CN102511091B - 具有带有热管理部件的电池单元托盘的电池模块 - Google Patents

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Abstract

一种电池模块，其包括多个电化学电池单元和包括被构造为支撑多个电化学电池单元中的每一个的底部的上部和被连接至上部的下部的结构。下部包括具有位于其中的至少一个通道的热管理部件。通道被构造为用于热管理流体经过其中，以向电池模块的电化学电池单元提供热管理。

Description

具有带有热管理部件的电池单元托盘的电池模块
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2009年6月18日提交的美国临时专利申请No.61/218387的权益和优先权，其整个公开的内容通过引用被结合于此。
背景技术
本申请一般地涉及电池和电池系统领域。更具体地，本申请涉及可以用在车辆应用中以提供车辆的至少一部分动力的电池和电池系统。
采用电能用于其动力的全部或一部分的车辆(例如，电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和类似的车辆，其共同被称为“电动车辆”)与采用内燃机的更传统的气体-动力车辆相比可以提供多个优点。例如，电动车辆可以产生更少的不期望的排放物，并且与采用内燃机的车辆相比可以呈现出更大的燃料效率(并且在某些情况下，这样的车辆可以完全消除汽油的使用，如在某些类型的PHEV的情况)。
当电动车辆技术继续发展时，需要提供用于这样的车辆的改进的动力源(例如，电池系统或模块)。例如，期望在不需要对电池再充电的情况下增大这样的车辆可以行进的距离。还期望改进这样的电池的性能和减小与电池系统有关的成本。
一个继续发展的改进领域在电池化学领域中。早期的电动车辆系统使用镍金属氢化物(NiMH)电池作为推进力源。随着时间的过去，不同的添加和修改改进了NiMH电池的性能、可靠性和效用。
最近，制造者开始发展可以用在电动车辆中的锂离子电池。有几个与采用用于车辆应用的锂离子电池有关的优点。例如，锂离子电池具有比NiMH电池高的电荷密度和比功率。换句话说，锂离子电池可以比NiMH电池小，同时存储相同的电荷量，其可以允许电动车辆中的重量和空间节省(或者，备选地，该特征可以允许制造者在不增大车辆的重量或电池系统占据的空间的情况下提供更大的量的车辆动力)。
通常已知的是，锂离子电池与NiMH电池不同地执行，并且可以呈现与NiMH电池技术呈现的不同的设计和工程挑战。例如，锂离子电池可以比可比较的NiMH电池更易受电池温度的变化影响，并且因此在车辆操作过程中系统可以被用于调节锂离子电池的温度。锂离子电池的制造还呈现只有该电池化学才有的挑战，并且新的方法和系统被发展以解决这样的挑战。
期望提供一种解决与NiMH和/或锂离子电池系统有关的一个或多个挑战的用在电动车辆中的改进的电池模块和/或系统。还期望提供一种包括将通过阅读本发明公开的内容变得清楚的任意一个或多个有利的特征的电池模块和/或系统。
发明内容
按照一个示例性的实施方式，一种电池模块包括多个电化学电池单元和包括被构造为支撑多个电化学电池单元中的每一个的底部的上部和被连接至上部的下部的结构。下部包括具有位于其中的至少一个通道的热管理部件(feature)。通道被构造为用于热管理流体经过其中，以向电池模块的电化学电池单元提供热管理。
按照一个示例性的实施方式，一种电池系统包括多个具有多个电化学电池单元和包括被构造为支撑多个电化学电池单元中的每一个的底部的上部和被连接至上部的下部的结构的电池模块。下部包括被构造为向电化学电池单元提供热管理的热管理部件，并被构造为具有经过其中的热管理流体。
附图说明
图1是按照一个示例性的实施方式的包括电池系统的车辆的透视图。
图2是按照一个示例性的实施方式的包括电池系统的车辆的剖视示意图。
图3-4是按照一个示例性的实施方式的电池系统的局部剖视图。
图5-6是按照一个示例性的实施方式的用在电池系统中的电池模块的一部分的透视图。
图7是按照一个示例性的实施方式的包括导热板的图5的电池模块的局部分解视图。
图8是图7的电池模块的顶视图。
图9是沿图8的线9-9截取的图8的电池模块的一部分的剖视图。
图10是图9的电池模块的一部分的详细视图。
图10A-10C是按照其它的示例性的实施方式的电池模块一部分的详细视图。
图11A-11C是按照多个示例性的实施方式的图10A和10B中示出的电池模块的局部底视图。
图12是按照一个示例性的实施方式的电池模块的局部剖视图。
图13是按照另一个示例性的实施方式的电池模块的局部剖视图。
图14A-14D是按照多个示例性的实施方式的电池模块的局部透视图。
图14E是按照一个示例性的实施方式的图14D中示出的电池模块的局部顶视图。
图14F是按照另一个示例性的实施方式的电池模块的局部顶视图。
图15是按照一个示例性的实施方式的包括侧板和端盖的图14D的电池模块的一部分的透视图。
图16是沿图15的线16-16截取的图15的电池模块的剖视图。
图17A是按照一个示例性的实施方式的包括多个图14A中示出的电池模块的电池系统的局部透视图。
图17B是按照一个示例性的实施方式的包括多个图14B中示出的电池模块的电池系统的局部透视图。
图17C是按照一个示例性的实施方式的包括多个图14C中示出的电池模块的电池系统的局部透视图。
图17D是按照一个示例性的实施方式的包括多个图14D中示出的电池模块的电池系统的局部透视图。
具体实施方式
图1是具有用于提供车辆10的动力的全部或一部分的电池系统20的汽车(例如，小汽车)形式的车辆10的透视图。这样的车辆10可以是电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)，或采用电能用于推进的其它类型的车辆(共同被称为“电动车辆”)。
虽然车辆10在图1中被示出为小汽车，但是车辆的类型可以根据其它的示例性的实施方式不同，其全部试图落在本发明公开的内容的范围内。例如，车辆10可以是卡车、公共汽车、工业车辆、摩托车、旅游车辆、船或可以从用于其推进动力的全部或一部分的电能的使用受益的任何其它类型的车辆。
虽然电池系统20在图1中被示出为位于车辆的后备箱中或后部，但是，按照其它的示例性的实施方式，电池系统20的位置可以不同。例如，电池系统20的位置可以基于车辆的可用空间、车辆的期望的重量平衡、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)的位置和多个其它的考虑选择。
图2示出按照一个示例性的实施方式的以HEV的形式提供的车辆10的剖视示意图。电池系统20A朝向燃料箱12近端的车辆10A的后部提供(电池系统20A可以紧邻燃料箱12提供，或者可以位于车辆10A的后部的单独的舱(例如，后备箱)中，或者可以位于车辆10A的其它位置)。内燃机14在车辆10A利用汽油动力推进车辆10A时提供。电动机16、动力分配装置17和发电机18也被提供为车辆驱动系统的一部分。
这样的车辆10A可以仅由电池系统20A、仅由发动机14或由电池系统20A和发动机14提供动力或驱动。应当注意的是，用于车辆驱动系统的其它类型的车辆和构造可以按照其它的示例性的实施方式使用，图2的示例性的示出不应当被考虑限制本申请中描述的主题的范围。
按照多个示例性的实施方式，电池系统20、20A的尺寸、形状和位置，车辆10、10A的类型，车辆技术的类型(例如，EV、HEV、PHEV等)和电池化学，以及其它特征可以与示出的或描述的不同。
下面参照图3-4，按照一个示例性的实施方式的电池系统21的局部剖视图被示出。按照一个示例性的实施方式，电池系统21负责包装或包含电化学电池或电池单元24、使电化学电池单元24彼此连接和/或将其连接至车辆电系统的其它部件，和调节电化学电池单元24和电池系统21的其它特征。例如，电池系统21可以包括负责监控和控制电池系统21的电性能、管理电池系统21的热行为、流出物(例如，可以从电池单元24通风的气体)的包含和/或设定路径(routing)的特征，和电池系统21的其它方面的特征。
按照图3-4中示出的示例性的实施方式，电池系统21包括包围电池系统21的部件的盖或壳体23。包括在电池系统中的是两个并排位于壳体23内部的电池模块22。按照其它的示例性的实施方式，根据电池系统21的期望的动力和其它特性，不同数量的电池模块22可以包括在电池系统21中。按照其它的示例性的实施方式，电池模块22可以不同于并排的构造(例如，端对端等)放置。
如图3-4中所示，按照一个示例性的实施方式，电池系统21还包括位于电池系统21的一端的高压连接器28和位于与第一端相对的电池系统21的第二端的维修分离装置30。高压连接器28将电池系统21连接至车辆10。维修分离装置30当被使用者启动时，使两个单独的电池模块22彼此分离，从而使电池系统21的总的电压降低一半，以允许使用者维修电池系统21。
按照一个示例性的实施方式，每个电池模块22包括多个电池单元管理控制器(CSC)32，以根据需要监控和调节电化学电池单元24。按照其它的多个示例性的实施方式，CSC 32的数量可以不同。CSC 32被安装在被示出为轨迹板34(例如，印刷电路板)的构件上。轨迹板34包括必需的接线以将CSC 32连接至单独的电化学电池单元24，并将CSC 32连接至电池系统21的电池管理系统(未示出)。轨迹板34还包括多个连接器(例如，温度连接器、电连接器、电压连接器等)以使得这些连接成为可能。
仍然参照图3-4，电池模块22中的每一个包括多个电化学电池单元24(例如，锂离子电池单元、镍金属氢化物电池单元、锂聚合物电池单元等，或现在已知的或今后发展的其它类型的电化学电池单元)。按照一个示例性的实施方式，电化学电池单元24通常是被构造为存储电荷的圆柱形的锂离子电池单元。按照其它的示例性的实施方式，电化学电池单元24可以具有其它的物理构造(例如，卵形(或椭圆形)、棱柱形、多边形等)。电化学电池单元24的容量、尺寸、设计和其它的特征也可以与按照其它的示例性的实施方式示出的不同。
电化学电池单元24中的每一个采用以母线36或相似的元件的形式提供的连接器被电连接至一个或多个其它的电化学电池单元24或电池系统21的其它部件。按照一个示例性的实施方式，母线36被容纳或包含在母线固定器37中。按照一个示例性的实施方式，母线36由导电材料，例如铜(或铜合金)、铝(或铝合金)或其它适当的材料构造。按照一个示例性的实施方式，母线36可以通过焊接(例如，电阻焊接)或通过使用紧固器40(例如，可以在母线36的一端被接收在孔中并被旋入终端38、39的螺纹孔中的螺栓或螺钉)被连接至电化学电池单元24的终端38、39。
下面参照图5-8，按照一个示例性的实施方式的用在电池系统21中的电池模块22的一部分被示出。电池模块22包括多个位于第一构件或托盘42(例如，结构，壳体等)中的电化学电池单元24。虽然在图5中被示出为具有特定数量的电化学电池单元24(也就是说，三列被布置为每列布置14个电化学电池单元的总共42个电化学电池单元的电化学电池单元)，但是应当注意到，按照其它的示例性的实施方式，不同数量和/或布置的电化学电池单元24可以根据多种考虑(例如，电池模块22期望的动力，电池模块22必须装配在其中的有效空间)中的任一种被用在电池模块22中。
按照一个示例性的实施方式，托盘42以适当的方位接收单独的电化学电池单元24，用于装配电池模块22。按照一个示例性的实施方式，托盘42可以包括提供电池单元远离托盘的底部和/或邻近的电池单元的间隔的特征。例如，按照一个示例性的实施方式，托盘可以包括一组被示出为插口44(例如，开口、孔等)的特征，以将电化学电池单元24放置和固定在托盘42的底部上的适当位置。
如图5-8中所示，按照另一个示例性的实施方式，托盘42可以还包括被示出为试图帮助保持壳体或盖(未示出)以包围和/或保持多个电池单元24的突起46的特征。按照另一个示例性的实施方式，突起46也可以帮助将托盘42紧固至车辆。按照另一个示例性的实施方式，托盘42可以由聚合物材料或其它适当的材料(例如，电绝缘材料)制成。按照一个示例性的实施方式，托盘42可以由聚合物材料或其它适当的材料(例如，电绝缘材料)制成。但是，按照另一个示例性的实施方式，托盘42可以由导热材料(例如，铝(或铝合金)、铜(或铜合金)、钢(或钢合金)或其它适当的材料)制成，以帮助电池模块22的电化学电池单元24的导电冷却。
按照一个示例性的实施方式，托盘42的插口44被构造为接收(例如，保持、固定、定位等)单独的电化学电池单元24的下端或部分。按照一个示例性的实施方式，插口44是被构造为接收电化学电池单元24的下部的具有至少一个阶梯或表面48(例如，如图10中所示)的大致圆形的开口。按照其它的示例性的实施方式，插口44的开口可以具有其它的形状，以接收不同形状的电池单元(例如，棱柱形、卵形等)。插口44的下部阶梯或表面48将电化学电池单元24定位在由托盘42限定的空间或腔室50的顶部(例如，如图9中所示)。腔室50被构造为接收可以通过电化学电池单元24的通风特征或通风装置(例如，图9中所示的通风孔52)由电化学电池单元24通风的气体和/或流出物。
下面参照图7、9和10，电池模块22可以还包括被示出为垫圈或密封装置54的构件。按照一个示例性的实施方式，密封装置54被构造为帮助密封托盘42中的电化学电池单元24的下部，以帮助将从电化学电池单元24通风的空气保持在腔室50中。按照一个示例性的实施方式，密封装置54邻近托盘42的顶表面提供(例如，密封装置54邻近托盘42的顶或上部41提供)。
按照一个示例性的实施方式，密封装置54可以由柔性的、不导电的材料，例如硅树脂制成。按照另一个示例性的实施方式，密封装置54可以由硅树脂片冲切，或者可以是模制硅树脂构件(例如，通过注模工艺制成)。按照另一个示例性的实施方式，密封装置可以是在2009年8月13日提交的国际专利申请No.PCT/US2009/053697中示出和描述的任意密封装置，其整个内容通过引用被结合于此。按照其它的示例性的实施方式，密封装置可以是现在已知或未来发展的任何密封装置。
按照一个示例性的实施方式，被示出为夹板56的构件(夹具、装置、板、保持器等)可以位于密封装置54上，以便使密封装置54相对于托盘42保持在适当的位置。夹板56可以例如借助于延伸通过夹板56中的孔58的螺纹紧固件(未示出)被连接至托盘42，并被托盘42中的螺纹孔60接收。按照另一个示例性的实施方式，夹板56可以通过搭扣配合被连接至托盘42。
按照一个示例性的实施方式，密封装置54包括多个与托盘42的插口44对齐的开口62。如图10中所示，密封装置54的开口62中的每一个包括被提供为与电化学电池单元24接触的唇部或边缘部分64(例如，可变形的延伸部)。按照一个示例性的实施方式，密封装置54的边缘部分64朝向电化学电池单元24成角度，以提供与电化学电池24的干涉配合，以便帮助密封腔室50。
按照一个示例性的实施方式，密封装置54的边缘部分64比密封装置54的剩下的部分薄，从而给予边缘部分与电化学电池单元24的外径相符的灵活性，以便帮助电化学电池单元24中的密封。按照另一个示例性的实施方式，密封装置54的边缘部分64从密封装置54的主要部分66向下到边缘部分64的尖端68渐缩(例如，如图10中所示)。该渐缩帮助给予边缘部分64与电化学电池单元24的外径相符的灵活性，但是仍然保持允许边缘部分64随着时间的过去保持其形状的强度(例如，使密封装置54的蠕变和松弛最小，以保持与电化学电池24的干涉配合)。
按照一个示例性的实施方式，空间70位于密封装置54的边缘部分64和托盘42的插口44之间(例如，如图10中所示)。空间70与腔室50连接(例如，流体连接)，这样当气体通风进入腔室50时，气体可以进入空间70(例如，借助于滑动通过电化学电池元件24和插口44的底部)。按照一个示例性的实施方式，通风的气体将密封装置54更紧地压靠电化学电池单元24，以增大密封装置54的密封特性。
参照图7-10，电池模块22被示出为包括按照一个示例性的实施方式的导热板43。按照一个示例性的实施方式，导热板43被连接至托盘42的下部。按照另一个示例性的实施方式，导热板43是托盘42的下部，并被连接至托盘42的上部41并与其整体地形成。
按照一个示例性的实施方式，电池模块22被构造为具有流动通过(例如，在下面、在旁边、穿过等)导热板43的热管理流体(例如，例如制冷剂、水、水-乙二醇混合物等的液体，或例如空气或其它适当的气体的气体)，以提供电池单元24的冷却和/或加热。但是，按照其它的示例性的实施方式，导热板43可以被构造为具有流动通过导热板43(例如，如图10A-11C中所示)的热管理流体。
按照图9-10中示出的示例性的实施方式，导热板43与托盘42的下部导热接触，托盘42的下部与托盘42的上部41导热接触。导热板43可以还直接与托盘42的上部41导热接触(例如，通过可选的支架63)。托盘42的上部41与电池单元24的下部导热接触，以导电地冷却和/或加热电池单元24。使电池单元24与导热板43导热接触提供用于热量从电池单元24抽出(用于冷却)和用于热量被提供至电池单元24(用于加热)的(直接)导电路径。这允许电池单元24的更有效的冷却和/或加热。
应当注意的是，为了清楚的原因，该申请的剩余部分主要讨论冷却电池单元24。但是，本领域的技术人员将容易认识到，电池单元24的加热也可以根据该申请的特定需求完成。
按照一个示例性的实施方式，托盘42和导热板43由导热材料(例如，铝、铝合金、铜、铜合金、钢、钢合金等)构造。具有导热托盘42和导热板43允许电池模块22中的电池单元24的相对有效的热管理(例如，冷却和/或加热)。按照一个示例性的实施方式，托盘42的插口44大致包围(例如，覆盖、包含、围绕)电池单元24的下部以导电地冷却电池单元24。通过包围电池单元24的下部，电池单元24的内部电池元件(未示出)被更有效地冷却。按照一个示例性的实施方式，插口44包围电池单元24的下部的(高度的)大约20mm。按照其它的示例性的实施方式，插口包围电池单元24的下部的大约20mm。
按照一个示例性的实施方式，当导热材料被用于托盘42，并且电池单元24的壳体26具有电荷(例如正或负电荷)时，电绝缘构件(例如，例如图13中示出的密封装置254)可以位于电池单元24和插口44和/或台阶48之间，这样，电池单元24和托盘42不彼此电接触。
按照一个示例性的实施方式，电绝缘构件是热的好的导体，以有效地引导热远离电池单元24(到托盘42和导热板43)。按照一个示例性的实施方式，电绝缘构件由硅树脂或其它适当的材料(例如，聚氯乙烯(PVC)薄膜)构造。按照一个示例性的实施方式，电绝缘构件具有大致为0.05-0.25毫米范围内的厚度。按照另一个示例性的实施方式，绝缘体具有0.13毫米的厚度。但是，按照其它的示例性的实施方式，绝缘体的厚度可以更大或更小。
托盘42和/或导热板43可以通过铸造工艺(例如，压铸工艺)、冲压工艺或任意其它适当的工艺形成。按照一个示例性的实施方式，托盘42和导热板43可以被构造为一个单个的块(例如，单个的单块体)。按照其它的示例性的实施方式，托盘可以由多于一个块(例如，托盘42的上部41可以被形成为一块，托盘和/或导热板43的底部的一半可以被形成为一个块，单独的块被连接在一起以形成托盘42)构造。
如图9-10中所示，托盘42包括使托盘42的插口44的凸耳或台阶48与导热板43连接的可选的构件或支架63。这些支架63通过在电池单元24和导热板43之间提供直接的路径(例如，物理连接)而允许从电池单元24到导热板43的更有效的热传导。支架63还帮助将电池单元支撑在导热板43上，以提供用于电池单元24的通风孔52展开的间隙空间。按照多个示例性的实施方式，这些支架63可以具有圆柱形、矩形或任意其它适当的形状。
按照一个示例性的实施方式，支架63可以例如仅位于处在托盘42的中心的电池单元24(不是位于托盘的外部上面的电池单元)的下面，以限制支架63的总数量。按照其它的示例性的实施方式，支架63可以位于每个电池单元24的下面，或者仅仅所选择的电池单元24的下面。应当注意的是，支架63被构造为允许从电池单元24通风到腔室50中的气体自由地被设定路径到位于托盘42的侧部的开口或出口(未示出)。这可以通过在其中具有孔的支架63，或不是固定电池单元24的插口44或台阶48周围的连续的构件的支架63(也就是说，支架63不完全包围电池单元24的通风孔52)完成。
按照另一个示例性的实施方式，如图10A中所示，导热板43A包括至少一个外部管72A。管72A包括被构造为接收热管理流体(例如，气体或液体)以流动通过其中的中空的通道74A，以冷却(或加热)导热板43A。如上面描述的，由于电池单元24与导热板43A导热接触，因此电池单元24也被冷却(或加热)。按照一个示例性的实施方式，至少一个管72A被连接至导热板43A(例如，通过焊接、采用紧固器、夹钳、粘合剂或其它适当的装置)。
按照另一个示例性的实施方式，如图10B中所示，导热板43B包括至少一个内部通路74B。内部通路74B被构造为接收热管理流体(例如，气体或液体)以流动通过其中，以冷却(或加热)导热板43B(和电池单元24)。
如图11A中所示，按照一个示例性的实施方式，导热板43A、B可以包括四个具有通道74A(例如，如图10A中所示)和四个通路74B(例如，如图10B中所示)的管72A。按照其它的示例性的实施方式，根据该申请所期望的冷却(加热)需要，导热板43A、B可以包括更大或更小数量的管或通路。
按照一个示例性的实施方式，热管理流体在导热板43A、B的第一端进入通道74A或通路74B，在与导热板43A、B的第一端相对的导热板43A、B的第二端退出通道74A或通路74B。同样地，流体从导热板43A、B的入口或第一侧流动到导热板43A、B的出口或第二侧，所有的流体沿相同的方向(例如，以大致平行的方式)流动。
按照一个示例性的实施方式，如图11A中所示，入口歧管80可以邻近通道74A或通路74B的入口侧提供，以从单个源向多个通道74A或通路74B供给流体。相似地，出口歧管81可以邻近通道74A或通路74B的出口侧提供，以从多个通道74A或通路74B收集流体。
按照另一个示例性的实施方式，如图11B中所示，单独的通道74A或通路74B可以通过被示出为连接构件82的构件彼此相互连接。连接构件82具有从第一通道74A或通路74B向第二通道74A或通路74B引导流体的内部通道84。同样地，流体从导热板的入口或第一侧向导热板43A、B的第二侧流动，然后通过连接构件82被设定路径回到导热板43A、B的第一侧。流体可以从导热板43A、B的一端循环到导热板的另一端，并采用多个连接构件82的内含物以缠绕或螺旋的方式(例如如图11B中所示)继续来回。
如图11B中所示，流体在导热板43A、B的外部的点改变方向(通过连接构件82)。按照另一个示例性的实施方式，如图11C中所示，流体通过弯曲的通路86在导热板的外周的内部改变方向。如图11C中所示，连接构件86在导热板43A、B的外周内部是180°的弯曲或转弯。如图11B和11C中所示，流体的入口和出口位于导热板43A、B的相同端或侧。按照另一个示例性的实施方式，入口和出口可以位于导热板43A、B的不同的端或侧。
应当注意的是，图11A中示出的歧管80、81，图11B中示出的连接构件82和图11C中示出的连接构件86可以与具有通道74A的外部管72A和内部通路74B一起使用。
下面参照图10C，按照一个示例性的实施方式，导热板43C被示出为散热片。散热片43C具有形成腔室50的底表面的上部71C。按照一个示例性的实施方式，可选的支柱或支架63可以导电地将散热片43C的上部71C连接至托盘42的上部41。
按照一个示例性的实施方式，散热片43C具有从散热片43C的上部71C向下延伸的突起或翼片72C。如图10C中所示，按照一个示例性的实施方式，翼片72C从上部71C向翼片72C的尖端73C渐缩(例如，变小)。但是，按照另一个示例性的实施方式，翼片72C可以不是渐缩的或者可以具有另一种构造。
按照一个示例性的实施方式，如图10C中所示，翼片72C的尖端73C与散热片43C的底部构件76C接触。按照一个示例性的实施方式，翼片72C被导电地连接至底部构件76C。如图10C中所示，中空的通道或通路74C在邻近的翼片72C之间形成。这些通道74C被构造为接收经过其中的热管理流体，以冷却和/或加热散热片43C(因此，电池单元24)。
下面参照图12，按照一个示例性的实施方式的电池模块122的局部剖视图被示出。电池模块122具有大致水平的方位，多个电化学电池单元124在壳体123中彼此并排地布置。电池单元124位于支架或托盘142中，这样，电池单元124的中心纵向轴线位于大致垂直的方位。按照另一个示例性的实施方式，电池模块122可以具有大致水平的方位(例如，电池模块122向左或向右旋转90度，这样，电池单元124的中心纵向轴线大致是水平的)。
按照一个示例性的实施方式，电池单元124的下部(未示出)被托盘142的上部141支撑(例如，通过插口(未示出))。托盘142的上部141(和或插口)通过托盘142的外侧或边缘并且通过可选的支柱或支架163被导电地连接至托盘142的底部143，以提供从电池单元的下部到托盘142的底部143的直接的导热连接。按照一个示例性的实施方式，托盘142的底部143是被构造为帮助冷却(或加热)电池单元124的导热板。
如图12中所示，导热板143包括多个内部通路174。按照一个示例性的实施方式，通路174与图10B和11A-11C中示出的通路74相似。按照一个示例性的实施方式，通路174可以与歧管(例如图11A中示出的)、连接构件(例如图10B中示出的)或弯曲的通路(例如，图11C中示出的)连接。按照多个示例性的实施方式，通路174的数量可以根据该申请所期望的冷却(加热)需要变化。
按照一个示例性的实施方式，通路174被构造为具有液体冷却剂(例如，制冷剂、水、水-乙二醇混合物等)流动通过其中，以冷却电池单元124。应当注意的是，导热板143也可以被用于根据该申请的特定需要加热电池模块122的电池单元124。也应当注意的是，空气(或其它适当的气体)可以代替液体冷却剂使用。按照另一个示例性的实施方式，通路174可以采用外部管(例如，与图10A中示出的相似)或具有翼片的散热片(例如，与图10C中示出的相似)代替。
下面参照图13，按照另一个示例性的实施方式的电池模块222的局部剖视图被示出。电池模块222包括多个位于支架或托盘242中的电化学电池单元224。按照一个示例性的实施方式，电池单元224的下部(例如，电池单元224的壳体226的下部)被托盘242的上部241支撑。例如，如图13中所示，电池单元224的下部被接收在托盘242的上部241的插口244中。
按照一个示例性的实施方式，托盘242的插口244大致包围(例如，覆盖、包含、围绕等)电池单元224的下部以导电地冷却电池单元。通过包围电池单元224的下部，电池单元224的内部电池单元元件(未示出)被更有效地冷却。按照一个示例性的实施方式，插口244包围电池单元224的下部的(高度的)大约20mm。按照其它的示例性的实施方式，插口包围电池单元224的下部的大约20mm。
按照一个示例性的实施方式，托盘的上部241通过托盘的外侧和可选的支柱或支架263被导电地连接至托盘242的下或底部243。按照一个示例性的实施方式，托盘242的底部243是被构造为帮助电池单元224的冷却(或加热)的导热板。通过使电池单元224与导热板243导热接触提供用于热量从电池单元224抽出(用于冷却)或用于热量被提供至电池单元224(用于加热)的(直接)导电路径。这允许电池单元224的更有效的冷却和/或加热。
按照一个示例性的实施方式，如图13中所示，底部243被连接至至少一个外部管272。该至少一个外部管272包括被构造为具有流动通过其中的液体冷却剂(例如，制冷剂、水、水-乙二醇混合物等)以冷却电池单元的中空通道274。按照一个示例性的实施方式，管272可以具有圆柱的形状。但是，按照其它的示例性的实施方式，管272可以具有其它的形状(例如，棱柱的、矩形的、卵形的、多边形的等)。
应当注意的是，导热板243和/或外部管272也可以根据该申请的特定需要被用于加热电池模块222的电池单元224。也应当注意的是，空气(或其它适当的气体)可以代替液体冷却剂使用。按照另一个示例性的实施方式，管272可以采用内部通道或通路(例如，与图10B中示出的相似)或具有翼片的散热片(例如，与图10C中示出的相似)代替。
按照一个示例性的实施方式，托盘242和导热板243由导热材料(例如，铝、铝合金、铜、铜合金、钢、钢合金等)构造。具有导热托盘242和导热板43允许电池模块222中的电池单元24的相对有效的热管理(例如，冷却和/或加热)。
按照一个示例性的实施方式，当导热材料被用于托盘242，并且电池单元224的壳体226具有电荷(例如正或负电荷)时，电绝缘构件(例如，例如图13中示出的密封装置254)可以位于电池单元224的壳体226和插口244和/或台阶248之间，这样，电池单元224和托盘242不彼此电接触。按照图13中示出的示例性的实施方式，密封装置254包括多个帮助将通过通风孔252从电池单元224通风的任何气体密封到普通的腔室250中的脊部255。
按照一个示例性的实施方式，电绝缘构件是热的好的导体，以便有效地引导热远离电池单元224(到托盘和导热板243)。按照一个示例性的实施方式，电绝缘构件由硅树脂或其它适当的材料(例如，聚氯乙烯(PVC)薄膜)构造。按照一个示例性的实施方式，电绝缘构件具有大致为0.05-0.25毫米范围内的厚度。按照另一个示例性的实施方式，绝缘体具有0.13毫米的厚度。但是，按照其它的示例性的实施方式，绝缘体的厚度可以更大或更小。
托盘242和/或导热板243可以通过铸造工艺(例如，压铸工艺)、冲压工艺或任意其它适当的工艺形成。按照一个示例性的实施方式，托盘242可以由多于一个块(例如，托盘42的上部241可以被形成为一块，托盘(也就是说，导热板43)的底部的一半可以被形成为一个块，单独的块被连接在一起以形成托盘242)构造。按照其它的示例性的实施方式，托盘242和导热板243可以被构造为一个单个的块(例如，单个的单块体)。
下面参照图14A，按照另一个示例性的实施方式的电池模块322被示出。电池模块322包括多个电化学电池单元324。如图14A中所示，电化学电池单元324是彼此并排布置的棱形电池单元。但是，按照其它的示例性的实施方式，电化学电池单元324可以具有其它的形状和/或构造(例如，圆柱形、多边形、卵形等)。
如图14A中所示，电化学电池单元324位于342处的结构或托盘的上部341上。按照一个示例性的实施方式，被示出为垫圈354的电绝缘构件位于电化学电池单元324和托盘342之间。按照一个示例性的实施方式，垫圈354包括电绝缘，但是热导电的材料(例如，硅树脂、聚氯乙烯(PVC)、或其它适当的材料)。按照一个示例性的实施方式，垫圈354具有大致为0.05-0.25毫米范围内的厚度。按照另一个示例性的实施方式，垫圈354具有0.13毫米的厚度。但是，按照其它的示例性的实施方式，垫圈354的厚度可以更大或更小。
按照一个示例性的实施方式，托盘342包括多个帮助将托盘固定在电池系统或车辆中的突起或凸耳346。如图14A中所示，每个凸耳346包括将紧固器(未示出)接收在其中的通孔347。
为了帮助冷却或加热电池模块322的电池单元324，多个管372可以位于托盘342的底部343下或与其连接。如图14A中所示，每个管372包括被构造为用于接收经过其中的热管理流体(例如，气体或液体)的中空的通道374，以冷却(或加热)电池单元324。
如图14A中所示，按照一个示例性的实施方式，流体的流动从电池模块322的第一端到与电池模块322的第一端相对的电池模块322的第二端。但是，按照另一个示例性的实施方式，流体的流动可以在单独的管372中交替。例如通过第一管372的流动可以从电池模块322的第一端到电池模块的第二端，而第二管372中的流动从电池模块322的第二端到电池模块322的第一端。然后，流体的流动方向可以在单独的管372中来回交替。
按照另一个示例性的实施方式，单独的管372的端部可以彼此连接。例如，管372的端部可以通过用于大致平行流动的歧管(例如，图17A中示出的歧管382)连接。备选地，管372的端部可以通过用于通过电池模块322的缠绕或螺旋流动的构件(例如，图11B中示出的连接构件82)连接。
按照一个示例性的实施方式，托盘342和/或管372可以由导热材料(例如，铝(或铝合金)、铜(或铜合金)、钢(或钢合金)或其它适当的材料)制成。按照一个示例性的实施方式，管372被焊接(例如，激光焊接)至托盘342的底部343。
下面参照图14B，按照一个示例性的实施方式的电池模块422被示出。按照一个示例性的实施方式，电池模块422包括与图14A中示出的相似的特征(具有与图14A中以400系列的相应的附图标记标示的相似的特征)。如图14B中所示，托盘422包括多个内部通路474。按照一个示例性的实施方式，通道474从电池模块422的第一端延伸到电池模块422的第二端，并被构造为接收经过其中的流体(例如，气体或液体)，以冷却(或加热)电池模块422的电池单元424。与图14A中示出的通过管372的流动相似，通过通道474的流动可以沿一个方向从电池模块422的第一端到电池模块422的第二端，或者可以缠绕或螺旋的方式来回流动。
下面参照图14C，按照一个示例性的实施方式的电池模块522被示出。按照一个示例性的实施方式，电池模块522包括与图14A中示出的相似的特征(具有与图14A中以500系列的相应的附图标记标示的相似的特征)。如图14C中所示，托盘522包括散热片570。散热片570包括多个从散热片570的上部延伸到散热片570的下部576的翼片572。如图14C中所示，翼片572从散热片570的上部向散热片570的底部576渐缩(例如，变小)。但是，按照其它的示例性的实施方式，翼片572可以不是渐缩的或者可以具有不同的构造。
按照一个示例性的实施方式，每个翼片572的尖端573被导电连接至散热片570的底部576，以在散热片570的每个翼片572之间形成中空的通路或通道574。按照一个示例性的实施方式，通道574从电池模块522的第一端向电池模块522的第二端延伸，并被构造为接收经过其中的热管理流体(例如，气体或液体)，以冷却(或加热)电池单元524。
下面参照图14D-14E，按照一个示例性的实施方式的电池模块622被示出。按照一个示例性的实施方式，电池模块622包括与图14C中示出的相似的特征(具有与图14C中以600系列的相应的附图标记标示的相似的特征)。
如图14D中最佳地看到，垫圈654包括在凸耳646上延伸的突起656。按照一个示例性的实施方式，每个突起656包括与凸耳646中的孔相对应的孔658，这样，位于凸耳646中的紧固件也将垫圈654固定在适当的位置。
如图14E中最佳地看到，电池模块622一侧的突起646与电池模块622相对侧的突起646偏移地提供。这是为了允许当位于一个电池系统(例如，图17A-17D中示出的电池系统)中时，多个电池模块彼此并排地放置。。
按照一个示例性的实施方式，电池模块622包括具有大致位于散热片670的中间的构件或结构678(例如，壁、分割部等)的散热片670。构件678从托盘642的上部641延伸到散热片670的底部676，以将散热片670分离成第一组通道674和第二组通道674。连接构件690可以位于散热片670的一端，以从散热片670的第一组通道674向散热片670的第二组通道674为流体设定路径或引导流体(例如，如图14E中所示)。
使流体沿第一方向通过第一组通道674然后沿第二方向通过第二组通道674流动的一个优点是允许电池模块622中的电池单元624的更均匀的冷却(或加热)。这帮助产生具有更长的寿命和更均匀的操作特性(例如，电压、电流、电荷容量，等)的电池单元624。
如图14E中所示，构件678在全部多个电池单元624下面从电池模块622的第一端延伸到电池模块622的第二端。按照另一个示例性的实施方式，如图14F中所示，构件778不在全部电池单元724下面延伸。例如，构件778(和散热片的翼片)不在模块722的极右端的两个电池单元724下面延伸。应当注意的是，图14F中示出的电池模块722包括与图14E中示出的相似的特征(具有与图14E中以700系列的相应的附图标记标示的相似的特征)。
参照图14F，按照一个示例性的实施方式，被示出为弯曲的构件或壁790的特征可以位于电池模块722的散热片或托盘中，以帮助引导流体从第一组通道到第二组通道的流动。如图14F中所示，弯曲的壁790位于电池模块722的五个最右边的电池单元724下面；但是，按照其它的示例性的实施方式，弯曲的壁790可以具有不同的构造和位置。
下面参照图15-16，图14D中示出的电池模块622被示出为包括按照一个示例性的实施方式的侧板660和端盖630。侧板660和端盖630被用于将单独的电池单元624定位和/或固定在电池模块622中。按照一个示例性的实施方式，每个侧板660包括具有顶部662和底部663的主体661。顶部662包括大致包围通孔665的放大的部分664，而底部663包括大致包围另一个通孔665的放大的部分。
按照一个示例性的实施方式，通孔665被构造为接收具有螺纹端的杆或紧固件639，以便将端盖630紧固在电池模块622的任一端(例如，通过将螺母638旋在每个紧固件639上)。按照另一个示例性的实施方式，侧板660可以包括在其中接收紧固件(例如，螺栓或螺钉)的螺纹孔，以固定端板630。按照另一个示例性的实施方式，侧板660可以包括从在其中固定端盖630的每个孔665伸出的突出物。
按照一个示例性的实施方式，顶部662包括沿与侧板660的主体661大致垂直的方向从顶部662伸出的脊部或突起668。突起668的底部被构造为接触每个电池单元624的顶部，以将电池单元624固定(例如，夹紧、定位、保持等)在适当的位置。按照一个示例性的实施方式，脊部668从侧板660的第一端向侧板660的第二端全部沿侧板660延伸。按照一个示例性的实施方式，侧板660的主体661的内表面接触每个电池单元624的侧部，以将电池单元624固定(例如，夹紧、定位、保持等)在适当的位置。
按照一个示例性的实施方式，侧板660的底部663包括多个具有通孔667的突起或凸耳666。如图15中所示，凸耳666和孔667大致与托盘642的凸耳646和孔647互补。紧固器(未示出)可以通过侧板的每个孔667、垫圈654的孔658和托盘642的孔647插入，以通过突起668在电池单元624的顶部上施加夹紧力。
按照一个示例性的实施方式，端盖630包括被连接在一起以形成外部框架的顶部框架构件631、第一侧部构件632、第二侧部构件633和底部侧部构件634。多个框架构件631、632、633、634与多个水平构件635和多个垂直构件636相互连接。水平构件635和垂直构件636彼此相互连接，以形成开口或中空部分637。端盖630还包括四个大致邻近外部框架的拐角放置并被构造为接收紧固器(例如，从侧板660延伸的杆或突出部639)的孔(未示出)。螺母638被旋到紧固器639上，以将端盖固定在适当的位置。
按照一个示例性的实施方式，侧板660和端盖630被用于有效地将电池单元624夹紧和/或保持在电池模块622中。端盖630(通过紧固器639和638)大致沿电池模块622的纵向方向(例如，沿水平方向)将单独的电池单元624限制在电池模块622中。侧板660(通过突起668)沿大致与电池模块622的纵向方向垂直的方向(例如，沿垂直方向)限制单独的电池单元624。电池单元624沿垂直方向的固定以便电池单元624的底部与垫圈654和/或托盘642接触保证导电冷却(或加热)将更有效地发生。
按照一个示例性的实施方式，侧板660和/或端盖630由金属材料(例如，例如金属片的金属)构成。在该实施方式中，绝缘材料或构件(未示出)可以位于电池单元624和侧板660和/或端盖630之间(例如电池单元624和侧板660的主体661的内表面和侧板660的突起668的底部之间)。按照另一个示例性的实施方式，侧板660和/或端盖630可以涂覆聚合物材料。按照另一个示例性的实施方式，侧板660和/或端盖630由聚合物材料(例如聚乙烯、聚丙烯等)或其它适当的材料构成。
下面参照图17A-17D，按照示例性的实施方式的多个电池系统被示出。图17A-17D中示出的电池系统分别包括多个在图14A-14D中示出的电池模块。由于分别在图17A-17D中示出的电池系统321、421、521和621的相似性，下面将仅对电池系统321的特征进行详细地描述。应当注意的是，电池系统421、521和621包括与图17A中示出的相似的特征(具有与图17A中分别以400、500和600系列的相应的附图标记标示的相似的特征)。
参照图17A，电池系统321被示出为包括多个按照一个示例性的实施方式的电池模块322。电池模块322在电池系统321的壳体323中彼此并排地提供。壳体323的间隔物或壁330从控制系统329(例如，电池管理系统(BMS))分离模块322。电池系统321可以还包括单个的盖(未示出)，以将多个电池模块322和控制系统329封闭或覆盖在壳体323中。
如图17A中所示，电池系统321的壳体323包括热管理流体可以通过其进入电池模块322的管372的通道374的开口325。按照一个示例性的实施方式，开口325的尺寸被设置为暴露管372和托盘342。按照另一个示例性的实施方式，开口325的尺寸被设置为仅暴露管372。
按照一个示例性的实施方式，电池系统321包括入口歧管380。歧管380包括被构造为接收单个热管理流体源的单个开口382和被构造为向每个单独的电池模块322的管372提供热管理流体的多个开口384。如图17B中所示，入口歧管480向单独的电池模块422的通道474提供热管理流体，而在图17C中，入口歧管580向单独的电池模块522的散热片570的通道574提供热管理流体。按照一个示例性的实施方式，电池系统321(和电池系统421和521)可以还包括与入口歧管380相似的出口歧管(未示出)。
如图17D中所示，电池系统包括具有入口部分681和出口部分682的歧管680。按照一个示例性的实施方式，入口部分681包括被构造为接收单个热管理流体源和多个通路或导管685的开口683。导管685具有与壳体623的壁中的开口625相对应的开口687，以向每个单独的电池模块622的散热片670的第一组通道674提供热管理流体。同样地，出口部分682包括被构造为使热管理流体从多个通路或导管686返回的开口684。导管686具有与壳体623的壁中的开口626相对应的开口688，以从每个单独的电池模块622的散热片670的第二组通道674接收热管理流体。
按照一个示例性的实施方式，电池系统321、421、521和621中的每一个可以具有单个风扇或泵(未示出)，以使流体通过电池系统移动。例如，风扇或泵可以位于入口歧管的前部(或歧管的入口部分)，以通过系统推动流体。按照另一个示例性的实施方式，风扇可以位于出口歧管的后部(或歧管的出口部分)，以通过系统拉动流体。
按照另一个示例性的实施方式，每个电池模块可以具有其自己的风扇或泵以通过模块推动或拉动流体。该实施方式的一个优点是，单独的风扇或泵的尺寸可以小于被用于整个系统的单个风扇或泵，因此产生较少的系统的总的噪音。按照另一个示例性的实施方式，单独的风扇或泵可以位于电池模块622的连接构件690中或与其邻近，这样，风扇或泵通过散热片670的第一半拉动流动，通过散热片670的第二半推动流体。在这种情况下，风扇或泵产生的噪音将更少，因为风扇经受电池模块中的更小的压降。同时，风扇或泵位于单独的电池模块622中，以进一步使所产生的任何风扇或泵噪音安静。
在这里利用的术语“大致”、“大约”、“基本上”和相似的术语试图具有与该公开的内容的主题涉及的普通的和本领域的技术人员可接受的用途长一致的广泛意义。回顾该公开的内容的本领域的技术人员应当理解，这些术语试图在不将这些特征限制于所提供的精确数字范围的情况下，允许所描述的和所要求保护的某些特征的描述。因此，这些术语应当被解释为表示，所描述的和所要求保护的主题的非实质性的或无关紧要的修改或替换被考虑为落在所附的权利要求书详述的本发明的范围内。
应当注意到，在这里使用的描述多个实施方式的术语“示例性”试图表示这样的实施方式是可能的实施方式的可能的实例，代表和/或说明(这样的术语未试图表示这样的实施方式必需是特别的或最佳的实例)。
在这里使用的术语“连接”、“连接”和类似的术语的意思是，两个构件直接地或间接地彼此连接。这样的连接可以是静止的(例如，持久的)或可移动的(例如，可去除的或可释放的)。这样的连接可以采用被形成为整体的形成为单个主体的两个构件或两个构件和任何附加的中间构件获得，或采用被连接至彼此的两个构件或两个构件和任何附加的中间构件获得。
在这里对元件的位置的参照(例如，“顶部”、“底部”、“上面”、“下面”等)仅仅被用于描述附图中的多个元件的方位。应当注意到，多个元件的方位根据其它的示例性实施方式可以不同，并且这样的变化试图由本发明公开的内容包括。
重要的是，注意到在多个示例性实施方式中示出的用于电池系统通风腔室的密封的结构和布置仅仅是说明性的。虽然在该公开的内容中仅仅描述了几个实施方式，但是回顾该公开的内容的本领域的技术人员在不明显背离在这里描述的主题的新的教导和优点的情况下将容易地理解多个修改是可能的(例如，多个元件的尺寸、规格、结构、形状和比例，参数值，安装装置，材料的使用，颜色，方位等)。例如，被示出为整体地形成的元件可以由多个部件或元件构成，元件的位置可以反向或变化，个别的元件或位置的性质或数量可以改变或变化。任何工艺或方法步骤的顺序或可以根据替换的实施方式变化或改变顺序。也可以对在不背离本发明的范围的情况下对多个示例性的实施方式的设计、操作情况和布置进行其它的代替、修改、改变和省略。

Claims (15)

1.一种电池模块，包括：
多个电化学电池；以及
包括被构造为支撑所述多个电化学电池中的每一个的底部的上部以及被连接至所述上部的下部的结构，所述下部包括具有位于其中的至少一个通道的热管理部件，所述通道被构造为用于热管理流体经过其中，以向电池模块的电化学电池提供热管理，
所述下部包括散热片，
所述散热片具有多个远离所述多个电化学电池延伸的翼片，其中，热管理流体被构造为在所述翼片之间通过，
所述下部包括被构造为沿第一方向和与第一方向大致相反的第二方向分割通过散热片的热管理流体的流动的部件。
2.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述热管理部件包括至少一个具有内部通道的管，所述内部通道用于热管理流体经过其中。
3.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述翼片为渐缩的。
4.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块包括被构造为从第一方向向第二方向改变通过散热片的热管理流体的流动方向的部件。
5.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述结构的上部包括多个插口，每个插口被构造为接收电化学电池中的一个的底部。
6.如权利要求5所述的电池模块，其特征在于，腔室形成在所述结构的上部和所述结构的下部之间，所述腔室被构造为从电化学电池中的任一个接收排放的气体。
7.如权利要求6所述的电池模块，其特征在于，所述结构包括至少一个支柱，所述支柱位于所述腔室中并被构造为使所述结构的上部与所述结构的下部导电地连接。
8.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块还包括位于所述多个电化学电池和所述结构之间的电绝缘材料。
9.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块还包括至少一个被构造为将电化学电池保持至所述结构的板。
10.一种电池系统，其包括多个电池模块，每个电池模块包括：
多个电化学电池；以及
包括被构造为支撑所述多个电化学电池中的每一个的底部的上部以及被连接至所述上部的下部的结构，所述下部包括具有位于其中的至少一个通道的热管理部件，所述通道被构造为用于热管理流体经过其中，以向电池模块的电化学电池提供热管理；
其中所述下部包括散热片，所述散热片包括多个远离所述多个电化学电池延伸的翼片，其中，所述热管理流体被构造为在所述翼片之间通过；并且
其中所述下部包括被构造为沿第一方向和与第一方向大致相反的第二方向分割通过散热片的热管理流体的流动的部件。
11.如权利要求10所述的电池系统，其特征在于，所述电池系统还包括歧管，所述歧管被构造为设定热管理流体的路径为从第一源到所述多个电池模块。
12.一种电池模块，包括：
包括上部和下部的托盘，所述上部被构造为支撑多个电化学电池中的每一个的底部，所述下部包括具有至少一个位于其中的通路的热管理部件，所述通路被构造为接收通过其中的热管理流体，以向电池模块的电化学电池提供热管理；
其中所述下部包括散热片，所述散热片包括多个远离所述多个电化学电池延伸的翼片，其中，所述热管理流体被构造为在所述翼片之间通过；并且
其中所述下部包括被构造为沿第一方向和与第一方向大致相反的第二方向分割通过散热片的热管理流体的流动的部件。
13.如权利要求12所述的电池模块，其特征在于，所述热管理部件包括至少一个具有内部通路的管，所述内部通路用于热管理流体经过其中。
14.如权利要求12所述的电池模块，其特征在于，所述多个翼片的每一个为渐缩的。
15.如权利要求12所述的电池模块，其特征在于，所述托盘的上部包括多个插口，每个插口被构造为接收所述电化学电池中的一个的底部。
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