CN103125046A - 用于冷却锂二次电池的方法和*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于冷却锂二次电池的方法和***，其快速地冷却锂二次电池。特别地，导热连接端口被连接到二次电池的正电极端子和负电极端子中的至少一个。而且，制冷剂接触连接端口以冷却电池单元。在此，制冷剂可以是水或者空气，并且制冷剂管可以由合成树脂形成。而且，制冷剂管的一端被焊接并且被固定到电极端子。根据上述结构，冷却单元可以被布置在二次电池的一侧上，以防止当由于二次电池的异常生热而使二次电池的内部温度增加时二次电池的内部温度被增加到预定温度以上。此外，冷却单元可以快速地冷却二次电池以提高热稳定性。

Description

用于冷却锂二次电池的方法和***
技术领域
在此公开的本公开涉及一种用于诸如便携式电气/电子设备、混合动力车辆（HEV）以及电动车辆（EV）的设备的二次电池，并且更具体地，涉及一种用于快速地冷却二次电池的方法和***。
背景技术
最近，诸如移动电话、膝上型计算机以及摄录像机的各种紧凑的和轻质的电气/电子设备被开发和生产。这样的便携式电气/电子设备设有电池模块以用于在没有外部电力供应的情况下工作。这样的电池模块包括至少一个电池，该电池能够在预定的时间段内保持其输出电压水平高于用于操作电气/电子设备的预定值。
由于经济原因通过可充电二次电池组成许多新近的电池模块。特别地，由于高能量密度、高工作电压以及长寿命，锂二次电池作为电源在各种移动设备和电子设备中被广泛使用。
另外，作为电动车辆和混合动力车辆的能量源的锂二次电池正引起相当大的关注，该电动车辆和混合动力车辆是由于使用矿物燃料而导致污染和全球变暖的汽油车辆和柴油车辆的替代。一些锂二次电池在商业上可用于此目的。
因为锂二次电池具有3.6V的工作电压，其是被广泛地用作便携式电子设备的电源的镍镉电池或者镍-氢化物电池的工作电压的三倍，并且每单位重量具有高能量密度，所以锂二次电池的使用快速地增加。
通常，根据电解质的种类，锂二次电池被归类成液体电解质类型和聚合物电解质类型。液体电解质类型锂二次电池被称为锂离子二次电池，并且聚合物电解质类型锂二次电池被称为锂聚合物二次电池。另外，根据外部和内部结构二次电池能够被归类成圆柱型、棱柱型以及袋型。因为袋型二次电池能够具有高的堆叠密度以及相对于长度的窄的宽度并且是轻质的，所以袋型二次电池引起更多注意。
通常，锂二次电池使用含锂氧化物作为正电极活性材料并且使用碳材料作为负电极活性材料。例如，锂二次电池包括电极组件、容纳电极组件的二次电池外壳以及被注入到二次电池外壳中以允许锂离子的移动的电解质。电极组件包括涂覆有正电极活性材料的正电极板、涂覆有负电极活性材料的负电极板、布置在正电极板和负电极板之间以防止电短路同时允许锂离子通过其移动的隔板。通过焊接正电极、隔板以及负电极形成电极组件。
详细地，正电极端子被连接到涂覆有正电极活性材料的正电极板，并且负电极板被连接到涂覆有负电极活性材料的负电极板。正电极板、隔板以及负电极板被一个堆叠在另一个之上并且被缠绕以形成电极组件。
然后，电极组件被稳固地布置在二次电池外壳中，并且电解质被注入到二次电池外壳中。之后，二次电池被密封。
在包括多个可充电单元电池的这样的电池模块中，安全是最重要的因素之一。电池模块的安全问题是由发热、外部冲击、内部组件的劣化、短路等引起的。
即，尽管通过堆叠多个单元能够获得高单元密度，但是当单元被充电和放电时难以散发从单元产生的热。如果热由于不良的散热积累，那么可能出现显著安全问题以及电池的劣化和寿命缩短。特别地，对于电动车辆和混合动力汽车的电源来说有效散热是更重要的，因为这样的电源被快速地充电和放电并且在瞬间高功率操作期间产生大量的热。
换言之，如果热没有被有效地散发同时单元电池被充电和放电，热积累从而劣化单元电池。在一些情况下，可能出现燃烧或者***。因此，冷却***是必要的。
在现有技术中，散热器被附接到包括被堆叠多次的正电极、隔板以及负电极的二次电池的一侧，以便吸收和散发从二次电池产生的热。然而，到散热器的热传递的速率低，因为热被传递通过多个正电极/隔板/负电极层。因此，没有快速地执行冷却。
发明内容
技术问题
本发明提供一种用于通过将冷却装置布置在锂二次电池的侧面处冷却锂二次电池的方法和***，以防止由于异常发热而使锂二次电池的温度增加到预设值并且提高锂二次电池的热稳定性。
技术解决方案
本发明的实施例提供一种冷却包括电极端子的锂二次电池的方法，该方法包括：将导热连接器连接到电极端子；并且使冷却剂与连接器接触以冷却电池单元。
在本发明的另一实施例中，提供用于冷却包括电极端子的锂二次电池的***，该***包括：导热连接器，该导热连接器被固定到电极端子；和冷却剂管，该冷却剂管被连接到导热连接器并且允许冷却剂流通过。
在一些实施例中，连接器可以包括：本体；固定部，该固定部被形成在本体的一侧上以用于被固定到电极端子；以及连接部，该连接部被形成在本体的另一侧上以用于与冷却剂管连接。
在另一实施例中，连接器可以包括：本体，该本体被构造成被固定到电极端子；和连接部，该连接部被***在本体中并且被构造成被连接到冷却剂管。
在又一实施例中，可以通过焊接将固定部固定到电极端子。
在再一实施例中，冷却剂可以是诸如水或者空气的流体，并且冷却剂管可以由合成树脂形成。然而，本发明不限于此。
本发明的效果
根据本发明，冷却装置被布置在锂二次电池的侧面以防止由于异常发热而使锂二次电池的温度增加到预设值并且通过快速冷却来提高锂二次电池的热稳定性。
另外，根据本发明，因为冷却装置被布置在锂二次电池的侧面处，所以附加的冷却片不是必要的。
另外，尽管多个单元电池密集地处于二次电池中或者彼此接触，但是能够防止二次电池的过热。因此，根据本发明，与现有技术相比能够减少二次电池的体积。
附图说明
图1是图示根据本发明的第一实施例的用于冷却二次电池的***的示意图；
图2是图示根据本发明的第二实施例的用于冷却二次电池的***的示意图；以及
图3是图示根据本发明的第三实施例的用于冷却二次电池的***的示意图。
附图标记列表
10：二次电池        11：电极端子
20，20'：连接器     21,21'：本体
22，22'：连接部     23：固定部
30：冷却剂管
具体实施方式
在下文中，将会参考根据本发明的示例性实施例的附图详细地描述用于冷却二次电池的方法和***。
在此使用的术语“二次电池”指的是单元电池或者通过堆叠两个或者更多个单元电池形成的电池模块。在此使用的术语“电池模块”包括通过机械地和电气地连接一个或者更多个单元电池以提供高功率、高容量电***形成的电池***。例如，电池模块可以组成独立电源或者被包括在大设备中。例如，多个电池模块可以被连接以组成电池组。
可以通过堆叠如上所述的一个或者更多个单元电池来组成电池模块。另外，可以如下组成电池模块：通过在单元电池的最外表面被暴露的状态下将一个或者更多个单元模块布置在盒中；并且堆叠此盒。特别地，在使用袋型电池组成电池模块的情况下，袋型电池可以被布置在盒中以形成电池模块，因为袋型电池在机械上不是刚硬的并且难以连接其电极端子。
组成电池模块（特别地，中或者大型电池模块）的单元电池是可充电电池单元。本发明能够被应用于任何种类的可充电单元电池（二次电池单元）。例如，本发明能够被应用于锂二次电池、镍金属氢化物（Ni-MH）二次电池以及镍镉（Ni-Cd）二次电池。本发明可以有效地应用于相对于其重量具有高输出功率的锂二次电池。另外，本发明可以有效地应用于棱柱电池和袋型电池。例如，本发明可以更加有效地应用于轻质并且能够以低成本制造的袋型电池。
二次电池工作时不可避免地产生热。如果该热没有被有效地散发，则单元电池可能被热劣化，并且在一些情况下，单元电池可能燃烧或者***。
因此，根据本发明，为了快速地冷却电池单元其被构造成热被传递通过正电极端子和负电极端子中的至少一个。在本发明中，使用空气或者冷却剂冷却电池单元。
即，在电池中，热被传递到正电极端子和负电极端子并且散发通过被连接到正电极端子和负电极端子中的一个或者两者的连接器。为了快速冷却，连接器与空气或者水接触。
在图1至图3中图示用于实现上述冷却方法的冷却***。
如在图1至图3中所示，冷却***包括：导热连接器20，该导热连接器20具有被固定到锂二次电池10的电极端子11的端部；和冷却剂管30，该冷却剂管30被连接到连接器20，用于将从二次电池10传递的热散发到连接器20。
在本发明的实施例中，二次电池10包括袋型单元电池，该袋型单元电池每个均包括具有正电极/隔板/负电极的电极组件。电极组件被布置在电池外壳中并且被连接到被布置在电池外壳的外表面上的电极端子11。
即，电极端子11（正电极端子和负电极端子）被电气地连接到电极组件并且从电池外壳的外表面突出。电极端子11可以突出并且沿着电池外壳的一侧、另一侧或者两侧布置。
连接器20可以由任何材料形成，只要从二次电池10的单元传递到电极11的热能够通过连接器20传递到冷却剂管30即可。例如，连接器20可以由高导热金属形成以用于快速热传递。
详细地，高导热金属可以包括从由铜（Cu）、铝（Al）、铂（Pt）、金（Au）、镍（Ni）、锌（Zn）、钴（Co）、铁（Fe）以及其合金组成的组中选择的至少一个。然而，高导热金属不限于此。
如在图1和图2中所示，连接器20中的每个可以包括：本体21，该本体21具有预定的长度；固定部23，该固定部23被形成在本体21的一侧上使得电极端子11能够被稳固地连接到固定部23；连接部22，该连接部22被形成在本体21的另一侧上以用于与冷却剂管30连接。
通过焊接可将固定部23稳固地连接到电极端子11以用于可靠固定和热传递。
连接部22在与本体21交叉的方向上延伸。即，连接器20具有T形状，并且从本体21的两侧延伸的连接部22被连接到冷却剂管30以与冷却剂接触。
参考图3，图示简单的连接器20’。连接器20’包括本体21’和***通过本体21’的连接部22’。因此，在没有上述固定部23的情况下通过焊接本体21’能够被直接地固定到电极端子11。
在具有简单结构的连接器20’的情况下，从电极端子11到冷却剂管30的距离能够被减少以增强热传递效果。即，电池单元能够被更快速地冷却。
冷却剂管30中的每个均是中空的使得空气或者诸如水的冷却剂能够流入冷却剂管30。有必要将冷却剂管30稳固地连接到连接器20以防止冷却剂泄漏。例如，可以使用附加的密封材料诸如O形环或者密封液体将冷却剂管30连接到连接器20。冷却剂管30可以具有如在图1和图3中所示的直线形状或者如在图2中所示的Z字形。在后述情况中，可以增加在有限空间中的冷却剂流动时间以便电池单元可以被更加有效地冷却。
如果冷却剂管30由高传导材料形成，则当二次电池10的温度被急剧地增加时二次电池10可能被短路。这样的短路可能造成危险情况诸如二次电池10***。因此，冷却剂管30可以由诸如合成树脂的材料形成以用于防止短路并且减少冷却剂管30的重量。
例如，冷却剂管30可以由从由氯丁橡胶、丙烯腈丁二烯共聚物橡胶、丙烯酸橡胶、丁腈橡胶以及其混合物组成的组中选择的合成树脂形成。然而，冷却剂管30不限于此。
冷却剂在冷却剂管30中流动。能够使用任何种类的冷却剂，只要冷却剂能够流入冷却剂管30以用于散发来自于电池单元的热即可。冷却剂可以是空气或者水。
可以根据冷却剂的种类来确定用于使冷却剂循环的驱动单元。例如，如果冷却剂是空气，则可以使用冷却风扇和电机。
如上所述，如果多个单元电池被堆叠在电池模块中，尽管电池模块具有高电池密度，有必要在单元电池被充电或者放电的同时有效地散发从单元电池产生的热。因此，根据本发明，从电池单元产生的热通过电极端子被传递到冷却剂使得电池单元能够被快速和有效地冷却同时被充电和放电。因此，能够防止电池单元的热劣化。

Claims (14)

1.一种用于冷却包括电极端子的锂二次电池的方法，所述方法包括：
将导热连接器连接到所述电极端子；和
使冷却剂与所述连接器接触以冷却电池单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述连接器被连接到所述冷却剂在其中流动的冷却剂管。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述连接器包括：
本体；
固定部，所述固定部被形成在所述本体的一侧上以用于被固定到所述电极端子；以及
连接部，所述连接部被形成在所述本体的另一侧上以用于与所述冷却剂管连接。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述连接器包括：
本体，所述本体被构造成固定至所述电极端子；和
连接部，所述连接部被***到所述本体中并且被构造成连接到所述冷却剂管。
5.一种用于冷却包括电极端子的锂二次电池的***，所述***包括：
导热连接器，所述导热连接器被固定到所述电极端子；和
冷却剂管，所述冷却剂管被连接到所述导热连接器并且允许冷却剂流流过所述导热连接器。
6.根据权利要求5所述的***，其中，所述连接器包括：
本体；
固定部，所述固定部被形成在所述本体的一侧上并且被固定到所述电极端子；以及
连接部，所述连接部被形成在所述本体的另一侧上并且被连接到所述冷却剂管。
7.根据权利要求6所述的***，其中，通过焊接将所述固定部固定到所述电极端子。
8.根据权利要求5所述的***，其中，所述连接器包括：
本体，所述本体被固定到所述电极端子；和
连接部，所述连接部被***到所述本体中并且被连接到所述冷却剂管。
9.根据权利要求8所述的***，其中，通过焊接将所述本体固定到所述电极端子。
10.根据权利要求5所述的***，其中，所述冷却剂是流体。
11.根据权利要求10所述的***，其中，所述冷却剂是水或者空气。
12.根据权利要求5所述的***，其中，所述冷却剂管由合成树脂形成。
13.根据权利要求12所述的***，其中，所述合成树脂包括从由氯丁橡胶、丙烯腈丁二烯共聚物橡胶、丙烯酸橡胶、丁腈橡胶以及其混合物组成的组中选择的至少一种。
14.根据权利要求5所述的***，其中，所述连接器包括从由铜（Cu）、铝（Al）、铂（Pt）、金（Au）、镍（Ni）、锌（Zn）、钴（Co）、铁（Fe）以及其合金组成的组中选择的至少一种。
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