CN103165838A - 带有预制结构热交换器的推进电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带有预制结构热交换器的推进电池。一种用于电池包的框架组件包括框架主体和一对框架盖。框架主体具有第一凹部、第二凹部和中心孔口。中心孔口设置在第一凹部和第二凹部之间。第一凹部被构造成接纳第一电池单元。第二凹部被构造成接纳第二电池单元。中心孔口被构造成接纳膨胀单元。框架盖中的每一个设置在第一凹部和第二凹部中的一个附近。框架盖将第一电池单元、第二电池单元和膨胀单元保持在框架主体内。

Description

带有预制结构热交换器的推进电池
技术领域
本公开涉及电池组，并且更具体地涉及用于电池组的热交换器。
背景技术
已经提出将电池单元作为用于电动车辆和各种其它应用的清洁、高效且环保的能源。一种电池单元已知为锂离子电池。锂离子电池可再充电并且能成形为多种形状和尺寸，以便有效地填充电动车辆内的可用空间。例如，电池单元可以是棱柱形状以有利于堆叠电池单元。多个单独的电池单元能以电池组的形式提供，以提供足够操作电动车辆的电量。
典型的棱柱电池单元具有一对涂覆塑料的金属层，其熔融在电池单元的周边周围，以便密封电池单元部件。电池单元的密封通常始于为涂覆塑料的金属层中的一个提供有时称为“黄油碟”形状的腔体。电池单元部件设置在涂覆塑料的金属层的腔体内部。然后将涂覆塑料的金属层中的另一个置于电池单元部件的顶部并使其例如通过围绕边缘的热密封而在周边处熔融到具有腔体的涂覆塑料的金属层中的一个。由此提供用于结合到电池组中的电池单元。
在操作中和充电循环期间，诸如锂离子电池单元的电池单元经历温度的增加，并且需要热交换器冷却系统。一种用于冷却电池单元的已知方法是使电池单元与流过冷却剂的冷却翅片面接触。冷却翅片通常由形成冷却剂的入口和出口集管的两个柔性金属波纹部件连接。冷却翅片和波纹部件可通过硬钎焊或备选方法连接。当将电池单元插入冷却翅片之间时，波纹部件必须延伸以增加冷却翅片偏移量。一旦将电池单元定位在冷却翅片之间，就必须将散热器组件压缩在一起以推动冷却翅片与电池单元接触。
一直需要一种简化的热交换器组件来代替难以操纵和定位的已知的柔性波纹散热器。有利地，简化的热交换器组件还使制造具有热交换器组件的电池组的复杂性最小化。
发明内容
根据本公开，令人惊奇地发现一种简化的热交换器组件，该组件代替难以操纵和定位的已知的柔性波纹散热器，并且使制造具有该热交换器组件的电池组的复杂性最小化。
在一个实施例中，一种用于电池单元包装的框架组件包括框架主体和一对框架盖。框架主体具有第一凹部、第二凹部和中心孔口。中心孔口设置在第一凹部和第二凹部之间。第一凹部被构造成接纳第一电池单元。第二凹部被构造成接纳第二电池单元。中心孔口被构造成接纳膨胀单元。框架盖中的每一个设置在第一凹部和第二凹部中的一个附近，以用于将第一电池单元、第二电池单元和膨胀单元保持在框架主体内。
在另一个实施例中，电池包包括第一电池单元和第二电池单元、以及设置在第一电池单元和第二电池单元之间的膨胀单元。电池包还包括框架组件，其包括框架主体和一对框架盖。框架主体具有第一凹部、第二凹部和中心孔口。中心孔口设置在第一凹部和第二凹部之间。第一凹部接纳第一电池单元。第二凹部接纳第二电池单元。中心孔口接纳膨胀单元。框架盖中的每一个设置在第一凹部和第二凹部中的一个附近。框架盖将第一电池单元、第二电池单元和膨胀单元保持在框架主体内。
在另一个实施例中，电池组包括多个电池包。电池包中的每一个包括第一电池单元和第二电池单元以及膨胀单元。膨胀单元设置在第一电池单元和第二电池单元之间。电池包中的每一个还包括具有框架主体和一对框架盖的框架组件。框架主体具有第一凹部、第二凹部和中心孔口。中心孔口设置在第一凹部和第二凹部之间。第一凹部接纳第一电池单元。第二凹部接纳第二电池单元。中心孔口接纳膨胀单元。框架盖中的每一个设置在第一凹部和第二凹部中的一个附近，以用于将第一电池单元、第二电池单元和膨胀单元保持在框架主体内。电池组还包括热交换器。热交换器具有多个冷却翅片。冷却翅片中的至少一个设置在多个电池包中的一对之间。
在一个附加实施例中，一种用于制造电池组的方法包括以下步骤：堆叠多个电池包，电池包中的每一个包括第一电池单元和第二电池单元、设置在第一电池单元和第二电池单元之间的膨胀单元、以及包括框架主体和一对框架盖的框架组件，框架主体具有第一凹部、第二凹部、以及设置在第一凹部和第二凹部之间的中心孔口，第一凹部接纳第一电池单元，第二凹部接纳第二电池单元，并且中心孔口接纳膨胀单元，框架盖中的每一个设置在第一凹部和第二凹部中的一个附近以用于将第一电池单元、第二电池单元和膨胀单元保持在框架主体内；以及将多个电池包插入具有多个冷却翅片的热交换器中，其中，冷却翅片中的至少一个设置在多个电池包中的一对之间。
本发明提供下列技术方案。
技术方案1. 一种用于电池包的框架组件，包括：
框架主体，其具有第一凹部、第二凹部以及设置在所述第一凹部和所述第二凹部之间的中心孔口，所述第一凹部被构造成接纳第一电池单元，所述第二凹部被构造成接纳第二电池单元，并且所述中心孔口被构造成接纳膨胀单元；以及
一对框架盖，所述框架盖中的每一个设置在所述第一凹部和所述第二凹部中的一个附近，以用于将所述第一电池单元、所述第二电池单元和所述膨胀单元保持在所述框架主体内。
技术方案2. 根据技术方案1所述的框架组件，其中，所述框架主体具有多个插片，所述插片中的每一个具有形成于其上的定位部。
技术方案3. 根据技术方案2所述的框架组件，其中，所述框架盖中的每一个具有凹口，所述凹口接纳所述框架主体的所述多个插片中的一个的所述定位部以将所述框架盖固定到所述框架主体。
技术方案4. 根据技术方案1所述的框架组件，其中，所述框架盖中的每一个包括设置在其一端的引入板，所述引入板被构造成在所述框架盖附近引导热交换器的冷却翅片。
技术方案5. 根据技术方案4所述的框架组件，其中，所述框架盖中的每一个包括主壁，并且所述引入板中的每一个联接到所述主壁。
技术方案6. 根据技术方案5所述的框架组件，其中，所述引入板中的每一个相对于所述主壁的取向成角度地定向，所述引入板联接到所述主壁。
技术方案7. 根据技术方案1所述的框架组件，其中，所述框架主体由介电聚合物形成。
技术方案8. 根据技术方案7所述的框架组件，其中，所述框架盖由金属形成。
技术方案9. 根据技术方案8所述的框架组件，其中，所述框架盖中的每一个的表面涂有低摩擦材料。
技术方案10. 一种电池包，包括：
第一电池单元和第二电池单元；
膨胀单元，其设置在所述第一电池单元和所述第二电池单元之间；
以及框架组件，其包括框架主体和一对框架盖，所述框架主体具有第一凹部、第二凹部、以及设置在所述第一凹部和所述第二凹部之间的中心孔口，所述第一凹部接纳所述第一电池单元，所述第二凹部接纳所述第二电池单元，并且所述中心孔口接纳所述膨胀单元，所述框架盖中的每一个设置在所述第一凹部和所述第二凹部中的一个附近，以将所述第一电池单元、所述第二电池单元和所述膨胀单元保持在所述框架主体内。
技术方案11. 根据技术方案10所述的电池包，其中，所述框架主体具有多个插片，所述插片中的每一个具有形成于其上的定位部。
技术方案12. 根据技术方案11所述的电池包，其中，所述框架盖中的每一个具有凹口，所述凹口接纳所述框架主体的所述多个插片中的一个的所述定位部以将所述框架盖固定到所述框架主体。
技术方案13. 根据技术方案10所述的电池包，其中，所述框架盖中的每一个具有设置在所述框架盖的一端的引入板，所述引入板被构造成在所述框架盖附近引导热交换器的冷却翅片。
技术方案14. 根据技术方案13所述的电池包，其中，所述框架盖中的每一个具有主壁，并且所述引入板中的每一个联接到所述主壁。
技术方案15. 根据技术方案14所述的电池包，其中，所述引入板中的每一个相对于所述主壁的取向成角度地定向，所述引入板联接到所述主壁。
技术方案16. 根据技术方案10所述的电池包，其中，所述框架主体由介电聚合物形成。
技术方案17. 根据技术方案16所述的电池包，其中，所述框架盖由金属形成。
技术方案18. 一种电池组组件，包括：
多个电池包，所述电池包中的每一个包括第一电池单元和第二电池单元、设置在所述第一电池单元和所述第二电池单元之间的膨胀单元、以及包括框架主体和一对框架盖的框架组件，所述框架主体具有第一凹部、第二凹部以及设置在所述第一凹部和所述第二凹部之间的中心孔口，所述第一凹部接纳所述第一电池单元，所述第二凹部接纳所述第二电池单元，并且所述中心孔口接纳所述膨胀单元，所述框架盖中的每一个设置在所述第一凹部和所述第二凹部中的一个附近，以将所述第一电池单元、所述第二电池单元和所述膨胀单元保持在所述框架主体内；以及
热交换器，其具有多个冷却翅片，所述冷却翅片中的至少一个设置在所述多个电池包中的一对之间。
技术方案19. 一种用于制造电池组组件的方法，所述方法包括以下步骤：
堆叠多个电池包，所述电池包中的每一个包括第一电池单元和第二电池单元、设置在所述第一电池单元和所述第二电池单元之间的膨胀单元、以及包括框架主体和一对框架盖的框架组件，所述框架主体具有第一凹部、第二凹部以及设置在所述第一凹部和所述第二凹部之间的中心孔口，所述第一凹部接纳所述第一电池单元，所述第二凹部接纳所述第二电池单元，并且所述中心孔口接纳所述膨胀单元，所述框架盖中的每一个设置在所述第一凹部和所述第二凹部中的一个附近，以将所述第一电池单元、所述第二电池单元和所述膨胀单元保持在所述框架主体内；以及
将所述多个电池包插入具有多个冷却翅片的热交换器中，其中，所述冷却翅片中的至少一个设置在所述多个电池包中的一对之间。
技术方案20. 根据技术方案19所述的方法，其中，所述框架盖保护所述第一电池单元和第二电池单元的外表面并在竖直和侧向方向上将所述第一电池单元和第二电池单元及所述膨胀单元保持在合适位置，并且允许所述第一电池单元和所述第二电池单元及所述膨胀单元在堆叠方向上的移动。
附图说明
对于本领域的技术人员而言，通过下面的详细描述，特别是当结合本文所述附图来考虑时，本公开的上述以及其它优点将变得显而易见。
图1是包括框架主体和一对框架盖的用于电池包的框架组件的分解侧透视图；
图2是包括多个电池包和热交换器的电池叠堆组件的局部分解侧透视图，电池包中的每一个具有如图1所示的框架组件；
图3是沿图2的剖面线A-A截取的电池叠堆组件的片段局部分解剖面侧视图，其中热交换器部分地显示以示出用于与电池包配合的热交换器的冷却翅片；以及
图4是包括电池包和图3所示热交换器的电池组组件的片段剖面侧视图，热交换器的冷却翅片与电池包配合。
具体实施方式
下面的详细描述和附图描述并示出了本发明的各个实施例。描述和附图用来使本领域技术人员能够制作和使用本发明，而并不旨在以任何方式限制本发明的范围。就所公开的方法而言，所给出的步骤本质上是示例性的，并且因此不是必要的或关键的。
参照图1-4，示出了具有多个电池包102和热交换器104的电池组组件100。电池包102中的每一个包括框架组件106、第一电池单元108和第二电池单元110。膨胀单元112设置在第一电池单元108和第二电池单元110之间以在操作期间补偿第一电池单元108和第二电池单元110的厚度中的变化以及第一电池单元108和第二电池单元110的膨胀。第一电池单元108、第二电池单元110和膨胀单元112中的每一个由框架组件106保持和保护。电池包102设置成叠堆的形式并插入热交换器104以形成电池组组件100。
本公开的热交换器104可以制造成基本上刚性的主体。例如，热交换器104可以是具有连接到冷却翅片136的管道(未示出)的散热器。冷却翅片136可具有形成于其中的至少一个导管，冷却剂从连接到该导管的管道循环通过该导管。在其它实施例中，冷却翅片136传导来自电池包102的热量并将热量传递到管道中的冷却剂。有利的是，本公开的电池组组件100不需要波纹件或热交换器104的膨胀和收缩。
第一电池单元108和第二电池单元110被构造成从电化学反应产生能量。第一电池单元108和第二电池单元110均可以为棱柱电池单元，例如，如授予Heise的受让人的共同未决的美国专利申请No. 13/035,236中描述和示出的。作为非限制性示例，第一电池单元108和第二电池单元110中的每一个为棱柱锂离子(Li离子)袋式电池，其具有电插片114，用于将第一电池单元108和第二电池单元110置于与诸如电动车辆的负载电气连通。膨胀单元112可以是聚合物型泡沫层，其允许第一电池单元108和第二电池单元110在操作期间的膨胀和收缩。应当理解，在本发明的范围内，也可以使用采用不同结构和电化学性的其它类型的第一电池单元108和第二电池单元110以及其它类型的膨胀单元112。
如图1所示，框架组件106包括框架主体116和一对框架盖118，框架盖118被构造成将电池单元108、110中的每一个保持和定位在框架主体116内。框架主体116具有用于接纳第一电池单元108的第一凹部120和用于接纳第二电池单元110的第二凹部122。主体116还具有被构造成接纳膨胀单元112的中心孔口124。中心孔口124将膨胀单元112定位在第一电池单元108和第二电池单元110之间。
框架盖118中的每一个设置在第一凹部120和第二凹部122中的一个附近，以用于将第一电池单元108、第二电池单元110和膨胀单元112定位在框架主体116内。框架盖118可以例如在框架主体116上滑动。在某些实施例中，框架主体116可具有多个插片126，其被构造成与框架盖118配合以将框架盖118固定到框架主体116。在一个特定实施例中，插片126中的每一个具有形成于其上的定位部128，定位部128由框架盖118中的每一个中的对应凹口130接纳。在本公开的范围内，也可以使用用于将框架盖118固定到框架主体116的其它合适装置。
应当理解，除了保护电池单元106、108的外表面并将电池单元106、108以及膨胀单元112在竖直和侧向方向上保持就位之外，框架盖118还允许在堆叠方向上的有限移动。
框架盖118还可具有设置在框架盖118的一端134处的引入板132。引入板132提供了用于在框架盖118附近引导热交换器104的冷却翅片136(图2-4中示出)的斜面。例如，当框架盖118中的每一个具有主壁138，并且引入板132中的每一个联接到主壁138中的一个时，引入板132可定向成相对于主壁138的取向成角度以提供斜面。有利的是，引入板132确保冷却翅片136在电池组组件100的制造期间正确地插入电池包102之间。
框架组件106的框架主体116和框架盖118可根据需要由相同或不同材料形成。在一个示例性实施例中，框架主体116由诸如塑料的介电聚合物形成，并且框架盖118由诸如铝的金属形成。当框架盖118由金属或另一种导电材料形成时，将接触第一电池单元108和第二电池单元110中的一个的框架盖118中的每一个的表面可以涂有低摩擦介电涂层。作为非限制性示例，低摩擦介电涂层为塑料箔。在将电池包102插入热交换器104时，低摩擦介电涂层允许更低的插入力，同时也增加了电池包和热交换器104之间的额外的电绝缘。本领域的普通技术人员可以根据需要选择用于框架主体116、框架盖118和涂层的合适材料。
本公开还包括例如用于制造电池组组件100的方法，如图2-4所示。在如上所述组装电池包102中的每一个之后，该方法包括堆叠多个电池包102的步骤。堆叠的电池包102也可一起被压缩至与热交换器104基本上相同的总长度，电池包102的叠堆将设置在热交换器104中。然后将电池包102的叠堆邻近例如热交换器104定位，如图2-3所示。虽然仅示出三个电池包102，但应当理解，也可根据需要将更多电池包102设置在叠堆中。
在电池包102已被堆叠和在必要时压缩至所需长度之后，将多个电池包102插入热交换器104中。应当理解，热交换器104可以用作止挡件以限定电池包102的叠堆在操作中的压缩长度。
如图2-4所示，热交换器104具有多个冷却翅片136。由于电池包102插入热交换器104中，多个冷却翅片136中的至少一个设置在多个电池包102中的一对之间。电池包102内的各个电池单元108、110的表面由保持各个电池单元108、110的框架组件106的框架盖118来保护。
应当理解，引入板132可以有利地促进在插入步骤期间在成对的电池包102之间引导冷却翅片136。同样，框架盖118上的低摩擦涂层的存在也可以有利于在将电池包102插入热交换器104期间冷却翅片136在成对的电池包102之间滑动。
有利的是，本公开的电池组组件100包括具有框架组件106的多个电池包102，简化了电池组组件100的制造。特别地，电池组组件100不需要本领域已知且难以操纵和定位的柔性波纹散热器。由于热交换器104不采用波纹部件，最小化了硬钎焊工序期间的制造和操纵复杂性。此外，对于本公开的电池组组件100来说，所有热交换器104部件可以由诸如铝的一种金属制造。
由于热交换器104可成形为刚性主体，还应当理解，热交换器104可以用作电池组组件100的结构部件。例如，刚性热交换器104可以限定所制造的电池组组件100的长度。作为另一示例，端板(未示出)可与热交换器104为一体，或者可以根据需要单独地插入具有电池包102的叠堆的热交换器104中。
在插入到热交换器104中之前，通过妨碍对在插入过程期间将电池包102中的每一个保持分开的需求，本公开的电池组组件100还简化了各个电池包102的堆叠。
还应当理解，框架组件106的框架盖118也可用来将压缩力全部分散在第一电池单元108和第二电池单元110的整个面对表面上。由此可以提高电池单元组件100的第一电池单元108和第二电池单元110的耐久性。
虽然出于说明本发明的目的示出了某些代表性实施例和细节，但对于本领域技术人员而言显然在不脱离本公开的范围的情况下可以做出各种修改，本公开的范围在下文的所附技术方案中进一步描述。

Claims (10)

1.一种用于电池包的框架组件，包括：
框架主体，其具有第一凹部、第二凹部以及设置在所述第一凹部和所述第二凹部之间的中心孔口，所述第一凹部被构造成接纳第一电池单元，所述第二凹部被构造成接纳第二电池单元，并且所述中心孔口被构造成接纳膨胀单元；以及
一对框架盖，所述框架盖中的每一个设置在所述第一凹部和所述第二凹部中的一个附近，以用于将所述第一电池单元、所述第二电池单元和所述膨胀单元保持在所述框架主体内。
2.根据权利要求1所述的框架组件，其中，所述框架主体具有多个插片，所述插片中的每一个具有形成于其上的定位部。
3.根据权利要求2所述的框架组件，其中，所述框架盖中的每一个具有凹口，所述凹口接纳所述框架主体的所述多个插片中的一个的所述定位部以将所述框架盖固定到所述框架主体。
4.根据权利要求1所述的框架组件，其中，所述框架盖中的每一个包括设置在其一端的引入板，所述引入板被构造成在所述框架盖附近引导热交换器的冷却翅片。
5.根据权利要求4所述的框架组件，其中，所述框架盖中的每一个包括主壁，并且所述引入板中的每一个联接到所述主壁。
6.根据权利要求5所述的框架组件，其中，所述引入板中的每一个相对于所述主壁的取向成角度地定向，所述引入板联接到所述主壁。
7.根据权利要求1所述的框架组件，其中，所述框架主体由介电聚合物形成。
8.一种电池包，包括：
第一电池单元和第二电池单元；
膨胀单元，其设置在所述第一电池单元和所述第二电池单元之间；
以及框架组件，其包括框架主体和一对框架盖，所述框架主体具有第一凹部、第二凹部、以及设置在所述第一凹部和所述第二凹部之间的中心孔口，所述第一凹部接纳所述第一电池单元，所述第二凹部接纳所述第二电池单元，并且所述中心孔口接纳所述膨胀单元，所述框架盖中的每一个设置在所述第一凹部和所述第二凹部中的一个附近，以将所述第一电池单元、所述第二电池单元和所述膨胀单元保持在所述框架主体内。
9.一种电池组组件，包括：
多个电池包，所述电池包中的每一个包括第一电池单元和第二电池单元、设置在所述第一电池单元和所述第二电池单元之间的膨胀单元、以及包括框架主体和一对框架盖的框架组件，所述框架主体具有第一凹部、第二凹部以及设置在所述第一凹部和所述第二凹部之间的中心孔口，所述第一凹部接纳所述第一电池单元，所述第二凹部接纳所述第二电池单元，并且所述中心孔口接纳所述膨胀单元，所述框架盖中的每一个设置在所述第一凹部和所述第二凹部中的一个附近，以将所述第一电池单元、所述第二电池单元和所述膨胀单元保持在所述框架主体内；以及
热交换器，其具有多个冷却翅片，所述冷却翅片中的至少一个设置在所述多个电池包中的一对之间。
10.一种用于制造电池组组件的方法，所述方法包括以下步骤：
堆叠多个电池包，所述电池包中的每一个包括第一电池单元和第二电池单元、设置在所述第一电池单元和所述第二电池单元之间的膨胀单元、以及包括框架主体和一对框架盖的框架组件，所述框架主体具有第一凹部、第二凹部以及设置在所述第一凹部和所述第二凹部之间的中心孔口，所述第一凹部接纳所述第一电池单元，所述第二凹部接纳所述第二电池单元，并且所述中心孔口接纳所述膨胀单元，所述框架盖中的每一个设置在所述第一凹部和所述第二凹部中的一个附近，以将所述第一电池单元、所述第二电池单元和所述膨胀单元保持在所述框架主体内；以及
将所述多个电池包插入具有多个冷却翅片的热交换器中，其中，所述冷却翅片中的至少一个设置在所述多个电池包中的一对之间。
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