專利名稱：用于層疊電池的散熱部件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于由疊層材料覆蓋的層疊電池、電池組系統(tǒng)的散熱部件以及制造該散熱部件的方法。
背景技術(shù)：
目前，用在重視便攜性的小型電子設(shè)備中的電池需要輕且薄，其中小型電子設(shè)備諸如像便攜式電話和筆記本型個人計算機這樣的便攜式信息通訊設(shè)備、攝影機和卡片形電子計算器。而且，隨著出于對地球環(huán)境的國際保護(hù)這一目的而增長的降低資源和能量的需求，安裝有用于驅(qū)動電機的電池的電動車和混合電動車(此后簡稱為“電動車”)在前進(jìn)中快速發(fā)展。為了改善驅(qū)動特性和每次再充電的運行距離，安裝在電動車中的電池自然也需要輕且薄。
響應(yīng)這種需求，為了降低電池的重量和厚度，已經(jīng)研制出了其外殼使用層狀材料的電池，其中層狀材料是通過粘結(jié)層堆疊諸如鋁的金屬層和可熱封的樹脂層而制得的薄片。通常，層狀材料由諸如鋁的薄金屬層和覆蓋金屬層的兩個表面的薄樹脂層組成，并且具有耐酸堿的特性并且輕和柔軟。
另一方面，當(dāng)電池用于電源時，商業(yè)上可利用具有串聯(lián)連接的多個單元電池的電池組以從單元電池的額定電壓產(chǎn)生所需要的電壓。而且，為了提供所需要的電流容量，商業(yè)上可利用具有并聯(lián)連接的多個單元電池的電池組。當(dāng)電池充電或放電時，正極和負(fù)極上的活性物質(zhì)膨脹和收縮。因此，因為膨脹和收縮對電池的性質(zhì)產(chǎn)生影響，所以將電池容納在金屬制得的外殼中以抑制變形。此外，當(dāng)電池包裝在電池組中時，給電池施加負(fù)荷來抑制膨脹。而且，要求電池組盡可能多地降低各電池中的冷卻差異。
因此，為了抑制電池組中各電池的膨脹和盡可能多地降低各電池之間的冷卻差異，已經(jīng)公開了一種電池組(例如，JP-A-7-122252)，其使用夾在電池之間的散熱部件，并且在各電池以及散熱部件之間具有蜂窩狀(中空的六角形圓柱)的金屬板，以及一種電池組系統(tǒng)(例如，JP-A-10-112301)，其具有與二次電池的側(cè)表面緊密接觸的波形、矩形或者三角形的冷卻隔板。
然而，如果強大的接觸壓力施加到電池上，波形或者三角形隔板會被壓塌，在提供所希望的壁接觸壓力和冷卻性質(zhì)時可能會遇到難題。
此外，在JP-A-7-122252中公開的發(fā)明是優(yōu)選的，因為當(dāng)電池組具有布置在各電池以及散熱部件之間的蜂窩狀金屬板時，高接觸壓力被均勻地施加到電池上，但是在直接將冷卻空氣傳送到電池表面時遇到了難題。此外，該發(fā)明不能調(diào)整流過蜂窩狀金屬板的冷卻空氣，這是因為它們彼此相對，使得空氣停滯在電池組的中間部分，看起來可能導(dǎo)致電池組的中間區(qū)域和外圍區(qū)域之間的散熱量的差異。
另一方面，發(fā)明JP-A-10-112301中描述了矩形空氣冷卻隔板在對電池均勻施加較強力的接觸壓力方面是優(yōu)越的，然而，該發(fā)明的空氣冷卻隔板意使電池具有相對堅固的護(hù)套的電池殼，因此難以說該發(fā)明適用于本發(fā)明者所指的具有柔軟的膜狀護(hù)套的層疊電池。
具體而言，由于在充電和放電期間電池殼在一定程度上抑制了電池的膨脹，因此僅需要較小的負(fù)荷來抑制電池的膨脹。然而，在層疊電池中，電池的膨脹難以由用作護(hù)套的層疊膜來抑制。因為這個原因，與使用電池殼的電池組中對夾在電池之間的空氣冷卻隔板的負(fù)荷的抵抗力相比，夾在層疊電池之間的散熱部件需要具有較高的抗負(fù)荷力。
此外，由于通過在周邊周圍粘結(jié)層狀材料而使層疊電池構(gòu)成氣密封的層疊電極，所以因在周邊周圍彼此粘結(jié)層狀材料而形成接合處。對于層疊電池來說該接合處是不可缺少的元件以便確保密封性。然而，當(dāng)大量電池容納在外殼中作為電池組時，該接合處將占據(jù)太大的體積以致于不可以被忽視，因此導(dǎo)致外殼尺寸的增加。此外，接合處能夠阻止冷卻空氣流到電池或散熱部件等中。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，進(jìn)行了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種用于層疊電池的散熱部件、電池組系統(tǒng)和該散熱部件的制造方法，其中該散熱部件能夠使強大的接觸壓力更有效地施加到電池，并且具有改善的冷卻性能。
本發(fā)明的用于層疊電池的散熱部件是一種用于由層狀材料覆蓋的層疊電池的散熱部件，該散熱部件與層疊電池的表面接觸以散發(fā)由層疊電池產(chǎn)生的熱量，其特征在于散熱部件具有多個第一壁和與第一壁連接且與第一壁基本成直角布置的多個第二平壁，其中第二壁中的至少一個布置為與層疊電池的被包裹的表面緊密接觸。
在上述本發(fā)明的散熱部件中，為了與層疊電池的被包裹的表面緊密接觸，平坦地布置第二壁，并且與第二壁連接的第一壁布置成與第二壁基本上成直角，即也與層疊電池的被包裹的表面基本上成直角。這樣，當(dāng)接觸壓力施加到層疊電池上時，基本上與層疊電池的被包裹的表面成直角的第一壁承受負(fù)荷，從而可以提供高抗負(fù)荷性質(zhì)。而且，由于多個第二壁平坦地與層疊電池的被包裹的表面接觸，所以能夠均勻地施加負(fù)荷。此外，因為第二壁與層疊電池的被包裹的表面平坦地接觸，所以層疊電池中產(chǎn)生的熱量能夠有效地傳遞給散熱部件，并且有效地從第二壁中并且進(jìn)一步從與第二壁連接的第一壁散發(fā)出去。
此外，在本發(fā)明的散熱部件中，第一壁和第二壁可以交替連續(xù)地形成。在該情況下，散熱部件能夠均勻地給層疊電池施加接觸壓力，并且能夠更加均勻地除去層疊電池中產(chǎn)生的熱量。
此外，本發(fā)明的散熱部件可以形成為網(wǎng)格狀通風(fēng)框架。換而言之，本發(fā)明的散熱部件包括的形狀除了具有良好的抗負(fù)荷性能和散熱性能外，還易于冷卻空氣容易通過其中。
此外，本發(fā)明的散熱部件可以由從包括鋁、鋁合金、銅、銀漿料和不銹鋼的組中選擇的至少一種材料構(gòu)成，特別地，或者可以由厚度為0.1mm或更少的板狀材料構(gòu)成，或者還可以由單個板狀材料構(gòu)成。
本發(fā)明的電池組系統(tǒng)是包括具有多個電氣耦合的層疊電池的電池組的電池組系統(tǒng)，每個層疊電池被層狀材料覆蓋，該電池組的特征在于具有本發(fā)明的用于層疊電池的散熱部件。
此外，由于具有本發(fā)明的用于層疊電池的散熱部件，所以本發(fā)明的電池組系統(tǒng)可以形成為網(wǎng)格狀通風(fēng)框架。
此外，在本發(fā)明的電池組系統(tǒng)中，作為層狀材料的周邊部分的接合處可以被彎曲，并且一部分接合處可以與金屬制得的外殼或散熱部件接觸。這樣的構(gòu)造中的本發(fā)明的電池組系統(tǒng)不僅可以減少層疊電池的包裝體積，而且可以通過接合處或者用于散熱的散熱部件將層疊電池的熱量傳遞給金屬制得的外殼。此外，接合處可以被彎曲以具有不超過層疊電池的厚度的彎曲高度，并且接合處被置于在外殼中，在這種情況下，流入到散熱部件中的冷卻空氣不易于起反作用。
本發(fā)明的用于層疊電池的散熱部件的制造方法是制造散熱部件的方法，該散熱部件與被層狀材料覆蓋的層疊電池的表面接觸，用于散發(fā)由層疊電池產(chǎn)生的熱量，該制造方法的特征在于具有如下步驟提供具有矩形波狀的橫截面的金屬制得的板狀部件的步驟，該金屬制得的板狀部件具有第一壁、第二平壁和第三平壁，第二平壁與第一壁的一端側(cè)連接并且與第一壁基本上成直角布置，第三平壁與第一壁的另一端連接并且與第一壁基本上成直角布置；切割步驟，在第一壁、第二壁和第三壁的縱向上的預(yù)定切割位置處切割第一壁和第二壁而不切割第三壁；彎曲步驟，在切割位置處對在切割步驟中沒有被切割的第三壁進(jìn)行彎曲，直到第三壁彼此相對為止。
具體地，在本發(fā)明的散熱部件的制造方法切割矩形波狀金屬制得的板狀部件，保留其一部分，并彎曲沒有被切割的保留部分，因此提供形成有網(wǎng)格狀通風(fēng)框架且堆疊成兩層或更多層的散熱部件，而不需要特別的對齊或粘結(jié)。
此外，在本發(fā)明的散熱部件的制造方法中，在切割步驟中可以沿著垂直于第一壁和第二壁的方向切割第一壁和第二壁，在該情況下，彎曲的板狀部件可以彼此相對放置，而沒有其凹槽的彼此偏移。
如上所述，本發(fā)明的散熱部件具有與層疊電池的被包裹的表面基本上成直角的第一壁，和為了與層疊電池的被包裹的表面緊密接觸而平坦地布置的第二壁，因為多個第二壁平坦地與層疊電池的被包裹的表面緊密接觸，所以該散熱部件能夠提供高抗負(fù)荷性質(zhì)，并且能夠均勻地施加負(fù)荷。此外，由于第二壁平坦地與層疊電池的被包裹的表面緊密接觸，所以層疊電池中產(chǎn)生的熱量能夠有效地傳遞給散熱部件，并且有效地從與第二壁連接的第一壁中散發(fā)出去。


圖1為本發(fā)明第一實施例中使用的層疊電池的俯視圖和側(cè)視圖；圖2a為概略說明本發(fā)明第一實施例中使用的電池組系統(tǒng)的前視圖，圖2b為概略說明本發(fā)明第一實施例中使用的電池組系統(tǒng)的側(cè)視圖
圖3a為本發(fā)明第一實施例中使用的散熱部件的示意前視圖，圖3b為其部分放大視圖，圖3c為說明通過布置散熱部件與層疊電池接觸而形成的網(wǎng)格狀通風(fēng)框架的部分放大視圖；圖4為靠近層疊電池和散熱部件的端部區(qū)域的部分放大透視圖；圖5為說明本發(fā)明第二實施例中的部分電池組系統(tǒng)的前視圖；圖6a為本發(fā)明第三實施例中的散熱部件的示意前視圖，圖6b和圖6c為前視圖，每一個說明了一部分電池組系統(tǒng)；圖7a為散熱部件在成為堆疊成兩層的散熱部件之前的階段的前視圖，圖7b為其側(cè)視圖；圖8a為散熱部件在成為兩層堆疊體之前的階段的側(cè)視圖，圖8b為沿切割線除第三壁之外被切割的散熱部件的側(cè)視圖，圖8d為第三壁被彎曲成彼此接觸時散熱部件的側(cè)視圖；圖9a為散熱部件在成為兩層堆疊體之前的階段沿通風(fēng)平面方向觀察的前視圖，圖9b為除第三壁之外沿著切割線切割的散熱部件的前視圖，圖9d為沿圖8d中E方向觀察散熱部件的前視圖；圖10為說明本發(fā)明第五實施例中的部分電池組系統(tǒng)的前視圖；圖11a為本發(fā)明第五實施例中散熱部件的例子的示意前視圖，圖11b為本發(fā)明第五實施例中散熱部件的另一個示意前視圖；圖12a說明在本發(fā)明第六實施例中用于層疊電池的層疊片粘結(jié)過程的例子的示意圖，其中層疊電池與夾在其中的散熱部件堆疊，圖12b為說明粘結(jié)過程的另一例子的示意圖，圖12c為說明粘結(jié)過程的又一個例子的示意圖；圖13為示出層疊電池和外部空氣溫度之間的溫度差為15[℃]時相對于冷卻空氣量測量溫度降低梯度的結(jié)果的曲線圖；以及圖14為示出層疊電池和外部空氣溫度之間的溫度差為20[℃]時相對于冷卻空氣量測量溫度降低梯度的結(jié)果的曲線圖。
具體實施例方式
此后參考附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行描述。
(第一實施例)圖1說明了用在本實施例中的層疊電池的俯視圖和側(cè)視圖。此外，圖2a說明該實施例中的電池組的示意前視圖，圖2b說明沿著圖2a中示出的A-A線的側(cè)剖視圖。此外，圖3a僅僅說明散熱部件的前視圖；圖3b為散熱部件的部分放大視圖；圖3c為通過設(shè)置散熱部件與層疊電池接觸而形成的網(wǎng)格狀通風(fēng)框架。
層疊電池1具有如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，由正極活性電極(activeelectrode)和負(fù)極活性電極組成的層疊電極10(參見圖4)由層狀片7氣密封，層狀片7是通過層疊如鋁的金屬膜和熱封樹脂膜而形成的。具體地，層疊電池1是這樣的層疊電極10夾在兩個層狀片7中，并且層狀片7圍繞層疊電池1的周邊彼此粘結(jié)以氣密封。該層疊電池1具有正極端1a和負(fù)極端1b，該正極端1a從層狀片7彼此粘結(jié)的接合處7a的一端側(cè)延伸出來，該負(fù)極端1b從另一端側(cè)延伸出來。通過使其正極端1a和相鄰層疊電池1的負(fù)極端1b電氣連接(圖2a中虛線示出的連接1c)而使層疊電池1構(gòu)成串聯(lián)連接的電池組。
本實施例的電池組系統(tǒng)具有如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，由層狀片氣密封的多個串聯(lián)連接的層疊電池1一個堆疊在另一個上，同時散熱部件2夾在其中，并且置于外殼5中。圖2中，為了簡化，省略了除外殼5、層疊電池1和散熱部件2之外的細(xì)節(jié)。
外殼5在前表面5a和后表面5b上具有開口，使得由未示出的風(fēng)扇產(chǎn)生的冷卻空氣或自然對流引起的空氣流可以經(jīng)過網(wǎng)格狀通風(fēng)框架2d(圖2b中的箭頭B)，該網(wǎng)格狀通風(fēng)框架2d由層疊電池1之間夾著的散熱部件2形成(參看圖3c)。而且，外殼5的結(jié)構(gòu)使得負(fù)荷可以施加給層疊電池1和散熱部件2，用于通過將頂面5c推向底面5d(圖2b中的箭頭C)并將它們固定來抑制在充電和放電期間層疊電池1的膨脹。而且，圖2a中用陰影表示的外殼5、層疊電池1和散熱部件2的間隙由密封部件8密封。這樣，冷卻空氣進(jìn)入散熱部件2的通風(fēng)框架2d(圖3c)中，而沒有逸出外殼5、層疊電池1和散熱部件2的間隙。密封部件8可以是任何一種，只要使冷卻空氣不能逸出間隙即可，例如，板狀部件可以布置成較接近間隙的前表面5a。
如圖3a中所示，散熱部件2由鋁板制成，其用多個第一壁2a和第二壁2b交替連續(xù)地形成，其中第二壁2b與第一壁2a連接并且基本上與第一壁2a成直角。用于散熱部件2的材料除了鋁之外，還可以是表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性的金屬材料，如銅，銀漿料，不銹鋼等，并且其厚度優(yōu)選為0.1mm或更小。
布置第一壁2a使得由層疊電池1的頂面和底面施加的負(fù)荷有效地施加給層疊電池1，從而抑制伴隨與層疊電池1的充電和放電有關(guān)的膨脹，并且第一壁2a與負(fù)荷的方向平行，即基本上垂直于層疊電池1的表面1d，使得散熱部件2自身不會被負(fù)荷壓塌。
第二壁2b形成為基本上與表面1d平行的平面，從而通過與層疊電池1的層狀片7有大接觸面積來獲得散熱面積，并將來自于層疊電池1的向上和向下方向的負(fù)荷均勻地施加到層疊電池1，以抑制與層疊電池1的充電和放電有關(guān)的膨脹。形成該實施例中的散熱部件2，使得連接第二壁2b和第一壁2a的R部分2c具有最小可能的直徑。
根據(jù)期望的散熱量來確定散熱部件2的厚度、冷卻空氣流動方向上的長度、第一壁2a之間的間距、第一壁2a的長度(散熱部件2的高度)、材料等。
當(dāng)使散熱部件2的間距較窄時，單位長度上第一壁2a和第二壁2b的數(shù)量增加，從而負(fù)載可以均勻地施加到層疊電池1上，而且增加了散熱面積。然而，太窄的間距會增加通風(fēng)阻力并且降低冷卻效率。另一方面，當(dāng)使散熱部件2的間距較寬時，與上述相反，單位長度上第一壁2a和第一壁2b的數(shù)量減少，從而降低了通風(fēng)阻力，但是給層疊電池1均勻地施加負(fù)荷有較多困難，并且散熱面積減少。此外，第一壁2a的數(shù)量的減少導(dǎo)致施加于此的負(fù)荷的幅度減少。因此，必需將散熱部件2的間距設(shè)置為能夠?qū)е滤谕目关?fù)荷力和散熱特性的值。
此外，如圖4中靠近層疊電池1和散熱部件2的端部區(qū)域的部分放大透視圖所說明的，散熱部件2在寬度方向上的長度(圖2a所示的水平方向上的長度)就是散熱部件2的端部2e的位置與層疊電池1的層疊電極10的端部10a的位置相對應(yīng)的長度。換而言之，由于熱主要是在層疊電池1中的層疊電極10中產(chǎn)生，因此使得散熱部件2具有與層疊電極10相對應(yīng)的長度。
以上述方式，因為該實施例的散熱部件2包括基本上垂直于層疊電池1的表面1d的第一壁2a和基本上平行于層疊電池1的表面1d的第二壁2b，所以它具有如下特征。
首先，關(guān)于散熱特性，當(dāng)被施加負(fù)荷時，本實施例的散熱部件2平坦地與作為層疊電池1的護(hù)套材料的層狀片7緊密接觸，使得第二壁2b可以有效地起到導(dǎo)熱板的作用。這樣，層疊電池1內(nèi)部產(chǎn)生的并傳導(dǎo)給層狀片7的熱令人滿意地傳導(dǎo)到第二壁2b，并且傳遞給沿著第一壁2a流動的冷卻空氣，因此可以令人滿意地使層疊電池1冷卻下來。具體地，層疊電池1中產(chǎn)生的熱有效地從由層狀片7、第一壁2a和第二壁2b構(gòu)成的網(wǎng)格狀通風(fēng)框架2d散發(fā)出去。
此外，因為第二壁與表面1d平坦地接觸，所以該實施例的散熱部件2能夠通過整個第二壁2b均勻地施加用于抑制層疊電池1的膨脹的負(fù)荷。此外，由于第一壁2a基本上垂直于層疊電池1的表面1d，所以該實施例中的散熱部件2能夠?qū)⑵谕妮d荷施加到層疊電池1，即使對其施加高負(fù)荷也不被壓塌。
此外，由于該實施例中的散熱部件2是通過鍛造金屬板制成的，因此不需要組裝多個部件的步驟。
(第二實施例)圖5示意地說明了該實施例中的部分電池組系統(tǒng)。圖5說明了僅一個散熱部件和與該散熱部件接觸的兩個層疊電池。此外，除了散熱部件的形狀不同于第一實施例之外，該實施例中的電池組系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與第一實施例的電池組系統(tǒng)相似，因此省略詳細(xì)描述。
該實施例中的散熱部件22具有長于層疊電池21的不算電極端的主體的長度，并且在希望增加散熱量時這是優(yōu)選構(gòu)造。該散熱部件22大致分成兩個區(qū)域，即與層疊電池21接觸的接觸區(qū)域22d和未與層疊電池21接觸的非接觸區(qū)域22e，其中非接觸區(qū)域22e處理成具有電氣絕緣性質(zhì)。具體地，對非接觸區(qū)域22e進(jìn)行諸如涂覆絕緣劑、涂覆絕緣樹脂、粘結(jié)絕緣帶、烘焙絕緣橡膠等的處理。
為了構(gòu)成電池組，層疊電池21的正極端21a與負(fù)極端21b的連接21c優(yōu)選地不從層疊電池21的主體過度延伸，從而盡可能地減少容納層疊電池21的空間。然而，當(dāng)連接21c位于層疊電池21的主體附近時，它能夠與散熱部件22的非接觸區(qū)域22e變?yōu)殡姎饨佑|，從而優(yōu)選地對非接觸區(qū)域22e進(jìn)行上述絕緣處理。
在該實施例的構(gòu)造中，布置密封部件8使得冷卻空氣流到非接觸區(qū)域22e。
與第一實施例中的散熱部件2相類似，該實施例的散熱部件22可以使第二壁22b有效地起到散熱表面的作用，因為被施加負(fù)荷時，散熱部件22的接觸區(qū)域22d中的第二壁22b平坦地與層疊電池21緊密接觸。這樣，層疊電池21內(nèi)部產(chǎn)生并傳導(dǎo)到層狀片的熱量令人滿意地傳到第二壁22b，并且傳遞給接觸區(qū)域22d和沿著非接觸區(qū)域22e的第一壁22a流動的冷卻空氣，因此能夠令人滿意地冷卻層疊電池21。具體地，層疊電池21內(nèi)部產(chǎn)生的熱量有效地從由層狀片27、第一壁22a和第二壁22b構(gòu)成的網(wǎng)格狀通風(fēng)框架22d散發(fā)出去。
此外，因為第二壁與層疊電池21的表面平坦地接觸，所以該實施例的散熱部件22能夠通過整個第二壁22b均勻地施加用于抑制層疊電池21的膨脹的負(fù)荷。此外，由于第一壁22a基本上垂直于層疊電池21的表面，所以該實施例的散熱部件22能夠?qū)⑵谕呢?fù)荷施加給層疊電池21，即使對其施加高負(fù)荷也不會被壓塌。
(第三實施例)圖6a說明了該實施例的散熱部件的示意前視圖，圖6b和圖6c示意地說明本實施例的部分電池組系統(tǒng)。圖6b、6c每一個都是說明了僅一個散熱部件和與該散熱部件接觸的兩個層疊電池。此外，除了散熱部件的形狀與第一實施例不同之外，該實施例的電池組系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與第一實施例的電池組系統(tǒng)相似，因此省略詳細(xì)的描述。
該實施例的散熱部件32具有如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，散熱部件32a和散熱部件32b一個堆疊在另一個的上面，它們的高度與第一和第二實施例中示出的散熱部件2相比基本上為一半。
圖6b中說明的散熱部件32是這樣的例子，即散熱部件32a和散熱部件32b一個置于另一個上形成交錯構(gòu)造并且形成整體，然后將其布置在層疊電池31之間，其中散熱部件32a由第一壁32a1、以及與第一壁32a1基本垂直的第二壁32a2和第三壁32a3構(gòu)成，散熱部件32b相似地由第一壁32b1、與第一壁32b1基本垂直的第二壁32b2和第三壁32b3構(gòu)成。接下來，圖6c中說明的散熱部件32是這樣的例子，即散熱部件32a和散熱部件32b形成整體，使得散熱部件32a的第三壁32a3和散熱部件32b的第三壁32b3彼此相對，并且布置在層疊電池31之間。
如圖6b中所述構(gòu)成的散熱部件32形成為網(wǎng)格狀通風(fēng)框架35a，該堆疊成兩層的網(wǎng)格狀通風(fēng)框架35a全部具有相同的截面形狀。此外，如圖6c中所述構(gòu)成的散熱部件32具有堆疊成兩層的網(wǎng)格狀通風(fēng)框架35b和橫截面積大約是通風(fēng)框架35b的兩倍的網(wǎng)格狀通風(fēng)框架35c的交替排列。
該實施例的散熱部件32中，散熱部件32a、32b的第一壁32a1、32b1的高度分別為第一實施例中示出的散熱部件2的第一壁2a的一半，并且散熱部件32a和散熱部件32b一個堆疊在另一個上以具有與散熱部件2相同的高度，即冷卻空氣所流經(jīng)過的通風(fēng)面積與散熱部件2相等。散熱部件32具有如下結(jié)構(gòu)，即通過降低散熱部件32a、32b中第一壁32a1、32b1的高度，該結(jié)構(gòu)更不可能被用于抑制層疊電池31的膨脹而施加的負(fù)荷所壓塌。因此，散熱部件32的結(jié)構(gòu)適用于希望進(jìn)一步增加抗負(fù)荷力的情況。此外，散熱部件32能夠增加散熱效果，因為第三壁32a3、32b3起到了散熱面的作用。
與第一實施例等的散熱部件2相似，因為當(dāng)被施加負(fù)荷時散熱部件32的第二壁32a2、32b2能夠與層疊電池31平坦地接觸，所以該實施例的散熱部件32也能夠使第二壁32a2、32b2起到散熱面的作用。這樣，層疊電池31內(nèi)部產(chǎn)生并傳到層狀片中的熱量會令人滿意地從第二壁32a2、32b2傳導(dǎo)到第一壁32a1、32b1和第三壁32a3、32b3，并且傳遞給沿著第一壁32a1、32b1和第三壁32a3、32b3流動的冷卻空氣。因此，使層疊電池31令人滿意地冷卻下來。
此外，因為第二壁32a2、32b2平坦地與層疊電池31的表面接觸，所以該實施例的散熱部件32能夠通過整個第二壁32a2、32b2均勻地施加到用于抑制層疊電池31的膨脹所施加的負(fù)荷。此外，如上所述，由于該實施例的散熱部件32具有如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，散熱部件32a、32b一個堆疊在另一個上面，它們的高度與第一實施例中的散熱部件2相比基本上為一半，所以該實施例的散熱部件32能夠?qū)⑵谕呢?fù)荷施加給層疊電池31，即使對其施加高負(fù)荷也不會被壓塌。
該實施例示出的構(gòu)造中，抗負(fù)荷力出色的兩個散熱部件32a、32b一個疊堆在另一個上，這種情況下對齊散熱部件32a、32b是很關(guān)鍵的。例如，當(dāng)由兩個散熱部件32a、32b實現(xiàn)圖6c中說明的構(gòu)造時，需要使散熱部件32a、32b成為整體，使得它們彼此相對而不引起散熱部件32a的第三壁32a3和散熱部件32b的第三壁32b3在水平方向上偏移。如果即使在第三壁32a3和第三壁32b3的輕微偏移的情況下使散熱部件32a、32b結(jié)合在一起，散熱部件32a、32b也能夠被從向上和向下方向上施加的負(fù)荷壓塌。此外，由于在深度方向上的偏移，散熱部件32a、32b也能夠被負(fù)荷壓塌，這種情況下阻止了冷卻空氣的流動。此外，即使散熱部件32a的第三壁32a3在水平方向上和深度方向上與散熱部件32b的第三壁32b3恰當(dāng)?shù)貙R，當(dāng)散熱部件32a和散熱部件32b夾在層疊電池31之間時也易于位移，因此它們需要彼此固定?？梢酝ㄟ^在第三壁32a3和第三壁32b3上涂覆粘結(jié)劑來固定它們，在這種情況下粘結(jié)劑會擠出通風(fēng)框架35c而降低了體通風(fēng)面積。另一方面，在二者由雙面膠帶固定時，盡管是輕微地，雙面膠帶也能被擠出通風(fēng)框架35c。將散熱部件32a、32b彼此粘結(jié)，用雙面膠帶固定它們，或者在不與層疊電池31的主體接觸的區(qū)域中用固定帶纏繞它們來固定它們的方法，在對齊方面遇到了困難，并且由于沒有足夠的粘結(jié)表面，所以組裝后電池組安裝在電動車中時由于振動能引起偏移。
此外，在涉及將散熱部件32a、32b彼此粘結(jié)的構(gòu)造中，認(rèn)還為第三壁32a3與第三壁32b3的配合表面的端部區(qū)域?qū)⒋騺y冷卻空氣導(dǎo)入側(cè)的冷卻空氣的流動，以致阻止了冷卻空氣進(jìn)入通風(fēng)面35b中。
因此，該實施例中說明的堆疊成兩層的散熱部件32是通過將單個散熱部件32彎曲成兩半以實現(xiàn)兩層堆疊的方法來制造的。
圖7a為散熱部件在彎曲成堆疊成兩層的散熱部件32之前的狀態(tài)下的前視圖，圖7b為其側(cè)視圖，圖8和9為說明將圖7a、7b中說明的彎曲成兩層堆疊體之前的散熱部件32形成堆疊成兩層的散熱部件32的各個步驟圖，其中圖8為沿水平方向觀察到的散熱部件32的圖，圖9為在冷卻空氣流動方向上觀察的散熱部件32的部分放大視圖。此外，如9c為從圖8d中的D方向觀察到的散熱部件32的圖，9d為從圖8d中E方向觀察到的圖。
散熱部件32在其形成之前在深度方向上的長度，即在冷卻空氣流動方向上的長度2L是層疊電池31在深度方向上的長度即在縱向上每個壁的長度L的兩倍。
雖然圖8a和9a說明了形成之前的散熱部件32，但是在距離端面L即深度方向上一半的位置上沿著切割線33將第一壁32a1、32b1和第二壁32a2、32b2(圖9b中示出的陰影部分)從該散熱部件32上切割下來，如圖7b、8b中所說明的，留下第三壁32a3、32b3。該切割線33沿著與第一壁和第二壁的每個均成直角的方向延伸。
接下來，如圖8c、8d所說明的，沿著切割線33切割而留下第三壁32a3、32b3的散熱部件32在沒有被切掉而留下的第三壁32a3、32b3的彎曲36處被彎曲，直到散熱部件32b的第三壁32b3與散熱部件32a的第三壁32a3相對并且它們彼此接觸。
這樣，制造了由通過彎曲36連接的散熱部件32a和散熱部件32b構(gòu)成的堆疊成兩層的散熱部件32。
上述該實施例的制造方法具有以下特征。
首先，當(dāng)散熱部件32a和散熱部件32b一個堆疊在另一個上時，根本不需要一個與另一個的對齊。
其次，由于散熱部件32a和散熱部件32b通過彎曲36連接，因此形成通風(fēng)表面35b的散熱部件32的凹槽不會偏移，從而不需要用粘結(jié)劑將第三壁32a3與第三壁32b3粘結(jié)起來。因此，沒有粘結(jié)劑擠壓出來而降低通風(fēng)框架35b的通風(fēng)面積。
此外，通過在冷卻空氣導(dǎo)入側(cè)布置具有平滑的曲線形的彎曲36，使得由該實施例的制造方法制得的具有彎曲36的散熱部件32不太可能會阻止冷卻空氣導(dǎo)入到通風(fēng)面35b中。
雖然通過給出包括堆疊成兩層的散熱部件的結(jié)構(gòu)的例子對該實施例進(jìn)行了描述，但是該實施例并不局限于此，而是如果需要可以使用包括堆疊成三層或更多層的散熱部件的結(jié)構(gòu)。在包括將單個散熱部件彎曲成多層的上述構(gòu)造中，例如三層堆疊體的情況下，通過在距離端面L的位置處切割3L長度的散熱部件，然后在距離端面2L的位置處切割相對側(cè)的表面，可以提供堆疊成三層的散熱部件。
(第四實施例)圖10示意地說明了該實施例的部分電池組系統(tǒng)。
該實施例中的電池組系統(tǒng)具有彎曲成倒C形且設(shè)置有跨式連接41c1的散熱部件42a。散熱部件42a分別與層疊電池41a的底面、層疊電池41b的頂面、層疊電池41c的底面和層疊電池41d的頂面接觸。類似地，散熱部件42b設(shè)置有跨式連接41c2，并且分別與層疊電池41b的底面、層疊電池41c的頂面、層疊電池41d的底面和層疊電池41e的頂面接觸。
為了實現(xiàn)該實施例中說明的構(gòu)造，優(yōu)選對散熱部件42a、42b的彎曲部分42a1、42b1進(jìn)行電氣絕緣處理，如第二實施例中所描述的那樣。
該實施例中的散熱部件42a、42b能夠減少部件數(shù)量，并且在冷卻空氣要通過的彎曲部分42a1、42b1中產(chǎn)生散熱作用。
(第五實施例)圖11a、11b示意地說明了該實施例中散熱部件的前視圖。圖11a中說明的散熱部件52由具有每個前述實施例中所說明的形狀的散熱部件和安裝在散熱部件的頂面和底面上的平板53構(gòu)成，其中網(wǎng)格狀通風(fēng)框架52a僅由散熱部件52構(gòu)成。由于散熱部件52通過平板53與層疊電池的表面緊密接觸，所以它可以顯示出高抗負(fù)荷力和散熱特性。
圖11b中說明的散熱部件62包括由兩個平板53夾著的塊狀支撐部件64，其中該散熱部件62具有也僅由散熱部件62形成的網(wǎng)格狀通風(fēng)框架62a。支撐部件64優(yōu)選由具有良好散熱特性的金屬制得。散熱部件62還可以顯示出高抗負(fù)荷力和散熱特性，因為它通過平板53與層疊電池的表面緊密接觸。
(第六實施例)圖12為從一側(cè)觀察與夾在其間的散熱部件疊堆的層疊電池的示意圖，用于描述該實施例中粘結(jié)層狀片的過程。
在該實施例中，對降低容納體積的包裝方法進(jìn)行描述，當(dāng)堆疊層疊電池71并且將其包裝在外殼中時，避免了冷卻空氣的流動被位于層疊電池71周邊的接合處77a或者層狀片77的配合面(match surface)阻止，并且改善了散熱特性。
在圖12a的構(gòu)造中，使層疊電池71的接合處77a彎曲以減少容納體積，使得彎曲的接合處77a的高度h1落在層疊電池71的厚度t內(nèi)。該構(gòu)造不僅能夠減少層疊電池71的深度方向上的空間，而且還能減少高度方向上的空間。而且，在該構(gòu)造中，由于彎曲接合處77a使其落在層疊電池71的厚度t內(nèi)，所以流入散熱部件72中或從散熱部件72中流出的冷卻空氣流(圖中箭頭F)不易于受到阻礙。
在圖12b的構(gòu)造中，使一部分彎曲的接合處77a與一部分金屬制得的外殼75接觸，以將熱量從層疊電池71傳遞給用于冷卻的金屬制得的外殼75。
在圖12c的構(gòu)造中，使一部分彎曲的接合處77a與金屬制得的散熱部件72接觸，以將熱量從層疊電池71傳遞給用于冷卻的散熱部件72。
雖然作為一個例子，圖12c、12b、12c的構(gòu)造示出了折疊兩次的接合處77a，但是本發(fā)明并不局限于此，而是接合處77a僅折疊一次，或者可以折疊三次或者更多。而且，可以使彎曲的接合處77a與外殼75和散熱部件72二者都接觸。
如上所述，因為彎曲層狀片77的接合處77a使得彎曲的接合處77的高度h1落在層疊電池71的厚度t內(nèi)，或者使接合處77a與一部分金屬制得的外殼75或散熱部件72接觸，所以該實施例中的層疊電池71改善了包裝效率和散熱特性。
(例子)接下來，給出本發(fā)明的例子的描述。
在該例子中，將三個層疊電池并聯(lián)連接并將十個層疊電池串聯(lián)連接以形成模塊(36[V]，15[Ah])，其中表1中示出的三個散熱部件中的任何一個都夾在各個電池之間，并且它們還被絕熱材料包圍。在第一實施例所示的圖2中，堆疊成8層并且在其間夾有7個散熱部件的層疊電池被包裝到外殼中。另一方面，在該實施例中，層疊電池堆疊成十層并且在其間夾有9個散熱部件和布置在頂部層疊電池和底部層疊電池外側(cè)的附加散熱部件，因此總共使用了11個散熱部件，它們被包裝到絕熱材料中。然后，在充電和放電期間由每個散熱部件對散熱特性進(jìn)行試驗。此外，作為比較例，對由三個并聯(lián)連接的層疊電池和十個串聯(lián)連接的層疊電池構(gòu)成的模塊進(jìn)行相似的試驗，其中夾在層疊電池之間的是鋁板和散熱板，而不是矩形波狀散熱部件。
充電和放電期間的條件放電期間從40[V](4.0V/電池)(SOC80％))到恒流放電(終止電壓25[V]，2.5[V/電池])充電期間從30[V](3.0V/電池)(SOC10％))到恒流充電(終止電壓40[V]，4.0[V/電池])表1

為了參考，各散熱部件A、B和C的材料為鋁，其厚度為0.1[mm]，散熱部件B、C具有3600Kg的折斷負(fù)荷。此外，該實施例中使用的層疊電池為第一實施例中示出的圖1中說明的層疊電池，并且具有表2中示出的尺寸，并被施加800Kg或更大的負(fù)荷。
表2

散熱部件A、B具有第一實施例中說明的形狀，除了散熱部件A的高度為1.0[mm]，而散熱部件B的高度為1.6[mm]之外，它們是相似的。而散熱部件C具有通過第三實施例中說明的制造方法將散熱部件B彎曲成兩層堆疊體而制得的構(gòu)造。
圖13示出了當(dāng)層疊電池和外部空氣溫度之間的溫度差為15[℃]時，溫度降落梯度[℃/min]相對于冷卻空氣量的測量結(jié)果。
與不包括散熱部件的比較例相比，所有散熱部件A、B、C顯示出了高梯度值，并且產(chǎn)生了高冷卻效果。例如，該結(jié)果示出了當(dāng)冷卻空氣量為100[m3/h]時，散熱部件A、B顯示出2.3[℃/min]，散熱部件C顯示出3.3[℃/min]，而比較例顯示出1[℃/min]。
接下來，圖14示出了當(dāng)層疊電池和外部空氣溫度之間的溫度差為20[℃]時，溫度降落梯度[℃/min]相對于冷卻空氣量的測量結(jié)果。
當(dāng)與外部空氣溫度的溫度差為20[℃]時，該結(jié)果示出當(dāng)冷卻空氣量為100[m3/h]時，散熱部件A、B顯示出3.2[℃/min]，散熱部件C顯示出5.6[℃/min]，因此所有都產(chǎn)生了高冷卻效果，而比較例顯示出1.4[℃/min]。
這表明隨著層疊電池和外部空氣溫度之間的溫度差的增加，散熱部件C(高度3.2[mm](＝1.6[mm]×2))會產(chǎn)生特別高的冷卻效果。
權(quán)利要求
1.一種用于層疊電池的散熱部件，該層疊電池由層狀材料覆蓋，該層狀材料與所述層疊電池的表面接觸以散發(fā)由所述層疊電池產(chǎn)生的熱量，其特征在于所述散熱部件具有多個第一壁，和與所述第一壁連接且與所述第一壁基本上成直角布置的多個第二平壁，其中所述第二壁中的至少一個布置成與所述層疊電池的被包裹的表面緊密接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于層疊電池的散熱部件，其中所述第一壁和所述第二壁交替且連續(xù)地形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于層疊電池的散熱部件，其中形成網(wǎng)格狀通風(fēng)框架。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一個所述的用于層疊電池的散熱部件，由從包括鋁、鋁合金、銅、銀漿料和不銹鋼的組中選擇的至少一種材料制得。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于層疊電池的散熱部件，由厚度為0.1mm或更小的板狀材料制得。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一個所述的用于層疊電池的散熱部件，由單個板狀材料制得。
7.一種包括電池組的電池組系統(tǒng)，該電池組具有多個電氣耦合的層疊電池，每個層疊電池被層狀材料覆蓋，該電池組系統(tǒng)的特征在于具有根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一個所述的用于層疊電池的散熱部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池組系統(tǒng)，由所述散熱部件和所述層疊電池形成網(wǎng)格狀通風(fēng)框架。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電池組系統(tǒng)，其中作為所述層狀材料的周邊部分的接合處被彎曲，并且一部分所述接合處與所述金屬制得的外殼接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任意一個所述的電池組系統(tǒng)，其中作為所述層狀材料的周邊部分的接合處被彎曲，并且一部分所述接合處與所述散熱部件接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任意一個所述的電池組系統(tǒng)，其中作為所述層狀材料的周邊部分的接合處被彎曲成彎曲高度不超過所述層疊電池的厚度，并且被置于在外殼中。
12.一種用于層疊電池的散熱部件的制造方法，該散熱部件與被層狀材料覆蓋的所述層疊電池的表面接觸，用于散發(fā)所述層疊電池產(chǎn)生的熱量，該制造方法的特征在于具有如下步驟提供具有矩形波狀的橫截面的金屬制得的板狀部件的步驟，所述板狀部件具有第一壁、第二平壁和第三平壁，第二平壁與所述第一壁的一端側(cè)連接并且與所述第一壁基本上成直角布置，第三平壁與所述第一壁的另一端側(cè)連接并且與所述第一壁基本上成直角布置；切割步驟，在所述第一壁、所述第二壁和所述第三壁的縱向上的預(yù)定切割位置處切割所述第一壁和所述第二壁而不切割所述第三壁；以及彎曲步驟，在切割位置處對所述切割步驟中沒有被切割的所述第三壁進(jìn)行彎曲，直到所述第三壁彼此相對為止。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的散熱部件的制造方法，其中在所述切割步驟中在垂直于所述第一和第二壁的方向上切割所述第一和所述第二壁。
全文摘要
本發(fā)明的散熱部件(2)包括多個第一壁(2a)和與第一壁(2a)連接并且與第一壁(2a)基本上形成為直角的第二壁(2b)，第一壁(2a)和第二壁(2b)交替且連續(xù)形成。第一壁(2a)布置成基本垂直于層疊電池(1)的表面(1d)，使得它們不會被從層疊電池(1)的頂面和底面施加的負(fù)荷壓塌。第二壁(2b)由基本平行于表面(1d)的平面構(gòu)成，從而獲得導(dǎo)熱面積并且對層疊電池(1)均勻地施加負(fù)荷。為了確保第二壁(2b)的最大可能的面積，將連接第一壁(2a)和第二壁(2b)的R部分(2c)形成為具有最小可能的半徑。
文檔編號H01M2/10GK1768443SQ20048000913
公開日2006年5月3日 申請日期2004年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者金井猛 申請人:Nec Lamilion能源株式會社