用于车辆电池的冷却系统的制作方法
【专利摘要】用于车辆的车辆电池的冷却系统设有散热器和包括第一水泵的至少一个水泵。第一水泵通过使冷却剂在车辆电池和散热器之间循环来冷却车辆电池。第一水泵被布置在低于车辆电池的位置中，或者被布置在与车辆电池处于相同高度的位置中。车辆电池被布置在低于散热器的位置中。
【专利说明】用于车辆电池的冷却系统
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于车辆的车辆电池的冷却系统。
【背景技术】
[0002]向用作动力源的马达或者电动发电机等供应电力的车辆电池安装在混合动力车辆和电动车辆等中。例如，能够充电和放电的电池可以被用作车辆电池。当充电和放电时，电池发热。因此，当电池的温度由于发热而变高时，电池的性能可能下降，并且电池可能劣化。结果，电池的可能的电力存储容量可能降低，并且电池的寿命可能变短。
[0003]日本专利申请公报N0.2002-352866 (JP2002-352866A)提出一种水冷型冷却系统，该水冷型冷却系统通过使用水泵使冷却剂在电池和散热器之间循环来有效地冷却电池。
[0004]利用上述这种水冷型冷却系统，例如，如在图6中所示冷却剂沿着从电池110 —第一水泵130、散热器120、第二水泵140 (见图7)—电池110的路径循环。例如，由于受限的安装空间，用作车辆电池的电池110被布置在车辆的地板以下(即，地板面板160的下方)。在该情形中，如在图6中所示，当第一水泵130布置在高于电池110的位置中时，诸如以下描述的现象可能发生。
[0005]S卩，从电池110的冷却剂排出口 113流出的冷却剂的压力(即，路径中的压力)在冷却剂到达第一水泵130的吸入口 131之前降低，从而在第一水泵130内侧可能发生空穴现象。这将在下面详细描述。
[0006]电池110具有未示出的多个电池单元，所述多个电池单元例如在电池外壳111内侧堆叠并且以串联方式电连接在一起。而且，用于循环冷却剂的冷却剂通路形成在电池外壳111内侧的相邻的电池单元之间。然而，相邻的电池单元在其间带有轻微的间隙地被布置在电池外壳111的内侧，从而仅能够确保小的截面面积作为冷却剂通路的截面面积。结果，电池110的内侧的压力损失变得大于散热器120内侧的压力损失。
[0007]而且，如在图7中所示，例如，在电池110的冷却剂排出口 113处的冷却剂的压力P113低于在电池110的未示出的冷却剂入口处的冷却剂的压力P112。除此之外，当第一水泵130被布置在高于电池110的位置中时，在冷却剂从电池110的冷却剂排出口 113到达第一水泵130的吸入口 131之前，冷却剂的压力将以冷却剂的势能增加的量降低。而且，在布置在电池110的下游的第一水泵130的吸入口 131处的冷却剂的压力P131可以是在冷却系统的路径中的最低压力。在于图6和7中示意的实例中，到达第一水泵130的吸入口131的冷却剂的压力P131已经以与在电池110和第一水泵130之间的高度差Λ H I (图6)的势能对应的压力Λ F (图7)降低。
[0008]而且，当压力已经降低的冷却剂流入第一水泵130中时，在靠近第一水泵130的叶轮部分处可能发生空穴现象。因此，在电池冷却系统中，第一水泵130的排出量应该被设定成使得在第一水泵130内侧的叶轮部分处将不发生这种空穴现象。
【发明内容】
[0009]本发明提供一种能够抑制水泵内侧的空穴现象发生的用于车辆的车辆电池的冷却系统。
[0010]本发明的一个方面涉及一种用于车辆的车辆电池的冷却系统。这个冷却系统设有散热器，和包括第一水泵的至少一个水泵。第一水泵通过使冷却剂在车辆电池和散热器之间循环来冷却车辆电池。第一水泵被布置在低于车辆电池的位置中，或者被布置在与车辆电池处于相同高度的位置中。车辆电池的至少一部分被布置在低于散热器的位置中。
[0011]这里，当在与车辆电池处于相同高度的位置中布置水泵(即，第一水泵)时，水泵相对于车辆电池的高度位置仅需要被设定成使得在竖直方向上，从水泵的上端到下端的范围(即，区域)的至少一部分与从车辆电池的上端到下端的范围(即，区域)的一部分重叠。更优选地，水泵相对于车辆电池的高度位置仅需要被设定成使得在竖直方向上，在从车辆电池的上端到下端的范围中包括从水泵的上端到下端的全部范围。
[0012]而且，当在低于车辆电池的位置中布置水泵时，水泵相对于车辆电池的高度位置仅需要被设定成使得水泵的上端低于车辆电池的下端。
[0013]在另一方面，当在低于散热器的位置中布置车辆电池时，车辆电池相对于散热器的高度位置仅需要被设定成使得车辆电池的下端被设置在至少低于散热器的下端的位置中。
[0014]根据这个结构，水泵被布置在低于车辆电池的位置中，或者被布置在与车辆电池处于相同高度的位置中，从而抑制了在冷却剂到达水泵的吸入口之前从车辆电池的冷却剂排出口流出的冷却剂的压力降低，并且因此能够抑制空穴现象在水泵内侧发生。以此方式使得在水泵内侧更加难以发生空穴现象使得能够增加水泵的排出量。结果，根据这个结构，在该冷却系统中，能够相对于根据现有技术的冷却系统改进车辆电池的冷却效率。
[0015]在上述冷却系统中，散热器可以被布置在车辆的格栅中，并且车辆电池和第一水泵可以被布置在车辆的地板的下方。
[0016]根据这个结构，利用当车辆行驶时通过格栅部分吸入的行进中的风，能够有效率地冷却散热器内侧的冷却剂，即，通过与车辆电池热交换温度已经增加的冷却剂。
[0017]在具有上述结构的冷却系统中，第一水泵可以被布置在车辆电池的下游，并且被布置在散热器的上游。在具有这个结构的冷却系统中，第二水泵可以设置在车辆电池的上游，并且被布置在散热器的下游。
[0018]在具有上述结构的冷却系统中，第一水泵可以被容纳在车辆电池的外壳中。
[0019]根据这个结构，水泵被车辆电池的外壳覆盖，从而能够防止水泵碎裂以及被覆盖在泥浆和水等中。而且，与当水泵被设置在车辆电池外侧时相比较，将水泵的吸入口连接到车辆电池的冷却剂排出口的冷却剂循环通路能够被缩短或者省略，从而能够使得整个冷却系统更小，并且进而还能够使得用于固定在地板下方的车辆电池和水泵的托架等更小。
[0020]在具有上述结构的冷却系统中，车辆电池可以是能够充电和放电的电池。还在具有上述结构的冷却系统中，车辆可以是混合动力车辆或者电动车辆，并且可以设有马达作为动力源，其中用来自车辆电池的电力供给马达。
[0021]在具有上述结构的冷却系统中，第一水泵的至少一部分可以被布置在低于车辆电池的位置中。[0022]在具有上述结构的冷却系统中，整个第一水泵可以被布置在低于车辆电池的位置中。
[0023]在具有上述结构的冷却系统中，整个车辆电池可以被布置在低于散热器的位置中。
[0024]根据本发明的用于车辆的车辆电池的冷却系统，水被泵布置在低于车辆电池的位置中，或者被布置在与车辆电池处于相同高度的位置中，从而在冷却剂到达水泵的吸入口之前，抑制了从车辆电池的冷却剂排出口流出的冷却剂的压力降低。结果，能够抑制空穴现象在水泵内侧发生。以这种方式使得空穴现象更难以在水泵内侧发生使得能够增加水泵的排出量。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]将参考附图在本发明的示例性实施例的以下详细说明中描述本发明的特征、优点以及技术和工业意义，其中类似的附图标记表示类似的元件，并且其中:
[0026]图1是示出根据本发明一个示例性实施例的用于车辆的车辆电池的冷却系统的一个实例的框架模式的视图；
[0027]图2是图1中的冷却系统的车辆电池、散热器和第一水泵在车辆中的布置的一个实例的侧视图；
[0028]图3是车辆电池、第一水泵和地板面板的沿着图2中的线X1-XI (即，在从X1-XI方向观察时)截取的截面视图；
[0029]图4是示出在图1所示冷却系统的路径内侧的冷却剂的压力的变化的曲线图；
[0030]图5是示出第一水泵被容纳在车辆电池的外壳内侧的变型实例的侧视图；
[0031]图6是示出根据现有技术的冷却系统的车辆电池、散热器和水泵的布置的与图2对应的视图；并且
[0032]图7是示出在根据现有技术的冷却系统的路径内侧的冷却剂的压力的变化的与图4对应的视图。
【具体实施方式】
[0033]现在将参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。
[0034]在这些示例性实施例中，将描述本发明已经应用于用于安装在混合动力车辆中的车辆电池的冷却系统的实例。该混合动力车辆作为动力源设有内燃机诸如汽油发动机或者柴油发动机，和用来自车辆电池的电力供给的马达。本发明当然还可以应用于用于安装在电动车辆中的车辆电池的冷却系统，该电动车辆仅设有马达作为动力源。
[0035]图1是示出根据本发明一个示例性实施例的用于车辆的车辆电池的冷却系统的实例的框架模式的视图。图2是图1中的冷却系统的车辆电池、散热器和第一水泵在车辆中的布置的一个实例的侧视图，并且图3是车辆电池、第一水泵和地板面板的沿着图2中的线X1-XI(即，在从X1-XI方向观察时)截取的截面视图。
[0036]如在图1中所示，用作车辆电池的电池10的冷却系统I (这个冷却系统还可以简单地被称作“冷却系统I”)包括散热器20、第一水泵30、第二水泵40和将这些装置连接在一起的冷却剂循环通路(冷却剂导管)50。利用这种冷却系统1，通过第一水泵30和第二水泵40使冷却剂在电池10和散热器20之间循环。更具体地，在冷却系统I中，冷却剂沿着从电池10 —第一水泵30 —散热器20 —第二水泵40 —电池10的路径循环。
[0037]电池10例如包括电池外壳11和未示出的多个电池单元。电池外壳11具有大致长方体形状。该多个电池单元被容纳在该电池外壳11的内侧。每个电池单元以具有大致长方体形状的薄板形状形成。该多个电池单元被布置成在电池外壳11的内侧堆叠，并且被未示出的汇流条等以串联方式电连接在一起。电池单元例如由锂离子电池形成。电池单元不被特别地限制，只要它们是能够充电和放电的二次电池即可。例如，电池单元可以是镍-金属-氢化物电池。
[0038]在电池外壳11的内侧,冷却剂流过的冷却剂通路14(由图1中的虚线示意)形成在电池外壳11和电池单元之间并且形成在相邻的电池单元之间。而且，用于将冷却剂引入电池外壳11的内侧的冷却剂通路14中的冷却剂入口(入口)12和用于将冷却剂从电池外壳11的内侧的冷却剂通路14排出的冷却剂排出口(出口)13形成在电池外壳11中。而且，随着充电和放电而温度增加的电池10被流过电池外壳11的内侧的冷却剂通路14的冷却剂冷却。
[0039]冷却剂入口 12经由冷却剂循环通路50而被连接到布置在电池10的上游的第二水泵40的排出口(出口)42。冷却剂排出口 13经由冷却剂循环通路50而被连接到布置在电池10的下游的第一水泵30的吸入口(入口)31。
[0040]散热器20例如是降流型散热器，并且如在图2中所示包括在上罐21和下罐22之间的散热器芯子23。当已经流动到入口侧上的上罐21中的冷却剂朝向出口侧上的下罐22向下流过散热器芯子23时，通过该冷却剂和外侧空气(即，当车辆行驶时产生的、通过格栅部分(格栅)80引入的气流(在下文中称作“行进中的风”)或者由正被驱动的冷却风扇吹送的空气)之间的热交换，热量被辐射到外侧空气，使得冷却剂被冷却。散热器20的上罐21经由冷却剂循环通路50而被连接到布置在散热器20的上游的第一水泵30的排出口(出口)32。下罐22经由冷却剂循环通路50而被连接到布置在散热器20的下游的第二水泵40的吸入口(入口)41。
[0041]第一水泵30和第二水泵40这两者均是电动水泵。第一水泵30和第二水泵40的旋转速度每一个均由未示出的控制单元控制。相应地，第一水泵30和第二水泵40的冷却剂的排出量(即，排出压力)每一个均能够被以可变的方式控制。
[0042]在这个示例性实施例中，如在图2中所示，电池10和第一水泵30被布置在车辆100的地板以下，即，地板面板60以下。电池10和第一水泵30利用未示出的托架等被地板面板60支撑。电池10在冷却剂流动的方向上被布置在第一水泵30的上游，并且从电池10到第一水泵30的冷却剂循环通路50基本水平地延伸。
[0043]更具体地，如在图3中所示，当从车辆纵向方向(即，沿着图2中的左右方向)观察时，电池10 ( S卩，电池外壳11)被成形为使得电池10的在车辆宽度方向(即，图3中的左右方向)上的中央部分15向上突出，并且这个中央部分15在车辆纵向方向上延伸。地板面板60也类似地成形使得地板面板60的在车辆宽度方向上的中央部分61向上突出，并且这个中央部分61在车辆纵向方向上延伸。而且，电池10的中央部分15被容纳在地板面板60的中央部分61的下方的空间(即，地板通道)中。而且，第一水泵30被布置在电池10的中央部分15的前方。在该情形中，电池10的上端Hll被布置在低于地板面板60的上端H61 (即，中央部分61的上端H61)的位置中。而且，第一水泵30的上端H31也被布置在低于地板面板60的上端H61的位置中。
[0044]如在图2中所示，散热器20被布置在车辆100的前围板70的前方，并且被设置在车辆100的最前端部分的格栅部分80上。而且，当车辆100行驶时，在散热器20的散热器芯子23内侧的冷却剂，即，由于与电池10热交换而温度增加的冷却剂被通过格栅部分80吸入的行进中的风冷却。从第一水泵30到散热器20的上罐21的冷却剂循环通路50以一定角度向上延伸。
[0045]而且，在这个示例性实施例中，如在图2中所示，电池10被布置在低于散热器20的位置中。更具体地，电池10的上端Hll被设置在低于散热器20的下罐22的下端H22的
位置中。
[0046]此外，在这个示例性实施例中，第一水泵30被布置在与电池10处于相同高度的位置中。更具体地，在竖直方向上(即，在图2中的竖直方向上)，从第一水泵30的上端H31到下端H32的全部范围(区域)A3被包括在从电池10的上端Hll到下端H12的范围(区域)Al内。
[0047]在车辆100中，冷却系统I的电池10、散热器20和第一水泵30的高度位置之间的关系如在以下描述地设定，使得能够获得诸如以下描述的效果。
[0048]S卩，第一水泵30被布置在与电池10处于相同高度的位置中，从而在冷却剂到达第一水泵30的吸入口 31之前，抑制了从电池10的冷却剂排出口 13流出的冷却剂的压力(即，路径中的压力)降低。因此，能够抑制空穴现象在第一水泵30内侧发生。结果，能够抑制由于空穴现象引起的第一水泵30的排出量的降低。这将参考图4描述。在图4中，根据这个示例性实施例的冷却系统I的路径中的冷却剂的压力的变化由实线LI示意，并且根据现有技术(例如见图6)的冷却系统的路径中的冷却剂的压力的变化(仅示出一部分)由虚线L2示意。由图4中的虚线L2示出的冷却剂的压力的变化与由图7中的实线L3示出的冷却剂的压力的变化相同。
[0049]如在图4中所示，在冷却系统I的路径中，从第一水泵30和第二水泵40排出的冷却剂的压力由于在电池10中的损失、在散热器20中的损失和在冷却剂循环通路50中的损失等而逐渐地降低。第一水泵30和第二水泵40用于增加在该路径中降低的冷却剂的压力(即，补偿这个降低)
[0050]如以上已经描述地，在电池10中的损失大于在散热器20中的损失和在冷却剂循环通路50中的损失，从而在电池10的冷却剂排出口 13处的冷却剂的压力P13低于在冷却剂如口 12处的冷却剂的压力P12。而且，在被布置在电池10下游的第一水泵30的吸入口31处的冷却剂的压力P31可以是在冷却系统I的路径中的最低压力。
[0051]然而，在根据现有技术的冷却系统(见图6)中，第一水泵130被布置在高于电池110的位置中。因此，如由图4中的虚线L2示出地，在冷却剂从电池110的冷却剂排出口113到达第一水泵130的吸入口 131之前，冷却剂的压力已经降低了与冷却剂增加的势能的量对应的Λ F I。
[0052]作为对照，在这个示例性实施例中，如在图2中所示，第一水泵30被布置在与电池10处于相同高度的位置中。因此，如由图4中的实线LI示出地，在冷却系统I中，在冷却剂从电池10的冷却剂排出口 13到达第一水泵30的吸入口 31之前，冷却剂的势能将不增加，从而与根据现有技术的冷却系统相比，冷却剂的压力的降低能够更大地受到抑制。
[0053]因此，在这个示例性实施例中，如在图4中所示，在冷却系统I的路径中的最低压力，在该情形中，在第一水泵30的吸入口 31处的冷却剂的压力P31能够比在根据现有技术的冷却系统中的压力高Λ F I。这里，在冷却系统I中，当将第一水泵30设置在比在根据现有技术的冷却系统中低Λ Hl (例如见图6，)的位置中时，关系[AFl= pgAHl]得以满足(其中P是冷却剂的密度，而g是重力常数)。
[0054]还在这个示例性实施例中，在第一水泵30的吸入口 31处的冷却剂的压力P31比在根据现有技术的冷却系统中高△ F 1，从而能够抑制空穴现象在第一水泵30内侧发生。以该方式使得空穴现象更难以在第一水泵30内侧发生使得能够增加第一水泵30的排出量。结果，根据这个示例性实施例，在冷却系统I中，能够相对于根据现有技术的冷却系统提高电池10的冷却效率。
[0055]其它示例性实施例
[0056]本发明不限于上述示例性实施例。相反，在专利权利要求的范围内和在与权利要求的范围等价的范围内的所有的变型和应用都是可能的。
[0057]在上述示例性实施例中，第一水泵30被布置在电池10的外侧上(见图2)，但是本发明不限于此。即，第一水泵30还可以安装在电池10的电池外壳11的内侧。将参考图5描述该变型实例。
[0058]如在图5中所示，第一水泵30被容纳在电池10的电池外壳11的内侦彳。而且，第一水泵30的吸入口 31连接到设置在电池外壳11的内侧的冷却剂通路的未示出的排出部分。
[0059]根据这个变型实例，第一水泵30被电池外壳11覆盖，从而能够防止第一水泵30碎裂以及覆盖在泥浆和水等中。而且，与当第一水泵30被设置在电池10的外侧(见图2)时相比较，能够缩短或者省略将第一水泵30的吸入口 31连接到冷却剂通路的排出部分的冷却剂循环通路50，从而能够使得整个冷却系统I更小，并且进而，还能够使得用于将电池10和第一水泵30固定到地板面板60的托架等更小。
[0060]上述冷却系统I的电池10、散热器20和第一水泵30之间的高度关系仅是实例，并且例如可以如在以下描述地变型。
[0061]在上述示例性实施例中，在竖直方向上从第一水泵30的上端H31到下端H32的全部范围A3被包括在从电池10的上端Hll到下端H12的范围Al内。然而，本发明不限于此。即，第一水泵30相对于电池10的高度位置可以改变，只要在竖直方向上从第一水泵30的上端H31到下端H32的范围A3的至少一部分与从电池10的上端Hll到下端H12的范围Al
的一部分重叠即可。
[0062]而且，在上述示例性实施例中，第一水泵30被布置在与电池10处于相同高度的位置中，但是第一水泵30还可以被布置在低于电池10的位置中。在该情形中，第一水泵30相对于电池10的高度位置可以被设定成使得第一水泵30的上端H31低于电池10的下端H12。 [0063]只要如上所述在电池10和第一水泵30之间的高度位置关系得以满足，第一水泵30就还可以位于除了在车辆100的地板的下方之外的某个位置。
[0064]而且，在上述示例性实施例中，电池10的上端Hl I被设置在低于散热器20的下罐22的下端H22的位置中。然而，本发明不限于此。即，电池10相对于散热器20的高度位置可以改变，只要电池10的下端H12被设置在至少低于散热器20的下罐22的下端H22的位
置中即可。
[0065]上述电池10和在图1中示意的冷却系统I的结构仅是实例。还可以采用其它结构。例如，第二水泵40可以省略并且仅第一水泵30可以被设置在冷却系统中。而且，冷却马达或者逆变器等的冷却剂通路和蓄存器等可以被设置在冷却系统中。
[0066]在图3中示意的地板面板60和电池10的形状仅是实例。还可以采用其它形状。而且，电池10、第一水泵30和地板面板60之间的高度位置关系仅仅是实例。还可以采用其它结构。例如，电池10的上端Hll和第一水泵30的上端H31可以被布置在低于地板面板60的下端H62的位置中。
[0067]车辆电池不仅限于如上所述的电池，而是还可以是燃料电池等。即，本发明不仅限于混合动力车辆或者电动车辆，只要该车辆设有马达作为动力源即可，其中用来自车辆电池的电力供给该马达。例如，本发明还可以应用于燃料电池车辆等。
[0068]本发明能够在设有作为动力源的、用来自车辆电池的电力供给的马达的车辆中用于通过使用水泵使冷却剂在车辆电池和散热器之间循环来冷却车辆电池的水冷型冷却系统。
【权利要求】
1.一种用于车辆的车辆电池的冷却系统，包括: 散热器；和 包括第一水泵的至少一个水泵，所述第一水泵通过使冷却剂在所述车辆电池和所述散热器之间循环来冷却所述车辆电池；所述第一水泵被布置在低于所述车辆电池的位置中，或者被布置在与所述车辆电池处于相同高度的位置中；并且，所述车辆电池的至少一部分被布置在低于所述散热器的位置中。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述散热器被布置在所述车辆的格栅中，并且所述车辆电池和所述第一水泵被布置在所述车辆的地板的下方。
3.根据权利要求1或2所述的冷却系统，其中，所述第一水泵被布置在所述车辆电池的下游，并且被布置在所述散热器的上游。
4.根据权利要求3所述的冷却系统，其中，第二水泵被设置在所述车辆电池的上游，并且被设置在所述散热器的下游。
5.根据权利要求3或4所述的冷却系统，其中，所述第一水泵被容纳在所述车辆电池的外壳中。
6.根据权利要求1到5中的任一项所述的冷却系统，其中，所述车辆电池是能够充电和放电的电池。
7.根据权利要求1到6中的任一项所述的冷却系统，其中，所述车辆是混合动力车辆或电动车辆，并且设有马达作为动力源，其中用来自所述车辆电池的电力供给所述马达。
8.根据权利要求1到7中的任一项所述的冷却系统，其中，所述第一水泵的至少一部分被布置在低于所述车辆电池的位置中。
9.根据权利要求1到8中的任一项所述的冷却系统，其中，整个第一水泵被布置在低于所述车辆电池的位置中。
10.根据权利要求1到9中的任一项所述的冷却系统，其中，整个车辆电池被布置在低于所述散热器的位置中。
【文档编号】H01M10/625GK103947033SQ201280056221
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年11月15日 优先权日:2011年11月17日
【发明者】柴田启如 申请人:丰田自动车株式会社