CN1677712A - 蓄电池 - Google Patents

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Abstract

一种蓄电池，包括堆叠于彼此之上的单元电池层。每个单元电池层包括：单元电池阵列；将该单元电池阵列保持于其中的构件。至少其中一个构件形成为具有用于将冷却剂引入蓄电池内的入口和用于把已经流过蓄电池内的冷却剂排出的出口。

Description

蓄电池
发明领域
本发明涉及一种蓄电池，更具体地说，涉及一种具有使其冷却效率更佳的冷却剂通道的蓄电池。
发明背景
近年来，不断增长的环境意识已经导致车辆能源从采用矿物燃料的发动机转变为利用电能的电动机。
蓄电池和电池的技术也已经得到发展并且迅速提高，该蓄电池和电池为电动机的能源。
安装在混合型车辆上的蓄电池除了能以大功率频繁地充电和放电之外，还需要是紧凑的和轻型的。所述蓄电池还需要具有极好的抗振性和热辐射特性。
特开平公开号为NO.2000-195480的日本专利申请公开了一种蓄电池，其中外构件上设有多个扁平电池。通过在每个电池之间插入隔离物而在其间设置给定的间距，这样每个电池具有较好的热辐射特性，因此提高了蓄电池的循环特性和充电特性(放电特性)。
与由非扁平电池(例如，圆柱状或矩形电池)构成的蓄电池相比，采用上述蓄电池中的扁平单元电池使得能量密度更高些，从而有助于使蓄电池小型化。这意味着扁平单元电池构成的蓄电池由于它的紧凑性和高能量密度将适于安装在车辆上。
发明内容
然而，很难将上述的蓄电池进一步小型化以及使其能量密度增加，因为所述蓄电池需要位于其单元电池之间的空间以便保持其辐射特性。所述空间的必要性使其难以保持蓄电池的刚性以及提高其抗振性。该问题的一个解决方案就是将扁平的单元电池沿着厚度方向堆叠于彼此之上，其中某些层之间插有散热器。但是，这种构造的蓄电池的热辐射依赖于从所堆叠的单元电池向散热器直接传热，从而导致蓄电池中的三维温度分布不均匀。特别在扁平的单元电池中，温度分布的过分不均匀将导致该电池的寿命降低。
本发明是根据上述问题作出的，并且本发明的目的是提供一种紧凑且轻型的高能量密度的蓄电池，该蓄电池的热辐射和抗振性极佳。
本发明的一方面是提供一种蓄电池，其包括：堆叠于彼此之上的单元电池层，每个单元电池层包括：单元电池阵列；将该单元电池阵列保持于其中的构件，这里至少其中一个构件形成为具有用于将冷却剂引入蓄电池内的入口和用于把已经流过蓄电池内的冷却剂排出的出口。
附图的简要描述
现在将参照附图描述本发明，其中：
图1是示出了本发明的蓄电池外观的透视图；
图2示出了用于冷却图1所示蓄电池的一种冷却系统的外观；
图3示出了本发明第一实施例中的构件结构；
图4示出了本发明第一实施例中的构件结构；
图5示出了本发明第一实施例中的构件结构；
图6示出了本发明第一实施例中的构件结构；
图7示出了第一实施例中的构件的另一实例的结构；
图8示出了图7所示的构件结构；
图9示出了本发明第二实施例中的构件结构；
图10示出了本发明第二实施例中的构件结构；
图11示出了本发明第二实施例中的构件结构；
图12示出了本发明第三实施例中的构件结构；
图13示出了本发明第三实施例中的构件结构；
图14示出了本发明第三实施例中的构件结构；
图15示出了本发明第四实施例中的构件结构；
图16示出了本发明第四实施例中的构件结构；
图17示出了本发明第四实施例中的构件结构；
图18A为蓄电池中的气流分布图；
图18B为蓄电池中的气流的另一分布图；
图18C为蓄电池中的气流的另一分布图；
图18D为蓄电池中的气流的另一分布图；
图19A为曲线图，其示出了蓄电池中的单元电池位置和气流速度之间的关系；
图19B为曲线图，其示出了蓄电池中的单元电池位置和其温度升高之间的关系；
图20示出了本发明第五实施例中的构件和散热器的结构；
图21示出了本发明第五实施例中的构件和散热器的结构；
图22A为沿着图21的A-A线的剖视图；
图22B为沿着图21的B-B线的剖视图；
图22C为沿着图21的C-C线的剖视图；
图23示出了本发明第五实施例中的构件和散热器的结构。
优选实施例的详细描述
以下将参照附图描述本发明的实施例，其中相同的部件用相同的参考标号表示。
每个实施例中的蓄电池主要包括：由24个单元电池层构成的电池单元，和散热器，该散热器沿着单元电池层堆叠的方向(也即，沿着所述层的厚度方向)从外侧压挤该电池单元从而使电池单元固定。电池单元还具有在每六个单元电池层之间插入的中间散热器。每个单元电池层包括一个构件和四个扁平单元电池(以下将称作单元电池)，这四个扁平单元电池被固定在一起并容纳于构件内，它们沿着蓄电池的纵向布置。
电池单元总共具有96个单元电池。设置在构件和散热器上的电连接部件将所有的单元电池串联起来。
【第一实施例】
如图1所示，与本申请有关的蓄电池100以这样一种方式构造，即，由多个沿着其厚度方向堆叠的板状构件210(frame member)构成的电池单元200置于散热器300和340之间，电池单元的两个端面在堆叠方向上受到挤压从而将其固定在一起。
每个构件210上形成有四个保持部(未示出)，用于保持在其内平行设置的四个单元电池。电池单元200具有24个构件210组成的堆栈以及在每6层构件之间所插入的三个散热器310、320和330。这样电池单元200总共具有96个单元电池，每两个散热器之间总共具有24个单元电池。
每个构件210的彼此相对的两侧(这里，构件侧边指的是当单元电池层被堆叠时构成电池单元200横向侧的侧边)形成有冷却剂入口230，用于把作为冷却剂的空气引入电池单元200内，和冷却剂出口250，用于排出在电池单元200中循环的冷却剂。在电池单元200中，在其上游端和下游端具有入口230和出口250的冷却剂通道由构件210的内表面以及容纳在该构件210内的每个单元电池的外表面构成。也即，从入口230引入的空气经过构件210与电池单元200之间的限定空间在所述单元内循环，然后从出口250排出。
用螺母400A-400F把与散热器300和340相连的六个压制单元固定从而使该散热器固定。该压制单元的轴通过螺母400A-400F与延伸的盘簧的两端相连接。由于在散热器300与340之间提供压制单元，从而在堆叠方向上给电池单元200中的所有单元电池赋予了适当的表面压力。
在散热器300和340以及中间散热器310、320和330当中，具有多个冷却剂通道300A、340A、310A、320A和330A，冷却剂由此从该些通道的其中一侧边流向另一侧边。(这里，散热器的侧边指的是当单元电池层被堆叠时构成电池单元200横向侧的侧边)。
如图2所示，蓄电池100安装载车辆上时，利用车载冷却系统500进行冷却。
冷却系统500具有容纳蓄电池100的壳体600、用于将空气引入壳体600内的冷却剂引入管道700、以及用于将空气从壳体600排出的冷却剂排出管道800。
蓄电池100设在壳体600内，这样它的入口230对着上游而出口250对着下游。更具体地说，蓄电池100的入口230朝着冷却剂引入管道700定向，而蓄电池100的出口250朝着冷却剂排出管道800定向。壳体600中设有单一的或多个蓄电池100。
风扇850设置在壳体600一侧的冷却剂排出管道800上。风扇850具有一个传感器，用于检测从壳体600排出的空气的温度。控制器(未示出)根据该传感器所检测的温度来控制风扇850的转速(通风流量)。
在位于壳体600内的蓄电池100中，从入口230引入的空气在蓄电池100内的冷却剂通道中循环并从出口250排出，从而把与其直接接触的单元电池冷却。流经散热器300和340以及中间散热器310、320、和330的冷却剂通道300A、340A、310A、320A和330A的空气也间接地将单元电池冷却。
如图3所示，构件210由矩形外框架部212和梯子形状的三个横向构件部214A、214B、和214C构成，该些横向构件部与外框架部212的两相对侧交叉。U型凹口(开口或凹槽)216A形成于外框架部212的一侧上，U型凹口216B位于横向构件部214A上，U型凹口216C位于横向构件部214B上，U型凹口216D位于横向构件部214C上，U型凹口216E位于外框架部212的另一侧上。该构件可整体地形成，或者，可通过组装两个部件而形成，该两部件相对于单元电池设置方向上的中心线而对称。
将构件210堆叠并使其彼此紧密接触促进了凹口216A起到了冷却剂入口的作用，凹口216E起到了冷却剂出口的作用。凹口216B、216C和216D用作冷却剂通道的一部分。
凹口216A和216E以彼此不同的大小形成，这样用作冷却剂入口的凹口216A在冷却剂流动方向上的横断面面积(开口面积)大于用作冷却剂出口的凹口216E在冷却剂流动方向上的横断面面积。
用作部分冷却剂通道的凹口216B、216C、和216D在冷却剂流动方向上的横断面面积沿着冷却剂流动方向从上游至下游逐渐减小，这样流经于此的冷却剂的流速沿着冷却剂流动方向从上游至下游逐渐增加。也即，凹口216B的横断面面积大于凹口216C，而凹口216C又大于凹口216D；凹口216B、21C和216D的横断面面积彼此不同。在本实施例中，所有的凹口216A-216E都形成于构件210宽度方向的中心部处。凹口216A的横断面面积比其它的都大。这些凹口216B、216C、216D、和216E形成为使其横断面面积按此顺序减小。
单元电池220A、220B、220C和220D都是用复合薄膜覆盖的具有能量发生元件的锂离子电池，能量发生部为凳子形状，其横断面如图所示为梯形。单元电池220A、220B、220C和220D设置成使其凳子形状部从构件下面向上插入由构件210的外框架部212和横向构件部214A、214B、214C所限定的分隔空间内，如图4所示。由此，单元电池220A、220B、220C和220D分别与构件210的外框架部212和横向构件部214A、214B、214C保持水平。
构件210稍微比单元电池220厚些，这样所有单元电池220都会受到预定的表面压力，并且所有的构件210都会受到压缩而稍微变形。
在上文的描述中，部分冷却剂通道由凹口216B、216C和216D构成。此外，凹槽210A形成于构件210的外框架部212和横向构件部214A、214B、214C上，从而使空气在该凹槽210A表面上循环，其中单元电池220A、220B、220C和220D的外围凸缘部222A、222B、222C、222D与该凹槽210A相接触，如图4所示。通过该凹槽循环空气将会使单元电池220A、220B、220C和220D的热量通过外围凸缘部222A、222B、222C、222D消除。
六个构件210的每个都以上文所述的方式保持单元电池220A、220B、220C和220D，该六个构件以图5和8所示的方式堆叠于彼此之上。这种堆叠布置在堆叠方向上使单元电池彼此直接接触或者粘结，以及构件彼此直接接触。从入口230至出口250的冷却剂通道由构件210与单元电池220之间所限定的间隙或空间、该构件210中形成的凹槽210A、以及凹口216B-216D构成。
以上述方式构成的堆叠被进一步堆叠，同时在其间插入中间散热器310、320、和330，如图1所示。这种堆叠位于散热器300与340之间并用螺母400A-400F固定从而形成蓄电池。随着蓄电池100被启动，冷却系统500的风扇850的操作将会在该蓄电池100的构件210内产生伴随的气流。
构件210沿着堆叠方向的彼此粘结或紧密接触使得空气仅从图5和8所示的入口230被引入。所引入的空气穿过单元电池220A的外表面与构件210的内表面之间的间隙、并穿过构件210的凹槽210A到达横向构件部214A的凹口216B，其中凹槽210A形成于该构件210与单元电池220A的外凸缘部相接触的位置上。然后，从凹口216B所引入的空气穿过单元电池220B的外表面与构件210的内表面之间的间隙、并穿过构件210的凹槽210A到达横向构件部214B的凹口216C，其中凹槽210A形成于该构件210与单元电池220B的外凸缘部相接触的位置上。接着，从凹口216C所引入的空气穿过单元电池220C的外表面与构件210的内表面之间的间隙、并穿过构件210的凹槽210A到达横向构件部214C的凹口216D，其中凹槽210A形成于该构件210与单元电池220C的外凸缘部相接触的位置上。最后，从凹口216D所引入的空气穿过单元电池220D的外表面与构件210的内表面之间的间隙、并穿过构件210的凹槽210A从出口250排出，该凹槽210A形成于该构件与单元电池220C的外凸缘部相接触的位置上。这样，单元电池220A-220D由在其外表面及其外凸缘部上流动的空气直接冷却。
形成入口230的凹口216A、形成冷却剂通道的凹口216B-216D、形成出口250的凹口216E都形成为使其横断面面积从入口230至出口250逐渐减小，同时气流速度随着空气从入口230流向出口250而逐渐增大。这使得从入口230所引入的空气流过构件210的内表面与每个单元电池220的外表面之间所限定的空间，在每个横向构件部的中心部会聚，由此使其速度朝着下游增加并从出口250排出。虽然从入口230所引入的空气的温度随着空气向下游流动而逐渐升高，但空气的流速朝着出口250却逐渐增加。这使得上游和下游的冷却效率均匀，从而将所有单元电池220A-220D同样地冷却，无论它们在什么地方。构件210可形成为使单元电池220A、220B、220C和220D与构件210之间的构成部分冷却剂通道的所述间隙的宽度或流道尺寸从上游至下游逐渐减小。
在图7和8所示的第一实施例的另一实例中，鉴于单元电池220的冷却效率，入口230和出口250的横断面面积在构件210的堆叠方向上随着堆叠水平(上游和下游位置)而不同，其中该单元电池220远离散热器300和340或中间散热器310、320和330。在本实施例中，入口230的横断面面积从构件210堆叠的一端(底部)至中间位置逐渐增大，并从中间位置至堆叠的另一端(上侧)逐渐减小。另一方面，出口250的横断面面积从构件210的堆叠的一端(底部)至中间位置逐渐减小，并从中间位置至堆叠的另一端(上侧)逐渐增大。由于远离散热器的单元电池220(在这个位置，电池的热量不易消除)与散热器附近的那些单元电池相比(在这个位置，电池的热量易于消除)，其空气流量随着气流速度的增加而增加，这样使所有单元电池100实现了均匀的三维温度分布。
在本发明中，空气作为冷却剂被例证，但不限于此。根据所需的冷却效率，可以使用诸如氮之类的惰性气体以及诸如油之类的液体。
【第二实施例】
与第二实施例相关的构件的构造按照图9-11所示进行描述。
类似于第一实施例，构件210由矩形外框架部212和梯子形状的三个横向构件部214A、214B、214C构成，这些横向构件部与外框架部212的两相对侧交叉。U型凹口(开口或凹槽)216A1和216A2形成于外框架部分212一侧的两端上，U型凹口216B1和216B2位于横向构件部214A的两端上，U型凹口216C1和216C2位于横向构件部214B的两端上，U型216D1和216D2位于横向构件部214C的两端上，U型凹口216E1和216E2位于外框架部分212另一侧的两端上。此外，构件210上形成有与第一实施例相类似的凹槽210A。
将构件210堆叠并使其彼此紧密接触促进了凹口216A1和216A2起到了冷却剂入口230的作用，凹口216E1和216E2起到冷却剂出口250的作用。凹口216B1、216B2、216C1、216C2、216D1和216D2中的每个都用作冷却剂通道的一部分。
在冷却剂循环方向用作入口230的凹口216A1和216A2的横断面面积相同，构成冷却剂通道的凹口216B1和216B2、216C1和216C2、216D1和216D2的横断面面积也分别相同，用作出口250的凹口216E1和216E2的横断面面积也相同。
在本实施例中，如同第一实施例一样，与构件210纵向两端的其它凹口相比，凹口216A1和216A2的横断面最大。凹口216B1和216B2、216C1和216C2、216D1和216D2、以及216E1和216E2形成为使其横断面按照这个顺序逐渐减小。
单元电池220A、220B、220C和220D设置为使其凳子形状部从构件下面向上插入由构件210的外框架部212和横向构件部214A、214B、214C所限定的分隔空间内，如图10所示。
六个构件210的每个都以上文所述的方式保持单元电池220A、220B、220C和220D，该六个构件以图11所示的方式堆叠于彼此之上。这种堆叠布置在堆叠方向上使单元电池彼此直接接触或者粘结，以及构件彼此直接相接触。从入口230至出口250的冷却剂通道由构件210与单元电池220之间所限定的间隙或空间、构件210中形成的凹槽210A、以及凹口216B1-216D2构成。
以上述方式构成的堆叠被进一步堆叠，同时在其间插入中间散热器310、320、和330，如图1所示。这种堆叠位于散热器300与340之间并用螺母400A-400F固定从而形成蓄电池。随着蓄电池100被启动，冷却系统500的风扇850的操作将会在该蓄电池100的构件210内产生伴随的气流。
构件210沿着堆叠方向的彼此粘结或紧密接触使得空气仅从图11所示的入口230被引入。所引入的空气穿过单元电池220A的外表面与构件210的内表面之间的间隙、并穿过构件210的凹槽210A到达横向构件部214A的凹口216B1和216B2，其中凹槽210A形成于该构件210与单元电池220A的外凸缘部相接触的位置上。然后，从凹口216B1和216B2所引入的空气穿过单元电池220B的外表面与构件210的内表面之间的间隙、并穿过构件210的凹槽210A到达横向构件部214B的凹口216C1和216C2，其中凹槽210A形成于该构件210与单元电池220B的外凸缘部相接触的位置上。接着，从凹口216C1和216C2所引入的空气穿过单元电池220C的外表面与构件210的内表面之间的间隙、并穿过构件210的凹槽210A到达横向构件部214C的凹口216D1和216D2，其中凹槽210A形成于该构件210与单元电池220C的外凸缘部相接触的位置上。最后，从凹口216D1和216D2所引入的空气穿过单元电池220D的外表面与构件210的内表面之间的间隙、并穿过构件210的凹槽210A从出口250排出，该凹槽210A形成于该构件与单元电池220C的外凸缘部相接触的位置上。这样，单元电池220A-220D由在其外表面及其外凸缘部上流动的空气直接冷却。
形成入口230的凹口216A1和216A2、形成部分冷却剂通道的每个凹口216B1-216D2、形成出口250的凹口216E1和216E2都形成为使其横断面面积从入口230至出口250逐渐减小，同时气流速度随着空气从入口230流向出口250而逐渐增大。这使得从入口230所引入的空气流过构件210的内表面与每个单元电池220之间所限定的空间，当空气经过横向构件部214向下游流动时其速度增加，并从出口250排出。虽然从入口230所引入的空气的温度随着空气向下游流动而逐渐升高，但空气的流速朝着出口250却逐渐增加。这使得上游和下游的冷却效率均匀，从而将所有单元电池220A-220D同样地冷却，无论它们在什么地方。
【第三实施例】
与第三实施例相关的构件的构造根据图12-14所示进行描述。
如图12所示，构件210，如同第一实施例一样，是由矩形外框架部212和梯子形状的三个横向构件部214A、214B、214C构成，这些横向构件部与外框架部212的两相对侧交叉。凹口216A-216H沿着横向构件部214A、214B、214C形成于外框架部212的前侧。凹口216I-216P形成于与凹口216A-216H相对的后侧。如同第一实施例一样，凹槽210A形成于构件210上。
将构件210堆叠并使其彼此紧密接触促进了凹口216A-216H起到了冷却剂入口的作用，凹口216I-216P起到了冷却剂出口的作用。这些凹口的尺寸在同层的冷却剂流动方向上是恒定的。
单元电池220A、220B、220C和220D设置成使其凳子形状部从构件下面向上插入由构件210的外框架部212和横向构件部214A、214B、214C限定的分隔空间内，如图13所示。
六个构件210的每个都以上文所述的方式保持单元电池220A、220B、220C和220D，该六个构件以图14所示的方式堆叠于彼此之上。这种堆叠布置在堆叠方向上使单元电池彼此直接接触或者粘结，以及构件彼此直接接触。从入口230至出口250的冷却剂通道由构件210与单元电池220之间所限定的间隙或空间、构件210中形成的凹槽210A、以及凹口216B-216D构成。
以上述方式构成的堆叠被进一步堆叠，同时在其间插入中间散热器310、320、和330，如图1所示。这种堆叠位于散热器300与340之间并用螺母400A-400F固定从而形成蓄电池。随着蓄电池100被启动，冷却系统500的风扇850的操作将会在该蓄电池100的构件210内产生伴随的气流。
在本实施例中，容纳在冷却系统500壳体内的蓄电池100与第一和第二实施例中的布置方向相差90度。这是因为在本发明中空气需要横向地(也即，沿着附图的垂直方向)循环，但是在第一和第二实施例的蓄电池100中，空气沿着蓄电池的纵向(附图的水平方向)循环。
构件210沿着堆叠方向彼此粘结或紧密接触，从而使得空气仅从图14所示的入口230被引入。所引入的空气平行流过单元电池220A-220D与构件210之间的间隙、并流过构件210的凹槽210A从出口250排出，其中凹槽210A形成于该构件210与单元电池220A的外凸缘部相接触的位置上。结果，单元电池220A-220D主要由在其侧表面和外凸缘部上流动的空气直接冷却。
在本实施例中，以相同速度从入口230所引入的并且流过单元电池220A-220D的空气，其温度和流量相同，从而允许均匀地冷却所有单元电池。
而且在本实施例中，就像第一和第二实施例一样，入口230的横断面面积可以大于出口250。
【第四实施例】
与第四实施例相关的构件的构造根据图15-17所示进行描述。
如图15所示，构件210由矩形外框架部212和梯子形状的三个横向构件部214A、214B、214C构成，这些横向构件部与外框架部212的两相对侧交叉。U型凹口(开口或凹槽)216A形成于外框架部212的一侧上，U型凹口216B形成于横向构成部分214A上，U型凹口216C形成于横向构成部分214B上，U型凹口216D形成于横向构成部分214C上，U型凹口216E形成于外框架部212的另一侧上。
第一实施例中的凹口216A-216E形成于构件210的纵向中心处。但是，在本实施例中，凹口216A-216E偏离该中心处并且沿着构件210的对角线设置。凹槽210A如同第一实施例一样地位于构件210上。
将构件210堆叠并使其彼此紧密接触促进了凹口216A起到了冷却剂入口的作用，凹口216E起到了冷却剂出口的作用。凹口216B、216C和216D用作冷却剂通道的一部分。
凹口216A和216E的尺寸彼此不同，这样在冷却剂流动方向上用作冷却剂入口的凹口216A的横断面面积(开口面积)大于在冷却剂流动方向上用作冷却剂出口的凹口216E的横断面面积。
用作部分冷却剂通道的凹口216B、216C和216D在冷却剂流动方向的横断面面积沿着冷却剂流动方向从上游至下游逐渐减小，这样流过该些凹口的冷却剂的流速沿着冷却剂流动方向从上游至下游逐渐升高。
单元电池220A、220B、220C和220D都设置成使其凳子形状部从构件下面向上插入由构件210的外框架部212和横向构件部214A、214B、214C限定的分隔空间内，如图16所示。
六个构件210的每个都以上文所述的方式保持单元电池220A、220B、220C和220D，该六个构件以图17所示的方式堆叠于彼此之上。这种堆叠布置在堆叠方向上使单元电池彼此直接接触或者粘结，以及构件彼此直接接触。从入口230至出口250的冷却剂通道由构件210与单元电池220之间所限定的间隙或空间、构件210中形成的凹槽210A、以及凹口216B-216D构成。
以上述方式构成的堆叠被进一步堆叠，同时在其间插入中间散热器310、320、和330，如图1所示。这种堆叠位于散热器300与340之间并用螺母400A-400F固定从而形成蓄电池。随着蓄电池100被启动，冷却系统500的风扇850的操作将会在该蓄电池100的构件210内产生伴随的气流。
构件210沿着堆叠方向的彼此粘结或紧密接触使得空气仅从图17所示的入口230被引入。所引入的空气穿过单元电池220A的外表面与构件210的内表面之间的间隙、并穿过构件210的凹槽210A到达横向构件部214A的凹口216B，其中凹槽210A形成于该构件210与单元电池220A的外凸缘部相接触的位置上。然后，从凹口216B所引入的空气穿过单元电池220B的外表面与构件210的内表面之间的间隙、并穿过构件210的凹槽210A到达横向构件部214B的凹口216C，其中凹槽210A形成于该构件210与单元电池220B的外凸缘部相接触的位置上。接着，从凹口216C所引入的空气穿过单元电池220C的外表面与构件210的内表面之间的间隙、并穿过构件210的凹槽210A到达横向构件部214C的凹口216D，其中凹槽210A形成于该构件210与单元电池220C的外凸缘部相接触的位置上。最后，从凹口216D所引入的空气穿过单元电池220D的外表面与构件210的内表面之间的间隙、以及穿过构件210的凹槽210A从出口250排出，该凹槽210A形成于该构件与单元电池220C的外凸缘部相接触的位置上。这样，单元电池220A-220D由在其外表面及外凸缘部上流动的空气直接冷却。
形成凹口230的凹口216A、形成冷却剂通道的凹口216B-216D、形成出口250的凹口216E都形成为使其横断面面积从入口230至出口250逐渐减小，同时气流速度随着空气从入口230流向出口250而逐渐升高。
这使得从入口230所引入的空气沿着构件210内表面与每个单元电池220外围之间的间隙流动，并且流速朝着下游逐渐增加，从而从出口250排出。在本实施例中，空气从入口230向出口250偏斜地流动，与每个单元电池220的外围四侧的接触进一步提高了冷却效率。
虽然从入口230所引入的空气的温度随着空气向下游流动逐渐增加，但是空气的流速朝着出口250却逐渐增加。这使得上游和下游的冷却效率均匀，从而将单元电池220A-220D同样地冷却，无论它们在什么地方。
【实施例的评定】
图18A-18D示出了空气是如何在蓄电池100内循环的。图19A和19B分别示出了构成蓄电池100的单元电池的位置与冷却空气的速度之间的关系，以及单元电池的位置与单元电池的温度升高之间的关系。
如图18A所示，空气沿着与第一实施例相同的路线流动。也即，从入口230引入单元电池220A空间内的空气沿着蓄电池100的宽度方向W向外分离，沿着单元电池220A的外围流动，然后在蓄电池100的宽度方向W的中心处会聚以使速度增加，并且流入相邻的单元电池220B空间内。对于单元电池220B-220D，重复相同的步骤以从出口250排出空气。
如图18B所示，空气沿着与第二实施例相同的路线流动。也即，从入口230引入单元电池220A空间内的空气在宽度方向W上沿着蓄电池100的两外侧在单元电池220A外围流动，并且当该空气从单元电池220A向相邻的单元电池220B移动时其速度增加。对于单元电池220B-220D，重复相同的步骤以从出口250排出空气。
如图18C所示，空气沿着与第三实施例相同的路线流动。也即，从入口230引入单元电池220A-220D空间内的空气沿着与蓄电池100宽度方向W平行的两侧在单元电池220A-220D外围流动，并从出口250排出，其中入口230沿着蓄电池100的宽度方向W平行设置在外侧上，出口250沿着蓄电池100的宽度方向W平行设置在相反侧上。
如图18D所示，空气沿着与第四实施例相同的路线流动。也即，从入口230引入单元电池220A空间内的空气沿着蓄电池100宽度方向W向外分离，沿着电池单元220A的外围流动，然后会聚在一起以使气流速度增加，由此流入相邻的单元电池220B空间内。所述空气如同第一实施例一样地分离和相遇。当空气从其中一个单元电池空间流向相邻的单元电池时，将会沿着蓄电池100的每个单元电池层的对角线会聚至一点。因此，与第一实施例相比，本实施例进一步消除了压力损失，该压力损失是由于从入口230引入单元电池220A空间内的空气首次膨胀地分离时所导致的、以及在流过单元电池220D的空间从出口250排出之前空气最终收缩地会聚在一起时所导致的。
图19A是实验结果的图示，该实验结果是关于当空气沿着图18A-18D所示的路线流动时所获得的单元电池位置与气流速度之间的关系。图19B也是实验结果的图示，该实验结果是关于当空气沿着图18A-18D所示的路线流动时所获得的单元电池位置与温度升高之间的关系。这些附图中所示的比较例指的是一种仅由散热器300和340、以及中间散热器310、320、330构成的蓄电池，这些散热器作为图1所示的蓄电池100中的冷却部件。
从这些图示可以看出，与比较例相比，气流速度在所有上述路线上从入口230至出口250都是逐渐变快的，并且单元电池的温度上升也是平缓的，其中空气沿着所有上述路线流动。
第三实施例表明，在该图示中单元电池的温度的分散性最小。第四实施例紧次于第三实施例。
在第三实施例中，数量较多的冷却剂入口能够给每个单元电池等同地提供空气量，但需要使用较大功率消耗的排气扇。另一方面，在第四实施例中，当给定的空气量例如为1.9m3/min时，单元电池220A两侧附近的气流速度约为2.0m/s，单元电池220D附近的气流速度约为12.0m/s。随着初始的冷却空气的温度设为35℃，单元电池220A上的温度约为38℃，单元电池220D上的温度约为42℃。在制造带有适度功率消耗的小蓄电池方面，第四实施例具有胜于第三实施例的优势。
在作为比较例的蓄电池中，当空气量如同第四实施例一样地给定为1.9m3/min时，不管在什么位置流经散热器的空气量也不会改变。随着初始的冷却空气的温度设为35℃，单元电池220A上的温度约为38℃，而单元电池220D上的温度为48℃。
从上面的图示可以看出，本发明大大有助于改善蓄电池100三维温度分布的不均匀性。
【第五实施例】
与第五实施例有关的构件的构造根据图20-23所示进行描述。
如图20所示，构件210由矩形外框架部212和梯子形状的三个横向构件部214A、214B、214C构成，这些横向构件部与外框架部212的两相对侧交叉。U型凹口(开口或凹槽)216A形成于外框架部212的一侧上，U型凹口216B形成于横向构件部214A上，U型凹口216C形成于横向构件部214B上，U型凹口216D形成于横向构件部214C上，U型凹口216E形成于外框架部212的另一侧上。
在本实施例中，所有凹口216A-216E在冷却剂循环方向上的横断面面积都相同。
同时，堆叠在构件210上的中间散热器330上设有凸部332A-332C，这些凸部的位置对应于构件210的横向构件部214A-216C上所设的凹口216B-216D。如图21所示，凸部332A的长度La短于凸部332B的长度Lb。凸部332B的长度Lb短于凸部332C的长度Lc。换句话说，每个凸部的长度沿着空气循环方向从上游至下游逐渐增加。
凸部332A-332C具有U型凹口332A1-332C2，这些凹口为图20和22A-22C所示的区段通道型。如图22A-22C所示，凹口332A1的宽度等于凹口332A2的宽度Wa，凹口332B1的宽度等于凹口332B2的宽度Wb，凹口332C1的宽度等于凹口332C2的宽度Wc。凹口332A1和332A2的宽度Wa大于凹口332B1和332B2的宽度Wb，凹口332B1和332B2的宽度Wb大于凹口332C1和332C2的宽度Wc。也即，每个凹口332的宽度沿着空气循环方向从上游至下游逐渐减小。
单元电池220A、220B、220C和220D都设置为使其凳子形状部从构件下面向上插入由构件210的外框架部212和横向构件部214A、214B、214C构成的分隔间隙内，如图20所示。
中间散热器330粘结在构件210上，使凹口216A起到了入口230的作用，凹口216E起到了出口250的作用。这同样使凹口216B、216C、216D，凸部332A、332B、332C，凹口332A1-332C2起到了冷却剂通道的作用。
六个构件210的每个都保持其内的单元电池220A、220B、220C和220D，该六个构件从底部依次向上粘结地堆叠并且沿着堆叠方向从两侧由散热器340和中间散热器330夹在当中。以这种方式层压散热器330和340以及构件210允许处于堆叠方向两端的单元电池220与散热器330和340直接粘结，处于其它地方的单元电池220彼此直接粘结，处于堆叠方向两端的构件210与散热器330和340直接粘结，处于其它地方的构件210彼此直接粘结。
在第一至第四实施例中以任何形式给构件210提供凹口，其中该构件210不与散热器330和340相粘结并且位于中间位置处，从而允许了从入口230至出口250的冷却剂通道通过构件210和单元电池220之间的间隙、构件210上形成的凹槽、凹口216B-216D而形成于构件210之间。此外，在从入口230至出口250的构件210与散热器330和340之中，具有由构件210、散热器330和340、单元电池220当中的间隙、由构件210上形成的凹口216B-216D、由散热器330和340上形成的凸部332A-332C、以及由凸部332A-332C上形成的凹口332A1-332C2所构成的冷却剂通道。
以上述方式构成的堆叠被进一步堆叠，同时在其间插入中间散热器310、320、和330，如图1所示。这种堆叠位于散热器300与340之间并用螺母400A-400F固定从而形成蓄电池。随着蓄电池100被启动，冷却系统500的风扇850的操作将会在该蓄电池100的构件210内产生伴随的气流。
在本实施例中，构件210之间的气流与上述的第一至第四实施例相同，所以省略其描述。以下将描述散热器330和340与构件210之间的气流。
散热器330和340沿着堆叠方向粘结于构件210上，从而促使空气仅从图20所示的入口230被引入。所引入的空气穿过单元电池220A、构件210、以及中间散热器330之间的间隙到达横向构件部214A上的凹口216B。如图21、22A-22C所示，散热器330的凸部332A置入凹口216B中，凹口332A1和332A2形成于凸部332A上，这促使空气通过由凹口216B、凸部332A、凹口332A1和332A2所形成的间隙而循环。于是，从凹口216B所引入的空气穿过单元电池220B、构件210、和中间散热器330之间的间隙到达凹口216C。穿过凹口216C、凸部332B、以及凹口332B1和332B2并从凹口216C所引入的空气穿过单元电池220C、构件210、和中间散热器330之间的间隙到达横向构件部214C上的凹口216D。最后，穿过由凹口216D、凸部332C、以及凹口332C1和332C2构成的间隙并从凹口216D所引入的空气穿过单元电池220D、构件210、和中间散热器330之间的间隙从出口250排出。
在本实施例中，由凹口216B-216D、凸部332A-332C、凹口332A1-332C2所构成的间隙区域形成为从上游至下游逐渐减小。因此空气的速度从单元电池220A至单元电池220D逐渐增加。
出于这个原因，从入口230所引入的空气沿着构件210及中间散热器330的内表面与单元电池220外围之间的间隙流动，在每个横向构件部214的中心处会聚，以使其速度朝着下游逐渐增加，并从出口250排出。从入口230所引入的空气的温度随着空气向下游流动而逐渐升高，但其速度随着空气流向出口250而增加，从而使得上游和下游的冷却能力几乎相等，这促使所有的单元电池220A-220D都均匀地冷却。
本实施例论述了如何仅在中间散热器330上形成凸部332，但它也可在散热器300和340上形成，取代在中间散热器330上形成。
在上述的实施例中，通过改变中间散热器330上所形成的凸部332和凹口的尺寸、而不改变构件210的横向构件部214上所形成的凹口216的尺寸来增加气流速度。但，与此相反，通过改变构件210的横向构件部214上所形成的凹口216的尺寸、而不改变在中间散热器330上形成的凸部332和凹口的尺寸来增加气流速度。
这里所述的优选实施例是例证性的并且不限于此，本发明可以在不违背其宗旨或基本特征的情况下以其它方式来实现或体现。由权利要求所表示的本发明的范围、以及落在该权利要求的涵义内的所有变化都包含在此。
本发明的内容涉及2004年3月31日所提出的日本专利申请NO.2004-107131所包含的主题，该申请的全部内容在此显然可引入作为参考。

Claims (15)

1.一种蓄电池，包括：
堆叠于彼此之上的单元电池层，每个单元电池层包括：
单元电池阵列；以及
将单元电池保持于其中的构件，
其中，至少其中一个构件形成为具有用于将冷却剂引入蓄电池内的入口和将用于把已经流过蓄电池内的冷却剂排出的出口。
2.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，
冷却剂通道在蓄电池内从入口至出口布置，所引入的冷却剂流过该冷却剂通道并直接与至少其中一个单元电池接触。
3.根据权利要求2所述的蓄电池，还包括：
散热器，其位于堆叠的单元电池层的顶部，堆叠的单元电池层的底部，或位于堆叠的单元电池层之间。
4.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，
入口的横断面面积大于出口。
5.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，
单元电池层之间的入口和/或出口的尺寸不同。
6.根据权利要求2所述的蓄电池，其特征在于，
冷却剂通道形成为使流经于此的冷却剂的速度随着该冷却剂向下游流动而增加。
7.根据权利要求3所述的蓄电池，其特征在于，
每个构件包括外框架部和在该外框架部之间延伸的多个横向构件部，和
每个单元电池的外围由外框架部和/或横向构件部保持。
8.根据权利要求7所述的蓄电池，其特征在于，
入口包括在蓄电池的一侧形成于构件的外框架部上的开口，出口包括在蓄电池的另一侧形成于构件的外框架部上的开口，冷却剂通道包括形成于构件的横向构件部上的每个开口。
9.根据权利要求8所述的蓄电池，其特征在于，
冷却剂通道包括形成于构件的顶面或底面上的凹槽，其中单元电池的外围与该凹槽相接触。
10.根据权利要求8所述的蓄电池，其特征在于，
冷却剂通道的开口设置得越靠下游，该开口的尺寸就变得越小。
11.根据权利要求8所述的蓄电池，其特征在于，
冷却剂通道包括位于构件的其中一个横向构件部的一部分与形成在散热器上的凸部之间的间隙，其中，该横向构件部的一部分形成该横向构件部的其中一个开口，该凸部的位置对应于该横向构件部的其中一个开口。
12.根据权利要求11所述的蓄电池，其特征在于，
冷却剂通道的间隙设置得越靠近下游，该间隙的尺寸就变得越小。
13.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，
单元电池包括用复合薄膜覆盖的扁平锂离子电池。
14.一种用于冷却蓄电池的方法，该蓄电池包括堆叠于彼此之上的单元电池层，每个单元电池层包括单元电池阵列和将该单元电池阵列容纳于其中的构件，所述方法包括：
在蓄电池内提供一形成在单元电池的外表面和构件的内表面之间的冷却剂流路的网络；和
调节其中一个冷却剂流路的横截面面积，以控制冷却剂流在该网络中的流动速度。
15.一种蓄电池，包括：
堆叠于彼此之上的单元电池层，每个单元电池层包括单元电池和将该单元电池保持于其中的构件；
由冷却剂流路的层状支网络构成的网络，每个支网络限定在构件和各单元电池层的单元电池之间。
CNB2005100595910A 2004-03-31 2005-03-30 蓄电池 Active CN100337345C (zh)

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