CN113451678B - 一种具有双通道风流的导风部的电池模块 - Google Patents

Abstract

一种具有双通道风流的导风部的电池模块，包含一机壳、多个电池芯、一风扇及一导风部，机壳界定出一容置空间，该些电池芯被容置于该机壳内，风扇被容置于该机壳内，用以产生一气流以将空气从外部导入至该机壳内，导风部被容置于该机壳内，而且该导风部设于该风扇及该些电池芯之间且引导该气流以产生一不均一流场，该不均一流场的该气流，在一时间区间内对该些电池芯的高温处提供较多气流且对该些电池芯低温处提供较少气流。

Description

一种具有双通道风流的导风部的电池模块

技术领域

本发明关于一种电池模块，尤其关于一种具有双通道风流的导风部的电池模块。

背景技术

目前，一般电池芯于充放电过程中，因电子在充填材料中运行，而造成电池芯本体温度上升，当温度不断地上升进而超过电池芯工作区间温度，其对电池芯本体本身供电效率与电池寿命造成重大的影响，所以需将所产生的热能带走，对电池进行散热，保持电池芯能在其正常工作区间温度下运行。现有电池导流结构是为了提供流体均匀的流场，以便对电池芯进行散热。例如，美国专利公开第US20180248239号揭露一种散热结构，其风流仅通一形状复杂的风档，产生均匀流场来达到散热效果。又如美国专利第US9966641号揭露另一种散热结构，其须建构多数且占空间的流道，产生均匀流场。

然而，在多电池芯串并联的高功率电池模块领域，电池模块的温度从中间往两侧递减，也就是说，电池模块中间的温度会高于电池模块两侧的温度。图1显示具有多个电池芯的现有电池模块的温度分布的示意图。如图1示，电池模块100包含多个电池芯111及用以容置该些电池芯111的机壳110。电池模块100的中间部分的温度会高于电池模块100的两侧部分的温度。如何有效地降低电池模块100的中间部分的温度，避免电池芯111间温度过高造成对电池芯111本体本身供电效率与电池芯111寿命造成重大的影响，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

依据本发明一实施例，提供一种电池模块包含一机壳、多个电池芯、一风扇及一导风部。机壳界定出一容置空间。该些电池芯置于该机壳内。风扇用以产生一气流以将空气从外部导入至该机壳内。导风部置于该机壳内，而且该导风部设于该风扇及该些电池芯之间且引导该气流以产生一不均一流场。该不均一流场的该气流，在一时间区间内对该些电池芯的高温处提供较多气流且对该些电池芯低温处提供较少气流。

一实施例中，导风部包含一外罩及一内罩。内罩位于该外罩内。该内罩的一第一端界定一内层出风口，该内层入风口面向该风扇。该内罩的一第二端界定一内层入风口，该内层出风口面向该些电池芯的一迎风侧面。该内层入风口的截面面积大于该内层出风口的截面面积。较佳的情况是，导风部更包含至少一支撑板，连接于该外罩及该内罩之间。

一实施例中，该内层出风口面向该迎风侧面的中间部分。

一实施例中，该风扇形成有一无风区，且该无风区位于该内层入风口的截面内。设该风扇能够产生气流的面积为A3，设该内罩的该内层入风口的能够接收该气流的面积为A2，且设该无风区的面积为A1，而且，A3>A2>A1。

一实施例中，该内罩及该外罩之间形成一外层入风口，该外层入风口的能够接收气流的面积为A4，而且A2>A4。

一实施例中，设该内罩的该内层出风口的面积为A7，设该内罩及该外罩之间的该外层出风口的面积为A8，且设该内罩及该外罩之间的该外层出风口的外侧边界的面积为A6，则A7<A8，A7<A6，且A8＝A6-A7。

一实施例中，该内罩的该内层出风口大致为椭圆形，而且该内罩及该外罩之间的该外层出风口的外侧边界大致为方形。较佳的情况是，该椭圆形的短半轴的长度为a，该椭圆形的长半轴的长度为b，该方形的高度为h，该方形的宽度为w，而且以及/>

一实施例中，该风扇被容置于该机壳内，该无风区大致为圆形，该内罩的该内层入风口大致为圆形，该内罩及该外罩之间的该外层入风口大致为环形，而且该不均一流场的该气流，还针对该些电池芯的高温处提供较大流速，针对该些电池芯低温处提供较低流速。

一实施例中，该风扇的一第一侧面向该机壳的一内侧面，而该风扇的一第二侧面向该导风部。

综上所述，依据本发明一实施例，电池模块包括一导风部其设于该风扇及该些电池芯之间且引导该气流以产生一不均一流场，该不均一流场的该气流，在一时间区间内对该些电池芯的高温处提供较多气流且对该些电池芯低温处提供较少气流。于本发明另一实施例，该不均一流场还针对该些电池芯的高温处提供较大流速，针对该些电池芯的低温处提供较低流速。依据前述实施例，能够更易于达到使电池模块的温度分布更为平均，且较有效率地的对电池模块导热散热。

附图说明

图1为具有多个电池芯的现有电池模块的温度分布的示意图；

图2为本发明一实施例的电池模块的分解图；

图3A为本发明一实施例的导风部的后视角的立体图；

图3B为本发明一实施例的导风部的前视角的立体图；

图4(a)至图4(c)为本发明不同实施例的电池模块的温度分布的比较图；

图5为本发明一实施例的电池模块的部分结构的侧视图；

图6为本发明一实施例的风扇及多个电池芯之间的关系图。

[符号说明]

100：电池模块

110：机壳

111：电池芯

200：电池模块

211：电池芯

212：导风部

213：风扇

214：辅助部件

230：机壳

231：上盖

232：本体

310：外罩

320：支撑板

330：内罩

331：内层出风口

332：内层入风口

341：外层出风口

342：外层入风口

具体实施方式

图2显示本发明一实施例的电池模块的分解图。如图2所示，电池模块200包含一机壳230、多个电池芯211、一导风部212及一风扇213。于一实施例中，电池模块200还可以包含一辅助部件214。辅助部件214连接于该些电池芯211，辅助部件214可以为支撑该些电池芯211的支持件，其亦可以为用以帮助散热的散热件等。机壳230界定出一容置空间用以容置该些电池芯211、导风部212、风扇213及辅助部件214。一实施例中，机壳230可以包含一上盖231及一本体232，上盖231及本体232共同界定出该容置空间。风扇213设置成它的第一侧，面向机壳230的具有多个通风孔的一内侧面，而且风扇213的一第二侧面向导风部212。风扇213用以产生一气流以将空气从外部导入至机壳230内，导风部212设于风扇213及该些电池芯211之间且用以引导该气流，以产生一不均一流场，该不均一流场的气流，在一时间区间内对该些电池芯211的高温处提供较多气流且对该些电池芯211低温处提供较少气流。于另一实施例中，该不均一流场也可以针对该些电池芯211的高温处提供较大流速，针对该些电池芯211低温处提供较低流速。

为了使电池模块200内的温度更为平均，本发明一实施例提供一种电池模块200其具有不均一流场的流体导流结构，导风部212可以依据不同流场尺寸与风扇213位置而可有不同的形状、尺寸或数量，使原本由风扇213吹出的风场，经由导风部212而改变，并引导气流以产生一不均一流场。该不均一流场的气流，在一时间区间内对该些电池芯211的高温处提供较多气流且对该些电池芯211低温处提供较少气流。于另一实施例中，亦可以针对该些电池芯211的高温处提供较大流速，针对该些电池芯211低温处提供较低流速。依据前述实施例，可以较有效率地对电池芯211导热(加热或散热)，使电池芯211能在其正常工作区间温度下运行，并降低电池芯211间的温度差异以保持良好的供电效率与电池芯211寿命。

本发明一实施例，提供一种电池模块200的具有双通道风流的控制结构，具体而言，电池模块200包括一个或多个导风部212(air guider)。导风部212依据不同流场尺寸与风扇213的位置，而可以有不同的形状、尺寸及数量，使得散热结构的设计更为方便。设计上依据风扇213的数量与位置，以及流场尺寸，经由模拟计算及实验，而搭配出不均一流场。一实施例中，由于导风部212的设计的可变参数多，针对该些电池芯211的高温处提供较多气流或者较大流速，针对该些电池芯211的低温处提供较少气流或者较低流速，更易于找出最佳均匀电池温度分布，有效率地对电池模块200导热(加热或散热)。导风部213可配合风场吸或抽进行180度转向摆设。导风部213的尺寸与角度可配合电池温度场不均匀性设计需要进行缩放改变。

图3A显示本发明一实施例的导风部的后视角的立体图。图3B显示本发明一实施例的导风部的前视角的立体图。如图3A及图3B所示，一实施例中，导风部212包含一外罩310、一内罩330及至少一支撑板320。内罩330位于外罩310内，而且该些支撑板320连接于外罩310及内罩330之间，更具体而言，连接于外罩310的内侧面及内罩330的外侧面之间。内罩330的第一端界定一内层出风口331，其第二端界定一内层入风口332。内层入风口332的截面面积大于内层出风口331的截面面积。内层入风口332面向风扇213，而内层出风口331面向该些电池芯211的一迎风侧面，较佳地面向该迎风侧面的中间部分。由于导风部212的内层入风口332的截面面积大于它的内层出风口331的截面面积，因此可以将较多的风量引导至该些电池芯211的迎风侧面的中间部分，而能够对温度较高的中间部进行效率较高的散热。更具体而言，在电池模块200的内部产生不均一气流场，让温度较高部分的散热风量大于温度较低部分的散热风量，而能够达到使电池模块200的温度较均匀的散热效果。

再请参照图3A及图3B，导风部212具有两层风道亦即具有双通道，内罩330的中间为内层风道其为变径风道，内罩330及外罩310之间为外层风道其为锥形风道。内层风道设置在外层风道内。通过4个以上的支撑板320连接于内罩330及外罩310之间。此外，于一实施例中，导风部212可以与风扇213有一定距离(如下述图4(c))或是没有距离(如下述图4(b))。

图4显示现有技术及本发明不同实施例的电池模块的温度分布的比较图。如图4所示，图4(a)表示采用仅具有外罩的导风部的电池模块的温度分布。图4(b)表示采用具有外罩310及内罩330的导风部212，并且使内罩330紧贴于风扇213的电池模块的温度分布。图4(c)表示采用具有外罩310及内罩330的导风部212，并且使内罩330与风扇213间具有间隔的电池模块的温度分布。

图5显示本发明一实施例的电池模块的部分结构的侧视图。如图5所示，风扇213的中心为无风区大致为圆形且无风区半径为R1。风扇213的形成风的区域的外周大致为圆形且外径为R3。内罩330的中间为变径风道，内罩330的内层入风口332为圆形且入口半径为R2。以下，以内层入风口332的风场中心为基准，计算如下能够产生气流场的各区域的面积。

无风区的面积，亦即无气流的区域的面积A1为A1＝R1²×π。该无风区位于内层入风口332的截面内，且大致为圆形。

内罩330的变径风道的内层入风口332的能够接收气流的面积A2为A2＝R2²×π-R1²×π。内层入风口332大致为圆形。

风扇213能够产生气流的面积A3为A3＝R3²×π-R1²×π。

内罩330及外罩310之间为外层风道，其外层入风口342的能够接收气流的面积A4为A4＝R3²×π-R2²×π。外层入风口342大致为环形。

于一实施例中，较佳的情况是，将前述各面积的尺寸，设置成符合如下式：A3>A2>A1。于一实施例中，前述各面积的尺寸更进一步符合如下式：A2>A4。

图6显示本发明一实施例的风扇及多个电池芯之间的关系图。如图6所示，于一实施例中，内罩330的变径风道的内层出风口331为椭圆形，且椭圆内圈的短半轴的长度(高度)为a，长半轴的长度(宽度)为b。外层出风口341的外罩310的外侧边界的高度为h，宽度为w。较佳的情况是，外罩310的外侧边界的面积等于其所对应的该些电池芯211的部分的面积。亦即，该所对应的该些电池芯211的部分的高度为h，宽度为w。于一实施例中，较佳的情况是，以外罩310的外侧边界的中心为基准，外罩310的外侧边界与内罩330的内层出风口331，两者间的关系为以及/>其中，/>的区域对应于图6中虚线长方形的部分。

如上实施例所产生的效果为，在风扇213所吹出的风量中，导风部212将面积为A2＝R2²×π-R1²×π的风量(Air Volume，AV)，导引至内罩330的椭圆形的内层出风口331(其面积A7为A7＝a×b×π)，该风量AV吹至该些电池芯211中间部分的面积A5(A5＝a×b)，而且面积A5小于亦即/>温度较高的区域为该些电池芯211中间部分的面积A5，于本实施例中，导风部212让温度较高的区域能够有较多风量，使得该些电池芯211中间部分降温较大。将风扇213吹出的小于面积A4面积的风量，导引至温度较低区域的该些电池芯211的两侧边部分(其面积大于/>)。如此，能够使整个电池模块200内部的温度的均温性更佳。

依据本发明一实施例，导风部212的导流结构设计可以配合电池模块200产生的温度分布，不同温度分布可仅用不同形状的内罩330(内圈)对应，(一实施例中外罩310可以不需要特别改变)而能够达到双向二维空间控制风流。较佳的情况是，一实施例中，导风部212的内罩330的内层入风口332能够接收气流的“面积A2”大于内罩330及外罩310之间为外层风道其外层入风口342的能够接收气流的“面积A4”，亦即(R22×π-R12×π)＞(R32×π-R22×π)。

以下，以内层出风口331的风场中心为基准，计算如下能够产生气流场的各区域的面积。

内罩330及外罩310之间的外层出风口341的外侧边界的面积A6为A6＝w×h。

椭圆形的内层出风口331的面积A7为A7＝a×b×π。

内罩330及外罩310之间的外层出风口341的面积A8为A8＝A6-A7。

一实施例中，于导风部212中，内罩330的椭圆形的内层出风口331的“面积A7”小于内罩330及外罩310之间的外层出风口341的“面积A8”而且小于外罩310的外侧边界的面积A6。亦即，A7<A8而且A7<A6。一实施例中，当以及/>时，在该些电池芯211端的对应区域的面积，符合/>的条件。于一实施例中更符合/>另外，于一实施例中，导风部212的导流结构的中间出风口位置，根据电池模块200高温位置而调整，实质上会在电池模块200的中心。

依据前述设计，其效果图4的各实施例的模拟结果，如图4所示，经由导流结构的改变，针对该些电池芯211的高温处提供较多气流或者较大流速，针对该些电池芯211的低温处提供较少气流或者较低流速，让整个该些电池芯211降温后可以得到较佳的均温性。于图4的各图中，在中间部分颜色愈深的部分表示温度愈高的区域。比较图4(a)、图4(b)及图4(c)即可以得知，图4(b)及图4(c)实施例的电池模块200内的温度较图4(a)实施例更为平均。以下将更具体地说明，相关实施例的结构。

此外相同道理，若要以热风对该些电池芯211进行加热，可导引较少的热风(导流结构靠近风扇端的内圈较小)吹到该些电池芯211端较大区域(导流结构靠近电池端的内圈较大)的易发热区，让该些电池芯211升温后的均温性更佳。

综上所述，依据本发明一实施例，电池模块200包括一个或多个导风部212(airguider)。导风部212依据不同流场尺寸与风扇213的位置，而可以有不同的形状、尺寸及数量，使得散热结构的设计更为方便。风扇213的数量与位置，以及流场尺寸，能够搭配不同的形状、尺寸及数量的导风部212，而创造出不均流流场。由于导风部212的设计的可变参数多，针对该些电池芯211的高温处提供较多气流或者较大流速，针对该些电池芯211的低温处提供较少气流或者较低流速，更易于达到使电池模块200的温度分布更为平均，且较有效率地的对电池模块200导热散热。

一实施例中，靠近该些电池芯211端的内罩330的内层出风口331(内圈)为椭圆，而且内层出风口331的设计主要配合该些电池芯211产生的温度分布，不同温度分布可用不同形状的内层出风口331对应，达到双轴向二维空间控制风流。

一实施例中，要以热风对该些电池芯211加热时，可导引较少的热风(导风部212靠近风扇213端的内圈较小)吹到该些电池芯211端较大区域(导风部212靠近该些电池芯211端的内圈较大)的易发热区，并且让该些电池芯211升温后均温性更佳。一实施例中，导风部212可配合风场吸或抽、或者进行180度转向摆设。较佳的情况是，导风部212的尺寸与角度可配合该些电池芯211的温度分布，进行不均匀性设计，而依据需要进行缩放或改变。

Claims (5)

1.一种电池模块，其特征在于，包含：

一机壳，界定出一容置空间；

多个电池芯，置于所述机壳内；

一风扇，用以产生一气流以将空气从外部导入至所述机壳内；及

一导风部，置于所述机壳内，而且所述导风部设于所述风扇及所述多个电池芯之间，所述导风部包含：

一外罩；及

一内罩，位于所述外罩内，而且，

所述内罩的一第一端界定一内层出风口，所述内罩的一第二端界定一内层入风口，

内层入风口面向所述风扇，所述内层出风口面向所述多个电池芯的一迎风侧面，所述内层出风口面向所述迎风侧面的中间部分，所述内层入风口的截面面积大于所述内层出风口的截面面积；

所述风扇形成有一无风区，且所述无风区位于所述内层入风口的截面内，

设所述风扇能够产生气流的面积为A3，设所述内罩的所述内层入风口的能够接收所述气流的面积为A2，且设所述无风区的面积为A1，而且，A3＞A2>A1；

所述内罩及所述外罩之间形成一外层入风口，所述外层入风口的能够接收气流的面积为A4，而且A2>A4；

设所述内罩的所述内层出风口的面积为A7，所述内罩及所述外罩之间界定一外层出风口，设所述内罩及所述外罩之间的所述外层出风口的面积为A8，设所述内罩及所述外罩之间的所述外层出风口的外侧边界的面积为A6，A7<A8，且，A8＝A6-A7；

其中，所述导风部引导所述气流以产生一不均一流场；

其中，所述不均一流场的所述气流，在一时间区间内对所述多个电池芯的高温处提供较多气流且对所述多个电池芯低温处提供较少气流；

所述导风部还包含：至少一支撑板，连接于所述外罩及所述内罩之间。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，

所述内罩的所述内层出风口为椭圆形，而且，

所述内罩及所述外罩之间的所述外层出风口的外侧边界为方形。

3.根据权利要求2所述的电池模块，其特征在于，

所述椭圆形的短半轴的长度为a，所述椭圆形的长半轴的长度为b，

所述方形的高度为h，所述方形的宽度为w，而且，

以及/>

4.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，

所述内罩的所述内层出风口为椭圆形，

所述内罩及所述外罩之间的所述外层出风口的外侧边界为方形，

所述风扇被容置于所述机壳内，

所述无风区为圆形，

所述内罩的所述内层入风口为圆形，

所述内罩及所述外罩之间的外层入风口为环形，

而且，所述不均一流场的所述气流，还针对所述多个电池芯的高温处提供较大流速，针对所述多个电池芯低温处提供较低流速。

5.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述风扇的一第一侧面向所述机壳的一内侧面，而所述风扇的一第二侧面向所述导风部。