專利名稱：蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池，更具體地說，涉及一種具有使其冷卻效率更佳的冷卻劑通道的蓄電池。
背景技術(shù)：
近年來，不斷增長的環(huán)境意識已經(jīng)導(dǎo)致車輛能源從采用礦物燃料的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)槔秒娔艿碾妱訖C(jī)。
蓄電池和電池的技術(shù)也已經(jīng)得到發(fā)展并且迅速提高，該蓄電池和電池為電動機(jī)的能源。
安裝在混合型車輛上的蓄電池除了能以大功率頻繁地充電和放電之外，還需要是緊湊的和輕型的。所述蓄電池還需要具有極好的抗振性和熱輻射特性。
特開平公開號為NO.2000-195480的日本專利申請公開了一種蓄電池，其中外構(gòu)件上設(shè)有多個扁平電池。通過在每個電池之間插入隔離物而在其間設(shè)置給定的間距，這樣每個電池具有較好的熱輻射特性，因此提高了蓄電池的循環(huán)特性和充電特性(放電特性)。
與由非扁平電池(例如，圓柱狀或矩形電池)構(gòu)成的蓄電池相比，采用上述蓄電池中的扁平單元電池使得能量密度更高些，從而有助于使蓄電池小型化。這意味著扁平單元電池構(gòu)成的蓄電池由于它的緊湊性和高能量密度將適于安裝在車輛上。

發(fā)明內(nèi)容
然而，很難將上述的蓄電池進(jìn)一步小型化以及使其能量密度增加，因為所述蓄電池需要位于其單元電池之間的空間以便保持其輻射特性。所述空間的必要性使其難以保持蓄電池的剛性以及提高其抗振性。該問題的一個解決方案就是將扁平的單元電池沿著厚度方向堆疊于彼此之上，其中某些層之間插有散熱器。但是，這種構(gòu)造的蓄電池的熱輻射依賴于從所堆疊的單元電池向散熱器直接傳熱，從而導(dǎo)致蓄電池中的三維溫度分布不均勻。特別在扁平的單元電池中，溫度分布的過分不均勻?qū)?dǎo)致該電池的壽命降低。
本發(fā)明是根據(jù)上述問題作出的，并且本發(fā)明的目的是提供一種緊湊且輕型的高能量密度的蓄電池，該蓄電池的熱輻射和抗振性極佳。
本發(fā)明的一方面是提供一種蓄電池，其包括堆疊于彼此之上的單元電池層，每個單元電池層包括單元電池陣列；將該單元電池陣列保持于其中的構(gòu)件，這里至少其中一個構(gòu)件形成為具有用于將冷卻劑引入蓄電池內(nèi)的入口和用于把已經(jīng)流過蓄電池內(nèi)的冷卻劑排出的出口。
附圖的簡要描述現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明，其中

圖1是示出了本發(fā)明的蓄電池外觀的透視圖；圖2示出了用于冷卻圖1所示蓄電池的一種冷卻系統(tǒng)的外觀；圖3示出了本發(fā)明第一實施例中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)；圖4示出了本發(fā)明第一實施例中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)；圖5示出了本發(fā)明第一實施例中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)；圖6示出了本發(fā)明第一實施例中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)；圖7示出了第一實施例中的構(gòu)件的另一實例的結(jié)構(gòu)；圖8示出了圖7所示的構(gòu)件結(jié)構(gòu)；圖9示出了本發(fā)明第二實施例中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)；圖10示出了本發(fā)明第二實施例中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)；圖11示出了本發(fā)明第二實施例中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)；圖12示出了本發(fā)明第三實施例中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)；圖13示出了本發(fā)明第三實施例中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)；圖14示出了本發(fā)明第三實施例中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)；圖15示出了本發(fā)明第四實施例中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)；圖16示出了本發(fā)明第四實施例中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)；圖17示出了本發(fā)明第四實施例中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)；
圖18A為蓄電池中的氣流分布圖；圖18B為蓄電池中的氣流的另一分布圖；圖18C為蓄電池中的氣流的另一分布圖；圖18D為蓄電池中的氣流的另一分布圖；圖19A為曲線圖，其示出了蓄電池中的單元電池位置和氣流速度之間的關(guān)系；圖19B為曲線圖，其示出了蓄電池中的單元電池位置和其溫度升高之間的關(guān)系；圖20示出了本發(fā)明第五實施例中的構(gòu)件和散熱器的結(jié)構(gòu)；圖21示出了本發(fā)明第五實施例中的構(gòu)件和散熱器的結(jié)構(gòu)；圖22A為沿著圖21的A-A線的剖視圖；圖22B為沿著圖21的B-B線的剖視圖；圖22C為沿著圖21的C-C線的剖視圖；圖23示出了本發(fā)明第五實施例中的構(gòu)件和散熱器的結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述以下將參照附圖描述本發(fā)明的實施例，其中相同的部件用相同的參考標(biāo)號表示。
每個實施例中的蓄電池主要包括由24個單元電池層構(gòu)成的電池單元，和散熱器，該散熱器沿著單元電池層堆疊的方向(也即，沿著所述層的厚度方向)從外側(cè)壓擠該電池單元從而使電池單元固定。電池單元還具有在每六個單元電池層之間插入的中間散熱器。每個單元電池層包括一個構(gòu)件和四個扁平單元電池(以下將稱作單元電池)，這四個扁平單元電池被固定在一起并容納于構(gòu)件內(nèi)，它們沿著蓄電池的縱向布置。
電池單元總共具有96個單元電池。設(shè)置在構(gòu)件和散熱器上的電連接部件將所有的單元電池串聯(lián)起來。
第一實施例如圖1所示，與本申請有關(guān)的蓄電池100以這樣一種方式構(gòu)造，即，由多個沿著其厚度方向堆疊的板狀構(gòu)件210(frame member)構(gòu)成的電池單元200置于散熱器300和340之間，電池單元的兩個端面在堆疊方向上受到擠壓從而將其固定在一起。
每個構(gòu)件210上形成有四個保持部(未示出)，用于保持在其內(nèi)平行設(shè)置的四個單元電池。電池單元200具有24個構(gòu)件210組成的堆棧以及在每6層構(gòu)件之間所插入的三個散熱器310、320和330。這樣電池單元200總共具有96個單元電池，每兩個散熱器之間總共具有24個單元電池。
每個構(gòu)件210的彼此相對的兩側(cè)(這里，構(gòu)件側(cè)邊指的是當(dāng)單元電池層被堆疊時構(gòu)成電池單元200橫向側(cè)的側(cè)邊)形成有冷卻劑入口230，用于把作為冷卻劑的空氣引入電池單元200內(nèi)，和冷卻劑出口250，用于排出在電池單元200中循環(huán)的冷卻劑。在電池單元200中，在其上游端和下游端具有入口230和出口250的冷卻劑通道由構(gòu)件210的內(nèi)表面以及容納在該構(gòu)件210內(nèi)的每個單元電池的外表面構(gòu)成。也即，從入口230引入的空氣經(jīng)過構(gòu)件210與電池單元200之間的限定空間在所述單元內(nèi)循環(huán)，然后從出口250排出。
用螺母400A-400F把與散熱器300和340相連的六個壓制單元固定從而使該散熱器固定。該壓制單元的軸通過螺母400A-400F與延伸的盤簧的兩端相連接。由于在散熱器300與340之間提供壓制單元，從而在堆疊方向上給電池單元200中的所有單元電池賦予了適當(dāng)?shù)谋砻鎵毫Α?br> 在散熱器300和340以及中間散熱器310、320和330當(dāng)中，具有多個冷卻劑通道300A、340A、310A、320A和330A，冷卻劑由此從該些通道的其中一側(cè)邊流向另一側(cè)邊。(這里，散熱器的側(cè)邊指的是當(dāng)單元電池層被堆疊時構(gòu)成電池單元200橫向側(cè)的側(cè)邊)。
如圖2所示，蓄電池100安裝載車輛上時，利用車載冷卻系統(tǒng)500進(jìn)行冷卻。
冷卻系統(tǒng)500具有容納蓄電池100的殼體600、用于將空氣引入殼體600內(nèi)的冷卻劑引入管道700、以及用于將空氣從殼體600排出的冷卻劑排出管道800。
蓄電池100設(shè)在殼體600內(nèi)，這樣它的入口230對著上游而出口250對著下游。更具體地說，蓄電池100的入口230朝著冷卻劑引入管道700定向，而蓄電池100的出口250朝著冷卻劑排出管道800定向。殼體600中設(shè)有單一的或多個蓄電池100。
風(fēng)扇850設(shè)置在殼體600一側(cè)的冷卻劑排出管道800上。風(fēng)扇850具有一個傳感器，用于檢測從殼體600排出的空氣的溫度?？刂破?未示出)根據(jù)該傳感器所檢測的溫度來控制風(fēng)扇850的轉(zhuǎn)速(通風(fēng)流量)。
在位于殼體600內(nèi)的蓄電池100中，從入口230引入的空氣在蓄電池100內(nèi)的冷卻劑通道中循環(huán)并從出口250排出，從而把與其直接接觸的單元電池冷卻。流經(jīng)散熱器300和340以及中間散熱器310、320、和330的冷卻劑通道300A、340A、310A、320A和330A的空氣也間接地將單元電池冷卻。
如圖3所示，構(gòu)件210由矩形外框架部212和梯子形狀的三個橫向構(gòu)件部214A、214B、和214C構(gòu)成，該些橫向構(gòu)件部與外框架部212的兩相對側(cè)交叉。U型凹口(開口或凹槽)216A形成于外框架部212的一側(cè)上，U型凹口216B位于橫向構(gòu)件部214A上，U型凹口216C位于橫向構(gòu)件部214B上，U型凹口216D位于橫向構(gòu)件部214C上，U型凹口216E位于外框架部212的另一側(cè)上。該構(gòu)件可整體地形成，或者，可通過組裝兩個部件而形成，該兩部件相對于單元電池設(shè)置方向上的中心線而對稱。
將構(gòu)件210堆疊并使其彼此緊密接觸促進(jìn)了凹口216A起到了冷卻劑入口的作用，凹口216E起到了冷卻劑出口的作用。凹口216B、216C和216D用作冷卻劑通道的一部分。
凹口216A和216E以彼此不同的大小形成，這樣用作冷卻劑入口的凹口216A在冷卻劑流動方向上的橫斷面面積(開口面積)大于用作冷卻劑出口的凹口216E在冷卻劑流動方向上的橫斷面面積。
用作部分冷卻劑通道的凹口216B、216C、和216D在冷卻劑流動方向上的橫斷面面積沿著冷卻劑流動方向從上游至下游逐漸減小，這樣流經(jīng)于此的冷卻劑的流速沿著冷卻劑流動方向從上游至下游逐漸增加。也即，凹口216B的橫斷面面積大于凹口216C，而凹口216C又大于凹口216D；凹口216B、21C和216D的橫斷面面積彼此不同。在本實施例中，所有的凹口216A-216E都形成于構(gòu)件210寬度方向的中心部處。凹口216A的橫斷面面積比其它的都大。這些凹口216B、216C、216D、和216E形成為使其橫斷面面積按此順序減小。
單元電池220A、220B、220C和220D都是用復(fù)合薄膜覆蓋的具有能量發(fā)生元件的鋰離子電池，能量發(fā)生部為凳子形狀，其橫斷面如圖所示為梯形。單元電池220A、220B、220C和220D設(shè)置成使其凳子形狀部從構(gòu)件下面向上插入由構(gòu)件210的外框架部212和橫向構(gòu)件部214A、214B、214C所限定的分隔空間內(nèi)，如圖4所示。由此，單元電池220A、220B、220C和220D分別與構(gòu)件210的外框架部212和橫向構(gòu)件部214A、214B、214C保持水平。
構(gòu)件210稍微比單元電池220厚些，這樣所有單元電池220都會受到預(yù)定的表面壓力，并且所有的構(gòu)件210都會受到壓縮而稍微變形。
在上文的描述中，部分冷卻劑通道由凹口216B、216C和216D構(gòu)成。此外，凹槽210A形成于構(gòu)件210的外框架部212和橫向構(gòu)件部214A、214B、214C上，從而使空氣在該凹槽210A表面上循環(huán)，其中單元電池220A、220B、220C和220D的外圍凸緣部222A、222B、222C、222D與該凹槽210A相接觸，如圖4所示。通過該凹槽循環(huán)空氣將會使單元電池220A、220B、220C和220D的熱量通過外圍凸緣部222A、222B、222C、222D消除。
六個構(gòu)件210的每個都以上文所述的方式保持單元電池220A、220B、220C和220D，該六個構(gòu)件以圖5和8所示的方式堆疊于彼此之上。這種堆疊布置在堆疊方向上使單元電池彼此直接接觸或者粘結(jié)，以及構(gòu)件彼此直接接觸。從入口230至出口250的冷卻劑通道由構(gòu)件210與單元電池220之間所限定的間隙或空間、該構(gòu)件210中形成的凹槽210A、以及凹口216B-216D構(gòu)成。
以上述方式構(gòu)成的堆疊被進(jìn)一步堆疊，同時在其間插入中間散熱器310、320、和330，如圖1所示。這種堆疊位于散熱器300與340之間并用螺母400A-400F固定從而形成蓄電池。隨著蓄電池100被啟動，冷卻系統(tǒng)500的風(fēng)扇850的操作將會在該蓄電池100的構(gòu)件210內(nèi)產(chǎn)生伴隨的氣流。
構(gòu)件210沿著堆疊方向的彼此粘結(jié)或緊密接觸使得空氣僅從圖5和8所示的入口230被引入。所引入的空氣穿過單元電池220A的外表面與構(gòu)件210的內(nèi)表面之間的間隙、并穿過構(gòu)件210的凹槽210A到達(dá)橫向構(gòu)件部214A的凹口216B，其中凹槽210A形成于該構(gòu)件210與單元電池220A的外凸緣部相接觸的位置上。然后，從凹口216B所引入的空氣穿過單元電池220B的外表面與構(gòu)件210的內(nèi)表面之間的間隙、并穿過構(gòu)件210的凹槽210A到達(dá)橫向構(gòu)件部214B的凹口216C，其中凹槽210A形成于該構(gòu)件210與單元電池220B的外凸緣部相接觸的位置上。接著，從凹口216C所引入的空氣穿過單元電池220C的外表面與構(gòu)件210的內(nèi)表面之間的間隙、并穿過構(gòu)件210的凹槽210A到達(dá)橫向構(gòu)件部214C的凹口216D，其中凹槽210A形成于該構(gòu)件210與單元電池220C的外凸緣部相接觸的位置上。最后，從凹口216D所引入的空氣穿過單元電池220D的外表面與構(gòu)件210的內(nèi)表面之間的間隙、并穿過構(gòu)件210的凹槽210A從出口250排出，該凹槽210A形成于該構(gòu)件與單元電池220C的外凸緣部相接觸的位置上。這樣，單元電池220A-220D由在其外表面及其外凸緣部上流動的空氣直接冷卻。
形成入口230的凹口216A、形成冷卻劑通道的凹口216B-216D、形成出口250的凹口216E都形成為使其橫斷面面積從入口230至出口250逐漸減小，同時氣流速度隨著空氣從入口230流向出口250而逐漸增大。這使得從入口230所引入的空氣流過構(gòu)件210的內(nèi)表面與每個單元電池220的外表面之間所限定的空間，在每個橫向構(gòu)件部的中心部會聚，由此使其速度朝著下游增加并從出口250排出。雖然從入口230所引入的空氣的溫度隨著空氣向下游流動而逐漸升高，但空氣的流速朝著出口250卻逐漸增加。這使得上游和下游的冷卻效率均勻，從而將所有單元電池220A-220D同樣地冷卻，無論它們在什么地方。構(gòu)件210可形成為使單元電池220A、220B、220C和220D與構(gòu)件210之間的構(gòu)成部分冷卻劑通道的所述間隙的寬度或流道尺寸從上游至下游逐漸減小。
在圖7和8所示的第一實施例的另一實例中，鑒于單元電池220的冷卻效率，入口230和出口250的橫斷面面積在構(gòu)件210的堆疊方向上隨著堆疊水平(上游和下游位置)而不同，其中該單元電池220遠(yuǎn)離散熱器300和340或中間散熱器310、320和330。在本實施例中，入口230的橫斷面面積從構(gòu)件210堆疊的一端(底部)至中間位置逐漸增大，并從中間位置至堆疊的另一端(上側(cè))逐漸減小。另一方面，出口250的橫斷面面積從構(gòu)件210的堆疊的一端(底部)至中間位置逐漸減小，并從中間位置至堆疊的另一端(上側(cè))逐漸增大。由于遠(yuǎn)離散熱器的單元電池220(在這個位置，電池的熱量不易消除)與散熱器附近的那些單元電池相比(在這個位置，電池的熱量易于消除)，其空氣流量隨著氣流速度的增加而增加，這樣使所有單元電池100實現(xiàn)了均勻的三維溫度分布。
在本發(fā)明中，空氣作為冷卻劑被例證，但不限于此。根據(jù)所需的冷卻效率，可以使用諸如氮之類的惰性氣體以及諸如油之類的液體。
第二實施例與第二實施例相關(guān)的構(gòu)件的構(gòu)造按照圖9-11所示進(jìn)行描述。
類似于第一實施例，構(gòu)件210由矩形外框架部212和梯子形狀的三個橫向構(gòu)件部214A、214B、214C構(gòu)成，這些橫向構(gòu)件部與外框架部212的兩相對側(cè)交叉。U型凹口(開口或凹槽)216A1和216A2形成于外框架部分212一側(cè)的兩端上，U型凹口216B1和216B2位于橫向構(gòu)件部214A的兩端上，U型凹口216C1和216C2位于橫向構(gòu)件部214B的兩端上，U型216D1和216D2位于橫向構(gòu)件部214C的兩端上，U型凹口216E1和216E2位于外框架部分212另一側(cè)的兩端上。此外，構(gòu)件210上形成有與第一實施例相類似的凹槽210A。
將構(gòu)件210堆疊并使其彼此緊密接觸促進(jìn)了凹口216A1和216A2起到了冷卻劑入口230的作用，凹口216E1和216E2起到冷卻劑出口250的作用。凹口216B1、216B2、216C1、216C2、216D1和216D2中的每個都用作冷卻劑通道的一部分。
在冷卻劑循環(huán)方向用作入口230的凹口216A1和216A2的橫斷面面積相同，構(gòu)成冷卻劑通道的凹口216B1和216B2、216C1和216C2、216D1和216D2的橫斷面面積也分別相同，用作出口250的凹口216E1和216E2的橫斷面面積也相同。
在本實施例中，如同第一實施例一樣，與構(gòu)件210縱向兩端的其它凹口相比，凹口216A1和216A2的橫斷面最大。凹口216B1和216B2、216C1和216C2、216D1和216D2、以及216E1和216E2形成為使其橫斷面按照這個順序逐漸減小。
單元電池220A、220B、220C和220D設(shè)置為使其凳子形狀部從構(gòu)件下面向上插入由構(gòu)件210的外框架部212和橫向構(gòu)件部214A、214B、214C所限定的分隔空間內(nèi)，如圖10所示。
六個構(gòu)件210的每個都以上文所述的方式保持單元電池220A、220B、220C和220D，該六個構(gòu)件以圖11所示的方式堆疊于彼此之上。這種堆疊布置在堆疊方向上使單元電池彼此直接接觸或者粘結(jié)，以及構(gòu)件彼此直接相接觸。從入口230至出口250的冷卻劑通道由構(gòu)件210與單元電池220之間所限定的間隙或空間、構(gòu)件210中形成的凹槽210A、以及凹口216B1-216D2構(gòu)成。
以上述方式構(gòu)成的堆疊被進(jìn)一步堆疊，同時在其間插入中間散熱器310、320、和330，如圖1所示。這種堆疊位于散熱器300與340之間并用螺母400A-400F固定從而形成蓄電池。隨著蓄電池100被啟動，冷卻系統(tǒng)500的風(fēng)扇850的操作將會在該蓄電池100的構(gòu)件210內(nèi)產(chǎn)生伴隨的氣流。
構(gòu)件210沿著堆疊方向的彼此粘結(jié)或緊密接觸使得空氣僅從圖11所示的入口230被引入。所引入的空氣穿過單元電池220A的外表面與構(gòu)件210的內(nèi)表面之間的間隙、并穿過構(gòu)件210的凹槽210A到達(dá)橫向構(gòu)件部214A的凹口216B1和216B2，其中凹槽210A形成于該構(gòu)件210與單元電池220A的外凸緣部相接觸的位置上。然后，從凹口216B1和216B2所引入的空氣穿過單元電池220B的外表面與構(gòu)件210的內(nèi)表面之間的間隙、并穿過構(gòu)件210的凹槽210A到達(dá)橫向構(gòu)件部214B的凹口216C1和216C2，其中凹槽210A形成于該構(gòu)件210與單元電池220B的外凸緣部相接觸的位置上。接著，從凹口216C1和216C2所引入的空氣穿過單元電池220C的外表面與構(gòu)件210的內(nèi)表面之間的間隙、并穿過構(gòu)件210的凹槽210A到達(dá)橫向構(gòu)件部214C的凹口216D1和216D2，其中凹槽210A形成于該構(gòu)件210與單元電池220C的外凸緣部相接觸的位置上。最后，從凹口216D1和216D2所引入的空氣穿過單元電池220D的外表面與構(gòu)件210的內(nèi)表面之間的間隙、并穿過構(gòu)件210的凹槽210A從出口250排出，該凹槽210A形成于該構(gòu)件與單元電池220C的外凸緣部相接觸的位置上。這樣，單元電池220A-220D由在其外表面及其外凸緣部上流動的空氣直接冷卻。
形成入口230的凹口216A1和216A2、形成部分冷卻劑通道的每個凹口216B1-216D2、形成出口250的凹口216E1和216E2都形成為使其橫斷面面積從入口230至出口250逐漸減小，同時氣流速度隨著空氣從入口230流向出口250而逐漸增大。這使得從入口230所引入的空氣流過構(gòu)件210的內(nèi)表面與每個單元電池220之間所限定的空間，當(dāng)空氣經(jīng)過橫向構(gòu)件部214向下游流動時其速度增加，并從出口250排出。雖然從入口230所引入的空氣的溫度隨著空氣向下游流動而逐漸升高，但空氣的流速朝著出口250卻逐漸增加。這使得上游和下游的冷卻效率均勻，從而將所有單元電池220A-220D同樣地冷卻，無論它們在什么地方。
第三實施例與第三實施例相關(guān)的構(gòu)件的構(gòu)造根據(jù)圖12-14所示進(jìn)行描述。
如圖12所示，構(gòu)件210，如同第一實施例一樣，是由矩形外框架部212和梯子形狀的三個橫向構(gòu)件部214A、214B、214C構(gòu)成，這些橫向構(gòu)件部與外框架部212的兩相對側(cè)交叉。凹口216A-216H沿著橫向構(gòu)件部214A、214B、214C形成于外框架部212的前側(cè)。凹口216I-216P形成于與凹口216A-216H相對的后側(cè)。如同第一實施例一樣，凹槽210A形成于構(gòu)件210上。
將構(gòu)件210堆疊并使其彼此緊密接觸促進(jìn)了凹口216A-216H起到了冷卻劑入口的作用，凹口216I-216P起到了冷卻劑出口的作用。這些凹口的尺寸在同層的冷卻劑流動方向上是恒定的。
單元電池220A、220B、220C和220D設(shè)置成使其凳子形狀部從構(gòu)件下面向上插入由構(gòu)件210的外框架部212和橫向構(gòu)件部214A、214B、214C限定的分隔空間內(nèi)，如圖13所示。
六個構(gòu)件210的每個都以上文所述的方式保持單元電池220A、220B、220C和220D，該六個構(gòu)件以圖14所示的方式堆疊于彼此之上。這種堆疊布置在堆疊方向上使單元電池彼此直接接觸或者粘結(jié)，以及構(gòu)件彼此直接接觸。從入口230至出口250的冷卻劑通道由構(gòu)件210與單元電池220之間所限定的間隙或空間、構(gòu)件210中形成的凹槽210A、以及凹口216B-216D構(gòu)成。
以上述方式構(gòu)成的堆疊被進(jìn)一步堆疊，同時在其間插入中間散熱器310、320、和330，如圖1所示。這種堆疊位于散熱器300與340之間并用螺母400A-400F固定從而形成蓄電池。隨著蓄電池100被啟動，冷卻系統(tǒng)500的風(fēng)扇850的操作將會在該蓄電池100的構(gòu)件210內(nèi)產(chǎn)生伴隨的氣流。
在本實施例中，容納在冷卻系統(tǒng)500殼體內(nèi)的蓄電池100與第一和第二實施例中的布置方向相差90度。這是因為在本發(fā)明中空氣需要橫向地(也即，沿著附圖的垂直方向)循環(huán)，但是在第一和第二實施例的蓄電池100中，空氣沿著蓄電池的縱向(附圖的水平方向)循環(huán)。
構(gòu)件210沿著堆疊方向彼此粘結(jié)或緊密接觸，從而使得空氣僅從圖14所示的入口230被引入。所引入的空氣平行流過單元電池220A-220D與構(gòu)件210之間的間隙、并流過構(gòu)件210的凹槽210A從出口250排出，其中凹槽210A形成于該構(gòu)件210與單元電池220A的外凸緣部相接觸的位置上。結(jié)果，單元電池220A-220D主要由在其側(cè)表面和外凸緣部上流動的空氣直接冷卻。
在本實施例中，以相同速度從入口230所引入的并且流過單元電池220A-220D的空氣，其溫度和流量相同，從而允許均勻地冷卻所有單元電池。
而且在本實施例中，就像第一和第二實施例一樣，入口230的橫斷面面積可以大于出口250。
第四實施例與第四實施例相關(guān)的構(gòu)件的構(gòu)造根據(jù)圖15-17所示進(jìn)行描述。
如圖15所示，構(gòu)件210由矩形外框架部212和梯子形狀的三個橫向構(gòu)件部214A、214B、214C構(gòu)成，這些橫向構(gòu)件部與外框架部212的兩相對側(cè)交叉。U型凹口(開口或凹槽)216A形成于外框架部212的一側(cè)上，U型凹口216B形成于橫向構(gòu)成部分214A上，U型凹口216C形成于橫向構(gòu)成部分214B上，U型凹口216D形成于橫向構(gòu)成部分214C上，U型凹口216E形成于外框架部212的另一側(cè)上。
第一實施例中的凹口216A-216E形成于構(gòu)件210的縱向中心處。但是，在本實施例中，凹口216A-216E偏離該中心處并且沿著構(gòu)件210的對角線設(shè)置。凹槽210A如同第一實施例一樣地位于構(gòu)件210上。
將構(gòu)件210堆疊并使其彼此緊密接觸促進(jìn)了凹口216A起到了冷卻劑入口的作用，凹口216E起到了冷卻劑出口的作用。凹口216B、216C和216D用作冷卻劑通道的一部分。
凹口216A和216E的尺寸彼此不同，這樣在冷卻劑流動方向上用作冷卻劑入口的凹口216A的橫斷面面積(開口面積)大于在冷卻劑流動方向上用作冷卻劑出口的凹口216E的橫斷面面積。
用作部分冷卻劑通道的凹口216B、216C和216D在冷卻劑流動方向的橫斷面面積沿著冷卻劑流動方向從上游至下游逐漸減小，這樣流過該些凹口的冷卻劑的流速沿著冷卻劑流動方向從上游至下游逐漸升高。
單元電池220A、220B、220C和220D都設(shè)置成使其凳子形狀部從構(gòu)件下面向上插入由構(gòu)件210的外框架部212和橫向構(gòu)件部214A、214B、214C限定的分隔空間內(nèi)，如圖16所示。
六個構(gòu)件210的每個都以上文所述的方式保持單元電池220A、220B、220C和220D，該六個構(gòu)件以圖17所示的方式堆疊于彼此之上。這種堆疊布置在堆疊方向上使單元電池彼此直接接觸或者粘結(jié)，以及構(gòu)件彼此直接接觸。從入口230至出口250的冷卻劑通道由構(gòu)件210與單元電池220之間所限定的間隙或空間、構(gòu)件210中形成的凹槽210A、以及凹口216B-216D構(gòu)成。
以上述方式構(gòu)成的堆疊被進(jìn)一步堆疊，同時在其間插入中間散熱器310、320、和330，如圖1所示。這種堆疊位于散熱器300與340之間并用螺母400A-400F固定從而形成蓄電池。隨著蓄電池100被啟動，冷卻系統(tǒng)500的風(fēng)扇850的操作將會在該蓄電池100的構(gòu)件210內(nèi)產(chǎn)生伴隨的氣流。
構(gòu)件210沿著堆疊方向的彼此粘結(jié)或緊密接觸使得空氣僅從圖17所示的入口230被引入。所引入的空氣穿過單元電池220A的外表面與構(gòu)件210的內(nèi)表面之間的間隙、并穿過構(gòu)件210的凹槽210A到達(dá)橫向構(gòu)件部214A的凹口216B，其中凹槽210A形成于該構(gòu)件210與單元電池220A的外凸緣部相接觸的位置上。然后，從凹口216B所引入的空氣穿過單元電池220B的外表面與構(gòu)件210的內(nèi)表面之間的間隙、并穿過構(gòu)件210的凹槽210A到達(dá)橫向構(gòu)件部214B的凹口216C，其中凹槽210A形成于該構(gòu)件210與單元電池220B的外凸緣部相接觸的位置上。接著，從凹口216C所引入的空氣穿過單元電池220C的外表面與構(gòu)件210的內(nèi)表面之間的間隙、并穿過構(gòu)件210的凹槽210A到達(dá)橫向構(gòu)件部214C的凹口216D，其中凹槽210A形成于該構(gòu)件210與單元電池220C的外凸緣部相接觸的位置上。最后，從凹口216D所引入的空氣穿過單元電池220D的外表面與構(gòu)件210的內(nèi)表面之間的間隙、以及穿過構(gòu)件210的凹槽210A從出口250排出，該凹槽210A形成于該構(gòu)件與單元電池220C的外凸緣部相接觸的位置上。這樣，單元電池220A-220D由在其外表面及外凸緣部上流動的空氣直接冷卻。
形成凹口230的凹口216A、形成冷卻劑通道的凹口216B-216D、形成出口250的凹口216E都形成為使其橫斷面面積從入口230至出口250逐漸減小，同時氣流速度隨著空氣從入口230流向出口250而逐漸升高。
這使得從入口230所引入的空氣沿著構(gòu)件210內(nèi)表面與每個單元電池220外圍之間的間隙流動，并且流速朝著下游逐漸增加，從而從出口250排出。在本實施例中，空氣從入口230向出口250偏斜地流動，與每個單元電池220的外圍四側(cè)的接觸進(jìn)一步提高了冷卻效率。
雖然從入口230所引入的空氣的溫度隨著空氣向下游流動逐漸增加，但是空氣的流速朝著出口250卻逐漸增加。這使得上游和下游的冷卻效率均勻，從而將單元電池220A-220D同樣地冷卻，無論它們在什么地方。
實施例的評定圖18A-18D示出了空氣是如何在蓄電池100內(nèi)循環(huán)的。圖19A和19B分別示出了構(gòu)成蓄電池100的單元電池的位置與冷卻空氣的速度之間的關(guān)系，以及單元電池的位置與單元電池的溫度升高之間的關(guān)系。
如圖18A所示，空氣沿著與第一實施例相同的路線流動。也即，從入口230引入單元電池220A空間內(nèi)的空氣沿著蓄電池100的寬度方向W向外分離，沿著單元電池220A的外圍流動，然后在蓄電池100的寬度方向W的中心處會聚以使速度增加，并且流入相鄰的單元電池220B空間內(nèi)。對于單元電池220B-220D，重復(fù)相同的步驟以從出口250排出空氣。
如圖18B所示，空氣沿著與第二實施例相同的路線流動。也即，從入口230引入單元電池220A空間內(nèi)的空氣在寬度方向W上沿著蓄電池100的兩外側(cè)在單元電池220A外圍流動，并且當(dāng)該空氣從單元電池220A向相鄰的單元電池220B移動時其速度增加。對于單元電池220B-220D，重復(fù)相同的步驟以從出口250排出空氣。
如圖18C所示，空氣沿著與第三實施例相同的路線流動。也即，從入口230引入單元電池220A-220D空間內(nèi)的空氣沿著與蓄電池100寬度方向W平行的兩側(cè)在單元電池220A-220D外圍流動，并從出口250排出，其中入口230沿著蓄電池100的寬度方向W平行設(shè)置在外側(cè)上，出口250沿著蓄電池100的寬度方向W平行設(shè)置在相反側(cè)上。
如圖18D所示，空氣沿著與第四實施例相同的路線流動。也即，從入口230引入單元電池220A空間內(nèi)的空氣沿著蓄電池100寬度方向W向外分離，沿著電池單元220A的外圍流動，然后會聚在一起以使氣流速度增加，由此流入相鄰的單元電池220B空間內(nèi)。所述空氣如同第一實施例一樣地分離和相遇。當(dāng)空氣從其中一個單元電池空間流向相鄰的單元電池時，將會沿著蓄電池100的每個單元電池層的對角線會聚至一點。因此，與第一實施例相比，本實施例進(jìn)一步消除了壓力損失，該壓力損失是由于從入口230引入單元電池220A空間內(nèi)的空氣首次膨脹地分離時所導(dǎo)致的、以及在流過單元電池220D的空間從出口250排出之前空氣最終收縮地會聚在一起時所導(dǎo)致的。
圖19A是實驗結(jié)果的圖示，該實驗結(jié)果是關(guān)于當(dāng)空氣沿著圖18A-18D所示的路線流動時所獲得的單元電池位置與氣流速度之間的關(guān)系。圖19B也是實驗結(jié)果的圖示，該實驗結(jié)果是關(guān)于當(dāng)空氣沿著圖18A-18D所示的路線流動時所獲得的單元電池位置與溫度升高之間的關(guān)系。這些附圖中所示的比較例指的是一種僅由散熱器300和340、以及中間散熱器310、320、330構(gòu)成的蓄電池，這些散熱器作為圖1所示的蓄電池100中的冷卻部件。
從這些圖示可以看出，與比較例相比，氣流速度在所有上述路線上從入口230至出口250都是逐漸變快的，并且單元電池的溫度上升也是平緩的，其中空氣沿著所有上述路線流動。
第三實施例表明，在該圖示中單元電池的溫度的分散性最小。第四實施例緊次于第三實施例。
在第三實施例中，數(shù)量較多的冷卻劑入口能夠給每個單元電池等同地提供空氣量，但需要使用較大功率消耗的排氣扇。另一方面，在第四實施例中，當(dāng)給定的空氣量例如為1.9m3/min時，單元電池220A兩側(cè)附近的氣流速度約為2.0m/s，單元電池220D附近的氣流速度約為12.0m/s。隨著初始的冷卻空氣的溫度設(shè)為35℃，單元電池220A上的溫度約為38℃，單元電池220D上的溫度約為42℃。在制造帶有適度功率消耗的小蓄電池方面，第四實施例具有勝于第三實施例的優(yōu)勢。
在作為比較例的蓄電池中，當(dāng)空氣量如同第四實施例一樣地給定為1.9m3/min時，不管在什么位置流經(jīng)散熱器的空氣量也不會改變。隨著初始的冷卻空氣的溫度設(shè)為35℃，單元電池220A上的溫度約為38℃，而單元電池220D上的溫度為48℃。
從上面的圖示可以看出，本發(fā)明大大有助于改善蓄電池100三維溫度分布的不均勻性。
第五實施例與第五實施例有關(guān)的構(gòu)件的構(gòu)造根據(jù)圖20-23所示進(jìn)行描述。
如圖20所示，構(gòu)件210由矩形外框架部212和梯子形狀的三個橫向構(gòu)件部214A、214B、214C構(gòu)成，這些橫向構(gòu)件部與外框架部212的兩相對側(cè)交叉。U型凹口(開口或凹槽)216A形成于外框架部212的一側(cè)上，U型凹口216B形成于橫向構(gòu)件部214A上，U型凹口216C形成于橫向構(gòu)件部214B上，U型凹口216D形成于橫向構(gòu)件部214C上，U型凹口216E形成于外框架部212的另一側(cè)上。
在本實施例中，所有凹口216A-216E在冷卻劑循環(huán)方向上的橫斷面面積都相同。
同時，堆疊在構(gòu)件210上的中間散熱器330上設(shè)有凸部332A-332C，這些凸部的位置對應(yīng)于構(gòu)件210的橫向構(gòu)件部214A-216C上所設(shè)的凹口216B-216D。如圖21所示，凸部332A的長度La短于凸部332B的長度Lb。凸部332B的長度Lb短于凸部332C的長度Lc。換句話說，每個凸部的長度沿著空氣循環(huán)方向從上游至下游逐漸增加。
凸部332A-332C具有U型凹口332A1-332C2，這些凹口為圖20和22A-22C所示的區(qū)段通道型。如圖22A-22C所示，凹口332A1的寬度等于凹口332A2的寬度Wa，凹口332B1的寬度等于凹口332B2的寬度Wb，凹口332C1的寬度等于凹口332C2的寬度Wc。凹口332A1和332A2的寬度Wa大于凹口332B1和332B2的寬度Wb，凹口332B1和332B2的寬度Wb大于凹口332C1和332C2的寬度Wc。也即，每個凹口332的寬度沿著空氣循環(huán)方向從上游至下游逐漸減小。
單元電池220A、220B、220C和220D都設(shè)置為使其凳子形狀部從構(gòu)件下面向上插入由構(gòu)件210的外框架部212和橫向構(gòu)件部214A、214B、214C構(gòu)成的分隔間隙內(nèi)，如圖20所示。
中間散熱器330粘結(jié)在構(gòu)件210上，使凹口216A起到了入口230的作用，凹口216E起到了出口250的作用。這同樣使凹口216B、216C、216D，凸部332A、332B、332C，凹口332A1-332C2起到了冷卻劑通道的作用。
六個構(gòu)件210的每個都保持其內(nèi)的單元電池220A、220B、220C和220D，該六個構(gòu)件從底部依次向上粘結(jié)地堆疊并且沿著堆疊方向從兩側(cè)由散熱器340和中間散熱器330夾在當(dāng)中。以這種方式層壓散熱器330和340以及構(gòu)件210允許處于堆疊方向兩端的單元電池220與散熱器330和340直接粘結(jié)，處于其它地方的單元電池220彼此直接粘結(jié)，處于堆疊方向兩端的構(gòu)件210與散熱器330和340直接粘結(jié)，處于其它地方的構(gòu)件210彼此直接粘結(jié)。
在第一至第四實施例中以任何形式給構(gòu)件210提供凹口，其中該構(gòu)件210不與散熱器330和340相粘結(jié)并且位于中間位置處，從而允許了從入口230至出口250的冷卻劑通道通過構(gòu)件210和單元電池220之間的間隙、構(gòu)件210上形成的凹槽、凹口216B-216D而形成于構(gòu)件210之間。此外，在從入口230至出口250的構(gòu)件210與散熱器330和340之中，具有由構(gòu)件210、散熱器330和340、單元電池220當(dāng)中的間隙、由構(gòu)件210上形成的凹口216B-216D、由散熱器330和340上形成的凸部332A-332C、以及由凸部332A-332C上形成的凹口332A1-332C2所構(gòu)成的冷卻劑通道。
以上述方式構(gòu)成的堆疊被進(jìn)一步堆疊，同時在其間插入中間散熱器310、320、和330，如圖1所示。這種堆疊位于散熱器300與340之間并用螺母400A-400F固定從而形成蓄電池。隨著蓄電池100被啟動，冷卻系統(tǒng)500的風(fēng)扇850的操作將會在該蓄電池100的構(gòu)件210內(nèi)產(chǎn)生伴隨的氣流。
在本實施例中，構(gòu)件210之間的氣流與上述的第一至第四實施例相同，所以省略其描述。以下將描述散熱器330和340與構(gòu)件210之間的氣流。
散熱器330和340沿著堆疊方向粘結(jié)于構(gòu)件210上，從而促使空氣僅從圖20所示的入口230被引入。所引入的空氣穿過單元電池220A、構(gòu)件210、以及中間散熱器330之間的間隙到達(dá)橫向構(gòu)件部214A上的凹口216B。如圖21、22A-22C所示，散熱器330的凸部332A置入凹口216B中，凹口332A1和332A2形成于凸部332A上，這促使空氣通過由凹口216B、凸部332A、凹口332A1和332A2所形成的間隙而循環(huán)。于是，從凹口216B所引入的空氣穿過單元電池220B、構(gòu)件210、和中間散熱器330之間的間隙到達(dá)凹口216C。穿過凹口216C、凸部332B、以及凹口332B1和332B2并從凹口216C所引入的空氣穿過單元電池220C、構(gòu)件210、和中間散熱器330之間的間隙到達(dá)橫向構(gòu)件部214C上的凹口216D。最后，穿過由凹口216D、凸部332C、以及凹口332C1和332C2構(gòu)成的間隙并從凹口216D所引入的空氣穿過單元電池220D、構(gòu)件210、和中間散熱器330之間的間隙從出口250排出。
在本實施例中，由凹口216B-216D、凸部332A-332C、凹口332A1-332C2所構(gòu)成的間隙區(qū)域形成為從上游至下游逐漸減小。因此空氣的速度從單元電池220A至單元電池220D逐漸增加。
出于這個原因，從入口230所引入的空氣沿著構(gòu)件210及中間散熱器330的內(nèi)表面與單元電池220外圍之間的間隙流動，在每個橫向構(gòu)件部214的中心處會聚，以使其速度朝著下游逐漸增加，并從出口250排出。從入口230所引入的空氣的溫度隨著空氣向下游流動而逐漸升高，但其速度隨著空氣流向出口250而增加，從而使得上游和下游的冷卻能力幾乎相等，這促使所有的單元電池220A-220D都均勻地冷卻。
本實施例論述了如何僅在中間散熱器330上形成凸部332，但它也可在散熱器300和340上形成，取代在中間散熱器330上形成。
在上述的實施例中，通過改變中間散熱器330上所形成的凸部332和凹口的尺寸、而不改變構(gòu)件210的橫向構(gòu)件部214上所形成的凹口216的尺寸來增加氣流速度。但，與此相反，通過改變構(gòu)件210的橫向構(gòu)件部214上所形成的凹口216的尺寸、而不改變在中間散熱器330上形成的凸部332和凹口的尺寸來增加氣流速度。
這里所述的優(yōu)選實施例是例證性的并且不限于此，本發(fā)明可以在不違背其宗旨或基本特征的情況下以其它方式來實現(xiàn)或體現(xiàn)。由權(quán)利要求所表示的本發(fā)明的范圍、以及落在該權(quán)利要求的涵義內(nèi)的所有變化都包含在此。
本發(fā)明的內(nèi)容涉及2004年3月31日所提出的日本專利申請NO.2004-107131所包含的主題，該申請的全部內(nèi)容在此顯然可引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種蓄電池，包括堆疊于彼此之上的單元電池層，每個單元電池層包括單元電池陣列；以及將單元電池保持于其中的構(gòu)件，其中，至少其中一個構(gòu)件形成為具有用于將冷卻劑引入蓄電池內(nèi)的入口和將用于把已經(jīng)流過蓄電池內(nèi)的冷卻劑排出的出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池，其特征在于，冷卻劑通道在蓄電池內(nèi)從入口至出口布置，所引入的冷卻劑流過該冷卻劑通道并直接與至少其中一個單元電池接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蓄電池，還包括散熱器，其位于堆疊的單元電池層的頂部，堆疊的單元電池層的底部，或位于堆疊的單元電池層之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池，其特征在于，入口的橫斷面面積大于出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池，其特征在于，單元電池層之間的入口和/或出口的尺寸不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蓄電池，其特征在于，冷卻劑通道形成為使流經(jīng)于此的冷卻劑的速度隨著該冷卻劑向下游流動而增加。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蓄電池，其特征在于，每個構(gòu)件包括外框架部和在該外框架部之間延伸的多個橫向構(gòu)件部，和每個單元電池的外圍由外框架部和/或橫向構(gòu)件部保持。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的蓄電池，其特征在于，入口包括在蓄電池的一側(cè)形成于構(gòu)件的外框架部上的開口，出口包括在蓄電池的另一側(cè)形成于構(gòu)件的外框架部上的開口，冷卻劑通道包括形成于構(gòu)件的橫向構(gòu)件部上的每個開口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蓄電池，其特征在于，冷卻劑通道包括形成于構(gòu)件的頂面或底面上的凹槽，其中單元電池的外圍與該凹槽相接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蓄電池，其特征在于，冷卻劑通道的開口設(shè)置得越靠下游，該開口的尺寸就變得越小。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蓄電池，其特征在于，冷卻劑通道包括位于構(gòu)件的其中一個橫向構(gòu)件部的一部分與形成在散熱器上的凸部之間的間隙，其中，該橫向構(gòu)件部的一部分形成該橫向構(gòu)件部的其中一個開口，該凸部的位置對應(yīng)于該橫向構(gòu)件部的其中一個開口。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的蓄電池，其特征在于，冷卻劑通道的間隙設(shè)置得越靠近下游，該間隙的尺寸就變得越小。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池，其特征在于，單元電池包括用復(fù)合薄膜覆蓋的扁平鋰離子電池。
14.一種用于冷卻蓄電池的方法，該蓄電池包括堆疊于彼此之上的單元電池層，每個單元電池層包括單元電池陣列和將該單元電池陣列容納于其中的構(gòu)件，所述方法包括在蓄電池內(nèi)提供一形成在單元電池的外表面和構(gòu)件的內(nèi)表面之間的冷卻劑流路的網(wǎng)絡(luò)；和調(diào)節(jié)其中一個冷卻劑流路的橫截面面積，以控制冷卻劑流在該網(wǎng)絡(luò)中的流動速度。
15.一種蓄電池，包括堆疊于彼此之上的單元電池層，每個單元電池層包括單元電池和將該單元電池保持于其中的構(gòu)件；由冷卻劑流路的層狀支網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，每個支網(wǎng)絡(luò)限定在構(gòu)件和各單元電池層的單元電池之間。
全文摘要
一種蓄電池，包括堆疊于彼此之上的單元電池層。每個單元電池層包括單元電池陣列；將該單元電池陣列保持于其中的構(gòu)件。至少其中一個構(gòu)件形成為具有用于將冷卻劑引入蓄電池內(nèi)的入口和用于把已經(jīng)流過蓄電池內(nèi)的冷卻劑排出的出口。
文檔編號H01M2/10GK1677712SQ20051005959
公開日2005年10月5日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者東野龍也 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社