CN115498309A - 电池组件 - Google Patents

Abstract

电池组件具备在厚度方向(X)上隔着间隙(S)地配置的多个电池(10)和对所述多个电池进行冷却的冷却管(20)。所述冷却管具有夹装于所述间隙的热交换部(21)和将两个所述热交换部的端部彼此连接的连通部(24)。所述冷却管是将多个所述热交换部与多个所述连通部组合而构成的。多个所述热交换部包含制冷剂流路(22、23)的流路截面积彼此不同的热交换部(21A、21B、21C)。

Description

电池组件

技术领域

本发明涉及一种电池组件。

背景技术

在以下专利文献1中，公开了具有作为电池的多个蓄电单元和与各蓄电单元接触的传热板的蓄电组件。在该蓄电组件中，在传热板的内部形成有供制冷剂流动的多个制冷剂流路，各蓄电单元通过与在制冷剂流路流动的制冷剂之间的热交换而被冷却。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5484301号公报

上述蓄电组件构成为传热板的内部的流路截面积均匀，制冷剂以设定的恒定流量在传热板的制冷剂流路流动。在这种情况下，蓄电单元的温度控制仅能够通过制冷剂流入量的调整来进行，因此很难进行控制以使多个蓄电单元的温度均匀，或将各蓄电单元控制为期望的温度。于是，在这种电池组件的设计中，追求能够单独地控制多个电池的温度的高自由度的热交换特性。

发明内容

本发明是鉴于上述技术问题而完成的，希望提供一种在通过将多个电池分别夹入冷却管来进行冷却的电池组件中提高电池与冷却管之间的热交换特性的自由度的有效技术。

本发明的一个方式是一种电池组件，具备：

多个电池，该多个电池在厚度方向上隔着间隙地配置；以及

冷却管，该冷却管对所述多个电池进行冷却，

所述冷却管具有夹装于所述间隙的热交换部和将两个所述热交换部的端部彼此连接的连通部，并且所述冷却管构成为将多个所述热交换部与多个所述连通部组合，多个所述热交换部包含制冷剂流路的流路截面积彼此不同的热交换部。

在上述的方式的电池组件中，多个电池分别在厚度方向上隔着间隙地配置。对多个电池进行冷却的冷却管是将多个热交换部与多个连通部组合而构成的。各热交换部通过被夹装于两个电池之间的间隙而夹入电池，从而在与电池之间进行用于冷却的热交换。通过各连通部将两个热交换部的端部彼此连接，由此，在多个热交换部连续地形成有供制冷剂流动的制冷剂流路。

通过在多个热交换部中设置制冷剂流路的流路截面积彼此不同的热交换部，能够单独地控制电池与热交换部之间的热交换特性。由此，与将热交换部的制冷剂流路的流路截面积设为均匀的结构相比，可以得到能够单独地控制多个电池的温度的高自由度的热交换特性。因此，能够进行以使多个电池的温度均匀的方式抑制温度差的控制、将各电池调整为期望的温度的控制。

如上所述，根据上述的方式，能够提供一种在通过将多个电池分别夹入冷却管来进行冷却的电池组件中提高电池与冷却管之间的热交换特性的自由度的有效技术。

附图说明

图1是第一实施方式的电池组件的立体图。

图2是图1的电池组件的俯视图。

图3是图1中的冷却管的立体图。

图4是图3的冷却管的俯视图。

图5是从箭头X1所示的向视方向观察图2中的冷却管的第一热交换部的图。

图6是从箭头X1所示的向视方向观察图2中的冷却管的第二热交换部的图。

图7是从箭头X2所示的向视方向观察图2中的冷却管的第三热交换部的图。

图8是图4的VIII-VIII线向视剖视图。

图9是第二实施方式的电池组件的与图8对应的剖视图。

图10是第三实施方式的电池组件的冷却管的立体图。

图11是第四实施方式的电池组件的俯视图。

图12是第四实施方式的电池组件的与图8对应的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对电池组件的实施方式进行说明。该电池组件作为电动设备的电力源使用，典型地，适合作为搭载于电动汽车、混合动力车等车辆的电机的驱动源使用。

另外，在本说明书中，只要没有特别说明，就用箭头X表示构成电池组件的电池的厚度方向即第一方向，用箭头Y表示电池的宽度方向即第二方向，用箭头Z表示电池的高度方向即第三方向。

另外，电池组件根据其搭载状況而位置、姿势产生变化，因此，虽然对电池组件的上下没有特别的限定，但在相关的附图中，为了方便起见而将电池中设置有端子的一侧定义为电池组件的高度方向的上方，其相反侧定义为电池组件的高度方向的下方。

(第一实施方式)

如图1和图2所示，第一实施方式的电池组件101具备多个电池10、冷却管20以及约束部30。

多个电池10构成为在电池10的厚度方向即第一方向X上隔着间隙S配置的电池构造体。在该电池构造体中，多个电池10在第一方向X上隔着间隙S地层叠。因此，也能够将第一方向X称为“层叠方向”。第一方向X上相邻的两个电池10之间形成有间隙S，在各间隙S夹装有冷却管20的热交换部21(参照图2)。

电池10是第一方向X的厚度均匀的扁平的板状部件(截面形状为矩形的箱状部件)。电池10具备从外壳的上部向上方突出的一对端子51。电池10通过一对端子51而与外部设备(省略图示)电连接。多个电池10彼此具有相同的形状。

另外，构成电池构造体的电池10的数量没有特别限定，能够使用适当数量的电池10。为了使电池组件101的蓄电容量增加，优选使电池10的数量增加。电池10的种类没有特别限定，但作为一例，能够使用通过锂离子在正极与负极之间移动而进行充电、放电的锂离子二次电池来作为电池10。

冷却管20是对多个电池10进行冷却的冷却器，该冷却管20构成为能够使制冷剂在管内流动。冷却管20以将多个热交换部21与多个连通部24组合成蜿蜒形状的方式构成。冷却管20以将多个热交换部21经由多个连通部24串联连接的方式构成。由此，多个热交换部21的制冷剂流路被串联。

冷却管20由含有不锈钢、铝、碳素钢等的金属材料构成。为了提高电池10的冷却性能，冷却管20的材料优选使用热传导率较高的金属材料。

热交换部21是冷却管20的各部位中的、夹装于两个电池10之间的间隙S的部位。连通部24是冷却管20的各部位中的、延伸为弯曲状以将相邻的两个热交换部21的端部彼此连接的部位。连通部24的内周径(内周面的曲率半径的两倍尺寸)与相邻的两个热交换部21的第一方向X上的间隔大致一致。

连通部24优选为与热交换部21独立的不同部件，并且以通过后装与热交换部21接合的方式构成。在本结构的情况下，热交换部21与连通部24的接合方法没有特别的限定，能够使用以焊接、粘接为首的各种接合方法。

另外，这里所述的“弯曲状”当然包括像弓那样弯曲成曲线状的形态，而且还广泛地包含以弯折为大致直角的方式折曲的形态等。

在冷却管20的管内流动的制冷剂没有特别限定，优选使用典型的是水、氨等自然制冷剂、混入了乙二醇类的防冻液的水、Fluorinert(注册商标)等氟化碳类制冷剂、HCFC123、HFC134a等氟利昂类制冷剂、甲醇、乙醇等醇类制冷剂、丙酮等酮类制冷剂等。

约束部30是用于在第一方向X上将多个电池10和冷却管20约束为一体状的部件。该约束部30具备两个端板31、32和连结带33。

两个端板31、32在中间夹着冷却管20而彼此平行地配置。此时，端板31是将第一方向X作为厚度方向的板状部件，并与冷却管20的第一方向X的一端侧的热交换部21抵接。另外，端板32是与端板31同样的板状部件，并与冷却管20的第一方向X的另一端侧的热交换部21抵接。两个端板31、32均构成为第二方向Y的宽度尺寸大于电池10的第二方向Y的宽度尺寸。

连结带33是用于将端板31与端板32的第二方向Y的两端部彼此连结的部件，并在第一方向X上延伸。连结带33由能够在第一方向X上弹性变形的材料构成。由此，连结带33弹性施力以使两个端板31、32彼此接近。其结果是，冷却管20从两个端板31、32受到约束负荷F(参照图2)而在第一方向X上被压缩。由连结带33产生的约束负荷F越强，多个电池10与冷却管20的约束力就越高，各电池10与冷却管20的贴合性提高。

如图3和图4所示，在本实施方式中，冷却管20的多个热交换部21包含第一方向X的一端侧的第一热交换部21A、第一方向X的另一端侧的第三热交换部21C以及位于第一热交换部21A与第三热交换部21C之间的多个(在本实施方式中为九个)第二热交换部21B。

在第一热交换部21A设置有流入口20a与流出口20b。流入口20a是供制冷剂流入冷却管20的开口，是冷却管20中的制冷剂流路的最上游区域。流出口20b是供制冷剂从冷却管20流出的开口，是冷却管20中的制冷剂流路的最下游区域。

另外，在本实施方式中，冷却管20的多个连通部24包含将两个热交换部21的第二方向Y的一端侧的端部彼此连接的第一连通部24A以及将两个热交换部21的第二方向Y的另一端侧的端部彼此连接的第二连通部24B。

如图3和图5所示，第一热交换部21A的管内空间被划分为两个制冷剂流路22、23，该两个制冷剂流路22、23以使制冷剂流动方向为彼此相反的方向被划分。第一热交换部21A的制冷剂流路22是与流入口20a连通的正向制冷剂流路，并且相对于制冷剂流路23配置在第三方向Z的上方。在该制冷剂流路22中，从流入口20a流入的制冷剂沿着第二方向Y向制冷剂流动方向D1流动。第一热交换部21A的制冷剂流路23是与流出口20b连通的逆向制冷剂流路，并且相对于制冷剂流路22配置于第三方向Z的下方。在该制冷剂流路23中，制冷剂沿与制冷剂流路22反向的制冷剂流动方向D2朝着流出口20b流动。在将第三方向Z设为上下方向时，在第一热交换部21A设置有上下二层的制冷剂流路22、23。

另外，第一连通部24A的管内空间被划分为两个制冷剂流路25、26。第一连通部24A的制冷剂流路25是与第一热交换部21A的制冷剂流路22连通的流路，并且相对于制冷剂流路26配置在第三方向Z的上方。在该制冷剂流路25中，流动有从第一热交换部21A的制冷剂流路22流入的制冷剂。第一连通部24A的制冷剂流路26是与第一热交换部21A的制冷剂流路23连通的流路，并且相对于制冷剂流路25配置在第三方向Z的下方。在该制冷剂流路26中，制冷剂与制冷剂流路25反向地朝向第一热交换部21A的制冷剂流路23流动。在第一连通部24A，与第一热交换部21A同样地设置有上下二层的制冷剂流路25、26。

如图5所示，第一热交换部21A具有为了方便起见而用阴影线表示的热交换面HE。第一热交换部21A构成为在热交换面HE中与电池10的第一方向X的相对面即被冷却面12直接面接触。电池10的被冷却面12通过与第一热交换部21A的热交换面HE之间的热交换而被冷却。

热交换面HE是以一定的面压以上的面压与电池10的被冷却面12接触的接触面。通过增加第一热交换部21A相对于电池10的相对面(可与电池10接触的面)中的热交换面HE所占面积的比例，从而第一热交换部21A相对于电池10的贴合率变高。

如图3和图6所示，第二热交换部21B的管内空间被划分为与第一热交换部21A的情况同样的两个制冷剂流路22、23。另外，第二连通部24B的管内空间被划分为与第一连通部24A的情况同样的两个制冷剂流路25、26。第二热交换部21B的制冷剂流路22的上游侧与第一连通部24A的制冷剂流路25连通，下游侧与第二连通部24B的制冷剂流路25连通。在该制冷剂流路22中，从第一连通部24A的制冷剂流路25流入的制冷剂沿制冷剂流动方向D1朝向第二连通部24B的制冷剂流路25流动。第二热交换部21B的制冷剂流路23的上游侧与第二连通部24B的制冷剂流路26连通，下游侧与第一连通部24A的制冷剂流路26连通。在该制冷剂流路23中，从第二连通部24B的制冷剂流路26流入的制冷剂沿制冷剂流动方向D2朝向第一连通部24A的制冷剂流路26流动。

如图6所示，与第一热交换部21A的情况同样地，第二热交换部21B构成为在热交换面HE中与电池10的被冷却面12面接触。电池10的被冷却面12通过与第二热交换部21B的热交换面HE之间的热交换而被冷却。

如图3和图7所示，第三热交换部21C的管内空间除了被划分为与第一热交换部21A的情况同样的两个制冷剂流路22、23之外，还被划分为用于使制冷剂流动方向反转的制冷剂流路27。第三热交换部21C的制冷剂流路22的上游侧与第二连通部24B的制冷剂流路25连通，下游侧与制冷剂流路27连通。在该制冷剂流路22中，从第二连通部24B的制冷剂流路25流入的制冷剂沿制冷剂流动方向D1朝向制冷剂流路27流动。第三热交换部21C的制冷剂流路23的上游侧与制冷剂流路27连通，下游侧与第二连通部24B的制冷剂流路26连通。在该制冷剂流路23中，在制冷剂流路27折返而制冷剂流动方向反转的制冷剂沿制冷剂流动方向D2朝向第二连通部24B流动。

如图7所示，与热交换部21A、21B的情况同样地，第三热交换部21C构成为在热交换面HE中与电池10的被冷却面12面接触。电池10的被冷却面12通过与第三热交换部21C的热交换面HE之间的热交换而被冷却。

在本实施方式的冷却管20中，制冷剂流路以制冷剂在第三热交换部21C折返流动的方式形成为上下二层，因此，与制冷剂流路为一层的情况相比，制冷剂流路变长，制冷剂的线流速变大。

如图8所示，热交换部21A、21B、21C均构成为，通过隔着隔壁22b而被彼此分割的多个分割流路22a形成制冷剂流路22，并通过隔着隔壁23b而被彼此分割的多个分割流路23a形成制冷剂流路23。另外，为了方便起见，仅对分割流路22a和分割流路23a中的分割流路22a标注阴影线。根据本结构，假设电池10在使用时沿第一方向X膨胀的情况，出于实现能够对抗该膨胀的强度的目的，对于提高第二热交换部21B的刚性是有效的。

第一热交换部21A构成为，制冷剂流路22的流路截面积相当于分割流路22a的三个截面积，制冷剂流路23的流路截面积相当于分割流路23a的五个截面积。位于第一方向X的中央部的七个第二热交换部21B均构成为，制冷剂流路22的流路截面积相当于分割流路22a的四个截面积(第一热交换部21A的情况的(4/3)倍的截面积)，制冷剂流路23的流路截面积相当于分割流路23a的四个截面积(第一热交换部21A的情况的(4/5)倍的截面积)。第三热交换部21C构成为，制冷剂流路22的流路截面积相当于分割流路22a的五个截面积(第一热交换部21A的情况的(5/3)倍的截面积)，制冷剂流路23的流路截面积相当于分割流路23a的三个截面积(第一热交换部21A的情况的(3/5)倍的截面积)。

因此，冷却管20构成为，在多个分割流路22a的截面积相同，多个分割流路23a的截面积相同的情况下，冷却管20的多个热交换部21包含制冷剂流路22、23的流路截面积彼此不同的热交换部21A、21B、21C。对于制冷剂流路22、23的流路截面积，位于第一方向X的中央部的第二热交换部21B与第一热交换部21A和第三热交换部21C不同。另外，对于制冷剂流路22、23的流路截面积，第一热交换部21A与第三热交换部21C不同。在该冷却管20中，多个连通部24A、24B各自的形状以及制冷剂流路25、26的流路截面积根据连接该连通部的热交换部21的流路截面积适当地设定。

接着，对上述的第一实施方式的作用效果进行说明。

在上述结构的电池组件101中，多个电池10分别在第一方向X上隔着间隙S地配置。对多个电池10进行冷却的冷却管20是将多个热交换部21与多个连通部24组合而构成的。各热交换部21通过被夹装于两个电池10之间的间隙S而夹入电池10，从而在与电池10之间进行用于冷却的热交换。通过各连通部24将两个热交换部21的端部彼此连接，由此，在多个热交换部21连续地形成有供制冷剂流动的制冷剂流路22、23。

通过在多个热交换部21中设置制冷剂流路22、23的流路截面积彼此不同的热交换部21A、21B、21C，能够单独地控制电池10与热交换部21之间的热交换特性。由此，与将热交换部21的制冷剂流路22、23的流路截面积设为均匀的结构相比，可以得到能够单独地控制多个电池10的温度的高自由度的热交换特性。因此，能够进行以使多个电池10的温度均匀的方式抑制温度差的控制、将各电池10调整为期望的温度的控制。

如上所述，根据上述的第一实施方式的电池组件101，能够提高电池10与冷却管20之间的热交换特性的自由度。

在与第一实施方式特别关联的变更例中，对于制冷剂流路22、23的流路截面积能够采用全部的第二热交换部21B与第一热交换部21A和第三热交换部21C不同的结构。在该结构的情况下，全部的第二热交换部21B的制冷剂流路22、23的流路截面积可以是一致的，或者，制冷剂流路22、23的流路截面积也可以彼此不同。

接着，参照附图说明与上述的第一实施方式关联的其他实施方式。在其他实施方式中，对与在第一实施方式中所说明的要素相同的要素标注相同的符号，并省略对于该相同要素的说明。

(第二实施方式)

如图9所示，第二实施方式的电池组件102在以下这点上与第一实施方式的电池组件101一致：冷却管20的多个热交换部21包含制冷剂流路22、23的流路截面积彼此不同的热交换部21A、21B、21C。

即，与第一热交换部21A相邻的第二热交换部21B和与第三热交换部21C相邻的第二热交换部21B均构成为，制冷剂流路22的流路截面积都相当于分割流路22a的六个截面积(第一热交换部21A的情况的二倍的截面积)，制冷剂流路23的流路截面积相当于分割流路23a的六个截面积(第一热交换部21A的情况的二倍的截面积)。另外，位于第一方向X的中央部的七个第二热交换部21B均构成为，制冷剂流路22的流路截面积相当于分割流路22a的十二个截面积(第一热交换部21A的情况的三倍的截面积)，制冷剂流路23的流路截面积相当于分割流路23a的十五个截面积(第一热交换部21A的情况的三倍的截面积)。对于制冷剂流路22、23的流路截面积，各第二热交换部21B与第一热交换部21A和第三热交换部21C不同。另外，对于制冷剂流路22、23的流路截面积，位于第一方向X的中央部的第二热交换部21B与位于其外侧的第二热交换部21B不同。

另一方面，对于冷却管20的各热交换部21中的制冷剂流路22、23的流路截面积的设定，第二实施方式的电池组件102与第一实施方式的电池组件101不同。

即，第三热交换部21C构成为，制冷剂流路22的流路截面积相当于分割流路22a的三个截面积(与第一热交换部21A的情况相同的截面积)，制冷剂流路23的流路截面积相当于分割流路23a的五个截面积(与第一热交换部21A的情况相同的截面积)。

冷却管20构成为，通过多个热交换部21中的制冷剂流路22、23的流路截面积相对较大的第二热交换部21B冷却内侧配置电池10B，通过多个热交换部21中的制冷剂流路22、23的流路截面积相对较小的第一热交换部21A和第三热交换部21C冷却外侧配置电池10A。

在此，内侧配置电池10B是多个电池10中的位于第一方向X的中间区域的电池10，外侧配置电池10A是多个电池10中的与中间区域相比位于第一方向X的外侧的电池10。由于内侧配置电池10B的第一方向X的两侧被其他的电池10覆盖，因此，与外侧配置电池10A相比散热路径受限，有温度容易升高的倾向。

其他的结构与第一实施方式相同。

根据第二实施方式，能够相对地提高冷却管20的多个热交换部21中的、负责与外侧配置电池10A相比温度容易升高的内侧配置电池10B的冷却的热交换部21的冷却能力。由此，能够实现多个电池10的均温化。

此外，起到与第一实施方式同样的作用效果。

在第二实施方式特别关联的变更例中，对于制冷剂流路22、23的流路截面积，能够采用第一热交换部21A与第三热交换部21C不同的结构。

(第三实施方式)

如图10所示，对于冷却管20的连通部24的结构，第三实施方式的电池组件103与第一实施方式的电池组件101不同。

第三实施方式的冷却管20构成为，多个第一连通部24A成为在多个热交换部21的第二方向Y的一端侧共通地连接的制冷剂集管，多个第二连通部24B成为在多个热交换部21的第二方向Y的另一端侧共通地连接的制冷剂集管。即，该冷却管20构成为将多个热交换部21经由多个连通部24并联连接。由此，多个热交换部21的制冷剂流路22、23被并联。

其他的结构与第一实施方式相同。

根据第三实施方式的冷却管20，通过将多个热交换部21的制冷剂流路22、23并联，由此，与第一实施方式的情况相比，能够降低制冷剂流路22、23的压力损失。

此外，起到与第一实施方式同样的作用效果。

(第四实施方式)

如图11和图12所示，对于冷却管20的热交换部21与连通部24各自的结构，第四实施方式的电池组件104与第一实施方式的电池组件101不同。

在电池组件104中，多个第一连通部24A包含将彼此相邻的两个热交换部21的一端部彼此连接的第一连通部24A和将彼此不相邻的两个热交换部21的一端部彼此连接的第一连通部24A。同样地，多个第一连通部24A包含将彼此相邻的两个热交换部21的另一端部彼此连接的第一连通部24A和将彼此不相邻的两个热交换部21的另一端部彼此连接的第一连通部24A。

多个热交换部21均构成为，制冷剂流路22的流路截面积相当于分割流路22a的四个截面积，制冷剂流路23的流路截面积相当于分割流路23a的四个截面积。

其他的结构与第一实施方式相同。

根据第四实施方式，与第一实施方式的情况相比，能够变更制冷剂流向多个热交换部21的制冷剂流路22、23的顺序。通过适当地选择将多个连通部24分别与热交换部21连接的连接目的地，能够提高多个热交换部21的制冷剂流路22、23中制冷剂的流动方式的自由度。由此，能够进行以使多个电池10的温度均匀的方式抑制温度差的控制、将各电池10调整为期望的温度的控制。

此外，起到与第一实施方式同样的作用效果。

在与第四实施方式特别关联的变更例中，在电池组件104的冷却管20中，能够像第一实施方式、第二实施方式的情况那样地，在多个热交换部21中采用使制冷剂流路22、23的流路截面积不同的结构。

本发明并非仅限定于上述的典型的实施方式，只要不脱离本发明的目的，就可以考虑各种应用、变形。例如，也能够实施根据上述的实施方式的以下方式。

在上述的实施方式中，例示了将冷却管20的管内设为上下二层结构，并且流过上层侧的制冷剂流路的制冷剂在下游部折返而在下层侧的制冷剂流路流动的情况，但也可以取而代之地将冷却管20的管内设为一层结构。

Claims (5)

1.一种电池组件，其特征在于，具备：

多个电池，该多个电池在厚度方向上隔着间隙地配置；以及

冷却管，该冷却管对所述多个电池进行冷却，

所述冷却管具有夹装于所述间隙的热交换部和将两个所述热交换部的端部彼此连接的连通部，并且所述冷却管是将多个所述热交换部与多个所述连通部组合而构成的，多个所述热交换部包含制冷剂流路的流路截面积彼此不同的热交换部。

2.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，

所述冷却管构成为，通过多个所述热交换部中的所述制冷剂流路的流路截面积相对较大的所述热交换部冷却所述多个电池中的位于所述厚度方向的中间区域的内侧配置电池，通过多个所述热交换部中的所述制冷剂流路的流路截面积相对较小的所述热交换部冷却所述多个电池中的与所述中间区域相比位于所述厚度方向的外侧的外侧配置电池。

3.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，

在所述冷却管的所述热交换部设置有正向制冷剂流路和逆向制冷剂流路，该正向制冷剂流路和该逆向制冷剂流路以制冷剂流动方向为彼此相反的方向的方式被划分。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的电池组件，其特征在于，

所述冷却管构成为将多个所述热交换部经由多个所述连通部串联连接。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的电池组件，其特征在于，

所述冷却管构成为将多个所述热交换部经由多个所述连通部并联连接。

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