CN102214848A - 用于电池组的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于电池组的冷却系统，包括用于在其中接纳流体的锥形第一管路，用于在其中接纳流体的第二管路，以及用于在其中接纳流体的至少一条辅助管路，第一管路与第二管路通过成形在多个电池单元之间的至少一条流体通道流体连通，其中电池单元与至少一条流体通道传热导通以将热量从电池单元传输至位于冷却系统中的流体。

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组件，并且更具体地涉及一种用于电池组的冷却系统。
背景技术
电池组已经被认为是一种用于电动车辆和各种其他应用的清洁、高效和对环境负责的电源。电池组例如通常包括多种组件和元件譬如多块单独的电池、多个间隔开的电池盒、冷却管路和控制模块。有两种类型的电池是镍金属氢化物(NiMH)电池和锂离子电池。NiMH电池和锂离子电池都是可再充电的并且都能够被成形为很多种不同的形状和尺寸以有效地装入电动车辆的可用空间内。
均已知NiMH电池和锂离子电池会在充电和放电的运行周期期间产生热量。电池过热或者将其暴露在高温环境中可能会对电池装置的运行造成不利影响。因此，在电池组中通常要将冷却系统与电池一起使用。但是，现有技术中的冷却系统会在个体电池当中造成明显的温度变化以及在电池之间形成的流体通道中造成显著的压力变化。具体地，流体通道在电池组入口端处的压降远远低于流体通道在电池组出口端处的压降。因此，流体通道在电池组入口端处的流速和表面对流系数低于流体通道在电池组出口端处的流速和表面对流系数。
所以，希望生产一种包括冷却系统的电池组，其中电池组内的温度和压力变化及其尺寸被最小化，并且电池组的容量和耐用性被最大化。
发明内容
根据和依照本发明，出人意料地公开了一种包括冷却系统的电池组，其中电池组内的温度和压力变化及其尺寸被最小化，并且电池组的容量和耐用性被最大化。
在一个实施例中，用于电池系统的电池组包括：包括多个电池单元的电池装置，多个电池单元具有在其间成形的用于在其中接纳流体的至少一条流体通道；以及连接至电池装置的冷却系统，冷却系统包括用于在其中接纳流体的锥形第一管路，用于在其中接纳流体的第二管路，以及连接至第二管路用于在其中接纳流体的至少一条辅助管路，第二管路与第一管路通过电池装置中的至少一条流体通道流体连通，并且辅助管路与第二管路流体连通，其中流体从电池装置中吸收热量。
在另一个实施例中，用于电池系统的电池组包括：包括多个电池单元的电池装置，多个电池单元具有在其间成形的用于在其中接纳流体的至少一条流体通道；以及连接至电池装置的冷却系统，冷却系统包括用于在其中接纳流体的锥形第一管路，用于在其中接纳流体的锥形第二管路，以及连接至第二管路用于在其中接纳流体的至少一条辅助管路，第二管路与第一管路通过电池装置中的至少一条流体通道流体连通，并且辅助管路与第二管路流体连通，其中电池单元与至少一条流体通道传热导通以有助于将热量从电池单元传输至位于冷却系统中的流体。
在另一个实施例中，用于电池系统的电池组包括：包括多个电池单元的电池装置，多个电池单元具有在其间成形的用于在其中接纳流体的至少一条流体通道；以及连接至电池装置的冷却系统，冷却系统包括用于在其中接纳流体的具有开口的第一端和封闭的第二端的锥形第一管路，用于在其中接纳流体的具有封闭的第一端和开口的第二端的锥形第二管路，以及至少一条辅助管路，第一管路与第二管路通过电池装置中的至少一条流体通道流体连通，并且第二管路包括在其中成形的多个孔以有助于第二管路和至少一条辅助管路之间的流体连通，其中第一管路的截面面积从其第一端向其第二端逐渐减小，而第二管路的截面面积从其第一端向其第二端逐渐增大，并且其中电池单元与至少一条流体通道传热导通以有助于将热量从电池单元传输至位于冷却系统中的流体。
方案1：一种用于电池系统的电池组，包括：
包括多个电池单元的电池装置，多个电池单元具有在其间成形的用于在其中接纳流体的至少一条流体通道；以及
连接至电池装置的冷却系统，冷却系统包括用于在其中接纳流体的锥形第一管路，用于在其中接纳流体的第二管路，以及连接至第二管路用于在其中接纳流体的至少一条辅助管路，第二管路与第一管路通过电池装置中的至少一条流体通道流体连通，并且辅助管路与第二管路流体连通，其中流体从电池装置中吸收热量。
方案2：如方案1所述的电池组，其中第二管路的截面面积从其第一端到其第二端都基本相等。
方案3：如方案1所述的电池组，其中第二管路为锥形。
方案4：如方案3所述的电池组，其中第二管路相对于第一管路为逆向锥形。
方案5：如方案3所述的电池组，其中第二管路的锥度小于第一管路的锥度。
方案6：如方案1所述的电池组，其中第二管路包括在其中成形的多个孔以有助于第二管路和至少一条辅助管路之间的流体连通。
方案7：如方案1所述的电池组，其中至少一条辅助管路的截面面积从其第一端到其第二端都基本相等。
方案8：如方案1所述的电池组，其中至少一条辅助管路为锥形。
方案9：如方案8所述的电池组，其中至少一条辅助管路的锥度小于第一管路的锥度。
方案10：一种用于电池系统的电池组，包括：
包括多个电池单元的电池装置，多个电池单元具有在其间成形的用于在其中接纳流体的至少一条流体通道；以及
连接至电池装置的冷却系统，冷却系统包括用于在其中接纳流体的锥形第一管路，用于在其中接纳流体的锥形第二管路，以及连接至第二管路用于在其中接纳流体的至少一条辅助管路，第二管路与第一管路通过电池装置中的至少一条流体通道流体连通，并且辅助管路与第二管路流体连通，其中电池单元与至少一条流体通道传热导通以有助于将热量从电池单元传输至位于冷却系统中的流体。
方案11：如方案10所述的电池组，其中第二管路相对于第一管路为逆向锥形。
方案12：如方案10所述的电池组，其中第二管路的锥度小于第一管路的锥度。
方案13：如方案10所述的电池组，其中第二管路包括在其中成形的多个孔以有助于第二管路和至少一条辅助管路之间的流体连通。
方案14：如方案10所述的电池组，其中至少一条辅助管路的截面面积从其第一端到其第二端都基本相等。
方案15：如方案10所述的电池组，其中至少一条辅助管路为锥形。
方案16：如方案15所述的电池组，其中至少一条辅助管路的锥度小于第一管路的锥度。
方案17：一种用于电池系统的电池组，包括：
包括多个电池单元的电池装置，多个电池单元具有在其间成形的用于在其中接纳流体的至少一条流体通道；以及
连接至电池装置的冷却系统，冷却系统包括用于在其中接纳流体的具有开口的第一端和封闭的第二端的锥形第一管路，用于在其中接纳流体的具有封闭的第一端和开口的第二端的锥形第二管路，以及至少一条辅助管路，第一管路与第二管路通过电池装置中的至少一条流体通道流体连通，并且第二管路包括在其中成形的多个孔以有助于第二管路和至少一条辅助管路之间的流体连通，其中第一管路的截面面积从其第一端向其第二端逐渐减小，而第二管路的截面面积从其第一端向其第二端逐渐增大，并且其中电池单元与至少一条流体通道传热导通以有助于将热量从电池单元传输至位于冷却系统中的流体。
方案18：如方案17所述的电池组，其中第二管路相对于第一管路为逆向锥形。
方案19如方案17所述的电池组，其中第二管路的锥度小于第一管路的锥度。
方案20：如方案17所述的电池组，进一步包括位于电池装置附近的至少一个控制模块。
附图说明
对于本领域技术人员而言，根据以下的详细说明，特别是在结合本文中介绍的附图一起考虑时，本公开上述以及其他的优点就将变得显而易见。
图1是根据本发明实施例的电池组的截面侧部正视图；以及
图2是图1中示出的电池组的示意性正面透视图。
具体实施方式
以下的详细说明和附图介绍并图示了本发明的不同实施例。说明书和附图用于使本领域技术人员能够实现并利用本发明，而并不是为了以任何方式限制本发明的保护范围。关于所公开的方法，给出的步骤在本质上是示范性的，并且因此并不是必须或关键因素。
图1-2示出了根据本发明的实施例的用于电池系统的电池组10。电池组10例如可以被用于任意适合的应用场合譬如电动车辆中。电池组10包括电池装置11和冷却系统12。
电池装置11包括多个间隔开的电池盒14和多个电池单元16。如图所示，其中一个电池单元16位于一对协作的电池盒14之间。如果需要，电池装置11中可以使用与图示相比更多或更少的电池单元16。如图所示，电池单元16例如是袋状/方形电池譬如方形锂离子(Li-ion)电池和镍金属氢化物(NiMH)电池。应该理解应用不同结构和电化学的其他电池单元16也都可以根据需要使用。每一个电池单元16都包括第一电池(未示出)和第二电池(未示出)。电池包括至少一个平坦的外表面。如果需要，可以将垫片(未示出)设置在电池之间。垫片在电池组10运行期间避免电池单元不合需要的移动。在一个非限制性的示例中，垫片由随着电池装置11的收缩而变形的绝缘泡沫构成。但是，应该理解垫片也可以根据需要由任意合适的材料构成。
在图示的实施例中，冷却系统12包括一对管路20,22。应该理解管路20,22例如可以根据需要通过任意合适的手段譬如通过焊接过程、钎焊过程、粘合剂、紧固件等被固定至电池装置11。进一步应该理解管路20,22可以根据需要与电池装置11整体成形在一起。管路20,22例如可以根据需要由任意合适的材料譬如塑料材料和金属材料构成。在一个非限制性的示例中，管路20,22由塑料材料构成以使电池组10的质量最小。在另一个非限制性的示例中，管路20,22由金属材料构成以为电池组10提供支撑。如图所示，支撑元件23被设置在管路22内，靠近电池装置11并且平行于电池组10的纵向轴线A以为电池组10提供进一步的支撑。
图示的管路20由一对侧壁24和上壁25界定。管路20包括开口的第一端26和封闭的第二端28。尽管管路20的宽度与电池装置11的宽度相对应，但是应该理解管路20可以根据需要具有任意宽度。在一个非限制性的示例中，管路20的宽度大约为200mm。如图所示，管路20为锥形，具有从第一端26到第二端28逐渐减小的高度和截面面积。因此，管路20在第一端26处的高度和截面面积要大于管路20在第二端28处的高度和截面面积。在一个非限制性的示例中，管路20在第一端26处的高度大约为25mm，并逐渐锥形化至第二端28处的大约4mm。应该理解管路20根据需要可以是锥形，具有从第一端26到第二端28逐渐减小的宽度。管路20的第一端26包括入口30。入口30例如与流体源(未示出)譬如大气、冷却空气或风扇/鼓风机流体连通。应该理解流体根据需要例如可以是任何流体譬如环境空气或冷却剂。管路20通过在电池装置11中相邻的电池盒14之间成形的至少一条流体通道32与管路22流体连通。
图示的管路22由一对侧壁34和下壁35界定。侧壁34从电池装置11的外缘到下壁35向内倾斜。管路22包括封闭的第一端36和开口的第二端38。尽管管路22的宽度与电池装置11的宽度相对应，但是应该理解管路22可以根据需要具有任意宽度。在一个非限制性的示例中，管路22的宽度大约为200mm。如图所示，管路22为锥形，具有从第一端36到第二端38逐渐增大的高度和截面面积。因此，管路22在第一端36处的高度和截面面积要小于管路22在第二端38处的高度和截面面积。在一个非限制性的示例中，管路22在第一端36处的高度大约为16mm，并逐渐锥形化至第二端38处的大约27mm。在另一个非限制性的示例中，管路22的锥度明显小于管路20的锥度。在另一个非限制性的示例中，管路22的锥度与管路20的锥度相对应，其中管路20的上壁25基本上平行于管路22的下壁35。应该理解如果需要，管路22可以基本是扁平的，其中第一端36的高度和截面面积与第二端38的高度和截面面积基本相等。进一步应该理解如果需要，管路20可以是锥形，具有从第一端26到第二端28逐渐减小的宽度。第二端38包括出口40。如果需要，出口40例如与排出管路82、用于流体处理的外部储存室或大气流体连通。如图所示，第二管路22相对于第一管路20是逆向锥形，以最小化电池组10的总体尺寸。因此，车辆内由电池组10占据的空间也被最小化。
冷却系统12进一步包括辅助管路50,52。如图所示，辅助管路50,52被设置在管路22的相对两侧上，靠近其侧壁34。多个孔54被成形在管路22的每一个侧壁34内靠近第一端36以有助于流体从管路22流动至每一个辅助管路50,52。应该理解侧壁34根据需要可以具有任意数量的成形在其中的孔54。在一个非限制性的示例中，每一个侧壁34都具有大约635mm的长度，并且包括成形在其中的与管路22的第一端36相距约185mm的三个孔54。示出的每一个孔54都具有约50mm的长度、约10mm的高度以及约500mm2的面积。但是，应该理解孔54根据需要可以具有任意的形状和尺寸。辅助管路50,52根据需要例如可以由任意合适的材料譬如塑料材料和金属材料构成。在一个非限制性的示例中，管路50,52由塑料材料构成以使电池组10的质量最小。在另一个非限制性的示例中，管路50,52由金属材料构成以为电池组10提供支撑。应该理解辅助管路50,52根据需要例如可以是与管路22流体连通的任意管路，譬如是连接至孔54并与其流体连通的挠性软管或导管。
在图示的实施例中，辅助管路50由外壁55、管路22中的一个侧壁34、下壁56和上壁57界定。辅助管路52由外壁58、管路22中的一个侧壁34、下壁60和上壁61界定。每一个辅助管路50,52都包括封闭的第一端62和开口的第二端64。尽管每一根辅助管路50,52的宽度都是管路22宽度的大约百分之二十五(25%)，但是应该理解辅助管路50,52根据需要可以具有任意宽度。在一个非限制性的示例中，每一根辅助管路50,52的宽度均为约50mm。如图所示，辅助管路50,52是锥形，具有从第一端62到第二端64逐渐增大的高度和截面面积。因此，辅助管路50,52在第一端62处的高度和截面面积要小于辅助管路50,52在第二端64处的高度和截面面积。在一个非限制性的示例中，辅助管路50,52在第一端62处的高度大约为16mm，并逐渐锥形化至第二端64处的大约27mm。在另一个非限制性的示例中，辅助管路50,52的锥度明显小于管路20的锥度。在另一个非限制性的示例中，辅助管路50,52的锥度与管路20的锥度相对应，其中管路20的上壁25基本上平行于辅助管路50,52相应的下壁56,60。应该理解辅助管路50,52可以基本是扁平的，其中第一端62的高度和截面面积可以与第二端64的高度和截面面积基本相等，并且上壁61基本上平行于下壁60。进一步应该理解如果需要，辅助管路50,52可以是锥形，具有从第一端62到第二端64逐渐减小的宽度。辅助管路50,52的第二端64包括相应的出口70,72。如果需要，出口70,72例如与排出管路82、风扇/鼓风机、用于流体处理的外部储存室或大气流体连通。如图1中所示，排出管路82可以被设置在管路22,50,52的开口端38,64附近并与其流体连通。应该理解如果需要，排出管路82例如可以与风扇/鼓风机、用于流体处理的外部储存室或大气流体连通。
电池组10可以进一步包括用于控制电池装置11运行的至少一个控制模块80。应该理解控制模块80根据需要例如可以包括任意元件或组件，譬如电池电流传感器、电池平衡器等。如图2所示，控制模块80被靠近辅助管路50,52设置在电池装置11的每一侧上。控制模块80被设置在电池组10的整个尺寸以内以使电池组10在车内占据的空间最小。应该理解电池组10根据需要例如可以进一步包括附加组件，譬如终端架、末端组件、压缩杆、挡圈和组装盖等。
在使用电池组10时，从流体源将流体供至锥形第一管路20的入口30。流体如箭头C所示循环通过管路20，并被驱使流入成形在电池盒14之间的流体通道32内。流体如箭头D所示流过流体通道32以有助于将热量从电池单元16平坦的外表面传输至流体。随后驱使被加热流体流入第二管路22内。管路20,22使电池之间的温度变化以及电池组10的压降最小。具体地，管路20,22中相应的封闭端28,36的高度和截面面积的减小使流体通道32内靠近管路20开口端的压力和流体通道32内靠近管路22开口端的压力之间的差异最小。因此，流体通道32靠近管路20开口端的流速和表面对流系数与流体通道32靠近管路22开口端的流速和表面对流系数之间的差异也被最小化。
随后，如箭头E所示，一部分被加热流体随即通过出口40并通过排出管路82从锥形管路22排出。在图示的实施例中，驱使至少一部分被加热流体从管路22流过在管路22的侧壁34内成形的孔54并流入辅助管路50,52内。辅助管路50,52内被加热的流体部分随后通过出口70,72并通过排出管路82从辅助管路50,52排出。辅助管路50,52将电池之间的温度变化以及电池组10的压降进一步最小化。具体地，辅助管路50,52有助于提高被加热流体通过管路20开口端附近的流体通道32的流速。因此，管路20开口端附近的流体通道32的流速和表面对流系数就与管路22开口端附近的流体通道32的流速和表面对流系数基本相等而无需增加电池组10的高度。在一个非限制性的示例中，电池之间的温度变化可以被最小化为大约1.4℃，而电池组10的压降可以被最小化为与具有和电池组10相同的总体尺寸以及基本扁平的冷却管路的电池组的压降相比下降42%。
尽管已经为了介绍本发明而示出了一些代表性的实施例和细节内容，但对于本领域技术人员显而易见的是可以进行各种改变而并不背离在下附权利要求中进一步说明的本公开的保护范围。

Claims (10)

1. 一种用于电池系统的电池组，包括：
包括多个电池单元的电池装置，多个电池单元具有在其间成形的用于在其中接纳流体的至少一条流体通道；以及
连接至电池装置的冷却系统，冷却系统包括用于在其中接纳流体的锥形第一管路，用于在其中接纳流体的第二管路，以及连接至第二管路用于在其中接纳流体的至少一条辅助管路，第二管路与第一管路通过电池装置中的至少一条流体通道流体连通，并且辅助管路与第二管路流体连通，其中流体从电池装置中吸收热量。
2. 如权利要求1所述的电池组，其中第二管路的截面面积从其第一端到其第二端都基本相等。
3. 如权利要求1所述的电池组，其中第二管路为锥形。
4. 如权利要求3所述的电池组，其中第二管路相对于第一管路为逆向锥形。
5. 如权利要求3所述的电池组，其中第二管路的锥度小于第一管路的锥度。
6. 如权利要求1所述的电池组，其中第二管路包括在其中成形的多个孔以有助于第二管路和至少一条辅助管路之间的流体连通。
7. 如权利要求1所述的电池组，其中至少一条辅助管路的截面面积从其第一端到其第二端都基本相等。
8. 如权利要求1所述的电池组，其中至少一条辅助管路为锥形。
9. 一种用于电池系统的电池组，包括：
包括多个电池单元的电池装置，多个电池单元具有在其间成形的用于在其中接纳流体的至少一条流体通道；以及
连接至电池装置的冷却系统，冷却系统包括用于在其中接纳流体的锥形第一管路，用于在其中接纳流体的锥形第二管路，以及连接至第二管路用于在其中接纳流体的至少一条辅助管路，第二管路与第一管路通过电池装置中的至少一条流体通道流体连通，并且辅助管路与第二管路流体连通，其中电池单元与至少一条流体通道传热导通以有助于将热量从电池单元传输至位于冷却系统中的流体。
10. 一种用于电池系统的电池组，包括：
包括多个电池单元的电池装置，多个电池单元具有在其间成形的用于在其中接纳流体的至少一条流体通道；以及
连接至电池装置的冷却系统，冷却系统包括用于在其中接纳流体的具有开口的第一端和封闭的第二端的锥形第一管路，用于在其中接纳流体的具有封闭的第一端和开口的第二端的锥形第二管路，以及至少一条辅助管路，第一管路与第二管路通过电池装置中的至少一条流体通道流体连通，并且第二管路包括在其中成形的多个孔以有助于第二管路和至少一条辅助管路之间的流体连通，其中第一管路的截面面积从其第一端向其第二端逐渐减小，而第二管路的截面面积从其第一端向其第二端逐渐增大，并且其中电池单元与至少一条流体通道传热导通以有助于将热量从电池单元传输至位于冷却系统中的流体。
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