用于电池的热管理的系统的制作方法

相关申请的交叉引用

根据美国法典第35卷§119(e)，本申请要求于2018年2月2日提交的标题为“systemforthermalmanagementofabattery(用于电池的热管理的系统)”、序列号为62/625,423的美国临时专利申请的权益，其全部公开内容通过引用明确并入本文中。

本公开总体涉及管理用于车辆的电池的温度，更具体地说，涉及控制和管理施加到车辆上的外部安装的电池的外部热负荷的系统和方法。

背景技术：

大型车辆和/或货运车辆(例如，客车、半卡车或拖车或者被配置成承载大量人员和/或重货物的其它类型的车辆)被配置成使人员和/或货物的可用内部空间最大化。这样，诸如电池、空气处理系统和其它部件之类的各种车辆部件可以被支撑在车辆的外表面上，而不是在内部占据乘客和货物可能所在的空间。更尤其是，这样的部件可以在车辆框架和车身面板外部的位置处支撑在车辆上。例如，电池和其它车辆部件可以被支撑在车辆的后部和/或车辆的顶部上。与用于个人消费者使用的被美学地设计和配置成掩盖大部分车辆部件的汽车和其它车辆不同，商用和/或货运车辆需要增加用于乘客和/或货物的车辆容量，并且可能较少关注车辆的美学，以试图使货物和乘客空间最大化，由此需要在车辆内部空间的外部支撑某些车辆部件。

在车辆被配置成混合动力车辆、增程车辆或电动车辆的情况下，相对于仅通过基于燃料的发动机操作的汽车或其它车辆，操作车辆所需的电池的数量和/或尺寸可能增加。这样，可能需要冷却这种大量的电池和/或更大型的电池的附加要求。更尤其是，如果电池在外部支撑在车身上，则当电池暴露于阳光下时，电池可能例如由于太阳热负荷而暴露于高热负荷，这可能使电池的温度升高至最佳工作温度范围以上。相反，电池可能暴露于低热负荷，例如，通过低温和/或寒冷条件，这可能会使电池的温度降低至最佳工作温度范围以下。因此，在混合动力车辆和/或电动车辆上的这种外部安装的电池可能由于电池自身和与电池相邻的其它车辆部件的操作而经受温度变化，并且还由于电池在车辆上的外部定位所引起的外部温度负荷而经历温度变化。以此方式，需要一种用于管理车辆上的外部安装的电池的温度的热管理装置、设备、系统和/或方法。

技术实现要素：

在本公开的一个实施方式中，一种用于控制车辆的至少一个电池上的外部热负荷的系统包括被配置成支撑车辆外部的至少一个电池的电池外壳。该外壳包括热反应部分。

在本公开的另一实施方式中，一种用于控制车辆的至少一个电池上的外部热负荷的系统包括被配置成支撑车辆外部的至少一个电池的电池外壳。该外壳包括热反应部分。另外，该系统包括控制系统，该控制系统包括控制器和可操作地联接到控制器和电池外壳的至少一个传感器。控制器被配置成调整电池外壳的热反应部分的参数。

在本公开的又一实施方式中，一种控制车辆的至少一个电池上的外部热负荷的方法包括：提供至少一个电池的外壳；将外壳支撑在车辆的外部部分上；提供外壳的热反应部分；以及利用该热反应部分来管理至少一个电池上的外部热负荷。

附图说明

通过参照以下结合附图对本公开的实施方式的描述，本公开的上述和其它特征以及获得它们的方式将变得更加显而易见，并且将更好地理解本公开本身，其中：

图1是被配置成承载乘客和/或货物并且包括用于支撑车辆外部的电池的外部电池外壳的混合动力车辆、增程车辆或电动车辆的立体图；

图2是被配置成管理图1的电池上的外部热负荷的控制系统的示意图；

图3a是图1的车辆的俯视图，该俯视图包括电池外壳的热反应部分，该热反应部分限定电池外壳的一部分的深色表面涂装(finish)或处理；

图3b是图1的车辆的俯视图，该俯视图包括电池外壳的热反应部分，该热反应部分限定电池外壳的一部分的浅色或反射表面涂装或处理；

图4a是图1的车辆的俯视图，该俯视图包括电池外壳的热反应部分，该热反应部分限定处于关闭位置的多个热激活百叶窗；

图4b是处于关闭位置的图4a的热激活百叶窗的剖视图；

图5a是包括处于打开位置的热激活百叶窗的图4a的车辆的俯视图；

图5b是处于关闭位置的图5a的热激活百叶窗的剖视图；

图6a是图1的车辆的俯视图，该俯视图包括电池外壳的热反应部分，该热反应部分限定处于透明模式的至少一个热激活窗口；

图6b是图6a的车辆的俯视图，该俯视图包括处于不透明模式的至少一个热激活窗口；以及

图7是管理或控制图1的电池上的外部热负荷的例示性方法的流程图。

尽管附图表示根据本公开的多个特征和部件的实施方式，但是这些附图不一定按比例绘制，并且某些特征可能被夸大以便更好地例示和解释本公开。本文阐述的示例例示了本公开的实施方式，并且这些示例不应被解释为以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

出于促进对本公开原理的理解的目的，现在将参照附图中例示的实施方式，这些实施方式在下面进行描述。然而，应该理解的是，并不旨在由此限制本公开的范围。本公开包括对示例性装置和所描述的方法和本公开原理的进一步应用的任何改变和进一步修改，这通常会是本公开所涉及的领域的技术人员会想到的。此外，选择实施方式进行描述以使本领域普通技术人员能够实践本公开。

参照图1，示出了示例性车辆10。车辆10被配置成商用车辆或货运车辆，该商用车辆或货运车辆被配置成承载大量乘客和/或货物。例示性地，车辆10被配置成商用客车，该商用客车被配置成承载比用于个人消费者使用的汽车或其它车辆更多的乘客。车辆10包括由诸如前轮和后轮之类的多个地面接合构件14支撑的框架组件12。框架组件12沿着纵向轴线l在车辆10的前端与后端之间延伸。框架组件12可以由多个车身面板(未示出)掩盖，并且还支撑车辆10的其它部件，诸如，传动系统组件的一部分、hvac系统、电气部件、油箱、悬架系统以及车辆10的任何其它部件。

仍然参照图1，框架组件12还限定车辆10的内部或内部客舱空间16，该内部客舱空间16被配置成在其中支撑驾驶员和多个乘客。车辆10的内部客舱空间16在框架组件12的内部并且在车身面板(未示出)的内部。因为车辆10被例示性地示出为商用客车，所以需要使内部客舱空间16最大化以增加乘客数量。这样，可能有必要在框架组件12和车身面板(未示出)的外部支撑车辆10的各种部件。与通过掩盖车辆的各种部件以在美学上使消费者满意的个人汽车不同，诸如图1的车辆10之类的商用公共汽车较少关注美学，而是更关注承载大量乘客和/或货物的实用功能。以此方式，可以通过将车辆10的各种部件移动到框架组件12外部的位置来使内部客舱空间16最大化以用于增加乘客数量。

在一个实施方式中，如图1所示，车辆10被配置成混合动力车辆、增程车辆或电动车辆。以此方式，由于车辆10能够在不使用发动机的情况下至少部分地进行操作，车辆10可以包括增加数量的电池18和/或包括具有增大的尺寸的电池18。然而，如上所述，为了承载大量乘客而需要使内部客舱空间16最大化，因此，不可能在内部客舱空间16内包括电池18。因此，电池18可以被支撑或安装在车辆10的位于内部客舱空间16、框架组件12和车身面板(未示出)外部的表面上。

在一个实施方式中，图1的电池18包括定位在车辆10的顶部部分20上的多个电池，然而，在其它实施方式中，电池18可以在外部定位在车辆10的前表面或后表面、定位在车辆10下方和/或沿着车辆10的侧面部分定位。例示性地，电池18中的各个电池定位成与相邻电池18并排布置，使得电池的宽度22平行于纵向轴线l延伸，并且电池18的长度24垂直于纵向轴线l延伸。然而，可以以任何类型的布置将电池18定位在车辆10上。电池18可以是适合用于车辆的任何类型的电池，诸如，铅酸电池或锂离子电池。电池18可以串联和/或并联连接，这取决于其必要的应用。

如图1所示，电池18被定位在以附图标记30示出的电池外壳、壳体、框架或箱中，以将电池18支撑在车辆10上。电池外壳30包括至少一个侧面部分32，该至少一个侧面部分32联接到上表面34和下表面(未示出)。电池外壳30的下表面可以与车辆10的车身面板(未示出)的一部分(例如，顶部部分20的车身面板)接触和/或联接至框架组件12。侧面部分32从电池外壳30的下表面竖直向上延伸，并且被定位在限定车辆10的顶部部分20的车身面板的上方和外部。另外，电池外壳30的上表面34被定位在顶部部分20的上方和外部。在一个实施方式中，上表面34可以限定围绕电池外壳30的周边延伸的部分表面或边缘，然而，在其它实施方式中，上表面34可以被限定成在电池外壳30的所有侧面部分32之间延伸的单个面板或多个相邻面板以限定其上部盖。电池外壳30被配置成支撑至少一个电池18，并且例示性地被配置成支撑多个相邻的电池18。车辆10可以在顶部部分20上包括一个或更多个电池外壳30，各个电池外壳在其中支撑一个或更多个电池18。

如图1所示，由于电池18被定位在车辆10的内部客舱空间16、框架组件12和车身面板(未示出)外部，所以电池18暴露于周围环境的外部环境条件。例如，当太阳的热负荷被施加到电池18时，电池18暴露于太阳热负荷，并且当车辆10在低温和/或冰雪条件下操作时，电池18暴露于低温条件。因此，电池18既暴露于通过电池18和/或车辆10的与电池18相邻的其它部件的操作而发生的固有热负荷，又暴露于由周围环境和天气条件引起的外部热负荷。这样，鉴于电池18在车辆10上的外部位置，所以需要充分管理电池18的热负荷。

为了解决电池18的热负荷，特别是由太阳热负荷或低温条件引起的外部热负荷，车辆10包括控制系统或组件25，如图2所示。控制系统25可以被配置成电池管理系统，该电池管理系统被配置成控制或管理电池18上的热负荷，和/或可以被配置成车辆10的整个控制系统的至少一部分。

控制系统25包括控制器26和至少一个传感器28。传感器28可操作地联接到电池18，并且被配置成测量电池18中的各个电池的当前温度。传感器28还可操作地联接到控制器26，并且被配置成将电池18中的任一电池的温度测量发送到控制器26。控制器26被配置成将来自传感器28的电池18的当前温度测量与电池18的最佳工作或操作温度范围进行比较。如果来自传感器28的电池18的当前温度测量指示电池18的温度高于或低于电池18的最佳操作温度范围，则(可操作地联接到电池外壳30(图1)的)控制器26被配置成控制电池外壳30的至少一个参数以升高或降低电池18的温度，如本文进一步公开的。另外，如果电池18的当前温度测量在电池18的最佳操作温度范围内，则控制器26被配置成管理电池外壳30的至少一个参数以维持电池18的这种温度范围。

如本文所公开的，电池外壳30可以包括热反应部分，其中，电池外壳30的该部分被配置成影响电池18经受的外部热负荷。例如，相对于电池18，电池外壳30的热反应部分可以反射或阻挡外部热负荷，或者吸收或以其它方式允许外部热负荷。更尤其是，热反应部分可以是电池外壳30的一部分，或者可以可移除地联接到电池外壳30的一部分。电池外壳30的热反应部分可以被配置成在有或没有控制系统25的情况下控制来自太阳或电池18经受的其它外部环境条件的外部热负荷。

在一个实施方式中，并且参照图3a和图3b，电池外壳30的热反应部分可以由其上表面34限定。在图3a和图3b的例示性实施方式中，电池外壳30的上表面34包括着色(colored)表面涂装/处理或着色表面面板，其被配置成吸收或反射由太阳引起的热负荷(即，太阳热负荷)。上表面34的表面处理和/或表面面板可以与电池18的壳体和/或电池外壳30的侧面部分32和下部部分(未示出)的内表面的着色表面处理结合使用。

例如，在一个实施方式中并且如图3a所示，电池外壳30的上表面34可以限定电池外壳30的开口周边或边缘，使得电池18的壳体暴露于环境条件。另选地，上表面34可以限定在电池外壳30上方延伸的物理盖或面板，但是该物理盖或面板是透明的，使得电池18通过其可见地暴露。在世界上环境条件持续寒冷的地区中，电池18的壳体(诸如，其顶表面36)可以利用深色(例如，黑色)进行处理以吸收由太阳热负荷引起的热量。以此方式，即使当车辆10在持续寒冷或低温中操作时，电池外壳30的上表面34也允许电池壳体的深色的顶表面36吸收来自太阳或其它环境条件的任何热负荷以升高电池18的温度。

另外，电池外壳30的侧面部分32和/或下部部分(未示出)的内表面也可包括深色表面处理，以增加从太阳的热吸收并进一步升高电池18和/或将电池18的温度维持在最佳温度范围内。电池壳体的顶表面36和/或侧面部分32的内表面和电池外壳30的下表面的深色表面处理可以是刷漆、阳极氧化金属处理、固定或可移除的深色面板(例如，乙烯基)或者被配置成向电池18和/或外壳30施加深色和吸热颜色以在期望增加电池18的温度时(例如，当车辆10在持续低温环境下操作时)增加热吸收的任何其它类型的机构或构件。

以类似的方式，图3b的实施方式示出了电池外壳30的上表面34再次被限定成电池外壳30的热反应部分。然而，如图3b所示，上表面34限定盖或面板，该盖或面板可以可移除地联接至电池外壳30的侧面部分32，并且利用浅色或反射表面处理进行处理或以其它方式覆盖。当车辆10在持续高温环境中操作使得电池18始终暴露于热负荷时(这可能使电池18的温度升高到电池18的最佳温度范围以上)，上表面34的该实施方式可能是期望的。

如图所示，上表面34掩盖电池18，并且包括油漆、阳极氧化金属、固定的或可移除的面板(例如，乙烯基)或者被配置成向外壳30施加浅色和/或热反射颜色的任何其它类型的机构或构件。以此方式，上表面34反射、阻挡或以其它方式防止外壳30吸收来自太阳的可能不利地升高电池18的温度的热负荷。

可以理解的是，图3a和图3b的实施方式可以包括经表面处理的面板，该面板可以从电池外壳30的任何部分(包括上表面34)移除。因为可以移除这种经表面处理的面板，所以图3a和图3b的实施方式可以用于被配置成在各种环境条件下操作的车辆10。例如，图3a的深色表面处理可在低温月份、季节或条件期间使用，并且随后在环境条件和温度升高时移除。另外，图3b的浅色或反射表面处理可在高温月份、季节或条件期间使用，并且随后在环境条件的改变和温度降低时移除。以此方式，电池外壳30和/或电池18的壳体的顶表面36的各种表面处理或涂装允许对电池18上的外部热负荷进行控制和管理。

在一个实施方式中，并且参照图4a至图5b，电池外壳30的热反应部分可以由热激活百叶窗40限定。热激活百叶窗40可以由电池外壳30的上表面34支撑，并且例示性地包括多个百叶窗40，该多个百叶窗40可操作地联接在一起并且被配置成彼此一起移动。更具体地说，百叶窗40被配置成在如图4a和图4b所示的关闭位置与如图5a和图5b中所述打开位置之间移动，该关闭位置反射、阻挡或以其它方式防止来自太阳的热负荷施加到电池18，该打开位置允许来自太阳的热负荷施加到电池18(即，太阳热负荷)。另外，使用控制系统25(图2)，可以将百叶窗40维持在图4a和图4b的关闭位置与图5a和图5b的打开位置之间的任何位置。这样，百叶窗40可以具有从完全关闭位置(图4a和图4b)至完全打开位置(图5a和图5b)的大体无限数量的位置，这允许将电池18相对于太阳的热负荷完全密封、当管理电池18的温度时暴露于部分太阳热负荷并且当有必要升高和/或维持电池18的温度时暴露于太阳的全部热负荷。

百叶窗40是热激活的，并且将响应于所测量或感测的电池18的温度来自动打开和关闭。更具体地说，百叶窗40可操作地联接到包括控制器26和传感器28的控制系统25(图2)。以此方式，在传感器28测量电池18的温度并将该测量发送到控制器26时，控制器26确定应该减小、增大还是维持电池18上的热负荷。为了减小电池18上的热负荷，控制器26可以响应于所感测或测量的电池18的温度而发送命令或以其它方式致动百叶窗40的马达(例如，链接的伺服马达)和/或马达控制器(未示出)，以将百叶窗40自动地移动到图4a和图4b的关闭位置。当处于关闭位置时，百叶窗40可以连续地水平延伸穿过电池外壳30的上表面34，以将电池18完全掩盖在其中。

另外，为了例如在环境条件导致电池18低于最佳操作温度范围时增加电池18上的外部热负荷，控制器26可以响应于所感测或测量的电池18的温度而发送命令或以其它方式致动百叶窗40的马达和/或马达控制器以将百叶窗板40自动地移动到图5a和图5b的打开位置。当处于打开位置时，百叶窗40可以在大体竖直的方向上延伸，或者可以相对于竖直成角度，使得在相邻百叶窗板40之间限定间隙或间隔42。间隙42允许环境条件(例如，来自太阳的射线或冷空气)穿过电池外壳30，以分别冷却或加热电池18。

而且，当需要维持或以其它方式管理电池18的当前热负荷和温度范围时，控制器26可以致动百叶窗40以移动到部分地在打开位置与关闭位置之间的位置，以将电池18暴露于太阳或其它环境条件施加的热负荷的一部分。在一个实施方式中，百叶窗板40可以根据太阳的位置移动。例如，如果期望使用来自太阳的热负荷来增加电池18的温度，则可以将百叶窗40打开到大体指向太阳的位置，并允许最大的太阳热负荷。由于太阳的位置在一整天中都改变，因此当需要使太阳热负荷最大化时，可以移动百叶窗40以适应太阳的位置。在控制系统25(图2)上可以包括gps装置和/或时钟以确定太阳的位置。

百叶窗40可以与表面处理结合使用，以进一步控制电池18经受的外部热负荷。更具体地说，百叶窗40可以具有被配置成当处于图4a和图4b的闭合位置时反射或以其它方式阻挡热吸收进入电池外壳30中的以浅色或反射形式的表面处理(诸如，油漆)。另外，电池外壳30的某些部分(诸如，侧面部分32的内表面和下表面(未示出))可以被涂覆或以其它方式利用深色表面处理来处理。这样，当百叶窗40移动到图5a和图5b的打开位置时，深色表面处理(例如，油漆)可以在期望时吸收来自太阳和/或环境条件的热量以升高电池18的温度。

在一个实施方式中，并且参照图6a至图6b，电池外壳30的热反应部分可以由至少一个热激活窗口或面板50限定。例示性地，电池外壳30的上表面34可以被限定成窗口50，然而，在其它实施方式中，电池外壳30的上表面34可以限定其周边或边缘，并且窗口50可以固定地或可移除地联接到上表面34。窗口50被配置成被定位在电池18上方，并且例示性地被定位在电池18的壳体的顶表面36上方。

窗口50由控制其透明度水平的切换材料组成。该切换材料可以由电致动的单元(cell)52组成，该电致动的单元52响应于电荷的存在和不存在。构成窗口50的切换材料的示例可以是可从纽约普莱恩维尤的innovativeglass公司获得的lcprivacyglass。更具体地说，切换材料允许窗口50处于如图6a所示的透明模式或如图6b所示的不透明模式，在透明模式中，构成窗口50的材料是透明的并且电池18通过窗口50可见，在不透明模式中，构成窗口50的材料是不透明的并且电池18被掩盖且通过窗口50不可见。例如，当处于透明模式时，控制器26可以不致动电荷通过窗口50，使得其中的单元52不通电，并且窗口50在透明模式下具有100％的透明度。然而，当由于所感测或测量的电池18的温度而期望将窗口50切换到不透明模式时，控制器26可以致动或激励电荷通过单元52以在这些单元中引起改变，从而导致在不透明模式下通过窗口50的0％的透明度。如本文所公开的，窗口是热激活的，并且将响应于传感器28所测量或感测的电池18的温度来在透明模式与不透明模式之间自动切换。

以此方式，当由传感器28确定的所感测或测量的电池18的温度在高于电池18的最佳温度范围的第一温度范围内时，控制器26可以确定应当掩盖或防止电池18经受来自太阳和/或环境条件的外部热负荷。在这种情况下，控制器26可以使单元52通电以将窗口50切换到不透明模式，以便防止太阳射线穿透到例如电池外壳30中。然而，当由传感器28确定的所感测或测量的电池18的温度处于低于电池18的最佳温度范围的第二温度范围中时，控制器26可以确定应该通过太阳热负荷或其它外部热负荷升高电池18的温度。在这种情况下，控制器26可以停用施加到窗口50的任何电荷，使得单元52被断电，并且窗口50切换到透明模式，从而允许将太阳热负荷和其它外部热负荷施加到电池18。

窗口50可以与表面处理结合使用，以进一步控制电池18经受的外部热负荷。更具体地说，电池外壳30的某些部分(诸如，侧面部分32的内表面和下表面(未示出))可以被涂覆或以其它方式利用深色表面处理来处理。以此方式，当窗口50被切换到图6a的透明模式时，深色表面处理(例如，油漆)可以在期望时吸收来自太阳和/或环境条件的热量以升高电池18的温度。

参照图7，利用步骤62至步骤68示出了控制电池18上的外部热负荷的方法60。更具体地说，方法60可以适用于本文公开的实施方式，因为电池18在外部支撑在车辆10上，并且因此遭受外部热负荷，诸如，太阳热负荷和/或持续的低温条件。特别是在电池18未经由水或一些其它机制冷却的情形下，方法60允许利用本文公开的实施方式控制电池18上的外部热负荷。利用方法60，可以在电池18处于低温条件下时将电池18的温度升高至最佳工作温度范围，并且可以将电池18的温度降低至最佳工作温度范围以防止电池18过热。如果电池18过热，则电池18可能会降低额定容量，这导致从电池18输出的功率减少并且缩短了电池18的寿命。因此，方法60控制电池18上的外部热负荷以维持功率输出并增加其寿命。

如图7所示，方法60包括步骤62，在步骤62中，提供电池外壳30。如本文所公开的，电池外壳30可以限定壳体、箱、框架或用于将电池18支撑在车辆10上的任何其它结构。步骤64包括将电池外壳30支撑在车辆10上，并且由于车辆10的应用(例如，乘用车和/或货运车辆)，可能需要将电池外壳支撑在车辆10的外表面上。以此方式，支撑在电池外壳30内的电池18被定位在车辆10的外部，并且因此，可能暴露于外部热负荷(例如，太阳热负荷、低温等)。

为了管理或控制电池18上的外部热负荷，在步骤66中包括电池外壳30的热反应部分。更具体地说，如本文的实施方式中所公开的，热反应部分可以包括如图3a和图3b所公开的浅色表面处理或深色表面处理、如图4a至图5b所公开的热激活百叶窗40和/或如图6a至图6b所公开的至少一个热激活窗口50。以此方式，电池外壳30的热反应部分可以被配置成相对于电池18吸收或阻挡热负荷，以控制或管理其温度。

更具体地说，并且如在步骤68中所公开的，控制系统25(图2)可以用于管理、调整、改变或以其它方式控制电池外壳30的热反应部分的参数以管理或控制电池18经受的外部热负荷。例如，控制器26(图2)可以被配置成在打开位置与关闭位置之间(包括在打开位置和关闭位置)移动热激活百叶窗40(图4a至图5b)，以控制施加到电池18的太阳热负荷或其它外部热负荷的水平，以便控制或管理电池18的温度。另外，控制器26可以被配置成使热激活窗口50(图6a至图6b)的切换材料通电或断电，以便以不透明模式或透明模式提供窗口50以控制或管理电池18的温度。而且，例如，热反应部分可以包括表面处理(诸如，深色面板或浅色面板、油漆或其它表面或者表面处理)以分别持续地吸收或反射来自太阳的外部热负荷。可以根据车辆10进行操作的季节、环境条件的时间长短等周期性地从电池外壳30移除表面处理。

尽管已经将实施方式描述成具有示例性设计，但是可以在本公开的精神和范围内进一步修改本发明。因此，本申请旨在涵盖本公开的使用其一般原理的任何变型、用途或改编。此外，本申请旨在涵盖如出自本发明所属领域的已知或惯常实践内的相对于本公开的偏离。