CN101573826B - 带有温度控制装置的电池组件 - Google Patents

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Abstract

本发明的电池模块适合于以各种结构使用，所述结构包括而不限于自动车中使用的重叠的电池单体封装结构和竖直堆叠的电池单体封装结构。所述电池模块具有多个电池组散热组件，其中所述电池单体设置在所述散热组件之间。多个杆(110)延伸穿过每个散热组件，以将所述散热组件和电池单体彼此固定，以形成所述电池模块。

Description

带有温度控制装置的电池组件
技术领域
本发明涉及具有电池单体的电池组，并且更特别地，涉及用于电动/混合动力车辆的电池组，该车辆具有冷却所述电池组内部的电池单体的冷却系统或加热系统。
背景技术
机动车辆，例如混合动力车辆，使用多个推进系统提供动力。这通常指的是汽油-电混合动力车辆，其使用汽油向内燃机(ICEs)提供动力，并且使用电池向电动机提供动力。这些混合动力车辆通过利用反馈制动获取动能的方式向它们的电池再充电。在慢速或怠速时，燃烧发动机的一部分输出被提供到发电机(仅仅是在发电模式下运转的电动机)，该发电机产生电流对电池充电。这与全电动车形成对比，其中全电动车使用由例如电网或扩程拖车的外部电源进行充电的电池。几乎所有的混合动力车辆都仍然需要汽油作为它们的主要燃料源，当然偶尔也会使用柴油或其它燃料例如乙醇或者基于农作物的油料。
电池组和电池单体是本领域公知的重要的能量储存装置。电池组和电池单体通常包括电极和定位在电极之间的离子传导电解液。包含锂离子电池的电池组在自动车和各种商业电气设备中的应用变得越来越广泛，这是因为它们可再充电并且没有记忆效应。为了让电池在更长的时间周期内保持电量，在最佳的工作温度下储存和使用锂离子电池是非常重要。
由于锂离子电池的特性，电池组在-20℃至60℃环境温度范围内工作。然而，即使在该温度范围内工作，当环境温度降到0℃以下时，电池组可能也将开始丧失其充电或放电的容量或能力。根据环境温度，随着温度偏离0℃，电池的寿命周期容量或充电/放电能力将显著地降低。然而，将锂离子电池在环境温度下降到该温度范围之外的地点使用是不可避免的。
如上所述，显著的温度变化可能会一个电池单体接着一个电池单体地发生，这对于电池组的性能来说是有害的。为了提高整个电池组的寿命，电池单体必须处于理想的阈值温度之下。为了提升电池组的性能，电池组中的电池单体之间的温差应当被最小化。然而，不同的电池单体将根据通向周围环境的热通路而达到不同的温度。此外，出于相同的原因，不同的电池单体在充电过程中达到不同的温度。因此，如果一个电池单体相对于其它电池单体处于更高的温度，那么其充电或放电效率将会不同，因此，它可能比其它电池单体更快地充电或放电。这将导致整个电池组的性能降低。
本领域中充满着各种带有冷却系统的电池组设计。Jones等人的美国专利No.5,071,652教导了一种包括为圆形结构的外压力容器的金属氧化物-氢电池，所述外压力容器包含并排设置的多个圆形的电池单体模块。相邻的电池单体模块被圆形传热元件隔开，所述圆形传热元件将热量从电池单体模块传递到所述外压力容器。每个传热元件包括设置在相邻的电池单体模块之间的大致平坦的主体或翅片。外围的凸缘设置成与所述压力容器的内表面相接触。每个电池单体模块的宽度大于所述凸缘的长度，使得每个传热元件的凸缘不与相邻的传热元件接触。所述凸缘被构造和布置成向所述压力容器施加向外的径向力。系杆用于将电池单体模块和传热元件以插入所述压力容器中的堆叠的形式夹持在一起。
Jones等人的美国专利No.5,071,652教导的金属氧化物-氢电池被设计成用于圆柱形的电池并且教导了传热元件与所述容器直接接触，从而不能在所述容器和传热元件之间形成可以用来引入冷却或加热介质对电池单体进行冷却或加热的间隙。
Earl等人的美国专利No.5,354,630教导了一种圆形结构的Ni-H2储存电池的通用压力容器，其具有包含一堆隔室的外压力容器。隔室中每个都包括至少一个电池单体、传热元件和用于在相邻隔室之间保持相对恒定的距离的电池单体间隔件。所述传热元件包括与电池单体热接触的翅片部分和从所述翅片部分纵向地延伸并且与所述压力容器的内壁紧密地热接触的凸缘部分。所述传热元件用于将电池单体产生的热径向地传递给压力容器。
与Jones等人的美国专利No.5,071,652教导的金属氧化物-氢电池类似，Earl等人的美国专利No.5,354,630教导的储存电池被设计成用于圆柱形的电池。这种金属氧化物-氢电池教导了传热元件与容器直接接触，从而不会在容器和传热元件之间形成可以用来引入冷却或加热介质对电池单体进行冷却或加热的间隙。
Hoffman等人的美国专利No.6,117,584教导了一种与电化学能储存电池一起使用的热导体。该热导体被附接到与电化学电池单体接触的阳极和阴极中的一个或两者。导体的弹力部分响应所述导体和密封容器的相邻的壁结构之间的相对运动，改变高度或位置以保持所述导体和所述壁结构之间的接触。所述热导体传导流入或流出所述电化学电池单体的电流，并且在电化学电池单体和设置在所述导体和所述壁结构间的导热且不导电的材料之间传导热能。Hoffman等人的美国专利No.6,117,584教导的热导体被附接到与电池单体接触的阳极和阴极中的一个或两者并且不处于电池单体之间。
Ogata等人的美国专利No.6,709,783教导了一种具有多个棱柱面电池模块的电池组，所述多个棱柱面电池模块由彼此平行布置的镍金属氢化物电池构成。每个电池模块由通过手动地整体地连接多个棱柱状电池壳体形成的整体壳体构成，所述电池壳体具有短的侧面和长的侧面，所述短的侧面构成相邻的电池壳体之间的隔板并且被共用。多个由薄片制成的间隔件在相对的方向上弯曲，使得交替地突出的槽或脊分别接触电池模块的相对的长的侧面，以在电池模块之间提供冷却通道。Ogata等人的美国专利No.6,709,783教导的电池组用于在电池单体之间限定空间也就是冷却通道，从而减损所述电池组的封装特性。
Hinton等人的美国专利No.6,821,671教导了一种用于冷却电池单体的设备。根据Hinton等人的美国专利No.6,821,671的图1所示，冷却翅片连接至具有围栏(railing)的电池单体，当每个冷却翅片在围栏之间滑动时所述围栏用于保持所述冷却翅片，从而将所述冷却翅片安装在相应的电池单体内，由此形成前述设备。冷却翅片与电池单体的接合为这样一种形式，即冷却翅片不延伸超出电池单体。从而，如果冷却介质从该设备的侧面导入，那么所述冷却介质仅用于其所适用的预期目的。例如，如果所述冷却介质被供给到该设备的前部，则只有第一个电池单体暴露于所述冷却介质，从而妨碍了其它电池单体的有效冷却。
如上所述，Hinton等人的美国专利No.6,821,671的图7示出了该设备，其中带插入穿过从所述冷却翅片延伸的耳部，连接多个电池单体，以形成所述设备并且与翅片一起保持电池单体处于受压状态。如图7中所示，所述带使电池单体变形，从而负面地影响了每个电池单体的电解液、阴极和阳极之间的化学反应，并且导致电池单体的使用寿命缩短。
日本专利公开No.JP2001-229897教导了一种电池组设计和形成该电池组的方法。该方法的目的是在电池单体之间形成空间，以便冷却空气穿过所述空间，在所述电池之间冷却所述电池。与前述Ogata等人的美国专利No.6,709,783类似，日本专利公开No.JP2001-229897教导的电池组在电池之间限定空间，从而减损了所述电池组的封装特性。
因此，仍然存在对现有技术中的锂电池组做出改进的可能，以增大锂电池工作的环境温度范围并且提供一种具有改进的封装特性的新型的电池组。
同样，还存在着将所述电池组保持在最佳工作温度，以确保可能的最长的工作寿命、额定容量和公称的充电率和放电率的可能。
发明内容
本发明的电池模块或电池组适合以各种结构使用，包括而不限于在自动车中使用的水平地或竖直地堆叠的电池单体封装结构。所述电池组具有多个电池模块，每个电池模块具有多个电池单体，每个电池单体都被夹在相应的散热器之间，所述散热器由导热材料例如扁材铝合金薄片等形成，这不限制本发明的范围。
优选地，各个电池单体为锂离子电池单体，该锂离子电池单体具有第一集电器和与所述第一集电器相邻的第一电极以及第二集电器和与所述第一电极极性相反并且与所述第二集电器相邻的第二电极。隔离层设置在所述第一和第二电极之间并且在所述第一和第二电极之间具有第一和第二电极导电电解液。多个第一和第二电极堆叠和封装到电绝缘封套中以形成电池单体。所述电池单体封装包括侧边缘和末端部。一个末端部包括沿第一方向从其延伸的第一弯头，另一末端部包括沿与所述第一方向相反的第二方向从其延伸的第二弯头。
散热器包括末端部以及顶部与底部传热边缘。所述顶部和底部传热边缘可以包括多个与所述散热器成整体并从所述散热器延伸的翅片。所述翅片可以是冷成形的并且被设计成根据需要从所述电池传递出热或向所述电池传递热。一对电绝缘间隔件装置或耳部被机械地附接在散热器各个侧面上。多个螺栓被模制到所述散热器一侧上的间隔件中并且从所述间隔件延伸，同时不具备所述多个螺栓但具有用于传感器的间隙(relief)的间隔件占据相对的一侧以形成散热组件。电池单体末端以电串联或电并联的结构折叠越过所述螺栓。所述电池单体被设置在散热组件之间。
多个柔性电路部分被定位在所述螺栓上方以感测每个串联接头的电压。集成的传感器被定位在所述柔性电路部分上以提供温度感测。带有一体的弹簧垫圈的螺母被螺纹连接在每个螺栓上并且在每个螺栓上提供扭矩以用于导电和机械保持。两个端板或压板附接到彼此对齐并且中间夹有电池单体的散热组件上。
至少四个系杆在外围延伸穿过每个散热组件和压板，从而将整个电池模块设置成受压状态以在电池单体内部提供更短的离子传导路径并且改进散热器的传热性能。
填充材料，例如聚氨酯，聚氨酯泡沫，硅酮或环氧树脂，被注入放在壳体内的电池模块中，以至少部分地或完全地密封所述电池模块和相应的电池单体，从而消除所述电池单体和壳体之间的空气间隙。所述填充材料还用于防止电极堆叠由于震动或振动而在电池单体封装材料内移动。所述填充材料还防止电池单体封装日久变得松弛，防止电解液沉入电池单体封装的底部，从而防止降低电池的电容量。所述填充/密封材料还防止电池模块在电池组壳体内运动。
本发明的优点为提供了一种具有非常高能量密度特性的电池模块，其中所述高能量密度是通过在小容积空间内组装电池单体、电源和数据输送装置、控制器、冷却装置以及保持结构而获得的，从而改进了封装特性并且提供了紧凑的产品。
本发明的另一优点为提供了一种具有能够包围和固定电池单体的极佳保持结构的电池模块。
本发明的再一优点为提供了一种具有能够在电池单体封装中包围和固定电极堆叠使之不能移动的极佳保持结构的电池模块。
本发明的再一优点为提供了一种由填充材料密封的电池模块，所述填充材料能够显著地降低液体渗透进入电池组或由电池模块内部向该电池模块的外部泄漏的潜在可能性，从而防止电池模块的使用寿命降低或过早损坏。
本发明的再一优点为提供了一种轻重量的电池组设计，其包括作为潜在保持装置的聚氨酯泡沫，这相对于传统的保持方法例如硅酮或环氧树脂粘接剂来说是非常具有竞争力的。
本发明的再一优点为提供了一种封装方法，其采用容纳所述模块的壳体，所述模块包括填充有密封材料的渐缩体，所述密封材料将所述模块锁定就位并且将允许电池组任意定向地安装。
本发明的再一优点为提供了一种电池组，其由于采用了简化的组装方法而降低了制造成本。
本发明的再一优点为提供了一种具有平衡的热管理系统的电池组，其中所述电池组的每个电池单体接收类似的温度和热管理介质流，以帮助热的移除和增加。
本发明的再一优点为提供了一种冷却系统，其通过在快速充电或放电脉冲过程中有效地移除那些可能会对电池组的性能和寿命产生不良影响的不必要的热量，从而允许电池组传送和接收高速率(即C-rate)电流。
本发明的再一优点为提供了一种加热系统，其允许电池组在暴露于低于电池化学理想工作范围的温度时也能够工作。
本发明的再一优点为提供了一种设计简单并且重量轻的电池组。
本发明通过增加电池组能够工作的周围环境温度范围，提供了优于现有技术的电池组的多个优点。同样，本发明有助于将电池组保持在理想的工作温度，从而延长电池组的使用寿命，并且增加电池组的安全性。
附图说明
通过结合附图参考下文的详细描述，可以更好地和更容易地理解本发明的其它优点，其中：
图1是包含多个模块的电池组的透视图，其中每个模块都具有多个电池单体，电池单体在电池模块内部彼此相互连接，此外还说明了电池组控制电子设备和外部连接；
图2是图1中的电池组的另一透视图，其示出了两个电池模块，每个电池模块都具有夹在散热组件中间的电池单体，其中每个电池模块被壳体的基部支撑；
图3是图2中的电池组的另一透视图，其示出了前述两个电池模块和一对输送装置，所述输送装置带有设置在电池模块上的应力释放元件，从而使所述电池模块相互连接；
图4描绘了由带有应力释放元件的输送装置互连的电池模块的断面图，所述应力释放元件为位于电池模块之间的应力释放元件；
图5示出了电池组的散热组件；
图6示出了所述散热组件的替换实施例；
图7至12示出了可替换的传热边缘结构的局部视图；
图13示出了具有一对在不同方向上延伸的末端弯头的电池单体；
图14示出了与所述散热组件的传感器区域接合的电池单体的局部透视图；
图15示出了与所述散热组件的末端部接合的电池单体的局部透视图；
图16描绘了电池模块的局部透视图，其示出了所述散热组件的侧面以及从所述侧面延伸的所述散热片传热边缘，还描绘了与散热组件的侧面接合的电池单体的弯头，其被多个压力板和延伸穿过所述散热组件的杆加压，从而向所述电池施加压力；
图17描绘了电池模块的可替换实施例的局部透视图；
图18是电池模块的透视图，所述电池模块具有柔性电路部分，该柔性电路部分在整个电池弯头上延伸并且在所述压力板之间延伸并且延伸到末端尾部，以提供与在图1最佳地示出的控制器的相互连接；
图19是前压力板组件的透视图；
图20是图1中所示的电池模块的替换实施例，描绘了多个加热装置；
图21示出了设置在壳体中的图20的电池模块的侧视图；以及
图22是出了设置在壳体中的图20的电池模块的俯视图。
具体实施方式
参见附图，其中相同的附图标记表示相同的或相应的部件，本发明的电池单元或电池组适于以各种结构进行使用，所述结构包括但不限于在自动车应用中使用的水平地或竖直地堆叠的电池单体封装结构。电池组件或电池组在图1中通常用10表示。电池组件10包括多个电池模块，每个电池模块在图2和3中通常用12表示。
每个电池模块12包括多个电池单体，在图13中通常用14表示。优选地，每个电池单体14都是不限制本发明范围的锂离子电池。电池领域中的技术人员将会意识到其它电池单体也可与本发明一起使用。每个电池单体14包括彼此相互作用的多个电池构件(未示出)，在所述电池构件之间具有锂电池领域中的技术人员已知的电解液。第一电极与第一集电器相邻，与所述第一电极相对的第二充电电极与第二集电器相邻。隔离层定位在所述第一和第二电极之间，所述第一和第二电极之间具有电解液。多个第一电极和第二电极被堆叠和封装到电绝缘的封套中以形成电池单体。
如上所述，所述电池单体14具有侧边缘16和18。第一弯头20具有正极接线端，第二弯头22具有负极接线端。每个弯头20和22都具有至少90度和最多90度的限定角度。每个弯头20和22都具有一对半圆形的开口24。或者，每个弯头20和22可具有其它开口(未示出)。如图13-15中最佳的示出，所述第一弯头20沿着与第二弯头22相反的方向延伸，即第一弯头20的开口24与第二弯头22的开口24相反地面对。
如图2中最佳的示出，电池模块12包括多个在图5中通常用30表示的散热组件。每个散热组件30由不限制本发明范围的导热材料例如铝，铜等形成。由板材、片材或薄片制成的每个散热组件30都具有传热表面32，所述传热表面32限定了顶部和底部传热边缘34和36以及通过角部42相互连接的末端部38和39。末端部38和39限定了切除部分44和46以接收由不限制本发明范围的非传导聚合物或不导电材料形成的间隔件48和50。一个间隔件48包括至少两个由其延伸出来的螺栓52和54以接收每个弯头20和22的电池单体末端开口24。与所述第一间隔件相对，第二间隔件50包括至少一对凹入特征部56和58以接收监测电池单体14的温度的传感器(未示出)。图6示出了通常由30’表示的散热组件的替换实施例。
如上所述，导热板、片或薄片34的至少一个边缘终止于在图5中通常由60表示的翅片部分，所述翅片部分具有波纹结构60。图6和17示出了具有突片62的翅片部分60，其中所述突片62被弯曲成从顶部边缘看延伸超出板32的门形状。图7至12示出了翅片部分60的替换实施例的局部视图。图7示出了为褶皱64的翅片部分60。图8示出了为平面66的翅片部分60。图9示出了具有多个槽或孔68的翅片部分60。图10示出了为弯头70形式以提供与外部加热或冷却设备的热交界面的翅片部分60，所述设备包括但不限于加热器包层和/或冷却夹套。图11示出了为弯钩72形式的翅片部分60。图12示出了具有与图6中的突片62类似的突片74的翅片部分60，但是所述突片74被弯曲成具有从顶部看延伸超出板32的凹入表面76的门形状。本领域的技术人员将意识到，可以采用各种其它形状的翅片部分60提供用于冷却或加热介质更好的表面区域，所述介质为比如液体、固体或气体等，被引导至每个导热板、片或薄片32的所述翅片部分60，以冷却或加热电池模块12的电池单体14，而不会限制本发明的范围。
如上所述并且如图14-16中的最佳示出，其总体示出了电池单体14和散热组件30之间的机械连接。随着电池模块12被组装，散热组件30被以这样的方式定位，即散热组件30以交替的方式定位。换句话说，一个散热组件30的间隔件48与另一个散热组件30的间隔件50交替，如图16中最佳的示出。从而，通过螺栓52和54延伸穿过相应的半圆形开口24，电池单体14之一的弯头20与另一电池单体14的弯头22连接。电池单体14的弯头20和22以电串联或并联的结构折叠越过所述螺栓。因此，当电池模块12被组装时，其限定了由通常82表示的正极侧和通常由84表示的负极侧。
如图18所示，具有冠状或弓状结构的多个压杆86连接到间隔件48，以在整个相互连接的电池末端弯头20和22上施加均匀的压力，并且固定关于模块12两侧附接的柔性电路部分88和90。每个柔性电路部分88和90延伸到终止成连接端口96和98的尾部92和94，以配合电池电子控制器100和102。
如图4，15和19最佳的示出，通常由104和106表示的一对压板被设计成形成每个电池模块12的末端壁。一组间隔开的孔108被限定在压板104和106以及散热组件30中以接收延伸穿过所述压板104和106以及散热组件30并且被紧固件112固定的杆110，以向电池14施加压力并且将整个电池模块12设置成受压状态，以促使用于电池单体14内部的离子导电的路径长度更短并且改进对散热组件30的传热。或者，每个压板104和106具有接合和保持相邻的散热组件30的公的和母的特征部(未示出)。如图5中最佳的示出，一组圆锥/沉孔特征部40从导热板、片或薄片32延伸。以辅助组件对准。
如图3和4最佳的示出，电池组10包括将电池模块12彼此电连接的一对导电元件120和122。每个元件120和122由扁平的条带限定，即具有为S形结构的应力释放元件124的长条，所述应力释放元件124设置在每个元件120和122上，以减小电池组10在车辆(未示出)运动时的应力。元件120和122的数量不用于限制本发明的范围。
如图1-3最佳的示出，电池组10被组装，接下来它被放置到通常由130表示的封套或壳体中。所述壳体130包括用于支撑模块12的基部132和封闭所述模块12的壳体134。壳体130由聚合物材料或非聚合物材料或其组合物形成，这不会限制本发明的范围。壳体134限定了一对间隔开的窗口，在图1中仅用136示出了其中一个，其用于将翅片部分60暴露于通过窗口136引入所述翅片部分60的冷却和/或加热介质。
或者，不同翅片结构(例如图10中所示)和相应的热介质(即水夹套)的使用，不需要位于壳体130上的窗口136。如图1最佳的示出，部分地由140表示的模块保持结构由注射在所述模块12和壳体130之间的诸如泡沫材料的聚合物材料形成。聚亚氨酯密封溶液142用于在电池组10中固定电池单体14和前述构件。泡沫材料和密封材料的类型并非用于限制本发明的范围。
例如，混合的两部分密封材料(encapsulant)的层流被倒入电池组10。密封材料142与内部构件的充分的表面积接触和极佳的粘附性能提供了优于诸如RTV的传统方法的显著机械保持优点。密封材料142的膨胀也极大地增强了电池模块10相对于震动、振动和冲击载荷的结构完整性。密封材料142在各个电池单体14和散热器组件30之间延伸以密封各个电池单体14，从而消除电池单体14和散热器组件30之间的空气间隙。
由于消除了由滞留空气间隙形成的相关的绝缘层，所以提高了传热系数。可以控制密封材料142的注入量，以使其不能上升超过用于图1至3中所示的风冷式应用的散热翅片结构。密封材料142还用于防止电极堆叠在受到震动和振动的过程中在电池单体封装材料内移动。密封材料142还防止电池单体封装随时间延长而变松弛并且防止电解液被设置到电池单体14封装的基部，从而防止电池单体14电容量的降低。
再次参见图1，电池组10包括预充电电路部分150、短路保护部分154、电流传感器152、电源接线器156、一对电力接触器160和从每个模块12延伸并且连接到相应的电力接触器160的一对功率母线164。
如上所述，电池组10还包括设置在壳体130内用于感测电池单体14的温度的温度传感器(未示出)。温度传感器电连接到柔性电路部分88和90，该柔性电路部分从所述温度传感器接收温度并将数据发送到电池控制器电路部分100和102。如果温度超过设定的安全限制，电池控制器将关闭整个电池组10。
本领域的技术人员可以理解，电池组10可以包括多个温度传感器和多个控制电路部分。此外，电池单体14、冷却装置、加热器(如果需要的话)、温度传感器和控制电路部分的布置可以与附图所示或所描述的不同。此外，一个温度传感器可与多个控制电路部分一起使用，或者每个控制电路部分可以具有自己的温度传感器。每个冷却装置可以被控制电路部分控制，或者每个加热器(如果需要的话)也可以由分开的控制电路部分控制。
如上所述，图20-22说明了总的由200表示的本发明的另一可替换实施例，其具有至少一个通常由201表示的电池组。从每个散热器组件204的传热边缘延伸的翅片部分204具有限定了约90度角的L形的结构(如图21以及之前的图10最佳的示出)，以形成通常由208表示的用于有效地传递热能的共面的交界表面。每个共面的表面208支撑至少一个具有加热元件(未示出)的加热器包层或加热器装置210，以加热散热器组件204并且随后加热电池单体14。所述加热器210可用来将电池模块200的电池单体14加热到最佳的工作温度。
本领域的技术人员能够理解，锂离子电池只能在理想的温度范围内最佳地工作。当周围环境温度低于0℃时，电池单体14的性能大幅下降。因此，加热器210将电池模块200加热到最佳的工作温度，这允许电池模块200在周围环境温度低于0℃时使用。例如，通过使用加热器210，电池模块200可以在周围环境温度低至-40℃时使用。本领域的技术人员将会理解，引用的温度仅仅只是一个例子。或者，加热器210可以被用于冷却所述共面的交界表面208的水夹套装置(未示出)替代，以将冷却介质例如液体、气体或固体等引导至散热器组件206从而冷却电池单体14。
各种类型的加热器210是本领域已知的并且包含在本发明的范围内。在优选实施例中，加热器210可以是将热量散发到包壳或壳体212的电阻器。
如图20-22所示，具有冠状或弓状结构的多个压杆86连接到间隔件205和206，以在整个相互连接的电池单体14的弯头(未示出)上施加均匀的压力，并且固定一对柔性电路部分224和226。各个柔性电路部分224和226延伸到终止成连接端口232和234的尾部228和230，以与至少一个电池电子控制器236通信。
如上所述，电池模块200还包括设置在包壳212内用于感测电池单体14的温度的温度传感器(未示出)。所述温度传感器电连接到柔性电路部分224和226，所述柔性电路部分224和226从该温度传感器接收温度并将数据发送到电池控制器电路部分236。如果温度超过设定的安全限制，电池控制器将关闭电池。电池控制器还通过使用第一比较器(未示出)将所述温度与预定最小温度作比较。当包壳212中的温度下降到预定最小温度以下时，使用第二比较器(未示出)激活能够启动加热器的晶体管(未示出)。在壳体212已经被加热到预定的设定点温度之后，加热器被关闭并且停止加热所述包壳212。
显示本发明的上述提及的其它优点。独创性的电池组10和200具有非常高的能量密度特性，其中所述高能量密度是通过将电池单体14、功率和数据输送装置、控制器、热管理装置和保持结构组装在较小容积的空间内实现的，从而改进了封装特性并且提供了紧凑的产品。电池组10和200具有围绕和固定电池单体14的极佳的保持方法并且具有电池模块12的节约成本的设计。本发明的另一优点提供了由灌注材料密封的电池组10和200，这显著地降低了液体渗透到电池模块中或从电池组10和200的内部向电池组10和200的外部泄露的潜在可能性，从而防止电池组10和200的使用寿命降低或渗透损坏。
本发明独创性的概念提供了优于现有技术的其它优点。电池组10和200具有有效的封装特性，这提供了围绕和固定电池单体14以及在电池单体14内堆叠内部电极的极佳的保持方法。本发明的第二个优点为电池组10和200的独特的设计，其中所述电池组10和200具有改进的粘附性、电池单体14与散热组件30之间的改进的接触表面积以及设置电池单体14与散热组件30之间的改进密封材料和改进的材料密度，从而向电池组10和200提供比使用传统保持方法的现有技术的电池组好的结构整体性。本发明的再一个优点为提供了具有化学稳定设计的电池组10和200，其中电池组10和200的内部构件被灌注材料密封，这显著地降低了液体渗透进入电池组10或从电池组10和200的内部向电池组10和200的外部泄露的潜在可能性，从而防止电池组10和200的使用寿命降低或渗透损坏。
尽管本发明被描述成示例性的实施例，但本领域的技术人员可以理解在不背离本发明范围的情况下可以作出各种变化或对其元件进行等同替换。此外，根据本发明的教导在不背离本发明实质范围的情况下可以做出许多修改，以适应特定的情形或材料。因此，本发明不仅限于所描述的能够最佳地实现本发明的特定实施例，而且本发明应当包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (36)

1.一种车用电池组件，具有用于将流体引入所述电池组件内从而影响所述电池组件的温度的装置，所述电池组件具有至少一个电池组，所述电池组包括：
具有侧边缘的多个棱柱形电池单体；
在所述棱柱形电池单体之间延伸的多个传热元件，每个传热元件具有末端部和传热边缘，至少一个所述传热边缘延伸超出所述棱柱形电池单体的所述侧边缘，并且所述传热元件和所述棱柱形电池单体彼此可移除地互连，从而向所述棱柱形电池单体施加压力；以及
由从各个所述棱柱形电池单体的所述侧边缘之一延伸的第一弯头和从各个所述棱柱形电池单体的相对的侧边缘沿着与所述第一弯头相反的方向延伸的第二弯头限定的在所述棱柱形电池单体和所述传热元件之间的机械连接，各个所述棱柱形电池单体的所述第一弯头与所述传热元件之一的所述末端部之一接合，各个所述棱柱形电池单体的所述第二弯头与另一个所述传热元件的所述末端部接合，并且各个所述第一弯头彼此连接，各个所述第二弯头彼此连接。
2.根据权利要求1所述的电池组件，其中所述机械连接还由具有所述棱柱形电池单体的负极接线端的所述第一弯头和具有所述棱柱形电池单体的正极接线端的所述第二弯头限定，所述棱柱形电池单体为锂离子电池单体。
3.根据权利要求2所述的电池组件，其中各个所述传热元件还由散热组件限定，所述散热组件具有由至少一种导热材料形成的板，所述板限定了所述传热边缘和所述末端部。
4.根据权利要求3所述的电池组件，其中各个所述板限定了切除部分和与所述切除部分接合的间隔件。
5.根据权利要求4所述的电池组件，其中所述间隔件之一包括从其延伸的至少两个螺栓，并且所述间隔件中的另一个包括至少一对接收用于感测所述棱柱形电池单体温度的传感器的凹入特征部。
6.根据权利要求4所述的电池组件，其中所述第一和第二弯头中每个都具有限定了至少90度角的L形结构以及限定在弯头中的圆形开口和半圆形开口中的至少一种，当所述棱柱形电池单体与所述间隔件组装起来时，所述圆形开口和半圆形开口中的所述至少一种接收从所述间隔件之一延伸的至少两个螺栓。
7.根据权利要求3所述的电池组件，其中所述板中每个都包括多个孔和延伸穿过所述孔的多个杆，以将所述散热组件与设置在所述板之间的所述棱柱形电池单体互连，从而向所述棱柱形电池单体施加压力并且将所述棱柱形电池单体保持在所述板之间。
8.根据权利要求3所述的电池组件，其中各个所述板的所述传热边缘中的至少一个具有褶皱结构。
9.根据权利要求3所述的电池组件，其中各个所述板的所述传热边缘中的至少一个具有钩。
10.根据权利要求3所述的电池组件，其中各个所述板的所述传热边缘中的至少一个具有多个弯曲超出所述板的突片，从而形成多个U形门。
11.根据权利要求3所述的电池组件，其中各个所述板的所述传热边缘中的至少一个具有多个形成在其中的孔。
12.根据权利要求1所述的电池组件，其中所述电池组件包括将所述电池组彼此连接的至少一个元件，所述至少一个元件具有用于在车辆运动时减小所述电池组的应力的应力释放元件。
13.根据权利要求4所述的电池组件，包括一对末端板，所述一对末端板使所述间隔件与设置在所述间隔件之间的所述棱柱形电池单体接合以形成所述电池组。
14.根据权利要求13所述的电池组件，包括连接到各个所述负极接线端和各个所述正极接线端并且延伸到正极末端和负极末端的电源电路总线部分。
15.根据权利要求5所述的电池组件，包括多个段，所述多个段连接到从所述间隔件延伸的所述螺栓，以迫使连接到各个所述负极接线端和各个所述正极接线端并且延伸到正极末端和负极末端的电源电路总线部分到所述正极接线端和所述负极接线端。
16.根据权利要求15所述的电池组件，包括壳体，所述壳体具有用于支撑所述电池组的第一部分和用于封闭所述电池组的第二部分。
17.根据权利要求16所述的电池组件，包括设置在所述壳体内并且覆盖所述电池组的泡沫材料，以使所述间隔件的所述传热边缘中的所述至少一个暴露于所述泡沫材料之外，并且通过所述壳体暴露以接收冷却流体和加热流体中的至少一种，从而加热或冷却所述棱柱形电池单体。
18.根据权利要求1所述的电池组件，包括电流传感器、电力接触器、每个都连接到所述电池组的一对电源母线、电池电子控制器、短路保护部分、预充电电路部分中的至少一种。
19.根据权利要求16所述的电池组件，其中所述壳体和所述间隔件由聚合材料形成。
20.一种形成具有多个电池组的车用电池组件的方法，所述电池组件具有用于将流体引入所述电池组件内从而影响所述电池组件的温度的装置，所述方法包括以下步骤：
将具有侧边缘的多个棱柱形电池单体放置于在所述棱柱形电池单体之间延伸的多个传热元件之间，每个传热元件都具有末端部和传热边缘，所述传热边缘中的至少一个延伸超出所述电池单体的所述侧边缘；
将所述传热元件与所述棱柱形电池单体可移除地彼此连接，以至少增加和减小所述电池组的尺寸并且向所述棱柱形电池单体施加压力；以及
通过从各个棱柱形电池单体的所述侧边缘之一延伸具有负极接线端的第一弯头和从各个棱柱形电池单体的另一个侧边缘沿与所述第一弯头相反的方向延伸具有正极接线端的第二弯头，在所述棱柱形电池单体和所述传热元件之间形成机械连接；
将各个棱柱形电池单体的所述第一弯头与所述传热元件之一的末端部之一接合，并且将各个棱柱形电池单体的所述第二弯头与另一个传热元件的末端部接合。
21.根据权利要求20所述的方法，包括用绝热材料和吸热材料中的至少一种形成为板形的各个传热元件的步骤，所述板限定了所述末端部和所述传热边缘。
22.根据权利要求21所述的方法，包括在所述板的各个末端部形成切除部分的步骤。
23.根据权利要求22所述的方法，包括将托架连接到各个切除部分的步骤。
24.根据权利要求23所述的方法，包括从所述托架之一延伸一对螺栓的步骤。
25.根据权利要求23所述的方法，包括在所述托架的另一个中形成至少一个凹入部分以接收用于感测所述棱柱形电池单体温度的传感器的步骤。
26.根据权利要求23所述的方法，其中延伸第一和第二弯头中每个的所述步骤还由下面的步骤限定：形成为L形结构的所述第一和第二弯头以限定至少90度角，以及在第一和第二弯头的每个中形成圆形开口和半圆形开口中的至少一种以接收从所述托架延伸的至少一个螺栓。
27.根据权利要求20所述的方法，包括在各个传热元件中形成多个孔的步骤，以穿过所述孔插入多个杆，将所述传热元件与设置在所述传热元件之间的所述棱柱形电池单体互连，向所述棱柱形电池单体施加压力以及将所述棱柱形电池单体保持在所述传热元件之间。
28.根据权利要求20所述的方法，包括将各个传热元件的所述传热边缘中的至少一个形成为褶皱、弯钩、突片、平面结构中的至少一种结构的步骤。
29.根据权利要求20所述的方法，包括将至少一个导电元件连接到所述电池组的步骤，所述至少一个导电元件具有应力释放元件以在车辆运动时减小电池组的应力。
30.根据权利要求20所述的方法，包括连接一对压板以使所述传热元件与设置在所述传热元件之间的所述棱柱形电池单体接合以形成所述电池组的步骤。
31.根据权利要求20所述的方法，包括将电路总线连接到所述负极接线端和所述正极接线端中每个并且延伸至正极末端和负极末端的步骤。
32.根据权利要求23所述的方法，包括将多个段连接到从所述托架延伸的螺栓以迫使电路总线到所述正极接线端和负极接线端的步骤。
33.根据权利要求20所述的方法，包括形成具有用于支撑所述电池组中至少一个的第一部分和用于封闭所述电池组中至少一个的第二部分的壳体的步骤。
34.根据权利要求33所述的方法，包括在所述壳体内注入泡沫材料并且覆盖所述电池组以将所述传热元件的所述传热边缘中的至少一个暴露于所述泡沫材料之外并且通过所述壳体暴露以接收冷却流体和加热流体中的至少一种从而加热和冷却所述棱柱形电池单体的步骤。
35.根据权利要求20所述的方法，包括将电流传感器、电力接触器、每个都连接到所述电池组的一对电源母线、电池电子控制器、短路保护部分、预充电电路部分中的至少一种连接到所述电池组的步骤。
36.一种车用电池组件，其中所述电池组件具有用于将流体引入所述电池组件内从而影响所述电池组件的温度的装置，所述电池组件包括：
至少一个电池组；
所述至少一个电池组中的多个棱柱形锂电池单体，每个棱柱形锂电池单体具有侧边缘以及具有负极接线端的第一弯头和具有正极接线端的第二弯头，所述第一和第二弯头具有限定了至少90度角并且从所述侧边缘沿相反的方向延伸的L形结构以及限定在所述第一和第二弯头的每个中的圆形开口和半圆形开口中的至少一种；
在所述棱柱形锂电池单体之间延伸的多个传热元件，每个传热元件具有末端部和传热边缘，所述传热边缘中的至少一个延伸超出所述棱柱形锂电池单体的所述侧边缘，所述传热元件与所述棱柱形锂电池单体可移除地彼此互连，从而向所述棱柱形锂电池单体施加压力；
各个所述传热元件还由散热组件限定，所述散热组件具有由至少一种导热材料形成的板，所述板限定了所述传热边缘和所述末端部，其中所述传热元件的所述传热边缘中的至少一个具有钩；
限定在所述传热元件的各个末端部中的切除部分；
与各个所述传热元件的所述切除部分接合的一对间隔件，其中所述间隔件之一包括从其延伸的至少一个销并且所述间隔件中的另一个包括至少一个接收感测所述棱柱形锂电池单体温度的传感器的凹入部分；
所述传热元件中每个都包括多个孔和延伸穿过所述孔的多个杆，以将所述传热元件与设置在所述传热元件之间的所述棱柱形锂电池单体互连，从而向所述棱柱形锂电池单体施加压力并且将所述棱柱形锂电池单体保持在所述传热元件之间；
从所述间隔件中的至少一个延伸的至少一个销，当所述棱柱形锂电池单体与所述传热元件组装起来时，限定在每个所述第一弯头和第二弯头中的所述圆形开口和半圆形开口中的所述至少一种接收所述至少一个销，由此所述弯头之一从各个所述棱柱形锂电池单体的所述侧边缘之一延伸并且另一个弯头从各个所述棱柱形锂电池单体的另一个侧边缘沿相反的方向延伸，所述棱柱形锂电池单体中每个的所述弯头与所述传热元件之一的所述末端部之一接合，所述棱柱形锂电池单体中每个的所述另一个弯头与另一个所述传热元件的末端部接合；
将所述电池组彼此连接的至少一个元件，所述至少一个元件具有用于在车辆运动时减小所述电池组的应力的应力释放元件；
一对压板，所述一对压板使所述传热元件与设置在所述传热元件之间的所述棱柱形锂电池单体接合以形成所述电池组；
与所述负极接线端和所述正极接线端中的每个都连接并且延伸到正极末端和负极末端的电路总线；
连接到从所述间隔件延伸的所述销的多个段，以迫使所述电路总线到所述正极接线端和所述负极接线端；
由聚合材料形成的壳体，所述壳体具有用于支撑所述电池组的第一部分和用于封闭所述电池组的第二部分；
设置在所述壳体内部并且覆盖所述电池组的泡沫材料，以使所述传热元件的所述传热边缘中的至少一个暴露于所述泡沫材料之外，并且通过所述壳体暴露以接收冷却流体和加热流体中的至少一种从而加热或冷却所述棱柱形电池单体；以及
电流传感器、电力接触器、每个都连接到所述电池组的一对电源母线、电池电子控制器、短路保护部分、预充电电路部分中的至少一种，它们彼此之间以及与所述棱柱形电池单体和所述传热元件之间具有操作性连通。
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