CN101542806A - 电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种尺寸减小的电池系统，该电池系统具有与电池组件进行热交换的冷却液。电池组件容纳于电池箱内的该电池系统的特征在于，它包括容纳在电池箱内且与电池组件进行热交换的冷却液，以及将比重小于冷却液的冷却气体导入到冷却液内的循环通路和循环泵。在冷却液内上浮的冷却气体搅动冷却液。这种搅动作用增大了冷却液的流动速度，因此即使在采用小尺寸的循环泵的构造中也能够获得高的冷却性能。

Description

电源系统
技术领域
本发明涉及一种电源系统，其中电源装置容纳于容纳箱内；本发明更特别地涉及该电源装置的温度调节。
背景技术
安装在混合动力电动车辆、电动车辆、燃料电池机动车辆等中的车辆驱动用电源(例如，二次电池或燃料电池)需要被冷却，这是因为如果超过合适的温度，则其电池元件会产生气体。
作为一种这样的冷却技术，日本专利申请特开No.2003-346924(JP-A-2003-346924)中公开了图5示出的一种构造。在此图中，电池组件(电池组，battery assembly)101容纳于箱102内。此箱102填充有冷却液。箱102设有循环通路103，该循环通路103使得冷却液流入箱102内，并使得冷却液从箱102流出。
循环通路103设有用于强制冷却液进行循环的循环泵104，并设有用于冷却从箱102流出的冷却液的散热器105。
根据前述构造，由于冷却电池组件101而温度升高的冷却水能够被散热器105冷却，且能够被再次传送到箱102内。因此，电池组件101能够被充分冷却。
通过增大流过箱102的冷却液的流动速度，能够提高电池组件101的冷却速度。日本专利申请特开No.11-238530(JP-A-11-238530)、日本专利No.2746751和日本专利申请特开No.2006-127921(JP-A-2006-127921)中也公开了相关技术。
但是，为了增大冷却液的流动速度，需要升高循环泵104的压力，这有可能会使得泵104的尺寸增大。
特别地，在用于车辆的电池组件中，由于需要在有限的空间内并置多个电池，相邻电池之间的间隔需要设定得较小。但是，相邻电池之间的间隔缩小会使得沿着电池表面流动的冷却液的流动速度由于压力损失而减小，这样使得电池组件101的冷却有可能不够充分。因此，为了提高冷却性能，需要通过增大循环泵104的尺寸来提高它的压力。
发明内容
因此，本发明的目的是减小电源系统的尺寸，该电源系统具有与电源装置之间进行热交换的热交换流体。
本发明的第一方面是一种电源系统，其中电源装置容纳于容纳箱内，该系统的特征在于包括：第一热交换流体，所述第一热交换流体容纳于所述容纳箱内且与所述电源装置进行热交换；导入装置，所述导入装置将第二热交换流体导入到所述第一热交换流体内，所述第二热交换流体的比重小于所述第一热交换流体。
在这个方面，所述第一热交换流体可以是液体，所述第二热交换流体可以是液体或气体。
此外，所述导入装置可包括循环通路，所述循环通路使由于比重差异而从所述第一热交换流体分离出的所述第二热交换流体返回到所述第一热交换流体内。
此外，所述循环通路可设有循环泵，所述循环泵强制所述第二热交换流体进行循环。
此外，所述电源系统还可包括冷却装置，所述冷却装置冷却经由所述循环通路被导入到所述第一热交换流体内的所述第二热交换流体。
此外，所述电源系统还可包括加热装置，所述加热装置加热经由所述循环通路被导入到所述第一热交换流体内的所述第二热交换流体。
空气、氮、自动变速器油(自动变速器流体，AT fluid)或硅油可用作所述第二热交换流体的材料。
根据本发明的第一方面，能够通过使第二热交换流体由于比重差异而在第一热交换流体中移动，来使第一热交换流体流动。因此，即使在当第二热交换流体被导入到第一热交换流体内时第二热交换流体的流动速度被设定得较低的情况下，也能够抑制冷却性能的降低。
附图说明
图1是电池组件的透视图；
图2是电池系统的截面图；
图3是电池系统的平面图；
图4是根据第二实施例的电池系统的截面图；
图5是现有技术的电池系统的示意图。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明的实施例。下面描述本发明的第一实施例。图1是作为电源装置的电池组件1的透视图。图2是沿垂直于电池系统的圆筒形电池的长度方向所作的截面图。图3是沿着电池系统的圆筒形电池的长度方向所作的截面图。
首先，将描述第一实施例的电池系统的整体构造。在第一实施例的电池系统4中，冷却液(第一热交换流体)51容纳于电池箱3内，该电池箱3容纳电池组件1。电池系统4还具有循环通路21，该循环通路用于将比重小于冷却液51的冷却气体(第二热交换流体)52导入到冷却液51内，且用于将由于比重差异而从冷却液51中分离出的冷却气体52在通过冷却器22冷却该冷却气体52后返回到冷却液51内。
通过使得冷却气体52在冷却液51内上浮，冷却液51能够被搅动。这种搅动作用增大了沿圆筒形电池11的表面流动的冷却液51的流动速度，从而能够提高电池组件1的冷却速度。
此外，冷却气体52在冷却液51内由于两者之间的比重差异而自然地上浮，所以用于将冷却气体52输送到冷却液51内的循环泵(循环装置)23的压力可设定得较低。从而可减小循环泵23的尺寸。
下面参照图1详细描述电池组件1的构造。电池组件1由多个圆筒形电池11组成，所述多个圆筒形电池在设置成彼此相对的一对电池夹(battery folder)12a、12b之间延伸。各圆筒形电池11由锂离子电池构成。
各圆筒形电池11的两个相对端分别设有正、负螺纹轴部分13、14，所述正、负螺纹轴部分在其外周表面上具有螺纹槽部分13a、14a。
在电池夹12a、12b的每一个中形成有多个插入孔部分121a、121b(插入孔部分121b未示出)，用于插入圆筒形电池11的正、负螺纹轴部分13、14。在被安装的状态下，正、负螺纹轴部分13、14通过插入孔部分11a、11b从电池夹12向外伸出。
相邻的圆筒形电池11沿着箭头Y的方向反向设置(即，正电极和负电极的取向被设置成在Y方向上彼此相反)。相邻的圆筒形电池11通过母线15串联。
母线15插入到圆筒形电池11的正、负螺纹轴部分13、14上。紧固螺母16安置于母线15上并紧固于正、负螺纹轴部分13、14，使得圆筒形电池11被固定于电池夹12。
下面参照图2和图3详细描述电池系统4(电源系统)的构造。
电池组件1的电池夹12a、12b固定于电池箱3的底面，且圆筒形电池11设置成平行于电池箱3的底面的方向(即：XY面内的方向)。
电池箱3容纳冷却液51，电池组件1浸没于该冷却液中。冷却液51的材料的示例包括氟系惰性液体，该惰性液体具有高的热传导性和良好的绝缘性能。
在电池箱3内，在电池箱3的顶板部分和冷却液51之间形成空间部分3a。与空间部分3a相连通的循环通路21具有延伸管部分21’，该延伸管部分在电池组件1和电池箱3的底面之间延伸。
延伸管部分21’设置于圆筒形电池11的在长度方向上的中央部分的正下方的区域，且在X轴线方向(垂直于圆筒形电池11的长度方向且平行于电池箱3的底面的方向)延伸。
此外，延伸管部分21’具有多个在通路方向上排列的冷却剂排出开口部分21’a。在箭头X方向(通路方向)上，冷却剂排出开口部分21’a的间距设置成与圆筒形电池11的间距实质上相等。
循环通路21设有用于强制使冷却气体52进入延伸管部分21’的循环泵23，和用于冷却从空间部分3a流入的冷却气体52的冷却器(冷却装置)22。
冷却气体52的材料的示例包括空气和氮。顺便提及，循环通路21和循环泵23构成权利要求中所述的导入装置。
下面将描述由电池系统4执行的用以冷却电池组件1的冷却工作。
当由于充电或放电而被加热的电池组件1的温度超过阈值(例如60℃)时，循环泵23和冷却器22被驱动。电池组件1设有温度检测传感器。循环泵23和冷却器22根据来自温度检测传感器的温度信息而被驱动。
由于被加热的电池组件1的冷却，冷却液51(特别是在圆筒形电池11周围的区域以及冷却液51的上侧区域)的温度高于循环泵被开启以驱动之前(的温度)。换句话说，在循环泵23被开启以驱动后，热量被充分地从被加热的电池组件1传递到冷却液51。
由于循环泵23的压力作用而使得被传送出来进入延伸管部分21’的冷却气体52以气泡的形式从冷却剂排出开口部分21’a排出到冷却液51内。
由于比重差异，冷却气体52的气泡在冷却液51内上浮并达到空间部分3a。
随着冷却气体52在冷却液51内上浮，热量从冷却液51传递到冷却气体52，使得冷却液51被冷却。从而，能够提高电池组件1的冷却速度。
此外，在冷却液51内上浮的冷却气体52搅动冷却液51。因此，沿圆筒形电池11的表面流动的冷却液51的流动速度增大，从而电池组件1的冷却速度将升高。
此外，因为冷却气体52由于比重差异而在冷却液51内上浮，所以无需升高循环泵23的压力来使得冷却气体52上浮。因此，循环泵23的尺寸可减小。
释放到空间部分3a中的冷却气体52流入循环通路21内，且通过冷却器22的冷却作用而被冷却，然后被循环泵23再次导入到冷却液51内。
这样，在第一实施例中，循环通路21的一端与电池箱3的空间部分3a相连通，且循环通路21的另一端在电池箱3内在电池组件1下方区域内延伸，且循环通路21可做成封闭系统。因此，能够阻挡不希望的物质从循环通路21外部进入，并防止对冷却液51和冷却气体52的绝缘性能的损害。
下面将描述第一实施例的变型。替代冷却气体52，可使用比重小于冷却液51的冷却液(例如自动变速器油或硅油)。
此外，也可采用这样一种构造，其中冷却空气被从用于从外侧冷却电池箱3的散热器导入冷却液51内。这使得可省略冷却器22，从而能够降低成本。
此外，尽管延伸管部分21’由一个管构成，但也可采用多个管。由于设有多个延伸管部分21’，冷却气体52能够均匀地排出到冷却液51内。从而，能够进一步提高电池组件1的冷却速度。
此外，尽管在前述实施例中，形成于延伸管部分21’中的冷却剂排出开口部分21’a的间距相等，但是冷却剂排出开口部分21’a的间距可根据电池组件1的温度分布而设定。例如，在电池组件1内存在与其他区域相比温度较高的高温区域的情况下，冷却剂排出开口部分21’a可形成为使得冷却气体52被集中排出到该高温区域。
此外，由于具有较高温度的冷却液51向着上侧移动，所以还可采用这样一种构造，其中延伸管部分21’设置在比第一实施例高的位置，从而冷却液51的上侧部分被集中冷却。
下面描述本发明的第二实施例。
现在描述第二实施例的电池系统的整体构造。在第二实施例的电池系统5中，热交换液体(第一热交换流体)53容纳在电池箱3内，该电池箱容纳电池组件1。电池系统5还具有循环通路21，该循环通路用于将比重小于热交换液体53的热交换气体(第二热交换流体)54导入到热交换液体53中，并用于将由于比重差异而从热交换液体53中分离出的热交换气体54在通过冷却器22冷却或加热该热交换气体54后返回到热交换液体53内。
通过使得被加热的热交换气体54在热交换液体53中上浮，热交换液体53可被搅动。这种搅动作用增大了沿圆筒形电池11的表面流动的热交换液体53的流动速度，从而在电池组件1的温度低(例如-10℃)的情况下能够快速将电池组件1的温度升高到合适的温度。
此外，因为热交换气体54在热交换液体53内由于两者之间的比重差而自然地上升，所以用于将热交换气体54传送到热交换液体53内的循环泵23的压力可设定得较低。从而，循环泵23的尺寸可减小。
在被冷却的热交换气体54被导入到热交换液体53中的情况下，能够实现与第一实施例中实质上相同的结果。此外，作为热交换液体53，可使用与第一实施例中的冷却液51所使用的材料相同的材料。
此外，作为热交换气体54，可使用与第一实施例中的冷却气体52所使用的材料相同的材料，该材料可以是比重小于氟系惰性液体的液体，例如自动变速器油、硅油等。
下面将参照附图4详细描述第二实施例的电池系统5的构造。图4是第二实施例的电池系统5的截面图。与第一实施例中相同的部件以相同的附图标记表示，并省略其详细描述。
与空间部分3a相连通的循环通路21设有冷却器(冷却装置)22、加热器(加热装置)24和循环泵23。冷却器22冷却从空间部分3a流入的热交换气体54。加热器24加热从空间部分3a流入的热交换气体54。
电池组件1设有温度检测传感器(未示出)。冷却器22、加热器24和循环泵23根据来自温度检测传感器的温度信息而被驱动。顺便提及，冷却器22、加热器24和循环泵23由控制回路(未示出)驱动。
下面描述由电池系统5执行的用以冷却电池组件1的冷却工作。如果控制回路根据来自温度检测传感器的温度信息判定出电池组件1的温度低于合适的温度(例如-10℃到60℃)，则控制回路驱动加热器24和循环泵23。
由于循环泵23的压力作用而被传送出来进入延伸管部分21’的热交换气体54以气泡的形式从热交换排出开口部分21’b排出到热交换液体53内。
由于比重差异，热交换气体54的气泡在热交换液体53内上浮，并达到空间部分3a。
随着热交换气体54在热交换液体53内上浮，热量从热交换气体54传递到热交换液体53，这样热交换液体53被加热。从而，电池组件1的温度能够被迅速升高到合适的温度。
此外，在热交换液体53内上浮的热交换气体54搅动热交换液体53。因此，沿着圆筒形电池11的表面流动的热交换液体53的流动速度升高，从而电池组件1的冷却速度将增大。
此外，因为热交换气体54由于比重差异而在热交换液体53内上浮，所以无需增大循环泵23的压力来使得热交换气体54上浮。因此，可减小循环泵23的尺寸。
释放到空间部分3a内的热交换气体54流入循环通路21，并通过加热器24的加热作用而被加热，然后被循环泵23再次导入到热交换液体53内。
这样，在第二实施例中，循环通路21的一端与电池箱3的空间部分3a相连通，且循环通路21的另一端在电池箱3内在电池组件1下方区域内延伸，且循环通路21可做成封闭系统。因此，能够阻止不希望的物质从循环通路21外侧进入热交换液体53和热交换气体54，并防止对热交换液体53和热交换气体54的绝缘性能的损害。
如果电池组件1的温度超过合适的温度，则与第一实施例中相同，冷却器22和循环泵23被驱动以快速冷却电池组件1。
尽管在第二实施例中，被热交换液体53冷却的热交换气体54被加热器24加热，但也可采用这样一种构造，其中例如来自车辆的排气的一部分或者从设置在驾驶室中的空调器喷出的热空气的一部分被导入到热交换液体53中。这使得可省略加热器24，从而使得能够降低电池系统5的成本。
尽管在前述第一和第二实施例中，圆筒形电池11是锂离子电池，但也可使用其它类型的二次电池(电源装置)、电容器(电源装置)和燃料电池(电源装置)。
这些电源装置可用作驱动例如电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)和燃料电池车辆(FCV)中的电机的电源。
尽管已参照其示例性实施例描述了本发明，但应当理解，本发明并不限于所述示例性实施例和构造。相反，本发明涵盖各种变型和等同的布置。此外，尽管以各种的组合和构造示出了示例性实施例的各个要素，但这仅是示例性的，包括更多、更少或仅一个要素的其他组合和构造也在本发明的精神和范围之内。

Claims (10)

1.一种电源系统，其中电源装置容纳于容纳箱内，所述电源系统包括：
第一热交换流体，所述第一热交换流体容纳于所述容纳箱内且与所述电源装置进行热交换；以及
导入装置，所述导入装置将第二热交换流体导入到所述第一热交换流体内，所述第二热交换流体的比重小于所述第一热交换流体。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其中，所述第一热交换流体是液体，且所述第二热交换流体是液体或气体。
3.根据权利要求1或2所述的电源系统，其中，所述导入装置具有循环通路，所述循环通路使由于比重差异而从所述第一热交换流体分离出的所述第二热交换流体返回到所述第一热交换流体内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电源系统，其中，所述循环通路设有循环泵，所述循环泵强制所述第二热交换流体进行循环。
5.根据权利要求3或4所述的电源系统，所述电源系统还包括冷却装置，所述冷却装置冷却经由所述循环通路被导入到所述第一热交换流体内的所述第二热交换流体。
6.根据权利要求3或4所述的电源系统，所述电源系统还包括加热装置，所述加热装置加热经由所述循环通路被导入到所述第一热交换流体内的所述第二热交换流体。
7.根据权利要求5所述的电源系统，所述电源系统还包括检测电源装置温度的温度检测传感器，其中，当所述电源装置的温度高于预设的温度时，所述循环泵工作。
8.根据权利要求6所述的电源系统，所述电源系统还包括检测电源装置温度的温度检测传感器，其中，当所述电源装置的温度低于预设的温度时，所述循环泵工作。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电源系统，其中，所述第二热交换流体是自动变速器油或硅油。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电源系统，其中，所述第二热交换流体是空气或氮。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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