CN104347914B - 单格电池的温度变化被优化的蓄电池模块构造 - Google Patents

单格电池的温度变化被优化的蓄电池模块构造 Download PDF

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Abstract

本申请涉及单格电池的温度变化被优化的蓄电池模块构造。蓄电池模块包括多个蓄电池单格电池。每个蓄电池单格电池包括具有阳极活性区域的阳极、具有阴极活性区域的阴极、和离子传导分离器，该分离器设置在阳极活性区域和阴极活性区域之间。所述蓄电池单格电池的第一子组被以并联的电线连接的蓄电池单格电池对布置。所述第一子组中的每个并联的电线连接的蓄电池单格电池对具有两个相邻的蓄电池单格电池，在这两个相邻的蓄电池单格电池之间设置有冷却翅片。

Description

单格电池的温度变化被优化的蓄电池模块构造
技术领域
在至少一个方面中，本发明涉及带有改善的热特性的蓄电池模块组件。
背景技术
目前正研究将大容量可再充电蓄电池用在电动车辆中。电动车辆的最终可行性取决于大幅减少相关成本。减少蓄电池组件的成本尤其重要。
锂离子蓄电池是重要类型的蓄电池技术。大多数蓄电池组件，包括锂离子蓄电池组件在内，都包括多个独立的电化学单格电池。通常，这种电化学单格电池包括阳极、阴极、和设置在阳极和阴极之间的分离器。通常，阳极包括覆盖有石墨层的金属薄板或金属箔（通常是铜金属）。类似地，阴极通常包括覆盖有含锂层的金属薄板或金属箔（通常是铝金属）。最后，电化学单格电池包括电解质，其被设置在阳极和阴极之间。端子允许产生的电能被用在外部电路中。电化学单格电池通过电化学反应产生电能。
对于高功率和高能量应用，多个蓄电池单格电池被利用并被组装到蓄电池模块内。而且，这种蓄电池模块包括多个金属（例如，铜的和/或铝的）冷却翅片，这些翅片散布在并联的电线连接的蓄电池单格电池对中的蓄电池单格电池之间。压缩泡沫垫通常被散布在一些蓄电池单格电池对之间。由于有大量的冷却翅片，可以实现小温差。不过，为了减小蓄电池的成本，期望翅片的数量较低。
因此，需要一种改善的蓄电池模块组件和构造这种蓄电池模块组件的方法。
发明内容
本发明通过提供一种具有改善的温度性能的蓄电池模块来解决了现有技术的一个或多个问题。蓄电池模块包括多个蓄电池单格电池。每个蓄电池单格电池包括具有阳极活性区域的阳极、具有阴极活性区域的阴极、和离子传导分离器，该分离器设置在阳极活性区域和阴极活性区域之间。第一子组蓄电池单格电池被以并联的电线连接的蓄电池单格电池对布置。所述第一子组中的每个并联的电线连接的蓄电池单格电池对具有两个相邻的蓄电池单格电池，在这两个相邻的蓄电池单格电池之间散布有冷却翅片。有利的是，本实施例最小化了在并联连接的单格电池之间的温差，由此减少了在并联的单格电池之间的不均匀的电流分布。这种温差的减小导致了蓄电池寿命的增加。
在另一实施例中，提供了一种蓄电池模块，该蓄电池模块包括第一子组蓄电池单格电池对和第二子组蓄电池单格电池对。所述第一子组中的每个蓄电池单格电池对都包括相邻的蓄电池单格电池，在这相邻的蓄电池单格电池之间设有冷却翅片。所述第二子组中的每个蓄电池单格电池对都包括相邻的蓄电池单格电池，这些蓄电池单格电池不同于第一子组中的相邻的蓄电池单格电池，在第二子组中的相邻的蓄电池单格电池之间设有结构层。在本实施例中，蓄电池单格电池对被以交替的方式堆叠，其中第二子组中的每个蓄电池单格电池对被定位在第一子组中的蓄电池单格电池对之间。
本申请提供了如下方案：
方案1. 一种蓄电池模块，其包括多个堆叠的蓄电池单格电池，每个蓄电池单格电池都包括具有阳极活性区域的阳极、具有阴极活性区域的阴极、和离子传导分离器，所述分离器设置在所述阳极活性区域和所述阴极活性区域之间，所述蓄电池单格电池的第一子组以并联电线连接的蓄电池单格电池对布置，所述第一子组的每个并联电线连接的蓄电池单格电池对都包括两个相邻的蓄电池单格电池和设置在该两个相邻的蓄电池单格电池之间的冷却翅片。
方案2. 如方案1所述的蓄电池模块，其中在所述第一子组的每对相邻的蓄电池单格电池之间的温差小于约5摄氏度。
方案3. 如方案1所述的蓄电池模块，其中对于所述第一子组的每个蓄电池单格电池对，相邻的蓄电池单格电池中每一个都具有另一个的10％之内的电流。
方案4. 如方案1所述的蓄电池模块，其中所述蓄电池单格电池的第二子组以并联电线连接的蓄电池单格电池对布置，所述第二子组的每个并联蓄电池单格电池对都包括不同于所述第一子组内的蓄电池单格电池的两个相邻的蓄电池单格电池，以及设置在所述第二子组的所述两个相邻的蓄电池单格电池之间的绝热层。
方案5. 如方案4所述的蓄电池模块，其中在所述第二子组的所述两个相邻的蓄电池单格电池之间的温差小于约5摄氏度。
方案6. 如方案4所述的蓄电池模块，其中所述第二子组的每个单格电池对被设置在所述第二子组的单格电池对之间。
方案7. 如方案4所述的蓄电池模块，其中每个绝热层都包括泡沫树脂。
方案8. 如方案1所述的蓄电池模块，其中所述多个堆叠的蓄电池单格电池包括6和30之间数量的蓄电池单格电池。
方案9. 如方案1所述的蓄电池模块，其中每个并联电线连接的蓄电池单格电池对的所述冷却翅片包括金属。
方案10. 如方案1所述的蓄电池模块，其中所述多个堆叠的蓄电池单格电池包括第一并联电线连接的单格电池对，该第一并联电线连接的单格电池对具有第一对相邻的蓄电池单格电池，所述第一对相邻的蓄电池单格电池具有设置在所述第一对相邻的蓄电池单格电池之间的第一冷却翅片，和最后一对相邻的蓄电池单格电池，该最后一对相邻的蓄电池单格电池具有设置在所述最后一对相邻的蓄电池单格电池之间的最后冷却翅片。
方案11. 一种蓄电池模块，其包括第一子组蓄电池单格电池对和第二子组蓄电池单格电池对，所述第一子组的每个蓄电池单格电池对都包括两个相邻的蓄电池单格电池以及设置在所述相邻的蓄电池单格电池之间的冷却翅片，并且所述第二子组的每个蓄电池单格电池对都包括与所述第一子组的所述相邻的蓄电池单格电池不同的两个相邻的蓄电池单格电池以及设置在所述第二子组的所述相邻的蓄电池单格电池之间的结构层，其中蓄电池单格电池对被以交替构造堆叠，其中所述第二子组的每个蓄电池单格电池对被定位在所述第一子组的蓄电池单格电池对之间。
方案12. 如方案11所述的蓄电池模块，其中在所述第一子组的每对相邻的蓄电池单格电池之间的温差小于约5摄氏度。
方案13. 如方案11所述的蓄电池模块，其中对于所述第一子组的每个蓄电池单格电池对，相邻的蓄电池单格电池中每一个都具有相互的10％之内的电流。
方案14. 如方案11所述的蓄电池模块，其中在所述第二子组的所述两个相邻的蓄电池单格电池之间的温差小于约5摄氏度。
方案15. 如方案11所述的蓄电池模块，其中每个绝热层都包括泡沫树脂。
方案16. 如方案11所述的蓄电池模块，其中所述多个蓄电池单格电池包括6和30之间数量的蓄电池单格电池。
方案17. 如方案11所述的蓄电池模块，其中每个冷却翅片都包括金属。
方案18. 如方案11所述的蓄电池模块，其中所述多个蓄电池单格电池包括第一并联电线连接的单格电池对，该第一并联电线连接的单格电池对具有第一对相邻的蓄电池单格电池，所述第一对相邻的蓄电池单格电池具有设置在所述第一对相邻的蓄电池单格电池之间的第一冷却翅片，和最后一对相邻的蓄电池单格电池，该最后一对相邻的蓄电池单格电池具有设置在所述最后一对相邻的蓄电池单格电池之间的最后冷却翅片。
附图说明
本发明的示例性实施例将通过具体描述和附图而被更全面地理解，附图中：
图1是单个蓄电池单格电池的示意透视图；
图2是本发明的蓄电池模块的示意俯视图，其示出了蓄电池单格电池对的电线连接以及其中包含的冷却翅片和绝缘层；
图3是本发明的带有冷却翅片和绝热层的多个蓄电池单格电池对的示意电线连接图；
图4是现有技术蓄电池模块的示意俯视图，示出了蓄电池单格电池对的电线连接；
图5提供了现有技术蓄电池模块设计的并联的电线连接的单格电池对中的每个单格电池的电流的绘图；以及
图6提供了每个单格电池之间具有最小温差的并联的电线连接的单格电池对的每个单格电池的电流的绘图。
具体实施方式
现在具体参照本发明目前优选的成分、实施例和方法，这构成了目前发明人已知的实践本发明的最佳模式。附图不一定是按比例绘制的。不过，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以不同的替代形式来实施。因此，本文内公开的具体细节不应被解释为限定性的，而仅仅是对于本发明的任何方面的代表性基础和/或是教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。
除了在示例中或者在其它地方明确地指出，在本说明书中的指示反应和/或使用的材料或条件的量的所有数值量应被理解为用描述本发明的最宽范围中的词语“约”修饰。通常优选的是在所述数值限制内的实践。而且，除非有明确的相反指示： 百分比、“……的一部分”、和比率值都是按重量；将一组或一类材料描述为适合于与本发明相关的给定目的或对此目的是优选的暗示该组和该类中的成员中的任何两个或多个的混合物同样是适合的或优选的；首字母缩写或其它缩写的第一次定义适用于本文中对同样缩写的全部后续使用并且，加上必要的修改，适用于初始定义的缩写的正常语法变化；以及，除非有明确地相反陈述，不然对性质的测量是由用于同样性质的之前或后面提及的同样技术确定的。
还应理解的是，本发明不限于下面描述的具体实施例和方法，因为具体的部件和/或条件当然可以变化。而且，本文使用的术语仅用于描述本发明的特定实施例的目的而绝非是用作限定性的。
还必须注意的是，当在本说明书和后附权利要求中使用时，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数的指示对象，除非上下文中清楚地做出其它指示。例如，提到单数形式的一个部件是意在包括多个部件。
参照附图1，提供了示意图，其示出了用在具有改善的温度特性的蓄电池模块中的蓄电池单格电池。虽然在本实施例的实践中可使用许多不同类型的蓄电池单格电池，但是发现锂离子蓄电池单格电池是尤其有用的。每个蓄电池单格电池12i 包括设置在阳极支撑件17i上的具有阳极活性层16i的阳极14i 和设置在阴极支撑件21i上的具有阴极活性层20i的阴极18i。上标i是部件的整数标签。通常，阳极支撑件17i和阴极支撑件21i是金属板（例如，铝、铜，等）。分离器13i被设在阳极活性层16i和阴极活性层20i之间。电解质组成E1被设置在阳极14i和分离器13i之间，并且电解质组成E2被设置在阴极18i和分离器13i之间。特征是，蓄电池单格电池被成对地布置，所述对被以并联的方式电线连接。如下面公开的，冷却翅片和结构层被设置在多个子组的所述并联的蓄电池单格电池对中的蓄电池单格电池之间。通常，蓄电池单格电池12i如下面更具体地公开地通过阳极突片26i和阴极突片28i被电线连接在一起。
参照图2和3，提供了示意图，其示出了带有改善的温度控制的蓄电池模块中的多个蓄电池单格电池的构造和电线连接。图2是蓄电池模块的示意俯视图，其示出了蓄电池单格电池对的电线连接以及其中包含的冷却翅片和绝缘层。图3是带有冷却翅片和绝热层的多个蓄电池单格电池对的示意电线连接图。如上面公开的，蓄电池模块10包括多个单独的蓄电池单格电池12i，其中i是部件的标签。对于蓄电池单格电池，标签i从1一直到n，其中n代表蓄电池单格电池的总数量。在一种改进中，对于蓄电池模块10中的蓄电池单格电池来说n是从6到30的整数。蓄电池单格电池被成对地布置，所述对以并联方式被电线连接。冷却翅片22i被设置在所述并联的蓄电池单格电池对PCj中的第一子组中的蓄电池单格电池之间。对于冷却翅片22i，标签i从1一直到fmax。压缩泡沫24i（结构层）设置在并联的蓄电池单格电池对PHk的第二子组之间。对于压缩泡沫24i，标签i从1一直到cmax。并联的蓄电池单格电池对通常以串联布置。在一种改进中，蓄电池模块10具有从6到30的蓄电池单格电池。如果以蓄电池单格电池对表达，蓄电池模块10具有3到15个蓄电池单格电池对。在图2和3中描述的变化被布置为使得蓄电池单格电池对被以交替的方式堆叠，其中来自第二子组的蓄电池单格电池对PHk设置在来自第一子组的两个蓄电池单格电池对PCj、PCj＋1之间。在这个变形中，蓄电池单格电池对PCj包括蓄电池单格电池124j-3和124j-2，其中j是蓄电池单格电池对PCj的标签，从1一直到jmax（在第一子组中的蓄电池对的数量）。蓄电池单格电池对PHk包括蓄电池单格电池124k-1和124k，其中k是蓄电池单格电池对PHk的标签，其从1一直到kmax（第二子组中的第一蓄电池对中的蓄电池对的数量）。在一种改进中，jmax大于kmax，并且尤其是，jmax－1＝kmax。本实施例的布置提供了在蓄电池单格电池对的每个蓄电池单格电池之间的更好的温度一致性。电线连接通过电缆经阳极突片26i和阴极突片28i来实现，电缆在图2中被描述为黑矩形。例如，在蓄电池单格电池121和122之间的温差有利地为小于约5摄氏度，并且通过蓄电池单格电池121的电流在通过蓄电池单格电池122的电流的百分之十之内。
参照图4，提供了说明现有技术蓄电池模块的示意图。上面公开的实施例显示了比图4中描述的现有技术蓄电池模块好得多的温度特性。在现有技术构造中，冷却翅片22被设置在第一对蓄电池单格电池121和122和第二对蓄电池单格电池123和124之间，而压缩泡沫24被设置在第二对蓄电池单格电池123和124和第三对蓄电池单格电池125和126之间。这种方式如图4所示重复用于每个蓄电池单格电池对。
参照图5和6，提供了现有技术蓄电池模块和上面公开的实施例的温度性能。图5提供了在现有技术蓄电池模块中的并联的单格电池对的性能。可清楚地看见，在并联的单格电池对中的蓄电池单格电池以约20摄氏度的温差运行，并且显示出在热和冷蓄电池单格电池之间的电流差。相反，如图6中所示，在本发明的并联的单格电池对中的蓄电池单格电池以最小的温差（即，约0摄氏度）运行并且几乎不显示出电流差。如可在图5和6中所见，上面公开的实施例最小化了在并联连接的单格电池之间的温差，由此减少了在并联的单格电池之间的不均匀电流分布。这种温差的减小导致了蓄电池寿命的增加。
虽然已经图示和描述了本发明的实施例，但是不应该认为这些实施例图示和描述了本发明的全部可能形式。更确切地说，说明书中使用的词语是描述性而非限定性的词语，并且应该理解的是在不脱离本发明精神和范围的情况下可进行各种改变。

Claims (17)

1.一种蓄电池模块，其包括：
多个堆叠的蓄电池单格电池，每个蓄电池单格电池都包括具有阳极活性区域的阳极、具有阴极活性区域的阴极、和离子传导分离器，所述分离器设置在所述阳极活性区域和所述阴极活性区域之间，所述蓄电池单格电池的第一子组以并联电线连接的蓄电池单格电池对布置，所述第一子组的每个并联电线连接的蓄电池单格电池对都包括两个相邻的蓄电池单格电池和设置在该两个相邻的蓄电池单格电池之间的冷却翅片；以及
所述蓄电池单格电池的第二子组以并联电线连接的蓄电池单格电池对布置，所述第二子组的每个并联蓄电池单格电池对都包括不同于所述第一子组内的蓄电池单格电池的两个相邻的蓄电池单格电池，以及设置在所述第二子组的所述两个相邻的蓄电池单格电池之间的绝热层。
2.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中在所述第一子组的每对相邻的蓄电池单格电池之间的温差小于5摄氏度。
3.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中对于所述第一子组的每个蓄电池单格电池对，相邻的蓄电池单格电池中每一个都具有另一个的10％之内的电流。
4.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中在所述第二子组的所述两个相邻的蓄电池单格电池之间的温差小于5摄氏度。
5.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中所述第二子组的每个单格电池对被设置在所述第一子组的单格电池对之间。
6.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中每个绝热层都包括泡沫树脂。
7.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中所述多个堆叠的蓄电池单格电池包括6和30之间数量的蓄电池单格电池。
8.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中每个并联电线连接的蓄电池单格电池对的所述冷却翅片包括金属。
9.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中所述多个堆叠的蓄电池单格电池包括第一并联电线连接的单格电池对，该第一并联电线连接的单格电池对具有第一对相邻的蓄电池单格电池，所述第一对相邻的蓄电池单格电池具有设置在所述第一对相邻的蓄电池单格电池之间的第一冷却翅片，和最后一对相邻的蓄电池单格电池，该最后一对相邻的蓄电池单格电池具有设置在所述最后一对相邻的蓄电池单格电池之间的最后冷却翅片。
10.一种蓄电池模块，其包括第一子组蓄电池单格电池对和第二子组蓄电池单格电池对，所述第一子组的每个蓄电池单格电池对都包括两个相邻的蓄电池单格电池以及设置在所述相邻的蓄电池单格电池之间的冷却翅片，并且所述第二子组的每个蓄电池单格电池对都包括与所述第一子组的所述相邻的蓄电池单格电池不同的两个相邻的蓄电池单格电池以及设置在所述第二子组的所述相邻的蓄电池单格电池之间的结构层，其中蓄电池单格电池对被以交替构造堆叠，其中所述第二子组的每个蓄电池单格电池对被定位在所述第一子组的蓄电池单格电池对之间。
11.如权利要求10所述的蓄电池模块，其中在所述第一子组的每对相邻的蓄电池单格电池之间的温差小于5摄氏度。
12.如权利要求10所述的蓄电池模块，其中对于所述第一子组的每个蓄电池单格电池对，相邻的蓄电池单格电池中每一个都具有相互的10％之内的电流。
13.如权利要求10所述的蓄电池模块，其中在所述第二子组的所述两个相邻的蓄电池单格电池之间的温差小于5摄氏度。
14.如权利要求10所述的蓄电池模块，其中每个结构层都包括泡沫树脂。
15.如权利要求10所述的蓄电池模块，其中所述多个蓄电池单格电池包括6和30之间数量的蓄电池单格电池。
16.如权利要求10所述的蓄电池模块，其中每个冷却翅片都包括金属。
17.如权利要求10所述的蓄电池模块，其中所述多个蓄电池单格电池包括第一并联电线连接的单格电池对，该第一并联电线连接的单格电池对具有第一对相邻的蓄电池单格电池，所述第一对相邻的蓄电池单格电池具有设置在所述第一对相邻的蓄电池单格电池之间的第一冷却翅片，和最后一对相邻的蓄电池单格电池，该最后一对相邻的蓄电池单格电池具有设置在所述最后一对相邻的蓄电池单格电池之间的最后冷却翅片。
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