CN107735899A - 热沉和包括该热沉的电池模块 - Google Patents

热沉和包括该热沉的电池模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及改进空间利用的热沉和包括该热沉的电池模块。为了冷却包括有至少一个单元单体的单体组件，根据本发明实施例的热沉包括：第一热沉，其联接到单体组件的一个侧表面，并且具有制冷剂穿过其中的第一冷却流动路径；和第二热沉，其联接到单体组件的另一个侧表面，并且具有制冷剂穿过其中的第二冷却流动路径。本发明使得热沉被联接到单体组件的侧面，由此在不增加电池组高度的情况下确保电池组的Z轴空间。

Description

热沉和包括该热沉的电池模块
技术领域
本申请要求在韩国于2015年11月20日提交的韩国专利申请No.10-2015-0163174的优先权，该申请的公开内容通过引用并入本文。
本公开涉及一种具有改进的空间利用的热沉和一种包括该热沉的电池模块。
背景技术
二次电池易于适用于各种产品群并且具有良好的电学特性，诸如高能量密度，其不仅普遍地应用于便携式装置，而且还被应用于由电源驱动的电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)、能量存储系统等。二次电池具有大大地减少石化燃料的使用的主要优点，以及在使用能量之后不产生任何副产品的次要优点，因此二次电池作为环境-友好且促进能量效率的新型能源而受到关注。
应用于电动车辆等的电池组包括串联连接的多个单体组件，每一个单体组件具有多个单元单体，从而获得高输出。另外，单元单体包括正电板集电器和负电极集电器、分隔物、活性材料、电解质等，并且能够利用在构件之间的电化学反应被重复地充电和放电。
同时，近来，因为对将被利用为能量存储器的大容量结构的需要正在增加，所以对于具有其中聚集多个模块的多模块结构的电池组的需求也正在增加。
在多模块结构的电池组中，多个二次电池被密集地布置在窄小的空间中，因此重要的是易于散发每一个电池模块产生的热。
为了冷却电池组，使用了间接水冷却方法。
间接水冷却方法用于通过使用带有冷却流道的热沉而防止电池模块产生热，并且在通常的情形中，单个热沉被联接到电池模块的下端以吸收电池模块的热。
图1和2是示出应用于间接水冷却方法的现有热沉的图。
参考图1和2，现有热沉1被联接到单体组件2的下表面以冷却单体组件2。冷却流道在热沉1中形成，并且冷却剂流入管3和冷却剂流出管4也在此处形成。如果冷却剂流入到冷却剂流入管3中，则冷却剂沿着在热沉1中形成的冷却流道循环以冷却单体组件2，并且通过冷却剂流出管4流出。
然而，使用间接水冷却方法的现有热沉的问题在于它的结构增大了电池组的整体高度。换言之，因为现有热沉1的上表面被紧密地联接到单体组件2的下表面，所以电池组的整体高度增加。
另外，如果热沉1的上表面被联接到单体组件2的下表面，则在冷却剂流入管3和冷却剂流出管4处差压增加。详细地，因为热沉1被紧密地联接到单体组件2的下表面，所以冷却剂流入管3和冷却剂流出管4被分别地弯曲两次，并且由于这种弯曲结构，在弯曲部分处差压增加。换言之，冷却剂流入管3和冷却剂流出管4首先被从竖直方向向水平方向弯曲，然后再一次地被从水平方向向竖直方向弯曲，由于这样的几个弯曲部分，压差在冷却剂流入管3和冷却剂流出管4处增加。
发明内容
技术问题
本公开被设计用于解决相关技术的问题，并且因此本公开涉及提供可以具有改进的空间利用的热沉，和包括该热沉的电池模块。
另外，本公开还涉及提供可以通过最小化冷却剂流入管和冷却剂流出管的弯曲而具有减小的差压的热沉和包括该热沉的电池模块。
本公开的这些和其它目的及优点可以根据以下详细说明得到理解，并且根据本公开的示例性实施例将变得更充分地清楚。而且，将易于理解本公开的目的和优点可以利用在所附权利要求中示出的手段及其组合而得以实现。
技术方案
在本公开的一个方面，提供了用于冷却包括至少一个单元单体的单体组件的热沉，该热沉包括：第一热沉，其联接到单体组件的一侧，并且具有冷却剂穿过其中的第一冷却流道；和第二热沉，其联接到单体组件的另一侧，并且具有冷却剂穿过其中的第二冷却流道。
第二热沉可以包括与第二冷却流道的一端连接的冷却剂流入管，并且第一热沉可以包括与第一冷却流道的一端连接的冷却剂流出管。第二冷却流道的另一端可以连接到冷却剂连接管，并且第一冷却流道的另一端可以连接到冷却剂连接管。
第二连接端口可以在第二冷却流道的另一端处形成，使得第二冷却流道的另一端通过第二连接端口被连接到冷却剂连接管。
而且，第一连接端口可以在第一冷却流道的另一端处形成，使得第一冷却流道的另一端通过第一连接端口被连接到冷却剂连接管。
通过冷却剂流入管流入的冷却剂可以穿过第二冷却流道、冷却剂连接管和第一冷却流道，然后通过冷却剂流出管流出。
冷却剂流入管和冷却剂流出管可以向下弯曲，使得冷却剂入口和冷却剂出口在相邻位置处形成。
在一实施例中，冷却剂流出管可以朝向第二热沉水平地延伸，并且在邻近于第二热沉的部位处向下弯曲。
在另一实施例中，冷却剂流入管可以朝向第一热沉水平地延伸，并且在邻近于第一热沉的部位处向下弯曲。
有利的效果
在本公开中，因为热沉被联接到单体组件的两侧，所以可以在不增加电池组的高度的情况下确保电池组的Z轴空间。
特别地，在本公开中，因为多个热沉被设计成共同地使用单个冷却剂流入管和单个冷却剂流出管，所以能够进一步增强电池模块的空间利用并且降低电池模块的制造成本。
另外，在本公开中，因为单体组件利用在其两侧处安设的多个热沉被冷却，所以与现有间接水冷却方法相比，能够改进电池模块的冷却效率。
此外，在本公开中，因为冷却剂流入管和冷却剂流出管的弯曲被最小化，所以能够减小在冷却剂流入管和冷却剂流出管中发生的差压。
附图说明
附图示意本公开的优选实施例并且与前面的公开一起地用于提供对于本公开的技术精神的进一步理解，并且因此本公开不被理解为限制于绘图。
图1和2是示出使用间接水冷却方法的现有热沉的图。
图3是示出根据本公开的实施例的单体组件和热沉的分解图。
图4是示出根据本公开的实施例的单体组件和热沉与之联接的电池模块的图。
具体实施方式
参考附图并根据以下对实施例的说明，本公开的以上目的、特征和优点将变得清楚，由此将认为本领域普通技术人员能够易于实践本公开的技术特征。而且，可以省略已知与本公开有关的现有技术的任何解释，如果这样的解释被视为使得本公开的主题变得模糊。在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例。
图3是示出根据本公开的实施例的单体组件和热沉的分解图。
图4是示出根据本公开的实施例的单体组件和热沉与之联接的电池模块的图。
参考图3和4，根据本公开的电池模块100包括单体组件110和多个热沉120、130。
单体组件110是其中多个单元单体111被横向地堆叠并且串联或并联连接的模块，并且电极引线可以在它的侧面处暴露。
单元单体111构造为使得均具有负电极板、分隔物和正电极板的单体被重复地堆叠。
单体组件110包括至少一个单元单体111，并且单元单体的种类不被具体地限制。每一个单元单体111可以利用可再充电的锂离子电池单体、锂聚合物电池单体、镍镉电池单体、镍氢电池单体、镍锌电池单体等构造，并且还需要考虑充电电压或放电电压。另外，在单体组件110中包括的单元单体111的数目可以根据需要的输出电压或充电/放电容量被不同地设定。然而，本公开不受单元单体111的种类、输出电压、充电/放电容量等限制。另外，本公开不受单元单体111的电连接方法限制。
热沉120、130每一个用于利用间接水冷却方法冷却单体组件110，并且由带有优良导热率的材料(例如，铝等)制成。而且，用作冷却剂的通道的冷却流道122、132在热沉120、130中形成。
在热沉120、130每一个中形成的冷却流道122、132可以在热沉120、130中如在图3和4中所示那样成形，或者还可以在热沉120、130每一个中形成各种形状的冷却流道122、132。另外，可以在第一热沉120和第二热沉130中形成不同形状的冷却流道。
多个通孔121在第一热沉120中形成，使得联接部件诸如螺栓可以被插入到这些通孔中，并且如果联接部件被插入且联接到通孔121，则第一热沉120被紧密地联接到单体组件110的一侧。第一热沉120被联接到单体组件110的一侧以利用通过冷却流道122流动的冷却剂而吸收并且耗散在单体组件110的单元单体111处产生的热能。
冷却剂流出管124在第一热沉120的冷却流道122的一端处形成，并且连接端口123在冷却流道122的另一端处形成。
冷却剂流出管124可以被设计成预定长度的管道形状，并且在其中具有使得冷却剂可以流动的空间。冷却剂流出管124的一端被连接到冷却流道122的一端，并且冷却剂出口b在冷却剂流出管124的另一端处形成。
另外，冷却剂流出管124的一端还可以利用焊接、联接件等连接到冷却流道122的一端。另外，冷却剂流出管124和冷却流道122还可以被一体地制造。
在第一热沉120的冷却流道122的另一端处形成的连接端口123利用焊接、联接件等被联接到冷却剂连接管140，由此在冷却流道122和冷却剂连接管140之间形成用于冷却剂的通道。通过冷却剂连接管140转移的冷却剂流入第一热沉120的冷却流道122中。
冷却剂流出管124朝向第二热沉130水平地延伸，并且在邻近于第二热沉130的部位处沿着竖直方向弯曲，然后再次延伸，使得冷却剂出口b邻近于冷却剂入口a。因为冷却剂出口b和冷却剂入口a彼此相邻地定位，所以更加易于控制冷却剂的流入和流出。另外，因为冷却剂流出管124被沿着向下方向弯曲一次，所以与现有热沉相比，弯曲次数减少，从而冷却剂流出管124中的差压也被减小。
利用冷却剂流出管124和第一热沉120的冷却流道122的连接结构，通过第一热沉120的冷却流道122循环的冷却剂通过冷却剂流出管124流出。
类似地，多个通孔131在第二热沉130中形成，使得联接部件诸如螺栓可以被插入到这些通孔中，并且如果联接部件被插入且联接到通孔131，则第二热沉130被紧密地联接到单体组件110的另一侧。第一热沉120被联接到单体组件110的一侧，并且第二热沉130被联接到单体组件110的与其一侧相反的另一侧，以利用通过冷却流道122、132流动的冷却剂吸收并且耗散在单体组件110的单元单体111处产生的热能。
冷却剂流入管134在第二热沉130的冷却流道132的一端处形成，并且连接端口133在冷却流道132的另一端处形成。
冷却剂流入管134可以被设计成预定长度的管道形状，并且在其中具有使得冷却剂可以流动的空间。冷却剂流入管134的一端被联接到冷却流道132的一端，并且冷却剂入口a在冷却剂流入管134的另一端处形成。冷却剂流入管134的一端可以利用焊接、联接件等连接到冷却流道132的一端。另外，冷却剂流入管134和冷却流道132还可以被一体地制造。
在第二热沉130的冷却流道132的另一端处形成的连接端口133利用焊接、联接件等被联接到冷却剂连接管140，由此在冷却流道132和冷却剂连接管140之间形成用于冷却剂的通道，并且还向冷却剂连接管140提供通过冷却流道132循环的冷却剂。
冷却剂流入管134被弯曲到竖直向下方向中并且延伸，使得冷却剂入口a向下形成。特别地，因为冷却剂流入管134只被弯曲一次，所以与现有热沉相比弯曲次数减少，从而冷却剂流出管134中的差压也被减小。
利用冷却剂流入管134、第二热沉130的冷却流道132和冷却剂连接管140的连接结构，通过冷却剂入口a流入的冷却剂经过第二热沉130的冷却流道132及冷却剂连接管140。
另外，利用第一热沉120、第二热沉130和冷却剂连接管140的连接结构，包括多个热沉120、130的电池模块100只是具有单个冷却剂入口a、单个冷却剂流入管134、单个冷却剂出口b和单个冷却剂流出管124。换言之，单个冷却剂入口a、单个冷却剂流入管134、单个冷却剂出口b和单个冷却剂流出管124被共同地用于第一热沉120和第二热沉130。
流入冷却剂流入管134中的冷却剂在穿过第二热沉130的冷却流道132、冷却剂连接管140和第一热沉120的冷却流道122时吸收单元单体111的热，然后通过冷却剂流出管124流出。
同时，在以上实施例中，已经描述了冷却剂流出管124朝向第二热沉130水平地延伸，且在邻近于第二热沉130的部位处被弯曲到竖直向下方向中，使得冷却剂出口b和冷却剂入口a彼此相邻。然而，冷却剂流入管134也能够朝向第一热沉120水平地延伸，并且在邻近于第一热沉120的部位处被弯曲到竖直向下方向中，并且竖直地向下延伸。
换言之，作为另一个实施例，冷却剂流出管124可以被直接地弯曲到竖直向下方向中而不水平地延伸，并且冷却剂流入管134还可以朝向第一热沉120水平地延伸，并且在邻近于第一热沉120的部位处被弯曲到竖直向下方向中。在另一个实施例中，冷却剂入口和冷却剂出口可以邻近于第一热沉120定位。在再一个实施例中，冷却剂流出管124和冷却剂流入管134这两者都可以水平地延伸，然后在特定部位(例如，在第一热沉和第二热沉之间的中间部位)处被弯曲到竖直向下方向中并延伸，使得冷却剂入口和冷却剂出口彼此相邻地定位。
根据本公开的实施例的电池模块100可以被用作包括多个电池模块和用于控制电池模块的充电/放电的电池管理系统的电池组的构件。根据本公开的实施例的电池组可以被用作包括电池组和从电池组向其供应电力的负载的电池驱动系统的构件。
电池驱动系统可以是电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)、电动自行车(E-Bike)、动力工具、能量存储系统、无间断电源、便携式计算机、便携式电话、便携式音频装置、便携式视频装置等。负载可以是用于利用从电池组供应的电力提供旋转力的马达，或者是用于将从电池组供应的电力转换成各种电路构件所需的电力的电力转换电路。
如上所述，在根据本公开的实施例的电池模块100中，因为热沉120、130被联接到单体组件110的两侧，所以可以在不增加电池组的高度的情况下确保电池组的Z轴空间。另外，在根据本公开的实施例的电池模块100中，因为多个热沉120、130被设计成共同使用单个冷却剂流入管134和单个冷却剂流出管124，所以能够进一步增强空间利用并且降低电池模块的制造成本。而且，因为电池模块100的单体组件110利用在其两侧处安设的该多个热沉120、130被冷却，所以与现有间接水冷却方法相比能够改进冷却效率。此外，在电池模块100中，因为冷却剂流入管134和冷却剂流出管124的弯曲被最小化，所以能够减小在冷却剂流入管134和冷却剂流出管124中发生的差压。
本领域技术人员应该理解，在不偏离本公开的技术方面的情况下可以对于本公开作出很多调整、修改和改变，并且以上描述的本公开不受所公开的实施例和附图限制。

Claims (8)

1.一种用于冷却单体组件的热沉，所述单体组件包括至少一个单元单体，所述热沉包括：
第一热沉，所述第一热沉被联接到所述单体组件的一侧，并且具有冷却剂穿过其中的第一冷却流道；和
第二热沉，所述第二热沉被联接到所述单体组件的另一侧，并且具有所述冷却剂穿过其中的第二冷却流道。
2.根据权利要求1所述的热沉，
其中，所述第二热沉包括与所述第二冷却流道的一端连接的冷却剂流入管，
其中，所述第一热沉包括与所述第一冷却流道的一端连接的冷却剂流出管，并且
其中，所述第二冷却流道的另一端连接到冷却剂连接管，并且所述第一冷却流道的另一端连接到所述冷却剂连接管。
3.根据权利要求2所述的热沉，
其中，第二连接端口形成在所述第二冷却流道的所述另一端处，使得所述第二冷却流道的所述另一端通过所述第二连接端口被连接到所述冷却剂连接管，并且
其中，第一连接端口形成在所述第一冷却流道的所述另一端处，使得所述第一冷却流道的所述另一端通过所述第一连接端口被连接到所述冷却剂连接管。
4.根据权利要求2所述的热沉，
其中，通过所述冷却剂流入管流入的所述冷却剂穿过所述第二冷却流道、所述冷却剂连接管和所述第一冷却流道，然后通过所述冷却剂流出管流出。
5.根据权利要求2所述的热沉，
其中，所述冷却剂流入管和所述冷却剂流出管向下弯曲，使得冷却剂入口和冷却剂出口在相邻位置处形成。
6.根据权利要求5所述的热沉，
其中，所述冷却剂流出管朝向所述第二热沉水平地延伸，并且在邻近于所述第二热沉的部位处向下弯曲。
7.根据权利要求5所述的热沉，
其中，所述冷却剂流入管朝向所述第一热沉水平地延伸，并且在邻近于所述第一热沉的部位处向下弯曲。
8.一种电池模块，包括：
第一热沉，所述第一热沉被联接到单体组件的一侧，并且具有冷却剂穿过其中的第一冷却流道；
第二热沉，所述第二热沉被联接到所述单体组件的另一侧，并且具有所述冷却剂穿过其中的第二冷却流道；和
所述单体组件，所述第一热沉和所述第二热沉被分别地联接到所述单体组件的两侧。
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