TWI791638B - 具有雙向冷卻結構的電池組 - Google Patents

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TWI791638B TW107135635A TW107135635A TWI791638B TW I791638 B TWI791638 B TW I791638B TW 107135635 A TW107135635 A TW 107135635A TW 107135635 A TW107135635 A TW 107135635A TW I791638 B TWI791638 B TW I791638B
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Abstract

本發明提供一種具有雙向冷卻結構的電池組，電池組將熱均勻地供應到安置成彼此重疊的電池模組或從電池模組均勻地排放熱。

Description

具有雙向冷卻結構的電池組
本發明是有關於一種具有雙向冷卻結構的電池組，且更特定地說，涉及一種具有雙向冷卻結構的電池組，所述電池組將熱均勻地供應到安置成彼此重疊的電池模組或從所述電池模組均勻地排放熱。
鋰二次電池具有靈活性且還具有相對自由的形狀、輕量且具有極佳安全性，且因此對例如行動電話、攝錄影機以及筆記型電腦的可攜式電子裝置的需求正在增加，鋰二次電池是構成電池組的單位單元。
此外，根據電池殼體的形狀對電池組按形狀進行歸類。當將電極組件內置在圓柱形或棱柱形金屬罐中時，將電池組歸類為圓柱形電池組或棱柱形電池組。當將電極元件內置在提供為鋁層合片的袋型殼體中時，將電池組歸類為袋型電池組。
此外，內置在電池殼體中的電極組件包含正電極、負電極以及插入在正電極與負電極之間的隔板。因此，電極元件可以 是可充電和可放電的。圓柱形電極元件可以果凍卷(jelly-roll)型提供，其中將正電極、隔板以及負電極依次層合以捲繞，正電極、隔板以及負電極中的每一個具有塗覆有電極活性材料的長片形狀。
一般而言，在長時間使用電池組時，電池組中可能產生熱。特定來說，堆疊的大容量電池組伴隨著更多的熱，因為在充電或放電期間電流的量增大。這裡，如果產生的熱沒有充分消散，那麼電池組的性能可能劣化或甚至起火或爆炸。
為了解決以上的限制性，電池組包含冷卻構件。將參考圖1(a)及圖1(b)詳細地描述包含冷卻構件的電池組。
圖1(a)及圖1(b)是示出根據現有技術的電池組的結構的視圖。
參考圖1(a)及圖1(b)，圖1(a)是示出根據現有技術的電池組的結構的視圖，其中多個圓柱形電池單元的正(+)電極安置在上部側處，負(-)電極安置在下部側處，且冷卻構件安置在電池單元的負(-)電極所安置在的下部側處。
此外，圖1(b)是示出根據現有技術的結構的視圖，其中冷卻構件安置在多個圓柱形電池單元的每兩個行中的側表面上。
在圖1(a)的電池組的結構中，由於電池單元只安置在上部側處，所以未接觸電池單元的表面的冷卻效果可能劣化。
此外，在圖1(b)的電池組的結構中，由於提供了多個 冷卻構件，所以電池組的內空間可能減小從而提高因冷卻構件所致的成本。另外，當驅動圓柱形單元時，由於各單元的負(-)電極可比單元的側表面產生更多的熱，所以結構的冷卻側表面的效率可能劣化。
因此，需要能夠降低因提高電池單元的冷卻效果的多個冷卻構件所致的成本的方法。
專利文獻
(專利文獻1)KR2017-0022460 A
本公開提供一種具有雙向冷卻結構的電池組，所述電池組在多個電池單元驅動時減少由電池單元產生的熱且具有最小數目的冷卻構件來提高冷卻構件的效率。
根據示例性實施例，一種具有雙向冷卻結構的電池組包含：左電池模組，由多個圓柱形單元構成，且其中多個圓柱形單元在寬度方向上連續安置；左熱傳遞框架，鄰近於左電池模組的右側安置以傳遞圓柱形單元中產生的熱；冷卻構件，鄰近於左熱傳遞框架安置以對從左熱傳遞框架傳遞的熱進行冷卻；右熱傳遞框架，鄰近於冷卻構件的右側安置以將熱傳遞到冷卻構件；以及右電池模組，由鄰近於右熱傳遞框架的右側安置的多個圓柱形單元構成，且其中多個圓柱形單元在寬度方向上連續安置。
在左電池模組的多個圓柱形單元中，安置在左側處的正 (+)電極和安置在右側處的負(-)電極可佈置在一個方向上。
在右電池模組的多個圓柱形單元中，安置在左側處的負(-)電極和安置在右側處的正(+)電極可佈置在一個方向上。
電池組可包含：下部板，安置在左電池模組、左熱傳遞框架、冷卻構件、右熱傳遞框架以及右電池模組下方；以及上部蓋，安置在左電池模組、左熱傳遞框架、冷卻構件、右熱傳遞框架以及右電池模組上方，且耦接到下部板。
上部蓋可包含防過度按壓突起，防過度按壓突起安置在對應於左熱傳遞框架、冷卻構件以及右熱傳遞框架中的每一個的位置處。
根據另一示例性實施例，一種具有雙向冷卻結構的電池組包含：第一電池模組，其中多個圓柱形電池單元在寬度方向上連續安置，且正(+)電極和負(-)電極在相同方向上安置；第二電池模組，其中多個圓柱形電池單元在寬度方向上連續安置，且正(+)電極和負(-)電極在相同方向上安置；以及冷卻模組，安置在第一電池模組與第二電池模組之間以對圓柱形電池單元中產生的熱進行冷卻，其中，在第一電池模組和第二電池模組中，圓柱形電池單元的負(-)電極鄰近於彼此安置以彼此面對。
冷卻模組可具有第一熱傳遞框架和第二熱傳遞框架，第一熱傳遞框架和第二熱傳遞框架分別鄰近於第一電池模組和第二電池模組安置，冷卻構件可安置在第一熱傳遞框架與第二熱傳遞框架之間，冷卻構件配置成對從第一熱傳遞框架和第二熱傳遞框 架傳遞的熱進行冷卻，且第一熱傳遞框架和第二熱傳遞框架可將電池單元中產生的熱傳遞到冷卻構件。
電池組可包含：下部板，安置在第一電池模組、第二電池模組以及冷卻模組下方；以及上部蓋，安置在第一電池模組、第二電池模組以及冷卻模組上方，且耦接到下部板。
上部蓋可包含防過度按壓突起，防過度按壓突起安置在對應於冷卻模組的位置處。
冷卻構件可以板的形式提供且使用液體冷卻器或金屬冷卻器。
冷卻構件可由導熱材料製成。
在電池組中，加熱構件可額外安置在冷卻構件的左側或右側處。
加熱構件可以板的形式提供且使用液體加熱器或金屬加熱器。
加熱構件可由導熱材料製成。
100、200:電池組
110:左電池模組
120:左熱傳遞框架
130、230:冷卻構件
140:右熱傳遞框架
150:右電池模組
160、270:下部板
170、280:上部蓋
171、281:防過度按壓突起
210:第一電池模組
220:第一熱傳遞框架
240:加熱構件
250:第二熱傳遞框架
260:第二電池模組
通過結合附圖進行的以下描述可更詳細地理解示例性實施例，其中：圖1(a)及圖1(b)是示出根據現有技術的電池組的結構的視圖。
圖2是根據示例性實施例的電池組的透視圖。
圖3是根據示例性實施例的電池組的結構的正面剖切圖。
圖4是示出根據再一實施例的電池組的結構的視圖。
下文將參考附圖詳細描述本發明的實施例。然而，本發明不限於以下實施例。而是，提供這些實施例是為了使得本發明將是透徹並且完整的，並且這些實施例將把本發明的範圍充分地傳達給本領域的普通技術人員。
此外，應理解，雖然本文中使用例如第一和第二的序號來描述各種元件，但這些元件不應受這些序號限制。術語僅用於區別一個部件與其它部件。舉例來說，在一個實施例中被稱為第一元件的第一元件可在不脫離所附權利要求書的範圍的情況下在另一實施例中被稱為第二元件。在以下描述中，技術術語僅用於解釋具體示例性實施例且並不限制本發明。單數形式的術語可包含複數形式，除非有相反的提及。
雖然本發明中使用的術語考慮到本發明的功能而選擇目前廣泛使用的普通術語，但應理解這可取決於本領域的普通技術人員的意圖或情況、新技術的出現以及類似情況而變化。此外，在某些情況下，可存在由申請人任意選擇的術語，且在這種情況下，將在對應發明的描述中詳細描述其意義。因此，本發明中所使用的術語應基於術語的意義來定義，不是基於簡單術語的名稱，而是基於本發明的全部內容。
<實施例1>
下文中將描述根據示例性實施例的電池組。
在根據示例性實施例的電池組中，冷卻構件可在由多個電池單元構成的電池模組之間提供以有效地對由電池單元產生的熱進行冷卻，從而保持電池組內的恒定溫度，其中熱傳遞構件安置在冷卻構件上以接觸冷卻構件的兩側。
圖2是根據示例性實施例的電池組的透視圖。
參考圖2，根據示例性實施例的電池組100包含：左電池模組110，由多個圓柱形單元構成，且其中多個圓柱形單元在寬度方向上連續安置；左熱傳遞框架120，鄰近於左電池模組110的右側安置以傳遞圓柱形單元中產生的熱；冷卻構件130，鄰近於左熱傳遞框架120安置以對從左熱傳遞框架傳遞的熱進行冷卻；右熱傳遞框架140，鄰近於冷卻構件130的右側安置以將熱傳遞到冷卻構件130；以及右電池模組150，由鄰近於右熱傳遞框架140的右側安置的多個圓柱形單元構成，且其中多個圓柱形單元在寬度方向上連續安置。
將在下文更詳細地描述電池組100的配置。
此外，左電池模組110和右電池模組150中的每一個可包含多個圓柱形單元。多個圓柱形單元連續安置成在寬度方向上堆疊。
此外，可將預定數目的圓柱形單元提供為一個電池模組且安置在單獨殼體中。這裡，單獨殼體可由具有高熱導率的材料 製成。
此外，在左電池模組110的多個圓柱形單元中，安置在左側處的正(+)電極和安置在右側處的負(-)電極佈置在一個方向上。在右電池模組150的多個圓柱形單元中，安置在左側處的負(-)電極和安置在右側處的正(+)電極佈置在一個方向上。
這樣做是因為電池單元的負(-)電極中產生的熱的量比正(+)電極中產生的熱的量大。因此，電池單元的負(-)電極安置在安置冷卻構件130的方向上，以便快速降低電池組的溫度。
此外，可將左熱傳遞框架120、冷卻構件130以及右熱傳遞框架140提供為一個冷卻模組。這將參考圖3來詳細描述。
圖3是示出根據示例性實施例的電池組的結構的側面剖切圖。
參考圖3，左熱傳遞框架120鄰近於左電池模組110的右側安置，且右熱傳遞框架140鄰近於右電池模組150的左側安置。
此外，左熱傳遞框架120鄰近於冷卻構件130的左側安置，且右熱傳遞框架140鄰近於冷卻構件130的右側安置。因此，將左電池模組110和右電池模組150內的多個圓柱形單元中產生的熱傳遞到冷卻構件。當冷卻構件130直接接觸多個電池單元時，左熱傳遞框架120和右熱傳遞框架140防止電池組的使用壽命、穩定性以及驅動性能因電池單元凍結所致的劣化，且防止冷卻構件130因多個因素而損壞。
此外，左熱傳遞框架120和右熱傳遞框架140中的每一 個可以板的形式提供，所述板的較寬部分的一個表面接觸多個電池單元的負(-)電極，且另一表面接觸冷卻構件130。因此，可通過一個冷卻模組以對多個電池單元進行冷卻。
此外，左熱傳遞框架120和右熱傳遞框架140中的每一個可由具有高導熱特徵的材料製成。根據示例性實施例，左熱傳遞框架120和右熱傳遞框架140中的每一個由鋁材料製成，但不限於此。
此外，冷卻構件130鄰近於左熱傳遞框架120和右熱傳遞框架140安置，以對從左熱傳遞框架120和右熱傳遞框架140傳遞的熱進行冷卻。
此外，冷卻構件130可以板的形式提供。冷卻構件130可使用液體冷卻器或金屬冷卻器，且冷卻構件130的外部可由導熱材料製成以使熱從外部快速進入。
此外，冷卻構件130可電連接到用於控制電池組的BMS。因此，當電池組的溫度超出預定溫度時，可經由BMS驅動冷卻構件130。
此外，電池組進一步包含：下部板160，安置在左電池模組110、左熱傳遞框架120、冷卻構件130、右熱傳遞框架140以及右電池模組150下方；以及上部蓋170，安置在左電池模組110、左熱傳遞框架120、冷卻構件130、右熱傳遞框架140以及右電池模組150上方，且耦接到下部板160。
更詳細地說，左熱傳遞框架120、冷卻構件130以及右熱 傳遞框架140安置在下部板160的中心處，以對電池組進行冷卻。防過度按壓突起171安置在對應於左熱傳遞框架120、冷卻構件130以及右熱傳遞框架140中的每一個的位置處，位於上部蓋170上。
防過度按壓突起171可保護冷卻部件120、冷卻部件130以及冷卻部件140不受外部衝擊。
<實施例2>
下文中將描述根據另一示例性實施例的電池組。
在根據另一示例性實施例的電池組中，冷卻構件和加熱構件可在由多個電池單元構成的電池模組之間提供以對由電池單元產生的熱進行冷卻或將熱施加到電池單元，以便根據電池組內的溫度恒定地保持電池組的溫度，熱傳遞構件安置在冷卻構件和加熱構件上以接觸兩側。
圖4是示出根據再一實施例的電池組的結構的視圖。
參考圖4，根據再一實施例的電池組200包含：第一電池模組210和第二電池模組260，其中多個圓柱形電池單元在寬度方向上連續安置，且正(+)電極和負(-)電極在相同方向上安置；以及溫度控制模組220到溫度控制模組250，安置在第一電池模組210與第二電池模組260之間，以對由圓柱形電池單元產生的熱進行冷卻或將熱施加到圓柱形電池單元。這裡，在第一電池模組210和第二電池模組260中，圓柱形電池單元的負(-)電極鄰近於彼此安置以彼此面對。
將在下文更詳細地描述電池組200的配置。
此外，第一電池模組210和第二電池模組260中的每一個可包含多個圓柱形單元。多個圓柱形單元連續安置成在寬度方向上堆疊。
此外，可將預定數目的圓柱形單元提供為一個電池模組且安置在單獨殼體中。這裡，單獨殼體可由具有高熱導率的材料製成。
此外，第一電池模組210和第二電池模組260的單元的電極可佈置在相同的一個方向上，以使將整個電池單元控制成具有均勻溫度。
此外，溫度控制模組220到溫度控制模組250包含第一熱傳遞框架220和第二熱傳遞框架250，所述第一熱傳遞框架和所述第二熱傳遞框架分別鄰近於第一電池模組210和第二電池模組260安置。用於對從第一熱傳遞框架和第二熱傳遞框架傳遞的熱進行冷卻的冷卻構件230和用於將熱施加到第一熱傳遞框架和第二熱傳遞框架的加熱構件240安置在第一熱傳遞框架220與第二熱傳遞框架250之間。第一熱傳遞框架和第二熱傳遞框架可將電池單元中產生的熱傳遞到冷卻構件230，且還將加熱構件240中產生的熱傳遞到電池單元。
此外，當僅進行冷卻時，可僅將用於對圓柱形電池單元中產生的熱進行冷卻的冷卻模組而非溫度控制模組220到溫度控制模組250安置在第一電池模組210與第二電池模組260之間。
冷卻模組包含第一熱傳遞框架和第二熱傳遞框架，所述第一熱傳遞框架和所述第二熱傳遞框架分別鄰近於第一電池模組和第二電池模組安置。用於對從第一熱傳遞框架和第二熱傳遞框架傳遞的熱進行冷卻的冷卻構件可在第一熱傳遞框架與第二熱傳遞框架之間提供，且第一熱傳遞框架和第二熱傳遞框架可將電池單元中產生的熱傳遞到冷卻構件。
在溫度控制模組220到溫度控制模組250的更多細節中，第一熱傳遞框架220和第二熱傳遞框架250中的每一個的較寬一個表面可鄰近於第一電池模組210或第二電池模組260安置，且另一表面可鄰近於冷卻構件230或加熱構件240安置。因此，可通過使用一個溫度控制模組以對多個電池單元進行冷卻或加熱。
此外，第一熱傳遞框架220和第二熱傳遞框架250中的每一個以板的形式提供以接觸第一電池模組210或第二電池模組260內的多個電池單元的負(-)電極。
此外，第一熱傳遞框架220和第二熱傳遞框架250中的每一個可由具有高導熱特徵的材料製成。根據示例性實施例，第一熱傳遞框架220和第二熱傳遞框架250中的每一個由鋁材料製成，但不限於此。
此外，冷卻構件230可鄰近於第一熱傳遞框架220或第二熱傳遞框架250安置，以將加熱構件240中產生的熱傳遞到第一熱傳遞框架220或第二熱傳遞框架250，或對從第一熱傳遞框架 220或第二熱傳遞框架250傳遞的熱進行冷卻。
此外，冷卻構件230可以板的形式提供。冷卻構件230可使用液體冷卻器或金屬冷卻器，且冷卻構件230的外部可由導熱材料製成以使熱從外部快速進入或快速傳遞到外部。
此外，冷卻構件230可電連接到用於控制電池組的BMS。因此，當電池組的溫度超出預定溫度時，可經由BMS驅動冷卻構件230。
此外，加熱構件240可鄰近於冷卻構件230的左側或右側安置，以將熱施加到冷卻構件230和第一熱傳遞框架220或第二熱傳遞框架250，或將從第一熱傳遞框架220或第二熱傳遞框架250傳遞的熱傳遞到冷卻構件230。
此外，加熱構件240可以板的形式提供。加熱構件240可使用液體加熱器或金屬加熱器，且加熱構件240的外部可由導熱材料製成以使熱快速排放或傳遞到外部。
此外，加熱構件240可電連接到用於控制電池組的BMS。因此，當電池組的溫度小於預定溫度時，可經由BMS驅動加熱構件240。
也就是說，當驅動冷卻構件230時，加熱構件240可充當熱傳遞組件。當驅動加熱構件240時，冷卻構件230可充當熱傳遞部件。
此外，電池組進一步包含：下部板270，安置在第一電池模組210、第二電池模組260以及溫度控制模組220到溫度控制模 組250下方；以及上部蓋280，安置在第一電池模組210、第二電池模組260以及溫度控制模組220到溫度控制模組250上方，且耦接到下部板270。
更詳細地說，溫度控制模組220到溫度控制模組250可安置在下部板270的中心處以根據電池組的溫度進行冷卻或加熱。防過度按壓突起281可安置在上部蓋280上，所述防過度按壓突起安置在對應於溫度控制模組220到溫度控制模組250中的每一個的位置處，所述溫度控制模組安置在下部板270的中心處。
防過度按壓突起281可保護溫度控制模組220到溫度控制模組250不受外部衝擊。
在根據示例性實施例的電池組中，由多個電池單元構成的電池模組可安置在兩側上，且冷卻構件可安置在電池模組之間以快速和均勻地對電池單元進行冷卻，從而防止電池組性能劣化或爆炸，熱傳遞框架安置在冷卻構件的兩側上。
如上文所描述，已關於上述實施例具體地描述本發明的技術理念，但應注意僅提供前述實施例用於說明而不限制本發明。可提供各種實施例以允許本領域的普通技術人員理解本發明的範圍，但本發明不限於此。
100‧‧‧電池組
120‧‧‧左熱傳遞框架
130‧‧‧冷卻構件
140‧‧‧右熱傳遞框架
150‧‧‧右電池模組
160‧‧‧下部板

Claims (11)

  1. 一種具有雙向冷卻結構的電池組，包括：左電池模組，由多個圓柱形單元構成，且其中所述多個圓柱形單元在寬度方向上連續安置；左熱傳遞框架，鄰近於所述左電池模組的右側安置以傳遞所述圓柱形單元中產生的熱至冷卻構件且阻止所述圓柱形單元直接接觸所述冷卻構件；所述冷卻構件，鄰近於所述左熱傳遞框架安置以對從所述左熱傳遞框架傳遞的所述熱進行冷卻；右熱傳遞框架，鄰近於所述冷卻構件的右側安置以傳遞所述圓柱形單元中產生的熱至所述冷卻構件且阻止所述圓柱形單元直接接觸所述冷卻構件；以及右電池模組，由鄰近於所述右熱傳遞框架的右側安置的多個圓柱形單元構成，且其中所述多個圓柱形單元在寬度方向上連續安置，其中所述冷卻構件以板的形式提供，所述冷卻構件使用液體冷卻器或金屬冷卻器，且所述冷卻構件的外部由導熱材料製成以使熱從外部快速進入。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的具有雙向冷卻結構的電池組，其中，在所述左電池模組的所述多個圓柱形單元中，安置在 左側處的正(+)電極以及安置在右側處的負(-)電極佈置在一個方向上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的具有雙向冷卻結構的電池組，其中，在所述右電池模組的所述多個圓柱形單元中，安置在左側處的負(-)電極以及安置在右側處的正(+)電極佈置在一個方向上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的具有雙向冷卻結構的電池組，其中所述電池組包括：下部板，安置在所述左電池模組、所述左熱傳遞框架、所述冷卻構件、所述右熱傳遞框架以及所述右電池模組下方；以及上部蓋，安置在所述左電池模組、所述左熱傳遞框架、所述冷卻構件、所述右熱傳遞框架以及所述右電池模組上方，以及耦接到所述下部板。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的具有雙向冷卻結構的電池組，其中所述上部蓋包括防過度按壓突起，所述防過度按壓突起安置在對應於所述左熱傳遞框架、所述冷卻構件以及所述右熱傳遞框架中的每一個的位置處。
  6. 一種具有雙向冷卻結構的電池組，包括：第一電池模組，其中多個圓柱形電池單元在寬度方向上連續安置，且所述多個圓柱形電池單元的正(+)電極以及負(-)電極在相同方向上安置；第二電池模組，其中多個圓柱形電池單元在寬度方向上連續 安置，且所述多個圓柱形電池單元的正(+)電極以及負(-)電極在相同方向上安置；以及冷卻模組，安置在所述第一電池模組與所述第二電池模組之間以對所述圓柱形電池單元中產生的熱進行冷卻，其中，在所述第一電池模組以及所述第二電池模組中，所述圓柱形電池單元的所述負(-)電極鄰近於彼此安置以彼此面對，其中所述冷卻模組具有第一熱傳遞框架以及第二熱傳遞框架，所述第一熱傳遞框架以及所述第二熱傳遞框架分別鄰近於所述第一電池模組以及所述第二電池模組安置，冷卻構件安置在所述第一熱傳遞框架與所述第二熱傳遞框架之間，所述冷卻構件配置成對從所述第一熱傳遞框架以及所述第二熱傳遞框架傳遞的熱進行冷卻，以及所述第一熱傳遞框架以及所述第二熱傳遞框架將所述圓柱形電池單元中產生的熱傳遞到所述冷卻構件且阻止所述圓柱形電池單元直接接觸所述冷卻構件，其中所述冷卻構件以板的形式提供，所述冷卻構件使用液體冷卻器或金屬冷卻器，且所述冷卻構件的外部由導熱材料製成以使熱從外部快速進入。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的具有雙向冷卻結構的電池組，其中所述電池組包括：下部板，安置在所述第一電池模組、所述第二電池模組以及所述冷卻模組下方；以及 上部蓋，安置在所述第一電池模組、所述第二電池模組以及所述冷卻模組上方，以及耦接到所述下部板。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的具有雙向冷卻結構的電池組，其中所述上部蓋包括防過度按壓突起，所述防過度按壓突起安置在對應於所述冷卻模組的位置處。
  9. 如申請專利範圍第1項或第6項所述的具有雙向冷卻結構的電池組，其中，在所述電池組中，加熱構件額外安置在所述冷卻構件的左側或右側處。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的具有雙向冷卻結構的電池組，其中所述加熱構件以板的形式提供且使用液體加熱器或金屬加熱器。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的具有雙向冷卻結構的電池組，其中所述加熱構件由導熱材料製成。
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