專利名稱：圓柱型電池模塊的冷卻架以及圓柱型電池包的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池組及其零部件，尤其是電池組的冷卻裝置。本發(fā)明還涉及一種液冷式的 電池包。
背聚技術(shù)
動力電池一般指具有較商的容i和一定的輸出功率密度的電池，可用作電動車輛等運輸工 具的驅(qū)動電源和混合動力電涯類電池使用，部分動力電池經(jīng)過設(shè)計改進，通常也能應(yīng)用做為 蓄能電池，包括電網(wǎng)的調(diào)峰蓄能電池裝置.另外也可用作通訊站的備用電源等，動力電池組 一般是由兩個以上的動力電池單體所組成.
近年來，鋰離子二次電池展現(xiàn)了做為未來的動力電池的美好前景.但是由于鋰離子二次電 池的結(jié)構(gòu)及原理，鋰離子二次電池在^過程中常因內(nèi)阻產(chǎn)生較大熱i，特別是在大電流放 電時，產(chǎn)生的熱量更大，因此如果不能從根本上解決鋰離子二次電池的熱管理問題，將存在 安全M患，并影響電池的ft^壽命，直接影響其推廣應(yīng)用，
在鋰離子二次電池熱管理中，讓鋰離子二次電池快速降溫以及保證電池溫度的均一性是主 要目標，
美國制造的純電動車TESLA的電池^用了冷卻劑4m管來給畫柱型的鋰離子二次電池
降祖，但是它的冷卻劑輸送管不ju接和電池接觸，而^a過導熱的樹脂和電池表面?zhèn)鳠幔?br> 導熱樹脂的導熱能力有限，特別好的導熱樹脂價格昂貴，因此TESLA的電池組的冷卻系統(tǒng)效 率不夠商，為了達到電池冷卻，其系統(tǒng)耗能也較大，

發(fā)明內(nèi)容
將鵬柱型鋰離子二次電池做為動力電池組使用時，非常需要一種傳熱面積大、傳導速度快 的液冷式冷卻裝置，另外，現(xiàn)在許多的圃柱形鋰離子二次電池組存普遍存在一個問題電池 正負極和集流片的焊接牢固度不好，容易脫落，其中一個原因是電池組的塑料支架剛性不夠， 另外電池組支架熱膨脹系數(shù)和金屬制的集流片相差較大，時間長以后，由于材料老化等等引 jg^接點發(fā)生位移，特別是在外力頻繁作用場合更是如此.為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種采用類管殼式結(jié)構(gòu)的冷卻架，它包括殼體和圓 管圓管的兩端管口均連接在殼體上，殼體上存在與圓管直徑相等的圓孔，且圓孔與圓管管 口的數(shù)量相等、與管口的位紫相對應(yīng)使得圓管仍然為通管；殼體與圓管共同構(gòu)成空腔體結(jié)構(gòu)，
所述的殼體與圓管共同構(gòu)成的空腔體為封閉式的，但是在殼體上留有冷卻劑流入孔和流 出孔以供冷卻劑流出和流出空腔體，冷卻劑流入孔和流出孔外接冷卻劑循環(huán)裝置，當圓管中 置入圓柱型電池后，冷卻劑就可以在空腔內(nèi)流動從而達到給電池致冷的效果.圓柱型電池可 通過電池支架固定。
本發(fā)明還提供一種電池組的冷卻裝置，它包括冷卻劑儲權(quán)、泵、冷卻劑輸送管以及本發(fā)明 申請所要求保護的各種冷卻架，
本發(fā)明還提供一種液冷式的電池包，它包括一個以上的電池模塊、冷卻劑儲鑲、泵、冷卻 劑鵬管，其中，針電池模塊包括本發(fā)明申請所要求做的冷卻架、兩個電池支架和圃柱 型電池，
本發(fā)明的圃柱型電池組雖然也朋了類管殼式的結(jié)構(gòu)，但是與管殼式換熱器完全不同，如 附圉1所示的管殼式換熱器lOO(diellandtiibe heat exGhangn)又稱列管式換熱器.是以封閉在 充體中管束的壁面做為傳熱面的間壁式換熱器，&#換熱器結(jié)構(gòu)較簡單，操作可ff，可用各 種結(jié)構(gòu)材料(主要是金屬材料)制造，能在商溫、高壓下使用，其結(jié)構(gòu)由殼體101、傳熱管 束1Q2、管板103、折流板(擋板)104、接管106和管箱105等部件組成，殼體多為圃簡形， 內(nèi)部裝有管束，管束兩埔固定在管板上，進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為 管程流體UO,另一種在管外流動，稱為殼程流體lll.為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常 在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提商^S流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束, 増強流體湍^ms,換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列，等邊三角形排列較緊湊， 管外流體湍動程度商，傳熱分系數(shù)大芷方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體.
管殼式換熱器^于液液、氣液或者氣氣間的熱量交換，因為不論是氣體或# 體，管程 流體和充層流體都能充分的的接觸到管壁從而達到理想的換熱效果.但是管売式換熱潘從未 用于圃液或者固氣間的熱量交換，也從未應(yīng)用于電池組中，管充式換熱器中的圃管主要是為 了液體或者氣體的艦，因此通常使用管箱來將換熱后的氣體或者液體狄集中，而且圃管 尺寸和H^是根據(jù)換熱效果來設(shè)計，本發(fā)明的類管殼式冷卻架中圃管的形狀和大小根據(jù)電池 的形狀而設(shè)計，使電池和^it做到的充分的接觸，而在殼程內(nèi)使用氣體92#液^卻劑，從 而達到了非常好的制冷效果，
此外，本發(fā)明提供的岡柱型電池組和類管殼式冷卻架還包括以下優(yōu)點 1、冷卻效果好，因為類管殼式冷卻架的管道和圃柱型電池側(cè)壁充分接蝕，不但能給電池迅速降溫，而且在每一個類管殼式冷卻架內(nèi)，冷卻劑流動的方向相反，能保證電池溫度的均
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2、 類管殼式冷卻架還具有支攛、堅固單體電池及電池組的作用。與通常在普通的塑料支架
支攛的電池組相比，由于塑料容易形變老化，電池的焊點在展動等條件下容易松動，而本 發(fā)明所用的是鋁制或鋁鎂合金的類管殼式冷卻架，因熱膨脹系數(shù)和集流片差別相對較小，
更抗撞擊,
3、 模塊化設(shè)計?？梢愿鶕?jù)需要選擇每個電池包所包括的電池模塊，以及每個電池模塊所包 括的類管殼式冷卻架個數(shù).
附圉說明


圖1是一種管殼式換熱器的示意圖.
圑2A是本發(fā)明申請要求保護的一種電池組冷卻架的示意圖，
圖幼是圖2A所示電池組冷卻架的俯視圖，
圖2C是圉2A所示電池組冷卻架的右視圖.
圖幼是圖2A所示電池組冷卻架的前視圖
圖犯圖2A所示的電池組冷卻劑架的局部區(qū)域剖面圖，
圖2F圖2A所示的電池組冷卻劑架的殼體示意圖，
圖3是本發(fā)明申請要求保護的一種電池模塊的支架示意圖，
圖4是本發(fā)明申請要求保護的一種電池模塊整體示意圖，
圖5 ^*發(fā)明申請要求保護的一種電池包示意圖，
具體實施例方式
下面參照上述附圉，對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明. 1、類管殼式冷卻架
本發(fā)明申請要求保護的一種用于冷卻電池的類管殼式冷卻架.
該類管殼式冷卻M似于類管充式換熱器，其冷卻劑也是在殼體內(nèi)流動，但是腳管206內(nèi) 主要用^置圓柱型電池.
如圖2A—2F所示，本發(fā)明要求保護的類管殼式冷卻架200充壁上開有至少兩個以上的孔 205，用于冷卻劑的在殼體內(nèi)的進出.可以艦的冷卻劑包括常用的冷卻液，例如水、髙分子化合物及水與髙分子的混合物等，還可以根據(jù)不同的電池選擇其它適宜的冷卻劑。
如圖2E所示，該類管殼式冷卻架200包括至少兩個以上、軸線平行的圓柱型圓管206， 用來放置圓柱型電池。圓管206的內(nèi)部直徑要略大于圓柱型電池直徑，優(yōu)選圓管206的內(nèi)部 直徑比圓柱型電池直徑長0.5 5毫米，這是因為為了使電池側(cè)壁和電池套筒側(cè)壁絕緣，在電 池和/或電池套筒側(cè)壁上涂上了一層絕緣層，比如電氣絕緣的環(huán)氧樹脂等，所以增大了電池的 直徑。可以使用的電絕緣材料比如有3M公司的5555電氣絕緣樹脂、5230N電氣絕緣樹脂、 260電氣絕緣樹脂、260 8G電氣絕緣樹脂、260C-free電氣絕緣樹脂、263電氣絕緣樹脂、265 電氣絕緣樹脂、266電氣絕緣樹脂、266 8G電氣絕緣樹脂、860系列電氣絕緣樹脂、501電氣 絕緣樹脂、501 h-fiee電氣絕緣樹脂、501F電氣絕緣樹脂、521電氣絕緣樹脂、521+電氣絕緣 樹脂等。
圓管206的直徑一般略大于置入圓管206中電池的直徑，但是不能太大，如果太大，圓 管206和電池將不能很好的接觸,因此圓管206的直徑不超過圓管206中電池的直徑的110%。 為了便于圓柱型電池和外部集流裝置的電連接，圓管206的長度不超過置入圓管206中 圓柱型電池的長度，優(yōu)選圓管206的長度為圓柱型電池長度的5 50%。
為了便于電池組的放置以及模塊化，殼體優(yōu)選為矩形體，該矩形殼體包括矩形框體202 和框體兩端的相互平行的管板203;而圓管206的兩端管口均連接在矩形殼體的管板203部 分上，同樣，管板上存在與圓管206直徑相等的圓孔，且圓孔與圓管管口的數(shù)量相等、與管 口的位置相對應(yīng)使得圓管仍然為通管。圓管206與管板203優(yōu)選成垂直關(guān)系。
在本發(fā)明中，圓管206的數(shù)量至少為一個，圓管為一個的情況即冷卻架供單個的大電池 使用。但大多數(shù)情況下都是在兩個以上，而且這些圓管206軸線平行、長度相等。 管壁的厚度可比殼壁厚度略薄。冷卻架可以使用注塑或者澆鑄等方法一次成型。 本發(fā)明的冷卻架200內(nèi)部被至少一個以上的隔欄204 (隔欄平面和圓管206軸線平行，隔 欄厚度為0.3 3毫米)分成至少兩格(兩個空間)以上，而且每一格都有兩個以上的孔205 用于冷卻劑的進出。優(yōu)選類管殼式冷卻架內(nèi)部被分成兩格，且兩格的冷卻劑體流動方向相反， 目的是使每格上下溫度更加均勻。而每格內(nèi)優(yōu)選包括兩排圓管206。 優(yōu)選每格內(nèi)包括兩排管道，這樣可以充分利用空間。
冷卻架材料可以為鋁、銅等傳熱性好的金屬材料，及鋁鎂等輕質(zhì)金屬合金材料，也可以考 慮導熱性好的塑料材料。金屈優(yōu)選鋁，因為鋁時密度小、質(zhì)量輕、價格合適。金屬合金優(yōu)選 優(yōu)選鋁鎂合金材料。
當在圓柱形電池組中使兩本發(fā)明的冷卻架時，可以在圓管206和電池之間的縫隙注入導熱 灌封膠增加熱傳導性能。2、電池包
如圖3、 4、 5所示，本發(fā)明申請要求保護的圔柱型電池包主耍包括一個以上的電池模塊 400、冷卻劑輸送管502、泵、圓柱型電池、冷卻劑等。其中每個電池模塊包括一個以上如上 所述類管殼式冷卻架200、兩個電池模塊支架300。
^地，在電池與圓管206壁的縫隙中注有導熱材料以使表面接觸充分。這種導熱材料的 特點是在注入時是液態(tài)的，注入后凝結(jié)成固態(tài)或者半固態(tài)。同時在周圍環(huán)境變化時不再轉(zhuǎn)化 成液態(tài)甚至固態(tài),這種材料可以是導熱襯封膠比如愛瑪瓶襄明EmBnKm&cuming公司的Stycast 2850kt等等。
實施例1
1、 圃柱型26650磷黢鐵鋰動力電池包用類管殼式冷卻架， 如圑2A-2F所示，類管殼式冷卻架200形狀為矩形，殼壁厚度l.O毫米，
類管殼式冷卻架200包括76根圃管，圃管內(nèi)徑為26,5毫米，管壁厚度(U毫米.76根圓 管206Sffi形抹列，橫拌4個，豎捧19個，
類管売式冷卻架200被厚度為1毫米的隔欄分成不相通的兩格,每格上下均有液體進出口 ， 且兩格的冷卻劑體流動方向相反，使每格上下腿盡可能保持均勻.
每格內(nèi)包括兩排圃管206，每抹兩根畫管.
類管殼式冷卻其延圃管206軸線方向長度為30毫米，電池置于圃管206中時，電池兩端 ##出10毫米.
2、 圃柱型26650碑酸鐵鋰動力電池包.
整個圃柱型26650碟酸鐵鋰動力電池包括12個電池棋塊400. 針電池模塊包括5個類管殼式冷卻架200,
每個類管充式冷卻架200上安裝有76節(jié)26650 tt醴鐵鋰離子電池.因此整個電池包包含 4560節(jié)26650碟酸鐵鋰圃柱型電池，可以儲存大約44kWh的電量，可以夠一臺普通電動轎 車艦要求.
此外，在管道內(nèi)壁涂有一層3M公司Sooteast的5230N電氣絕緣樹脂，在畫管206壁和電 池擁&t間的縫瞎用愛瑪森康明Emetaonftcumiiig公司的Stycast28鄰kt導熱潘封膠填充，
平行或者垂直隔欄204方向上的相鄰兩根圃管206之間的間距為1毫米，圃管與類管充式 冷卻架內(nèi)壁之間的最短距離也是1毫米，
每個類管殼式糊架200所耗的鉬材為0.00011S立方米，針電池電池包所有粗材耗體 積大約為0.007立方米，重量為18.9公斤，使用的冷卻液體積超過0.07立方米，本實施例中使用乙醉(密度0.7893g/cm3)，總共超 過55公斤。
單節(jié)26650磷酸鐵鋰電池為85克，4560節(jié)大約為387公斤。整個電池包的重量超過440 公斤，
此外，電池包還包括鋁質(zhì)的冷卻劑輸送管502和冷卻劑iTJll泵。
實旌例2
1、 畫柱型18650錳酸鋰動力^lk包用類管殼式冷卻架， 類管殼式冷卻架200形狀為矩形，殼壁厚度1.0毫米，
類管殼式冷卻架200包括76根圓管，圃管內(nèi)徑為汰5毫米，管壁厚度0.2毫米.76根畫 管206呈矩形抹列，橫樣4個，豎排19個，
類管殼式冷卻架200被厚度為1毫米的隔欄204分成不相通的兩格，每格上下均有液體進
出口，且兩格的冷卻劑體流動方向相反(一邊往上，一邊往下)，使每格上下aft盡可能保持
均勻，
每格內(nèi)包括兩豎排圃管206,
圃管206軸線方向長度為30毫米，電池置于畫管206中時，電池兩埔各伸出10毫米，
2、 圓柱型18650錳酸鋰動力電池包，
整個圓柱型18650鋰酸鋰動力電池包括15個電池模塊8， M電池模塊400包括5個類管殼式冷卻架200.
每個類管殼式冷卻架200上有76節(jié)18650錳酸鋰電池,因此整個電池包包含5700節(jié)18650 錳酸鋰圓柱型電池，fl^存約50kWh的電量，可以夠一臺普通電動轎車使用要求，
此外，在畫管內(nèi)壁涂有一層3M公司Scoteast的523咖電氣絕緣樹脂，在圃管206和電
平行或者垂直隔欄4方向上的相鄰兩根腳管206之間的間距為1毫米，圃管206與類管殼 式冷卻架內(nèi)壁之間的最短距離也是1毫米.
本實施例中的類管殼式冷卻架200所耗的鉬材為0.00009立方米，^電池電池包所有鉬 材耗費體積約為0.0068立方米，重量為18.4公斤，
冷卻液體積大約0.07立方米，本實施例中使用乙醉，重量超過55公斤，
18650錳酸鋰單電池每節(jié)45克，5700節(jié)重大約256公斤，整個電池包的重Jt大于330公,
此外，電池包還包括鋁質(zhì)的外部的冷卻劑輸送管205和泵，
值得注意，任何對本發(fā)明中所要求保護的方案中所涉及的元《#和方案的明顯的置換和變換，比如冷卻架的材料、形狀、尺寸的變換，或者是在冷卻劑架、電池組、電池包上增設(shè)其 它設(shè)備，或者其它制備本發(fā)明所要求保護的物件的方法，都應(yīng)該視同已經(jīng)被本發(fā)明所披露或 者已經(jīng)包括在本發(fā)明要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種圓柱型電池模塊的冷卻架，其特征在于，采用類管殼式結(jié)構(gòu)，包括殼體和圓管；圓管的兩端管口均連接在殼體上，殼體上存在與圓管直徑相等的圓孔，且圓孔與圓管管口的數(shù)量相等、與管口的位置相對應(yīng)使得圓管仍然為通管；殼體與圓管共同構(gòu)成空腔體結(jié)構(gòu)。
2. 根擁權(quán)利整求1所述的冷卻架，其特征在于，充體與圃管共同構(gòu)成的空腔體為封閉式 的，僅在殼體上留有冷卻劑流入孔和流出孔以供冷卻劑流出和流出空腔體，
3. 根據(jù)權(quán)利耍求2所述的冷卻架，其特征在于，圃管的直徑大于K入圓管中被冷卻的圓 柱型電池的直徑.
4. 根據(jù)ft^!l要求3 S的冷卻架，其特征在于，圓管的直徑不超過置入圓管中被冷卻的 圓柱型電池的直徑的110%.
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷卻架，其特征在于，且圓管的M不超過置入岡管中被冷卻 的圃柱型電池的長度，
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷卻架，其特征在于，鬮管的長度為置入圃管中被冷卻的圓柱 型電池長度的5 50%,
7. 根據(jù)權(quán)利耍求2所述的冷卻架，其特征在于，所述的充體是矩形體，包括矩^ti^ 框體兩端的相互平行的管板所述的圓管的兩端管口均連接在矩形殼體的管板部分 上，且管板上雜與圓管直糊等的圃孔，且圃孔與圓管管口的數(shù)量相等、與管口的 位置相對應(yīng)使得H管仍然為通管，
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻架，其特征在于，職的冷卻架包括至少兩個以上軸線平 行、長度相等的H管.
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的冷卻架，其特征在于，圓管的直^:于置入圓管中被冷卻的圃 柱型電池的直徑，圃管的直徑不超過置入畫管中被冷卻的圓柱型電池的直徑的110%， 圓管與管板成垂直關(guān)系鵬管的M不超過置入圓管中被冷卻的圓柱型電池的長度.
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的冷卻架，其特征在于，冷卻架內(nèi)部被隔欄分成互不相通的至少 兩格，且每一格都具有冷卻劑進、出孔，
11. 根據(jù)權(quán)利耍求10所述的類管殼式冷卻架，其特征在于，每格內(nèi)包括兩排圃管，
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11所述的類管殼式冷卻架，其特征在于，類管殼式冷卻架由金屬 成者金諷合金制成.
13. 根據(jù)權(quán)利整求11所述的類管売式冷卻架，其特征在于，類菅売式冷卻架由鋁、銅或 者錢鋁合金制成，
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的類管殼式冷卻架，腳管內(nèi)壁涂有一層電氣絕錄樹脂，
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至ll所述的冷卻架在岡柱形電池組中的應(yīng)用，其特征在于，將圓柱 型電池插入圓管中，冷卻劑流入孔和流出孔外接冷卻劑循環(huán)裝置，冷卻劑通過冷卻劑 流入孔和流出孔在所述的空腔內(nèi)流入和流出，圓柱型電池通過電池支架進行面定。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的冷卻架在圓柱形iU池組中的應(yīng)用，其特征在于，畫管和電池 之間注入導熱港封膠。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的冷卻架在圓柱形電池組中的應(yīng)用，其特征在于，將畫柱型電 池插入圓管中，冷卻劑流入孔和流出孔外接冷卻劑循環(huán)裝置，冷卻劑通過冷卻劑流入 孔和流出孔在所述的空腔內(nèi)流入和流出，圓柱型電池通過電池支架進行固定.
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的冷卻架在圓柱形電池組中的應(yīng)用，其特征在于，畫管和電池 之間注入導熱港封膠，
19. 權(quán)利要求1至11所述的冷卻架的制備方法，采用一次擁鑄或者注塑成型，
20.權(quán)利要求12所述的冷卻架的制備方法，采用一次錄鑄或者注塑成型，
21. 圃柱型電池模塊的冷卻系統(tǒng)，包括冷卻劑儲權(quán)、泵、冷卻劑縱管、一個以上如權(quán)利 要求1至11或權(quán)利要求13、 14中任一所述的冷卻架，
22. 電池包，包括一個以上的電池模塊、冷卻劑儲織、泵、冷卻劑輸送管，其中，每個電 池模塊包括一個以說利要求1至11或權(quán)利要求13、 14中任一所述的冷卻架、兩個 電池支架和畫柱型電池，
全文摘要
本發(fā)明提供了采用類管殼式結(jié)構(gòu)的圓柱型電池模塊的冷卻架，它包括殼體和圓管；圓管的兩端管口均連接在殼體上，且殼體上存在與圓管管口大小、位置相對應(yīng)的孔使圓管仍然為通管；殼體與圓管共同構(gòu)成空腔體結(jié)構(gòu)。殼體與圓管共同構(gòu)成的空腔體為封閉式的，但是在殼體上留有冷卻劑流入孔和流出孔以供冷卻劑流出和流出空腔體。本發(fā)明的類管殼式冷卻架對電池組的冷卻效果好，同時還具有支撐、堅固單體電池及電池組的作用。本發(fā)明還提供了使用了本發(fā)明提供的冷卻架的電池組和液冷式的電池包。
文檔編號H01M10/50GK101621142SQ20091010099
公開日2010年1月6日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者吳海斌, 杰夫·徐 申請人:微宏動力系統(tǒng)(湖州)有限公司