CN104979600A - 用于电池单元间平均分布温度的系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种用于电池单元间平均分布温度的系统，包含：一导热流体，包覆该电池单元并能实质围绕该电池单元和/或沿该电池单元间的一特定路径循环；一封闭式外壳，包覆该电池单元与该导热流体；及一循环模块，装设于该封闭式外壳的内部或外部，用来驱动该导热流体以围绕该电池单元和/或沿该特定路径循环。当该循环模块驱动该导热流体循环时，该电池单元间的温度为实质均匀地分布。

Description

用于电池单元间平均分布温度的系统

技术领域

本发明涉及一种用于平均分布温度的系统，特别是本发明关于一种用于电池单元间平均分布温度的系统。

背景技术

充电电池组广泛地应用于许多领域。从个人电脑到电动车辆，多数日常使用的产品都是由充电电池组所驱动。新研发的充电电池组具有环保、长效及稳定的品质，这使得人们可以享受更好的生活但制造较少的二氧化碳与空气污染。

然而，充电电池组还存在一些缺点需要改进，其中之一是因充电电池芯间的不平衡而导致的老化。一个充电电池组是由许多充电电池芯，依照设计容量所组合而成的，充电电池芯间彼此以串联或并联的方式连接。充电电池芯也是充电电池组的核心组件。当充电电池芯充放电时，它们会发烫。当充电电池芯的温度过高时，它的生命周期就会缩短。因而，如何防止充电电池芯发热已成研究显学，并有了非常好的结果，特别是对大电量的充电电池组。另一方面，还存在一个问题：充电电池芯间的温度分布不均匀。这是众所周知，造成充电电池芯不平衡的因素。较烫的充电电池芯比其它的充电电池芯更容易老化。因此，它的电气特性，诸如电量，会与其它的来的不同。因为充电电池芯的健康运作是充电电池组工作的基石，当一或多个充电电池芯因不平衡的困扰而无法有效做好应该执行的工作时，充电电池组可能会失效或性能变差。

因此，有许多的背景技术提供了不同的温度控制方法来解决上述问题。其中之一，揭示于美国专利第8,426,050号。请参阅图1，该图描述用于将一充电电池模块降温的一温度控制系统10。系统10包含一水池2、一泵4与导管7、8与9。水池2中有一流体。泵4经由导管7将流体自水池2中抽出。此后，泵4经由导管8将流体送至充电电池模块6中。充电电池模块6包含一冷却集管1、热交换器5及一冷却集管3，细说如下。冷却集管1配置以经由充电电池模块6中的每一热交换器5，提供实质相等流量，以便其中的该充电电池芯具有实质相等的热能被移除。因而，所有在充电电池模块6中的充电电池芯维持于一实质相似的温度，进而导致充电电池芯具有包含输出电压的均匀操作特性。冷却集管3接收来自充电电池模块6内的热交换器5被加热的流体，并经由导管9发送该被加热的流体回到水池2中。

美国专利第8,426,050号是一个典型的发明，凭借某些其它部件的协助，提供了冷却内部充电电池芯温度的结构。然而，这有一个问题。很显然，因为导管9内的流体回流凭借外界环境而冷却，导管8内流体的温度较导管9内的来的高。但对于充电电池芯而言，较接近导管侧的，冷却效果（温度下降）会较好，这是因为该流体携带了来自较先接触的充电电池芯的热量到较后接触者。而两者都在相同的情况下运作及产生几乎相同的热，后者无法消散以前者更多的热能。此外，冷却集管1与3及热交换器5是复杂的设备。复杂性造成系统10的成本较高。

因此，具有简单设计及低建造成本，可以实现于电池组间控制与平均分布温度的系统，亟为业界所需。

发明内容

目前用于充电电池芯，或甚至充电电池组的温度控制系统有着以下的缺点：温度分布不均、成本高及无法进一步控制加热或降温。因此，具有简单设计及低建造成本，可以实现于电池组间控制与平均分布温度的系统，亟为业界所需。

依照本发明的一态样，一种用于电池单元间平均分布温度的系统，包含：一导热流体，包覆该电池单元并能实质围绕该电池单元和/或沿该电池单元间的一特定路径循环；一封闭式外壳，包覆该电池单元与该导热流体；及一循环模块，装设于该封闭式外壳的内部或外部，用来驱动该导热流体以围绕该电池单元和/或沿该特定路径循环。每一电池单元彼此以串联或并联方式连接；当该循环模块驱动该导热流体循环时，该电池单元间的温度为实质均匀地分布。

依照本案构想，该电池单元为一充电电池芯或一充电电池组。该导热流体为一导热气体或一导热液体。该导热气体为空气或惰性气体。该导热液体为水、硅油或含磁性物质的液体。

该系统进一步包含一循环导管，布设于该电池单元间，用来提供该特定路径给该导热流体。该循环模块为一泵、一振动器、一风扇或一具有磁性转子的马达。

依照本发明的另一态样，一种用于电池单元间平均分布温度的系统，包含：一导热流体，包覆该电池单元并能实质围绕该电池单元和/或沿该电池单元间的一特定路径循环；一外壳，容置该电池单元且部份地容置该导热流体，具有至少一流通孔，在该流通孔处一部分导热流体能进出该外壳；及一循环模块，装设于该外壳的内部或外部，用来驱动该导热流体以围绕该电池单元和/或沿该特定路径循环，其中每一电池单元彼此以串联或并联方式连接；当该循环模块驱动该导热流体循环时，该电池单元间的温度为实质均匀地分布。

依照本案构想，该导热流体为一导热气体或一导热液体。导热气体为空气或惰性气体。导热液体为水、硅油或含磁性物质的液体。电池单元为一充电电池芯或一充电电池组。循环模块为一风扇、一震动器、一具有磁性转子的马达或一具有磁性转子的装置并凭借外壳外部磁力变化驱动。于循环时进出该外壳导热流体的量小于循环开始前外壳内整体导热流体的一交换量。该交换量为外壳内整体导热流体的30%或以内。

凭借导热流体的循环，温度能于电池单元间平均地分布。此外，依照本发明的系统具有低的建造成本，均匀分布的温度能进一步由系统外的其它方式而调整。

附图说明

图1显示一冷却系统的现有技术；

图2说明依照本发明的一实施例；

图3说明依照本发明的另一实施例；

图4说明依照本发明的又一实施例；

图5显示一充电电池组的结构示意图；

图5A是在不同系统中，图5所示的充电电池芯的温度分布；

图6说明依照本发明的再一实施例。

附图标记说明：1-冷却集管；2-水池；3-冷却集管；4-泵；5-热交换器；6-充电电池模块；7-导管；8-导管；9-导管；10-系统；100-系统；110-充电电池芯；120-导热流体；130-封闭式外壳；140-泵；142-循环导管；150-辅助泵；200-充电电池组；210-充电电池芯；220-壳体；300-系统；310-电池单元；320-导热气体；330-外壳；332-流通孔；340-风扇。

具体实施方式

本发明将凭借参照下列的实施例而更具体地描述。

请见图2，该图揭示本发明的一实施例。一系统100用来于充电电池芯110间平均分布温度。为了说明起见，绘示8个充电电池芯110。

系统100包含一导热流体120、一封闭式外壳130与一泵140。请注意图2仅用于说明，以致封闭式外壳130的某些部分被移除，封闭式外壳130内的部件可以被看到。事实上，封闭式外壳130是完好的，能于其内保留该导热流体120而不会发生溢流或渗流。此外，充电电池芯110间彼此以串联或并联方式连接。充电电池芯110的数量不限于8个。当它们是要进一步用于具有设计容量的一充电电池组中，这可以是任何的数量。本发明提供的系统100能被应用于任何充电电池芯110的组合。故，每一充电电池芯110间的任何详细连接方式与其它用于固定充电电池芯110及电传导的辅助件都可行但不描述于此，仅出示系统100本身与操作方法。

使用于此的导热流体120为硅油。事实上，导热流体120可以是其它的导热气体或导热液体。举例来说，如果是使用导热气体，那它可以是空气、一种惰性气体或一种混合惰性气体，甚至是空气与惰性气体的组合，都依照系统100想要呈现的冷却效果与成本而定。如果使用导热液体，在一种非常特别的情况下，含磁性物质的液体可以被使用。这将描述于后文中。导热流体120包覆充电电池芯110而不导致任何物理性或化学性的伤害。导热流体120能实质围绕充电电池芯110而进行循环。如图2所示，导热流体120能被驱动以围绕着充电电池芯110外部转动。因为只有8个充电电池芯110，该循环经过充电电池芯110并均匀地带走充电电池芯110工作时产生的热量。因此，充电电池芯110间的温度是实质均匀地分布。

封闭式外壳130包覆充电电池芯110与导热流体120于其内部。如果系统100与导热流体120被用作为一个充电电池组，那封闭式外壳130就能是充电电池组的壳体。封闭式外壳130的材料可以是金属、塑胶、玻璃纤维或其它适合的材料。

泵140是系统100运作的重要部件，它装设于封闭式外壳130内部。当该泵140运转时，导热流体120被驱动以围绕（如图2箭号所示）该充电电池芯110或沿充电电池芯110间的一特定路径循环，以便达成充电电池芯110间温度的均匀分布。该循环也能同时经过该特定路径并围绕于该充电电池芯110四周。可以理解的是任何形式的泵都能使用于本发明中。也因为导热流体120本身循环经过所有与充电电池芯110相连接的部件，比如说固定架(加入导电片,BMS，这些部件的高于平均温度的热量也会被带走，使得循环所经的空间内，温度是实质均匀地分布。

在另一实施例中，该特定路径能具体地实现。请参阅图3。为了说明起见，前面实施例中的系统100的结构使用于本实施例中。不同处在于泵140进一步连接到一循环导管142。该循环导管142安置于该充电电池芯110间。于图3中，循环导管142形成为蜿蜒的形状于前面4个充电电池芯110与后面4个充电电池芯110间。循环导管142提供该特定路径给导热流体120。当导热流体120由泵140驱动并经该循环导管142而循环时，它带走来自充电电池芯110的热量。泵140也能交换循环导管142内的导热流体120与循环导管142外的导热流体120。不同于现有技术‘050，因为封闭式外壳130形成局限的空间，在数次循环后，温度能均匀地分布于充电电池芯110间，理想上，甚至到整个封闭式外壳130内部的空间。

在又一实施例中，导热流体120能既围绕充电电池芯110而循环，又沿充电电池芯间110该特定路径而循环，以于充电电池芯110间均匀地分布温度。此即，基于图4的结构装设一辅助泵150。该辅助泵150被用来驱动导热流体120以围绕（如图1中箭号所示）该充电电池芯110循环。该系统能以两道流动来分布温度。依照本发明，任何数量的泵或循环模块能用来制造用作温度分布的流动。另一种变化方式是循环导管142内的导热流体120为某一材料，独立于循环导管142外的导热流体120，两者各自独立流动于循环导管142内外。比如，循环导管142内的导热流体120为水，外部导热流体120为硅油。这样还是能依照本发明的精神，达到预期均匀分布温度的功效。通常来说，泵140或150能置换为一振动器。该振动器仍具有导向导热流体120流动的作用。在其它实施例中，泵140或150以一具有磁性转子的马达形式存在，但该导热流体120必须为一含磁性物质的液体。如此一来，当马达转动该磁性转子时，液体中的磁性物质会跟着移动。结果，导热流体120（液体）循环以均匀地分布温度。该具有磁性转子的马达更可以是一具有磁性转子的装置，凭借封闭式外壳外面磁力变化驱动，等于驱动装置是装设在封闭式外壳130外部。

请见图5、图5A。考虑一充电电池组200。它包含许多充电电池芯210于一壳体220内。当充电电池组200于运作时没有被冷却，每一充电电池芯210的温度分布情况如充电电池组200的简图下方，一座标系统中实心曲线所表示。横轴显示一充电电池芯210在充电电池组200剖面上与A点间的距离。很明显的，在充电电池芯210群中心的充电电池芯210具有比其它周边充电电池芯210更高的温度，这很容易想到因为该充电电池芯210难以凭借传导而散热。当现有技术的散热系统凭借A点至B点间循环流体而带走热量时，该实心曲线改变为一虚曲线。可以在该虚曲线找到较近A点的充电电池芯210，能较稍远离A点的充电电池芯210降温更多。位于较近B点的充电电池芯210是温度最高的，但仍然比没循环散热时来得佳。

当本发明提供的系统应用时，温度分布曲线变成一条水平线（如图5中的点状线所示）。它表示所有充电电池芯210获致平均地冷却。虽然该温度高于使用背景技术得散热系统的结果，但充电电池组200内的温度能进一步由冷却方法（未绘示），例如一风扇或一通风的环境，于壳体220外部进行冷却。温度仍均匀地分布于充电电池芯210间。此外，充电电池芯210能由另外的加热方法（未绘示）而均匀地于外部加热，以供充电电池组200于寒冷地区运作时，能获得适当温度而表现正常。

当然，依照本发明的精神，处理的对象不限于充电电池芯，也可以是充电电池组。也就是说，一群充电电池芯能在同时间进行冷却。然而，重点在充电电池组间维持温度的均匀性。

请见图6，该图揭示依照本发明的另一实施例。一系统300用作以于电池单元间310平均分布温度。电池单元310间以串联或并联方式连接。如上所述，该电池单元310可以是充电电池芯或充电电池组。系统300具有一导热流体320、一外壳330与一风扇340。

本实施例不被封闭环境所限制，相反地，部分导热流体320能进出外壳330。因此，空气是最好被使用的导热流体320。导热流体320包覆该电池单元310并能实质围绕该电池单元310和/或沿该电池单元310间的一特定路径而循环。有其它内部路径导引装置来引导流动，但不于此讨论。因此，外壳330仅能容置该电池单元310而非包覆它们。该外壳330能部份地容置导热流体320且具有至少一流通孔332。围绕该流通孔332，一部分导热流体320能进出外壳330。因为本发明的精神是提供一实质封闭的循环以供该电池单元310间的温度均匀分布，流通孔332被用来些微地与外部环境进行热交换，以便系统300能不仅为所有的电池单元310进行均匀的温度分布，也能稍微控制温度。如果有太多的流通孔332或流通孔332面积太大，内部温度分布状态就会被破坏。在较佳的情况下，于循环时进出外壳330导热流体320的量，小于循环开始前外壳330内部整体导热流体320的一交换量。该交换量可以是30%外壳330中整体导热流体320的量，也可以小于30%。由于流体的边界层效应，大于某种百分比的交换量已经视同将外壳330内的导热流体320对外循环散热，离开了本发明的精神；又该百分比是随着不同设计而变动。在实作上30%是一个参考值，但更高的交换量也可能落于本发明的范围内，这要依照实际上是否有固定比例的导热流体320在外壳330内循环而定。

风扇340或循环模块是装设于该外壳330内。它被用来驱动导热流体320以围绕该电池单元310和/或沿该特定路径而循环。当风扇340驱动导热流体320循环时，该电池单元间的温度310为实质均匀地分布。也如上面数个实施例中所描述，虽然本实施例应用于一开放外壳330中，该导热流体320并未限定为空气，可以是任何的导热气体或导热液体。如果是导热气体，它除了空气外，也可以是惰性气体。导热液体可为水、硅油或含磁性物质的液体。风扇340可依不同的导热流体320，换为震动器、具有磁性转子的马达，或具有磁性转子的装置并凭借外壳外面磁力变化驱动。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于，包含：

一导热流体，包覆该电池单元并能实质围绕该电池单元和/或沿该电池单元间的一特定路径循环；

一封闭式外壳，包覆该电池单元与该导热流体；及

一循环模块，装设于该封闭式外壳的内部或外部，用来驱动该导热流体以围绕该电池单元和/或沿该特定路径循环，

其中每一电池单元彼此以串联或并联方式连接；当该循环模块驱动该导热流体循环时，该电池单元间的温度为实质均匀地分布。

2.根据权利要求1所述的用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于：该电池单元为一充电电池芯或一充电电池组。

3.根据权利要求1所述的用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于：该导热流体为导热气体或导热液体。

4.根据权利要求3所述的用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于：该导热气体为空气或惰性气体。

5.根据权利要求3所述的用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于：该导热液体为水、硅油或含磁性物质的液体。

6.根据权利要求1所述的用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于，进一步包含：

一循环导管，布设于该电池单元间，用来提供该特定路径给该导热流体。

7.根据权利要求1所述的用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于：该循环模块为一泵、一振动器、一风扇、一具有磁性转子的马达或一具有磁性转子的装置并凭借封闭式外壳外面磁力变化驱动。

8.一种用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于，包含：

一导热流体，包覆该电池单元并能实质围绕该电池单元和/或沿该电池单元间的一特定路径循环；

一外壳，容置该电池单元且部份地容置该导热流体，具有至少一流通孔，在该流通孔处一部分导热流体能进出该外壳；及

一循环模块，装设于该外壳的内部或外部，用来驱动该导热流体以围绕该电池单元和/或沿该特定路径循环，

其中每一电池单元彼此以串联或并联方式连接；当该循环模块驱动该导热流体循环时，该电池单元间的温度为实质均匀地分布。

9.根据权利要求8所述的用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于：该导热流体为导热气体或导热液体。

10.根据权利要求9所述的用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于：该导热气体为空气或惰性气体。

11.根据权利要求9所述的用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于：该导热液体为水、硅油或含磁性物质的液体。

12.根据权利要求8所述的用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于：该电池单元为一充电电池芯或一充电电池组。

13.根据权利要求8所述的用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于：该循环模块为一风扇、一震动器、一具有磁性转子的马达或一具有磁性转子的装置并凭借外壳外部磁力变化驱动。

14.根据权利要求8所述的用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于：在循环时进出该外壳导热流体的量小于循环开始前外壳内整体导热流体的一交换量。

15.根据权利要求14所述的用于电池单元间平均分布温度的系统，其特征在于：该交换量为外壳内整体导热流体的30%或以内。