CN107871914A - 车辆电池冷却系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于电池的冷却系统，其可以包括可以由电绝缘但导热的材料形成的第一管、第二管和中间部分。第一管和第二管可以各自适于将冷却剂从第一端传递到第二端。中间部分可以与中间部分的第一侧上的第一管成一体并且与中间部分的第二侧上的第二管成一体。第一管、第二管和中间部分可以可操作地配置成从电池的至少一个母线和对应的电池单元接线片汲取热能。

Description

车辆电池冷却系统

技术领域

本公开涉及车辆电池，并且更特别地涉及一种用于车辆电池系统的冷却系统。

背景技术

目前正在研究用于电动车辆的大容量可充电电池。电动车辆最终的可行性取决于相关成本的显著降低。在这一点上，电池组件成本的降低显得尤其重要。

锂离子电池是重要的电池技术类型。包括锂离子电池组件在内的大多数电池组件包括多个单独的电化学电池单元。这种电化学电池单元通常包括负极、正极和位于负极与正极之间的隔离器。通常，负极包括过涂覆有石墨层的金属片或箔(通常为铜金属)。类似地，正极包括过涂覆有含锂层的金属片或箔(通常为铝金属)。最后，电化学电池单元包括置于负极与正极之间的电解质。端子允许在外部电路中使用所产生的电力。电化学电池单元通过电化学反应产生电力。

对于大功率应用而言，使用多个电池单元并将其组装成电池模块。此外，这种电池模块可以包括散布在并联的电线连接电池单元对中的电池单元之间的多个金属(例如铜和/或铝)冷却翅片。压缩泡沫垫通常散布在一些电池对之间。结果证明，这样的电池模块通常表现出电池单元之间的温差。这种温差导致电池模块性能的降低，同时还使电池寿命缩短。尽管现有技术的冷却翅片在电池单元的冷却方面相当有效，但仍然需要加以改进。

因此，需要改进的电池模块组件以及在其中使用的冷却系统。

发明内容

本公开提供了根据各种实施例的用于电池的冷却系统。冷却系统可以包括可以由导热聚合物材料形成的第一管、第二管和中间部分。第一管和第二管可以各自适于将冷却剂从第一端传递到第二端。中间部分可以与中间部分的第一侧上的第一管成一体并且与中间部分的第二侧上的第二管成一体。第一管、第二管和中间部分可以可操作地配置成从电池的至少一个母线和对应的电池单元接线片汲取热能。

本公开还提供一种具有冷却系统的电池，其中该电池包括电池壳体、设置在壳体内的多个电池单元和弯曲冷却管。多个电池单元中的每个电池单元包括一对电池单元接线片，这对电池单元接线片通过对应的母线互连到邻近电池单元的一对相邻的电池单元接线片。弯曲冷却管可以适于将冷却剂从冷却管的第一端传递到冷却管的第二端。应当理解，弯曲冷却管可以纵向地部分设置在电池单元的上方且纵向地部分设置在每个母线的下方。

从下面参考附图进行的详细说明中，本发明及其特定特征和优点将变得更加明显。

附图说明

通过以下对优选实施例的详细描述以及最佳方式、所附权利要求和附图，本公开的这些及其他特征和优点将变得明显。

图1示出了具有本公开的冷却系统的第一实施例的电池中的多个电池单元。

图2图示了沿着图1中的线A-A的电池的示意性局部横截面。

图3图示了图1所示的第一实施例的冷却系统支架的局部视图。

图4图示了本公开的冷却系统的第二实施例的平面图。

图5图示了沿着图4中的线B-B的冷却系统的第二实施例的示意性局部横截面。

图6A是本公开的冷却系统的第三实施例的示意性等距视图。

图6B是沿着图6A中的线C-C的冷却系统的第三实施例的横截面的局部示意图。

图6C是根据冷却系统的第三实施例的冷却系统的另一横截面的局部示意图。

图7A是本公开的冷却系统的第三实施例的示意性等距视图。

图7B是沿着图7A中的线C-C的冷却系统的第三实施例的横截面的局部示意图。

在附图的若干视图的说明中，相同的附图标记指代相同的部件。

具体实施方式

本文描述的示例性实施例出于说明性目的而提供了细节，并且在组成、结构和设计方面存在许多变化。应当理解，在情况可能表现出或呈现出便利的情况下，可以预期等同物的各种省略和替换，但是这些省略和替换旨在覆盖应用或实施方式，而不会脱离本公开的权利要求的精神或范围。同样应当理解的是，本文中使用的措辞和术语是用于进行说明的目的，不应视为具有限制性。

本文中的“第一”、“第二”等术语并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元素与另一个元素区分开来，并且本文的术语“一(a)”和“一个(an)”并不表示数量限制，而是表示存在至少一个所参考的对象。

本公开提供了一种用于电池10的冷却系统12。参考图1至图3，电池10是示为具有电池单元接线片18和电池单元到电池单元的母线22。电池单元接线片(或接线片电极)18是在电池单元15的上方延伸的电池单元电极的延伸部，如图1和2所示。当电池系统10操作时，电池单元接线片18(如图1和图2所示)和电池单元到电池单元的母线22往往具有最集中的热产生。另外，应当理解，电池单元接线片18和电池单元到电池单元的母线22具有进入到电池单元芯中的最小电阻热输送。因此，电池单元接线片18和电池单元到电池单元的母线在电池中呈现出最佳区域，从而有效地管理热能。

为了提高电池10的寿命和有效性，本公开提供了一种冷却系统12，以降低温度并减少电池的不同区域之间的温差。鉴于电池单元接线片18和电池单元到电池单元的母线22产生了最多的热量，则期望通过本公开的冷却系统12将热量从这些电池部件上移除。再次参考图1至图3，示出了本公开的冷却系统12的第一实施例，其中电池单元接线片18示出在每个电池单元上方，并且母线22连接每个电池单元接线片。冷却系统12包括靠近电池10的第一侧面26的第一管24和靠近电池10的第二侧面28的第二管20。本公开的冷却系统12直接接触电池母线22，以便消散来自电池母线和电池单元接线片18的热量，如本文第一实施例所述。此外，本公开的冷却系统12可以部分地或全部地由与Celanese公司制造的CoolPoly类似的导热聚合物材料制成。还应注意的是，出于本非限制性示例公开的目的，图2的电池单元接线片64、66以及它们在图5、图6B和图7B中的对应物应理解为具有至少一对相邻的电池单元接线片68(图1所示)。

第一管24和第二管20可以经由中间部分15彼此成一体，如图2和3所示。中间部分15可以包括开口30以容纳电池单元接线片18。应当理解，可以根据在电池10中使用的电池单元接线片18的数量来实现多个开口30。如图3所示，图示了根据第一实施例的冷却系统12的示意性局部等距视图，其中中间部分15由多个中间带14形成。第一管24可以与每个中间带14的第一侧成一体，而第二管20可以与每个中间带14的第二侧成一体。为了提供整体式冷却系统12，第一管24、第二管20和中间部分15可以通过注塑成型工艺形成。或者，在第一管24和第二管20由不同于中间部分15的材料形成的情况下，中间部分15可以注塑成型到管上---可选地但并不一定通过二次注塑成型工艺。参考图2所示的冷却系统12的横截面，冷却系统12的每个中间带14具有上表面32和下表面34(图2所示)。每个中间带14的上表面32与每个母线22的基部区域36相邻。图1至图3的母线22包括前部38、基部区域36和端部40。如图1和图2所示，每个母线22的前部38和端部40基本上是垂直的并且与对应的电池单元接线片相邻，而每个母线22的中间区域与冷却系统12的中间带14的上表面32相邻。前部38与对应的第一电池单元接线片64相邻，而端部40与对应的第二电池单元接线片66相邻。前部38可以通过焊接(例如超声波焊接或激光焊接)固定到第一电池单元接线片64上。类似地，端部40可以通过焊接(例如超声波焊接或激光焊接)固定到第二电池单元接线片66上。还应当理解，母线22的基部区域36可以但并不一定通过导热胶固定到中间带14上。这种布置允许电池单元接线片和母线22中的热量通过热传导传递到中间部分15。

因此，根据冷却系统12、母线22和电池单元接线片之间的布置，当来自电池单元接线片18和母线22的热量传递至冷却系统12的中间带14时，热能可以从电池单元接线片18和母线22传导出去。如图1至图3所示，第一管24和第二管20可以与中间部分15成一体，因此，流过管腔44、46的冷却剂42(示意性地示出为图1中的元件42)可以有助于将热量从中间部分15以及第一管24和第二管20传递出去。应当理解，在图1至图3所示的第一实施例中，冷却剂42可以通过第一管24和/或第二管20中的任一个的第一端46进入冷却系统12，并且冷却剂42可以离开第一管24和/或第二管20中的任一个的第二端48。软管或其他液体通道装置(未示出)可以附接到第一管24和第二管20的第一端46和/或第二端48中的任何一个或多个，以将冷却剂42传递入和传递出冷却系统12。在第一管24和第二管20中使用的冷却剂42可以是用于电池10/发动机的其他部分中的冷却剂42，或者可以是专门用于该特定冷却系统12的冷却剂42。

鉴于冷却系统12的中间部分15用于将热量从母线22和电池单元接线片18汲取走，中间部分15可以由导热聚合物材料形成，诸如Celanese公司制造的CoolPoly导热塑料。用于冷却系统12的导热聚合物材料提供了如下优点：该材料使得冷却系统能够实现电绝缘，从而防止出现短路的情况。然而，相同的材料也允许热能轻易地转移。

与被认为是热绝缘体的常规塑料不同的是，CoolPoly D系列塑料在保持电绝缘的情况下的导热系数范围为1.0W/mK至10W/mK。塑料中这种特殊水平的导热系数是常规塑料的数值的5至100倍。任何应用的最佳导热系数水平取决于功率输入、部件尺寸和对流条件。因此，CoolPoly D系列将导热系数和电绝缘结合在适合于热塑性注塑成型和其他工艺(例如，挤出)的标准颗粒形态中。

因此应当理解的是，图1至图3所示的整个冷却系统12可以由诸如CoolPoly的材料制成，或者中间部分15可以是由CoolPoly形成的唯一区域，使得中间部分15被注塑成型在第一管24和第二管20上。因此，第一管24和第二管20可以由不同的材料制成，诸如但不限于铝。因此，如图1至图3所示，本公开的冷却系统12的第一实施例附接到如图1和图3所示的电池母线和接线片部件，从而通过将热能从电池单元接线片和母线传递到中间部分15、第一管24和第二管20以及冷却剂42中来提高热传递效率。此外，本公开的冷却系统还实现供了电池环境下的封装效率。

现参考本公开的图4和图5，示出了冷却系统12的第二实施例。图4图示了本公开的冷却系统12的第二实施例的平面图，而图5图示了沿着图4中的线B-B的冷却系统12的第二实施例的示意性局部横截面。如图4和图5所示，根据第二实施例的冷却系统12限于具有内室44”的弯曲管50，该内室适于允许冷却剂42(图1所示)通过弯曲管50，从而使得弯曲管50可以将热量从每个母线22”的基部区域36”和电池单元接线片18”以热学方式传导出去，这些电池单元接线片也紧邻于弯曲管50。图4和图5所示的弯曲管50也可以由诸如CoolPoly的材料形成。

现参考图5，沿着线B-B示出了图4中的第二实施例的横截面视图，该视图展示了弯曲管50设置于每个母线22”的基部区域36”的正下方并且与其邻近。弯曲管50可以但并不一定通过导热胶附接到每个母线22”的基部区域36”。考虑到弯曲管50改变了配置，弯曲管50适于通过第一端46”和第二端48”接收和排出冷却剂42(图1所示)，同时考虑到弯曲管弯曲入每个母线22”正下方的区域中(如图5所示)，弯曲管还能够将热量从每个母线22”的基部区域36”以及电池单元接线片18”附近传递出去。如图5所示，电池单元接线片18”与每个母线22”的前部38”和端部40”相邻。因此，当电池单元接线片18”和母线22”升温时，带有穿过弯曲管50的冷却剂42的弯曲管50可操作地配置成通过传导和对流将热量从电池单元接线片18”和母线22”汲取走。

现参考图6A和图6B，图示了本公开的冷却系统12”’的第三实施例。图6A是电池10”中的冷却系统12的第三实施例的示意性等距视图，而图6B是沿着图6A中的线C-C的第三实施例冷却系统12的横截面的局部示意图。在图6A中，电池单元接线片18”’示出为设置在中间部分15”’的开口30”’中。限定在中间部分15”’中的开口30”’适于接收电池单元接线片18”’，如图所示。应当理解，电池单元接线片18”’示意性地示出为虚线，以表示电池单元接线片18”’相对于中间部分15”’设置的位置。并未示出整个电池单元接线片18”’的结构，从而便可以示出冷却系统12”’的中间部分15”’的配置。但是，应理解的是，电池单元接线片18”’如图6B和图1所示地向上突出。与第一实施例相类似，电池单元接线18”’应理解为在每个电池单元上方延伸，并且母线22”’连接每个电池单元接线片18”’，类似于图1中的情况。冷却系统12包括靠近电池的第一侧面26”’的第一管24”’和靠近电池的第二侧面28”’的第二管20”’。本公开的冷却系统12”’直接接触电池母线，并且通过电池母线22”’联接到电池单元接线片18“，以便消散来自电池母线和电池单元接线片18”’的热量。此外，类似于第一实施例，根据第三实施例的冷却系统12”’可以部分地或全部地由与Celanese公司制造的CoolPoly类似的导热聚合物材料制成。

同时参考图6A至图6C，第三实施例的第一管24”’和第二管20”’可以通过中间部分15”’彼此成一体，如图6A所示。中间部分15”’可以包括开口30”’以容纳电池单元接线片18”’。如图6A所示，图示了根据第一实施例的冷却系统12”’的示意性等距视图，其中中间部分15”’由多个中间带14””形成。与第一管24”’可以与每个中间带14”’的第一侧面成一体而第二管20”’可以与每个中间带14”’的第二侧面成一体的第一实施例不同的是，第三实施例提供了中间部分15”’，其限定了从第一管24”’延伸到第二管20”’的多个冷却通道58，如图6A和图6B所示。如图6A所示，第一管24”’和第二管20”’可以用粘合剂42(示出为图6A中示意性的示例)组装到中间部分15”’上，使得各部件彼此牢固地固定，并且还使得冷却剂42不会在部件之间发生泄漏。还应当理解，第一管24”’和第二管20”’可以但并不一定由与中间部分15”’不同的材料形成。例如，第一管24”’和第二管20”’可以由铝形成，而中间部分15”’可以由导热聚合物CoolPoly形成。

参考图6B所示的冷却系统12”’的横截面，冷却系统12”’的每个中间带14”’具有上表面32”’和下表面34”’。每个中间带14”’的上表面32”’与每个母线22”’的基部区域36”’相邻。第三实施例的母线22”’包括前部38”’、基部区域36”’和端部40”’。如图6B所示，每个母线22”’的前部38”’和端部40”’基本上是垂直的并且与对应的电池单元接线片18”’相邻，而每个母线22”’的基部区域36”’与冷却系统12”’的中间带14的上表面32”’相邻。前部38”’可以通过焊接(例如超声波焊接或激光焊接)固定到第一电池单元接线片64”’上。类似地，端部40”’可以通过焊接(例如超声波焊接或激光焊接)固定到第二电池单元接线片66”’上。还应当理解，母线22”’的基部区域36”’可以但并不一定地通过导热胶固定到中间带14”’上。这种布置允许电池单元接线片18”’和母线22”’中的热量通过传导将热能传递到中间部分15”’。考虑到中间部分15”’允许冷却剂42”’经由冷却通道58通过中间部分15”’，因此，当冷却剂42流过中间部分15”’的冷却通道58时，中间部分15”’可以有效地从母线22”’和电池单元接线片18”’汲取热能。

应当理解，在图6A至图6B所示的第三实施例中，冷却剂42可以通过第一管24”’和/或第二管20”’中的任一个的第一端46”’进入冷却系统12”’，并且冷却剂42可以离开第一管24”’和/或第二管20”’中的任何其他端。软管或其他液体通道装置(未示出)可以附接到第一管24”’和第二管20”’的第一端46”’和/或第二端48”’中的任何一个或多个，以将冷却剂42传递入和传递出冷却系统12”’。在第一管24”’和第二管20”’中使用的冷却剂42可以是在电池或发动机的其他部分中循环的冷却剂42。或者，与先前的实施例相类似，第三实施例的冷却通道58以及第一管24”’和第二管20”’中的冷却剂42可以专门用于这种特定冷却系统12”’。应当理解，冷却剂(图1中示出为42)可以是各种流体中的一种，诸如但不限于作为非限制性示例的纯水或者水和乙二醇的50-50混合物。

参考图6C，应当理解，第三实施例的中间部分15”’可以包括在中间部分15”’的与电池单元接线片18”’相邻的每一侧处的细长侧面19，如图所示。这种配置允许热能直接从电池单元接线片18”’传递到冷却系统12”’的中间部分15”’。此外，可选的夹子25可以添加到电池单元接线片18”’和母线22”’上(如图6C的非限制性示例所示)。可选的夹子25可以包括远端27，该远端偏置夹子25和电池单元接线片18”’，使得电池单元接线片18”’抵接中间部分15”’的侧面。应当理解，图6C中所示的布置是非限制性示例，并且夹子25可以在每个电池单元接线片18”’上使用。

现参考图7A和图7B，示出了根据第四实施例的冷却系统12””，其中冷却系统12””由四个不同部分形成：(1)第一管24””；(2)中间基部62；(3)第二管20””；以及(4)中间盖60。应当理解，第四实施例的替代布置可以允许第一管24””、第二管20””和中间基部62彼此成一体，从而形成整体部件。这种整体配置可以通过注塑成型工艺等来实现。然后，一体式整体部件可以适于容纳至少一个中间盖60。如图7A和图7B所示，中间盖60在中间盖60的第一侧面26和第二侧面28处将孔58””限定成中间盖60的内部空腔或凹部59。中间盖60的每一侧上的开口30、中间盖60的内部凹部/空腔59、第一管24””和第二管20””都彼此流体地连通，使得冷却剂42(其流过盖中的孔58””)可以在各部件之间流动以从中间盖60、母线22””和电池单元接线片18””带走多余的热能。类似于上述第三实施例中的配置，第四实施例的各部件可以使用粘合剂彼此固定。粘合剂(在图6A中示为43)在这种应用中专门用来防止冷却剂42在部件之间出现潜在的泄漏。再次，如图7B所示，电池单元接线片18””与母线22””相邻，而母线22””与中间盖60””的基部区域36””相邻。因此，热能被传导通过这些部件，使得电池单元接线片18””和母线22””中的温度降低。

尽管在前面的详细说明中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应当理解的是，仍存在有大量变型。还应当理解，该示例性实施例或多个示例性实施例仅是示例，并不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，以上的详细说明将为本领域的技术人员提供用于实现该示例性实施例或多个示例性实施例的便利指示。应当理解，在不脱离所附权利要求及其合法等同物所阐述的本公开的范围的前提下，可以对元件的功能和布置作出各种改变。

Claims (10)

1.一种用于电池的冷却系统，包括：

适于传递冷却剂的第一管；

适于传递冷却剂的第二管；以及

中间部分，所述中间部分与所述中间部分的第一侧上的所述第一管成一体并且与所述中间部分的第二侧上的所述第二管成一体。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述中间部分限定多个开口，其中所述多个开口中的每一个可操作地配置成容纳来自电池单元的一对电池单元接线片。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其中所述中间部分由注塑成型到所述第一管和所述第二管上的电绝缘但导热的材料形成。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，其中所述第一管和所述第二管由铝形成。

5.根据权利要求3所述的冷却系统，其中所述第一管和所述第二管各自适于在第一端处接收冷却剂。

6.根据权利要求5所述的冷却系统，其中所述第一管和所述第二管各自适于在第二端处清除冷却剂。

7.一种具有冷却系统的电池，所述电池包括：

电池壳体；

设置在所述壳体内的多个电池单元，其中所述多个电池单元中的每一个包括通过对应的母线互连到一对相邻电池单元接线片的一对电池单元接线片；以及

适于将冷却剂从第一端传递到第二端的弯曲冷却管，所述弯曲冷却管纵向地部分设置在所述电池单元的上方且纵向地部分设置在每个母线的下方。

8.根据权利要求7所述的冷却系统，其中所述对应的母线中的每一个包括基部区域、前部和端部，其中所述基部区域与所述弯曲冷却管的一部分相邻。

9.根据权利要求8所述的电池，其中所述对应的母线中的每一个的所述前部固定到所述母线前面的第一电池单元接线片，并且所述对应的母线中的每一个的所述端部固定到所述母线后面的第二电池单元接线片。

10.根据权利要求9所述的电池，其中所述电池单元接线片、所述对应的母线、所述基部区域和所述弯曲管可操作地配置成将热量从所述电池单元接线片和所述对应的母线传递到所述弯曲管。