CN103314478A - 具有提高的组装效率的冷却构件和采用该冷却构件的电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池模块，其中多个由一个或更多个电池单元构成的单元模块被布置在电池模块的侧表面上，或本发明涉及一种冷却构件，所述冷却构件被安装在其中多个电池模块被布置在其侧表面上的电池组的顶部或底部上，并且所述冷却构件在充电和放电期间移除从电池单元产生的热，并且所述冷却元件包括：导热介质，该导热介质位于电池模块或电池组的顶部或底部处，并且包括顶部和底部分离的上板和下板；和冷却剂管，该冷却剂管被形成有中空结构，以允许冷却剂在内部流动，并且冷却剂管包括第一管和第二管，第一管安装在上板和下板之间，第二管被一体地连接到第一管，并且第二管位于电池模块或电池组的前表面和/或后表面上。

Description

具有提高的组装效率的冷却构件和采用该冷却构件的电池模块
技术领域
本发明涉及一种具有提高的组装效率的冷却构件和采用该冷却构件的电池模块，并且更加具体地，涉及一种冷却构件，所述冷却构件被安装在电池模块或电池组的顶部或底部处，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，所述电池模块被构造成具有以下结构，即：多个单元模块沿横向方向布置，所述多个单元模块中的每一个单元模块均包括一个或多个电池单元，所述电池组被构造成具有以下结构，即：多个电池模块沿横向方向布置，所述冷却构件包括：导热构件，该导热构件被设置在电池模块或电池组的顶部或底部处，该导热构件包括彼此分离的上板和下板；和冷却剂导管，该冷却剂导管包括第一导管和第二导管，所述第一导管和所述第二导管被构造成具有冷却剂在其中流动的中空结构，所述第一导管被设置在所述上板和所述下板之间，所述第二导管被一体地连接到所述第一导管，所述第二导管被布置在电池模块或电池组的前方和/或后方处。
背景技术
近来，能够充电和放电的二次电池已广泛用作无线移动装置的能量源。另外，作为电动车辆（EV）、混合动力电动车辆（HEV）和外接插电式混合动力电动车辆（Plug-in HEV）的动力源，二次电池已引起了相当大的关注，上述这些车辆已经被开发用以解决由现有的使用化石燃料的汽油和柴油车辆所引起的问题，诸如空气污染。
小型移动装置对每个装置使用一个或若干电池单元。另一方面，由于诸如车辆等的中大型设备需要高功率和大容量，所以这些中大型设备使用中大型电池模块，所述中大型电池模块具有彼此电连接的多个电池单元。
优选地，中大型电池模块被制造成具有尽可能小的尺寸和重量。因此，通常使用能够以高的集成度进行堆叠并具有小的重量/容量比的棱形电池或袋形电池来作为中大型电池模块的电池单元。特别地，目前很多兴趣都集中在使用铝层压片作为包覆构件的袋形电池，这是因为袋形电池的重量轻，袋形电池的制造成本低，并且能够容易改变袋形电池的形状。
构成这种中大型电池模块的电池单元可以是能够充电和放电的二次电池。因此，在这样的高功率、大容量二次电池的充放电期间，这些电池会产生大量的热。特别地，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呈现低导热性的聚合物材料，结果，难以有效降低电池单元的总体温度。
如果不能从电池模块中有效移除在电池模块的充放电期间由该电池模块产生的热量，则热量将积聚在该电池模块中，从而导致加速该电池模块的恶化。根据情形，该电池模块可能着火或爆炸。为此，在车辆用中大型电池组中，所述车辆用中大型电池组是包括多个中大型电池模块的高功率大容量电池，需要冷却系统来对安装在该电池组中的电池单元进行冷却。
通常，通过以高的集成度堆叠多个电池单元来制造安装在中大型电池组中的每个电池模块。在这种情况下，电池单元在这些电池单元彼此以预定间隔布置的状态下进行堆叠，使得能够移除在电池单元的充放电期间产生的热量。例如，在不使用额外构件的情况下，可以在电池单元彼此以预定间隔布置的状态下依次堆叠这些电池单元。替代地，在这些电池单元具有低机械强度的情况下，也可以将一个或多个电池单元安装在电池盒中以构成单元模块，并且可以将多个单元模块堆叠起来以构成电池模块。电池盒提高了电池单元的机械强度，然而，电池盒也增大了电池模块的总体尺寸。
另外，在堆叠的电池单元之间或堆叠的电池模块之间限定有冷却剂流动通道，使得有效移除在堆叠的电池单元之间或堆叠的电池模块之间积聚的热量。
特别地，在该冷却结构基于水冷式冷却系统的情况下，冷却剂导管延伸通过一体化的导热构件。
具体地，使用一种具有如下结构的冷却构件，即：被连接到管道的热沉连接部被形成为突出形状，以将冷却剂注入到在热沉中限定的流动通道，并且通过力配合将热沉连接部插入到管道中。
然而，在具有上述构造的冷却构件具有多个管道的情况下，难以通过力配合将热沉连接部插入到相应的管道。此外，冷却剂可能从热沉连接部和相应的管道之间的紧固区域泄漏。
因此，存在对有效地防止冷却剂的泄漏，确保长期的耐用性并且能够以提高的组装效率被制造的冷却构件和使用该冷却构件的具有优异安全性的电池模块的高度需求。
发明内容
技术问题
因此，为了解决上述问题，已经做出了本发明，本发明的一个目的是提供一种冷却构件，该冷却构件被构造成具有如下结构，即：导热构件被划分为上板和下板，第一导管被安装在上板和下板之间，并且第二导管被布置在电池组的前方和/或后方处。
本发明的另一目的是提供一种冷却构件，该冷却构件被构造成具有如下结构，即：第一导管和第二导管一体地彼此连接，使得第一导管和第二导管之间不需要额外的联接，从而提高组装效率和组装可靠性，并且其中防止冷却剂从第一导管和第二导管之间的连接区域泄漏。
技术方案
根据本发明的一个方面，能够通过提供这样冷却构件来实现上述及其它目的，该冷却构件被安装在电池模块或电池组的顶部或底部处，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，所述电池模块被构造成具有以下结构，即：多个单元模块沿横向方向布置，所述单元模块中的每个单元模块均包括一个或多个电池单元，所述电池组被构造成具有如下结构，即：多个电池模块沿横向方向布置，所述冷却构件包括：导热构件，该导热构件被设置在电池模块或电池组的顶部或底部处，该导热构件包括彼此分离的上板和下板；和冷却剂导管，所述冷却剂导管包括第一导管和第二导管，所述第一导管和所述第二导管被构造成具有冷却剂在其中流动的中空结构，第一导管被设置在上板和下板之间，第二导管被一体地连接到第一导管，第二导管被设置在电池模块或电池组的前方和/或后方处。
在根据本发明的冷却构件中，导热构件被划分为上板和下板。另外，第一导管和第二导管一体地彼此连接。如先前所描述的，因此，能够有效地防止冷却剂从第一导管和第二导管之间的连接区域泄漏。
另外，不同于常规的冷却构件，没有必要在导热构件的部分处形成额外的紧固部来将第一导管连接到导热构件。因此，能够大大地提高冷却构件的组装效率和组装可靠性。
在优选示例中，第一导管可以包括两个或更多个管。因此，与第一导管包括一个管的结构相比较，能够提高电池模块或电池组的冷却效率。
在另一示例中，可以在电池模块或电池组的前方和后方处设置第二导管。在该结构中，被引入到第二导管中的一个的冷却剂对导热构件进行冷却同时沿着第一导管流动并且然后移动到所述第二导管中的另一个第二导管。结果，导热构件冷却了电池模块。
优选地，第二导管与第一导管相比具有更大的直径。因此，当被引入到第二导管的冷却剂沿着第一导管流动时，在第一导管中的冷却剂的流速比第二导管中的冷却剂的流速高。因此，能够提高电池模块或电池组的冷却效率。
在具体示例中，第二导管的直径可能是第一导管的直径的两至五倍。如果第二导管的直径小于第一导管的直径的两倍，则可能难以将第二导管中的冷却剂的流速增加到期望水平，这不是优选的。另一方面，如果第二导管的直径大于第一导管的直径的五倍，则电池模块或电池组的整体尺寸被增加，这也不是优选的。然而，只要能够禁止上述效果，就能够从上述尺寸范围偏离。
第一导管和第二导管的形状不被特别地限制，只要冷却剂能够在第一导管和第二导管中有效地流动即可。例如，在流体力学方面，第一导管和第二导管被优选地在垂直截面中形成为圆形。
同时，冷却剂导管优选地由导热耐腐蚀材料形成。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。
导热构件可以是热沉。热沉是通过热接触从另一物体吸收热并且向外散逸所吸收的热的物体。
在优选示例中，具有与第一导管相对应的形状的凹槽可以被形成在上板和下板的特定部分处，第一导管沿导热构件的纵向方向安装在该部分处。因此，第一导管可以容易地安装在形成在上板和下板处的凹槽中。
导热构件可以布置成各种形式。例如，可以对一个电池模块或电池组设置一个导热构件。即，可以为相应的电池模块设置分开的导热构件或可以为电池组提供一体化的导热构件。
同时，冷却构件还可以包括冷却片，所述冷却片在所述冷却片中的每个冷却片的相反两侧与单元模块中的相对应的单元模块紧密接触的状态下设置在相应的单元模块之间。在这样的情况下，冷却剂在第一导管和第二导管中流动的同时将冷却热（cooling heat）顺序地传递到导热构件和冷却片。冷却热可以有效地对相应的单元模块进行冷却。
在上述结构的优选示例中，冷却片可以被弯曲，使得冷却片以表面接触方式接触导热构件。
即，在冷却片被设置在各个单元模块之间的情况下，能够最大化基于导热的散热，这是因为冷却片以表面接触方式接触导热构件。
在上述结构的另一优选示例中，每个冷却片的形状不被特别地限制，只要冷却片能够被设置成紧密接触单元模块即可。例如，在每个冷却片均可以在垂直截面中被形成为“
Figure BDA00003511445200061
”形或“T”形。在这样的情况下，能够将来自于导热构件的冷却热有效地传递到单元模块。
具体地，“T”形结构可以包括“I”形和“T”形的组合。
用于冷却片的材料不被特别地限制，只要冷却片呈现有必要实现高的冷却效率的优异导热性即可。例如，每个冷却片均可以由呈现高导热性的金属板形成。
优选地，每个电池单元均是板形二次电池，所述板形电池具有小的厚度和相对大的宽度和长度，使得当电池单元被堆叠以组成电池模块时最小化电池模块的总尺寸。这样的板形二次电池的优选示例可以是棱柱状二次电池或袋形二次电池。特别地，优选地使用被构造成具有如下结构的袋形二次电池，其中，电极组件被安装在形成在由包括树脂层和金属层的层压片形成的电池壳体处的电极组装容纳部中，并且通过热焊接密封的密封部（“外边缘密封部”）被形成在电极组件容纳部的外边缘处。
同时，冷却剂不被特别地限制，只要冷却剂呈现高的冷却效率同时在冷却剂导管中容易地流动即可。例如，冷却剂可以是具有高的潜热的水，从而最大化冷却效率。
根据本发明的另一方面，提供一种电池模块，其包括具有上述构造的冷却构件。
根据本发明的电池模块被构造成具有如下结构，其中，多个单元模块沿横向方向中布置，并且冷却构件被安装在该电池模块的顶部或底部处，所述单元模块中的每个单元模块均包括一个或多个电池单元。因此，能够构造这样的电池模块，在该电池模块中通过和冷却构件的导热构件和冷却剂导管大大地提高冷却效率，并且同时提高组装效率。
根据本发明的又一方面，提供一种电池组，该电池组包括沿横向方向布置的多个电池模块。
电池组包括多个电池模块，以提供高功率和大容量。因此，该电池组优选用作其中在电池模块的充放电期间产生的高温热量是严重安全问题的电动车辆、混合动力电动车辆和外接插电式混合动力电动车辆的动力源，或用作电力储存装置。
附图说明
根据以下与附图相结合的详细说明，将更加清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优点，其中：
图1是示出根据本发明的实施例的电池模块的透视图；
图2是示出图1的电池模块中的其中上板被安装到下板的结构的透视图；
图3是示出图1的电池模块中的冷却构件的放大视图；
图4是沿着图2的电池模块的线A-A’截取的典型截面图；
图5是示出根据本发明的另一实施例的冷却片的典型截面图；
图6和图7是示出根据本发明的其它实施例的电池组的透视图；
图8是示出图6的冷却构件的透视图；并且
图9是示出安装在根据本发明的电池模块中的示例性的板形电池单元的透视图。
具体实施方式
现在，将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。然而，应当注意，本发明的范围不限于所图示的实施例。
图1是典型地示出根据本发明的实施例的电池模块的透视图，并且图2是典型地示出图1的电池模块中的其中上板被安装到下板的结构的透视图。
另外，图3是典型地示出图1的电池模块中的冷却构件的放大视图，并且图4是当从电池模块的前方观看时的图2的电池模块的典型截面图。在这些附图中，为了方便起见，没有示出电池单元的电极端子。
参考这些附图，电池模块80被构造成具有如下结构，即：三个单元模块12被沿着横向方向布置，所述三个单元模块12中的每一个单元模块均包括一对电池单元10，并且冷却构件62被安装在电池模块10的顶部处。
冷却构件62包括：布置在电池模块80的顶部处的导热构件，该导热构件包括彼此分离的上板60和下板50；和第一导管40和第二导管30，该第一导管40和第二导管30被构造成具有冷却剂在其中流动的中空结构。
第一导管40被设置在上板60和下板50之间。第二导管30被一体地连接到第一导管40。第二导管30被设置在电池模块80的前方和后方处。
第一导管40包括两个管。第二导管30具有大于第一导管40的直径。例如，第二导管30的直径大约是第一导管40的直径的三倍。
在垂直截面中第一导管40和第二导管30被形成为圆形。第一导管和第二导管由耐腐蚀材料形成，使得防止第一导管和第二导管被冷却剂腐蚀。
另外，具有与第一导管40对应的形状的凹槽52被形成在上板60和下板50的第一导管40沿导热构件的纵向方向L安装的部分处。因此，在上板60在第一导管40被安装在下板50的凹槽52中的状态下覆盖下板50时，实现了上板60和下板50之间的联接。
同时，冷却片20在如下状态下设置在相应的单元模块12之间：所述冷却片20中的每一个冷却片的相反侧均与所述单元模块中的对应的单元模块紧密接触。另外，冷却片20被弯曲，使得冷却片20以表面接触方式接触导热构件。
所述冷却片20中的每一个冷却片均在垂直截面中被形成为“
Figure BDA00003511445200091
”形，并且由导热金属板形成。
图5是示出根据本发明的另一实施例的冷却片的典型截面图。
除了于冷却片在垂直截面中被形成为“T”形24和“I”形22之外，图5的冷却片在结构上与图4的冷却片相同，因此，将会省略详细描述。
图6和图7是典型地示出根据本发明的其它实施例的电池组的透视图，并且图8是典型地示出图6的冷却构件的透视图。
参考这些附图，图6的电池组200被构造成具有以下结构，其中，在图1中示出其中的一个的四个电池模块被布置在横向方向中，并且在每个电池模块上，冷却构件90安装在各个电池模块的顶部处，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。
冷却构件90包括导热构件，该导热构件包括四个上板92和四个下板94、八个第一导管98以及一对第二导管96。
除了导热构件包括一个上板90a和一个下板94a之外，图7的电池组200a与图6的电池组200相同，并且因此，将会省略详细描述。
图9是典型地示出被安装在根据本发明的电池模块中的示例性板形二次电池的透视图。
参考图9，板形二次电池100被构造成具有以下结构，即：两个电极引线110和120在电极引线110和120彼此相对的状态下从电池壳体130的上端和下端突出。
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包括上壳体和下壳体。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中的电极组件容纳部140中的状态下，电极组件容纳部140的外边缘，即，横向侧150b、上端150a以及下端150c通过热焊接来密封，以形成密封部150。结果，制造了二次电池100。
电极引线110和120分别从上端150a和下端150c突出。为此，考虑电极引线110和120的厚度以及在电极引线110和120和电池壳体130之间的材料中的不同，在膜型密封构件160介于电极引线110和120与电池壳体130之间的状态下，上端150a和下端150c被热焊接到彼此，以增加电池壳体130的密封性。
尽管已出于说明性目的而公开了本发明的优选实施例，但本领域技术人员将会理解，在不偏离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种变型、添加和替换。
[工业实用性]
从上文的描述中明显可见，根据本发明的冷却构件被构造成具有如下结构，即：导热构件被划分为上板和下板，并且安装在上板和下板之间的第一导管被一体地连接到设置在电池模块或电池组的前方和/或后方处的第二导管。因此，能够提供这样的电池模块或电池组，其能够防止冷却剂从第一导管和第二导管之间的连接区域泄漏并且具有提高的组装效率和组装可靠性。
此外，仅对于构成冷却构件的冷却剂导管要求抵抗冷却剂的耐腐蚀性，从而减少制造成本。

Claims (19)

1.一种冷却构件，所述冷却构件被安装在电池模块或电池组的顶部或底部处，以移除在电池单元的充电和放电期间从所述电池单元产生的热，所述电池模块被构造成具有以下结构，即：多个单元模块沿横向方向布置，所述多个单元模块中的每一个单元模块均包括一个或多个电池单元，所述电池组被构造成具有以下结构，即：多个电池模块沿横向方向布置，所述冷却构件包括：
导热构件，所述导热构件被设置在所述电池模块或所述电池组的顶部或底部处，所述导热构件包括彼此分离的上板和下板；和
冷却剂导管，所述冷却剂导管包括第一导管和第二导管，所述第一导管和所述第二导管被构造成具有冷却剂在其中流动的中空结构，所述第一导管被设置在所述上板和所述下板之间，所述第二导管被一体地连接到所述第一导管，所述第二导管被设置在所述电池模块或所述电池组的前方和/或后方处。
2.根据权利要求1所述的冷却构件，其中所述第一导管包括两个或更多个管。
3.根据权利要求1所述的冷却构件，其中所述第二导管被设置在所述电池模块或所述电池组的前方和后方处。
4.根据权利要求1所述的冷却构件，其中所述第二导管具有比所述第一导管更大的直径。
5.根据权利要求1所述的冷却构件，其中所述第一导管和所述第二导管的垂直截面被形成为圆形的。
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，其中所述导热构件是热沉。
8.根据权利要求1所述的冷却构件，其中，在所述上板和所述下板的沿所述导热构件的纵向方向安装所述第一导管的部分处形成具有与所述第一导管对应的形状的凹槽。
9.根据权利要求1所述的冷却构件，其中每个电池模块或电池组上都设置有所述导热构件。
10.根据权利要求1所述的冷却构件，还包括冷却片，在所述冷却片中的每个冷却片的相反两侧与所述单元模块中的相对应的单元模块紧密接触的状态下，所述冷却片设置在相应的单元模块之间。
11.根据权利要求10所述的冷却构件，其中所述冷却片被弯曲，使得所述冷却片以表面接触方式与所述导热构件接触。
12.根据权利要求10所述的冷却构件，其中所述冷却片中的每个冷却片均在垂直截面中被形成为“┐”形或“T”形。
13.根据权利要求10所述的冷却构件，其中所述冷却片中的每个冷却片均由导热金属板形成。
14.根据权利要求1所述的冷却构件，其中所述电池单元中的每个电池单元均是板形二次电池。
15.根据权利要求14所述的冷却构件，其中所述板形二次电池是袋形二次电池，所述袋形二次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电池壳体中，所述电池壳体由包括树脂层和金属层的层压片形成。
16.根据权利要求1所述的冷却构件，其中所述冷却剂是水。
17.一种电池模块，所述电池模块包括根据权利要求1至16中的任一项所述的冷却构件。
18.一种电池组，所述电池组包括多个根据权利要求17所述的电池模块，其中所述电池模块沿横向方向布置。
19.根据权利要求18所述的电池组，其中，所述电池组在电动车辆、混合动力电动车辆、外接插电式混合动力电动车辆或电力储存装置中使用。
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