CN109891666B - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池模块，该电池模块包括：布置在一行中的多个二次电池单元；布置在该行的一侧的第一冷却通道和第二冷却通道；以及流体路径板，安装在相邻的电池单元之间以形成冷却通路，制冷剂通过该冷却通路从第一冷却通道朝向第二冷却通道流动，其中流体通道板包括引导构件，该引导构件配置为引导制冷剂从流体通道板的与第一冷却通道连通的入口流动到流体通道板的与第二冷却通道连通的出口。引导构件包括以网络连接结构连接的多个圆形构件和多个弯曲肋。根据本发明，具有长冷却路径且产生湍流的冷却通路被两个相邻的电池单元共用。因此，提供具有改进的冷却效率的电池模块。

Description

电池模块
技术领域
本发明涉及具有冷却装置的电池模块以及包括该电池模块的车辆。
背景技术
与一次电池不同，可再充电电池可以反复地执行充电和放电，而一次电池仅提供化学能到电能的不可逆转换。具有低容量的可再充电电池用于小型便携式电子设备诸如移动电话、笔记本计算机和便携式摄像机中，具有高容量的可再充电电池可以用作混合动力车辆和电动汽车的电机驱动电源。
通常，可再充电电池包括：电极组件，包括正电极、负电极以及设置在正电极和负电极之间的隔板；接收电极组件的壳体；以及电连接到电极组件的电极端子。根据电池的用途，壳体的形状可以改变为任何形状，诸如圆柱形、矩形等。电解质溶液被注入到壳体中，使得电池可以通过正电极、负电极和电解质溶液的电化学反应而充电和放电。
可再充电电池可以用作具有串联和/或并联连接的多个单位电池单元的电池模块，从而提供驱动混合动力车辆的电机等所需的高密度能量。也就是，电池模块通过将多个电池单元的电极端子彼此连接以及通过将符合所需电力量的多个单元电池的电极端子彼此连接而形成，从而可以实现具有用于驱动电机的高输出的可再充电电池。
电池热管理系统可以通过有效地散发、释放和/或消散由可再充电电池产生的热量来冷却可再充电电池，以安全地使用电池模块。当由电池产生的热量没有被完全散发、释放和/或消散时，电池单元之间发生温度偏差，使得一个或更多个电池模块不能产生所需的电量。此外，当可再充电电池的内部温度升高时，在可再充电电池中发生异常反应，然后可再充电电池的充电/放电性能劣化，从而导致可再充电电池的寿命空间缩短。
如所描述的，本领域公知的冷却装置有效地散发、释放和/或消散从电池产生的热量。设置在相邻电池单元之间的冷却板是众所周知的冷却装置之一。冷却板包括具有冷却通路的封闭表面，冷却剂通过该冷却通路流动。在冷却板中，冷却通路仅形成在冷却板的一侧，因此电池单元的相反两侧被不均匀地冷却，从而降低了冷却效率。
因此，本发明的目的是提供一种电池模块，该电池模块能够解决或减少上述缺点，并具有改善的冷却效率。
发明内容
技术问题
本发明提供一种电池模块，该电池模块能够解决或减少上述缺点，并具有改善的冷却效率。
技术方案
本发明的一方面涉及一种电池模块，该电池模块包括：布置在一行中的多个可再充电电池单元；布置在该行的一侧的第一冷却通道和第二冷却通道；以及流体路径板，提供在相邻的电池单元之间，并形成冷却通路，冷却剂通过该冷却通路从第一冷却通道朝向第二冷却通道流动，其中流体路径板包括引导构件，该引导构件配置为引导冷却剂从流体路径板的与第一冷却通道连通的入口流到流体路径板的与第二冷却通道连通的出口。引导构件包括以网络连接结构连接的多个弯曲肋和多个圆形构件。
本发明提供具有冷却板的电池模块以提高冷却效率。弯曲肋和圆形构件改变冷却剂流动的方向，从而产生湍流。这种湍流使气流最小化，同时在表面提供最大的线速度。因此，从弯曲肋和圆形构件的周边产生的湍流可以改善冷却性能。此外，所述多个弯曲肋和所述多个圆形构件通过具有网络连接结构的网状支撑件彼此连接，因此可以在弯曲肋和圆形构件之间形成开口。因此，冷却剂通过其流动到引导构件的冷却剂路径可以由在其相反两侧相邻的电池单元同等地共用。每个电池单元的前侧和后侧可以被均匀地冷却，从而提高冷却效率。所述多个弯曲肋和所述多个圆形构件可以提供长的冷却通路，从而也提高冷却效率。此外，可以提供稳定的结构，同时消耗更少的材料以制作网状支撑件。
根据本发明的优选的示范性实施方式，引导构件还可以包括中心销从而从板的中心延伸到板的在入口与出口之间的部分。中心销可以通过板的网状结构提供机械稳定性。中心销可以具有第一长度，板可以朝向板的相反侧延伸，同时具有第二长度，并且第一长度与第二长度的比率可以具有1:2至1:3的范围。通过这样的范围，可以优化稳定性。
优选地，中心销可以具有圆化的顶端，并且圆形构件可以靠近板的入口设置。这样的结构增加了冷却剂流中的湍流，从而提高冷却效率。
根据本发明的优选的示范性实施方式，入口和出口可以设置在板的长侧上。因此，可以延长冷却路线。
根据本发明的另一方面，电池模块可以包括壳体，第一冷却通道和第二冷却通道可以设置在壳体的底部中。因此，电池单元的底部可以被冷却剂冷却，从而提高冷却效率。
根据优选的示范性实施方式，电池单元和流体路径板可以形成为棱柱形状，引导构件可以分成流体路径板的具有相同轮廓的两个部分，并且这两个部分可以设置为相对于从在该处设置入口和出口的侧部延伸的轴彼此对称。由于引导构件的对称排列，流体路径板的两个部分之一的冷却通路的长度与流体路径板的另一个的冷却通路的长度相同。因此，可以确保冷却剂在流体路径板的表面上的均匀分散，从而提高冷却效率。
电池模块优选地还包括围绕流体路径板的框架。因此，可以提高冷却板的稳定性。
根据本发明的优选的示范性实施方式，流体路径板的上部可以由密封构件密封。因此，冷却板可以被密封而与提供在电池单元或电池模块中的排气区域隔开，从而提高热稳定性。密封构件优选地由非导电树脂构件或钢板形成。
根据本发明的优选的示范性实施方式，电池模块包括以矩阵形式彼此平行布置的多个可再充电电池单元，并且流体路径板可以设置于在行方向上彼此相邻的电池单元之间。这样的结构可以减小电池模块的体积并简化电池模块的工艺。
根据本发明的另一方面，提供一种包括所述电池模块的车辆。
本发明的另一方面可以从从属权利要求或稍后描述的描述获得。
有益效果
根据本发明的示范性实施方式，具有长的冷却路线的产生湍流的冷却通路被两个相邻的电池单元共用，因此，可以提供具有提高的冷却效率的电池模块。
附图说明
在以下的详细描述中，简单地通过说明的方式仅示出和描述了本发明的某些示范性实施方式。
图1是电池模块的透视图。
图2是根据本发明的示范性实施方式的电池单元的示意性透视图。
图3是根据本发明的示范性实施方式的使用主动空气冷却方法的电池模块的示意性剖视图。
图4是根据本发明的示范性实施方式的支持主动空气冷却方法的壳体的示意性透视图。
图5是根据本发明的示范性实施方式的流动路径的透视图。
图6是根据本发明的示范性实施方式的连接到电池单元的流动路径的示意性透视图。
图7是根据另一示范性实施方式的具有流体路径板的电池模块的剖视图。
具体实施方式
在下文，通过参照示范性实施方式的详细描述和附图，可以更容易地理解本发明的基本特征和用于实现本发明的方法。在下文，将参照附图描述根据本发明的示范性实施方式的效果和特征。附图和描述被认为在本质上是说明性的而非限制性的。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。此外，包括“可以”的表述用于描述本发明的示范性实施方式，这意味着“本发明的至少一个或更多个示范性实施方式”。
诸如“第一”、“第二”等的术语可以用于描述各种元件，但是这些元件不应被解释为限于所述术语。所述术语仅用于将一个元件与其它元件区别开。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。
在本发明的示范性实施方式的描述中，单数表述包括复数的表述，只要该表述不具有明显不同的上下文含义。
此外，诸如“包含”或“包括”的术语用于表明区域、固定数字、步骤、操作、部件、元件或其组合，但是它们不是限制性的。
此外，当称一个膜、区域或元件在另一膜、区域或元件“上”或“上方”时，将理解，该膜、区域或元件直接设置在所述另一膜、区域或元件上，或在其间设置有另外的膜、区域或元件。
当一部件或层被称为连接或联接到另一部件或层时，它可以直接连接到另一部件或层，或者在部件之间可以存在至少一个另外的部件或层。此外，部件或层可以仅存在于两个不同的部件或层之间，并且至少一个中间部件或层可以设置在部件之间。
尽管没有被特别地限定，但是这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)都具有本领域普通技术人员理解的含义。所述术语具有与相关技术参考和本说明书以及词汇含义一致的特定含义。也就是，这些术语不被解释为理想或正式的含义。
参照图1，根据一个示范性实施方式，电池模块100包括在一个方向上布置的多个电池单元10。一对端板18被提供为在电池单元10的外侧面对电池单元10的侧表面，连接板19连接该对端板18以将所述多个电池单元10固定在一起。形成在电池模块100的相反两侧的紧固部分18a通过螺栓40固定到支撑板31。支撑板31是壳体30的一部分。电池模块100包括汇流条15，汇流条15电连接相邻电池单元10的正端子11和负端子12，并且汇流条15可以通过使用螺母16等固定。
参照图2，每个电池单元10是棱柱形(或四边形)单元，并且每个单元的宽的平面被层叠，从而可以形成电池模块100。电池壳18由盖组件14封闭和密封。盖组件14提供有正端子11、负端子12和通气孔(vent)13。正端子11和负端子12具有不同的极性。作为电池单元10的安全机构的通气孔13用作从电池单元10产生的气体通过其排出到外部的路径。如图1所示，相邻电池单元10的正端子11和负端子12通过汇流条15电连接。因此，通过将所述多个电池单元10电连接为一束，电池模块100可以用作电力装置。
图3是根据本发明的示范性实施方式的电池模块100的示意性透视图，图4是根据本发明的示范性实施方式的壳体3的示意性透视图。
多个被对准的电池单元10沿着一行布置，并且流体路径板50设置在相邻的电池单元10之间。电池模块100还包括第一冷却通道20和第二冷却通道40，第一冷却通道20和第二冷却通道40在一行中布置在同一侧。如图4所示，冷却剂通过第一冷却通道20的入口20a引入，流动到第二冷却通道40的出口40a。具体地，冷却剂被从第一冷却通道20引入到流体路径板50中，并从流体路径板50引入到第二冷却通道40中。因此，流体路径板50形成冷却通路，冷却剂通过该冷却通路从第一冷却通道20的入口20a流动到第二冷却通道40的出口40a。流体路径板50设置在电池单元10之间，并且冷却剂从其经过，使得电池单元10被冷却。冷却剂可以是空气，但是这不是限制性的。
电池模块100还可以包括围绕电池模块100的壳体30以及支撑板31。如图4所示，第一冷却通道20和第二冷却通道40可以设置在壳体30的底部。因此，电池单元10的底部可以被冷却剂冷却。
图5是根据本发明的示范性实施方式的流体路径板50的透视图。如图5所示，流体路径板50包括冷却剂的入口51和出口52。流体路径板50的入口51通过电池单元10和流体路径板50之间的间隙而与第一冷却通道20连通。因此，在第一冷却通道20中的冷却剂通过入口51流动到流体路径板50。如图5所示，流动经过流体路径板50的入口51的冷却剂由形成在流体路径板50上的引导构件引导，并因此朝向流体路径板50的出口52流动。流体路径板50的出口52通过电池单元10和流体路径板50之间的间隙而与第二冷却通道40连通。因此，冷却剂从流体路径板50的出口52朝向第二冷却通道40流动。
本发明的流体路径板50还可以包括与电池单元10连接的侧突起53和下支撑件54。侧突起53可以用铰链结构连接到电池单元10，并且下支撑件54可以焊接到壳体30的支撑板31。然而，本发明不限于此。
根据本发明的示范性实施方式，流体路径板50的入口51和出口52可以设置在棱柱形流体路径板50的长侧上。这里，流体路径板50的长侧的长度比流体路径板的另外两侧的长度长。然而，本发明不限于此。流体路径板50的入口端口51和出口端口52可以设置在能够分别与第一冷却通道20和第二冷却通道40连通的任何位置。
如图5所示，本发明的流体路径板50的引导构件包括多个弯曲肋62和多个圆形构件63。弯曲肋62和圆形构件63使冷却剂流旋转以引起湍流。众所周知的，湍流增强冷却性能。因此，具有用于冷却剂的流动的各种结构的肋和圆形构件可以应用于本发明的流体路径板50。圆形构件63可以被实现为圆形盘或椭圆形盘。圆形构件63可以靠近流体路径板50的入口51和/或出口52提供。因此，可以提高冷却效率。
如图5所示，所述多个弯曲肋62和所述多个圆形构件63通过网状支撑件61彼此连接。术语“网状”意味着具有连接一个开口与另一个开口的连接部分的结构。通过网状支撑件61的开口，冷却剂通过其流动的冷却剂路径可以被相邻的电池单元10共用，并且每个电池单元10的前侧和后侧可以被冷却。
如图5所示，根据本发明的电池模块100可以包括围绕引导构件的框架55，并且引导构件可以包括中心销64。框架55和中心销64在流体路径板50的网络连接结构中提供机械稳定性。如图5所示，中心销64从流体路径板50的底部朝向流体路径板50的中心延伸。中心销64优选地从流体路径板50的底部的中心延伸，以确保冷却剂在流体路径板50中的均匀流动，同时提高机械稳定性，但是本发明不限于此。中心销64可以从流体路径板50的入口51和出口52之间的其它位置延伸，只要流体路径板50能够被稳定地支撑。中心销64的长度被确定为不仅用于改善流体路径板50的稳定性，而且用于冷却剂的均匀分散。优选地，中心销64的长度与流体路径板50的底部长度的比率在1：2至1：3的范围内。如图5所示，中心销64可以具有圆化的顶端65。圆化的顶端65也产生湍流。
引导构件被分成两个部分，每个部分具有与流体路径板50相同的轮廓，并且这两个部分可以布置为相对于从设置入口51和出口52的一侧延伸的轴彼此对称。
由于引导构件的对称布置，流体路径板50的两个部分之一的冷却通路的长度与流体路径板50的另一部分的冷却通路的长度相同。因此，可以在流体路径板50的表面上确保冷却剂的均匀分散，从而提高冷却效率。
图6示意性地示出根据本发明的示范性实施方式的连接到电池单元10的流动路径50。如图6所示，流体路径板50的上部可以由密封构件70(参照图7)密封。这里，流体路径板50的上部可以是与流体路径板50的在其中设置入口51和出口52的一侧(即，下侧)相反的一侧。如上所述，电池单元10包括通气孔13，其是用作将从电池单元10产生的气体排放到电池单元10外部的路径的安全机构。排出的气体通常通过排气区域流动，并且排气区域可以被提供在电池单元10的壳体30中和/或在连接所述多个电池单元10的汇流条15中。根据本发明，流体路径板50可以被密封构件70密封而与通过排气区域隔开，从而可以提高对于热的稳定性。密封构件70可以是非导电树脂构件或钢板，但是本发明不限于此。
图7是根据本发明的另一示范性实施方式的提供有流体路径板50的电池模块100的剖视图。如前所述，流体路径板50设置在布置成一行的相邻的电池单元10之间。在本示范性实施方式中，流体路径板50的上部可以由密封构件70密封，并且排气区域80可以提供在汇流条载体17的周边处，在该周边处提供连接两个电池单元10的汇流条。当高热应力被施加到可再充电电池10时，可再充电电池10可能破裂，从而产生大量的可燃且有毒的气体。当可再充电电池10应用于车辆时，应当防止气体渗透到乘客舱中。为此，在冷却系统中，被密封而与冷却通道20和40隔开的排气区域被提供在电池单元上。
根据本发明，具有长冷却路线并产生湍流的冷却通路被两个相邻的电池单元同等地共用。因此，可以提供具有改进的冷却效率的电池模块。此外，冷却剂流可以通过对称地布置在流体路径板上的冷却通路而被均匀地分散到流体路径板50。
尽管已经结合目前被认为实用的示范性实施方式描述了本发明，但是将理解，本发明不限于所公开的实施方式。相反，本发明旨在覆盖被包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同布置。
标记的说明
10：电池单元 53：侧突起
100：电池模块 54：下支撑件
13：通气孔(vent) 55：框架
15：汇流条 61：网状支撑件
20、40：第一冷却通道和第二冷却通道 62：肋
30：壳体 63：圆形构件
31：支撑板 64：中心销
50：流体路径板 65：圆化的顶端
51：入口 70：密封构件
52：出口 80：排气区域

Claims (14)

1.一种电池模块，包括：
多个可再充电电池单元，布置在一行中；
第一冷却通道和第二冷却通道，布置在所述一行的一侧；以及
流体路径板，提供在相邻的电池单元之间，并形成冷却通路，冷却剂通过所述冷却通路从所述第一冷却通道流动到所述第二冷却通道，
其中所述流体路径板包括引导构件，所述引导构件配置为将所述冷却剂从所述流体路径板的与所述第一冷却通道连通的入口流动到所述流体路径板的与所述第二冷却通道连通的出口，以及
所述引导构件包括以网络连接结构连接的多个弯曲肋和多个圆形构件，并包括网络连接结构以在所述弯曲肋和所述圆形构件之间形成开口。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述引导构件还包括中心销，所述中心销从所述流体路径板的设置在所述流体路径板的所述入口与所述出口之间的部分朝向所述流体路径板的中心延伸。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中所述中心销包括圆化的顶端。
4.根据权利要求2或3所述的电池模块，其中所述中心销具有第一长度，
所述流体路径板从所述入口朝向所述出口延伸，同时具有第二长度，以及
所述第一长度与所述第二长度的比率具有1:2至1:3的范围。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述圆形构件靠近所述入口和/或所述出口设置。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述流体路径板的所述入口和所述出口设置在所述流体路径板的长侧上。
7.根据权利要求1所述的电池模块，包括壳体，其中所述第一冷却通道和所述第二冷却通道设置在所述壳体的底部。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述电池单元和所述流体路径板形成为棱柱形状。
9.根据权利要求8所述的电池模块，其中所述引导构件被分成所述流体路径板的具有相同轮廓的两个部分，并且所述两个部分设置为相对于从设置所述入口和所述出口的一侧延伸的轴彼此对称。
10.根据权利要求1所述的电池模块，还包括框架，所述框架围绕所述流体路径板。
11.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述流体路径板的上部由密封构件密封。
12.根据权利要求11所述的电池模块，其中所述密封构件包括非导电树脂构件或钢板。
13.根据权利要求11所述的电池模块，还包括在所述密封构件上的排气区域。
14.一种车辆，包括权利要求1所述的电池模块。
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