冷卻板及其制造方法、電池模塊及車輛與流程

本發明涉及用于二次電池的包括冷卻板的電池模塊。此外，提供了冷卻板的制造方法。本發明還涉及包括該電池模塊的車輛。

背景技術：

可再充電電池與一次電池的不同之處在于，其能夠被反復地充電和放電，而后者僅進行化學能到電能的不可逆轉變。低容量可再充電電池被用作小型電子設備諸如蜂窩電話、筆記本電腦和攝像放像機的電源，而大容量可再充電電池被用作用于驅動混合動力車輛等中的電機的電源。

一般地，可再充電電池包括：電極組件，包括正電極、負電極以及插置在正電極和負電極之間的隔板；殼，接收電極組件；以及電極端子，電連接到電極組件。所述殼可以取決于可再充電電池的使用目的和用法而具有圓柱形或矩形形狀，電解質溶液被注入到所述殼中用于通過正電極、負電極和電解質溶液的電化學反應而使可再充電電池充電和放電。

可再充電電池可以用作由串聯聯接的多個單元電池形成的電池模塊，從而用于需要高能量密度的混合動力車輛的電機驅動。也就是，取決于電機驅動所需要的功率量，該電池模塊通過連接所述多個單元電池的每個的電極端子而形成，從而可以實現大功率的可再充電電池。

為了安全地使用電池模塊，從可再充電電池產生的熱應當被有效地散發、釋放和/或消散。如果熱散發/釋放/消散沒有被充分地進行，則在相應的單元電池之間產生溫度差，使得電池模塊不能產生用于電機驅動的期望功率量。此外，當電池的內部溫度由于從可再充電電池產生的熱而升高時，在其中發生異常反應，因此可再充電電池的充電和放電性能劣化并且可再充電電池的壽命縮短。因而，需要一種冷卻裝置，該冷卻裝置能夠通過有效地散發/釋放/消散從電池產生的熱而冷卻可再充電電池。

因此，電池模塊可以例如包括由鑄鋁(castedaluminum)制成的冷卻板，該冷卻板鄰近電池單元的底表面提供從而將它們冷卻下來。一個或多個鋼管(冷卻劑能夠通過其移動)被集成到冷卻板中，也就是與冷卻板熱接觸。冷卻劑在鋼管內循環的同時與電池單元進行熱交換。在常規的制造工藝中，鋼管通過諸如夾具、托座等的固定機構而附接到冷卻板。然而，冷卻板的制造工藝由于必須被適當連接的部件的數目而是昂貴的。

技術實現要素：

現有技術的一個或多個缺點可以通過本發明來避免或至少減少。具體地，提供了一種電池模塊，該電池模塊包括：

多個二次電池單元；

由鑄鋁形成的冷卻板；以及

一個或多個冷卻管，由金屬材料(尤其是鋼)形成，并被模制在冷卻板內。

換言之，電池模塊包括由鑄鋁制成的剛性冷卻板，該冷卻板包含由金屬材料(例如，鐵、鋁或鎂，優選地為鋼)制成的集成管，冷卻劑通過該集成管流動。(例如，棱柱形或矩形的)二次電池單元可以布置在冷卻板之上使得它們熱連接到冷卻板。熱接觸可以通過粘合劑接合(adhesivejoint)或導熱墊(thermalpad)而加強。冷卻管被模制在冷卻板內，也就是它們被嵌入到鋁基質(aluminummatrix)中。因此，在不破壞冷卻板的情況下，冷卻管不能被移除/是不可分離的。沒有用于將冷卻管與冷卻板連接的額外固定機構，這簡化了制造工藝(較少的組裝勞動強度)并顯著降低了制造成本和總重量。此外，改善了冷卻板的機械硬度。此外，即使鋁冷卻板由于機械應力(例如，撞擊)而破裂，冷卻管也保持原樣。此外，鋁和金屬材料(尤其是鋼)的突出的熱導率確保了冷卻板內的溫度分布是均勻的。

根據優選的實施方式，一個或多個冷卻板被組裝在電池模塊的外殼(housing)內。具體地，電池單元可以在所述外殼內布置在兩層或更多層(twoormorelevels)中，每層包括至少一個冷卻板。換言之，如果二次電池被組裝在電池模塊的不同層中，電池模塊可以包括多個冷卻板。因而冷卻板將提供在這些層之間以確保與每個二次電池單元的熱接觸。

根據另一優選的實施方式，配置用于將冷卻管分別與冷卻劑的供給管線(supplyline)和回流管線(returnline)連接的冷卻接口(coolinginterface)位于外殼的外表面處。換言之，冷卻管連接到冷卻劑分配管線，其中冷卻接口遠離電池單元或可傳輸電力的其它部件定位。

此外，所有的或若干的(例如，棱柱形或矩形的)二次電池單元可以被捆成一行并且至少兩個冷卻管可以位于所述行下面使得每個電池單元與所述至少兩個冷卻管熱接觸。這些冷卻管中的至少一個可以與冷卻劑的供給管線連接，所述冷卻管中的至少一個可以與冷卻劑的回流管線連接。這樣的冷卻劑通道布置確保了每個電池單元的足夠且均勻的冷卻。

根據本發明的另一方面，提供了一種制造冷卻板的方法，該冷卻板用于包括多個二次電池單元的電池模塊。該方法包括以下步驟：

在鑄造模具(castingdie)中提供一個或多個預先形成的由金屬材料(尤其是鋼)形成的冷卻管；以及

將鋁澆鑄到模具中以便形成冷卻板。

因此，在制造工藝的第一步驟中，預先形成的冷卻管被放置在合適的鑄造模具中。因而，冷卻管已經表現出它們也將在最終的冷卻板中所具有的相同設計。之后，這些冷卻管通過冷硬鑄造(chilledcasting)而嵌入到鋁中。在冷卻并硬化鋁之后，冷卻板從模具取出并可以連接到外殼。

本發明還涉及通過前述制造方法制造的冷卻板以及分別包括該冷卻板的電池模塊。

最后，本發明的另一方面涉及包括電池模塊的車輛，該電池模塊如以上限定或者根據本發明的制造方法制造。

本發明的其它方面可以從附屬的權利要求書或以下的描述而知悉。

附圖說明

通過參照附圖詳細描述示例性實施方式，各特征對于本領域普通技術人員將變得更加明顯，附圖中：

圖1示出常規電池模塊的透視圖。

圖2示出用于包括冷卻板的電池模塊的外殼的第一實施方式的視圖。

圖3示出穿過圖2的冷卻板的一部分的截面圖。

圖4示出圖2的冷卻板的管繞法(tubewinding)。

圖5示出用于包括兩層的電池單元的電池模塊的外殼的第二實施方式的截面圖。

圖6示出圖5的兩層的冷卻板。

圖7示出對于圖5的兩層的冷卻板的冷卻接口。

具體實施方式

參照圖1，常規電池模塊100的示例性實施方式包括在一個方向上排列的多個電池單元10以及鄰近所述多個電池單元10的底表面提供的熱交換構件110。一對端板18被提供在電池單元10外部以面對電池單元10的寬的表面，連接板19配置為將該對端板18連接到彼此，從而將所述多個電池單元10固定在一起。在電池模塊100的兩側的緊固部分18a通過螺栓40而被緊固到支撐板31。支撐板31是外殼30的部分。

這里，每個電池單元10是棱柱形(或矩形)單元，所述單元的寬的平坦表面層疊在一起以形成電池模塊100。此外，每個電池單元10包括配置用于容納電極組件和電解質的電池殼。電池殼被蓋組件14氣密地密封。蓋組件14提供有具有不同極性的正電極端子11和負電極端子12以及排氣口(vent)13。排氣口13是電池單元10的安全機構，其用作在電池單元10中產生的氣體通過其排出到電池單元10外部的通道。相鄰的電池單元10的正電極端子11和負電極端子12通過匯流條15電連接，匯流條15可以通過螺母16等而固定。因此，電池模塊100可以通過將所述多個電池單元10電連接為一捆(onebundle)而用作電源單元。

一般地，電池單元10在充電/放電時產生大量熱。所產生的熱積聚在電池單元10中，從而加快電池單元10的劣化。因此，電池模塊100還包括熱交換構件110，該熱交換構件110鄰近電池單元10的底表面提供從而將電池單元10冷卻下來。此外，由橡膠或其它彈性材料制成的彈性構件120可以插置在支撐板31和熱交換構件110之間。

熱交換構件110可以包括冷卻板，該冷卻板被提供為具有與所述多個電池單元10的底表面的尺寸相對應的尺寸，例如冷卻板可以完全交疊電池模塊100中的所有電池單元10的整個底表面。冷卻板通常包括冷卻劑能夠通過其運動的通道。冷卻劑在熱交換構件110內(也就是，在冷卻板內)循環的同時與電池單元10進行熱交換。

圖2示出用于電池模塊100的外殼30的第一實施方式的視圖，該電池模塊100包括冷卻板50，電池單元10將被放置在冷卻板50上。具體地，冷卻板50包括若干冷卻區域55。冷卻板50被組裝在外殼底板32上，冷卻接口60、62位于外殼30的外表面處。冷卻板50由鑄鋁形成。

冷卻板50可以通過如下制造：預先形成的由鋼形成的冷卻管70、72布置在合適的鑄造模具(未示出)中；之后，熔化的鋁被澆鑄到模具中并硬化。這種方法在將液體鋁倒入模具中時保證冷卻管70、72的精確定位。

圖3示出穿過冷卻板50的一部分(即，圖2的冷卻區域55之一)的截面圖。冷卻管70、72被嵌入在冷卻板50的鋁基質內(或被模制在冷卻板50的鋁基質內)。冷卻管70、72由鋼形成。如能夠看到的，冷卻管70、72被牢固地裝配在冷卻板50內，不需要另外的固定機構，也就是，在冷卻管70、72和冷卻板50之間存在穩固聯接的接合。在這樣的構造中，冷卻板50與冷卻管70、72之間的熱接觸將被優化。

圖4示出被集成到圖2的冷卻板50中的冷卻管70、72的管繞法。這里，該兩個冷卻管70、72示出五個并行的環，每個環對應于冷卻區域55中的一個。供給管線和回流管線(未示出)將分別連接到冷卻接口60、62，從而產生相反的冷卻劑流動以確保均勻冷卻。冷卻區域55的尺寸和幾何結構可以被選擇為使得在位于冷卻板50上的一個電池單元10的底表面之下，可以定位至少四段管子。當然，冷卻管70、72的設計取決于電池模塊100的制造工藝和要求。基本上，如果壓力損失將是盡可能小的，則可以實現多個冷卻管70、72。為了電池模塊100的更特定的冷卻，可以加高鑄造的冷卻板50的某些區域從而提高熱導率。

圖5示出用于包括兩層的電池單元10的電池模塊的外殼30的第二實施方式的截面圖。每層可以包括至少一個冷卻板。換言之，上部電池單元10位于中間冷卻板52上，該中間冷卻板52可以以與以上描述的相同方式制造并可以具有相對于提供在外殼底板32處的冷卻板50類似的設計。

圖6示出圖5的兩層的冷卻板50、52而沒有電池單元10。如可以看到的，冷卻板50和52示出完全相同設計的冷卻區域55。

圖7示出對于圖5的兩層的冷卻板50、52的冷卻接口90、92。此外，冷卻接口90、92布置在外殼30的外表面處。