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CN1816271B - 发热件的冷却结构 - Google Patents

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CN1816271B
CN1816271B CN2006100066485A CN200610006648A CN1816271B CN 1816271 B CN1816271 B CN 1816271B CN 2006100066485 A CN2006100066485 A CN 2006100066485A CN 200610006648 A CN200610006648 A CN 200610006648A CN 1816271 B CN1816271 B CN 1816271B
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CN
China
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cooling
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water
cooling structure
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井上美光
牧原正径
山中隆
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Abstract

一种冷却结构，包括多个板状的发热件(16、19-21)，例如电池元件(16)、DC电压转换器(19、20)以及电力构件(例如继电器21)。在该冷却结构中，发热件沿板厚方向以预定间隔被设置，用形成流体通道(24，27，32)，每个流体通道设置在相邻的发热件之间，并且用于冷却发热件的流体流经该流体通道。由此，所有的发热件可以有效地被冷却，同时还可以使冷却机构紧凑。

Description

发热件的冷却结构
技术领域
本发明涉及一种冷却结构，其有效并且共同地冷却多个发热件。
背景技术
在日本专利JP-A-2002-84604所描述的电动车辆的电池系统中，电池的冷却风扇被设置用于冷却电力器件和电子控制单元。具体来说，该冷却风扇设置在用于冷却电池的冷却空气通道内，电检测器以及电子控制单元也设置在冷却空气通道内，有待于被冷却风扇吹来的空气冷却。在此，设置电检测器是用于检测电池充/放电流，而电子控制单元具有微型机算计，用于计算电池剩余容量。
但是，在该电池系统中，诸如电池、电力器件、以及电子控制单元等设备只是简单地全部位于冷却空气通道内。这种情况下，上述设备和冷却空气之间的热传导面积小。因此，单位体积的冷却性能降低。此外，各个尺寸不同的设备被简单地设置在冷却空气通道内，致使电池系统的尺寸增大。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的一个目的是提供一种冷却结构，其结构紧凑，同时能够共同地且高效地冷却多个发热件。
本发明的另一目的是提供一种冷却结构，其通过使用流体有效地冷却在低于第一控制温度的温度下运行的第一发热件以及在低于第二控制温度的温度下运行的第二发热件，该第二控制温度低于第一控制温度。
根据本发明的一个方面，该冷却结构包括多个发热件，每个发热件为板状，且该多个发热件沿板厚方向布置，其间具有用于形成流体通道的预定间隔，每个流体通道设置在相邻的发热件之间。此外，所设置的流体通道用于使冷却发热件的流体通过。
由于每个发热件为板状，因此发热件单位体积的热传导面积可以做得更大。此外，由于发热件被布置成相邻发热件之间具有流体通道，因此可以在紧凑的空间内有效地设置发热件和流体通道。结果，该发热件可以被有效并且共同地冷却。
根据本发明的另一方面，冷却结构包括：多个发热件，每个发热件为板状；以及多个换热板件，其被设置成具有容纳发热件的多个容纳空间；以及流体经过的多个流体通道。在该冷却结构中，发热件位于容纳空间内，被通过换热板件从每个发热件的两侧流经流体通道的流体冷却。因此，每个发热件可以通过换热板件被有效地冷却。
例如，当发热件为电力构件时，可以在相邻的两个发热件和换热板件之间插入电绝缘件。此外，可以设置弹簧件，用来沿着使发热件和换热板件彼此压紧接触的方向产生压紧力。
在冷却结构中，可以用单个箱体容纳发热件，由此形成单个单元。此外，可以将发热件设置成具有至少第一和第二不同的发热件，它们具有大致相同的板表面。
可选地，发热件至少包括第一发热件和第二发热件，第一发热件在低于第一控制温度的条件下运行，第二发热件在低于第二控制温度的条件下运行，该第二控制温度高于第一控制温度。在此情况下，可以在第一发热件和第二发热件之间设置绝热件，用来代替一个发热件。此外，可以将第二发热件沿流体流动方向设置在第一发热件的下游。在此情况下，可以同时有效地冷却第一和第二发热件。
此外，发热件可以包括多个第一发热件和多个第二发热件，第一发热件在低于第一控制温度的条件下运行，第二发热件在低于第二控制温度的条件下运行，该第二控制温度高于第一控制温度。这样，第一发热件之间的流体通道的数量可以多于第二发热件之间的流体通道的数量。另外，可以设置流速调节装置，用来设置第二发热件之间的流体通道内的流体流速使该流体流速高于第一发热件之间的流体通道内的流体流速。或者，可以将第二发热件之间的流体通道的总通道截面积设置成小于第一发热件之间的流体通道的总通道截面积。由此，第一和第二发热件二者都可以被有效地冷却。
在该冷却结构中，第一发热件可以是电池元件，第二发热件可以是DC电压转换器，流体可以是水或者空气。例如，该冷却结构可以设置成具有至少一个位于水回路内的散热器，用于通过与空气的热交换来冷却流入流体通道的水，以及具有水-制冷剂换热器，用于通过与制冷循环内的制冷剂进行热交换来冷却流入流体通道的水。
可以将具有容纳发热件的壳体的单元设置在车辆座位之下，或者可以设置散热器，利用来自流体通道内的水作为热源加热车辆座椅。
此外，可以设置通道开关装置，用来开关流体通道，使得被第一发热件和第二发热件加热到预定温度的水流入发动机冷却水回路C，用以冷却车辆发动机。或者，可以设置通道开关装置，用来开关流体通道，使得被第二发热件加热的水直接返回至第一发热件。
附图说明
通过以下参照附图对本发明优选实施例的说明，本发明的上述以及其他的目的、特征以及优点将是显而易见的。附图中：
图1是表示根据本发明第一实施例的整个系统的示意图；
图2是表示第一实施例中用于冷却发热件的冷却单元的换热部的一部分的剖视图；
图3是表示第一实施例的冷却单元的安装结构的示意图；
图4是表示本发明第二实施例中用于冷却发热件的冷却单元的换热部的剖视图；
图5是表示本发明第三实施例中用于冷却发热件的冷却单元的换热部的剖视图；
图6是表示本发明第四实施例中用于冷却发热件的冷却单元的换热部的剖视图；
图7A是表示本发明第五实施例中换热部的一部分的剖视图；图7B是表示第五实施例中换热部的一部分的剖视图；
图8是表示本发明第六实施例中用于冷却发热件的冷却单元的示意图；
图9是表示本发明第七实施例中用于冷却发热件的冷却单元的冷却水回路的示意图；
图10是表示本发明第八实施例中用于冷却发热件的冷却单元的冷却水回路的示意图；
图11是表示本发明第九实施例中用于冷却发热件的冷却单元的冷却水回路的示意图；
图12是表示本发明第十实施例中用于冷却发热件的冷却单元的冷却水回路的示意图；
图13是表示本发明第十一实施例中用于冷却发热件的冷却单元的冷却水回路的示意图；
图14是表示本发明第十二实施例中用于冷却发热件的冷却单元的冷却水回路的示意图；
图15是表示本发明第十三实施例中用于冷却发热件的冷却单元的冷却水回路的示意图；
图16是表示本发明第十四实施例中用于冷却发热件的冷却单元的安装结构的示意图；
图17是表示本发明第十五实施例的整个系统的示意图；
图18是表示本发明第十六实施例中用于冷却发热件的冷却单元的安装结构的示意图；以及
图19是表示本发明第十七实施例的整个系统的示意图。
具体实施方式
(第一实施例)
图1是表示第一实施例的整个系统的示意图。在该实施例中，本发明典型地用于混合动力型车辆，该车辆以发动机(内燃机)1和电动机(未示出)作为驱动源。
该第一实施例中的系统具有：发动机1的冷却水回路A、用于车辆空调的制冷剂循环B以及用于发热件的冷却水回路C。
发动机1的冷却水回路A的结构已经是人们通常熟悉的。由发动机1驱动旋转的水泵2位于冷却水回路A中，因此水泵2的运行可以使冷却水回路A中的冷却水循环起来。
调温器3位于水泵2的吸入侧，用作根据冷却水温度运行的热响应阀。散热器4以及旁路通道5并联设置在发动机1的冷却水出口侧。此外，利用发动机冷却水(热水)作为热源加热吹向乘客室的空气的热芯(heat core)6位于发动机1的冷却水出口侧和水泵2的吸入侧之间。
调温器3的阀体是根据基于热蜡(温度敏感件)温度改变的体积变化来移动的，以便打开和关闭散热器4一侧的冷却水通道。例如，当冷却水温度上升到预定温度(大约80摄氏度)时，该调温器3打开散热器4出口侧的冷却水通路，因此发动机冷却水在散热器4中被冷却。
制冷剂回路B包括用于压缩制冷剂的压缩机7、用于冷却由压缩机7流出的制冷剂的冷凝器8、用于给冷凝器8流出的制冷剂减压的诸如膨胀阀等减压单元9、以及蒸发器10，经减压单元9减压的制冷剂通过从空气中吸收热量而在蒸发器10中被蒸发，该空气将被吹入乘客室。例如，该压缩机7可以是由电动机驱动旋转的电压缩机，也可以是由发动机1驱动旋转的压缩机。
该蒸发器10以及热芯6设置在用于车辆空调的内部空调单元11的空气通道内，完成与电动鼓风机12所吹入的空气之间的热交换。
在用于发热件的冷却水回路C中，设置散热器13。该用于发热件的散热器13位于制冷循环B的冷凝器8的空气流的上游部，而用于发动机的散热器4则设置在冷凝器8的空气流的下游部。用于发热件的散热器13、冷凝器8以及用于发动机的散热器4均由电动冷却风扇44所吹送的空气冷却。
在第一实施例中，如图1所示，第一和第二冷却单元14、15设置在用于冷却发热件的冷却水回路C中。该第一冷却单元14设置成主要冷却电池元件16，该第二冷却单元15设置成用于有共同地冷却所安装的电力器件，例如电池元件16、直流电压转换器(DC-DC转换器)19、20以及电力部件21(例如继电器)。
该具有多个电池元件16的电池是可充电电池，例如可以由锂电池构成。在本例中，该电池由多个电池元件16构成，且电池元件16电串联设置以产生预定高压(例如300V)。因此，电池元件16被组装构成组装电池组。
在第一冷却单元14中，板状电池元件16沿大致垂至于冷却水流向“a”的排列方向(板厚方向)叠置排列在第一箱体17内，由此形成叠置电池组。此外，两个板状电池元件16的叠置电池组沿冷却水流向“a”分两层布置。
在第二冷却单元15中，板状电池元件16沿大致垂至于冷却水流向“b”的排列方向(板厚方向)叠置排列在第二箱体18内，由此形成叠置电池组。此外，两个板状电池元件16的叠置电池组沿冷却水流向“b”分两层布置。除了叠置的电池元件16之外，板状的第一和第二直流电压转换器19、20以及板状的电力构件21也共同地设置在第二箱体18内。
第一直流电压转换器19用于减小直流电压，例如，从30V降到12V。该第二直流电压转换器20用于将直流电压从300V增大到600V。该电力构件21通常被称为接线盒，并且包括系统主继电器。
入口通道部22设置在第一冷却单元14的第一箱体17的一个端部，而出口通道部23则设置在与上述端部相对的另一端部。入口管22a连接到入口通道部22，这使得从入口管22a进来的冷却水流入入口通道部22。多个扁平冷却通道24(流体通道)在入口通道部22和出口通道部23之间延伸，每个通道设置在相邻的电池元件16之间。
入口通道部25设置在第二冷却单元15的第二箱体18的一个端部，而中间通道部26设置在与上述端部相对的另一端部。多个扁平冷却通道24(流体通道)的每个通道设置在相邻的电池元件16之间，并且在入口通道部25和出口通道部26之间延伸。
第一冷却单元14的入口通道部22通过连接管28连接到第二冷却单元15的入口通道部25。此外，第一冷却单元14的出口通道部23通过连接管29连接到第二冷却单元15的中间通道部26。
因此，冷却水沿图1中箭头“a”所示方向流经第一冷却单元14的彼此平行的所有多个冷却通道24，并且冷却水沿图1中箭头“b”所示方向流经第二冷却单元15的彼此平行的所有多个冷却通道27。
分隔部31位于入口通道部25和出口通道部30之间，使二者在第二箱体18的一端部彼此分隔开。在第二冷却单元15中，中间通道部26延伸并与电池元件16之间的冷却通道27的出口、以及位于直流电压转换器19、20和电力构件21之间的冷却通道32(流体通道)的入口相连通。如图1所示，直流电压转换器19、20和电力构件21设置在出口通道部30和中间通道部26之间，由此使得已流过冷却通道27的水流过冷却通道32。
出口管30a连接到出口通道部30。在本实施例中，冷却通道32设置在相邻的两个直流电压转换器19、20和电力构件21之间。
因此，在第二冷却水单元15中，流经第二冷却单元15的冷却通道27的冷却水以及流经第一冷却单元14的冷却通道24的冷却水流入中间通道部26。因此，流经第一冷却单元14的冷却通道24的冷却水和流经第二冷却单元15的冷却通道27的冷却水在中间通道部26汇合，汇合后冷却水从中间通道部26沿图1箭头“d”所示方向流经冷却通道32。
在本实施例中，用于冷却直流电压转换器19、20以及电力构件21的所有多个冷却通道32的通道总截面积相比用于冷却电池元件16的多个冷却通道24、27的所有通道总截面积足够得小。因此，相比于电池元件16一侧的冷却通道24、27内的冷却水流速而言，冷却通道32内的冷却水流速被充分地增加。
电动水泵33设置在冷却水回路C的第二冷却单元15的出口侧，用于在冷却水回路C中循环冷却水。
调温器34作为冷却水通道开关装置，被设置在水泵33的排水侧。该调温器34通过第一连通通道35连接到发动机冷却水回路A的热芯6入口侧。
类似于设置在发动机1侧的调温器3，该调温器34是一个热响应阀。该调温器34的阀体是根据基于热蜡(温度敏感件)温度改变的体积变化来移动的，由此来打开或关闭第一连通通道35。
该调温器34被设置成总使水泵33的排水侧和发热件得散热器12之间维持连通状态。该调温器34的阀体打开第一连通通道35，直到第二冷却单元15的出口侧的冷却水温增加到预定温度(例如65C)。当第二冷却单元15的出口侧的冷却水温增加到该预定温度时，调温器34的阀体关闭第一连通通道35。
发动机冷却水回路A以及用于发热件的冷却水回路C形成封闭的水回路。因此，设置第二连通通道36用来连接冷却水回路A和C。如图1所示，该第二连通通道36连接至发动机冷却水回路A的热芯6的出口侧和发热件的散热器13的出口侧。
水-制冷剂换热器37设置在散热器13的冷却水出口侧和第一冷却单元14之间。在水-制冷剂换热器37中，制冷循环B的低温制冷剂与冷却水回路C的冷却水进行热交换，用以使冷却回路C中的冷却水冷却。例如，水-制冷剂换热器37可以构造成具有制冷剂通道和冷却水通道的双管结构。
阀装置38设置在水-制冷剂换热器37的制冷剂入口部，其中用于开和关制冷剂通道的电磁阀38a和用于给高压制冷剂降压的降压装置38b一体地形成在阀装置38中。该降压装置38b可以构造成具有诸如孔等固定节流阀，其与电磁阀38a的制冷剂入口通道或制冷剂出口通道一体形成。该阀装置38以及水-制冷剂换热器37与制冷剂循环B的降压单元9和蒸发器10以并联方式相连通。
设置水温传感器39用来检测第一冷却单元14入口侧的水温，该水温传感器39的检测信号输入至电子控制单元(ECU)40。当水温传感器39所检测到的水温增加到预定温度(50-60设置度)时，阀装置38的电磁阀38a由电子控制单元40打开。水泵33和第一冷却单元14等的运行也受到电子控制单元40的控制。
下面将说明冷却单元14、15的热交换部的结构(冷却结构)。图2示出了冷却单元14(15)的部分热交换部。该冷却单元14(15)包括多对换热板件51、52。每对换热板件51(52)均由金属薄板件制成，在接合面S处相接合并从接合面S向外侧凸出。因此，当成对换热板件51、52在接合面S接合后，它们之间会形成中空，如图1所示的冷却通道24(27)形成在成对换热板件51、52中。
连通孔51a、51b沿板的长度方向设置在换热板件51的两个端部，连通孔52a、52b沿板的长度方向设置在换热板件52的两个端部与连通孔51a、52a相同的位置处。此外，换热板件51、52的相邻连通孔51a、52a通过入口管件53被连接，换热板件51、52的相邻连通孔51b、52b通过出口管件54相连接。因此，图1所示的出口通道部22(25)形成在入口管件53内，而图1所示的出口通道部23(中间通道部26)则形成在出口管件54内。
弯曲部(波纹部)53a形成在每个入口管件53的轴向中部且在入口管件53中，并沿入口管件53径向向外凸出。类似地，弯曲部(波纹部)54a在每个出口管件54的轴向中部处一体形成有出口管件54，并沿出口管件54的径向向外凸出。因此，管件53和54可以通过弯曲部53a、54a沿其轴向容易地发生弹性变形。
换热板件51、52，管件53、54以及入口管22a等均是由具有足够热传导性能的金属材料(例如铝)制成的。换热板件51和52之间的连接、换热板件51、52和管件53、54之间的连接都是通过钎焊实施的。上述零件临时组装后进行钎焊。例如，将临时组装的上述零件送入加热炉，通过加热使其焊接并连接成一体。
在连成一体的换热结构中，沿与水流方向“a”平行的方向形成多个扁平的容纳空间55。每个容纳空间55都是由换热板件51、52，入口管件53以及出口管件54的外表面形成并限定的。
随后，在每个容纳空间55内分别容纳板状的多个电池元件16。此外，在电池元件16的表面和换热板件51、52的外表面之间设置薄板状的绝缘件56。也就是说，每个绝缘件56都被设置在换热板件51、52的外表面和电池元件16的外表面之间，由此在它们之间起到绝缘作用。该绝缘件56可由绝缘材料制造，例如具有足够绝缘性能的陶瓷材料。
此外，每个板状的电池元件16都经过绝缘件56插入到换热板件51、52的外侧表面之间，并与换热板件51、52压紧接触。因此，可以增加电池元件16和流经换热板件51、52的冷却水之间的热交换效率。弯曲部(波纹部)53a、54a的弹性变形可以紧密地保持电池元件16和换热板件51、52之间的压紧接触状态。
在图2所示的布置实例中，电池元件16沿水流方向“a”布置成单行。也就是说，在图2中，沿水流方向“a”仅设置一个电池元件16。但是，如图1所示，也可以在换热板件51、52的外侧表面之间沿水流方向“a”串联设置两个或多个电池元件16。
图2表示第一冷却单元14的换热结构。并且，第二冷却单元15中的电池元件16区域的换热结构与图2中的换热结构相类似。
此外，DC转换器19、20以及电力构件21的区域的换热结构也可以基本类似于图2所示的电池元件16区域内的换热结构。在DC转换器19、20以及电力构件21所在区域的换热结构中，管件53、54的轴向尺寸改变，和/或冷却通道32的通道截面积相对于冷却通道24、27有所改变。因此，可以通过改变管件53、54的轴向尺寸而适当地改变用于容纳DC转换器19、20和电力构件21的容纳空间55的尺寸。
图3表示第一和第二冷却单元14、15安装在车内的安装构造的实例。如图3所示，第一和第二冷却单元14、15安装在车辆座位57下的底板58上表面上。此外，设置毯子59用以覆盖第一和第二冷却单元14、15。在底板58的下方设置水管60a、60b，它们穿过底板58连接到第一和第二冷却单元14、15上。
在图3中，第一和第二冷却单元14、15安装在底板58上表面之上。但是，第一和第二冷却单元14、15也可以安装在底板58的下面。
下面将介绍本发明第一实施例的冷却系统(冷却结构)的运行。当车辆运行开关处在车辆发动机1的运行位置时，通过电子控制单元40向水泵33供电，水泵33开始运转。
调温器34的阀体打开第一连通通道35，直到第二冷却单元15出口侧的冷却水温达到预定温度(例如65摄氏度)。此时，发热件的冷却水回路C和发动机冷却水回路A彼此连通。
与此相反，当水温传感器39所检测到的第一冷却单元14的入口侧的水温低于预定温度(例如30-40摄氏度)时，与阀装置38一体的电磁阀38a则使阀装置38处于关闭状态。当电磁阀38a关闭时，制冷剂不会流入水-制冷剂换热器37的制冷剂通道。此时，水只是流过水-制冷剂换热器37，没有进行热交换。
在这种状态下，由水泵33泵送、从第二冷却单元15的出口流出的大量冷却水以此流经调温器34、第一连通通道35、加热器6、第二连通通道36、水制冷换热器以及第一和第二冷却单元14、15。与此同时，由水泵33泵送的少量冷却水流入散热器13。
由此，冷却水由于吸收冷却水回路C的第一和第二冷却单元14、15的热量而温度升高。在第一和第二冷却单元14、15处被加热的冷却水与发动机冷却水回路A的冷却水在热芯6的入口部处混合，致使冷却水回路A内的冷却水温度升高。这有助于在冬天寒冷的时候加热车辆发动机1，同时也提高了利用热芯6对乘客室的加热能力(快速加热)。
当第二冷却单元15出口侧的冷却水温增加到预定温度后，调温器34的阀体关闭第一连通通道35，致使发热件冷却水回路C和冷却水回路A之间的连通被切断。因此，冷却水回路C的所有冷却水流入发热件的散热器13，用于在散热器13中冷却发热件。
另一方面，当夏季外界气温较高时，散热器13冷却发热件的冷却性能有所下降。当散热器13出口侧的冷却水温，也就是第一冷却单元14入口侧的冷却水温上升到设定温度(例如50-60摄氏度)时，通过电子控制单元40向阀装置38的电磁阀38a供给电流，阀装置38的电磁阀38a开启。此时，低温制冷剂在阀装置38的降压单元38b被降压后流入水-制冷剂换热器37，通过吸收流经水-制冷剂换热器37的冷却通道的冷却水的热量而蒸发。因此，流经水-制冷剂换热器37的冷却通道的冷却水被低压制冷剂充分地冷却。从而，即使在夏季的高温下，也可以防止电池元件16的温度过高。
下面将介绍第一和第二冷却单元14、15的冷却过程。由用于冷却发热件的散热器13和水-制冷剂换热器37中至少一个冷却后的低温冷却水并行流过第一冷却单元14的冷却通道24和第二冷却单元15的冷却通道27，从冷却通道24、27流出的冷却水混合后流入冷却通道32。
从而，电池元件16、第一和第二DC电压转换器19、20以及电力构件21可以共同地并且有效地被冷却。在本实施例中，在第一和第二冷却单元14、15的换热结构中，每个发热件(例如电池元件16、第一和第二DC电压转换器19、20以及电力构件21)均被制成板状，并且冷却通道24、27、32都设置在每个发热件16、19-21的两表面侧，用以从两侧表面冷却每个发热件16、19-21。也就是说，由于从两侧表面冷却每个板状发热件的冷却结构用于多个发热件，因此可以增加用于冷却发热件的传热面积，并且可以有效地增加对每个发热件的冷却性能。
通常，第一和第二电压转换器19、20以及电力构件21的控制温度高于电池16的控制温度。在此，发热件的控制温度是保持发热件在预定的使用期限内保持耐用性的上限运行温度。例如，电池16的控制温度大约为50摄氏度，第一和第二DC电压转换器19、20的控制温度大约为85-90摄氏度，电力构件21的控制温度几乎与第一和第二DC电压转换器19、20的控制温度相等。
相应地，在本实施例中，电池元件16之间的冷却通道24、27设置在第一和第二冷却单元14、15中水流的上游，而DC电压转换器19、20以及电力构件21之间的冷却通道32则设置在第一和第二冷却单元14、15中水流的下游。因此，电池元件16和冷却水之间的温差以及第一和第二DC电流转换器19、20和电力构件21及冷却水之间的温差可以显著地增大。因此，可以有效地将具有不同控制温度的多个发热件控制在各自的控制温度范围内。
此外，并行经过电池元件16的大量冷却通道24、27的冷却水相汇合，汇合后的水并行流入DC电压转换器19、20和电力构件21的少量冷却通道32。除此之外，由于冷却通道32的通道总截面积要小于冷却通道24、27的通道总截面积，因此冷却通道32内的冷却水流速相比于冷却通道24、27内的冷却水的流速会增加。因此，在冷却通道24、27下游的冷却通道32内，由于冷却水的流动扰动而使传热效率增加。
与此同时，在数量较少的冷却通道32内，流经每个冷却通道32的冷却水流量相比电池元件16的冷却通道24、27会增加。结果，可以有效地冷却具有相对较高温度的DC电压转换器19、20和电力构件21。
根据该第一实施例，不同种类的发热件，例如电池元件16、DC电压转换器19、20以及电力构件21均被制成板状，即矩形板状，并且经过层压。此外，层压后的板状发热件16、19-21具有换热结构，其中每个板状换热件16、19-21都被从前后两个表面被冷却。因此，可以有效地冷却不同的发热件，并且也可以有效地减小用于冷却发热件的冷却结构的尺寸。
此外，沿水流方向“a”串联设置的两个电池元件16的总平板表面积、沿水流方向“b”串联设置的两个电池元件16的总平板表面积、每个DC电压转换器19、20以及每个电力构件21的平板表面积大致相等。因此，在有效冷却每个发热件16、19-21的同时，可以使冷却单元14、15二者的体积设置得更加紧凑。
在本实施例中，为了更进一步减小发热件冷却结构的尺寸，将该电池元件16的板厚设置为等于或小于12mm，将DC电压转换器19、20的板厚设置为等于或小于30mm，将电力构件21的板厚设置为等于或小于50mm。
在图1所示实例中，发热件的冷却结构被分成第一和第二冷却单元14、15。但是，也可以将发热件的冷却结构制成一个部件。例如，仅仅设置第二冷却单元15，可以增大第二冷却单元15内容纳电池元件16的容纳空间55。这样，多个有待冷却的发热件(16、19、20、21)可以容纳在单个冷却单元15内。
(第二实施例)
现在参照图4说明本发明的第二实施例。在第二实施例中，弹簧件61设置在箱体18之内，用于使每个发热件(例如电池元件16、DC电压转换器19、20以及电力构件21)和换热板件51、52准确地压紧接触。利用第一实施例中的第二冷却单元15来说明第二实施例的冷却结构。此外，以相同的附图标记指示图4中与第一实施例中相似的第二冷却单元15的零件，并且省略对其的详细说明。
该弹簧件16由金属弹簧材料制成，并且制成板状。如图4所示，该弹簧件61沿层压方向设置在箱体18一端的内壁表面和换热板件51、52的一端部之间。相反，电力构件21沿层压方向设置在箱体18另一端的内壁表面和换热板件51、52另一端部之间。该箱体18为刚性体，可由诸如树脂等电绝缘材料、或外表面具有电绝缘层的金属材料制成。
该弹簧件61连接到箱体18上，并在换热板件51和箱体18一端部的内壁表面之间受到压缩。因此，通过利用弹性件61的弹性作用(弹簧力)可以进一步增强每个发热件(16、19、20、21)和换热板件51、52之间的压紧接触，从而可以有效地提高每个发热件16、19-21的冷却性能。
在第二实施例中，电力构件21只有一侧的表面与换热板件52压紧接触。此外，金属板制造的、用于使入口通道部25和出口通道部30彼此分隔的分隔部3 1连接在一对换热板件51、52之间。该分隔部31在中间通道部26中设有连通孔31a，冷却水通过该连通孔31a沿层压方向流过中间通道部26。
在第二实施例中，其他零件可以与上述的第一实施例中的相类似。因此，流入入口通道部25的冷却水沿方向“a”所示的水流方向平行流过冷却通道27，用来冷却电池元件16，并且向中间通道部26处汇合。随后，该冷却水继续流过连通孔31a，并行流经冷却通道32，用来冷却DC电压转换器19、20以及电力构件21。此后，该冷却水从出口通道部30流出。
(第三实施例)
图5表示根据上述第二实施例变动后的第三实施例。在第三实施例中，该DC电压转换器19、20平行设置在出口通道部30的侧面，该出口通道部30与入口通道部25相互分隔开，由此使得每个DC电压转换器19、20都从两侧被冷却。与此相反，第二实施例中的电力构件21则被设置在箱体18之外。在该第三实施例中，其他零件可以与上述的第二实施例中的相类似。
(第四实施例)
图6表示本发明的第四实施例。在第四实施例中，图5所示的第三实施例的结构被设置在第一和第二箱体件18A、18B中。具体地，用于冷却电池元件16的第一换热结构被设置在第一箱体件18A中，用于冷却DC电压转换器19、20的第二换热结构被设置在第二箱体件18B中。此外，出口通道部26A设置在第一箱体件18A中，从冷却通道27流出的冷却水汇合注入该出口通道部26A，通过连通管26C与该出口通道部26A相连通的入口通道部26B设置在第二箱体件18B中。冷却水从出口通道部26A经连通管26C流入入口通道部26B，并随后流经冷却通道32。类似于上述的第三实施例，第一和第二箱体件18A、18B中的每一个都具有弹簧件61。此外，第一和第二箱体件18A、18B中的每一个都具有与箱体18类似的结构，并通过连通管26C彼此连通。
相应地，流入入口通道部25的冷却水沿水流方向“b”并行地流过冷却通道27，随后汇合到出口通道部26A。出口通道部26A处的冷却水经过连通管26C流入入口通道部26B，随后流经冷却通道32并汇合入出口通道部30处。
(第五实施例)
在上述的第一到第三实施例中，具有高控制温度的DC电压转换器和具有低控制温度的电池元件16邻近地设置在同一箱体18内。这种情况下，如图7A中箭头E所示，容易引起热量从DC电压转换器19、20向邻近的电池元件16传递，由此使电池元件16的温度升高。
在第五实施例中，如图7B所示，由诸如树脂等绝热材料制造的绝热件62替代邻近的电池元件62，由此限制热量从具有高控制温度的DC电压转换器向具有低控制温度的电池元件16传递。在该第五实施例中，其他零件可以与上述的第一到第三实施例中的任意实施例相类似。
(第六实施例)
在上述的第一实施例中，包括主继电器的电力构件21被制成板状，类似于每个DC电压转换器19、20，并且电力构件21和DC电压转换器19、20相对于水流方向“b”平行设置。
与此相反，在第六实施例中，电力构件21被制成盒状，并且沿水流方向设置在DC电压转换器19、20的下游，如图8所示。由此，在图8所示的冷却结构中，由入口管22a进入的冷却水流入入口通道部25，沿箭头“b”所示方向流经冷却通道27，随后在中间通道部26处汇合。中间通道部26内的冷却水随后沿图8中箭头“d”所示方向流经冷却通道32，用以冷却DC电压转换器19、20以及电力构件21。此后，该冷却水流入出口通道部30，经出口管30a流出。在上述的第六实施例中，电池元件16分两层设置。但是，电池元件16也可以沿水流方向“b”设置成一层。
(第七实施例)
图9表示第七实施例的冷却结构。在第七实施例中，省略了包括水-制冷剂换热器37的制冷剂循环，该水-制冷剂换热器37利用制冷剂来冷却冷却水；本实施例仅使用散热器13来冷却冷却水，该散热器13用于冷却发热件。此外，仅设置了一个冷却单元15，如图9所示。也就是说，第七实施例中的冷却结构由散热器13和冷却单元15构成。即使在这种情况下，冷却单元15的结构也可以构造成与上述的第一实施例中的第二冷却单元15的结构类似(如图9所示)，或者与第二到第六实施例之一相类似。
(第八实施例)
图10表示第八实施例的冷却结构。该第八实施例的冷却结构包括：作为主散热器的散热器13，所有冷却水流经该主散热器；以及作为副散热器的散热器65。也就是说，散热器13的冷却通道的下游分支为主冷却通道63和副冷却通道64，散热器65位于副冷却通道65上。
相应地，可以用在主散热器13和副散热器65中被冷却的冷却水将电池元件16冷却到低温。与此相反，可以用流经电池元件16之间的冷却通道27的冷却水和流经主冷却通道63的冷却水相混合后的混合水来冷却DC电压转换器19、20和电力构件21。即，如图10所示，来自主冷却通道63的冷却水流入中间冷却通道26，并且与流经冷却通道27的冷却水相汇合。随后，混合冷却水沿图10中的箭头“d”所示方向流经冷却通道32，并且由冷却水回路C中的出口管30a流出。
(第九实施例)
图11表示第九实施例的冷却结构。在该第九实施例中，水泵33的出口冷却通道分支为主冷却通道66和副冷却通道67，并且散热器13位于副冷却通道67中。由此，利用散热器13冷却后的冷却水来冷却电池元件16。
相反，利用流经冷却通道27的冷却水和流经主冷却通道66的冷却水相混合后的混合水来冷却DC电压转换器19、20和电力构件21。相应地，类似于上述第八实施例，可以用具有相对较低温度的冷却水来冷却电池元件16，用具有较高温度的冷却水来冷却DC电压转换器19、20和电力构件21。这样，所有的发热件都可以被有效地冷却。
(第十实施例)
图12表示第十实施例的冷却结构。在该第十实施例中，冷却单元15按下述方式构造：流经电池元件16侧面的冷却通道27的冷却水由实施例1所述的制冷剂循环B的低温制冷剂来冷却，而流经冷却通道32的冷却水则由散热器13来冷却。
因此，设置分隔部31用来使用于电池元件16的冷却通道27的入口通道部25和用于DC电压转换器19、20以及电力构件21的冷却通道32的出口通道部30彼此分隔。此外，设置分隔部31用来分隔用于电池元件16的冷却通道27的出口通道部26A和用于DC电压转换器19、20以及电力构件21的冷却通道32的入口通道部26B。
相应地，由水泵33泵送的冷却水在散热器13中冷却，并且沿水流方向“d”流经冷却通道32，用来冷却DC电压转换器19、20和电力构件21。相反，由水泵68泵送的冷却水在水-制冷剂换热器37中被冷却，并流经冷却通道27以冷却电池元件16。
在第十实施例的制冷剂循环B中，阀装置38的电磁阀38a沿制冷剂流动方向设置在水-制冷剂换热器37的下游，并且与降压单元38b相分隔开。即使在第十实施例中，电池元件16可以设置成一层，并且其板表面积与发热件19-21的近似相等。
(第十一实施例)
图13表示第十一实施例的冷却结构。该第十一实施例的冷却结构15中，所有用于冷却电池元件16、DC电压转换器19、20以及电力构件21的冷却水都使用由制冷剂循环B的水-制冷剂换热器37冷却的冷却水。
这种情况下，分隔部31仅用来分隔入口通道部25和出口通道部30，而中间通道部26连通冷却通道27和冷却通道31。此时，不使用散热器13来冷却发热件。
(第十二实施例)
图14表示第十二实施例的冷却结构。在该第十二实施例中，冷却单元16的结构可以类似于上述实施例所述的冷却单元16的结构，其中流入冷却单元15的冷却水作为冷却流体。然而，在第十二实施例中，设置从冷凝器8的制冷剂出口侧分出的分支制冷剂通道69，并且在压缩机7的制冷剂吸入口侧再次混合。此外，用于输送高压制冷剂的液体制冷剂泵70、用于给来自制冷剂泵70的高压制冷剂降压的降压单元71、以及冷却单元15串连设置，由此使得制冷剂直接流入冷却通道27和冷却通道32。因此，电池元件16、DC电压转换器19、20以及电力构件21被直接流经冷却通道27、32的制冷剂的冷却。
(第十三实施例)
图15表示第十三实施例的冷却结构。在该实施例中，DC电压转换器19、20以及电力构件21被来自散热器13的冷却水冷却，而电池元件16则由空气冷却。
例如，如此设置冷却单元15的空气冷却件：使乘客室内的空气F吹入冷却单元15的空气冷却件，所述冷却单元15包括电池元件16以及冷却通道27。例如，将冷却通道27设置在冷却单元15内，使得空气流经冷却通道27。与此相反，使冷却水流经冷却通道32，用来冷却DC电压转换器19、20以及电力构件21。在该十三实施例中，也可以利用来自散热器13的冷却水冷却电池元件16，而用空气冷却DC电压转换器19、20和电力构件21。
(第十四实施例)
图16表示第十四实施例的冷却结构。在第十四实施例中，整个冷却单元15都是空气冷却单元，其构造使得电池元件16、DC电压转换器19、20以及电力构件21均由空气冷却。设置电动鼓风机72来抽取乘客室内的空气并将其吹入冷却单元15的箱体18，由此使得所有的电池元件16、DC电压转换器19、20以及电力构件21都被空气冷却。流经冷却单元15的空气由空气出口73返回到乘客室内。流经冷却单元15的空气也可以排到底板58下的空间(例如，乘客室之外)。在第十四实施例中，可以设置冷却通道27、32，以使空气流经上述通道。即使在这种情况下，冷却单元15的结构也可以与上述实施例之一相类似。
(第十五实施例)
图17表示第十五实施例的冷却结构。在第十五实施例中，当外部气温低时，可以用DC电压转换器19、20和电力构件21产生的热量来加热电池元件16。
如图17所示，设置旁路通道74，冷却水并行流过该旁路通道74和散热器13，还设置用于开关旁路通道74的调温器34。调温器34被设置成允许水泵33泵送的冷却水始终在发热件的冷却水回路C中循环。同时，当冷却水的温度低于预定温度(例如40摄氏度)，时，调温器34打开旁路通道74。由于旁路通道74开通，由DC电压转换器19、20和电力构件21加热的冷却水可以直接返回冷却单元14、15的入口侧，用来加热电池元件16。当旁路通道74开通时，仅有少量的冷却水流入散热器13。
当调温器34处的水温升高到预定温度时，调温器34关闭旁路通道74，使得所有冷却水流经散热器13并由散热器13冷却。
在第十五实施例的冷却结构中，与图1的冷却结构中的附图标记相同的附图标记所指示的其他零件具有与图1的冷却结构的零件相同的功能。
(第十六实施例)
图18表示第十六实施例。在该第十六实施例中，发热件，例如电池元件16、DC电压转换器19、20以及电力构件21所产生的热量被用来加热车辆的座椅57。
如图18所示，散热器75利用来自冷却单元14、15的冷却水(热水)加热座椅57，该散热器75经过开关阀76位于冷却单元14、15的出口侧。
当对座椅57进行加热时，由发热件的冷却水回路C的主通道78分出的通道77由开关阀76开通，而冷却水回路C的主通道78关闭。在此情况下，由冷却单元14、15出口侧流出的高温水被导入散热器75，以使用冷却水(热水)作为热源加热座椅57。
在本实施例中，可以设置成由散热器75直接加热座椅57或者由散热器75加热从座椅57的座椅表面的孔吹送的空气。
(第十七实施例)
图19表示第十七实施例的冷却结构。在该第十七实施例中，将上述第一实施例所述的调温器34设置在发动机冷却水回路A中的热芯6的出口侧。
在该第十七实施例中，当热芯6出口侧的冷却水温低于预定温度(例如40-50摄氏度)时，调温器34打开连通通道36，这使得热芯6的出口侧与连通通道36相连通。
当热芯6的出口侧的冷却水温升高到预定温度时，调温器34的阀体关闭连通通道36，这使得热芯6的出口侧与水泵2的抽水侧相连通。
此外，冷却水回路C的水泵33的出口侧通过连通通道35连接到发动机冷却水回路A的调温器34的出口侧。
根据第十七实施例，当热芯6的冷却水温度未增加到预定温度(例如40-50摄氏度)的时候，该调温器34打开连通通道36。此时，冷却水回路C中的冷却水沿下述顺序流动：水泵33的出口侧→连通通道35→发动机冷却水回路A的水泵2→发动机1→热芯6→调温器34→连通通道36→水-制冷剂换热器37→第一和第二冷却单元14、15→水泵33的抽水侧。因此，冷却水的温度由于吸收第一和第二冷却单元14、15内的热量而升高，并且升温后的冷却水流入发动机冷却水回路A的水泵2的抽水侧。
这样，发动机冷却水回路A的冷却水和发热件的冷却水回路C的冷却水相混合，这有助于使发动机冷却水回路A中的冷却水温度升高。结果，在冬季的寒冷条件下，有助于对发动机1的加热，并且有助于通过热芯6改善对乘客室的加热效果。
在第十七实施例的冷却结构中，与图1的冷却结构相同的附图标记所指示的其他零件具有与图1的冷却结构的零件相同的功能。
(其他实施例)
尽管结合部分优选实施例并参照附图对本发明进行了说明，还应指出，对本领域技术人员而言，各种修改和变动都是显而易见的。
例如，在上述的第一实施例中，冷却通道24、27设置在相邻的电池元件16之间。但是，冷却通道24、27也可以沿层压方向仅设置在电池元件16的端部。在上述的实施例中，电池元件16、DC电压转换器19、20和电力构件21可以组合成多个发热件。
在上述实施例中，如果电池的容量小，则可将冷却单元14、15安装在车辆的前部乘客座位下方；如果电池容量大，则可以将冷却单元14、15安装在司机和前部乘客的座位下。
在上述实施例中，以水、制冷剂和/或空气作为制冷流体流过冷却单元14、15的冷却通道24、27、32。但是，也可以在冷却单元14、15中使用其他冷却流体，诸如油。
在上述的第一实施例中，即使在空调和制冷剂循环B的压缩机7都不工作的条件下，也可以强制压缩机7运行，以便通过水-制冷剂换热器37中的低温制冷剂快速冷却冷却水。
此外，上述的调温器34可以是根据冷却水温度运行的热响应阀。但是，该调温器34也可以是根据冷却水温度被电操作的电动阀。
尽管参照本发明的优选实施例对本发明进行了说明，但是应该认识到，本发明并不局限于上述优选实施例及结构。本发明应覆盖各种改动以及与之等同的设置。此外，尽管优选实施例的各种元器件有各种优选的组合及配置，其他包括更多、更少或仅仅一个元器件的组合及配置也没有脱离本发明的精神和保护范围。

Claims (20)

1.一种冷却结构，包括：
多个发热件(16，19-21)，每个发热件为板状，所述多个发热件包括至少不同的第一发热件(16)和第二发热件(19-21)，其中
沿板厚方向具有预定间隔地设置发热件以形成流体通道(24、27、32)，每个流体通道设置在相邻的发热件之间；并且
用于冷却发热件的流体流经所述流体通道；
在第一箱体(17)内叠置排列第一发热件(16)，在第二箱体(18)内叠置排列第一发热件(16)并容纳第二发热件(19-21)；
第一入口通道部(22)设置在第一箱体(17)的一个端部而出口通道部(23)设置在与第一箱体(17)的上述端部相对的另一端部，第二入口通道部(25)设置在第二箱体(18)的一个端部而中间通道部(26)设置在与第二箱体(18)的上述端部相对的另一端部；第一入口通道部(22)通过第一连接管(28)连接到第二入口通道部(25)，出口通道部(23)通过第二连接管(29)连接到中间通道部(26)；所述第一入口通道部(22)、出口通道部(23)、第二入口通道部(25)、中间通道部(26)设置在所述流体通道的端侧；
第一箱体(17)设置在第一入口通道部(22)和出口通道部(23)之间，第二箱体(18)设置在第二入口通道部(25)和中间通道部(26)之间。
2.一种冷却结构，包括：
多个发热件(16，19-21)，每个发热件为板状，所述多个发热件包括至少不同的第一发热件(16)和第二发热件(19-21)；以及
多个换热板件(51、52)，所述多个换热板件设置成具有多个用于容纳发热件的容纳空间(55)和流体流经的多个流体通道(24、27、32)，
其中发热件位于容纳空间内，从每个发热件两侧流经流体通道的流体通过换热板件冷却发热件；
在第一箱体(17)内叠置排列第一发热件(16)，在第二箱体(18)内叠置排列第一发热件(16)并容纳第二发热件(19-21)；
第一入口通道部(22)设置在第一箱体(17)的一个端部而出口通道部(23)设置在与第一箱体(17)的上述端部相对的另一端部，第二入口通道部(25)设置在第二箱体(18)的一个端部而中间通道部(26)设置在与第二箱体(18)的上述端部相对的另一端部；第一入口通道部(22)通过第一连接管(28)连接到第二入口通道部(25)，出口通道部(23)通过第二连接管(29)连接到中间通道部(26)；所述第一入口通道部(22)、出口通道部(23)、第二入口通道部(25)、中间通道部(26)设置在所述流体通道的端侧；
第一箱体(17)设置在第一入口通道部(22)和出口通道部(23)之间，第二箱体(18)设置在第二入口通道部(25)和中间通道部(26)之间。
3.如权利要求2所述的冷却结构，还包括
插入相邻发热件和换热板件二者之间的电绝缘件(56)，
其中发热件为电力构件。
4.如权利要求2所述的冷却结构，还包括
弹簧件(61)，该弹簧件(61)用于沿着使发热件和换热板件彼此压紧接触的方向产生弹力。
5.如权利要求1或2所述的冷却结构，其中：
所述第一发热件(16)和第二发热件(19-21)具有相同的板表面。
6.如权利要求1或2所述的冷却结构，其中：
第一发热件(16)在低于第一控制温度下运行，第二发热件(19-21)在低于第二控制温度下运行，该第二控制温度高于第一控制温度。
7.如权利要求6所述的冷却结构，还包括
绝热件(62)，其替代一个发热件设置在第一发热件和第二发热件之间。
8.如权利要求6所述的冷却结构，其中第二发热件沿流体的流动方向设置在第一发热件的下游。
9.如权利要求1或2所述的冷却结构，其中：
所述多个第一发热件(16)在低于第一控制温度下运行，所述多个第二发热件(19-21)在低于第二控制温度下运行，该第二控制温度高于第一控制温度；并且
第一发热件之间的流体通道的数量大于第二发热件之间的流体通道的数量。
10.如权利要求1或2所述的冷却结构，其中所述多个第一发热件(16)在低于第一控制温度下运行，所述多个第二发热件(19-21)在低于第二控制温度下运行，该第二控制温度高于第一控制温度，该冷却结构还包括：
流速改变装置，用来设置第二发热件之间的流体通道内的流体流速使其高于第一发热件之间的流体通道内的流体流速。
11.如权利要求10所述的冷却结构，其中第二发热件(19-21)沿流体的流动方向设置在第一发热件(16)的下游。
12.如权利要求10所述的冷却结构，其中第二发热件(19-21)之间的流体通道的总通道截面积小于第一发热件(16)之间的流体通道的总通道截面积。
13.如权利要求6所述的冷却结构，其中第一发热件是电池元件(16)，第二发热件是DC电压转换器(19、20)，流体是水。
14.如权利要求6所述的冷却结构，其中第一发热件是电池元件，第二发热件是DC电压转换器，流体是空气。
15.如权利要求14所述的冷却结构，其中流体是车辆乘客室内的空气。
16.如权利要求1或2所述的冷却结构，其中所述第一和第二箱体位于车辆座位的下方。
17.如权利要求13所述的冷却结构，还包括
散热器(75)，其利用来自冷却通道的水作为热源加热车辆座椅。
18.如权利要求6所述的冷却结构，其中流体是水，该冷却结构还包括：
通道开关装置，用于开关流体通道，使被第一发热件和第二发热件加热到预定温度的水流入发动机冷却水回路(A)，以冷却车辆发动机。
19.如权利要求6所述的冷却结构，其中流体是水，该冷却结构还包括：
通道开关装置(34)，用于开关流体通道，使被第二发热件加热的水直接返回第一发热件。
20.一种系统，包括：
如权利要求1或2所述的冷却结构，其中流经流体通道的流体是水，还包括：
水回路(C)，其具有散热器(13)，用于通过与空气之间进行换热来冷却流向流体通道的水；
制冷剂在其中循环的制冷剂循环(B)；以及
水-制冷剂换热器(37)，用于通过与制冷剂循环(B)中的制冷剂进行热交换来冷却流向流体通道的水。
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