用於電池組的冷卻系統的製作方法
2023-05-29 07:39:56
專利名稱：用於電池組的冷卻系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於電池組的組件，並且更具體地涉及一種用於電池組的冷卻系統。
背景技術：
電池組已經被認為是一種用於電動車輛和各種其他應用的清潔、高效和對環境負責的電源。電池組例如通常包括多種組件和元件譬如多塊單獨的電池、多個間隔開的電池盒、冷卻管路和控制模塊。有兩種類型的電池是鎳金屬氫化物(NiMH)電池和鋰離子電池。 NiMH電池和鋰離子電池都是可再充電的並且都能夠被成形為很多種不同的形狀和尺寸以有效地裝入電動車輛的可用空間內。均已知NiMH電池和鋰離子電池會在充電和放電的運行周期期間產生熱量。電池過熱或者將其暴露在高溫環境中可能會對電池裝置的運行造成不利影響。因此，在電池組中通常要將冷卻系統與電池一起使用。但是，現有技術中的冷卻系統會在個體電池當中造成明顯的溫度變化以及在電池之間形成的流體通道中造成顯著的壓力變化。具體地，流體通道在電池組入口端處的壓降遠遠低於流體通道在電池組出口端處的壓降。因此，流體通道在電池組入口端處的流速和表面對流係數低於流體通道在電池組出口端處的流速和表面對流係數。所以，希望生產一種包括冷卻系統的電池組，其中電池組內的溫度和壓力變化及其尺寸被最小化，並且電池組的容量和耐用性被最大化。
發明內容
根據和依照本發明，出人意料地公開了一種包括冷卻系統的電池組，其中電池組內的溫度和壓力變化及其尺寸被最小化，並且電池組的容量和耐用性被最大化。在一個實施例中，用於電池系統的電池組包括包括多個電池單元的電池裝置，多個電池單元具有在其間成形的用於在其中接納流體的至少一條流體通道；以及連接至電池裝置的冷卻系統，冷卻系統包括用於在其中接納流體的錐形第一管路，用於在其中接納流體的第二管路，以及連接至第二管路用於在其中接納流體的至少一條輔助管路，第二管路與第一管路通過電池裝置中的至少一條流體通道流體連通，並且輔助管路與第二管路流體連通，其中流體從電池裝置中吸收熱量。在另一個實施例中，用於電池系統的電池組包括包括多個電池單元的電池裝置， 多個電池單元具有在其間成形的用於在其中接納流體的至少一條流體通道；以及連接至電池裝置的冷卻系統，冷卻系統包括用於在其中接納流體的錐形第一管路，用於在其中接納流體的錐形第二管路，以及連接至第二管路用於在其中接納流體的至少一條輔助管路，第二管路與第一管路通過電池裝置中的至少一條流體通道流體連通，並且輔助管路與第二管路流體連通，其中電池單元與至少一條流體通道傳熱導通以有助於將熱量從電池單元傳輸至位於冷卻系統中的流體。
在另一個實施例中，用於電池系統的電池組包括包括多個電池單元的電池裝置， 多個電池單元具有在其間成形的用於在其中接納流體的至少一條流體通道；以及連接至電池裝置的冷卻系統，冷卻系統包括用於在其中接納流體的具有開口的第一端和封閉的第二端的錐形第一管路，用於在其中接納流體的具有封閉的第一端和開口的第二端的錐形第二管路，以及至少一條輔助管路，第一管路與第二管路通過電池裝置中的至少一條流體通道流體連通，並且第二管路包括在其中成形的多個孔以有助於第二管路和至少一條輔助管路之間的流體連通，其中第一管路的截面面積從其第一端向其第二端逐漸減小，而第二管路的截面面積從其第一端向其第二端逐漸增大，並且其中電池單元與至少一條流體通道傳熱導通以有助於將熱量從電池單元傳輸至位於冷卻系統中的流體。方案1 一種用於電池系統的電池組，包括
包括多個電池單元的電池裝置，多個電池單元具有在其間成形的用於在其中接納流體的至少一條流體通道；以及
連接至電池裝置的冷卻系統，冷卻系統包括用於在其中接納流體的錐形第一管路，用於在其中接納流體的第二管路，以及連接至第二管路用於在其中接納流體的至少一條輔助管路，第二管路與第一管路通過電池裝置中的至少一條流體通道流體連通，並且輔助管路與第二管路流體連通，其中流體從電池裝置中吸收熱量。方案2 如方案1所述的電池組，其中第二管路的截面面積從其第一端到其第二端都基本相等。方案3 如方案1所述的電池組，其中第二管路為錐形。方案4 如方案3所述的電池組，其中第二管路相對於第一管路為逆向錐形。方案5 如方案3所述的電池組，其中第二管路的錐度小於第一管路的錐度。方案6 如方案1所述的電池組，其中第二管路包括在其中成形的多個孔以有助於第二管路和至少一條輔助管路之間的流體連通。方案7 如方案1所述的電池組，其中至少一條輔助管路的截面面積從其第一端到
其第二端都基本相等。方案8 如方案1所述的電池組，其中至少一條輔助管路為錐形。方案9 如方案8所述的電池組，其中至少一條輔助管路的錐度小於第一管路的錐度。方案10 —種用於電池系統的電池組，包括
包括多個電池單元的電池裝置，多個電池單元具有在其間成形的用於在其中接納流體的至少一條流體通道；以及
連接至電池裝置的冷卻系統，冷卻系統包括用於在其中接納流體的錐形第一管路，用於在其中接納流體的錐形第二管路，以及連接至第二管路用於在其中接納流體的至少一條輔助管路，第二管路與第一管路通過電池裝置中的至少一條流體通道流體連通，並且輔助管路與第二管路流體連通，其中電池單元與至少一條流體通道傳熱導通以有助於將熱量從電池單元傳輸至位於冷卻系統中的流體。方案11 如方案10所述的電池組，其中第二管路相對於第一管路為逆向錐形。方案12 如方案10所述的電池組，其中第二管路的錐度小於第一管路的錐度。方案13 如方案10所述的電池組，其中第二管路包括在其中成形的多個孔以有助於第二管路和至少一條輔助管路之間的流體連通。方案14 如方案10所述的電池組，其中至少一條輔助管路的截面面積從其第一端到其第二端都基本相等。方案15 如方案10所述的電池組，其中至少一條輔助管路為錐形。方案16 如方案15所述的電池組，其中至少一條輔助管路的錐度小於第一管路的錐度。方案17 —種用於電池系統的電池組，包括
包括多個電池單元的電池裝置，多個電池單元具有在其間成形的用於在其中接納流體的至少一條流體通道；以及
連接至電池裝置的冷卻系統，冷卻系統包括用於在其中接納流體的具有開口的第一端和封閉的第二端的錐形第一管路，用於在其中接納流體的具有封閉的第一端和開口的第二端的錐形第二管路，以及至少一條輔助管路，第一管路與第二管路通過電池裝置中的至少一條流體通道流體連通，並且第二管路包括在其中成形的多個孔以有助於第二管路和至少一條輔助管路之間的流體連通，其中第一管路的截面面積從其第一端向其第二端逐漸減小，而第二管路的截面面積從其第一端向其第二端逐漸增大，並且其中電池單元與至少一條流體通道傳熱導通以有助於將熱量從電池單元傳輸至位於冷卻系統中的流體。方案18 如方案17所述的電池組，其中第二管路相對於第一管路為逆向錐形。方案19如方案17所述的電池組，其中第二管路的錐度小於第一管路的錐度。方案20 如方案17所述的電池組，進一步包括位於電池裝置附近的至少一個控制模塊。
對於本領域技術人員而言，根據以下的詳細說明，特別是在結合本文中介紹的附圖一起考慮時，本公開上述以及其他的優點就將變得顯而易見。圖1是根據本發明實施例的電池組的截面側部正視圖；以及圖2是圖1中示出的電池組的示意性正面透視圖。
具體實施例方式以下的詳細說明和附圖介紹並圖示了本發明的不同實施例。說明書和附圖用於使本領域技術人員能夠實現並利用本發明，而並不是為了以任何方式限制本發明的保護範圍。關於所公開的方法，給出的步驟在本質上是示範性的，並且因此並不是必須或關鍵因
ο圖1-2示出了根據本發明的實施例的用於電池系統的電池組10。電池組10例如可以被用於任意適合的應用場合譬如電動車輛中。電池組10包括電池裝置11和冷卻系統 12。電池裝置11包括多個間隔開的電池盒14和多個電池單元16。如圖所示，其中一個電池單元16位於一對協作的電池盒14之間。如果需要，電池裝置11中可以使用與圖示相比更多或更少的電池單元16。如圖所示，電池單元16例如是袋狀/方形電池譬如方形鋰離子(Li-ion)電池和鎳金屬氫化物(NiMH)電池。應該理解應用不同結構和電化學的其他電池單元16也都可以根據需要使用。每一個電池單元16都包括第一電池(未示出)和第二電池(未示出)。電池包括至少一個平坦的外表面。如果需要，可以將墊片(未示出) 設置在電池之間。墊片在電池組10運行期間避免電池單元不合需要的移動。在一個非限制性的示例中，墊片由隨著電池裝置11的收縮而變形的絕緣泡沫構成。但是，應該理解墊片也可以根據需要由任意合適的材料構成。在圖示的實施例中，冷卻系統12包括一對管路20，22。應該理解管路20，22例如可以根據需要通過任意合適的手段譬如通過焊接過程、釺焊過程、粘合劑、緊固件等被固定至電池裝置11。進一步應該理解管路20，22可以根據需要與電池裝置11整體成形在一起。 管路20，22例如可以根據需要由任意合適的材料譬如塑料材料和金屬材料構成。在一個非限制性的示例中，管路20，22由塑料材料構成以使電池組10的質量最小。在另一個非限制性的示例中，管路20，22由金屬材料構成以為電池組10提供支撐。如圖所示，支撐元件23 被設置在管路22內，靠近電池裝置11並且平行於電池組10的縱向軸線A以為電池組10 提供進一步的支撐。圖示的管路20由一對側壁M和上壁25界定。管路20包括開口的第一端沈和封閉的第二端觀。儘管管路20的寬度與電池裝置11的寬度相對應，但是應該理解管路20 可以根據需要具有任意寬度。在一個非限制性的示例中，管路20的寬度大約為200mm。如圖所示，管路20為錐形，具有從第一端沈到第二端觀逐漸減小的高度和截面面積。因此， 管路20在第一端沈處的高度和截面面積要大於管路20在第二端觀處的高度和截面面積。 在一個非限制性的示例中，管路20在第一端沈處的高度大約為25mm，並逐漸錐形化至第二端觀處的大約4mm。應該理解管路20根據需要可以是錐形，具有從第一端沈到第二端觀逐漸減小的寬度。管路20的第一端沈包括入口 30。入口 30例如與流體源(未示出)譬如大氣、冷卻空氣或風扇/鼓風機流體連通。應該理解流體根據需要例如可以是任何流體譬如環境空氣或冷卻劑。管路20通過在電池裝置11中相鄰的電池盒14之間成形的至少一條流體通道32與管路22流體連通。圖示的管路22由一對側壁34和下壁35界定。側壁34從電池裝置11的外緣到下壁35向內傾斜。管路22包括封閉的第一端36和開口的第二端38。儘管管路22的寬度與電池裝置11的寬度相對應，但是應該理解管路22可以根據需要具有任意寬度。在一個非限制性的示例中，管路22的寬度大約為200mm。如圖所示，管路22為錐形，具有從第一端 36到第二端38逐漸增大的高度和截面面積。因此，管路22在第一端36處的高度和截面面積要小於管路22在第二端38處的高度和截面面積。在一個非限制性的示例中，管路22 在第一端36處的高度大約為16mm，並逐漸錐形化至第二端38處的大約27mm。在另一個非限制性的示例中，管路22的錐度明顯小於管路20的錐度。在另一個非限制性的示例中，管路22的錐度與管路20的錐度相對應，其中管路20的上壁25基本上平行於管路22的下壁 35。應該理解如果需要，管路22可以基本是扁平的，其中第一端36的高度和截面面積與第二端38的高度和截面面積基本相等。進一步應該理解如果需要，管路20可以是錐形，具有從第一端26到第二端觀逐漸減小的寬度。第二端38包括出口 40。如果需要，出口 40例如與排出管路82、用於流體處理的外部儲存室或大氣流體連通。如圖所示，第二管路22相對於第一管路20是逆向錐形，以最小化電池組10的總體尺寸。因此，車輛內由電池組10 佔據的空間也被最小化。
冷卻系統12進一步包括輔助管路50，52。如圖所示，輔助管路50，52被設置在管路22的相對兩側上，靠近其側壁34。多個孔M被成形在管路22的每一個側壁34內靠近第一端36以有助於流體從管路22流動至每一個輔助管路50，52。應該理解側壁34根據需要可以具有任意數量的成形在其中的孔54。在一個非限制性的示例中，每一個側壁34都具有大約635mm的長度，並且包括成形在其中的與管路22的第一端36相距約185mm的三個孔54。示出的每一個孔M都具有約50mm的長度、約IOmm的高度以及約500mm2的面積。但是，應該理解孔M根據需要可以具有任意的形狀和尺寸。輔助管路50，52根據需要例如可以由任意合適的材料譬如塑料材料和金屬材料構成。在一個非限制性的示例中，管路50，52 由塑料材料構成以使電池組10的質量最小。在另一個非限制性的示例中，管路50，52由金屬材料構成以為電池組10提供支撐。應該理解輔助管路50，52根據需要例如可以是與管路22流體連通的任意管路，譬如是連接至孔M並與其流體連通的撓性軟管或導管。在圖示的實施例中，輔助管路50由外壁55、管路22中的一個側壁34、下壁56和上壁57界定。輔助管路52由外壁58、管路22中的一個側壁34、下壁60和上壁61界定。 每一個輔助管路50，52都包括封閉的第一端62和開口的第二端64。儘管每一根輔助管路 50，52的寬度都是管路22寬度的大約百分之二十五(25%)，但是應該理解輔助管路50，52 根據需要可以具有任意寬度。在一個非限制性的示例中，每一根輔助管路50，52的寬度均為約50mm。如圖所示，輔助管路50，52是錐形，具有從第一端62到第二端64逐漸增大的高度和截面面積。因此，輔助管路50，52在第一端62處的高度和截面面積要小於輔助管路 50，52在第二端64處的高度和截面面積。在一個非限制性的示例中，輔助管路50，52在第一端62處的高度大約為16mm，並逐漸錐形化至第二端64處的大約27mm。在另一個非限制性的示例中，輔助管路50，52的錐度明顯小於管路20的錐度。在另一個非限制性的示例中， 輔助管路50，52的錐度與管路20的錐度相對應，其中管路20的上壁25基本上平行於輔助管路50，52相應的下壁56，60。應該理解輔助管路50，52可以基本是扁平的，其中第一端 62的高度和截面面積可以與第二端64的高度和截面面積基本相等，並且上壁61基本上平行於下壁60。進一步應該理解如果需要，輔助管路50，52可以是錐形，具有從第一端62到第二端64逐漸減小的寬度。輔助管路50，52的第二端64包括相應的出口 70，72。如果需要，出口 70，72例如與排出管路82、風扇/鼓風機、用於流體處理的外部儲存室或大氣流體連通。如圖1中所示，排出管路82可以被設置在管路22，50，52的開口端38，64附近並與其流體連通。應該理解如果需要，排出管路82例如可以與風扇/鼓風機、用於流體處理的外部儲存室或大氣流體連通。電池組10可以進一步包括用於控制電池裝置11運行的至少一個控制模塊80。應該理解控制模塊80根據需要例如可以包括任意元件或組件，譬如電池電流傳感器、電池平衡器等。如圖2所示，控制模塊80被靠近輔助管路50，52設置在電池裝置11的每一側上。 控制模塊80被設置在電池組10的整個尺寸以內以使電池組10在車內佔據的空間最小。應該理解電池組10根據需要例如可以進一步包括附加組件，譬如終端架、末端組件、壓縮杆、 擋圈和組裝蓋等。在使用電池組10時，從流體源將流體供至錐形第一管路20的入口 30。流體如箭頭C所示循環通過管路20，並被驅使流入成形在電池盒14之間的流體通道32內。流體如箭頭D所示流過流體通道32以有助於將熱量從電池單元16平坦的外表面傳輸至流體。隨後驅使被加熱流體流入第二管路22內。管路20，22使電池之間的溫度變化以及電池組10 的壓降最小。具體地，管路20，22中相應的封閉端28，36的高度和截面面積的減小使流體通道32內靠近管路20開口端的壓力和流體通道32內靠近管路22開口端的壓力之間的差異最小。因此，流體通道32靠近管路20開口端的流速和表面對流係數與流體通道32靠近管路22開口端的流速和表面對流係數之間的差異也被最小化。隨後，如箭頭E所示，一部分被加熱流體隨即通過出口 40並通過排出管路82從錐形管路22排出。在圖示的實施例中，驅使至少一部分被加熱流體從管路22流過在管路22 的側壁34內成形的孔M並流入輔助管路50，52內。輔助管路50，52內被加熱的流體部分隨後通過出口 70，72並通過排出管路82從輔助管路50，52排出。輔助管路50，52將電池之間的溫度變化以及電池組10的壓降進一步最小化。具體地，輔助管路50，52有助於提高被加熱流體通過管路20開口端附近的流體通道32的流速。因此，管路20開口端附近的流體通道32的流速和表面對流係數就與管路22開口端附近的流體通道32的流速和表面對流係數基本相等而無需增加電池組10的高度。在一個非限制性的示例中，電池之間的溫度變化可以被最小化為大約1. 4°C，而電池組10的壓降可以被最小化為與具有和電池組10相同的總體尺寸以及基本扁平的冷卻管路的電池組的壓降相比下降42%。儘管已經為了介紹本發明而示出了一些代表性的實施例和細節內容，但對於本領域技術人員顯而易見的是可以進行各種改變而並不背離在下附權利要求中進一步說明的本公開的保護範圍。
權利要求
1.一種用於電池系統的電池組，包括包括多個電池單元的電池裝置，多個電池單元具有在其間成形的用於在其中接納流體的至少一條流體通道；以及連接至電池裝置的冷卻系統，冷卻系統包括用於在其中接納流體的錐形第一管路，用於在其中接納流體的第二管路，以及連接至第二管路用於在其中接納流體的至少一條輔助管路，第二管路與第一管路通過電池裝置中的至少一條流體通道流體連通，並且輔助管路與第二管路流體連通，其中流體從電池裝置中吸收熱量。
2.如權利要求1所述的電池組，其中第二管路的截面面積從其第一端到其第二端都基本相等。
3.如權利要求1所述的電池組，其中第二管路為錐形。
4.如權利要求3所述的電池組，其中第二管路相對於第一管路為逆向錐形。
5.如權利要求3所述的電池組，其中第二管路的錐度小於第一管路的錐度。
6.如權利要求1所述的電池組，其中第二管路包括在其中成形的多個孔以有助於第二管路和至少一條輔助管路之間的流體連通。
7.如權利要求1所述的電池組，其中至少一條輔助管路的截面面積從其第一端到其第二端都基本相等。
8.如權利要求1所述的電池組，其中至少一條輔助管路為錐形。
9.一種用於電池系統的電池組，包括包括多個電池單元的電池裝置，多個電池單元具有在其間成形的用於在其中接納流體的至少一條流體通道；以及連接至電池裝置的冷卻系統，冷卻系統包括用於在其中接納流體的錐形第一管路，用於在其中接納流體的錐形第二管路，以及連接至第二管路用於在其中接納流體的至少一條輔助管路，第二管路與第一管路通過電池裝置中的至少一條流體通道流體連通，並且輔助管路與第二管路流體連通，其中電池單元與至少一條流體通道傳熱導通以有助於將熱量從電池單元傳輸至位於冷卻系統中的流體。
10.一種用於電池系統的電池組，包括包括多個電池單元的電池裝置，多個電池單元具有在其間成形的用於在其中接納流體的至少一條流體通道；以及連接至電池裝置的冷卻系統，冷卻系統包括用於在其中接納流體的具有開口的第一端和封閉的第二端的錐形第一管路，用於在其中接納流體的具有封閉的第一端和開口的第二端的錐形第二管路，以及至少一條輔助管路，第一管路與第二管路通過電池裝置中的至少一條流體通道流體連通，並且第二管路包括在其中成形的多個孔以有助於第二管路和至少一條輔助管路之間的流體連通，其中第一管路的截面面積從其第一端向其第二端逐漸減小，而第二管路的截面面積從其第一端向其第二端逐漸增大，並且其中電池單元與至少一條流體通道傳熱導通以有助於將熱量從電池單元傳輸至位於冷卻系統中的流體。
全文摘要
一種用於電池組的冷卻系統，包括用於在其中接納流體的錐形第一管路，用於在其中接納流體的第二管路，以及用於在其中接納流體的至少一條輔助管路，第一管路與第二管路通過成形在多個電池單元之間的至少一條流體通道流體連通，其中電池單元與至少一條流體通道傳熱導通以將熱量從電池單元傳輸至位於冷卻系統中的流體。
文檔編號H01M10/50GK102214848SQ20111008189
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月1日 優先權日2010年4月1日
發明者孫 H. 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司