CN102694215B - 用于无接缝导电散热片/底座压缩界面连接的电池冷却模块基座轮廓设计 - Google Patents

用于无接缝导电散热片/底座压缩界面连接的电池冷却模块基座轮廓设计 Download PDF

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Abstract

用于无接缝导电散热片/底座压缩界面连接的电池冷却模块基座轮廓设计一种用于电池单元的冷却系统，包括冷却板和热沉。热沉具有一对模块。冷却板的端部在模块之间被压缩。模块在压缩载荷下放置从而将冷却板紧固到热沉。

Description

用于无接缝导电散热片/底座压缩界面连接的电池冷却模块基座轮廓设计
技术领域
本发明涉及一种电池组，且更具体地涉及一种用于电池组的冷却系统。
技术背景
已经提出将电池单元作为用于电动车辆和各种其他应用的清洁、高效并且环境负责的功率源。一类电池单元已知为锂离子电池。锂离子电池是可再充电的，并且可形成各式各样的形状和尺寸，以便有效地填充电动车辆中的可用空间。例如，电池单元在形状方面可以是棱形的，以便于电池单元的堆叠。在电池组中可提供多个单独的电池单元，以提供足够操作电动车辆的功率量。
典型的棱形电池单元具有围绕电池单元的周围熔融的一对塑料涂覆金属层，以便密封电池单元部件。电池单元的密封通常始于给塑料涂覆金属层中的一个塑料涂覆金属层提供有时称作“黄油碟”形状的腔。电池单元部件设置在塑料涂覆金属层的腔内。然后，将塑料涂覆金属层中的另一塑料涂覆金属层安置在电池单元部件的顶部上，并例如通过围绕边缘热封而在周围处熔融至塑料涂覆金属层中具有腔的所述一个金属涂覆金属层。从而提供用于集成在电池组中的电池单元。
已知诸如锂离子电池单元的电池单元在操作期间和当再充电时由于充电循环而发热。当过热或者以另外的方式暴露于高温环境时，不期望的效果可对锂离子电池的操作产生影响。锂离子电池典型地采用冷却系统，以防不合需要的过热状况。已知的用于电池单元的冷却系统在Essinger等的受让的共同未决的美国专利申请序号No.12/713,729和Kumar等的美国专利申请序号No.12/842,478中描述，所述申请的全部公开由此以参考的方式并入。
传统的冷却系统包括夹在位于电池组中的单个电池单元之间的冷却板或散热片。冷却散热片典型地通过诸如钎焊或焊接的“热”方法连接到热沉。热连接方法会不期望地影响材料微结构，这可影响到接头耐久性。已知的连接方法还典型地需要填充材料诸如钎焊料、焊接消耗材料、结合粘接剂和热交界材料，这会不期望地影响导热性并且增加制造复杂性。
涉及热收缩的另外的连接方法在Heise的受让的共同未决的美国专利申请序号No.13/035,236中描述，所述申请的全部公开由此以参考的方式并入。该方法包括步骤：提供具有至少一个键销的至少一块板，以及提供具有形成在其中的至少一个槽缝的热沉。热沉被加热到足以热膨胀热沉和膨胀该至少一个槽缝的第一温度。然后该至少一块板的所述至少一个键销被插入到所述至少一个槽缝中。然后热沉被冷却到足以热收缩热沉以及收缩所述至少一个槽缝的第二温度。将该至少一块板紧固到热沉的过盈配合因此得以形成。
存在对使电池冷却系统的接头处的耐久性最大化的电池冷却系统和制作该电池冷却系统的方法的持续需求。理想地，电池冷却系统和方法不需要填充材料、便利从邻近电池单元的热传导、并且具有最小化的制造复杂性。
发明内容
根据本发明，令人惊讶地发现了一种电池冷却系统和制作电池冷却系统的方法，其使得电池冷却系统的接头处的耐久性最大化、不需要填充材料、便利从邻近电池单元的热传导并且具有最小化的制造复杂性。
在第一实施方式中，电池单元的冷却系统包括冷却板和热沉。热沉具有一对模块。冷却板的端部被压缩在模块之间从而将冷却板紧固到热沉。
在另一个实施方式中，电池组包括电池单元以及用于电池单元的冷却系统。用于电池单元的冷却系统包括冷却板和热沉。热沉具有一对模块。冷却板的端部布置在模块之间。模块在压缩载荷下被放置从而将冷却板紧固到热沉。
在又一个实施方式中，制作用于电池单元的冷却系统的方法包括步骤：提供冷却板；提供具有一对模块的热沉；将冷却板的端部布置在所述模块之间；并且将所述模块在压缩载荷下放置以将冷却板紧固到热沉。
本发明还提供如下方案：
1.一种用于电池单元的冷却系统，包括：
冷却板；和
具有一对模块的热沉，所述冷却板的端部在所述模块之间被压缩以将所述冷却板紧固到所述热沉。
2.如方案1所述的冷却系统，其中所述冷却板被配置为邻近电池单元并且在电池单元操作期间从所述电池单元传递热。
3.如方案1所述的冷却系统，其中所述模块中每个包括舌部和凹槽。
4.如方案3所述的冷却系统，其中所述一对模块包括第一模块和第二模块，所述第一模块的所述凹槽与所述第二模块的所述舌部协同作用。
5.如方案4所述的冷却系统，其中冷却板的端部邻近所述第一模块的所述凹槽和所述第二模块的所述舌部而终止。
6.如方案1所述的冷却系统，其中所述热沉在所述模块之间基本上不存在任何填充材料。
7.如方案1所述的冷却系统，其中所述热沉在每个所述模块和所述冷却板之间基本上不存在任何填充材料。
8.如方案1所述的冷却系统，其中热传导界面连接形成于所述冷却板和所述散热器的邻近模块之间。
9.一种电池组，包括
电池单元；和
用于电池单元的冷却系统，所述冷却系统包括被配置为邻近电池单元的冷却板以及具有成对模块的热沉，所述冷却板的端部被配置在所述模块之间，所述模块在压缩载荷下被放置以将所述冷却板紧固到所述热沉。
10.根据方案9所述的电池组，其中，每个模块包括舌部和凹槽。
11.根据方案10所述的电池组，其中，成对的模块包括第一模块和第二模块，所述第一模块的所述凹槽与所述第二模块的所述舌部协同作用。
12.根据方案11所述的电池组，其中所述冷却板的端部邻近于所述第一模块的所述凹槽和所述第二模块的所述舌部终止。
13.根据方案9所述的电池组，其中所述热沉在模块之间基本上不存在任何填充材料。
14.根据方案1所述的电池组，其中所述热沉在每个模块和所述冷却板之间基本上不存在任何填充材料。
15.根据方案1所述的电池组，其中所述压力载荷提供所述冷却板和热沉的邻近模块之间的热传导界面连接。
16.一种制作用于电池单元的冷却系统的方法，所述方法包括步骤：
提供冷却板；
提供具有一对模块的热沉；
将所述冷却板的端部配置在所述模块之间；和
将所述模块在压缩载荷下放置以将所述冷却板紧固到所述热沉。
17.如方案16所述的方法，其中每个模块包括舌部和凹槽。
18.如方案17所述的方法，还包括在在压缩载荷下放置所述模块之前对齐所述模块的舌部和凹槽的步骤。
19.如方案18所述的方法，其中所述一对模块包括第一模块和第二模块，并且将冷却板的端部配置在所述模块之间的步骤包括插入所述冷却板的端部邻近于第一模块的凹槽和第二模块的舌部。
20.如方案16所述的方法，其中压缩载荷在所述冷却板和热沉的邻近模块之间提供热传导界面连接。
附图说明
特别地当根据在此描述的附图考虑时，本发明的以上以及其他的优点将通过以下的详细说明对本领域的技术人员变得显而易见。
图1为示出电池单元冷却系统的不完整的剖视平面图，电池单元冷却系统被示为未组装；和
图2为示出图1的电池单元冷却系统的不完整的剖视平面图，电池单元冷却系统被示为已组装。
具体实施方式
以下的详细说明和附图描述并图示了本发明的各种实施例。说明和附图用于使得本领域的技术人员能够作出和使用本发明，并且不意在以任何方式限制本发明的范围。就所公开的方法而言，所提出的步骤实质上是示例性的，因而并非是必须的或关键的。
参考图1和图2，示出了用于电池单元（没有示出）的冷却系统100。电池单元被构造为从电化学反应产生功率。电池单元可为棱形电池单元，例如，如在Heise的受让的共同未决的美国专利申请序号No.13/035,236中所描述和表示。作为非限制的例子，电池单元为棱形锂离子（Li-ion）袋装电池。应意识到的是，在本发明的范围内还可使用采用不同结构和电化学的其他类型的电池单元。
冷却系统100包括至少一个冷却板102。冷却板102被构造为配置成邻近电池单元。应意识到的是，按照需要，可使用更多的冷却板102，具有单独电池单元被配置在成对的冷却板102之间从而形成电池组。冷却板102起到冷却系统100的冷却散热片的作用，并在其操作期间从电池单元传热。板102可由具有适合于将热从电池单元传递离开的导热性的任何材料形成。作为非限制的例子，板102由铝和钢中的一种形成。可使用热传导复合材料形成冷却板102。根据需要，本领域普通技术人员可为冷却板102选择其他合适的导热材料。
冷却系统100还包括被构造为在其操作期间从冷却板102将热传递离开的热沉104。与冷却板102一样，热沉104可由适合于将热从冷却板102传递离开的导热性的任何材料形成。例如，热沉104可由铝和钢中的一种形成。在本发明的范围内，还可以选择用于热沉104的其他合适的导热性材料。
本发明的热沉104包括多个模块106、108。虽然只示出了模块106、108中的两个，但是需要理解的是，额外的模块106、108可被使用并且通常被示出。多个模块106、108可在压缩载荷下被组装以形成热沉104。所示的多个模块106、108包括第一模块106和第二模块108。第一模块106可包括凹槽110而第二模块108可包括舌部112。在特定的实施方式中，多个模块106、108中的每一个包括凹槽110和舌部112。当第一模块106和第二模块108对齐并且在压缩下被组装以形成热沉104时，第一模块106的凹槽110协作并且接纳邻近的第二模块108的舌部112。根据需要，本领域技术人员可选择适当的载荷以便压缩热沉104的模块106、108。
在特定的实施方式中，热沉104的模块106、108中的每一个可具有形成穿过其中的孔（没有示出）。热沉104中在被压缩时模块106、108的孔可形成冷却流体可循环通过的管道，以便传递来自热沉104的热。例如，冷却流体为诸如空气的气体或者诸如水的液体。在本发明的范围内，也可使用其他合适的冷却流体。
当冷却系统100被组装时，冷却板102的端部114在诸如第一模块106和第二模块108的一对模块106、108之间被压缩。例如，板102的端部114可邻近成对模块106、108的凹槽110和舌部112终止，在它们之间，板102的端部114被配置并被收缩。当模块106、108被放置在压缩载荷下时，冷却板102通过摩擦力被紧固到热沉104。在本发明的范围内，可使用在压缩载荷下放置模块106、108的包括但不限于系杆、弹簧、带、压缩保持系统等的任何方式。因此导热界面连接存在于冷却板102的端部114和成对的模块106、108之间。压缩载荷以及作为结果的冷却板102至热沉104的基于摩擦的紧固消除了对于在第一模块106和第二模块108之间或者成对的模块106、108两者之一与冷却板102之间的填充材料的需要。
应意识到的是，在本领域公知的诸如焊接消耗材料、结合粘接剂和热交界材料的填充材料，不必和本发明的冷却系统100一起。填充材料否则会影响冷却板102和热沉104之间的界面连接处的导热性。在电池单元操作期间，通过冷却系统100的热传导界面连接，提供从冷却板102到热沉104的有效的热传递。
本发明还包括一种制作用于电池单元的冷却系统100的方法。该方法包括将冷却板102的端部114配置在热沉104的成对的模块106、108之间的步骤。然后热沉104的模块106、108在压缩载荷下放置从而将冷却板102紧固到散热器104。在模块106、108具有协同作用的凹槽110和舌部112时，模块106、108的凹槽110和舌部112可在在压缩载荷下放置模块106、108之前对齐。例如，将冷却板102的端部114配置在模块106、108之间的步骤可包括将端部114插入到邻近于邻近的模块106、108的凹槽110和舌部112中的至少一者。需要意识到的是，端部114不被插入到冷却板102的端部114会妨碍通过模块106、108的凹槽114接纳舌部112的位置处。
在替代实施方式中，冷却板102的端部114可具有形成在其中的槽缝（没有示出）和孔（没有示出）中的一者，其允许第二模块108的舌部112被配置穿过其中并且与邻近的第一模块106的凹槽110协同作用。冷却板102可因此还被紧固到热沉104。多个凹槽110和多个舌部112可同样地被使用。在本发明的范围内，用于将冷却板102和热沉104连接的其他非填充材料方式也可被使用。
有利地，本发明的冷却系统100和方法最小化了冷却板102和热沉104的连接操作的复杂性。通过本发明，不需要额外的连接过程材料。与通过熔接或者钎焊来连接，并且为了维护冷却系统100焊接会被破坏的已知电池冷却系统相比，冷却系统100还允许更大的可维护性。
尽管为了说明本发明已示出了某些代表性的实施例和细节，但对本领域的技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的在以下所附的权利要求中进一步描述的范围的情况下可作出各种变化。

Claims (12)

1.一种用于电池单元的冷却系统，包括：
冷却板；和
具有一对模块的热沉，所述模块中每个包括舌部和凹槽，所述一对模块包括第一模块和第二模块，所述第一模块的所述凹槽与所述第二模块的所述舌部协同作用，所述冷却板的端部邻近所述第一模块的所述凹槽和所述第二模块的所述舌部而终止从而在所述模块之间被压缩以通过摩擦力将所述冷却板紧固到所述热沉。
2.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述冷却板被配置为邻近电池单元并且在电池单元操作期间从所述电池单元传递热。
3.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述热沉在所述模块之间基本上不存在任何填充材料。
4.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述热沉在每个所述模块和所述冷却板之间基本上不存在任何填充材料。
5.如权利要求1所述的冷却系统，其中，在所述冷却板和所述热沉的邻近模块之间形成热传导界面连接。
6.一种电池组，包括：
电池单元；和
用于电池单元的冷却系统，所述冷却系统包括被配置为邻近电池单元的冷却板以及具有成对模块的热沉，每个模块包括舌部和凹槽，成对模块包括第一模块和第二模块，所述第一模块的所述凹槽与所述第二模块的所述舌部协同作用，所述冷却板的端部邻近所述第一模块的所述凹槽和所述第二模块的所述舌部终止在所述模块之间，所述模块在压缩载荷下被放置以通过摩擦力将所述冷却板紧固到所述热沉。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述热沉在模块之间基本上不存在任何填充材料。
8.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述热沉在每个模块和所述冷却板之间基本上不存在任何填充材料。
9.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述压缩载荷提供所述冷却板和热沉的邻近模块之间的热传导界面连接。
10.一种制作用于电池单元的冷却系统的方法，所述方法包括步骤：
提供冷却板；
提供具有一对模块的热沉，每个模块包括舌部和凹槽，所述一对模块包括第一模块和第二模块；
通过插入所述冷却板的端部邻近于第一模块的凹槽和第二模块的舌部将所述冷却板的端部配置在所述模块之间；和
将所述模块在压缩载荷下放置以通过摩擦力将所述冷却板紧固到所述热沉。
11.如权利要求10所述的方法，还包括在在压缩载荷下放置所述模块之前对齐所述模块的舌部和凹槽的步骤。
12.如权利要求10所述的方法，其中，压缩载荷在所述冷却板和热沉的邻近模块之间提供热传导界面连接。
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