CN101027814A - 用于电池组的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种用于电池组的冷却系统，该电池组可以用作电动车辆和混合电动车辆的电源。该冷却系统具有通过以恒定流动速度向电池芯供应制冷剂而有效发散由电池芯产生热量的效果，而且具有使冷却过程中电池芯之间的温度差异最小的效果。这防止电池芯的性能衰减，且实现了最佳的温度控制。而且，该冷却系统采用布置在电池组一侧的单个制冷剂引导件，从而减小了整个电池系统的尺寸。

Description

用于电池组的冷却系统
技术领域
本发明涉及一种用于电池组的冷却系统，该电池组可用作电动车辆和混合电动车辆的电源，并且更具体地涉及用于控制电池组的温度的电池组冷却系统，在该电池组中，制冷剂引入部分和制冷剂排放部分定位于该电池组冷却系统的相同侧，且多个电池模块中的每一个均具有单独的制冷剂通道，从而使制冷剂以恒定的流速经过电池模块的多个电池芯，降低了电池芯之间的温度变化，并且减小整个电池系统的尺寸。
背景技术
燃烧化石燃料(诸如，汽油和柴油)的车辆的一个主要问题是空气污染。为了解决这种问题，将可充电的二次电池用作车辆电源的技术吸引了人们的注意力。因此，已经研发了仅由二次电池操作的电动车辆(EV)和使用二次电池和内燃机的混合电动车辆(HEV)，且它们中的一些已实现商业化。可用作EV和HEV的电源的二次电池的代表性示例是镍金属混合(Ni-MH)电池，但是近年来也尝试使用锂离子电池。
为了将二次电池用作EV和HEV的电源，该二次电池必须具有高输出和大容量。鉴于为满足这个要求的常规结构，将多个小型二次电池(电池芯)以串联或并联的方式相互连接起来，从而构成电池模块，进而将多个电池模块又以串联或并联的方式相互连接起来，从而构成单个电池组。
但是，高输出和大容量的二次电池的问题在于，其在充电/放电模式中产生大量的热。如果在充电/放电模式中产生的电池芯的热量没有被有效去除，则热量会累积，从而导致电池芯的衰减。为此，需要提供一种具有冷却系统的高输出和大容量电池。
根据现有技术的用于冷却电池组的系统的示例可以参考美国专利No.5,589,290和韩国专利未审公开(Laid-Open)No.2004-45937。现在，将参照图1描述用于冷却电池组的常规系统的原理。
如图1所示，由附图标记10表示的常规电池组冷却系统包括具有多个电池的电池组20；布置在电池组20的下端表面处的制冷剂引入部分30；以及布置在电池组20的上端表面处的制冷剂排放部分40。电池组20由多个相互电连接的电池模块50构成。而且，每个电池模块50由多个相互电连接的电池芯60构成。每个电池模块50的电池芯60在相邻的电池芯60的接触区域中限定出若干小间隙，从而使通过引入部分30被引入的制冷剂在移动穿过这些间隙时驱散由电池芯60产生的热量。之后，所使用的制冷剂通过设置在电池组20顶部处的排放部分40而被排出。
但是，具有上述如图1所示结构的电池组冷却系统10具有如下若干问题。
首先，在常规的电池组冷却系统10的情况中，难以使已经通过引入部分30、进入相应的电池模块50的制冷剂均匀分布。这不可避免地会在电池芯60之间导致较大的温度差。近年来的研究证实，电池芯60之间较大的温度差是使电池组20的整体性能衰减的主要因素。
其次，由于制冷剂引入部分30和制冷剂排放部分40被分别布置在电池组20的上侧和下侧，因此需要分别在电池组20的上侧和下侧布置两个制冷剂引导件。这样成倍增加了用于安装制冷剂引导件的空间，且因此不期望地增加了电池系统的整体尺寸。
由于这些理由，大多数商业化电池组冷却系统不能提供电池芯的理想温度控制，并因电池系统的整体尺寸增大而受到不利影响。
发明内容
因此，鉴于上述问题和其他待于解决的其他常规技术问题而做出本发明，且本发明的目的是提供用于电池组的冷却系统，该冷却系统通过以恒定的流速向电池芯提供制冷剂来有效地去除由电池组产生的热，并能在冷却处理过程中使电池芯之间的温度差最小，从而限制电池芯的性能衰减并使电池芯的温度控制最佳。
本发明的另一目的是提供一种电池组冷却系统，该冷却系统能在实现电池系统的整体尺寸减小的同时执行所需的冷却操作。
根据本发明的一个方面，通过提供用于电池组的冷却系统，能实现上述和其他目的，其中制冷剂引入部分和制冷剂排放部分定位于所述电池组的相同侧处，且所述制冷剂引入部分和所述制冷剂排放部分中的每一个均在内部被分成多个制冷剂通道，从而使已通过所述制冷剂引入部分的制冷剂被引导到电池模块中的相应一个，用以冷却所述电池模块，且然后通过所述制冷剂排放部分而被排放。
如上所述，所述电池组由相互电连接的多个电池模块构成，且依次，每个所述电池模块由相互电连接的多个小电池(即，电池芯)构成。为了获得所需的电池输出和容量，优选地，高功率和高输出的电池，需要使所述电池模块相互电连接，更具体地说，使电池芯串联或并联。所述电池芯可以从各种没有具体限制的可充电的电池中自由选择。例如，这种用在本发明中的电池芯是二次电池，在该二次电池中，阴极、阳极、分隔物和电解液以可充电/可放电的方式包含在密封容器中。优选地，根据本发明的电池芯的示例包括锂离子二次电池，锂离子聚合物二次电池，或镍金属混合电池。
所述电池芯在相邻的电池芯之间的接触区域中限定出若干小间隙，用于所述制冷剂的运动。必要时，所述电池芯相互间隔开预定的相等距离或不同的距离，以确保所述制冷剂的有效运动。制冷剂在移动通过所述间隙时，用于驱散由所述电池芯产生的热。
用在本发明中的制冷剂可以从各种没有具体限制的冷却流体中自由选择。优选地，所述制冷剂从空气和水中选择，且该制冷剂更优选为空气。当所述制冷剂例如为空气时，通过分离设备(诸如风扇)迫使制冷剂被引入到根据本发明的冷却系统的制冷剂引入部分内。
因为制冷剂引入部分和制冷剂排放部分形成在所述电池组的相同侧，所以本发明的电池组冷却系统具有减小电池系统的整体尺寸的效果。而且，由于每个电池模块均与所述制冷剂通道中的特定一个相联，从而使所述电池模块得以单独冷却，因此所述制冷剂能以恒定的流速在相应的通道中移动，且在冷却处理过程中能减少所述电池芯之间的温度差。
所述制冷剂通道可以利用各种方法以一对一比例与所述电池模块相联。在优选实施例中，所述制冷剂引入部分在内部设置有多个隔板，所述隔板用于使所述电池模块中的相应一个与邻近它的其他电池模块分离开，以使所述制冷剂被引入到相应的电池模块中，从而当制冷剂在该电池模块中循环的同时冷却电池模块，且然后，从相应的电池模块中排出该制冷剂。优选地，所述隔板还设置在所述制冷剂排出部分中。在一个示例构造中，隔板用于使所述电池模块的制冷剂通道相互分隔开，该隔板从形成在所述制冷剂引入部分处的入口或该入口附近的位置处延伸，或从形成在所述制冷剂排放部分处的出口或该出口附近的位置处延伸。
所述制冷剂引入部分和所述制冷剂排放部分均可以限定在制冷剂引导件中，且所述制冷剂引导件可以布置在所述电池组的上侧或下侧，或侧面处。必要时，所述制冷剂引导件可以定位在所述电池组的中心，以使所述电池模块被分别布置在所述制冷剂引导件的上侧和下侧。优选地，所述制冷剂引导件可以布置在所述电池组的上侧或下侧。
在优选实施例中，所述制冷剂引入部分和所述制冷剂排放部分均被布置在所述电池组的上侧，且所述制冷剂通道被构造成使已通过所述制冷剂引入部分的入口的制冷剂首先在所述电池组的第一侧壁的方向上移动，以沿着该第一侧壁向下移动，且然后，制冷剂穿过限定在相邻的电池芯之间的间隙朝与所述第一侧壁相对的电池组的第二侧壁移动，以沿着该第二侧壁向上移动，且最后，通过所述制冷剂排放部分的出口排放。
优选地，根据本发明的电池组冷却系统可以在电池系统中用作电动车辆或混合电动车辆的电源，更具体的用作于混合电动车辆的电源。
附图说明
通过下面结合附图的详细说明将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特点和其他优点，图中：
图1是表示常规电池组冷却系统的图，该冷却系统被部分地剖切以显示出内部；
图2是表示根据本发明优选实施例的电池组冷却系统的图；
图3是表示根据本发明的另一实施例的制冷剂引导件的立体图，该制冷剂引导件用于和本发明的电池组冷却系统一起使用；
图4是表示根据本发明的电池组冷却系统的分解立体图，该冷却系统安装在电池组的顶部，和
图5是表示根据本发明的电池组冷却系统的分解立体图，该冷却系统安装在电池组的底部。
<图中主要附图标记的说明>
100：电池组冷却系统    200：电池模块
300：电池组            400：电池芯
500，700制冷剂引导件    600：外壳
具体实施方式
下面，将参照附图描述根据本发明实施例的用于冷却电池组的系统。下面的说明是为了便于理解本发明的目的，而不是为了限制本发明的范围。
图2是表示根据本发明的电池组冷却系统的图，其为显示内部的部分地剖切视图。参照图2，电池组冷却系统100包括由多个相互电连接的电池模块200，210，220和230构成的电池组300，以及布置在电池组300的上端表面处的制冷剂引导件500。每个电池模块200，210，220和230均包括多个相互电连接的电池芯400。
制冷剂引导件500包括制冷剂引入部分510和制冷剂排放部分520。在本发明中，制冷剂引入部分510和制冷剂排放部分520均位于电池组300的顶部。引入部分510包括：入口512，用于将由外部制冷剂供应设备(未示出)供应的制冷剂引入到冷却系统100的密封内部空间中；以及多个隔板514，用于将引入部分510分隔成多个分别延伸到电池模块200，210，220和230的制冷剂通道。排放部分520包括：多个隔板524，其用于将排放部分520分隔成多个制冷剂通道，并且已经穿过各个电池模块200，210，220和230的相对高温的制冷剂沿着这些制冷剂通道移动；以及出口522，其用于将该高温制冷剂排出到冷却系统100的外侧。
冷却系统100除了入口512和出口522之外被外壳600密封地包围住，以使制冷剂仅沿着通道移动，而没有分散的危险。
由于上述的结构，制冷剂在通过入口512被引入之后，制冷剂沿着被隔板514分隔开的预定的通道移动，从而每个相应通道制冷剂都有恒定流速。也就是说，对于制冷剂穿过延伸到第一电池模块200的特定的一个通道FC1的流速、制冷剂穿过延伸到第二电池模块210的特定的一个通道FC2的流速、制冷剂穿过延伸到第三电池模块220的特定的一个通道FC3的流速以及制冷剂穿过延伸到第四电池模块230的特定的一个通道FC4的流速而言，其彼此相互相等。引入部分510的隔板514沿着第一侧壁110向下延伸到电池组300的下端表面。因此，制冷剂在通过入口512被引入之后，制冷剂首先沿第一侧壁110的方向移动，并随后穿过限定在相邻电池芯400之间的间隙而移向与第一侧壁110相对的第二侧壁120。这里，由于各个电池模块200，210，220和230相互分隔开，因此没有这样的危险，即，用于冷却特定的一个电池模块(例如，电池模块200)的制冷剂在从第一侧壁110向第二侧壁120移动时侵入其他电池模块(例如，电池模块210)。随着制冷剂从第一侧壁110移动至第二侧壁120，由电池芯400产生的热被传递给制冷剂。
在到达第二侧壁120之后，制冷剂沿着被隔板524分隔开的相应通道向上移动到排放部分520，从而通过出口522排放到系统100的外侧。当制冷剂沿着第二侧壁120向上移动时，穿过电池模块400的制冷剂的流速不发生变化。为此，可以考虑仅在第二侧壁120处形成排放部分520的隔板524。
图3表示根据本发明的另一实施例的制冷剂引导件的结构。
如图3所示，根据本发明的另一实施例的制冷剂引导件700包括制冷剂引入部分710和制冷剂排放部分720，这两个部分具有与图2所示大致相同的制冷剂通道，但隔板714和724的形状则不相同。具体地说，引入部分710的隔板714延伸到引入部分710的入口(未示出)，并朝向第一侧壁110稍稍倾斜。而且，排放部分720的隔板724延伸到排放部分720的出口(未示出)，并朝向第二侧壁120稍稍倾斜。
从上面的说明中应理解，不同设计的制冷剂引导件可以用于实现本发明的原理，且所有这些都包含在本发明的范围内。
图4和图5表示不同的电池系统，其中图3的制冷剂引导件被布置在电池组的顶部或底部。
参照图4，分隔件800被插设在相邻的电池模块200，210，220和230之间，该分隔件800从电池组300的相对侧面伸出，从而与外壳盖610紧密接触。因此，在如图4所示的电池系统的情况下，隔板714和724并不必须要延伸到电池组300的侧面。
参照图5，制冷剂引导件700安装在电池组300的底部。在这种情况下，制冷剂的移动与图2所示的相反。
工业应用性
从上面的说明中可知，本发明的电池组冷却系统具有如下效果。
首先，本发明的电池组冷却系统用于以恒定的流速向相应的电池芯供应制冷剂，从而实现有效消散电池芯所产生的热量的效果。而且，本发明在冷却处理过程中能使电池芯之间的温度差最小。这防止电池芯的性能衰减，从而能实现电池芯的理想温度控制。此外，本发明仅采用布置在电池组的上侧或下侧的一个制冷剂引导件，从而减少了电池系统的整体尺寸。
虽然为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员应明白在不背离如所附权利要求公开的本发明的范围和精神的情况下，可以做出各种修改、增加和替换。

Claims (9)

1.一种用于电池组的冷却系统，
其中在所述电池组的相同侧定位了制冷剂引入部分和制冷剂排放部分，且
其中所述制冷剂引入部分和制冷剂排放部分中的每一个均在内部被分为多个制冷剂通道，以使已经穿过所述制冷剂引导部分的制冷剂被引导到电池模块中的相应的一个，用以冷却所述电池模块，然后通过冷却剂排放部分排放所述制冷剂。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，
其中每个所述电池模块均由多个电池芯构成，且
其中所述电池芯为锂离子二次电池、锂离子聚合物二次电池或镍金属混合电池。
3.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述制冷剂为空气。
4.根据权利要求1所述的冷却系统，
其中所述制冷剂引入部分在内部设置有多个隔板，所述隔板用于使所述电池模块中的相应的一个与邻近它的其他电池模块分隔开，
由此将所述制冷剂引入到相应的电池模块，用以冷却该电池模块，同时使制冷剂通过该电池模块循环，且然后，从相应的电池模块中排放制冷剂。
5.根据权利要求4所述的冷却系统，其中在所述制冷剂排放部分中也设置有所述隔板。
6.根据权利要求1所述的冷却系统，
其中所述制冷剂引入部分和制冷剂排放部分均被限定在制冷剂引导件中，且
其中所述制冷剂引导件被布置在所述电池组的上侧或下侧。
7.根据权利要求6所述的冷却系统，
其中所述制冷剂引导件被布置在所述电池组的上侧，且
其中所述制冷剂通道被构造成使已经穿过形成在所述制冷剂引入部分处的入口的制冷剂首先沿所述电池组的第一侧壁的方向移动，以沿着该第一侧壁向下移动，且然后，穿过限定在相邻的电池芯之间的间隙，从而朝对向于所述第一侧壁的所述电池组的第二侧壁移动，以沿着该第二侧壁向上移动，且最后，通过形成在所述制冷剂排放部分处的出口排放。
8.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述冷却系统用于作为电动车辆或混合电动车辆的电源的电池系统中。
9.根据权利要求8所述的冷却系统，其中所述冷却系统用于作为混合电动车辆的电源的电池系统中。
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