设置有PCM胶囊的电池冷却热沉制造技术

本发明专利技术涉及一种应用PCM胶囊的电池冷却热沉以及包括所述热沉的电池模块，所述电池冷却热沉采用PCM来解决电池冷却热沉的如下问题：电池模块中流动的冷却流体的温度不恒定，从而均匀地调整了所述冷却流体的温度。本发明专利技术能够使得形成在所述电池模块中的所述热沉的冷却流体的温差最小化，并且防止排放所述冷却流体的出口侧的温度升高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】设置有PCM胶囊的电池冷却热沉
本专利技术涉及一种设置有相变材料(PCM)胶囊的电池冷却热沉。更具体地，本专利技术涉及一种如下的设置有PCM胶囊的电池冷却热沉，该热沉的优点在于：通过使用PCM，使得流过电池模块的冷却流体的温度均匀化，从而解决了利用传统的热沉而穿过电池模块的冷却液体的温度不均匀的问题，并且本专利技术还涉及包括所述热沉的电池模块。
技术介绍
二次电池(也称为可充电电池)具有诸如高能量密度和易于适应各种产品的电气特性，其不仅广泛用于便携式装置，而且还广泛用于能量存储系统以及由电能驱动的电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)。二次电池作为新能源已广受关注，这是因为：二次电池的高能效、在使用过程中不产生有害副产物的环境友好性以及其显著减少化石燃料使用的主要优点。安装在电动车辆(EV)中的电池组被构造为使用串联连接的多个单体组件(每个单体组件包括多个电池单体)，以获得高输出功率。每个单体都包括阳极集电器、阴极集电器、阳极活性材料、阴极活性材料、分隔件、电解质等，并且能够通过部件之间的电化学反应来重复执行充电和放电。最近，对于用于能量存储系统的高容量电池组的需求增加。因此，对于多模块电池组的需求日益增长，所述多模块电池组中集成有多个电池模块，每个所述电池模块都包括多个串联或并联连接的二次电池。包括在每个电池模块中的二次电池以各种形式被提供。例如，二次电池的形式的示例包括袋型、圆柱型和矩形棱柱型。因为袋型二次电池单体轻并且能够自由变形，所以袋型二次电池被积极地用于薄且重量轻的应用中。与被封装在厚金属壳体中的圆柱形二次电池和矩形棱柱电池不同，袋型二次电池的壳体由薄金属膜和层压在所述金属膜的两个主表面上的绝缘膜形成。因此，袋型二次电池具有柔性结构，并且设置有可以接纳电极组的内部空间。使用袋型二次单体构造的高容量且高输出功率的二次电池组被形成为使得多个薄板形单体被集成为一个模块，并且多个模块根据所需规格被串联连接，并且被封装在一个封装中。在多个电池模块被串联连接的封装中，每个二次电池在充电或放电期间都产生热量，并且每个二次电池的温度都影响充电或放电性能。因此，每个二次电池都需要在如下条件下运行：电池组的内部温度被保持在例如25℃至40℃的适当的温度范围内。控制电池组的内部温度的方法分类成使用空气作为冷却剂的空气冷却系统和使用水作为冷却剂的水冷却系统。所述空气冷却系统的缺点在于冷却效率低，所述水冷却系统的缺点在于结构复杂。就水冷却系统而言，采用传统水冷却系统的电池组包括：电池壳体构件，所述电池壳体构件具有至少一个凹部、布置在所述凹部附近的周缘部、以及从所述周缘部延伸到所述凹部的至少一部分的多个冷却剂通道；以及至少一个电池单体，所述至少一个电池单体被接纳在所述凹部中或各个凹部中。在使用水冷却系统的冷却技术的情况下，传统的电池模块被冷却为使得电池模块的表面由冷却装置冷却。特别地，间接冷却系统已经被广泛使用，在所述间接冷却系统中，液基热沉被附接到所述电池模块。为了保证电池单体的性能和寿命，当基于每个电池组来执行间接冷却时，需要能够抑制电池组中的电池模块之间的温度变化的设计。然而，当大量电池模块被封装在电池组中时，难以使得电池模块之间的温度变化最小化。美国专利No.9312580(2016年4月12日)公开了一种系统电池模块，所述系统电池模块包括由多个单体组件组成的电池模块。所述单体组件包括第一平板和相变材料(PCM)层，所述第一平板在电池单体的运行期间放出热量，所述相变材料(PCM)层被设置在所述第一平板上。所述PCM层由相变材料制成，当吸收热量时，所述相变材料发生相变。所述PCM材料被布置在多个石墨层周围，并且形成为具有预定厚度。所述系统电池模块包括多个石墨层，以促进通过所述PCM层的热传导。然而，该文献没有公开用于冷却流体的温度控制的PCM胶囊。美国专利No.8109324(2012年2月7日)公开了一种微通道热交换器，所述微通道热交换器包括：浆料，所述浆料含有液体和/或固体微胶囊化颗粒相变材料，所述相变材料能够在冷却热生成部件所需的热量范围内熔化；热交换器，所述热交换器包括多个微通道，所述微通道是用于液体浆料的非线性通道，所述微通道具有5：1的高宽比和50μm至500μm的宽度，所述热交换器被布置在所述热生成部件上或者能够被布置在所述热生成部件上，所述浆料被包含在所述热交换器的微通道中，并且所述微胶囊化颗粒相变材料的直径相当于微通道宽度的5％至20％；以及泵，所述泵用于泵送液体浆料，使得所述液体浆料能够以预定的流速穿过所述热交换器来被输送，其中，所述微通道热交换器被用于冷却热负载为100W/cm2的热生成部件。然而，该文献没有公开如下构造，其包括用于温度控制的PCM胶囊，以在电池模块的整个区域上保持冷却流体的均匀温度。日本专利申请公开No.2011-527740(2011年11月4日)公开了根据权利要求1的装置，该装置包括：(i)胶囊阵列，其被设置在壳体中，所述胶囊阵列包括：(a)至少一个第一阵列部，所述至少一个第一阵列部包括至少两个彼此面对的层片，所述至少两个彼此面对的层片至少在其一部分处彼此接触，并且限定了包含多个胶囊的第一胶囊框架，每个胶囊都包含热能储存材料(TESM)并具有预定的容积；以及(b)至少一个第二阵列部，所述至少一个第二阵列部包括至少两个彼此面对的层片，所述至少两个彼此面对的层片至少在其一部分处彼此接触，并且限定了包含多个胶囊的第二胶囊框架，每个胶囊都包含热能储能材料(TESM)并具有预定的容积；以及(ii)流体通道，该流体通道由所述第一阵列部件和第二阵列部件之间的容积限定，其中，所述第一阵列部件和第二阵列部件彼此分开，其间的间隙为20mm或更小，并且其中所述装置的每个流体通道都包括多个非平面通道。然而，该专利文献没有公开这样的构造：其包括用于对获得均匀温度的用于电池模块的冷却流体进行温度控制的PCM胶囊。美国空军装备司令部柯克兰空军基地飞利浦实验室，空间和导弹技术理事会，NM87117-5776(1993年11月30日)公开了一种用于对安装在电动车辆中的镍氢电池进行温度控制的PCM应用技术。然而，没有公开用于控制用于电池模块的热沉的冷却流体的温度的PCM胶囊构造。因此，到目前为止，还没有公开一种应用PCM胶囊的电池冷却的热沉，其特征在于通过使用PCM来将流过电池模块的冷却液体的温度控制为均匀，以便解决如下问题：用于构成高功率和高容量电池组的大面积电池模块的热沉的冷却液体的温度是不均匀的。此外，没有公开包括这种热沉的电池模块。相关技术文献(专利文献0001)美国专利No.9312580(2016年4月12日)(专利文献0002)美国专利No.8109324(2012年2月7日)(专利文献0003)日本专利申请公开No.2011-527740(2011年11月4日)(非专利文献0001)美国空军装备司令部柯克兰空军基地飞利浦实验室，空间和导弹技术理事会，NM87117-5776(1993年11月30日)
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术已经考虑到相关技术中出现的上述问题，并且本专利技术的目的是提供一种设置有PCM胶囊的电池冷却热沉以及提供一种包括所述热沉的电池模块，通过使用PCM胶囊，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池模块，包括：电池单体堆，所述电池单体堆包括一个或多个单体；模块组件，所述电池单体堆被安装在所述模块组件中，所述模块组件包括热沉，所述热沉被构造成吸收和散发由所述电池单体堆产生的热量；以及相变材料(PCM)单元，所述相变材料单元被设置在所述热沉上的预定位置处，并且控制冷却流体的温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.05 KR 10-2017-00020171.一种电池模块，包括：电池单体堆，所述电池单体堆包括一个或多个单体；模块组件，所述电池单体堆被安装在所述模块组件中，所述模块组件包括热沉，所述热沉被构造成吸收和散发由所述电池单体堆产生的热量；以及相变材料(PCM)单元，所述相变材料单元被设置在所述热沉上的预定位置处，并且控制冷却流体的温度。2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述热沉包括流体通道和一个或多个开口，所述一个或多个开口用于引入和排出所述冷却流体。3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述PCM单元被布置在如下位置处：在该位置处，流过所述热沉的所述冷却流体的温度上升成等于或超过预定温度。4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述PCM单元的位置LP被确定为使得以下等式中的L在0到0.5的范围内：LP＝((Lout-LPCM)/Lout)其中，用于冷却流体的入口Lin是用于测量流体通道的长度的起点，用于所述冷却流体的出口Lout是用于测量所述流体通道的长度的终点，并且LPCM是从所述入口开始的所述PCM单元的长度。5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述PCM单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙商逸，崔容硕，车熏，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR