CN103022588A - 紧凑的蓄电池冷却设计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种紧凑的蓄电池冷却设计。具体地，描述了一种蓄电池模块。该蓄电池模块包括：多个重复的框架；定位于多个重复的框架之间的多个蓄电池电池单元，所述蓄电池电池单元具有可弯折的导热罩，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的外侧边缘上；以及，与所述导热罩的边缘相接触的散热器，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的边缘上。还描述了一种冷却蓄电池模块的方法。

Description

紧凑的蓄电池冷却设计
技术领域
本发明一般涉及蓄电池，尤其涉及具备了改良的热传递效率的蓄电池热系统。
背景技术
目前的蓄电池内部热交换器需要许多部件和密封连接，因而需要复杂的制造过程。一种用于冷却蓄电池的电池单元的已知方法是将两个电池单元与一块冷却翼片面接触，冷却剂流动通过该冷却翼片。通过使翼片的两侧上的入口和出口集管孔结合，这些冷却翼片被连接起来。入口和出口集管然后通过如下方式形成：将两个或更多个翼片堆叠在一起，并且连接入口和出口集管孔。O形环密封件（或类似的密封件）可以用来在两个翼片之间形成密封。用于入口和出口两者的密封件通常被结合在框架上，该框架将电池单元和片以组的形式保持就位。
图1显示了该类型系统的一个实例。图1显示了蓄电池组10的分解图。蓄电池电池单元15由冷却翼片20分开。冷却翼片20的一侧上有冷却入口25，并且在冷却翼片20的另一侧上有冷却出口30。冷却剂流动通过冷却翼片20内的通道35。来自蓄电池电池单元15的热被传导至冷却翼片20中。两个蓄电池电池单元15和一个冷却翼片20能够被容纳在框架40中。在冷却翼片15的两侧上具有用于冷却入口25和冷却出口30的密封件45。密封件45能够被结合到框架40中。这种布置需要多个部件和密封件，因而需要复杂的组装过程。
在图2显示的一种替代性系统中，蓄电池电池单元15和冷却翼片20放置在框架40中。冷却翼片20有一部分22放置在蓄电池电池单元15之间，并且该冷却翼片的垂直于部分22的边缘部分24沿着蓄电池电池单元的边缘延伸。边缘部分24与散热器26相连接。
发明内容
本发明的一个方面是一种蓄电池模块。在一个实施例中，蓄电池模块包括：多个重复的框架；定位于多个重复的框架之间的多个蓄电池电池单元，所述蓄电池电池单元具有可弯折的导热罩，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的外侧边缘上；以及，与所述导热罩的边缘相接触的散热器，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的边缘上。
本发明的另一个方面是一种冷却蓄电池模块的方法。在一个实施例中，该方法包括提供一种蓄电池模块，所述蓄电池模块包括：多个重复的框架；定位于所述多个重复的框架之间的多个蓄电池电池单元，所述蓄电池电池单元具有可弯折的导热罩，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的外侧边缘上；以及，与所述导热罩的边缘相接触的散热器，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的边缘上；所述方法还包括使冷却流体循环通过所述散热器，通过所述散热器和所述导热罩的边缘之间的接触区域，所述导热罩将所述多个蓄电池电池单元中产生的热传递到所述散热器。
本发明还包括以下方案：
1. 一种蓄电池模块，包括：
   多个重复的框架；
   定位于所述多个重复的框架之间的多个蓄电池电池单元，所述蓄电池电池单元具有可弯折的导热罩，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的外侧边缘上；和
   与所述导热罩的边缘相接触的散热器，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的边缘上。
2. 如方案1所述的蓄电池模块，进一步包括位于所述蓄电池电池单元和所述重复的框架之间的膨胀单元。
3. 如方案2所述的蓄电池模块，其中，所述膨胀单元是泡沫层。
4. 如方案1所述的蓄电池模块，其中，在每个蓄电池电池单元的至少一侧上具有膨胀单元。
5. 如方案1所述的蓄电池模块，其中，所述导热罩是铝片材料的。
6. 如方案1所述的蓄电池模块，其中，在所述重复的框架的相反边缘上具有散热器。
7. 如方案1所述的蓄电池模块，进一步包括热界面材料的层，所述热界面材料的层位于所述散热器和所述导热罩的折叠在所述重复的框架上的边缘之间。
8. 如方案1所述的蓄电池模块，其中，在相邻的蓄电池电池单元之间具有所述重复的框架。
9. 如方案1所述的蓄电池模块，其中，所述散热器具有冷却剂入口和冷却剂出口。
10. 一种冷却蓄电池模块的方法，包括：
    提供蓄电池模块，所述蓄电池模块包括：
        多个重复的框架；
        定位于所述多个重复的框架之间的多个蓄电池电池单元，所述蓄电池电池单元具有可弯折的导热罩，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的外侧边缘上；和
        与所述导热罩的边缘相接触的散热器，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的边缘上；以及
    使冷却流体循环通过所述散热器，通过所述散热器和所述导热罩的边缘之间的接触区域，所述导热罩将所述多个蓄电池电池单元中产生的热传递到所述散热器。
11. 如方案10所述的方法，进一步包括位于所述蓄电池电池单元和所述重复的框架之间的膨胀单元。
12. 如方案11所述的方法，其中，所述膨胀单元是泡沫层。
13. 如方案11所述的方法，其中，在每个蓄电池电池单元的至少一侧上具有膨胀单元。
14. 如方案10所述的方法，其中，所述导热罩是铝片的。
15. 如方案10所述的方法，其中，在所述重复的框架的相反边缘上具有散热器。
16. 如方案10所述的方法，进一步包括热界面材料的层，所述热界面材料的层位于所述散热器和所述导热罩的折叠在所述重复的框架上的边缘之间，并且其中所述多个蓄电池电池单元中产生的热通过所述热界面材料的层传送到所述散热器。
17. 如方案10所述的方法，其中，所述重复的框架位于相邻的蓄电池电池单元之间。
18. 一种蓄电池模块，包括：
    多个重复的框架；
    多个膨胀单元，所述膨胀单元的一侧与所述重复的框架的一侧相邻；
    多个蓄电池电池单元，所述蓄电池电池单元的一侧与所述膨胀单元的另一侧相邻，所述蓄电池电池单元具有可弯折的导热罩，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的外侧边缘上；和
    与所述导热罩的边缘相接触的散热器，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的边缘上。
19. 如方案18所述的电池模块，其中，所述膨胀单元是泡沫层。
20. 如方案18所述的电池模块，其中，所述导热罩是铝片材料的。
21. 如方案18所述的电池模块，其中，在所述重复的框架的相反边缘上具有散热器。
附图说明
图1是冷却蓄电池电池单元的一种现有技术方法的示意图。
图2是冷却蓄电池电池单元的一种替代性现有技术方法的示意图。
图3是本发明的模块化热交换器的一个实施例的示意图。
图4是本发明的模块化热交换器的另一个实施例的示意图。
具体实施方式
新的设计提供了一种简单的、更稳健的蓄电池内部热交换器，其改进了冷却效率、降低了成本、改善了冷却可靠性、还简化了制造过程。
该设计允许对蓄电池内部热交换器的简化。蓄电池电池单元的铝片的罩被直接用作冷却翼片。所述罩的边缘与散热器之间的热连接被优化，这是因为用于蓄电池电池单元的导热罩与散热器直接接触。
与一些现有技术的设计相比，本设计具有更少的密封件，这是因为冷却剂只在模块的侧面流动，而不是像现有技术的系统中那样，冷却剂在每个蓄电池电池单元之间流动，或者在每隔一个蓄电池电池单元之间流动。
此外，散热器的设计很简单。模块中的部件更少，这是因为在蓄电池电池单元之间不需要冷却翼片（尽管如果需要的话，也可以包含它们）。这使得蓄电池模块更小。
因为堆叠的程序很简单，所以制造更容易。此外，由于在堆叠期间无需实现密封，所以仅需要普通清洁度标准即可。
因此，本设计提供了更少的材料、制造和质保成本。
图3显示了蓄电池模块50的一个实施例。蓄电池模块50包括蓄电池电池单元55。蓄电池电池单元55由可弯折的导热罩60包围，导热罩60在至少一侧上具有延伸的边缘翼片65，并且所期望的是至少两侧上都有延伸的边缘翼片65。可弯折的导热罩典型地是金属片的膜层，例如铝片的膜层。金属片的膜层典型地包括金属层，所述金属的表面上具有多层聚合物（例如，利用聚丙烯之类的粘胶粘附到金属上的尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯）。
蓄电池模块50包括重复的框架70。虽然并非必需，但重复的框架70典型地具有中央开口。重复的框架70支撑蓄电池电池单元55。如果需要，那么蓄电池电池单元55能装配到重复的框架70的一侧中。重复的框架70典型地利用重量轻、不导电的材料制成。合适的材料包括但不限于塑料（例如聚丙烯、尼龙66）和其他低导电性材料。如果需要，那么重复的框架就其结构强度而言可以是纤维增强的。
如图4所示，蓄电池模块50可以包括膨胀单元75，该膨胀单元75在蓄电池电池单元55的一侧上，位于蓄电池电池单元55和重复的框架70之间（即，蓄电池电池单元/膨胀单元/重复的框架/蓄电池电池单元/膨胀单元/重复的框架，等等）。替代性地，膨胀单元75可以位于每个蓄电池电池单元55的两侧上。本领域技术人员会理解的是，其他的布置也是可能的，例如每隔两个或三个（等等）的蓄电池电池单元设置一膨胀单元）。如果需要，那么膨胀单元75能装配到重复的框架70中。举例而言，膨胀单元75可以是泡沫片材。膨胀单元75在电池单元厚度方向上补偿电池单元容差和膨胀变化。
铝片的罩60的延伸的边缘翼片65折叠在重复的框架70的外侧边缘上，并且夹在重复的框架70的边缘和散热器80之间。散热器80安装在模块底座55的至少一侧上（通常是两侧上）。铝片的罩60和延伸的边缘翼片65将蓄电池电池单元55中产生的热直接传导至散热器80。导热罩与散热器之间的直接接触提供了更有效的热传递。已经估计的是，热传递效率的改进在具有较小变化的情况下是大约0.5℃的电池单元温度（25℃下的冷却板，具有4W的电池单元发热量）。
散热器80具有使冷却剂被泵送通过的通道。散热器80可以如下地形成：对两块金属（例如，铝）片材进行冲压，并且利用钎焊或焊接将它们焊在一起以形成通道。因为散热器80位于模块底座55的侧面上，所以每个散热器只需一个冷却剂入口85和一个冷却剂出口90。这消除了对用于每个冷却翼片的多个密封件的需求，从而减少了系统的成本和复杂性。
重复的框架70和膨胀单元75堆叠在蓄电池电池单元之间。在一个实施例中，可以在所有蓄电池电池单元之间设有重复的框架70和膨胀单元75（即，蓄电池电池单元/膨胀单元/重复的框架/蓄电池电池单元/膨胀单元/重复的框架，等等）。但是，其他的布置也是可能的，例如这种布置，即：所有的蓄电池电池单元之间设有重复的框架，并且每隔两个或三个（等等）蓄电池电池单元设有膨胀单元（即，蓄电池电池单元，重复的框架，蓄电池电池单元，膨胀单元，重复的框架，等等），或者在每隔两个蓄电池电池单元之间设有重复的框架和/或膨胀单元（即，2个蓄电池电池单元，重复的框架和/或膨胀单元，2个蓄电池电池单元，等等），或每隔三个蓄电池电池单元（例如，3个蓄电池电池单元，重复的框架和/或膨胀单元，3个蓄电池电池单元，等等），等等。
热界面材料（TIM）层95可任选地设置在散热器80的内表面和由延伸的边缘翼片形成的表面之间，该延伸的边缘翼片折叠在重复的框架70的边缘上。
应当指出的是，类似“优选地”、“通常地”和“典型地”之类的术语在此并不用作限制所要求保护的发明的范围，或者暗示某些特征是关键的、必需的、或对于所要求保护的发明的结构或功能而言甚至是重要的。相反，这些术语仅仅旨在强调可以用于或可以不用于本发明的特定实施例中的替代性或附加特征。
为了描述和限定本发明，应当指出的是，术语“装置”在此用于表示部件的组合以及单独的部件，无论这些部件是否与其他部件组合在一起。例如，依据本发明的“装置”可以包括电化学转换组件、或者燃料电池、或者结合有根据本发明的电化学转换组件的车辆，等等。
为了描述和限定本发明，应当指出的是，术语“基本上”在此用于表示可归因于任何定量的比较、评价、测量或其他表示的不确定性的固有程度。术语“基本上”在此还用于表示定量表述在不会导致所讨论的主题的功能改变的情况下可以从所述基准变化的程度。
已经参照本发明的特定实施例对本发明进行了详细的描述，显而易见的是，可能存在许多修改和变型，而不会偏离由所附权利要求限定的本发明的范围。更具体而言，虽然本发明的一些方面在此本认为是优选的或特别有利的，但要理解的是本发明不必局限于本发明的这些优选方面。

Claims (10)

1.一种蓄电池模块，包括：
   多个重复的框架；
   定位于所述多个重复的框架之间的多个蓄电池电池单元，所述蓄电池电池单元具有可弯折的导热罩，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的外侧边缘上；和
   与所述导热罩的边缘相接触的散热器，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的边缘上。
2.如权利要求1所述的蓄电池模块，进一步包括位于所述蓄电池电池单元和所述重复的框架之间的膨胀单元。
3.如权利要求2所述的蓄电池模块，其中，所述膨胀单元是泡沫层。
4.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中，在每个蓄电池电池单元的至少一侧上具有膨胀单元。
5.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中，所述导热罩是铝片材料的。
6.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中，在所述重复的框架的相反边缘上具有散热器。
7.如权利要求1所述的蓄电池模块，进一步包括热界面材料的层，所述热界面材料的层位于所述散热器和所述导热罩的折叠在所述重复的框架上的边缘之间。
8.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中，在相邻的蓄电池电池单元之间具有所述重复的框架。
9.一种冷却蓄电池模块的方法，包括：
    提供蓄电池模块，所述蓄电池模块包括：
        多个重复的框架；
        定位于所述多个重复的框架之间的多个蓄电池电池单元，所述蓄电池电池单元具有可弯折的导热罩，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的外侧边缘上；和
        与所述导热罩的边缘相接触的散热器，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的边缘上；以及
    使冷却流体循环通过所述散热器，通过所述散热器和所述导热罩的边缘之间的接触区域，所述导热罩将所述多个蓄电池电池单元中产生的热传递到所述散热器。
10.一种蓄电池模块，包括：
    多个重复的框架；
    多个膨胀单元，所述膨胀单元的一侧与所述重复的框架的一侧相邻；
    多个蓄电池电池单元，所述蓄电池电池单元的一侧与所述膨胀单元的另一侧相邻，所述蓄电池电池单元具有可弯折的导热罩，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的外侧边缘上；和
    与所述导热罩的边缘相接触的散热器，所述导热罩的边缘折叠在所述重复的框架的边缘上。
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