CN102117904B - 用于锂离子电池组的冷却板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于锂离子电池组的冷却板。提供了一种用于具有多个电池单元的电池组的冷却板。所述冷却板包括具有基本上平面的表面和外周的散热片。所述冷却板包括邻接所述散热片并在所述散热片的外周附近与所述散热片形成密封的框架。所述框架和所述散热片限定至少一个流体入口、至少一个流体出口和在其间的流动通道。所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口布置成通过所述密封，并与所述流动通道流体连通。所述流动通道布置在所述外周附近，并与所述散热片的基本平面表面传热连通。还提供了具有所述冷却板的电池组和用于控制所述电池组的温度的方法。

Description

用于锂离子电池组的冷却板

技术领域

本公开涉及用于电池组组件的部件，尤其涉及用于电池组组件的冷却板。

背景技术

电池单元被认为是一种用于电动车及各种其它应用的清洁、有效和环保的能源。已知一种电池单元是锂离子电池。锂离子电池可再充电，可形成为多种形状和尺寸，以有效地占据电动车辆内的可用空间。在电池组中可设置多个单独的锂离子电池单元，以提供足以操作电动车辆的能量。

已知锂离子电池在操作期间和再充电时由于充电循环会产生热量。当过热或者因为其它原因暴露于高温环境时，会对锂离子电池的操作有不期望的影响。锂离子电池通常使用冷却系统，以便于克服不期望的过热情形。

如图1中所示，本领域的一种电池组2包括布置在电池单元6附近用以从电池单元传递热量的散热片4。通常使冷却剂流过形成于整个散热片4的通道8，用以从电池单元6传递热量。由于通道8和散热片4表面上的结合的肋的存在，本领域的这种电池组2对各电池单元6施加了不期望的不均匀压力，现在发现这种压力限制了电池组2的使用寿命。另外，由于本领域这种散热片4上的肋的存在，不利地影响了电池组2封装空间和容积效率。

对保持电池组如锂离子电池组的期望温度的冷却系统和方法存在持续的需求。期望地，所述冷却系统和方法给电池组提供了均匀分布的表面压力，同时保持从电池组的有效热传递。

发明内容

根据本公开，令人惊讶地获得了一种用于保持电池组如锂离子电池组的期望温度、并给所述电池组提供均匀分布的表面压力、同时保持从所述电池组的有效热传递的冷却系统和方法。

在第一实施例中，用于具有多个电池单元的电池组的冷却板包括具有基本上平面的表面和外周的散热片。所述基本上平面的表面构造成接触所述电池组的电池单元中的至少一个的表面。所述冷却板还包括邻接所述散热片并在所述散热片的外周附近与所述散热片形成密封的框架。所述框架和所述散热片限定至少一个流体入口、至少一个流体出口和在该入口和出口之间的流动通道。所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口布置通过密封且与所述流动通道流体连通。所述流动通道布置在所述外周附近，并与所述散热片的基本平面表面传热的连通。

在另一实施例中，电池组包括成堆布置的多个电池单元、和布置在所述堆中与所述电池单元传热连通的多个冷却板。每个冷却板都包括具有基本上平面的表面和外周的散热片。所述基本上平面的表面接触所述电池单元中的至少一个的表面。每个冷却板还包括邻接所述散热片并在所述散热片的外周附近与所述散热片形成密封的框架。所述框架和所述散热片限定至少一个流体入口、至少一个流体出口和在其间的流动通道。所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口布置成通过所述密封，并与所述流动通道流体连通。所述流动通道布置在所述外周附近，并与所述散热片的基本平面表面传热的连通。

在再一实施例中，用于控制具有多个电池单元的电池组的温度的方法，包括如下步骤：提供冷却板，所述冷却板包括具有基本上平面的表面和外周的散热片、以及邻接所述散热片并在所述散热片的外周附近与所述散热片形成密封的框架，所述框架和所述散热片限定至少一个流体入口、至少一个流体出口和其间的流动通道，所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口布置成通过所述密封，并与所述流动通道流体连通，所述流动通道布置在所述外周附近，并与所述散热片的基本平面表面传热连通；将所述冷却板的基本平面表面布置在电池单元中的一个附近，所述冷却板的基本平面表面接触该一个电池单元；向所述至少一个流体入口供应流体；使所述流体循环通过所述冷却板的流动通道，以通过所述散热片将热量从该一个电池单元交换至所述流体；以及将加热的流体从所述冷却板排出，从而控制所述电池组的温度。

本发明提供以下技术方案：

方案1. 一种用于具有多个电池单元的电池组的冷却板，所述冷却板包括：具有基本上平面的表面和外周的散热片，所述基本上平面的表面构造成接触所述电池组的电池单元中的至少一个；以及邻接所述散热片并在所述散热片的外周附近与所述散热片形成密封的框架，所述框架和所述散热片限定至少一个流体入口、至少一个流体出口和流动通道，所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口与所述流动通道流体连通，所述流动通道布置在所述外周附近，并与所述散热片的基本平面表面传热连通。

方案2．如方案1的冷却板，其中所述框架具有形成在框架中心的开口。

方案3．如方案2的冷却板，其中所述散热片的基本平面表面通过所述框架的开口而暴露。

方案4．如方案1的冷却板，其中所述散热片和所述框架中的一个包括与所述散热片和所述框架中的另一个配合的通道，以限定所述至少一个流体入口、所述至少一个流体出口和所述流动通道其中之一。

方案5．如方案1的冷却板，其中所述散热片和所述框架中的每个都包括通道，其中所述散热片的通道与所述框架的通道配合，以限定所述至少一个流体入口、所述至少一个流体出口和所述流动通道其中之一。

方案6．如方案1的冷却板，其中所述散热片和所述框架中的每个都具有形成在其中的一对歧管孔，用以将流体传输至所述至少一个流体入口和将流体从所述至少一个流体出口排出。

方案7．如方案6的冷却板，其中所述散热片和所述框架中的每个都包括一对向外延伸的耳，所述耳具有形成所述冷却板的所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口的通道，所述歧管孔形成在所述耳中并与所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口之一流体连通。

方案8．如方案1的冷却板，其中所述散热片的基本平面表面的厚度在约0.05 mm与约1.0 mm之间。

方案9．如方案1的冷却板，其中所述密封通过将所述散热片和所述框架焊接或硬钎焊在一起而形成。

方案10．如方案1的冷却板，其中所述密封通过布置在所述散热片与所述框架之间的弹性密封和粘合剂中的至少一种形成。

方案11．如方案1的冷却板，其中所述散热片和所述框架由铝、不锈钢和涂层钢中的一种形成。

方案12．一种电池组，包括：成堆布置的多个电池单元；以及布置在所述堆中与所述电池单元传热连通的多个冷却板，每个冷却板包括具有基本上平面的表面和外周的散热片、以及邻接所述散热片并在所述散热片的外周附近与所述散热片形成密封的框架，所述基本上平面的表面接触所述电池单元中的至少一个，所述框架和所述散热片限定至少一个流体入口、至少一个流体出口和流动通道，所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口与所述流动通道流体连通，所述流动通道布置在所述外周附近，并与所述散热片的基本上平面的表面传热连通。

方案13．如方案12的电池组，其中所述多个电池单元的每个都与冷却板之一接触。

方案14．如方案13的电池组，其中与冷却板之一接触的所述多个电池单元的每个，在接触的整个区域上都展现了基本均匀的压力分布。

方案15．如方案12的电池组，其中所述多个电池单元包括第一电池单元和第二电池单元，所述多个冷却板包括第一冷却板和第二冷却板，所述电池组包括布置在所述第一电池单元和所述第二电池单元之间的垫片。

方案16．如方案15的电池组，其中所述第一电池单元、所述垫片和所述第二电池单元夹在所述第一冷却板与所述第二冷却板之间，所述第一冷却板接触所述第一电池单元，所述第二冷却板接触所述第二电池单元。

方案17．如方案15的电池组，其中所述第一冷却板、所述第一电池单元、所述垫片和所述第二电池单元布置在重复的框架组件中，所述重复框架组件为构造成在所述堆中保持和对齐所述多个电池单元和所述多个冷却板以形成所述电池组的多个重复框架组件中的一个。

方案18．如方案17的电池组，其中每个冷却板都包括一对歧管孔，所述歧管孔与形成在所述重复框架组件中的一对歧管孔配合，以限定向所述冷却板的流体入口传输流体和从所述冷却板的流体出口排出流体的歧管。

方案19．如方案18的电池组，其中每个冷却板的所述一对歧管孔形成在布置于所述冷却板相对两侧上的向外延伸的耳中。

方案20．一种用于控制具有多个电池单元的电池组的温度的方法，所述方法包括如下步骤：

提供冷却板，所述冷却板包括具有基本上平面的表面和外周的散热片、以及邻接所述散热片并在所述散热片的外周附近与所述散热片形成密封的框架，所述框架和所述散热片限定至少一个流体入口、至少一个流体出口和在至少一个流体入口和至少一个流体出口之间的流动通道，所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口与所述流动通道流体连通，所述流动通道布置在所述外周附近，并与所述散热片的基本上平面的表面传热连通；

将所述冷却板的基本上平面的表面布置与所述电池单元中的一个电池单元相邻，所述冷却板的基本上平面的表面接触所述一个电池单元；

向所述至少一个流体入口供应流体；

使所述流体循环通过所述冷却板的流动通道，以通过所述散热片将热量从所述一个电池单元交换至所述流体；以及

将加热的流体从所述冷却板排出，从而控制所述电池组的温度。

附图说明

特别参考本文描述的附图，本领域的技术人员从下面的详细描述可容易地清楚本公开的上述及其它优点。

图1为现有技术电池组的示意性分解透视图，示出了流过冷却板的冷却剂和电池单元附近的温度分布。

图2为根据本公开的电池组的示意性分解透视图，示出了流过布置在冷却板外周附近的流动通道的冷却剂。

图3为根据本公开一个实施例的冷却板的俯视透视图。

图4为图3中所示冷却板的俯视分解透视图。

图5为图3和4中所示冷却板沿着图3中线5-5的侧视局部截面图。

图6为具有根据本公开的冷却板的电池组的局部分解透视图。

具体实施方式

下面的详细描述和附图描述和示出了本发明的各种实施例。这些描述和附图用于使本领域的技术人员能够制造和使用本发明，并不是以任何方式限制本发明的范围。关于所公开的方法，所述步骤实质上是示例性的，因此不是必要或关键的。

参考图2-5，所示根据本发明的电池组102包括与至少一个电池单元106的表面相邻布置并与其表面接触的冷却板104。所述至少一个电池单元106为方形电池单元（prismatic battery cell）。作为非限制性实例，所述至少一个电池单元（106）可为方形锂离子（Li-ion）电池单元。应当清楚，在本发明的范围内还可使用利用不同结构和电化学的其它电池单元106。

冷却板104包括流动通道108，并具有基本上平面的表面110。流动通道108环绕所述基本上平面的表面110。流动通道108还布置在冷却板104的外周112的附近，并与所述基本上平面的表面110传热连通。尽管示出了一个流动通道108，但是在外周112附近布置多个流动通道108也在本发明范围内。

所述基本上平面的表面110构造成接触电池组102的至少一个电池单元106的表面。所述基本上平面的表面110还设置成与所述至少一个电池单元106成热交换关系。冷却板104还包括与通道108液体连通的至少一个流体入口114和至少一个流体出口116，用以传输流体，例如气态或液态冷却剂。从而可实现热量从所述至少一个电池单元106通过所述基本上平面的表面110传递至流过流动通道108的流体。当电池组102置于压缩下时，平面表面110还向所述至少一个电池单元106提供基本上均匀的压力分布。

如图4和5中所示，冷却板104包括散热片118和框架120。平面表面110形成在散热片118上。期望最小化散热片118在所述基本平面的表面110的厚度，用以提高电池组容积效率。例如，散热片118在所述基本平面的表面110的厚度可在约0.05 mm与约1.0 mm之间。在特别示出的实施例中，散热片118在平面表面110的整个面积上具有约0.2 mm的厚度。本领域的技术人员可根据需要选择其它适当的适度，例如，基于散热片118使用的材料的强度和导热系数。

框架118邻接散热片120，并在散热片104的外周112的附近与散热片118形成密封122。框架120和散热片118限定所述至少一个流体入口114、所述至少一个流体出口 116及其间的流动通道108。例如，散热片118和框架120中的至少一个可具有与散热片118和框架129中的另一个相配合的槽或通道，以限定所述至少一个流体入口114、所述至少一个流体出口 116及流动通道108。例如，所述通道可与散热片118和框架120中相对的一个的表面配合。在散热片118和框架120都具有通道时，散热片118和框架120可对齐，使得散热片118的通道与框架120的通道相配合，以限定至少一个流体入口114、所述至少一个流体出口116及流动通道108。

散热片118与框架120之间的密封122可通过将散热器118与框架120焊接或硬钎焊在一起来形成。例如，焊接的密封122可通过激光焊接散热片118和框架120来形成。在其它实施例中，密封122可通过布置在散热片118与框架120之间的弹性密封和粘合剂中的至少一种形成。密封122还可根据需要通过其它方法形成。密封122是基本流体密封的。所述至少一个流体入口114和至少一个流体出口116布置穿过密封122，从而为流到布置在冷却板104的外周112附近的流动通道108的流体提供了通路。

作为非限制性实例，散热片118和框架120中的至少一个可由铝、不锈钢或涂层钢形成。钢上的涂层期望为耐腐蚀涂层，例如铬酸锌涂层。在其它实施例中，所述钢可被电镀，以提供期望的耐腐蚀性。根据需要，还可利用适于用在电池组102的操作条件下的其它耐腐蚀材料、涂层和处理。

在特别实施例中，框架120具有形成在其中心的开口124。开口124布置在冷却板104的外周112的内部。在特定实施例中，开口124可具有基本对应于下方散热片118的基本平面表面110的形状的形状。从而开口124暴露于散热片118的基本上平面的表面110。本领域的技术人员应当清楚，开口124期望地最小化了冷却板104的热质量。在可选实施例中，可设置没有开口124的框架120，框架120具有邻接散热片118的平面表面110的另一平面表面110。

散热片118和框架120中的至少一个还可具有形成在其中的一对歧管孔126。当与电池组102对齐时，歧管孔126形成歧管（未示出）的一部分，用于流体到所述至少一个流体入口114的散装运输和流体离开所述至少一个流体出口116的散装运输。在一个实施例中，散热片118和框架120中每个都可包括向外延伸的一对耳128。所述耳128可具有形成冷却板104的所述至少一个流体入口114和至少一个流体出口116的槽或通道。歧管孔126也可形成在耳128中，从而与所述至少一个流体入口114和至少一个流体出口116中的至少一个流体连通。

现在参考图6，示出了根据本公开的示例性组件。为简便起见，与图2-5相同或重复的结构具有相同的附图标记和单引号（’）或双引号（”）。

组装的电池组102可包括布置成一堆的多个冷却板104、104’、104”和多个电池单元106、106’、106”。冷却板104、104’、104”布置在所述堆中与电池单元106、106’、106”热交换连通。例如，多个电池单元106、106’、106”中的每个都与冷却板104、104’、104”中的一个的基本平面表面110在压缩下接触。应当清楚，多个电池单元106、106’、106”中与冷却板104、104’、104”之一接触的每个电池单元从而都在整个接触面积上具有基本上均匀的压力分布。

在特定实施例中，所述多个电池单元106、106’、106”包括第一电池单元106’和第二电池单元106”。所述多个冷却板104、104’、104”包括第一冷却板104’和第二冷却板104”。电池组102还包括布置在第一电池单元106’与第二电池单元106”之间的适应型或可变形的垫片130。垫片130可根据需要为传导的或不传导的。作为示意性实例，垫片130可由非传导泡沫形成，其在电池组102的压缩下变形。垫片130在电池组102操作期间阻止电池单元106的不期望移动。根据需要，垫片130还可使用其它适应型或可变形材料。

第一电池单元106’、垫片130和第二电池单元106”夹在第一冷却板104’与第二冷却板104”之间。第一冷却板104’接触第一电池单元106’，第二冷却板104”接触第二电池单元106”。应当理解，第一冷却板104’、第一电池单元106’、垫片130和第二电池单元106”可这样布置成形成电池组102的重复单元。

第一冷却板104’、第一电池单元106’、垫片130和第二电池单元106”可同样布置在重复的框架组件132中。例如，所述重复框架组件132可由塑料或橡胶形成。所述重复框架组件132可为所述堆中多个重复框架组件132中的一个，包括第一冷却板104’、第一电池单元106’、垫片130和第二电池单元106” ，作为电池组102的重复单元。所述重复框架组件132构造成将多个电池单元106、106’、106”和多个冷却板104、104’、104”固定地保持和对齐在所述堆中，以形成电池组102。

在一个实施例中，冷却板104、104’、104”的歧管孔126可与形成在重复框架组件132中的类似歧管孔134配合。歧管孔126和134一起限定了分别用于向冷却板104、104’、104”的流体入口114散装运输流体的供应歧管和用于从冷却板104、104’、104”的流体出口116散装运输流体的排出歧管。如同冷却板104、104’、104”一样，在布置于重复框架组件132相对两侧上的向外延伸耳136中可形成一对歧管孔134。

根据本公开的电池组102还可包括布置在堆末端的模块终端框架138和截面末端组件140。模块终端框架138和截面末端组件140可与压缩杆142配合在压缩下保持冷却板104、104’、104”和电池单元106、106’、106”。还可利用绕着堆布置的截面保持环（未示出）和布置于堆侧面上的截面盖（未示出）来将电池组102保持在一起。还可具有与电池单元106、106’、106”电连接的电接头片144，用以例如与内部连接板（未示出）并行地连接电池单元106、106’、106”。从而可提供适于期望应用如驱动电动车辆的电池组102。

本公开还包括用于控制具有多个电池单元106、106’、106”的电池组102的温度的方法。所述方法首先包括提供上述冷却板104、104’、104”的步骤。然后将冷却板104、104’、104”的基本平面表面110布置为与电池单元106、106’、106”之一的表面相邻。例如，使冷却板104、104’、104”的基本平面表面110与电池单元106、106’、106”之一的表面相接触。向冷却板104、104’、104”的至少一个流体入口114供应流体，例如气态或液态冷却剂，并使其循环通过冷却板104的流动通道108，以将电池单元106、106’、106”之一的热量通过散热片118交换至所述流体。然后加热的流体从冷却板104、104’、104”通过所述至少一个流体出口116排出，从而控制电池组102的温度。本领域的技术人员应当理解，可独立地调节冷却剂的流率和基本温度、冷却剂类型和流动通道108的尺寸，以提供期望的温度控制水平。

令人惊讶地发现，当电池组102被压缩并组装时，冷却板104、104’、104”的平面表面110在相邻的电池单元106、106’、106”上提供了基本均匀的压力。基本均匀的压力分布导致具有冷却板104、104’、104”和电池单元106、106’、106”的电池组102的更好的耐用性和使用寿命。散热片118的最小化厚度额外改进了电池组102的容积效率。还意外地发现，布置在冷却板104、104’、104”的外周112的流动通道108促进了电池单元106、106’、106”的整个相邻表面上的足够低的温度差。例如，通过压印或类似地廉价加工操作还可容易地依尺寸制出流动通道108，以为期望的电池组102设计定制冷却板104、104’、104”的散热特性。

尽管为了示出本发明的目的已经示出了某些代表性实施例和细节，但是本领域的技术人员会清楚在不脱离本公开范围的情况下可以进行各种改变，本公开范围在所附权利要求中进一步描述。

Claims (11)

1.一种用于具有多个电池单元的电池组的冷却板，所述冷却板包括：

散热片；以及

通过第一密封和第二密封连接在所述散热片的外周的框架，所述第一密封位于所述第二密封的外侧，

限定于所述第一密封和第二密封之间的流动通道，其完全地围绕所述散热片的外周延伸，和

整个位于所述第二密封的内侧的所述散热片的平面表面，所述流动通道完全地围绕所述平面表面，所述平面表面构造成直接接触所述电池组的电池单元中的一个的平面表面，使得所述电池单元中的一个的平面表面也完全地位于所述第二密封的内侧，其中所述流动通道还围绕所述电池单元而不直接接触所述电池单元。

2.如权利要求1的冷却板，其中所述框架具有形成在框架中心使所述散热片的平面表面暴露的开口。

3.如权利要求2的冷却板，其中所述电池单元延伸通过所述开口以接触所述散热片的平面表面。

4.如权利要求1的冷却板，其中所述散热片和所述框架中的一个包括与所述散热片和所述框架中的另一个配合的通道，以限定至少一个流体入口和所述至少一个流体出口其中之一。

5.如权利要求1的冷却板，还包括：

形成在所述散热片和所述框架之间且穿过所述第二密封的至少一个流体入口，所述至少一个流体入口与所述流动通道流体连通；和

形成在所述散热片和所述框架之间且穿过所述第二密封的至少一个流体出口，所述至少一个流体出口与所述流动通道流体连通，

其中所述散热片和所述框架中的每个都包括多个通道，其中所述散热片的多个通道与所述框架的多个通道配合，以限定所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口其中之一。

6.如权利要求5的冷却板，其中所述散热片和所述框架中的每个都具有形成在其中的一对歧管孔，用以将流体传输至所述至少一个流体入口和将流体从所述至少一个流体出口排出。

7.如权利要求6的冷却板，其中所述散热片和所述框架中的每个都包括一对向外延伸的耳，所述耳具有形成所述冷却板的所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口的通道，所述歧管孔形成在所述耳中并与所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口之一流体连通。

8.如权利要求1的冷却板，其中所述散热片的平面表面的厚度在0.05 mm与1.0 mm之间。

9.如权利要求1的冷却板，其中所述第一密封和第二密封均通过将所述散热片和所述框架焊接或硬钎焊在一起而形成。

10.如权利要求1的冷却板，其中所述第一密封和第二密封均通过布置在所述散热片与所述框架之间的弹性密封和粘合剂中的至少一种形成。

11.如权利要求1的冷却板，其中所述散热片和所述框架由铝、不锈钢和涂层钢中的一种形成。