CN102473980B - 电池模块和用于冷却电池模块的方法 - Google Patents

电池模块和用于冷却电池模块的方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种电池模块和用于冷却电池模块的方法。所述电池模块包括：外壳，其中含有不导电油；和电池单元，电池单元布置在外壳内并与不导电油接触。所述电池模块还包括布置在外壳内并与不导电油接触的第一导热片和第二导热片。所述第一和第二导热片从不导电油中提取热能。所述电池模块还包括分别延伸穿过第一导热片和第二导热片的第一导管和第二导管。第一导管和第二导管被布置成分别接纳流体的第一和第二部分，并将来自第一导热片和第二导热片的热能传导到所述流体中，从而对电池单元进行冷却。

Description

电池模块和用于冷却电池模块的方法
技术领域
本申请涉及电池模块和用于冷却电池模块的方法。
背景技术
在典型的空气冷却的电池组中，来自环境大气中的环境空气被引导通过电池组中的电池单元并随后从电池组中排出。然而，典型的空气冷却的电池组的主要问题在于，难以将电池组的温度保持在期望的温度范围内。
特别地，电池单元的最高操作温度通常低于用于冷却电池的环境空气的温度。在此情况中，在空气冷却的电池组中不可能将电池单元的温度保持在期望的温度范围内。
因此，本发明的发明人认识到，需要改进的电池模块和用于冷却电池模块的方法，其最小化和/或消除了上述缺陷。
发明内容
提供了根据示例性实施方式的电池模块。所述电池模块包括外壳，所述外壳中布置有不导电油。所述电池模块还包括布置在所述外壳中的与所述不导电油接触的电池单元。所述电池模块还包括布置在所述外壳中并与不导电油接触的第一和第二导热片。所述第一和第二导热片被构造成从不导电油中提取热能。所述电池模块还包括分别延伸穿过所述第一和第二导热片的第一和第二导管。所述第一和第二导管被构造成分别接纳通过其中的流体的第一和第二部分，并将来自第一和第二导热片的热能分别传导到流体中以对所述电池单元进行冷却。
提供了根据另一个示例性实施方式的用于冷却电池模块的方法。所述电池模块具有外壳、电池单元、第一和第二导热片以及分别延伸穿过所述第一和第二导热片的第一和第二导管。所述方法包括将来自所述电池单元的热能传导到布置在所述外壳中的不导电油中。所述方法还包括将来自不导电油中的热能传导到布置在所述外壳中的第一和第二导热片中。所述方法还包括分别在所述第一和第二导管中接纳流体的第一部分和第二部分，并将来自所述第一和第二导热片的热能分别传导到所述流体中以对所述外壳中的所述电池单元进行冷却。
附图说明
图1是根据示例性实施方式的具有电池模块的电池系统的示意图；
图2是根据另一示例性实施方式的用于图1的电池系统中的电池模块的示意图；
图3是图2的电池模块的另一示意图；
图4是图2的电池模块的另一示意图；
图5是用于图2的电池模块中的多个导热片的示意图；
图6是用于图2的电池模块中的导热片的一部分的放大示意图；
图7是图2的电池模块的另一示意图；
图8是根据另一示例性实施方式的对图1的电池系统中的电池模块进行冷却的方法的流程图；并且
图9是根据另一示例性实施方式的另一电池系统的示意图。
具体实施方式
参考图1～3，显示了根据示例性实施方式的用于产生电力的电池系统10。所述电池系统10包括电池模块20、压缩机22、冷凝器24、导管28、30、32、温度传感器36、风扇38和微处理器40。电池模块20的优势在于，电池模块利用不导电油将来自电池单元的热能传递至至少一个导热片上以有效地冷却所述电池单元。
为了便于理解，术语“流体”是指液体或气体。例如，流体能够包括冷却剂或制冷剂。示例性冷却剂包括乙二醇和丙二醇。示例性制冷剂包括R-11、R-12、R-22、R-134A、R-407C和R-410A。
参考图4～6，电池模块20被设置成在其中产生电压。所述电池模块20包括外壳60、电池单元72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124、126、128、130、132、134、136、138、140、142、144和146、导热片170、172、174、176、178、180、182、184、186、188、190192、194、196、198、200、202、204、206、208、210、212、214、216、218、220、222、224、226、228、230、232、234、236、238、240、242和244、导管250、导热片270、272、274、276、278、280、282、284、286、288、290292、294、296、298、300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322、324、326、328、330、332、334、336、338、340、342和344、导管350和不导电流体360。
参考图2，外壳60包括下外壳部370和固定连接到所述下外壳部370顶部的盖(未示出)。在一个示例性实施方式中，盖对下外壳部370进行密封，使得不导电油360保持在下外壳部370内而不会从其泄露。在一个示例性实施方式中，所述盖和下外壳部370由塑料构成。
参考图4和7，电池单元72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124、126、128、130、132、134、136、138、140、142、144和146被设置成产生电压。特别地，各个电池单元具有基本类似的结构。例如，参考电池单元72，电池单元包括主体部380、凸缘部382、384和从主体部380向上延伸的一对电极。凸缘部382、384从主体部380的第一和第二端延伸。从每个电池单元延伸的每对电极在其间具有电压。可以将电池单元的电极串联或并联地电连接在一起，这取决于电池模块20的期望电压和电流。将电池单元彼此靠近地堆叠在下外壳部370中。在一个示例性实施方式中，每个电池单元为锂离子电池单元。在可选的实施方式中，电池单元可以为例如镍-镉电池单元或镍-金属氢化物电池单元。当然，可以利用本领域技术人员已知的其他类型的电池单元。
参考图4和6，导热片170、172、174、176、178、180、182、184、186、188、190192、194、196、198、200、202、204、206、208、210、212、214、216、218、220、222、224、226、228、230、232、234、236、238、240、242和244被设置成将来自不导电油360和电池单元的热能传导到导热片中。导管250延伸穿过导热片170、172、174、176、178、180、182、184、186、188、190、192、194、196、198、200、202、204、206、208、210、212、214、216、218、220、222、224、226、228、230、232、234、236、238、240、242和244的孔并被铜焊或焊接到导热片上。此外，将导热片170、172、174、176、178、180、182、184、186、188、190、192、194、196、198、200、202、204、206、208、210、212、214、216、218、220、222、224、226、228、230、232、234、236、238、240、242和244分别靠近电池单元72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124、126、128、130、132、134、136、138、140、142、144和146的第一端布置在外壳60中。导热片由铝和铜中的至少一种构成。在运行期间，导管250被构造成在第一端处从压缩机22接纳流体。导管250将来自导热片的热能传导到流动穿过的流体中，从而对不导电油和电池单元进行冷却。导管250由铝和铜中的至少一种构成。在一个示例性实施方式中，导热片为三角形片。当然，导热片可具有本领域技术人员已知的其他形状。在一个示例性实施方式中，流体例如为冷却剂，如乙二醇或丙二醇。在另一示例性实施方式中，流体为制冷剂。
参考图4、5和6，导热片270、272、274、276、278、280、282、284、286、288、290、292、294、296、298、300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322、324、326、328、330、332、334、336、338、340、342和344以将来自不导电油360和电池单元的热能传导到导热片中。导管350延伸穿过导热片270、272、274、276、278、280、282、284、286、288、290、292、294、296、298、300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322、324、326、328、330、332、334、336、338、340、342和344的孔并被铜焊或焊接到导热片上。此外，将导热片270、272、274、276、278、280、282、284、286、288、290、292、294、296、298、300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322、324、326、328、330、332、334、336、338、340、342和344分别靠近电池单元72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124、126、128、130、132、134、136、138、140、142、144和146的第二端布置在外壳60中。导管350被构造成在第一端从压缩机22接纳流体。导热片由铝和铜中的至少一种构成。在一个示例性实施方式中，导热片为三角形片。当然，导热片可具有本领域技术人员已知的其他形状。在运行期间，导管350将来自导热片的热能传导到流动穿过的流体中，从而对不导电油和电池单元进行冷却。导管350由铝和铜中的至少一种构成。在一个示例性实施方式中，流体为例如冷却剂，如乙二醇或丙二醇。在另一示例性实施方式中，流体为制冷剂。
导热片170、172、174、176、178、180、182、184、186、188、190192、194、196、198、200、202、204、206、208、210、212、214、216、218、220、222、224、226、228、230、232、234、236、238、240、242、244与导管250的组合，以及导热片270、272、274、276、278、280、282、284、286、288、290、292、294、296、298、300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322、324、326、328、330、332、334、336、338、340、342、344与导管350的组合能够将电池单元保持在期望的温度范围内，特别地，能够将电池单元保持在低于阀值温度水平的温度下。在一个示例性实施方式中，期望的温度范围为15℃～35℃。在另一示例性实施方式中，阀值温度水平为40℃。
参考图6，将不导电油360布置在外壳60中并与电池单元接触，以从电池单元中吸收热能。在一个示例性实施方式中，所述不导电油为矿物油。当然，可利用本领域技术人员已知的其他类型的不导电流体以代替不导电油。
再次参考图1，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泵送穿过导管28而进入电池模块20的导管250、350中。另外，将导管30流体连接到电池模块20的导管250、350上。导管30从导管250、350接纳制冷剂并将制冷剂送回到冷凝器24。
冷凝器24被设置成从流动穿过其中的制冷剂中提取热能，从而对制冷剂进行冷却。如所示的，将导管32流体连接在冷凝器24与压缩机22之间。在排出冷凝器24之后，将制冷剂泵送穿过导管32而进入压缩机22中。
温度传感器36被设置成产生由微处理器40接收的信号，该信号指示布置在外壳60中的不导电油360的温度水平。来自温度传感器36的信号还指示了电池单元的温度水平。
风扇38被设置成响应于微处理器40的控制信号来促使空气通过冷凝器24，从而对冷凝器24进行冷却。如所示的，风扇38靠近冷凝器24布置。
微处理器40被设置成控制电池系统10的运行。特别地，微处理器40被构造成产生控制信号，从而当来自温度传感器36的信号指示不导电油的温度水平高于预定温度水平时诱发压缩机22将制冷剂泵送穿过电池模块20。另外，微处理器40被构造成在来自温度传感器36的信号指示不导电油的温度水平大于预定温度水平时诱发风扇38吹送空气通过冷凝器24。
参考图8，将说明对具有电池单元的电池模块20进行冷却的方法的流程图。为了简化，仅对电池模块20中的一个电池单元和两个导热片进行描述。
在步骤390中，将来自电池单元72的热能传导到布置在外壳60中的不导电油360中。
在步骤392中，将来自不导电油360的热能传导到布置在外壳60中的第一和第二导热片170、270中。
在步骤394中，第一和第二导管250、350接纳流体的第一和第二部分，并将来自第一和第二导热片250、350的热能分别传导到流体中，以对外壳60中的电池单元72进行冷却。
参考图9，显示了根据另一示例性实施方式的用于产生电力的电池系统410。电池系统410包括电池模块420、泵422、热交换器424、冷板425、储存器426、导管428、430、431、432、434、温度传感器436、风扇437、制冷系统438和微处理器440。电池系统410与电池系统10之间的主要差别在于，电池系统410利用冷却剂代替制冷剂对电池模块420进行冷却。
电池模块420具有与上述电池模块20相同的结构。
泵422被构造成响应于来自微处理器440的控制信号将冷却剂泵送穿过导管428而进入电池模块420。如所示的，导管428流体连接在泵422与电池模块420之间，并且导管430流体连接在电池模块420与热交换器424之间。在排出电池模块420之后，将冷却剂泵送穿过导管430而进入热交换器424中。
热交换器424被设置成从流动穿过其中的冷却剂中提取热能，从而对冷却剂进行冷却。如所示的，导管431流体连接在热交换器424与冷板425之间。在排出热交换器424之后，将冷却剂泵送穿过导管431而到达冷板425。
风扇437被设置成响应于微处理器440的控制信号来促使空气通过热交换器424，从而对热交换器424进行冷却。如所示的，风扇437靠近热交换器424布置。
冷板425被设置成从流动穿过其中的冷却剂中提取热能，从而进一步冷却冷却剂。如所示的，导管422流体连接在冷板425与储存器426之间。在排出冷板425之后，将冷却剂泵送穿过导管432而到达储存器426。
储存器426被设置成在其中储存至少一部分的冷却剂。如所示的，导管434流体连接在储存器426与泵422之间。在排出储存器426之后，将冷却剂泵送穿过导管434而到达泵422。
温度传感器436被设置成产生由微处理器440接收的用于指示不导电油的温度水平的信号，该信号也为指示电池模块420的温度水平。
制冷系统438被构造成响应于来自微处理器440的控制信号对热交换器424进行冷却。如所示的，制冷系统438可操作地连接到冷板425。
微处理器440设置成控制电池系统410的运行。特别地，微处理器440被构造成产生控制信号，从而当来自温度传感器436的信号指示不导电油的温度水平高于预定温度水平时诱发泵422将制冷剂泵送穿过电池模块420。另外，微处理器440被构造成产生另一种控制信号，用于在来自温度传感器436的信号指示不导电油的温度水平大于预定温度水平时诱发风扇437吹送空气通过热交换器424。此外，微处理器440被构造成产生另一种控制信号，用于在来自温度传感器436的信号指示不导电油的温度水平大于预定温度水平时诱发制冷系统438对冷板425进行冷却。
所述电池模块和用于冷却电池模块的方法相对于其他模块和方法提供了明显的优势。特别地，所述电池模块和方法利用与电池单元接触的不导电油以及对不导电油进行冷却的多种冷却方式而提供了对电池模块中的电池单元进行冷却的技术效果。
尽管参考示例性实施方式对本发明进行了说明，但本领域技术人员应理解，可在不背离本发明范围的情况下，可以作出多种变化并且其元件可以被等同物代替。另外，在不背离本发明的基本范围的情况下，可以作出多种变型以使得特殊的情况或材料适应本发明的教导。因此可以预期，不能将本发明限制为为了说明本发明而公开的具体实施方式，相反，本发明包括落在所附权利要求范围内的所有实施方式。而且，术语第一、第二等的使用用于相互区分元件。此外，使用单数形式的术语不表示对数量进行限制，而是表明存在至少一个提及的物品。

Claims (12)

1.一种电池模块，包括：
外壳，所述外壳中布置有不导电油；
彼此靠近地堆叠在所述外壳中的多个电池单元，所述电池单元中的每一个包括主体部、从所述主体部的第一端和第二端延伸的凸缘部以及从所述主体部向上延伸的一对电极，所述电池单元接触所述不导电油；
布置在所述外壳中的第一和第二导热片，所述第一和第二导热片接触所述不导电油，并且所述第一和第二导热片被构造成从所述不导电油中提取热能；以及
分别延伸穿过所述第一和第二导热片的第一和第二导管，所述第一和第二导管被构造成分别接纳通过其中的流体的第一和第二部分，并将来自所述第一和第二导热片的热能分别传导到所述流体中以冷却所述电池单元，
其中，所述第一和第二导热片分别靠近所述电池单元的所述第一端和第二端地布置在所述电池单元的所述凸缘部之间。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述第一和第二导热片由铝和铜中的至少一种构成。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述外壳由塑料构成。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述不导电油包括矿物油。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述流体包括冷却剂。
6.根据权利要求5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。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述流体包括制冷剂。
8.一种用于冷却根据权利要求1所述的电池模块的方法，所述方法包括：
将来自所述电池单元的热能传导到布置在所述外壳中的不导电油中；
将来自所述不导电油中的热能传导到布置在所述外壳中的所述第一和第二导热片中；以及
分别在所述第一和第二导管中接纳流体的第一和第二部分，并且将来自所述第一和第二导热片的热能分别传导到所述流体中以对所述外壳中的所述电池单元进行冷却。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述不导电油包括矿物油。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述流体包括冷却剂。
11.根据权利要求10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。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述流体包括制冷剂。
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