专利名称：电池模块和用于冷却电池模块的方法
技术领域：
本申请涉及一种电池模块和用于冷却该电池模块的方法。
背景技术：
在典型的空气冷却式电池组中，来自周边大气的环境空气被引导而横越电池组中的各个电池单体，随后从该电池组中排出。然而，这种典型的空气冷却式电池组所具有的一个重大挑战在于如何将电池组的温度维持在在所期望的温度范围内。特别地，电池单体的最大运行温度可能经常小于用来冷却电池的环境空气的温度。在这种情况下，在空气冷却式电池组中不可能将电池单体维持在所期望的温度范围内。相应地，本发明人在此已经认识到，需要有一种减小和/或消除了上述缺陷的、改进的电池模块和用于冷却该电池模块的方法。
发明内容
提供了根据一个示例性实施例的电池模块。该电池模块包括第一电池单体和散热片。该散热片邻接所述第一电池单体布置。该散热片具有第一汇集器(header)和第二汇集器、挤压成型壳体、以及流体转向器(flow diverter) 0该第一汇集器和第二汇集器分别联接到所述挤压成型壳体的第一端和第二端。该挤压成型壳体具有与所述第一汇集器和第二汇集器以流体方式连通的多个第一流动通道和多个第二流动通道，所述多个第一流动通道和多个第二流动通道贯穿该挤压成型壳体延伸。该流体转向器布置在第一汇集器中，该流体转向器使流体从第一汇集器通过所述挤压成型壳体中的多个第一流动通道流入第二汇集器，以从第一电池单体吸取热能。该流体转向器还使流体从第二汇集器通过所述挤压成型壳体中的多个第二流动通道流回第一汇集器，以进一步从第一电池单体吸取热能。还提供了根据另一个示例性实施例的、用于冷却电池模块的方法。该电池模块具有第一电池单体和邻接该第一电池单体布置的散热片。该散热片具有第一汇集器和第二汇集器、挤压成型壳体、以及流体转向器。该第一汇集器和第二汇集器分别联接到所述挤压成型壳体的第一端和第二端。该挤压成型壳体具有与所述第一汇集器和第二汇集器以流体方式连通的多个第一流动通道和多个第二流动通道，所述多个第一流动通道和多个第二流动通道贯穿该挤压成型壳体延伸。该流体转向器布置在第一汇集器中。所述方法包括将热能从第一电池单体传导到散热片中。所述方法还包括将流体接收于第一汇集器中，该流体被第一汇集器中的流体转向器转向而通过所述挤压成型壳体中的多个第一流动通道流入第二汇集器，以从散热片吸取热能。该方法还包括将所述流体从第二汇集器通过所述挤压成型壳体中的多个第二流动通道输送回第一汇集器，从而进一步从散热片吸取热能。
图1是具有根据一个示例性实施例的电池模块的电池系统的概图；图2是根据另一个示例性实施例的、在图1的电池系统中使用的电池模块的概图；图3是在图1的电池系统中使用的散热片的概图；图4是图3的散热片的另一概图；图5是图3的散热片的另一概图，示出了该散热片中的内部流动通道；图6是在图3的散热片中使用的第一汇集器的一部分的放大概图；图7是在图3的散热片中使用的流体转向器的放大概图；图8是图3的散热片的一部分的截面概图；图9是图3的散热片的末端部分的放大概图，示出了挤压成型壳体的一部分和第
一汇集器；图10是图3的散热片的末端部分的放大概图，示出了挤压成型壳体的一部分和第
一汇集器；图11是图3的散热片的末端部分的另一放大概图，示出了挤压成型壳体的一部分
和第一汇集器；图12是图3的散热片的末端部分的另一概图，示出了挤压成型壳体的一部分和第
一汇集器；图13是图3的散热片的末端部分的放大概图，示出了挤压成型壳体的一部分和第
二汇集器；图14是图3的散热片的末端部分的概图，示出了挤压成型壳体的一部分和第二汇集器；图15是在第二汇集器中使用的端盖构件的概图；图16是根据另一示例性实施例的、用于冷却电池模块的方法的流程图；并且图17是根据另一示例性实施例的另一电池系统的概图。
具体实施例方式参考图1，示出了根据一个示例性实施例的、用于产生电力的电池系统10。该电池系统10包括电池模块20、压缩机22、冷凝器24、导管观、30、32、温度传感器36、风扇38、以及微处理器40。电池模块20的优点在于该电池模块利用带有挤压成型壳体的散热片来将热能从电池单体传递到散热片，以有效冷却各个电池单体。此外，挤压成型壳体的优点在于与其它装置相比，该挤压成型壳体能够容易地钎焊(brazed)或焊接(welded)到两个汇集器，从而更易于制造出散热片。为了便于理解，术语“流体”是指液体或气体。例如，流体可以包括冷却剂或制冷齐U。示例性的冷却剂包括乙二醇和丙二醇。示例性的制冷剂包括R-11、R-12、R-22、R-134A、 R-407C 和 R-410A。参考图1和图2，电池模块20被设置用于在其内部产生电压。该电池模块20包括电池单体 60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82 和散热片 90、92、94、96、98、100、102、 104、106、108、110、112。电池单体60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82设置成用于产生电压。特别地，这些电池单体中的每一个均具有基本相同的结构。例如，参考电池单体60，该电池单体包括本体部150、凸缘部152、154、以及从该本体部150向上延伸的电极156、158。凸缘部152、巧4从本体部150的第一端和第二端延伸。在电极156、158之间产生有电压。取决于所期望的电池模块20的电压和电流，这些电池单体的电极可以串联或并联地电联接在一起。在一个示例性实施例中，每个电池单体均是锂离子电池单体。在替代实施例中，这些电池单体例如也可以是镍镉电池单体或镍氢电池单体。当然，也可以使用本领域技术人员已知的其它类型的电池单体。散热片90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112 设置成将热能从电池单
体传导到散热片。这些散热片中的每一个均具有以流体方式联接到导管28的入流端口。此夕卜，这些散热片中的每一个均具有以流体方式联接到导管30的出流端口。散热片90布置在电池单体60、62之间，并且散热片92布置在电池单体62、64之间。散热片94布置在电池单体64、66之间，并且散热片96布置在电池单体66、68之间。散热片98布置在电池单体68、70之间，并且散热片100布置在电池单体70、72之间。散热片102布置在电池单体 72、74之间，并且散热片104布置在电池单体74、76之间。散热片106布置在电池单体76、 78之间，并且散热片108布置在电池单体78、80之间。散热片108布置在电池单体78、80 之间，并且散热片110布置在电池单体80、82之间。此外，散热片112邻接电池单体82布置。这些散热片由铝和铜中的至少一种构成。在运行期间，散热片被构造成从压缩机22接收流体。所述散热片将热能从电池单体传导给流过这些散热片的流体，以冷却各个电池单体。在一个示例性实施例中，该流体例如是冷却剂，如乙二醇或丙二醇。在另一个示例性实施例中，该流体是制冷剂。这些散热片的结构彼此相同。因此，将仅仅详细描述散热片90的结构。参考图3、 4和图5，散热片90包括汇集器170、挤压成型壳体172、以及汇集器174。参考图6和图8至11，汇集器170包括管状部190、延伸部194、入流端口 198、出流端口 200、流体转向器202、以及插塞204、206。管状部190包括贯穿该管状部190延伸的内部区域207，并且，延伸部194包括贯穿该延伸部194延伸的内部区域208。延伸部194联接到管状部190并具有与管状部190 基本相同的长度。此外，管状部190的内部区域207与延伸部194的内部区域208连通。此夕卜，管状部190和延伸部194由铜和铝中的至少一种构成。入流端口 198的直径小于管状部190的直径，并且入流端口 198布置在管状部190 的第一端中。入流端口 198被钎焊或焊接到管状部190并且由铜和铝中的至少一种构成。出流端口 200的直径小于管状部190的直径，并且出流端口 200布置在管状部190 的第二端中。出流端口 200被钎焊或焊接到管状部190并且由铜和铝中的至少一种构成。参考图7、11和图12，流体转向器202被构造成在预定位置处分别布置在管状部 190的内部区域207和延伸部194的内部区域208内，使得流体从汇集器170通过多个第一流动通道流入汇集器174。流体转向器202包括与矩形板205联接的圆形板203。特别地， 圆形板203被构造成布置在管状部190的内部区域207中。矩形板205被构造成布置在延伸部194的内部区域208中。此外，流体转向器202由铜和铝中的至少一种构成。参考图5、8，9和图11，挤压成型壳体172设置成允许流体在汇集器170、174之间流过该挤压成型壳体172，以从相邻的电池单体中除去热能。挤压成型壳体172是大致矩形板，其具有贯穿该挤压成型壳体172延伸的多个流动通道220、222、224、226、228、230、232、 234、236、238、240、242、244、246、248、250、252、254、256、258、260、262、264、266、268、270、272,274,276,278,280,282,284,286,288,290,292ο 此外，挤压成型壳体 172 的一端被构造成布置在汇集器170的延伸部194的一部分内，从而这些流动通道的第一端与汇集器170 的内部区域207、208以流体方式连通。挤压成型壳体172由铜和铝中的至少一种构成并且被钎焊或焊接到延伸部194。参考图9和图10，插塞204、206被构造成在延伸部194的内部区域208中分别布置在汇集器170的第一端和第二端，以密封该延伸部194的末端部分。此外，插塞204、206 在内部区域208中布置挤在出式壳体172的两个相反侧。插塞204、206由铜和铝中的至少一种构成并且被钎焊或焊接到延伸部194。参考图5、13和图14，汇集器174包括管状部310、延伸部311以及端盖312、314。管状部310包括贯穿该管状部310延伸的内部区域320，并且，延伸部311包括贯穿该延伸部311延伸的内部区域322。延伸部311联接到管状部310并且具有与管状部310 基本相同的长度。此外，管状部310的内部区域320与延伸部311的内部区域322连通。此夕卜，管状部310和延伸部311由铜和铝中的至少一种构成。挤压成型壳体172的矩形板205 被构造成布置在延伸部311的内部区域322内的第二端部处，从而该挤压成型壳体172的流动通道 220、222、224、226、228、230、232、234、236、238、Μ0、Μ2、Μ4、Μ6、Μ8、250、252、 254、256、258、260、262、264、266、268、270、272、274、276、278、280、282、284、286、288、290、 292与所述内部区域322、320以流体方式连通。端盖312、314被构造成分别联接到管状部310和延伸部311的第一端和第二端， 以密封该汇集器174的第一端和第二端。端盖312、314由铜和铝中的至少一种构成并且被钎焊或焊接到管状部310和延伸部311。端盖312、314的构造彼此相同。因此，下面将仅仅更详细地描述端盖312的结构。参考图15，端盖312包括与内侧T形部3 联接的内侧圆形部324。该内侧圆形部3M和内部T形部3 被构造成分别布置在所述内部区域320、 322中，以密封该汇集器174的一端。端盖312还包括分别与内侧圆形部3M及内侧T形部 326联接的外侧圆形部327和外侧矩形部328。该外侧圆形部327和外侧矩形部3 被钎焊或焊接到管状部310和延伸部311的端部。参考图5和图8，在一个示例性实施例中，在运行期间，当流体转向器202在汇集器170中邻接该流动通道274布置时，流体被接收于汇集器170的入流端口 198中并输送到挤压成型壳体172的多个第一流动通道，这些第一流动通道包括流动通道220、222、224、 226、228、230、232、234、236、238、240、242、244、246、248、250、252、254、256、258、260、262、 264,266,268,270,272,274.然后，该流体通过所述多个第一流动通道流入汇集器174的内部区域320、322，并且该流体从散热片和邻近的电池单体吸取热能。然后，该流体通过汇集器174并进一步通过多个第二流动通道276、278、沘0、沘2、沘4、沘6、沘8、290和292被输送回汇集器170中，从而进一步从散热片和电池单体吸取热能。此后，该流体从出流端口 200 输送出去。应当注意，所述多个第一流动通道中的流动通道的数量大于所述多个第二流动通道中的流动通道的数量。散热片90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110 和 112 使各个电池单体维持
在所期望的温度范围内，特别地，这些散热片能够将各个电池单体维持在低于阀值温度水平的温度下。在一个示例性实施例中，所期望的温度范围是15°C-35°C。在另一个示例性实施例中，该阀值温度水平是40 0C。
再次参考图1，在一个示例性实施例中，压缩机22被构造成响应于来自微处理器 40的控制信号，将制冷剂通过导管28泵送到电池模块20的入流端口中。导管30还以流体方式联接到电池模块20的出流端口。导管30从该出流端口接收制冷剂并将制冷剂输送到冷凝器24。冷凝器M设置成从流过该冷凝器M的制冷剂吸取热能，以冷却该制冷剂。如图所示，导管32以流体方式联接在冷凝器M和压缩机22之间。在离开冷凝器M之后，该制冷剂通过导管32被泵送到压缩机22。温度传感器36设置成用于产生表示在外壳60中布置的各个电池单体的温度水平的信号，该信号由微处理器40接收。风扇38设置成响应于来自微处理器40的控制信号、迫使空气经过冷凝器M以冷却该冷凝器对。如图所示，风扇38邻近于冷凝器M布置。微处理器40设置成控制该电池系统10的运行。特别地，微处理器40被构造成 当来自温度传感器36的信号表明所述电池单体的温度水平大于预定的温度水平时，微处理器40产生一个控制信号以用于使压缩机22将制冷剂泵送通过电池模块20。此外，微处理器40还被构造成当来自温度传感器36的信号表明所述电池单体的温度水平大于预定的温度水平时，微处理器40产生另一个控制信号以用于使风扇38将空气吹送越过冷凝器 24。参考图16，现在将说明用于冷却具有电池单体的电池模块20的方法的流程图。为了简洁起见，将仅描述一个电池单体和一个散热片。在步骤350中，热能从电池单体60传导到散热片90中。该散热片90具有汇集器 170和174、挤压成型壳体172、以及流体转向器202。在步骤352中，汇集器170接收流体，该流体被汇集器170中的流体转向器202转向而通过挤压成型壳体172中的多个第一流动通道流入汇集器174，以从散热片90吸取热能。在步骤354中，该流体从汇集器174通过挤压成型壳体172中的多个第二流动通道被输送回汇集器170，从而进一步从散热片90吸取热能。参考图17，示出了根据另一示例性实施例的、用于产生电力的电池系统410。该电池系统410包括电池模块420、泵422、热交换器424、冷板425、蓄存器426、导管428、430、 431、432、434、温度传感器436、风扇437、制冷剂系统438、以及微处理器440。该电池系统 410与电池系统10之间的主要区别在于电池系统410使用了冷却剂而不是制冷剂，来冷却电池模块420。电池模块420与上述电池模块20具有相同的结构。泵422被构造成响应于来自微处理器440的控制信号，通过导管4 将冷却剂泵送到电池模块420的入流端口中。如图所示，导管428以流体方式联接在泵422和电池模块420之间，并且导管430以流体方式联接在电池模块420和热交换器似4之间。在离开电池模块420的出流端口之后，该冷却剂通过导管430被泵送到热交换器424。热交换器4M设置成从流过该热交换器4M的冷却剂吸取热能，以冷却冷却剂。如图所示，导管431以流体方式联接在热交换器4M和冷板425之间。在离开热交换器424 之后，该冷却剂通过导管431被泵送到冷板425。
风扇437设置成响应于来自微处理器440的控制信号来促使空气经过热交换器 424，以冷却该热交换器424。如图所示，风扇437邻近于热交换器似4布置。冷板425设置成从流过该冷板425的冷却剂吸取热能，以进一步冷却该冷却剂。如图所示，导管432以流体方式联接在冷板425和蓄存器4 之间。在离开冷板425之后，该冷却剂通过导管432被泵送到蓄存器426。蓄存器似6设置成用于储存该冷却剂的至少一部分。如图所示，导管434以流体方式联接在蓄存器4 和泵422之间。在离开蓄存器4 之后，该冷却剂通过导管434被泵送到泵422。温度传感器436设置成用于产生表示电池模块420中的至少一个电池单体的温度水平的信号，该信号由微处理器440接收。制冷剂系统438设置成响应于来自微处理器440的控制信号来冷却所述热交换器 424。如图所示，该制冷剂系统438以可操作方式联接到冷板425。微处理器440设置成控制该电池系统410的运行。特别地，微处理器440被构造成当来自温度传感器436的信号表明至少一个电池单体的温度水平大于预定的温度水平时，微处理器440产生一个控制信号以用于使泵422将制冷剂泵送通过电池模块420。另夕卜，微处理器440还被构造成当来自温度传感器436的信号表明至少一个电池单体的温度水平大于预定的温度水平时，微处理器440产生另一个控制信号以用于使风扇437将空气吹送越过热交换器424。此外，微处理器440还被构造成当来自温度传感器436的信号表明至少一个电池单体的温度水平大于预定的温度水平时，微处理器440产生又一个控制信号以用于使制冷剂系统438冷却所述冷板425。相对于其他电池模块及其冷却方法来说，上述电池模块和用于冷却该电池模块的方法提供了显著的优点。特别地，上述电池模块和方法提供了如下的技术效果即，利用具有挤压式歧管的散热片来冷却电池模块中的电池单体，其能够容易地组装和制造。虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可以作出各种改变并且可以用等同物来代替其元件。另外，在不偏离其实质性范围的情况下，可以作出很多修改以使特定状况或材料适合于本发明的教导。因此，期望本发明不限于为了实施本发明而公开的特定实施例，而是，本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。而且，所使用的用语“第一”、“第二”等仅用来将元件彼此区别开。此外，所使用的用语“一”、“一个”等并不表示数量的限制，而是表示所提到的项目存在至少一个。
权利要求
1.一种电池模块，包括第一电池单体；和散热片，所述散热片邻接所述第一电池单体布置，所述散热片具有第一汇集器和第二汇集器、挤压成型壳体、以及流体转向器，所述第一汇集器和所述第二汇集器分别联接到所述挤压成型壳体的第一端和第二端，所述挤压成型壳体具有与所述第一汇集器和所述第二汇集器以流体方式连通的多个第一流动通道和多个第二流动通道，所述多个第一流动通道和所述多个第二流动通道贯穿所述挤压成型壳体延伸，所述流体转向器布置在所述第一汇集器中，所述流体转向器使流体从所述第一汇集器、通过所述挤压成型壳体中的多个第一流动通道流入所述第二汇集器，以从所述第一电池单体吸取热能，然后，所述流体转向器使所述流体从所述第二汇集器、通过所述挤压成型壳体中的多个第二流动通道流回所述第一汇集器，以进一步从所述第一电池单体吸取热能。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述第一汇集器和所述第二汇集器是大致管状的。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述第一汇集器和所述第二汇集器由铜和铝中的至少一种构成。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述挤压成型壳体由铜和铝中的至少一种构成。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述多个第一流动通道中的流动通道的数量大于所述多个第二流动通道中的流动通道的数量。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述流体是冷却剂。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述冷却剂包括乙二醇和丙二醇中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述流体是制冷剂。
9.根据权利要求1所述的电池模块，还包括第二电池单体，所述第二电池单体邻接所述散热片布置，使得所述散热片布置在所述第一电池单体和所述第二电池单体之间。
10.一种用于冷却电池模块的方法，所述电池模块具有第一电池单体和邻接所述第一电池单体布置的散热片，所述散热片具有第一汇集器和第二汇集器、挤压成型壳体、以及流体转向器，所述第一汇集器和所述第二汇集器分别联接到所述挤压成型壳体的第一端和第二端，所述挤压成型壳体具有与所述第一汇集器和所述第二汇集器以流体方式连通的多个第一流动通道和多个第二流动通道，所述多个第一流动通道和所述多个第二流动通道贯穿所述挤压成型壳体延伸，所述流体转向器布置在所述第一汇集器中，所述方法包括将热能从所述第一电池单体传导到所述散热片中；将流体接收于所述第一汇集器中，所述流体被所述第一汇集器中的流体转向器转向而通过所述挤压成型壳体中的多个第一流动通道流入所述第二汇集器，以从所述散热片吸取热能；以及将所述流体从所述第二汇集器、通过所述挤压成型壳体中的多个第二流动通道输送回所述第一汇集器，从而进一步从所述散热片吸取热能。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述流体是冷却剂。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述冷却剂包括乙二醇和丙二醇中的至少一种。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述流体是制冷剂。
全文摘要
提供了一种电池模块和用于冷却电池模块的方法。该电池模块包括第一电池单体和散热片。该散热片布置在第一电池单体附近。该散热片具有第一汇集器和第二汇集器、挤压成型壳体、以及流体转向器。该第一汇集器和第二汇集器分别联接到所述挤压成型壳体的第一端和第二端。该挤压成型壳体具有多个第一流动通道和多个第二流动通道，所述多个第一流动通道和多个第二流动通道延伸成分别与第一汇集器和第二汇集器以流体方式连通。该流体转向器布置在第一汇集器中，使得流体能够从第一汇集器流动、通过所述挤压成型壳体的第一流动通道，并朝向第二汇集器流动，以便从第一电池单体吸取热能。
文档编号C09K5/00GK102473979SQ201080033397
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月28日 优先权日2009年7月29日
发明者乔斯·佩恩, 托马斯·J·格达维斯基 申请人:株式会社Lg 化学