CN102884673B - 具有优良稳定性的紧凑冷却构件以及包括该冷却构件的电池模块 - Google Patents

具有优良稳定性的紧凑冷却构件以及包括该冷却构件的电池模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种冷却构件,其被置于电池单元之间以移除在充电/放电期间由电池单元产生的热量,该冷却构件包括:板状散热片,其被置于电池单元之间使得散热片的两侧紧密接触各个电池单元;和制冷剂导管,其具有用于制冷剂通过其中流动的中空内部,制冷剂导管与散热片热接触,并且当散热片被置于电池单元之间时,制冷剂导管被布置在电池单元的用于容纳电极组件的部分的外侧。

Description

具有优良稳定性的紧凑冷却构件以及包括该冷却构件的电池模块
技术领域
[0001] 本发明涉及一种具有紧凑结构和优良稳定性的冷却构件以及包括该冷却构件的电池模块,并且更具体地涉及一种如下的冷却构件和一种包括该冷却构件的电池模块,该冷却构件被安装在电池单元之间从而将在电池单元的充电和放电期间从电池单元产生的热量移除,其中该冷却构件包括板状散热片和冷却剂导管,散热片以该散热片的相对的主表面与电池单元紧密接触的状态被设置在电池单元之间,冷却剂导管被构造成具有冷却剂通过其中流动的中空结构,冷却剂导管与散热片热接触,当散热片被设置在电池单元之间时,冷却剂导管位于每一个电池单元的电极组件接纳部的外侧处。
背景技术
[0002] 近来,能够被充电和放电的二次电池已经被广泛地用作无线移动装置的能源。此夕卜,二次电池作为电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)和插电式混合动力汽车(Plug-1nHEV)的电源已经引起相当大的注意,这些汽车已经被开发以解决由现有的使用矿物燃料的汽油和柴油汽车所导致的例如空气污染的问题。
[0003] 小型移动装置对于每个装置而言使用一个或几个电池单元。另一方面,例如汽车的中型或大型装置使用具有相互电连接的多个电池单元的中型或大型电池模块,这是因为对于中型或大型装置而言高功率和大容量是必须的。
[0004] 优选地,中型或大型电池模块被制造为具有尽可能小的尺寸和重量。为此,通常将能够以高集成度堆叠并且具有小的重量与容量比值的棱柱形电池或袋形电池用作中型或大型电池模块的电池单元。具体地,当前很大的兴趣集中在使用铝层压片作为护套构件的袋形电池上,这是因为袋形电池重量轻,袋形电池的制造成本低,并且易于修改袋形电池的形状。
[0005] 构成这样的中型或大型电池模块的电池单元是能够被充电和放电的二次电池。因此,在电池的充电和放电期间从高功率、大容量的二次电池产生大量的热量。具体地,在电池模块中广泛使用的每个袋形电池的层压片在其表面上涂覆有表现低导热性的聚合物材料,从而导致难以有效地降低电池单元的总体温度。
[0006] 如果在电池模块的充电和放电期间从电池模块产生的热量不被有效地从电池模块移除,则热量积聚在电池模块中,结果导致电池模块的恶化。根据情况,电池模块可能会着火或爆炸。为此,在作为包括多个中型或大型电池模块的高功率、大容量电池的用于汽车的中型或大型电池组中需要冷却系统,以冷却安装在电池组中的电池单元。
[0007] 安装在中型或大型电池组中的每个电池模块通常通过以高集成度堆叠多个电池单元而制造。在该情况下,电池单元被以如下状态被堆叠为:即,电池单元以预定间隔布置,使得在电池单元的充电和放电期间产生的热量被移除。例如,电池单元可以被以电池单元以预定间隔布置的状态连续地堆叠,而不使用附加构件。可替代地,在电池单元具有低机械强度的情况下,一个或多个电池单元被安装在电池盒中以构成单元模块,并且将多个单元模块堆叠以构成电池模块。电池盒增加了电池单元的机械强度;然而,电池盒也增加了电池模块的总体尺寸。
[0008] 此外,冷却剂管道被限定在堆叠的电池单元之间或者堆叠的电池模块之间,从而使得积聚在堆叠的电池单元之间或者堆叠的电池模块之间的热量被有效地移除。
[0009] 具体地,在冷却结构基于水冷型冷却系统的情况下,多个冷却剂管道被限定在电池单元之间或者电池模块之间,结果导致非常难以设计冷却结构。另外,如果将冷却构件或导热构件安装至电池组的指定区域以构成冷却结构,则电池组的总体尺寸增加。
[0010]与该情况相关地,可以考虑将具有如图1所示的结构的冷却构件10作为设置在电池模块的电池单元之间的水冷型冷却构件。具体地,图1的冷却构件10包括一对金属板20。在冷却剂管道25连续地形成在金属板20的内侧处的状态下,金属板20的外边缘30被密封。
[0011] 然而,冷却构件10的机械强度在结构上不低,结果导致当电池单元的厚度沿电池单元的堆叠方向增加时,形成为与电池单元紧密接触的冷却剂管道25可能被阻塞或者冷却构件10的密封部分可能相互分离。因此,冷却剂紧密可靠性和冷却效果降低。
[0012] 此外,对于整个冷却构件10必须具有耐腐蚀性,结果导致冷却构件10的制造成本增加。
[0013] 因此,对于有效地防止冷却剂泄漏、确保长时间的耐用性、并且能够以低成本制造的冷却构件以及使用该冷却构件的具有良好安全性的电池模块有很高的需求。
发明内容
[0014] 技术问题
[0015] 因此,已经做出本发明以解决上述问题,并且本发明的目的是提供一种冷却构件,其被构造成具有其中冷却剂导管被联接至散热片的外侧的结构。
[0016] 本发明的另一个目的是提供一种电池模块,其被构造成具有如下结构,其中冷却剂导管沿着电极组件接纳部的外边缘设置,并且因此,电池单元被固定,并且防止冷却剂的泄漏。
[0017] 技术解决方案
[0018] 根据本发明的一个方面,通过提供一种如下的冷却构件而能够实现上述和其它目的,该冷却构件被安装在电池单元之间以移除在电池单元的充电和放电期间从电池单元产生的热量,其中该冷却构件包括板状散热片和冷却剂导管,散热片以该散热片的相对的主表面与电池单元紧密接触的状态被设置在电池单元之间,冷却剂导管被构造成具有冷却剂通过其中流动的中空结构,冷却剂导管与散热片热接触,当散热片被设置在电池单元之间时,冷却剂导管位于每一个电池单元的电极组件接纳部的外侧处。
[0019] 冷却剂导管沿着电极组件接纳部的外侧被装配在散热片中。因此,如上所述,能够有效地防止冷却剂的泄漏。此外,能够防止由于电池单元的堆叠而使冷却剂管道被阻塞或损坏。另外,在冷却构件的使用期间能够维持冷却构件的形状,从而实现优良的冷却设计可靠性。结果,能够构成非常紧凑的电池模块。
[0020] 此外,仅对于冷却剂导管要求对冷却剂的耐腐蚀性。即,不必由耐腐蚀材料制成散热片。因此,冷却构件的制造成本降低。
[0021] 优选地,每个电池单元是板状二次电池,其具有较小的厚度以及相对大的宽度和长度,使得当电池单元被堆叠以构成电池模块时,电池模块的总尺寸最小。这样的板状二次电池的优选的例子可以是棱柱形电池或袋形电池。优选地,板状二次电池是袋形电池,其被构造成具有如下结构,其中具有阴极/隔板/阳极结构的电极组件被安装在形成在电池壳体上的电极组件接纳部中,电池壳体由包括树脂层和金属层的层压片形成,并且通过热焊接而密封的密封部(“外边缘密封部”)形成在电极组件接纳部的外边缘处。
[0022]用于散热片的材料不被具体地限制,只要散热片由表现高导热性的材料形成以改善冷却效率即可。例如,散热片可以由表现高导热性的金属材料形成。
[0023] 此外,散热片优选地被构造成具有其中一对金属板被相互联接的结构。
[0024] 冷却剂导管由耐腐蚀材料形成。因此,当冷却剂在冷却剂导管中流动时,防止冷却剂导管被冷却剂腐蚀。
[0025] 在优选的例子中,冷却剂导管可以被构造成使得冷却剂导管的至少一部分被弯曲为对应于每个电池单元的电极组件接纳部的外边缘的形状。因此,当冷却构件被布置在电池单元之间时,冷却剂导管的至少一部分被定位在每个电池单元的电极组件接纳部的附近,从而改善冷却效率。此外,每个电池单元的结构稳定性被改善,并且冷却构件被有效地固定至每个电池电池。
[0026] 在上述结构中,冷却剂导管可以以不同的方式形成为对应于每个电池单元的电极组件接纳部的形状。例如,当每个电池单元的电极组件接纳部在平面图中被形成为四边形时,冷却剂导管可以被弯曲为具有与电极组件接纳部的两个或更多个边对应的形状。优选地,冷却剂导管被弯曲为具有与电极组件接纳部的三个边对应的形状。
[0027] 在另一个优选的例子中,冷却剂导管可以被弯曲,从而被设置为与电极组件接纳部的外边缘紧密接触。
[0028] S卩,当冷却构件被设置在电池单元之间时,散热片和冷却剂导管可以被设置成与电极组件接纳部的外边缘紧密接触,从而通过导热而使热消散最大化。此外,通过沿着电极组件接纳部的外边缘弯曲的冷却剂导管而有效地固定冷却构件,从而增加电池单元的支撑力。因此,不必使用附加构件以固定电池,或者能够最少地使用这样的附加构件。
[0029] 例如,冷却剂导管可以被构造成使得冷却剂导管的冷却剂入口和冷却剂出口并排地形成在散热片的一侧。优选地,冷却剂导管的冷却剂入口和冷却剂出口从电极组件接纳部的外边缘延伸。
[0030] 在冷却剂导管的冷却剂入口和冷却剂出口并排地形成在散热片的一侧处的结构中,与冷却剂导管的冷却剂入口和冷却剂出口形成在散热片的不同侧上的结构相比,冷却剂引入和排出结构形成在电池模块的一侧处。因此,能够制造更紧凑的电池模块并且极大地改善在电池组的构成过程中的包装效率。
[0031] 同时,冷却剂导管可以通过焊接、优选地通过炽烧而联接至散热片。
[0032] 在另一个优选的例子中,散热片可以被构造成具有其中一对金属板被相互联接的结构,并且冷却剂导管可以以冷却剂导管被设置在金属板之间的状态被联接至散热片。
[0033] 在具有上述结构的冷却构件中,由耐腐蚀材料形成的冷却剂导管被联接至散热片,并且因此,能够构成冷却构件从而在使冷却剂的泄漏问题最小化的同时使冷却构件更紧凑。
[0034] 同时,冷却剂不被具体地限制,只要冷却剂表现高冷却效率同时容易在冷却剂导管中流动即可。例如,冷却剂可以是包含高潜热的水,从而使冷却效率最高。
[0035] 根据本发明的另一方面,提供了一种电池模块,其包括安装在电池之间的冷却构件。
[0036] 根据本发明的电池模块可以被构造成具有如下结构,其中两个或更多个板状电池单元被堆叠,并且冷却构件被设置在电池单元之间。因此,通过提供冷却构件的散热片和冷却剂导管,能够极大地改善设计可靠性和冷却效率,并且能够构成电池模块使得电池模块具有紧凑的结构。
[0037] 冷却剂导管可以被构造成使得冷却剂导管的冷却剂入口和冷却剂出口优选地形成在与每个电池的电极端子对应的区域处。因此,对于作为每个电池单元的产生大量热量的区域的电极端子,能够使冷却效率最高。
[0038] 根据情况,冷却剂导管可以被构造成使得冷却剂导管的冷却剂入口和冷却剂出口形成在与每个电池单元的电极端子相对的区域处,使得冷却剂入口和冷却剂出口不会在结构上与每个电池单元的电极引线干涉。
[0039] 为了提供高功率和大容量,根据本发明的电池模块包括多个电池单元。因此,电池模块优选地被用作其中在电池单元的充电和放电期间产生的高温热量是严重的安全担心的电动汽车、混合动力汽车、插电式混合动力汽车或电源存储装置的电源。
附图说明
[0040] 根据下面的详细描述并结合附图将会更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征以及其他优点,其中:
[0041] 图1是显示示例性的冷却构件的典型图;
[0042] 图2是显示示例性的板状电池单元的透视图;
[0043]图3是显示根据本发明的实施例的冷却构件的典型图;
[0044] 图4是显示在图3中示出的冷却构件的冷却片的典型图;
[0045]图5是显示在图3中示出的冷却构件的冷却剂导管的典型图;
[0046] 图6是显示根据本发明的实施例的电池模块的透视图;并且
[0047] 图7是在图6中示出的电池模块的分解图。
具体实施方式
[0048] 现在,将参照附图详细描述本发明的优选实施例。然而应该注意到,本发明的范围不受所示例的实施例的限制。
[0049]图2是典型地显示安装在根据本发明的电池模块中的示例性的板状电池的透视图。
[0050] 参考图2,板状电池单元100被构造成具有这样的结构,其中两个电极引线110和120以电极引线110和120彼此相反的状态从电池壳体130的上端和下端突出。
[0051] 电池壳体130由包括金属层和树脂层的层压片形成。电池壳体130包括上部壳体和下部壳体。在具有阴极/隔板/阳极结构的电极组件(未示出)被安装在形成在电池壳体130中的电极组件接纳部140中的状态下,电极组件接纳部140的外边缘,即横向侧面150b、上端150a和下端150c通过热焊接而被密封,从而形成密封部150。以此方式,制造了电池单元100。
[0052] 电极引线110和120分别从上端150a和下端150c突出。为此,考虑到电极引线110和120的厚度以及电极引线110和120与电池壳体130之间的材料差异,在薄膜型密封构件160被置于电极引线110和120与电池壳体130之间的状态下,电池壳体130的上部壳体和下部壳体的上端150a和下端150c被相互热焊接,从而增加电池壳体130的密封性。
[0053] 图3是典型地显示根据本发明的实施例的冷却构件的透视图,图4是典型地显示图3的散热片的透视图,并且图5是典型地显示图3的冷却剂导管的透视图。
[0054] 与图2 —起参考这些附图,冷却构件200包括由金属材料制成的板状散热片210,以及包括冷却剂导管220,冷却剂导管220位于电池单元100的电极组件接纳部的外边缘150处并且被构造成具有冷却剂通过其中流动的中空结构。
[0055] 散热片210通过由焊接部213将一对金属板211和212联接而形成。冷却剂导管220被弯曲为与电极组件接纳部的三个边对应的形状,并且被装配在散热片210中。因此,能够防止由于电池单元的堆叠而使冷却剂管道220被阻塞或损坏。
[0056] 此外,冷却剂管道220由表现耐腐蚀性的材料制成,并且因此,能够使由于冷却剂的泄漏而对冷却剂管道220的损害最小化。
[0057] 图6是典型地显示根据本发明的实施例的电池模块的透视图,并且图7是典型地显示图6的电池模块的分解图。
[0058] 与图2和图3 —起参考这些附图,冷却构件200被安装在相应的电池单元100之间。
[0059] 电池模块300包括多个电池单元100、竖直地布置从而使得各个电池单元100的电极组件接纳部140彼此相邻的多个模块壳体310、以及设置在各个电池单元100之间的分界面处的多个冷却构件200。
[0060] 每个冷却构件200的散热片210以紧密接触的状态设置在相邻的电极组件接纳部140之间。由金属板制成的冷却剂管道220被弯曲为使得冷却剂管道220能够被设置为与电极组件接纳部的外边缘150紧密接触。因此,冷却剂管道220具有高机械强度,并且被构造成具有总体紧凑的结构。
[0061] 设置在各个电池单元100之间的冷却构件200中的每一个的冷却剂入口 230和冷却剂出口 240在相同的方向上指向。因此,能够容易地实现对于冷却剂引入和排出的配管设计,并且使电池模块的总体积最小化。
[0062] 因此,沿着冷却剂管道220流动的冷却剂将传导至安装在各个电池单元100之间的分界面处的散热片210的热量有效地移除,以冷却各个电池单元100,从而提供高的冷却效率。另外,电池模块300被构造成使得尽管电池模块300提供这样高的冷却效率,但是电池模块300具有紧凑的结构。
[0063] 尽管已经为了示例的目的公开了本发明的优选实施例,但是本领域技术人员将会意识到,在不背离由所附权利要求公开的本发明的范围和精神的情况下,各种变型、增加和替代是可能的。
[0064] 工业实用性
[0065] 从上述说明显而易见的是,根据本发明的冷却构件被构造成具有这样的结构,其中沿着电极组件接纳部的外边缘形成的冷却剂导管被联接至散热片。因此,能够解决冷却剂的泄漏问题,同时在构成电池模块的过程中将电池固定。此外,能够提供具有紧凑结构的电池模块。另外,仅对于冷却构件的指定元件要求对冷却剂的耐腐蚀性,并且因此,电池模块的总制造成本降低D

Claims (17)

1.一种冷却构件,所述冷却构件被安装在电池单元之间以移除在电池单元的充电和放电期间由所述电池单元产生的热量,其中所述冷却构件包括: 其中,所述电池单元中的每一个是板状二次电池; 板状散热片,所述散热片被以所述散热片的相对主表面与所述电池单元紧密接触的状态设置在所述电池单元之间;和 冷却剂导管,所述冷却剂导管被构造成具有冷却剂通过其中流动的中空结构,所述冷却剂导管与所述散热片热接触,当所述散热片被设置在所述电池单元之间时,所述冷却剂导管位于每一个所述电池单元的电极组件接纳部的外侧处, 其中,所述冷却剂导管被构造成使得所述冷却剂导管的至少一部分被弯曲为对应于每个电池单元的电极组件接纳部的外边缘的形状以及所述板状散热片的外边缘的形状; 其中,当每个电池单元的电极组件接纳部在平面图中被形成为四边形时,所述冷却剂导管被弯曲为具有与所述电极组件接纳部的两个或更多个边对应的形状; 其中,所述冷却剂导管被弯曲为具有与所述电极组件接纳部的三个边对应的形状;并且 其中,所述冷却剂导管被弯曲,从而被设置成与所述电极组件接纳部的外边缘紧密接触。
2.根据权利要求1所述的冷却构件,其中,所述板状二次电池是袋形电池,所述袋形电池被构造成具有如下结构:即,具有阴极/隔板/阳极结构的电极组件被安装在由包括树脂层和金属层的层压片形成的电池壳体中。
3.根据权利要求1所述的冷却构件,其中,所述散热片由导热板形成。
4.根据权利要求3所述的冷却构件,其中,所述散热片由金属板形成。
5.根据权利要求4所述的冷却构件,其中,所述散热片被构造成具有其中一对金属板相互联接的结构。
6.根据权利要求1所述的冷却构件,其中,所述冷却剂导管由耐腐蚀材料形成。
7.根据权利要求1所述的冷却构件,其中,所述冷却剂导管被构造成使得所述冷却剂导管的冷却剂入口和冷却剂出口并排地形成在所述散热片的一侧处。
8.根据权利要求1所述的冷却构件,其中,所述冷却剂导管通过炽烧而被联接至所述散热片。
9.根据权利要求1所述的冷却构件,其中,所述散热片被构造成具有其中一对金属板被相互联接的结构,并且所述冷却剂导管以所述冷却剂导管被设置在所述金属板之间的状态被联接至所述散热片。
10.根据权利要求1所述的冷却构件,其中,所述冷却剂是水。
11.一种电池模块,包括根据权利要求1至10中的任一项所述的冷却构件。
12.根据权利要求11所述的电池模块,其中,所述电池模块被构造成具有如下结构:即,其中两个或更多个板状电池单元被堆叠,并且所述冷却构件被置于所述电池单元之间。
13.根据权利要求12所述的电池模块,其中,所述冷却剂导管被构造成使得所述冷却剂导管的冷却剂入口和冷却剂出口形成在与每个电池单元的电极端子对应的区域处。
14.根据权利要求12所述的电池模块,其中,所述冷却剂导管被构造成使得所述冷却剂导管的冷却剂入口和冷却剂出口形成在与每个电池单元的电极端子相对的区域处。
15.根据权利要求11所述的电池模块,其中,所述电池模块被用在电动汽车或电源存储装置中。
16.根据权利要求11所述的电池模块,其中,所述电池模块被用在混合动力汽车中。
17.根据权利要求11所述的电池模块,其中,所述电池模块被用在插电式混合动力汽车中。
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