專利名稱：具有改進(jìn)的冷卻劑流量分布均一性的中型或大型電池組盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有改進(jìn)的冷卻劑流量分布均 一性的中型或大型電池組盒，并且更具體而言，涉及其中安裝有具有多個(gè)堆疊的單元電池的電池模塊的中型或大型電池組盒，所述單元電池可以進(jìn)行充電和放電，其中所述電池組盒的上部和下部分別具有一個(gè)冷卻劑入口和一個(gè)冷卻劑出口，它們指向相反方向，所述電池組盒還具有一個(gè)冷卻劑引入部分和一個(gè)冷卻劑排出部分，并且面向電池堆頂部的冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)
被構(gòu)建成這樣一種結(jié)構(gòu)其中始于冷卻劑入口相對(duì)一端的斜面具有朝著冷卻劑入口方向增大的相對(duì)于電池堆頂部的傾角。
背景技術(shù)：
近來(lái)可進(jìn)行充電和放電的二次電池已被廣泛用作無(wú)線移動(dòng)設(shè)備的能源。此外，二次電池作為電動(dòng)車輛(EV)和混合型電動(dòng)車輛(HEV)的能源已引起廣泛關(guān)注，對(duì)其進(jìn)行研發(fā)的目的在于解決例如由目前使用化石燃料的汽油和柴油車輛引起的空氣污染問(wèn)題。
小型移動(dòng)設(shè)備每個(gè)設(shè)備只需使用一個(gè)或幾個(gè)電池單元。另一方面，中型或大型設(shè)備，例如車輛，需使用具有多個(gè)相互電連接的電池單元的中型或大型電池模塊，因?yàn)橹行突虼笮驮O(shè)備需要高功率和大容量。
如果可能，優(yōu)選制造具有小的尺寸和重量的中型或大型電池模塊。為此，可高整體性地堆疊并具有小的重量/容量比的棱柱形電池或袋形電池通常被用作中型或大型電池模塊的電池單元。尤其是，目前使用鋁層壓板作為包覆部件(sheathing member)的袋形電池引起了廣泛關(guān)注，因?yàn)樵摯坞姵氐闹亓枯p，生產(chǎn)成本低，并且袋形電池的形狀易于改變。
為了使中型或大型電池模塊提供預(yù)定設(shè)備或裝置所需的功率和容量，需將中型或大型電池模塊構(gòu)建成其中多個(gè)電池單元相互串聯(lián)電連接并且電池單元相對(duì)外力穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
此外，構(gòu)成中型或大型電池模塊的電池單元為可進(jìn)行充電和放電的二次電池。因而，高功率、大容量的二次電池在其充電和放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。如果單元電池在其充電和放電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量不能有效地移出，則在各單元電池中累積熱量，加速單元電池的變差。根據(jù)情形，單元電池可能會(huì)著火或爆炸。為此，在用于車輛的高功率、大容量的電池組中需要一個(gè)冷卻系統(tǒng)，來(lái)冷卻安裝在電池組中的電池單元。
另一方面，在包括多個(gè)電池單元的中型或大型電池組中， 一些電池單元性能變差會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電池組性能變差。造成性能不均一的主要因素之一是電池單元之間冷卻的不均一性。為此，需要提供一種結(jié)構(gòu)來(lái)確保冷卻劑流動(dòng)過(guò)程中冷卻的均一性。
一些常規(guī)的中型或大型電池組使用被構(gòu)建成這樣結(jié)構(gòu)的電池組盒其中一個(gè)冷卻劑入口和一個(gè)冷卻劑出口位于所述電池組盒的上部和下
部，使冷卻劑入口和冷卻劑出口指向相反方向，并且從冷卻劑入口延伸至電池模塊的流動(dòng)空間的頂部和底部相互平行。但是，在該結(jié)構(gòu)中，相對(duì)較大的冷卻劑流量被引入鄰近冷卻劑出口的電池單元之間的流動(dòng)通道中，而相對(duì)較小的冷卻劑流量被引入鄰近冷卻劑入口的電池單元之間的流動(dòng)通道中，使得難于實(shí)現(xiàn)電池單元的均一冷卻。
關(guān)于該問(wèn)題，韓國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)文本No. 2006-0037600、 No.2006-0037601和No. 2006-00376277>開(kāi)了 一種被構(gòu)建成以下結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組其中一個(gè)空氣引導(dǎo)平面向下傾斜至電池單元的對(duì)側(cè)，以使空氣引導(dǎo)平面隨著空氣引導(dǎo)平面和冷卻劑入口之間距離的增加而更接近所述電池單元。具體而言，所述空氣引導(dǎo)平面以15-45度角向所述電池單元的對(duì)側(cè)傾斜，從而抑制冷卻劑流量,皮過(guò)量引入鄰近冷卻劑出口的電池單元之間的流動(dòng)通道中的現(xiàn)象的發(fā)生。
但是，本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，即使在上述結(jié)構(gòu)中，電池單元之間的溫度偏差也很大，從而不可能實(shí)現(xiàn)所需水平的溫度均一性。
因此，非常需要一項(xiàng)技術(shù)來(lái)從根本上解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，進(jìn)行了本發(fā)明以解決上述問(wèn)題及待解決的其他技術(shù)問(wèn)題。通過(guò)對(duì)中型或大型電池組盒的大量廣泛和深入的研究及實(shí)驗(yàn)，本申
請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)中型或大型電池組盒被構(gòu)建成這樣的結(jié)構(gòu)，即其中冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)被構(gòu)建成使始于冷卻劑入口相對(duì)端的斜面具有朝著冷卻劑入口方向增大的相對(duì)于電池堆頂部的傾角的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以均勻分布流經(jīng)電池單元之間的流動(dòng)通道的冷卻劑流量，從而有效移出電池單元之間累積的熱量，從而極大地改進(jìn)電池單元的性能和壽命。本發(fā)明基于這些發(fā)現(xiàn)而完成。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，以上及其他目標(biāo)可通過(guò)提供一種中型或大型電池組盒而完成，所述中型或大型電池組盒中安裝有具有多個(gè)堆疊的可充電和放電的電池單元或單元模塊('單元電池，)的電池模塊，其中所述電池組盒在其上部和下部分別具有一個(gè)冷卻劑入口和一個(gè)冷卻劑出口 ，它們指向相反方向，從而4吏冷卻單元電池的冷卻劑可以沿與單元電池的堆疊方向相垂直的方向從電池模塊的一側(cè)流向另一側(cè)，所述電池組盒還具有一個(gè)從冷卻劑入口延伸至電池模塊的流動(dòng)空間('冷卻劑引入部分，)，和另 一個(gè)從電池模塊延伸至冷卻劑出口的流動(dòng)空間('冷卻劑排出部分，)，并且面向電池堆頂部的冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)被構(gòu)建成使始于冷卻劑入口相對(duì)端的斜面具有朝著冷卻劑入口方向增大的相對(duì)于電池堆頂部的傾角這樣的結(jié)構(gòu)。
即，在本發(fā)明的中型或大型電池組盒中，冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)被構(gòu)建成使始于冷卻劑入口相對(duì)端(位于冷卻劑出口側(cè)的一端)的斜面具有朝著冷卻劑入口方向增大的相對(duì)于電池堆頂部的傾角這樣的結(jié)構(gòu)。因此，可以均勻分布流經(jīng)單元電池(電池單元或單元模塊)之間的流動(dòng)通道的冷卻劑流量，因此，在電池單元充電和放電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量可通過(guò)均勻流動(dòng)的冷卻劑而有效移出。從而可提高冷卻效率和改進(jìn)單元電池的運(yùn)行性能。
本文中表述的'傾角的增大，意指位于冷卻劑入口一側(cè)的斜面具有大于位于冷卻劑入口相對(duì)側(cè)的斜面的傾角。因此，斜面可朝著冷卻劑入口
方向連續(xù)或不連續(xù)地增加。此處，所表述的'不連續(xù)的增加，意指位于斜
面之間的區(qū)域可以具有o度傾角。例如，在相鄰斜面之間可局部地形成具
有o度的相對(duì)于電池堆頂部的傾角的區(qū)域。
安裝在本發(fā)明的中型或大型電池組盒中的電池模塊通過(guò)堆疊多個(gè)具有高密度的單元電池進(jìn)行制備，以使所述單元電池按預(yù)定間隔進(jìn)行排列以移出在單元電池充電和放電過(guò)程中由單元電池產(chǎn)生的熱量。例如，電池單元可順序堆疊，從而使電池單元按預(yù)定間隔排列，而無(wú)需使用其他部件?；蛘?，當(dāng)電池單元具有較低的機(jī)械強(qiáng)度時(shí)，將一個(gè)或多個(gè)電池單元安裝在預(yù)定安裝部件中，并將多個(gè)安裝部件進(jìn)行堆疊來(lái)構(gòu)建電池模塊。在后一情形中，電池單元在本發(fā)明中被稱為'單元模塊，。
當(dāng)將多個(gè)單元模塊進(jìn)行堆疊來(lái)構(gòu)建電池模塊時(shí)，冷卻劑流動(dòng)通道被限定在電池單元和/或單元模塊之間，從而有效移出堆疊的電池單元之間累積的熱量。
冷卻劑引入部分和冷卻劑排出部分均為流動(dòng)空間，通過(guò)其使可有效移出由于電池單元的充電和放電而由電池單元產(chǎn)生的熱量的冷卻劑被引入和排出。冷卻劑引入部分和冷卻劑排出部分分別形成于電池組盒的上部和下部，使得冷卻劑引入部分和冷卻劑排出部分指向相反方向。根據(jù)
和上部。
冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)的傾角可以多種結(jié)構(gòu)朝著冷卻劑入口方向增大。
在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)被構(gòu)建成包括有兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)斜面的結(jié)構(gòu)。即，在冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)可
形成這樣的斜面其傾角從冷卻劑入口相對(duì)端開(kāi)始朝著冷卻劑入口方向增大。
本申請(qǐng)的發(fā)明人所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)被構(gòu)建成含有兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)斜面的結(jié)構(gòu)時(shí)，與當(dāng)冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)平行于電池堆頂部時(shí)或當(dāng)冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)被構(gòu)建成只含有一個(gè)斜面的結(jié)構(gòu)時(shí)相比，單元電池之間的溫度偏差減小。因此，進(jìn)一步改進(jìn)了單元電池的性能。
在一個(gè)具體實(shí)例中，上端內(nèi)側(cè)的斜面可包括始于冷卻劑入口相對(duì)端的第一斜面和位于第一斜面和冷卻劑入口之間的第二斜面，使得第二斜
面的傾角大于第一斜面的傾角。
在上述結(jié)構(gòu)中，在第二斜面具有不超過(guò)45度的相對(duì)于電池堆頂部的傾角的范圍內(nèi)，第二斜面可以具有比笫一斜面大20-500%、優(yōu)選大100-300%的傾角。由于第二斜面的傾角不超過(guò)45度，因此可以使電池組盒尺寸的增加最小化。并且由于第二斜面的傾角比第一斜面的傾角大至少20%，因此可以確保所需的冷卻劑流量的均一性。第一斜面可以具有等于或小于15度的相對(duì)于電池堆頂部的傾角。優(yōu)選第一斜面具有2-7度的相對(duì)于電池堆頂部的傾角。更優(yōu)選第一斜面具有3-5度的相對(duì)于電池堆頂部的傾角。
在此情形下，在第二斜面的傾角不小于第一斜面的傾角的范圍內(nèi)，第二斜面可以具有10-30度的相對(duì)于電池堆頂部的傾角。
根據(jù)情形，冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)可被構(gòu)建成含有基本無(wú)限的連續(xù)斜面的曲線形結(jié)構(gòu)。
同時(shí)，根據(jù)安裝有中型或大型電池組的裝置的情況，冷卻劑入口可以具有不同的傾角。例如，冷卻劑入口的傾角可以等于或小于第二斜面的傾角。
根據(jù)情形，當(dāng)由于安裝有中型或大型電池組的裝置的結(jié)構(gòu)限制而需要較大的冷卻劑入口傾角時(shí)，冷卻劑入口傾角可以等于或大于第二斜面的傾角。
本申請(qǐng)的發(fā)明人經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)被構(gòu)建成如前所述的特定的傾斜結(jié)構(gòu)時(shí)，冷卻劑入口傾角對(duì)冷卻劑流動(dòng)通道中的冷卻劑流量均一性無(wú)顯著影響。因此，當(dāng)冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)被構(gòu)建成本發(fā)明中的特定的傾斜結(jié)構(gòu)時(shí)，可以根據(jù)設(shè)備的安裝情況隨意確定冷卻劑入口的傾角。
在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，在冷卻劑入口的傾角大于第二斜面的傾角的范圍內(nèi)，冷卻劑入口具有30-60度的相對(duì)于電池堆頂部的傾角。因此，即使根據(jù)安裝有電池組的裝置的情況需要較大的冷卻劑入口傾角時(shí)，也
所需冷卻效率。
同時(shí)，冷卻劑入口的相對(duì)端可同電池堆頂部相距不大于電池堆高度10%的高度。該結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)叵拗屏说竭_(dá)冷卻劑入口相對(duì)端的冷卻劑的量，從而進(jìn)一 步改進(jìn)冷卻劑對(duì)單元電池的均勻分布效果。
在此情況下，冷卻劑入口相對(duì)端可同電池堆頂部相距l(xiāng)-10mm、優(yōu)選1-3 mm的高度。
電池單元可以是二次電池，例如鎳金屬氬化物二次電池或鋰二次電池。其中優(yōu)選使用鋰二次電池，因?yàn)殇嚩坞姵鼐哂懈吣芰棵芏群透叻烹婋妷骸６喾N類型電池例如圓柱形電池、棱柱形電池、袋形電池等均可用作構(gòu)成電池模塊的可充電和可放電的單元電池。其中，就電池形狀而言，優(yōu)選棱柱形電池或袋形電池。更優(yōu)選使用袋形電池作為電池模塊的單元電池，因?yàn)榇坞姵乜捎幂^低的生產(chǎn)成本制備并且重量較輕。
此外，本發(fā)明的電池組盒更優(yōu)選為冷卻效率較高的結(jié)構(gòu)，即與電池單元的堆疊方向相應(yīng)的電池組盒長(zhǎng)度大于與電池單元的側(cè)向方向相應(yīng)的電池組盒長(zhǎng)度的結(jié)構(gòu)。
同時(shí)，冷卻劑排出部分可具有均一的相對(duì)于電池堆底部的高度。即冷卻劑排出部分可構(gòu)建成使冷卻劑排出部分的下端內(nèi)側(cè)具有均一的相對(duì)于電池堆底部的高度的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，也可對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部修改以改進(jìn)冷卻劑的排放效率。
根據(jù)情形，電池組盒可以被構(gòu)建成在冷卻劑出口中還安裝有一個(gè)風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，用于將經(jīng)冷卻劑入口引入的冷卻劑在其流經(jīng)電池模塊之后快速平穩(wěn)地移送到冷卻劑出口。在此結(jié)構(gòu)中，經(jīng)狹窄的冷卻劑入口引入的冷卻劑，通過(guò)由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的冷卻劑驅(qū)動(dòng)力以高流速充分到達(dá)遠(yuǎn)離冷卻劑入口的電池單元，因此，在冷卻劑流量相同的情況下可以實(shí)現(xiàn)冷卻劑流量的相對(duì)均勻分布。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種被構(gòu)建成其中電池模塊安裝在具有上述結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組盒中的結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組。
本說(shuō)明書(shū)中所用術(shù)語(yǔ)'電池模塊，廣泛意指被構(gòu)建成以下結(jié)構(gòu)的電
池體系結(jié)構(gòu)其中兩個(gè)或多個(gè)可充電和可放電的電池單元或單元模塊相互機(jī)械地偶聯(lián)并且同時(shí)電聯(lián)接從而提供高功率、大容量的電力。因此，電池模塊本身可構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的裝置或大型裝置的一部分。例如，多個(gè)小型電池模塊可以相互連接而構(gòu)成一個(gè)大型電池模塊。或者，少量的電池單元可以相互連接而構(gòu)成一個(gè)單元模塊，并且多個(gè)所述單元模塊可以相互連接。
同時(shí)，單元模塊可以被構(gòu)建成多種結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例性實(shí)例將在下文進(jìn)行描述。
單元模塊可被構(gòu)建成多個(gè)板形電池單元相互串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，所述板形電池單元中的每一個(gè)均具有形成于其上端和下端的電極終端。具體而言，所述單元模塊可以包括兩個(gè)或多個(gè)排列于堆疊結(jié)構(gòu)中的電池單元和一個(gè)偶聯(lián)到電池單元上用于覆蓋除電池單元的電極終端之外的電池單元的外表面的高強(qiáng)度電池蓋，所述堆疊結(jié)構(gòu)中電池單元的電極終端之間 的連接是彎曲的，。
板形電池單元為具有較小厚度和相對(duì)較大的寬度及長(zhǎng)度的電池單 元，以使堆疊電池單元構(gòu)成電池模塊時(shí)整個(gè)電池單元的尺寸最小化。作
為一個(gè)示例性實(shí)例，電池單元可為構(gòu)建成如下結(jié)構(gòu)的二次電池其中電 極組件安裝在由包括樹(shù)脂層和金屬層的層壓板形成的電池盒中，并且電 極終端從電池盒的頂端和底端向外伸出。具體而言，電池單元可以構(gòu)建 成其中電極組件安裝在由鋁層壓板形成的袋形電池盒中的結(jié)構(gòu)。構(gòu)建成 上述結(jié)構(gòu)的二次電池可被稱為袋形電池單元。
單元模塊可通過(guò)用由合成樹(shù)脂或金屬材料制成的高強(qiáng)度電池蓋覆蓋 兩個(gè)或多個(gè)電池單元而構(gòu)成。所述高強(qiáng)度電池蓋抑制電池單元在充電和 放電過(guò)程中由于電池單元的反復(fù)膨脹和收縮而導(dǎo)致的變形，同時(shí)保護(hù)具 有低機(jī)械強(qiáng)度的電池單元，從而防止電池單元密封區(qū)域之間的分離。從 而可最終制得具有更優(yōu)良安全性的中型或大型電池模塊。
一個(gè)單元模塊中的電池單元相互串聯(lián)和/或并聯(lián)連接，或者一個(gè)單元 模塊中的電池單元串聯(lián)和/或并聯(lián)連接至另 一個(gè)單元模塊的電池單元上。 在一個(gè)示例性實(shí)例中，可通過(guò)以下方法制得多個(gè)單元模塊相互偶聯(lián)電 池單元的電極終端，同時(shí)縱向串聯(lián)排列電池單元從而使電池單元的電極 終端順序彼此鄰近，將電池單元彎曲成兩段或多段從而使電池單元堆疊， 并用電池蓋覆蓋預(yù)定數(shù)目的堆疊的電池單元。
電極終端之間的偶聯(lián)可以多種方式實(shí)現(xiàn)，例如焊接(welding)、釬 焊(soldering)和機(jī)械偶聯(lián)。優(yōu)選電極終端之間的偶聯(lián)通過(guò)焊接完成。
被高整體性地堆疊同時(shí)電極終端相互連接的電池單元或單元模塊垂 直安裝在可分開(kāi)的頂部和底部結(jié)構(gòu)部件中，所述結(jié)構(gòu)部件被構(gòu)造成以組 件型偶聯(lián)結(jié)構(gòu)形式相互偶聯(lián)從而構(gòu)建矩形電池模塊。
單元模塊和以多個(gè)單元模塊制得的矩形電池模塊的詳情在韓國(guó)專利 申請(qǐng)No. 2006-45443和No. 2006-45444中有公開(kāi)，它們是以本申請(qǐng)的申請(qǐng) 人的名義進(jìn)行提交的，并且其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用納入本文。
優(yōu)選使用本發(fā)明的中型或大型電池組作為電動(dòng)車輛或混合型電動(dòng)車 輛的能源，所述車輛的安全性可能會(huì)由于從相結(jié)合而提供高功率和大容 量的多個(gè)電池單元在電池單元充電和放電過(guò)程中產(chǎn)生的高溫?zé)崃慷鴩?yán)重
10惡化。


本發(fā)明的上述及其他目標(biāo)、特征及其他優(yōu)點(diǎn)將從以下結(jié)合附圖的
詳細(xì)描述中更清楚地理解，其中
圖1為說(shuō)明被構(gòu)建成其中電池模塊安裝在常規(guī)中型或大型電池 組盒中這樣結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組的透視圖。
圖2為代表性地說(shuō)明圖1中中型或大型電池組的垂直剖視圖。
圖3為代表性地說(shuō)明被構(gòu)建成其中電池模塊安裝在另一常規(guī)中 型或大型電池組盒中這樣結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組的垂直剖視圖。
圖4為代表性地說(shuō)明被構(gòu)建成其中電池模塊安裝在本發(fā)明的一 個(gè)示例性實(shí)施方案的電池組盒中這樣結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組的垂 直剖視圖。
圖5為代表性地說(shuō)明圖4中的中型或大型電池組中冷卻劑入口相 對(duì)端與電池堆頂部分開(kāi)這樣的結(jié)構(gòu)的垂直剖視圖。
圖6為說(shuō)明圖2的中型或大型電池組中電池單元溫度變化的測(cè)量 結(jié)果的圖。
圖7為說(shuō)明圖4的中型或大型電池組中電池單元溫度變化的測(cè)量 結(jié)果的圖。
圖8為說(shuō)明制造成圖3結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組中電池單元溫度 變化的測(cè)量結(jié)果的圖。
圖9為代表性地說(shuō)明被構(gòu)建成其中電池模塊安裝在本發(fā)明的另 一個(gè)示例性實(shí)施方案的電池組盒中這樣結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組的 垂直剖視圖；和
圖IO為多次改變圖4結(jié)構(gòu)中的冷卻劑入口傾角而制造的中型或 大型電池組中電池單元溫度變化的測(cè)量結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案。但是，應(yīng)該注 意的是，本發(fā)明范圍不限于所說(shuō)明的實(shí)施方案。
圖1為說(shuō)明被構(gòu)建成其中電池模塊安裝在常規(guī)中型或大型電池組盒中這樣結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組100的透視圖，并且圖2為代表 性地說(shuō)明圖1中中型或大型電池組100的垂直剖視圖。
參照這些附圖，中型或大型電池組100包括電池模塊32,所述電池模 塊32構(gòu)建成這樣的結(jié)構(gòu)其中堆疊有多個(gè)單元電池30，使得單元電池30 相互電連接；安裝有電池模塊32的電池組盒70; —個(gè)冷卻劑引入部分40, 作為流動(dòng)空間，從冷卻劑入口10延伸至電池模塊32;和一個(gè)冷卻劑排出 部分50，作為另一流動(dòng)空間，從電池模塊32延伸至冷卻劑出口20。
經(jīng)冷卻劑入口 IO引入的冷卻劑流經(jīng)冷卻劑引入部分40和位于各單元 電池30之間的流動(dòng)通道60。與此同時(shí)，冷卻劑冷卻電池單元30。之后， 冷卻劑流經(jīng)冷卻劑排出部分50，然后通過(guò)冷卻劑出口20排出電池組盒。
冷卻劑引入部分40與單元電池30的堆疊方向相平行。在此結(jié)構(gòu)中， 相對(duì)較大的冷卻劑流量被引入鄰近冷卻劑出口20的單元電池之間的流動(dòng) 通道中，而相對(duì)較小的冷卻劑流量被引入鄰近冷卻劑入口10的單元電池 之間的流動(dòng)通道中，其結(jié)果是無(wú)法實(shí)現(xiàn)單元電池30的均勻冷卻。因此， 鄰近冷卻劑出口20的單元電池和鄰近冷卻劑入口10的單元電池之間的溫 度偏差很大。該現(xiàn)象的發(fā)生是因?yàn)槔鋮s劑集中在冷卻劑出口20—側(cè)，結(jié) 果使得冷卻劑入口 IO處的溫度增加。
圖3為代表性地說(shuō)明被構(gòu)建成其中電池模塊安裝在另一常規(guī)中 型或大型電池組盒中這樣結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組100a的垂直剖視 圖。
圖3中的中型或大型電池組100a與圖1中的中型或大型電池組 100在電池單元30、電池模塊32、冷卻劑排出部分50和流動(dòng)通道60 方面基本相同。但圖3中的中型或大型電池組100a與圖1中的中型 或大型電池組100的不同之處在于，冷卻劑入口 10a和冷卻劑引入部 分40a以一個(gè)預(yù)定角度向電池組盒70a傾斜。即，冷卻劑引入部分 40a的上端內(nèi)側(cè)42a以一個(gè)預(yù)定角度向著與冷卻劑入口 10a相對(duì)的電 池組盒70的一端傾斜。
同圖1中的中型或大型電池組IOO相比，在該結(jié)構(gòu)中，對(duì)鄰近冷 卻劑入口 10a的單元電池30的冷卻效率相對(duì)較高。從圖8中可以看 到，即使在圖3的結(jié)構(gòu)中仍存在相當(dāng)大的溫差。
圖4為代表性地說(shuō)明被構(gòu)建成其中電池模塊安裝在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的電池組盒70，中這樣結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組的 垂直剖視圖。
參照?qǐng)D4，電池組盒70，被構(gòu)建成這樣的結(jié)構(gòu)其中與單元電池 30的堆疊方向L相應(yīng)的電池組盒70，的長(zhǎng)度大于與單元電池30的側(cè) 向方向W相應(yīng)的電池組盒70，的長(zhǎng)度。并且，冷卻劑入口 IO，和冷卻 劑出口 20，分別形成于電池組盒70，的上部和下部，它們方向相反，這 樣使冷卻劑可以沿垂直電池單元30的堆疊方向L的方向從電池模塊 32的一側(cè)流向其相對(duì)側(cè)。
小流動(dòng)通道60位于各單元電池30之間以使冷卻劑可流經(jīng)流動(dòng)通 道60。因此，經(jīng)冷卻劑入口 IO，引入的冷卻劑流經(jīng)流動(dòng)通道60。與此 同時(shí)，由單元電池30產(chǎn)生的熱量被冷卻劑移出。之后，冷卻劑經(jīng)冷 卻劑出口 20，排至外面。
圖4中的電池組盒70，與圖l和圖3中所示電池組盒70和70a的 不同之處在于，冷卻劑引入部分40，的上端內(nèi)側(cè)42，被構(gòu)建成具有分段 增大的傾角的斜面形式。即，冷卻劑引入部分40，的上端內(nèi)側(cè)42，被構(gòu) 建成這樣的結(jié)構(gòu)其中始于冷卻劑入口 IO，的相對(duì)端的斜面相對(duì)于電 池堆頂部的傾角朝著冷卻劑入口 IO，的方向增大。具體而言，冷卻劑 引入部分40，的上端內(nèi)側(cè)42，包括第一斜面a,其始于冷卻劑入口 10， 的相對(duì)端，以及第二斜面b,其位于第一斜面a和冷卻劑入口 IO，之 間，使第二斜面b具有大于第一斜面的傾角。
當(dāng)經(jīng)冷卻劑入口10，引入的冷卻劑沿第一斜面a和第二斜面b流經(jīng)冷 卻劑引入部分40，時(shí)，由于斜面a和b的傾角隨著與冷卻劑入口 IO，距離的 增加而減小，因而冷卻劑的流動(dòng)截面積逐漸減小。其結(jié)果是，冷卻劑的 流動(dòng)速度逐漸增大，而冷卻劑流量卻在減小，因此，冷卻劑到達(dá)遠(yuǎn)離冷 卻劑入口10，的單元電池30的過(guò)程中，均勻的冷卻劑流量被引入各流動(dòng)通 道60中。
為提高冷卻劑的分布均勻性，使第一斜面a和第二斜面b形成于冷卻 劑引入部分40，的上端內(nèi)側(cè)42，，使第一斜面a相對(duì)于電池堆頂部具有約5 度的傾角，第二斜面b具有比第一斜面a大200。/o的傾角，即相對(duì)于第一斜 面a約10度的傾角。
同時(shí)，如圖4中所示，冷卻劑入口10，具有小于第二斜面b的傾角。因此，當(dāng)經(jīng)冷卻劑入口10，引入的冷卻劑經(jīng)過(guò)第二斜面b開(kāi)始的地方時(shí)，冷 卻劑的流動(dòng)速度逐漸增大，直至冷卻劑到達(dá)冷卻劑入口10，的相對(duì)端。其 結(jié)果是，鄰近冷卻劑入口 10，的單元電池30和遠(yuǎn)離冷卻劑入口 IO，的單元 電池30均能均勻冷卻。
此外，電池組盒70，被構(gòu)建成這樣的結(jié)構(gòu)其中冷卻劑引入部分40， 是分段傾斜的，以使冷卻劑引入部分40，的傾角朝著冷卻劑入口10，的相 對(duì)端逐漸減小。從而可以防止發(fā)生冷卻劑流量集中于冷卻劑出口20，一側(cè) 的現(xiàn)象，并因此可以有效防止鄰近冷卻劑入口10，的單元電池30的溫度的 增加。
圖5為代表性地說(shuō)明被制造為圖4結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組200 中冷卻劑入口 IO，的相對(duì)端與電池堆頂部分開(kāi)這樣的結(jié)構(gòu)的垂直剖視圖。
參照?qǐng)D5,冷卻劑入口 IO，的相對(duì)端與電池堆頂部相距約1 mm的 高度。因此，只有有限量的流經(jīng)冷卻劑引入部分40，的第二斜面b和 第一斜面a的冷卻劑到達(dá)冷卻劑入口 IO，的相對(duì)端，從而防止鄰近冷 卻劑入口 10，的相對(duì)端的單元電池30被過(guò)度冷卻。
與以上描述相關(guān)，圖6為說(shuō)明被制造為圖2結(jié)構(gòu)的中型或大型電 池組中電池單元溫度變化的測(cè)量結(jié)果的圖，并且圖7為說(shuō)明被制造為 圖4結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組中電池單元溫度變化的測(cè)量結(jié)果的圖。
參照?qǐng)D6連同圖2，圖6說(shuō)明了堆疊于常規(guī)電池組盒70中的從最鄰近冷 卻劑出口的電池單元到最鄰近冷卻劑入口的電池單元的各電池單元的溫 度測(cè)量結(jié)果。即電池單元編號(hào)l指最鄰近冷卻劑出口的電池單元，電池單 元編號(hào)35指最鄰近冷卻劑入口的電池單元。
溫度測(cè)量試驗(yàn)在對(duì)電池單元施加了預(yù)定負(fù)載并且外部溫度保持在室 溫水平的條件下進(jìn)行。測(cè)量試驗(yàn)顯示，電池單元編號(hào)l，即最鄰近冷卻劑 入口相對(duì)端的電池單元，具有48%的相對(duì)溫度比，電池單元編號(hào)34具有 98%的相對(duì)溫度比。即，電池單元之間的溫度偏差為50%，并且電池單 元的最大相對(duì)溫度比為98%。當(dāng)電池單元的溫度超過(guò)一個(gè)具體溫度水平 時(shí)，電池單元的壽命急劇減少。高溫和大的溫度偏差使得電池組不可能 長(zhǎng)時(shí)間使用，此外，還使電池組爆炸的可能性增加。
為參照之用，將上述電池單元的相對(duì)溫度比表述為可與圖7和8所示
14實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較的相對(duì)數(shù)值，其將在下文進(jìn)行描述。
與圖6不同，圖7說(shuō)明了堆疊于圖4的電池組盒70，中的從最鄰近冷卻 劑出口的電池單元到最鄰近冷卻劑入口的電池單元的各電池單元的溫度
測(cè)量結(jié)果。
參照?qǐng)D7連同圖4，測(cè)量試驗(yàn)在與圖6相同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行，該試驗(yàn) 顯示，電池單元編號(hào)1具有61%的相對(duì)溫度比，電池單元編號(hào)31具有65% 的相對(duì)溫度比。從而可以看出，同圖6相比，溫度偏差可以從50%降低到 4%，從而極大地改進(jìn)了冷卻劑的溫度分布均一性。
圖8為說(shuō)明被制造為圖3結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組中電池單元溫度變 化測(cè)量結(jié)果的圖。
有關(guān)圖8的實(shí)驗(yàn)在與圖7相同的條件下進(jìn)行。不同之處在于使用圖3 的電池組盒70a。具體而言，圖8說(shuō)明了圖3結(jié)構(gòu)中的冷卻劑引入部分40a 的上端內(nèi)側(cè)43a以30度角傾斜這樣結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖8顯示，電池單元具有5.5%的相對(duì)溫度比偏差。從而可以看出， 電池單元的溫度偏差同圖7結(jié)果相比相對(duì)較高。
圖9為代表性地說(shuō)明被構(gòu)建成其中電池模塊安裝在本發(fā)明的另 一示 例性實(shí)施方案的電池組盒中這樣的結(jié)構(gòu)的中型或大型電池組200a的垂直 剖視圖。
參照?qǐng)D9，除冷卻劑入口10，具有30度傾角，其大于第二斜面b的10度 傾角之外，該實(shí)施方案中的中型或大型電池組200a同圖4中的中型或大型 電池組200結(jié)構(gòu)相同。
但是，冷卻劑的均勻分布性幾乎不受冷卻劑入口10，的傾角的影響。 該事實(shí)可從圖10中看出，圖1(H兌明了多次改變冷卻劑入口10，的傾角時(shí)電 池單元的溫度變化的測(cè)量結(jié)果。具體而言，對(duì)以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即， 在第一斜面a具有5度傾角、第二斜面b具有10度傾角，并且冷卻劑入口IO， 的相對(duì)端與電池堆頂部相多巨l mm高度的條件下，將冷卻劑入口10，的傾 角改變?yōu)?0度、45度和60度。
為進(jìn)行參照，圖IO的電池單元溫度測(cè)量試驗(yàn)在對(duì)各電池單元施加高 出約40%的負(fù)載并且將外部溫度降低約5度的條件下進(jìn)行，該條件與圖6 至8的實(shí)驗(yàn)條件不同。
從圖10中可以看出，隨著冷卻劑入口10，的傾角的變化，僅存在微小差異。因此可以基于電池組安裝于其中的裝置的結(jié)構(gòu)而改變冷卻劑入口
IO，的傾角，同時(shí)具有均一的冷卻效率。
工業(yè)實(shí)用性
從以上描述中可明顯看出，本發(fā)明的中型或大型電池組盒被構(gòu)建成
這樣的結(jié)構(gòu)其中使冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)形成為使始于冷卻劑入 口相對(duì)端的斜面相對(duì)于電池堆頂部的傾角朝著冷卻劑入口方向增大。從 而，本發(fā)明具有改進(jìn)冷卻劑流量分布均一性、有效移出單元電池之間累 積的熱量的效果，并因此極大地改善了電池單元的性能和壽命。
雖然為說(shuō)明之目的對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案進(jìn)行了公開(kāi)，但是本 領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，可以進(jìn)行多種改變、添加和替代，而不偏 離所附權(quán)利要求書(shū)所公開(kāi)的本發(fā)明的范圍和主旨。
權(quán)利要求
1.一種中型或大型電池組盒，其中安裝有具有多個(gè)堆疊的電池單元或單元模塊(‘單元電池’)的電池模塊，所述電池單元或單元模塊可以進(jìn)行充電和放電，其中所述電池組盒在其上部和下部分別具有一個(gè)冷卻劑入口和一個(gè)冷卻劑出口，它們指向相反方向，使用來(lái)冷卻單元電池的冷卻劑可以沿與單元電池的堆疊方向相垂直的方向從電池模塊的一側(cè)流向其另一側(cè)，所述電池組盒還具有一個(gè)從冷卻劑入口延伸至電池模塊的流動(dòng)空間(‘冷卻劑引入部分’)，和另一個(gè)從電池模塊延伸至冷卻劑出口的流動(dòng)空間(‘冷卻劑排出部分’)，并且面向電池堆頂部的冷卻劑引入部分的上端內(nèi)側(cè)被構(gòu)建成這樣的結(jié)構(gòu)其中始于冷卻劑入口相對(duì)端的斜面具有朝著冷卻劑入口方向增大的相對(duì)于電池堆頂部的傾角。
2. 權(quán)利要求l的中型或大型電池組盒，其中冷卻劑引入部分的上端 內(nèi)側(cè)被構(gòu)建成包括兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)斜面的結(jié)構(gòu)。
3. 權(quán)利要求l的中型或大型電池組盒，其中所述上端內(nèi)側(cè)的斜面包 括始于冷卻劑入口相對(duì)端的第 一斜面和位于所述第 一斜面和冷卻劑入口 之間的第二斜面，使得第二斜面具有大于第一斜面的傾角。
4. 權(quán)利要求3的中型或大型電池組盒，其中在第二斜面具有不超過(guò) 45度的相對(duì)于電池堆頂部的傾角的范圍內(nèi)，第二斜面具有比第一斜面大 20-500%的傾角。
5. 權(quán)利要求3的中型或大型電池組盒，其中第一斜面具有等于或小 于15度的相對(duì)于電池堆頂部的傾角。
6. 權(quán)利要求5的中型或大型電池組盒，其中第一斜面具有2-7度的相 對(duì)于電池堆頂部的傾角。
7. 權(quán)利要求3的中型或大型電池組盒，其中在第二斜面具有大于第 一斜面的傾角的范圍內(nèi)，第二斜面具有10-30度的相對(duì)于電池堆頂部的傾 角。
8. 權(quán)利要求3的中型或大型電池組盒，其中冷卻劑入口具有等于或 小于第二斜面的傾角。
9. 權(quán)利要求3的中型或大型電池組盒，其中冷卻劑入口具有等于或大于第二斜面的傾角。
10. 權(quán)利要求9的中型或大型電池組盒，其中在冷卻劑入口具有大于 第二斜面的傾角的范圍內(nèi)，冷卻劑入口具有30-60度的相對(duì)于電池堆頂部 的傾角。
11. 權(quán)利要求l的中型或大型電池組盒，其中冷卻劑入口相對(duì)端與電 池堆頂部相距的高度不大于電池堆高度的10%。
12. 權(quán)利要求l的中型或大型電池組盒，其中冷卻劑入口相對(duì)端與電 池堆頂部相距I-IO mm的高度。
13. 權(quán)利要求l的中型或大型電池組盒，其中所述電池單元為鋰二次 電池。
14. 權(quán)利要求l的中型或大型電池組盒，其中冷卻劑排出部分具有均 一的相對(duì)于電池堆底部的高度。
15. 權(quán)利要求l的中型或大型電池組盒，其中所述電池組盒被構(gòu)建成 這樣的結(jié)構(gòu)其中在冷卻劑入口或冷卻劑出口中還安裝有風(fēng)機(jī)，用于使 經(jīng)冷卻劑入口引入的冷卻劑在流經(jīng)電池模塊之后移向冷卻劑出口 。
16. —種中型或大型電池組，其被構(gòu)建成這樣的結(jié)構(gòu)其中電池模 塊安裝在權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)的中型或大型電池組盒中。
17. 權(quán)利要求16的中型或大型電池組，其中所述電池組被用作電動(dòng) 車輛或混合型電動(dòng)車輛的能源。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了具有改進(jìn)的冷卻劑流量分布均一性的中型或大型電池組盒，其中安裝有具有多個(gè)堆疊的單元電池(30)的電池模塊(32)。所述電池組盒在其上部和下部分別具有一個(gè)冷卻劑入口(10’)和一個(gè)冷卻劑出口(20’)。冷卻劑入口(10’)和冷卻劑出口(20’)指向相反方向。所述電池組盒還具有一個(gè)冷卻劑引入部分(40’)和一個(gè)冷卻劑排出部分。冷卻劑引入部分(40’)的上端內(nèi)側(cè)被構(gòu)建成這樣的結(jié)構(gòu)使始于冷卻劑入口(10’)相對(duì)端的斜面具有朝著冷卻劑入口(10’)的方向增大的相對(duì)于電池堆頂部的傾角。
文檔編號(hào)H01M10/50GK101604735SQ20091000694
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月12日
發(fā)明者姜達(dá)模, 尹鐘文, 林藝勛, 鄭在皓 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Lg化學(xué)