专利名称：电池芯的冷却/加热装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于电池的装置 ，特别是涉及一种用于电池芯的冷却/加热
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背景技术：
目前，电池被越来越多的应用在某些领域，而在这些领域中电池芯在工作时所散发的、多余的热量必须及时的除去以防止电池芯过热的现象。特别是如锂离子电池和镍氢电池，这些电池已经被应用在混合动力电动车以及其他应用设备上，电池冷却的需求已经变得至关重要。另外，某些类型电池的运行风险在过热的环境中将会急剧增加，因此，对于一种电池芯冷却/加热装置的需求以确保电池中每一片电池芯可以在一个所设定的温度范围内稳定的工作已是十分迫切。
发明内容本实用新型的目的是提供一种电池芯的冷却/加热装置，能及时的带走或给出电池在运营时所散发的或所需要的热量，从而保证了电池中每片电池芯均可以在一个设定的温度范围内稳定的工作。为此，一种电池芯的冷却/加热装置，此装置包括一个含有暗槽的导热板，暗槽在入口和出口之间有一个迂回的通道，暗槽通过一个入口引入导热体流经导热板到达出口，导热板至少有一个表面来接收电池芯工作时所散发的热量并将这些热量传导给导热体，并且导热板还包含有第一和相对应的第二导热片，暗槽则包括了第一导热片中的第一部分和相对应的第二导热片中的第二部分，第一部分和第二部分的整合构成了整个暗槽，所述的装置还包括围绕着暗槽、入口及出口的密封圈，第一导热片和第二导热片被多个紧固件扣压在一起压缩密封圈以防止导热体从导热板中的泄漏；或此装置包括，一个含有暗槽的导热板，暗槽在入口和出口之间有一个迂回的通道，暗槽通过一个入口引入导热体流经导热板到达出口，导热板至少有一个表面来接收电池芯工作时所散发的热量并将这些热量传导给导热体，暗槽包括了一个在导热板中的中间隔板上的通槽，而导热板包含有第一和第二导热片，这两片导热片被分别扣压在中间隔板的两侧，导热片覆盖住中间隔板的通槽并提供一个密封圈来防止导热体从导热板中的泄露，或导热片被粘接在中间隔板的表面提供密封。所述的导热板呈矩形，其入口和出口分别位于导热板周边相对应的边缘上，入口或者出口中，至少有一个口包括了一个开孔将导热板的第一和第二导热片贯通，而这个开孔与暗槽相连并且耦合相邻导热板上相对的开孔来接收导热体。所述的第一和第二导热片中至少在其中一个导热片的侧壁上开有一条槽沟用来容纳密封圈。所述的中间隔板包含一个在隔板上形成的槽沟围住暗槽、入口和出口，槽沟可以用来容纳粘接剂来进行密封以防止导热体从导热板中的泄露；中间隔板包含一个在隔板上形成的槽沟围住暗槽、入口和出口，槽沟可以用来容纳一个密封圈来防止导热体从导热板中的泄露。所述的密封圈为双密封结构的密封圈，双密封结构的密封圈包括了第一密封圈和第二密封圈，第一密封圈和第二密封圈被分隔开来，多个紧固件被用于第一密封圈和第二密封圈之间以便第一导热片和第二导热片扣压在一起压缩密封圈。所述的电池芯被放置于相邻的导热板之间并且包含有一个联接垫块，这个联接垫块用来耦合相邻导热板开孔之间的导热体。所述的联接垫块被加工成适当的尺寸将相 邻的导热板之间分隔成足以容纳电池芯厚度的间距，所述的联接垫块被加工后采用密封圈以确保联接垫块和开孔之间的密封。所述的导热板包括多个紧固件开孔贯通第一和第二导热片，每一个紧固件开孔用来容纳一个紧固件以固定多块导热板和电池芯在一起，形成一个交替层叠式的电池装置，而紧固件可以更进一步被调整来抑制电池芯发热时的热膨胀。所述的用来传导电池芯工作时产生热量的表面通常是一个平面并且其尺寸大小一般与电池芯的外表面相对应，这样便利于电池芯的热传导。所述的暗槽有一个横截面，此横截面在导热板平面方向上有一个宽度尺寸、在垂直于导热板平面方向有一个深度尺寸，其中宽度尺寸大于深度尺寸，暗槽还包括一个用来容纳温度传感器的传感器暗槽。本实用新型能及时的带走或给出电池在运营时所散发的或所需要的热量，从而保证了电池中每片电池芯均可以在一个设定的温度范围内稳定的工作。
图I是本实用新型中第一种电池装置的立体图。图2是本实用新型中一块导热片的立体图。图3是图2所示导热板一个导热片的平面图。图4是图2所示的导热板另一个导热片的平面图。图5是本实用新型的另一种导热板的展开图。图6是图5所示的导热板集成状态的立体图。
具体实施方式
如图I至图6所示，一种用于电池芯的冷却/加热装置。图I所示，本实用新型的第一种实施方案中电池装置的部分展开图。电池装置100包括一系列的电池芯102，比如锂离子电池芯等。此实施方案中，每一块电池芯具有外壳104和电极106与108，电池组的输出电压和电容量可以由电池芯电极的串联或者并联来提供。而外壳的材料可能是金属铝箔等。在其他实施方案中，电池芯可能会有不同的的形状，外壳和化学结构。而电池芯也可能是镍金属氢化物，锂离子聚合物或者其他多种电池芯的任何一种。电池装置包含一个导热板110用来冷却或者加热电池芯。导热板装置的展开图如图I所示，集成图如图2所示。图2所示的导热板110包含互相对应的第一导热片112和第二导热片114，两块导热片结合起来形成暗槽116。暗槽在第一导热片和第二导热片之间形成，暗槽通过入口 118导入导热体。在图2所示的实施方案中，暗槽延伸入第一导热片112，但是未穿透该导热片。而我们后边要提到的另外一种实施方案中，暗槽会穿透中间隔板。在所不的实施方案中，暗槽116具有一个横截面，此横截面在导热板110的表面方向上有一个宽度尺寸而同时具有一个深度尺寸，其延长线一般垂直于导热板表面的方向，而宽度尺寸大于深度尺寸。图2所示暗槽的横截面长宽比在其他的实施方案中可能有所不同。图2所示的长宽比的优势在于，暗槽116中容纳的导热体同导热板的后表面122和/或者前表面124具有更大面积的紧密接触。导热板110同时包含一个出口 120，从入口 118引入的导热体流过整个导热板110流到出口 120。图中所示的实施方案中，入口和出口分别定义为一个开孔延伸入导热板并位于第一导热片112和第二导热片114之间，每个开孔均与暗槽相连。由此，定义为入口的开 孔将流体导入暗槽116，定义为出口 120的开孔将流体导出暗槽。在图I所示电池实施方案的摆放取向中，入口同暗槽的下部相连而出口同暗槽的上部相连。此实施方案的优势在于，入口处引入的流体会流入暗槽的下部，再流向出口，因此流体会从暗槽下部开始填满暗槽116。这样的结构相对于流体从出口引入的方式而言，流体在暗槽中可以实现更均匀的流动。在多数实施方案中，导热体是一种冷却液，带走电池装置100工作时产生的热量。但是发明者同样发现，导热板110也可以在环境温度过低时将热量带给电池而使其更好的工作。在这种情况下，导热体可以是一种可操控的热流体而将热量带给电池装置。为了论述方便，接下来进一步阐述的实施方案将主要针对将热量从电池装置带走。但是毋庸置疑的，导热体也可以是热流体而将热量传导给导热板110。导热体可能是一种液体，一种非液体，或者可能包含有一种或两种的添加剂，比如乙二醇。另外，流体也可能是气体冷却剂比如空气，或者其他的气体，或者是各种气体的混合物。图2所示的实施方案中，导热板110的后表面122用来接收电池芯102工作时的热量。导热板的后表面一般是平面，并且其形状尺寸一般是按照电池芯表面的形状尺寸设计的，这样有利于将热量从电池芯传导到导热板110。如图I中所示的实施方案中，电池芯102在集成时处于同导热板110的后表面122接触的位置，而电池装置中的另外一个电池芯可能会同导热板110的前表面124具有热接触。在发电过程中，导热板110处于同电池芯102的外壳104进行热接触的位置，而热量在电池芯和导热板之间传递。热量接着会在导热板Iio与处于暗槽116中的流体间进行传递。加工导热板110的材料可能是金属，金属合金，或者其他具有高导热率的材料，比如石墨，导热聚合物，或者其他的高分子复合物。一种实施方案中加工导热板110的材料是铝，铝材的优势是具有比较高的导热系数，低成本，而且容易加工。比如，可以用端铣的方法将暗槽116刻入导热片112。更进一步地，导热板110包括一个密封圈126用来密封暗槽116，和入口 118以及出口 120，而在此实施方案中，采用了双密封圈结构。两块相对的第一和第二导热片112和114被扣压在一起而压缩双密封圈以防止流体从导热板中泄漏。双密封圈包括第一和第二两个密封部分128和130，在此实施方案中，多个紧固件132被紧固在处于密封圈的第一和第二部分之间的螺孔134中，而均匀的压紧双密封圈，同时将导热板的第一和第二导热片112和114紧密的结合在一起。其他种类的紧固件比如铆钉也可能用来将该两个导热片112和114紧固在一起，而压紧双密封圈。虽然在图2所示实施方案的阐述中涉及的是双密封圈，但是在其它的实施方案中，单密封圈或者多层密封圈结构也可以用来代替双密封圈。双密封圈是一种可压缩的材料,而且一般具有圆形的横截面。一种实施方案是，双密封圈的制作采用如图2所示的模具一次成型结构，而第一和第二部分128和130的密封圈被融合成为一体结构。密封圈126的二个部分128和130 —般具有圆形的横截面,而这个横截面也可能是矩形，橄榄形，或者其他的非圆形的形状。在另外的一种实施方案中，双密封圈可能包括一对具有适合尺寸的O形圈，用来密封入口 118，和出口 120以及暗槽116。图3所示为第一导热片112的平面图。如图3，暗槽116—般在入口 118和出口120之间迂回，承载着流体在导热板110的大部分空间中流动。在入口和出口之间，暗槽116可以具有其他不同形式的路径，并且可以被分成多个路径。如图3所示的实施方案中，第一导热片112上包括一条为了容纳双密封圈而刻入的槽沟200，这条槽沟有利于在组装导热 板110的时候为密封圈定位。第二导热片114的平面图如图4所示。在一种实施方案中，暗槽116的第一暗槽部分在第一导热片112中形成，而相对应的第二暗槽部分在第二导热片114中形成，如图4中所示的202。在这种情况下，第一和第二暗槽部分116和202合起来定义了暗槽。在其他实施方案中，暗槽116可能只在第一导热片112中形成，而第二导热片114用来封装第一导热片112中的暗槽116。第二导热片114的一种实施方案如图4所示，这个导热片上并不存在一条与槽沟200对应的槽，槽沟200是在第一导热片112上用来容纳双密封圈126的槽。在此情况下，双密封圈126被第二导热片114简单的压缩入槽沟200。而其他的实施方案中，当导热片112和114被组合起来形成导热板110的时候，第二导热片114上可能会有一条与槽沟200相对应的槽来容纳和定位密封圈。第二导热片114还包括一条暗槽204来容纳传感器(未显示)。温度传感器可能会被用在导热板110上，用来产生温度信号以显示在工作状态时导热板的温度。不同种类的温度传感器，比如固态温度传感器，热电偶，或者热敏电阻都可以用来产生温度信号。温度信号会被送到安装了电池装置100的仪器(比如，车辆)上的控制器中作监测的用途。当电池装置100中一个导热板110的温度升高到超过其他导热板的温度时，这可能会做为导热板110或者与其具有热接触的相邻电池芯102的一个失效条件。重提图I，更进一步的，在电池装置100的两端各有一个端板，第一端板140和第二端板142。第一端板140包括一个导热体入口 144接收导热体和一个导热体出口 146释放导热体。其他的实施方案中，导热体入口和导热体出口可能处于第二端板142上，或者流体入口和流体出口可能会分别在第一或第二端板的其中任何一块板上。电池装置100更进一步的包括第一和第二联接垫块148和150，垫块尺寸可以被调整以耦合流过相邻导热板110的相邻开口之间的导热体。每一个联接垫块148或150各自包含一个贯通联接垫块的开孔152和154，用来导通流过相邻导热板110开孔的流体。在所示的实施方案中，第一联接垫块148提供了一个入口，使流体从导热体入口 144流过电池装置100的每一个导热板110 ；第二联接垫块150提供了一个出口，使流体从电池装置的每一个导热板110流出导热体出口 146。在其他实施方案中，电池芯和联接垫块会采用不同配置，而使流体顺序地流过导热板110，例如，从入口 118流到第一个导热板的出口 120，然后流入第二个导热板的出口 120，流过暗槽116从而到达入口 118，以此类推。第一和第二联接垫块148和150具有各自的密封圈156和158，用来分别密封第一和第二联接垫块同相对应的入口 118和出口 120之间的开孔。一种实施方案是第一和第二联接垫块上包含各自的环形槽，用来容纳一条环形密封圈或者其他成型的密封圈(未显示)。另外的一些用来 封联接垫块148，150的后表面以及一系列导热板110的密封圈在图I中不可见，但是已经被本专利包括在内，并且与密封圈156和158采用同样的结构。在一种实施方案中，电池装置100装配成组的时候，两个联接垫块148和150被加工成适当的尺寸而将导热板Iio和导热板110 (或者第一端板140)之间分隔成足以在两块板之间容纳电池芯102的间距。当电池芯102发电或者充电的时候温度会升高，而电池芯可能会膨胀。对于某些电池的型号和配置，比如锂离子电池芯，在逐渐充电的状态下电池芯会膨胀并且由于层分离的问题这种膨胀可能会损坏电池芯。所以，当电池装置100集成的时候，两个联接垫块148和150被加工成刚好可以限制电池芯热膨胀的尺寸，由此限制了所有电池芯的膨胀。图I所不的实施方案中，导热板110包括多个紧固件开孔160贯通第一和第二导热片112和114。在第一和第二联接垫块148和150上同时具有相对应的紧固件开孔162。紧固件开孔160和162用来容纳各自的紧固件164，用以固定多块导热板110和电池芯102成为一个交替层叠式的结构。此实施方案中，紧固件164是螺纹结构并且由各自的螺母166锁紧而将电池装置100集成为电堆。紧固件开孔160分布在板的边缘，所以在电池装置100集成的时候，电池芯102便处于紧固件164中心的位置。紧固件164锁紧电池芯102，导热板110，两个联接垫块148和150，同时压缩密封圈156以防止电池芯膨胀。第一端板140具有边缘部分168和中心部分170，在图I中所示的实施方案中，中心部分比边缘部分厚，以防止在电池芯102发电或者充电的时候由于热膨胀产生的力而使端板弯曲变形。厚的中心部分170为端板140位于紧固件164之间的部分提供了更大的刚度。而第一端板140的边缘部分168要足够的靠近紧固件164以使得边缘部分对端板的弯曲变形产生更小的影响。端板142具有相同的厚的中心部分(图I中未显示)。用来加工端板的材料可能是铝，铝材提供了一个良好的刚度重量比。在另外的实施方案中，其他的金属，物质，或者复合材料都可能会用来代替铝。由此，电池装置100包括了一系列的电池芯102和导热板110，并且集成为一个交替层叠式的电池装置。电池装置100包括电池芯102，电池芯具有电极106和108，电极被级联成并联或者串联形式来提供所需的极间电压和电容量。尽管此专利阐述的电池装置100所涉及到的电池芯102 —般是平面矩形的，但是在其他实施方案中电池芯也可能是非平面的和/或者其他形状，而导热板110也可能被加工成与之相对应的形状。另外一种实施方案中，可以用于图I所示电池装置100的另一种导热板装置如图5和图6所示的300。如图5所示，导热板300包括暗槽302，此暗槽与入口 304相通来接收导热体。暗槽302以特定的结构使导热体流经导热板300到达出口 306。在此实施方案中，导热板300包括一个中间隔板312和暗槽302，暗槽是一个通孔314而形成于中间隔板的内部。通孔314贯通了中间隔板。导热板300更进一步的包括第一和第二导热片316和318分别处于中间隔板的两侧。第一和第二导热片316和318封装了中间隔板312的通孔314同时提供密封以防止导热体从导热板300内部泄露。对于图2所示的导热板实施方案来说，导热板300包括两个表面308和310 (比如，导热片318的后表面)，这两个表面负责接收电池芯工作时产生的热量。而导热板300可以被调整以耦合热量到流体。加工中间隔板312的材料可能是金属或者塑料。中间隔板的成型方法可能是机械切削加工，冲压加工，模具成型加工或者其他适合的加工工艺。采用模具成型或者冲压工艺可能有利于降低中间隔板312的加工成本。第一和第二导热片的材料可能需要采用具有高导热效率的材料进行加工，比方金属，金属合金，或者高导热率的材料比如石墨，或者高分子复合物。例如，一种实施方案可能采用铝作为第一和第二导热片的材料，并且采用冲压工艺加工。导热板300的暗槽302可能采用同图I和图2中所示的导热板110的暗槽116相同的结构。导热板300包含一个传感器暗槽320和一条槽沟322，槽沟322用来密封暗槽302，和入口 304以及出口 306。导热板300的组合图如图6所示。一种实施方案是将第一和第二导热片粘接到中间隔板312而提供密封。一种同时具有粘接和密封功能的粘接剂，比如一种海洋高级密封胶，可能用来粘接第一和第二导热片到中间隔板312。第一和第二导热片以及中间隔板可能会采用压力机紧压在一起直至粘接剂固化以确保粘接剂提供完整的密封。粘接剂也可能被直接涂在中间隔板312任何一侧的表面326上以提供更可靠的粘合和密封。一种实施方案中，槽沟322 (如图5)保证了粘接剂在槽沟内的累积。槽沟内累积的粘接剂，固化后便形成一个密封条而封装流体，使流体流过入口 304，和暗槽302以及出口 306。其他的实施方案中，一个独立的密封元件，比如放在密封槽中的密封垫，环形圈，或者模具成型封条，都可能用来代替粘接剂用于导热片316和318以及中间隔板312之间。导热板300也包含紧固件开孔324，用来容纳在图I中电池装置100用到的紧固件164。综上所述的专利实施方案提供了一个导热板，用来冷却或者加热任何种类的电池芯，并且能以集成为电堆的方式来冷却用在电器设备上的电池组，例如用在电动车上的大型多电芯电池组。导热板提供了一个热交换模块，并且包含了一个一体化密封方案，以防止导热体泄露出导热板从而导致潜在的电池装置的失效和/或者影响电池装置的操作安全。导热板之间的联接垫块耦合了板间的流体也同时为容纳电池芯提供了适合的间距。此专利中所描述的实施方案提供了低成本并且简单的加工和集成方法，而且适用于多种电池的形状和配置。此专利的实施方案也包括对于制约电池芯热膨胀的限定。显然，在权利要求书中所要求保护的一种电池装置的结构，已包括在上述结构描述中，故不再累述。虽然在此详实的描绘和阐述了此专利发明的实施方案，但是此实施方案应当被作为仅限于对此发明的描述，而在对发明的限定作用上，并不能等同于在随后专利声明中的阐述。总之，本发明能及时的带走或给出电池在运营时所散发的或所需要的热量，从而保证了电池中每片电池芯均可以在一个设定的温度范围内稳定的工作，可推广使用。
权利要求1.一种电池芯的冷却/加热装置，其特征在于，此装置包括 一个含有暗槽的导热板，暗槽在入口和出口之间有一个迂回的通道，暗槽通过一个入口引入导热体流经导热板到达出口，导热板至少有一个表面来接收电池芯工作时所散发的热量并将这些热量传导给导热体，并且 导热板还包含有第一和相对应的第二导热片，暗槽则包括了第一导热片中的第一部分和相对应的第二导热片中的第二部分，第一部分和第二部分的整合构成了整个暗槽， 所述的装置还包括围绕着暗槽、入口及出口的密封圈，第一导热片和第二导热片被多个紧固件扣压在一起压缩密封圈以防止导热体从导热板中的泄漏； 或此装置包括，一个含有暗槽的导热板，暗槽在入口和出口之间有一个迂回的通道，暗槽通过一个入口引入导热体流经导热板到达出口，导热板至少有一个表面来接收电池芯工作时所散发的热量并将这些热量传导给导热体，暗槽包括了一个在导热板中的中间隔板上的通槽，而导热板包含有第一和第二导热片，这两片导热片被分别扣压在中间隔板的两 侦牝导热片覆盖住中间隔板的通槽并提供一个密封圈来防止导热体从导热板中的泄露，或导热片被粘接在中间隔板的表面提供密封。
2.根据权利要求I所述的电池芯的冷却/加热装置，其特征在于所述的导热板呈矩形，其入口和出口分别位于导热板周边相对应的边缘上，入口或者出口中，至少有一个口包括了一个开孔将导热板的第一和第二导热片贯通，而这个开孔与暗槽相连并且耦合相邻导热板上相对的开孔来接收导热体。
3.根据权利要求I所述的电池芯的冷却/加热装置，其特征在于所述的第一和第二导热片中至少在其中一个导热片的侧壁上开有一条槽沟用来容纳密封圈。
4.根据权利要求I所述的电池芯的冷却/加热装置，其特征在于所述的中间隔板包含一个在隔板上形成的槽沟围住暗槽、入口和出口，槽沟可以用来容纳粘接剂来进行密封以防止导热体从导热板中的泄露；中间隔板包含一个在隔板上形成的槽沟围住暗槽、入口和出口，槽沟可以用来容纳一个密封圈来防止导热体从导热板中的泄露。
5.根据权利要求I或2或3或4所述的电池芯的冷却/加热装置，其特征在于所述的密封圈为双密封结构的密封圈，双密封结构的密封圈包括了第一密封圈和第二密封圈，第一密封圈和第二密封圈被分隔开来，多个紧固件被用于第一密封圈和第二密封圈之间以便第一导热片和第二导热片扣压在一起压缩密封圈。
6.根据权利要求I所述的电池芯的冷却/加热装置，其特征在于所述的电池芯被放置于相邻的导热板之间并且包含有一个联接垫块，这个联接垫块用来耦合相邻导热板开孔之间的导热体。
7.根据权利要求4所述的电池芯的冷却/加热装置，其特征在于所述的联接垫块被加工成适当的尺寸将相邻的导热板之间分隔成足以容纳电池芯厚度的间距，所述的联接垫块被加工后采用密封圈以确保联接垫块和开孔之间的密封。
8.根据权利要求I所述的电池芯的冷却/加热装置，其特征在于所述的导热板包括多个紧固件开孔贯通第一和第二导热片，每一个紧固件开孔用来容纳一个紧固件以固定多块导热板和电池芯在一起，形成一个交替层叠式的电池装置，而紧固件可以更进一步被调整来抑制电池芯发热时的热膨胀。
9.根据权利要求I所述的电池芯的冷却/加热装置，其特征在于所述的用来传导电池芯工作时产生热量的表面通常是一个平面并且其尺寸大小一般与电池芯的外表面相对应，这样便利于电池芯的热传导。
10.根据权利要求I所述的电池芯的冷却/加热装置，其特征在于所述的暗槽有一个横截面，此横截面在导热板平面方向上有一个宽度尺寸、在垂直于导热板平面方向有一个深度尺寸，其中宽度尺寸大于深度尺寸，暗槽还包括一个用来容纳温度传感器的传感器暗槽。
专利摘要本实用新型提供一种电池芯的冷却/加热装置,该装置包括了一个含有暗槽的导热板，暗槽通过一个入口引入导热体，并且以特定的结构使导热体经导热板到达出口。导热板具有一个表面来接收电池芯工作时所散发的热量并将热量传导给导热体。导热板制备的一个方案包括了第一和第二片导热片，暗槽则包括了第一导热片中的第一部分和与其相对应的第二导热片中的第二部分，两部分的整合构成了整个暗槽。在另一个方案中，暗槽包括了一个在中间隔板中的通槽，第一和第二导热片分别放置于中间隔板的两侧，导热片覆盖住通槽并提供了密封。本实用新型能及时的带走或给出电池在运营时所散发的或所需要的热量，从而保证了电池中每片电池芯均可以在一个设定的温度范围内稳定的工作。
文档编号H01M10/50GK202651315SQ201220293888
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月21日 优先权日2011年12月30日
发明者魏金柱, 斯蒂文.斯通, 陈大维 申请人:加拿大派维动力系统有限公司