CN1855609B

CN1855609B - 电池模块

Info

Publication number: CN1855609B
Application number: CN2006100917035A
Authority: CN
Inventors: 李建求; 金泰容; 林鸿燮
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: KR100658626B1; CN1855609A; KR20060102856A

Abstract

本发明公开了一种电池模块，其包括内部流过冷却空气的冷却管、设置在冷却管上的单元电池、和设置在冷却管上调节单元电池温度的温度调节单元。采用本发明，由于冷却介质可以均匀地流过单元电池之间，因此，可显著改善电池模块的散热效果，并可防止在整个电池模块中出现局部热量不均衡的现象。

Description

电池模块

技术领域

本发明涉及一种电池模块，尤其涉及一种具有多个提高了冷却效率的单元电池(unit batteries)的电池模块。

背景技术

与原电池不同，可充电电池可以再充电。低容量电池用于各种便携式电子设备例如电话、膝上型计算机、和录像摄像机。大容量电池用作驱动电机的电源，例如用于驱动燃油电力两用车的电机。

根据可充电电池的外部形状，可将它们分为不同类型，例如棱柱形电池和圆柱形电池。大容量可充电电池(在下文中称作″电池模块″)由多个可充电电池(在下文中每个称为″单元电池″)组成使得它可用于驱动如燃油电力两用车之类的需要高能源机械的电机。

每一单元电池包括具有正电极、负电极、及插入正和负电极之间的隔板的电极组件；容纳电极组件的外壳；用于密封外壳的盖组件和从盖组件中伸出且分别电连接到正电极和负电极的正极和负极端子。

在电池模块中，单元电池以预定的距离彼此间隔并且串联或并联连接。

因为电池模块由几个至十几个单元电池组成，必须有效地发散单元电池产生的热。电池模块的散热性能是决定电池模块性能的非常重要的因素。

若不能适当散热，在单元电池之间形成的温差将使充电/放电效率恶化。此外，电池模块温度过度增加将使电池模块的性能恶化，在最严重的情形下甚至还将导致电池模块炸裂。

尤其是将电池模块用作驱动如真空吸尘器、电动摩托车或混合燃油电力两用车的马达的大容量可充电电池时，完成充电和放电电流都很大。因此，电池模块的内部温度过度增加。这将使电池模块的固有性能恶化。据此，向电池模块外有效地发散过量的热是非常重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多个冷却效率最高的单元电池的电池模块。

本发明另一目的是提供一种具有多个被冷却到相等程度的单元电池且这些单元电池之间温差最小的电池模块。

根据本发明一实施方式，电池模块包括使冷却空气流过的冷却管、安装在冷却管上的单元电池、和安装在冷却管上用于调整单元电池的温度的温度调节单元。

温度调节单元可以是热电元件或散热肋。

可将单元电池安装在冷却管的内表面，而将温度调节单元安装在冷却管的外表面。

或者，可将单元电池安装在冷却管的外表面，而将温度调节单元安装在冷却管的内表面.

冷却管可以呈圆柱形或棱柱形。

单元电池可以呈圆柱形或棱柱形。

可将单元电池插入安装在冷却管外表面上的插入壳体中。

插入管具有与单元电池的截面相应的截面。

电池模块还可包括围绕冷却管设置以在它们之间限定出空气通道的外管。可在外部管上形成散热肋。

根据本发明的另一实施方式，电池模块包括设有使冷却介质流过的多条流体通路的传热主体和设置于传热主体上的多个单元电池。

可将单元电池固定地插入形成于传热主体上的装配槽中。

可将单元电池布置在传热主体的相对的表面上。

冷却介质是冷却水。

附图说明

通过参考附图详细描述本发明的示例性实施方式，本发明的上述及其他特征和优点将更加清晰。附图中：

图1是本发明一示例性实施方式的电池模块的透视图；

图2是图1所示的电池模块的前视剖面图；

图3是图1所示的单元电池的顶视剖面图；

图4是本发明另一示例性实施方式的电池模块的前视剖面图；

图5是本发明又一示例性实施方式的电池模块的前视剖面图；

图6是本发明再一示例性实施方式的电池模块的前视剖面图；

图7是本发明另一示例性实施方式的电池模块的前视剖面图；

图8是本发明又一示例性实施方式的电池模块的前视剖面图；

图9是本发明再一示例性实施方式的电池模块的透视图；

图10是图9所示的电池模块的前视剖面图；

图11是图9所示的电池模块的侧视剖面图；

图12和13是图9所示的电池模块的改型实例的侧视剖面图；

图14是本发明又一示例性实施方式的电池模块的透视图；

图15是图14所示的电池模块的前视图；

图16是图14所示的电池模块的改型实例的前视图。

具体实施方式

在下面的详细说明中，通过图例的方式展示和描述了本发明的一些实施方式。正如本领域技术人员所得知的那样，在不超出本发明构思或范围的前提下可以多种方式对所描述的实施方式作出改型。因此，可以认为所示附图和描述实际上是说明性的，而不是限制性的。

在下面的描述中，虽以空气作为电池模块的冷却介质为例进行说明，但是本发明不限于此。例如，可用水或其它流体作为冷却介质。

参考图1，该实施方式的电池模块10包括：多个单元电池11，每一单元电池包括具有正和负电极以及插入正和负电极之间的隔板的电极组件；流过冷却空气的圆柱形冷却管12；多个设置在冷却管12的外周边上用于容纳各单元电池11、彼此间隔预定距离的插入壳体13；以及多个设置在冷却管12内周边、彼此间隔预定距离的热电元件15。

热电元件15是利用不同的金属或不同的半导体吸收或释放热量的器件。

在该实施方式中，为了发散由单元电池11产生的热量，可将热电元件15设计成吸收被传递到冷却管12的热量并通过流过冷却管12的冷却空气发散被吸收的热量。

当然，在某些情况中，也可将热电元件设计成用来产生热量。

也就是说，可能存在应当提高单元电池11的温度的情况，例如在寒冷的季节。在这种情况下，将施加于热电元件的电流方向改变为产生热量的方向，于是可提高单元电池11的温度，由此使单元电池11有效地工作。在这种情况下，冷却管12作为一种热传递元件。

如上所述，热电元件起到用于调节单元电池11的温度的温度调节单元的作用。可根据电池模块的尺寸改变热电元件的数量。可以通过本领域公知的方法来安装热电元件。

通过例如风机(未示出)为冷却管12强制地提供冷却空气，通过冷却空气流过冷却管12来发散单元电池11产生的热量。

热电元件15包括恒温电极(未示出)和热吸收/释放电极(未示出)。在热吸收/释放电极接触流过冷却管12的空气的同时恒温电极接触冷却管12。因此，当向热电元件供给电流时，恒温电极被冷却。

然后，单元电池11中产生的热量被冷却管12转移和发散，并被进一步由流过冷却管12的冷却空气发散。

反之，对于上面提到的利用热电元件15提高单元电池11的温度的情况，则向热电元件15供给相反方向的电流，恒温电极加热冷却管12，以提高单元电池11的温度。

在该实施方式中，单元电池11被形成为圆柱形形状，插入壳体13具有与单元电池11的形状相应的内周边。也就是说，插入壳体13是具有内径与单元电池11的外径相应的圆柱形管。

因此，将单元电池11插进插入壳体13中时，单元电池11的外周边与插入壳体13的内周边固定接触。

此时，插入壳体13的相对端(第一和第二端)是敞开的。因此，将单元电池11插进插入壳体13中时，单元电池11的正极端子通过插入壳体13的第一端暴露，单元电池11的负极端子通过插入壳体13的第二端暴露(见图3)。

因此，可将安装在冷却管12上的多个单元电池11有效地串联或并联连接。

在该实施方式中，冷却管12和插入壳体13可以由如铝或铜之类的传热性能好的材料构成。为阻断冷却管12和插入壳体13之间的电流，可以在冷却管12和插入外壳13之间设置绝缘件(未示出)。

图4示出了本发明另一实施方式的电池模块。

该实施方式的电池模块除冷却管12’具有矩形截面之外，其他方面与图1所示基本相同。也就是说，本发明的冷却管可以形成为具有圆柱形或多边形截面。当冷却管形成为具有多边形截面时，插有单元电池的插入壳体可以固定在冷却管12′的每一侧上。

图5示出了本发明又一实施方式的电池模块。

该实施方式的电池模块除了单元电池是棱柱形和插入壳体26具有与棱柱形电池的截面相应的截面外，其他方面基本上与图4所示一致。

将单元电池24插进插入壳体26中使得具有较宽宽度的表面面对冷却管22。在这种情况下，单元电池24和冷却管22之间的接触面积增加，由此可改善电池模块20的冷却效率。

在棱柱形单元电池的情况下，正极和负极端子24a和24b均形成在其一端上。因此，可以只使插入壳体26的一端敞开。

图6示出了根据本发明再一实施方式的电池模块。

该实施方式的电池模块30除了将单元电池32设置在冷却管34的内部同时将热电元件36设置在冷却管34的外部之外，其他方面与图5所示一致。

也就是说，插入壳体39被安装在冷却管34的内壁上，而单元电池32被插入各插入壳体39中。

因此，借助于流经冷却管34的冷却空气可直接冷却单元电池32，并将单元电池32排出的和通过冷却管12传递的热量通过热电元件36散发到外侧。

图7示出了本发明的另一实施方式的电池模块。

除了第三实施方式中的热电元件用散热肋44取代外，该实施方式的电池模块与图5所示相同。

散热肋44被设置在冷却管12的内表面上，彼此间隔预定距离。散热肋44可沿冷却空气的流动方向延伸。

散热肋44可以由与冷却管42相同的材料构成。在这种情况下，散热肋44可以与冷却管42同时形成。也就是说，散热肋44可与冷却管42整体形成。或者，散热肋44可以由比冷却管12的导热系数更高的材料构成。

图8示出了本发明第六实施方式的电池模块。

除了散热肋的设置位置与单元电池的设置位置互换之外，该实施方式的电池模块与图7所示的相同。

也就是说，在该实施方式中，分别插有单元电池54的插入壳体56被安装在冷却管52的内表面，而散热肋58被设置在冷却管52的外表面。

现在参考图1和图2描述本发明电池模块的工作情况。

如上所述，单元电池11被设置在起外壳作用的冷却管12上。由单元电池11产生的热量通过流经冷却管12的冷却空气发散。

如图1和图2所示，单元电池11被插入设置在冷却管12的外周边的各插入壳体12中。

由单元电池11产生的热量借助于流过冷却管12的冷却空气和安装在冷却管12中的热电元件被均匀地发散。

此时，由于单元电池11与冷却管12均匀接触可使单元电池11的热量均匀发散，致使在相同条件下可使单元电池11和流过冷却管12的冷却空气之间进行热交换。

也就是说，单元电池11与冷却管12的接触面积彼此是相等的.此时，由于冷却管12被设置在单元电池11结构的中心，流经冷却管12的冷却空气可均匀地作用于单元电池11上.

因此，在相同散热条件下可均匀地冷却单元电池11。

图9至11示出了本发明的又一实施方式的电池模块。

参照图9至11，该实施方式的电池模块60除另外设有外管66之外，其他方面与图1所示相同。

内部分别插有单元电池62的插入壳体68被分别设置在冷却管64和外管66之间，以使冷却管64的外周边和外管66的内周边接触。热电元件被安装在冷却管64的内周边上。

也就是说，电池模块60形成为双管型。因此，在冷却管64和外管66之间限定出能使冷却空气通过的空气通道。

与图3和4的相同，可将散热肋70形成于外管66的外周边上。

图12和13是图9所示的电池模块的改型例。

参考图12，冷却管和外管76和80具有矩形截面。

参考图13，冷却管和外管78和82具有矩形截面，单元电池86是棱柱形电池。

现在参考图11描述该实施方式的电池模块的工作情况。

单元电池62借助于流经冷却管64的冷却空气和热电元件65的工作被均匀地冷却。

此时，因为附加的冷却空气流过冷却管64和外管66之间限定的空气通道，可进一步提高对单元电池的冷却效率。此外，形成于外管66的外周边上的散热肋70能迅速地发散单元电池62排放的热量并将热量传给外管66。因此，可显著改善电池模块60的散热效果。

图14和15示出了本发明的再一实施方式的电池模块。

这个实施方式的电池模块包括多个单元电池92，它们并排设置且彼此间隔预定距离。

单元电池92是圆柱形电池。

也就是说，单元电池92被安装在传热体94上且彼此间隔预定距离。传热体94起支撑单元电池92和发散单元电池92产生的热量的作用。

传热体94被设置在具有多个用于容纳单元电池92的装配槽96的外表面上。传热体94沿冷却水流动方向还设有多个流体通路98。

传热体94可以由传热性能好的铝或铜材形成。可将用于阻断电流的绝缘件(未示出)插入单元电池92和传热体94之间。

每一长度大于单元电池92的长度的装配槽96顺序地形成于传热体94上，以使将两个或更多单元电池92固定在一道装配槽96上。

图14示出了将三个单元电池92安装于一道装配槽96中的实例。

传热体94的尺寸不限于指定的尺寸。也就是说，安装在传热体94上的单元电池的数量可以根据传热体94的尺寸增减。

装配槽96对称地形成于传热体94的前、后表面上。装配槽96的曲率等于或小于单元电池92的外圆周的曲率，致使可将单元电池92用力地装于装配槽96中。

就此而论，装配槽96的横断面可以大于半圆.例如，装配槽96的横断面是圆的三分之二，以使安装到装配槽96中的单元电池92不容易从装配槽96中移出.也就是说，装配槽96的深度约为单元电池92直径的三分之二.

流体通路98在装配槽96之间笔直地穿过传热体94。流体通路98具有圆形截面。

当然，流体通路98不限于所述结构。本发明可采用任何可使冷却介质流动的结构。

图16示出了图14所示的电池模块的改型例。

在此改型例中，单元电池102是棱柱形电池。装配槽104被形成为与棱柱形电池102相应。

现在根据第八实施方式描述电池模块的工作情况。

单元电池92被支承于传热体94上，冷却水沿流体通路98流动，以发散从单元电池92中产生的热量。

就此而论，因为单元电池92与传热体94和穿过传热体94且彼此间隔预定距离的流体通路98均匀接触，在相同条件下单元电池92与冷却水之间可均匀地进行热交换。

也就是说，单元电池92和传热体94的接触面积彼此相等，冷却水可均匀地流过传热体94，而可均匀地冷却单元电池92。

因此，对这些单元电池92的散热条件相同，由此可均匀地冷却单元电池92。

如上所述，此实施方式改进了流体通路和单元电池的布局，故可更有效地冷却单元电池。

此外，由于冷却介质均匀地流过单元电池之间，可防止在整个电池模块中出现局部热量不均衡的现象。

上面这些实施方式的电池模块可用作驱动电机的电源，例如用于驱动燃油电力两用车、电动机车、摩托车、电动自行车、无线真空吸尘器等中的电机。

虽然已示出和描述了本发明的一些示例性实施方式，但是本领域技术人员可以理解，在不超出本发明的原理和构思的前提下可对这些实施方式进行变换，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种电池模块，包括：

内部流过冷却空气的冷却管；

安装在所述冷却管上的单元电池；和

安装在所述冷却管上以调节单元电池温度的温度调节单元，

其中，所述单元电池被安装在所述冷却管的内表面上，所述温度调节单元被安装在所述冷却管的外表面上。

2.一种电池模块，包括：

内部流过冷却空气的冷却管；

安装在所述冷却管上的单元电池；和

安装在所述冷却管上以调节单元电池温度的温度调节单元，

其中，所述单元电池被安装在所述冷却管的外表面上，所述温度调节单元被安装在所述冷却管的内表面上。

3.如权利要求1或2所述的电池模块，其中，所述温度调节单元是热电元件。

4.如权利要求1或2所述的电池模块，其中，所述冷却管呈圆柱形。

5.如权利要求1或2所述的电池模块，其中，所述冷却管呈棱柱形。

6.如权利要求1或2所述的电池模块，其中，所述单元电池呈圆柱形。

7.如权利要求1或2所述的电池模块，其中，所述单元电池呈棱柱形。

8.如权利要求1或2所述的电池模块，其中，所述单元电池被插入安装在所述冷却管外表面上的插入壳体中。

9.如权利要求8所述的电池模块，其中，所述插入壳体具有与所述单元电池的截面相应的截面。

10.如权利要求1或2所述的电池模块，其中，所述冷却管由铝构成。

11.如权利要求1或2所述的电池模块，其中，所述温度调节单元是形成于所述冷却管上的散热肋。

12.如权利要求1或2所述的电池模块，其中，还包括围绕所述冷却管设置的外管，以在它们之间限定出空气通道。

13.如权利要求12所述的电池模块，其中，散热肋被形成于所述外管上。

14.如权利要求12所述的电池模块，其中，所述外管被形成为具有与所述冷却管形状相同的形状。

15.如权利要求12所述的电池模块，其中，插入壳体与所述外管的内表面接触。

16.一种电池模块，包括：

设置有可使冷却介质流动的多个流体通路的传热体；和

设置在所述传热体上的多个单元电池，

其中所述传热体设计为支撑所述单元电池，而没有从所述单元电池的内部穿过，

其中，所述单元电池被固定地插入形成于所述传热体上的装配槽中。

17.如权利要求16所述的电池模块，其中，所述单元电池被设置在所述传热体的相对表面上。

18.如权利要求16所述的电池模块，其中，所述冷却介质是冷却水。