專利名稱：電池模塊和用于冷卻電池模塊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利申請涉及電池模塊和用于冷卻電池模塊的方法。
背景技術(shù)：
在通常的空氣冷卻式電池組中，來自環(huán)境大氣的環(huán)境空氣沿電池組中的電池單元被導(dǎo)向并且隨后從電池組排出。然而，在將電池組的溫度保持在期望溫度范圍內(nèi)的方面，通常的空氣冷卻式電池組具有很大的困難。具體地講，電池單元的最大運行溫度往往會低于用來冷卻電池的環(huán)境空氣的溫度。在這種情況下，不可能將空氣冷卻式電池組中的電池單元保持在期望溫度范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到需要改進電池模塊和用于冷卻電池模塊并最小化和/ 或消除上述不足的方法。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種根據(jù)一個示例性實施例的電池模塊。該電池模塊包括電池單元和鄰近于電池單元設(shè)置的冷卻翅片。冷卻翅片具有實心板以及分別從實心板的第一和第二邊緣延伸的第一和第二突片部。第一和第二突片部被構(gòu)造成與電池單元的正表面垂直地彎曲。冷卻翅片被構(gòu)造成從電池單元向其提取熱能。電池模塊還包括與冷卻翅片的第一突片部接觸的第一冷卻歧管。第一冷卻歧管具有延伸穿過其中的至少一個流動通道，該至少一個流動通道被構(gòu)造成接納穿過其中的流體。第一冷卻歧管被構(gòu)造成將熱能從冷卻翅片傳導(dǎo)至流過第一冷卻歧管的流體內(nèi)以冷卻電池單元。提供了一種根據(jù)另一個示例性實施例的用于冷卻電池模塊的方法。該電池模塊具有電池單元和鄰近于電池單元設(shè)置的冷卻翅片。電池模塊還包括與冷卻翅片接觸的第一冷卻歧管。冷卻翅片具有實心板以及分別從實心板的第一和第二邊緣延伸的第一和第二突片部。該方法包括將熱能從電池單元傳導(dǎo)至冷卻翅片的實心板。該方法還包括將熱能從冷卻翅片的第一突片部傳導(dǎo)至第一冷卻歧管內(nèi)。該方法還包括在第一冷卻歧管中接納流體并將熱能從第一冷卻歧管傳導(dǎo)至流過其中的流體以冷卻電池單元。


圖1是根據(jù)一個示例性實施例的具有電池模塊的電池系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)另一個示例性實施例的圖1的電池系統(tǒng)中使用的電池模塊的示意圖；圖3是圖2的電池模塊的另一個示意圖，其中一冷卻歧管從其移除；圖4是圖2的電池模塊的一部分的放大示意圖；圖5是圖2的電池模塊的一部分的另一個放大示意圖；圖6是圖2的電池模塊的一部分的分解圖的示意圖；圖7是圍繞圖2的電池模塊中使用的冷卻翅片的兩個矩形環(huán)狀壁的示意圖；圖8是圖7的冷卻翅片的示意圖9是圖2的電池模塊中使用的冷卻歧管的示意圖；圖10是圖9的冷卻歧管的橫截面示意圖；圖11是圖9的冷卻歧管的另一個橫截面示意圖；圖12是根據(jù)另一個示例性實施例的用于冷卻電池模塊的方法的流程圖；并且圖13是根據(jù)另一個示例性實施例的另一個電池系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式參見圖1，示出了根據(jù)一個示例性實施例的用于產(chǎn)生電力的電池系統(tǒng)10。電池系統(tǒng)10包括電池模塊20、壓縮機22、冷凝器24、導(dǎo)管觀、30、32、溫度傳感器36、風(fēng)扇38和微處理器40。電池模塊20的優(yōu)點是，電池模塊利用具有與冷卻歧管接觸的外部突片部的冷卻翅片將熱能從電池單元傳遞至冷卻歧管，以冷卻電池單元。為了理解，術(shù)語“流體”表示液體或氣體。例如，流體可包括冷卻劑或制冷劑。示例性冷卻劑包括乙二醇和丙二醇。示例性制冷劑包括R-11、R_12、R-22、R-134A、R-407C和 R-410A。參見圖1-5，電池模塊20被設(shè)置成用于在其中產(chǎn)生電壓。電池模塊20包括電池單元組件 60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、冷卻翅片 90、92、94、96、98、100、102、 104、106、108、110、112、以及冷卻歧管 120、122、124、126。電池單元組件60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82被設(shè)置成用于產(chǎn)生電壓。 電池單元組件60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82中的每一個具有矩形環(huán)狀框架構(gòu)件，該構(gòu)件具有允許將電池單元組件聯(lián)接并固定到一起的接合特征部。參見圖3和圖6，電池單元組件各自具有基本上相似的結(jié)構(gòu)。因此，下面將僅詳細(xì)描述電池單元組件60、62。電池單元組件60包括矩形環(huán)狀框架構(gòu)件140、電池單元142、144、 以及矩形環(huán)狀框架構(gòu)件146。每一個矩形環(huán)狀框架構(gòu)件140、146具有允許將框架構(gòu)件140、 146聯(lián)接并固定到一起的接合特征部。如圖所示，兩個電池單元142、144都固定在矩形環(huán)狀框架構(gòu)件140、146之間。應(yīng)該指出的是，在電池模塊20中，每一個電池單元具有基本上相似的結(jié)構(gòu)。因此， 下面將僅詳細(xì)描述電池單元142的結(jié)構(gòu)。電池單元142包括主體部分160、周邊唇緣部162 和從主體部分160向上延伸的電極164、166。周邊唇緣部162圍繞主體部分160的周邊延伸。電極164、166從主體部分150向外延伸并在兩者間產(chǎn)生電壓。根據(jù)電池模塊20的期望電壓和電流，電池模塊20的電池單元的電極可串聯(lián)或并聯(lián)地電聯(lián)接到一起。在一個示例性實施例中，每個電池單元為鋰離子電池單元。在替代實施例中，電池單元可以是例如鎳鎘電池單元或鎳金屬氫化物電池單元。當(dāng)然，可以使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其它類型的電池單元。參見圖3、6、7 和 8，冷卻翅片 90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112 被
設(shè)置成用于將熱能從電池單元傳導(dǎo)至冷卻翅片內(nèi)。冷卻翅片中的每一個具有基本上相似的結(jié)構(gòu)，并由銅、鋁和鋼中的至少一種構(gòu)成。因此，下面將僅詳細(xì)描述冷卻翅片90的結(jié)構(gòu)。冷卻翅片90包括實心的矩形板180、突片部182、184、186、188以及塑性端部190、192。突片部182、184從矩形板180的第一邊緣向外延伸。此外，突片部182、184在第一方向上相對于板180垂直彎曲，使得突片部182、184被設(shè)置成抵靠電池單元組件62的側(cè)表面。突片部182、184也垂直于電池單元144的正表面。突片部182、184分別接觸冷卻歧管120、122，使得冷卻歧管120、122將熱能傳導(dǎo)離開冷卻翅片90。突片部186、188從矩形板180的第二邊緣向外延伸。此外，突片部186、188在第一方向上相對于板180垂直彎曲，使得突片部186、188被設(shè)置成抵靠電池單元組件62的側(cè)表面。突片部186、188也垂直于電池單元144的正表面。突片部186、188分別接觸冷卻歧管124、126，使得冷卻歧管124、1 將熱能傳導(dǎo)離開冷卻翅片90。塑性端部190、192分別設(shè)置在冷卻翅片90的底端和頂端。塑性端部190、192超聲焊接到冷卻翅片90。再次參見圖6，電池單元組件60包括矩形環(huán)狀框架構(gòu)件210、電池單元212、214、 以及矩形環(huán)狀框架構(gòu)件216。矩形環(huán)狀框架構(gòu)件210、216中的每一個具有允許將框架構(gòu)件 210、216聯(lián)接并固定到一起的接合特征部。如圖所示，兩個電池單元212、214都固定在矩形環(huán)狀框架構(gòu)件210、216之間。此外，電池模塊60的框架構(gòu)件146和電池模塊62的框架構(gòu)件210分別具有允許將框架構(gòu)件146、210與設(shè)置在它們之間的冷卻翅片90聯(lián)接并固定到一起的接合特征部。參見圖1、2、9、10和11，冷卻歧管120、122、124、1沈被構(gòu)造成允許流體流過其中以從接觸冷卻歧管的冷卻翅片移除熱能。冷卻歧管120、122設(shè)置在電池模塊20的第一側(cè)，并且冷卻歧管124、1 設(shè)置在電池模塊20的第二側(cè)。此外，冷卻歧管120、122、124、1 流體聯(lián)接在導(dǎo)管觀、30之間，使得流體從導(dǎo)管28流入冷卻歧管，然后流體通過冷卻歧管流入導(dǎo)管30。冷卻歧管120、122、124、1 利用諸如螺釘或粘合劑的已知聯(lián)接裝置或粘合劑聯(lián)接到電池單元組件。參見圖2、9、10和11，冷卻歧管120、122、124、126的結(jié)構(gòu)彼此基本上相似。因此， 下面將僅詳細(xì)討論冷卻歧管120的結(jié)構(gòu)。冷卻歧管120包括在第一方向上延伸的外矩形環(huán)狀壁230和設(shè)置在外矩形環(huán)狀壁230內(nèi)的內(nèi)壁230、232、234、236、238、240、242、244、246、 對8、250、252、254、256。外矩形環(huán)狀壁230和設(shè)置在由壁230限定的內(nèi)部區(qū)域的內(nèi)部的內(nèi)壁進一步限定了在其中的流動通道 270,272,274,276,278,280,282,284,286,288,290,292, 294,2960流動通道被構(gòu)造成允許流體流過其中以從冷卻歧管120提取熱能。冷卻歧管由銅和鋁中的至少一種構(gòu)成。參見圖1和2，在運行期間，在一個示例性實施例中，熱能從電池單元組件60、62、 64、66、68、70、72、74、76、78、80、82 傳導(dǎo)進入冷卻翅片 90、92、94、96、98、100、102、104、106、 108、110、112以冷卻電池單元組件。冷卻翅片進一步將熱能傳導(dǎo)至冷卻歧管120、122、124、 126。流體流過冷卻歧管120、122、124、126以將熱能從冷卻歧管傳導(dǎo)至流體內(nèi)。冷卻翅片90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112 和冷卻歧管 120、122、 1M、1 將電池單元保持在期望溫度范圍內(nèi)，并且尤其可將電池單元保持在低于閾值溫度水平的溫度。在一個示例性實施例中，期望溫度范圍為15C至35C。在另一個示例性實施例中，閾值溫度水平為40C。再次參見圖1，在一個示例性實施例中，壓縮機22被構(gòu)造成響應(yīng)于來自微處理器 40的控制信號將制冷劑通過導(dǎo)管28泵送到電池模塊20的冷卻歧管120、122、124、126中。 導(dǎo)管30也流體聯(lián)接到電池模塊20的冷卻歧管120、122、124、126。導(dǎo)管30接納來自冷卻歧管120、122、124、126的制冷劑并將制冷劑送到冷凝器M。
冷凝器M被設(shè)置成用于從流過其中的制冷劑提取熱能以冷卻制冷劑。如圖所示， 導(dǎo)管32流體聯(lián)接在冷凝器M和壓縮機22之間。在離開冷凝器M之后，制冷劑被通過導(dǎo)管32泵送至壓縮機22。溫度傳感器36被設(shè)置成用于產(chǎn)生由微處理器40接收的信號，該信號指示設(shè)置在殼體60中的電池單元的溫度水平。風(fēng)扇38被設(shè)置成用于響應(yīng)于來自微處理器40的控制信號迫使空氣經(jīng)過冷凝器 24，以冷卻冷凝器對。如圖所示，風(fēng)扇38被設(shè)置成鄰近冷凝器對。微處理器40被設(shè)置成用于控制電池系統(tǒng)10的運行。具體地講，微處理器40被構(gòu)造成產(chǎn)生控制信號，該信號用于在來自溫度傳感器36的信號指示電池單元的溫度水平高于預(yù)定溫度水平時誘發(fā)壓縮機22將制冷劑泵送經(jīng)過電池模塊20的冷卻歧管。此外，微處理器40被構(gòu)造成產(chǎn)生另一個控制信號，該信號用于在來自溫度傳感器36的信號指示電池單元的溫度水平高于預(yù)定溫度水平時誘發(fā)風(fēng)扇38將空氣吹過冷凝器M。參見圖6、7和12，現(xiàn)在將說明用于冷卻具有電池單元的電池模塊20的方法的流程圖。為了簡單起見，將僅描述一個電池單元、一個冷卻翅片和兩個冷卻歧管。在步驟320中，將熱能從電池單元144傳導(dǎo)至冷卻翅片90的實心板180內(nèi)。在步驟322中，將熱能從冷卻翅片90的實心板180傳導(dǎo)至分別設(shè)置在實心板180 的第一邊緣和第二邊緣上的突片部182、186內(nèi)。在步驟324中，將熱能從冷卻翅片90的突片部182傳導(dǎo)至冷卻歧管120內(nèi)。在步驟326中，冷卻歧管120將流體接納在其中并將熱能從冷卻歧管120傳導(dǎo)至流過其中的流體內(nèi)以冷卻電池單元144。在步驟328中，將熱能從冷卻翅片90的突片部186傳導(dǎo)至冷卻歧管124內(nèi)。在步驟330中，冷卻歧管IM將流體接納在其中并將熱能從冷卻歧管IM傳導(dǎo)至流過其中的流體內(nèi)以冷卻電池單元144。參見圖13，示出了根據(jù)另一個示例性實施例的用于產(chǎn)生電力的電池系統(tǒng)410。電池系統(tǒng)410包括電池模塊420、泵422、熱交換器424、冷板425、儲存器426、導(dǎo)管428、430、 431、432、434、溫度傳感器436、風(fēng)扇437、制冷系統(tǒng)438、以及微處理器440。電池系統(tǒng)410 和電池系統(tǒng)10之間的主要區(qū)別在于電池系統(tǒng)410采用冷卻劑而不是制冷劑來冷卻電池模塊 420。電池模塊420具有與以上討論的電池模塊20相同的結(jié)構(gòu)。泵422被構(gòu)造成響應(yīng)于來自微處理器440的控制信號將冷卻劑通過導(dǎo)管4 泵送到電池模塊420的冷卻歧管中。如圖所示，導(dǎo)管4 流體聯(lián)接在泵422和電池模塊420之間，并且導(dǎo)管430流體聯(lián)接在電池模塊420的冷卻歧管和熱交換器似4之間。在離開電池模塊420的冷卻歧管之后，冷卻劑被通過導(dǎo)管430泵送至熱交換器424。熱交換器4M被設(shè)置成用于從流過其中的冷卻劑提取熱能以冷卻冷卻劑。如圖所示，導(dǎo)管431流體聯(lián)接在熱交換器4M和冷板425之間。在離開熱交換器4M之后，冷卻劑被通過導(dǎo)管431泵送至冷板425。風(fēng)扇437被設(shè)置成用于響應(yīng)于來自微處理器440的控制信號迫使空氣經(jīng)過熱交換器424，以冷卻熱交換器424。如圖所示，風(fēng)扇437被設(shè)置成鄰近熱交換器424。冷板425被設(shè)置成用于從流過其中的冷卻劑提取熱能以進一步冷卻冷卻劑。如圖所示，導(dǎo)管422流體聯(lián)接在冷板425和儲存器4 之間。在離開冷板425之后，冷卻劑被通過導(dǎo)管432泵送至儲存器426。儲存器4 被設(shè)置成用于在其中儲存冷卻劑的至少一部分。如圖所示，導(dǎo)管434 流體聯(lián)接在儲存器4 和泵422之間。在離開儲存器4 之后，冷卻劑被通過導(dǎo)管434泵送至泵422。溫度傳感器436被設(shè)置成用于產(chǎn)生由微處理器440接收的信號，該信號指示電池模塊420中的至少一個電池單元的溫度水平。制冷系統(tǒng)438被設(shè)置成用于響應(yīng)于來自微處理器440的控制信號冷卻熱交換器 424。如圖所示，制冷系統(tǒng)438可操作地聯(lián)接到冷板425。微處理器440被設(shè)置成用于控制電池系統(tǒng)410的運行。具體地講，微處理器440 被構(gòu)造成產(chǎn)生控制信號，該信號用于在來自溫度傳感器436的信號指示至少一個電池單元的溫度水平高于預(yù)定溫度水平時誘發(fā)泵422將制冷劑泵送通過電池模塊420的冷卻歧管。 此外，微處理器440被構(gòu)造成產(chǎn)生另一個控制信號，該信號用于在來自溫度傳感器436的信號指示至少一個電池單元的溫度水平高于預(yù)定溫度水平時誘發(fā)風(fēng)扇437將空氣吹過熱交換器似4。此外，微處理器440被構(gòu)造成產(chǎn)生另一個控制信號，該信號用于在來自溫度傳感器436的信號指示至少一個電池單元的溫度水平高于預(yù)定溫度水平時誘發(fā)制冷系統(tǒng)438冷卻冷板4邪。電池模塊和用于冷卻電池模塊的方法相對于其它模塊和方法提供了明顯的優(yōu)點。 具體地講，該電池模塊和方法提供了利用具有外突片部的冷卻翅片冷卻電池模塊中的電池單元的技術(shù)效果，該外突片部接觸冷卻歧管以將熱能從電池單元傳遞至冷卻歧管以冷卻電池單元。雖然已經(jīng)結(jié)合示例性實施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可進行各種改變，并且可以用等同物替代本發(fā)明的要素。此夕卜，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)范圍的情況下，基于本發(fā)明的教導(dǎo)可進行許多修改以適應(yīng)特定的情況或材料。因此，本發(fā)明并不旨在局限于為實施本發(fā)明而公開的特定實施例，本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實施例。此外，術(shù)語第一、第二等的使用是為了區(qū)分一個元件與另一元件。另外，術(shù)語一個、一種等的使用并不表示限制數(shù)量，而是表示存在至少一個所引用的項目。
權(quán)利要求
1.一種電池模塊，包括 電池單元；和鄰近于所述電池單元設(shè)置的冷卻翅片，所述冷卻翅片具有實心板以及分別從所述實心板的第一和第二邊緣延伸的第一和第二突片部，所述第一和第二突片部被構(gòu)造成與所述電池單元的正表面垂直地彎曲，所述冷卻翅片被構(gòu)造成從所述電池單元向所述冷卻翅片提取熱能；和與所述冷卻翅片的所述第一突片部接觸的第一冷卻歧管，所述第一冷卻歧管具有延伸穿過其中的至少一個流動通道，所述至少一個流動通道被構(gòu)造成接納穿過其中的流體，所述第一冷卻歧管被構(gòu)造成將熱能從所述冷卻翅片傳導(dǎo)至流過所述第一冷卻歧管的流體中以冷卻所述電池單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，還包括與所述冷卻翅片的所述第二突片部接觸的第二冷卻歧管，所述第二冷卻歧管具有延伸穿過其中的至少一個流動通道，所述至少一個流動通道被構(gòu)造成接納穿過其中的流體，所述第二冷卻歧管被構(gòu)造成將熱能從所述冷卻翅片傳導(dǎo)至流過所述第二冷卻歧管的流體中以冷卻所述電池單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中所述冷卻翅片的所述實心板是矩形形狀的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中所述冷卻翅片由銅、鋁和鋼中的至少一種構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中所述第一冷卻歧管由銅和鋁中的至少一種構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中所述流體為冷卻劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池模塊，其中所述冷卻劑包括乙二醇和丙二醇中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中所述流體為制冷劑。
9.一種用于冷卻電池模塊的方法，所述電池模塊具有電池單元、鄰近于所述電池單元設(shè)置的冷卻翅片、以及與所述冷卻翅片接觸的第一冷卻歧管，所述冷卻翅片具有實心板以及分別從所述實心板的第一和第二邊緣延伸的第一和第二突片部，所述方法包括將熱能從所述電池單元傳導(dǎo)至所述冷卻翅片的所述實心板中； 將熱能從所述冷卻翅片的所述第一突片部傳導(dǎo)至所述第一冷卻歧管中；以及在所述第一冷卻歧管中接納流體并將熱能從所述第一冷卻歧管傳導(dǎo)至流過其中的所述流體中以冷卻所述電池單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括將熱能從所述冷卻翅片的所述第二突片部傳導(dǎo)至第二冷卻歧管中；以及在所述第二冷卻歧管中接納流體并將熱能從所述第二冷卻歧管傳導(dǎo)至流過其中的所述流體中以冷卻所述電池單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述流體為冷卻劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述冷卻劑包括乙二醇和丙二醇中的至少一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述流體為制冷劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池模塊和用于冷卻電池模塊的方法。所述電池模塊包括電池單元和鄰近于電池單元布置的冷卻翅片。冷卻翅片包括實心板以及分別從實心板的第一和第二邊緣延伸的第一和第二突片部。第一和第二突片部被構(gòu)造成相對于電池單元的正表面垂直地彎曲。來自電池單元的熱能通過冷卻翅片耗散。所述電池模塊還包括與冷卻翅片的第一突片部接觸的第一冷卻歧管。第一冷卻歧管具有延伸穿過其中并接納流體的至少一個流動通道。第一冷卻歧管將熱能從冷卻翅片傳導(dǎo)至流過第一冷卻歧管的流體以冷卻電池單元。
文檔編號H01M2/30GK102484298SQ201080038217
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者喬斯·佩恩, 威廉姆·克廷 申請人:株式會社Lg 化學(xué)