电池系统及其温度控制单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种车辆用的具有改进的冷却效率的高电压电池，更具体而言涉及减少电池包的数量或尺寸，并且消除由于高温而导致单元电池没有将所需要的动力提供个电动车辆的情形，或者电池暴露于可以显著削弱电池的耐久性的温度的情况的电池系统和温度控制单元。
【背景技术】
[0002]电池由通过堆叠多个薄板电池而形成的模块制成，并且多个模块串联连接在一起以形成电池包。在电池组中，热通过化学反应在充电和放电期间产生，并且电池的充电和放电容量随着电池的温度变化。因此，要求将电池的温度维持在适当的范围内，从而电池的内部温度在操作期间维持在预定温度例如25至40度。
[0003]因此，用于除去从高电压的电池产生的热的系统对于使用这种电池的电动车辆是不可或缺的。该电驱动车辆的冷却系统分类为水冷却系统和空气冷却系统，其中，由于水冷却系统尽管冷却效率好但是具有复杂的结构和成本高的缺点，因此在大多数情况下空气冷却系统是优选的。
[0004]在空气冷却系统中，冷却效率随冷却路径的结构变化，并且冷却空气的均匀分布在增加模块的数量来实现增加电池容量时特别重要。
[0005]在冷却电驱动车辆的电池时的最重要因素将是电池的最高温度和单位电池单元之间的温度差。该电池的最高温度可以通过调节冷却空气量和进气的温度而被有效地控制。尽管电池单元之间的温度差可以通过在一定程度上改进管道系统的结构而被降低，但是温度差不可避免地在电池单元之间发生。
[0006]尽管在理想的情况下在电池单元之间的温度差的减小可以通过提供相同量的冷却空气给各个单元电池之间的各个冷却路径来实现，但是该解决方案在真实的系统中无法实现。因此，在实际的系统中，仅仅试图提供均匀量的冷却空气给各个冷却路径的是可能的，但是这种方法具有局限性。
[0007]忽视微不足道的结构差异，最常规的冷却系统线性地布置电池单元，并且通过使用管道系统从多叶片式风扇提供冷却空气。多叶片式风扇和管道系统的特性相应地限制冷却空气的均匀分布。结果，各个电池单元的均匀冷却无法实现，由此导致电池之间的温度偏差例如5°C，因而通过电池温度的优化并不能保证所期望的电池能力容量。
[0008]装配有高压电池的环保型车辆应该具有用于冷却电池的系统，并且控制冷却系统以防止电池达到过热状态。
[0009]高电压电池的常规冷却通过将车辆的内部空气引入电池并且将该空气吹入电池的各个电池之间的空间来实现。当上述系统强制在电池之间吹送空气时，各个流动路径具有使均匀冷却劣化并且制造流动噪声的不同的流动阻力。此外，外来杂质诸如灰尘随着时间的积累可能会导致严重的问题。
[0010]如果高电压电池的冷却不充分，则电池可能被过度加热，导致电池劣化，并且在严重的情况下，可能导致安全问题诸如电池爆炸。当电池充电或放电时，在电池的电解质中通过电化学反应产生蒸发气体，并且该气体可以进入到车辆的乘客车厢导致车厢内的空气污染的问题。尽管迄今为止对于调节车辆的内部空气已经无任何限制，但是适当的对策在将要求调节电动车辆的内部空气的预计立法的预期中是需要的。
[0011]在此【背景技术】部分公开的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且不应被视为这些信息构成本领域技术人员已经公知的现有技术的承认或任何形式的暗示。
【发明内容】
[0012]因此，本发明目的在于提供电池系统及其温度控制单元，其在电池在高温情况下或暴露于电池的耐久性可以显著劣化的温度下时能够解决电池的被缩小的容量以提供电动车辆所需的足够动力。
[0013]根据本发明的一个方面，提供一种电池系统，包括:多个单元电池，各个具有面板形状并且串联堆叠，相邻的单元电池的相对面彼此靠近；多个导热板，各个具有面板形状并且由导热材料制成，并且以如下方式插入在单元电池之间，即，各个导热板的第一部分插入在相应的单元电池的相对面之间，各个导热板的上面和下面与相应的单元电池的相对面接触，并且各个导热板的第二部分暴露于堆叠的单元电池的外部；以及至少一个热管，其通过依次穿过导热板的暴露的第二部分而热耦合多个导热板，热管的端在穿过最后的导热板之后热耦合于散热器。
[0014]多个单元电池和导热板可以基本垂直地堆叠，并且至少一个热管可以基本垂直地穿过导热板。至少一个热管可以基本在重力的方向上穿过导热板。至少一个热管可以包括多个彼此间隔开并且基本平行布置以穿过导热板的暴露的第二部分的热管。
[0015]导热板可以包括从单元电池的相对侧插入到单元电池的第一组导热板和第二组导热板。多个导热板可以包括:第一组导热板和第二组导热板，第一组导热板和第二组导热板彼此分离，其中，第一组导热板的插入部分可以从单元电池的第一侧插入到单元电池中，并且第二组导热板的插入部分可以从单元电池的第二侧插入到单元电池中，并且至少一个热管可以穿过第一组导热板和第二组导热板的暴露的部分。
[0016]各个导热板的长度可以比各个单元电池的长度的一半短。
[0017]第一组导热板和第二组导热板可以以相同的高度插入在单元电池之间，以便以第一组导热板和第二组导热板的端在插入在单元电池之间的状态下彼此面对的方式布置。
[0018]单元电池和导热板可以基本垂直地堆叠，至少一个热管可以基本垂直地穿过导热板。
[0019]至少一个热管可以包括:穿过第一组导热板的第一组热管和穿过第二组导热板的第二组热管，在朝向单元电池的中央的方向上各组热管在堆叠的单元电池的上部或上方弯曲，并且第一组弯曲的热管和第二组弯曲的热管的各个端耦合于散热器。
[0020]至少一个热管可以包括:穿过第一组导热板的第一组热管和穿过第二组导热板的第二组热管，各组热管在堆叠的单元电池的上方向上延伸，并且第一组热管和第二组热管的各个端耦合于散热器。
[0021]在本发明的另一个方面中，提供一种电池系统，包括:多个单元电池，各个具有面板形状并且串联堆叠，相邻的单元电池的相对面彼此靠近；多个导热板，其以如下方式插入在单元电池之间，即，各个导热板的第一部分插入在相应的单元电池的相对面之间，各个导热板的上面和下面与相应的单元电池的相对面接触，并且各个导热板的第二部分暴露于堆叠的单元电池的外部；热管，其通过依次穿过在单元电池的外部的导热板的暴露的第二部分而热耦合多个导热板，热管的端在穿过最后的导热板之后热耦合于散热器；外壳，其密封地包围单元电池、导热板和热管；以及空气管道，其包围散热器。
[0022]在本发明的又一个方面中，提供一种电池系统，包括:多个单元电池，各个具有面板形状并且串联堆叠，相邻的单元电池的相对面彼此靠近；多个导热板，各个具有面板形状并且由导热材料制成，并且以如下方式插入在单元电池之间，即，导热板的第一部分插入在单元电池的相对面之间，导热板的上面和下面与单元电池的相对面接触，并且导热板的第二部分暴露于堆叠的单元电池的外部；热管，其通过依次穿过在单元电池的外部的导热板的暴露的第二部分而热耦合多个导热板，热管的端在穿过最后的导热板之后热耦合于散热器；以及空气管道，其包围散热器。热管的端在穿过最后的导热板之后可以插入空气管道，以便耦合于空气管道之内的散热器。
[0023]在本发明的再一个方面中，提供一种电池系统的温度控制单元，该温度控制单元包括:多个导热板，各个具有面板形状并且由导热材料制成，并且以如下方式插入在多个电池之间，即，导热板的第一部分插入在堆叠的单元电池的相对面之间，各个导热板的上面和下面与相应的相邻的单元电池的相对面接触，并且导热板的第二部分暴露于单元电池的外部；以及热管，其通过依次穿过在单元电池的外部的导热板的暴露的第二部分而热耦合多个导热板，热管的端在穿过最后的导热板之后热耦合于散热器。多个导热板可以基本平行地布置，并且可以以各个单元电池的厚度彼此间隔开。
[0024]在根据本发明的电池系统和温度控制单元中，通过将导热板放置在电池单元之间或单元电池之间并且消除各电池之间的空气路径以减少空气路径的空间，从而电池模块的整体尺寸相应地显著降低，并且由于在冷却部件中的简单的空气路径所得到的低流动阻力产生较少的噪声，并显著降低了如常规系统那样相同的空气流动量所需的鼓风机容量。
[0025]放置在各个导热板的端的热管可以通过使用包含在其中的工作流体的相变导热并且显示出比普通金属快数百倍的热传递速率，由此有效地减少电池单元之间的温度差并且有效地散热。
[0026]此外，使用热管的导热结构，能够实现车辆的严格限制空间划分分为电池单元部分和冷却部分，由此完成紧凑的电池，并通过实现有效的冷却系统增加设计的自由度，即，冷却部分可以被放置在电池单元的上部或侧部。
[0027]根据本发明，能够实现封闭型电池系统，其中，通过入口 /出口的冷却空气的循环的外来杂质和水分的引入被彻底阻断，从而防止安全事故的发