CN104620406B - 能量储存装置及方法 - Google Patents

能量储存装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104620406B
CN104620406B CN201380048607.0A CN201380048607A CN104620406B CN 104620406 B CN104620406 B CN 104620406B CN 201380048607 A CN201380048607 A CN 201380048607A CN 104620406 B CN104620406 B CN 104620406B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat sink
housing
energy accumulating
cooling medium
accumulating device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380048607.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104620406A (zh
Inventor
P.詹森
H.T.杨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN104620406A publication Critical patent/CN104620406A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104620406B publication Critical patent/CN104620406B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/258—Modular batteries; Casings provided with means for assembling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y10T29/4911—Electric battery cell making including sealing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

一种能量储存装置(10)，其包括壳体(12)，该壳体(12)包括至少一个端面板(16)，该至少一个端面板(16)包括穿过其的至少一个孔口(32)。装置还包括收纳在壳体中的电池单元(40)。电池单元包括在它们的边缘(112a,112b)处连结的相互相对的第一面和第二面。装置还包括邻近电池单元且与电池单元(40)的第一面热接触的热沉(34)。热沉(34)限定至少一个冷却介质通路(36)，其平行于相邻电池单元的面延伸。冷却介质通路(36)通向穿过形成穿过壳体的至少一个端面板的至少一个孔口(32)。

Description

能量储存装置及方法
技术领域
本发明的实施例大体上涉及能量储存装置。某些实施例涉及密封、通风能量储存装置。
背景技术
锂离子("Li离子")可再充电电池广泛使用，因为它们提供相对高的能量密度和良好的再充电速率。用于这些电池的一个特定应用在于具有再生制动系统的车辆，如，混合动力运输卡车和其它混合动力非公路车辆("OHV")，其用于露天采矿操作，地下采矿操作等。
混合动力OHV应用需要能够有非常高的充电速率和同时大容量能量储存的电池技术。目前，Li离子电池技术是能够满足高充电速率和保持足够的寿命的唯一技术。令人遗憾的是，高充电速率可在电池中产生高内部电阻(I2R)损失，其必须消散以防止电池单元过热。Li离子的最大单元操作温度典型地为55到65℃，然而OHV卡车操作的最大环境温度可达到55℃，其中大多数操作在达到45℃的环境温度下。结果，单元温度与最大环境温度之间存在非常小的热顶部空间。
对于Li离子单元的已知冷却途径包括液体冷却和间接空气通风。大体上，液体冷却对于OHV应用不是优选的，因为潜在的故障模式导致冷却介质的损失(例如，水或液体冷却剂泄漏)。典型地，液体冷却途径涉及夹在独立的Li离子单元之间的铝或铜板。至少一个冷却板(具有液体冷却管)接着紧密地附接于各个夹层板的至少一个表面来传导热。单元内消散的热首先传导至夹层板，并且接着经由板传送至液体冷却的冷却板，或多个板。液体冷却介质接着将热传送至热交换器，其中，热最终消散到环境空气中。在间接通风系统中，铝或铜板类似地夹在单元之间。液体冷却的冷板由一个或更多个翅片热沉替换。在两种途径中，冷板或热沉限制冷却的能量储存装置的可实现的能量密度。
因此，合乎需要的是具有冷却的能量储存装置，其具有高于使用已知冷却模式实现的能量密度。
发明内容
本发明的实施例涉及一种能量储存装置，其包括壳体，该壳体包括至少一个端面板，其包括穿过其的至少一个孔口。装置还包括收纳在壳体中的电池单元，电池单元具有在它们的边缘处连结的相互相对的第一面和第二面。装置还包括邻近电池单元且与电池单元的第一面热接触的热沉。热沉限定平行于电池单元的第一面延伸的至少一个冷却介质通路。冷却介质通路通向形成穿过壳体的至少一个端面板的至少一个孔口。
本发明的另一个实施例涉及一种包括壳体的能量储存装置。壳体包括相对的第一端面板和第二端面板。端面板大致平行于彼此。第一端面板限定第一多个槽口，而第二端面板限定第二多个槽口。第一多个槽口和第二多个槽口与彼此对准。多个电池模块收纳在壳体中。电池模块包括多个电池单元，其具有相应的第一侧缘和第二侧缘，以及交错在多个电池单元之间且与单元热接触的多个热沉。热沉限定多个冷却介质通路，其具有通向热沉的相应的第一端和第二端的第一冷却介质通路和第二冷却介质通路，它们延伸穿过电池单元的第一侧缘和第二侧缘。封装物至少包围电池单元或热沉中的至少一个的部分。热沉的第一端和第二端分别设置在第一多个槽口和第二多个槽口中，以使槽口支承电池模块。
本发明的另一个实施例涉及一种能量储存装置，其包括壳体、收纳在壳体中的电池单元，以及邻近电池单元的热沉。热沉与电池单元的面热接触。热沉限定多个冷却介质通路，其平行于电池单元的面延伸。冷却介质通路通向穿过壳体。封装物覆盖电池单元或热沉中的至少一个的至少一部分。
本发明的另一个实施例涉及一种电池组件，其包括第一能量储存装置和第二能量储存装置。第一能量储存装置具有形成穿过其的第一多个冷却介质通路，而第二能量储存装置具有形成穿过其的第二多个冷却介质通路。第一能量储存装置和第二能量储存装置定位成第一多个冷却介质通路和第二多个冷却介质通路相互对准，使得空气可流过第一多个冷却介质通路和第二多个冷却介质通路。
本发明的另一个方面涉及通过使电池单元与热沉阵列堆叠来制作能量储存装置，该热沉阵列限定冷却介质通路，其中电池单元的面接触对应的热沉阵列的面。堆叠的电池单元和热沉接着包围在壳体内，该壳体具有用于空气流动的孔口，其与冷却介质通路的开口端对准。
如本文中使用的用语"大致"和"大约"旨在指示关于适合实现构件或组件的功能目的的理想期望情况的、可合理实现的制造和组装公差内的情况。
附图说明
将通过参照附图来阅读非限制性实施例的以下描述而更好地理解本发明，其中，在下面：
图1为根据本发明的实施例的直接通风的密封的能量储存装置的透视图。
图2为除去了端面板的图1中所示的能量储存装置的透视图。
图3为图1和2中所示的能量储存装置的电池模块的透视分解组装视图。
图4为用于制作图1和图2中所示的能量储存装置的多个电池模块的叠堆的透视图。
图5为其中压缩和装固了电池模块的图4的叠堆的透视图。
图6为图4-5的电池模块的叠堆的透视图，其中模块电性连接和包围。
图7为封装图4-6中所示的电池模块的叠堆的步骤的透视图。
图8为包括根据本发明的实施例的多个能量储存装置的水平通风电池系统的透视图。
图9为包括根据本发明的实施例的多个能量储存装置的垂直通风电池系统的透视图。
图10为根据实施例的不一定成比例的能量储存装置的截面示意图。
具体实施方式
将在下文详细参照本发明的示例性实施例，其实例在附图中示出。只要可能，则所有附图中使用的相同附图标记表示相同或相似的部分。尽管相对于非公路车辆描述了本发明的示例性实施例，但本发明的实施例也适用于大体上在功率储存装置中使用。
本发明的实施例涉及直接通风能量储存装置，其中电池单元与环境密封。图1示出了根据示例性实施例的能量储存装置10。装置10包括位于壳体12内的电池单元(未示出)。壳体12包括若干侧面板14，以及端面板16和盖面板18。盖面板包括百叶件(louver)或空气引导件20，用于以最小压降引导通风空气流a穿过能量储存装置。侧面板14和端面板16限定壳体的开口侧22，正和负功率端子24,26从开口侧22突出。壳体的开口侧填充有封装物28，其包绕功率端子，并且使能量储存装置的单元与包围壳体的环境密封。封装物可为通常用于电气应用的任何数量的环氧封装树脂或封装化合物，如，低粘性树脂Dow D.E.R. ™732或736。
作为备选，图2示出了可除去的面罩29，其紧固在壳体的开口侧上面。面罩包括用于在功率端子上面密封地滑动的通孔。
参照图2和图3，盖面板18可除去来露出端面板16，其包括限定孔口32的条30，在一个实施例中，孔口32为槽口。各个槽口或其它孔口32与许多管状热沉34的端部对准，该端部布置成沿槽口的线性阵列。在所示的实施例中，热沉中的至少一些的端部接合到槽口32中，从而支承壳体12内的热沉。热沉示为并排的，并且基本上连接于彼此，然而间隙可存在于相邻的热沉之间，而并未脱离本发明。
图3示出了管状热沉34中的各个限定冷却介质通路36用于接收冷却介质流，如，空气。相邻的热沉之间的间隙也可限定冷却介质通路36。热沉34的各个阵列位于电池盒单元40的面38附近或紧固于其，以形成电池模块42。与其中电解液包围在刚性壳内的"棱形单元"相比，"盒单元"为一类电池单元，其中电解液由可变形且柔性的膜片包围。例如，额定为60Ah,2.25vdc的Li离子盒单元可设有总共五十四(54)个管状热沉，各个管为标称3/16''(4.8mm)乘(square with)0.014''(0.36mm)的壁厚。阵列中的各个热沉34示为与盒单元40的面热接触。因此，流过冷却介质通路36的空气可通过热沉34的相对薄的壁从盒单元40接收热，从而快速地扩散电池模块42内生成的热。此外，各个热沉突出超过相邻的电池单元，以便接合到形成于端面板16中的槽口32中的一个，从而将热沉和电池盒单元40两者支承在壳体12内。就Li离子盒单元而论，该布置在其中电池单元壁相对弱的实施例中特别有利。此外，应当注意的是，即使在间隙存在于相邻热沉34之间的情况下，热沉仍然可至少提供足够的结构支承，只要间隙宽度不超过热沉管的尺寸。
管状热沉由挤制铝制成，但还可为其它材料，包括但不限于铜和聚合物。此外，管状热沉中的冷却介质通路36可具有正方形或矩形截面，但还可具有其它形状的截面，包括圆形或椭圆形。此外，管状热沉可由多个管构成，该多个管具有组合成单个挤出物的多个冷却通路，从而将与盒单元40的面接触的独立热沉的数量减少至较少数量，包括一个(1)。
参照图4-6，根据本发明的实施例，密封的直接通风能量储存装置通过将许多电池模块42堆叠在一起来形成。例如，二十(20)个电池模块堆叠在一起，以形成电池模块叠堆43，其中附加层的热沉44添加至叠堆(顶部或底部)的一端，使得所有盒单元的两个大面积的面38与热沉接触(图4)。叠堆接着被压紧或挤压在一起。将注意的是，在叠堆43内，各个单元40夹在两层热沉34之间。同时，各层热层34夹在两个单元40之间，除了在叠堆的顶部和底部处的热沉，其具有仅在一侧上的单元。
暂时的粘合剂可用于在模块42组装期间将热沉34紧固于单元38，并且接着在堆叠期间紧固在模块之间以形成包装10。此类粘合剂可选定用于高导热率，例如，3M™ TC-2707或TC-2810等。作为备选，临时的组装夹具可用于(未示出)在模块组装和堆叠期间对准和保持热沉和单元。
当电池单元40和热沉34的叠堆压缩至小于其预组装的厚度时，端面板16的槽口或孔口32在突出的热沉34上面滑动(图5)。各个孔口32与其相邻的孔口间隔开小于盒单元40和热沉34的组合的预组装厚度的距离。因此，端面板16将电池模块42保持在一起，保持堆叠压缩，并且向盒单元40提供结构支承。例如，电池单元可压缩至小于预组装厚度的大约99%，或至不小于预组装厚度的大约95%。在一些实施例中，热沉中的至少一个机械地接合端面板，以将多个电池单元支承在壳体内。
一旦端面板组装成将叠堆保持在一起时，则如图6中所示，各个盒单元的正电极46由跳线48电性地连接于相邻的盒单元的负电极50，或者连接于正功率端子24。此外，负电极50中的一个或更多个电性地连接于负功率端子26。侧面板14接着可与端面板16和盖面板18组装，形成具有至少一个开口侧22的壳体12，如图7中所示。
图7还示出了在壳体12的开口侧22处封装盒单元40的步骤。临时的盖52置于端面板16的槽口32上面，以免封装树脂28进入冷却介质通路36。一旦凝固，则封装树脂向盒单元40提供附加结构支承，并且使电极46,50电绝缘。
图8示出了特征为水平空气流a的实施例80，其中能量储存装置10的若干平面阵列与通向左侧和右侧的空气引导件20堆叠在一起。空气流a在左侧进入系统，流过串联的三个能量储存装置10，并且在右侧离开系统。空气引导件20可具有略微三角形的截面来分开和引导空气流a穿过能量储存装置10，而没有显著的压降。在各个能量储存装置内，热沉的内壁提供了相当大的表面面积用于对流热除去。因此，在各个电池单元内生成的热直接扩散穿过相邻的热沉进入移动空气中。例如，在含有20个电池单元的48V、60Ah、27kWh的能量储存装置中，总质量为55kg，其中能量密度为49Wh/kg。在实施例中，考虑热沉内的相对大的对流区域，从各个单元至环境的热阻足够低，使得内单元温度在360A的连续充电/放电期间将不在55℃的环境条件下超过65℃。在实施例中，能量储存装置具有超过大约40Wh/kg的能量密度。
图9绘出了具有垂直空气流a的实施例90，其中能量储存装置10与通向上和下的空气引导件20堆叠在一起。空气流a在底部处进入系统，向上流动穿过串联的四个能量储存装置，并且在顶部处离开系统。空气流a可通过自然对流提供(如图9中)，或通过强制对流如电动鼓风机、风扇等提供。
在另一个实施例中，参照图10，能量储存装置10包括壳体12，以及收纳在壳体中的多个电池模块42。壳体包括相对的第一端面板16a和第二端面板16b。第一端面板和第二端面板大致平行于彼此。(意思是如果没有制造和组装公差则平行)第一端面板限定第一多个平行槽口32a，并且第二端面板限定第二多个平行槽口32b。第一多个平行槽口与第二多个平行槽口对准。电池模块42(图10中示出了多个电池模块中的仅一个)包括具有相应的第一侧边缘112a和第二侧边缘112b的多个电池单元40。电池模块还包括交错在多个电池单元之间且与单元热接触的多个热沉34。(交错意思是热沉夹在相邻单元之间，例如，第一单元，接着第一热沉，接着第二单元，接着第二热沉等)。热沉34限定多个平行冷却介质通路36，其具有第一和第二远侧冷却介质通路开口114a,114b。(通路36可在侧向截面中为正方形或另外矩形；热沉可为铝。)热沉的第一远端116a和第二远端116b分别与第一和第二远侧冷却介质通路开口邻接，延伸穿过电池单元的侧缘112a,112b(见距离"D")。热沉的第一远端116a和第二远端116b分别设置在第一多个平行槽口32a和第二多个平行槽口32b中，由此电池模块由槽口支承。装置10还可包括封装物28(图10中示意性示出)，其包围电池单元的至少部分。
如上文提到的，本发明的实施例涉及直接通风的能量储存装置。在直接通风的能量储存装置中，热通过使空气(或另一冷却介质)穿过位于单元附近且与单元热接触的热沉的通路来从装置的单元传递。即，对于各个单元，存在与单元热接触的相应的热沉，其中热从单元传至热沉，并且接着至穿过热沉的内部通路的空气。相反，常规的间接通风能量储存装置连同导热板使用外部翅片热沉。在电池内生成的热仅可扩散穿过板至翅片，这向对流热除去提供了相对有限的表面面积。对于包含20个电池的48V、60Ah、2.7kWh的常规能量储存装置，总质量为70到80kg，其中能量密度为34到39Wh/kg。然而，考虑到横跨各个传导板的传导距离和翅片的相对小的对流面积，从各个单元到环境的热阻比针对直接通风单元所预期的热阻高20%以上。
因此，根据本发明的实施例的直接通风能量储存装置提供了较低重量(例如，比相同能量含量的间接通风包装低20%到35%)和相比于已知装置的改进冷却的优点。较低的电池重量通过相比于已知装置增大矿井运输卡车中的有效负载而提供了提高的生产力和燃料经济益处。改进的冷却相对于环境温度(对于相同的冷却功率)减小了电池单元的温升，从而实现在被热限制时增大电池的充电和放电速率。直接通风还通过减小横跨独立单元的热梯度而改进了冷却，使得各个单元的最大(热点)温度比间接通风单元显著地接近平均单元温度，从而进一步增大了单元的功率容量。
改进的冷却在OHV采矿应用中特别有利，其中大市场份额在高环境温度环境中。
在本发明的一个实施例中，能量储存装置包括壳体，其包括至少一个端面板，该至少一个端面板包括穿过其的至少一个孔口。装置还包括收纳在壳体中的电池单元。电池单元包括在它们的边缘处连结的相互相对的第一面和第二面。装置还包括邻近电池单元且与电池单元的第一面热接触的热沉。热沉限定平行于电池单元的第一面延伸的至少一个冷却介质通路。冷却介质通路通向形成穿过壳体的至少一个端面板的至少一个孔口。
在选定的实施例中，壳体还包括紧固在壳体的端面板上面的盖面板。盖面板包括与端面板的至少一个孔口对准的至少一个空气引导件。在一些实施例中，电池单元包括设置在壳体的开口侧处的负电极和正电极。在某些实施例中，能量储存装置还包括设置在壳体的开口侧处的封装物，以至少覆盖电池单元的电极。电池单元可为收纳在壳体中的多个电池单元中的第一电池单元，其中热沉为分别邻近多个电池单元的多个热沉中的第一热沉。多个电池单元的电极可串联或并联或以它们的组合电性地互连。在某些实施例中，负端子可电性地连接于第一电池单元的负电极；并且正端子可电性地连接于多个电池单元中的第二单元的正电极。封装物可沉积在壳体的开口侧处，以至少覆盖多个电池单元的电极，正端子和负端子突出穿过封装物。作为备选，面罩可紧固在壳体的开口侧上面，其中负端子和正端子突出穿过面罩。在一些实施例中，多个电池单元可为盒单元，其插置在多个热沉之间并且附接于多个热沉。在一些实施例中，热沉中的至少一个机械地接合端面板，以将多个电池单元支承在壳体内。在选定的实施例中，各个热沉机械地接合端面板的对应的孔口，孔口连续地间隔开小于热沉和电池单元的组合厚度的距离，使得端面板使多个电池单元保持受压。例如，电池单元可压缩成小于预组装的厚度的大约99%。在实施例中，能量储存装置具有超过大约40Wh/kg的能量密度。
多个能量储存装置可组装到电池组件中，布置成使得空气首先流过多个能量储存装置中的第一个的冷却介质通路，接着穿过多个能量储存装置中的第二个的冷却介质通路。
本发明的另一个实施例涉及包括相对的第一端面板和第二端面板的壳体。第一端面板和第二端面板大致平行于彼此。第一端面板限定第一多个槽口，而第二端面板限定第二多个槽口。第一多个槽口与第二多个槽口对准。多个电池模块收纳在壳体中。电池模块包括多个电池单元，其具有相应的第一侧缘和第二侧缘，以及交错在多个电池单元之间且与单元热接触的多个热沉。热沉限定多个冷却介质通路，其具有通向热沉的相应的第一端和第二端的第一冷却介质通路和第二冷却介质通路。热沉的第一端和第二端延伸穿过电池单元的第一边缘和第二边缘。封装物包围电池单元或热沉中的至少一个的至少一部分。热沉的第一端和第二端分别设置在第一多个槽口和第二多个槽口中，由此电池模块由槽口支承。
本发明的另一个实施例涉及能量储存装置，其包括壳体、收纳在壳体中的电池单元，以及邻近电池单元的热沉。热沉与电池单元的面热接触。热沉限定多个冷却介质通路，其平行于电池单元的面延伸。冷却介质通路通向穿过壳体。封壳覆盖电池单元或热沉中的至少一个的至少一部分。
本发明的另一个实施例涉及电池组件，其包括第一能量储存装置和第二能量储存装置。第一能量储存装置具有形成穿过其的第一多个冷却介质通路，而第二能量储存装置具有形成穿过其的第二多个冷却介质通路。第一能量储存装置和第二能量储存装置定位成第一多个冷却介质通路和第二多个冷却介质通路相互对准，使得空气可流过第一多个冷却介质通路和第二多个冷却介质通路。
本发明的另一个方面涉及通过使电池单元与热沉阵列堆叠来制作能量储存装置，该热沉阵列限定冷却介质通路，其中电池单元的面接触对应的热沉阵列的面。堆叠的电池单元和热沉接着包围在壳体内，该壳体具有用于空气流动的孔口，其与冷却介质通路的开口端对准。在某些方面中，本发明扩展至使多个电池单元堆叠，其与多个热沉阵列交错。多个电池单元的正电极和负电极电性地互连。封装物沉积在电性互连的电极上面。在一些方面中，功率端子与多个电池单元的电极电性地连接。功率端子可突出穿过封装物。
另一个实施例涉及能量储存装置。能量储存装置包括具有至少一个端面板的壳体，该至少一个端面板包括穿过其的至少一个孔口。能量储存装置还包括收纳在壳体中的电池单元。电池单元具有在面的边缘处连结的相互相对的第一面和第二面。能量储存装置还包括邻近电池单元且与电池单元的第一面热接触的热沉。热沉限定平行于电池单元的第一面延伸的至少一个冷却介质通路。冷却介质通路通向形成穿过壳体的至少一个端面板的至少一个孔口。
在能量储存装置的另一个实施例中，能量储存装置包括壳体，其具有至少一个端面板，该至少一个端面板包括穿过其的至少一个孔口。能量储存装置还包括收纳在壳体中的多个电池单元。电池单元具有在面的边缘处连结的相应的相互相对的面。能量储存装置还包括与电池单元的面热接触的多个热沉。热沉限定多个冷却介质通路，其平行于电池单元的面延伸。冷却介质通路通向形成穿过壳体的至少一个端面板的至少一个孔口。
在能量储存装置的另一个实施例中，能量储存装置包括壳体，其具有至少一个端面板，该至少一个端面板包括穿过其的至少一个孔口。能量储存装置还包括收纳在壳体中的至少一个电池单元。至少一个电池单元中的各个电池单元具有在第一面和第二面的边缘处连结的相应相互相对的第一面和第二面。(这并未排除并不具有在第一面和第二面的边缘处连结的相互相对的第一面和第二面的其它电池单元的存在。) 能量储存装置还包括至少一个热沉。至少一个热沉中的各个热沉与至少一个电池单元中的相应相邻一个的第一面或第二面中的一个热接触。(这并未排除未与至少一个电池单元中的相应相邻一个的第一面或第二面中的一个热接触的其它热沉的存在。) 至少一个热沉中的各个热沉限定相应的多个冷却介质通路，其平行于至少一个电池单元中的相应的相邻一个的第一面或第二面中的所述一个延伸。(这并未排除并未限定平行于至少一个电池单元中的相应的相邻一个的第一面或第二面中的所述一个延伸的相应多个冷却介质通路的其它热沉的存在。) 冷却介质通路通向形成穿过壳体的至少一个端面板的至少一个孔口。
在能量储存装置的另一个实施例中，能量储存装置包括壳体、收纳在壳体中的电池单元，以及热沉。电池单元具有面。热沉邻近电池单元，并且与电池单元的面热接触。热沉限定多个冷却介质通路，其平行于电池单元的面延伸。冷却介质通路在侧向截面中为矩形，并且通向穿过壳体。(侧向意思是在垂直于通路的长轴线的平面中。)能量储存装置还包括环氧树脂或其它封装物，其覆盖电池单元和/或热沉中的至少一个的至少一部分。
将理解的是，以上描述旨在为示范性而非限制性的。例如，上文所述的实施例(和/或其方面)可与彼此组合使用。此外，可使许多改型适合本发明的教导的特定情形或材料，而不脱离其范围。尽管本文所述的材料的大小和类型旨在限定本发明的参数，但它们并不意在限制，并且为示例性实施例。在查阅以上描述时，许多其它实施例将对本领域技术人员而言为显而易见的。因此，本发明的范围应当参照所附权利要求连同此类权利要求所授权的等同方案的整个范围来确定。在所附权利要求中，用语"包括(including)"和"其中(inwhich)"用作相应用语"包括(comprising)"和"其中(wherein)"的通俗英语等同物。此外，在以下权利要求中，用语如"第一"、"第二"、"第三"、"上"、"下"、"底部"、"顶部"等仅用作标记，并且不旨在对它们的对象施加数字或位置要求。此外，以下权利要求的限制并未以装置加功能的格式书写，并且不旨在基于35 U.S.C.§122第六段理解，除非并且直到此类权利要求限制明确使用短语"用于…的器件(means for)"，后接没有另外的结构的功能的声明。
该书面的描述使用实例以公开本发明的若干实施例(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明的实施例(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。
如本文使用的，以单数叙述且冠以词语"一"或"一个"的元件或步骤应当理解为并未排除多个所述元件或步骤，除非明确叙述此类排除。此外，提到本发明的"一个实施例"并不旨在解释为排除也并入所述特征的附加实施例的存在。此外，除非明确相反叙述，否则"包括"、"包含"或"具有"带特定性质的元件或多个元件的实施例可包括没有该性质的附加此类元件。
由于可在以上能量储存装置和方法中做出某些变化，而并未脱离本文中涉及的本发明的精神和范围，故期望以上描述的或附图中示出的所有主题应当仅解释为示出本文中的发明构想的实例，并且不应当看作是限制本发明。

Claims (7)

1.一种能量储存装置，包括：
包括相对的第一端面板和第二端面板的壳体，其中所述第一端面板和所述第二端面板平行于彼此，并且其中第一端面板限定第一多个槽口，而所述第二端面板限定第二多个槽口，所述第一多个槽口与所述第二多个槽口对准；
收纳在所述壳体中的多个电池模块，所述电池模块包括：
具有相应的第一侧缘和第二侧缘的多个电池单元；以及
交错在所述多个电池单元之间且与所述多个电池单元热接触的多个热沉，其中所述热沉限定多个冷却介质通路，所述冷却介质通路在所述热沉的相应第一端和第二端处具有第一冷却介质通路开口和第二冷却介质通路开口，所述第一冷却介质通路开口和第二冷却介质通路开口延伸穿过所述多个电池单元的第一侧缘和第二侧缘；以及
包围所述多个电池单元或所述热沉中的至少一个的至少一部分的封装物；
其中所述热沉的第一端和第二端分别设置在所述第一多个槽口和所述第二多个槽口中，由此所述电池模块由所述槽口支承；
其中所述第一多个槽口完全地延伸穿过第一端面板，并且所述第二多个槽口完全地延伸穿过第二端面板；以及
其中所述第一多个槽口、第二多个槽口和多个冷却介质通路限定出完全地延伸穿过所述能量存储装置的多个通道，使得传送通过所述多个通道中一个的空气与传送通过所述多个通道中另一个的空气在穿过所述壳体的整个运送路径上被流体地隔离开。
2.根据权利要求1所述的能量储存装置，其特征在于：
所述多个电池单元的电极串联或并联或以它们的组合电性地互连。
3.根据权利要求1所述的能量储存装置，其特征在于，所述多个热沉中的至少一个机械地接合所述第一端面板和第二端面板中的一个，用于支承所述壳体内的所述多个电池单元。
4.根据权利要求1所述的能量储存装置，其特征在于，所述多个热沉为铝的，并且所述冷却介质通路在侧向截面中为矩形。
5.根据权利要求1所述的能量储存装置，其特征在于，所述热沉机械地接合所述第一多个槽口与所述第二多个槽口，所述槽口连续地间隔开小于所述热沉中的一个和所述多个电池单元中的一个的组合厚度的距离，使得所述所述第一端面板和第二端面板中一个保持所述多个电池单元保持受压；以及
所述多个电池单元压缩至小于预组装的厚度的99%。
6.根据权利要求1所述的能量储存装置，其特征在于，所述电池单元包括锂离子电池单元。
7.根据权利要求1所述的能量储存装置，其特征在于，所述的能量储存装置设置在非公路车辆中。
CN201380048607.0A 2012-07-18 2013-06-25 能量储存装置及方法 Active CN104620406B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/551767 2012-07-18
US13/551,767 US9722216B2 (en) 2012-07-18 2012-07-18 Energy storage device and method
PCT/US2013/047497 WO2014014623A1 (en) 2012-07-18 2013-06-25 Energy storage device and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104620406A CN104620406A (zh) 2015-05-13
CN104620406B true CN104620406B (zh) 2017-11-21

Family

ID=48746143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380048607.0A Active CN104620406B (zh) 2012-07-18 2013-06-25 能量储存装置及方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9722216B2 (zh)
JP (1) JP6255016B2 (zh)
CN (1) CN104620406B (zh)
WO (1) WO2014014623A1 (zh)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013200790A1 (de) * 2013-01-18 2014-07-24 Robert Bosch Gmbh Kühlsystem mit einem kühlmitteldurchströmten Kühlkörper zur Kühlung einer Batterie
DE102013207534B4 (de) * 2013-04-25 2018-08-23 Lisa Dräxlmaier GmbH Batteriegehäuse und Verfahren zur Montage einer Batterie
CN104600395A (zh) * 2014-12-20 2015-05-06 华南理工大学 一种电动车电池空气分级冷却装置
KR20170010531A (ko) 2015-07-20 2017-02-01 현대자동차주식회사 배터리 모듈
US10622687B2 (en) 2015-08-10 2020-04-14 Ford Global Technologies, Llc Battery pack enclosure including integrated fluid channel
US9786966B2 (en) 2015-09-11 2017-10-10 Ford Global Technologies, Llc Cold plate assembly for electrified vehicle battery packs
EP3361554B1 (en) * 2015-12-14 2020-06-17 LG Chem, Ltd. Battery module, battery pack comprising battery module, and vehicle comprising battery pack
US10797285B2 (en) 2016-04-03 2020-10-06 Cummins Battery Systems North America Llc Battery pack including plural electrochemical cells encapsulated by encapsulant and method of manufacture
KR102164632B1 (ko) * 2017-07-31 2020-10-12 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 전력 저장 장치
CN109428020B (zh) * 2017-08-31 2024-04-16 宁德时代新能源科技股份有限公司 框体以及电池模组
KR102312415B1 (ko) * 2018-09-13 2021-10-12 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR102389911B1 (ko) * 2018-09-17 2022-04-21 주식회사 엘지에너지솔루션 모듈 하우징을 포함하는 배터리 모듈
EP3884540A4 (en) * 2018-11-22 2023-03-08 Corvus Energy Inc. BATTERY MODULE AND BATTERY MODULE STACK
DE102018130335A1 (de) * 2018-11-29 2020-06-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochvoltbatterie mit einer Temperiereinrichtung sowie Fahrzeug
CN109525021B (zh) * 2018-12-27 2024-04-16 江西远东电池有限公司 一种户用储能产品的能量系统管理装置
CN109687012B (zh) * 2018-12-27 2020-12-01 安徽赛尔新能源科技有限公司 一种高容量钛酸锂电池及其使用方法
DE102019103283B4 (de) * 2019-02-11 2022-10-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Multizellen-Batteriemodul
US11670813B2 (en) * 2019-04-01 2023-06-06 Applied Thermoelectric Solutions, LLC Electrically insulative and thermally conductive parallel battery cooling and temperature control system
WO2021234422A1 (en) * 2020-05-22 2021-11-25 Edge Mobility Ltd Battery pack
CN116231174B (zh) * 2023-04-28 2023-07-21 江苏中奕和创智能科技有限公司 一种电池温度冷热调节装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1741300A (zh) * 2004-02-28 2006-03-01 Lg电子株式会社 具有软化单元的可再充电的电池及其制造方法
CN101814620A (zh) * 2009-02-25 2010-08-25 Sb锂摩托有限公司 电池组

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3282739A (en) 1963-10-29 1966-11-01 Thomas J Hennigan Non-magnetic battery case
US4112922A (en) 1976-03-23 1978-09-12 All Sunpower, Inc. Solar energy collector
US4383013A (en) 1980-07-23 1983-05-10 Chloride Silent Power Limited High temperature multicell electrochemical storage batteries
JP3242153B2 (ja) 1992-06-08 2001-12-25 本田技研工業株式会社 バッテリモジュールの温度調節用構造体
JP4231127B2 (ja) 1998-09-03 2009-02-25 パナソニック株式会社 集積電池の温度管理方法及びその装置
JP2001196103A (ja) 2000-01-12 2001-07-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 組電池の冷却構造
US6819561B2 (en) 2002-02-22 2004-11-16 Satcon Technology Corporation Finned-tube heat exchangers and cold plates, self-cooling electronic component systems using same, and methods for cooling electronic components using same
JP4243334B2 (ja) 2002-06-11 2009-03-25 パナソニック株式会社 組電池
JP3775356B2 (ja) 2002-06-27 2006-05-17 日産自動車株式会社 ラミネート電池および組電池
DE10250240B4 (de) 2002-10-29 2021-02-18 Hilti Aktiengesellschaft Akkupack
KR100648697B1 (ko) * 2005-03-11 2006-11-23 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈
US7704620B2 (en) 2005-08-03 2010-04-27 Gm Global Technology Operations, Inc. Laminar bypass for cascaded stack
JP2008016263A (ja) 2006-07-04 2008-01-24 Toyota Motor Corp 蓄電機器
JP5161533B2 (ja) 2007-10-18 2013-03-13 株式会社東芝 バッテリモジュール及びバッテリパック
KR100949334B1 (ko) * 2007-11-12 2010-03-26 삼성에스디아이 주식회사 전지 모듈
KR100937897B1 (ko) 2008-12-12 2010-01-21 주식회사 엘지화학 신규한 공냉식 구조의 중대형 전지팩
JP2010282767A (ja) 2009-06-03 2010-12-16 Honda Motor Co Ltd 組電池モジュール
KR20110024954A (ko) * 2009-09-03 2011-03-09 삼성전자주식회사 냉각용 유로를 갖는 이차 전지 모듈
JP2011090830A (ja) 2009-10-21 2011-05-06 Honda Motor Co Ltd ２次電池
EP2405526B1 (en) 2010-07-06 2013-07-03 Samsung SDI Co., Ltd. Air-cooled battery pack
US8435668B2 (en) 2010-07-23 2013-05-07 GM Global Technology Operations LLC Prismatic battery cell with integrated cooling passages and assembly frame
JP5659622B2 (ja) 2010-08-19 2015-01-28 株式会社デンソー 電池パック
JP5767027B2 (ja) 2011-06-03 2015-08-19 株式会社Uacj 電池セル収納筺体及びその製造方法
US9198292B2 (en) * 2012-05-08 2015-11-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack including circuit board assembly having first circuit board connected to terminals and second circuit board connected to first circuit board

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1741300A (zh) * 2004-02-28 2006-03-01 Lg电子株式会社 具有软化单元的可再充电的电池及其制造方法
CN101814620A (zh) * 2009-02-25 2010-08-25 Sb锂摩托有限公司 电池组

Also Published As

Publication number Publication date
JP6255016B2 (ja) 2017-12-27
JP2015528189A (ja) 2015-09-24
US9722216B2 (en) 2017-08-01
WO2014014623A1 (en) 2014-01-23
US20140023894A1 (en) 2014-01-23
CN104620406A (zh) 2015-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104620406B (zh) 能量储存装置及方法
KR102372348B1 (ko) 개선된 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈
CN205406672U (zh) 电池组和车辆
CN107112612B (zh) 用于电池热管理应用的逆流式热交换器
US9520624B2 (en) Battery module with compact structure and excellent heat radiation characteristics and middle or large-sized battery pack employed with the same
KR101865995B1 (ko) 배터리 모듈
US5385793A (en) Thermal management of battery systems
KR102067710B1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차
KR102065199B1 (ko) 전지 모듈 하우징 및 전지 셀을 가진 전지 모듈
US8343650B2 (en) Modular plate carrier concept for mounting and embedded cooling of pouch cell battery assemblies
KR102058688B1 (ko) 간접 냉각 방식의 배터리 모듈
EP2293377A2 (en) Battery module comprising battery cell assembly with heat exchanger
EP2523249A2 (en) Mid- or large-sized battery pack having improved cooling efficiency
CN114424396B (zh) 电池组和包括该电池组的装置
KR20130102713A (ko) 신규한 공냉식 구조의 전지팩
KR102130818B1 (ko) 냉각 유로를 구비한 배터리 모듈 및 그 조립방법과 프레임 어셈블리
KR20130080144A (ko) 배터리 모듈
KR102026386B1 (ko) 배터리 모듈
KR102025861B1 (ko) 배터리 셀 냉각장치
US10193200B2 (en) Battery module and battery pack comprising same
CN110770965B (zh) 具有改进的冷却结构的电池模块
CN113948795B (zh) 一种电池箱及其散热方法
JP7395232B2 (ja) 電池パックおよびこれを含むデバイス
KR102056364B1 (ko) 배터리 모듈
JP6519428B2 (ja) 冷却装置およびこの冷却装置を有する電源装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant