CN103066342B - 电池冷却板以及冷却系统 - Google Patents

Abstract

根据本公开的一个实施例的电池模块，其包括电池组，该电池组包括多个间隔开的电池单元，并包括具有提供冷却腔的多个冷却板的冷却系统。这些冷却板在电池单元之间以交替地的关系布置，其中每个冷却板至少包括第一冷却通道和第二冷却通道。第一冷却通道具有第一形状并布置在第一热区域内，第二冷却通道具有与第一形状不同的第二形状并布置在与第一热区域不同的第二热区域内。

Description

电池冷却板以及冷却系统

背景技术

已知，诸如用在混合动力车辆中的电池模块包括多个电池单元。在工作过程中，这些电池单元的温度上升，并且通常这些热的电池单元具有不均衡的温度梯度。在一个已知的系统中，在电池单元之间设有冷却板，并且冷却剂在每个冷却板中流动穿过以实现对相邻的电池单元的冷却。

发明内容

根据本公开的一个实施例的电池模块包括电池组，该电池组包括多个间隔开的电池单元，并包括具有提供冷却腔(cooling plenum)的多个冷却板的冷却系统。这些冷却板以交替的关系布置在电池单元之间，并且每个冷却板包括第一冷却通道和第二冷却通道。第一冷却通道具有第一形状并且布置在第一热区域内，第二冷却通道具有与第一形状不同的第二形状并且布置在与第一热区域不同的第二热区域内。

在本公开的另一个实施例中，冷却板包括第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道。第一冷却通道设置成U形，以及第二冷却通道设置为在第一方向上呈蜿蜒状。第三冷却通道设置为在第二方向上呈蜿蜒状，其中第二方向与第一方向大致垂直。

本公开的这些和其它特征可以通过如下附图和详细描述得到最好的理解。

附图说明

附图可以被简述如下：

图1示出了示例性的电池模块。

图2示意性地示出了示例性的冷却系统。

图3示出了电池模块的一部分的横截面，并且特别示出了示例性的冷却板的细节。

图4示出了示例性的冷却板。

图5A-5B示出了冷却板的其它实施例。

具体实施方式

图1示出了示例性的电池模块10。电池模块10包括多个电池单元12，所述电池单元12具有布置在每个电池单元12的两侧中的任一侧上的绝热衬垫14。在工作过程中，这些绝热衬垫14将电池单元12热隔绝，并适应电池模块10内的热膨胀。

每个电池单元12设有母线(busbar)16，所述母线16将电池单元的一个电压端子(正极或负极)与相邻的电池单元12的相反电压端子(负极或正极)相连。通过母线16，电池模块10内的电池单元12彼此电连接以便为负载18供电。母线16布置于电池模块10的顶部处。然而应当理解的是，所述的“顶部”、“底部”、“横向侧(lateral side)”以及其它涉及位置和方位的术语只是用于示意性的目的。也就是说，这些术语的使用只是方便的目的，都不应以任何方式理解为对本发明的限制。

在每对电池单元12之间布置有冷却板20。冷却板20彼此连接以提供形成为冷却系统24一部分的冷却腔22，如图2所示。

参照图2并继续参照图1，示例性的冷却系统24包括使冷却流体穿过冷却系统24循环的泵26。在该示例中，泵26首先将冷却流体循环至冷却腔22，以接收从电池模块10排放的热量。被加热的冷却流体然后循环至热交换器28(该热交换器28可以包括有风扇29)以将冷却流体中的热量排放到周围环境中。如果需要的话，该冷却系统24可以包括附加的部件(例如膨胀阀)。在一个实施例中，在电池模块10的上游设置有膨胀阀。

冷却板20由第一片材36和第二片材38构成，如图3所示，所述第一片材36和第二片材38通过材料40彼此固定，例如铜焊。在一个实施例中，该第一片材36和第二片材38由铝制片材构成，该铝制片材的每片具有0.2-0.5mm(0.0078-0.0196英寸)的厚度。应当理解的是，任何数量的制造方法都可以用于制造冷却板。例如，铝制片材可以被冲压，然后用铜焊或激光焊来实现彼此连接。

冷却板20具有至少两个通道，所述通道布置在彼此具有分立的、不同流动路径的两个分立的热区域内。在一个实施例中，冷却通道的横截面面积为0.5mm×8mm(0.0196-0.3150英寸)。在一个实施例中，冷却板具有三个不同的热区域X、Y、Z，如图4所示。在一个电池模块的布置中，60％的热量处于电池单元12的上部40％区域(top 40％)内。在这种布置中，第一热区域X和第二热区域Y将对应于电池单元12的上部40％区域。

图4示出了示例性的冷却板20的细节。冷却板20包括入口端口30和出口端口32。进一步地，冷却板20具有顶部侧48、底部侧50和横向侧52、54。母线布置在顶部侧48处，并且入口端口和出口端口布置在底部侧50处。通常，电池单元12在靠近母线16之处最热，以及在远离母线的侧上最冷。

在实施例中，第一热区域X主要布置在冷却板20的顶部处，邻近母线16，母线16产生大量的热。第一冷却通道42具有“π(pi)”形或者倒置的U形的形状，其沿着横向侧52从入口端口30延伸直到顶部侧48，然后沿横向侧54延伸至出口端口32。第一冷却通道42专用于一次性快速除去第一热区域X的热量。

第二冷却通道44主要布置在第二热区域Y中，第二热区域Y位于冷却板20的上部40％区域内，但是远离母线16。第二冷却通道44还位于第一冷却通道42内。第二冷却通道44关于第一方向D1呈蜿蜒状，此处为S形，第一方向D1与冷却板20的横向侧52、54大致垂直。在所示的实施例中，第二冷却通道44朝第一冷却通道42向上延伸，在41处沿横向朝内转向，然后在43和45处折回两次，之后在大约中间位置处向下返回到出口端口32。以这种方式，冷却板的顶部的热量用于加热板的较冷部分并且更均匀地分布热量。

第三冷却通道46主要布置在第三热区域Z中。在所示的例子中，第三冷却通道46关于第二方向D2呈蜿蜒状，该第二方向D2大致垂直于D1。如图所示，第三冷却通道46位于第二冷却通道44内，并且从冷却入口30竖向延伸至冷却板20大致半程，然后在47、49和51处折回多次，之后返回到冷却出口32。蜿蜒的流动路径流至冷却板的较热部分(靠近热区域Y)以吸收热量，并将热量分布至最冷的部分(热区域Z，靠近端口30、32处)。

应当理解的是，虽然所示的第二冷却通道44为S状，第二冷却通道可以包括任意数量的转弯部，而不是仅仅包括两个转弯部。另外，虽然第二冷却通道44关于基本平行于冷却板20的横向侧52、54延伸的第一方向D1呈蜿蜒状，第二冷却通道可以沿另一个方向(例如D2)定向。例如，在一个实施例中，第二冷却通道44关于第二方向D2呈蜿蜒状，然而其仍主要位于第二热区域Y中，以及第三冷却通道46关于第一方向D1呈蜿蜒状，然而仍主要位于第三热区域Z。

再参照图4，第一冷却通道42、第二冷却通道44和第三冷却通道46的端部会聚于出口端口42附近的混合部分34。第一冷却通道42、第二冷却通道44和第三冷却通道46分别包括第一测量开孔56、第二测量开孔58和第三测量开孔60，所述这些测量开孔用于调整通过每个相应冷却通道的流体的流动。

将开孔56、58、60的尺寸设计成在冷却通道之间获得所需的相对流动，从而获得穿过冷却板的期望的温度梯度。在一个实施例中，第一一冷却通道42接收流的大约40％，第二冷却通道44接收流的大约35％，以及第三冷却通道46接收流的大约25％。出于披露的目的，术语“大约”包括在现有技术中能接受的容差内的值。开孔56、58、60的尺寸也提供用于每个冷却板20的期望压降。这使得在系统级别的每个冷却板20之间的冷却剂的均匀分布。

图5A示出了冷却板120的另一个例子。在第一冷却通道142、第二冷却通道144和第三冷却通道146中冷却板结合有凹部62，以便为冷却通道提供更好的结构整体性。

如图5B中的冷却板220所示，可选地或可附加地，每个冷却通道可以包括多个子通道。在实施例中，第一冷却通道242包括第一子通道242a和第二子通道242b；第二冷却通道244包括第一子通道246a和第二子通道246b；以及第三冷却通道246包括第一子通道246a和第二子通道246b。

因此，本公开提供了用于在电池模块中的每个电池单元的均匀的冷却剂流分布。如上所述，本公开进一步提供了在每个电池单元内部所需的、局部的冷却剂流，其有效地冷却每个电池单元，并在每个电池单元内部实现最小化的温度差异。

尽管上述的各个不同的例子中具有特定组件，本公开所披露的实施例并不受这些特定组件的限制。可以使这些例子中的一个例子的一些部件或特征与另一个例子的部件或特征进行组合。

本领域技术人员应当理解的是，上述实施例是示例性而非限制性的。对本公开的修改将落入本公开权利要求的保护范围。相应地，如下的权利要求书将用于确定本公开的内容和真正要求保护的范围。

Claims (15)

1.一种电池模块，其包括：

具有多个间隔开的电池单元的电池组；以及

具有提供冷却腔的多个冷却板的冷却系统，这些冷却板以交替的关系布置在电池单元之间，每个冷却板包括第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道，其中第一冷却通道具有U形形状并且布置在第一热区域中，第二冷却通道具有在第一方向上的蜿蜒状形状，第二冷却通道布置在与第一热区域不同的第二热区域中，第三冷却通道具有在与第一方向大致垂直的第二方向上的蜿蜒状形状，并且第三冷却通道布置在与第一热区域和第二热区域不同的第三热区域中。

2.如权利要求1所述的电池模块，其中第三冷却通道具有的蜿蜒状形状不同于第一冷却通道的U形形状和第二冷却通道的蜿蜒状形状。

3.如权利要求2所述的电池模块，其中第一热区域靠近电池单元的母线，第三热区域靠近布置在与母线相对的侧上的冷却剂入口端口和冷却剂出口端口。

4.如权利要求3所述的电池模块，其中第一冷却通道的U形形状是倒置的。

5.如权利要求1所述的电池模块，还包括构造成用于使冷却流体穿过冷却系统循环的泵。

6.如权利要求5所述的电池模块，还包括布置在泵的上游和电池组的下游的排放热量的热交换器。

7.一种用于电池模块的冷却板，其包括：

第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道，所述第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道分别具有第一形状、第二形状和第三形状，分别布置在第一热区域、第二热区域和第三热区域中，其中第一热区域、第二热区域和第三热区域彼此不同，第三热区域靠近冷却剂的入口端口和冷却剂的出口端口，第一热区域与第三热区域相对地设置，第一冷却通道设置为U型，第二冷却通道设置为关于第一方向成蜿蜒状，第三冷却通道设置为关于第二方向成蜿蜒状，其中第二方向与第一方向大致垂直。

8.如权利要求7所述的冷却板，还包括第一片材和第二片材，所述第一片材和第二片材提供第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道。

9.如权利要求8所述的冷却板，其中第一片材和第二片材每个均具有0.2mm－0.5mm的厚度。

10.如权利要求7所述的冷却板，其中第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道分别包括邻近冷却剂出口端口而设置的第一测量开孔、第二测量开孔和第三测量开孔。

11.如权利要求10所述的冷却板，其中第一冷却通道将尺寸设计为使得第一冷却通道接收冷却剂流的大约40％，第二冷却通道接收冷却剂流的大约35％，而第三冷却通道接收冷却剂流的大约25％。

12.如权利要求7所述的冷却板，其中第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道每个均包括至少一个子通道。

13.如权利要求7所述的冷却板，其中第一冷却通道设置为倒置的U形，从而使得第一冷却通道从冷却剂入口端口沿着冷却板的横向侧、沿着冷却板的顶部侧、继而沿着冷却板的另一横向侧而延伸至冷却剂的出口端口。

14.如权利要求13所述的冷却板，其中第二冷却通道位于第一冷却通道内，并且其中第一方向大致垂直于冷却板的横向侧。

15.如权利要求14所述的冷却板，其中第三冷却通道位于第二冷却通道内。