TW201737549A - 散熱器及包含彼之電池模組 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示具有經改良空間利用之散熱器及包含彼之電池模組。用於冷卻包括至少一個單元電池之電池組合件的散熱器包含耦合至該電池組合件之一側且具有冷卻劑通過的第一冷卻通道之第一散熱器，及耦合至該電池組合件另一側且具有該冷卻劑通過的第二冷卻通道之第二散熱器。由於散熱器耦合至電池組合件的兩側，可確保電池組之Z軸空間而不會增加該電池組的高度。

Description

散熱器及包含彼之電池模組
本申請案主張2015年11月20日於韓國提出申請之韓國專利申請案10-2015-0163174號的優先權，該案之揭示係以引用方式併入本文中。
本發明揭示係關於具有經改良空間利用之散熱器及包含彼之電池模組。
容易應用於各種不同產品群及具有良好電特性(諸如高能量密度)之二次電池不只普遍應用於可攜式裝置，亦應用於由電源驅動之電動載具(EV)、油電混合載具(HEV)、儲能系統等。二次電池具有大幅減少化石燃料之使用的主要優點以及在能量使用後不產生副產物的次要優點，因而二次電池作為環保及促進能源效率之新能源受到注意。
應用於電動載具等之電池組包括複數個串聯之電池組合件，各電池組合件具有複數個單元電池，以獲得高輸出。此外，單元電池包括正極及負極電流收集器、隔板、 活性材料、電解質等，且能藉由組件之間的電化學反應而重複充電及放電。
同時，近來，由於用作儲能器之大容量結構的需要增加，對於聚集複數個模組之多模組結構的電池組之需求亦增加。
在多模組結構之電池組中，複數個二次電池係緻密配置在狹窄空間中，因此重要的是容易釋放各電池模組所產生的熱。
為了冷卻電池組，使用間接水冷方法。
間接水冷方法係用以藉由使用具有冷卻通道之散熱器來限制電池模組產生熱，及在一般情況下，單一散熱器耦合至電池模組之下端以吸收該電池模組之熱。
圖1及2為顯示應用於間接水冷方法之現有散熱器的圖。
參考圖1及2，現有散熱器1係耦合至電池組合件2之下表面以冷卻電池組合件2。在散熱器1中形成冷卻通道，及冷卻劑流入管3和冷卻劑出口管4亦於該處形成。若冷卻劑流入冷卻劑流入管3，冷卻劑沿著在散熱器1中形成之冷卻通道循環以冷卻電池組合件2，並經過該冷卻劑出口管4流出。
然而，使用間接水冷方法之現有散熱器具有其結構增加電池組的整體高度之問題。換言之，由於現有散熱器1之上表面緊密耦合至電池組合件2之下表面，該電池組的整體高度增加。
此外，若散熱器1之上表面耦合至電池組合件2之下表面，在冷卻劑流入管3與冷卻劑出口管4之差壓提高。詳言之，由於散熱器1緊密耦合至電池組合件2之下表面，冷卻劑流入管3及冷卻劑出口管4個別彎曲兩次，且因此種彎曲結構之故，在彎曲部分之差壓提高。換言之，冷卻劑流入管3及冷卻劑出口管4先從垂直方向彎曲成水平方向，其次從水平方向彎曲成垂直方向，且因此等數個彎曲部分之故，在冷卻劑流入管3與冷卻劑出口管4之差壓提高。
本發明揭示係設計以解決相關技術之難題，因此本發明揭示係關於具有經改良空間利用之散熱器及包含彼之電池模組。
此外，本發明揭示亦關於提供藉由最小化冷卻劑流入管及冷卻劑出口管之彎曲而降低差壓的散熱器，及包含彼之電池模組。
本發明揭示之該等及其他目的和優點可從以下詳細說明暸解，且從本發明揭示之範例實施態樣更充分理解。又，本發明揭示之目的及優點可由附錄申請專利範圍中所示的手段及其組合輕易地暸解。
在本發明揭示之一態樣中，提供一種用於冷卻包括至少一個單元電池之電池組合件的散熱器，該散熱器包含：耦合至該電池組合件之一側且具有冷卻劑通過的第一冷卻通道之第一散熱器；及耦合至該電池組合件另一側且具有該冷卻劑通過的第二冷卻通道之第二散熱器。
第二散熱器可包括連接至第二冷卻通道一端的冷卻劑流入管，及第一散熱器可包括連接至第一冷卻通道一端的冷卻劑出口管。第二冷卻通道之另一端可連接至冷卻劑連接管，且該第一冷卻通道之另一端可連接至該冷卻劑連接管。
第二連接埠可形成於該第二冷卻通道的另一端，以使該第二冷卻通道的另一端經由該第二連接埠連接至該冷卻劑連接管。
又，第一連接埠可形成於該第一冷卻通道的另一端，以使該第一冷卻通道的另一端經由該第一連接埠連接至該冷卻劑連接管。
流入經過該冷卻劑流入管的冷卻劑可通過該第二冷卻通道、該冷卻劑連接管及該第一冷卻通道，然後經過該冷卻劑出口管流出。
冷卻劑流入管及冷卻劑出口管可向下彎曲，因此冷卻劑入口及冷卻劑出口係在相鄰位置形成。
在一實施態樣中，冷卻劑出口管可水平朝第二散熱器延伸並在與第二散熱器相鄰之點向下彎曲。
在另一實施態樣中，冷卻劑流入管可水平朝第一散熱 器延伸並在與第一散熱器相鄰之點向下彎曲。
在本發明揭示中，由於散熱器耦合至電池組合件的兩側，可確保電池組之Z軸空間而不會增加該電池組的高度。
特別是，在本發明揭示中，由於複數個散熱器設計為共用單一冷卻劑流入管及單一冷卻劑出口管，可能進一步加強電池模組之空間利用並降低電池模組之製造成本。
此外，在本發明揭示中，由於電池組合件係藉由複數個安裝在其兩側的散熱器冷卻，故相較於現有間接水冷方法可改善電池模組的冷卻效率。
此外，在本發明揭示中，由於冷卻劑流入管及冷卻劑出口管之彎曲最小化，可降低冷卻劑流入管與冷卻劑出口管中發生的差壓。
1、120、130‧‧‧散熱器
2、110‧‧‧電池組合件
3、134‧‧‧冷卻劑流入管
4、124‧‧‧冷卻劑出口管
100‧‧‧電池模組
111‧‧‧單元電池
122、132‧‧‧冷卻通道
121、131‧‧‧通孔
123、133‧‧‧連接埠
140‧‧‧冷卻劑連接管
a‧‧‧冷卻劑入口
b‧‧‧冷卻劑出口
附圖圖示本發明之較佳實施態樣及連同前述揭示一起用以提供對於本發明技術精神的進一步暸解，及因此本發明不被視為局限於圖式。
圖1及2為顯示使用間接水冷方法之現有散熱器的圖。
圖3為顯示根據本發明揭示實施態樣之電池組合件及散熱器的放大圖。
圖4為顯示根據本發明揭示之實施態樣的耦合有電池 組合件及散熱器之電池模組的圖。
從以下實施態樣之說明並參考附圖可更明暸本發明揭示之上述目的、特徵及優點，由此將認為具有本領域普通技術之人士可容易實踐本發明揭示的技術特徵。又，可省略會模糊本發明揭示主題之關於本發明揭示的已知之先前技術的任何解釋。以下，茲參考附圖詳細說明本發明之實施態樣。
圖3為顯示根據本發明揭示實施態樣之電池組合件及散熱器的放大圖。
圖4為顯示根據本發明揭示之實施態樣的耦合有電池組合件及散熱器之電池模組的圖。
參考圖3及4，根據本發明揭示之電池模組100包括電池組合件110及複數個散熱器120、130。
電池組合件110為複數個單元電池111橫向堆疊並串聯或並聯連接之模組，且電極引線在其側邊曝露。
單元電池111係經配置以使各具有負電極板、隔板及正電極板之電池重複堆疊(.“，”. )。
電池組合件110包括至少一個單元電池111，及單元電池的種類無特殊限制。各單元電池111可配置為具有鋰離子電池組電池(battery cell)、鋰聚合物電池組電池、鎳 鎘電池組電池、鎳氫電池組電池、鎳鋅電池組電池等，其可再充電以及需要考慮充電或放電電壓。此外，包括在電池組合件110中之單元電池111的數目可視所需要的輸出電壓或充電/放電容量而不同地設定。然而，本發明揭示不受單元電池111之種類、輸出電壓、充電/放電容量或位置限制。此外，本發明揭示不受單元電池111之電性連接方法限制。
各散熱器120、130係用以冷卻間接水冷方法中之電池組合件110，且係由具有優異熱傳導率的材料(例如鋁等)製成。又，用作冷卻劑之通路的冷卻通道122、132係在散熱器120、130中形成。
在各散熱器120、130中形成之冷卻通道122、132可如圖3及4中所示在散熱器120、130中成形，或亦可在散熱器120、130各者中形成各種形狀之冷卻通道122、132。此外，不同形狀之冷卻通道可在第一散熱器120及第二散熱器130中形成。
複數個通孔121係在第一散熱器120中形成，以使耦合構件(諸如螺栓)能插入其中，且若耦合構件插入並耦合至通孔121，第一散熱器120係緊密耦合至電池組合件110的一側。第一散熱器120係耦合至電池組合件110的一側以藉由流經冷卻通道122的冷卻劑吸收及散逸在電池組合件110之單元電池111處產生的熱能。
冷卻劑出口管124係在第一散熱器120之冷卻通道122的一端形成，且連接埠123係在冷卻通道122的另一 端形成。
冷卻劑出口管124可設計成具有預定長度的管形，且其中具有空間以使冷卻劑可流動。冷卻劑出口管124的一端係連接至冷卻通道122的一端，且冷卻劑出口b係在冷卻劑出口管124的另一端形成。
此外，冷卻劑出口管124的一端亦可藉由熔接、耦合等連接至冷卻通道122的一端。此外，冷卻劑出口管124及冷卻通道122亦可整體製造。
在第一散熱器120之冷卻通道122一端形成的連接埠123係藉由熔接、耦合等耦合至冷卻劑連接管140，從而在冷卻通道122與冷卻劑連接管140之間形成冷卻劑的通路。經過冷卻劑連接管140轉移的冷卻劑流入第一散熱器120之冷卻通道122。
冷卻劑出口管124朝第二散熱器130水平延伸，且在與第二散熱器130相鄰點以垂直方向彎曲然後再次延伸，因此冷卻劑出口b與冷卻劑入口a相鄰。由於冷卻劑出口b及冷卻劑入口a係彼此相鄰配置，故較容易控制冷卻劑之流入及流出。此外，由於冷卻劑出口管124以向下方向彎曲一次，彎曲之次數比現有散熱器減少，因此冷卻劑出口管124中之差壓亦降低。
藉由第一散熱器120之冷卻劑出口管124和冷卻通道122的連接結構，循環通過第一散熱器120之冷卻通道122的冷卻劑經過冷卻劑出口管124流出。
相似的，複數個通孔131係在第二散熱器130中形 成，以使耦合構件(諸如螺栓)能插入其中，且若耦合構件插入並耦合至通孔131，第二散熱器130係緊密耦合至電池組合件110的另一側。第一散熱器120耦合至電池組合件110的一側，且第二散熱器130耦合至電池組合件110的與其一側相對的另一側，以藉由流經冷卻通道122、132的冷卻劑吸收及散逸在電池組合件110之單元電池111處產生的熱能。
冷卻劑流入管134係在第二散熱器130之冷卻通道132的一端形成，且連接埠133係在冷卻通道132的另一端形成。
冷卻劑流入管134可設計成具有預定長度的管形，且其中具有空間以使冷卻劑可流動。冷卻劑流入管134的一端係耦合至冷卻通道132的一端，且冷卻劑入口a係在冷卻劑流入管134的另一端形成。冷卻劑流入管134的一端亦可藉由熔接、耦合等連接至冷卻通道132的一端。此外，冷卻劑流入管134及冷卻通道132亦可整體製造。
在第二散熱器130之冷卻通道132另一端形成的連接埠133係藉由熔接、耦合等耦合至冷卻劑連接管140，從而在冷卻通道132與冷卻劑連接管140之間形成冷卻劑的通路，以及提供循環通過冷卻通道132至冷卻劑連接管140之冷卻劑。
將冷卻劑流入管134彎曲成垂直向下方向並延伸，以使冷卻劑入口a形成向下。特別是，由於冷卻劑流入管134只彎曲一次，彎曲之次數比現有散熱器減少，因此冷 卻劑出口管134中之差壓亦降低。
藉由冷卻劑流入管134、第二散熱器130之冷卻通道132及冷卻劑連接管140之連接結構，經過冷卻劑入口a流入的冷卻劑通過第二散熱器130之冷卻通道132及冷卻劑連接管140。
此外，藉由第一散熱器120、第二散熱器130及冷卻劑連接管140之連接結構，包括複數個散熱器120、130之電池模組100只具有單一冷卻劑入口a、單一冷卻劑流入管134、單一冷卻劑出口b及單一冷卻劑出口管124。換言之，單一冷卻劑入口a、單一冷卻劑流入管134、單一冷卻劑出口b及單一冷卻劑出口管124為第一散熱器120及第二散熱器130共用。
流入冷卻劑流入管134之冷卻劑於通過第二散熱器130的冷卻通道132、冷卻劑連接管140及第一散熱器120之冷卻通道122時吸收單元電池111的熱，然後經過冷卻劑出口管124流出。
同時，在上述實施態樣中，已描述冷卻劑出口管124朝第二散熱器130水平延伸，並在與第二散熱器130相鄰點彎曲成垂直向下方向，因此冷卻劑出口b與冷卻劑入口a彼此相鄰。然而，亦可能冷卻劑流入管134朝第一散熱器120水平延伸，且在與第一散熱器120相鄰點彎曲成垂直向下方向並垂直向下延伸。
換言之，作為另一實施態樣，冷卻劑出口管124可直接彎曲成垂直向下方向而無水平延伸，以及冷卻劑流入管 134朝第一散熱器120水平延伸且在與第一散熱器120相鄰點彎曲成垂直向下方向。在另一實施態樣中，冷卻劑入口及冷卻劑出口可與第一散熱器120相鄰。在又一實施態樣中，冷卻劑出口管124及冷卻劑流入管134二者均可水平延伸，然後在特定點(例如，介於第一散熱器與第二散熱器之間的中間點)彎曲成垂直向下方向並延伸，以使冷卻劑入口及冷卻劑出口彼此相鄰。
根據本發明揭示實施態樣之電池模組100可用作包括複數個電池模組之電池組及用於控制電池模組之充電/放電之電池管理系統的組件。根據本發明揭示之電池組可用作包括該電池組及來自該電池組之電力供應的負載之電池驅動系統的組件。
該電池驅動系統可為電動載具(EV)、油電混合載具(HEV)、電動腳踏車(E-腳踏車)、電動工具、儲能系統、不斷電電源供應、可攜式電腦、可攜式電話、可攜式音頻裝置、可攜式視訊裝置等。該負載可為藉由自電池組供應之電力提供旋轉力的馬達或用於將來自電池組供應的電力轉化成各種不同電路組件必要的電力之電力轉化電路。
如上述，在根據本發明揭示之實施態樣的電池模組100中，由於散熱器120、130耦合至電池組合件110的兩側，可確保電池組之Z軸空間而不會增加該電池組的高度。此外，在根據本發明揭示之實施態樣的電池模組100中，由於複數個散熱器120、130設計為共用單一冷卻劑流入管134及單一冷卻劑出口管124，可進一步加強空間 利用並降低電池模組之製造成本。此外，由於電池模組100之電池組合件110係藉由安裝在其兩側的複數個散熱器120、130冷卻，可比現有間接水冷方法改善冷卻效率。此外，在電池模組100中，由於冷卻劑流入管134及冷卻劑出口管124之彎曲最小化，可降低冷卻劑流入管134與冷卻劑出口管124中發生的差壓。
熟習本領域之人士應暸解，在不違背本發明揭示技術態樣的情況下可對本發明揭示進行許多調整、修改及改變，且本文上述之本發明揭示不局所揭示之實施態樣及附圖限制。
1‧‧‧散熱器
2‧‧‧電池組合件
3‧‧‧冷卻劑流入管
4‧‧‧冷卻劑出口管

Claims (8)

  1. 一種用於冷卻包括至少一個單元電池之電池組合件的散熱器，該散熱器包含：耦合至該電池組合件之一側且具有冷卻劑通過的第一冷卻通道之第一散熱器；及耦合至該電池組合件另一側且具有該冷卻劑通過的第二冷卻通道之第二散熱器。
  2. 如申請專利範圍第1項之散熱器，其中，該第二散熱器包括連接至該第二冷卻通道之一端的冷卻劑流入管，其中，該第一散熱器包括連接至該第一冷卻通道之一端的冷卻劑出口管，及其中，該第二冷卻通道之另一端係連接至冷卻劑連接管，且該第一冷卻通道之另一端係連接至該冷卻劑連接管。
  3. 如申請專利範圍第2項之散熱器，其中，第二連接埠形成於該第二冷卻通道的另一端，以使該第二冷卻通道的另一端經由該第二連接埠連接至該冷卻劑連接管，及其中，第一連接埠形成於該第一冷卻通道的另一端，以使該第一冷卻通道的另一端經由該第一連接埠連接至該冷卻劑連接管。
  4. 如申請專利範圍第2項之散熱器，其中流入經過該冷卻劑流入管的冷卻劑通過該第二冷 卻通道、該冷卻劑連接管及該第一冷卻通道，然後經過該冷卻劑出口管流出。
  5. 如申請專利範圍第2項之散熱器，其中，該冷卻劑流入管及該冷卻劑出口管係向下彎曲，以使冷卻劑入口及冷卻劑出口於相鄰位置形成。
  6. 如申請專利範圍第5項之散熱器，其中，該冷卻劑出口管朝該第二散熱器水平延伸，且係在與該第二散熱器相鄰點向下彎曲。
  7. 如申請專利範圍第5項之散熱器，其中，該冷卻劑流入管朝該第一散熱器水平延伸，且係在與該第一散熱器相鄰點向下彎曲。
  8. 一種電池模組，其包含：耦合至電池組合件之一側且具有冷卻劑通過的第一冷卻通道之第一散熱器；耦合至該電池組合件另一側且具有冷卻劑通過的第二冷卻通道之第二散熱器；以及兩側分別耦合該第一散熱器及該第二散熱器之該電池組合件。
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