
在該冷卻結構中，第一發熱件可以是電池元件，第二發熱件可以是DC電壓轉換器，流體可以是水或者空氣。例如，該冷卻結構可以設置成具有至少一個位于水回路內的散熱器，用于通過與空氣的熱交換來冷卻流入流體通道的水，以及具有水—制冷劑換熱器，用于通過與制冷循環內的制冷劑進行熱交換來冷卻流入流體通道的水。
可以將具有容納發熱件的殼體的單元設置在車輛座位之下，或者可以設置散熱器，利用來自流體通道內的水作為熱源加熱車輛座椅。
此外，可以設置通道開關裝置，用來開關流體通道，使得被第一發熱件和第二發熱件加熱到預定溫度的水流入發動機冷卻水回路C，用以冷卻車輛發動機。或者，可以設置通道開關裝置，用來開關流體通道，使得被第二發熱件加熱的水直接返回至第一發熱件。


通過以下參照附圖對本發明優選實施例的說明，本發明的上述以及其他的目的、特征以及優點將是顯而易見的。附圖中圖1是表示根據本發明第一實施例的整個系統的示意圖；圖2是表示第一實施例中用于冷卻發熱件的冷卻單元的換熱部的一部分的剖視圖；圖3是表示第一實施例的冷卻單元的安裝結構的示意圖；圖4是表示本發明第二實施例中用于冷卻發熱件的冷卻單元的換熱部的剖視圖；圖5是表示本發明第三實施例中用于冷卻發熱件的冷卻單元的換熱部的剖視圖；圖6是表示本發明第四實施例中用于冷卻發熱件的冷卻單元的換熱部的剖視圖；圖7A是表示本發明第五實施例中換熱部的一部分的剖視圖；圖7B是表示第五實施例中換熱部的一部分的剖視圖；圖8是表示本發明第六實施例中用于冷卻發熱件的冷卻單元的示意圖；
圖9是表示本發明第七實施例中用于冷卻發熱件的冷卻單元的冷卻水回路的示意圖；圖10是表示本發明第八實施例中用于冷卻發熱件的冷卻單元的冷卻水回路的示意圖；圖11是表示本發明第九實施例中用于冷卻發熱件的冷卻單元的冷卻水回路的示意圖；圖12是表示本發明第十實施例中用于冷卻發熱件的冷卻單元的冷卻水回路的示意圖；圖13是表示本發明第十一實施例中用于冷卻發熱件的冷卻單元的冷卻水回路的示意圖；圖14是表示本發明第十二實施例中用于冷卻發熱件的冷卻單元的冷卻水回路的示意圖；圖15是表示本發明第十三實施例中用于冷卻發熱件的冷卻單元的冷卻水回路的示意圖；圖16是表示本發明第十四實施例中用于冷卻發熱件的冷卻單元的安裝結構的示意圖；圖17是表示本發明第十五實施例的整個系統的示意圖；圖18是表示本發明第十六實施例中用于冷卻發熱件的冷卻單元的安裝結構的示意圖；以及圖19是表示本發明第十七實施例的整個系統的示意圖。
具體實施例方式
(第一實施例)圖1是表示第一實施例的整個系統的示意圖。在該實施例中，本發明典型地用于混合動力型車輛，該車輛以發動機(內燃機)1和電動機(未示出)作為驅動源。
該第一實施例中的系統具有發動機1的冷卻水回路A、用于車輛空調的制冷劑循環B以及用于發熱件的冷卻水回路C。
發動機1的冷卻水回路A的結構已經是人們通常熟悉的。由發動機1驅動旋轉的水泵2位于冷卻水回路A中，因此水泵2的運行可以使冷卻水回路A中的冷卻水循環起來。
調溫器3位于水泵2的吸入側，用作根據冷卻水溫度運行的熱響應閥。散熱器4以及旁路通道5并聯設置在發動機1的冷卻水出口側。此外，利用發動機冷卻水(熱水)作為熱源加熱吹向乘客室的空氣的熱芯(heat core)6位于發動機1的冷卻水出口側和水泵2的吸入側之間。
調溫器3的閥體是根據基于熱蠟(溫度敏感件)溫度改變的體積變化來移動的，以便打開和關閉散熱器4一側的冷卻水通道。例如，當冷卻水溫度上升到預定溫度(大約80攝氏度)時，該調溫器3打開散熱器4出口側的冷卻水通路，因此發動機冷卻水在散熱器4中被冷卻。
制冷劑回路B包括用于壓縮制冷劑的壓縮機7、用于冷卻由壓縮機7流出的制冷劑的冷凝器8、用于給冷凝器8流出的制冷劑減壓的諸如膨脹閥等減壓單元9、以及蒸發器10，經減壓單元9減壓的制冷劑通過從空氣中吸收熱量而在蒸發器10中被蒸發，該空氣將被吹入乘客室。例如，該壓縮機7可以是由電動機驅動旋轉的電壓縮機，也可以是由發動機1驅動旋轉的壓縮機。
該蒸發器10以及熱芯6設置在用于車輛空調的內部空調單元11的空氣通道內，完成與電動鼓風機12所吹入的空氣之間的熱交換。
在用于發熱件的冷卻水回路C中，設置散熱器13。該用于發熱件的散熱器13位于制冷循環B的冷凝器8的空氣流的上游部，而用于發動機的散熱器4則設置在冷凝器8的空氣流的下游部。用于發熱件的散熱器13、冷凝器8以及用于發動機的散熱器4均由電動冷卻風扇44所吹送的空氣冷卻。
在第一實施例中，如圖1所示，第一和第二冷卻單元14、15設置在用于冷卻發熱件的冷卻水回路C中。該第一冷卻單元14設置成主要冷卻電池元件16，該第二冷卻單元15設置成用于有共同地冷卻所安裝的電力器件，例如電池元件16、直流電壓轉換器(DC-DC轉換器)19、20以及電力部件21(例如繼電器)。
該具有多個電池元件16的電池是可充電電池，例如可以由鋰電池構成。在本例中，該電池由多個電池元件16構成，且電池元件16電串聯設置以產生預定高壓(例如300V)。因此，電池元件16被組裝構成組裝電池組。
在第一冷卻單元14中，板狀電池元件16沿大致垂至于冷卻水流向“a”的排列方向(板厚方向)疊置排列在第一箱體17內，由此形成疊置電池組。此外，兩個板狀電池元件16的疊置電池組沿冷卻水流向“a”分兩層布置。
在第二冷卻單元15中，板狀電池元件16沿大致垂至于冷卻水流向“b”的排列方向(板厚方向)疊置排列在第二箱體18內，由此形成疊置電池組。此外，兩個板狀電池元件16的疊置電池組沿冷卻水流向“b”分兩層布置。除了疊置的電池元件16之外，板狀的第一和第二直流電壓轉換器19、20以及板狀的電力構件21也共同地設置在第二箱體18內。
第一直流電壓轉換器19用于減小直流電壓，例如，從30V降到12V。該第二直流電壓轉換器20用于將直流電壓從300V增大到600V。該電力構件21通常被稱為接線盒，并且包括系統主繼電器。
入口通道部22設置在第一冷卻單元14的第一箱體17的一個端部，而出口通道部23則設置在與上述端部相對的另一端部。入口管22a連接到入口通道部22，這使得從入口管22a進來的冷卻水流入入口通道部22。多個扁平冷卻通道24(流體通道)在入口通道部22和出口通道部23之間延伸，每個通道設置在相鄰的電池元件16之間。
入口通道部25設置在第二冷卻單元15的第二箱體18的一個端部，而中間通道部26設置在與上述端部相對的另一端部。多個扁平冷卻通道24(流體通道)的每個通道設置在相鄰的電池元件16之間，并且在入口通道部25和出口通道部26之間延伸。
第一冷卻單元14的入口通道部22通過連接管28連接到第二冷卻單元15的入口通道部25。此外，第一冷卻單元14的出口通道部23通過連接管29連接到第二冷卻單元15的中間通道部26。
因此，冷卻水沿圖1中箭頭“a”所示方向流經第一冷卻單元14的彼此平行的所有多個冷卻通道24，并且冷卻水沿圖1中箭頭“b”所示方向流經第二冷卻單元15的彼此平行的所有多個冷卻通道27。
分隔部31位于入口通道部25和出口通道部30之間，使二者在第二箱體18的一端部彼此分隔開。在第二冷卻單元15中，中間通道部26延伸并與電池元件16之間的冷卻通道27的出口、以及位于直流電壓轉換器19、20和電力構件21之間的冷卻通道32(流體通道)的入口相連通。如圖1所示，直流電壓轉換器19、20和電力構件21設置在出口通道部30和中間通道部26之間，由此使得已流過冷卻通道27的水流過冷卻通道32。
出口管30a連接到出口通道部30。在本實施例中，冷卻通道32設置在相鄰的兩個直流電壓轉換器19、20和電力構件21之間。
因此，在第二冷卻水單元15中，流經第二冷卻單元15的冷卻通道27的冷卻水以及流經第一冷卻單元14的冷卻通道24的冷卻水流入中間通道部26。因此，流經第一冷卻單元14的冷卻通道24的冷卻水和流經第二冷卻單元15的冷卻通道27的冷卻水在中間通道部26匯合，匯合后冷卻水從中間通道部26沿圖1箭頭“d”所示方向流經冷卻通道32。
在本實施例中，用于冷卻直流電壓轉換器19、20以及電力構件21的所有多個冷卻通道32的通道總截面積相比用于冷卻電池元件16的多個冷卻通道24、27的所有通道總截面積足夠得小。因此，相比于電池元件16一側的冷卻通道24、27內的冷卻水流速而言，冷卻通道32內的冷卻水流速被充分地增加。
電動水泵33設置在冷卻水回路C的第二冷卻單元15的出口側，用于在冷卻水回路C中循環冷卻水。
調溫器34作為冷卻水通道開關裝置，被設置在水泵33的排水側。該調溫器34通過第一連通通道35連接到發動機冷卻水回路A的熱芯6入口側。
類似于設置在發動機1側的調溫器3，該調溫器34是一個熱響應閥。該調溫器34的閥體是根據基于熱蠟(溫度敏感件)溫度改變的體積變化來移動的，由此來打開或關閉第一連通通道35。
該調溫器34被設置成總使水泵33的排水側和發熱件得散熱器12之間維持連通狀態。該調溫器34的閥體打開第一連通通道35，直到第二冷卻單元15的出口側的冷卻水溫增加到預定溫度(例如65C)。當第二冷卻單元15的出口側的冷卻水溫增加到該預定溫度時，調溫器34的閥體關閉第一連通通道35。
發動機冷卻水回路A以及用于發熱件的冷卻水回路C形成封閉的水回路。因此，設置第二連通通道36用來連接冷卻水回路A和C。如圖1所示，該第二連通通道36連接至發動機冷卻水回路A的熱芯6的出口側和發熱件的散熱器13的出口側。
水—制冷劑換熱器37設置在散熱器13的冷卻水出口側和第一冷卻單元14之間。在水—制冷劑換熱器37中，制冷循環B的低溫制冷劑與冷卻水回路C的冷卻水進行熱交換，用以使冷卻回路C中的冷卻水冷卻。例如，水—制冷劑換熱器37可以構造成具有制冷劑通道和冷卻水通道的雙管結構。
閥裝置38設置在水—制冷劑換熱器37的制冷劑入口部，其中用于開和關制冷劑通道的電磁閥38a和用于給高壓制冷劑降壓的降壓裝置38b一體地形成在閥裝置38中。該降壓裝置38b可以構造成具有諸如孔等固定節流閥，其與電磁閥38a的制冷劑入口通道或制冷劑出口通道一體形成。該閥裝置38以及水—制冷劑換熱器37與制冷劑循環B的降壓單元9和蒸發器10以并聯方式相連通。
設置水溫傳感器39用來檢測第一冷卻單元14入口側的水溫，該水溫傳感器39的檢測信號輸入至電子控制單元(ECU)40。當水溫傳感器39所檢測到的水溫增加到預定溫度(50-60設置度)時，閥裝置38的電磁閥38a由電子控制單元40打開。水泵33和第一冷卻單元14等的運行也受到電子控制單元40的控制。
下面將說明冷卻單元14、15的熱交換部的結構(冷卻結構)。圖2示出了冷卻單元14(15)的部分熱交換部。該冷卻單元14(15)包括多對換熱板件51、52。每對換熱板件51(52)均由金屬薄板件制成，在接合面S處相接合并從接合面S向外側凸出。因此，當成對換熱板件51、52在接合面S接合后，它們之間會形成中空，如圖1所示的冷卻通道24(27)形成在成對換熱板件51、52中。
連通孔51a、51b沿板的長度方向設置在換熱板件51的兩個端部，連通孔52a、52b沿板的長度方向設置在換熱板件52的兩個端部與連通孔51a、52a相同的位置處。此外，換熱板件51、52的相鄰連通孔51a、52a通過入口管件53被連接，換熱板件51、52的相鄰連通孔51b、52b通過出口管件54相連接。因此，圖1所示的出口通道部22(25)形成在入口管件53內，而圖1所示的出口通道部23(中間通道部26)則形成在出口管件54內。
彎曲部(波紋部)53a形成在每個入口管件53的軸向中部且在入口管件53中，并沿入口管件53徑向向外凸出。類似地，彎曲部(波紋部)54a在每個出口管件54的軸向中部處一體形成有出口管件54，并沿出口管件54的徑向向外凸出。因此，管件53和54可以通過彎曲部53a、54a沿其軸向容易地發生彈性變形。
換熱板件51、52，管件53、54以及入口管22a等均是由具有足夠熱傳導性能的金屬材料(例如鋁)制成的。換熱板件51和52之間的連接、換熱板件51、52和管件53、54之間的連接都是通過釬焊實施的。上述零件臨時組裝后進行釬焊。例如，將臨時組裝的上述零件送入加熱爐，通過加熱使其焊接并連接成一體。
在連成一體的換熱結構中，沿與水流方向“a”平行的方向形成多個扁平的容納空間55。每個容納空間55都是由換熱板件51、52，入口管件53以及出口管件54的外表面形成并限定的。
隨后，在每個容納空間55內分別容納板狀的多個電池元件16。此外，在電池元件16的表面和換熱板件51、52的外表面之間設置薄板狀的絕緣件56。也就是說，每個絕緣件56都被設置在換熱板件51、52的外表面和電池元件16的外表面之間，由此在它們之間起到絕緣作用。該絕緣件56可由絕緣材料制造，例如具有足夠絕緣性能的陶瓷材料。
此外，每個板狀的電池元件16都經過絕緣件56插入到換熱板件51、52的外側表面之間，并與換熱板件51、52壓緊接觸。因此，可以增加電池元件16和流經換熱板件51、52的冷卻水之間的熱交換效率。彎曲部(波紋部)53a、54a的彈性變形可以緊密地保持電池元件16和換熱板件51、52之間的壓緊接觸狀態。
在圖2所示的布置實例中，電池元件16沿水流方向“a”布置成單行。也就是說，在圖2中，沿水流方向“a”僅設置一個電池元件16。但是，如圖1所示，也可以在換熱板件51、52的外側表面之間沿水流方向“a”串聯設置兩個或多個電池元件16。
圖2表示第一冷卻單元14的換熱結構。并且，第二冷卻單元15中的電池元件16區域的換熱結構與圖2中的換熱結構相類似。
此外，DC轉換器19、20以及電力構件21的區域的換熱結構也可以基本類似于圖2所示的電池元件16區域內的換熱結構。在DC轉換器19、20以及電力構件21所在區域的換熱結構中，管件53、54的軸向尺寸改變，和/或冷卻通道32的通道截面積相對于冷卻通道24、27有所改變。因此，可以通過改變管件53、54的軸向尺寸而適當地改變用于容納DC轉換器19、20和電力構件21的容納空間55的尺寸。
圖3表示第一和第二冷卻單元14、15安裝在車內的安裝構造的實例。如圖3所示，第一和第二冷卻單元14、15安裝在車輛座位57下的底板58上表面上。此外，設置毯子59用以覆蓋第一和第二冷卻單元14、15。在底板58的下方設置水管60a、60b，它們穿過底板58連接到第一和第二冷卻單元14、15上。
在圖3中，第一和第二冷卻單元14、15安裝在底板58上表面之上。但是，第一和第二冷卻單元14、15也可以安裝在底板58的下面。
下面將介紹本發明第一實施例的冷卻系統(冷卻結構)的運行。當車輛運行開關處在車輛發動機1的運行位置時，通過電子控制單元40向水泵33供電，水泵33開始運轉。
調溫器34的閥體打開第一連通通道35，直到第二冷卻單元15出口側的冷卻水溫達到預定溫度(例如65攝氏度)。此時，發熱件的冷卻水回路C和發動機冷卻水回路A彼此連通。
與此相反，當水溫傳感器39所檢測到的第一冷卻單元14的入口側的水溫低于預定溫度(例如30-40攝氏度)時，與閥裝置38一體的電磁閥38a則使閥裝置38處于關閉狀態。當電磁閥38a關閉時，制冷劑不會流入水—制冷劑換熱器37的制冷劑通道。此時，水只是流過水—制冷劑換熱器37，沒有進行熱交換。
在這種狀態下，由水泵33泵送、從第二冷卻單元15的出口流出的大量冷卻水以此流經調溫器34、第一連通通道35、加熱器6、第二連通通道36、水制冷換熱器以及第一和第二冷卻單元14、15。與此同時，由水泵33泵送的少量冷卻水流入散熱器13。
由此，冷卻水由于吸收冷卻水回路C的第一和第二冷卻單元14、15的熱量而溫度升高。在第一和第二冷卻單元14、15處被加熱的冷卻水與發動機冷卻水回路A的冷卻水在熱芯6的入口部處混合，致使冷卻水回路A內的冷卻水溫度升高。這有助于在冬天寒冷的時候加熱車輛發動機1，同時也提高了利用熱芯6對乘客室的加熱能力(快速加熱)。
當第二冷卻單元15出口側的冷卻水溫增加到預定溫度后，調溫器34的閥體關閉第一連通通道35，致使發熱件冷卻水回路C和冷卻水回路A之間的連通被切斷。因此，冷卻水回路C的所有冷卻水流入發熱件的散熱器13，用于在散熱器13中冷卻發熱件。
另一方面，當夏季外界氣溫較高時，散熱器13冷卻發熱件的冷卻性能有所下降。當散熱器13出口側的冷卻水溫，也就是第一冷卻單元14入口側的冷卻水溫上升到設定溫度(例如50-60攝氏度)時，通過電子控制單元40向閥裝置38的電磁閥38a供給電流，閥裝置38的電磁閥38a開啟。此時，低溫制冷劑在閥裝置38的降壓單元38b被降壓后流入水—制冷劑換熱器37，通過吸收流經水—制冷劑換熱器37的冷卻通道的冷卻水的熱量而蒸發。因此，流經水—制冷劑換熱器37的冷卻通道的冷卻水被低壓制冷劑充分地冷卻。從而，即使在夏季的高溫下，也可以防止電池元件16的溫度過高。
下面將介紹第一和第二冷卻單元14、15的冷卻過程。由用于冷卻發熱件的散熱器13和水—制冷劑換熱器37中至少一個冷卻后的低溫冷卻水并行流過第一冷卻單元14的冷卻通道24和第二冷卻單元15的冷卻通道27，從冷卻通道24、27流出的冷卻水混合后流入冷卻通道32。
從而，電池元件16、第一和第二DC電壓轉換器19、20以及電力構件21可以共同地并且有效地被冷卻。在本實施例中，在第一和第二冷卻單元14、15的換熱結構中，每個發熱件(例如電池元件16、第一和第二DC電壓轉換器19、20以及電力構件21)均被制成板狀，并且冷卻通道24、27、32都設置在每個發熱件16、19-21的兩表面側，用以從兩側表面冷卻每個發熱件16、19-21。也就是說，由于從兩側表面冷卻每個板狀發熱件的冷卻結構用于多個發熱件，因此可以增加用于冷卻發熱件的傳熱面積，并且可以有效地增加對每個發熱件的冷卻性能。
通常，第一和第二電壓轉換器19、20以及電力構件21的控制溫度高于電池16的控制溫度。在此，發熱件的控制溫度是保持發熱件在預定的使用期限內保持耐用性的上限運行溫度。例如，電池16的控制溫度大約為50攝氏度，第一和第二DC電壓轉換器19、20的控制溫度大約為85-90攝氏度，電力構件21的控制溫度幾乎與第一和第二DC電壓轉換器19、20的控制溫度相等。
相應地，在本實施例中，電池元件16之間的冷卻通道24、27設置在第一和第二冷卻單元14、15中水流的上游，而DC電壓轉換器19、20以及電力構件21之間的冷卻通道32則設置在第一和第二冷卻單元14、15中水流的下游。因此，電池元件16和冷卻水之間的溫差以及第一和第二DC電流轉換器19、20和電力構件21及冷卻水之間的溫差可以顯著地增大。因此，可以有效地將具有不同控制溫度的多個發熱件控制在各自的控制溫度范圍內。
此外，并行經過電池元件16的大量冷卻通道24、27的冷卻水相匯合，匯合后的水并行流入DC電壓轉換器19、20和電力構件21的少量冷卻通道32。除此之外，由于冷卻通道32的通道總截面積要小于冷卻通道24、27的通道總截面積，因此冷卻通道32內的冷卻水流速相比于冷卻通道24、27內的冷卻水的流速會增加。因此，在冷卻通道24、27下游的冷卻通道32內，由于冷卻水的流動擾動而使傳熱效率增加。
與此同時，在數量較少的冷卻通道32內，流經每個冷卻通道32的冷卻水流量相比電池元件16的冷卻通道24、27會增加。結果，可以有效地冷卻具有相對較高溫度的DC電壓轉換器19、20和電力構件21。
根據該第一實施例，不同種類的發熱件，例如電池元件16、DC電壓轉換器19、20以及電力構件21均被制成板狀，即矩形板狀，并且經過層壓。此外，層壓后的板狀發熱件16、19-21具有換熱結構，其中每個板狀換熱件16、19-21都被從前后兩個表面被冷卻。因此，可以有效地冷卻不同的發熱件，并且也可以有效地減小用于冷卻發熱件的冷卻結構的尺寸。
此外，沿水流方向“a”串聯設置的兩個電池元件16的總平板表面積、沿水流方向“b”串聯設置的兩個電池元件16的總平板表面積、每個DC電壓轉換器19、20以及每個電力構件21的平板表面積大致相等。因此，在有效冷卻每個發熱件16、19-21的同時，可以使冷卻單元14、15二者的體積設置得更加緊湊。
在本實施例中，為了更進一步減小發熱件冷卻結構的尺寸，將該電池元件16的板厚設置為等于或小于12mm，將DC電壓轉換器19、20的板厚設置為等于或小于30mm，將電力構件21的板厚設置為等于或小于50mm。
在圖1所示實例中，發熱件的冷卻結構被分成第一和第二冷卻單元14、15。但是，也可以將發熱件的冷卻結構制成一個部件。例如，僅僅設置第二冷卻單元15，可以增大第二冷卻單元15內容納電池元件16的容納空間55。這樣，多個有待冷卻的發熱件(16、19、20、21)可以容納在單個冷卻單元15內。
(第二實施例)現在參照圖4說明本發明的第二實施例。在第二實施例中，彈簧件61設置在箱體18之內，用于使每個發熱件(例如電池元件16、DC電壓轉換器19、20以及電力構件21)和換熱板件51、52準確地壓緊接觸。利用第一實施例中的第二冷卻單元15來說明第二實施例的冷卻結構。此外，以相同的附圖標記指示圖4中與第一實施例中相似的第二冷卻單元15的零件，并且省略對其的詳細說明。
該彈簧件16由金屬彈簧材料制成，并且制成板狀。如圖4所示，該彈簧件61沿層壓方向設置在箱體18一端的內壁表面和換熱板件51、52的一端部之間。相反，電力構件21沿層壓方向設置在箱體18另一端的內壁表面和換熱板件51、52另一端部之間。該箱體18為剛性體，可由諸如樹脂等電絕緣材料、或外表面具有電絕緣層的金屬材料制成。
該彈簧件61連接到箱體18上，并在換熱板件51和箱體18一端部的內壁表面之間受到壓縮。因此，通過利用彈性件61的彈性作用(彈簧力)可以進一步增強每個發熱件(16、19、20、21)和換熱板件51、52之間的壓緊接觸，從而可以有效地提高每個發熱件16、19-21的冷卻性能。
在第二實施例中，電力構件21只有一側的表面與換熱板件52壓緊接觸。此外，金屬板制造的、用于使入口通道部25和出口通道部30彼此分隔的分隔部31連接在一對換熱板件51、52之間。該分隔部31在中間通道部26中設有連通孔31a，冷卻水通過該連通孔31a沿層壓方向流過中間通道部26。
在第二實施例中，其他零件可以與上述的第一實施例中的相類似。因此，流入入口通道部25的冷卻水沿方向“a”所示的水流方向平行流過冷卻通道27，用來冷卻電池元件16，并且向中間通道部26處匯合。隨后，該冷卻水繼續流過連通孔31a，并行流經冷卻通道32，用來冷卻DC電壓轉換器19、20以及電力構件21。此后，該冷卻水從出口通道部30流出。
(第三實施例)圖5表示根據上述第二實施例變動后的第三實施例。在第三實施例中，該DC電壓轉換器19、20平行設置在出口通道部30的側面，該出口通道部30與入口通道部25相互分隔開，由此使得每個DC電壓轉換器19、20都從兩側被冷卻。與此相反，第二實施例中的電力構件21則被設置在箱體18之外。在該第三實施例中，其他零件可以與上述的第二實施例中的相類似。
(第四實施例)圖6表示本發明的第四實施例。在第四實施例中，圖5所示的第三實施例的結構被設置在第一和第二箱體件18A、18B中。具體地，用于冷卻電池元件16的第一換熱結構被設置在第一箱體件18A中，用于冷卻DC電壓轉換器19、20的第二換熱結構被設置在第二箱體件18B中。此外，出口通道部26A設置在第一箱體件18A中，從冷卻通道27流出的冷卻水匯合注入該出口通道部26A，通過連通管26C與該出口通道部26A相連通的入口通道部26B設置在第二箱體件18B中。冷卻水從出口通道部26A經連通管26C流入入口通道部26B，并隨后流經冷卻通道32。類似于上述的第三實施例，第一和第二箱體件18A、18B中的每一個都具有彈簧件61。此外，第一和第二箱體件18A、18B中的每一個都具有與箱體18類似的結構，并通過連通管26C彼此連通。
相應地，流入入口通道部25的冷卻水沿水流方向“b”并行地流過冷卻通道27，隨后匯合到出口通道部26A。出口通道部26A處的冷卻水經過連通管26C流入入口通道部26B，隨后流經冷卻通道32并匯合入出口通道部30處。
(第五實施例)在上述的第一到第三實施例中，具有高控制溫度的DC電壓轉換器和具有低控制溫度的電池元件16鄰近地設置在同一箱體18內。這種情況下，如圖7A中箭頭E所示，容易引起熱量從DC電壓轉換器19、20向鄰近的電池元件16傳遞，由此使電池元件16的溫度升高。
在第五實施例中，如圖7B所示，由諸如樹脂等絕熱材料制造的絕熱件62替代鄰近的電池元件62，由此限制熱量從具有高控制溫度的DC電壓轉換器向具有低控制溫度的電池元件16傳遞。在該第五實施例中，其他零件可以與上述的第一到第三實施例中的任意實施例相類似。
(第六實施例)在上述的第一實施例中，包括主繼電器的電力構件21被制成板狀，類似于每個DC電壓轉換器19、20，并且電力構件21和DC電壓轉換器19、20相對于水流方向“b”平行設置。
與此相反，在第六實施例中，電力構件21被制成盒狀，并且沿水流方向設置在DC電壓轉換器19、20的下游，如圖8所示。由此，在圖8所示的冷卻結構中，由入口管22a進入的冷卻水流入入口通道部25，沿箭頭“b”所示方向流經冷卻通道27，隨后在中間通道部26處匯合。中間通道部26內的冷卻水隨后沿圖8中箭頭“d”所示方向流經冷卻通道32，用以冷卻DC電壓轉換器19、20以及電力構件21。此后，該冷卻水流入出口通道部30，經出口管30a流出。在上述的第六實施例中，電池元件16分兩層設置。但是，電池元件16也可以沿水流方向“b”設置成一層。
(第七實施例)圖9表示第七實施例的冷卻結構。在第七實施例中，省略了包括水—制冷劑換熱器37的制冷劑循環，該水—制冷劑換熱器37利用制冷劑來冷卻冷卻水；本實施例僅使用散熱器13來冷卻冷卻水，該散熱器13用于冷卻發熱件。此外，僅設置了一個冷卻單元15，如圖9所示。也就是說，第七實施例中的冷卻結構由散熱器13和冷卻單元15構成。即使在這種情況下，冷卻單元15的結構也可以構造成與上述的第一實施例中的第二冷卻單元15的結構類似(如圖9所示)，或者與第二到第六實施例之一相類似。
(第八實施例)圖10表示第八實施例的冷卻結構。該第八實施例的冷卻結構包括作為主散熱器的散熱器13，所有冷卻水流經該主散熱器；以及作為副散熱器的散熱器65。也就是說，散熱器13的冷卻通道的下游分支為主冷卻通道63和副冷卻通道64，散熱器65位于副冷卻通道65上。
相應地，可以用在主散熱器13和副散熱器65中被冷卻的冷卻水將電池元件16冷卻到低溫。與此相反，可以用流經電池元件16之間的冷卻通道27的冷卻水和流經主冷卻通道63的冷卻水相混合后的混合水來冷卻DC電壓轉換器19、20和電力構件21。即，如圖10所示，來自主冷卻通道63的冷卻水流入中間冷卻通道26，并且與流經冷卻通道27的冷卻水相匯合。隨后，混合冷卻水沿圖10中的箭頭“d”所示方向流經冷卻通道32，并且由冷卻水回路C中的出口管30a流出。
(第九實施例)圖11表示第九實施例的冷卻結構。在該第九實施例中，水泵33的出口冷卻通道分支為主冷卻通道66和副冷卻通道67，并且散熱器13位于副冷卻通道67中。由此，利用散熱器13冷卻后的冷卻水來冷卻電池元件16。
相反，利用流經冷卻通道27的冷卻水和流經主冷卻通道66的冷卻水相混合后的混合水來冷卻DC電壓轉換器19、20和電力構件21。相應地，類似于上述第八實施例，可以用具有相對較低溫度的冷卻水來冷卻電池元件16，用具有較高溫度的冷卻水來冷卻DC電壓轉換器19、20和電力構件21。這樣，所有的發熱件都可以被有效地冷卻。
(第十實施例)圖12表示第十實施例的冷卻結構。在該第十實施例中，冷卻單元15按下述方式構造流經電池元件16側面的冷卻通道27的冷卻水由實施例1所述的制冷劑循環B的低溫制冷劑來冷卻，而流經冷卻通道32的冷卻水則由散熱器13來冷卻。
因此，設置分隔部31用來使用于電池元件16的冷卻通道27的入口通道部25和用于DC電壓轉換器19、20以及電力構件21的冷卻通道32的出口通道部30彼此分隔。此外，設置分隔部31用來分隔用于電池元件16的冷卻通道27的出口通道部26A和用于DC電壓轉換器19、20以及電力構件21的冷卻通道32的入口通道部26B。
相應地，由水泵33泵送的冷卻水在散熱器13中冷卻，并且沿水流方向“d”流經冷卻通道32，用來冷卻DC電壓轉換器19、20和電力構件21。相反，由水泵68泵送的冷卻水在水—制冷劑換熱器37中被冷卻，并流經冷卻通道27以冷卻電池元件16。
在第十實施例的制冷劑循環B中，閥裝置38的電磁閥38a沿制冷劑流動方向設置在水—制冷劑換熱器37的下游，并且與降壓單元38b相分隔開。即使在第十實施例中，電池元件16可以設置成一層，并且其板表面積與發熱件19-21的近似相等。
(第十一實施例)圖13表示第十一實施例的冷卻結構。該第十一實施例的冷卻結構15中，所有用于冷卻電池元件16、DC電壓轉換器19、20以及電力構件21的冷卻水都使用由制冷劑循環B的水—制冷劑換熱器37冷卻的冷卻水。
這種情況下，分隔部31僅用來分隔入口通道部25和出口通道部30，而中間通道部26連通冷卻通道27和冷卻通道31。此時，不使用散熱器13來冷卻發熱件。
(第十二實施例)圖14表示第十二實施例的冷卻結構。在該第十二實施例中，冷卻單元16的結構可以類似于上述實施例所述的冷卻單元16的結構，其中流入冷卻單元15的冷卻水作為冷卻流體。然而，在第十二實施例中，設置從冷凝器8的制冷劑出口側分出的分支制冷劑通道69，并且在壓縮機7的制冷劑吸入口側再次混合。此外，用于輸送高壓制冷劑的液體制冷劑泵70、用于給來自制冷劑泵70的高壓制冷劑降壓的降壓單元71、以及冷卻單元15串連設置，由此使得制冷劑直接流入冷卻通道27和冷卻通道32。因此，電池元件16、DC電壓轉換器19、20以及電力構件21被直接流經冷卻通道27、32的制冷劑的冷卻。
(第十三實施例)
圖15表示第十三實施例的冷卻結構。在該實施例中，DC電壓轉換器19、20以及電力構件21被來自散熱器13的冷卻水冷卻，而電池元件16則由空氣冷卻。
例如，如此設置冷卻單元15的空氣冷卻件使乘客室內的空氣F吹入冷卻單元15的空氣冷卻件，所述冷卻單元15包括電池元件16以及冷卻通道27。例如，將冷卻通道27設置在冷卻單元15內，使得空氣流經冷卻通道27。與此相反，使冷卻水流經冷卻通道32，用來冷卻DC電壓轉換器19、20以及電力構件21。在該十三實施例中，也可以利用來自散熱器13的冷卻水冷卻電池元件16，而用空氣冷卻DC電壓轉換器19、20和電力構件21。
(第十四實施例)圖16表示第十四實施例的冷卻結構。在第十四實施例中，整個冷卻單元15都是空氣冷卻單元，其構造使得電池元件16、DC電壓轉換器19、20以及電力構件21均由空氣冷卻。設置電動鼓風機72來抽取乘客室內的空氣并將其吹入冷卻單元15的箱體18，由此使得所有的電池元件16、DC電壓轉換器19、20以及電力構件21都被空氣冷卻。流經冷卻單元15的空氣由空氣出口73返回到乘客室內。流經冷卻單元15的空氣也可以排到底板58下的空間(例如，乘客室之外)。在第十四實施例中，可以設置冷卻通道27、32，以使空氣流經上述通道。即使在這種情況下，冷卻單元15的結構也可以與上述實施例之一相類似。
(第十五實施例)圖17表示第十五實施例的冷卻結構。在第十五實施例中，當外部氣溫低時，可以用DC電壓轉換器19、20和電力構件21產生的熱量來加熱電池元件16。
如圖17所示，設置旁路通道74，冷卻水并行流過該旁路通道74和散熱器13，還設置用于開關旁路通道74的調溫器34。調溫器34被設置成允許水泵33泵送的冷卻水始終在發熱件的冷卻水回路C中循環。同時，當冷卻水的溫度低于預定溫度(例如40攝氏度)，時，調溫器34打開旁路通道74。由于旁路通道74開通，由DC電壓轉換器19、20和電力構件21加熱的冷卻水可以直接返回冷卻單元14、15的入口側，用來加熱電池元件16。當旁路通道74開通時，僅有少量的冷卻水流入散熱器13。
當調溫器34處的水溫升高到預定溫度時，調溫器34關閉旁路通道74，使得所有冷卻水流經散熱器13并由散熱器13冷卻。
在第十五實施例的冷卻結構中，與圖1的冷卻結構中的附圖標記相同的附圖標記所指示的其他零件具有與圖1的冷卻結構的零件相同的功能。
(第十六實施例)圖18表示第十六實施例。在該第十六實施例中，發熱件，例如電池元件16、DC電壓轉換器19、20以及電力構件21所產生的熱量被用來加熱車輛的座椅57。
如圖18所示，散熱器75利用來自冷卻單元14、15的冷卻水(熱水)加熱座椅57，該散熱器75經過開關閥76位于冷卻單元14、15的出口側。
當對座椅57進行加熱時，由發熱件的冷卻水回路C的主通道78分出的通道77由開關閥76開通，而冷卻水回路C的主通道78關閉。在此情況下，由冷卻單元14、15出口側流出的高溫水被導入散熱器75，以使用冷卻水(熱水)作為熱源加熱座椅57。
在本實施例中，可以設置成由散熱器75直接加熱座椅57或者由散熱器75加熱從座椅57的座椅表面的孔吹送的空氣。
(第十七實施例)圖19表示第十七實施例的冷卻結構。在該第十七實施例中，將上述第一實施例所述的調溫器34設置在發動機冷卻水回路A中的熱芯6的出口側。
在該第十七實施例中，當熱芯6出口側的冷卻水溫低于預定溫度(例如40-50攝氏度)時，調溫器34打開連通通道36，這使得熱芯6的出口側與連通通道36相連通。
當熱芯6的出口側的冷卻水溫升高到預定溫度時，調溫器34的閥體關閉連通通道36，這使得熱芯6的出口側與水泵2的抽水側相連通。
此外，冷卻水回路C的水泵33的出口側通過連通通道35連接到發動機冷卻水回路A的調溫器34的出口側。
根據第十七實施例，當熱芯6的冷卻水溫度未增加到預定溫度(例如40-50攝氏度)的時候，該調溫器34打開連通通道36。此時，冷卻水回路C中的冷卻水沿下述順序流動水泵33的出口側→連通通道35→發動機冷卻水回路A的水泵2→發動機1→熱芯6→調溫器34→連通通道36→水—制冷劑換熱器37→第一和第二冷卻單元14、15→水泵33的抽水側。因此，冷卻水的溫度由于吸收第一和第二冷卻單元14、15內的熱量而升高，并且升溫后的冷卻水流入發動機冷卻水回路A的水泵2的抽水側。
這樣，發動機冷卻水回路A的冷卻水和發熱件的冷卻水回路C的冷卻水相混合，這有助于使發動機冷卻水回路A中的冷卻水溫度升高。結果，在冬季的寒冷條件下，有助于對發動機1的加熱，并且有助于通過熱芯6改善對乘客室的加熱效果。
在第十七實施例的冷卻結構中，與圖1的冷卻結構相同的附圖標記所指示的其他零件具有與圖1的冷卻結構的零件相同的功能。
(其他實施例)盡管結合部分優選實施例并參照附圖對本發明進行了說明，還應指出，對本領域技術人員而言，各種修改和變動都是顯而易見的。
例如，在上述的第一實施例中，冷卻通道24、27設置在相鄰的電池元件16之間。但是，冷卻通道24、27也可以沿層壓方向僅設置在電池元件16的端部。在上述的實施例中，電池元件16、DC電壓轉換器19、20和電力構件21可以組合成多個發熱件。
在上述實施例中，如果電池的容量小，則可將冷卻單元14、15安裝在車輛的前部乘客座位下方；如果電池容量大，則可以將冷卻單元14、15安裝在司機和前部乘客的座位下。
在上述實施例中，以水、制冷劑和/或空氣作為制冷流體流過冷卻單元14、15的冷卻通道24、27、32。但是，也可以在冷卻單元14、15中使用其他冷卻流體，諸如油。
在上述的第一實施例中，即使在空調和制冷劑循環B的壓縮機7都不工作的條件下，也可以強制壓縮機7運行，以便通過水—制冷劑換熱器37中的低溫制冷劑快速冷卻冷卻水。
此外，上述的調溫器34可以是根據冷卻水溫度運行的熱響應閥。但是，該調溫器34也可以是根據冷卻水溫度被電操作的電動閥。
盡管參照本發明的優選實施例對本發明進行了說明，但是應該認識到，本發明并不局限于上述優選實施例及結構。本發明應覆蓋各種改動以及與之等同的設置。此外，盡管優選實施例的各種元器件有各種優選的組合及配置，其他包括更多、更少或僅僅一個元器件的組合及配置也沒有脫離本發明的精神和保護范圍。
權利要求
1.一種冷卻結構，包括多個發熱件(16，19-21)，每個發熱件為板狀，其中沿板厚方向具有預定間隔地設置發熱件以形成流體通道(24、27、32)，每個流體通道設置在相鄰的發熱件之間；并且用于冷卻發熱件的流體流經所述流體通道。
2.一種冷卻結構，包括多個發熱件(16，19-21)，每個發熱件為板狀；以及多個換熱板件(51、52)，所述多個換熱板件設置成具有多個用于容納發熱件的容納空間(55)和流體流經的多個流體通道(24、27、32)，其中發熱件位于容納空間內，從每個發熱件兩側流經流體通道的流體通過換熱板件冷卻發熱件。
3.如權利要求2所述的冷卻結構，還包括插入相鄰發熱件和換熱板件二者之間的電絕緣件(56)，其中發熱件為電力構件。
4.如權利要求2所述的冷卻結構，還包括彈簧件(61)，該彈簧件(61)用于沿著使發熱件和換熱板件彼此壓緊接觸的方向產生彈力。
5.如權利要求1或2所述的冷卻結構，還包括箱體(17、18)，所有的發熱件都容納在箱體(17、18)內。
6.如權利要求1或2所述的冷卻結構，其中該發熱件包括至少不同的第一和第二發熱件(16、19-21)，它們具有大致相等的板表面。
7.如權利要求1或2所述的冷卻結構，其中該發熱件包括至少第一發熱件(16)和第二發熱件(19-21)，其中第一發熱件(16)在低于第一控制溫度下運行，第二發熱件(19-21)在低于第二控制溫度下運行，該第二控制溫度高于第一控制溫度。
8.如權利要求7所述的冷卻結構，還包括絕熱件(62)，其替代一個發熱件設置在第一發熱件和第二發熱件之間。
9.如權利要求7所述的冷卻結構，其中第二發熱件沿流體的流動方向設置在第一發熱件的下游。
10.如權利要求1或2所述的冷卻結構，其中該發熱件包括多個第一發熱件(16)和多個第二發熱件(19-21)，其中所述多個第一發熱件(16)在低于第一控制溫度下運行，所述多個第二發熱件(19-21)在低于第二控制溫度下運行，該第二控制溫度高于第一控制溫度；并且第一發熱件之間的流體通道的數量大于第二發熱件之間的流體通道的數量。
11.如權利要求1或2所述的冷卻結構，其中所述發熱件包括多個第一發熱件(16)和多個第二發熱件(19-21)，其中所述多個第一發熱件(16)在低于第一控制溫度下運行，所述多個第二發熱件(19-21)在低于第二控制溫度下運行，該第二控制溫度高于第一控制溫度，該冷卻結構還包括流速改變裝置，用來設置第二發熱件之間的流體通道內的流體流速使其高于第一發熱件之間的流體通道內的流體流速。
12.如權利要求11所述的冷卻結構，其中第二發熱件(19-21)沿流體的流動方向設置在第一發熱件(16)的下游。
13.如權利要求11所述的冷卻結構，其中第二發熱件(19-21)之間的流體通道的總通道截面積小于第一發熱件(16)之間的流體通道的總通道截面積。
14.如權利要求7所述的冷卻結構，其中第一發熱件是電池元件(16)，第二發熱件是DC電壓轉換器(19、20)，流體是水。
15.如權利要求1或2所述的冷卻結構，其中流經流體通道的流體是水，還包括設置在水回路(C)中的至少一個散熱器(13)，用于通過與空氣之間進行換熱來冷卻流向流體通道的水，以及水—制冷劑換熱器(37)，用于通過與制冷劑循環(B)中的制冷劑進行熱交換來冷卻流向流體通道的水。
16.如權利要求7所述的冷卻結構，其中第一發熱件是電池元件，第二發熱件是DC電壓轉換器，流體是水。
17.如權利要求16所述的冷卻結構，其中流體是車輛乘客室內的空氣。
18.如權利要求1或2所述的冷卻結構，還包括用于容納發熱件的箱體(17、18)，其中箱體位于車輛座位的下方。
19.如權利要求14所述的冷卻結構，還包括散熱器(75)，其利用來自冷卻通道的水作為熱源加熱車輛座椅。
20.如權利要求7所述的冷卻結構，其中流體是水，該冷卻結構還包括通道開關裝置，用于開關流體通道，使被第一發熱件和第二發熱件加熱到預定溫度的水流入發動機冷卻水回路(A)，以冷卻車輛發動機。
21.如權利要求7所述的冷卻結構，其中流體是水，該冷卻結構還包括通道開關裝置(34)，用于開關流體通道，使被第二發熱件加熱的水直接返回第一發熱件。
全文摘要
一種冷卻結構，包括多個板狀的發熱件(16、19－21)，例如電池元件(16)、DC電壓轉換器(19、20)以及電力構件(例如繼電器21)。在該冷卻結構中，發熱件沿板厚方向以預定間隔被設置，用形成流體通道(24，27，32)，每個流體通道設置在相鄰的發熱件之間，并且用于冷卻發熱件的流體流經該流體通道。由此，所有的發熱件可以有效地被冷卻，同時還可以使冷卻機構緊湊。
文檔編號H01M10/50GK1816271SQ200610006648
公開日2006年8月9日 申請日期2006年1月23日 優先權日2005年2月2日
發明者井上美光, 牧原正徑, 山中隆 申請人:株式會社電裝