CN102257652B - 具有热交换器的电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池模块。所述电池模块包括：沿第一行和第二行布置的多个电化学电池单元，所述第二行偏离所述第一行；以及热交换器，被配置成允许流体通过其流动，所述热交换器设置在所述第一行的电池单元和第二行的电池单元之间，并且具有与所述第一行的电池单元和所述第二行的电池单元中的所述电池单元互补的形状，使得所述热交换器的外表面接触所述多个电化学电池单元中的每一个的一部分。所述热交换器被配置成在入口和出口之间传输所述流体，使得所述流体的流动路径包括多个相邻的流体流动段。

Description

具有热交换器的电池系统
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2008年11月12日提交的美国临时专利申请No.61/114,009、2009年1月9日提交的美国临时专利申请No.61/143,707以及2009年4月15日提交的美国临时专利申请No.61/169,649的权益和优先权，在这里以引用的方式将其全部公开并入本文。
技术领域
本申请总体上涉及电池和电池系统领域。更具体而言，本申请涉及可以在车辆应用中使用以提供用于所述车辆的动力的至少一部分的电池和电池系统。
背景技术
与使用内燃机的更加传统的以气体作为动力的车辆相比，动力的全部或者一部分使用电力的车辆(例如，电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插入式混合动力电动车辆(PHEV)等等，统称为“电动车辆”)可以提供多个优点。例如，与使用内燃机的车辆相比，电动车辆可以产生较少的不期望的排放物并且可以表现出更大的燃油效率(并且在一些情况下，这种车辆可以完全不使用汽油，如某些类型的PHEV的情况)。
随着电动车辆技术不断进步，需要对于这种车辆提供改善的功率源(例如，电池系统或者模块)。例如，在不需要对电池进行重新充电的情况下期望增加这种车辆可以行驶的距离。还期望改善这种电池的性能并且降低与电池系统相关的成本。
继续开发的一个改善方面是电池化学性方面。早期的电动车辆系统采用镍金属混合(NiMH)电池作为动力源。随着时间的过去，不同的添加剂和修改改善了NiMH电池的性能、可靠性和实用性。
最近，制造商已经开始研究可以在电动车辆中使用的锂离子电池。使用锂离子电池对于车辆应用来说具有几个优点。例如，锂离子电池比NiMH电池具有较高的电荷密度和特定功率。另一方面，锂离子电池可以在存储相同电荷量的同时比NiMH电池更小，这能够允许电动车辆的重量和空间节省(或者可选地，该特征可以允许制造商在不增加车辆重量或者由电池系统占用的空间的情况下对该车辆提供更大的功率量)。
通常已知的是锂离子电池与NiMH电池不同地操作并且可能表现出与NiMH电池技术中所表现的不同设计和工程挑战。例如，锂离子电池与相当的NiMH电池相比较会更易于受到电池温度变化的影响，并且因而会在车辆操作期间使用系统来调节锂离子电池的温度。锂离子电池的制造也表现出对于该电池化学性独特的挑战，并且正在研究新的方法和系统来解决这样的挑战。
期望提供一种用于在电动车辆中使用的改善的电池模块和/或系统，其解决了与在这种车辆中使用的NiMH和/或锂离子电池相关联的一个或者多个挑战。还期望提供一种电池模块和/或系统，其包括通过浏览本公开将变得显而易见的有利特征中的一个或者多个。
发明内容
根据示范性实施例，一种电池模块包括沿第一行以及与所述第一行偏离的第二行布置的多个电化学电池单元。所述电池模块还包括热交换器，所述热交换器被配置成允许流体流经所述热交换器。所述热交换器被设置在所述第一行的电池单元和第二行的电池单元之间并且具有与所述第一行的电池单元和第二行的电池单元中的电池单元互补的形状，使得所述热交换器的外表面接触所述多个电化学电池单元中的每一个的一部分。所述热交换器被配置成使所述流体在入口和出口之间传输(route)，使得所述流体的流动路径包括多个相邻的流体流动段。
附图说明
图1是根据示范性实施例包括电池模块的车辆的透视图。
图2是根据另一示范性实施例包括电池模块的车辆的剖视示意图。
图3是根据另一示范性实施例包括多个电池模块的电池系统的俯视图。
图4A是根据示范性实施例的电池模块的透视图。
图4B是图4A所示的电池模块的端视图。
图4C是图4A所示的电池模块的侧视图。
图4D是图4A所示的电池模块的俯视图。
图5A是根据另一示范性实施例的电池模块的透视图。
图5B是图5A所示的电池模块的端视图。
图5C是图5A所示的电池模块的侧视图。
图5D是图5A所示的电池模块的剖面俯视图，示出了根据示范性实施例的多个电化学电池单元。
图6是图5A所示的电池模块的部分分解图。
图7A是根据另一示范性实施例的电池模块的透视图。
图7B是图7A所示的电池模块的端视图。
图7C是图7A所示的电池模块的侧视图。
图7D是图7A所示的电池模块的俯视图。
图8A是根据另一示范性实施例的电池模块的透视图。
图8B是图8A所示的电池模块的端视图。
图8C是图8A所示的电池模块的侧视图。
图8D是图8A所示的电池模块的剖面俯视图，示出了根据示范性实施例的多个电化学电池单元。
图9是图8A所示的电池模块的部分分解图。
图10A和10B是根据示范性实施例的图4A和7A所示的电池模块的并排比较。
图11A是根据示范性实施例用于电池模块的盖体的透视图。
图11B是根据另一示范性实施例用于电池模块的盖体的透视图。
图12是根据示范性实施例的电池监督控制器(CSC)的透视图。
图13是根据示范性实施例的汇流条(bus bar)组件的透视图。
图14A和14B是根据示范性实施例用于与电池模块一起使用的壳体的透视图。
图15A是根据示范性实施例用于在电池模块中使用的热交换器的透视图。
图15B是图15A所示的热交换器的侧视图。
图15C是图15A所示的热交换器的端视图。
图15D是图15A所示的热交换器的俯视图。
图15E是图15A所示的热交换器的俯视图，被示出为根据示范性实施例设置在电化学电池单元的两行之间。
图16是根据示范性实施例用于与电池模块一起使用的设置在托盘中的镶嵌物(inlay)的部分分解图。
图17是根据另一示范性实施例的电池模块的透视图。
图18是根据另一示范性实施例用于与电池模块一起使用的汇流条组件的透视图。
图19是根据另一示范性实施例用于与电池模块一起使用的迹线板(trace board)和CSC组件的透视图。
图20是根据另一示范性实施例用于与电池模块一起使用的热交换器的透视图。
图21是根据示范性实施例用于电池模块的壳体的透视图。
图22是根据示范性实施例插入到图21所示的壳体中的热交换器的透视图。
图22A和22B是根据示范性实施例图22所示的热交换器的入口/出口的放置的部分透视图。
图23是根据示范性实施例图22所示的热交换器的侧视图。
图24是图23所示的热交换器的俯视图。
图25是图23所示的热交换器的端视图。
图26是根据示范性实施例插入到图22所示的壳体中的多个电池单元的透视图。
图26A和26B示出了所述电化学电池单元到图26所示的所述壳体的正确装配。
图27A和27B是示出了根据各种示范性实施例在图26所示的壳体中的温度传感器的放置的透视图。
图28是根据示范性实施例用于电池模块的具有多个设置在其中的镶嵌物的托盘的透视图。
图29是示出了根据示范性实施例装配到图26所示的壳体中的图28所示的托盘的透视图。
图29A是示出了根据示范性实施例用于将所述托盘耦合到如图29所示的壳体的紧固件和螺母的详细透视图。
图30和30A是示出了根据示范性实施例设置在所述壳体中的一对连接元件的透视图。
图31是根据示范性实施例设置到图30所示的壳体的汇流条组件的透视图。
图31A是根据示范性实施例装配到图31所示的壳体中的温度传感器的部分分解图。
图32是根据示范性实施例设置到图31所示的汇流条组件的迹线板的透视图。
图33和33A是示出了根据示范性实施例耦合到图31所示的汇流条组件的汇流条的多个柔性触点的透视图。
图34是示出了根据示范性实施例设置到如图33所示的迹线板的CSC的透视图。
图35和35A是根据示范性实施例装配到图34所示的壳体的盖体的透视图。
图36和37示出了根据另一示范性实施例的电池模块中温度传感器的可选位置或者放置。
图38A和38B是根据另一示范性实施例包括多个电池模块的电池系统的透视图。
图39是根据示范性实施例被配置成容纳电池系统的车辆的一部分的透视图。
图40A-40C是根据示范性实施例具有入口歧管和出口歧管的电池系统的部分透视图。
图41A是根据示范性实施例示出为连接状态的维修断开件的透视图。
图41B是根据示范性实施例示出为断开状态的图40A所示的维修断开件的透视图。
图42是根据另一示范性实施例具有多个电池模块的电池系统的部分分解图。
图43是根据示范性实施例图42所示的电池系统的底部透视图。
图44是根据示范性实施例图42所示的电池系统的部分剖面透视图。
图45是根据示范性实施例图42所示的电池系统的部分分解图。
图46是根据另一示范性实施例的电池系统的部分透视图。
图47是根据示范性实施例图46所示的具有入口歧管和出口歧管的电池系统的部分透视图。
图48是根据另一示范性实施例的电池模块的透视图。
图49是根据示范性实施例图48所示的电池模块的部分分解图。
图50是根据示范性实施例设置在用于图48所示的电池模块的托盘中的多个镶嵌物的部分透视图。
图51是根据示范性实施例图48所示的电池模块的部分分解图。
图52-53是根据示范性实施例示出为耦合到壳体的托盘的透视图。
图54A是根据示范性实施例用于图48所示的电池模块的热交换器的侧视图。
图54B是图54A所示的热交换器的俯视图。
图54C是图54A所示的热交换器的端视图。
图55-57是根据示范性实施例图48所示的包括被配置成保持温度传感器的支架的电池模块的部分透视图。
图58A是根据示范性实施例被配置成保持温度传感器的支架的透视图。
图58B是图58A所示的支架的端视图。
图58C是图58A所示的支架的侧视图。
图58D是图58A所示的支架沿着图58C中的线58D-58D截取的截面图。
图59是根据示范性实施例图48所示的电池模块的部分透视图。
图60-62是根据另一示范性实施例的电池系统的透视图。
图63是根据示范性实施例图60-62所示的电池系统的侧视图。
图64A是根据示范性实施例图60-62所示的具有不透明盖体的电池系统的透视图。
图64B是根据示范性实施例图64A所示的电池系统的部分剖面透视图。
图64C是根据示范性实施例图64B所示的去除了外部盖体和壳体的电池系统的透视图。
图64D是根据示范性实施例用于图64A和64B所示的电池系统的维修断开件开关的正视图。
图65是根据另一示范性实施例的电池系统的部分透视图。
图66是根据示范性实施例图65所示的去除了外部盖体或者壳体的电池系统的部分透视图。
图67是根据示范性实施例图66所示的电池系统的正面透视图。
图68是根据示范性实施例图65所示的电池系统的部分分解图。
图69A-69C是根据示范性实施例冲压的(stamped)盖体/端子组件和传统的盖子/端子组件的并排比较视图。
具体实施方式
图1是汽车(例如，小汽车)形式的车辆10的透视图，所述车辆10具有用于提供车辆10的动力的全部或者一部分的电池系统20。这种车辆10可以是电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插入式混合动力电动车辆(PHEV)、或者其它类型的使用电力作为推进力的车辆(统称为“电动车辆”)。
尽管在图1中将车辆10示出为小汽车，但是根据其它示范性实施例，车辆的类型可以不同，所有这些都旨在落入本公开的范围内。例如，车辆10可以是卡车、公共汽车、工业车辆、摩托车、娱乐车、轮船，或者对于其推动力的全部或者一部分可以得益于电功率的使用的任何其它类型车辆。
尽管在图1中将电池系统20示为位于车辆后备箱或后部中，但是根据其它示范性实施例，电池系统20的位置可以不同。例如，可以基于车辆之内的可用空间、车辆的期望重量平衡、与电池系统20一起使用的其它部件(例如电池管理系统、通风孔或冷却装置等)的位置和各种其它考虑来选择电池系统20的位置。
图2示出了根据示范性实施例以HEV形式提供的车辆11的剖视示意图。朝向车辆11的后部，靠近燃料箱12设置电池系统21(可以紧靠燃料箱12设置电池系统21或可以在车辆11后部(例如后备箱)中的独立间隔中设置电池系统，或可以设置于车辆11中的别处)。在车辆11使用汽油动力来推进车辆11时，设置内燃机14。还设置电动机16、功率分配装置17和发电机18作为车辆驱动系统的一部分。
可以仅由电池系统21、仅由发动机14、或者由电池系统21和发动机14二者来对这种车辆11供电或者驱动这种车辆11。应该注意到，根据其它示范性实施例，可以使用用于车辆驱动系统的其它类型的车辆和结构，并且不应认为图2的示意性示例限制了本申请中描述的主题的范围。
根据各种示范性实施例，电池系统21的尺寸，形状和位置、车辆11的类型、车辆技术的类型(例如，EV、HEV、PHEV等等)以及电池化学性等等可以与所示出和描述的不同。
根据示范性实施例，电池系统21包括电化学电池或者电池单元，电池系统21还可以包括用于将电化学电池单元彼此连接和/或连接到车辆电气系统的其它部件，并且还用于调节电池系统21的电化学电池单元和其它特征的特征或者部件。例如，电池系统21可以包括用于监控和控制电池系统21的电气性能、用于管理电池系统21的热行为、流出物(例如可以通过出口从电池单元排出的气体)的容纳和/或引导以及电池系统21其它方面的特征。
参考图3，示出了根据示范性实施例的电池系统22的俯视图。电池系统22包括多个电池模块24和电池断开单元26，所述电池断开单元26包括示出为电池管理系统(BMS)28的电子控制单元。BMS 28监控和调节电池模块中电化学电池单元(未示出)的电流、电压和/或温度。
尽管图3中示出为具有特定数量的电池模块24(即，九个电池模块)，但是应该注意到，根据其它示范性实施例，根据各种考虑中的任意一个(例如电池系统22的期望功率、电池系统22必须装配其间的可用空间，等等)，电池系统22中可以包括不同数量和/或设置的电池模块24。电池模块24的设计和构造允许模块化组件(例如，所述模块能够快速而有效地彼此机械、电和/或热耦合或者与电池系统22的其它部件进行上述耦合)。
现在参考图4A-6，示出了根据各种示范性实施例的电池组或者电池模块24、124的各种视图。电池模块24、124包括多个电化学电池单元或者电池(例如，锂离子电池、镍金属混合电池、锂聚合物电池等等，或者现在已知或以后研究的其它类型的电化学电池单元)。根据示范性实施例，电化学电池单元(例如，以图6所示的电化学电池单元130为例)通常是被配置成存储电荷的圆柱形锂离子电池。根据其它示范性实施例，所述电池单元可以具有其它物理配置(例如，椭圆形、棱柱形、多边形等等)。电池单元的容量、尺寸、设计以及其它特征也可以与根据其它示范性实施例示出的不同。
尽管图4A-6示出为具有特定数量的电化学电池单元(即，对于总共十二个电化学电池单元，并排设置具有六个电化学电池单元的两行)，但是应该注意到，根据其它示范性实施例，根据各种考虑中的任意一个(例如，电池系统的期望功率、电池模块必须装配其间的可用空间等等)，可以使用不同数量和/或结构的电化学电池单元。
根据示范性实施例，两行电池单元130彼此偏离(例如，如图5D所示的角度“A”)，以允许电池模块24、124内的空间的有效使用。根据一个示范性实施例，两行电池单元130以大约60度和80度之间的角度A彼此偏离，尽管根据其它实施例该角度A可以更大或者更小(例如，电池单元130可以彼此偏离45度的角度)。根据特定的示范性实施例，两行电池单元130彼此偏离大约70度的角度A。
参考图6，示出了根据示范性实施例的电池模块124的部分分解图。电池模块124包括并排设置在两行中的多个电化学电池单元130。热交换器140设置在两行电池单元130之间并且被配置成向电池单元130提供冷却和/或加热。主体或者壳体150设置在电池单元130周围，以至少部分地或者基本上包围电池单元130(如所示出的，壳体的壁具有与圆柱形电池单元的形状互补的波状或者波浪形状，使得所述壳体能够与所述电池单元的外表面接触)。示出为托盘160的构件或者底部设置在电池单元130下方，并且附接到主体的下部以形成基部。以镶嵌物162形式设置的多个构件或者元件设置在托盘160中并且位于单个电池单元130下方。
根据示范性实施例，汇流条组件170设置在壳体150的顶部上，并且被配置成将一个或者多个电池单元130彼此电连接或者连接到电池系统22的其它部件。电池监督控制器(CSC)182和迹线板180设置在汇流条组件170上方。盖体190设置在CSC 182、迹线板180以及汇流条组件170上方，并且附接到壳体150的上部。盖体190被配置成基本上包围CSC 182、迹线板180和汇流条组件170。
每一个电化学电池单元130包括多个端子(例如，两个端子)。根据示范性实施例，电化学电池单元130在电池单元130的第一端部处包括一个正端子132和一个负端子134(例如，如图6所示)。电化学电池单元130在电池单元130中与第一端部相对的第二端部处还包括出口136。出口136被配置成一旦电池单元130的内部压力达到预定水平就从电池单元130挣脱(例如，展开)。在出口136展开时(即，从电池挣脱)，气体和/或流出物会从电池单元130释放。根据示范性实施例，出口136是位于电池单元130底部处的圆形出口。根据其它示范性实施例，电池单元130可以具有不同的端子和/或出口配置(例如，正端子可以位于电池单元130的一个端部上并且负端子可以位于电池单元130的相对端部上)。
现在参考图7A-9，示出了根据各种示范性实施例的电池模块224、324。图7A-9所示的电池模块224、324与图4A-6所示的电池模块类似，一个区别在于图7A-9所示的电池模块224、324不包括分离的迹线板(即，迹线板包括在CSC中)。通过在CSC的设计中包括迹线板，电池模块224、324的高度小于图4A-6所示的电池模块的高度(例如，如图10A和10B所示)。
参考图11A和11B，示出了根据第一示范性实施例和第二示范性实施例用于电池模块124、324的盖体190、390。盖体190、390的外部形状被配置成与壳体150、350的外部形状匹配。盖体190、390可以设置有允许盖体190、390耦合到壳体150、350的特征件(例如，啮合装配特征件)。盖体190、390可以由聚合物材料或者其它适合的材料(例如，电绝缘材料)制成。
盖体190和盖体390之间的主要区别在于盖体190包括突起部分或者区域191。包括盖体190的突起部分191以对CSC 182(如图6所示)提供空间。
现在参考图12，示出了根据示范性实施例的CSC 380。CSC 380被配置成监控和/或调节电池单元130的温度、电流和/或电压，并且包括必要的传感器和电子部件来进行此项工作(未示出)。CSC 380可以从BMS接收信号(例如，CSC可以是到BMS的辅助模块)以均衡或者调节电池单元130。
根据示范性实施例，CSC 380包括以其它方式将存在于迹线板(例如，以图6所示的迹线板180为例)中的部件。通过在CSC 380内包括迹线板的部件(例如，以电触点、导电线路、连接器、诸如温度传感器，电压传感器，电流传感器等等的传感器为例)，CSC 380将具有比图6所示的迹线板180和CSC 182的组合相对薄的轮廓。因此，CSC 380可以利用相对薄轮廓的盖体390。此外，CSC 380不需要其它的部件(即，迹线板)，允许电池模块的装配中更大速度和效率和/或电池模块的更低成本。
现在参考图13，示出了根据示范性实施例的汇流条组件370。汇流条组件370包括示出为第一层371的基部构件或者基板，以及示出为耦合到第一层371的汇流条373的多个导电构件或者元件。每一个汇流条373在其经由第一层371中的开口或者孔径375可触及的任意端部处具有开口或者孔径374。孔径374被配置成与电化学电池单元的端子对准，以将电池单元电耦合到一起(例如，通过焊接、紧固件等等)。根据示范性实施例，汇流条组件371可以包括第二层372，所述第二层372被配置成将汇流条373夹置在第一层371和第二层372之间。根据示范性实施例，汇流条373由铜或者铜合金(或者其它适合材料)构成，并且第一层371和第二层372由诸如Mylar
Figure BPA00001389425600111
的聚合物材料(或者其它适合材料)构成。
现在参考图14A和14B，示出了根据示范性实施例的主体或者壳体350。设计壳体350的内部表面359以与电池单元330的外部形状匹配。根据示范性实施例，壳体350包括基本上与内部表面359的形状互补的外表面351，以使得壳体350基本上与电池单元330的偏离配置匹配。使壳体350基本上与电池单元330的外部形状匹配允许在将壳体350设置在电池系统中时壳体350的部分紧接着相邻电池模块324的壳体的互补特征件。如在该实施例中以及在本申请中示出和描述的其它实施例中示出的，壳体的波状或者波浪壁与电池单元的形状互补以实现壳体和电池单元之间的紧密接触，并且实现电池系统中所述壳体与相邻电池模块的壳体的嵌套。
根据示范性实施例，壳体350的顶部部分352包括被配置成允许电化学电池单元330的端子经过的多个孔径353、354。例如，孔径353可以具有第一直径，孔径354可以具有比第一直径小的第二直径，使得电化学电池单元330的端子可以仅容纳在适当的结构中。壳体350的顶部部分的内部侧面包括多个特征件或者凸缘355，以通常固定(例如保留、保持等等)电池单元330的上端部并且相对于其它电池单元330将其保持到适当位置。壳体350可以由聚合物材料或者其它适合材料(例如，电绝缘材料)制成。
现在参考图15A-15E，示出了根据示范性实施例的热交换器340。如图15E所示，热交换器340被配置成设置在两行电化学电池单元330之间(例如，热交换器340以及在该申请中示出和描述的热交换器的其它实施例，具有波形和/或波浪结构和/或以其它方式具有旨在允许热交换器安装在电化学电池单元的相邻偏离行之间的形状，使得所述热交换器与所述电池单元的外表面接触)。热交换器340设置有第一开口或者入口341以及第二开口或者出口342。热交换器340的主体具有外表面343，所述外表面343限定流体(例如，以制冷剂、水，水/乙二醇混合物等等为例的加热和/或冷却流体)可以在开口341和开口342之间流动的空间。
第一和第二开口341、342用作流体的入口/出口。开口341、342可以设置有快速连接特征件，以允许热交换器340快速而有效地连接到相邻电池模块324的热交换器340或者连接到歧管(提供用于加热和/或冷却的流体)。
根据示范性实施例，所述流体是水/乙二醇混合物(例如，50/50水/乙二醇混合物)，尽管根据其它示范性实施例，所述流体可以是用于加热/冷却应用的任何适合类型的流体。
热交换器340的外表面343包括被配置成容纳每一个电化学电池单元330的外表面338的一部分的多个垂直取向的槽344(凹槽、凹陷、深谷等等)和峰345，以提供到/来自所述电化学电池单元330的热传输。
根据示范性实施例，热交换器340可以由聚合物材料(例如，聚丙烯)或者允许到/来自电池单元330的热传导的其它适合材料(例如，电绝缘和热传导材料)。根据另一示范性实施例，热交换器340可以由金属材料(例如，铝或者铝合金)或者其它适合的材料制成(例如，在电池单元330的外表面未被充电时(例如可以是中性)或者设置在电池单元和热交换器之间的分离的电绝缘和热传导材料时)。根据另一示范性实施例，热交换器340可以由陶瓷材料或者其它适合材料制成。根据示范性实施例，热交换器340可以由吹塑工艺、注模工艺或者其它适合的工艺制成。
如图15D和15E最好示出的那样，热交换器340的形状被配置成与电化学电池单元330的外部形状匹配，并且被设置成与电池单元330物理接触。根据示范性实施例，热交换器340中与每一个电池单元330接触的部分(即，接触角度“C”)对于每一个电池单元330大约相同。根据特定示范性实施例，接触角C大约为111度。根据另一示范性实施例，对于每一个电池单元330可以改变接触角C，以向每一个电池单元330提供均匀的加热和/或冷却(例如，以补偿在流体流经热交换器340时该流体温度的下降/升高)。
根据示范性实施例，热交换器340的壁厚在大约0.5毫米和1.5毫米之间。根据另一示范性实施例，热交换器340的壁厚为大约1毫米。根据示范性实施例，热交换器340的整体厚度在大约4毫米和36毫米之间。根据另一示范性实施例，热交换器340的整体厚度为大约16毫米。根据其它示范性实施例，热交换器340的壁厚和/或整体厚度可以根据其它示范性实施例而变化。
现在参考图16，示出了根据示范性实施例被设置在托盘360(例如，基部、底部、结构等等)中的镶嵌物362。镶嵌物362可以由EPDM泡沫(或者任何其它适合材料)构成并且被配置成密封单独的电池单元免受从其它电池单元330排出的任何气体影响。镶嵌物362被配置成在电化学电池单元330的出口设备展开时打开(例如撕开)，允许从电池单元排出的气体经过镶嵌物362。镶嵌物362还在组装期间占据电池模块324的任何尺度容限变化。此外，镶嵌物362可以有助于隔离电化学电池单元330免受震动(例如，在车辆的操作期间)。
如图16所示，镶嵌物362包括通过元件或者连接部分363彼此连接的多个圆形盘。如图16所示，针对每一行电池单元设置单行镶嵌物362。然而，根据另一示范性实施例，可以将镶嵌物362设置用于每一个单独电化学电池单元330的单独镶嵌物362(例如，单独的圆形盘)。
根据示范性实施例，托盘360设置有多个特征件或者插槽，每一个特征件或者插槽具有凸缘或者壁364。壁364彼此相关地有助于保持电池单元330的下端部。插槽还包括在电池单元应该排放(经由出口336)时允许气体和/或流出物经过的多个孔径361。根据示范性实施例，托盘360由聚合物材料制成并且经由紧固件耦合到主体。根据另一示范性实施例，托盘360可以以其它方式紧固到主体(例如，利用啮合装配连接、粘结剂等等)。托盘360被配置成在其中容纳镶嵌物362，并且在相邻的空间之间设置缺口365，以允许将圆形盘连接到一起的连接部分或者元件从其中经过。
现在参考图17，示出了根据另一示范性实施例的电池模块424的透视图。电池模块424可以包括与先前关于图1-16讨论的许多相同或者类似的特征件。因此，下面将仅详细讨论电池模块424中的一些特征件。
电池模块424包括多个电化学电池单元或者电池(例如，锂离子电池、镍金属混合电池、锂聚合物电池等等，或者现在已知或以后研究的其它类型的电化学电池单元)。根据示范性实施例，电化学电池单元(未示出)通常是被配置成存储电荷的圆柱形锂离子电池单元。根据其它示范性实施例，电池单元可以具有其它物理配置(例如，椭圆形、棱柱形、多边形等等)。根据其它示范性实施例，电池单元的容量、尺寸、设计和其它特征可以与所示出的不同。
根据示范性实施例，对于总共十二个电池单元，将电化学电池单元设置为每一行六个电池的两行。然而，根据其它示范性实施例，电池模块424可以包括更多或者更少数量的电池单元。所述电池单元部分或者基本上由壳体450和下面部分或者托盘460包围。壳体450具有基本上与电池单元的外部共形的内表面。壳体450还具有基本上与电池单元的外部共形的外表面(例如，壳体的外表面与壳体的内表面互补)。这样，壳体450被配置成与相邻电池模块424嵌套，以有效使用电池系统(未示出)内的空间。
电池模块424还包括汇流条组件470(例如，如图18所示)。汇流条组件470包括基部构件或者基板，以及被配置成将电池模块424的一个或者多个电化学电池单元或者其它部件电耦合到一起的多个导电构件或者元件。
根据示范性实施例，汇流条组件470包括设置在第一层或者基板471上的多个汇流条473(例如，诸如Mylar
Figure BPA00001389425600141
的膜或者塑料)。根据另一实施例，可以设置第二层472以将多个汇流条473夹置在第一层471和第二层472之间。如图18所示，多个汇流条473中的每一个包括设置在每一个汇流条473的每一端部处的孔径或者开口474。这些开口474被配置成容纳紧固件489，以将汇流条473耦合到电化学电池单元的端子。
电池模块424进一步包括迹线板480和CSC 482(例如，如图19所示)。根据示范性实施例，迹线板480包括多个柔性触点484。柔性触点484可以与如图33A所示的柔性触点584类似。根据示范性实施例，柔性触点484可以通过多个导电线路或者布线(未示出)连接到连接器483。根据示范性实施例，迹线板480可以还包括多个各种传感器(例如，电压传感器、温度传感器等等)以及其它电气部件。
根据示范性实施例，CSC 482可以机械耦合(例如，通过紧固件)到迹线板480。此外，CSC 482可以通过电缆或者连接器(未示出)与迹线板480电耦合。CSC 482被配置成监控和/或调节电化学电池单元的温度、电流和/或电压，并且包括必要的传感器和电子部件以进行该操作(未示出)。
电池模块424还包括设置在两行电化学电池单元之间的热交换器440(例如，如图20所示)，以向所述电池单元提供加热和/或冷却。热交换器440包括示出为在其端部通过连接部分或者歧管446、447连接并且通过间隙449(尽管示出为间隙449，但是根据其它示范性实施例，所述间隙可以由热交换器内将所述路径彼此划分开的固态部分代替)彼此分隔的分立路径448的多个单独的冷却带或者部分(例如，流体流动段)。
通过这种方式，将经过热交换器的流体的流动划分为在入口歧管和出口歧管之间延伸的多个段(即，流体经过热交换器沿一个方向流动，从入口歧管到出口歧管，在流经所述歧管时所述流体被划分为多个段或者路径)。根据示范性实施例，热交换器440包括被配置成用作用于冷却/加热流体的入口/出口的第一开口441和第二开口442。
如图20所示，热交换器440包括五个单独路径448，但是根据其它示范性实施例，可以包括更多或者更少数量的路径448。每一条路径448被配置成允许流体通过其流动(即，每一条路径448的外壁限定流体会经过其流动的空间)。热交换器440被配置成有助于向所述电池单元提供均匀的加热和/或冷却(例如，通过避免非移动流体的任何“死点”或者区域)。
根据示范性实施例，流体进入开口441并且流入歧管446。从歧管446，流体从热交换器440的第一端部经过任意的多条分立路径448朝向热交换器440的第二端部流动。然后流体离开分立路径448并且进入歧管447，其中流体然后经过开口442离开热交换器440。根据另一示范性实施例，流体可以沿相反方向流动(即，流体可以进入开口442并且离开开口441)。
根据示范性实施例，热交换器440可以由聚合物材料(例如聚丙烯)或者允许到/来自电池的热传导的其它适合材料制成(例如，电绝缘和热传导材料)。根据另一示范性实施例，热交换器440可以由金属材料(例如，铝或者铝合金)或者其它适合的材料制成(例如，在电池的外表面没有被充电(例如，可以是中性)或者在电池单元和热交换器之间设置单独的电绝缘和热传导材料时)。根据另一示范性实施例，热交换器440可以由陶瓷材料或者其它适合材料制成。根据示范性实施例，热交换器440可以由吹塑工艺、注模工艺或者其它适合工艺制成。
现在参考图21-35，示出了根据示范性实施例组装电池模块524的方法。如图21所示，电池模块524包括示出为壳体550(从上向下示出)的结构。壳体550包括被配置成允许流体(例如，从壳体内的电化学电池单元排放的冷凝物、排出物和/或气体等等)离开壳体550的多个开口或者孔径559。根据安装模块524的取向，孔径559可以位于整个壳体550上的各种位置中。壳体550还包括示出为设置在壳体550的外表面上的肋条551的多个结构。根据示范性实施例，肋条551向壳体550提供附加的结构刚性和/或可以用于形成壳体550。
现在参考图22，热交换器540设置在壳体550内。热交换器540包括第一开口541和第二开口542。如图22A-22B所示，第一开口541设置在壳体550中的狭槽或者切口558中，并且第二开口542设置在壳体550中的开口或者孔径557中。根据示范性实施例，开口541是被配置成容纳流体(例如水、水/乙二醇混合物、制冷剂等等)的入口，开口542是出口。根据另一示范性实施例，开口542可以是入口并且开口541可以是出口。
如图23-25所示，热交换器540包括被配置成容纳电化学电池单元530的外表面538的一部分的外表面543(例如，如图26所示)。外表面538包括垂直取向的谷或者凹槽544以及峰或者脊545。热交换器540还可以包括位于热交换器540的任意端部处的部分546。
根据示范性实施例，热交换器540包括流体经过其流经热交换器540的分立路径548。根据示范性实施例，流体在热交换器540内侧的流动可以是之字形运动(例如，由图23中的箭头547所示)，但是根据其它示范性实施例可以改变。根据一个示范性实施例，分立路径548可以由间隙549分隔开(或者，可选地在路径之间可以具有固态材料而非间隙，以将弯曲路径的各种部分彼此分离)。
通过这种方式，可以经过热交换器路由流体，使得其在以之字形经过热交换器时经过每一个电池单元多次。与关于图20描述的热交换器内的流体的流动类似，将经过热交换器的流体的流动划分为彼此分隔开的多个段，尽管代替在入口或者出口之间沿单个方向流动，但是热交换器540中的流体在流体的流动路径的一段和流体的流动路径的相邻段之间转换时将其流动方向反向。
例如，如图23所示，流体可以在热交换器540的第一端部处在开口541处进入热交换器540。然后流体沿长度方向沿着路径548朝向第二端部流经热交换器540。在第二端部处，路径548然后改变180°，使得流体的流动朝向第一端部返回(即，沿相反方向)。一旦流体达到了第一端部，路径548就再次改变180°，使得流体的流动再次朝向第二端部。然后流体跟随路径548直到流体达到开口542以离开热交换器。
根据另一示范性实施例，流体的流动可以沿相反方向(即，流体可以进入开口542并且在流经路径548之后离开开口541)。根据各种示范性实施例，热交换器540的设计可以变化(例如，根据需要，热交换器可以包括任意匝数或者长度的路径548，以正确地加热/冷却电化学电池单元530)。
根据其它示范性实施例，流体可以按照各种方式流经热交换器540。例如，流体可以以通常垂直的之字形运动流动(代替先前描述的水平之字形运动)。根据另一示范性实施例，热交换器540内侧可以是空的(即，不包含内部分隔、壁或者间隔体)，使得流体直接从热交换器540的入口(例如，开口541)流到出口(例如，开口542)。
根据示范性实施例，热交换器540可以由聚合物材料(例如，聚丙烯)或者实现到/来自电池单元530的热传导的其它适合材料制成(例如，电绝缘和热传导材料)。根据另一示范性实施例，热交换器540可以由金属材料(例如，铝或者铝合金)或者其它适合材料(例如，在电池单元530的外表面未被充电时(例如，可以是中性)或者在电池和热交换器之间设置单独的电绝缘和热传导材料时)。根据另一示范性实施例，热交换器540可以由陶瓷材料或者其它适合材料制成。根据示范性实施例，热交换器540可以由吹塑工艺、注模工艺或者其它适合工艺制成。根据示范性实施例，通过对热交换器540的外部壁进行箍缩或者焊接形成内部划分、壁或者分隔体。
根据示范性实施例，热交换器540的壁厚在大约0.5毫米和1.5毫米之间。根据另一示范性实施例，热交换器540的壁厚为大约1毫米。根据示范性实施例，热交换器540的整体厚度在大约4毫米和6毫米之间。根据另一示范性实施例，热交换器540的整体厚度为大约4.6毫米。根据示范性实施例，热交换器540的壁厚和/或整体厚度沿着热交换器540的长度基本上恒定(例如，如图24所示)。根据其它示范性实施例，热交换器540的壁厚和/或整体厚度可以根据其它示范性实施例变化。
现在参考图26-26B，在壳体550内设置多个电化学电池单元530(从上向下)。根据示范性实施例，电化学电池单元530通常为被配置成存储电荷的圆柱形锂离子电池。根据其它示范性实施例，所述电池单元可以是镍金属混合电池、锂聚合物电池等等，或者现在已知或以后研究的其它类型的电化学电池单元。根据其它示范性实施例，电化学电池单元530可以具有其它物理配置(例如，椭圆形、棱柱形、多边形等等)。根据其它示范性实施例，电化学电池单元530的容量、尺寸、设计和其它特征也可以与所示出的不同。
根据示范性实施例，电化学电池单元530包括被配置成容纳在分别位于壳体550的上表面上的孔径553、554内的正端子532和负端子534。根据示范性实施例，孔径553、554的尺寸相对彼此不同，使得端子532、534仅沿正确取向设置在壳体550内。根据示范性实施例，旋转电化学电池单元530，直到端子532、534与孔径553、554正确对准。
根据示范性实施例，端子532、534包括螺纹开口533、535，所述螺纹开口533、535被配置成容纳紧固件以耦合汇流条573的导电构件(例如，如图31所示)。壳体550的上表面可以还包括突起555，所述突起555具有被配置成容纳紧固件的螺纹开口556以将CSC 582耦合到电池模块524(例如，如图34所示)。
现在参考图27A和27B，可以在壳体550内设置至少一个温度传感器以测量电池单元530之一的温度。例如，如图27A所示，温度传感器501设置在切口或者狭槽502中，该切口或者狭槽502设置在壳体550中。温度传感器501连接到(例如，经由连接布线503)迹线板(例如，以图32所示的迹线板580为例)，并且从那里连接到CSC(例如，如图34所示的CSC 582为例)或者电池管理系统。
根据另一示范性实施例，温度传感器504可以设置在切口或者狭槽505中并且连接(例如，通过连接布线506)到迹线板(例如，如图32所示的迹线板580)，且从那里连接到CSC(例如，如图34所示的CSC 582)或者电池管理系统，所述切口或者狭槽505设置在壳体550中。在任意情况下，电化学电池单元530然后设置在壳体550内并且与传感器501、504接触。根据示范性实施例，传感器501、504大约位于电化学电池单元530的中间部分处，但是根据其它示范性实施例，传感器501、504可以位于任意位置。
现在参考图28，示出了根据示范性实施例被示出为托盘560的结构或者基部。托盘560包括被配置成基本上与电化学电池单元530的外部538的一部分匹配的内壁或者表面565。根据另一示范性实施例，托盘560的外表面基本上与内部表面565互补。根据另一示范性实施例，托盘560包括被配置成容纳每一个电化学电池单元530的下端部的多个特征件或者插槽566。插槽可以包括被配置成容纳镶嵌物562的第一直径561。根据示范性实施例，每一个镶嵌物562具有通常与插槽的内部直径563对准的内部直径。
镶嵌物562可以由诸如EPDM泡沫(或者任何其它适合的材料)的柔性材料构成。镶嵌物562被配置成在装配期间占据电池模块524的任何尺度容限变化。此外，镶嵌物562可以有助于使电化学电池单元530与震动隔离(例如，在车辆的操作期间)。
根据示范性实施例，托盘560还包括示出为突出或者突起568的特征件，所述特征件被配置成至少部分地保持或者有助于定位电池单元530的下端部。根据另一示范性实施例，突起568可以还有助于定位热交换器540。托盘560还包括与托盘560的插槽566的内部直径563流体连通的多个开口或者切口567，使得从电化学电池单元530排出的气体和/或排出物可以然后经过开口567离开。
托盘560还包括在托盘560的底表面569上方从插槽566的内部直径563延伸的特征件或者壁564。这些壁564可以用作电化学电池单元530的出口536的出口开口特征件。可以在2009年8月13日提交的国际申请No.PCT/US2009/053697中找到出口开口特征件的示例和描述，这里以引用的方式结合其全部公开。
根据图29和29A所示的示范性实施例，托盘560利用多个紧固件耦合到壳体550。根据其它示范性实施例，托盘560可以通过其它方式(例如，啮合装配连接、焊接等等)耦合到壳体550。根据示范性实施例，如图29A所示，壳体550可以包括设置在特征件或者肋条509中并且被配置成容纳螺母511的狭槽510。设计狭槽510的形状以在将紧固件508拧到螺母511中的同时限制螺母511的移动。如图所示，托盘560包括被配置成经过其容纳紧固件508的孔径或者开口507。根据另一示范性实施例，托盘560可以包括狭槽510来代替壳体550。
根据示范性实施例，电池模块524可以变化以容纳更小或者更大的电化学电池单元530。例如，壳体550可以在高度上变化，以容纳更短或者更长的电化学电池单元。根据另一示范性实施例，托盘560可以在高度上变化，以接收更短或者更长的电化学电池单元。在再一示范性实施例中，壳体550和托盘560二者在高度上都变化，以容纳更短或者更长的电化学电池单元。根据另一示范性实施例，热交换器540可以在高度上变化，以容纳更短或者更长的电化学电池单元。
现在参考图30和30A，螺母541设置在位于壳体550的顶表面中的开口513内。螺母514被配置成用于将模块524与相邻模块或者连接到电池系统(未示出)内的其它部件。图30还示出了在壳体550的整个上表面上设置的突起512。根据示范性实施例，突起512围绕电化学电池单元530的端子532、534的至少一部分。从图31可以看出，突起512有助于将汇流条573彼此隔离。根据示范性实施例，突起512可以实质上是弓形的或者以其它方式配置(例如，直线的)。
现在参考图31，示出了根据示范性实施例耦合到电池模块524的汇流条组件570。汇流条组件570包括用于将电化学电池单元530彼此连接或者连接到电池模块或者电池系统的其它部件的导电构件或者汇流条573。使汇流条573作为汇流条组件570的一部分在组装电池模块524时节约了时间和装配成本。
根据示范性实施例，汇流条组件570包括设置在第一层或者基部571(例如，塑料或者诸如Mylar
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的膜)上的多个汇流条573。根据另一实施例，可以设置第二层(未示出)以将多个汇流条573夹置在第一层571和第二层之间。如图31所示，多个汇流条573中的每一个包括设置在每一个汇流条573的每一端部处的孔径或者开口574。这些开口574被配置成容纳紧固件，以将汇流条573耦合到端子(例如，以图30所示的正端子532和负端子534为例)。
现在参考图31A，示出了根据示范性实施例设置到壳体550的温度传感器576。将温度传感器576插入到位于壳体550的顶部部分上的孔或者开口575中。温度传感器576可以(例如，通过连接布线)连接到迹线板(例如，如图32所示的迹线板580)并且从那里连接到CSC(例如，以图34所示的CSC 582为例)或者电池管理系统。密封或者O形环577围绕连接布线以密封开口575。设置示出为夹子578的保持构件以将温度传感器576保持到合适位置。夹子578具有用于连接布线以装配其间的开口或者孔径。夹子578还具有一对臂以有助于将夹子578保持到壳体550。
现在参考图32-33A，示出了根据示范性实施例的迹线板580。迹线板580包括各种电气和电子部件(例如，电气触点、感测线路、传感器、连接器583等等)以监控、控制和/或调节电池单元530。例如，迹线板580包括多个柔性弹簧引线或者柔性触点584。柔性触点584用于将迹线板580上的传感器579连接到电池单元530的端子532、534，以测量各种电池单元530的电压。具有柔性触点584允许在组装工艺期间部件的未对准和/或尺度变化。柔性触点584还将迹线板580与震动(例如来自车辆)隔离。
如图33A所示，柔性触点584包括通常为圆形环或者碟子形状的主体部分585。主体585通过多个构件或者臂587连接到外部构件586。如图33A所示，柔性触点584具有两个臂587；然而，根据其它示范性实施例，柔性触点584可以具有更多或者更少数量的臂587。主体585具有被配置成允许紧固件589经过其中的孔径或者开口588以将柔性触点584与电化学电池单元30的端子耦合。外部构件586被配置成耦合(例如，锡焊或者焊接等等)到迹线板580。
根据示范性实施例，柔性触点584由冲压工艺或者其它适合的工艺形成。根据示范性实施例，柔性触点584由诸如铜(或者铜合金)、铝(或者铝合金)的导电材料，或者其它适合的材料形成。根据示范性实施例，柔性触点584在电化学电池单元530的电压引线上具有恒定电阻。
现在参考图34，示出了根据示范性实施例组装到电池模块524的迹线板580的CSC 582。CSC 582被配置成监控和/或调节电化学电池单元530的温度、电流和/或电压。而且图34示出了将温度传感器501、504(例如，如图27A和27B所示)连接到连接器583的连接器布线503、506。连接器583传导连接到CSC 582(例如，通过电气或者传导线路(未示出))。此外，迹线板580(例如，经由主连接器(未示出))可以传导耦合到CSC 582。
现在参考图35和35A，示出了根据示范性实施例耦合到电池模块524的壳体550的盖体590。根据示范性实施例，盖体590包括被配置成与CSC582相对应的升高部分591。此外，升高部分592与连接器583相对应地设置在盖体590上。根据示范性实施例，升高部分592包括开口593以允许触及连接器583。
根据示范性实施例，盖体590耦合到壳体550(例如，利用啮合装配连接)。如图35A所示，盖体590包括具有啮合壳体550中的开口或者孔径596的突出595的啮合钩594。啮合钩594的突起595啮合围绕开口596的表面或者平台597以将盖体590耦合到壳体550。根据另一示范性实施例，壳体550可以包括啮合钩594特征件，并且盖体590可以包括开口596。根据其它示范性实施例，盖体590可以以其它方式耦合到壳体550(例如，通过紧固件、粘合剂、焊接等等)。
现在参考图36和37，示出了根据另一示范性实施例的电池模块624。电池模块624包括壳体650，壳体650被配置成在壳体650中容纳多个电化学电池单元630。设置耦合到壳体650的底部的下壳体或者托盘660。盖体690(例如，利用啮合装配连接、紧固件、粘合剂、焊接等等)耦合到壳体650。根据图37，电池模块624包括设置在壳体650内以向电化学电池单元630提供加热和/或冷却的热交换器640。热交换器640包括流体连接(例如，以连接641为例)以将热交换器640连接到流体(例如水、水/乙二醇混合物、制冷剂等等)。
根据示范性实施例，壳体650包括具有切口或者凹陷605的构件或者凸缘651。凹陷605被配置成容纳温度传感器(未示出)以测量电化学电池单元630的温度。根据示范性实施例，温度传感器设置在沿着电池单元630的高度的中间点处。根据示范性实施例，温度传感器可以设置在电池模块624中的其它位置和/或沿着电化学电池单元630的不同高度处。
现在参考图38A-41C，示出了根据另一示范性实施例的电池系统722。电池系统722包括彼此邻近(例如，并排)的多个电池模块724。如图38A所示，电池系统722包括七个电池模块724。根据其它示范性实施例，电池系统722可以包括更多或者更少数量的电池模块724。电池系统还包括被配置成监控、调节和/或控制电池系统722和/或电池模块724的电池管理系统(BMS)728。
尽管图38A-41C示出了具有特定数量的电池模块724(即，七个电池模块)，但是应该注意到，根据其它示范性实施例，根据各种考虑的任意一个(例如，电池系统的期望功率、电池系统必须装配其间的可用空间等等)，电池系统722中可以包括不同数量和/或结构的电池模块724。电池模块724的设计和构造实现模块化组装(例如，模块可以快速而有效地机械、电和/或热彼此耦合或者与电池系统722的其它部件耦合)。
如图39所示，示出了被配置成容纳电池系统722的车辆室710。车辆室710包括被配置成与电池系统722的壳体720相对应的第一水平面711和第二水平面712。根据示范性实施例，第一水平面711包括电池模块724的开口713(例如，以允许从电池模块724的单独电池单元(未示出)的排放气体经过其中)。根据另一示范性实施例，第二水平面712包括开口714(例如，以允许电气连接或者布线经过以连接到诸如BMS 728的电池系统722)。
如图38B所示，电池系统722包括位于电池系统壳体720的底部处的多个开口或者狭槽721，所述底部经过电池系统壳体720的狭槽721并且进入室。室通过电池系统壳体720的底部和车辆室710的结构来限定(例如，如图31所示)。根据示范性实施例，室可以包括经过车辆室710的底部允许来自室的排放气体离开车辆的至少一个孔或者开口(例如开口713)。
根据示范性实施例，电池系统壳体720底部处的狭槽或者开口721基本上沿着每一个单独电池模块724的整个长度延伸。根据另一示范性实施例，狭槽或者开口721与单独电池模块724的两行电化学电池单元交叠。根据另一示范性实施例，狭槽或者开口721仅部分未覆盖电池模块724的电池单元的出口，但是仍然允许所述出口经由狭槽或者开口721与室流体连通。
参考图38A和40A-40C，还示出了电池系统722以包括连接到电池模块724的热交换器(未示出)的开口或者入口741(例如，如图40B所示)的第一歧管702。电池系统722还包括耦合到电池模块724的热交换器(未示出)的第二歧管704。歧管702、704被配置成提供流体来加热和/或冷却电池模块724的电化学电池单元。
根据示范性实施例，歧管702、704可以耦合(例如，经由连接700、701)到车辆的热交换器(未示出)，以加热和/或冷却用于管理电池系统722中的电化学电池单元的温度的流体。根据示范性实施例，歧管702、704横跨单独的电池模块724横向延伸(例如，在电池系统722的任意侧)。根据其它示范性实施例，歧管702、704可以位于电池系统722的其它位置或者具有不同的结构。
根据示范性实施例，歧管702被配置成作为到电池模块724的入口或者供应歧管，歧管704被配置成作为电池模块724的出口或者返回歧管。根据另一示范性实施例，歧管724可以是入口歧管并且歧管702可以是出口歧管。
如图38A和40A-40C所示，歧管702、704通过构件或者连接703、705连接到热交换器的连接。根据示范性实施例，(例如，如图40B所示)连接703、705在歧管702、704的顶部处离开歧管702、704，并且然后与热交换器的入口/出口(例如，开口741)连接。根据其它示范性实施例，连接703、705可以以其它方式从歧管连接到热交换器。根据示范性实施例，每一个歧管702、704可以包括用于容纳加热/冷却流体的入口/出口连接701、700(例如，如图40C所示)。
现在参考图41A和41B，示出了根据示范性实施例用于电池系统722的维修断开件706。维修断开件706被配置成在维修电池系统722之前断开电池系统722的高压连接。如图41A所示，维修断开件706处于导通或者连接位置中。如图41B所示，维修断开件706处于关断或者断开位置中。
根据示范性实施例，维修断开件706包括主体部分708和手柄部分707。根据示范性实施例，手柄707可以包括在其中被配置成允许用户更容易地操作维修断开件706的开口或者孔径。根据另一示范性实施例，维修断开件706可以包括被配置成在维修断开件706处于导通或者连接位置中时(例如，如图41A所示)可释放地与手柄707的一部分啮合的表示为挂钩或者钩709的特征件或者设备。根据其它示范性实施例，可以按照可选的结构设置维修断开件706的任何部件。
维修断开件706的一个有利特征是在维修断开件处于导通位置中时用于将盖体719耦合到电池系统壳体720的紧固件715隐藏(即，不可触及)，如图41A所示。为了触及紧固件715，维修断开件706的手柄707必须旋转到关断位置，如图41B所示。因而，在维修断开件处于导通位置中时用户可以不触及电池系统722(即，在维修断开件处于关断位置中时用户可以仅去除盖体719)。
现在参考图42-45，示出了根据另一示范性实施例的电池系统822。从图42中看出，电池系统822包括被配置成容纳多个电池模块824的壳体820。根据各种示范性实施例，电池模块824可以与在本申请中讨论的或者以其它方式已知或者在今后研究的各种模块相同或者类似。
根据示范性实施例，电池模块824布置为多层(例如，两层)，每一层具有并排布置的七个电池模块824。根据其它示范性实施例，每一层中可以包括更多或者更少数量的电池模块824。根据另一示范性实施例，电池系统822中可以包括更多或者更少数量的电池模块824的层。
尽管图42-45示出为具有特定数量的电池模块824，但是应该注意到，根据其它示范性实施例，根据任意的各种考虑(例如，电池系统的期望功率、电池系统必须装配其间的可用空间等等)，电池系统822中可以包括不同数量和/或结构的电池模块824。电池模块824的设计和构造实现模块化组装(例如，可以将所述模块快速而有效地机械、电和/或热彼此耦合或者与电池系统822的其它部件耦合)。
如图42所示，电池模块824的每一层布置在被配置成设置在壳体820内并且耦合到其上的框或者构件818(例如，由金属或者其它适合材料构成)内。将电池模块824的层分隔开的是示出为板或者隔板819的结构或者构件。此外，设置示出为盖体821的结构或者构件以基本上覆盖壳体820内的电池模块824。根据示范性实施例，隔板819和盖体821由片金属或者其它适合的材料构成。
现在参考图43，电池系统822示出为包括基部框构件或者结构816(例如，由金属管材或者其它适合材料构成)。根据示范性实施例，构件816被配置成耦合(例如，利用紧固件、焊接等等)到壳体820的底部，以有助于将电池系统822耦合到车辆。根据另一示范性实施例，可以将电池系统822设置为静止系统(例如，在建筑物内)以提供独立功率。电池系统822还包括多个构件812以有助于提升电池系统822。
如图43所示，壳体820可以包括孔或者开口811，所述孔或者开口811被配置成有助于排放可能从电池模块824内的单独电池单元排放的流体和/或气体和/或可能累积在壳体820内的冷凝物或者其它液体。电池系统822还包括被配置成将电池系统822电连接到车辆或者需要电池功率的其它源的高压连接814、815。电池系统822还包括低压连接器813。
现在参考图44-45，电池系统822的电池模块824的单独电化学电池单元(未示出)的温度可以由利用液体冷却和/或加热的热管理系统来调节。为了清晰起见，下面将关于冷却来描述电化学电池单元的热管理。经过歧管802向电池模块824提供液体冷却剂(例如，以水、水/乙二醇混合物、制冷剂等等为例的流体)。歧管802通过连接构件803连接到单独的电池模块824。连接构件803将歧管802流体连接到单独电池模块824的热交换器(未示出)的开口841。根据示范性实施例，可以在每一个连接构件803的端部处包括示出为软管夹806的夹置构件，以有助于将歧管802密封到电池模块824的热交换器。
根据另一示范性实施例，电池系统822设置有第二歧管804。歧管804通过连接构件805流体连接(例如，流体连通地提供)到每一个电池模块824。连接构件805将歧管804连接到单独的电池模块824的热交换器的开口842。
根据一个示范性实施例，歧管802是供应(入口)歧管并且歧管804是返回(出口)歧管。然而，根据另一示范性实施例，歧管804可以是供应歧管并且歧管802可以是返回歧管。电池系统822包括与歧管802、804单独连接的流体连接800、801。根据一个示范性实施例，流体连接800是出口连接而流体连接801是供应或者入口连接。然而，根据另一示范性实施例，流体连接800是入口连接而流体连接801是出口连接。
根据示范性实施例，歧管802、804(以及与电池模块824相对应的流体连接)全部基本上位于电池系统822的一侧上。这允许容易而有效地组装和维护电池系统822。同样地，在流体连接全部位于电池模块824的一侧上时，基本上电池模块824的全部电气连接发生在电池系统822的一侧上(例如，与流体连接相对的侧)。
现在参考图46和47，示出了根据另一示范性实施例的电池系统922。电池系统922包括一个接一个并排布置以形成行的多个电池模块924。根据其它示范性实施例，电池模块924可以以其它方式布置(例如，端部到端部、堆叠等等)。根据其它示范性实施例，电池模块924可以与本申请中讨论的或者以其它方式已知或今后研究的各种模块相同或者类似。
根据示范性实施例，电池系统922还包括电池管理系统(BMS)928、维修断开件906和通常示出为电气部件915的多个连接器和预充电电阻器。根据示范性实施例，BMS 928调节电池模块924中的电化学电池单元(未示出)的电流、电压和/或温度。维修断开件906包括有维修断开件盖体907。根据示范性实施例，维修断开件906与在图41A和41B中示出和描述的维修断开件类似地工作(例如，维修断开件将电池系统的高压连接断开，以使得可以维修该电池系统)。
电池系统922还包括被配置成将电池系统922连接到车辆的电气系统的高压连接器910。根据示范性实施例，高压连接器包括一个负极性连接器和一个正极性连接器。壳体920还包括接地螺柱911。
尽管图46和47中示出了具有特定数量的电池模块924，但是应该注意到，根据其它示范性实施例，根据任意的各种考虑(例如，电池系统的期望功率、电池系统必须装配其间的可用空间等等)，电池系统922中可以包括不同数量和/或结构的电池模块。电池模块924的设计和构造实现模块化组装(例如，可以将所述模块快速而有效地机械、电和/或热彼此耦合或者与电池系统922的其它部件耦合)。
根据示范性实施例，电池模块924设置在结构或者壳体920内。壳体920连同盖体(未示出)被配置成基本上围绕单独的电池模块924和电池系统922的其它各种部件。根据示范性实施例，壳体920设置有多个支撑或者框构件916(例如，在壳体的底部上)，以将电池系统922耦合到车辆(例如，到车辆的框)。根据其它示范性实施例，框构件916可以以其它方式设置和/或耦合到壳体920(例如，以在壳体的顶部或者壳体的侧面上为例)。
根据示范性实施例，电池系统922包括被配置成将单独的电池模块921彼此导电连接或者连接到电池系统922的其它部件的导电构件(未示出)(例如，以到BMS 928或者电气部件915为例)。如图46所示，导电构件可以由示出为盖体914的构件部分覆盖。设置盖体914以基本上绝缘导电构件。
电池系统922还可以包括热管理系统以调节电池模块924的单独电池单元(例如，如图51所示)的温度。为此，电池系统922包括被配置成向电池模块924提供加热和/或冷却流体的第一歧管902和第二歧管904。根据示范性实施例，歧管902(入口)是供应歧管并且歧管904是返回(出口)歧管。根据另一示范性实施例，歧管902是返回歧管并且歧管904是供应歧管。根据示范性实施例，每一个歧管902、904的端部连接到如图46所示的流体连接900、901。流体连接900、901被配置成将歧管902、904连接到热管理系统的其它部件(例如，车辆的热交换器等等)。
如图46和47所示，歧管902、904包括被配置成将歧管902、904连接到单独电池模块924的热交换器(例如，如图51所示)的连接构件903、905。从图47可以看出，每一个连接构件903将歧管902连接到热交换器的开口941，并且每一个连接构件905将歧管904连接到热交换器的开口942。根据示范性实施例，连接构件903、905均包括被配置成有助于软管夹(未示出)保持在连接构件903、905上的突出(例如，倒钩、突起、脊、延伸等等)。软管夹在连接构件903，905上的保持有助于将歧管902、904容易而有效地组装到电池模块924。
从图47可以最好地看出，壳体920被配置成允许容易触及电池模块924的热交换器的歧管902、904和开口941，942。例如，壳体920包括位于电池模块924的开口941、942的侧面上的浅的侧壁。此外，从歧管902、904到电池模块924的全部流体连接沿着电池系统922的一侧。这实现了组装电池系统922的容易程度和增加的效率。同样地，基本上电池模块924的全部电气连接沿着电池系统922的一侧(例如，与歧管连接相对的侧)。
现在参考图48-59，更详细地讨论根据示范性实施例的电池模块924。电池模块924包括被配置成基本上覆盖和包含多个电化学电池单元930(例如，如图51所示)的上结构或者壳体950以及下结构或者托盘960。壳体950包括设置在壳体950的外表面上的多个支撑和肋条951。肋条951被配置成有助于增强壳体950的结构刚性。
根据另一示范性实施例，壳体950包括沿着壳体950的上表面设置的多个孔径或者开口959。开口959被配置成允许诸如冷凝物和/或气体和/或排放物的流体(例如，可能从电化学电池单元930排放)离开壳体950。壳体950还包括允许流体离开壳体950的孔径或者开口958(例如，如图53所示)。根据示范性实施例，在整个壳体950上的各种位置处设置孔958、959，以允许流体离开电池模块而与可以设置电池模块924的取向(例如，垂直取向、水平取向等等)无关。
根据示范性实施例，壳体950包括示出为安装构件953、954的多个构件或者元件。如图48-51和59所示，安装构件953、954包括被配置成容纳紧固件的至少一个开口或者孔径，以将电池模块安装在电池系统内(例如，以图46-47所示的电池系统922为例)。根据示范性实施例，电池模块924包括位于电池模块924的第一端部处的第一组安装构件953、954以及位于电池模块924的第二端部处的第二组安装构件953、954。
根据示范性实施例，可以沿通常的水平取向来配置安装构件953、954的一部分(例如，以安装构件953为例)，并且沿基本上垂直取向设置安装构件953、954的另一部分(例如，以安装构件954为例)。根据其它示范性实施例，可以按照其它取向或者结构设置安装构件953、954。
根据示范性实施例，可以将安装构件953、954的一部分设置为单个部件(例如，单个一体构件)。例如，如图48所示，将安装构件954中的一个设置为具有安装构件953之一的单个构件。根据其它示范性实施例，可以将安装构件953、954设置为单独的部件并且随后耦合(例如，焊接)到一起。具有安装构件953、954的各种配置和取向允许电池模块924按照各种配置安装在电池系统内。本领域的普通技术人员将容易理解到，并不需要在电池模块924的每一个安装配置中都使用全部安装构件953、954(例如，在每一个安装配置中可以不利用安装构件953、954内包括的一些孔径或者孔)。
现在参考图49，将电池模块924示出为包括被配置成基本上覆盖电池模块924的顶部部分的盖体990。电池模块924的顶部部分处包括汇流条组件970、迹线板980以及电池监督控制器(CSC)982。根据示范性实施例，可以通过多个啮合装配特征件将盖体990紧固到壳体950。例如，盖体990可以包括被配置成容纳在狭槽或者开口996中的示出为啮合钩994的多个突起(例如，如图59所示)。一旦啮合钩994经过开口996，啮合钩994的脊或者尖端啮合横档997。根据示范性实施例，盖体990可以包括开口996并且壳体950可以包括啮合钩994。根据其它示范性实施例，盖体990可以以其它方式耦合到壳体950(例如，利用紧固件、粘结剂等等)。
根据示范性实施例，汇流条组件970包括设置在第一层或者基板971(例如，诸如Mylar
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的塑料或者膜)上的多个汇流条973。根据另一实施例，可以设置第二层(未示出)以将多个汇流条973夹置在第一层971和第二层之间。如图49所示，多个汇流条973中的每一个包括设置在每一个汇流条973的每一个端部处的孔径或者开口974。这些开口974被配置成容纳紧固件，以将汇流条973耦合到端子(例如，以图49所示的正端子932和负端子934为例)。
根据示范性实施例，迹线板980包括多个柔性触点984(例如，如图55和59所示)。柔性触点984可以与在图33A中示出和描述的柔性触点584类似。根据示范性实施例，柔性触点984可以通过多个导电线路或者布线(未示出)连接到连接器983(例如，如图55和59所示)。根据示范性实施例，迹线板980还可以包括多个各种传感器(例如，电压传感器、温度传感器等等)以及其它电气部件。
根据示范性实施例，CSC 982可以机械耦合(例如，通过紧固件)到迹线板980。此外，CSC 982可以通过电缆或者连接器(未示出)与迹线板980电耦合。根据示范性实施例，CSC 982被配置成监控和/或调节电化学电池单元930的温度、电流和/或电压(例如，如图51所示)。
现在参考图51，在壳体950内设置多个电化学电池单元930。根据示范性实施例，电化学电池单元930通常为被配置成存储电荷的圆柱形锂离子电池单元。根据其它示范性实施例，所述电池单元可以是镍金属混合电池单元、锂聚合物电池单元等等，或者现在已知或以后研究的其它类型的电化学电池单元。根据其它示范性实施例，电化学电池单元930可以具有其它物理配置(例如，椭圆形、棱柱形、多边形等等)。根据其它示范性实施例，电化学电池单元930的容量、尺寸、设计和其它特征也可以与所示出的不同。
根据示范性实施例，电化学电池单元930包括位于电池单元930的第一端部处的一个正端子932和一个负端子934(例如，如图49所示)。电化学电池单元930还包括位于电池单元930中与第一端部相对的第二端部处的出口936。所述出口936被配置成一旦电池单元930的内部压力达到预定水平就从电池单元930脱离(即，展开)。在展开出口936时(即，从电池单元脱离)，允许气体和/或排放物从电池单元930释放。根据示范性实施例，出口936是位于电池单元930底部处的圆形孔盘。根据其它示范性实施例，电池单元930可以具有不同的端子和/或孔配置(例如，正端子可以位于电池单元930的一个端部上并且负端子可以位于电池单元930的相对端部上)。
根据示范性实施例，电池壳体950被配置成容纳对于总共十二个电化学电池单元930具有六个电化学电池单元930的两行。尽管图51中示出了具有特定数量的电化学电池单元930，但是应该注意到，根据其它示范性实施例，根据任意的各种考虑(例如，电池模块924的期望功率、电池模块924必须装配其间的可用空间等等)，可以使用不同数量和/或结构的电化学电池单元930。
根据示范性实施例，在壳体950的下端部处设置托盘960。根据示范性实施例，托盘960通过啮合装配配置耦合到壳体950的底部部分。根据其它各种示范性实施例，托盘960可以以其它方式耦合到壳体950(例如，利用紧固件、粘合剂、焊接等等)。如图50-51所示，托盘960包括示出为被配置成容纳在设置在壳体950中的孔径或者开口952内的啮合钩966的构件(例如，如图52-53所示)。
根据示范性实施例，托盘960包括被配置成有助于托盘插入到壳体950的底部部分中的为对准拉环(tab)967的特征件或者元件。如图所示，对准拉环967延伸到比啮合钩966更大的高度。根据示范性实施例，可以将啮合钩966和对准拉环967与托盘960一起设置为单个部件。根据其它示范性实施例，可以彼此单独地设置啮合钩966和对准拉环967。
根据示范性实施例，托盘960包括被配置成容纳电池单元930的下端部的多个开口或者插槽。插槽可以包括被配置成与电池单元930的出口936一致的孔径或者开口961。托盘960进一步包括被配置成有助于定位和/或保持电池单元930的下端部的构件或者壁964。根据示范性实施例，托盘960还包括构件或者多个突起968。多个突起968可以有助于定位和/或保持电池单元930。根据另一示范性实施例，多个突起968也可以有助于定位壳体950内的热交换器940。
根据示范性实施例，托盘960被配置成容纳示出为镶嵌物962的构件。镶嵌物962包括多个结合的环。每一个环通过连接构件963连接到另一个环(例如，如图50所示)。此外，每一个环可以具有通常与托盘960的插槽的开口961相对应的内部直径969。根据示范性实施例，托盘960可以具有设置在托盘的壁964中的开口或者切口965，以容纳镶嵌物962的连接构件963。
根据示范性实施例，镶嵌物962可以由诸如EPDM泡沫(或者任何其它适合的材料)的柔性材料构成。镶嵌物962被配置成在组装期间占据电池模块924的任何尺度容限变化。此外，镶嵌物962可以有助于将电化学电池单元930与震动隔离(例如，在车辆的操作期间)。
根据示范性实施例，托盘960包括示出为壁937的特征件或者元件。如图51所示，壁937通常与托盘960的插槽的内部直径961一致。托盘960的每一个插槽的壁937设置用于出口936的出口开口特征件。可以在2009年8月13日提交的国际申请No.PCT/US2009/053697中发现出口开口特征件的示例和描述，这里以引用的方式结合整个公开。
根据示范性实施例，电池模块924还包括被配置成设置在如图51所示的电化学电池单元930的行之间的热交换器940。如图54A-54C所示，热交换器940包括第一开口941和第二开口942。根据一个示范性实施例，第一开口941被配置为入口而第二开口942被配置为出口。根据另一示范性实施例，开口942可以被配置为入口而开口941可以被配置为出口。
根据示范性实施例，流体(加热或者冷却流体，例如以制冷剂、水、水/乙二醇混合物等等为例)经过由间隙949分隔开的通道948流经热交换器940。如图54A所示，在开口941为入口并且开口942为出口时，流体跟随由箭头947示出的路径。在开口942是入口并且开口941是出口时，流体经过热交换器940的流动将沿相反方向。
根据示范性实施例，流体在热交换器940内侧的流动可以是之字形运动(例如，由图54A中的箭头947所示)，但是根据其它示范性实施例可以改变。根据一个示范性实施例，可以通过间隙549分隔开分立路径548(或者可选地，可以在路径之间存在固态材料而非间隙，以将弯曲路径的各种部件彼此分隔开)，以形成路径548的多个段。
通过这种方式，可以经过热交换器940传输流体，使得其在以之字形经过热交换器940时经过每一个电池单元多次。与关于图20描述的热交换器内的流体的流动类似，将流经热交换器的流体划分为彼此分隔开的多个段，尽管代替在入口或者出口之间的单个方向上流动，但是热交换器940中的流体在流体的流动路径的一段和流体的流动路径的相邻段之间转换时使其流动方向反向。
如图54A-54C所示，开口941和开口942二者位于热交换器940的相同端部上。这实现在电池模块的相同侧上进行到开口941、942的连接(例如，从如图46和47所示的歧管)。此外，在热交换器940的相同侧上具有开口941、942允许在热交换器940中设置偶数数量的段。例如，热交换器940设置有四个段，流体流经每一个电池单元930偶数次。具有偶数数量的段(并且具有流体流经特定电池单元930的偶数次)允许电池单元的更加均匀的冷却和/或加热。
例如，在电池单元930的冷却期间，流体以冷的温度进入热交换器940。在经过电池单元930并且沿着流动路径947流动时，流体的温度升高。随着流体升温，存在来自电池单元930的更少热传输。然而，通过具有如图54A所示的偶数数量的段，通过在流体离开开口942时使现在升温的流体流经入口附近的电池，可以在电池单元930之间进行均匀冷却。
如图54B所示，热交换器940包括被设计成与电化学电池单元930的外表面938一致的外表面943。这样，热交换器940的外表面943包括由附图标记944(谷、深谷等等)和945(峰、高点等等)代表的弯曲部分。根据一个示范性实施例，热交换器940的设计被配置成提供沿着每一个电化学电池单元930的成角度触点。根据示范性实施例，对于每一个电化学电池单元930的成角度触点基本上与电化学电池单元930的剩余部分相同。然而，根据其它示范性实施例，触点的角度可以在电化学电池单元930之间变化(例如，以更均匀地提供到/来自电池的热传输)。
根据示范性实施例，热交换器940可以由吹塑工艺、注模工艺或者其它适合的工艺制成。根据示范性实施例，热交换器940的壁厚在大约0.6毫米和1.0毫米之间，但是根据其它示范性实施例可以具有更大或者更小的壁厚。根据一个示范性实施例，热交换器940是半柔性的并且被配置成与电化学电池单元930的外侧一致。例如，热交换器940可以在轻微的(例如在大约5-10psi之间)流体压力下扩展，以使得热交换器940扩展从而外表面943与电化学电池单元930的外表面938接触和/或一致。
根据示范性实施例，热交换器940可以由聚合物材料(例如，聚丙烯)或者实现到/来自电池单元930的热传导的其它适合材料制成(例如，电绝缘和热传导材料)。根据另一示范性实施例，热交换器940可以由金属材料(例如，铝或者铝合金)或者其它适合材料(例如，在电池单元930的外表面未被充电时(例如，可以是中性)或者在电池和热交换器之间设置单独的电绝缘和热传导材料时)制成。根据另一示范性实施例，热交换器940可以由陶瓷材料或者其它适合材料制成。
现在参考图55-58D，在电池模块924的端部上设置示出为支架9000的构件。根据一个示范性实施例，每一个电池模块924设置有两个支架9000；然而，根据其它示范性实施例，电池模块924可以包括更多或者更少数量的支架9000。每一个支架9000被配置成保留(例如，保持、夹持、钳住、抓住、抓紧、维持等等)温度传感器9020与电化学电池单元930接触。根据示范性实施例，温度传感器9020的放置大约位于电化学电池单元930的中点处。根据其它示范性实施例，温度传感器9020的放置可以比电化学电池单元930的中点更高或者更低。
支架9000包括具有第一端部9002和形成多个钩9003的第二端部的主体9001。根据一个示范性实施例，第一端部9002被配置成放置在位于电池模块924的壳体950的凸缘中的孔或者开口957中(例如，参见图55)，而钩9003被配置成啮合位于电池模块924的壳体950中的狭槽或者开口956。如图55-58D所示，支架9000包括两个钩9003；然而，根据其它示范性实施例，支架9000可以包括更多或者更少数量的钩9003。
支架9000还包括示出为保持设备9010的特征件或者元件。保持设备9010包括耦合到主体部分9016的一对构件或者臂9012。如图58D所示，臂9012彼此相对。每一臂9012包括内表面9014。如图58D所示，内表面9014弯曲以与温度传感器9020的形状相对应(例如，如图57所示)。根据其它示范性实施例，保持设备9010(包括臂9012和主体部分9016)可以具有其它配置。
根据示范性实施例，支架9000由诸如塑料材料的半柔性材料(例如，尼龙等等)或者其它适合材料形成。从图58C可以看出，支架9000具有关于第一端部9002和钩9003的曲率。然而，一旦将支架9000安装在电池模块924上，支架9000处于基本上直的或者非弯曲位置中，产生力以保持或者维持温度传感器9020与电化学电池单元930接触。
如图57所示，温度传感器9020包括电气触点9022。触点9022被配置成连接到(例如，通过引线)电池模块924的另一部分(例如，CSC)，以读取和监控电化学电池单元930的温度。
现在参考图59，示出了根据示范性实施例的电池模块924的一部分。电池模块924示出为包括示出为从壳体950延伸出的突起955的特征件。如图59所示，电池模块924包括两个这样的突起955。每一个突起955被配置成容纳一个端部导电连接到电化学电池单元930的端子(例如，如图51所示)的导电构件975。
每一个导电构件975在导电构件975的每一个端部处包括孔径或者开口976。开口976中的一个被配置成容纳紧固件(例如，紧固件989)，以将导电构件975耦合到电化学电池单元930的端子。传导构件975的其它开口976被配置成将电池模块924连接到另一电池模块924(例如，如图46所示)或者连接到电池系统922的另一部件。突起955为导电构件975提供刚性支撑，以使得将施加到导电构件975上的负载或者力传输到突起955而不传输到传导构件975所连接到的电化学电池单元930(或者，到电化学电池单元930的端子)。
根据示范性实施例，突起955由与壳体950类似或者相同的材料构成(例如，以聚乙烯、聚丙烯等等为例)。根据另一示范性实施例，突起955可以具有基本上与导电构件975的端部类似的形状或者形式。
现在参考图60-64D，示出了根据示范性实施例的电池系统1022。电池系统1022包括多个电池模块1024。尽管没有明确示出，但是每一个电池模块1024包括多个电化学电池单元或者电池(例如，锂离子电池单元、镍金属混合电池单元、锂聚合物电池单元等等，或者现在已知或者以后研究的其它类型的电化学电池单元)。根据示范性实施例，电化学电池单元通常为被配置成存储电荷的圆柱形锂离子电池单元。根据其它示范性实施例，电池可以具有其它物理配置(例如椭圆形、棱柱形、多边形等等)。根据其它示范性实施例，电池的容量、尺寸、设计和其它特征也可以与所示出的不同。
尽管图60-64D中示出了具有特定数量的电池模块1024(即，对于总共八个模块具有四个模块的两行)，又包括特定数量的电化学电池单元(即，对于每模块总共10个电化学电池单元并且每电池系统80个电化学电池单元，具有每模块五个单元的两行)，但是应该注意到，根据其它示范性实施例，根据任意的各种考虑(例如，电池系统的期望功率、电池模块和/或电池系统必须装配其间的可用空间等等)，可以使用不同数量和/或结构的模块和/或电化学电池单元。
根据图60-64D所示的示范性实施例，电池系统1022包括热管理系统1110。根据示范性实施例，将热管理系统1110配置为单机模块化系统。热管理系统1110可以对于电池系统1022在其中使用的应用专门设计并且对于应用的特定要求可调节。例如，可以换出热管理系统1110的各种部件以满足应用的特定要求。
热管理系统1110是完整的单机系统，以向电池系统1022提供冷却和/或加热。热管理系统1110不需要连接到其所放置的车辆的任何加热/冷却系统。此外，可以根据需要去除模块化热管理系统1110和/或重新附接到电池系统(例如，换出部件、重新附接更小或者更大的额定热管理系统等等)。根据示范性实施例，利用多个啮合装配连接或者紧固件(未示出)将热管理系统1110耦合到电池系统1022。
如图64C所示，热管理系统1110向电池系统1022提供两个闭环冷却电路(即，对于电池模块1024的每一行，使用单个闭环冷却系统)。应该注意到，图60-64C示出了冷却系统；然而，如果需要，热管理系统1110也向电池系统1022提供加热。
根据示范性实施例，如图64C所示，热管理系统1110包括用于电池模块1024的每一行的压缩器1120、泵1130、冷却器/冷凝器1140，以及位于风扇壳体1150中的风扇(未示出)。在热管理系统1110中使用的制冷剂可以是氟利昂(例如，R134a)、水、CO2、或者其它适合的流体。传输到电池模块1024(例如，经由歧管)的热管理流体(即，冷却流体)优选的是水-乙二醇混合物(例如，50/50混合物)，但是可以根据各种其它实施例变化。
热管理系统1110还包括来自泵1130的冷却线路1102(供应线路)并且向位于电池模块1024的行外面的供应歧管1002供应被冷却的冷却流体。从图63可以看出，冷却线路1141连接到供应歧管1002的歧管连接1003和电池模块1024(例如，到位于电池模块1024内侧的热交换器)。经过单独的电池模块1024传输冷却流体以冷却电化学电池单元330。
根据示范性实施例，在电池模块1024的外侧周围传输冷却流体，以冷却位于电池模块1024内侧的电池。根据另一示范性实施例，经过(位于之间)两行电池传输冷却流体。根据其它各种实施例，可以按照冷却电池模块1024内侧的电化学电池单元所需的任何配置经过电池模块1024传输冷却流体。
再次参考图64C，冷却线路1142将离开电池模块1024的冷却流体传输到返回歧管1004。返回歧管1004通过返回线路1104连接到冷却器/冷凝器，以从现在升温的冷却流体中去除热量。根据另一示范性实施例，可以使冷却流体的流动反向(例如，返回歧管和返回线路将变为供应歧管和供应线路，而供应歧管和供应线路将变为返回歧管和返回线路)，以使得冷却流体从电池系统1022的内侧流到外侧。
如图64C所示，热管理系统1110向电池模块1024的单独行提供单独的冷却。这旨在有助于均衡电化学电池单元的温度，以使得整个电池系统1022的温度尽可能的均匀。根据其它各种示范性实施例，对于整个电池系统1022可以仅存在单个冷却环路。
参考图64C，每一个电池模块1024包括其自身的电池监督控制器(CSC)1082以监控电池电压和/或温度。如果需要，CSC 1082可以均衡电池(例如，均衡单独的电池电压和/或温度)，并且提供对于过压、欠压和过温度状况的冗余保护。根据示范性实施例，CSC 1082安装在迹线板1080(例如，印刷电路板)上并且电连接到迹线板1080。迹线板被配置成将电化学电池单元电连接到CSC 1082。电池系统1022还可以包括监控和/或调节电池模块1024和电化学电池单元的电池管理系统(未示出)。
电池系统1022还可以包括位于盖体1010或者壳体1020中的多个开口或者窗口1011，以允许用户观察电池系统1022的内部部件(例如，如图60-63所示)。可选地，可以使用单个不透明或者固态盖体来替代开口。
电池模块1024还包括用于允许空气进入或者离开电池系统1022(例如，如图61-62所示)的多个开口或者空气出口1112、1113，以由热管理系统1110使用(例如可以在冷却器1140上吹入空气)。空气可以从围绕电池系统1022的环境进入电池系统1022的空气开口1112(例如，在将电池系统放置在车辆的后面中或者车辆的后备箱中时，包含在车辆的后面或者车辆的后备箱中的空气能够经过空气开口进入电池系统)。可选地，可以经由连接空气开口1112和空气源的管道系统将空气传输到电池系统1022(例如，将空气开口连接到车辆的隔间、车辆的外侧等等的管道)。然后空气可以经过开口1113离开电池系统1022。根据另一示范性实施例，空气可以进入开口1113并且离开开口1112。
现在参考图64D，电池系统1022还包括示出为导通/关断/维修断开开关1006的三向开关。开关1006包括构件或者手柄1007，并且被配置成允许用户在电池系统1022的操作的不同模式之间选择。例如，在将开关1006设置在导通位置中时，电池能够向车辆供应电功率。在将开关1006设置到关断位置时，电池系统1022关断(即，不供应功率)。例如在将电池系统1022安装在车辆中之前运输时，可以使用关断位置。
在维修电池系统1022时通过用户选择第三位置，维修位置。将开关1006激活到维修位置将电池模块1024的第一行与电池模块1024的第二行断开，因而使电池系统1022的整体电压电势降低一半。维修位置还允许拿去电池系统的电池盖体1010，允许用户维修电池系统1022。在开关1006处于导通或者关断位置中时，可以不拿开盖体1010。
现在参考图65-68，示出了根据另一示范性实施例的电池系统1222。图65-68所示的电池系统1222在概念上与图60-64D所示的电池系统1022类似。
参考图65-68，将电池系统1222示出为包括多个电池模块1224。尽管没有明确示出，但是每一个电池模块1224包括多个电化学电池单元或者电池(例如，锂离子电池单元、镍金属混合电池单元、锂聚合物电池单元，或者现在已知或今后研究的其它类型的电化学电池单元)。根据示范性实施例，电化学电池单元通常是被配置成存储电荷的圆柱形锂离子电池单元。根据其它示范性实施例，电池可以具有其它物理配置(例如，椭圆形、棱柱形、多边形等等)。根据其它示范性实施例，电池的容量、尺寸、设计和其它特征也可以与所示出的不同。
尽管图65-68中示出了具有特定数量的电池模块1224(即，对于总共八个模块具有四个模块的两行)，这又包括特定数量的电化学电池单元(即，对于每模块总共10个电化学电池单元和每电池系统80个电化学电池单元，每模块具有五个电池的两行)，但是应该注意到，根据其它示范性实施例，根据任意的各种考虑(例如，电池系统的期望功率、电池模块和/或电池系统必须装配其间的可用空间等等)，可以使用不同数量和/或结构的模块和/或电化学电池单元。
根据如图65-68所示的示范性实施例，电池系统1222包括热管理系统1310。根据示范性实施例，将热管理系统1310配置为单机模块化系统。可以对于使用电池系统1222的应用专门设计热管理系统1310的尺寸并且对于应用的特定需求可调节。例如，可以换出热管理系统1310的各种部件以满足应用的特定需求。
热管理系统1310是完整的单机系统以向电池系统1222提供冷却和/或加热。即，热管理系统1310不需要连接到其所放置在其中的车辆的任何加热/冷却系统。此外，如有需要可以去除模块化热管理系统1310和/或重新附接到电池系统1222(例如，换出部件、重新附接更小或者更大的额定热管理系统等等)。根据示范性实施例，利用多个啮合装配连接或者紧固件(未示出)将热管理系统1310耦合到电池系统1222。
如图65-68所示，热管理系统1310向电池系统1222提供两个闭环冷却电路(即，对于电池模块1224的每一行具有单个闭环冷却系统)。应该注意到，图60-64C示出了冷却系统；然而，如果需要，热管理系统1310还可以向电池系统1222提供加热。对于电池模块的每一行，热管理系统1310可以包括压缩机、泵、冷却器/冷凝器和位于风扇壳体中的风扇。热管理系统1310中使用的制冷剂可以是氟利昂(例如，R134a)、水或者CO2。传输(经由歧管)到电池模块1224的热管理流体(即，冷却流体)优选的是水-乙二醇混合器(例如，50/50混合物)，但是根据各种其它示范性实施例可以变化。
热管理系统1310还包括来自泵的冷却线路或者供应线路(未示出)并且将被冷却的冷却流体供应到位于电池模块1224的行外部的供应歧管1202。从图66和67可以看出，冷却线路1341连接到供应歧管1202的歧管连接和电池模块1224。经过单独的电池模块1224传输冷却流体以冷却电化学电池单元。根据示范性实施例，在电池模块1224的外侧周围传输冷却流体以冷却位于电池模块1224内侧的电池。根据另一示范性实施例，经过(位于其间)两行电池传输该冷却流体。根据其它各种示范性实施例，可以按照冷却电池模块1224内侧电化学电池单元所需的任何配置经过电池模块1224传输冷却流体。
再次参考图66和67，冷却线路1342将离开电池模块1224的冷却流体传输到返回歧管1204。返回歧管1203通过返回线路(未示出)连接到冷却器/冷凝器以从先前升温的冷却流体去除热量。根据另一示范性实施例，可以使冷却流体的流动反向(例如，返回歧管和返回线路将变为供应歧管和供应线路，而供应歧管和供应线路将变为返回歧管和返回线路)，以使得冷却流体从电池系统1222的内侧流到外侧。
热管理系统1310可以向电池模块1224的单独行提供单独的冷却。这旨在有助于均衡电化学电池单元的温度，以使得整个电池系统1222的温度尽可能均匀。根据其它各种示范性实施例，对于整个电池系统1222可以仅存在单个冷却环路。
参考图66-68，每一个电池模块1224包括其自身的电池监督控制器(CSC)1282以监控电池电压和/或温度。如果需要，CSC 1282可以均衡电池单元(例如，均衡单独的电池电压和/或温度)，并且对于过压、欠压和过温度状况提供冗余保护。电池系统还包括电池断开单元(BDU)1226，该电池断开单元1226包括电池管理系统(未示出)以监控和/或调节电池模块1224和电化学电池单元。
电池系统1222还可以包括位于盖体1210中的多个开口或者透明窗口1211，以允许用户观察电池系统的内部部件(例如，如图65所示)。可选地，可以使用不透明或者固态盖体代替开口。电池系统1222还包括多个开口或者空气出口1212以允许空气进入电池系统1222(例如，如图61-62所示)，从而由热管理系统1310使用(例如，可以在冷却器上吹入空气)。空气可以从围绕电池系统1222的环境进入电池系统1222的空气开口1212(例如，在将电池系统放置在车辆的后面中或者车辆的后备箱中时，包含在车辆的后面或者车辆的后备箱中的空气能够经过空气开口进入电池系统)。可选地，可以经由连接空气开口和空气源的管道系统将空气传输到电池系统(例如，将空气开口连接到车辆的隔间、车辆的外侧等等的管道)。
现在参考图69A-69C，示出了根据示范性实施例用于电池单元的各种盖体和端子组件设计。第一盖体和端子组件设计包括具有附接到其上的第一端子1420和第二端子1430的盖体1410。根据示范性实施例，端子1430通过示出为绝缘体1432的构件与盖体1410电绝缘。汇流条1440耦合到端子(例如，通过紧固件1450)。
图69A-69C还示出了其中具有被配置成与端子1420、1430对准的孔径的迹线板1460。根据示范性实施例，可以在孔径中设置柔性触点1450。还示出了被配置成监控和/或调节各种电池的CSC 1470。
示出了根据示范性实施例提出的设计(具有附图标记1500系列)。根据示范性实施例，所提出的设计包括具有第一端子1520和第二端子1530的盖体1510。根据示范性实施例，端子1530可以通过表示为绝缘体1532的构件与盖体1510电绝缘。
如图69C所示，将盖体1510示出为耦合到汇流条1440。根据示范性实施例，端子1520、1530是具有拧到其上的螺母1534的双头螺栓，以将端子1520、1530耦合到汇流条1440。
从图69A-69C可以看出，所提出的设计提供了多个有利特征。例如，在所提出的设计中，盖体和端子组件基本上由冲压工艺形成。使用冲压工艺比更传统的形成工艺(例如，机械加工分离的部件并且然后将其装配到一起)节省时间和成本。
此外，降低了在所提出的设计中使用的重量和材料。例如，在所提出的设计中降低了端子的直径和高度。此外，在所提出的设计中，端子1520、1530是双头螺栓，允许更加有效的封装和组装。
根据示范性实施例，设置具有模块化构造的电池模块，以使得所述电池模块能够与其它电池模块模块化组装为电池系统。电池模块包括设置为两行的多个电化学电池单元以及设置在两行电池单元之间的冷却元件。所述电池单元和冷却元件由壳体、底部和盖体包围和围绕。所述电池模块还包括将所述电池单元彼此电耦合的汇流条组件以及被配置成监控和调节所述电池的电池监督控制器。
根据示范性实施例，电池系统包括多个电池模块以及被配置成向所述电池模块提供加热和/或冷却的热管理系统。电池系统的其它特征件可以包括电池导通/关断/维修断开开关、空气出口或者开口、以及电池管理系统。电池模块被布置为每行包含四个电池模块的两行。电池模块可以均包括利用汇流条彼此电连接到一起的多个电化学电池单元。每一个电池模块还可以包括电池监督控制器以监控和调节电化学电池单元。热管理系统被配置为单机热管理系统并且被配置成向电池模块的每一单独行提供闭环冷却和/或加热。热管理系统是模块化的，因为根据应用要求而可以放大或者缩小。热管理系统还可以包括用于每一个闭环的压缩器、泵、风扇、风扇壳体以及单独的冷却器/冷凝器。热管理流体经过返回歧管返回到电池模块的该行的冷却器/冷凝器。
根据另一示范性实施例，电池系统包括并排设置在壳体内的多个电池模块。所述壳体包括开口以提供到单独电池模块的冷却或者加热流体。所述开口经过多个歧管以及供应和返回线路连接到单独的电池模块。并排布置所述电池模块以使得彼此嵌套以提供电池系统内的空间的有效使用。
如这里使用的，术语“大致”、“大约”、“基本上”以及类似术语意在具有与本公开主题所涉领域中普通技术人员通常接受的用法一致的宽泛含义。研究过本公开的本领域技术人员应当理解，这些术语意在描述所述和所主张的特定特征而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，应当将这些术语理解为表示，将所述和所主张主题的非实质性或无关紧要的修改或变更视为在所附权利要求中列举的示范性实施例范围之内。
应当指出，这里用于描述各种实施例的术语“示范性”是要表示这样的实施例是可能实施例的可能范例、代表和/或例示(这样的术语并非要表示这样的实施例必然是特别的或最好的范例)。
这里使用的术语“耦合”、“连接”等表示直接或间接将两个构件彼此接合。这样的接合可以是静止的(例如，永久性的)或可活动的(例如，可移除的或可释放的)。可以利用两个构件，或两个构件以及作为单个整体彼此一体形成的任何额外中间构件，或利用两个构件，或两个构件以及彼此附着在一起的任何额外中间构件来实现这样的接合。
这里提到元件的位置(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等)仅仅用于描述图中各元件的取向。应当指出，根据其它示范性实施例，各元件的取向可以有所不同，且这种变化意在由本公开涵盖。
各示范性实施例中所示的电池模块和/或系统的构造和布置仅仅是例示性的。尽管在本公开中仅详细描述了几个实施例，但研究本公开的本领域技术人员容易认识到，在不实质上脱离本文所述主题的新颖教导和优点的情况下，很多修改都是可能的(例如，改变各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例，参数值，安装布置，材料、颜色、取向的使用等)。例如，被示为一体形成的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可以被翻转或以其它方式改变，可以改变或变化分立元件的性质或数目或位置。根据备选实施例可以改变任何过程或方法步骤的顺序或序列或重新排序。还可以对各示范性实施例的设计、运行条件和布置做出其它置换、修改、变化和省略，而不脱离本示范性实施例的范围。

Claims (14)

1.一种电池模块，包括：
沿第一行和第二行布置的多个电化学电池单元，所述第二行偏离所述第一行；
热交换器，被配置成允许流体通过其流动，所述热交换器设置在所述第一行的电池单元和所述第二行的电池单元之间，并且所述热交换器具有与所述第一行的电池单元和所述第二行的电池单元中的电池单元互补的形状，使得所述热交换器的外表面接触所述多个电化学电池单元中的每一个电化学电池单元的一部分；
容纳所述多个电化学电池单元的壳体；并且
保持传感器与所述多个电化学电池单元之一接触的支架，所述支架包括被配置成保持所述传感器的一对相对的臂，并且所述臂具有被配置成啮合所述壳体中的第一开口的第一端部以及被配置成啮合所述壳体中的第二开口的第二端部；
其中所述热交换器被配置成在入口和出口之间传输所述流体，使得所述流体的流动路径包括多个相邻的流体流动段。
2.如权利要求1所述的电池模块，其中所述流体沿着所述电池模块的长度沿着从所述热交换器的第一端部到所述热交换器的第二端部的第一方向流经所述相邻的流体流动段。
3.如权利要求1所述的电池模块，其中所述流体沿着从所述热交换器的第一端部到所述热交换器的第二端部的第一方向流经第一流体流动段，并且沿着与所述第一方向不同的第二方向流经相邻的流体流动段。
4.如权利要求3所述的电池模块，其中所述入口与所述热交换器的所述第一端部相邻，并且所述出口与所述热交换器的所述第二端部相邻。
5.如权利要求3所述的电池模块，其中所述入口和所述出口与所述热交换器的所述第一端部相邻。
6.如权利要求1所述的电池模块，其中所述壳体具有内表面，所述内表面被配置成接触所述多个电化学电池单元中的每一个电化学电池单元的外表面的一部分，所述壳体具有基本上与所述壳体的所述内表面互补的外表面。
7.如权利要求6所述的电池模块，其中所述壳体的所述外表面被配置成与电池系统内相邻电池模块的壳体的外表面嵌套，以提供所述电池系统内的空间的有效使用。
8.如权利要求1所述的电池模块，其中所述壳体的顶部部分包括具有第一直径的多个开口以及具有第二直径的多个开口，其中所述具有第一直径的多个开口中的每一个开口被配置成容纳所述多个电化学电池单元之一的第一端子，并且所述具有第二直径的多个开口中的每一个开口被配置成容纳所述多个电化学电池单元之一的第二端子，其中所述第一直径不同于所述第二直径，使得所述多个电化学电池单元以正确的配置设置在所述壳体内。
9.如权利要求1所述的电池模块，还包括被配置成耦合到所述壳体的底部部分的结构，所述结构包括被配置成有助于正确地将所述多个电化学电池单元中的每一个电化学电池单元定位在所述电池模块内的多个特征件。
10.如权利要求1所述的电池模块，还包括位于所述壳体的第一端部处的多个安装构件，所述多个安装构件中的至少一个相对于其它安装构件正交布置，以提供多个配置，以所述多个配置将所述电池模块安装在电池系统内。
11.如权利要求10所述的电池模块，还包括所述多个安装构件中的每一个安装构件内的至少一个孔径。
12.一种电池系统，包括如前述权利要求中的任一项所述的多个电池模块。
13.如权利要求12所述的电池系统，其中所述电池系统包括并排布置的第一层电池模块以及并排布置的第二层电池模块，所述第二层电池模块设置在所述第一层电池模块的上方。
14.如权利要求12所述的电池系统，还包括第一歧管和第二歧管，所述第一歧管被设置成与所述多个电池模块的所述多个热交换器中的每一个热交换器流体连通，所述第二歧管被设置成与所述多个电池模块的所述多个热交换器中的每一个热交换器流体连通。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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Inventor after: G.P. Hutchin-Miller

Inventor after: Pacheco Anthony C.

Inventor after: Balk Mikhail

Inventor after: K. Obahih

Inventor after: MARTIN WIEGEMANN

Inventor after: R. Josweg

Inventor after: M. Hz

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Inventor before: Pacheco Anthony C.

Inventor before: Balk Mikhail

Inventor before: K. Obahih

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Inventor before: R. Josweg

Inventor before: M. Hz

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CP01 Change in the name or title of a patent holder
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Patentee after: JOHNSON CONTROLS ADVANCED POWER SOLUTIONS GmbH

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