CN102414907B - 冷却歧管和用于制造冷却歧管的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种冷却歧管和用于制造冷却歧管的方法。该冷却歧管包括外壳，该外壳限定内部区域，该内部区域中具有蜿蜒流径。该外壳具有从该外壳的第一表面延伸到该外壳内的第一多个凹槽。该凹槽不与该内部区域流体连通。该第一多个凹槽在其中容纳导热构件的一部分，以将热能从该导热构件向该外壳传导。该冷却歧管进一步包括顶盖，其被构造为密封该外壳的第一端；以及，底盖，其被构造为密封该外壳的第二端。

Description

冷却歧管和用于制造冷却歧管的方法

技术领域

本申请涉及冷却歧管和用于制造冷却歧管的方法。

背景技术

在典型的风冷电池组中，来自环境大气的环境空气被引导通过在电池组中的电池单元，并且随后从电池组被排出。然而，通常的风冷电池组在将电池组的温度保持在期望的温度范围内时具有较大的挑战。

具体地说，电池组的最大工作温度会经常低于用于冷却电池的环境空气的温度。在该情况下，不可能在风冷的电池组中将电池单元保持在期望的温度范围内。

因此，本发明人在此已经认识到对于最小化和/或消除上述缺陷的、改进的冷却歧管的需要。

发明内容

提供了根据另一个示例性实施例的一种冷却歧管。所述冷却歧管包括外壳，所述外壳限定内部区域，所述内部区域中具有蜿蜒流径。所述外壳具有从所述外壳的第一表面延伸到所述外壳内的第一多个凹槽。所述凹槽不与所述内部区域流体连通。所述第一多个凹槽被构造为在其中容纳导热构件的一部分，以将热能从所述导热构件传导到所述外壳。所述冷却歧管进一步包括顶盖，其被构造为密封所述外壳的第一端。所述顶盖具有在其中延伸的第一和第二孔。所述冷却歧管进一步包括底盖，其被构造为密封所述外壳的第二端。所述冷却歧管进一步包括第一流体端口，其联接到所述顶盖使得所述第一流体端口与在所述顶盖中的所述第一孔流体连通。所述冷却歧管进一步包括第二流体端口，其联接到所述顶盖使得所述第二流体端口与所述顶盖中的所述第二孔流体连通。

提供了根据另一个示例性实施例的一种用于制造冷却歧管的方法。所述方法包括：利用挤压装置来挤压具有内部区域的外壳。所述外壳具有从所述外壳的第一表面延伸到所述外壳内的多个凹槽。所述凹槽不与所述内部区域流体连通。所述多个凹槽被构造为在其中容纳导热构件的一部分，以将热能从所述导热构件传导到所述外壳。所述方法进一步包括：利用铣削装置移除在所述内部区域中的所述外壳的端部，以在所述外壳内形成蜿蜒流径。所述方法进一步包括：利用铜焊装置将顶盖铜焊到所述外壳的第一端，以密封所述第一端。所述顶盖具有延伸通过其中的第一和第二孔。所述方法进一步包括：利用所述铜焊装置将底盖铜焊到所述外壳的第二端，以密封所述第二端。所述方法进一步包括：利用所述铜焊装置将第一流体端口铜焊到所述顶盖，使得所述第一流体端口与在所述顶盖中的所述第一孔流体连通。所述方法进一步包括：利用所述铜焊装置将第二流体端口铜焊到所述顶盖，使得所述第二流体端口与在所述顶盖中的所述第二孔流体连通。

附图说明

图1是根据示例性实施例的电池系统的示意图；

图2是根据另一个示例性实施例的在图1的电池系统中使用的电池模块的示意图；

图3是图2的电池模块的另一个示意图，该电池模块从电池模块中的第一和第二冷却歧管分别去除了第一和第二顶盖；

图4是图2的电池模块的另一个示意图；

图5是在图2的电池模块中使用的石墨片与第一和第二冷却歧管的示意图；

图6是在图2的电池模块中使用的石墨片的示意图；

图7是图6的石墨片的另一个示意图；

图8是根据另一个示例性实施例的在图2的电池模块中使用的冷却歧管的示意图；

图9是图8的冷却歧管的截面示意图；

图10是图8的冷却歧管的另一个截面示意图；

图11是图8的冷却歧管的部分的放大示意图；

图12是图2的电池模块的顶部的示意图，示出了图11的冷却歧管的一部分和石墨片；

图13是用于构造图8的冷却歧管的挤压装置和铜焊装置的示意图；

图14是根据另一个示例性实施例的用于构造图8的冷却歧管的方法的流程图；

图15是根据另一个示例性实施例的用于冷却图1的电池系统中的电池模块的方法的流程图；

图16是根据另一个示例性实施例的电池系统的示意图；以及

图17-18是根据另一个示例性实施例的用于冷却图16的电池系统中的电池模块的方法的流程图。

具体实施方式

参见图1，示出了根据示例性实施例的用于产生电力的电池系统10。电池系统10包括电池模块20、压缩器22、冷凝器24、导管28、30、32、温度传感器36、风扇38和微处理器40。电池模块20的优点是电池模块利用石墨片和冷却歧管传导来自电池模块20中的电池单元的热能以有效地冷却电池单元。

为了方便理解，术语“流体”表示液体或气体。例如，流体可以包括冷却剂或制冷剂。示例性冷却剂包括乙二醇和丙二醇。示例性制冷剂包括R-11、R-12、R-22、R-134A、R-407C和R-410A。

参见图2-4，根据另一个示例性实施例，电池模块20被设置为在其中产生电压。电池模块20包括电池单元80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、石墨片102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124和冷却歧管140、142。

电池单元80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93的每一个被设置为产生工作电压。而且，因为每一个电池单元可以具有相同的结构，所以仅详细地描述电池单元80的结构。如所示的，电池单元80包括主体部分143、外围延伸部分144和电极145、146。主体部分143大致为矩形的，并且具有围绕主体部分143的外围延伸的外围延伸部分144。在示例性实施例中，电极145、146从电池单元80的顶部延伸，并且在其间产生工作电压。在一个示例性实施例中，每一个电池单元是锂离子电池单元。在替代实施例中，电池单元可以例如是镍镉电池单元或镍氢电池单元。当然，可以使用本领域技术人员已知的其他类型的电池单元。

参见图2和5，石墨片102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124被设置为将热能从电池单元80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93向冷却歧管140、142内传导，以冷却电池单元。具体地说，石墨片和冷却歧管可以将电池单元保持在期望的温度范围内，并且具体地说，可以将电池单元保持在小于阈值温度水平的温度。在一个示例性实施例中，期望的温度范围是15℃-35℃。在另一个示例性实施例中，阈值温度水平是40℃。

参见图5-7和12，石墨片102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124具有相同的结构。因此，仅在下面详细地描述石墨片102的结构。如所示，石墨片102包括平板部分150和从平板部分150延伸的延伸部分151。该延伸部分151包括部分152、153、154。部分152从平板部分150延伸(在图12中向右)。而且，部分153从部分152在相对于部分153垂直的方向上(在图12中向上)并且基本上平行于平板部分150延伸。而且，部分154从部分153在垂直方向上(在图12中向左)并且基本上平行于部分152延伸。如所示的，通过在冷却歧管140的凹槽210中插入部分153、154，石墨片102联接到冷却歧管140。而且，延伸部分151的U形构造接触冷却歧管140的较大表面面积，以有效地将热能从电池单元80向冷却歧管140传导。具体地说，石墨片102、104、106、108、112、114、118、120、124中的每一个具有容纳在冷却歧管140的对应凹槽内的延伸部分。而且，石墨片104、110、116、122中的每一个具有容纳在冷却歧管142的对应凹槽内的延伸部分。在示例性实施例中，石墨片在其上具有聚乙烯涂层，以防止通过石墨片的电传导。而且，在示例性实施例中，石墨片中的每一个具有0.5毫米至2.0毫米的范围内的厚度。当然，在替代实施例中，石墨片可以具有大于2.0毫米或小于0.5毫米的厚度。

参见图8-12，冷却歧管140被设置为将热能从石墨片传导到流过冷却歧管140的制冷剂。冷却歧管140包括挤出外壳160、顶盖166、底盖168和流体端口170、172。可以由铝、铜、银、金及其合金中的至少一个构造外壳160、顶盖166、底盖168和流体端口170、172。挤出外壳160限定内部区域162，用于在其中容纳制冷剂。外壳160在其中限定从流体端口170至流体端口172的蜿蜒流径。该蜿蜒流径包括流道180、182、184、186、188、190、192、194，它们彼此流体连通。而且，外壳160限定在其中延伸的凹槽209、210、212、214、216、217、218、220，用于在其中容纳石墨片的对应的延伸部分。因为凹槽210、212、214、216、217、218、220具有相同的形状，所以将仅详细地说明凹槽210的形状。具体地说，凹槽210包括凹槽部分221，其延伸到与外壳160的表面223垂直的外壳160内。而且，凹槽210包括凹槽部分222，其从凹槽部分221的端部与表面223平行地延伸。应当注意，凹槽210不与内部区域162流体连通，也不与外壳160的其他凹槽流体连通。

应当注意，在替代实施例中，取决于联接到冷却歧管140的构件的类型和用于从该构件传导热能的期望的热性能，冷却歧管140的外壳160中的凹槽可以具有与所示的凹槽不同的构造或形状。而且，在另一个替代实施例中，冷却歧管140的外壳160可以被构造为没有凹槽，并且可以仅接触构件或流体以从所述构件或流体传导热能。

底盖168固定地联接到外壳160的底表面，以密封外壳160的第一端。

顶盖166固定地联接到外壳160的顶表面，以密封外壳160的第二端。流体端口170、172被布置在顶盖166上分别延伸通过顶盖166的第一和第二孔上，使得流体端口170、172分别与第一和第二孔流体连通。顶盖166进一步包括凹槽230、231、232、233、234、235、236、237，它们延伸通过其中，并且分别与外壳160中的用于在其中容纳对应的石墨片的凹槽209、210、212、214、216、217、218、220连通。

在运行期间，制冷剂流过流体端口170并且进入外壳160的内部区域162，然后通过其中限定的蜿蜒流径，然后通过流体端口172离开。制冷剂从外壳160吸取热能，以冷却外壳160和石墨片，石墨片进一步冷却在电池模块20中的电池单元。

参见图2、3和4，冷却歧管142被设置为将热能从石墨片向流过冷却歧管142的制冷剂传导。冷却歧管142包括挤出外壳240、顶盖241、底盖242和流体端口243、244。可以由铝、铜、银、金及其合金中的至少一个构造外壳240、顶盖241、底盖242和流体端口243、244。应当注意，冷却歧管142的结构与如上所述的冷却歧管140相同。外壳240限定在其中延伸的凹槽250、251、252、253、254、255、256、257，用于在其中容纳石墨片的对应的延伸部分。

底盖242固定地联接到挤出外壳240的底表面，以密封外壳240的第一端。

顶盖241固定地联接到外壳240的顶表面。流体端口243、244布置在顶盖241上分别延伸通过顶盖241的第一和第二孔上，使得流体端口243、244分别与第一和第二孔流体连通。顶盖241进一步包括凹槽260、261、262、263、264、265、266、267，它们延伸通过其中，并且分别与在外壳240中的凹槽250、251、252、253、254、255、256、257流体连通。

在运行期间，制冷剂流过流体端口243并且进入外壳240的内部区域，然后通过其中限定的蜿蜒流径，然后通过流体端口244。制冷剂从外壳240吸取热能，以冷却外壳240和与其联接的石墨片，石墨片进一步冷却电池单元。

参见图9、13和14，现在描述根据另一个示例性实施例的用于制造冷却歧管140的方法的流程图。

在步骤272中，挤压装置268挤压具有内部区域162的外壳160。挤出外壳160具有第一多个凹槽210、212、214、216、218、220，它们从挤出外壳160的第一表面延伸到外壳160内。该凹槽不与内部区域162流体连通。而且，第一多个凹槽被构造为在其中容纳导热构件(例如，石墨片80)的一部分，以将热能从导热构件向挤出外壳160传导。

在步骤273中，铣削装置271在内部区域162内铣削出挤出外壳160的端部，以在外壳160内形成蜿蜒流径。例如，铣削装置271铣削出挤出外壳160的第一端的部分，以在其中形成开放区域400、402、404、406。而且，铣削装置271铣削出挤出外壳160的第二端的部分，以在其中形成开放区域408、410、412、414。在外壳160内的蜿蜒流径由开放区域400、402、404、406、408、410、412、414和流道180、182、184、186、188、190、192、194限定。

在步骤274中，操作员使用铜焊装置269将顶盖166铜焊到挤出外壳160的第一端，以密封第一端。顶盖166具有延伸通过其中的第一和第二孔。

在步骤275中，操作员使用铜焊装置269将底盖168铜焊到挤出外壳160的第二端，以密封第二端。

在步骤276中，操作员使用铜焊装置269将第一流体端口170铜焊到顶盖166，使得第一流体端口与顶盖166中的第一孔流体连通。

在步骤277中，操作员使用铜焊装置269将第二流体端口172铜焊到顶盖166，使得第二流体端口172与顶盖166中的第二孔流体连通。

再一次参见图1，压缩器22被构造为响应于来自微处理器40的控制信号将制冷剂泵送通过导管28进入电池模块20内。如所示的，导管28流体联接到电池模块20的压缩器22和端口170、243。导管30流体联接到电池模块20的端口172、244和冷凝器24。在离开电池模块20后，制冷剂被进一步泵送通过导管30到冷凝器24。

冷凝器24被设置为从流过其中的制冷剂吸收热能，以冷却制冷剂。如所示的，导管32流体联接在冷凝器24和压缩器22之间。在离开冷凝器24后，制冷剂被泵送通过导管32到压缩器22。

温度传感器36被设置为产生指示由微处理器40接收的电池模块20的温度水平的信号。

风扇38被设置为响应于来自微处理器40的控制信号将空气推动通过冷凝器24，以冷却冷凝器24。如所示的，风扇38被布置为接近冷凝器24。在替代实施例中，冷凝器24是液体制冷剂冷凝器。

微处理器40被设置为控制电池系统10的操作。具体地说，微处理器40被构造为响应于来自温度传感器36的信号产生用于控制压缩器22和风扇38的操作的控制信号，如下更详细地进行描述。

参见图15，现在描述根据另一个示例性实施例的用于冷却电池模块的方法的流程图。为了简化，将使用在电池模块中的单个电池单元、和一对石墨片来描述该方法。当然，可以使用额外的电池单元和石墨片。

在步骤280中，温度传感器36产生由微处理器40接收的第一信号，该第一信号指示电池模块20的温度。电池模块20包括电池单元80、石墨片102、104和冷却歧管140、142。石墨片102、104分别布置在电池单元80的第一和第二侧上。冷却歧管140、142分别联接到石墨片102、104。

在步骤282中，当第一信号指示电池模块20的温度大于阈值温度水平时，微处理器40产生第二信号以引发压缩器22向电池模块20的冷却歧管140、142内泵送制冷剂。

在步骤284中，当第一信号指示电池模块20的温度大于阈值温度水平时，微处理器40产生第三信号以引发风扇38吹送空气穿过冷凝器24，以冷却冷凝器24。冷凝器24流体联接到冷却歧管140、142。

在步骤286中，石墨片102、104将热能从电池单元80传导到石墨片102、104以冷却电池单元20。

在步骤288中，冷却歧管140、142将热能从石墨片102、104传导到冷却歧管140、142内，并且进一步将热能传导到流过冷却歧管140、142的制冷剂内。

在步骤290中，冷凝器24从电池模块20的冷却歧管140、142接收制冷剂，并且从制冷剂吸取热能。

在步骤292中，将制冷剂从冷凝器24送回到压缩器22。

参见图16，示出根据另一个示例性实施例的用于产生电力的电池系统310。电池系统310包括电池模块320、泵322、热交换器324、冷板325、储存器326、风扇337、导管328、330、331、332、334、温度传感器336、制冷剂系统338和微处理器340。在电池系统310和电池系统10之间的主要差别是电池系统310使用冷却剂代替制冷剂来冷却电池模块320。

电池模块320具有与如上所述的电池模块20相同的结构。

泵322被构造为响应于来自微处理器340的控制信号将冷却剂泵送通过导管328到电池模块320内。如所示的，导管328流体联接在泵322和电池模块320之间，并且，导管330流体联接在电池模块320和热交换器324之间。在离开电池模块320后，冷却剂进一步被通过导管330泵送到热交换器324。

热交换器324被设置为从流过其中的冷却剂吸取热能以冷却冷却剂。如所示的，导管331流体联接在热交换器324和冷板325之间。在离开热交换器324后，冷却剂进一步被通过导管331泵送到冷板325。

风扇337被设置为响应于来自微处理器340的控制信号推动空气通过热交换器324，以冷却热交换器324。如所示的，风扇337被布置为接近热交换器324。

冷板325被设置为从流过其中的冷却剂吸取热能以进一步冷却冷却剂。如所示的，导管322流体联接在冷板325和储存器326之间。在离开冷板325后，冷却剂进一步被通过导管332泵送到储存器326。

储存器326被设置为在其中存储冷却剂的至少一部分。如所示的，导管334流体联接在储存器326和泵322之间。在离开储存器326后，冷却剂进一步被泵送通过导管334到泵322。

温度传感器336被设置为产生由微处理器340接收的指示电池模块320的温度水平的信号。

制冷剂系统338被设置为响应于来自微处理器340的控制信号冷却热交换器324。如所示的，制冷剂系统338可操作地联接到冷板325。

微处理器340被设置为控制电池系统310的操作。具体地，微处理器340被构造为响应于来自温度传感器336的信号产生用于控制泵322和制冷剂系统338的操作的控制信号，下面更详细地进行描述。

参见图17-18，提供了根据另一个示例性实施例的用于冷却电池模块320的方法的流程图。为了简化，将使用电池模块中的单个电池单元和一对石墨片来说明该方法。当然，可以使用额外的电池单元和石墨片。

在步骤360中，温度传感器336产生由微处理器340接收的第一信号，该第一信号指示电池模块320的温度。电池模块320包括电池单元、第一和第二石墨片与第一和第二冷却歧管。第一和第二冷却歧管分别布置在电池单元的第一和第二侧上。第一和第二冷却歧管分别联接到第一和第二石墨片。

在步骤362中，当第一信号指示电池模块320的温度大于阈值温度水平时，微处理器340产生第二信号以引发泵322从储存器326向电池模块320的第一和第二冷却歧管内泵送冷却剂。

在步骤363中，当第一信号指示电池模块320的温度大于阈值温度水平时，微处理器340产生第三信号以引发风扇337吹送空气穿过热交换器324，以冷却热交换器324。热交换器324流体联接到电池模块320的第一和第二冷却歧管。

在步骤364中，当第一信号指示电池模块320的温度大于阈值温度水平时，微处理器340产生第四信号，以引发制冷剂系统338将制冷剂泵送通过冷板325的一部分以冷却冷板325。冷板325流体联接到热交换器324。

在步骤366中，第一和第二石墨片将热能从电池单元分别传导到第一和第二石墨片中以冷却电池单元。

在步骤368中，第一和第二冷却歧管将热能从第一和第二石墨片分别传导到第一和第二冷却歧管内，并且进一步将热能传导到分别流过第一和第二冷却歧管的冷却剂内。

在步骤370中，热交换器324在其中接收来自电池模块320的第一和第二冷却歧管的冷却剂，并且从流过其中的冷却剂吸取热能。

在步骤371中，冷板325在其中接收来自电池模块320的第一和第二冷却歧管的冷却剂，并且从流过其中的冷却剂吸取热能。

在步骤372中，储存器326从冷板325接收冷却剂，并且将冷却剂从储存器326送回到泵。

所述冷却歧管和用于制造冷却歧管的方法相对于其他装置和方法提供了实质上的优点。具体地说，所述冷却歧管利用限定了通过其中的蜿蜒流径的挤压外壳来从联接到冷却歧管的导热构件有效地移除热能。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域内的技术人员可以明白，在不偏离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且可以用等同物替代其元件。另外，在不偏离其实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适于本发明的教导。因此，意在使本发明不限于所公开的用于执行本发明的特定实施例，而是本发明将包括落在所附的权利要求的范围内的所有实施例。而且，术语第一、第二等的使用用于将一个元件与另一个相区别。而且，术语一个等的数量不表示数量的限制，而是表示存在所述项目的至少一个。

Claims (5)

1.一种冷却歧管，包括：

外壳，所述外壳限定内部区域，所述内部区域中具有蜿蜒流径，所述外壳具有从所述外壳的第一表面延伸到所述外壳内的第一多个凹槽，所述凹槽不与所述内部区域流体连通，所述第一多个凹槽被构造为在其中容纳导热构件的一部分，以将热能从所述导热构件传导到所述外壳；

顶盖，所述顶盖被构造为密封所述外壳的第一端，并且所述顶盖具有延伸通过所述顶盖的第一和第二孔；

底盖，所述底盖被构造为密封所述外壳的第二端；

第一流体端口，所述第一流体端口联接到所述顶盖，使得所述第一流体端口与在所述顶盖中的所述第一孔流体连通；以及

第二流体端口，所述第二流体端口联接到所述顶盖，使得所述第二流体端口与在所述顶盖中的所述第二孔流体连通，

其中，所述第一多个凹槽中的至少一个第一凹槽具有第一和第二凹槽部分，所述第一凹槽部分垂直于所述第一表面地延伸到所述外壳内，并且所述第二凹槽部分平行于所述第一表面地从所述第一凹槽部分的端部延伸。

2.根据权利要求1所述的冷却歧管，其中，所述外壳由铝、铜、银和金中的至少一种来构造。

3.根据权利要求1所述的冷却歧管，其中，所述顶盖具有延伸通过所述顶盖的第二多个凹槽，使得所述第二多个凹槽中的每一个凹槽与在所述外壳中的所述第一多个凹槽中的对应的凹槽连通。

4.一种用于制造冷却歧管的方法，包括：

利用挤压装置来挤压具有内部区域的外壳，使所述外壳具有从所述外壳的第一表面延伸到所述外壳内的多个凹槽，所述凹槽不与所述内部区域流体连通，所述多个凹槽被构造为在其中容纳导热构件的一部分，以将热能从所述导热构件传导到所述外壳；

利用铣削装置移除在所述内部区域中的所述外壳的端部，以在所述外壳内形成蜿蜒流径；

利用铜焊装置将顶盖铜焊到所述外壳的第一端，以密封所述第一端，所述顶盖具有延伸通过所述顶盖的第一和第二孔；

利用所述铜焊装置将底盖铜焊到所述外壳的第二端，以密封所述第二端；

利用所述铜焊装置将第一流体端口铜焊到所述顶盖，使得所述第一流体端口与在所述顶盖中的所述第一孔流体连通；以及

利用所述铜焊装置将第二流体端口铜焊到所述顶盖，使得所述第二流体端口与在所述顶盖中的所述第二孔流体连通。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述外壳由铝、铜、银和金中的至少一种来构造。

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