CN103959513B - 具有新型结构的汇流条 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汇流条，所述汇流条连接在或紧固在电池组的端子部上并且固定地安装在电池组外壳上，所述汇流条包括：电力输入部，位于所述汇流条的一端，使得所述电力输入部连接在或紧固在所述电池组的输出端子部上；电力输出部，位于所述汇流条的另一端，使得所述电力输出部连接在或紧固在所述电池组的输入端子部上；板形主体，连接在所述电力输入部与所述电力输出部之间，所述板形主体包括蒸气室；以及紧固部，形成在所述电力输入部处，以便将所述汇流条固定在所述电池组外壳上。

Description

具有新型结构的汇流条
技术领域
本发明涉及一种具有新型结构的汇流条，并且更具体地讲，涉及一种汇流条，所述汇流条连接在或紧固在电池组的端子部上并且固定地安装在电池组外壳上，所述汇流条包括：电力输入部，位于所述汇流条的一端，使得所述电力输入部连接在或紧固在所述电池组的输出端子部上；电力输出部，位于所述汇流条的另一端，使得所述电力输出部连接在或紧固在所述电池组的输入端子部上；板形主体，连接在所述电力输入部与所述电力输出部之间，所述板形主体包括蒸气室；以及紧固部，形成在所述电力输入部上，以便将所述汇流条紧固在所述电池组外壳上。
背景技术
最近，可以充电和放电的二次电池广泛用作无线移动设备的电源。另外，二次电池作为电动车辆(EV)和混合动力车辆(HEV)和插电式混合动力车辆(插电式HEV)的电源而备受关注，这些车辆被开发用于解决例如由使用化石燃料的现有的汽油和柴油车辆造成的空气污染的问题。
每个小型移动设备使用一个或几个电池单元。另一方面，例如车辆的中型或大型设备使用具有彼此电性连接的多个电池单元的中型或大型电池模块，因为中型或大型设备需要高功率和大容量。
一般来讲，多个单元电池安装在使单元电池彼此串联或并联的卡座中，并且多个卡座彼此电性连接，从而制造电池模块。根据具体情况，两个或两个以上个电池模块可以彼此电性连接，从而制造提供更大功率的中型或大型电池***。
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。为此，可以高度集成地堆叠并且具有较小的重量容量比的棱柱形电池或袋状电池一般用作中型或大型电池模块的单元电池(电池单元)。特别地，目前非常关注例如使用铝层压片作为护套构件的袋状电池，因为袋状电池质轻，并且袋状电池的制造成本低，并且容易修改袋状电池的形状。
同时，电极端子之间的连接对于实现电池(包括单元电池)之间、电池卡座之间或电池模块之间的电性连接以及用于从电池、电池卡座或电池模块供电到外部设备的外部设备与电池、电池卡座或电池模块之间的连接来说是必要的。另外，在使用例如电压的信号来控制作为电源的电池的工作的情况下，对应的连接构件与电极端子之间的连接是必要的。
一般来讲，汇流条被用作连接电极端子的构件。汇流条是电流从电池模块流过的通道。因此，汇流条的温度与流过汇流条的电流量成正比。
另外，汇流条包括：电力输入部，用于接收来自电池模块的输出端子的电流；电力输出部，用于输送电流到电池模块的输入端子；以及主体，连接在电力输入部与电力输出部之间。
图5是示出了当电流流过汇流条时通过安装在汇流条的三个点上的温度测量装置所测量的汇流条的温度随时间变化的曲线图。如图2所示，温度测量装置安装在汇流条表面上的三个位置601、602和603。
结合图2参见图5，#1表示电力输出部的位置601，#2表示主体的位置602，并且#3表示电力输入部的位置603。
在汇流条通电1000秒之后，汇流条的对应区的温度如下。从曲线图可以看出，在位置601处的电力输出部的温度501以及在位置602处的主体的温度502分布在160度与170度之间的范围内。
另一方面，可以看出在位置603处的电力输入部的温度503分布在105度与115度之间的范围内。
从上述温度分布可以看出，在位置603处的电力输入部的温度503与在位置601处的电力输出部的温度501以及在位置602处的主体的温度502极为不同。从图5的曲线图可以看出，汇流条的这种温度偏差随着时间的变化而增大。
另外，在汇流条的这种温度偏差持续存在的情况下，汇流条上会产生热点，结果电池模块会受到热损坏。这种损坏会使电池模块产生更大危险。
此外，汇流条的温度偏差会不利地影响电导率，这会降低电池模块的输出效率。
为此，需要一种清除或排出安装在端子连接区的汇流条所产生的热量的方法。已经提出了用于清除或排出汇流条所产生的热量的一些常规技术，但是，尚未开发出能从根本上解决上述问题的方法。
在用于清除或排出从汇流条所产生的热量的一些常规技术中，换热构件进一步安装在汇流条上，或者设有间接冷却汇流条的冷却结构，以便解决如上所述的与汇流条相关的问题。
然而，汇流条上进一步安装换热构件的结构或者间接冷却汇流条的冷却结构由于传导热阻无法频繁地获得在设计时所预期的充足的冷却效果。另外，汇流条上进一步安装换热构件的结构要求用于安装换热构件的额外空间，这导致电池模块的总体尺寸增大。
因此，非常需要一种具有高冷却效率的汇流条，其中汇流条的总体温度维持均匀使得汇流条的温度偏差在电池模块的总体尺寸增大受到限制时减小，并且防止在汇流条上产生热点。
发明内容
技术问题
因此，本发明已经解决了上述问题以及还有待解决的其他技术问题。
本发明的一个目的是提供一种汇流条，所述汇流条被配置为具有以下结构：汇流条的总体温度被维持均匀使得汇流条的温度偏差减小并且防止在汇流条产生热点，从而防止电池模块由于汇流条而受损。
本发明的另一个目的是提供一种电池模块，其中电池模块的冷却效率在电池模块的总体尺寸增大受到限制时被最大化。
技术方案
根据本发明的一方面，通过提供一种汇流条可以实现上述和其他目的，
所述汇流条连接在或紧固在电池组的端子部上并且固定地安装在电池组外壳上，
所述汇流条包括：
电力输入部，位于所述汇流条的一端，使得所述电力输入部连接在或紧固在所述电池组的输出端子部上；
电力输出部，位于所述汇流条的另一端，使得所述电力输出部连接在或紧固在所述电池组的输入端子部上；
板形主体，连接在所述电力输入部与所述电力输出部之间，所述板形主体包括蒸气室；
以及紧固部，形成在所述电力输入部处，以便将所述汇流条紧固在所述电池组外壳上。
在一般电池模块中，换热构件进一步安装在汇流条上，或者设有间接冷却汇流条的冷却结构，以便防止如上所述的汇流条局部过热。然而，没有实现足够冷却效果。
在根据本发明的汇流条中，另一方面，电力输入部、电力输出部和板形主体被配置为具有包括蒸气室的结构，使得基于蒸气室中的冷却剂的相变通过热传导从汇流条清除热量，从而在整个汇流条上实现均匀的温度，并且因此减小温度偏差并且防止汇流条上产生热点，并且因此防止电池模块由于汇流条而受损。
另外，根据本发明的汇流条被配置为具有不需要额外的换热构件来耗散汇流条的热量的结构。因此，在电池模块的总体尺寸增大受到限制时能使电池模块的冷却效率最大化。
以下将详细描述蒸气室。
一般来讲，散热器用于排出设备或***产生的热量。散热器的性能根据具有更低值并且表现出更高性能的热阻来确定。这种热阻包括散热器在散热器的表面与其周围之间的传热阻力中的散热阻力。为了使这种散热阻力最小化，散热器一般是由高导热材料制成的，例如，铜或铝。然而，这种固体散热机制一般不足以满足冷却新型电子设备所需的更高的冷却程度。为此，已经开发并评估了更高效的机制。蒸气室是通常考虑的一种机制。
一般来讲，蒸气室包括由导热材料制成的主体，主体具有在其中限定的微型流动通道，并且冷却剂通过微型流动通道循环。当冷却剂通过微型流动通道循环时，冷却剂的相发生变化以吸收外部热量或排出热量。
特别地，蒸气室的散热原理与热管的原理相同，其中已经变成蒸气状态的冷却剂传递热量到热管，并且随着蒸气的流动耗散热量。已经变成蒸气状态的冷却剂在冷却表面凝结，因此从蒸发表面传递热量到冷却表面。
蒸气室可以安装成多种形式。在最简单的形式中，蒸气室可以用于平板散热器，其中从热源耗散热量，并且平板散热器与翅片或另一个冷却***接触。在另一种形式中，蒸气室可以用于散热器。在这种形式中，蒸气室可以与固体翅片热接触，或者蒸气室可以包括在功能上连接到底座上的翅片室。在后者的情况下，固体翅片可以与翅片室接触以使对流表面最大化。在另一个实施例中，蒸气室能够以蒸气夹(vaporclip)的形式安装在印刷电路板上，特别是安装在子板上。另外，蒸气室可以安装成蒸汽箱的形式，电子设备在功能上设置在蒸气箱中。此外，蒸气室可以安装成机柜的形式，蒸气箱在功能上设置在机柜中。
冷却剂可以是空气、水或制冷剂。对于液体冷却，具有蒸气室的换热器可以被配置为具有开放壳式结构、串行流式结构、并行流式结构或它们的组合。
在又一个实施例中，蒸气室可以是由金属、塑料和/或复合材料制成的。蒸气室的表面可以在功能上与多种材料接触，例如，塑料、金属涂层、石墨层、钻石、碳纳米管和/或在本发明所属的领域中公知的高导热材料。
在本发明中，所述电力输入部可以包括端子连接构件并且可以通过压延加工而紧固在所述端子连接构件上。
这种紧固方法不需要额外的连接构件来紧固。由于不需要安装连接构件所需的额外空间以及安装连接构件的额外过程，所以能够高效地组装紧凑的电池模块。
在优选实例中，所述电力输入部可以朝着所述端子连接构件弯曲成“┐”或“└”形状，并且所述端子连接构件可以包括一个或多个紧固孔，所述端子连接构件通过所述紧固孔通过耦合紧固在所述电池组外壳上或者紧固在外部构件上。
特别地，当在横向观察时，所述电力输入部上形成的所述紧固部可以通过所述电力输入部与端子连接构件之间的耦合来实现并且可以形成为括弧形状，使得所述紧固部通过耦合而紧固在所述电池组外壳或外部构件上。
同时，所述电力输出部可以朝着所述电池组的输入端子部弯曲成“┐”或“└”形状。
在优选实例中，所述板形主体的相反两端可以与所述电力输入部和所述电力输出部连续地连接。
根据具体情况，所述板形主体可以包括一个或多个台阶，所述板形主体通过所述台阶通过耦合紧固在所述电池组外壳上或者紧固在外部构件上。对应地，在电池组外壳或外部构件上可以形成与台阶对应的凹槽。
将台阶紧固在与其对应的凹槽中的这种方法不要求用于紧固的额外连接构件，因此，还能够高效地组装紧凑的电池模块。
在优选实例中，所述蒸气室可以包括上板和下板，所述上板和所述下板是由导热材料制成的，并且所述蒸气室中可以设有支撑构件和网状结构。在这种情况下，所述上板和所述下板的材料不受特别限制，只要所述上板和所述下板是由表现出以下性能的材料制成的即可：高电导率，通过这种材料来实现电池组的端子之间的电性连接；高热导率，由于电流流过汇流条而产生的热量通过这种材料被传递到外部。优选地，所述上板和所述下板是由铜制成的。
冷却剂流动所沿着的微型流动通道可以设置在所述上板与所述下板之间，并且所述微型流动通道可以由支撑构件限定。
根据冷却***的形状可以容易地修改微型流动通道。另外，微型流动通道可以是由多种材料形成的。除应用于根据本发明的汇流条之外，微型流动通道可以多样化且容易地应用于需要紧凑型换热***的领域。
冷却剂不受特别限制，只要冷却剂在蒸气室中循环以通过相变来吸收外部热量或排出热量即可。优选地，所述冷却剂是水。
特别地，相变可以是蒸发或液化。相变使冷却剂在微型流动通道中循环。为此，相变可以被当作毛细作用力。
另外，蒸气室可以是换热***，其中冷却剂在毛细作用力的作用下自动循环。基本上，冷却剂的相可以按照以下顺序发生变化：蒸发(气化)-蒸气运动-液化(凝结)-返回。
在蒸发过程中，从热源经由固体表面传导热量，形成的薄薄的液体薄膜将热量作为蒸发潜热吸收，并且当冷却剂的相从液相变成气相时，由于蒸发器上端的压力增大，发生相变的冷却剂通过气体流动通道分布在具有大面积的冷凝器中，同时不会损失热量。
在凝结过程中，另一方面，冷却的壁使从气体流动通道引入的蒸气凝结成液体，凝结的热量经由固体壁传导，然后被排出。此时，凝结的液体可以在毛细作用力的作用下通过微型流动通道返回到蒸发器。
根据本发明的其他方面，提供了一种电池组以及包括所述电池组作为电源的设备，所述电池组包括安装成电池组外壳的一个或多个汇流条。所述设备可以是电动车辆、混合动力车辆、插电式混合动力车辆或储能设备；然而，所述设备不限于此。
设备的结构以及设备的制造方法在本发明所属的领域众所周知，因此将省略其详细描述。
附图说明
图1是示出了根据本发明的汇流条的透视图；
图2是根据本发明的汇流条的侧视图；
图3是沿着图2的“A”-“A”线截取的剖视图；
图4是沿着图2的“B”-“B”线截取的剖面图；并且
图5是示出了根据本发明的汇流条和常规汇流条的局部温度随着时间变化的曲线图。
具体实施方式
现在将参照附图来更加详细地描述本发明的优选实施例。然而，应该指出的是，本发明的范围不受图示的实施例的限制。
图1是示出了根据本发明的汇流条的透视图。
参见图1，根据本发明的汇流条400包括电力输入部100、电力输出部200、板形主体300和紧固部120。
另外，汇流条400进一步包括端子连接构件110和台阶320。
电力输入部100朝着端子连接构件110弯曲(参照附图标记101)并且通过压延加工而紧固(参照附图标记130)在端子连接构件110上。
这种紧固方法不需要额外的连接构件来紧固。由于不需要安装连接构件所需的额外空间以及安装连接构件的额外过程，所以能够高效地组装紧凑的电池模块。
另外，端子连接构件110包括两个紧固孔111和112，端子连接构件110通过这两个紧固孔通过耦合紧固在电池组外壳(未示出)或者紧固在外部构件(未示出)上。
同时，电力输出部200朝着电池组(未示出)的输入端子部(未示出)弯曲(参照附图标记201)。
图2是示出了根据本发明的实施例的汇流条的侧视图，并且图3和图4是图2的剖视图。
结合图1参照这些附图，板形主体300被配置为具有以下结构：板形主体300的相反两端与电力输入部100和电力输出部200连续地连接上。
另外，板形主体300包括台阶320，板形主体300通过所述台阶通过耦合紧固在电池组外壳(未示出)上或者紧固在外部构件(未示出)上。
对应地，在电池组外壳(未示出)或外部构件(未示出)上形成与台阶320对应的凹槽(未示出)。将台阶320紧固在与其对应的凹槽中的这种方法不要求用于紧固的额外连接构件，因此，能够高效地组装紧凑的电池模块。
同时，电力输入部100的构造通过电力输入部100与端子连接构件110之间的耦合来实现。当在横向观察时，电力输入部100形成为括弧形状，使得电力输入部100通过耦合而紧固在电池组外壳(未示出)或外部构件(未示出)上。
参见沿着“A”-“A”截取的剖视图以及沿着“B”-“B”截取的剖视图，根据本发明的汇流条400包括电力输入部100、板形主体300和电力输出部200，它们均被配置为具有包括蒸气室310的结构。
特别地，蒸气室310包括上板311和下板312，两者都是由铜制成的。上板311的厚度H'小于下板312的厚度H。
另外，支撑构件313和网状结构314设置在蒸气室310中，并且冷却剂流动所沿着的微型流动通道315设置在上板311与下板312之间。
根据冷却***的形状可以容易地修改蒸气室310，蒸气室包括在其中限定的微型流动通道315。如图4所示，蒸气室310还被应用于电力输入部100，电力输入部通过压延加工(参照附图标记130)紧固并且包括两个紧固孔111和112。
在根据本发明的汇流条400中，因此，蒸气室319的结构被应用于电力输入部100、板形主体300和电力输出部200，从而根据蒸气室310中冷却剂316的流动来实现高热导率。
特别地，在蒸气室310中流动的冷却剂316可以是水，并且蒸气室310可以是换热***，其中当冷却剂的相在微型流动通道315中发生变化时，冷却剂由于自然产生的毛细作用力的作用而在蒸气室310中自动循环。基本上，冷却剂的相按照蒸发(气化)-蒸气运动-液化(冷凝)-返回的顺序发生变化。
被传递到比上板311厚的下板312上的外部热量被对应的微型流动通道315中形成的薄薄的冷却剂液体薄膜316吸收。冷却剂液体薄膜316使用所吸收的热量使冷却剂从液相变成气相。相发生变化的冷却剂使一些微型流动通道315中的压力增大。因此，相发生变化的冷却剂流到具有较低压力的其他微型流动通道315。在流动期间，相发生变化的冷却剂由于温度比下板312的温度低的上板311的内壁而凝结成液相。此时，冷凝的热量经由上板311被排出到外面。冷凝的冷却剂通过毛细力经由微型流动通道315返回到初始位置。
图5是示出了根据本发明的汇流条和常规汇流条的局部温度随着时间变化的曲线图。
结合图2参见图5，#1、#2和#3表示位于汇流条400的表面上的温度测量装置的位置601、602和603。特别地，#1表示电力输出部200侧的汇流条400的位置601，#2表示板形主体300的中部的位置602，并且#3表示电力输入部100侧的汇流条400的位置603。
另外，图5的曲线图示出了当在汇流条400上施加电流时常规汇流条(未示出)在区域501、502和503以及根据本发明的汇流条400在区域511、512和513的温度(Y轴)随着时间(X轴)的变化。
从曲线图可以看出，经过1000秒之后，常规汇流条(未示出)具有50度至60度的温度偏差，并且在位置#1和#2产生热点。另一方面，根据本发明的汇流条400具有10度至15度的温度偏差，并且汇流条400的总体温度均匀。
这是因为由铜制成的常规汇流条具有约400W/mK的传热系数，而根据本发明的汇流条400具有约5,000W/mK的传热系数。
在根据本发明的汇流条400中，因此，蒸气室319的结构被应用于电力输入部100、板形主体300和电力输出部200，从而使汇流条400实现总体均匀的温度，并且因此减小温度偏差，并且高效地排出汇流条400产生的热量。
虽然出于说明性目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员会认识到在不脱离由所附权利要求书所公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行多种修改、增设和替换。
有益效果
从上述描述显然可以看出，根据本发明的汇流条被配置为使得蒸气室结构被应用于汇流条的电力输入部、电力输出部和板形主体，从而均匀地维持汇流条的总体温度，进而在使电池模块的总体尺寸的增大最小化时降低汇流条的温度偏差，并且高效地排出汇流条产生的热量。

Claims (21)

1.一种汇流条，所述汇流条连接在或紧固在电池组的端子部上并且固定地安装在电池组外壳上，所述汇流条包括：
电力输入部，位于所述汇流条的一端，使得所述电力输入部连接在或紧固在所述电池组的输出端子部上；
电力输出部，位于所述汇流条的另一端，使得所述电力输出部连接在或紧固在所述电池组的输入端子部上；
板形主体，连接在所述电力输入部与所述电力输出部之间，所述板形主体包括蒸气室；以及
紧固部，形成在所述电力输入部处，以便将所述汇流条固定在所述电池组外壳上，
其中，所述电力输入部包括端子连接构件并且通过压延加工而紧固在所述端子连接构件上。
2.根据权利要求1所述的汇流条，其中，所述电力输入部朝着所述端子连接构件弯曲成“┐”或“└”形状。
3.根据权利要求1所述的汇流条，其中，所述端子连接构件包括一个或多个紧固孔，所述端子连接构件通过所述紧固孔通过耦合紧固在所述电池组外壳上或者紧固在外部构件上。
4.根据权利要求1所述的汇流条，其中，所述电力输出部朝着所述电池组的所述输入端子部弯曲成“┐”或“└”形状。
5.根据权利要求1所述的汇流条，其中，所述板形主体的相反两端与所述电力输入部和所述电力输出部连续地连接上。
6.根据权利要求1所述的汇流条，其中，所述板形主体包括一个或多个台阶，所述板形主体通过所述台阶通过耦合紧固在所述电池组外壳上或者紧固在外部构件上。
7.根据权利要求1所述的汇流条，其中，所述蒸气室包括上板和下板，所述上板和所述下板是由导热材料制成的，并且所述蒸气室中设有支撑构件和网状结构。
8.根据权利要求7所述的汇流条，其中，所述上板和所述下板是由铜制成的。
9.根据权利要求7所述的汇流条，其中，冷却剂流动所沿着的微型流动通道设置在所述上板与所述下板之间，并且所述微型流动通道由支撑构件限定。
10.根据权利要求9所述的汇流条，其中，所述冷却剂是水。
11.根据权利要求10所述的汇流条，其中，所述冷却剂在所述蒸气室中循环以通过相变来吸收外部热量或向外部排出热量。
12.根据权利要求11所述的汇流条，其中，所述相变是蒸发或液化。
13.根据权利要求1所述的汇流条，其中，当在横向观察时，所述电力输入部处形成的所述紧固部通过所述电力输入部与端子连接构件之间的耦合来实现并且形成为括弧形状，使得所述紧固部通过耦合而紧固在所述电池组外壳或外部构件上。
14.一种包括根据权利要求1所述的汇流条的电池组。
15.一种包括根据权利要求14所述的电池组的设备。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述设备是储能设备。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述储能设备是电动车辆。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述电动车辆是混合动力车辆。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述混合动力车辆是插电式混合动力车辆。
20.一种汇流条，所述汇流条连接在或紧固在电池组的端子部上并且固定地安装在电池组外壳上，所述汇流条包括：
电力输入部，位于所述汇流条的一端，使得所述电力输入部连接在或紧固在所述电池组的输出端子部上；
电力输出部，位于所述汇流条的另一端，使得所述电力输出部连接在或紧固在所述电池组的输入端子部上；
板形主体，连接在所述电力输入部与所述电力输出部之间，所述板形主体包括蒸气室；
紧固部，形成在所述电力输入部处，以便将所述汇流条固定在所述电池组外壳上，并且
其中，所述板形主体包括一个或多个台阶，所述板形主体通过所述台阶通过耦合紧固在所述电池组外壳上或者紧固在外部构件上。
21.一种汇流条，所述汇流条连接在或紧固在电池组的端子部上并且固定地安装在电池组外壳上，所述汇流条包括：
电力输入部，位于所述汇流条的一端，使得所述电力输入部连接在或紧固在所述电池组的输出端子部上；
电力输出部，位于所述汇流条的另一端，使得所述电力输出部连接在或紧固在所述电池组的输入端子部上；
板形主体，连接在所述电力输入部与所述电力输出部之间，所述板形主体包括蒸气室；
紧固部，形成在所述电力输入部处，以便将所述汇流条固定在所述电池组外壳上，并且
其中，所述蒸气室包括上板和下板，所述上板和所述下板是由导热材料制成的，并且所述蒸气室中设有支撑构件和网状结构。
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