專利名稱：具有電池總成的車輛的制作方法
技術領域：
本公開涉及用于驅動車輛(諸如，插電式混合動力電動車輛(PHEV))的電池陣列的冷卻，其中，空氣可被引導穿過所述電池陣列內的電池單元之間的間隙。
背景技術：
電動車輛(例如，混合動力車輛、插電式混合動力車輛、電池電動車輛等)包括具有電連接在一起的一個或多個電池單元的電池組。這些電池單元儲存可被用于使車輛運動的能量。例如，電池單元可與電機電連接，所述電機將電能轉換成機械能以使車輛運動，以及將機械能轉換成電能以儲存在電池單元中。將能量提供給電池單元或者從電池單元消耗能量會導致電池單元產生熱。這種熱如果沒有被適當地散發，則會妨礙電池組的正常操作。
發明內容
一種車輛包括產生用于車輛的動力的電機和電池總成。所述電池總成包括:一排電池單元，與電機電連接；集氣室，具有與空氣源流體連通的入口。在相鄰的成對的電池單元之間限定與集氣室流體連通的間隙。靠近所述入口的間隙比遠離所述入口的間隙窄，以促使大致均勻的空氣流流經所述間隙。與靠近所述入口的電池單元相關聯的間隙可具有第一寬度，與遠離所述入口的電池單元相關聯的間隙可具有比第一寬度大的第二寬度。所述間隙可被布置成使得空氣以相應的流速流經所述間隙。所述流速可近似相等。所述電池總成還可包括上下堆疊并與電機電連接的另外的多排電池單元。在相鄰的成對的排之間均可限定一間隔。靠近所述入口的間隔可比遠離所述入口的間隔窄，以促使大致均勻的空氣流流經所述間隔。一種電池總成包括:殼體，限定具有入口的集氣室；多排電池單元，上下堆疊并設置在所述殼體內。在相鄰的成對的排之間均可限定與集氣室流體連通的間隔。靠近所述入口的間隔比遠離所述入口的間隔窄，以促使大致均勻的流體流流經所述間隔。集氣室可通過所述入口與空氣源流體連通。空氣可以以相應的流速流經所述間隔。所述流速可近似相等。所述多排電池單元中的一排電池單元中相鄰的成對的電池單元之間均可限定與集氣室流體連通的間隙。靠近所述入口的間隙可比遠離所述入口的間隙窄。與靠近所述入口的電池單元相關聯的間隙可具有第一寬度，與遠離所述入口的電池單元相關聯的間隙可具有比第一寬度大的第二寬度。集氣室可通過所述入口與空氣源流體連通。空氣可以以相應的流速流經所述間隙。所述流速可近似相等。—種電池總成包括:殼體，限定具有入口的集氣室；一排電池單兀，設置在所述殼體內。相鄰的每對電池單元限定與集氣室流體連通的間隙。靠近所述入口的間隙比遠離所述入口的間隙窄，以促使大致均勻的流體流流經所述間隙。與靠近所述入口的電池單元相關聯的間隙可具有第一寬度，與遠離所述入口的電池單元相關聯的間隙可具有比第一寬度大的第二寬度。集氣室可通過所述入口與空氣源流體連通。空氣可以以相應的流速流經所述間隙。所述流速可近似相等。電池總成還可包括上下堆疊的另外的多排電池單元。靠近所述入口的相鄰的成對的排之間的間隔可比遠離所述入口的相鄰的成對的排之間的間隔窄，以促使大致均勻的流體流流經所述間隔。
圖1和圖2是電池單元間隔均勻的電池陣列的簡圖。圖3和圖4是電池單元間隔不均勻的電池陣列的簡圖。圖5是包括圖3的電池陣列的可被選擇性地驅動的車輛的簡圖。
具體實施例方式在此描述本公開的實施例；然而，應該理解的是，公開的實施例僅僅是示例，其他實施例可采取各種形式及替代的形式。附圖未必按比例繪制；一些特征可能會被夸大或最小化，以顯示具體組件的細節。因此，在此公開的具體的結構和功能上的細節不應該被解釋為限制，而僅僅被解釋為用于教導本領域技術人員以各種方式使用本發明的代表性基準。如本領域的普通技術人員將理解的，參照任一附圖示出和描述的各種特征可與在一個或多個其他附圖中示出的特征結合，以產生未明確示出或描述的實施例。示出的特征的結合為典型應用提供代表性實施例。然而，與本公開的教導一致的特征的各種結合和變型可期望用于具體應用或實施方式。車用電池系統內的電池單元的均勻冷卻可提高電池性能，并可降低冷卻風扇功率需求。然而，隨著陣列中電池單元的數量的增加，在整個堆疊件中提供均勻的空氣流變得越來越困難。這在車輛包裝要求限制進氣室體積時會尤其突出，從而會在進氣室內引起明顯的壓力差。例如，在傳統的二十八個電池單元陣列中，這樣的壓力差會導致在堆疊件中不同位置處的電池單元周圍的空氣流速顯著變化。一些電池單元周圍空氣流的減少會導致電流密度較低、性能劣化等。圖1圖解地示出了具有兩排電池單元12的電池總成10。每排的電池單元12均勻地隔開。因此，同一排電池單元12之間的間隙13大致相等。電池單元12被殼體總成14圍繞，殼體總成14進一步限定進氣室16和排氣室18。在圖1的示例中，進氣室16包括與空氣源流體連通的兩個進氣口 20，排氣室18包括與鼓風機24流體連通的兩個排氣口 22。鼓風機24被布置成抽出穿過電池總成10的空氣。S卩，冷卻空氣通常通過進氣口 20進入電池總成10，經過進氣室16和間隙13，并經由排氣室18和排氣口 22離開電池總成10。分析表明:相對于遠離進氣口 20的間隙13，靠近進氣口 20的間隙13經受更大的空氣流速。進氣室16內的壓力隨著進氣室16遠離進氣口 20而減小。因此，進氣室壓力在接近進氣口 20處最大，并在兩個進氣口 20之間接近中間的位置處最小。由于間隙13的寬度相等，因此，相對于暴露于較大的進氣室壓力的間隙13，暴露于這些較小的進氣室壓力的間隙13通常將經受減小的流速。減小的流速導致電池單元的冷卻程度較低。考慮到接近電池總成10的中央的電池單元12所經受的冷卻程度的降低，可增加鼓風機24的速度。然而，與鼓風機速度的增加相關聯的鼓風機24的功耗的增加可能是不期望的。此外，對于給定的進氣流速，增加進氣室體積可減小進氣室內的壓力差。然而，包裝方面的限制和成本會約束進氣室的尺寸。圖2圖解地示出了具有兩排電池單元112的電池總成110。每排內的電池單元112均勻地隔開。因此，同一排電池單元112之間的間隙113大致相等。電池單元112被殼體總成114圍繞，殼體總成114進一步限定進氣室116和排氣室118。在圖2的示例中，進氣室116包括與空氣源流體連通的單個進氣口 120，排氣室118包括與鼓風機124流體連通的兩個排氣口 122。鼓風機124被布置成抽出穿過電池總成110的空氣。由于參照圖1所解釋的原因，因此，相對于靠近進氣口 120的電池單元112，遠離進氣口 120的電池單元112經受降低的冷卻程度。在此描述的特定的電池總成可被構造成減輕電池單元的不均勻冷卻。例如，與靠近進氣口的電池單元相比，遠離進氣口的電池單元可相隔得更遠，以促使更加均勻的空氣流流經堆疊件。圖3圖解地示出了具有兩排電池單元212的電池總成210。每排內的電池單元212不均勻地隔開。在其他示例中，可存在數量更多或數量更少的排和/或多個這樣的排可(例如，沿進入頁面的方向、沿離開頁面的方向等)上下堆疊。也可考慮電池單元的其他布置。電池單元212被殼體總成214圍繞，殼體總成214進一步限定進氣室216和排氣室218。然而，在其他示例中，進氣室216和排氣室218可與殼體總成214分離并可附著到殼體總成214，等等。在圖3的示例中，進氣室216包括與空氣源流體連通的兩個進氣口 220，排氣室218包括與鼓風機224流體連通的兩個排氣口 222。然而，可使用任何合適數量的進氣口 /排氣口。鼓風機224被布置成抽出穿過電池總成210的空氣。在其他實施例中，鼓風機224可位于進氣口 220的上游，以推動空氣穿過電池總成210，等等。與遠離進氣口 220的電池單元212相比，靠近進氣口 220的電池單元212彼此間隔更近。因此，與遠離進氣口 220的電池單元212之間的間隙213 相比，靠近進氣口 220的電池單元212之間的間隙213η更窄。更寬的間隙213w促進空氣流流經該間隙213w。更窄的間隙213η抑制空氣流流經該間隙213η。因此，在進氣室216內的壓力差一定的條件下，(例如，與圖1的間隙13相比)流經間隙213n、213w的空氣流更加均勻。S卩，在進氣室壓力降低的情況下存在的更寬的間隙213w以及在進氣室壓力增加的情況下存在的更窄的間隙213η產生大致相等的流速。在圖3的示例中使用兩種間隔方案，其產生了具有兩個可能的寬度中的一個寬度的間隙213n、213w。在其他示例中，可使用多種間隔方案。例如，電池單元可被布置成使得每個間隙的寬度隨著電池單元遠離進氣口(直到到達電池總成的中央為止)而增加。然而，制造和成本方面的考慮會限制可行的間隔方案的數量。可使用測試、仿真等來確定電池單元212之間的最佳間隔，以在目標鼓風機速度、進氣室體積等一定的條件下實現相對均勻的電池單元冷卻。如果多個排上下堆疊，則堆疊的排離進氣口越遠，堆疊的排之間的間隔可類似地增大，等等。將其上示出了圖3的頁面旋轉到橫向位置，呈現出又一示例，在該示例中，十五排電池單元212上下堆疊。與遠離進氣口 220的電池單元212的多個排之間的間隔213w相比，靠近進氣口 220的多個排之間的間隔213η更窄，從而有助于多個排之間的空氣流相對均勻。可使用兩種構造不同的安裝架/間隔件來實現圖3的間隔方案。即，單個寬間隔的安裝架可用于以寬間隔放置一部分電池單元212，從而產生更寬的間隙213w。兩個窄間隔安裝架(電池總成210每側一個)可用于以窄間隔放置其他的電池單元212，從而產生更窄的間隙213η。然而，可使用用于放置電池單元212的任何合適的設備。圖4圖解地示出了具有兩排電池單元312的電池總成310。然而，如上所述，其他電池單元布置也是可能的。電池單元312被殼體總成314圍繞，殼體總成314進一步限定進氣室316和排氣室318。在圖4的示例中，進氣室316包括與空氣源流體連通的單個進氣口 320，排氣室318包括與鼓風機324流體連通的單個排氣口 322。鼓風機324被布置成抽出穿過電池總成310的空氣。在其他實施例中，鼓風機324可位于進氣口 320的上游，以推動空氣穿過電池總成310，等等。與圖3的示例類似，與每排內遠離進氣口 320的電池單元312相比，每排內靠近進氣口 320的電池單元312被定位成彼此靠得更近。因此，與遠離進氣口 320的電池單元312之間的間隙313w相比，靠近進氣口 320的電池單元312之間的間隙313η更窄。更寬的間隙313w促使空氣流圍繞其相應的電池單元312流動。更窄的間隙313η抑制空氣流圍繞其相應的電池單元312流動。因此，在進氣室316內的壓力差一定的條件下，(例如，與圖1的間隙13相比)流經間隙313n、313w的空氣流更加均勻。即，在進氣室壓力降低的情況下存在的更寬的間隙313w以及在進氣室壓力增加的情況下存在的更窄的間隙313η產生大致相等的流速。相對于進氣室16、116，進氣室216、316具有明顯較小的體積，從而相對于電池總成10、110而言，用于包裝電池總成210、310所需的總體空間減小。即使相對于進氣室16、116而言，進氣室216、316內的壓力差可能更加顯著，這些壓力差的影響仍可通過如在此描述的電池單元212、312的合適的間隔而減輕。因此，相對于與圖1和圖2的電池總成布置相似的電池總成布置，與參照圖3和圖4描述的電池總成布置相似的電池總成布置不僅可實現更加均勻的冷卻(并因此實現更大的電流密度和提高的性能)，而且還可減小總體尺寸(并因此降低成本和重量)。圖5圖解地示出了包括上面所描述的電池總成210和鼓風機224的可被選擇性地驅動的車輛226。車輛226還包括電機228、變速器230和車輪232。電池總成210與鼓風機224流體連通(如由細實線所指示的)，并與電機228電連接(如由虛線所指示的)。如由粗實線所指示的，變速器230與電機228和車輪232機械連接。來自電池總成210的電能可通過電機228被轉換成機械能，從而經由變速器230使車輪232運動。同樣地，來自變速器230的機械能可通過電機228被轉換成電能，并被儲存在電池總成210的電池單元中。在該示例中，如由細實線所指示的，進氣口 220和鼓風機224與車輛226的外部流體連通。因此，鼓風機224可抽出穿過電池總成210的周圍空氣。然而，其他布置也是可能的。盡管在上面描述了示例性實施例，但是這些實施例并不意在描述了權利要求所包含的所有可能的形式。在說明書中使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞語，應該理解的是，在不脫離本公開和權利要求的精神和范圍的情況下，可進行各種改變。如上所述，各個實施例的特征可被結合，以形成未被明確描述或示出的本發明的進一步的實施例。盡管各個實施例可能已被描述為提供優點或者在一個或多個期望的特性方面優于其他實施例或現有技術的實施方式，但是本領域普通技術人員應該認識到，一個或多個特點或特性可被折衷，以實現期望的整體系統屬性，期望的整體系統屬性取決于具體的應用和實施方式。這些屬性可包括但不限于成本、強度、耐久性、生命周期成本、可銷售性、外觀、包裝、尺寸、維護保養方便性、重量、可制造性、裝配容易性等。因此，被描述為在一個或多個特性方面不如其他實施例或現有技術的實施方式的實施例并不在本公開的范圍之外，并且可被期望用于特定的應用。
權利要求
1.一種車輛,包括: 電機，被構造成產生用于車輛的動力；和 電池總成，所述電池總成包括:一排電池單元，與電機電連接；集氣室，具有與空氣源流體連通的入口，在相鄰的成對的電池單元之間限定與集氣室流體連通的間隙，靠近所述入口的間隙比遠離所述入口的間隙窄，以促使大致均勻的空氣流流經所述間隙。
2.如權利要求1所述的車輛，其中，與靠近所述入口的電池單元相關聯的間隙具有第一寬度，與遠離所述入口的電池單元相關聯的間隙具有比第一寬度大的第二寬度。
3.如權利要求1所述的車輛，其中，所述間隙被布置成使得空氣以相應的流速流經所述間隙，其中，所述流速近似相等。
4.如權利要求1所述的車輛，其中，所述電池總成還包括上下堆疊并與電機電連接的另外的多排電池單元，其中，在相鄰的成對的排之間均限定一間隔，其中，靠近所述入口的間隔比遠離所述入口的間隔窄，以促使大致均勻的空氣流流經所述間隔。
全文摘要
本發明提供一種具有電池總成的車輛。所述電池總成包括殼體，限定具有入口的集氣室；一排電池單元，設置在所述殼體內。相鄰的每對電池單元限定與集氣室流體連通的間隙。靠近所述入口的間隙比遠離所述入口的間隙窄，以促使大致均勻的流體流流經所述間隙。
文檔編號H01M10/50GK103208663SQ201310010970
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月11日 優先權日2012年1月16日
發明者托馬斯·A·瓦格納 申請人:福特全球技術公司