CN104716400A - 发热元件容纳装置 - Google Patents

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Abstract

一种发热元件容纳装置，包括：第一侧表面，用于引导外部空气的空气进口提供于第一侧表面中；第二侧表面，排气口提供于第二侧表面的上部部分中；第一搁架板，提供在低于排气口的位置处，用于空气传送至排气口的开口提供于第一搁架板中；第二搁架板，具有传热特性，提供在高于空气进口的位置处，沿高度方向以预定间隔布置，具有用于使得由空气进口供给的空气向上传送的开口；模块箱，呈基本矩形六面体形状，包括具有纵向侧部部分的侧表面，固定在第二搁架板上，其中，每个模块箱容纳一组发热元件；以及高度导热的部件，每个部件具有传热表面，传热表面与模块箱的至少一个纵向侧表面中的接触，部件固定成使得传热表面的侧部部分与第二搁架板接触。

Description

发热元件容纳装置
技术领域
这里所述的实施例总体涉及发热元件容纳装置。
背景技术
动力存储装置例如电池是发热元件，根据它的动力存储容量的增加，它产生更大量的热量，因此目前希望提高容纳发热元件的发热元件容纳装置的冷却效率。
采用多个电池连接的结构来增加动力存储容量，这种结构称为动力存储模块。
通常，容纳发热元件的发热元件容纳装置的外壳具有冷却结构，其中，空气进口布置在下部部分中，排气口布置在上部部分中，动力存储模块分层堆垛在空气进口和排气口之间。
不过，在发热元件容纳装置的常规外壳冷却结构中，从空气进口导入的空气在从下部部分顺序通过分层堆垛的动力存储模块之间的空间的同时被加热。
而且，在各层上，空气在动力存储模块位置处通过对流而循环，这导致这样的问题：不仅在各层之间产生温度差的问题，而且甚至在同一层上的动力存储模块中在空气进口侧和排气口侧之间也产生温度差(温度变化)。
发明内容
这些实施例的主题是提供一种发热元件容纳装置，它能够降低发热的模块的空气进口侧和排气口侧之间的温度差(温度变化)。
附图说明
图1A是示出第一实施例的动力存储装置的结构的前剖视图。
图1B是在图1A中的动力存储装置沿B方向看时的侧剖视图。
图2A是示出第二实施例的动力存储装置的结构的前剖视图。
图2B是在图2A中的动力存储装置沿B方向看时的侧视图。
图3A是示出第三实施例的动力存储装置的结构的前剖视图。
图3B是在图3A中的动力存储装置沿B方向看时的侧剖视图。
图4A是示出第四实施例的动力存储装置的结构的前剖视图。
图4B是在图4A中的动力存储装置沿B方向看时的侧剖视图。
图5A是示出第五实施例的动力存储装置的结构的前剖视图。
图5B是在图5A中的动力存储装置沿B方向看时的侧剖视图。
图6A是示出第六实施例的动力存储装置的结构的前剖视图。
图6B是在图6A中的动力存储装置沿B方向看时的侧剖视图。
图6C是在图6A中的动力存储装置沿C方向看时的平面剖视图。
具体实施方式
一个实施例的发热元件容纳装置包括：外壳，该外壳包括第一(前)侧表面、第二(后)侧表面、第一搁架板、第二搁架板等；模块箱，所述模块箱均包含一组电池，该电池是发热元件；以及高度导热的部件。
在第一侧表面中，提供了用于引导外部空气的空气进口。
第二侧表面布置成面对第一侧表面，并具有提供于其上部部分中的排气口。
第一搁架板布置在低于排气口的位置处，并具有用于从下方向排气口传送空气的开口。
第二搁架板具有传热特性。
第二搁架板布置在高于空气进口的位置，以便在沿高度方向以预定间隔布置，每个第二搁架板具有用于使得由空气进口供给的空气向上传送的开口。
模块箱呈大致长方体形状，均包括具有纵向侧部部分的侧表面。
模块箱在相应高度处固定在第二搁架板上，其中，它们的纵向方向沿着空气的流动方向定向，并且每个模块箱容纳一组发热元件。
高度导热的部件均被固定成使得它的传热表面与模块箱的纵向侧表面中的至少一个接触，以及使得传热表面的侧部部分与第二搁架板接触。
下面将参考附图详细介绍这些实施例。
(第一实施例)
图1A和图1B是示出第一实施例的动力存储装置的结构的视图。
如图1A和图1B中所示，该实施例的动力存储装置包括：作为发热模块的模块箱2，各模块箱2容纳(储存)电池组4(作为发热元件组)；支撑部件，例如水平结构部件13h和竖直结构部件13v，这些支撑部件支撑(固定)模块箱2，以使得多个模块箱2分层布置；作为第一搁架板的顶板10、作为第二搁架板的搁架板12、作为高度导热部件的传热板9；以及外壳1，该外壳1容纳这些部件。
也就是，这种动力存储装置是容纳发热元件的发热元件容纳装置。
模块箱2呈大致长方体形状，各模块箱2包括多个侧表面，所述侧表面具有纵向侧部部分。
模块箱2在相应高度处安装和固定在搁架板12上，它们的纵向方向沿着气体例如空气的流动方向定向。
预定间隔沿竖直方向布置在各(上部和下部)模块箱2之间，以便能够空气通风。
在这些模块箱2中，最低的模块箱称为最下侧模块箱2a，在它的上部层上的模块箱称为第二层模块箱2b，最高的模块箱称为最上侧模块箱2z。
在各模块箱2中，作为发热元件的多个电池3沿水平方向布置成直线，以便形成电池组4。
电池3是呈大致矩形六面体形状的发热元件，并布置成使得它们的端子朝向侧面。
当多个电池3这样布置成使得它们的表面相互紧密接触，以便形成电池组4时，电池组4的温度比当电池3各自独立时更高。
这些电池3的温度沿布置方向朝着中心变得更高。
电池3设有电极(端子)，但是各电池的端子指向的方向适当地变化，以便防止电极阻碍与模块箱2和传热板9的传热。
因为电池组4在模块箱2中产生热量从而温度升高，因此需要向外散热。
当电池3堆垛的布置方向为从外壳1的前表面朝向后表面时，电池组4的温度在前侧高，在后侧低。
外壳1包括上表面1a、面对该上表面1a的底表面1b、连接上表面1a的边缘和底表面1b的边缘的侧表面1c、作为第一侧表面的前侧表面1d以及作为第二侧表面的后侧表面1e。
前侧表面1d布置成面对后侧表面1e。
在外壳1的前侧表面中，空气进口15设置在与各层上的模块箱2相对应的位置处。
空气进口15将外部空气导入(供给至)外壳1中。
在外壳1的上部部分中(更详细地，在后表面1e的上部部分中)提供了排气口16。
在外壳1的上部部分中提供了作为第一搁架板的顶板10。
顶板10设置在比排气口16低的位置处。
在顶板10上安装了用于控制多个电池3的输出的控制部件11。在顶板10的侧部提供了用于将来自下方的空气传送至排气口16的开口10a。
开口10a提供于侧部并靠近后侧表面1e。
在外壳1中，提供了作为第二搁架板的搁架板12。
搁架板12布置在比相应空气进口15高的位置处，从而沿高度方向以预定间隔布置。
搁架板12是金属板，例如铝板，具有较高传热特性。
在搁架板12的侧部提供了开口12a，该开口12a是用于向上传送从空气进口15供给的空气的间隙。
开口12a提供在靠近前侧表面1d的位置处和靠近后侧表面1e的位置处。
考虑到空气流动，在后侧的开口12a制成为比在前侧的开口12a更宽。
竖直结构部件13v布置成竖直竖立，外壳1的每个拐角处一个。
水平结构部件13h布置在安装相应搁架板12的位置处，并沿高度方向以预定间隔布置，以便固定在竖直结构部件13v和侧表面1c上。
传热板9均具有传热表面，且传热板9固定成使得它们的传热表面与相应模块箱2的侧表面接触。
而且，传热板9固定成使得它们的边缘部分(侧部部分)与搁架板12接触。
尽管在该实例中传热板9布置在模块箱2的侧表面上，但是应当知道，传热板9可以有其它可选结构，例如，各传热板9形成为沿它的侧部部分以直角弯曲的板部件，以便有两个表面，并布置成与模块箱2的上表面和侧表面接触，或者形成为具有三个表面的板部件，并布置成包围模块箱2。
也就是，只需要使得传热板9的传热表面与模块箱2的纵向侧表面中的至少一个接触即可。
下面介绍第一实施例的动力存储装置的操作。
在该第一实施例中，外壳1具有布置在前侧表面1d中的空气进口15以及布置在后侧表面1e的上部部分中的、与空气进口15相对的排气口16。在排气口16侧具有开口的顶板10布置在最上侧模块箱2z的上方。在前侧表面1d中，空气进口15设置在与相应模块箱2a相对应的位置处。热导率较高的传热板9固定成使得它们的传热表面与相应模块箱2的侧表面接触以及使得它们的侧部与搁架板12接触。
通过这种结构，来自各模块箱2的侧表面的热流扩散至传热板9。
因此，根据沿容纳在各模块箱2中的电池3的布置方向(在本例中，箱的纵向方向)的位置的温度变化很小。
而且，因为模块箱2的热量由传热板9的表面接收，以便传递给搁架板12，因此向空气散热的面积变大。
因此，从电池3向空气的总传热系数变大，这能够降低电池3的温度。
(空气的流动)
从提供于外壳1的前侧表面1d中的多个空气进口15供给至外壳1中的空气分支成水平流动路径(各水平流动路径由在各层上的模块箱2、搁架板12和侧表面1c来包围)和在前侧表面1d侧(空气进口15侧)上的竖直流动路径，以便向后和向上流动。
当空气经过水平流动路径时，相应模块箱2的底表面被冷却。
然后，空气在后部部分中流向后侧表面1a(朝向排气口16)和竖直流动路径，并经由开口10a从排气口6排出。
而且，进入更靠近前侧表面1d的空气进口15的竖直流动路径中的空气在各层的模块箱2的位置处分支成向上的流以及通向水平流动路径的流，该水平流动路径是在模块箱2之间的流动路径。
通入水平流动路径中的空气向后流动，且当进入在排气口16侧的竖直流动路径时沿该竖直流动路径升高，以便从排气口16排出。
当空气的温度由于各层上的模块箱2的散热而升高时，促进在排气口16侧的竖直流动路径的隧道效应，使得空气通入模块箱2之间的水平流动路径中，以便流向后侧表面1e并且沿竖直流动路径升高，从而平顺流向排气口16。
因为多个空气进口15提供于前侧表面1d中，因此在前侧表面1d侧的竖直流动路径的上游侧和下游侧具有与供给空气的温度几乎相同的温度。
因此，在模块箱2之间，流入水平流动路径中的空气几乎没有温度差。
因此，各层上的模块箱2通过具有几乎均匀温度的空气来冷却，这能够降低在上部模块箱和下部模块箱2之间的温度差，也就是取决于模块箱2的高度位置的温度变化。
如上所述，根据该第一实施例，高热导率的传热板9固定，且它们的传热表面与模块箱2的侧表面接触，传热板9的侧部与搁架板12接触，使得来自各模块箱2的侧表面的热流扩散至传热板9，这降低了根据沿电池3(该电池3容纳在各模块箱2中)的布置方向(在本例中，从外壳1的前侧朝向后侧的方向)的位置而引起的温度变化
而且，因为热量通过传热板9而传递给搁架板12，因此散热(热辐射)面积变大，从电池3向空气的总体传热效率变大，这也能降低电池3自身的温度。
因此，能够降低作为动力存储模块的各模块箱2的空气进口15侧和排气口16侧之间的温度差(温度变化)。
而且，空气进口15在与各模块箱2相对应的位置处提供于前侧表面1d中，使得在水平流动路径中，从空气进口15供给至外壳1内的空气的可流动性提高，同时空气与模块箱2的表面接触，这能够几乎均匀地冷却模块箱2，因此降低了模块箱2的、根据它们在外壳1中的上下位置而引起的温度差(温度变化)。
(第二实施例)
下面将参考图2A和图2B介绍第二实施例的动力存储装置。
应当知道，与上述第一实施例的结构(图1A和图1B中所示的结构)相同的结构将由相同参考标号表示，并将省略它们的说明。
如图2A和图2B中所示，在第二实施例的动力存储装置中，电池3的厚度方向T指向竖直方向，高热导率的传热片19各自布置在搁架板12和模块箱2之间。
传热片19例如是具有传热特性的片材部件，例如铝箔片或铜箔片。
在第二实施例中，因为高热导率的传热片19各自置于模块箱2和搁架板12之间，因此来自各模块箱2(该模块箱2容纳发热元件组4)的热流也扩散至传热片19，并通过该传热片19而散热至搁架板12、水平结构部件13h和竖直结构部件13v。
因此，来自各模块箱2的有效散热面积增加。
如上所述，根据该第二实施例，不仅获得第一实施例的效果，而且还增加了从各模块箱2的有效散热面积，原因是高热导率的散热片19各自置于模块箱2和搁架板12之间，因此来自各模块箱2的热流通过传热片19而散热至搁架板12、水平结构部件13h和竖直结构部件13v，这能够降低容纳于模块箱2中的电池3的温度。
(第三实施例)
下面将参考图3A和图3B介绍第三实施例的动力存储装置。
应当知道，与上述第一实施例的结构(图1A和图1B中所示的结构)相同的结构将由相同参考标号表示，并将省略它们的说明。
如图3A和图3B中所示，除了第一实施例的结构之外(图1A、图1B)，第三实施例的动力存储装置还具有狭槽20。
在模块箱2的侧表面中，狭槽20设在与容纳于模块箱2中的各电池3相对应的位置处。
在模块箱2的相对侧表面上提供传热板9。
在本例中，电池3的端子在上侧。
当传热板9提供于各模块箱2的两侧时，狭槽20也在一个表面上提供于传热板9中。
在该第三实施例中，因为狭槽20提供于模块箱2的、沿电池3的高度方向面对电池3的侧表面中，从而面对各电池3，也就是，因为狭槽20提供于模块箱的面对电池3的侧表面的侧表面中，因此在电池3中产生的热量能够从电池3通过狭槽20直接散热至水平流动路径(该水平流动路径是空气的通路)，而并不进入模块箱2中。
因此能够降低从电池3向外壳1中的空气传热的总传热系数。
如上所述，根据该第三实施例，不仅获得第一实施例的效果，而且还能够由于在模块箱2的侧表面中提供的狭槽20而降低从电池3向外壳1中的空气传热的总传热系数，这能够降低电池3的温度。
(第四实施例)
下面将参考图4A和图4B介绍第四实施例的动力存储装置。
应当知道，与上述第一实施例的结构(图1A和图1B中所示的结构)相同的结构将由相同参考标号表示，并将省略它们的说明。
如图4A和图4B中所示，在第四实施例的动力存储装置中，除了第一实施例(图1A和1B)的结构之外，还提供(添加)了排气风扇18。
排气风扇18提供于排气口16中。
由于这样在排气口16中提供排气风扇18，因此来自下方的空气通过在顶板10侧上的开口10a而抽吸至排气口16之外。
由于提供了排气风扇18，从空气进口15流入外壳1中的空气的流速将在水平流动路径和竖直流动路径中变得非常高，因此能够增加热导率，这能够大大降低容纳在模块箱2a、2b、2z中的电池3的总体温度升高。
顺便说明，在本例中，设置排气风扇18和排气口16的位置并不局限于外壳1的上部部分，而是它们可以设置于后侧表面1e(该后侧表面1e面对提供了空气进口15的前侧表面1d)的多个位置处，或者可以提供于基本整个表面上或者在外壳1的顶部部分(拐角部分)上。
如上所述，根据该第四实施例，不仅获得第一实施例的效果，而且因为除了第一实施例的结构之外还提供(添加)了排气风扇18(因此在模块箱2a、2b、2z的上侧和下侧的水平流动路径中和在竖直流动路径中的空气流速变得非常高)，因此能够降低储存在模块箱2a、2b、2z中的电池3的总体温度增加。
而且，与第一实施例中相比，根据模块箱2a、2b、2z(发热元件组4)的高度位置而引起的温度变化能够变得更小。
(第五实施例)
下面将参考图5A和图5B介绍第五实施例的动力存储装置。
应当知道，与上述第一至第四实施例的结构(图1A和图1B至图4A和图4B中所示的结构)相同的结构将由相同参考标号表示，并将省略它们的说明。
如图5A和图5B中所示，第五实施例的动力存储装置的结构与第四实施例的结构相同，除了空气进口15提供于一个位置之外。
在前侧表面1d中，空气进口15提供于与最下侧模块箱2a的高度相对应的位置处。
在第五实施例中，空气进口15只提供在与沿竖直方向分层布置的模块箱2中的最下侧模块箱2a相对应的位置处，使得空气从外壳的下部部分流向排气口16，且不会滞留在外壳1的下部部分中。
因此，最下侧模块箱2a的温度不会变得高于沿竖直方向布置的多个模块箱2的温度。
如上所述，根据该第五实施例，因为在前侧表面1d中，空气进口15提供在与最下侧模块箱2a相对应的一个位置处，因此最下侧模块箱2a的温度不会变得高于沿竖直方向布置的多个模块箱2的温度，这能够降低根据模块箱2的竖直位置而引起的温度变化。
而且，由于这样在前侧表面1d的下部部分中提供空气进口15，因此流向通向模块箱2a、2b、2z的水平流动路径的空气将由于排气风扇18的负压而平顺流动，这能够提高外壳1内部的冷却效率。
(第六实施例)
下面将参考图6A、图6B和图6C介绍第六实施例的动力存储装置。
应当知道，与上述第一至第五实施例的结构(图1A和图1B至图5A至图5B中所示的结构)相同的结构将由相同参考标号表示，并将省略它们的说明。
如图6A、图6B和图6C中所示，在第六实施例的动力存储装置中，水平结构部件13h和竖直结构部件13v是空心管(水平管8和竖直管7)，这些管连接，以便使得水能够在管中通过，这些管的连接部分被密封，且端部部分被密封，作为液体进口的进水口5提供于前侧表面1d中，作为液体排出口的排水口提供于后侧表面1e中。
而且，进水口5和排水口6通过外部管、软管等而与用于水通过的泵(未示出)连接，因此水通过这些管。进水口5设置成使得液体从外部进入装置中的管7、8内。排水口6设置成使得液体从装置中的管7、8排出至外部。
水平管8布置成与各层上的搁架板12接触。
因此，从搁架板12至在竖直管7和水平管8中流动的水的总传热系数能够小于从搁架板12至冷却空气的总传热系数。
应当知道，水可以是例如防冻液的液体。
如上所述，根据第六实施例，因为水通道管布置成与空气的流动路径和搁架板12接触，以便形成水冷结构，因此从搁架板12至在竖直管7和水平管8中流动的水的总传热系数能够小于从搁架板12至冷却空气的总传热系数，这能够耗散模块箱2的更大量热量，以便降低容纳于模块箱2中的电池3的温度。
在上述实施例中，在空气进口15和传热板9组合的前提下，介绍了另外具有传热片19、排气风扇18或狭槽20的结构以及当在外壳1中的结构部件(支撑部件)是水冷管时的实例，但是它们可以以多种方式来组合。
例如，将排气风扇18添加至第六实施例的结构(参考图6A、图6B和图6C)上将增加在外壳1中的空气流速，因此空气高速通过搁架板12附近，该搁架板12的温度通过管(例如水平管8和竖直管7)而降低，因此在外壳1中的空气的温度降低，将促进模块的表面的散热，这能够进一步降低电池3的温度。
而且，在上述实施例中，提出了模块箱2布置成三层的实例，但是模块箱2的层数并不局限于三，也可以是二或者四或者更多。
尽管已经介绍了特定实施例，但是这些实施例只是实例，将并不限制本发明的范围。实际上，这里所述的新颖实施例可以以多种其它形式来实施；而且，在不脱离本发明的精神的情况下可以对这里所述实施例的形式进行多种省略、代替和改变。附加权利要求和它们的等效物将覆盖落在本发明的范围和精神内的这些变化或改变。

Claims (16)

1.一种发热元件容纳装置，包括：
第一侧表面，用于引导外部空气的空气进口提供于第一侧表面中；
第二侧表面，第二侧表面布置成面对第一侧表面，且排气口提供于第二侧表面的上部部分中；
第一搁架板，第一搁架板提供在低于排气口的位置处，且用于将来自下方的空气传送至排气口的开口提供于第一搁架板中；
第二搁架板，第二搁架板具有传热特性，提供在高于空气进口的位置处，以便沿高度方向以预定间隔布置，每个第二搁架板具有用于使得由空气进口供给的空气向上传送的开口；
模块箱，模块箱呈基本矩形六面体形状，每个模块箱包括具有纵向侧部部分的侧表面，模块箱在相应高度处固定在第二搁架板上，其中，模块箱的纵向方向沿空气的流动方向定向，每个模块箱容纳一组发热元件；以及
高度导热的部件，每个部件具有传热表面，所述传热表面与模块箱的纵向侧表面中的至少一个接触，所述部件固定成使得传热表面的侧部部分与第二搁架板接触。
2.根据权利要求1所述的发热元件容纳装置，其中：
空气进口提供于第一侧表面的、与各层上的模块箱相对应的位置处。
3.根据权利要求1所述的发热元件容纳装置，还包括：
传热片，每个传热片布置在模块箱和第二搁架板之间。
4.根据权利要求2所述的发热元件容纳装置，还包括：
传热片，每个传热片布置在模块箱和第二搁架板之间。
5.根据权利要求1所述的发热元件容纳装置，还包括：
开口，该开口提供于各模块箱的侧表面中，以便暴露模块箱中的各发热元件。
6.根据权利要求2所述的发热元件容纳装置，还包括：
开口，该开口提供于各模块箱的侧表面中，以便暴露模块箱中的各发热元件。
7.根据权利要求3所述的发热元件容纳装置，还包括：
开口，该开口提供于各模块箱的侧表面中，以便暴露模块箱中的各发热元件。
8.根据权利要求1所述的发热元件容纳装置，还包括：
布置在排气口中的排气风扇。
9.根据权利要求2所述的发热元件容纳装置，还包括：
布置在排气口中的排气风扇。
10.根据权利要求3所述的发热元件容纳装置，还包括：
布置在排气口中的排气风扇。
11.根据权利要求4所述的发热元件容纳装置，还包括：
布置在排气口中的排气风扇。
12.根据权利要求1所述的发热元件容纳装置，其中：
空气进口布置在第一侧表面的、与最下侧模块箱相对应的位置处。
13.根据权利要求3所述的发热元件容纳装置，其中：
空气进口布置在第一侧表面的、与最下侧模块箱相对应的位置处。
14.根据权利要求4所述的发热元件容纳装置，其中：
空气进口布置在第一侧表面的、与最下侧模块箱相对应的位置处。
15.根据权利要求5所述的发热元件容纳装置，其中：
空气进口布置在第一侧表面的、与最下侧模块箱相对应的位置处。
16.根据权利要求1所述的发热元件容纳装置，还包括：
空心管，该空心管布置在发热元件容纳装置中，以便与在各层上的第二搁架板接触；
液体进口，该液体进口设置成使得液体从外部进入发热元件容纳装置中的管内；以及
液体排出口，该液体排出口设置成使得液体从发热元件容纳装置中的管排出至外部。
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