RS65092B1

RS65092B1 - Baterijski modul i sistem baterija sa toplotno-izmenjivačkim kućištem

Info

Publication number: RS65092B1
Application number: RS20240084A
Authority: RS
Inventors: Stefan Andreas Meyer; Peter Adam
Original assignee: Whitemark Tech Gmbh
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2021-05-14
Publication date: 2024-02-29
Also published as: AU2021445678B2; WO2022237986A1; EP4117089C0; KR102815822B1; EP4111526B1; EP4117089A1; BR112023023847A2; US12374740B2; EP4117089B1; AU2021445678A1; CN117616616A; KR20240005078A; HRP20240110T1; HUE065405T2; JP7723118B2; JP2024517350A; PL4117089T3; US20240258612A1; EP4111526A1; MX2023013255A

Description

Opis

[0001] Predmetni pronalazak se odnosi na baterijski modul i baterijski sistem koji omogućava efikasno i homogeno temperiranje ćelija baterije.

[0002] S obzirom na očekivanu ograničenu dostupnost klasičnih goriva i sve veći nivo zagađenja vazduha izazvan izduvnim gasovima motora, poslednjih godina fokus se stavlja na alternativna pogonska rešenja. Bez obzira na primarni izvor energije, većina pristupa zahteva baterijske module i sisteme sa velikom gustinom snage, dugim životnim vekom i visokim performansama.

[0003] Izgradnja baterijskog sistema je mehanička, električna i toplotna integracija velikog broja ćelija baterije u radnu jedinicu. Daljnji aspekti koje je potrebno razmotriti su hemijska kompatibilnost komponenti koje se koriste, bezbednosne karakteristike u slučaju toplotnog gubitka i lakoća masovne proizvodnje.

[0004] Adekvatna kontrola temperature svake ćelije baterije u sistemu baterija je ključni zahtev, posebno kada se baterija puni ili prazni. Nepoštovanje temperaturnih ograničenja, na primer, ćelija litijum-jonske baterije može da dovede do postepenog pogoršanja performansi baterije ili čak do brzog i opasnog uništenja baterije.

[0005] Konvencionalno, kontrolisanje temperature ćelija baterije u baterijskom sistemu može da se se sprovodi indirektno, na primer, obezbeđivanjem rashladnog tela u termičkom kontaktu sa osnovnim delovima cilindričnih ćelija baterije. Protok tečnosti za temperiranje se uspostavlja kroz kanale uključene u rashladno telo. Na taj način se toplota koju generiše ćelija baterije prenosi preko njenog omotača u rashladno telo. Ovaj aranžman pokazuje visoku termičku inerciju, što dovodi do velikih temperaturnih maksimuma u slučaju visokog naelektrisanja ili tokom punjenja. Navedeni temperaturni maksimumi mogu da se spreče ograničavanjem maksimalne struje. Međutim, konvencionalni sistem ne omogućava brze promene naelektrisanja.

[0006] Alternativno, ćelije baterije mogu da se hlade direktno preko tečnosti za temperiranje u direktnom termičkom kontaktu sa ćelijama baterije. U tu svrhu može da se obezbedi šuplji prostor nepropusan za tečnost oko omotača ćelija baterije. Pumpanjem tečnosti za temperiranje kroz navedene šuplje prostore, toplota, koja se uglavnom generiše na polovima ćelija baterije, prenosi se kroz omotače ka tečnosti za temperiranje. Ova tehnika je poznata kao imerziono hlađenje. Nedostatak takvog sistema je što svaki šuplji prostor oko kućišta ćelija baterije zahteva zaptivanje nepropusno za tečnost, obično na dve lokacije omotača ćelija baterije.

[0007] U sofisticiranijim sistemima, ćelije baterije su u potpunosti uronjene u tečnost za temperiranje. Ovaj aranžman zahteva veliku količinu tečnosti za temperiranje, što dovodi do povećane težine i troškova sistema. Dalje, tečnost za temperiranje mora da ima specifične karakteristike, jer nije u kontaktu samo sa omotačem ćelija baterije, već i sa polovima.

[0008] EP 2 950 379 A1 se odnosi na sistem baterija sa više ćelija baterije u kućištu nepropusnom za tečnost, pri čemu su ćelije baterije u kontaktu sa prvom rashladnom tečnošću. Druga rashladna tečnost može da teče kroz kanale uključene u poklopac kućišta. Ćelije baterije se hlade razmenom energije između dve rashladne tečnosti, pri čemu prva rashladna tečnost prelazi u gasnu fazu i ponovo se kondenzuje na poklopcu kućišta.

[0009] WO 2012/089132 A1 se odnosi na sistem za upravljanje temperaturom baterije, pri čemu je izmenjivač toplote povezan sa baterijskim modulom preko petlje rashladne tečnosti, a regulator temperature je povezan sa izmenjivačem toplote preko petlje za tečnosti za zamrzavanje. Rashladna tečnost u petlji rashladne tečnosti i tečnost za zamrzavanje u petlji tečnosti za zamrzavanje razmenjuju toplotu jedna sa drugom preko izmenjivača toplote.

[0010] S obzirom na prethodno rečeno, bilo bi poželjno obezbediti poboljšani baterijski modul i sistem baterija koji omogućavaju efikasno, homogeno temperiranje ćelija baterije.

[0011] Ovo se postiže karakteristikama nezavisnih zahteva. Zavisni zahtevi opisuju povoljne primere izvođenja.

[0012] Predmetni pronalazak se odnosi na baterijski modul koji sadrži kućište nepropusno za tečnost i veliki broj ćelija baterije raspoređenih u kućištu nepropusnom za tečnost. Baterijski modul dalje sadrži prvi fluid za temperiranje uključen u kućište nepropusno za tečnost u termičkom kontaktu sa velikim brojem ćelija baterije i sa unutrašnjom površinom kućišta nepropusnog za tečnost. Kućište nepropusno za tečnost je konstruisano da omogući protok drugog fluida za temperiranje između unutrašnje površine i spoljašnje površine kućišta nepropusnog za tečnost.

[0013] Drugim rečima, baterijski modul se sastoji od više ćelija baterije unutar kućišta. Kućište je nepropusno za tečnost. To jest, prva tečnost za temperiranje uključena u kućište ne nalazi svoj put do spoljašnjosti kućišta. Međutim, kućište nepropusno za tečnost može da sadrži otvore, na primer, za električne vodove ili signalne linije. Dalje, kućište nepropusno za tečnost može da sadrži otvore, kroz koje je unutrašnjost kućišta nepropusnog za tečnost povezana sa kanalom, crevom, cevi ili slično za prvi fluid za temperiranje. Međutim, pomenuti otvori (otvori za vodove, otvori za fluidnu konekciju) hermetički odvojeni od okoline.

[0014] Svaka ćelija baterije je u termičkom kontaktu sa prvim fluidom za temperiranje. Konkretno, fluid za temperiranje može posebno da pokrije polove svake ćelije baterije, pošto se toplota uglavnom generiše na polovima. Dalje, prvi fluid za temperiranje je u termičkom kontaktu sa unutrašnjom površinom kućišta. Na primer, prvi fluid za temperiranje može biti u kontaktu sa celom unutrašnjom površinom kućišta ili delom cele unutrašnje površine kućišta. Dakle, toplota koju stvaraju ćelije baterije može se preneti preko prve tečnosti za temperiranje do kućišta. Ovo se može realizovati putem provodljivosti ili konvekcije, na primer. Unutar kućišta, tj. između unutrašnje površine i spoljašnje površine kućišta, može se uspostaviti tok drugog fluida za temperiranje, na primer, pomoću sekundarnog sistema za temperiranje. U tu svrhu, kućište je konstruisano tako da omogućava protok drugog fluida za temperiranje. Na primer, zidovi kućišta mogu da sadrže unutrašnje šuplje prostore za protok drugog fluida za temperiranje. Drugim rečima, delovi zida kućišta nepropusnog za tečnost mogu da budu konstruisani tako da omogućavaju protok drugog fluida za temperiranje unutar navedenih delova zida. Konkretno, deo zida raspoređen za protok drugog fluida za temperiranje može da odgovara unutrašnjoj površini kućišta nepropusnog za tečnost (ili njegovog dela), koja je u termičkom kontaktu sa prvim fluidom za temperiranje unutar kućišta nepropusnog za tečnost.

[0015] Sa navedenim aranžmanom, kućište nepropusno za tečnost baterijskog modula može da služi kao izmenjivač toplote između unutrašnjeg primarnog sistema za temperiranje, npr. prvi fluid za temperiranje koji se nalazi u kućištu i spoljašnji sekundarni sistem za temperiranje, posebno drugi fluid za temperiranje koji teče kroz zidove kućišta. Pošto drugi fluid za temperiranje nije u kontaktu sa ćelijama baterije, zahtevi u pogledu karakteristika pomenute druge tečnosti za temperiranje su niži. Konkretno, možda se ne zahteva da drugi fluid za temperiranje bude dielektrik. Dalje, baterijski modul je nezavisna kompaktna jedinica sa integrisanim izmenjivačem toplote koji se povezuje sa sekundarnim sistemom za temperiranje.

[0016] Dalje, korišćenjem kućišta nepropusnog za tečnost, veliki broj termički nezavisnih baterijskih modula može da bude električno povezan jedan sa drugim tako da formira baterijski sistem. Veliki broj termički nezavisnih baterijskih modula može da bude povezan sa sekundarnim sistemom za temperiranje. Ovo može da omogući individualnu kontrolu temperature svakog od velikog broja baterijskih modula, tako da temperaturne razlike između navedenih modula mogu da budu svedene na minimum ili da se - namerno - izazovu.

[0017] Dalje, odvajanjem unutrašnjeg primarnog sistema za temperiranje od sekundarnog sistema za temperiranje u pogledu odgovarajućih tečnosti za temperiranje, može se koristiti uobičajena drugi fluid za temperiranje koja ne pokazuje specifične električne karakteristike. Konkretno, možda se ne zahteva da drugi fluid za temperiranje bude dielektrik, jer nije u kontaktu sa ćelijama baterije, posebno sa delovima njihovih polova.

[0018] U jednom primeru izvođenja, baterijski modul dalje sadrži pumpu postavljenu na spoljašnjoj strani kućišta nepropusnog za tečnost i povezana sa unutrašnjošću kućišta nepropusnog za tečnost preko prvih kanala za fluid nepropusnog kućišta. Pumpa je konfigurisana da generiše protok prve tečnosti za temperiranje unutar kućišta nepropusnog za tečnost pumpanjem prvog fluida za temperiranje kroz prve kanale za tečnost.

[0019] To jest, protok prve tečnosti za temperiranje može se aktivno uspostaviti unutar kućišta nepropusnog za tečnost pomoću pumpe. Prvi kanali za fluid nepropusnog kućišta mogu biti prostorno odvojeni od toka drugog fluida za temperiranje unutar zidova kućišta nepropusnog za tečnost. Drugim rečima, prvi fluid za temperiranje i drugi fluid za temperiranje se ne mešaju jedno sa drugim. Unutrašnji krug temperiranja (pumpa, prvi kanali, unutrašnjost kućišta nepropusnog za tečnost) je prostorno odvojen od sekundarnog kruga temperiranja (spoljni sistem za temperiranje, tok drugog fluida za temperiranje unutar zidova nepropusnog za tečnost). stanovanje).

[0020] Unutar kućišta nepropusnog za tečnost, tok prve tečnosti za temperiranje može biti vođen, na primer, namenskim kanalima, koji mogu biti formirani rasporedom ćelija baterije u odnosu na kućište. To jest, protok prve tečnosti za temperiranje može biti određen posebnim rasporedom ćelija baterije, a ne namenskim cevima ili cevima. Drugim rečima, pomenuti kanali ne mogu biti formirani od namenskih fizičkih vodova, cevi ili cevi, već konfiguracijom prostora unutar kućišta nepropusnog za tečnost koji nije zauzet fizičkim čvrstim komponentama kao što su ćelije baterije, senzori, delovi kućišta, držači, žice, druga električna priključna sredstva i sl.

[0021] Sa ovim podešavanjem, homogenost temperature unutar baterijskog modula može se povećati i, dalje, može se poboljšati prenos toplote između ćelija baterije i kućišta.

[0022] U jednom primeru izvođenja, kućište nepropusno za tečnost, pumpa i prvi kanali za fluid čine zatvoreni materijalni sistem prvog fluida za temperiranje.

[0023] To jest, prva tečnost za temperiranje je zatvorena unutar prostora koji obezbeđuje kućište nepropusno za tečnost, prvi kanali za fluid i unutrašnji prostor pumpe. Drugim rečima, sprečena je razmena materijala (npr. prve tečnosti za temperiranje) između unutrašnjeg sistema (npr. unutrašnjosti nepropusnog kućišta, prvih kanala za fluid i unutrašnjosti pumpe) i spoljašnjosti baterijskog modula. , dok može doći do razmene toplotne energije, odnosno toplote.

[0024] U jednom primeru izvođenja, kućište nepropusno za tečnost sadrži drugi kanal za tečnost za protok drugog fluida za temperiranje.

[0025] To jest, kućište nepropusno za tečnost može biti konstruisano tako da omogući protok drugog fluida za temperiranje između unutrašnje površine kućišta nepropusnog za tečnost i spoljašnje površine kućišta nepropusnog za tečnost obezbeđivanjem drugog kanala za tečnost . Drugim rečima, drugi kanal za protok se formira unutar zidova kućišta nepropusnog za tečnost.

Kućište nepropusno za tečnost može takođe da sadrži mnoštvo drugih kanala za protok. Drugi kanal protoka nije u tečnoj vezi sa unutrašnjosti baterijskog modula, prvim kanalima protoka ili pumpom.

[0026] U jednom primeru izvođenja, drugi kanal za tečnost štrči u unutrašnjost kućišta nepropusnog za tečnost.

[0027] To jest, unutrašnja površina kućišta nepropusnog za tečnost, koja je u termičkom kontaktu sa prvim fluidom za temperiranje, pokazuje strukturiranu, neravnu površinu. Na primer, unutrašnja površina može imati nabranu ili užlebljenu površinu. Unutrašnja površina može imati žlebove i grebene. Na primer, tok drugog kanala fluida može odgovarati ili se podudarati sa tokom odgovarajućeg grebena unutrašnje površine. Na primer, greben i drugi kanal za protok mogu biti raspoređeni tako da se drugi kanal za protok nalazi unutar odgovarajućeg grebena. Posebna prednost unutrašnje površine koja pokazuje neravnu površinu može biti to što je povećana površina u termičkom kontaktu sa prvim fluidom za temperiranje. Time se poboljšava brzina prenosa toplote između prve tečnosti za temperiranje i druge tečnosti za temperiranje, preko zida kanala, što dovodi do veće efikasnosti hlađenja/grejanja.

[0028] Na primer, drugi kanal za fluid ima kružni poprečni presek.

[0029] Poprečni presek drugog kanala za fluid može biti eliptičan, pravougaoni ili slično. Dalje, drugi kanal za tečnost može da ima deo sa kružnim poprečnim presekom i deo koji ima drugačiji poprečni presek.

[0030] U jednom primeru izvođenja, drugi kanal za fluid se proteže u pravcu glavne ose baterijskog modula.

[0031] Glavna osa baterijskog modula može biti osa koja se proteže u unapred određenom pravcu u odnosu na kućište. Na primer, glavna osa može biti glavna osa baterijskog modula. Na primer, glavna osa može da se proteže u pravcu koji odgovara smeru maksimalne ili minimalne fizičke veličine baterijskog modula ili kućišta nepropusnog za tečnost. Na primer, glavna osa može da se proteže u pravcu koji odgovara smeru (diskretne) ose simetrije rotacije najvišeg ili najnižeg reda baterijskog modula ili kućišta nepropusnog za tečnost. U slučaju kada je kućište nepropusno za tečnost u suštini u obliku kutije, glavna osa baterijskog modula može da se proteže u pravcu koji je normalan na bočnu površinu (umišljene) okvirne kutije.

[0032] Kućište nepropusno za tečnost se sastoji od profilnog kućišta, prve krajnje ploče i druge krajnje ploče. Profilno kućište baterijskog modula. Prva krajnja ploča i druga krajnja ploča tečno zatvaraju profilno kućište na dve otvorene strane.

[0033] Profilno kućište može biti deo kućišta, koji je u obliku kutije ili u suštini u obliku kutije sa dve otvorene strane jedna naspram druge i četiri dela zida raspoređena tako da imaju pravougaoni ili u suštini pravougaoni poprečni presek. Glavna osa baterijskog modula može da se proteže u pravcu od prve otvorene strane do druge otvorene strane profilnog kućišta. Profilno kućište može da sadrži žlebove i/ili izbočine na spoljnoj i/ili unutrašnjoj površini jednog ili više bočnih delova. Žlebovi se mogu pružati u pravcu glavne ose baterijskog modula. Prva i druga krajnja ploča su pričvršćene za profilno kućište tako da zatvaraju otvorene strane profilnog kućišta na nepropusni način. Na taj način, unutrašnjost baterijskog modula je zaptivena od curenja prve tečnosti za temperiranje na kontaktnim mestima ili područjima.

[0034] U jednom primeru izvođenja, baterijski modul sadrži prvi zaptivač koji je postavljen po obodu između prve krajnje ploče i profilnog kućišta i drugi zaptivač postavljen po obodu između druge krajnje ploče i profilnog kućišta.

[0035] To jest, prva i druga krajnja ploča mogu biti pričvršćene za profilno kućište, pri čemu je na kontaktnoj površini između krajnjih ploča i profilnog kućišta obezbeđen zaptivač. Zaptivač se proteže po obimu u znatnoj meri u skladu sa poprečnim presekom profilnog kućišta.

[0036] Na primer, prvi zaptivač i drugi zaptivač su ravni zaptivači.

[0037] U jednom primeru izvođenja, prvi i drugi zaptivač su raspoređeni u ravni koja je normalna na glavnu osu baterijskog modula.

[0038] Prema pronalasku, profilno kućište je konfigurisano kao profilno kućište sa dvostrukim zidovima, pri čemu je drugi kanal za fluid formiran integralno.

[0039] Drugim rečima, profilno kućište sadrži deo spoljašnjeg zida i deo unutrašnjeg zida, tako da je drugi kanal za fluid integralno formiran između njih.

[0040] U jednom primeru izvođenja, profilno kućište je napravljeno od materijala sa toplotnom provodljivošću od 50 W/(m·K) ili više.

[0041] Toplotna provodljivost iznad 50 W/(m K) ili veća može omogućiti poboljšani prenos toplote između prvog fluida za temperiranje i drugog fluida za temperiranje kroz kućište nepropusno za tečnost. Profilno kućište može biti poželjno napravljeno od materijala sa toplotnom provodljivošću od 100 W/(m·K) ili više, poželjnije od 150 W/(m·K) ili više, poželjnije od 200 W/(m·K) ili više, poželjnije od 300 W/(m·K) ili više, poželjnije od 400 W/(m·K) ili više.

[0042] Na primer, profilno kućište je napravljeno od aluminijuma. Profilno kućište može biti napravljeno od drugog materijala kao što je zlato, srebro, titanijum, čelik, bakar ili slično. Na primer, profilno kućište može biti napravljeno od metala.

[0043] U jednom primeru izvođenja, prva krajnja ploča i/ili druga krajnja ploča su napravljene od sintetičkog materijala. Na primer, prva krajnja ploča i/ili druga krajnja ploča su napravljene od plastike ili plastike ojačane staklenim vlaknima. Na primer, prva krajnja ploča i/ili druga krajnja ploča mogu biti napravljene od drugog materijala kao što je akrilnitril-butadien-stirolkopolimer (ABS), najlon 12 (poliamid 12, PA 12) ili slično.

[0044] U jednom primeru izvođenja, kućište nepropusno za tečnost je delimično ispunjeno gasom.

[0045] Drugim rečima, kućište nepropusno za tečnost možda neće biti u potpunosti ispunjeno (osim uključenih fizičkih čvrstih komponenti kao što su ćelije baterije, sredstva za povezivanje i slično) sa prvim fluidom za temperiranje, ali takođe uključuje određenu količinu gasa . Ovo omogućava prvom fluidu za temperiranje da promeni zapreminu, na primer zbog promene temperature, a da se pritisak u kućištu nepropusnom za tečnost ne povećava/smanjuje u velikoj meri.

[0046] Na primer, kućište nepropusno za tečnost može biti delimično ispunjeno vazduhom, azotom ili inertnim gasom kao što je plemeniti gas (npr. helijum, neon, argon, kripton, ksenon).

[0047] Na primer, zapreminski procenat nepropusnog kućišta ispunjenog gasom je 5 % ili manji.

[0048] Na primer, zapreminski procenat može biti 10% ili niže, 5% ili manje, 4% ili manje, 3% ili manje ili 1% ili manje. Na primer, zapreminski procenat može biti unapred određen procenat (npr. 0,1%, 0,2%, 1% ili slično) ili više. Na primer, zapreminski procenat može biti između 0,1% i 1%, između 1% i 2%, između 2% i 3%, između 3% i 4%, između 4% i 5% ili slično. Navedeni zapreminski procenti mogu se odnositi na zapreminske procente u odnosu na ukupnu zapreminu unutrašnjosti nepropusnog kućišta na unapred određenoj temperaturi, na primer 298,15 K (25 °C).

[0049] Na primer, odnos zapremine gasa i zapremine prve tečnosti za temperiranje na unapred određenoj temperaturi može biti jednak ili ispod 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 10% ili 15% ili slično. Odnos zapremine gasa i zapremine prve tečnosti za temperiranje na unapred određenoj temperaturi može biti iznad unapred određenog procenta (npr.0,1%, 0,2%, 1% ili slično).

[0050] U jednom primeru izvođenja, kućište nepropusno za tečnost je otporno na promene pritiska.

[0051] To jest, kućište nepropusno za tečnost može biti konstruisano tako da sprečava ulazak ili izlazak gasa iz kućišta nepropusnog za tečnost.

[0052] Na primer, kućište nepropusno za tečnost je otporno na promene pritiska do pozitivnog pritiska od najmanje 1 bar.

[0053] Na primer, kućište nepropusno za tečnost je otporno na promene pritiska do negativnog pritiska od najmanje 1 bar.

[0054] Pozitivni pritisak je razlika pritiska između spoljašnjosti kućišta nepropusnog za tečnost i unutrašnjosti kućišta nepropusnog za tečnost, pri čemu je pritisak izvan kućišta nepropusnog za tečnost manji od pritiska unutar kućišta nepropusnog za tečnost. Negativni pritisak je razlika pritiska između unutrašnjosti kućišta nepropusnog za tečnost i spoljašnjosti kućišta nepropusnog za tečnost, pri čemu je pritisak izvan kućišta nepropusnog za tečnost veći od pritiska unutar kućišta nepropusnog za tečnost. 1 bar je 10<5>Pa i, prema tome, otprilike odgovara normalnom atmosferskom pritisku.

[0055] Na primer, kućište nepropusno za tečnost može da pokazuje brzinu curenja jednaku ili nižu od predefinisanog praga. Na primer, kućište nepropusno za tečnost može da pokazuje brzinu curenja jednaku ili nižu od 10<-2>mbar·l/s, 10<-3>mbar·l/s, 10<-4>mbar·l/s, 10<-5>mbar·l /s ili 10<-6>mbar·l/s.

[0056] U jednom primeru izvođenja, baterijski modul dalje sadrži više držača ćelija uključujući delove u obliku polu-omotača koji su konfigurisani da drže veći broj ćelija baterije. Bočne površine većeg broja ćelija baterije prekrivene su delovima u obliku polu-omotača.

[0057] To jest, ćelije baterije se drže držačima ćelija baterijskog modula, pri čemu su bočne površine ćelija baterije pokrivene u potpunosti ili u velikoj meri (na primer više od 95 %, više od 90 %). U slučaju ćelija baterije cilindričnog oblika koje imaju spoljnu školjku sa strane i dva pola koja se nalaze na gornjoj i donjoj bazi, delovi držača ćelija u obliku polu-omotača imaju poprečni presek u suštini u obliku polukruga. Baterijski modul nije ograničen na to i deo u obliku polu-omotača može imati poprečni presek koji odgovara obliku ćelija baterije. To jest, na primer, u slučaju ćelija baterije necilindričnog oblika, deo u obliku polu-omotača može biti ne-kružan, ali odgovara obliku ćelija baterije. Dalje, oblik unutrašnje površine dela u obliku polu-omotača, koji je u kontaktu sa baterijskom ćelijom, može odgovarati obliku ćelije baterije, dok oblik spoljne površine dela u obliku polu-omotača može biti različit od oblika baterije. Svaki odeljak za baterijsku ćeliju se drži između dva dela u obliku polu-omotača, koji su u pozitivnom kontaktu. Na primer, debljina svakog dela u obliku polu-omotača može biti iznad unapred određenog praga.

[0058] Sa ovim podešavanjem, prva tečnost za temperiranje može biti prvenstveno usmerena duž polova ćelija baterije, gde se uglavnom stvara toplota. Dalje, obezbeđivanjem držača ćelija određene debljine, smanjuje se zapremina prostora prve tečnosti za temperiranje. Time se težina baterijskog modula može smanjiti. Dalje, može se poboljšati prenos toplote od ćelija baterije preko prve tečnosti za temperiranje i kućišta nepropusnog za tečnost do druge tečnosti za temperiranje.

[0059] U jednom primeru izvođenja, svaka baterijska ćelija je električno povezana sa jednom ili više drugih ćelija baterije paralelno ili serijski tako da se formira snop baterija.

[0060] Drugim rečima, mnoštvo ćelija baterije može uključivati podskupove ćelija baterije, pri čemu su ćelije baterije svakog podskupa povezane jedna sa drugom paralelno. Dalje, podskupovi ćelija baterije su međusobno povezani u seriji. Na taj način se formira snop baterija, pri čemu je ukupan napon koji obezbeđuje snop baterija određen brojem podskupova povezanih u seriju i tipom korišćenih ćelija baterije.

[0061] U jednom primeru izvođenja, baterijski modul sadrži električni vod povezan sa snopom baterija.

[0062] Električni vod može da obezbedi električnu vezu sa baterijom kroz kućište nepropusno za tečnost. Akumulatorski modul može da sadrži dva električna provodnika kao pozitivni i negativni terminal modula baterije.

[0063] Prema drugom aspektu, ovaj pronalazak se odnosi na sistem baterija. Sistem baterija se sastoji od baterijskog modula prema bilo kom od gore navedenih aspekata i njegovih varijacija i sekundarnog sistema za temperiranje. Sekundarni sistem za temperiranje je povezan sa nepropusnim kućištem baterijskog modula i konfigurisan je da uspostavi protok drugog fluida za temperiranje.

[0064] Drugim rečima, sistem baterija obuhvata baterijski modul, koji uključuje primarni sistem za temperiranje, npr. prvi fluid za temperiranje, koji je u termičkom kontaktu sa ćelijama baterije i unutrašnjom površinom nepropusnog kućišta, i sekundarnim sistemom za temperiranje. Kućište nepropusno za tečnost deluje kao izmenjivač toplote za razmenu toplote između prve tečnosti za temperiranje i druge tečnosti za temperiranje. Konkretno, toplota se može preneti sa ćelija baterije na prvi fluid za temperiranje i preko kućišta nepropusnog za tečnost do drugog fluida za temperiranje. Toplota koju apsorbuje drugi fluid za temperiranje može se zatim raspršiti pomoću namenskog sredstva za disipaciju toplote sekundarnog sistema za temperiranje, koji može biti drugi izmenjivač toplote za razmenu toplote između drugog fluida za temperiranje i rezervoara toplote, što može biti ambijentalni vazduh . Slično, toplota se može preneti u baterijski modul zagrevanjem drugog fluida za temperiranje pomoću namenskih grejnih sredstava sekundarnog sistema za temperiranje.

[0065] U jednom aspektu, prvi fluid za temperiranje se razlikuje od drugog fluida za temperiranje.

[0066] Na primer, prvi fluid za temperiranje može biti fluid za temperiranje, koji je električno izolujući. Drugi fluid za temperiranje ne mora nužno da bude električno izolovan, jer ne dolazi u kontakt sa polovima i/ili električnim spojnim sredstvima unutar nepropusnog kućišta baterijskog modula. Na primer, drugi fluid za temperiranje može da bude smeša vode i glikola.

[0067] Sistem baterija prema predmetnom pronalasku obezbeđuje poboljšane mogućnosti kontrole temperature, homogeno hlađenje ćelija baterije unutar baterijskog modula, smanjenje težine baterijskog modula i/ili poboljšanu fleksibilnost sistema pomoću unutrašnjeg sistema za temperiranje, koji može da bude termički spojen sa sekundarnim sistemom za temperiranje omogućavanjem protoka drugog fluida za temperiranje između unutrašnje i spoljašnje površine kućišta.

[0068] Dodatne koristi i prednosti pronalaska će postati očigledne iz detaljnog opisa primera izvođenja i crteža.

KRATAK OPIS CRTEŽA

[0069]

Sl. 1 je ilustracija pogleda spolja na baterijski modul;

Sl. 2 je ilustracija pogleda spolja na baterijski modul;

Sl. 3 je ilustracija pogleda spolja na baterijski modul, pri čemu poklopac nije ilustrovan;

Sl. 4 je ilustracija profilnog kućišta baterijskog modula;

Sl. 5 je isečak ilustracije osnovnog rasporeda ćelija baterije unutar baterijskog modula;

Sl. 6 je prikaz porpečnog preseka rasporeda ćelija baterije unutar profilnog kućišta;

Sl. 7 ilustruje tok prvog fluida za temperiranje unutar baterijskog modula;

Sl. 8 ilustruje tok drugog fluida za temperiranje unutar kućišta baterijskog modula;

Sl. 9 do 12 ilustruje primer paralelne električne veze velikog broja ćelija baterije, prikazane iz različitih pravaca;

Sl. 13 i 14 ilustruje električno povezane ćelije baterije koje drži držač;

Sl. 15 i 16 ilustruje dva seta paralelno povezanih ćelija baterije sa odgovarajućim držačima ćelija;

Sl. 17 i 18 prikazuju snop baterije koji sadrži veliki broj ćelija baterije;

Sl. 19 i 20 su sumarne ilustracije baterijskog snopa;

Sl. 21 je šematska ilustracija električne veze ćelija bakterije unutar snopa; i

Sl. 22 i 23 su ilustracije spoljašnjeg izgleda baterijskog modula.

OPIS POŽELJNOG PRIMERA IZVOĐENJA

[0070] U tekstu koji sledi biće detaljno opisan poželjan primer izvođenja, uz pozivanje na crteže.

[0071] Sl. 1 ai Sl.2 su ilustracije spoljašnjeg pogleda na baterijski modul 100 kada se posmatra iz različitih pravaca. Baterijski modul obuhvata kućište 110 nepropusno za tečnost koje sâmo sadrži prvu krajnu ploču 114, profilno kućište 113 i drugu krajnju ploču 116. Dalje, baterijski modul 100 sadrži poklopac 115 pumpe, dva električna voda 117a, 117b i četiri otvora 118a-d za vezu sa drugim sistemom za temperiranje.

[0072] Kućište 110 nepropusno za tečnost ima u osnovi oblik pravougaonog kuboida, gde su dve međusobno naspramne strane formirane od strane prve krajnje ploče 114 i druge krajnje ploče 116, a preostale četiri strane su fomirane od strane profilnog kućišta 113. Poklopac 115 pumpe je raspoređen na spoljašnjoj površini prve krajnje ploče 114 i pokriva pumpu 130 pričvršćenu za spoljašnju površinu prve krajnje ploče 114. Između prve krajnje ploče 114 i profilnog kućišta 113 kao i između druge krajnje ploče 116 i profilnog kućišta 113, obezveđeno je ravno zaptivanje za zatvaranje kućišta 110 na način da je nepropusno za tečnost. Ravni zaptivači po obodu okružuju otvorene krajnje strane profilnog kućišta 113.

[0073] U kućištu 110 nepropusnom za tečnost smešten je veliki broj ćelija 120 baterije koje su međusobno povezane tako da formiraju baterijski snop. Detalji u vezi sa tim su opisani u nastavku. Dalje, prvi fluid za temperiranje je uključen u kućište 110 nepropusno za tečnost. Prvi fluid za temperiranje je dielektrični fluid sa, poželjno, visokom toplotnom provodljivošću.

[0074] Profilno kućište 113 je u osnovi u obliku kutije sa dve međusobno naspramne otvorene strane. Profilno kućište 113 je napravljeno od aluminijuma i stoga ima visoku toplotnu provodljivost. Međutim, materijal kućišta nije ograničen na aluminijum i ono može da bude napravljeno od drugog materijala koji ima toplotnu provodljivost od 50 W/(K m) ili više, poželjno od 100 W/(K m) ili više, poželjnije 150 W/(K·m) ili više, još poželjnije od 200W/(K·m) ili više.

[0075] Profilno kućište 113 sadrži žlebove i/ili izbočine na dve suprotne spoljne strane. Međutim, profilno kućište 113 nije ograničeno na to da ima žlebove i/ili izbočine na dve suprotne strane. Profilno kućište 113 može imati žlebove i/ili izbočine samo na jednoj strani, dve strane, tri strane ili sve četiri strane. U baterijskom modulu 100 ilustrovanom na sl. 1 i sl. 2, žlebovi i/ili izbočine se pružaju u pravcu glavne ose (y-ose) baterijskog modula 100. Pravac glavne ose se pruža duž pravca najveće fizičke veličine profilnog kućišta 113.

[0076] Profilno kućište 113 dalje sadrži rupe za navoj na prednjoj i zadnjoj strani za montiranje prve krajnje ploče 114 i druge krajnje ploče 116 na nju na način nepropusan za tečnost.

[0077] Prva krajnja ploča 114 i druga krajnja ploča 116 su u suštini ravnog pravougaonog oblika. U suštini pravougaoni oblik prve i druge krajnje ploče 114, 116 odgovara obliku poprečnog preseka profilnog kućišta 113. Prva i druga krajnja ploča 114, 116 sadrže rupe za zavrtnje na pozicijama koje odgovaraju pozicijama rupa za navoj profilnog kućišta 113.

[0078] Prva krajnja ploča 114 je montirana na jednu od otvorenih krajnjih strana profilnog kućišta 113 pomoću više šrafova umetnutih u otvore za zavrtnje prve krajnje ploče 114 i odgovarajuće rupe za navoj na profilnom kućištu 113. Drugi krajnja ploča 116 je montirana na drugu od otvorenih krajnjih strana profilnog kućišta 113 pomoću više šrafova umetnutih u otvore za zavrtnje druge krajnje ploče 116 i odgovarajuće rupe za navoj na profilnom kućištu 113. Pričvršćivanje krajnje ploče 114, 116 na profilno kućište 113 nije ograničeno na realizaciju pomoću šrafova i odgovarajućih rupa za zavrtnje i otvora za navoj, već se može realizovati korišćenjem različitih sredstava za pričvršćivanje kao što su, na primer, zavrtnji i matice.

[0079] Električni vodovi 117a, 117b su povezani sa ćelijama 120 baterije koje su uključene u unutrašnjost kućišta 110 nepropusnog za tečnost. Konkretno, jedan od električnih vodova 117a, 117b je povezan sa plus polom snopa baterija formiranog od više ćelija 120 baterije u baterijskom modulu 100. Drugi od električnih vodova 117a, 117b je povezan sa minus polom baterije unutar baterijskog modula 100. To jest, napon baterijskog modula 100 je dostupan spolja preko električnih vodova 117a, 117b. Električni vodovi 117a, 117b koji obezbeđuju električnu vezu sa ćelijama 120 baterije su raspoređeni u odgovarajućim hermetički zatovorenim rupama unutar prve i druge krajnje ploče 114, 116. Međutim, električni vodovi 117a, 117b takođe mogu biti obezbeđeni u profilnom kućištu 113.

[0080] Na svakoj od prve i druge krajnje ploče 114, 116, predviđena su dva otvora 118a-d za povezivanje sa sekundarnim sistemom za temperiranje. Detalji o sekundarnom sistemu za temperiranje su dati u nastavku teksta.

[0081] Sl. 3 je spoljašnji pogled na baterijski modul 100, pri čemu poklopac 115 pumpe nije ilustrovan. Baterijski modul 100 se sastoji od pumpe 130 pričvršćene za spoljašnju površinu prve krajnje ploče 114. Pumpa 130 može biti mikropumpa, koja je povezana sa unutrašnjošću kućišta 110 nepropusnog za tečnost preko prvih kanala 111 za fluid. Pumpa 130 je konfigurisan da pumpa prvi fluid za temperiranje kroz prve kanale 111 za fluid. Na taj način se uspostavlja protok prvog fluida za temperiranje unutar kućišta 110 nepropusnog za tečnost.

[0082] Sl. 4 je ilustracija profilnog kućišta 113. Profilno kućište 113 sadrži veliki broj drugih kanala 112 za fluid, koji su integralno formirani sa profilnim kućištem 113 između unutrašnje površine i spoljašnje površine profilnog kućišta 113. Drugi kanali 112 za fluid imaju kružni poprečni presek i štrče u unutrašnjost profilnog kućišta 113. Time se povećava površina u kontaktu sa prvim fluidom za temperiranje unutar profilnog kućišta 113, što dovodi do poboljšanja brzine prenosa toplote između prvih tečnost za temperiranje i drugi fluid za temperiranje unutar velikog broja drugih kanala 112 za fluid. Pošto drugi fluid za temperiranje nije u kontaktu sa ćelijama 120 baterije, nije potrebno da bude dielektrik, ali može biti, na primer, uobičajena tečnost za temperiranje kao što je smeša vode i glikola.

[0083] Iako profilno kućište 113 ilustrovano na sl. 4 sadrži devet ravnih drugih kanala 112 za fluid na dve suprotne strane i koji se protežu u pravcu glavne ose i baterijskog modula 100, profilno kućište 113 nije ograničeno na to. Konkretno, profilno kućište 113 može sadržati različit broj drugih kanala 112 za fluid. Dalje, drugi kanali 112 za fluid mogu biti obezbeđeni na jednoj, dve, tri ili četiri strane profilnog kućišta 113. Dalje, drugi kanali za fluid mogu biti zakrivljene ili vijugave. Dalje, poprečni presek može biti eliptičan, pravougaoni ili slično.

[0084] Sl. 5 je ilustracija isečka osnovnog rasporeda ćelija 120 baterije unutar baterijskog modula 100. Baterijski modul 100 se sastoji od više ćelija 120 baterije unutar kućišta 110 nepropusnog za tečnost. Ćelije 120 baterije mogu biti od litijum-jon, nikl kadmijum, nikl metal hidrid, olovna kiselina, tip na bazi polimera ili bilo koji drugi tip. Ćelije 120 baterije imaju cilindrični oblik sa svojim polovima raspoređenim na suprotnim kružnim stranama. Ćelije 120 baterije su raspoređene tako da su obodne strane normalne na glavnu osu i baterijskog modula 100. Ćelije 120 baterije su šestougaono raspoređene jedna u odnosu na drugu kada se posmatraju duž i ose.

[0085] Sl. 6 je pogled na poprečni presek rasporeda ćelija 120 baterije unutar profilnog kućišta 113. Na slici, ćelije 120 baterije i drugi kanali 112 za fluid su prikazani samo kao primer. Ćelije 120 baterije su raspoređene u gustom heksagonalnom rasporedu, pri čemu je rastojanje između ćelija 120 baterije pored dve suprotne bočne površine profilnog kućišta 130, koje obuhvataju druge kanale 112 za fluid, veće od rastojanja između susednih ćelija 120 baterije i rastojanje između ćelija 120 baterije i unutrašnje površine dve druge strane profilnog kućišta Sa ovim rasporedom, prostori 119 koji nisu zauzeti ćelijama 120 baterije formiraju se na suprotnim stranama baterijskog modula 100 za vođenje toka prvog fluida za temperiranje kroz kućište 110 nepropusno za tečnost. Međutim, raspored ćelija 120 baterije nije ograničen na šestougaoni raspored i može da bude različit. Na primer, ćelije baterije mogu da budu raspoređene u skladu sa pravougaonim ili kvadratnim rasporedom.

[0086] Prvi kanali 111 prve krajnje ploče 114 povezuju pumpu 130 sa unutrašnjošću baterijskog modula 100 na pozicijama koje odgovaraju lokacijama prostora 119. Sa ovim rasporedom može da se uspostavi protok prvog fluida za temperiranje pomoću pumpe 130 oko ćelija 120 baterije u x-pravcu na paralelan način.

[0087] Sl. 7 ilustruje tok navedenog prvog fluida za temperiranje podebljanim strelicama. Prvi fluid za temperiranje se pumpa pomoću pumpe 130 kroz prvi kanal 111 za fluid u unutrašnjost kućišta 110 nepropusnog za tečnost na poziciji koja odgovara položaju prostora 190. Prostor 190 pokazuje, zbog svog prilično velikog poprečnog preseka, prilično mali otpor protoka u y-pravcu, tako da prvi fluid za temperiranje teče oko ćelija baterije 120 na paralelan način u x-pravcu. Nakon toga, prvi fluid za temperiranje ulazi u drugi prostor 190 na suprotnoj strani i ponovo ulazi u pumpu 130 preko prvog kanala 111 za fluid.

[0088] Prva i druga krajnja ploča 114, 116 sadrže druge kanale za fluid, koji povezuju druge protočne kanale 112 profilnog kućišta 113 sa otvorima 118. To jest, drugi kanali 112 za fluid na strani profilnog kućišta 113 su spojeni u drugim kanalima za fluid krajnjih ploča 114, 116 i vode do spojnog otvora 118 za povezivanje sa sekundarnim sistemom za temperiranje.

[0089] Sl. 8 ilustruje pomenuti tok drugog fluida za temperiranje sekundarnog sistema za temperiranje podebljanim strelicama. Drugi fluid za temperiranje se pumpa kroz otvor 118, druge kanale za tečnost krajnje ploče, drugi kanal za tečnost 112 profilnog kućišta 113, drugi kanal za tečnost druge krajnje ploče i kroz drugi otvor 118 iz baterijskog modula 100.

[0090] Kao što je ilustrovano na sl. 7 i Sl. 8, strujanje prve tečnosti za temperiranje unutar prostora 119 je usmereno u smeru suprotnom od protoka drugog fluida za temperiranje unutar drugih kanala za tečnost 112 profilnog kućišta 113. Na taj način, termička spojnica između prve tečnosti za temperiranje i druge tečnosti za temperiranje tečnost za temperiranje je optimizovana.

[0091] To jest, kućište 110 nepropusno za tečnost deluje kao izmenjivač toplote između prvog fluida za temperiranje zapečaćenog unutar nepropusnog kućišta 110 (uključujući pumpu 130 i prve kanale za tečnost 111) i drugog fluida za temperiranje sekundarnog sistema za temperiranje.

[0092] Sl. 9 do 12 ilustruju primer električne veze velikog broja ćelija 120 baterije paralelno, gledano iz različitih pravaca. Slike pokazuju osam ćelija 120 baterije povezanih jedna sa drugom na paralelan način sa dve električne spojne šipke 121. Navedene električne spojne šipke 121 su, na primer, napravljene od metala. Prva spojna šipka 121 povezuje plus polove ćelija 120 baterije jedan sa drugim. Druga spojna šipka 121 povezuje minus polove ćelija 120 baterije jedan sa drugim.

[0093] Spojne šipke 121 mogu biti zavarene za plus ili minus polove ćelija 120 baterije. Na primer, svaka spojna šipka 121 može biti laserski zavarena za bilo koji od plus i minus polova ćelija 120 baterije. Spojne šipke 121 sadrže terminalni deo 122 za vezu sa mernim uređajem kao što je senzor napona (nije ilustrovan). Podrazumeva se da više ili manje od osam ćelija 120 baterije može biti povezano jedna sa drugom paralelno. Dalje, električni spoj nije ograničen na šipku 121, već može biti ploča ili slično.

[0094] Sl.13 i 14 ilustruju električno povezane ćelije 120 baterije na sl.9 do 12, koje drži držač 140 ćelija. Držač 140 ćelija se sastoji od više delova 141 u obliku polu-omotača za držanje većeg broja ćelija 120 baterije. Konkretno, ćelije 120 baterije se drže na svojim bočnim površinama , ostavljajući delove stubova nepokrivene. Držači 140 ćelija mogu biti napravljeni od neprovodnog materijala kao što je sintetički materijal kao plastika ojačana staklenim vlaknima. Držač 140 ćelija može da sadrži delove za montažu poput rupa za zavrtnje za vezu sa kućištem 110 nepropusnim za tečnost i/ili drugim držačem 140 ćelija.

[0095] Cela ili uglavnom cela bočna površina ćelija 120 baterije je prekrivena delovima 141 u obliku polu-omotača dva držača 140 ćelija. Na slikama je samo jedan držač 140 ćelija prikazan radi ilustracije. Međutim, bočne površine ćelija 120 baterije su pokrivene prikazanim donjim držačem ćelije 140 i gornjim držačem ćelije, koji nije ilustrovan. Delovi u obliku polu-omotača donjeg držača 140 ćelija i gornjeg držača ćelije pokrivaju bočnu površinu ćelija baterije 120 sa pozitivnim pristajanjem. Držači 140 ćelija su konstruisani tako da smanje zapreminu koju zauzima prva tečnost za temperiranje unutar kućišta 110 nepropusnog za tečnost. Na primer, držači ćelija mogu da imaju debljinu iznad unapred određenog praga.

[0096] Sl. 15 i 16 ilustruju dva seta paralelno povezanih ćelija 120 baterije sa odgovarajućim držačima 140 ćelija, koji su međusobno povezani serijski.

[0097] Sl. 17 i 18 prikazuju snop baterija koji sadrži veliki broja ćelija 120 baterije u vidu prikaza iz suprotnih smerova duž y-ose. Sl. 19 i 20 su pregledne ilustracije kompleta baterija. Baterijske ćelije 120 su povezane jedna sa drugom na prednjoj i zadnjoj strani koja odgovara otvorenim krajnjim stranama profilnog kućišta 113 pomoću spojnih listova 123a-d.

[0098] Konkretno, na strani koja odgovara lokaciji prve krajnje ploče 114, kao što je ilustrovano na Sl. 17, plus polovi tri gornja reda ćelija 120 baterije povezani su jedan sa drugim pomoću prvog spojnog lista 123a. Prvi spojni list 123a je povezan sa prvim električnim vodom 117a. Dalje, minus pol tri unutrašnja reda ćelija 120 baterije i plus polovi tri donja reda ćelija 120 baterije povezani su jedan sa drugim pomoću drugog spojnog lista 123b.

[0099] Na strani koja odgovara lokaciji druge krajnje ploče 116, kao što je ilustrovano na sl.18, minus polovi tri gornja reda ćelija 120 baterije i plus polovi tri unutrašnja reda ćelija 120 baterije povezani su jedan sa drugim pomoću trećeg spojnog lista 123c. Dalje, minus polovi tri donja reda ćelija 120 baterije povezani su jedan sa drugim pomoću četvrtog spojnog lista 123d. Četvrti spojni list 123d je povezan sa drugim električnim vodom 117b.

[0100] Baterijski modul 100 i, posebno, snop baterija nisu ograničeni na opisano podešavanje. Konkretno, ćelije 120 baterije mogu da budu raspoređene na drugačiji način, u zavisnosti od tipa ćelija 120 baterije, ukupnog napona i performansi koje treba postići.

[0101] Kao što je gore opisano, svaka ćelija 120 baterije se drži sa dva dela 141 u obliku poluomotača odgovarajućih držača 140 ćelija koji se nalaze ispod i iznad ćelija 120 baterije.

[0102] Sl.21 je šematski ilustracija električne veze ćelija 120 baterije unutar snopa baterija. Radi jasnoće i razumljivosti, snop baterija je ilustrovan kao da se sastoji od šest slojeva ćelija 120 baterije, pri čemu svaki sloj sadrži devet ćelija 120 baterije povezanih jedna sa drugom paralelno ili serijski. Slojevi su međusobno povezani pomoću četiri spojna lista 123a-d. Napon celokupne baterije je obezbeđen između dva električna voda 117a i 117b. Ilustracija predstavlja pojednostavljenu vizualizaciju principa povezivanja paketa baterija i, prema tome, baterijski modul 100 nije ograničen na ilustrovani broj ćelija 120 baterije, redova i slojeva.

[0103] Sl. 22 i 23 su ilustracije spoljašnjeg izgleda baterijskog modula 100, pri čemu prva i druga krajnja ploča 114, 116 kao i poklopac 115 pumpe nisu prikazani.

[0104] Tokom punjenja baterijskog modula 100 ili u slučaju kada baterijski modul obezbeđuje veliku struju, toplota se generiše unutar baterijskog modula 100, uglavnom na pozicijama polova baterijske ćelije. Navedena toplota se prenosi na prvi fluid za temperiranje, što može dovesti do promene zapremine prve tečnosti za temperiranje. Kada je kućište 110 nepropusno za tečnost u potpunosti ispunjeno prvim fluidom za temperiranje, pritisak unutar kućišta 110 nepropusnog za tečnost može da poraste. Prema tome, kućište 110 nepropusno za tečnost je konstruisano tako da bude nepropusno za pritisak. Na primer, kućište nepropusno za tečnost može biti nepropusno za pritisak do pozitivnog pritiska od 1 bar, 1,5 bara, 2 bara ili slično. Slično, ako se temperatura prve tečnosti za temperiranje smanji, pritisak unutar nepropusnog kućišta 110 može da se smanji. Dakle, kućište nepropusno za tečnost je konstruisano tako da bude nepropusno do negativnog pritiska od 1 bar. Ovo se može postići korišćenjem, na primer, profilnog kućišta 113, prve i druge krajnje ploče 114, 116 dovoljne debljine, čvrsto spojenih jedna sa drugom upotrebom dovoljnog broja vijaka sa odgovarajućim zaptivačima.

[0105] Da bi se omogućila promena zapremine prve tečnosti za temperiranje bez prekomernog povećanja/smanjenja pritiska unutar kućišta 110 nepropusnog za tečnost, kućište 110 nepropusno za tečnost može biti delimično ispunjeno gasom. Na primer, gas može da zauzima zapreminski procenat unutrašnjosti nepropusnog kućišta do 1%, 2%, 3%, 4%, 5% ili slično. Navedeni procenat napona može biti u opsegu između bilo koje dve od navedenih vrednosti. Zapreminski procenat može biti iznad unapred određene vrednosti (npr. 0,1%, 0,2%, 1% ili slično). Procenti zapremine se mogu odnositi na zapreminske procente u odnosu na zapreminu unutrašnjosti nepropusnog kućišta 110 na datoj temperaturi , na primer 298,15 K (25 °C). Iako nije ograničen na to, gas uključen u kućište 110 nepropusno za tečnost može biti vazduh, na primer.

[0106] Baterijski modul 100 može, pored gore opisanih komponenti, da sadrži jedan ili više temperaturnih senzora pričvršćenih za ćeliju 120 baterije, držač 140 ćelija, unutrašnju površinu kućišta 110 nepropusnog za tečnost ili slično, i odgovarajući senzor temperature vodovi za obezbeđivanje signala senzora temperature spoljašnjem delu baterijskog modula 100. Baterijski modul 100 može dalje da sadrži jednu ili više vodova za detekciju napona povezanih, na primer, na spojnu šipku 121 ili spojni list 123a-d za obezbeđivanje signala napona na senzor napona izvan modula baterije 100. Dalje, baterijski modul 100 može sadržati jedan ili više elemenata za ograničavanje struje kao što su osigurači. Baterijski modul 100 može dalje da sadrži kontroler poput mikroprocesora koji je povezan sa pumpom 130. Kontroler može da prima signale napona od senzora napona i/ili temperaturne signale od senzora temperature. Na osnovu signala temperature i/ili napona i, na primer, odgovarajućih zadatih tačaka, kontroler kontroliše rad pumpe 130.

[0107] Sistem baterija prema jednoj realizaciji obuhvata najmanje jedan baterijski modul 100 kao što je gore opisano i sekundarni sistem za temperiranje povezan sa portovima 119 baterijskih modula 100. Sistem za temperiranje obuhvata, na primer, pumpu, izmenjivač toplote i cevi za fluid za uspostavljanje protoka drugog fluida za temperiranje. Na primer, sistem za temperiranje može biti povezan sa mnoštvom baterijskih modula 100. Na primer, drugi fluid za temperiranje može da protiče kroz mnoštvo baterijskih modula 100 na paralelan ili serijski način. Izmenjivač toplote sistema za temperiranje može biti konfigurisan da razmenjuje toplotu između drugog fluida za temperiranje i hladnjaka i/ili izvora toplote. Hladnjak ili izvor može biti, na primer, ambijentalni vazduh. Dalje, sistem za temperiranje može da sadrži električni grejač konfigurisan da zagreva drugu tečnost za temperiranje kako bi se omogućila kontrola temperature svakog od baterijskih modula 100.

[0108] U nastavku je sažet koncept baterijskog modula 100 i sistema baterija.

[0109] Osnovna ideja baterijskog modula/sistema je da dizajnira kolo za temperiranje za baterijski modul 100 koji se sastoji od više ćelija 120 baterije kao zatvorenog sistema. To znači da je definisani rezervoar za tečnost (prvi fluid za temperiranje) zatvoren u dodeljenom prostoru (kućište 110 nepropusno za tečnost, pumpa 130 i prvi kanali 111 za fluid) zajedno sa ćelijama 120 baterije. Prvi fluid za temperiranje je napravljen da cirkulišu tamo i toplota se rasipa sa polova ćelije baterije. Preko prve tečnosti za temperiranje, koja je električno neprovodna, ali ima dobre karakteristike toplotne provodljivosti, toplota se prenosi na unutrašnji zid profilnog kućišta 113. Drugi kanali 112 za fluid su uključeni u profilno kućište 113, koji su konfigurisani da budu povezan sa sekundarnim sistemom za temperiranje. Profilno kućište 113 tako formira izmenjivač toplote u obliku kućišta.

[0110] Zajedno, krajnje ploče 114, 116 i profilno kućište 113 formiraju zatvoreno kućište 110 nepropusno za tečnost. Zaptivači između krajnjih ploča 114, 116 i profilnog kućišta 113 obezbeđuju da kućište ostane čvrsto čak i pri povećanom pritisku na 1 bar i da nijedna prva tečnost za temperiranje ne može da izađe.

[0111] Pumpa 130 (mikropumpa, na primer) je postavljena na jednu od krajnjih ploča 114, 116 kućišta 110 nepropusnog za tečnost i direktno je povezana sa prvim kanalima 111 za fluid integrisanim u krajnjim pločama 114, 116, tako da prva tečnost za temperiranje u nepropusnom kućištu 110 može se transportovati i može se odvijati cirkulacija. Ova cirkulacija podržava odvođenje toplote ili apsorpciju toplote između profilnog kućišta 113 i prve tečnosti za temperiranje. Profilno kućište 113 može zauzvrat da odvodi toplotu preko integrisanog drugog kanala 112 za fluid sa drugim fluidom za temperiranje, npr. smešom vode i glikola. Ovo profilnom kućištu 113 daje funkciju izmenjivača toplote, npr. za temperaturne opsege od -50°C do 60°C. Opseg temperature za rad baterijskog modula 100 može zavisiti od tačke tečenja drugog fluida za temperiranje u drugim kanalima 112 za fluid.

[0112] Kućište 110 nepropusno za tečnost sadrži pojedinačne ćelije 120 baterije, koje su međusobno električno povezane i koje se drže na svom mestu pomoću strukturnih delova, držača 140 ćelija. Držači 140 ćelija takođe imaju funkciju pokrivanja bočnih površina pojedinačne ćelije 120 baterije. Držač 140 ćelija može da pokriva oko 50% bočne površine. Držač 140 ćelija sledećeg reda ćelija 120 baterije je u pozitivnoj blizini ovog držača 140 ćelija i pokriva dodatnu površinu na takav način da je bočna površina ćelije 120 baterije ograničena od prve tečnosti za temperiranje preko celog obima. Ovo smanjuje prostor koji zauzima prva tečnost za temperiranje.

[0113] Kućište 120 nepropusno za tečnost, koje predstavlja zatvoreni kontejner, ispunjeno je prvim fluidom za temperiranje do te mere da se sloj gasa, npr. vazduha, stvara samo u gornjem delu. Područje je projektovano tako da kada se prvi fluid za temperiranje širi pod temperaturom, zapremina zatvorenog vazduha se smanjuje za zapreminu ekspanzije prve tečnosti za temperiranje. To dovodi do blagog povećanja pritiska u sistemu. Zaptivači kućišta 110 nepropusnog za tečnost su projektovani da izdrže ovo povećanje pritiska od oko 0,3 bara, 1,0 bara, 1,5 bara ili slično.

[0114] Zbog upotrebe kućišta 110 nepropusnog za tečnost, termički nezavisni baterijski moduli 100 mogu biti električni povezani jedan sa drugim kako bi se formirao paket baterija. Ovo omogućava smanjenje temperaturnih razlika između baterijskih modula 100, pošto unutrašnja cirkulacija prve tečnosti za temperiranje u baterijskim modulima 100 može da se reguliše pojedinačno. Međutim, mogu se primeniti željeni temperaturni rasponi između baterijskih modula 100. Ovo može biti korisno ako se deo baterijskog sistema koristi za specijalnu primenu; pored električnog odvajanja, za ovaj slučaj se može primeniti i termička separacija. Funkcija izmenjivača toplote je integrisana u kućište 110 nepropusno za tečnost baterijskih modula 100. Ovo može uštedeti troškove i težinu. Dalje, možda neće biti potrebe za složenim i raznovrsnim zaptivačima. Uobičajena tečnost (voda-glikol), koja ne mora da ima nikakva posebna električna svojstva, može se koristiti kao drugi fluid za temperiranje u sekundarnom kolu.

[0115] Ukratko, obezbeđen je baterijski modul, koji se sastoji od kućišta nepropusnog za tečnost i većeg broja ćelija baterije raspoređenih u kućištu nepropusnom za tečnost. Prvi fluid za temperiranje je uključen u kućište nepropusno za tečnost u termičkom kontaktu sa mnoštvom ćelija baterije i sa unutrašnjom površinom kućišta nepropusnog za tečnost. Kućište nepropusno za tečnost je konstruisano da omogući protok drugog fluida za temperiranje između unutrašnje površine i spoljašnje površine kućišta nepropusnog za tečnost. Dalje je obezbeđen sistem baterija koji se sastoji od baterijskog modula i sekundarnog sistema za temperiranje koji je povezan sa nepropusnim kućištem baterijskog modula i konfigurisan da uspostavi protok druge tečnosti za temperiranje.

Claims

Patentni zahtevi

1. Baterijski modul, koji sadrži

kućište (110) nepropusno za tečnost;

veliki broj ćelija (120) baterije raspoređenih u kućištu (110) nepropusnom za tečnost; i prvi fluid za temperiranje uključen u kućište (110) nepropusno za tečnost u termičkom kontaktu sa velikim brojem ćelija (120) baterije i sa unutrašnjom površinom kućišta (110) nepropusnog za tečnost;

kućište (110) nepropusno za tečnost je konstruisano da omogući protok drugog fluida za temperiranje između unutrašnje površine i spoljašnje površine kućišta (110) nepropusnog za tečnost

naznačen time što

kućište (110) nepropusno za tečnost sadrži

profilno kućište (113) sa dve otvorene krajnje strane, koje su locirane nasuprot jedna drugoj duž glavne ose baterijskog modula; i

prvu krajnju ploču (114) i drugu krajnju ploču (116) koje na dve otvorene krajnje strane zatvaraju, na način nepropusan za tečnost, profilno kućište (113), pri čemu

profilno kućište (113) je konfigurisano kao profilno kućište sa dvostrukim zidom, pri čemu je integralno formiran drugi kanal (112) za tok drugog fluida za temperiranje.

2. Baterijski modul prema patentnom zahtevu 1, koji dalje sadrži

pumpu (130) raspoređenu na spoljašnjosti kućišta (110) nepropusnog za tečnost i povezanu sa unutrašnjošću kućišta (110) nepropusnog za tečnost preko prvih kanala (111) za fluid kućišta (110) nepropusnog za tečnost, pri čemu

pumpa (130) je konfigurisana da generiše protok prvog fluida za temperiranje unutar kućišta (110) nepropusnog za tečnost, pumpanjem prvog fluida za temperiranje kroz prve kanale (111) za fluid.

3. Baterijski modul prema patentnom zahtevu 2, pri čemu kućište (110) nepropusno za tečnost, pumpa (130) i prvi kanali (111) za fluid formiraju materijalno zatvoren sistem prvog fluida za temperiranje.

4. Baterijski modul prema kom od patentnih zahteva 1 do 3, pri čemu

drugi kanal (112) za fluid štrči u unutrašnjost kućišta (110) nepropusnog za tečnost.

5. Baterijski modul prema kom od patentnih zahteva 1 do 4, pri čemu

drugi kanal (112) za fluid ima kružni poprečni presek.

6. Baterijski modul prema kom od patentnih zahteva 1 do 5, pri čemu

drugi kanal (112) za fluid se pruža u smeru glavne ose baterijskog modula.

7. Baterijski modul prema kom od patentnih zahteva 1 do 6, koji sadrži

prvi zaptivač raspoređen po obodu između prve krajnje ploče (114) i profilnog kućišta (113); i

drugi zaptivač raspoređen po obodu između druge krajnje ploče (116) i profilnog kućišta (113).

8. Baterijski modul prema patentnom zahtevu 7, pri čemu

prvi zaptivač i drugi zaptivač su ravni zaptivači.

9. Baterijski modul prema patentnom zahtevu 7 ili 8, pri čemu

i prvi zaptivač i drugi zaptivač su raspoređeni u ravni koja je normalna na glavnu osu baterijskog modula.

10. Baterijski modul prema kom od patentnih zahteva 1 do 9, pri čemu

profilno kućište (113) je napravljeno od materijala sa termičkom provodljivošću od 50 W/(m·K) ili više.

11. Baterijski modul prema kom od patentnih zahteva 1 do 10, pri čemu

kućište (110) nepropusno za tečnost je delimično ispunjeno gasom.

12. Baterijski modul prema patentnom zahtevu 11, pri čemu

zapreminski procenat kućišta (110) nepropusnog za tečnost ispunjen gasom je 5 % ili niži.

13. Baterijski modul prema kom od patentnih zahteva 1 do 12, koji dalje sadrži

veliki broj držača (140) ćelija koji uključuju delove (141) u obliku polu-omotača konfigurisane da drže veliki broj ćelija (120) baterije, pri čemu su bočne površine velikog broja ćelija (120) baterije pokrivene delovima (141) u obliku polu-omotača.

14. Sistem baterija koji sadrži,

baterijski modul (100) prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 13; i

drugi sistem za temperiranje povezan sa kućištem (110) nepropusnim za tečnost baterijskog modula (100) i konfigurisan da uspostavi protok drugog fluida za temperiranje.

15. Sistem baterija prema patentnom zahtevu 14, pri čemu se prvi fluid za temperiranje razlikuje od drugog fluida za temperiranje.