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      用于電池單元堆的共形熱交換器的制作方法

      文檔序號(hào):7243100閱讀:112來(lái)源:國(guó)知局
      專(zhuān)利名稱(chēng):用于電池單元堆的共形熱交換器的制作方法
      用于電池單元堆的共形熱交換器本申請(qǐng)要求2010年2月2日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)第61/300,616號(hào)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益,在此引入其內(nèi)容作為參考。
      背景技術(shù)
      本公開(kāi)涉及一種用于將可充電電池和其它電力產(chǎn)生單元中的熱量散發(fā)掉的熱交換器。例如由多個(gè)鋰離子單元構(gòu)成的可充電電池可以用在許多用途中,包括如電動(dòng)汽車(chē)(“EV”)和混合電動(dòng)汽車(chē)(“HEV”)的用途。這些電池會(huì)產(chǎn)生大量熱量,這些熱量需要被散發(fā)掉。

      發(fā)明內(nèi)容
      根據(jù)一個(gè)實(shí)例性實(shí)施例,在此提供了一種電池裝置,包括:第一電池堆,包括多個(gè)電池單元,還具有第一電池堆面;第二電池堆,包括多個(gè)電池單元,還具有第二電池堆面,其與第一電池堆面間隔開(kāi)且相對(duì);以及位于第一電池堆和第二電池堆之間、并且限定了一個(gè)或多個(gè)流體流動(dòng)通道的熱交換器結(jié)構(gòu),所述熱交換器結(jié)構(gòu)具有與第一電池堆面接觸的第一面和與第二電池堆面接觸的第二面,所述熱交換器結(jié)構(gòu)在尺寸上適于在第一和第二電池堆擴(kuò)張的情況下壓縮,并且在第一和第二電池堆隨后收縮的情況下擴(kuò)張。根據(jù)一個(gè)實(shí)例性實(shí)施例是一種電池裝置,包括:第一電池堆,包括多個(gè)電池模塊,每一個(gè)電池模塊容納(housing) —個(gè)或多個(gè)電池單元,第一電池堆的多個(gè)電池模塊限定了第一電池堆面;第二電池堆,包括多個(gè)電池模塊,每一個(gè)電池模塊容納一個(gè)或多個(gè)電池單元,第二電池堆的多個(gè)電池模塊限定了第二電池堆面,其與第一電池堆面間隔開(kāi)且相對(duì);以及位于第一電池堆和第二電池堆之間、并且限定了一個(gè)或多個(gè)流體流動(dòng)通道的熱交換器結(jié)構(gòu),所述熱交換器結(jié)構(gòu)具有橫過(guò)多個(gè)電池模塊與第一電池堆面接觸的第一面和橫過(guò)多個(gè)電池模塊與第二電池堆面接觸的第二面,所述熱交換器結(jié)構(gòu)是彈性可變性的,從而在第一和第二電池堆擴(kuò)張的情況下壓縮,并且在第一和第二電池堆隨后收縮的情況下擴(kuò)張。根據(jù)另一實(shí)例性實(shí)施例是一種用在電池裝置中的熱交換器結(jié)構(gòu),所述電池裝置包括:由多個(gè)電池單元組成的第一電池堆和由多個(gè)電池單元組成的第二電池堆。所述熱交換器結(jié)構(gòu)位于第一電池堆和第二電池堆相對(duì)的面之間,并且限定了一個(gè)或多個(gè)流體流動(dòng)通道,所述熱交換器結(jié)構(gòu)在尺寸上適于在第一和第二電池堆擴(kuò)張的情況下壓縮,并且在第一和第二電池堆隨后收縮的情況下擴(kuò)張。根據(jù)一實(shí)例性實(shí)施例是一種用在電力產(chǎn)生裝置中的熱交換器結(jié)構(gòu),所述電力產(chǎn)生裝置包括:由多個(gè)電力產(chǎn)生模塊構(gòu)成的第一堆,其限定了第一堆面;和由多個(gè)電力產(chǎn)生模塊構(gòu)成的第二堆,其限定了第二堆面,與第一電池堆面間隔開(kāi)且相對(duì),所述熱交換器結(jié)構(gòu)位于相對(duì)的第一堆面和第二堆面之間,并且具有橫過(guò)多個(gè)電力產(chǎn)生模塊與第一堆面接觸的第一面和橫過(guò)多個(gè)電力產(chǎn)生模塊與第二堆面接觸的第二面,所述熱交換器結(jié)構(gòu)在尺寸上適于在第一和第二電池堆擴(kuò)張的情況下壓縮,并且在第一和第二電池堆隨后收縮的情況下擴(kuò)張。


      圖1是根據(jù)一實(shí)例性實(shí)施例的電池裝置的端視圖。圖2是根據(jù)一實(shí)例性實(shí)施例用作熱交換器的鰭板(fin plate)的透視圖。圖3是根據(jù)另一實(shí)例性實(shí)施例用作熱交換器的鰭板的透視圖。圖4是根據(jù)另一實(shí)例性實(shí)施例用作熱交換器的鰭板的透視圖。圖5是根據(jù)另一實(shí)例性實(shí)施例用作熱交換器的鰭板的端視圖。圖6-8分別是根據(jù)可選實(shí)例性實(shí)施例的電池裝置的局部放大端視圖。圖9是根據(jù)另一實(shí)例性實(shí)施例用作熱交換器的鰭板的透視圖。圖10是根據(jù)另一實(shí)例性實(shí)施例用作熱交換器的鰭板的端視圖。圖11A-11D是舉例說(shuō)明實(shí)例性實(shí)施例中可以用于鰭板的機(jī)械互鎖的局部視圖。圖12和13分別是根據(jù)可選實(shí)例性實(shí)施例的電池裝置的局部放大端視圖。
      具體實(shí)施例方式圖1展示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)例性實(shí)施例的可充電電池裝置10的一個(gè)說(shuō)明性實(shí)例。電池裝置10由電池堆12構(gòu)成,電池堆12相應(yīng)地由每一個(gè)都容納一個(gè)或多個(gè)電池單元16的電池包或模塊14構(gòu)成。該說(shuō)明性實(shí)例包含兩個(gè)矩形盒狀堆12,其每一個(gè)都由8個(gè)水平排列的模塊14構(gòu)成,每個(gè)模塊容納一個(gè)或多個(gè)電池單元16。電池10中堆12的數(shù)目、每個(gè)堆中模塊14的數(shù)目和每個(gè)模塊14中電池單元16的數(shù)目可以變化,并且這些零件的方向和形狀可以隨不同用途而變化,因此這里描述的數(shù)目和方向只是用來(lái)作為說(shuō)明性實(shí)施例的實(shí)例。在至少某些實(shí)例性實(shí)施例中,電池單元16是鋰離子電池單元,然而也可以使用其它可充電電池單元。在某些實(shí)施例中,電池單元16是棱形(prismatic)鋰離子電池單元。在其它實(shí)例性實(shí)施例中,電池單元16具有圓柱形或其它形狀。在說(shuō)明性實(shí)施例中,每個(gè)模塊14包含一個(gè)實(shí)質(zhì)上矩形的硬盒狀外殼來(lái)容納一個(gè)或多個(gè)電池單元16。通過(guò)非限制性的例子,1-20個(gè)電池單元16可以被設(shè)置在每個(gè)模塊14中,然而,在某些實(shí)施例中可以有超過(guò)20個(gè)電池單元被設(shè)置在模塊14中。在某些實(shí)施例中,堆12中的所有模塊14實(shí)質(zhì)上相同,并且構(gòu)成電池裝置10的堆12實(shí)質(zhì)上相同。在支撐框架或支架8中堆12可以并排或一個(gè)在另一個(gè)之上地設(shè)置。根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例,熱交換器18被設(shè)置在相鄰堆12的相對(duì)面26和28之間。各自堆12與中間的熱交換器18之間的接觸區(qū)域可以不是平面,而且還可以承受加熱或冷卻過(guò)程中的擴(kuò)張和收縮。因此,在一些應(yīng)用中需要這樣一種熱交換器18,其在一定溫度范圍下可以保持與堆中模塊14的幾何形狀連續(xù)的接觸且提供良好熱傳導(dǎo)。在這方面,實(shí)例性實(shí)施例涉及熱交換器結(jié)構(gòu),其在尺寸上適于在第一和第二電池堆擴(kuò)張的情況下壓縮,并且在第一和第二電池堆隨后收縮的情況下擴(kuò)張,從而在正常電池運(yùn)行溫度范圍期間,熱交換器結(jié)構(gòu)與電池堆保持熱接觸。參考圖2,在一個(gè)實(shí)例性實(shí)施例中熱交換器18由普通卷繞或波皺狀鰭板20形成,其在相鄰的電池堆12之間限定出多個(gè)氣流通道30。在說(shuō)明性實(shí)施例中,波皺狀鰭板20具有交替的峰和谷,峰在鰭板20的一側(cè)限定出間隔開(kāi)的平坦鰭面22,并且谷在鰭板20的相對(duì)側(cè)限定出間隔開(kāi)的平坦鰭面24。鰭板20例如可以由導(dǎo)熱金屬如鋁、鋁合金或不銹鋼沖壓或滾軋而成。通過(guò)非限制性的例子,用于制作波皺狀鰭板20的薄片材料可以,具有0.lmm-1.0mm范圍的厚度,然而該范圍之外的厚度也可以用在某些應(yīng)用中。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,鰭板20具有5-15mm的間距(pitch)P和10mm-40mm的高度,然而不同鰭密度和鰭高度可以用于不同實(shí)施例。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,鰭板20的波皺平行于鰭板接觸的堆表面所限定的矩形表面中的較短尺寸延伸。在至少某些實(shí)例性實(shí)施例中,鰭板20具有一彈性度,表現(xiàn)在其在壓縮下可以變形,且隨后當(dāng)壓縮其的力量減小或移除時(shí)變回其原始形態(tài)或至少部分地回到其原始形態(tài)。在一實(shí)例性實(shí)施例中,電池裝置框架8被配置為支撐頂部堆12幾乎所有或大部分的重量,從而在環(huán)境溫度下鰭板20被保持在堆12之間,其中鰭板20 —側(cè)上幾乎全部的平坦鰭面22與其中之一的模塊堆12的表面26接觸,且鰭板20相對(duì)側(cè)上幾乎全部的平坦鰭面24與另一模塊堆12的相對(duì)表面接觸。隨著使用期間堆12的溫度升高,模塊16和鰭板20都經(jīng)歷熱膨脹,使得鰭板20在堆表面26和28之間承受更大的壓縮力,造成鰭板12變形且鰭面22和24與堆表面26和28之間的接觸力分別增加。隨著堆12冷卻,由于模塊16和鰭板20收縮,鰭板20的彈性使鰭面22和24分別保持與堆表面26和28接觸。因此,在一個(gè)實(shí)例性實(shí)施例中,鰭板20在尺寸上適于在電池裝置10使用過(guò)程中經(jīng)歷的溫度循環(huán)期間,與相對(duì)的堆表面26、28(以及因而電池模塊16)共形,以允許在電池堆擴(kuò)張和收縮的過(guò)程中不間斷的熱傳遞。在使用過(guò)程中,空氣或其他流體可以經(jīng)由鰭板20的波形限定出的通道30流經(jīng)電池堆12之間。在某些應(yīng)用中,流經(jīng)的空氣或流體可以用于從鰭板20帶走熱量,但在某些應(yīng)用中,空氣或流體流可以用于向鰭板20增加熱量。在某些應(yīng)用中,鰭板20可以用于在特定的工作溫度時(shí)冷卻電池裝置10,并且在其他工作溫度時(shí)加熱電池裝置。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,鰭板20的至少一側(cè)被涂覆在硬焊(brazing)材料中,并且鰭板20通過(guò)硬焊固定在一個(gè)或兩個(gè)電池堆12。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,形狀為涂覆在硬焊材料中的或由硬焊材料形成的薄板的硬焊墊片(shim)被設(shè)置在鰭板20相對(duì)的兩側(cè)和各自堆表面之間,以便于硬焊。在某些實(shí)施例中,鰭板20僅通過(guò)壓縮力或通過(guò)連接至電池框架8或兩者皆有的方式被保持在電池堆之間。在某些應(yīng)用中,鰭板20被附接到一個(gè)或兩個(gè)堆12上,通過(guò)點(diǎn)焊或粘合劑或緊固件(fastener),例如鉚釘或螺栓或夾子。如上所述,在某些配置中,由構(gòu)成各堆12的多個(gè)相鄰的電池模塊14限定出的相對(duì)的堆表面26、28可以不是平面一例如,在電池模塊14上可以存在脊(ridge)或其他突起,其部分地延伸到鰭板20占據(jù)的區(qū)域之中。在實(shí)例性實(shí)施例中,從各電池模塊14殼(casing)的相對(duì)的表面26、28上延伸出的任何脊或其他突起與鰭板20 —側(cè)的波皺峰表面22之間的空間以及鰭板20相對(duì)側(cè)的波皺谷表面24之間的空間對(duì)準(zhǔn)。鰭板20是可用來(lái)實(shí)現(xiàn)電池模塊之間熱交換器18的共形的(conformal)或者尺寸順應(yīng)的(dimensionalIy compliant)結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。其他在電池裝置溫度循環(huán)期間也能夠保持與電池堆12接觸的共形的或者尺寸順應(yīng)的熱交換器構(gòu)造也是可以的。通過(guò)舉例來(lái)說(shuō),圖3展示了另一可能的共形鰭板構(gòu)造,其可用來(lái)實(shí)現(xiàn)熱交換器18。圖3中的鰭板32是一由金屬例如招、招合金或不銹鋼形成的彈性可壓縮偏移帶狀鰭(resilient compressibleoffset strip fin)。通過(guò)非限制性的例子,用于制作偏移帶狀鰭板32的薄片材料可以,具有0.lmm-1.0mm范圍的厚度,然而該范圍之外的厚度也可以用在某些應(yīng)用中。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,鰭板32具有5-20mm的間距Pl、2_10mm的偏移寬度W、l.5_5mm的波皺谷V和10mm-40mm的高度,然而不同的鰭密度、間距、偏移寬度、谷寬度和鰭高度可以用于不同實(shí)施例。其他用于熱交換器18的共形鰭構(gòu)造的例子在圖4中說(shuō)明,其展示了一種尺寸順應(yīng)的(dimensionally compliant) “ Ω ”鰭板34,其限定出平行的半圓柱形部分35的行,它們由平面部分33連結(jié),至少一些半圓柱形部分35與第一電池堆面26接觸,并且至少一些平面部分33與第二電池堆面28接觸,從而促進(jìn)鰭板與第一和第二電池堆之間的熱交換。圖5展示了另一可選的正弦曲線形式的鰭板36,其在至少某些應(yīng)用中可用來(lái)代替具有類(lèi)似共形效果的平坦側(cè)面鰭板20。圖5中的正弦板是一純正弦(plain sinusoidal)板,但在某些應(yīng)用中,可以使用“偏移(offset) ”正弦鰭板,它具有類(lèi)似于圖3的構(gòu)造的構(gòu)造,除了具有正弦波而非方波。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,多個(gè)鰭板的組合可被用來(lái)實(shí)現(xiàn)電池模塊之間尺寸順應(yīng)的(dimensionally compliant)熱交換器18。通過(guò)舉例來(lái)說(shuō),圖6圖示了一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)熱交換器18的雙鰭板組件38。所述雙鰭板組件38包含兩個(gè)背靠背的平坦側(cè)面鰭板20A和20B,其每一個(gè)可以例如都與鰭板20相同。如圖6所示,第一鰭板20A和第二鰭板20B對(duì)準(zhǔn),使得它們各自的谷表面24A、24B在堆12的中間區(qū)域相遇,并且它們各自的峰表面22A和22B在相對(duì)的位置上接觸各自堆表面26、28。這樣的構(gòu)造產(chǎn)生了一系列的平行的空氣或流體通道40和42,通道40被限定在板20A的波皺谷和堆表面26、以及板20B的波皺谷和堆表面28之間,并且通道42被限定在板20A、和20B的波紋峰之間。在至少一個(gè)實(shí)例性實(shí)施例中,雙鰭板組件38包含一位于背靠背的鰭板20A、20B之間的平面中間構(gòu)件44,使得谷表面24A和24B接觸中間板44的相對(duì)表面。在一實(shí)例性實(shí)施例中,平面中間構(gòu)件44是由鋁、鋁合金、不銹鋼或其他合適金屬形成的板,并且第一鰭板22A和第二鰭板22B中的一個(gè)或兩個(gè)通過(guò)硬焊或點(diǎn)焊固定在平板44各自的側(cè)面。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,雙鰭板組件38通過(guò)壓縮力而非硬焊或點(diǎn)焊保持在一起。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,可從各電池模塊14殼的相對(duì)的表面26、28延伸出的任何脊或其他突起與鰭板20A和20B波皺谷所限定的通道40對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)舉例來(lái)說(shuō),在圖6中所示的突出肋(rib) 46分別與波皺谷40對(duì)準(zhǔn)。于是,背靠背的鰭板38可以容許相對(duì)表面26、28上對(duì)準(zhǔn)的或?qū)ΨQ(chēng)的突起被容納(accommodate)進(jìn)波皺谷中,而不需要在波皺峰處壓緊(impact)熱交換接觸表面。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,整個(gè)鰭板上鰭的高度可以隨鰭板的長(zhǎng)度或?qū)挾榷兓?,以適應(yīng)沿電池堆的相對(duì)表面的變化或突起。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,平面中間構(gòu)件44包含板狀基板,其一面或兩面上被覆蓋有一薄片或薄膜加熱器48,其可用于例如在冷啟動(dòng)條件下向鰭板20A和20B以及電池堆12增加熱量。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,平面中間構(gòu)件44由導(dǎo)電厚板(slab)或粉末餅(powderpack)形成,所述導(dǎo)電厚板或粉末餅由高導(dǎo)熱石墨或金屬制成。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,雙鰭板組件38的平面中間構(gòu)件44是冷卻板,其包含流體管道50,如圖7所示,用于引導(dǎo)冷卻流體如冷卻空氣或冷卻液體通過(guò)中間構(gòu)件44。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,薄膜加熱器48與冷卻流體管道50結(jié)合起來(lái),提供這樣一種中間構(gòu)件44,其可用來(lái)在電池運(yùn)行循環(huán)中不同階段根據(jù)需要主動(dòng)地加熱或主動(dòng)地冷卻雙鰭板組件38。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,中間構(gòu)件44包圍一相變材料45,例如有機(jī)蠟或無(wú)機(jī)鹽,其在需要的運(yùn)行溫度下相變,以從板20A、20B吸走熱能。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,平板中間構(gòu)件44由石墨厚板或石墨粉包形成。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,例如,當(dāng)中間構(gòu)件44是石墨厚板或石墨包時(shí),如圖8所示的末端鰭54可以接合至中間構(gòu)件44的末端,從而延伸超出電池堆12的外緣,以將熱量吸出雙鰭板組件38。末端鰭54例如可以包含一鋁管,其具有嵌入石墨厚板或石墨包中的一端,和一具有輻射狀鰭的延伸端。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,與上面談到的管道50類(lèi)似的管道被填充有這樣的相變材料,并且被嵌入中間構(gòu)件44。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,相變材料和主動(dòng)加熱或冷卻系統(tǒng)的使用可以被結(jié)合到中間構(gòu)件44中。再回到圖7,在某些實(shí)例性實(shí)施例中,為了減小鰭面和堆表面之間的磨損,并且增強(qiáng)鰭/堆界面的熱傳遞,中間材料52如石墨粉涂層或其它潤(rùn)滑劑涂層可以提供在接觸電池堆表面26、28的鰭板20A、20B的表面上。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,中間材料52可以是不導(dǎo)電但導(dǎo)熱的材料,以電絕緣鰭板但仍然保持鰭板和電池堆之間的熱接觸。在一實(shí)例性實(shí)施例中,共形的熱交換器18可以用圖9所示成形的板72來(lái)實(shí)現(xiàn)。成形的板72包含在單個(gè)板上形成的交替正弦?guī)?4、76的連續(xù)的行。在另一實(shí)例性實(shí)施例中,共形的熱交換器18可以用由2種具有不同熱膨脹特性的金屬形成的雙金屬墊來(lái)實(shí)現(xiàn),這樣在加熱期間雙金屬墊的厚度擴(kuò)張,從而增加墊和堆表面
      26、28之間的接觸力。參考圖10,用來(lái)實(shí)現(xiàn)共形的熱交換器18的另一種單鰭板構(gòu)造被圖示為鰭板20C,其與之前所述的鰭板20類(lèi)似,除了鰭板20C中的鰭是慢跑型的(cantered),使得在板20C的一側(cè)上的鰭谷之間的間隔與板20C的相對(duì)側(cè)上的鰭峰之間的間隔對(duì)準(zhǔn)(例如,如圖10中X-X線所示的垂直對(duì)準(zhǔn))。垂直對(duì)準(zhǔn)允許與相對(duì)堆表面26、28對(duì)準(zhǔn)的突起被容納于鰭板20C的谷中。舉例來(lái)說(shuō),鰭板20C的該實(shí)例性實(shí)施例可以用來(lái)代替背靠背鰭板20A和20B。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,用來(lái)實(shí)現(xiàn)熱交換器18的鰭板可以包括彼此之間或與電池模塊14表面的冶金的(metallurgical)或機(jī)械的互鎖,以減小板和電池模塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),并減輕磨損。通過(guò)舉例來(lái)說(shuō),圖1lA和圖1lB都分別展示了單鰭板20D和20E,它們與單鰭板20相類(lèi)似,除了鰭板20D在其接觸面上包含槽或容器(receptacle) 80,用來(lái)承接位于電池模塊表面26、28上的脊或突起78,從而形成機(jī)械互鎖,而鰭板20E在其接觸面上包含脊或突起82,用來(lái)延伸進(jìn)位于電池模塊表面26、28上的槽或容器84,從而形成機(jī)械互鎖。類(lèi)似的互鎖可以提供在背靠背鰭板組件之間的板之間接觸面上,以及鰭板和中間構(gòu)件44之間。其他位于鰭板之間以及鰭板和電池模塊表面之間的公/母機(jī)械互鎖也是可以的,如圖1lC和IlD中所示的互鎖系統(tǒng)86和88所代表的。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,用在如上所述共形熱交換器結(jié)構(gòu)中的鰭板或中間構(gòu)件44可以包括延伸超出電池堆12邊緣的法蘭部分和安裝孔以及/或附加的熱交換結(jié)構(gòu),使得鰭可以提供在延伸的法蘭部分上。用來(lái)實(shí)現(xiàn)電池模塊之間共形熱交換器18的鰭結(jié)構(gòu)的另一實(shí)例性實(shí)施例是一對(duì)背靠背的石墨鰭板58A、58B,如圖12所示。每個(gè)石墨鰭板58A、58B包含一中央鰭核62,從中央鰭核62上多個(gè)鰭60分別反向延伸以接觸電池堆表面26、28。流體流動(dòng)通道40被限定在每個(gè)鰭板58A、58B上相鄰的鰭60之間。在一實(shí)例性實(shí)施例中,一共形結(jié)構(gòu)(如上面公開(kāi)的任意金屬鰭板)作為中間構(gòu)件44設(shè)置于背靠背的石墨鰭板58A、58B之間。通過(guò)舉例來(lái)說(shuō),在圖12中共形金屬“ Ω ”狀鰭板34位于背靠背的石墨鰭板58A、58B之間,以提供彈性,使得鰭板34、背靠背的石墨鰭板58A、58B共同提供一尺寸順應(yīng)的熱交換結(jié)構(gòu)18,其中石墨鰭板58A、58B在電池裝置10工作時(shí)經(jīng)歷的溫度循環(huán)期間保持與各電池堆表面26、28接觸。流體流動(dòng)通道40可以被設(shè)置來(lái)容納位于堆表面26、28上的突起或障礙(disturbance)。石墨鰭板58A、58B可以舉例來(lái)說(shuō)由經(jīng)加工的石墨形成,其在至少某些實(shí)例性實(shí)施例中是非導(dǎo)電的,以提供熱交換器結(jié)構(gòu)18和電池堆之間的電絕緣。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,石墨鰭板58A、58B的鰭60以類(lèi)似于圖10中鰭板的方式是慢跑型的(cantered)或有角度的。用來(lái)實(shí)現(xiàn)電池模塊之間共形熱交換器18的鰭結(jié)構(gòu)的另一實(shí)例性實(shí)施例是一石墨組件66,如圖13所示。石墨組件66包含中間構(gòu)件44,其被夾在一對(duì)包裝石墨構(gòu)件68之間,所述一對(duì)包裝的石墨構(gòu)件68進(jìn)而與電池堆表面26、28接觸。在一實(shí)例性實(shí)施例中,包裝的石墨構(gòu)件68被配置為當(dāng)堆12在電池使用過(guò)程中熱膨脹時(shí)受壓縮而變形,并且隨后當(dāng)堆12熱收縮時(shí)回到它們?cè)夹螤?,使得包裝的石墨構(gòu)件68在電池裝置10溫度循環(huán)期間與各表面26和28連續(xù)接觸。包裝的石墨構(gòu)件68還可以被配置為容納表面26和28上的突起。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,中間板狀構(gòu)件44可以包含腔或溝道70,腔或溝道舉例來(lái)說(shuō)可以用來(lái)循環(huán)冷卻或加熱通過(guò)中間板狀構(gòu)件44的流體。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,中間板狀構(gòu)件的溝道70可以包含相變材料72,其在電池裝置10工作溫度范圍內(nèi)的溫度下相變。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,中間板狀構(gòu)件44可以是石墨板,溝道70由金屬管限定。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,中間構(gòu)件44是一共形金屬鰭板,如Ω鰭板34或任意其他上面討論的金屬鰭板。
      在某些實(shí)例性實(shí)施例中,代替平板側(cè)面波皺狀鰭板20A、20B的背靠背鰭板組件38可以由具有其他構(gòu)造的平板形成,例如板20C-20E、偏移鰭板32、Ω形鰭板34、正弦鰭板36、成形的板72、成角度的鰭板20C或百葉窗板,除別的之外,還可以被安排與一中間構(gòu)件44背靠背或者沒(méi)有中間構(gòu)件44,從而實(shí)現(xiàn)雙鰭板組件。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,百葉窗板可以被用來(lái)代替鰭板作為一單板或背靠背雙板共形熱交換器。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,平板中間構(gòu)件44可與一單鰭板如鰭板20、20A-20E、32、34和36結(jié)合使用,而不需要一第二鰭板。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,穿過(guò)板的流體流動(dòng)通道(例如板20中的通道30)可以互連,從而為穿過(guò)板的冷卻流體提供單流動(dòng)通道。在某些實(shí)例性實(shí)施例中,上述的共形熱交換器構(gòu)造可以代替電池單元模塊用在燃料電池模塊之間。從而,在此所述的熱交換器結(jié)構(gòu)可以用在電力產(chǎn)生裝置中,電力產(chǎn)生裝置包含由多個(gè)電力產(chǎn)生單元如電池單元模塊或燃料電池模塊構(gòu)成的第一堆和由多個(gè)電力產(chǎn)生單元如電池單元模塊或燃料電池模塊構(gòu)成的第二堆,熱交換器結(jié)構(gòu)布置在第一堆和第二堆相對(duì)表面之間,并限定出一個(gè)或多個(gè)流體流動(dòng)通道,熱交換器結(jié)構(gòu)在尺寸上適于在第一和第二堆擴(kuò)張的情況下壓縮,并且隨后在第一和第二堆收縮的情況下擴(kuò)張。因此,這里描述的是用在電力產(chǎn)生單元或模塊之間的共形交換器的實(shí)例性實(shí)施例。在至少某些實(shí)例性實(shí)施例中,使用了單個(gè)或背靠背的金屬鰭板,這種板由導(dǎo)熱和可變形材料如鋁、鋁合金、銅、銅合金、鋼、不銹鋼或彈簧鋼構(gòu)成。所述板在尺寸上適于在壓縮力下可以變形,且隨后當(dāng)壓縮力減小時(shí)回到其先前形態(tài)。所述板可以被涂覆以使其與接觸的電池模塊表面電絕緣。所述鰭板被選擇為使得它們?cè)谪?fù)載范圍內(nèi)可以彈回到其原始形態(tài),并且至少在電池裝置10暴露的正常溫度范圍期間保持與電池模塊熱接觸。各種實(shí)施例僅僅是例子而非意為限定本發(fā)明的范圍。對(duì)在此描述的創(chuàng)新的各種變型,對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯然的,這些變型都在本發(fā)明預(yù)計(jì)范圍內(nèi)。特別是,一個(gè)或多個(gè)上述實(shí)施例中的特征可能被選出來(lái)形成替代實(shí)施例,其包含沒(méi)有被上面描述明確公開(kāi)的特征的子組合。此外,一個(gè)或多個(gè)上述實(shí)施例中的特征可能被選擇并組合形成替代實(shí)施例,其包含沒(méi)有被上面描述明確公開(kāi)的特征的組合。當(dāng)把本發(fā)明作為一個(gè)整體審閱時(shí),適合這種組合和子組合的特征對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很容易是顯然的。在此描述并在列舉的權(quán)利要求中的主題覆蓋和包括所有技術(shù)上合適的改變。
      權(quán)利要求
      1.一種電池裝置,包括: 第一電池堆,其包含多個(gè)電池模塊,每個(gè)所述電池模塊容納一個(gè)或更多個(gè)電池單元,所述第一電池堆的所述多個(gè)電池模塊限定第一電池堆面; 第二電池堆,其包含個(gè)電池模塊,每個(gè)所述電池模塊容納一個(gè)或更多個(gè)電池單元,所述第二電池堆的所述多個(gè)電池模塊限定與所述第一電池堆面間隔開(kāi)并相對(duì)的第二電池堆面;和 熱交換器結(jié)構(gòu),其位于所述第一電池堆和所述第二電池堆之間,并限定一個(gè)或多個(gè)流體流動(dòng)通道,所述熱交換器結(jié)構(gòu)具有橫過(guò)多個(gè)所述電池模塊接觸所述第一電池堆面的第一面和橫過(guò)多個(gè)所述電池模塊接觸所述第二電池堆面的第二面,所述熱交換器結(jié)構(gòu)是彈性可變形的從而在所述第一和第二電池堆擴(kuò)張的情況下壓縮,并且在所述第一和第二電池堆隨后收縮的情況下擴(kuò)張。
      2.權(quán)利要求1所述的電池裝置,其中所述熱交換器結(jié)構(gòu)包含具有交替的峰和谷的波皺狀鰭板,在所述峰和谷之間 限定所述流體流動(dòng)通道,至少一些所述峰接觸所述第一電池堆面,并且至少一些所述谷接觸所述第二電池堆面,從而促進(jìn)所述鰭板與所述第一和第二電池堆之間的熱交換。
      3.權(quán)利要求2所述的電池裝置,其中每個(gè)峰具有接觸所述第一電池堆面的各自平面,并且每個(gè)谷具有接觸所述第二電池堆面的各自平面。
      4.權(quán)利要求3所述的電池裝置,其中所述鰭板的波皺是慢跑型的使得接觸所述第一電池堆面的所述峰之間的至少一些間隔與接觸所述第二電池堆面的谷之間的相應(yīng)間隔對(duì)準(zhǔn)。
      5.權(quán)利要求2所述的電池裝置,其中所述鰭板是偏移帶狀鰭板。
      6.權(quán)利要求1所述的電池裝置,其中所述熱交換器結(jié)構(gòu)包含鰭板,所述鰭板限定由平面部分連結(jié)的若干行的平行的半圓柱形部分,至少一些所述半圓柱形部分與所述第一電池堆面接觸,并且至少一些所述平面部分與所述第二電池堆面接觸,從而促進(jìn)所述鰭板與所述第一和第二電池堆之間的熱交換。
      7.權(quán)利要求1所述的電池裝置,其中所述熱交換器結(jié)構(gòu)包含具有交替的峰和谷的波皺狀的第一鰭板,和可變形的具有交替的峰和谷的波皺狀的第二鰭板,所述第一和第二鰭板彼此相鄰,并且所述第一鰭板的多個(gè)所述峰接觸所述第一電池堆面,所述第二鰭板的多個(gè)所述峰接觸所述第二電池堆面。
      8.權(quán)利要求7所述的電池裝置,其中所述第一鰭板和所述第二鰭板被設(shè)置成背靠背對(duì)準(zhǔn),并且所述第一鰭板的所述谷與所述第二鰭板的相應(yīng)谷對(duì)準(zhǔn)。
      9.權(quán)利要求7或8所述的電池裝置,其中中間板被設(shè)置在所述第一鰭板和所述第二鰭板之間。
      10.權(quán)利要求9所述的電池裝置,其中所述中間板包含主動(dòng)加熱元件。
      11.權(quán)利要求9或10所述的電池裝置,其中所述中間板包含用于引導(dǎo)流體通過(guò)所述中間板的流體管道。
      12.權(quán)利要求9-11中任意一項(xiàng)所述的電池裝置,其中所述中間板包封相變材料,所述相變材料具有落入所述電池裝置的正常工作溫度范圍內(nèi)的相變溫度。
      13.權(quán)利要求9-12中任意一項(xiàng)所述的電池裝置,其中所述中間板包括一個(gè)或更多個(gè)延伸部分,所述延伸部分延伸超出所述電池堆的外緣。
      14.權(quán)利要求7-13中任意一項(xiàng)所述的電池裝置,其中突起從所述第一和第二電池堆面延伸,所述鰭板布置成使得它們各自的谷接納所述突起。
      15.權(quán)利要求7所述的電池裝置,其中所述鰭板由石墨形成,并在它們之間具有共形結(jié)構(gòu)。
      16.權(quán)利要求7所述的電池裝置,其中所述第一和第二鰭板的每一個(gè)是彈性可變形的。
      17.權(quán)利要求7-14和16中任意一項(xiàng)所述的電池裝置,其中所述鰭板具有的所述谷和所述峰具有平坦接觸面,或者所述鰭板是正弦鰭板。
      18.權(quán)利要求1-17中任意一項(xiàng)所述的電池裝置,其中在所述鰭板和所述電池堆面之間的接觸面設(shè)置非導(dǎo)電材料。
      19.權(quán)利要求1-18中任意一項(xiàng)所述的電池裝置,其中在所述熱交換器結(jié)構(gòu)和所述電池堆上提供協(xié)同操作的互鎖部分,以限制所述熱交換器結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述電池堆的運(yùn)動(dòng)。
      20.一種用于電力產(chǎn)生裝置的熱交換器結(jié)構(gòu),所述電力產(chǎn)生裝置包含第一堆和第二堆,所述第一堆包含限定第一堆面的多個(gè)電力產(chǎn)生模塊,所述第二堆包含限定與所述第一堆面間隔開(kāi)并相對(duì)的第二堆面的多個(gè)電力產(chǎn)生模塊,所述熱交換器結(jié)構(gòu)被布置在相對(duì)的所述第一堆面和第二堆面之 間,并且具有橫過(guò)多個(gè)所述電力產(chǎn)生模塊接觸所述第一堆面的第一面和橫過(guò)多個(gè)所述電力產(chǎn)生模塊接觸所述第二堆面的第二面,所述熱交換器結(jié)構(gòu)在尺寸上適于在所述第一和第二堆擴(kuò)張的情況下壓縮,并且在所述第一和第二堆隨后收縮的情況下擴(kuò)張。
      全文摘要
      一種用在電池裝置中的熱交換器結(jié)構(gòu),所述電池裝置包括由多個(gè)電池單元構(gòu)成的第一電池堆和由多個(gè)電池單元構(gòu)成的第二電池堆。所述熱交換器結(jié)構(gòu)被布置在第一電池堆和第二電池堆相對(duì)的表面之間,并且限定出一個(gè)或多個(gè)流體流動(dòng)通道,所述熱交換器結(jié)構(gòu)在尺寸上適于在第一和第二電池堆擴(kuò)張的情況下壓縮,并且在第一和第二電池堆隨后收縮的情況下擴(kuò)張。
      文檔編號(hào)H01M10/50GK103098295SQ201180008276
      公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
      發(fā)明者H·帕朗雄, M·S·科茲德拉斯, M·A·馬丁, J·G·伯格斯 申請(qǐng)人:達(dá)納加拿大公司
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