TWI750543B - 電池模組散熱蓋板 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種電池模組散熱蓋板，係包括：一蓋板本體，該蓋板本體內部具有一流體流動空間，該蓋板本體一端具有一流體入口、另一端具有一流體出口，該流體入口與該流體出口係連通該流體流動空間，該蓋板本體之下表面係熱導接觸一電池模組之正、負極銅排；複數圓柱形鰭片，該些圓柱形鰭片係設置於該流體流動空間內、與該蓋板本體具有熱導接觸。

Description

電池模組散熱蓋板
本發明係與電池散熱技術有關，特別係指一種用於由方罐型電芯組成的電池模組之電池模組散熱蓋板。
在電動車輛電池組中，快速充電或高負載的電子流動將產生大量的熱量，且過多的熱量可能損壞電池。故為了使電動車輛電池以最有效的方式運行並使其壽命最大化，需要有效的冷卻系統，根據不同的冷卻設計，可分為氣冷式，例如日產汽車的Leaf；或者液冷式，例如雪佛蘭Volt。通用汽車公司和特斯拉汽車公司都採用液冷式散熱。因為電池壽命取決於熱管理系統，隨著電動載具廠商引入更高規格的充電功率來縮短充電時間，熱管理系統在抑制大量熱量方面應發揮更大的作用，而移除大量的電池熱量通常以液態冷卻最廣為使用。
通用汽車以及特斯拉的熱管理皆使用液態乙二醇作為冷卻劑，類似於傳統汽車引擎冷卻系統中使用的流體，他們都試圖將電池的熱量傳遞至液態冷卻的循環迴路中，藉由乙二醇流道分佈在整個電池包中來冷卻全部的電池芯。特斯拉的冷卻系統專利申請，係基於帶狀金屬冷卻管，貫穿整個 電池包，直接接觸「圓柱形電芯」壁面帶走熱量，此設計為單一大型電池包的熱管理系統設計，較難適用於化整為零的電池模組化系統與方罐型的電芯表面散熱。通用汽車使用「軟包形狀」的電池芯，每個電池芯藉由夾在電池芯之間的鋁製冷卻板來進行液冷式散熱。鋁製冷卻板中有五個單獨的冷卻劑路徑並聯穿過冷卻板，每個軟包電池再裝在塑膠框架中，然後將帶有冷卻板的框架縱向堆疊以製成整個電池組，因散熱板與散熱板之間有管路連接，才能形成完整的液冷迴路，若需維修其中間的單一電池芯，所牽動的管路接線複雜，解聯後又有漏液問題，維修不易。
國內的Xing Mobility則是靠「圓柱形」電芯浸泡在不導電的液體中直接進行散熱，不需要設計水冷流道外，浸泡在高沸點的液體中可以抑制火焰，電池模組間採用積木式的堆疊設計，惟整個箱體浸滿冷卻液如何防止外漏是一大考驗，另外，這款鋰電池模組主要是靠昂貴的3MTM NovecTM液體來散熱，成本相當高，雖然此方法可適用於方罐型電芯，惟成本較為昂貴，僅適合用於高單價的載具上，例如Xing Mobility係將其運用於電動跑車。
為解決先前技術之缺點，本發明係提供一種電池模組散熱蓋板，本發明係利用中空的電池模組散熱蓋板內部設計不同尺寸、不同疏密程度的鰭片來達成引流效果。本發明 之電池模組散熱蓋板可適應各種尺寸與類型之電池模組，且不須變動電池模組內部結構設計。
本發明係為一種電池模組散熱蓋板，係包括：一蓋板本體，該蓋板本體內部具有一流體流動空間，該蓋板本體一端具有一流體入口、另一端具有一流體出口，該流體入口與該流體出口係連通該流體流動空間，該蓋板本體之下表面係熱導接觸一電池模組之正、負極銅排；複數圓柱形鰭片，該些圓柱形鰭片係設置於該流體流動空間內、與該蓋板本體具有熱導接觸。
本發明之一實施例中，該蓋板本體係以鋁製成，該蓋板本體與該電池模組接觸之外表面係經過表面處理(如硬陽極處理)而不具導電性。
本發明之一實施例中，該蓋板本體與該電池模組之間係具有一層導熱矽膠墊。
本發明之一實施例中，該流體流動空間內係具有一流動液體，該流動液體為水、或水加乙二醇之混合液、或具冷卻效果之液體。
本發明之一實施例中，該些圓柱形鰭片在對應該電池模組之局部發熱處分佈較疏，其分佈疏密程度(密度)為非局部發熱處之0.5~0.625倍。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及 功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。
11‧‧‧電池模組
111‧‧‧長方罐形電芯
112‧‧‧銅排
12‧‧‧電池模組散熱蓋板
21‧‧‧蓋板本體
211‧‧‧流體流動空間
212‧‧‧流體入口
213‧‧‧流體出口
214‧‧‧下表面
22‧‧‧圓柱形鰭片
31‧‧‧電池模組散熱蓋板
32‧‧‧導熱矽膠墊
33‧‧‧銅排
34‧‧‧電芯
41‧‧‧圓柱形鰭片
41A‧‧‧較疏處
41B‧‧‧較密處
42‧‧‧局部發熱面
圖1係為本發明之電池模組散熱蓋板使用狀態示意圖。
圖2係為本發明之電池模組散熱蓋板第一實施例結構圖。
圖3係為本發明之導熱矽膠墊實施例示意圖。
圖4係為本發明之圓柱形鰭片分佈實施例示意圖。
以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。
圖1係為本發明之電池模組散熱蓋板使用狀態示意圖，本發明所指之電池模組11係為方罐型電芯組成，即多個長方罐形電芯111排列、集成於一電池模組11的方形箱體內，請參閱圖1所示，該電池模組11串接正、負極頭的銅排112通常位於電池模組11最上緣，而此處因接觸阻抗的關係，通常是電池模組11的發熱點，本發明之電池模組散熱蓋板12作為電池模組11之上蓋，直接蓋上後可接觸串/並聯銅排112之發熱面，將其歐姆熱導至電池模組散熱蓋板12內的循環流體中，藉以控制電池模組11的高溫，防止熱失控的情形發生。
圖2係為本發明之電池模組散熱蓋板第一實施例 結構圖，該實施例係包括：一蓋板本體21，該蓋板本體內部具有一流體流動空間211，該蓋板本體一端具有一流體入口212、另一端具有一流體出口213，該流體入口212與該流體出口213係連通該流體流動空間211，該蓋板本體21之下表面214係熱導接觸一電池模組(請參閱圖1所示)之正、負極銅排；複數圓柱形鰭片22，該些圓柱形鰭片22係設置於該流體流動空間211內、與該蓋板本體21具有熱導接觸。
本發明之一實施例中，該蓋板本體係以鋁製成，為避免鋁製蓋板本體與銅排接觸造成短路，可藉由硬陽極的表面處理方式使鋁製蓋板本體表面轉化成非導體，或者如圖3所示，藉由一導熱矽膠墊32作為該電池模組散熱蓋板31與電池模組銅排33間的導熱介質，電芯34產生的熱量向上(以圖3方向為準)經由該導熱矽膠墊32傳至該電池模組散熱蓋板31，同時亦兼顧絕緣效果。
本發明之一實施例中，圓柱形鰭片可平均分布於流體流動空間中，對一大片發熱面進行散熱，但實際應用時電池模組之發熱面並非平均分布，而是局部區域有較多的發熱量，此時可利用改變鰭片的疏密程度，引導相對較多流體對局部發熱面進行散熱。
本發明之一實施例中，本發明對於局部改變鰭片疏密程度的設計如下：
在一流體空間內，原本X*Y的區域內平均分布直徑D，高 度Z數量N的圓柱形鰭片(1)，其整體鰭片覆蓋率為：
Figure 108142676-A0101-12-0006-2
現有一局部區域x*y為發熱面，此發熱面x*y區域內原本有的鰭片數量為N1，此局部區域之鰭片與流體的接觸面積為：
原始接觸面積=N1×D×π×Z
改變局部發熱面的鰭片設計，變為圓柱形鰭片(2)，其直徑d，高度Z，數量n，且應符合以下兩個原則：(一)改變設計後，鰭片與流體之「後來接觸面積」需等於或大於「原始接觸面積」。(二)改變設計後的「局部鰭片覆蓋率」需小於「整體鰭片覆蓋率」，例如為其0.625倍或0.5倍。計算如下：
後來接觸面積=n×d×π×Z
Figure 108142676-A0101-12-0006-1
請參閱圖4所示，係為本發明之圓柱形鰭片分佈實施例示意圖，該實施例中，圓柱形鰭片41之分布有較疏處41A與較密處41B，對應電池模組銅排的局部發熱面42(如圖4虛線框處)，疏化此局部區域的鰭片分佈程度，可增加流經此處的水流量，在接觸面積不變的情況下，提升局部發熱面之散熱效果。此類設計是專用於方罐型電池模組，解決其局部串/並聯銅排發熱平面之液冷散熱方法。
藉此，本發明係提供一種電池模組散熱蓋板，本發明係利用中空的電池模組散熱蓋板內部設計不同尺寸、不 同疏密程度的鰭片來達成引流效果，此設計可將相對較多的流體引導至發熱區域，在不減少鰭片與液體的接觸面積的情況下，加強局部的散熱效果，並將此電池模組散熱蓋板應用於方罐型電池模組局部串/並聯銅排之發熱平面。平均分佈圓柱形鰭片之液冷板，可協助方罐型電池模組由原本的高溫51℃降至36℃，局部疏化鰭片之分佈可有效增加冷卻液之流量，局部強化熱點之散熱效果。本發明之電池模組散熱蓋板結構簡單，可適應各種尺寸與類型之電池模組，且不須變動電池模組內部結構設計，亦沒有冷卻液洩漏至電池模組電芯之疑慮，具有高使用彈性與可靠性。
上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
21‧‧‧蓋板本體
211‧‧‧流體流動空間
212‧‧‧流體入口
213‧‧‧流體出口
214‧‧‧下表面
22‧‧‧圓柱形鰭片

Claims (6)

  1. 一種電池模組散熱蓋板，包括：一蓋板本體，該蓋板本體內部具有一流體流動空間，該蓋板本體一端具有一流體入口、另一端具有一流體出口，該流體入口與該流體出口係連通該流體流動空間，該蓋板本體之下表面係熱導接觸一電池模組之正、負極銅排；複數圓柱形鰭片，該些圓柱形鰭片係設置於該流體流動空間內、與該蓋板本體具有熱導接觸；其中該些圓柱形鰭片在對應該電池模組之局部發熱處分佈較疏，可增加流經該局部發熱處的流體流量，在該些圓柱形鰭片與流體接觸面積不變的情況下，提升局部發熱之散熱效果。
  2. 如請求項1所述之電池模組散熱蓋板，其中該蓋板本體係以鋁製成。
  3. 如請求項2所述之電池模組散熱蓋板，其中該蓋板本體與該電池模組接觸之外表面係經過表面處理而不具導電性。
  4. 如請求項1所述之電池模組散熱蓋板，其中該蓋板本體與該電池模組之間係具有一層導熱矽膠墊。
  5. 如請求項1所述之電池模組散熱蓋板，其中該流體流動空間內係具有一流動液體，該流動液體為水、或水加乙二醇之混合液、或具冷卻效果之液體。
  6. 如請求項1所述之電池模組散熱蓋板，其中該些圓柱形鰭片在對應該電池模組之局部發熱處分佈疏密程度為非局部發熱處之0.5~0.625倍。
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