CN1855608A - 二次电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二次电池模块，其包括：单元电池；容纳单元电池的外壳，该外壳具有入口和出口以使传热介质流入该外壳和通过该单元电池从该外壳流出；以及设置在外壳中以加热流过外壳的传热介质的正温度系数(PTC)加热器。本发明的二次电池模块在低温环境下可以方便地加热单元电池并且控制二次电池模块的温度，从而可获得期望的输出。此外，由于PTC加热器是具有低失火风险的放热器件，因此使用本发明装置的客户可以更安全地使用该装置。

Description

二次电池模块
技术领域
本发明涉及一种二次电池，更具体地说，涉及用来控制二次电池模块的温度的***，当通过连接单元电池(unit batteries)来形成电池模块时，该***可以方便地控制电池模块的温度。
背景技术
近年来高能量密度的非水电解质二次电池已经发展为高能二次电池，通过串联连接几个到十几个高能二次电池来形成大容量按尺寸分组的电池组件(bulk size batteries assembly)，以适用如燃油电力两用车之类的需要大功率电源的机械的电机驱动。
这种大容量按尺寸分组的二次电池组件(以下称为“二次电池模块”或“电池模块”)通常包括由相互串联连接的多个二次电池(以下称为“单元电池”)。
若单元电池是方形电池，将这些单元电池设置成使一个单元电池的正极和负极端子与另一相邻单元电池的正极和负极端子交替，并通过螺母将电导体连接件安装在具有部分地带有螺纹的外表面的负极和正极端子中，借此使它们相互电连接，以形成二次电池模块。
然而，这种二次电池组件存在温度较低时功率性能降低的问题。尤其当用于燃油电力两用车(HEV)的大容量按尺寸分组的二次电池模块例如在冬季很冷的环境下使用时，它不能在零下温度环境下提供所需要的功率。
此外，由于近年来车辆工艺的发展车辆发动机释放的热量较少，亦存在二次电池模块在低温环境下不能提供适当的电能这种难度极大的问题。
上述信息只用来增进对本发明背景技术的理解，它可能包含没有构成在本国对本领域技术人员来说已经熟知的现有技术信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种二次电池模块，这种二次电池模块即使在极端环境下也能很方便地加热单元电池，以确保适当的功率。
根据本发明一示例性实施方式，具有代表性的二次电池模块包括：单元电池；容纳单元电池的外壳，该外壳具有入口和出口，以使传热介质分别流入所述入口和从所述出口流出；以及设置在入口侧内以加热流入外壳的传热介质的正温度系数(PTC)加热器。
PTC加热器可以包括具有多个通孔的主体的PTC器件。
可以在入口中设置通风器来加速传热介质的流入，并且可将该通风器设置在PTC加热器的前方。
传热介质可以是空气。
二次电池模块可以安装在车辆内，PTC加热器可以由铅酸电池或安装在车辆内的发电机提供电能。
二次电池模块还可以包括设置在外壳内以检测单元电池温度的温度传感器。
二次电池模块还可以包括接受来自温度传感器的单元电池的温度信息并且控制PTC加热器工作的电池管理***。
本发明另一示例性实施方式的二次电池模块包括：多个单元电池；设置在单元电池之间的电池隔板；容纳这些单元电池和电池隔板的外壳，该外壳具有入口和出口，以使传热介质分别流进所述入口和从所述出口流出；以及设置在单元电池之间的电池隔板内的正温度系数(PTC)加热器。
本发明又一示例性实施方式的二次电池模块包括：多个单元电池；容纳单元电池的外壳；设置在外壳外表面中的导热构件；以及设置在该导热构件中的正温度系数(PTC)加热器。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述可更全面地理解本发明，本发明附属的诸多优点也将更加清晰，在这些附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。附图中：
图1是本发明第一示例性实施方式的二次电池模块的示意性横截面侧视图；
图2是本发明第一示例性实施方式的正温度系数(PTC)加热器的透视图；
图3是本发明第二示例性实施方式的二次电池模块的示意性横截面侧视图；
图4是本发明第二示例性实施方式的二次电池模块的示意性横截面平面图；
图5是本发明第三示例性实施方式的二次电池模块的示意性部分横截面平面图；
图6是本发明第四示例性实施方式的二次电池模块的示意性部分横截面平面图；
图7是本发明第五示例性实施方式的二次电池模块的示意性部分横截面平面图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述本发明的示例性实施方式。
在以下的实施方式中，二次电池模块采用使用外部空气作为冷却剂的空气冷却***。当然，本发明的冷却***不限于上面的结构，例如，它可以使用车辆的空调***。
图1是本发明第一示例性实施方式的二次电池模块的示意性横截面侧视图，图2是本发明第一示例性实施方式的正温度系数(在下文中称为PTC)加热器的透视图。
参考这些附图，二次电池模块包括多个单元电池11、具有设置在单元电池11之间的电池隔板15的电池集合体17、以及容纳电池集合体17的外壳12。
在本示例性实施方式中的每一单元电池11是方形的锂型二次电池，它包括(未示出)具有正电极、负电极和隔板的电极组件以及容纳电极组件的壳体。
外壳12具有形成于其一侧面上、使用于控制单元电池11的温度的空气流入的入口13，以及形成于其另一侧面上、使流过电池集合体17的空气流出的出口14。于是，在外壳12内部在入口13与出口14之间形成空气流动通道。
在本发明中，对外壳12的形状、外壳12内部入口13和出口14的位置以及外壳12内部单元电池11的排列结构没有限制，只要它们符合上面的结构即可。
在本示例性实施方式中，如图1所示，入口13形成于外壳12的上部部分，出口14形成于外壳12的下部部分。此外，外壳12具有空气流动通道从入口13形成侧到入口13面向侧逐渐变窄、以及空气流动通道从出口14形成侧到出口14面向侧也逐渐变窄的结构。
二次电池模块包括设置在外壳12的入口13侧内以当空气流入外壳12时加热空气的PTC加热器22，以及设置在PTC加热器22的前方(或后方)以使流入外壳12的空气加速的通风器19。
PTC加热器22是具有叫作正温度系数热敏电阻的PTC器件的放热器件，它可以由Ba2TiO3型陶瓷材料制成，它是随温度提高电阻增加的半导体器件。由于PTC器件在居里温度下或居里温度附近电阻发生变化，因此可适当控制其温度，借此保持温度稳定。
由于带有PTC器件的PTC加热器22加热时不产生任何引起如火花之类的燃烧副产物，因此它不存在失火的风险，据此它具有不使用单独的控制器能维持装置的温度不变的优点。
如图2所示，此示例性实施方式的PTC加热器22由具有带有多个通孔220b的Ba2TiO3型陶瓷本体220a的PTC器件220构成。优选陶瓷本体220a具有与入口13的横截面形状相应的形状。因此，本示例性实施方式中的陶瓷本体220a具有方形或矩形形状。
在带有PTC加热器22的二次电池模块中设有使空气进入外壳12的流动路径，使得空气通过入口13流入外壳12的内部并且流过PTC加热器22的通孔220b以被PTC加热器22放出的热量所加热。为此，将PTC加热器22与操纵二次电池模块电气控制的电池管理***(在下文中称为BMS)23电连接，由其施加驱动所需要的电压。
被加热的空气继续流入外壳12的内部，借此流过设置在单元电池11之间的电池隔板15。然后，被加热的空气的热能被传递给每一单元电池11，因此单元电池11能够保持适当的温度。
如上所述，当PTC加热器22保持工作温度，即，使其居里温度处于预定值之上时，它能够加热空气以保持单元电池11具有预定温度。
同时，若将PTC加热器22的居里温度设定在单元电池11呈现最佳性能的温度，可以预料，在如冬季的零下温度的极冷环境下将比正常环境需要更长的时间来将单元电池11加热到合适的温度。
相似地可将温度传感器26安装在每一单元电池11中，并可根据单元电池11的预定温度与温度传感器26所检测到的检测温度之间的比较值来控制PTC加热器22。可以由BMS 23的运行部分、比较部分和输出部分来执行这种功能。
运行部分对温度传感器26的信号输出进行计算，以检验单元电池11的当前温度，比较部分将由运行部分所检验到的单元电池11的实际温度与单元电池11的预定标准温度相比较，输出部分根据比较部分的信号输出向PTC加热器22输入适当的电信号，借此控制PTC加热器22的温度以及单元电池11的温度。
此时，二次电池模块被安装在如燃油电力两用车(HEV)或电子设备(EV)之类的机械内，可以由铅酸电池或安装在车辆中的发电机向PTC加热器22提供电能。
也就是说，在车辆点火时由铅酸电池提供电能，而在车辆运行过程中由发电机提供电能，因此PTC加热器22可以被加热。
向PTC加热器22供给的电能基本上可以通过BMS 23获得。
此外，可在PTC加热器22的前方设置通风器19以加速空气的流入。设置在PTC加热器22前方的通风器19可使空气流入外壳12中。空气流过PTC加热器22的同时被加热，以将热量传递给每一单元电池11，然后空气通过出口14流出。
图3是本发明第二示例性实施方式的二次电池模块的示意性横截面侧视图，图4是本发明第二示例性实施方式的二次电池模块的示意性横截面平面图。
与上面所描述的示例性实施方式中的二次电池模块相似，此第二示例性实施方式的二次电池模块包括多个单元电池11’和处于这些单元电池之间的电池隔板15’。通过外壳12’的入口13’流入的空气流过电池隔板15’以加热或冷却单元电池11’，然后通过出口14’流出。
本示例性实施方式的电池隔板15’具有弯曲形状的横截面，其中多个凹进部分150a’和凸出部分150b’垂直弯曲并且连接，如图4所示。电池隔板15’具有由凹进部分150a’形成的间隔150c’，间隔150c’可以是使空气流过的通道。
电池隔板15’的形状不限于上面的结构。可以将各种形状的电池隔板15’设置在单元电池11’之间。
在第二示例性实施方式中，在二次电池模块中单元电池11’之间设有PTC加热器24’并且它们被设于电池隔板15’的各个内。
更具体地说，将每个PTC加热器24’设置在每一电池隔板15’的凹进部分150a’内，以具有使其与单元电池11’接触的结构。因此，PTC加热器24’不与电池隔板15’接触，而如图4所示与其分隔开。
在此示例性实施方式中，在每一电池隔板15’中安装一个PTC加热器24’。当然，并不限于此，如果需要安装的数量可以改变。
在上面所述的二次电池模块结构中，在极冷的环境下需要时PTC加热器24’开始工作以加热电池隔板15’。
如果如上所述对电池隔板15’加热，当空气流过电池隔板15’时空气被电池隔板15’放出的热能所加热，单元电池11’被空气加热，由此保持适当的工作温度。
图5是本发明第三示例性实施方式的二次电池模块的示意的部分横截面平面图。第三示例性实施方式的二次电池模块具有与第二示例性实施方式的二次电池模块相同的基本结构。然而，将PTC加热器27设置在电池隔板15”的凹进部分150”中并与单元电池11”接触时，它与电池隔板15”紧密接触，其间没有间隙。
PTC加热器27的功能与在第二示例性实施方式中相同，此外，PTC加热器27可以具有用于空气流入的通孔27a，以防止由于自身的阻塞在电池隔板15”中不能使空气流过电池隔板15”。
在第二和第三示例性实施方式中可采用在第一示例性实施方式中提及的BMS和温度传感器来完成同样的功能。
而且，在第二和第三示例性实施方式中还可采用在第一示例性实施方式中提及的由铅酸电池或发电机来提供电能。
图6和7是本发明第四和第五示例性实施方式的二次电池模块的示意性部分横截面平面图。参考这些附图，第四示例性实施方式和第五示例性实施方式的二次电池模块与第二示例性实施方式的二次电池模块具有相同的基本结构。
但是，这些示例性实施方式在PTC加热器的安装位置方面与上面提及的示例性实施方式不同。
图6中示出的二次电池模块的PTC加热器34被安装在与外壳12”相连接的导热构件如散热装置33中。
更具体地说，将多个PTC加热器34彼此分隔开地安装在散热装置33中，散热装置33被设置为与外壳12”的外表面接触。
将散热装置33设置在外壳12”的外表面中的原因是为了紧密地设置PTC加热器34和接收热量的物体的单元电池36。
具有上面结构的二次电池模块将PTC加热器34放出的热量通过散热装置33和外壳12”传递到单元电池36，由此加热单元电池36。
在图7所示的二次电池模块中，为了提高PTC加热器的效率，如图6所示的二次电池模块那样，将PTC加热器44安装在外壳46的外表面中，此外，它具有起与PTC加热器44接触的导热构件的作用的金属板43，该金属板与PTC加热器44紧密接触以覆盖它，金属板43被固定到外壳46的外表面。
这样，PTC加热器44的安装结构增加了PTC加热器44与导热构件之间的接触面积，能够将PTC加热器44放出的更多热量通过金属板43和外壳46传递到单元电池48。
显而易见的是，可以利用检测到的最近的电池的温度来独立控制每一PTC加热器。
在第四和第五示例性实施方式中可采用在第一示例性实施方式中提及的BMS和温度传感器来执行同样的功能。
而且，在第四和第五示例性实施方式中还可采用在第一示例性实施方式中提及的铅酸电池或发电机来提供电能。
根据本示例性实施方式，二次电池模块可以通过需要时在低温环境下可以方便地加热单元电池并且控制二次电池模块的温度来获得期望的输出。
此外，由于PTC加热器是具有低失火风险的放热器件，因此使用本发明装置的客户可以更安全地使用该装置。
本发明的示例性实施方式的二次电池模块可以用来充当需要高能特性的电机驱动器件例如燃油电力两用车、电动机车、无线真空吸尘器、电动自行车或小型摩托车的能源。
虽然上面结合目前认为是实用的代表性实施方式对本发明进行了描述，但是应该理解的是本发明不限于所公开的实施方式，反之，本发明可涵盖所附权利要求的构思和保护范围内的各种改型和等效配置。

Claims (19)

1.一种二次电池模块，包括：
单元电池；
容纳所述单元电池的外壳，该外壳具有入口和出口以使传热介质分别流入所述入口和从所述出口流出；及
设置在所述入口内以加热流入所述外壳的传热介质的正温度系数(PTC)加热器。
2.如权利要求1所述的二次电池模块，其中，所述正温度系数(PTC)加热器包括具有多个通孔的主体的正温度系数(PTC)器件。
3.如权利要求1所述的二次电池模块，其中，在所述入口中设置通风器以加速传热介质的流动，该通风器被设置在所述正温度系数(PTC)加热器的前方。
4.如权利要求1所述的二次电池模块，其中，所述传热介质是空气。
5.如权利要求1所述的二次电池模块，其中，所述二次电池模块被安装在车辆中，所述正温度系数(PTC)加热器由铅酸电池或安装在车辆内的发电机提供电能。
6.如权利要求1所述的二次电池模块，其中，还包括设置在所述外壳中来检测所述单元电池的温度的温度传感器。
7.如权利要求6所述的二次电池模块，其中，还包括接收来自所述温度传感器的单元电池的温度信息并控制所述正温度系数(PTC)加热器工作的电池管理***。
8.一种二次电池模块，包括：
多个单元电池；
设置在所述单元电池之间的电池隔板；
容纳所述单元电池和所述电池隔板的外壳，该外壳具有入口和出口以使传热介质分别流入所述入口和从所述出口流出；及
设置在所述电池隔板之间的每一所述单元电池内的正温度系数(PTC)加热器。
9.如权利要求8所述的二次电池模块，其中，所述正温度系数(PTC)加热器与每一单元电池物理接触。
10.如权利要求9所述的二次电池模块，其中，所述正温度系数(PTC)加热器与所述电池隔板物理接触。
11.如权利要求8所述的二次电池模块，其中，所述每一正温度系数(PTC)加热器具有用于使空气流动的通孔。
12.如权利要求8所述的二次电池模块，其中，所述二次电池模块被安装在车辆中，所述正温度系数(PTC)加热器由铅酸电池或安装在车辆内的发电机提供电能。
13.如权利要求8所述的二次电池模块，其中，还包括设置在所述外壳中以检测至少一个单元电池的温度的温度传感器。
14.如权利要求13所述的二次电池模块，其中，还包括接收来自所述温度传感器的温度信息并控制所述正温度系数(PTC)加热器的工作的电池管理***。
15.一种二次电池模块，包括：
多个单元电池；
容纳所述单元电池的外壳；
设置在所述外壳外表面中的导热构件；及
设置在所述导热构件中的正温度系数(PTC)加热器。
16.如权利要求15所述的二次电池模块，其中，所述单元电池与每一正温度系数(PTC)加热器紧邻设置。
17.如权利要求15所述的二次电池模块，其中，所述二次电池模块被安装在车辆中，所述正温度系数(PTC)加热器由铅酸电池或安装在车辆内的发电机提供电能。
18.如权利要求15所述的二次电池模块，其中，还包括设置在所述外壳中以检测至少一个单元电池的温度的温度传感器。
19.如权利要求18所述的二次电池模块，其中，还包括接收来自所述温度传感器的温度信息并控制所述正温度系数(PTC)加热器的工作的电池管理***。
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