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CN105247729A - 具有冷却剂流动通道的电池模块组件 - Google Patents

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CN105247729A CN201480031483.XA CN201480031483A CN105247729A CN 105247729 A CN105247729 A CN 105247729A CN 201480031483 A CN201480031483 A CN 201480031483A CN 105247729 A CN105247729 A CN 105247729A
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Abstract

本发明提供了一种电池模块组件，该电池模块组件包括单元模块，其中单元单体被安装在盒框架中同时通过汇流条彼此电连接，电池模块组件包括：两个或者更多个子模块，其包括两个或者更多个单元模块，该两个或者更多个单元模块在竖直方向上从地面层压以在层压界面上形成制冷剂流体通道并且在彼此间隔开的同时沿横向方向布置以提供制冷剂流体通道；和模块壳体，该模块壳体用于在其中接纳和固定子模块并且具有冷却剂入口和冷却剂出口，通过冷却剂入口引入冷却剂，通过冷却剂出口将冷却剂排出到外部，其中制冷剂流体通道的竖垂直截面积朝着冷却剂出口变小。

Description

具有冷却剂流动通道的电池模块组件
技术领域
本发明涉及一种具有冷却剂流动通道的电池模块组件，并且更加特别地，涉及一种包括单元模块的电池模块组件，单元模块中的每一个包括单元单体，在经由汇流条被彼此电连接的状态下该单元单体被安装到盒框架中，电池模块组件包括两个或者更多个子模块，子模块中的每一个包括从地面竖直地堆叠的两个或者更多个单元模块以在其间的界面处形成冷却剂流动通道，所述单元模块在彼此间隔开的状态下沿横向方向布置以提供冷却剂流动通道；和模块壳体，在其中接纳和固定子模块，模块壳体具有冷却剂入口和冷却剂出口，通过冷却剂入口将冷却剂引入到模块壳体中，通过冷却剂出口将冷却剂排出模块壳体之外，其中冷却剂流动通道被构造成具有其中冷却剂流动通道的竖直截面积朝着冷却剂出口减小的结构。
背景技术
二次电池作为用于电动车辆、混合电动车辆等的能源已经引起相当多的关注，其已经被开发以解决诸如通过使用矿物燃料的现有的汽油和柴油车辆引起的空气污染的问题。
另外，已经开发了与存储电力并且当需要时将被存储的电力稳定供应到动力系统的电力存储装置有关的技术。电力存储装置是当电力需求低时存储电力并且在过载或者紧急情况下供应被存储的电力的装置。电力存储装置提供提高电力质量和能量效率的效果。特别地，随着电力存储装置与智能电网技术相关联，家庭电力存储装置和中型工业或者商业电力存储装置的市场正在快速扩张。
结果，由于二次电池的优点使用二次电池的应用的种类增加，并且今后二次电池被期待应用于与现在相比更多的应用和产品。
随着二次电池可应用的应用和产品增加，电池的种类也增加使得电池能够提供与各种应用和产品相对应的功率和容量。另外，存在对于减少被应用于相对应的应用和产品的电池的尺寸和重量的强烈需求。
例如，小型移动设备诸如移动电话、个人数字助理(PDA)、数字相机和膝上型计算机，根据相对应的产品的尺寸和重量的减少为各个设备使用一个或者数个小型、轻质的电池单体。另一方面，中大型设备诸如电动车辆、混合电动车辆和电力存储装置，使用具有被彼此电连接的多个电池单体的中大型电池模块或者电池组，因为对于中大型设备来说高输出和大容量是必需的。电池模块的尺寸和重量与相对应的中大型设备的容纳空间和功率直接有关。为此，制造商试图制造小型、轻质的电池模块。
同时，在二次电池的充电和放电期间从这样的高输出、大容量的二次电池产生更大量的热。如果从单元单体没有有效地去除在单元单体的充电和放电期间从电池的单元单体产生的热，会导致在单元单体中的热积累，造成单元单体的劣化。另外，如果由于各种原因使一些单元单体过热，则电池可能着火或者爆炸。为此，冷却系统对于具有高输出和大容量的中大型电池组来说是不可缺少的。
通常通过冷却剂的流动冷却中大型电池组。例如，冷却剂流动冷却系统通过使用冷却风扇使冷却剂诸如空气在电池组的单元电池或者电池模块之间的流动而执行冷却。然而，此冷却剂流动冷却系统具有若干问题。
第一，在单元电池之间的温度偏差非常大。电池组包括多个单元电池。在单元电池中的每一个处于最佳操作状态的状态下，电池组也可以处于最佳操作状态下。因此，在单元电池之间的这样的大的温度偏差可能加速电池的劣化并且使得难以优化电池组的操作状态。
其次，传统的冷却系统导致电池组的尺寸增加。例如，大型电池组不可以应用于电动车辆(EV)或者混合电动车辆(HEV)，因为能够被安装在电动车辆或者混合电动车辆中的电池组的尺寸是有限的。
图1是示出传统的代表性的电池组冷却系统的典型视图。
电池组冷却系统10包括电池组11，该电池组11包括多个电池；冷却剂引入部12，该冷却剂引入部12被安装在电池组11的下部处；和冷却剂排出部13，该冷却剂排出部13被安装在电池组11的上部处。电池组11包括被彼此电连接的多个电池群14。电池群14中的每一个包括彼此电连接的多个单元电池15。冷却剂通过其流动的小间隙被形成在电池群14中的每一个的单元电池15之间。因此，从冷却剂引入部12引入的冷却剂通过间隙流动。这时，冷却剂去除通过单元电池15产生的热。然后，通过被安装在电池组11的上部处的冷却剂排出部13排出冷却剂。
在上面的结构中，冷却剂引入部12和冷却剂排出部13分别被设置在电池组11的下部和上部处。结果，有必要在电池组11的下部和上部处提供其中将安装冷却剂导向构件的空间，这进一步增加电池组的整个尺寸。
同时，车辆诸如电动车辆(EV)或者混合电动车辆(HEV)或者电力存储装置可能在各种条件下操作。尽管各个单元电池的最佳操作条件由于各种原因可以变化，但是通常在特定的温度范围内决定组成电池组的各个单元电池的最佳操作条件。另一方面，因为各个单元电池在冬天在低温状态下操作，所以有必要调节电池组使得电池组在最佳的操作温度范围内操作。在这样的情况下，冷却系统可能被停止，或者被引入到系统中的冷却剂(例如空气)的温度可能增加，使得电池组没有被冷却而电池组的温度被增加。然而，如果单元电池是处于非常低的温度状态下，电池的组件可能被损坏。另外，由于电池组的温度的急剧增加电池组的劣化可能被加速。
因此，对于能够根本地解决上述问题的技术存在高度需求。
发明内容
技术问题
因此，已经作出本发明以解决上述问题和还没有解决的其它技术问题。
作为要解决如上所述的问题的各种广泛和深入的研究和实验的结果，本申请的发明人已经开发电池模块组件，该电池模块组件被构造成具有下述结构，其中电池模块组件包括子模块，在被彼此间隔开的状态下该子模块被布置在横向方向上以提供具有特定结构的冷却剂流动通道；和模块壳体，该模块壳体具有冷却剂入口和冷却剂出口，并且冷却剂流动通道的竖直截面积朝着冷却剂出口减小，从而抑制电池模块组件的体积的增加，并且，同时实现电池模块组件的提高的冷却效果和均匀的冷却效果。
因此，本发明的目的是为了提供一种电池模块组件，该电池模块组件被构造成具有下述结构，其中电池模块组件能够被组装以具有紧凑的结构，并且不需要用于提高电池模块的冷却效率的附加的部件，从而在提供紧凑的结构并且提高冷却效率的同时提高了生产过程的效率。
技术解决方案
根据本发明的一个方面，通过提供如下电池模块组件能够完成以上和其它目的，该电池模块组件包括单元模块，单元模块中的每一个包括单元单体，在经由汇流条被彼此电连接的状态下该单元单体被安装到盒框架，电池模块组件包括两个或者更多个子模块，子模块中的每一个包括从地面竖直地堆叠的两个或者更多个单元模块以在其之间的界面处形成冷却剂流动通道，在被彼此间隔开的状态下单元模块被布置在横向方向上以提供冷却剂流动通道；和模块壳体，在其中接纳和固定子模块，模块壳体具有冷却剂入口和冷却剂出口，通过冷却剂入口将冷却剂引入到模块壳；，通过冷却剂出口将冷却剂排出到模块壳体之外，其中冷却剂流动通道被构造成具有其中冷却剂流动通道的竖直截面积朝着冷却剂出口减小的结构。
在根据本发明的电池模块组件中，提供了具有如上所述的特定结构的冷却剂流动通道。因此，能够抑制电池模块组件的体积的增加，并且，同时实现电池模块组件的提高的冷却作用和均匀的冷却作用。
另外，电池模块组件可以被组装成具有紧凑的结构，并且不需要用于提高电池模块的冷却效率的附加的部件，从而在提供紧凑的结构的同时提高生产过程的效率。
另外，冷却剂流动通道被构造成具有其中冷却剂流动通道的竖直截面积从冷却剂入口到冷却剂出口减小的结构。因此，子模块可以被容易地接纳和稳定地安装在模块壳体中。
在具体示例中，单元单体中的每一个可以是板状电池单体或者如下电池单体组件，该电池单体组件包括在电池单体的电极端子被暴露的状态下被安装在单体盖罩中的两个或者更多个板状电池单体。
电池单体中的每一个可以是棱柱状二次电池或者袋状二次电池。
棱柱状二次电池可以被构造成具有其中以密封状态将电极组件安装在棱柱状金属壳体中的结构，并且袋状二次电池可以被构造成具有其中以密封状态将将电极组件安装在包括树脂层和金属层的层压片中的结构。
具体地，二次电池可以是锂二次电池，该锂二次电池呈现高能量密度、放电电压和输出稳定性。在下文中将会详细地描述锂二次电池的其它部件。
通常，锂二次电池包括正电极、负电极、分隔物和包含锂盐的非水电解质溶液。
例如，可以通过将正电极活性材料、导电剂和粘合剂的混合物涂覆到正电极电流集电极并且干燥混合物来制造正电极。根据需要可以进一步将填充剂添加到混合物。另一方面，可以通过将负电极活性材料和粘合剂的混合物涂覆到负电极电流集电极并且干燥混合物来制造负电极。根据需要可以进一步包括上述成分。
分隔物被布置在负电极和正电极之间。分隔物可以是由呈现高离子渗透性和机械强度的绝缘薄膜制成。
包含锂盐的非水电解质溶液由非水电解质溶液和锂盐组成。液体非水电解质溶液、固体电解质或者无机固体电解质可以被用作非水电解质溶液。
电流集电极、电极活性材料、导电剂、粘合剂、分隔物、电解质溶液和锂盐在本发明属于的领域中是公知的，并且因此将会省略其详细描述。
可以使用在本发明属于的领域中公知的普通方法制造锂二次电池。即，可以通过将多孔分隔物布置在正电极和负电极之间并且然后向其中注入电解质溶液来制造锂二次电池。
例如，可以通过将包含锂过渡金属氧化物活性材料、导电剂和粘合剂的浆料涂覆到电流集电极并且然后干燥被涂覆的浆料来制造正电极。以相同的方式，例如，可以通过将包含碳活性材料、导电剂和粘合剂的浆料涂覆到薄电流集电极并且然后干燥被涂覆的浆料来制造负电极。
对于是单元单体中的每一个的示例的电池单体组件，单体盖罩可以包括一对包覆构件(sheathingmembers)，所述一对包覆构件被彼此联接，用于覆盖除电极端子外的电池单体的外表面。例如，两个电池单体可以被安装在单体盖罩中。两个电池单体可以被堆叠使得在具有相同极性的电极端子彼此邻接的状态下的状态下将电池单体彼此并联地连接以组成电池单体组件。
在具体示例中，单元模块中的每一个的单元单体可以被彼此并联地连接。
具体地，单元单体可以被安装到盒框架使得电极端子彼此面对，并且可以经由用于将电池单体安装到盒框架的汇流条使电极端子彼此并联地连接。
作为呈现预先确定的刚度的电绝缘构件的盒框架，保护单元单体免受外部冲击并且确保单元单体的稳定的安装。另外，单元单体被布置使得由于盒框架，单元单体的电极端子彼此面对，从而更加容易地实现经由汇流条的在单元单体之间的并联电连接。
在更加具体的示例中，在电极端子彼此面对的状态下两个单元单体可以被安装到各个盒框架，并且盒框架可以包括第一安装部，被布置成与冷却剂出口相邻的第一单元单体被安装到第一安装部；第二安装部，被布置为远离冷却剂出口的第二单元单体被安装到第二安装部；和连接部，该连接部位于第一安装部和第二安装部之间，汇流条被安装到连接部。
另外，位于不同的子模块上的盒框架可以被布置使得在第一安装部之间的距离小于在第二安装部之间的距离。在具体示例中，在第一安装部之间的距离可以是在第二安装部之间的20％至500％。
具有上述结构的子模块形成冷却剂流动通道，该冷却剂流动通道被构造成具有其中冷却剂流动通道的竖直截面积朝着冷却剂出口减小的结构。具体地，具有上述结构的冷却剂流动通道在电池模块组件的前部处是宽的，并且在与冷却剂出口相邻的电池模块组件的后部处是窄的。因此，能够减少在被安装到与冷却剂出口相邻的第一安装部的第一单元单体和被安装到远离冷却剂出口的第二安装部的第二单元单体之间的温度偏差。结果，能够减少在组成电池模块组件的所有电池单体当中的温度偏差，从而实现提高的冷却效果和均匀的冷却效果。
在另一具体示例中，各个盒框架可以在其相反两侧设置有突起，其每一个均具有紧固孔，并且使用穿过紧固孔插入的紧固构件将盒框架彼此联接以组成子模块。因此，单元单体可以通过盒框架固定，并且，同时可以通过穿过紧固孔的联接将盒框架彼此紧固。因此，能够实现更加稳固和稳定的固定效果。例如，可以通过穿过紧固孔的插入螺栓将盒框架彼此紧固。然而，本发明不限于此。
在具体示例中，与电极端子的相对应的一个联接的、用于单元单体的连接的汇流条中的每一个的表面的一端，可以向上或者向下弯曲，并且弯曲端可以被连接到连接构件使得相邻的单元模块被彼此电连接。
另外，子模块中的每一个的单元模块可以彼此串联或者并联地连接。例如，在连接构件被安装在同一位置上的同时可以将单元模块不同地堆叠以提供并联连接结构。
在具体示例中，模块壳体可以在其与冷却剂出口垂直的部分处设置有相对于冷却剂流动通道布置的两个或者更多个冷却剂入口，并且冷却剂入口可以被形成在模块壳体相对于冷却剂流动通道对称的相反部分处。
因此，通过形成在电池模块组件的侧面处的冷却剂入口被引入冷却剂以从电池单体去除热，冷却剂被引入到在子模块之间的冷却剂流动通道，并且然后通过形成在电池模块组件的后部处的冷却剂出口排出冷却剂。即，当在上方观察时冷却剂总体上以T的形状流动。
根据情形，可以在冷却剂出口处安装风扇或者排出管以便于进一步提高冷却效果。
根据本发明的另一方面，提供一种包括作为电源的、具有上述构造的电池模块组件的设备。具体地，设备可以是电动车辆、混合电动车辆、插入式混合电动车辆、电力存储装置、应急电源、用于计算机机房的电源、便携式电源、用于医疗设施的电源、用于灭火设施的电源、用于报警设施的电源、或者用于避难设施的电源。然而，本发明不限于此。
在本发明所属领域中设备的结构和制造方法的公知的并且因此将会省略其详细描述。
附图说明
从结合附图所作的下述详细描述将更加清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优点，其中：
图1是示出传统的电池组冷却系统的部分透视的典型视图；
图2是示出根据本发明的袋状电池单体的透视图；
图3是示出被构造成具有其中在图2中示出其中的一个的电池单体被安装在单体盖罩中的结构的单元单体的透视图；
图4是示出根据本发明的电池模块组件的平面图；
图5是示出根据本发明的电池模块组件的透视图；并且
图6是示出根据本发明的另一实施例的电池模块组件的平面图。
具体实施方式
现在，将会参照附图详细地描述本发明的示例性实施例。然而，应注意的是，通过被图示的实施例不限制本发明的范围。
图2是示出根据本发明的袋状电池单体的透视图。
参照图2，电池单体20是板状电池单体20，该板状电池单体20具有被形成在其一端处的电极端子(正电极端子21和负电极端子22)。具体地，板状电池单体20被构造成具有下述结构，其中，电极组件(未示出)被安装在由包括金属层(未示出)和树脂层(未示出)的层压片制成的袋状壳体23中，并且例如通过热结合在袋状壳体23处形成密封部24。板状电池单体也可以被称为“袋状电池单体”。
图3是示出单元单体(电池单体组件)的透视图，该单元单体被构造成具有其中在图2中示出其中的一个的电池单体被安装在单体盖罩中的结构。
参照图3和图2，两个电池单体20被接纳和固定在包括上单体盖罩111和下单体盖罩112的单体盖罩111和112中。电池单体20的电极端子21和22从单体盖罩的一侧暴露使得电池单体20的电极端子21和22被彼此并联地电连接以构成单元单体的两个电极端子110a和110b。
图4和图5分别是示出根据本发明的电池模块组件的平面图和透视图。另外，图6是示出根据本发明的另一实施例的电池模块组件的平面图。
参照这些附图，两个单元单体110被安装到盒框架120a和120b以组成单元模块，并且多个单元模块被竖直地堆叠以组成子模块200。单元单体110被布置成使得单元单体110的正电极端子110a和负电极端子110b彼此面对。另外，电极端子110a和110b经由包括在连接部210中的汇流条(未示出)彼此并联地电连接。
另外，盒框架120a和120b中的每一个包括第一安装部120b，在其中安装第一单元单体(未示出)；第二安装部120a，在其中安装第二单元单体(未示出)；和连接部210，该连接部210位于第一安装部120b和第二安装部120a之间，在其处安装汇流条(未示出)。
同时，在第一安装部之间的距离W2是在第二安装部之间的距离W1的20％至500％。因此，通过子模块200形成的冷却剂流动通道(参见水平箭头)被构造成具有其中冷却剂流动通道的竖直截面积从冷却剂出口520的相反的端部一侧A到冷却剂出口520一侧B减小的结构。
冷却剂入口(未示出)被形成在模块壳体的侧面300中使得从子模块的侧面(参见竖直箭头)引入冷却剂。模块壳体300、410以及420包括上盖板410和下基板420使得防止被引入到模块壳体300、410以及420的冷却剂在除了冷却剂出口520之外的方向中被排出。
因此，通过被形成在电池模块组件600的侧面300处的冷却剂入口引入冷却剂以从被安装在子模块200中的电池单体(未示出)去除热，冷却剂被引入到在子模块200之间的冷却剂流动通道(参见水平箭头)中，并且然后通过被形成在电池模块组件600的后部B处的冷却剂出口520被排出。即，当在上方观察时冷却剂大体以T的形状流动。
根据情形，如在图6中所示，风扇530或者排出管(未示出)可以被进一步安装在被形成在电池模块组件600的后部B处的冷却剂出口520处以便于进一步提高冷却效果。
尽管为了说明目的已经公开了本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员应理解，在不脱离如所附权利要求中公开的发明范围和精神的情况下，可以进行各种变型、添加和替代。
工业实用性
从上面的描述中显然的是，根据本发明的电池模块组件被构造成具有下述结构：其中电池模块组件包括子模块，该子模块在彼此间隔开的状态下沿横向方向布置，以提供具有特定结构的冷却剂流动通道；和模块壳体，该模块壳体具有冷却剂入口和冷却剂出口，并且冷却剂流动通道的竖直截面积朝着冷却剂出口减小，从而抑制电池模块组件的体积的增加，并且同时实现电池模块组件的提高的冷却效果和均匀的冷却效果。另外，电池模块组件被组装成具有紧凑的结构，并且不需要用于提高电池模块的冷却效率的附加的部件，从而在提供紧凑的结构的同时提高了生产过程的效率。

Claims (18)

1.一种电池模块组件，所述电池模块组件包括单元模块，所述单元模块中的每一个包括在经由汇流条彼此电连接的状态下被安装到盒框架的单元单体，所述电池模块组件包括：
两个或者更多个子模块，所述子模块中的每一个包括两个或者更多个单元模块，所述单元模块从地面竖直地堆叠以在所述单元模块之间的界面处形成冷却剂流动通道，所述单元模块在彼此间隔开的状态下沿横向方向布置以提供所述冷却剂流动通道；和
模块壳体，在所述模块壳体中接纳和固定所述子模块，所述模块壳体具有冷却剂入口和冷却剂出口，通过所述冷却剂入口将冷却剂引入到所述模块壳体中，通过所述冷却剂出口将所述冷却剂排出到所述模块壳体之外，其中
所述冷却剂流动通道被构造成具有如下结构，即：所述冷却剂流动通道的竖直截面积朝着所述冷却剂出口减小。
2.根据权利要求1所述的电池模块组件，其中，所述单元单体中的每一个是板状电池单体或者电池单体组件，所述电池单体组件包括在电池单体的电极端子被暴露的状态下安装在单体盖罩中的两个或者更多个板状电池单体。
3.根据权利要求2所述的电池模块组件，其中，所述电池单体中的每一个是棱柱状二次电池或者袋状二次电池。
4.根据权利要求3所述的电池模块组件，其中，所述棱柱状二次电池被构造成具有如下结构，即：电极组件在密封状态下被安装在包括树脂层和金属层的层压片中。
5.根据权利要求2所述的电池模块组件，其中，所述单体盖罩包括彼此联接的一对包覆构件，以用于覆盖除了所述电极端子之外的所述电池单体的外表面。
6.根据权利要求1所述的电池模块组件，其中，每一个所述单元模块的所述单元单体彼此并联连接。
7.根据权利要求5所述的电池模块组件，其中，所述单元单体被安装到所述盒框架，使得所述电极端子彼此面对，并且所述电极端子经由安装到所述盒框架的汇流条彼此并联连接。
8.根据权利要求7所述的电池模块组件，其中，两个单元单体在所述电极端子彼此面对的状态下安装到每个盒框架，并且所述盒框架包括：第一安装部，布置成与所述冷却剂出口相邻的第一单元单体被安装到所述第一安装部；第二安装部，布置成远离所述冷却剂出口的第二单元单体被安装到所述第二安装部；和连接部，所述连接部位于所述第一安装部和所述第二安装部之间，所述汇流条被安装到所述连接部。
9.根据权利要求8所述的电池模块组件，其中，位于不同的子模块上的盒框架被布置成使得在所述第一安装部之间的距离小于在所述第二安装部之间的距离。
10.根据权利要求9所述的电池模块组件，其中，在所述第一安装部之间的距离是在所述第二安装部之间的20％至500％。
11.根据权利要求1所述的电池模块组件，其中，在每个盒框架的相反两侧设置有突起，所述突起中的每一个具有紧固孔，并且使用穿过所述紧固孔插入的紧固构件将所述盒框架彼此联接以构成所述子模块。
12.根据权利要求1所述的电池模块组件，其中，每一个所述子模块中的所述单元模块彼此串联连接。
13.根据权利要求1所述的电池模块组件，其中，联接所述电极端子中的对应一个的、所述汇流条中的每一个的表面的一端被向上或者向下弯曲，并且弯曲端被连接到串联连接构件使得相邻的单元模块彼此串联连接。
14.根据权利要求1所述的电池模块组件，其中，所述模块壳体在其与所述冷却剂出口垂直的部分处设置有相对于所述冷却剂流动通道布置的两个或者更多个冷却剂入口。
15.根据权利要求14所述的电池模块组件，其中，所述冷却剂入口被形成在所述模块壳体相对于所述冷却剂流动通道对称的相对部分处。
16.根据权利要求1所述的电池模块组件，其中，风扇或者排出管被安装在所述电池模块组件的所述冷却剂出口处。
17.一种设备，包括作为电源的根据权利要求1所述的电池模块组件。
18.根据权利要求17所述的电池模块组件，其中，所述设备是电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆、电力存储装置、应急电源、用于计算机机房的电源、便携式电源、用于医疗设施的电源、用于灭火设施的电源、用于报警设施的电源或者用于避难设施的电源。
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