液體冷卻的蓄電池模塊的制作方法
【專利摘要】本申請涉及液體冷卻的蓄電池模塊。提供了具有由兩個不相鄰的冷卻板制造的冷卻板組件的蓄電池模塊。每個冷卻板具有與基板相鄰的側(cè)板，并且冷卻板被設(shè)置為彼此相對使得基板共面并分離開一定間隙。入口管道沿著每個側(cè)板的上邊緣延伸，并且在每個側(cè)板內(nèi)定位具有與入口管道流體連通的多個冷卻劑通路的歧管?；寰哂信c歧管流體連通的出口管道。冷卻板被設(shè)計為在冷卻劑流過入口管道、歧管和出口管道時減少摩擦損失，并且歧管內(nèi)的冷卻劑通路被設(shè)計為維持橫過歧管的均勻的流動速率。單獨的單格電池被設(shè)置在組件內(nèi)使得單格電池側(cè)板和底部與冷卻板的側(cè)板和基板分別傳熱接觸。蓄電池模塊的設(shè)計減少了橫過蓄電池模塊的單格電池內(nèi)的和在每個蓄電池單格電池內(nèi)的操作溫度變化。還提供了用于減少冷卻劑流摩擦損失，從而建立了更加均勻的冷卻劑流動速率，以及用于減少溫度變化的方法。
【專利說明】液體冷卻的蓄電池模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及用于鋰離子和相關(guān)蓄電池的模塊，并且更具體地說，涉及用于蓄電池模塊的冷卻板系統(tǒng)，該冷卻板系統(tǒng)減少了橫跨模塊的以及在各個蓄電池單格電池內(nèi)的溫度變化。

【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子和相關(guān)的蓄電池，統(tǒng)稱為可再充電能量存儲系統(tǒng)(RESS)，一直被認(rèn)為是用于電動車輛和各種其它應(yīng)用的清潔的、高效的、和環(huán)境負(fù)責(zé)的動力源。具體來說，RESS技術(shù)正被應(yīng)用在汽車應(yīng)用中，以作為在混合動力電動車輛(HEV)情況下補充，或者在純電動車輛(EV)情況下取代傳統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動機(ICE)。被動地存儲來自靜止的和便攜的來源的，以及來自由車輛及其部件提供的回收動能的能量的能力使得蓄電池理想地作為用于轎車、卡車、公共汽車、摩托車和相關(guān)車輛平臺的推進(jìn)系統(tǒng)的一部分。在目前的背景下，單格電池是單個電化學(xué)單元，而蓄電池組由串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)連接的一個或多個單格電池構(gòu)成，這取決于期望的輸出電壓和電容。
[0003]蓄電池溫度在不同的駕駛條件下顯著地影響混合動力車輛中的鋰離子蓄電池的性能、安全性和壽命。蓄電池組內(nèi)的不均勻的溫度分布可導(dǎo)致電失衡的模塊，并且最終導(dǎo)致更低的性能和更短的蓄電池壽命。結(jié)果，對鋰離子蓄電池的熱管理受到汽車制造商和蓄電池供應(yīng)商的越來越多的關(guān)注。蓄電池組的令人擔(dān)心的主要熱問題是在操作充電/放電循環(huán)期間在每個單獨的蓄電池單格電池內(nèi)的以及橫跨整個蓄電池組的過熱和不均勻的加熱，這可導(dǎo)致蓄電池快速降級以及蓄電池單格電池的電容減少。在蓄電池單格電池內(nèi)維持一致的溫度是困難的，這是因為在蓄電池單格電池內(nèi)的不一致的熱產(chǎn)生。而且，加熱和冷卻系統(tǒng)可產(chǎn)生不一致的傳熱，這是因為它們的內(nèi)部熱阻。期望一種其中蓄電池單格電池在受控溫度范圍內(nèi)工作的蓄電池組設(shè)計。
[0004]蓄電池冷卻板表面的對流傳熱率和蓄電池?zé)岙a(chǎn)生率是影響蓄電池單格電池溫度的兩個主要參數(shù)。來自RESS的推進(jìn)動力的生成也產(chǎn)生顯著的熱負(fù)荷。如此，基于RESS的系統(tǒng)優(yōu)選地包括冷卻系統(tǒng)以避免不可接受的高水平的熱被施加到蓄電池和輔助裝備。保持過量的熱遠(yuǎn)離這些以及其它的熱敏感部件有助于促進(jìn)它們的正確運行和長壽命。在一種特定的形式中，這種冷卻系統(tǒng)可包括液體冷卻劑在蓄電池或其它生熱部件中、周圍或以其它熱鄰接方式被動或主動地循環(huán)。
[0005]鋰離子高性能蓄電池被用在表現(xiàn)出超高驅(qū)動力的混合動力動力系中。在瞬時峰值負(fù)荷時，例如，在制動(制動能的回收(恢復(fù)))和加速(輔助加速(助力))時，蓄電池必須在非常短的時間內(nèi)產(chǎn)生高輸出。這些瞬時峰值負(fù)荷期間產(chǎn)生了大功率電流，這因內(nèi)阻而產(chǎn)生了鋰離子單格電池的顯著升溫。在95%附近，充電和放電效率是非常高的；不過，不能忽視所產(chǎn)生的廢熱。加上尤其在更暖的天氣和更暖的氣候中車輛內(nèi)部的溫度可升高到遠(yuǎn)超過40X的事實，在沒有冷卻的情況下操作鋰離子蓄電池不是一種選擇。
[0006]對任何蓄電池模塊冷卻系統(tǒng)的一個主要挑戰(zhàn)是提供從單格電池的均勻傳熱，使得橫跨蓄電池組的以及在單格電池內(nèi)的溫度變化被保持到最小。本領(lǐng)域中已知依賴于循環(huán)通過冷卻板中的冷卻劑通路的冷卻劑的各種冷卻系統(tǒng)，冷卻板與蓄電池單格電池接觸。冷卻系統(tǒng)的當(dāng)前生產(chǎn)依賴于多個單獨的板，這些板以U形流的方式循環(huán)冷卻劑，并且在該板的同一側(cè)具有入口和出口端口。不過，當(dāng)冷卻劑橫穿該板時，從單格電池傳來的熱減少了冷卻劑的傳熱率因此傳熱是不均勻的。另外，在入口管道和出口管道中的摩擦損失、以及由在約90度冷卻板彎曲處的流動分離引起的水頭損失致使在前端或入口 /出口側(cè)的冷卻劑通路的流動速率高于在后端的冷卻劑通路的流動速率，這導(dǎo)致了從前到后的不均勻的傳熱率。
[0007]在單獨的單格電池內(nèi)不可接受的高溫可能因基于冷卻板接觸的溫度變化而發(fā)生，在和冷卻板接觸中冷卻是不足夠的或者是不均勻的。在高溫下，蓄電池單格電池更快速地降級并且它們的性能和電容都減少。結(jié)果，單格電池可能不能實現(xiàn)規(guī)定的十年壽命期限?？赡艿奶娲窃跍囟瘸^設(shè)置極限時停用蓄電池。但是，混合動力車輛的全部優(yōu)點——電助力或制動能的恢復(fù)——將消失。對于僅以電能運行的車輛來說，這甚至是不可能的，因為鋰離子蓄電池是惟一的能量源。
[0008]因此，期望生產(chǎn)一種蓄電池模塊冷卻系統(tǒng)，其減少了壓降和摩擦損失，并且其維持了橫跨該模塊的基本上均勻的冷卻劑流動速率，并且其因此減少了橫跨蓄電池組的以及在單獨的蓄電池單格電池內(nèi)的溫度變化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明提供了一種蓄電池模塊冷卻系統(tǒng)，其減少了在蓄電池單格電池內(nèi)的溫度變化和橫跨該模塊的最大蓄電池單格電池溫度，減少了在單獨的單格電池內(nèi)的溫度變化，并且其減少了蓄電池冷卻系統(tǒng)的總壓降。
[0010]一個實施例涉及蓄電池模塊，其具有設(shè)置在冷卻板組件內(nèi)的多個互連的電化學(xué)單格電池。冷卻板組件包括兩個不相鄰的冷卻板并且每個冷卻板都包括與基板相鄰的側(cè)板。冷卻板被設(shè)置成彼此相對，使得基板是共面的且分離開一定的間隙。每個側(cè)板包括從前到后地沿著側(cè)板的上邊緣延伸橫過蓄電池模塊的入口管道，和包括與入口管道流體連通的多個冷卻劑通路的歧管。每個基板包括與歧管流體連通的出口管道；每個單格電池具有頂部部分、底部部分、和兩個側(cè)部分，單格電池在冷卻板組件內(nèi)并排地對齊使得側(cè)部分與歧管處于傳熱接觸，底部部分與出口管道傳熱接觸，并且側(cè)板的上邊緣延伸到單格電池的頂部部分之上；每個入口管道包括在前面的至少一個入口端口，并且每個出口管道部分包括在前面的至少一個出口端口，其中冷卻劑通路和管道被構(gòu)造成減少從前到后橫跨蓄電池模塊的單格電池內(nèi)的以及在從頂部到底部的每個蓄電池單格電池內(nèi)的操作溫度變化。根據(jù)具體的實施例，通路和管道可被構(gòu)造成減少在入口和出口管道中的摩擦損失以及在冷卻板彎曲處的水頭損失，由此維持橫跨該模塊的以及在單獨的單格電池內(nèi)的更加均勻的冷卻劑流動速率和更加均勻的傳熱率。在特定實施例中，冷卻板包括三個鋁薄板，一個內(nèi)薄板、一個外薄板、和設(shè)置在內(nèi)薄板和外薄板之間的波紋鋁薄板，其中波紋形成了歧管內(nèi)的冷卻劑流動通路。冷卻劑通路和管道可通過調(diào)節(jié)入口管道、歧管和出口管道的相對橫截面面積、以及通過調(diào)節(jié)在冷卻劑通路內(nèi)的逐漸變窄或其它方式成形的波紋來構(gòu)造，以相對于前端給位于歧管的后端附近的冷卻劑通路的頂部提供更大的橫截面面積。
[0011]另一實施例涉及蓄電池模塊的冷卻板組件。冷卻板組件包括安置在金屬框架內(nèi)的兩個不相鄰的冷卻板，并且每個冷卻板都包括與基板相鄰的側(cè)板。這兩個冷卻板被設(shè)置成彼此相對，使得基板是共面的且分離開一定的間隙。每個側(cè)板包括從前端到后端地沿著側(cè)板的上邊緣延伸橫過蓄電池模塊的入口管道，和包括與入口管道流體連通的多個冷卻劑通路的歧管。每個基板包括與歧管流體連通的出口管道；每個入口管道在前端包括至少一個入口端口，并且每個出口管道在前端包括至少一個出口端口。冷卻板每一個都包括三個招薄板，一個內(nèi)薄板，一個外薄板，和設(shè)置在內(nèi)薄板和外薄板之間的波紋鋁薄板，其中波紋形成了歧管中的冷卻劑流動通路，并且其中波紋是錐形的或者是彎曲的使得在后端處的一個或多個冷卻劑通路的頂部的橫截面面積大于在前端的一個或多個冷卻劑通路的頂部的橫截面面積。
[0012]其它的實施例涉及用于通過根據(jù)本發(fā)明的實施例構(gòu)造和/或?qū)嵤┬铍姵啬K和冷卻板系統(tǒng)來減少橫跨蓄電池組/模塊的以及在該組/模塊的單獨的單格電池內(nèi)的溫度變化。
[0013]本申請還提供了如下方案:
方案1.一種蓄電池模塊，其具有設(shè)置在冷卻板組件內(nèi)的多個互連的電化學(xué)單格電池，該冷卻板包括兩個不相鄰的冷卻板，每個冷卻板包括與基板相鄰的側(cè)板，冷卻板設(shè)置成彼此相對使得基板共面且分離開一定的間隙，每個側(cè)板包括沿著側(cè)板的上邊緣從前到后橫過蓄電池模塊地延伸的入口管道，和包括與入口管道流體連通的多個冷卻劑通路的歧管，并且每個基板包括與歧管流體連通的出口管道；每個單格電池具有頂部部分、底部部分、和兩個側(cè)部部分，單格電池在冷卻板組件內(nèi)并排對齊使得側(cè)部部分與歧管傳熱接觸，底部部分與出口管道傳熱接觸，并且側(cè)板的上邊緣延伸到單格電池的頂部部分之上；每個入口管道包括在前面的至少一個入口端口，并且每個出口管道包括在前面的至少一個出口端口 ；其中冷卻劑通路和管道被構(gòu)造成減少在從前到后橫過蓄電池模塊的單格電池中的以及在從頂部到底部的每個蓄電池單格電池內(nèi)的操作溫度變化。
[0014]方案2.如方案I所述的蓄電池模塊，其中每個冷卻板包括三個鋁薄板，一個內(nèi)薄板、一個外薄板、和設(shè)置在內(nèi)薄板和外薄板之間的波紋鋁薄板，其中波紋形成了歧管內(nèi)的冷卻劑流動通路。
[0015]方案3.如方案2所述的蓄電池模塊，其中通過構(gòu)造冷卻通路和管道來減少溫度變化以提供從前到后橫過蓄電池模塊的從單格電池的側(cè)部部分和底部部分到冷卻板的基本上均勻的傳熱，以及提供從每個蓄電池單格電池到冷卻板的基本上均勻的傳熱。
[0016]方案4.如方案I所述的蓄電池模塊，其中冷卻劑包括液體。
[0017]方案5.如方案3所述的蓄電池模塊，其中冷卻劑通路和管道被構(gòu)造成調(diào)節(jié)冷卻劑流速以減少在入口管道和出口管道處的摩擦損失以及在冷卻板彎曲處的水頭損失，并且基本上均衡通過橫過模塊的單獨的通路的冷卻劑流動速率。
[0018]方案6.如方案5所述的蓄電池模塊，其中出口管道的橫向橫截面面積大于歧管的橫向橫截面面積，使得冷卻劑流從歧管到出口管道減速。
[0019]方案7.如方案6所述的蓄電池模塊，其中入口管道的橫向橫截面面積大于歧管的橫向橫截面面積，使得冷卻劑流從入口管道到歧管加速。
[0020]方案8.如方案2所述的蓄電池模塊，其中波紋是錐形的或彎曲的，使得在后端的一個或多個冷卻劑通路的頂部的橫截面面積大于在前端的一個或多個冷卻劑通路的頂部的橫截面面積。
[0021]方案9.如方案8所述的蓄電池模塊，其中波紋是錐形的或彎曲的以減少在后端的一個或多個冷卻劑通路的頂部的摩擦損失，并且進(jìn)一步均衡通過橫過模塊的單獨的通路的冷卻劑流動速率。
[0022]方案10.如方案9所述的蓄電池模塊，其中冷卻通路的中間部分的橫截面面積和冷卻通路的底部部分的橫截面面積在從前端橫過到達(dá)歧管的后端的每個通路中都是相同的。
[0023]方案11.如方案I所述的蓄電池模塊，其中所述間隙可被變窄或變寬以實現(xiàn)在冷卻板和蓄電池單格電池之間的合適的接觸壓力。
[0024]方案12.如方案11所述的蓄電池模塊，其中冷卻板組件被安置在可調(diào)的金屬框架內(nèi)。
[0025]方案13.—種用于蓄電池模塊的冷卻板組件,包括安置在金屬框架內(nèi)的兩個不相鄰的冷卻板，每個冷卻板包括與基板相鄰的側(cè)板，冷卻板設(shè)置成彼此相對以使得基板共面且分離開一定的間隙，每個側(cè)板包括沿著側(cè)板的上邊緣從前端到后端地橫過蓄電池模塊延伸的入口管道，和包括與入口管道流體連通的多個冷卻劑通路的歧管，并且每個基板包括與歧管流體連通的出口管道；每個入口管道包括在前端的至少一個入口端口，并且每個出口管道包括在前端的至少一個出口端口 ；其中每個冷卻板包括三個招薄板,一個內(nèi)薄板,一個外薄板，和設(shè)置在內(nèi)薄板和外薄板之間的波紋鋁薄板，其中波紋形成了歧管內(nèi)的冷卻劑流動通路，并且其中波紋是錐形的或彎曲的，使得在后端的一個或多個冷卻劑通路的頂部的橫截面面積大于在前端的一個或多個冷卻劑通路的頂部的橫截面面積。
[0026]方案14.如方案13所述的冷卻板，其中出口管道的橫向橫截面面積大于歧管的橫向橫截面面積。
[0027]方案15.如方案14所述的冷卻板,其中入口管道的橫向橫截面面積大于歧管的橫向橫截面面積。
[0028]方案16.—種減少橫過沿蓄電池模塊的從前到后地并排對齊的多個電化學(xué)單格電池的操作溫度變化的方法，該方法包括將所述蓄電池模塊構(gòu)造為帶有根據(jù)方案13的冷卻板組件。
[0029]方案17.—種減少橫過沿蓄電池模塊的從前到后地并排對齊的多個電化學(xué)單格電池的操作溫度變化的方法，該方法包括將所述蓄電池模塊構(gòu)造為帶有根據(jù)方案15的冷卻板組件。
[0030]方案18.—種減少在包括多個電化學(xué)單格電池的蓄電池模塊內(nèi)的從頂部到底部的每個蓄電池單格電池內(nèi)的操作溫度變化的方法，該方法包括將該蓄電池模塊構(gòu)造為帶有根據(jù)方案13的冷卻板組件。
[0031]方案19.一種減少在包括多個電化學(xué)單格電池的蓄電池模塊內(nèi)的從頂部到底部的每個蓄電池單格電池內(nèi)的操作溫度變化的方法，該方法包括將該蓄電池模塊構(gòu)造為帶有根據(jù)方案14的冷卻板組件。
[0032]方案20.—種減少橫向通過冷卻板的冷卻劑的總壓降的方法，該方法包括將蓄電池模塊構(gòu)造為帶有根據(jù)方案13的冷卻板組件。
[0033]方案21.—種減少橫向通過冷卻板的冷卻劑的總壓降的方法，該方法包括將蓄電池模塊構(gòu)造為帶有根據(jù)方案15的冷卻板組件。
[0034]參照附圖和下面公開的具體描述來更容易地理解這些和其它的優(yōu)點、實施例和細(xì)節(jié)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]雖然說明書以具體指出并清楚地要求保護(hù)了本發(fā)明的實施例的權(quán)利要求作為結(jié)論，但是應(yīng)該認(rèn)為，可從下面的對某些示例的描述并結(jié)合附圖來更好地理解本發(fā)明。在附圖中，在各附圖中同樣的附圖標(biāo)記代表同樣的元件，并且附圖中的各個部件不一定是按比例繪制的。
[0036]圖1A描述了蓄電池模塊的示意的示例性實施例。圖1B是在金屬框架內(nèi)安置的蓄電池模塊的示意描述。
[0037]圖2A說明了單獨的冷卻板實施例，其示出了前-后取向的管道、端口和歧管冷卻通路的相對位置。圖2B描繪了單獨的單格電池的示意圖，以說明頂部、側(cè)面和底部部分的相對于在蓄電池模塊中的位置的定位。
[0038]圖3A公開了內(nèi)層、外側(cè)和波紋層的示意橫截面視圖，它們構(gòu)成了冷卻板和其中的通路。圖3B描繪了更靠近歧管的前端定位的單獨的冷卻通路的橫截面，和更靠近歧管的后端定位的單獨的冷卻通路的橫截面，以說明可如何使波紋逐漸變窄以在更靠近后端的通路的頂部提供更大的橫截面面積。
[0039]圖4描繪了根據(jù)某些實施例的冷卻板系統(tǒng)內(nèi)的兩個單獨的冷卻板的取向，以及入口管道、歧管、和出口管道的相對橫截面面積的橫截面視圖。

【具體實施方式】
[0040]現(xiàn)在將參照附圖更加全面地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。不過，本發(fā)明可被以許多不同的形式實施，并且不應(yīng)被解釋為局限于本文公開的實施例。換句話說，本發(fā)明可被使用等同方式或替代物改變或改進(jìn)，而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。在下面的描述中，應(yīng)該指出，當(dāng)傳統(tǒng)的元件的功能和與本發(fā)明相關(guān)的元件的具體描述可能使本發(fā)明的要旨不清楚時，可忽略對這些元件的具體描述。
[0041]應(yīng)該理解，盡管術(shù)語“第一”、“第二”等可在本文中被用于描述不同的元件，但這些元件不應(yīng)該受這些術(shù)語所限制。這些術(shù)語僅用于將一個元件與另一元件區(qū)分開。
[0042]另外，應(yīng)該指出，本文使用的術(shù)語僅是用于描述特定實施例的目的，而不是用來限制本發(fā)明。在本文中使用時，單數(shù)形式意在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地另有指示。還應(yīng)該理解的是，術(shù)語“包括”和/或“包含”或者“含有”和/或“包括有”，當(dāng)在說明書中被使用時，具體說明了所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或它們的組的存在，但不排除一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或它們的組的存在或添加。
[0043]本發(fā)明提供了基本上克服可橫跨蓄電池模塊的以及在單獨的蓄電池單格電池內(nèi)的不可接受的操作溫度變化的公知問題的蓄電池模塊，冷卻板組件，和方法。
[0044]現(xiàn)在更具體地參照根據(jù)本發(fā)明的實施例的蓄電池模塊，其示例性實施例被圖示在附圖中。在全部附圖和文字描述中相同的附圖標(biāo)記將被用于指示相同或相似的部分，并且對相同或相似的部分的重復(fù)的描述可能被省略。
[0045]參照圖1和2，描述了具有設(shè)置在冷卻板組件2內(nèi)的多個互連電化學(xué)單格電池4的蓄電池模塊1，冷卻板組件2包括兩個不相鄰的冷卻板6、8。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)使用兩個不相鄰的冷卻板代替單個冷卻板，使在單格電池和冷卻板之間的接觸壓力能被調(diào)整適應(yīng)變化的容差。在單格電池的蓄電池組的每一側(cè)的合適的接觸壓力對均勻的傳熱來說是必要的。在固定尺寸的板內(nèi)，難以容納容差。作為非限定性示例，必要時，可在冷卻板和蓄電池單格電池之間放置一薄層帶有高導(dǎo)熱性的軟硅樹脂箔以確保完全接觸。每個冷卻板6、8包括與基板12相鄰的側(cè)板10?；逄峁┝嗽趩胃耠姵氐牡撞坎糠痔幍念~外的傳熱，這也促進(jìn)了均勻傳熱并因此促進(jìn)了每個單格電池內(nèi)的溫度的均勻性。冷卻板6、8設(shè)置成彼此相對使得基板12是共面的且分開一定的間隙14。該間隙可在調(diào)節(jié)冷卻板組件以在單格電池的每一側(cè)提供均勻傳熱接觸時被變窄或變寬。每個側(cè)板10包括從前到后沿著側(cè)板10的上邊緣18延伸橫過蓄電池模塊I的入口管道16，以及包括與入口管道16流體連通的多個冷卻劑通路22的歧管20。每個基板12包括與歧管20流體連通的出口管道24。每個單獨的單格電池4具有頂部部分26、底部部分28、和兩個側(cè)部部分30，并且單格電池在冷卻板組件2內(nèi)被布置成并排對齊使得側(cè)部部分30與歧管20傳熱接觸，并且底部部分28與出口管道24傳熱接觸。側(cè)板10的上邊緣18延伸到單格電池4的頂部部分26之上。每個入口管道16包括在前面的至少一個入口端口 32，并且每個出口管道24包括在前面的至少一個出口端口 34 ;其中冷卻劑通路22和管道16、24構(gòu)造成減少從前到后橫跨蓄電池模塊I的單格電池4中的以及在從頂部26到底部28的每個蓄電池單格電池4內(nèi)的操作溫度變化。
[0046]—般而言，可再充電蓄電池單格電池類型包括圓形單格電池，方形單格電池和小袋或咖啡包單格電池。方形單格電池的幾何形狀通常是矩形的并且該單格電池可被扁平包裝，例如在矩形鋁殼體內(nèi)。在小袋或咖啡包單格電池中，各層的活性材料被堆疊或折疊且被包裝在例如柔韌的鋁復(fù)合薄膜中。實際上，就冷卻效率而言，方形或小袋單格電池最適合用在車輛中。根據(jù)本發(fā)明的實施例的優(yōu)選蓄電池單格電池類型是方形單格電池。設(shè)置在單格電池周圍的金屬罐在單格電池側(cè)面和底部部分給冷卻板提供了接觸表面，這提供了更大的熱管理機會。
[0047]本發(fā)明的蓄電池模塊被獨特地設(shè)計以提供整體上均勻的傳熱。傳統(tǒng)的設(shè)計缺少從前到后地(沿著并排對齊的單格電池)橫跨模塊的均勻性，并且還缺少在每個單獨的單格電池內(nèi)的均勻性，其中傳熱通常是從單格電池的頂部部分到底部部分逐漸減少。為了實現(xiàn)橫跨該模塊的基本上均勻的傳熱，重要的是實現(xiàn)從前端到后端的冷卻劑通路的基本上均勻的冷卻劑流動速率。
[0048]由于在入口管道和出口管道處的摩擦損失和在冷卻板彎曲處的水頭損失，流速逐漸減慢使得在更接近前端的通路內(nèi)的流速大于更接近后端的冷卻劑通路內(nèi)的冷卻劑流速。
[0049]水頭損失被定義為每單位質(zhì)量的總能量損失。其在流體高度恒定的情況下等于總壓降乘以流體密度。由摩擦引起的水頭損失被具體稱為摩擦損失。水頭損失還在經(jīng)過成一定角度的管或管道的流動中，或者流動突然膨脹/收縮時發(fā)生。
[0050]每個冷卻板6、8包括三個鋁薄板，內(nèi)薄板35，外薄板36，和設(shè)置在內(nèi)薄板35和外薄板36之間的波紋鋁薄板38，其中波紋40形成了歧管20中的冷卻劑流動通路22。歧管可例如使用鋁波紋和兩個鋁板形成以減少成本。波紋的存在、形狀和/或厚度可被操縱以影響通過通路的流動速率。根據(jù)優(yōu)選的實施例，波紋可存在于歧管的冷卻通路中，但是不存在于入口或出口管道內(nèi)?？赏ㄟ^構(gòu)造冷卻通路22和管道16、24來減少溫度變化以提供從前到后地橫跨蓄電池模塊I的從單格電池4的側(cè)部部分30到冷卻板6、8的基本上均勻的傳熱，并且提供從頂部部分26到底部部分28，和從側(cè)部部分30到側(cè)部部分30的從每個蓄電池單格電池4到冷卻板6、8的基本上均勻的傳熱。優(yōu)選的冷卻劑包括液體。
[0051]在本領(lǐng)域已知的典型的蓄電池模塊中，冷卻板可被設(shè)置成沿著對齊的蓄電池單格電池的每一側(cè)，其中每個板歧管具有單格電池通路，這些通路主要引導(dǎo)從前頂部的入口端口到前底部的出口端口的流動。結(jié)果，在入口管道和出口管道內(nèi)的摩擦損失，和在90度冷卻板彎曲處的流動分離引起的水頭損失導(dǎo)致了更接近端口(前端)的通路內(nèi)的冷卻劑流動速率大于更接近后端的通路內(nèi)的流動速率。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的實施例，可對通路進(jìn)行構(gòu)造以減少在入口管道和出口管道內(nèi)的摩擦損失和在(90度)冷卻板彎曲處的水頭損失。在出口管道處的摩擦損失與其流速的平方成正比。冷卻劑流動速率等于流速乘以橫截面面積。如果控制了在出口管道處的流動速率，那么相對于歧管冷卻通路增加出口管道的橫截面會減少在出口管道處的流速，這導(dǎo)致了在出口管道處的摩擦損失的顯著減小。因此，減少了模塊的從前到后的冷卻劑通路的流動速率的變化。在90度冷卻板彎曲處的水頭損失與各個冷卻劑通路的流速的平方的和成正比。因此，冷卻劑通路的流動速率的均勻性減少了在90度冷卻板彎曲處的水頭損失。另一方面，在90度冷卻板彎曲處的水頭損失的減少進(jìn)一步降低了通過模塊的冷卻劑通路的流動速率的變化。
[0053]在具體實施例中，冷卻劑通路22可被構(gòu)造成大大減少在入口管道16處的摩擦損失，在出口管道24處的摩擦損失，和在90度冷卻板彎曲處的水頭損失。具體而言，可減少從前端54到后端56橫跨歧管的多個通路中的一個通路的頂部50和底部52處的壓力差。在具體實施例中，冷卻劑通路22可被構(gòu)造成減少在歧管20的后端56處的冷卻劑通路的底部52處的壓力。
[0054]特別參照圖3，在另外的實施例中，冷卻通路22的中間薄板38包括波紋40并且波紋可被用于改變流動通路22的豎直橫截面面積。具體來說，波紋可被用來增加在位于相對于前端54更接近后端56的流動通路的頂部處的橫截面面積。在優(yōu)選的實施例中，波紋僅被安裝在歧管20內(nèi)并且不延伸進(jìn)入入口管道和出口管道。錐形的、彎曲的、或成形的波紋可被用于在相對于前端更接近后端的流動通路的頂部處增加橫截面面積或降低流速，這導(dǎo)致了在更接近后端的流動通路的頂部的摩擦損失的降低和在更接近后端的通路中的冷卻劑流動速率的增加的凈效果。因此，通過橫過模塊的各個通路的流動速率基本上是一致的并且整個冷卻系統(tǒng)的總壓降被進(jìn)一步減小。具體來說，提供的實施例中波紋40是錐形的或彎曲的使得在后端56的一個或多個單獨的冷卻劑通路的頂部50的橫截面面積大于在前端54的一個或多個單獨的冷卻劑通路的頂部50的橫截面面積，并且更具體地說，波紋40可以是錐形的或彎曲的以減少在后端56的一個或多個冷卻劑通路的頂部的摩擦損失并進(jìn)一步均衡通過橫過模塊的單獨的通路22的冷卻劑流動速率。冷卻通路22的中間部分51的橫截面面積和冷卻通路的底部部分52的橫截面面積可在從前端54橫過到達(dá)歧管20的后端56的每個通路中都是相同的。
[0055]冷卻劑通路22和管道16、24可被構(gòu)造成調(diào)節(jié)冷卻劑流速以減少在入口管道16和出口管道24處的摩擦損失，以及由在90度冷卻板彎曲處的流動分離弓I起的水頭損失，這基本上均衡了通過橫過模塊的單獨的通路的冷卻劑流動速率，并且基本上減少了冷卻系統(tǒng)的總壓降。根據(jù)一些實施例，出口管道24的橫向橫截面面積大于歧管20的橫向橫截面面積，使得冷卻劑流從歧管20到出口管道24減速。在一些實施例中，入口管道16的橫向橫截面面積大于歧管20的橫向橫截面面積，使得冷卻劑流從入口管道16到歧管20加速。
[0056]冷卻板組件2被安置在金屬框架60內(nèi)，金屬框架通常由鋼構(gòu)造，其包括了用于調(diào)節(jié)該板的定位以優(yōu)化與單格電池4的傳熱接觸，尤其是在單格電池側(cè)面的傳熱接觸的機構(gòu)。在冷卻板組件的兩個板之間的距離可通過將基板12的邊緣之間的間隙14變窄或變寬來調(diào)節(jié)。金屬框架60可包括用于定位冷卻板的調(diào)節(jié)機構(gòu)。通過采用兩個冷卻板6、8，有更高的能力來調(diào)節(jié)與單格電池側(cè)面的接觸點，因為每個側(cè)面可被獨立于另一個地被調(diào)節(jié)。
[0057]其它的實施例具體涉及如上描述的冷卻板組件，或者甚至更具體地涉及冷卻板部件中的其中一個。
[0058]另外的實施例提供了用于減少橫過沿蓄電池模塊I從前到后地并排對齊的多個電化學(xué)單格電池4的操作溫度變化，和/或用于減少沿蓄電池模塊I從頂部到底部的每個蓄電池單格電池4內(nèi)的操作溫度的方法，其包括多個電化學(xué)單格電池4。特別地，該方法包括將蓄電池模塊與所述的冷卻板組件一起建造或安裝，并且在非常具體的實施例中，該方法包括將蓄電池模塊的實施例與混合動力或電動車輛中的冷卻組件一起安裝。
[0059]盡管已經(jīng)出于說明目的描述了本發(fā)明的實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識至IJ，在不脫離如所述權(quán)利要求公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種改進(jìn)、添加和替換都是可能的。
【權(quán)利要求】
1.一種蓄電池模塊，其具有設(shè)置在冷卻板組件內(nèi)的多個互連的電化學(xué)單格電池，該冷卻板包括兩個不相鄰的冷卻板，每個冷卻板包括與基板相鄰的側(cè)板，冷卻板設(shè)置成彼此相對使得基板共面且分離開一定的間隙，每個側(cè)板包括沿著側(cè)板的上邊緣從前到后橫過蓄電池模塊地延伸的入口管道，和包括與入口管道流體連通的多個冷卻劑通路的歧管，并且每個基板包括與歧管流體連通的出口管道；每個單格電池具有頂部部分、底部部分、和兩個側(cè)部部分，單格電池在冷卻板組件內(nèi)并排對齊使得側(cè)部部分與歧管傳熱接觸，底部部分與出口管道傳熱接觸，并且側(cè)板的上邊緣延伸到單格電池的頂部部分之上；每個入口管道包括在前面的至少一個入口端口，并且每個出口管道包括在前面的至少一個出口端口 ；其中冷卻劑通路和管道被構(gòu)造成減少在從前到后橫過蓄電池模塊的單格電池中的以及在從頂部到底部的每個蓄電池單格電池內(nèi)的操作溫度變化。
2.如權(quán)利要求1所述的蓄電池模塊,其中每個冷卻板包括三個鋁薄板,一個內(nèi)薄板、一個外薄板、和設(shè)置在內(nèi)薄板和外薄板之間的波紋鋁薄板，其中波紋形成了歧管內(nèi)的冷卻劑流動通路。
3.如權(quán)利要求2所述的蓄電池模塊，其中通過構(gòu)造冷卻通路和管道來減少溫度變化以提供從前到后橫過蓄電池模塊的從單格電池的側(cè)部部分和底部部分到冷卻板的基本上均勻的傳熱，以及提供從每個蓄電池單格電池到冷卻板的基本上均勻的傳熱。
4.如權(quán)利要求1所述的蓄電池模塊，其中冷卻劑包括液體。
5.如權(quán)利要求3所述的蓄電池模塊，其中冷卻劑通路和管道被構(gòu)造成調(diào)節(jié)冷卻劑流速以減少在入口管道和出口管道處的摩擦損失以及在冷卻板彎曲處的水頭損失，并且基本上均衡通過橫過模塊的單獨的通路的冷卻劑流動速率。
6.如權(quán)利要求5所述的蓄電池模塊，其中出口管道的橫向橫截面面積大于歧管的橫向橫截面面積，使得冷卻劑流從歧管到出口管道減速。
7.如權(quán)利要求6所述的蓄電池模塊，其中入口管道的橫向橫截面面積大于歧管的橫向橫截面面積，使得冷卻劑流從入口管道到歧管加速。
8.如權(quán)利要求2所述的蓄電池模塊，其中波紋是錐形的或彎曲的，使得在后端的一個或多個冷卻劑通路的頂部的橫截面面積大于在前端的一個或多個冷卻劑通路的頂部的橫截面面積。
9.如權(quán)利要求8所述的蓄電池模塊，其中波紋是錐形的或彎曲的以減少在后端的一個或多個冷卻劑通路的頂部的摩擦損失，并且進(jìn)一步均衡通過橫過模塊的單獨的通路的冷卻劑流動速率。
10.一種用于蓄電池模塊的冷卻板組件，包括安置在金屬框架內(nèi)的兩個不相鄰的冷卻板，每個冷卻板包括與基板相鄰的側(cè)板，冷卻板設(shè)置成彼此相對以使得基板共面且分離開一定的間隙，每個側(cè)板包括沿著側(cè)板的上邊緣從前端到后端地橫過蓄電池模塊延伸的入口管道，和包括與入口管道流體連通的多個冷卻劑通路的歧管，并且每個基板包括與歧管流體連通的出口管道；每個入口管道包括在前端的至少一個入口端口，并且每個出口管道包括在前端的至少一個出口端口 ；其中每個冷卻板包括三個招薄板，一個內(nèi)薄板，一個外薄板，和設(shè)置在內(nèi)薄板和外薄板之間的波紋鋁薄板，其中波紋形成了歧管內(nèi)的冷卻劑流動通路，并且其中波紋是錐形的或彎曲的，使得在后端的一個或多個冷卻劑通路的頂部的橫截面面積大于在前端的一個或多個冷卻劑通路的頂部的橫截面面積。
【文檔編號】H01M10/6554GK104051813SQ201410091850
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月13日
【發(fā)明者】H.孫, R.P.迪克松 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司