CN102376920A - 用于袋装单格电池蓄电池组件的安装和嵌入冷却的模块化板承载架概念 - Google Patents

用于袋装单格电池蓄电池组件的安装和嵌入冷却的模块化板承载架概念 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于袋装单格电池蓄电池组件的安装和嵌入冷却的模块化板承载架概念。一种用于容纳蓄电池单格电池的模块化组件。所述模块化组件包括具有冷却流体通道的多个U形构件，其中U形构件以堆叠方式安装在一起。每个冷却流体通道包括入口孔和出口孔，其中在堆叠的U形构件中的孔互相对齐。所述模块化组件还包括多个导热承载架板，其中蓄电池单格电池安装到相对的承载架板并且在相对的承载架板之间。承载架板的侧边缘安装在相对U形构件中的相对的保持槽中，其中在U形构件中的冷却流体通道设置在保持槽中以便流动通过冷却流体通道和U形构件的冷却流体与承载架板接触并且从其吸走热量。

Description

用于袋装单格电池蓄电池组件的安装和嵌入冷却的模块化板承载架概念
技术领域
本发明总体上涉及一种用于封装和冷却锂蓄电池的蓄电池单格电池的模块化组件，并且更具体地涉及一种用于封装和冷却锂蓄电池的蓄电池单格电池的模块化组件，其中该组件包括多个板承载架和多个U形构件，袋装单格电池安装在板承载架上，板承载架安装在U形构件上并且冷却流体流动通过该U形构件。
背景技术
通常，锂蓄电池将包括一个或以上互连的锂单格电池，其中每个单格电池通常被独立地密封。对于某些应用，例如包括燃料电池车辆、混合动力车辆以及电动车辆的各种车辆的应用，可以串联地连接100个或以上的单格电池来提供需要的电力。
根据使用的电解质的种类，锂二次蓄电池被归类为使用液体电解质的锂离子蓄电池和使用聚合物电解质的锂聚合物蓄电池。锂二次蓄电池可以以各种形状来制造。锂二次蓄电池的代表性形状是圆柱体和棱柱，其是相当常见的。最近，柔性袋装类型锂聚合物蓄电池已经引起关注，因为它的可变化形状、卓越的安全性和轻便的结构。
锂蓄电池的电解质可以是含可离解锂盐的固体聚合物，但是通常电解质是溶解有锂盐的液体。该液体通常充满可为多层的多孔聚合物离析器层压材料，或者在一些实例中，多孔离析器本身是包含锂盐的聚合物层压材料。溶解有锂盐的液体可以是碳酸乙烯酯，丙烯碳酸酯、或其他含烷基的碳酸酯、或具有大于50℃的沸点以及在室温下相对较低蒸汽压力的相似有机化合物。电解质层设置在电极之间。层状锂蓄电池由至少三层构成，并且层状结构与电流载体一起被包裹在柔软聚合物层压材料容器中，该容器因此形成袋。
密封锂单格电池的一种方式是将该单格电池包在塑料层压材料覆盖的箔袋中，其中该箔通常是铝。所述单格电池具有围封在箔袋中的正极、负极、电解质和正及负集流器或导线。集流器提供在正和负电极与袋外部之间的电连通。
箔袋具有用聚合物层压材料涂覆的内面，以既保护箔免于受电解质的影响并且阻止在正极和负极与导线之间的短路。优选地，箔袋在它的外面也涂覆有聚合物层压材料。
由于明显的原因，锂蓄电池对潮湿和空气腐蚀很敏感。因此，聚合物袋通常通过施加压力和绕着聚合物层压材料的边缘的加热来密封。密封聚合物层压材料到另一个聚合物层压材料的热量通常提供令人满意的结合，然而，存在于聚合物层之间的金属导线和集流器会提供不完整的密封，尽管付出了实现快速密封的所有努力，但是这仍可能导致电解质液体的渗流。
虽然密封的袋装单格电池具有与它们的结构和相对较薄轮廓关联的许多优点，但是它们比包在更坚硬外壳中的单格电池更容易受损坏。因此，在该领域中需要向袋装单格电池提供机械稳定性。然而，这种机械稳定性应该以这样的方式来完成，即使需要的空间和材料的量最小，同时提供对每个袋的冷却功能。
发明内容
根据本发明的教导，公开了一种用于容纳蓄电池单格电池的模块化组件。所述模块化组件包括具有冷却流体通道的多个U形构件，其中U形构件以堆叠方式安装在一起。每个冷却流体通道包括入口孔和出口孔，其中堆叠的U形构件中的孔互相对齐。所述模块化组件还包括多个导热承载架板，其中蓄电池单格电池安装到相对的承载架板上上并且在相对承载架板之间。承载架板的侧边缘安装在相对的U形构件中的相对的保持槽中，其中U形构件中的冷却流体通道设置在保持槽中以便流动通过冷却流体通道和U形构件的冷却流体与承载架板接触并且从其吸收热量。
结合附图，根据下面的描述以及从属权利要求，本发明的附加特征将将变得显而易见。
本发明还提供了如下方案：
方案1. 一种用于容纳蓄电池单格电池的模块化组件，所述组件包括：
多个U形构件，每个U形构件包括具有保持槽和冷却流体通道的相对的侧面部分，冷却流体通道具有入口孔和出口孔；
多个导热承载架板，每个承载架板包括入口孔和出口孔，每个承载架板还被定位在相对的U形构件之间，以便承载架板的相对的侧面边缘定位在侧面部分中的保持槽内，并且冷却流体通道的入口孔与在承载架板中的入口孔对齐，而冷却流体通道的出口孔与在承载架板中的出口孔对齐，其中流动通过所述组件的冷却流体流动通过在U型构件中的冷却流体通道并且通过在U型构件中的对齐的孔，以及
多个蓄电池单格电池，其中单独的蓄电池单格电池安装到相对的承载架板并且在相对的承载架板之间。
方案2. 根据方案1所述的组件，其中所述承载架板是铝。
方案3. 根据方案1所述的组件，其中每个蓄电池单格电池是锂袋装蓄电池单格电池。
方案4. 根据方案1所述的组件，其中每个U形构件包括至少一个安装孔，其中该安装孔被对齐，并且U形构件由至少一个螺栓安装在一起。
方案5. 根据方案1所述的组件，其中U形构件具有方形或矩形的剖面形状。
方案6. 根据方案1所述的组件，其中每个U形构件是单件模制的塑料构件。
方案7. 根据方案1所述的组件，其中每个U形构件由粘合剂、通过模制到承载架板、或它们的组合附接到承载架板。
方案8. 根据方案1所述的组件，其中冷却流体通道包括用于混合冷却流体的微通道、湍流叶片、或它们的组合。
方案9. 根据方案1所述的组件，其中每个蓄电池单格电池由粘合剂安装到承载架板。
方案10. 根据方案1所述的组件，其中在U形构件中的入口孔和出口孔设置在侧面部分的上面和下面位置处。
方案11. 一种用于容纳蓄电池单格电池的模块化组件，所述组件包括：
以堆叠方式安装在一起的多个U形构件，每个U形构件包括至少一个孔和至少一个冷却流体通道；
多个导热承载架板，每个承载架板包括至少一个孔，其中承载架板安装在相对的U形构件之间以便在U形构件中的孔与在承载架板中的孔对齐以允许冷却流体流动通过所述组件并且冷却承载架板；以及
多个蓄电池单格电池，其中单独的蓄电池单格电池安装在相对的承载架板之间。
方案12. 根据方案11所述的组件，其中U形构件包括保持槽，承载架板的边缘定位在保持槽内。
方案13. 根据方案11所述的组件，其中所述蓄电池单格电池是锂袋装蓄电池单格电池。
方案14. 根据方案11所述的组件，其中每个U形构件包括至少一个安装孔，其中该安装孔被对齐，并且U形构件由至少一个螺栓安装在一起。
方案15. 根据方案11所述的组件，其中U形构件由粘合剂、通过模制到承载架板、或它们的组合附接到承载架板。
方案16. 根据方案11所述的组件，其中U形构件具有方形或矩形的剖面形状。
方案17. 一种用于容纳锂离子蓄电池的模块化组件，所述组件包括：
多个单件塑料U形构件，每个U形构件包括相对的侧面部分和联接到侧面部分的底面部分，每个U形构件还包括形成在U形构件前面处的相对的侧面部分和底面部分中的第一保持槽以及形成在U形构件后面处的相对的侧面部分和底面部分中的第二保持槽，每个U形构件还包括形成在U形构件前面处的相对的侧面部分中的其中一个中的第一保持槽内的第一冷却流体通道、形成在U形构件前面处的另一个相对的侧面部分中的第一保持槽内的第二冷却流体通道、形成在U形构件背面处的相对的侧面部分中的其中一个中的第二保持槽内的第三冷却流体通道、以及形成在U形构件后面处的另一个相对的侧面部分中的第二保持槽内的第四冷却流体通道，其中第一和第二孔延伸通过与第一和第三冷却流体通道流体连通的一个相对侧面部分，并且第三和第四孔延伸通过与第二和第四冷却流体通道流体连通的另一个相对侧面部分；
多个导热承载架板，每个承载架板包括在承载架板的两个相对侧面处的入口孔和出口孔，每个承载架板还被定位在相对的U形构件之间，以便承载架板的相对侧面边缘定位在一个U形构件的第一保持槽和另一个U形构件的第二保持槽内，并且在承载架板一个侧面处的入口孔与在U形构件中的第一孔对齐，在承载架板一个侧面处的出口孔与在U形构件中的第二孔对齐，在承载架板另一个侧面处的入口孔与在U形构件中的第三孔对齐，在承载架板另一个侧面处的出口孔与在U形构件中的第四孔对齐，其中流动通过所述组件的冷却流体流动通过在U型构件中的冷却流体通道并且通过在U型构件中的对齐的孔，以及
多个袋装蓄电池单格电池，其中单独的袋装蓄电池单格电池安装到相对的承载架板并且在相对的承载架板之间。
方案18. 根据方案17所述的组件，其中所述承载架板是铝。
方案19. 根据方案17所述的组件，其中每个U形构件包括至少一个安装孔，其中该安装孔被对齐，并且U形构件由至少一个螺栓安装在一起。
方案20. 根据方案17所述的组件，其中U形构件具有方形或矩形的剖面形状。
附图说明
图1为容纳蓄电池单格电池的模块化组件的U形构件的透视图；
图2为模块化组件的一部分的透视图，示出了在插入在两个U形构件之间之前的承载架板；
图3为显示在图2中并且包括蓄电池袋装单格电池的模块化组件的透视图；
图4为显示在插入在若干个U形构件之间之前的若干承载架板和蓄电池单格电池的模块化组件的一部分的透视图；
图5为显示若干堆叠在一起的U形构件的模块化组件的透视图；以及
图6为U形构件的第二实施例的剖开正视图。
具体实施方式
本发明致力于用于封装和冷却锂蓄电池的蓄电池单格电池的模块化组件的实施例的下面描述本质上仅为示例性的，并且决不旨在限制本发明或者它的应用或使用。
图1为U形构件10的透视图，其是锂蓄电池的用于容纳的模块化组件的一部分，这将在下面进行详细讨论。U形构件10包括由基座部分16联接在一起的相对的侧面部分12和14，所有都具有大致方形或矩形的剖面形状。在本发明范围内其他实施例可以包括用于侧面部分12和14以及基座部分16的其他剖面形状。安装孔18和20在上面和下面位置延伸通过侧面部分12和14，如图所示，用于通过螺栓（未示出）等将多个U形构件10安装在一起，这将根据下面的讨论变得显而易见。并且，侧面部分12和14以及基座部分16包括形成于其中的保持槽28，保持槽在前后位置向U形构件10的内部开放。冷却流体通道24形成在侧面部分12和14中的保持槽28中，并且包括上孔22和下孔26，这些孔延伸通过侧面部分12和14以便于允许冷却流体从那里流动通过，这将在下面更详细讨论。孔22或26的一个将是入口孔，而孔22或26的另一个将是出口孔。冷却流体将流动通过孔22和26并且通过冷却流体通道24以如下面讨论地提供对锂蓄电池的冷却。在一个实施例中，U形构件10是由合适的塑料模制而成的单件构件从而实现轻便并且便宜。
图2为模块化蓄电池组件40的一部分的剖开透视图，其根据要容纳在组件40中的蓄电池单格电池的数量包括多个U形构件10。组件40包括多个承载架板42，其中一个示出在图2中。承载架板42由合适的导热金属制成，例如铝，以便由蓄电池单格电池产生的热由承载架板42吸收走。承载架板42包括入口孔和出口孔，表示为孔44，其与孔22和26对齐。承载架板42定位在相对的U形构件10的保持槽28中以便孔44、22和26以允许冷却流体流动通过U形构件10和承载架板42的方式对齐。
在板42邻近保持槽28的两个侧面上，但是除了冷却流体通道24的外侧，提供合适的粘合剂46，如图所示，以便在板24每个侧面的邻近冷却流体通道24的区域48没有粘合剂。因此，当承载架板42安装在U形构件10时，在冷却流体通道24中流动的冷却流体实现与板42直接接触，并且能够有效地从板42吸收走热量。可替代地，粘合剂可以放置在U形构件10上的冷却流体通道24周围，或者U形构件10可以直接被直接浇铸在板42上以便于消除或减少对粘合剂的需要。并且，合适的粘合剂50使用来将例如锂蓄电池袋装单格电池的蓄电池单格电池附接到板42以便它处于与其良好的热接触中。因此，由袋装单格电池产生的热将完全由承载架板42收集并且由冷却流体吸收走。
图3显示如在图2中所示的模块化组件40，其中锂蓄电池袋装单格电池60通过粘合剂50安装在承载架板42的两侧上。导电突片62提供到袋装单格电池60的电连接。
图4为模块化组件40的透视图，显示在插入在U形构件10之间之前的若干承载架板42和袋装单格电池60。U形构件10被封装在一起以便承载架板42被定位在U形构件10的保持槽28内。由这种布置产生的模块化组件40允许冷却流体流动通过堆叠的U形构件10并冷却承载架板42，其进而冷却袋装单格电池60，同时向袋装单格电池60提供机械稳定性，使袋装单格电池60与环境电隔离和热隔离。
图5为模块化组件40的透视图，显示堆叠在一起的若干U形构件10。为了简洁，没有示出承载架板42。可以使用任何数量的U形构件10、承载架板42和袋装单格电池60来产生模块化组件40。当U形构件10堆叠在一起时，孔22和26产生环形路径用于冷却流体连续流动通过，其与承载架板42的孔44对齐，如上面讨论的，从而允许对模块化组件壳体40的袋装单格电池60的连续冷却。液体冷却剂是优选的，因为液体是最有效的热载体。然而，也可以使用气体冷却剂。
模块化组件40也将包括在端部通过插入通过孔的螺栓安装到U形构件10的前面和后面面板（未示出）。并且，盖（未示出）将通过任何合适的手段，例如胶水安装到侧面部分12和14的顶部。前面和/或后面面板将用密封剂密封到第一/最后U形构件10，并且将通常在孔22和26的位置提供歧管，其允许来自外部软管的冷却流体进入和离开组件40。U形构件10、前面面板、后面面板和盖的组合将因此限定在内部容纳蓄电池的箱，其中蓄电池的冷却将由壳体本身提供。
U形构件10是有利的，因为它们执行若干功能，例如机械稳定性和热传递。通过使用与简单冲压的承载架板42组装在一起的低成本塑料元件，与液体冷却全面积的板和单独的塑料壳体的替换概念相比较，需要的零件和密封件数量显著减少。
若干模块化组件壳体，每个具有若干袋装单格电池60，可以被电联接在一起，以允许提供大量的电力，同时保持容易处理和制造。此外，在U形构件10的模铸设计中，在不增加附加成本情况下，可以做出许多改变，例如在U形构件10的冷却流体通道24中的微通道或湍流叶片允许冷却剂的混合。可以被包含的其他改变包括组装辅助构件，例如用于便于组装的结物或板保持端轴、实现盖或盖子被附接的安装孔、以及冷却流体入口孔和出口孔引导叶片，或将更多流动引导进入选定的冷却流体通道的其他流动特征。U形构件10的部件也可以是中空的使得它们更轻，以提供热隔离和允许碰撞吸收。可以给盖、PCB、支座绝缘体、螺纹延伸部、密封辅助件、以及其他相似变形提供端轴或凹部。
图6为显示容纳上面讨论类型的蓄电池的模块化组件的U形构件70的替代实施例的剖开正视图。构件70包括侧面部分72和底面部分74，从而包括保持槽76。冷却流体通道78提供在保持槽76中。入口和出口孔80和82都定位在U形构件70的底部边缘附近。冷却流体通道78与“V”形相似，但是可以使用冷却流体通道78的各种不同设计。这个设计允许侧面部分72在顶部更窄，而在底部更宽。
相似地，U形构件70可以是在顶部狭窄的，然而，孔80仍然可以在顶部并具有椭圆形设计以便于减少孔80的宽度，并且仍然允许冷却流体通道78基本上沿着侧面部分是笔直的。可替代地，U形构件70可以具有在底部侧面上、沿着一个侧面、或者沿着两个侧面的冷却流体通道，如前面讨论的。
前面公开的讨论和描述仅示例本发明的实施例。本领域的技术人员将从这个讨论和从附图以及权利要求中认识到，在不脱离如下面权利要求限定的本发明的精神和范围情况下，可以做出其中的各种改变、修改和变形。

Claims (10)

1.一种用于容纳蓄电池单格电池的模块化组件，所述组件包括：
多个U形构件，每个U形构件包括具有保持槽和冷却流体通道的相对的侧面部分，冷却流体通道具有入口孔和出口孔；
多个导热承载架板，每个承载架板包括入口孔和出口孔，每个承载架板还被定位在相对的U形构件之间，以便承载架板的相对的侧面边缘定位在侧面部分中的保持槽内，并且冷却流体通道的入口孔与在承载架板中的入口孔对齐，而冷却流体通道的出口孔与在承载架板中的出口孔对齐，其中流动通过所述组件的冷却流体流动通过在U型构件中的冷却流体通道并且通过在U型构件中的对齐的孔，以及
多个蓄电池单格电池，其中单独的蓄电池单格电池安装到相对的承载架板并且在相对的承载架板之间。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所述承载架板是铝。
3.根据权利要求1所述的组件，其中每个蓄电池单格电池是锂袋装蓄电池单格电池。
4.根据权利要求1所述的组件，其中每个U形构件包括至少一个安装孔，其中该安装孔被对齐，并且U形构件由至少一个螺栓安装在一起。
5.根据权利要求1所述的组件，其中U形构件具有方形或矩形的剖面形状。
6.根据权利要求1所述的组件，其中每个U形构件是单件模制的塑料构件。
7.根据权利要求1所述的组件，其中每个U形构件由粘合剂、通过模制到承载架板、或它们的组合附接到承载架板。
8.根据权利要求1所述的组件，其中冷却流体通道包括用于混合冷却流体的微通道、湍流叶片、或它们的组合。
9.一种用于容纳蓄电池单格电池的模块化组件，所述组件包括：
以堆叠方式安装在一起的多个U形构件，每个U形构件包括至少一个孔和至少一个冷却流体通道；
多个导热承载架板，每个承载架板包括至少一个孔，其中承载架板安装在相对的U形构件之间以便在U形构件中的孔与在承载架板中的孔对齐以允许冷却流体流动通过所述组件并且冷却承载架板；以及
多个蓄电池单格电池，其中单独的蓄电池单格电池安装在相对的承载架板之间。
10.一种用于容纳锂离子蓄电池的模块化组件，所述组件包括：
多个单件塑料U形构件，每个U形构件包括相对的侧面部分和联接到侧面部分的底面部分，每个U形构件还包括形成在U形构件前面处的相对的侧面部分和底面部分中的第一保持槽以及形成在U形构件后面处的相对的侧面部分和底面部分中的第二保持槽，每个U形构件还包括形成在U形构件前面处的相对的侧面部分中的其中一个中的第一保持槽内的第一冷却流体通道、形成在U形构件前面处的另一个相对的侧面部分中的第一保持槽内的第二冷却流体通道、形成在U形构件背面处的相对的侧面部分中的其中一个中的第二保持槽内的第三冷却流体通道、以及形成在U形构件后面处的另一个相对的侧面部分中的第二保持槽内的第四冷却流体通道，其中第一和第二孔延伸通过与第一和第三冷却流体通道流体连通的一个相对侧面部分，并且第三和第四孔延伸通过与第二和第四冷却流体通道流体连通的另一个相对侧面部分；
多个导热承载架板，每个承载架板包括在承载架板的两个相对侧面处的入口孔和出口孔，每个承载架板还被定位在相对的U形构件之间，以便承载架板的相对侧面边缘定位在一个U形构件的第一保持槽和另一个U形构件的第二保持槽内，并且在承载架板一个侧面处的入口孔与在U形构件中的第一孔对齐，在承载架板一个侧面处的出口孔与在U形构件中的第二孔对齐，在承载架板另一个侧面处的入口孔与在U形构件中的第三孔对齐，在承载架板另一个侧面处的出口孔与在U形构件中的第四孔对齐，其中流动通过所述组件的冷却流体流动通过在U型构件中的冷却流体通道并且通过在U型构件中的对齐的孔，以及
多个袋装蓄电池单格电池，其中单独的袋装蓄电池单格电池安装到相对的承载架板并且在相对的承载架板之间。
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