CN102037581A - 电动汽车用u型电池 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，由于电池单元之间的温度偏差非常小，因此具有延长电池寿命的效果，并且由于冷却通道的出口面积对入口面积的比由数学式定量算出，因此具有电池设计非常容易的效果。

Description

电动汽车用U型电池
技术领域
本发明涉及一种电动汽车用电池，更具体地涉及一种具有令制冷剂以相反方向流入和排出的冷却通道的U型(U-type)电池。
背景技术
电动汽车是一种从电能获得汽车的驱动能量的汽车，而不是像现有汽车那样从化石燃料的燃烧中获得驱动能量。电动汽车的优点是完全没有排气并且噪音非常小，但是因诸如电池重量重、充电时间长等问题而尚未被实用化。然而，随着公害问题的严重化、化石燃料的枯竭成为重要问题，电动汽车的开发再次被加速。特别是，为使电动汽车被实用化，需要作为电动汽车能源的电池轻量化及小型化，同时缩短其充电时间，因此对所述电池的研究在积极地进行。
所述电池包含以串联方式连接的多个电池单元，当所述电池充电和放电时所述电池单元产生热量。如果将所述电池单元产生的热量放任不管，则会缩短所述电池单元的寿命。因此，所述电池通常设有冷却通道，用于排除所述电池单元产生的热量。
所述电池根据所述冷却通道的形状分为Z型(Z-type)电池和U型(U-type)电池。在所述Z型电池中，作为制冷剂的空气流入所述冷却通道的方向和从所述冷却通道排出的方向相同；在所述U型电池中，作为制冷剂的空气流入所述冷却通道的方向和从所述冷却通道排出的方向相反。下面，参照图1及图2说明U型电池的一般结构。图1是表示一般U型电池的立体图，图2是沿着图1的A-A′线取得的剖面图。
所述U型电池10包括以串联连接方式安排的多个电池单元20，和与所述电池单元20结合的冷却通道30、40，所述冷却通道30、40包括结合至所述电池单元20上端的第一冷却通道30和结合至所述电池单元20下端的第二冷却通道40。
所述第一冷却通道30的一侧32是开放的，使制冷剂能够流入。并且，在所述第一冷却通道30下表面的没有与所述电池单元20结合的部位形成有多个切口34，使流入的制冷剂能够向所述电池单元20所在的方向排出。
在所述第二冷却通道40上表面的没有与所述电池单元20结合的部位形成有多个切口44，使从所述第一冷却通道30排出的制冷剂能够流入。并且，所述第二冷却通道40的一侧42是开放的，使通过所述切口44流入的制冷剂能够向外部排出。
通过所述侧面32流入的制冷剂依次经过所述切口34、所述电池单元20之间的空间及所述切口44，继而通过所述侧面42向外部排出，在此过程中，所述制冷剂从所述电池单元20吸收热量，从而冷却所述电池单元20。
但是，在上述结构的一般U型电池10中，电池单元20之间的温度偏差大，因而电池单元20的寿命彼此差异大。并且，当包含在电池中的一部分电池单元用尽时需要替换整个电池，因此存在未用尽的电池单元因用尽的电池单元也无法继续使用的问题。因此，为解决上述问题，需要研究使电池单元20之间的温度偏差变小的方法。
发明内容
所要解决的课题
本发明用于解决上述现有技术问题，本发明的目的在于提供一种能够维持电池单元之间温度分布更均匀的电动汽车用U型(U-type)电池。
解决课题的方法
为达到上述目的，本发明提供了一种具有冷却结构的电动汽车用电池，在该冷却结构中，通过第一冷却通道流入的制冷剂冷却电池单元之后通过第二冷却通道排出，其中所述冷却结构是令制冷剂以相反方向流入和排出的U型结构，并且其中所述第一冷却通道的入口和所述第二冷却通道的出口关于入口流量及出口流满足下式。
1.65×[出口流量/入口流]1.5＝C×[出口面积/入口面积]
其中，C为0.8至1.2。
优选地，所述电池单元是板状电池单元，并且所述电池单元相互隔开以使制冷剂能够从它们之间流过。
优选地，所述制冷剂为空气。
优选地，通过所述入口向所述冷却结构供给制冷剂的驱动力是由设置在所述入口的送风扇提供的。
优选地，所述出口流量是所述入口流的50％至99％。
另外，本发明的电池的入口和出口的横截面优选地为四边形，并且入口和出口的宽度相同。
并且，所述C优选地为0.85至1.15。
附图说明
图1是表示一般U型电池的立体图。
图2是沿着图1的A-A′线取得的剖面图。
图3是表示本发明电动汽车用U型电池的一个实施例的剖面图。
图4至图6是表示包含在电池中的电池单元的温度分布的计算机仿真结果。
图7是表示根据不同C值的电池单元温度差异的图表。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的电动汽车用U型电池的优选实施例进行详细说明。
图3是表示本发明电动汽车用U型电池的一个实施例的剖面图。
本发明的U型电池100包括：多个电池单元110；第一冷却通道130，其结合至所述电池单元110的一端；第二冷却通道150，其结合至所述电池单元110另一端。
所述电池单元110为板状电池单元，多个电池单元110以串联连接方式安排，所述电池单元110的列数可以为一个或多个。充电给所述电池单元110的电压被用于驱动电动汽车，所述电池单元110在放电之后被再次充电。如上所述，电池单元110重复充电和放电，在此过程中所述电池单元110产生热量。所述热量通过制冷剂例如空气而冷却。所述电池单元110相互隔开预定距离，以使制冷剂能够从它们之间流过。
所述第一冷却通道130的一侧是开放的表面132，使用于冷却所述电池单元110的制冷剂能够从外部流入。并且，在所述第一冷却通道130下表面的没有与所述电池单元110结合的部位形成有多个切口134，使流入的制冷剂能够向所述电池单元110排出。通过所述开放表面132流入的制冷剂通过所述多个切口134流进所述电池单元110之间的空间，从而冷却所述电池单元110。
在所述第二冷却通道150上表面的没有与所述电池单元110结合的部位形成有多个切口154，使经过所述电池单元110之间的空间的制冷剂流入。并且，所述第二冷却通道150的一侧是开放的表面152，使通过所述切口154流入的制冷剂能够向外部排出。此时，所述制冷剂的排出方向与所述制冷剂流入所述第一冷却通道130的方向相反。
所述第一、二冷却通道130、150可以沿着其长度方向具有一定的宽度和高度，所述宽度与放置电池单元110的空间的宽度大体相同。
所述电池单元110之间的温度偏差可以根据以下比值来确定：通过所述开放表面152从所述第二冷却通道150排出的制冷剂的流量对通过所述开放表面132向所述第一冷却通道130流入的制冷剂的流量的比值，和所述开放表面152的出口面积对所述开放表面132的入口面积的比值。根据本申请人的实验，所述温度偏差与第一、二冷却通道130、150的宽度没有太大关系。
另一方面，优选地，入口和出口为四边形且所述入口的宽度和出口的宽度其长度相同。在此情况下，当通过所述开放表面152从所述第二冷却通道150排出的制冷剂的流量对通过所述开放表面132向所述第一冷却通道130流入的制冷剂的流量的比值已定时，通过调节所述开放表面152的高度H2对所述开放表面132的高度H1的比值可以使所述电池单元110之间的温度偏差最小化。
当所述开放表面152的出口面积对所述开放表面132的入口面积的比值满足下式1时，可以使所述电池单元110之间的温度偏差最小化。在下面数学式1中，出口处的流量是指通过所述开放表面152从所述第二冷却通道150排出的制冷剂的流量，入口处的流量是指通过所述开放表面132向所述第一冷却通道130流入的制冷剂的流量。
电池单元110之间的温度偏差优选地在5度以下，更优选地在3度以下。当所述温度偏差不超过5度时，可以认为电池单元110的机能退化比较均匀。当所述温度偏差超过5度时，随着时间电池单元110机能退化偏差变大，从而整体电池性能下降。而且，根据电池的使用环境或模式，温度偏差有可能变得更大，因此一些电池单元110超过运作温度范围的可能性会变大，这可能会导致安全问题。
在下述数学式1中，C为常数，具有0.8-1.2之间的值，优选具有0.85-1.15之间的值。并且，在下述数学式1中，第一冷却通道130的剖面面积沿着其长度方向是恒定的，第二冷却通道150的剖面面积沿着其长度方向是恒定的。
数学式1[式1]
1.65×[出口流量/入口流量]1.5＝C×[出口面积/入口面积]
当入口和出口的宽度相同且入口和出口的形状为四边形时，也就是说当开放表面132和开放表面152具有相同的宽度且入口和出口的形状为四边形时，所述数学式1如下。
1.65×[出口流量/入口流]1.5＝C×[出口高度/入口高度]
上式中，出口高度是指所述开放表面152的高度H2，入口高度是指所述开放表面132的高度H1。
另一方面，因冷却结构中的制冷剂流出，制冷剂在出口处的流量有可能小于制冷剂在入口处的流量。在此情况下，出口处的流量是入口处的流量的50％至99％。
另外，所述制冷剂通过设置在第一冷却通道130入口处的送风扇(未图示)向第一冷却通道130流入。所述送风扇提供制冷剂向第一冷却通道130流入的驱动力。
本申请人进行了测量包含在所述电池100中的电池单元110的温度的计算机仿真，仿真结果显示在图4至图6中。在图4至图6中，横轴表示电池单元110的编号，纵轴表示各电池单元110的平均温度。在图3中，电池单元110的编号被设定为向右递增。图4及图5中显示的结果是通过在30度的外部温度下对包含36个电池单元110的电池100施加40A的负荷后而得出的，图6中显示的结果是在相同条件下从包含44个电池单元110的电池100得出的。
在图4中，图标A是在出口流量对入口流量的比值为0.790且出口面积对入口面积的比值为1.43的情况下获得的。在此情况下，从数学式1得出的C值为0.81，其处于0.8至1.2的范围内。观察图标A，可知电池单元110的最大温度和最小温度之差——即温度偏差——约为3.5度，其非常小。
图标B是在出口流量对入口流量的比值为0.770且出口面积对入口面积的比值为1.11的情况下获得的。在此情况下，从数学式1得出的C值为1.00，其处于0.8至1.2的范围内。观察图标B，可知电池单元110的最大温度和最小温度之差——即温度偏差——约为1.6度，其非常小。
图标C是在出口流量对入口流量的比值为0.798且出口面积对入口面积的比值为1.09的情况下获得的。在此情况下，从数学式1得出的C值为1.08，其处于0.8至1.2的范围内。观察图标C，可知电池单元110的最大温度和最小温度之差——即温度偏差——约为1.8度，其非常小。
图标D是在出口流量对入口流量的值为0.745且出口面积对入口面积的比值为0.9的情况下获得的。在此情况下，从数学式1得出的C值为1.18，其处于0.8至1.2的范围内。观察图标D，可知电池单元110的最大温度和最小温度之差——即温度偏差——约为4度，其非常小。
在图5中，图标502是在出口流量对入口流量的比值为0.7且出口面积对入口面积的比值为1.25的情况下获得的。在此情况下，从数学式1得出的C为0.78，其不处于0.8至1.2的范围内。观察图标502，可知电池单元110的温度偏差约10度，其非常大。
在图5中，图标506是出口流量对入口流量的比值为0.7且出口面积对入口面积的比值为0.8的情况下获得的。在此情况下，从数学式1得出的C值为1.21，其不处于0.8至1.2的范围内。观察图标506，可知电池单元110的温度偏差约为7度，其非常大。
在图6中，图标602是在出口流量对入口流量的比值为0.765且出口面积对入口面积的比值为0.875的情况下获得的。在此情况下，从数学式1得出的C值为1.27，其不处于0.8至1.2的范围内。观察图标602，可知电池单元110的温度偏差约为10度，其非常大。
另一方面，图7是显示根据C值各实施方案中的电池单元的温度差异的图表。在C处于0.8至1.2的范围内时，电池单元的温度差异约为5度以下，其不算大。但是应理解，如果C不足0.8或超过1.2，则温度差异急剧增大。
产业上利用的可能性
根据本发明，由于电池单元之间的温度偏差非常小，因此具有延长电池寿命的效果。并且，由于冷却通道的出口面积对入口面积的比值可以由数学式定量地算出，因此设计电池变得非常容易。

Claims (6)

1.一种电动汽车用电池，其具有冷却结构，在该冷却结构中，通过第一冷却通道流入的制冷剂在冷却电池单元之后通过第二冷却通道排出，其特征在于，所述冷却结构具有令制冷剂以相反方向流入和排出的U型结构，并且第一冷却通道的入口和第二冷却通道的出口关于入口流量及出口流量满足下式：
1.65×[出口流量/入口流量]1.5＝C×[出口面积/入口面积]
其中C为0.8至1.2。
2.权利要求1的电动汽车用电池，其特征在于，在所述冷却结构中，因所述制冷剂的流出，所述出口流量是所述入口流量的50％至99％。
3.权利要求1的电动汽车用电池，其特征在于，所述电池单元是板状电池单元，并且电池单元相互隔开以使所述制冷剂能够从电池单元之间流过。
4.权利要求1的电动汽车用电池，其特征在于，所述制冷剂是空气。
5.权利要求1的电动汽车用电池，其特征在于，通过所述入口向所述冷却结构供给所述制冷剂的驱动力是由设置在所述入口处的送风扇提供的。
6.权利要求1的电动汽车用电池，其特征在于，所述C为0.85至1.15。
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