具有提高的冷却效率的冷却构件和采用该冷却构件的电池模块

摘要

本发明涉及一种冷却构件，该冷却构件具有提高的冷却效率，其被安装在电池模块或者电池组的上方和/或下方，以便于去除在充电和放电期间从电池单元产生的热。冷却构件包括：导热媒介，该导热媒介包括阶式联接板，其长度是相互不同的，其中冷却剂通道被限定在联接板的界面之间；和冷却剂管，该冷却剂管具有中空结构，冷却剂流动通过该中空结构，冷却剂管包括主管和至少一个分支管，当分支管与主管连通时该分支管垂直地延伸，以便与导热媒介的冷却剂通道连通。在导热媒介的冷却剂通道的一端中，安装凹槽被限定在来自于具有相对长的长度的多个联接板当中的板中，安装凹槽具有与分支管的外表面的形状相对应的形状，并且当分支管被安装在安装凹槽中时包围分支管的外表面的辅助板被安装。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有提高的冷却效率的冷却构件和包括该冷却构 件的电池模块，并且更加具体地，涉及一种冷却构件，该冷却构件被 安装在电池模块或者电池组的顶部和/或底部处以去除在电池单元的充 电和放电期间从电池单元产生的热，该电池模块被构造成具有如下结 构，即：其中多个单元模块在横向方向上布置，多个单元模块中的每 一个单元模块均包括一个或者更多个电池单元；该电池组被构造成具 有如下结构，即：其中多个电池模块在横向方向中布置，其中冷却构 件包括：导热构件，该导热构件包括具有不同长度的台阶部分的阶式 紧固板，冷却剂流动通道形成在紧固板的界面处；和冷却剂导管，该 冷却剂导管包括主导管和一个或者多个分支导管，该主导管位于电池 模块或者电池组的前方和/或后方处，在其中分支导管与主导管连通的 状态下该一个或者多个分支导管垂直地延伸使得分支导管与导热构件 的冷却剂流动通道连通，并且其中在紧固板的相对长的台阶部分中在 导热构件的冷却剂流动通道的端部处形成有与分支导管的外部形状相 对应的安装凹槽，使得冷却剂导管的分支导管被连接到导热构件的冷 却剂流动通道并且辅助板被安装在紧固板上，该辅助板用于在其中分 支导管被安装在安装凹槽中的状态下包围分支导管的外周。

背景技术

近来，能够充电和放电的二次电池已广泛用作无线移动设备的能 量源。另外，将二次电池作为电动车辆（EV）、混合动力电动车辆（HEV）、 以及插电式混合动力车辆（Plug-In HEV）的电源已引起了相当大的关 注，已经开发了上述二次电池来解决由现有的使用化石燃料的汽油车 和柴油车所引起的问题，例如空气污染。

小型移动设备为每个设备使用一个或数个电池单元。另一方面， 由于中型或大型设备需要高功率和大容量，所以中型或大型设备诸如 车辆使用中型或大型电池模块，所述中型或大型电池模块具有被相互 电连接的多个电池单元。

优选地，中型或大型电池模块被制造成具有尽可能小的尺寸和重 量。因此，通常使用能够以高的集成度进行堆叠并具有小的重量容量 比的棱形电池或袋状电池来作为中型或大型电池模块的电池单元。具 体地，目前很多兴趣都集中在袋状电池，该袋状电池使用铝层压片作 为包覆构件（sheathing member），因为该袋状电池的重量轻、该袋状电 池的制造成本低，并且能够容易修改袋状电池的形状。

构成这种中型或大型电池模块的电池单元是能够充电和放电的二 次电池。因此，在高功率、大容量二次电池的充放电期间，这些电池 会产生大量的热量。特别地，在电池模块中广泛使用的每个袋状电池 的层压片均在其表面上涂覆有呈现低导热性的聚合物材料，结果，难 以有效降低电池单元的总体温度。

如果不能从电池模块中有效去除在电池模块的充放电期间由该电 池模块产生的热量，则热量将积聚在该电池模块中，结果，加速了该 电池模块的恶化。根据情形，该电池模块可能着火或爆炸。为此，用 于车辆的中型或大型电池组需要冷却系统来冷却该电池组中安装的电 池单元，所述中型或大型电池组为包括多个中型或大型电池模块的高 功率、大容量电池。

通常，通过以高的集成度堆叠多个电池单元来制造要安装在中型 或大型电池组中的各个电池模块。在这种情况下，电池单元在这些电 池单元以预定间隔布置的状态下进行堆叠，以便能够去除在电池单元 的充放电期间产生的热量。例如，在不使用额外构件的情况下，可以 在电池单元以预定间隔布置的状态下依次堆叠这些电池单元。可替代 地，在这些电池单元具有低机械强度的情况下，也可以将一个或多个 电池单元安装在电池盒中以构成一个单元模块，并将多个单元模块堆 叠起来以构成一个电池模块。该电池盒提高了电池单元的机械强度， 然而，该电池盒也增大了电池模块的总体尺寸。

另外，冷却剂通道被限定在所堆叠的电池单元之间或所堆叠的电 池模块之间，以便有效去除在所堆叠的电池单元之间或所堆叠的电池 模块之间积聚的热量。

在该冷却结构基于水冷式冷却系统的情况下，冷却剂导管延伸通 过被整合的导热构件。

具体地，使用具有如下结构的冷却构件，在该结构中被连接到管 线的热沉连接部被形成为突出形状，以便于将冷却剂注入到在热沉中 限定的流动通道，并且然后通过力配合将热沉连接部插入到管线中。

然而，在具有上述构造的冷却构件中，通过力配合必须将热沉连 接部被插入到多个管线中。为此，难以组装冷却构件。

为了解决上述问题，能够设计如下结构，其中辅助管被安装在热 沉中并且然后被一体化地连接到管线使得冷却剂从管线流动到被安装 在热沉中的辅助管。

然而，具有上述构造的冷却构件具有如下问题，由于辅助管减少 了冷却剂的散热，因此与其中冷却剂在热沉中直接地流动的结构相比 较冷却效率被降低。

因此，对冷却构件和使用该冷却构件的高度安全的电池模块存在 高度需求，该冷却构件能够提高冷却效率，确保长期耐久性，并且提 高组装效率。

发明内容

技术问题

已经提出本发明以解决上述问题，并且本发明的目的是为了提供 一种冷却构件，该冷却构件具有如下结构，在该结构中，导热构件包 括具有不同长度的台阶部分的阶式紧固板并且冷却剂流动通道被形成 在紧固板的界面处使得冷却剂流动通道与冷却剂导管连通，因此，被 引入到冷却剂导管的冷却剂沿着导热构件的冷却剂流动通道流动，从 而与其中附加的辅助导管被安装在导热构件的传统结构相比防止导热 构件的散热的丢失。

本发明的另一目的是为了提供一种冷却构件，该冷却构件被构造 成具有如下结构，在该结构中，冷却剂导管包括主导管和从主导管延 伸的分支导管，使得分支导管与冷却剂流动通道连通，安装凹槽被形 成在冷却剂流动通道的端部处在紧固板的相对长的台阶部分中，并且 辅助板被安装在紧固板上，所述辅助板用于在其中分支导管被安装在 安装凹槽中的状态下包围分支导管的外周，从而将分支导管容易地连 接到导热构件的冷却剂流动通道。

本发明的再一个目的是为了提供一种冷却构件，该冷却构件被构 造成具有如下结构，在该结构中，主导管和分支导管被一体化地彼此 连接，因此没有必要在主导管和分支导管之间执行附加的联接，从而 提高组装效率和组装可靠性，并且另外，通过设置与冷却剂导管连通 的冷却剂流动通道来提高冷却效率。

技术解决方案

根据本发明的一个方面，能够提供一种冷却构件来完成以上和其 它目的，该冷却剂构件被安装在电池模块或者电池组的顶部和/或底部 处，该电池模块被构造成具有如下结构，在该结构中，多个单元模块 被布置在横向方向中，多个单元模块中的每一个单元模块均包括一个 或者更多个电池单元，电池组被构造成具有如下结构，在该结构中， 多个电池模块被布置在横向方向上以去除在电池单元的充电和放电期 间从电池单元产生的热，冷却构件包括，导热构件，该导热构件被布 置在电池模块或者电池组的顶部和/或底部处，导热构件包括具有不同 长度的台阶部分的阶式紧固板；冷却剂流动通道，该冷却剂流动通道 被形成在紧固板的界面处，以及冷却剂导管，该冷却剂导管被构造成 具有中空结构，冷却剂流动通过该中空结构，该冷却剂导管包括主导 管和一个或者多个分支导管，该主导管位于电池模块或者电池组的前 方和/或后方处，在其中分支导管与主导管连通的状态下该一个或者更 多个分支导管垂直地延伸使得分支导管与导管构件的冷却剂流动通道 连通，其中与分支导管的外部形状相对应的安装凹槽被形成在导热构 件的冷却剂流动通道的端部处在紧固板的相对长的台阶部分中，使得 冷却剂导管的分支导管被连接到导热构件的冷却剂流动通道，并且辅 助板被安装在紧固板上，该辅助板用于在其中分支导管被安装在安装 凹槽中的状态下包围分支导管的外周。

在根据本发明的冷却构件中，导热构件包括阶式紧固板，该阶式 紧固板具有不同长度的台阶部分，冷却剂流动通道被形成在紧固板的 界面处，使得冷却剂流动通道与冷却剂导管连通。因此，与其中附加 的辅助导管被安装在导热构件中的传统结构相比较，能够防止由于导 热构件和辅助导管之间的接触电阻而导致导热构件的散热的损失。

另外，冷却剂导管包括主导管和从该主导管延伸的分支导管，使 得分支导管与冷却剂流动通道连通，安装凹槽被形成在冷却剂流动通 道的端部处在紧固板的相对长的台阶部分中，并且辅助板被安装在紧 固板处，该辅助板用于在其中分支导管被安装在安装凹槽中的状态下 包围分支导管的外周，从而在没有附加的紧固构件的情况下容易地实 现分支导管和导热构件之间的联接。

此外，不同于传统的冷却构件，没有必要在导热构件的一部分处 形成附加的紧固部，以便于将冷却剂导管连接到导热构件。因此，能 够大大地提高冷却构件的组装效率和组装可靠性。

在优选示例中，紧固凹槽可以以向内凹陷的方式被形成在每个辅 助板的底部处，该紧固凹槽具有与分支导管的外周相对应的形状。在 这样的情况下，分支导管可以被加载在被形成在安装凹槽中并且然后 辅助板可以被安装在紧固板的顶部处和分支导管的顶部处，安装凹槽 形成在紧固板的相对长的台阶部分处。因此，能够以提高的组装效率 容易地实现之间的紧固。

在另一优选示例中，每个辅助板具有等于导热构件的2%至10%的 长度。如果每个辅助板的长度小于导热构件的2%或者大于导热构件的 10%，则分支导管和导热构件之间的联接力被降低，这不是优选的。然 而，只要能够呈现上述效果，能够偏离上面的尺寸范围。

每个辅助板的宽度没有被特别地限制，只要辅助板覆盖被安装在 导热构件的安装凹槽中的分支导管即可。优选地，每个辅助板具有与 导热构件的宽度相等的宽度，以便于实现辅助板和导热构件之间的稳 定的联接。

在优选示例中，分支导管可以被一体化地连接到主导管。因此， 能够有效地实现冷却剂从分支导管和主导管之间的连接区域泄漏。

在安装凹槽的相对端部中的每个分支导管的插入长度可以等于导 热构件的长度的10%至30%。如果每个分支导管的插入长度小于导热 构件的长度的10%，则冷却剂可以从分支导管和冷却剂流动通道的端 部之间的连接区域泄漏，这不是优选的。另一方面，如果每个分支导 管的插入长度大于导热构件的长度的30%，则分支导管和导热构件之 间的接触电阻被增加，因此冷却效率可以被降低，这也不是优选的。 然而，只要能够呈现上述效果，能够偏离上面的尺寸范围。

冷却剂导管和安装凹槽的形状没有被特别地限制，只要冷却剂能 够有效地流动即可。例如，在流体力学方面，冷却剂导管和安装凹槽 被优选地形成为具有圆形的竖直截面。

在另一示例中，可以由两个或者更多个导管构成分支导管。因此， 与其中设置一个分支导管的结构相比较，能够提高电池模块或者电池 组的冷却效率。

优选地，主导管具有比每个分支导管大的直径。因此，当被引入 到主导管的冷却剂沿着分支导管流动时，分支导管中的冷却剂的流动 速率比主导管中的冷却剂流动速率高。因此，能够提高电池模块或者 电池组的冷却效率。

在具体示例中，主导管的直径可能是每个分支导管的两倍至五倍。 如果主导管的直径小于各个分支导管的两倍，则可能难以将分支导管 中的冷却剂的流动速率增加到所期望的水平，这不是优选的。另一方 面，如果主导管的直径大于每个分支导管的五倍，则电池模块或者电 池组的整体尺寸被增加，这也不是优选的。然而，只要其能够呈现上 述效果，其能够从上面的尺寸范围偏离。

同时，优选地由导热耐腐蚀材料形成冷却剂导管。因此，当冷却 剂在冷却剂导管中流动时防止冷却剂导管被腐蚀。

导热构件可以具有热沉。热沉是通过热接触从另一对象吸收热并 且向外散发被吸收的热的物体。

可以以各种形式布置导热构件。例如，可以基于每个电池模块或 者电池组设置导热构件。即，可以为各个电池模块提供被划分的导热 构件或者可以为电池组提供一体化的导热构件。

在优选示例中，冷却构件可以进一步包括冷却片，在其中冷却片 的相对侧紧密接触单元模块中的相对应的一个的状态下该冷却片被布 置在各个单元模块之间。在这样的情况下，冷却剂在主导管和分支导 管中流动的同时将散热顺序地传递到导热构件和冷却片。散热可以有 效地冷却各个单元模块。

在上述结构的优选示例中，冷却片可以被弯曲使得冷却片以表面 接触的方式接触导热构件。

即，在其中冷却片被布置在各个单元模块的情况下，能够基于导 热使散热最大化，因为冷却片以表面接触的方式接触导热构件。

在上述结构的优选示例中，每个冷却片的形状没有被特别地限制， 只要冷却片能够被布置为紧密地接触单元模块即可。例如，在竖直截 面中每个冷却片可以被形成为形、“T”形、“[”形或者“I”形。 在这样的情况下，能够将来自于导热构件的散热有效地传递到单元模 块。

具体地，“T”形结构可以包括“I”形和“T”形的组合。

用于冷却片的材料没有被特别地限制，只要冷却片呈现有必要实 现高的冷却效率的优异的导热性即可。例如，可以由呈现高导热性的 金属板形成每个冷却片。

优选地，每个电池单元均为板状二次电池，其具有小厚度并且相 对大的宽度和长度，使得当电池单元被堆叠以组成电池模块时电池模 块的尺寸被最小化。这样的板状二次电池的优选示例可以是棱柱形二 次电池或者袋状二次电池。特别地，袋状二次电池被优选地使用，该 袋状二次电池被构造成具有如下结构，在该结构中，电极组件被安装 在电极组件容纳部中，电极组件容纳部被形成在电池壳体处，由包括 树脂层和金属层的层压片形成该电池壳体，并且通过热焊接密封的密 封部（“外边缘密封部”）被形成在电极组件容纳部的外边缘处。

同时，冷却剂没有被特别地限制，只要冷却剂在冷却剂导管中容 易流动的同时呈现高的冷却效率即可。例如，冷却剂可以是水，水具 有高潜热，从而最大化冷却效率。

根据本发明的另一方面，提供一种包括具有上述构造的冷却构件 的电池模块。

根据本发明的电池模块被构造成具有如下结构，在该结构中，多 个单元模块被布置在横向方向上并且冷却构件被安装在电池模块的顶 部和/或底部处，多个单元模块中的每一个单元模块包括一个或者更多 个电池单元。因此，能够构造电池模块，其中，通过冷却构件的冷却 剂导管和导热构件大大地提高冷却效率，同时，提高组装效率。

根据本发明的另一方面，提供一种电池组，该电池组包括被布置 在横向方向上的多个电池模块。

电池组包括多个电池模块以便于提供高功率和大容量。因此，电 池组被优选地用作电动车、混合动力电动车辆以及外接插电式混合动 力电动车辆的动力源，或用作电力储存装置的电源，其中在电池单元 的充放电期间产生的高温热量是严重安全问题。

附图说明

结合附图并根据下面的详细描述，将会更加清楚地理解本发明的 上述和其它目的、特点和其它优点，其中：

图1是示出根据本发明的实施例的电池模块的透视图；

图2是示出其中辅助板被安装在图1的电池模块中的紧固板的结 构的透视图；

图3示出图1的电池模块的冷却构件的视图；

图4是示出图3的冷却构件的部分放大的视图；

图5是沿着图2的电池模块的线A-A’截取的典型的截面图；

图6是示出根据本发明的另一实施例的冷却片的典型的截面图；

图7和图8是示出根据本发明的另一实施例的电池组的透视图；

图9是示出图7的冷却构件的透视图；并且

图10是示出根据本发明的被安装在电池模块中的示例性板状电池 单元的透视图。

具体实施方式

现在，将参考附图详细地描述本发明的优选实施例。然而，应注 意的是，本发明的范围不受所示实施例限制。

图1是典型地示出根据本发明的实施例的电池模块的透视图，并 且图2是典型地示出其中辅助板被安装到图1的电池模块中的紧固板 的结构的透视图。

另外，图3是典型地示出图1的电池模块的冷却构件的视图，图4 是典型地示出图3的冷却构件的部分放大的视图，并且图5是沿着图2 的电池模块的线A-A’截取的典型的截面图。在这些附图中，为了方便 起见没有示出电池单元的电极端子。

参考这些附图，电池模块80被构造成具有如下结构，其中三个单 元模块12沿着横向方向布置并且冷却构件70被安装在电池模块80的 顶部处，每个单元模块12均具有一对电池单元10。

冷却构件70包括：导热构件，该导热构件被布置在电池模块80 的顶部处，导热构件包括具有不同长度的台阶部分的阶式紧固板50， 冷却剂流动通道55形成在紧固板50的界面处使得冷却剂通道与分支 导管30连通；以及主导管40和分支导管30，该主导管40和分支导管 30被构造成具有中空结构，冷却剂流动通过该中空结构。

在其中分支导管30与相对应的主导管40连通的状态下分支导管 30垂直地延伸使得分支导管30与导热构件的冷却剂流动通道55连通。

另外，与分支导管30的外部形状相对应的安装凹槽57被形成在 紧固板50的相对长的台阶部分中、在冷却剂流动通道55的端部处， 使得分支导管30被连接到导热构件的冷却剂流动通道55。在其中分支 导管30被安装在安装凹槽57的状态下用于包围分支导管30的外周的 辅助板60被安装在紧固板50处。

紧固凹槽65被形成在每个辅助板60的底部处，所述紧固凹槽65 以向内压下的方式具有与分支导管30的外周相对应的形状。结果，分 支导管30被容易地安装在紧固板50和辅助板60之间。在其中分支导 管30被一体地连接到主导管40的状态下分支导管30位于电池模块80 的前方和后方处。

每个辅助板60具有等于导热构件的长度L的10%的长度。每个辅 助板60具有等于导热构件的宽度W的宽度w。因此，辅助板60、紧 固板50以及分支导管30被相互容易地紧固。

在冷却剂流动通道55中的相对应的一个中的分支导管30中的每 一个分支导管的插入长度1等于导热构件的长度L的10%。因此，冷 却构件70和分支导管30之间的接触电阻被最小化。

通过两个导管组成分支导管30。每个主导管40具有比每个分支导 管30大的直径。例如，每个主导管40的直径是每个分支导管30的直 径的三倍。在竖直截面中主导管40和分支导管30被形成为圆形。由 耐腐蚀材料形成主导管和分支导管从而防止主导管和分支导管被冷却 剂腐蚀。

同时，在其中每个冷却片20的相对侧紧密接触单元模块12的相 对应的侧面状态下冷却片20被布置在各个单元模块12之间。另外， 冷却片20被弯曲使得冷却片20以表面接触的方式接触导热构件。每 个冷却片20在竖直截面中被形成为形状并且是由导热金属板形 成。

图6是示出根据本发明的另一实施例的冷却片的典型的截面图。

图6的冷却片除了冷却片在竖直截面中被形成为“T”形状24和 “I”形状22以外在结构上与图5的相同，并且，因此，将会省略详细 描述。

图7和图8是典型地示出根据本发明的另一实施例的电池组的透 视图，并且图9是典型地示出图7的冷却构件的透视图。

首先参考图7，电池组200被配置成具有下述结构，在该结构中， 四个电池模块被布置在横向方向中并且冷却构件90被安装在每个电池 模块的各个电池模块的顶部处以去除在电池单元的充电和放电期间从 电池单元产生的热，在图1中示出一个电池模块。

参考图9，冷却构件90包括导热构件、八对分支导管98以及一对 主导管96，该导热构件包括四个紧固板92和辅助板94。

图8的电池组200a除了导热构件包括一个紧固板94a和辅助板92a 之外与图7的电池组200相同，并且，因此，将会省略详细描述。

图10是典型地示出根据本发明的被安装在电池模块中的示例性的 板状二次电池的透视图。

参考图10，板状二次电池100被构造成具有下述结构，在该结构 中，在其中电极引线110和120被彼此相反的状态下两个电极引线110 和120从电池壳体130的上端和下端突出。

由包括金属层和树脂层的层压片形成电池壳体130。电池壳体130 包括上壳体和下壳体。在其中阴极/隔离物/阳极结构的电极组件（未示 出）被安装在电极组件容纳部140中的状态下，其中电极组件容纳部 140被形成在电池壳体130中，通过热焊接来密封电极组件容纳部140 的外边缘，即，横向侧150b、上端150a以及下端150c。结果，制造二 次电池100。

电极引线110和120分别从上端150a和下端150c突出。为此， 考虑到电极引线110和120的厚度以及在电极引线110和120和电池壳 体130之间的材料的不同，在其中薄膜型密封构件160被介入在电极 引线110和120和电池壳体130的状态下，上端150a和下端150c被彼 此热焊接，以便增加电池壳体130的密封性。

尽管已出于说明性目的而公开了本发明的优选实施例，但本领域 技术人员将会理解，在不偏离所附权利要求中公开的本发明的范围和 精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

[工业实用性]

从上文的描述中明显可见，根据本发明的冷却构件被构造成具有 如下结构：在该结构中，导热构件包括具有不同长度的台阶部分的阶 式紧固板，并且冷却剂流动通道被形成在紧固板的界面处，使得冷却 剂流动通道与冷却剂导管连通。结果，被引入到冷却剂导管的冷却剂 沿着导热构件的冷却剂流动通道流动。因此，与其中附加的辅助导管 被安装在导热构件的传统结构相比，能够防止导热构件的散热的丢失。

另外，冷却剂导管包括主导管和从主导管延伸的分支导管，使得 分支导管与冷却剂流动通道连通，安装凹槽被形成在紧固板的相对长 的台阶部分中、在冷却剂流动通道的端部处，并且辅助板被安装在紧 固板处，所述辅助板用于在其中分支导管被安装在安装凹槽的状态下 包围分支导管的外周。因此，能够将分支导管容易地连接到导热构件 的冷却剂流动通道。