CN101682007A - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

电池模块包括构造为接收多个电池单元的壳体。所述壳体包括第一盘座，所述第一盘座包括多个凹陷部；以及与第一盘座结合的第二盘座，所述第二盘座包括多个凹陷部。多个电池单元中的每一个接收在第一盘座和第二盘座中的至少一个的凹陷部内。

Description

电池模块
相关申请的交叉参考
本申请要求2007年3月1日提交的美国专利申请No.60/904,179的优先权和利益，所述申请的全部公开结合在此引做参考。
政府权利声明
本发明是在美国能源部授予的美国能源部合作协定No.DE-FC26-05NT42403的政府支持下作出的。政府具有本发明中的某些权利。
背景技术
本申请大体上涉及电池和电池系统的领域。更具体地说，本发明涉及用于(例如，在电池单元组件或模块中)包装和冷却电池的系统。
已知在车辆例如汽车中使用的电池。例如，铅酸电池已经用于启动、照明和点火的应用中。近年来，已经生产出混合动力和纯动力车辆，所述车辆利用电池(例如，镍氢(NiMH)电池)与其它系统(例如，内燃机)共同为车辆提供动力。
锂离子电池有比NiMH电池更高的电荷密度(即，在保持相同电荷时，锂离子电池比等效的NiMH电池小)，因此当供给大体上近似的电负载时其占用较少空间。
众所周知，锂离子电池与NiMH电池的运行不同。在一些应用中，期望可以增强锂离子电池的动力/性能。例如，锂离子电池可以提供比NiMH电池更大的比功率。然而，锂电池技术的应用可能存在的挑战超出那些在常规NiMH电池技术的应用中大体上存在的设计和制造工艺的挑战。
可以在例如混合动力车辆中有利使用的锂电池系统和/或模块的设计和管理，可涉及如下考虑，诸如电性能监控，热管理和排出物(例如，可以从电池排出的气体)的保留。
期望提供在车辆中使用的改进的电池模块。也期望提供用于高效并且有效地冷却在模块中使用的电池单元的系统。也期望提供用于组装电池模块的改进的系统和方法。期望提供包括任何一个或多个这些或者其它有利器件的电池系统，从本公开使其显而易见。
发明内容
根据实施例，电池模块包括构造为接收多个电池单元的壳体。壳体包括第一盘座，所述第一盘座包括多个凹陷部；以及结合到第一盘座的第二盘座，所述第二盘座包括多个凹陷部。多个电池单元中的每一个被接收在第一盘座和第二盘座中的至少一个的凹陷部内。
根据另一个实施例，电池模块包括构造为接收多个电池单元的壳体。壳体包括具有多个凹陷部的第一盘座和与第一盘座配合地结合且具有多个凹陷部的第二盘座。多个电池单元由第一和第二盘座的多个凹陷部接收，第一和第二盘座具有多个开口，所述多个开口被构造为便于冷却流体在多个电池单元之间流动。第一和第二盘座还进一步包括多个凹槽以接收多个电池单元第一端子和第二端子。
根据另一个实施例，电池模块包括以端对端方式轴向安置的多个电池单元以及包围多个电池单元并且与多个电池单元间隔分开的壳体。所述壳体在壳体和电池单元之间限定至少一个空间，热传递流体可以沿电池单元的长度流动通过空间以冷却电池单元。
附图说明
图1是具有设置在其中的电池系统或者模块的车辆的透视图。
图2A是根据示范性实施例在电池系统中使用的电池模块的部分分解视图。
图2B是省略三排电池单元的图2A的电池模块的分解透视图。
图3是图2A的组装好的电池模块的透视图。
图4是图2A的组装好的电池模块的前视图。
图5是图2A的组装好的电池模块的俯视图。
图6是图2A的组装好的电池模块的后视图。
图7是图2A的组装好的电池模块的剖视图。
图8A是图2A的组装好的电池模块的部分切开的冷却流示意图。
图8B是图2A的组装好的电池模块的部分切开的冷却流示意图。
图9是具有汇流条连接的图2A的组装好的电池模块的前视图。
图10是根据示范性实施例在电池系统中使用的电池模块的示意性透视图。
图11是图10的电池模块的示意性正视图。
图12是根据示范性实施例电池模块的盘座的透视图。
图13是图12的电池模块的盘座的俯视平面图。
图14是图12的电池模块的盘座的侧视图。
图15是根据另一个示范性实施例在电池模块中使用的盘座的透视图。
图16是根据另一个示范性实施例的车辆的透视图。
具体实施方式
在此描述的电池和系统可以用于包括诸如混合动力电动车辆、插入式的电动车辆和电动车辆的车辆的任何各种应用中。图1是根据示范性实施例的在其中设置有电池模块的车辆8(例如，混合动力电动车辆(HEV)或者插入式HEV(PHEV))的透视图。根据各种其它示范性实施例，可以改变电池模块或者系统的尺寸、形状和位置以及车辆的类型。
根据图16所示的示范性实施例，示出了将电池系统或者模块集成在车辆内的方式的一个例子。如其中所示，示出了根据示范性实施例的车辆200(例如，混合动力电动车辆)。车辆200包括电池系统210(例如锂离子电池系统)、内燃机220、电动机230、动力分配设备240、发电机250和燃料箱260。车辆200可以仅由电池系统210、仅由内燃机220、或者由电池系统210和内燃机220一起提供动力或者驱动。应当指出，根据其它示范性实施例可以使用其它类型的车辆和车辆电系统的其它构造。
参考图2A和2B，电池模块10包括多个电池或者电池单元12，以及显示为盘座14，16，18，20和22的多个构件或者元件。在盘座14，16，18，20和22中的每个之间设置一排电池单元12(例如如图2B所示，一排电池单元12设置在盘座14中；为了清楚，在盘座之间没有显示其它排电池单元)使得盘座将电池单元夹在其间。
盘座14，16，18，20和22中的每个构造为接收一排电池单元12。成排电池12中的每个装配进入或者被接收在由盘座14，16，18，20和22限定的凹陷部、凹部、槽、支座或者通道15和上部、突出部、顶17中(例如参见图2B中的盘座——盘座中的每个均设置为相似的构造)。
具有与如图2B中所示的盘座14不同构造的盘座16被设置在第一排电池单元12上面，并且被构造为与盘座14结合或者配合以将该排电池单元保持就位。然后第二排电池单元12设置在盘座16上并且在由盘座16限定的凹陷部或者通道中。
盘座18构造为与盘座16配合或者结合用于将第二排电池单元夹在盘座16和18之间。第三排电池单元12设置在盘座18上。
盘座20构造为与盘座18结合或者配合并且用于将第三排电池单元夹在盘座18和20之间。第四排电池单元12设置在盘座20上。
具有与盘座14相似或者相同构造的盘座22被构造为用于与盘座20结合或者配合并用于将第四排电池单元12夹在盘座20和22之间。
根据示范性实施例，盘座14和22具有相似或者相同的构造。根据示范性实施例，盘座16，18，和20具有相似或者相同的构造。如图2B所示，盘座16，18和20被安置在交替的方位中(即，盘座被安置为在堆叠中成为彼此的镜像)。根据其它示范性实施例，应该理解电池模块可以包括任何适当数量排的电池或者电池单元以及任何适当数量任何期望构造的盘座。
每个盘座14，16，18，20和22包括一个或多个切口或者开口26，所述切口或者开口26被构造为便于冷却流体(例如，空气，液体等)在模块10的电池单元12之间流动。每个盘座14，16，18，20和22还限定若干切口或者凹槽27用于当模块10被组装时使每个电池单元12的端子30，32(如图4所示)暴露在外。切口、开口或者凹槽27大体上具有特定形状，用以当放下一排电池单元12时便于端子30，32的正确极性(例如，由于端子具有不同尺寸和/或形状，为了使端子能够以Poka-Yoke方式正确地接收在的凹槽中，电池单元必须以特定方式定向)。在其它示范性实施例中，凹槽27可以具有能够接收多个不同形状的不论极性的端子的形状。
图2A和2B示出能够保持44个电池单元12的电池模块10。应当理解在其它示范性实施例中，电池模块中可以使用不同数目的电池单元，这取决于所用的盘座14，16，18，20和22的数目以及其它的因素。例如，基部盘座(例如盘座14)可以与顶部盘座(例如盘座22)组合，同时省略其它盘座(例如盘座16，18和20)从而产生具有单排电池单元12的模块10。在另一个例子中，基部盘座(例如盘座14)可以与单个盘座(例如，盘座16)和顶部盘座(例如，盘座22)组合，产生具有两排电池单元12的模块10。在其它例子中，可以适当地通过增加例如图2A和图2B所示的那些盘座的交替层来组装具有比图2A和图2B中更大尺寸的模块。同样，盘座14，16，18，20和22可以是不同尺寸并且在每排中能够具有比11个更多或更少的电池单元。
盘座14，16，18，20和22可以由能够在与图2A和2B中所示构造相似的构造中支撑电池单元12的任何大体上电绝缘的材料(例如，诸如聚乙烯或者聚丙烯的注塑聚合材料)制成。另外，虽然图2A和2B所示的电池单元具有大体上圆柱形，但根据其它示范性实施例，电池单元可以有其它形式(例如，椭圆形，棱柱形，多边形等)。根据其它示范性实施例，电池单元可以是锂离子、镍镉、镍氢(NiMH)或者任何其它合适类型的电化学电池单元。
参照图3-6，从多个视图示出了组装好的模块10。为了相对容易的接近以连接到负载或相互连接，电池单元12的端子30，32(如图4中所示)为暴露在外的。每个电池或者电池单元12的相反端暴露在盘座的另一侧作为电池单元万一排放气体的路径，这种情况一般情况下不会发生。应当理解模块10可以被定位在如给出的车辆应用中任何合适的方向。
参照图7-8，组装好的模块10限定了在电池单元12附近的用于冷却流体(例如气体、液体等)流动的若干路径34。如图8中具体所示，冷却流体36可以提供给模块10。冷却流体36可以如图8A中箭头50所示进入模块10。冷却流体36可以处于高速度。如图8B中更详细显示，冷却流体36从增压空间33流动通过入口或隘道35流到形成在电池单元12和盘座14，16，18，20和22之间的多个不连续(discreet)通道或通路中。隘道35形成束狭开口，在冷却流体36离开增压空间33时该束狭开口产生压降。具有隘道35确保冷却流体以基本相同的温度到达所有不连续通道34。当流体36流过电池单元12时，发生热传递(即，流体从电池单元12吸收热量)，流体36如箭头52所示离开模块10。将流体36限制到不连续通道减少流体漫流或者选择无法预料路径通过模块10的机会。将流体36限制到细密通道还进一步允许对系统的热传递特性进行更大的控制。由于在电池单元12和冷却流体36之间发生的热传递，离开流体36(箭头52)具有比进入流体36(箭头50)更高的温度。值得注意根据各种示范性实施例，冷却流体36可以(例如，由风扇、由压力差、由真空泵等)被推入(吹入)或者被拉通过(吸出)模块10。
值得注意，尽管示出了冷却路径34的具体形状，然而可基于可替换的盘座结构和形状限定其它形状的路径。如前所述，电池单元12位于盘座14，16，18，20和22中或者与其接触。在示范性实施例中，其中盘座12，16，18，20和22为至少部分导热的，与这种材料接触可以输送来自电池单元的热量以达到平衡状态，由此可用其它电池单元的温度调节个别电池单元12的温度。
参照图9，在模块10中的电池单元12的端子经由多个汇流条38电结合在串联构造中。值得注意可以由在相对于模块10的不同位置处的外部连接形成其它电结合构造。根据各种示范性实施例，汇流条38可以具有便于电池单元12的电结合的任何过去、现在或者未来的设计或者组成。
参照图10和11，根据另一个示范性实施例，模块40可以被组装为包括被轴向(端对端)堆叠并且被壳体或者管44环绕的多个电池单元42。管44大体上具有比电池单元42大的直径，并且与电池单元42同心装配以提供用于在电池单元42和热传递介质(例如，冷却流体36)之间的适当的热传递的环形套筒。管44大体上是包括两个内部翼片46的单个一体件。在图10和11所示的示范性实施例中，翼片46贯穿管44的长度并且彼此(例如，以180度)分开。每个翼片46以与切点垂直的方式接触电池单元外壁，允许热传递介质被分成两个区段且如流动方向箭头A和B所示以相反方向流经电池单元42的每侧。由于热传递介质连续地流过电池单元12，这种构造可以减少模块40的温度并且建立更好的温度均匀性。根据另一个示范性实施例，可以具有超过两个翼片和超过两个用于热传递介质流动通过的区段。管44可以由任何合适的材料，例如，电绝缘材料制成。
参照图12-14，示出了电池盘座的各种示范性实施例。尽管每个盘座被构造为容纳六个电池单元(三个在顶部上、三个在底部上)，这样的盘座还是与图2A和2B所示的那些盘座相似。如上所述，根据各种示范性实施例，其它盘座构造也是可以的。如图12-14中所示，各种盘座构造包括由盘座限定的多个凹陷部，凹部，槽或者通道115以及上部、突出部或顶117(例如，参见图12B-对每个盘座设置相似的构造)。切口或者开口126也设置在各种盘座构造中，所述切口或者开口126被设置成便于冷却流体在模块的电池单元之间流动。
现在参考图15，根据另一个示范性实施例示出盘座。任何如上所述的盘座还可以包括如图15中所示的密封构件119。根据一个示范性实施例，密封构件119为过压成型(overmolded)的硅树脂密封件，该密封构件构造为耐高温。密封构件119便于隔离细密通道中的冷却流体，并且保持流体与电池单元12的端子和可能从电池单元12中排出的任何气体隔离。
应当注意在“前”和“后”相对于提供设备的环境的情况下，在本说明书中提到的“前”、“后”、“顶”和“基部”仅用于识别如附图中定向的各种元件。
为了本公开的目的，术语“结合”是指两个构件彼此之间直接或间接接合。这种接合可以实质上是静止的或者实质上是可移动的。这样的接合可以由以下方式获得：两个构件或者两个构件以及任何附加的中间构件彼此整体地形成为单个单一体；或者两个构件或者两个构件以及任何附加的中间构件彼此附接。这样接合可以是实质上永久的，或者可以是实质上是可拆卸或者可解开的。
应当更加注意在各种示例性实施例中所示的电池模块的结构和装置只是说明性的。虽然在本公开中仅详细描述了几个实施例，重读本公开的本领域技术人员将容易理解在实质上不背离权利要求中叙述主题的新颖性教导和优点的情况下许多修改是可行的(例如，尺寸、大小、结构、形状、不同元件的比例、参数的值、安装装置、所用的材料、颜色、方位的变化等)。例如，显示为整体形成的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可以是相反的或变化的，并且所述位置或者分离元件的性质或数量可以被改变或者变化。根据可替换的实施例，任何程序或方法的顺序或序列可以变化或重新排序。在不背离本实施例范围的情况下还可以对各示范性实施例的设计、操作条件以及装置做出其它置换、修改、变化和省略。

Claims (20)

1、一种电池模块，包括：
构造为接收多个电池单元的壳体，所述壳体包括：第一盘座，所述第一盘座包括多个凹陷部；以及与所述第一盘座结合的第二盘座，所述第二盘座包括多个凹陷部；
其中所述多个电池单元的每个被接收在所述第一盘座和所述第二盘座中的至少一个的凹陷部中。
2、根据权利要求1所述的电池模块，其中第一和第二盘座具有至少一个开口，所述开口构造为便于冷却流体在所述多个电池单元之间流动。
3、根据权利要求2所述的电池模块，其中所述冷却流体是气体。
4、根据权利要求1所述的电池模块，其中所述第一和第二盘座进一步包括多个凹槽以接收所述多个电池单元的第一端子和第二端子。
5、根据权利要求4所述的电池模块，其中所述凹槽具有用于确保所述多个电池单元正确安装的构造。
6、根据权利要求1所述的电池模块，其中所述第一和第二盘座进一步包括设置在所述凹陷部之间的顶。
7、根据权利要求1所述的电池模块，其中所述第一和第二盘座被构造为接收十一个电池单元。
8、根据权利要求1所述的电池模块，进一步包括设置在所述第一盘座和所述第二盘座之间的第三盘座，所述第三盘座包括在第一侧上的多个凹陷部和在第二侧上的多个凹陷部，其中第一和第三盘座的多个凹陷部被构造为接收第一排电池单元，并且第二和第三盘座的凹陷部被构造为接收第二排电池单元。
9、根据权利要求1所述的电池模块，其中所述第一和第二盘座由聚合物材料制成。
10、根据权利要求9所述的电池模块，其中所述聚合物材料选自聚乙烯和聚丙烯组成的组。
11、一种电池模块，包括：
构造为接收多个电池单元的壳体，所述壳体包括：
具有多个凹陷部的第一盘座；和
与所述第一盘座配合地结合且具有多个凹陷部的第二盘座；
其中所述多个电池单元由所述第一和第二盘座的所述多个凹陷部接收；
其中所述第一和第二盘座具有多个开口，所述多个开口被构造为便于冷却流体在所述多个电池单元之间流动；
其中所述第一和第二盘座进一步包括多个凹槽以接收所述多个电池单元的第一端子和第二端子。
12、根据权利要求11所述的电池模块，进一步包括配合地结合在所述第一和第二盘座之间中的第三盘座，所述第三盘座具有在第一侧上的多个凹陷部和在第二侧上的多个凹陷部，其中第一和第三盘座的所述多个凹陷部被构造为接收第一排电池单元，第二和第三盘座的所述多个凹陷部被构造为接收第二排电池单元。
13、根据权利要求12所述的电池模块，其中所述冷却流体是液体。
14、根据权利要求12所述的电池模块，其中所述冷却流体是气体。
15、根据权利要求11所述的电池模块，其中所述第一和第二盘座的所述多个凹槽以Poka-Yoke方式构造以使所述多个电池单元的所述第一和第二端子仅能由多个凹槽以正确的构造接收。
16、一种电池模块，包括：
以端对端方式轴向安置的多个电池单元；
包围所述多个电池单元并且与所述多个电池单元间隔开的壳体，所述壳体在壳体和电池单元之间限定至少一个空间，热传递流体可以沿所述电池单元的长度流过所述空间以冷却所述电池单元。
17、根据权利要求16所述的电池模块，其中所述壳体包括可被热传递流体流过的两个空间，其中所述两个空间中的第一空间被构造为允许热传递流体在沿着所述电池单元的长度的第一方向上流动，所述两个空间中的第二空间被构造为允许热传递流体在沿着所述电池单元的长度的第二方向上流动。
18、根据权利要求17所述的电池模块，其中所述两个空间由壁彼此分开。
19、根据权利要求18所述的电池模块，其中所述热传递流体是气体。
20、根据权利要求19所述的电池模块，其中所述热传递流体是空气。
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