CN104900822A - 能量存储器外壳 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用来容纳存储器单元(302)的能量存储器外壳(202)，存储器单元(302)包括在纵向(210)上与冷却板(306)堆叠的储能电池(304)，所述冷却板(306)与所述储能电池(304)热接触，其中，所述外壳包括形成U型并具有沿所述纵向(210)的延伸长度的三个壁构件(204，206，208)，用于压缩所述外壳的装置(402，416)被设置成沿所述纵向(210)对所述外壳和所述存储器单元(302)施加力，所述外壳沿所述纵向(210)具有弹性，以使得当沿所述纵向(210)施加力时，所述外壳被压缩，并且所述冷却板(306)和所述储能电池(304)之间的接触压力受到所述弹性外壳的限制。

Description

能量存储器外壳
技术领域
本发明涉及一种用来容纳能量存储器单元的能量存储器外壳。此外，本发明还涉及一种能量存储器模块以及一种包括该能量存储器模块的电池组。
背景技术
近来，在全世界的道路上，电动车辆和混合动力车辆变得更常见了。它们都拥有一个共同的东西，就是它们都需要大而有力的可充电的能量存储器，也被称为电池组。在大多数这样的电池组中，若干个电池单元堆叠在一起以形成足以提供车辆行驶例如数十公里的能量的电池组。上述电池单元多数情况下被机械地固定到共用的机架或外壳上，以形成便于安装到车辆上的单独的单元。此外，能提供足够动力来驱动电动车辆或混合动力车辆的电池组的尺寸相对较大，由此电池单元往往被紧密地挤压在一起，以减小电池组的尺寸。
但是，大功率的电池组在运行时还会产生大量的热量。因此，需要合适的冷却系统为电池单元散热，以防止电池单元或电池组的其它部件由于过热而损坏。例如，热量可以由穿过与电池单元热接触的冷却系统中的冷却液从电池单元中带走。可选的或作为补充的，可以通过空气冷却系统来实现冷却。
具有冷却系统的电池组模块的一个例子已经被US 2013/0288098公开。该电池组模块具有平行堆叠并封闭在外壳中的电池单元。电池单元堆垛被设置在冷却板上，并且在电池单元堆垛和冷却板之间设置有可压缩的衬垫。为了电池、衬垫和冷却板之间的热接触最大化，可沿垂直于电池单元堆叠方向的垂直方向压缩电池组模块。因此，衬垫被压缩在电池和冷却板之间。
但是，如US 2013/0288098公开的那样，由于冷却板是垂直于电池单元堆叠的方向设置的，电池单元与冷却板之间的接触表面相当有限，因此热接触也就相对较弱。此外，压缩衬垫(和压缩限位衬垫)使得电池组模块相对复杂。
发明内容
鉴于以上所述，本发明的一个大致目的是提供一种可改善能量存储设备的冷却性能的能量存储器外壳。
因此，根据第一方面，提供了一种用于容纳存储器单元的能量存储器外壳，该存储器单元包括沿纵向与冷却板邻接并堆叠的储能电池、与储能电池热接触的冷却板，其中能量存储器外壳包括：与存储器单元接触的三个壁构件，所述壁构件形成U型并且每个壁构件具有在纵向上的延伸长度，被设置成沿纵向在能量存储器外壳和存储器单元上施加力的用于压缩能量存储器外壳的装置，其中能量存储器外壳在纵向上具有弹性，以使得当沿着纵向在能量存储器外壳和存储器单元上施加力时，能量存储器外壳被挤压，并且冷却板和储能电池之间的接触压力受到弹性能量存储器外壳的限制。
本发明基于以下认识：改善电池单元和冷却板之间的热接触可使得电池单元的散热更有效。此外，意识到用力压缩电池单元和冷却板的堆垛可以改善热接触。为了可重复地获得这种压缩，使用弹性材料来制成外壳，以使得外壳在受力时压缩，并且随后当力解除时回弹。因此，弹性的能量存储器外壳允许能量存储器外壳在受到纵向力的时候沿纵向压缩，并且使得冷却板和储能电池之间的接触压力也随之增加。另外，当受到纵向力时，弹性的能量存储器外壳通过试图回弹到能量存储器外壳的原始形状来限制能量存储器外壳的压缩量。因此，弹性的能量存储器外壳防止存储器单元受到过大的力而损坏电池单元。而且，能量存储器外壳可以非破坏性的方式变形。因此，意识到可以通过控制压缩力来控制冷却板和储能电池之间的接触压力。
储能电池可以是电池单元，比如锂离子软包电池(lithium-ionpouch cell)。此外，冷却板上可以设置有空气冷却或液体冷却装置，经由例如通道或管道流过冷却板的材料。能量存储器外壳可容纳一个或更多的存储器单元，或者一个或更多的储能电池。此外，冷却板和能量存储器单元堆叠在一起是指它们在纵向上对齐。
能量存储器外壳是U型的是指设置有三个壁构件，以使得两个壁构件互相平行且第三壁构件与该两个平行的壁构件连接。第三壁构件基本垂直于该两个平行的壁构件。U型的能量存储器外壳可进一步具有与第三壁构件相对的开口侧。通过该开口侧，可相对着第三壁构件送进电连接到储能电池的电缆。可选的，电缆可以通过贯穿一个壁构件的孔而送进。该孔可具有与电缆宽度相适应的尺寸。
壁构件被设置成与存储器单元接触是指壁构件可与存储器单元物理接触，以使得壁构件保持住存储器单元。此外，存储器单元与能量存储器外壳的壁构件之间存在热接触。在一些例子中，具有三个壁构件的能量存储器外壳可以被设置成紧密包围存储器单元。
纵向方向是沿着大致平行于壁构件的平面的轴线的方向。例如，纵向方向是沿着与壁构件的每个平面内的至少一根轴线大致平行的方向。
U型的能量存储器外壳可在纵向方向上具有开口端，以在纵向上形成可用来堆叠储能电池的看穿空间(see-through space)。这样，便于在能量存储器外壳中组装存储器单元。
根据本发明的一个实施例，用来压缩的装置可包括沿纵向从存储器单元的一端延伸至存储器单元的另一端的压缩元件。压缩元件应该被构造成使得能量存储器外壳和存储器单元的压缩可以通过压缩元件来实现。压缩元件可在纵向上沿存储器单元的整个长度延伸。
根据本发明的一个实施例，压缩元件可以是穿过能量存储器外壳的通孔的带销螺栓(pin bolt)。带销螺栓可以是在细长形的至少一端具有螺纹的细长形杆。带销螺栓延伸穿过储能电池和冷却板的堆垛，形成存储器单元。如果若干个能量存储器外壳堆叠，并由此若干个存储器单元也堆叠，带销螺栓可沿纵向方向延伸穿过整个堆垛。沿着纵向(因此沿着细长形状)在带销螺栓的一侧上具有比通孔尺寸大的止挡元件牢固地附接于带销螺栓，以使得带销螺栓不会在止挡元件相对的方向从通孔中掉落出来。在带销螺栓上与止挡元件相对的一侧可设有螺纹。螺母可拧到带销螺栓的螺纹上以固定带销螺栓。通过拧紧螺母，可压缩能量存储器外壳和存储器单元，以增加冷却板和储能电池之间的接触压力，尽管该接触压力受到弹性能量存储器外壳的限制。
根据本发明的一个实施例，用来压缩的装置包括沿纵向设置在能量存储器模块的每一侧上以对壁构件施加力的端板。用于压缩的装置还包括用来施加力的条、棒或十字状的元件。
根据本发明的一个实施例，能量存储器外壳由泡沫材料制成。利用泡沫材料，能量存储器外壳可以获得充分的绝热性能和弹性特性。能量存储器外壳有利地为电池单元提供热隔离。
在一实施例中，泡沫材料是聚丙烯塑料发泡材料(expandedpolypropylene，简称EPP)。但是，也可以是具有类似弹性特性和绝热性能的其它材料。
根据本发明的一个实施例，能量存储器外壳可进一步包括设置在至少一个壁构件的外表面上的凸缘。凸缘可以提高外罩通过压缩凸缘以保持能量存储器外壳在外罩中的位置的能力。此外，凸缘限制了外罩与能量存储器外壳之间的热接触。凸缘可以是形成在能量存储器外壳的外表面上的脊部和凹部。
根据本发明的一个实施例，能量存储器外壳可以是一体成型的。因此，由于无需通过安装多个零件来组装能量存储器外壳，能量存储器外壳的制造是很方便的。此外，能量存储器外壳和存储器单元的整体组装可以方便快速地完成，同时维持安装在能量存储器外壳中的储能电池的冷却性能。能量存储器外壳可利用例如铸造、水切割或激光切割等方式来制造。此外，当一体成型时，凸缘可制造成能量存储器外壳的一部分。
根据本发明的一个实施例，能量存储器外壳可进一步包括形成在能量存储器外壳的壁构件的内侧中的凹槽，用于接收传送冷却剂到冷却板的传送管道。例如，凹槽可以在能量存储器外壳制造期间形成。凹槽可以成形为适于安放管道(比如导管)的形状，以使得储能电池可以紧挨着管道放置。凹槽可沿纵向设置，以使得冷却剂可被输送到一个以上沿纵向设置的冷却板。此外，管道/导管不是刚性地附接于凹槽，而是允许在凹槽中滑动。这样，压缩能量存储器外壳时不会压缩到管道，否则可能会损坏管道。
根据本发明的第二方面，提供了一种能量存储器模块，包括：前一方面和/或上述实施例所述的能量存储器外壳；以及包括沿纵向与冷却板邻接并堆叠的储能电池的存储器单元，与储能电池热接触的冷却板，其中存储器单元设置在能量存储器外壳里。如此，能量存储器外壳可以容纳储能电池和冷却板。因此，能量存储器外壳和储能电池、冷却板一起形成了单独的单元。
根据本发明的一个实施例，可设置侧板，以沿纵向密封能量存储器外壳。端板基本上是刚性的，并且优选地由塑料材料，比如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)制成。侧板可以利用例如胶粘、超声波焊接、卡钉、振动焊接等在末端部分处附接到能量存储器外壳上。侧板提高了能量存储器外壳的稳定性。此外，侧板实现了能量存储器外壳与存储器单元的模块化。侧板典型的厚度在1-4毫米之间。
根据本发明的一个实施例，能量存储器外壳可容纳至少两个储能电池以及至少一个与储能电池堆叠并热接触的冷却板。
本发明第二方面进一步的效果和特征很大程度上类似于上面描述的本申请第一方面的那些。
根据本发明的第三方面，提供了一种包括多个能量存储器模块的电池组。
由于能量存储器模块很容易从例如具有若干个能量存储器模块的电池组中移除，因此电池组的模块化结构便于例如替换能量存储器模块或对单个模块进行维护。此外，根据期望的电池组的功率输出，能量存储器模块的数量可以随后修改。
根据本发明的一个实施例，能量存储器模块可沿纵向堆叠，其中用于压缩的装置被设置成沿纵向对电池组施加力，从而使电池组中的每个能量存储器外壳被压缩。
根据本发明的一个实施例，电池组可进一步包括设置成容纳电池组的能量存储器模块的外罩。换言之，外罩可以是刚性外罩，密封能量存储器模块。此外，能量存储器模块的能量存储器外壳的凸缘(如果存在)可以由外罩导致变形，其确保能量存储器模块完全安装在外罩中。此外，如果能量存储器外壳上设有凸缘，会减少外罩和电池之间的热接触。
本发明第三方面进一步的效果和特征很大程度上类似于上面描述的本申请第一方面和第二方面的那些。
当研究所附的权利要求和下面的说明书时，本发明进一步的特征以及优点将变得明显。本领域技术人员应当知晓，本发明的不同特征可以组合起来形成除了下面描述的实施例之外的实施例，而不会偏离本发明的范围。
附图说明
现在，将参考示出了本发明当前优选实施例的附图，更详细地描述本发明的这些以及其它方面。
图1示意性地示出了能量存储器外壳的一个典型实施例的典型应用；
图2示出了本发明一个实施例的典型的能量存储器外壳；
图3示出了本发明一个实施例的典型的能量存储器模块；以及
图4示出了本发明的一个典型的实施例。
具体实施方式
在下面的说明书中，参照设置在汽车型式的电动车辆中的能量存储器外壳，对本发明进行大致描述。但是，本发明可以应用到任何型式的电动车辆中，比如卡车、铲车、船等。
图1示出了包括能量存储器102的电动车辆100。能量存储器102被构造成为操作电动车辆100提供动力。电动车辆100被描述成电动汽车，但是可以是任何车辆，例如卡车就适合。电动车辆的能量存储器102包括本发明典型实施例中的能量存储器外壳。
图2示出了本发明一个典型实施例的能量存储器外壳202。能量存储器外壳202由具有弹性特性的泡沫材料制成。通过设置弹性材料，能量存储器外壳202可变形，但是能量存储器外壳也通过试图向受力的反方向回弹来限制该变形。能量存储器外壳包括三个壁构件204，206，208，它们一起构成了U型。此外，U型的能量存储器外壳202在对应于纵向210的方向上具有延伸长度。在图2中，所述能量存储器外壳202是例如通过成型工艺一体制造的。
图3示出了包括图2所示的能量存储器外壳202的能量存储器模块300。U型的能量存储器外壳202被配置成容纳存储器单元302，该存储器单元302包括与对应的冷却板306(仅标记一个，以防止图面杂乱)邻接并堆叠的多个储能电池304(仅标记一个，以防止图面杂乱)。因此，储能电池304和冷却板306沿能量存储器外壳202的纵向210堆叠。此外，还可设有提供冷却剂(比如液体)到冷却板306的管道320。管道320设置在形成于能量存储器外壳202上的凹槽308内。因此，储能电池304产生的热量可以由冷却剂带离储能电池304。为了通过冷却板306获得充分的冷却性能，冷却板306和储能电池304之间需要有充分的热接触。该热接触受冷却板306和储能电池304之间的接触压力影响。因此，可利用压缩装置沿纵向210施加力来压缩能量存储器外壳202和存储器单元302。弹性的能量存储器外壳202受到力的挤压使得冷却板306和储能电池304之间的接触压力增加，但是能量存储器外壳202的弹性特性也限制了接触压力。因此，可通过沿纵向210压缩能量存储器外壳202和存储器单元302来改善冷却板306和储能电池304之间的热接触，进而改善储能电池304的冷却。当被压缩时，每一个能量存储器模块300(因此，所述能量存储器外壳)可以是被压缩例如1-4毫米。此外，侧板310被设置成在纵向210方向上密封能量存储器外壳202。侧板310有利地能够实现模块化结构，这可以在图4中更清楚地看到。例如，可以在一堆能量存储器模块300中简单替换一个单独的能量存储器模块300。侧板310可以利用例如胶粘、超声波焊接、钉销、振动焊接等在能量存储器外壳202的末端部分312处附接到能量存储器外壳202上。侧板310典型的厚度在1-4毫米之间。侧板310可以由例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)制成。图3中还示出了用来封闭能量存储器外壳的盖子316。如图3所示，盖子316是能量存储器模块300的一部分。在一些典型的实施例中，盖子316包括用于电连接到电池304的连接器。
此外，在图3所示的实施例中，能量存储器外壳202的外表面上设置有凸缘318。凸缘318限制了能量存储器外壳202和外罩之间的热接触，由此改善了储能电池304和冷却板306的热隔离。
图4示出了本发明一个典型的实施例。在图4中，若干个在图3中示出的能量存储器模块300沿纵向210布置，以构成电池组400。如图4所示，压缩元件402被设置成从每个能量存储器模块300的第一端404延伸至第二端406，从而也从每个设置在能量存储器外壳202中的存储器单元的第一端延伸至第二端。在该典型的实施例中，四个带销螺栓402被设置为各自延伸穿过每个能量存储器外壳202和侧板310上的通孔408的压缩元件402。另外，带销螺栓402各自具有至少一个螺纹端410，以使得螺母412可以螺合到带销螺栓402上。带销螺栓402进一步在与螺纹端410相反的另一端414具有止挡元件。止挡元件防止带销螺栓402从通孔408中掉落出来。此外，止挡元件固定住带销螺栓402，以使得当螺母412拧紧到带销螺栓402的螺纹端410上时，螺母412可以压缩存储器单元302和能量存储器外壳202。止挡元件例如可以是螺母。此外，端板416设置在能量存储器模块300的堆垛的每一侧上。端板416被设置成作为在带销螺栓402上拧紧螺母412的结果，在能量存储器外壳202上施加力。值得注意的是，尽管此处描写的端板416是实心板，它们可以具有通孔或者也可被设置成杆状或类似形状，只要它们能够施加力即可。板状的端板416是有利的，因为施加的力可以更加均匀地分布在能量存储器外壳202上。能量存储器模块300的压缩量可以通过例如监测施加在螺母412上的扭矩或者通过带销螺栓402端部上的超声波测量来控制。
关于电池组400，能量存储器模块300的数量可适于达到电池组400期望的总功率输出。例如，如果一个能量存储器模块的功率是1.2kWh(典型的功率是1.0-1.5kWh)，8个模块300总的功率大约为10kWh(混合动力车辆的正常值)，或者24个模块300总的功率大约为30kWh(混合动力车辆的正常值)。当然，带销螺栓402的长度适于是根据电池组400中能量存储器模块300的数量的一个适当的长度。也应注意，每个能量存储器外壳的尺寸可以是一样的。
此外，盖子316是能量存储器模块300的一部分，这意味着完整的电池组400只需要一个尺寸的盖子316。
在图2-4中上述的每个典型实施例中，能量存储器外壳可以由泡沫材料制成，比如聚丙烯塑料发泡材料(EPP)。
另外，通过对附图、公开内容和所附的权利要求的研究，本领域技术人员在实践所要保护的发明时，可以理解和实现已公开实施例的变型。例如，用来压缩能量存储器外壳的装置可以通过附图所示的方式以外的方式来实现。例如，用于压缩的装置包括可沿纵向伸到能量存储器外壳对面的带。带例如可以是钢带、尼龙带、织物带或皮带。其它的装置例如可以是线、绳或扎带。
在权利要求中，“包括”一词不排除其它元件或步骤，不定冠词“一个”(“a”或“an”)不排除多个。在不同的从属权利要求中互相引用确切测量的事实，并不预示着它们的组合不能用来改进。

Claims (15)

1.一种用来容纳存储器单元(302)的能量存储器外壳(202)，所述存储器单元(302)包括在纵向(210)上与冷却板(306)邻接并堆叠的储能电池(304)，所述冷却板(306)与所述储能电池(304)热接触，其中，所述能量存储器外壳(202)包括：
与所述存储器单元(302)接触的三个壁构件(204，206，208)，所述壁构件(204，206，208)形成U型并且每个壁构件(204，206，208)具有沿所述纵向(210)的延伸长度，
用于压缩所述能量存储器外壳(202)的压缩装置(402，416)，所述压缩装置(402，416)被设置成沿所述纵向(210)在所述能量存储器外壳(202)和所述存储器单元(302)上施加力，
其中，所述能量存储器外壳(202)沿所述纵向(210)具有弹性，以使得当沿着所述纵向(210)在所述能量存储器外壳(202)和所述存储器单元(302)上施加力时，所述能量存储器外壳(202)被压缩，并且所述冷却板(306)和所述储能电池(304)之间的接触压力受到所述弹性的能量存储器外壳(202)的限制。
2.如权利要求1所述的能量存储器外壳(202)，其中，所述压缩装置(402，416)包括被设置成沿所述纵向(210)从所述存储器单元(302)的第一端延伸至所述存储器单元(302)的第二端的压缩元件(402)。
3.如权利要求2所述的能量存储器外壳(202)，其中，所述压缩元件(402)是被设置成从所述能量存储器外壳(202)的通孔(408)穿过的带销螺栓。
4.如前述权利要求的任一项所述的能量存储器外壳(202)，其中，所述压缩装置(402，416)包括设置在所述能量存储器外壳(202)在所述纵向(210)上的每一侧上的端板(416)，以在所述壁构件(204，206，208)上施加所述力。
5.如前述权利要求的任一项所述的能量存储器外壳(202)，其中，所述能量存储器外壳(202)由泡沫材料制成。
6.如权利要求5所述的能量存储器外壳(202)，其中，所述泡沫材料是聚丙烯塑料发泡材料(EPP)。
7.如前述权利要求的任一项所述的能量存储器外壳(202)，进一步包括设置在至少一个所述壁构件(204，206，208)的外表面上的凸缘(318)。
8.如前述权利要求的任一项所述的能量存储器外壳(202)，其中，所述能量存储器外壳(202)是一体成型的。
9.如前述权利要求的任一项所述的能量存储器外壳(202)，进一步包括形成在所述能量存储器外壳(202)的壁构件(204，206，208)的内侧面中的用于接收传送管道(320)的凹槽(308)，所述传送管道(320)用于传送冷却剂到所述冷却板(306)。
10.能量存储器模块(300)，包括：
前述权利要求的任一项所述的能量存储器外壳(202)；以及
存储器单元(302)，所述存储器单元(302)包括在纵向(210)上与冷却板(306)邻接并堆叠的储能电池(304)，所述冷却板(306)与所述储能电池(304)热接触，
其中，所述存储器单元(302)设置在所述能量存储器外壳(202)中。
11.如权利要求10所述的能量存储器模块(300)，包括被设置成在所述纵向(210)上密封所述能量存储器外壳(202)的侧板，所述侧板与所述壁构件(204，206，208)接触。
12.如权利要求10或11所述的能量存储器模块(300)，其中，所述能量存储器外壳(202)容纳至少两个储能电池(304)以及至少一个与所述储能电池(304)堆叠并热接触的冷却板(306)。
13.一种包括多个如权利要求10-12的任一项所述的能量存储器模块(300)的电池组。
14.如权利要求13所述的电池组(400)，其中，所述能量存储器模块(300)在所述纵向(210)上堆叠，其中，所述压缩装置(402，416)被设置成沿所述纵向(210)在所述电池组上施加力，使得所述电池组的每个能量存储器外壳(202)被压缩。
15.如权利要求14所述的电池组(400)，进一步包括被设置成容纳所述能量存储器模块(300)的外罩。
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