CN106981703A - 冷却板及其制造方法、电池模块及车辆 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了冷却板及其制造方法、电池模块及车辆。本发明涉及用于二次电池的包括冷却板的电池模块。此外，提供该冷却板的制造方法。本发明还涉及包括该电池模块的车辆。具体地，提供了一种电池模块，该电池模块包括：多个二次电池单元；由铸铝形成的冷却板；以及一个或多个冷却管，由金属材料形成并被模制在冷却板内。

Description

冷却板及其制造方法、电池模块及车辆
技术领域
本发明涉及用于二次电池的包括冷却板的电池模块。此外，提供了冷却板的制造方法。本发明还涉及包括该电池模块的车辆。
背景技术
可再充电电池与一次电池的不同之处在于，其能够被反复地充电和放电，而后者仅进行化学能到电能的不可逆转变。低容量可再充电电池被用作小型电子设备诸如蜂窝电话、笔记本电脑和摄像放像机的电源，而大容量可再充电电池被用作用于驱动混合动力车辆等中的电机的电源。
一般地，可再充电电池包括：电极组件，包括正电极、负电极以及插置在正电极和负电极之间的隔板；壳，接收电极组件；以及电极端子，电连接到电极组件。所述壳可以取决于可再充电电池的使用目的和用法而具有圆柱形或矩形形状，电解质溶液被注入到所述壳中用于通过正电极、负电极和电解质溶液的电化学反应而使可再充电电池充电和放电。
可再充电电池可以用作由串联联接的多个单元电池形成的电池模块，从而用于需要高能量密度的混合动力车辆的电机驱动。也就是，取决于电机驱动所需要的功率量，该电池模块通过连接所述多个单元电池的每个的电极端子而形成，从而可以实现大功率的可再充电电池。
为了安全地使用电池模块，从可再充电电池产生的热应当被有效地散发、释放和/或消散。如果热散发/释放/消散没有被充分地进行，则在相应的单元电池之间产生温度差，使得电池模块不能产生用于电机驱动的期望功率量。此外，当电池的内部温度由于从可再充电电池产生的热而升高时，在其中发生异常反应，因此可再充电电池的充电和放电性能劣化并且可再充电电池的寿命缩短。因而，需要一种冷却装置，该冷却装置能够通过有效地散发/释放/消散从电池产生的热而冷却可再充电电池。
因此，电池模块可以例如包括由铸铝(casted aluminum)制成的冷却板，该冷却板邻近电池单元的底表面提供从而将它们冷却下来。一个或多个钢管(冷却剂能够通过其移动)被集成到冷却板中，也就是与冷却板热接触。冷却剂在钢管内循环的同时与电池单元进行热交换。在常规的制造工艺中，钢管通过诸如夹具、托座等的固定机构而附接到冷却板。然而，冷却板的制造工艺由于必须被适当连接的部件的数目而是昂贵的。
发明内容
现有技术的一个或多个缺点可以通过本发明来避免或至少减少。具体地，提供了一种电池模块，该电池模块包括：
多个二次电池单元；
由铸铝形成的冷却板；以及
一个或多个冷却管，由金属材料(尤其是钢)形成，并被模制在冷却板内。
换言之，电池模块包括由铸铝制成的刚性冷却板，该冷却板包含由金属材料(例如，铁、铝或镁，优选地为钢)制成的集成管，冷却剂通过该集成管流动。(例如，棱柱形或矩形的)二次电池单元可以布置在冷却板之上使得它们热连接到冷却板。热接触可以通过粘合剂接合(adhesive joint)或导热垫(thermal pad)而加强。冷却管被模制在冷却板内，也就是它们被嵌入到铝基质(aluminum matrix)中。因此，在不破坏冷却板的情况下，冷却管不能被移除/是不可分离的。没有用于将冷却管与冷却板连接的额外固定机构，这简化了制造工艺(较少的组装劳动强度)并显著降低了制造成本和总重量。此外，改善了冷却板的机械硬度。此外，即使铝冷却板由于机械应力(例如，撞击)而破裂，冷却管也保持原样。此外，铝和金属材料(尤其是钢)的突出的热导率确保了冷却板内的温度分布是均匀的。
根据优选的实施方式，一个或多个冷却板被组装在电池模块的外壳(housing)内。具体地，电池单元可以在所述外壳内布置在两层或更多层(two or more levels)中，每层包括至少一个冷却板。换言之，如果二次电池被组装在电池模块的不同层中，电池模块可以包括多个冷却板。因而冷却板将提供在这些层之间以确保与每个二次电池单元的热接触。
根据另一优选的实施方式，配置用于将冷却管分别与冷却剂的供给管线(supplyline)和回流管线(return line)连接的冷却接口(cooling interface)位于外壳的外表面处。换言之，冷却管连接到冷却剂分配管线，其中冷却接口远离电池单元或可传输电力的其它部件定位。
此外，所有的或若干的(例如，棱柱形或矩形的)二次电池单元可以被捆成一行并且至少两个冷却管可以位于所述行下面使得每个电池单元与所述至少两个冷却管热接触。这些冷却管中的至少一个可以与冷却剂的供给管线连接，所述冷却管中的至少一个可以与冷却剂的回流管线连接。这样的冷却剂通道布置确保了每个电池单元的足够且均匀的冷却。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造冷却板的方法，该冷却板用于包括多个二次电池单元的电池模块。该方法包括以下步骤：
在铸造模具(casting die)中提供一个或多个预先形成的由金属材料(尤其是钢)形成的冷却管；以及
将铝浇铸到模具中以便形成冷却板。
因此，在制造工艺的第一步骤中，预先形成的冷却管被放置在合适的铸造模具中。因而，冷却管已经表现出它们也将在最终的冷却板中所具有的相同设计。之后，这些冷却管通过冷硬铸造(chilled casting)而嵌入到铝中。在冷却并硬化铝之后，冷却板从模具取出并可以连接到外壳。
本发明还涉及通过前述制造方法制造的冷却板以及分别包括该冷却板的电池模块。
最后，本发明的另一方面涉及包括电池模块的车辆，该电池模块如以上限定或者根据本发明的制造方法制造。
本发明的其它方面可以从附属的权利要求书或以下的描述而知悉。
附图说明
通过参照附图详细描述示例性实施方式，各特征对于本领域普通技术人员将变得更加明显，附图中：
图1示出常规电池模块的透视图。
图2示出用于包括冷却板的电池模块的外壳的第一实施方式的视图。
图3示出穿过图2的冷却板的一部分的截面图。
图4示出图2的冷却板的管绕法(tube winding)。
图5示出用于包括两层的电池单元的电池模块的外壳的第二实施方式的截面图。
图6示出图5的两层的冷却板。
图7示出对于图5的两层的冷却板的冷却接口。
具体实施方式
参照图1，常规电池模块100的示例性实施方式包括在一个方向上排列的多个电池单元10以及邻近所述多个电池单元10的底表面提供的热交换构件110。一对端板18被提供在电池单元10外部以面对电池单元10的宽的表面，连接板19配置为将该对端板18连接到彼此，从而将所述多个电池单元10固定在一起。在电池模块100的两侧的紧固部分18a通过螺栓40而被紧固到支撑板31。支撑板31是外壳30的部分。
这里，每个电池单元10是棱柱形(或矩形)单元，所述单元的宽的平坦表面层叠在一起以形成电池模块100。此外，每个电池单元10包括配置用于容纳电极组件和电解质的电池壳。电池壳被盖组件14气密地密封。盖组件14提供有具有不同极性的正电极端子11和负电极端子12以及排气口(vent)13。排气口13是电池单元10的安全机构，其用作在电池单元10中产生的气体通过其排出到电池单元10外部的通道。相邻的电池单元10的正电极端子11和负电极端子12通过汇流条15电连接，汇流条15可以通过螺母16等而固定。因此，电池模块100可以通过将所述多个电池单元10电连接为一捆(one bundle)而用作电源单元。
一般地，电池单元10在充电/放电时产生大量热。所产生的热积聚在电池单元10中，从而加快电池单元10的劣化。因此，电池模块100还包括热交换构件110，该热交换构件110邻近电池单元10的底表面提供从而将电池单元10冷却下来。此外，由橡胶或其它弹性材料制成的弹性构件120可以插置在支撑板31和热交换构件110之间。
热交换构件110可以包括冷却板，该冷却板被提供为具有与所述多个电池单元10的底表面的尺寸相对应的尺寸，例如冷却板可以完全交叠电池模块100中的所有电池单元10的整个底表面。冷却板通常包括冷却剂能够通过其运动的通道。冷却剂在热交换构件110内(也就是，在冷却板内)循环的同时与电池单元10进行热交换。
图2示出用于电池模块100的外壳30的第一实施方式的视图，该电池模块100包括冷却板50，电池单元10将被放置在冷却板50上。具体地，冷却板50包括若干冷却区域55。冷却板50被组装在外壳底板32上，冷却接口60、62位于外壳30的外表面处。冷却板50由铸铝形成。
冷却板50可以通过如下制造：预先形成的由钢形成的冷却管70、72布置在合适的铸造模具(未示出)中；之后，熔化的铝被浇铸到模具中并硬化。这种方法在将液体铝倒入模具中时保证冷却管70、72的精确定位。
图3示出穿过冷却板50的一部分(即，图2的冷却区域55之一)的截面图。冷却管70、72被嵌入在冷却板50的铝基质内(或被模制在冷却板50的铝基质内)。冷却管70、72由钢形成。如能够看到的，冷却管70、72被牢固地装配在冷却板50内，不需要另外的固定机构，也就是，在冷却管70、72和冷却板50之间存在稳固联接的接合。在这样的构造中，冷却板50与冷却管70、72之间的热接触将被优化。
图4示出被集成到图2的冷却板50中的冷却管70、72的管绕法。这里，该两个冷却管70、72示出五个并行的环，每个环对应于冷却区域55中的一个。供给管线和回流管线(未示出)将分别连接到冷却接口60、62，从而产生相反的冷却剂流动以确保均匀冷却。冷却区域55的尺寸和几何结构可以被选择为使得在位于冷却板50上的一个电池单元10的底表面之下，可以定位至少四段管子。当然，冷却管70、72的设计取决于电池模块100的制造工艺和要求。基本上，如果压力损失将是尽可能小的，则可以实现多个冷却管70、72。为了电池模块100的更特定的冷却，可以加高铸造的冷却板50的某些区域从而提高热导率。
图5示出用于包括两层的电池单元10的电池模块的外壳30的第二实施方式的截面图。每层可以包括至少一个冷却板。换言之，上部电池单元10位于中间冷却板52上，该中间冷却板52可以以与以上描述的相同方式制造并可以具有相对于提供在外壳底板32处的冷却板50类似的设计。
图6示出图5的两层的冷却板50、52而没有电池单元10。如可以看到的，冷却板50和52示出完全相同设计的冷却区域55。
图7示出对于图5的两层的冷却板50、52的冷却接口90、92。此外，冷却接口90、92布置在外壳30的外表面处。

Claims (10)

1.一种电池模块，包括：
多个二次电池单元；
由铸铝形成的冷却板；以及
一个或多个冷却管，由金属材料形成并被模制在所述冷却板内。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述冷却板被组装在所述电池模块的外壳内。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中所述电池单元在所述外壳内布置成两层或更多层，每层包括至少一个冷却板。
4.根据权利要求2所述的电池模块，其中配置用于将所述冷却管分别与用于所述冷却剂的供给管线和回流管线连接的冷却接口位于所述外壳的外表面处。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述多个二次电池单元(10)中的所有或一部分被捆成一行并且至少两个冷却管位于所述行下面使得每个电池单元与所述至少两个冷却管热接触。
6.根据前述权利要求中的一项所述的电池模块，其中所述一个或多个冷却管由钢形成。
7.一种制造用于电池模块的冷却板的方法，该电池模块包括多个二次电池单元，所述方法包括以下步骤：
在铸造的模具中提供一个或多个预先形成的由金属材料形成的冷却管；以及
将铝浇铸到所述模具中以便形成所述冷却板。
8.一种通过权利要求7所述的方法制造的冷却板。
9.一种电池模块，包括权利要求8所述的冷却板。
10.一种车辆，包括根据权利要求1至6中的一项或权利要求9所述的电池模块。
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