專利名稱：電動汽車用u型電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動汽車用電池，更具體地涉及一種具有令制冷劑以相反方向流 入和排出的冷卻通道的U型(u-type)電池。
背景技術(shù)：
電動汽車是一種從電能獲得汽車的驅(qū)動能量的汽車，而不是像現(xiàn)有汽車那樣從化 石燃料的燃燒中獲得驅(qū)動能量。電動汽車的優(yōu)點是完全沒有排氣并且噪音非常小，但是因 諸如電池重量重、充電時間長等問題而尚未被實用化。然而，隨著公害問題的嚴重化、化石 燃料的枯竭成為重要問題，電動汽車的開發(fā)再次被加速。特別是，為使電動汽車被實用化， 需要作為電動汽車能源的電池輕量化及小型化，同時縮短其充電時間，因此對所述電池的 研究在積極地進行。
所述電池包含以串聯(lián)方式連接的多個電池單元，當所述電池充電和放電時所述電 池單元產(chǎn)生熱量。如果將所述電池單元產(chǎn)生的熱量放任不管，則會縮短所述電池單元的壽 命。因此，所述電池通常設(shè)有冷卻通道，用于排除所述電池單元產(chǎn)生的熱量。
所述電池根據(jù)所述冷卻通道的形狀分為Z型(Z-type)電池和U型(U_type)電池。 在所述Z型電池中，作為制冷劑的空氣流入所述冷卻通道的方向和從所述冷卻通道排出的 方向相同；在所述U型電池中，作為制冷劑的空氣流入所述冷卻通道的方向和從所述冷卻 通道排出的方向相反。下面，參照圖1及圖2說明U型電池的一般結(jié)構(gòu)。圖1是表示一般 U型電池的立體圖，圖2是沿著圖1的A-A'線取得的剖面圖。
所述U型電池10包括以串聯(lián)連接方式安排的多個電池單元20，和與所述電池單元 20結(jié)合的冷卻通道30、40，所述冷卻通道30、40包括結(jié)合至所述電池單元20上端的第一冷 卻通道30和結(jié)合至所述電池單元20下端的第二冷卻通道40。
所述第一冷卻通道30的一側(cè)32是開放的，使制冷劑能夠流入。并且，在所述第一 冷卻通道30下表面的沒有與所述電池單元20結(jié)合的部位形成有多個切口 34，使流入的制 冷劑能夠向所述電池單元20所在的方向排出。
在所述第二冷卻通道40上表面的沒有與所述電池單元20結(jié)合的部位形成有多個 切口 44，使從所述第一冷卻通道30排出的制冷劑能夠流入。并且，所述第二冷卻通道40的 一側(cè)42是開放的，使通過所述切口 44流入的制冷劑能夠向外部排出。
通過所述側(cè)面32流入的制冷劑依次經(jīng)過所述切口 34、所述電池單元20之間的空 間及所述切口 44，繼而通過所述側(cè)面42向外部排出，在此過程中，所述制冷劑從所述電池 單元20吸收熱量，從而冷卻所述電池單元20。
但是，在上述結(jié)構(gòu)的一般U型電池10中，電池單元20之間的溫度偏差大，因而電 池單元20的壽命彼此差異大。并且，當包含在電池中的一部分電池單元用盡時需要替換整 個電池，因此存在未用盡的電池單元因用盡的電池單元也無法繼續(xù)使用的問題。因此，為解 決上述問題，需要研究使電池單元20之間的溫度偏差變小的方法。發(fā)明內(nèi)容
所要解決的課題
本發(fā)明用于解決上述現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠維持電池單 元之間溫度分布更均勻的電動汽車用U型(u-type)電池。
解決課題的方法
為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種具有冷卻結(jié)構(gòu)的電動汽車用電池，在該冷卻 結(jié)構(gòu)中，通過第一冷卻通道流入的制冷劑冷卻電池單元之后通過第二冷卻通道排出，其中 所述冷卻結(jié)構(gòu)是令制冷劑以相反方向流入和排出的U型結(jié)構(gòu)，并且其中所述第一冷卻通道 的入口和所述第二冷卻通道的出口關(guān)于入口流量及出口流滿足下式。
1.65X [出口流量/入口流]15 = CX [出口面積/入口面積]
其中，C為 0.8 至 1.2。
優(yōu)選地，所述電池單元是板狀電池單元，并且所述電池單元相互隔開以使制冷劑 能夠從它們之間流過。
優(yōu)選地，所述制冷劑為空氣。
優(yōu)選地，通過所述入口向所述冷卻結(jié)構(gòu)供給制冷劑的驅(qū)動力是由設(shè)置在所述入口 的送風(fēng)扇提供的。
優(yōu)選地，所述出口流量是所述入口流的50%至99%。
另外，本發(fā)明的電池的入口和出口的橫截面優(yōu)選地為四邊形，并且入口和出口的 寬度相同。
并且，所述C優(yōu)選地為0.85至1. 15。


圖1是表示一般U型電池的立體圖。
圖2是沿著圖1的A-A'線取得的剖面圖。
圖3是表示本發(fā)明電動汽車用U型電池的一個實施例的剖面圖。
圖4至圖6是表示包含在電池中的電池單元的溫度分布的計算機仿真結(jié)果。
圖7是表示根據(jù)不同C值的電池單元溫度差異的圖表。
具體實施方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的電動汽車用U型電池的優(yōu)選實施例進行詳細說明。
圖3是表示本發(fā)明電動汽車用U型電池的一個實施例的剖面圖。
本發(fā)明的U型電池100包括多個電池單元110 ；第一冷卻通道130，其結(jié)合至所述 電池單元110的一端；第二冷卻通道150，其結(jié)合至所述電池單元110另一端。
所述電池單元110為板狀電池單元，多個電池單元110以串聯(lián)連接方式安排，所述 電池單元110的列數(shù)可以為一個或多個。充電給所述電池單元110的電壓被用于驅(qū)動電動 汽車，所述電池單元110在放電之后被再次充電。如上所述，電池單元110重復(fù)充電和放電， 在此過程中所述電池單元110產(chǎn)生熱量。所述熱量通過制冷劑例如空氣而冷卻。所述電池 單元110相互隔開預(yù)定距離，以使制冷劑能夠從它們之間流過。
所述第一冷卻通道130的一側(cè)是開放的表面132，使用于冷卻所述電池單元110的制冷劑能夠從外部流入。并且，在所述第一冷卻通道130下表面的沒有與所述電池單元110 結(jié)合的部位形成有多個切口 134，使流入的制冷劑能夠向所述電池單元110排出。通過所述 開放表面132流入的制冷劑通過所述多個切口 134流進所述電池單元110之間的空間，從 而冷卻所述電池單元110。
在所述第二冷卻通道150上表面的沒有與所述電池單元110結(jié)合的部位形成有多 個切口 154，使經(jīng)過所述電池單元110之間的空間的制冷劑流入。并且，所述第二冷卻通道 150的一側(cè)是開放的表面152，使通過所述切口 IM流入的制冷劑能夠向外部排出。此時， 所述制冷劑的排出方向與所述制冷劑流入所述第一冷卻通道130的方向相反。
所述第一、二冷卻通道130、150可以沿著其長度方向具有一定的寬度和高度，所 述寬度與放置電池單元110的空間的寬度大體相同。
所述電池單元110之間的溫度偏差可以根據(jù)以下比值來確定通過所述開放表面 152從所述第二冷卻通道150排出的制冷劑的流量對通過所述開放表面132向所述第一冷 卻通道130流入的制冷劑的流量的比值，和所述開放表面152的出口面積對所述開放表面 132的入口面積的比值。根據(jù)本申請人的實驗，所述溫度偏差與第一、二冷卻通道130、150 的寬度沒有太大關(guān)系。
另一方面，優(yōu)選地，入口和出口為四邊形且所述入口的寬度和出口的寬度其長度 相同。在此情況下，當通過所述開放表面152從所述第二冷卻通道150排出的制冷劑的流 量對通過所述開放表面132向所述第一冷卻通道130流入的制冷劑的流量的比值已定時， 通過調(diào)節(jié)所述開放表面152的高度H2對所述開放表面132的高度Hl的比值可以使所述電 池單元110之間的溫度偏差最小化。
當所述開放表面152的出口面積對所述開放表面132的入口面積的比值滿足下式 1時，可以使所述電池單元110之間的溫度偏差最小化。在下面數(shù)學(xué)式1中，出口處的流量 是指通過所述開放表面152從所述第二冷卻通道150排出的制冷劑的流量，入口處的流量 是指通過所述開放表面132向所述第一冷卻通道130流入的制冷劑的流量。
電池單元110之間的溫度偏差優(yōu)選地在5度以下，更優(yōu)選地在3度以下。當所述 溫度偏差不超過5度時，可以認為電池單元110的機能退化比較均勻。當所述溫度偏差超 過5度時，隨著時間電池單元110機能退化偏差變大，從而整體電池性能下降。而且，根據(jù) 電池的使用環(huán)境或模式，溫度偏差有可能變得更大，因此一些電池單元110超過運作溫度 范圍的可能性會變大，這可能會導(dǎo)致安全問題。
在下述數(shù)學(xué)式1中，C為常數(shù)，具有0.8-1. 2之間的值，優(yōu)選具有0.85-1. 15之間 的值。并且，在下述數(shù)學(xué)式1中，第一冷卻通道130的剖面面積沿著其長度方向是恒定的， 第二冷卻通道150的剖面面積沿著其長度方向是恒定的。
數(shù)學(xué)式1[式1]
1.65X [出口流量/入口流量]1= CX [出口面積/入口面積]
當入口和出口的寬度相同且入口和出口的形狀為四邊形時，也就是說當開放表面 132和開放表面152具有相同的寬度且入口和出口的形狀為四邊形時，所述數(shù)學(xué)式1如下。
1.65X [出口流量/入口流]L5 = CX [出口高度/入口高度]
上式中，出口高度是指所述開放表面152的高度H2，入口高度是指所述開放表面 132的高度HI。
另一方面，因冷卻結(jié)構(gòu)中的制冷劑流出，制冷劑在出口處的流量有可能小于制冷 劑在入口處的流量。在此情況下，出口處的流量是入口處的流量的50 %至99 %。
另外，所述制冷劑通過設(shè)置在第一冷卻通道130入口處的送風(fēng)扇(未圖示)向第 一冷卻通道130流入。所述送風(fēng)扇提供制冷劑向第一冷卻通道130流入的驅(qū)動力。
本申請人進行了測量包含在所述電池100中的電池單元110的溫度的計算機仿 真，仿真結(jié)果顯示在圖4至圖6中。在圖4至圖6中，橫軸表示電池單元110的編號，縱軸 表示各電池單元110的平均溫度。在圖3中，電池單元110的編號被設(shè)定為向右遞增。圖 4及圖5中顯示的結(jié)果是通過在30度的外部溫度下對包含36個電池單元110的電池100 施加40A的負荷后而得出的，圖6中顯示的結(jié)果是在相同條件下從包含44個電池單元110 的電池100得出的。
在圖4中，圖標A是在出口流量對入口流量的比值為0. 790且出口面積對入口面 積的比值為1. 43的情況下獲得的。在此情況下，從數(shù)學(xué)式1得出的C值為0. 81，其處于0. 8 至1. 2的范圍內(nèi)。觀察圖標A，可知電池單元110的最大溫度和最小溫度之差——即溫度偏 差——約為3. 5度，其非常小。
圖標B是在出口流量對入口流量的比值為0. 770且出口面積對入口面積的比值為 1. 11的情況下獲得的。在此情況下，從數(shù)學(xué)式1得出的C值為1. 00，其處于0. 8至1. 2的 范圍內(nèi)。觀察圖標B，可知電池單元110的最大溫度和最小溫度之差——即溫度偏差——約 為1.6度，其非常小。
圖標C是在出口流量對入口流量的比值為0. 798且出口面積對入口面積的比值為 1. 09的情況下獲得的。在此情況下，從數(shù)學(xué)式1得出的C值為1. 08，其處于0. 8至1. 2的 范圍內(nèi)。觀察圖標C，可知電池單元110的最大溫度和最小溫度之差一即溫度偏差一約 為1.8度，其非常小。
圖標D是在出口流量對入口流量的值為0. 745且出口面積對入口面積的比值為 0. 9的情況下獲得的。在此情況下，從數(shù)學(xué)式1得出的C值為1. 18，其處于0. 8至1. 2的范 圍內(nèi)。觀察圖標D，可知電池單元110的最大溫度和最小溫度之差——即溫度偏差——約為 4度，其非常小。
在圖5中，圖標502是在出口流量對入口流量的比值為0. 7且出口面積對入口面 積的比值為1. 25的情況下獲得的。在此情況下，從數(shù)學(xué)式1得出的C為0. 78，其不處于0. 8 至1.2的范圍內(nèi)。觀察圖標502，可知電池單元110的溫度偏差約10度，其非常大。
在圖5中，圖標506是出口流量對入口流量的比值為0. 7且出口面積對入口面積 的比值為0. 8的情況下獲得的。在此情況下，從數(shù)學(xué)式1得出的C值為1. 21，其不處于0. 8 至1. 2的范圍內(nèi)。觀察圖標506，可知電池單元110的溫度偏差約為7度，其非常大。
在圖6中，圖標602是在出口流量對入口流量的比值為0. 765且出口面積對入口 面積的比值為0. 875的情況下獲得的。在此情況下，從數(shù)學(xué)式1得出的C值為1. 27，其不處 于0.8至1.2的范圍內(nèi)。觀察圖標602，可知電池單元110的溫度偏差約為10度，其非常 大。
另一方面，圖7是顯示根據(jù)C值各實施方案中的電池單元的溫度差異的圖表。在C 處于0. 8至1. 2的范圍內(nèi)時，電池單元的溫度差異約為5度以下，其不算大。但是應(yīng)理解， 如果C不足0. 8或超過1. 2，則溫度差異急劇增大。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性
根據(jù)本發(fā)明，由于電池單元之間的溫度偏差非常小，因此具有延長電池壽命的效 果。并且，由于冷卻通道的出口面積對入口面積的比值可以由數(shù)學(xué)式定量地算出，因此設(shè)計 電池變得非常容易。
權(quán)利要求
1.一種電動汽車用電池，其具有冷卻結(jié)構(gòu)，在該冷卻結(jié)構(gòu)中，通過第一冷卻通道流入的 制冷劑在冷卻電池單元之后通過第二冷卻通道排出，其特征在于，所述冷卻結(jié)構(gòu)具有令制 冷劑以相反方向流入和排出的U型結(jié)構(gòu)，并且第一冷卻通道的入口和第二冷卻通道的出口 關(guān)于入口流量及出口流量滿足下式1.65X [出口流量/入口流量]1_5 = CX [出口面積/入口面積]其中C為0. 8至1. 2。
2.權(quán)利要求1的電動汽車用電池，其特征在于，在所述冷卻結(jié)構(gòu)中，因所述制冷劑的流 出，所述出口流量是所述入口流量的50 %至99 %。
3.權(quán)利要求1的電動汽車用電池，其特征在于，所述電池單元是板狀電池單元，并且電 池單元相互隔開以使所述制冷劑能夠從電池單元之間流過。
4.權(quán)利要求1的電動汽車用電池，其特征在于，所述制冷劑是空氣。
5.權(quán)利要求1的電動汽車用電池，其特征在于，通過所述入口向所述冷卻結(jié)構(gòu)供給所 述制冷劑的驅(qū)動力是由設(shè)置在所述入口處的送風(fēng)扇提供的。
6.權(quán)利要求1的電動汽車用電池，其特征在于，所述C為0.85至1.15。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，由于電池單元之間的溫度偏差非常小，因此具有延長電池壽命的效果，并且由于冷卻通道的出口面積對入口面積的比由數(shù)學(xué)式定量算出，因此具有電池設(shè)計非常容易的效果。
文檔編號H01M2/10GK102037581SQ200980118724
公開日2011年4月27日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日
發(fā)明者姜達模, 尹種文, 林藝勛, 鄭在皓 申請人:株式會社Lg化學(xué)