CN107644960B - 电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池系统(400)，包括：具有并联连接的至少两个二次电池单元(10)的电池子模块(100)；以及具有串联连接的至少两个电池子模块(100)的电池模块(200)；以及包括至少一个冷却剂管(31)的横梁(30)。电池模块(200)被机械联接到横梁(30)，横梁(30)与至少一个电池子模块(100)的侧表面(16、17)热接触。优选地，电池系统包括多个电池模块(200)，每个电池模块(200)包括多个电池子模块(100)以及每个电池模块(200)被机械联接到多个横梁(30)中的一个。

Description

电池系统
技术领域
本发明涉及包含多个电池模块的电池系统，所述多个电池模块被多个横梁支撑并且包括多个电池子模块，每个电池子模块包括多个二次电池单元。
背景技术
可再充电电池不同于原电池之处在于：其能被重复充电和放电，而原电池仅进行化学能到电能的不可逆的转化。低容量可再充电电池被用作用于诸如便携式电话、笔记本计算机和可携式摄像机的小型电子设备的电源，而高容量可再充电电池被用作用于在混合驱动汽车等中的发动机的电源。
一般地，可再充电电池包括：包含正电极、负电极以及插置在正电极和负电极之间的隔板的电极组件；容纳电极组件的壳；以及电连接到电极组件的电极端子。根据可再充电电池的预期目的和实际用途，壳可以具有圆柱状或矩形状。电解质溶液被注入到壳中用以通过正电极、负电极以及电解质溶液的电化学反应对可再充电电池的充电和放电。
可再充电电池可以被用作由串联连接的多个电池单元形成的电池模块以便于被用来为需要高能量密度的混合驱动汽车的发动机提供动力。也就是，根据所需功率的量，电池模块通过连接每个电池单元的电极端子被形成，使得高功率可再充电电池能被实现。
为了安全使用这些电池模块，从可再充电电池产生的热应当被有效发散、排放和/或分散。如果有不充分的热发散/排放/分散，温度偏差出现在各自电池单元之间，使得电池模块不能产生所需的功率量。此外，当由于从可再充电电池产生的热造成电池的内部温度增加时，异常反应在其中发生并且因此可再充电电池的充电和放电性能退化并且可再充电电池的寿命被缩短。
因此，用于通过有效发散/排放/分散从电池产生的热来冷却可再充电电池模块的冷却设备在本领域中是公知的。由于冷却设备必须与电池模块的表面热接触，冷却设备通常被构造为单独的设备以被附接到电池模块的表面或者被集成到电池模块的外壳中。
为了进一步增加电池系统的能量密度，例如为了增加电动汽车的驱动范围，多个电池模块能被堆叠以及被电互连以形成电池包。为了保证从电池模块产生的热的充分的发散/排放/分散，这样的多层电池包可以包括用于电池包的每层的冷却设备。这可以导致电池系统的增加的高度从而导致增加的封装空间。
在正常使用过程中或者在碰撞情况下，用于将冷却剂分散到多个电池模块的结构在机械稳定性和密封性方面通常是薄弱点。根据二次电池的类型，例如锂离子电池，以及使用的冷却剂的类型，例如水基冷却剂，泄漏的冷却剂能严重地损坏电池模块甚至损坏周围结构，例如电动汽车。具体地，如果单个冷却设备故障，所有与冷却设备堆叠的电池模块可以被破坏。
发明内容
已有技术的一个或更多缺点通过本发明能被避免或至少被减小。具体地，电池系统被提供，包括：
具有被串联或并联电连接的至少两个二次电池单元的电池子模块；
具有被串联连接的至少两个电池子模块并且被机械联接到横梁的电池模块；
其中横梁包括至少一个冷却剂管并且与至少一个电池子模块的侧表面热接触。
电池系统包括由多个二次电池单元组成的电池子模块，所述多个二次电池单元优选以nsmp构造被电连接，即有n个串联连接的电池以及m个并联连接的电池。因此，电池子模块提供与n个电池的电压相应的电压以及与m个电池的电流相应的电流。优选地，n等于至少二、四、六、八、十或十二以及m等于至少一、二、三、四或五。优选地，例如具有12个电池单元的商用电池模块被用作根据本发明的电池子模块。优选每个电池子模块是机械自支撑的并且能被容易地预装配。
在电池系统中，多个这样的电池子模块优选以kslp构造被串联和/或并联电连接以形成电池模块，即有串联连接的k个电池子模块和/或并联连接的l个电池子模块。因此，电池模块提供与k个电池子模块的电压相应的电压以及与l个电池子模块的电流相应的电流。优选地，单个电池模块的所有电池子模块被串联连接和/或k等于至少二的偶数。
电池系统本身优选由多个电池模块组成，所述多个电池模块以isjp构造被串联和/或并联电连接以形成电池模块，即有串联连接的i个电池模块和/或并联连接的j个电池模块。因此，电池系统提供与i个电池模块的电压相应的电压以及与j个电池模块的电流相应的电流。优选机械联接到单个横梁的所有电池模块被串联连接或并联连接以及机械联接到不同横梁的电池模块被串联连接或并联连接。
根据本发明，每个电池模块被机械联接到横梁并且优选电池模块和横梁的组合是自支撑的。每个横梁进一步包括冷却剂管，优选内冷却剂管，并且每个电池模块被联接到横梁使得电池模块的电池子模块的侧表面与横梁和冷却剂管热接触。优选电池子模块的与横梁热接触的侧表面可以是相对包括电端子的电池子模块的表面以小于180度的角度具体地以锐角或直角围绕电池子模块的表面。因此，在电池系统中，每个电池子模块通过侧表面由横梁冷却。因此，在电池单元的相邻层之间的冷却剂设备被省略。电池系统的高度被减小并且冷却剂泄漏仅影响单个单元层。
因此，在根据本发明的电池系统的情况下，新的电池系统的层次结构被提供为包括作为最低层次等级的电池单元、作为高一层次等级的电池子模块、然后是最终形成电池系统的电池模块的高一层次等级。根据本发明，电池子模块能被预装配并且是机械自支撑的。电池模块能由电池子模块预装配并且由横梁冷却。因此，用于冷却的电池系统的可变模块系统被提供有能符合实际需求的电性质以及被提供有简化电池系统的装配并具有改善的机械稳定性的机械性质。
根据电池系统的一实施方式，每个横梁支撑多个电池模块。因此，多个电池模块能由横梁预装配并且优选横梁机械支撑所述多个电池模块。优选地，每个电池模块包括关于横梁对称布置的偶数个电池子模块并且此外优选在横梁的纵向方向上相邻的电池模块彼此接触或仅稀疏地隔开。优选地，机械联接到不同横梁的电池模块被串联电连接。机械联接到相同横梁的电池模块可以被串联电连接或被并联电连接并且优选是被串联连接。
在电池系统的优选实施方式中，在每个电池模块中，两个子模块被布置使得这些电池子模块的侧表面之间的距离与横梁的宽度相应，优选基本等于横梁的宽度。因此，横梁装配到电池模块的电池子模块的两个侧表面之间的间隔中。横梁优选设置在两个电池子模块之间，接触该两个电池子模块中的每个的一个侧表面并且然后被机械联接到横梁。
优选地，电池系统包括多个电池子模块、多个电池模块以及多个横梁，其中每个电池模块被机械联接到横梁并且被串联或并联连接到另一电池模块以及其中每个电池子模块包括与横梁热接触的至少一个侧表面。换言之，本发明涉及电池系统，电池系统包括：多个电池子模块，每个电池子模块包括串联连接的n个二次电池单元以及并联连接的m个二次电池单元；多个电池模块，每个电池模块包括串联连接的k个电池子模块和/或并联连接的l个电池子模块；以及多个横梁，每个横梁包括至少一个冷却剂管，其中每个电池模块被机械联接到至少一个横梁以及其中联接到不同横梁的电池模块被串联连接和/或并联连接。每个横梁优选被机械联接到至少两个电池模块。
在电池系统的另外的优选实施方式中，所述多个横梁中的两个之间的间隔与两个电池子模块的宽度相应。优选地，电池子模块关于横梁被对称地布置。在该实施方式中，每个电池子模块优选例如通过一个侧表面仅接触一个横梁。因此，电池系统中的电池单元的封装密度被进一步增加。进一步优选的，每个电池模块包括两个电池子模块。
在另外的优选电池系统的实施方式中，每个电池模块包括偶数个电池子模块以及每个横梁分别设置在两个电池子模块之间。在该实施方式中，每个横梁在至少一对两个电池子模块之间穿过并且因此与至少两个电池子模块的侧表面热接触。
在电池系统的一实施方式中，每个电池子模块包括第一侧表面以及具有比第一侧表面小的长度的第二侧表面并且每个电池子模块包括与横梁热接触的一个第一侧表面。换言之，每个电池子模块具有基本平行于横梁的纵向方向对准的纵向方向。因此，电池子模块和横梁之间的接触面积增大以及由此热接触增加，并且子模块冷却被改善。优选地，横梁的高度等于或大于与横梁热接触的电池子模块的第一侧表面的高度。因此，在横梁和接触的电池子模块之间的接触面积被最大化。
在另外的优选电池系统的实施方式中，二次电池单元具有平面形状，例如棱形或矩形形状，并且包括在基本垂直于接触的横梁的长度扩展的方向上的最大延伸。换言之，每个电池子模块包括具有基本平行于被接触横梁的长度扩展的堆叠方向的至少一个叠层，优选至少两个叠层。用这种方法，电池系统中的电池单元的封装密度被进一步提升。
每个电池子模块优选包括模块框架，该模块框架可以由被固定到彼此和/或固定到堆叠的电池单元的互连的侧板、顶板和前板形成。模块框架为有利地自支撑电池子模块提供机械稳定性。单个电池模块的电池子模块之间的机械连接和电连接优选被集成到单个连接部件中。连接部件优选被机械联接到每个电池子模块的模块框架并且连接电池子模块的电池单元的电端子。连接部件可以进一步将电池模块机械联接到横梁。多个电池子模块能被预装配到连接部件。优选每个电池模块包括处于连接到至少两个子模块并且机械联接到至少两个模块框架的电池连接单元的形式的连接部件。电池连接单元可以包括具有表面金属化形成电接触的绝缘材料的基本平面层，表面金属化形成电接触连接电池单元端子组并且进一步减小电池系统的高度。
在电池系统的一优选实施方式中，一个或更多电池模块，优选两个电池模块被连接到单个电池监控电路(CSC)。为了平衡单独的电池单元的电压和/或电流以便于增加电池单元的寿命，CSC监视并控制电池子模块的每个电池单元的电压和/或电流。CSC可以包括多个，例如两个电池监控芯片，并且每个电池监控芯片包括12个测量和控制输入/输出。
根据本发明的电池系统优选包括包含框架和地板的外壳。框架可以由两个纵向框架梁和两个框架横梁形成并且被机械连接到例如被焊接到地板。横梁被机械联接到例如被用螺钉固定到第一框架梁，即第一纵向框架梁，并且第二框架梁在第一框架梁对面。横梁优选在至少一个电池模块，优选多个电池模块与横梁装配之后与外壳装配，每个电池模块包括至少两个电池子模块。在本发明的电池系统的情况下，各种尺寸的框架梁、地板和横梁能与预装配的电池模块结合以便提供用于具有从电池子模块的侧表面的内部冷却的电池系统的模块系统。因此，例如在电动汽车中可用的封装尺寸能被最优使用。
优选第一和第二框架梁，即机械联接到横梁的框架梁包括流体地连接到横梁的(内部)冷却剂管的冷却剂分配器管线。因此，用于根据本发明的电池系统的冷却剂供给管线和冷却剂回流管线被提供。冷却剂分配器管线优选包括冷却剂端口，即冷却剂入口和冷却剂出口，冷却剂端口被配置为连接到电池系统的外壳的外部的冷却剂管。
根据本发明的另一方面，包括以上定义的电池系统的汽车被提供。
由从属权利要求或以下详细描述，本发明的另外的方面将是明显的。
附图说明
通过参考附图详细描述示例实施方式，对于本领域普通技术人员来说特征将变得明显，其中：
图1示出根据一实施方式的电池子模块的透视图。
图2示出根据一实施方式的电池子模块的分解视图。
图3示出根据一实施方式的电池模块的透视图。
图4A示出根据另一实施方式的电池模块的示意顶视图。
图4B示出根据另一实施方式的电池模块的示意顶视图。
图5示出根据一实施方式的机械联接到横梁的三个电池模块的透视图。
图6示出根据一实施方式的机械连接到横梁的一个电池模块的详细视图。
图7示出根据一实施方式的安装到外壳的多个横梁的透视图。
图8示出根据一实施方式的冷却剂环路的透视图。
图9示出根据一实施方式的电池系统的透视图。
图10示出根据一实施方式的电池系统的示意顶视图。
参考标记
10 二次电池单元
11 负电极端子
12 正电极端子
13 隔离箔
14 模块顶板
15 排气口
16 第一侧表面
17 第二侧表面
18 模块前板
19 模块侧板
100 电池子模块
21 负模块端子
22 正模块端子
23 导电元件
24 电池连接单元
200 电池模块
30 横梁
31 冷却剂管
41 地板
42a、42b 纵向框架梁
43、43a、43b 框架横梁
44 冷却剂端口
45 冷却剂供给管线
46 冷却剂回流管线
47、49 母线
48 导电轨
49a、49b E/E盒
50 电池监控电路
具体实施方式
参考图1，电池子模块100的一示例实施方式包括具有基本平面形状的多个对准的二次电池单元10。一对模块前板18被提供为面向电池单元10的前表面。模块前板18被机械联接到面向电池单元10的侧表面的一对模块侧板19。从而所述多个电池单元10被固定在一起。电池子模块包括与模块侧板19相应的第一侧表面16，以及与模块前板18相应并且具有比第一侧表面16更短的长度的第二侧表面17。参考图2，根据一实施方式的电池子模块100进一步包括被机械联接到模块前板和侧板18、19的一对模块顶板14。模块前板18、模块侧板19以及模块顶板14构成电池子模块100的自支撑主体。
如图1、2所示，每个电池单元10是棱形(或矩形)单元，单元的宽的平表面被堆叠在一起以形成电池子模块100。此外，每个电池单元10包括构造用于电极组件和电解质的容纳的电池盒。电池盒被严密地密封并且被提供有具有不同极性的负电极端子11和正电极端12，以及排气口15。排气口15是电池单元10的安全装置，其起电池单元10中产生的气体通过其被排放到电池单元10外部的通道的作用。为了避免单独的电池单元10之间和/或最外的电池单元10与模块前板18之间的任何不必要的电接触，隔离箔13设置在相邻电池单元10之间和/或最外的电池单元10与模块前板18之间。
如图2中进一步示出的，电池单元10使用电池连接单元24被电连接，电池连接单元24构成根据一实施方式并且在图3中详细示出的电池模块200的一部分。电池连接单元24(CCU)被机械联接到两个电池子模块100的模块顶板14和侧板19并且包括负模块端子和正模块端子21、22以及形成多个导电元件23的铜金属化。导电元件23彼此间隔开从而在两个导电元件23之间的电接触仅能经由电池单元10实现。导电元件23连接到二次电池单元10的负端子11或正端子12并且同时并联连接每个电池子模块100的四个电池单元10，以及串联连接如此形成的四个电池单元10的束。通过将第一电池子模块100的四个电池单元10的束与第二电池子模块100的四个电池单元10的束连接，电池连接单元24从而串联连接两个电池子模块100。
参考图3和4，电池模块200包括具有4p3s构造的两个电池子模块100，即具有四个并联连接的电池单元10以及三个串联连接的电池单元束。因此，所得电池模块包括4p6s构造。这样形成的电池模块200可以被用作具有六个电池单元10的累积电压以及四个电池单元10的累积电流的电源。因此，电池模块200的电功率是单个电池单元10的功率的二十四倍。由于每个电池单元10提供接近3.648V的电压，电池模块200提供接近21.89V的电压。如图3中所示，模块端子21和22可以设置在电池模块200的单个前表面上。在另一实施方式中，如图4A中所示，模块端子21和22可以在对应的导电元件23的延伸方向上设置在电池模块200的单个前表面上。在另一实施方式中，如图4B中所示，模块端子21和22可以在垂直于电池模块200的两侧的方向上设置在电池模块200的两侧上。
根据图5所示的一实施方式，三个电池模块200被机械联接到一个横梁30。因此，两个电池子模块100如图3所示的在它们的顶侧上通过电池连接单元24被彼此电连接。横梁30从电池模块200的底侧被插入到电池子模块100之间的空间中并且被机械联接到电池子模块100中的每个。因此每个电池子模块100由横梁30机械支撑。电池模块200和横梁30之间的机械联接使用附接到电池模块200的底侧和横梁30的固定装置以及通过横梁30的插入到CCU 24的相应部件中的连接装置来实现。
如图6的详细视图所示，横梁30包括穿过横梁30的整个长度的两个冷却剂管31。冷却剂管31由焊接成伸出的铝横梁30的矩阵形式的钢管形成。可替换地，冷却剂管31由插入到横梁30的合适的空腔中的包封的管线形成。此外，每个电池子模块100包括第一侧表面以及与模块前板18相应的第二侧表面17，第二侧表面17短于第一侧表面16。如图6所示，第一侧表面的高度约等于横梁30的高度使得电池子模块100的第一侧表面16的整个侧表面与横梁30热接触。如图1、5所示，横梁30与第一侧表面16接触，第一侧表面16是相对于电池子模块100的表面以小于180度的角度具体地以锐角或直角围绕电池子模块100的表面。如图5所示，此后横梁30包括与第一侧表面16至少相同的高度并且具有基本平行于模块侧板19的长度方向的纵向方向。
根据图7所示的实施方式，横梁30被机械联接到用于电池系统(未示出)的外壳。外壳包括焊接到框架的铝地板41，框架包括两个纵向伸出的铝框架梁42a、42b以及两个伸出的铝框架横梁43a、43b。第一纵向框架梁42a面向第二纵向框架梁42b并且第一框架横梁43a面向第二框架横梁43b并且因此框架梁构成矩形框架。横梁30使用螺丝钉和卡合连接装置被安装到框架中。在实践中，在被安装到外壳中之前，横梁30被联接到多个电池模块200，然而电池模块200在图示中被省略。在横梁30之间空间被形成，其中电池子模块(未示出)将要被插入。
如图8和10所示，第一纵向框架梁42a包括内部冷却剂供给管线45并且第二纵向框架梁42b包括内部冷却剂回流管线46。如图7到10所示，每个冷却剂回流和供给管线45、46包括用于连接到外壳外部的冷却剂管(未示出)的冷却剂端口44。横梁30包括内部冷却剂管31并且被机械联接到纵向框架梁42a、42b使得冷却剂管31与冷却剂供给和回流管线45、46流体地连接。
图9示出根据一实施方式的包括如图7、8所示的外壳的电池系统400并且电池系统400包括六个横梁30同时三个电池模块200附接到每个横梁30，如图5所示。因此，在横梁30的两侧上的空间中，根据图1和2的电池子模块100被设置使得每个电池子模块100的第一侧表面16分别与一个横梁30的侧表面直接接触并且从而与其热接触。因此，通过冷却剂端口44和纵向框架梁42a、42b分配到横梁30的冷却剂吸收由电池子模块100的电池单元10发出的热。通过经由每个电池子模块的侧表面冷却电池单元10，在地板41中的冷却装置能被省略并且因此电池系统的高度能被减小，例如减小到约100mm。
在根据图9、10的安置在外壳中的电池子模块100中，电池单元10如图3、4所示的被连接。在第一行、第二行和第三行的电池模块M1至M6、M7至M12以及M13至M18中，相邻的两个电池模块通过导电轨元件48彼此电连接。电池模块M1(例如第一行的电池模块M1至M6的第一电池模块M1)的端口(例如端子)电连接到第一E/E盒(电气/电子盒)49a。
第一行的电池模块M1至M6的电池模块M6的负端子21以及第二行的电池模块M7至M12的电池模块M7的正模块端子22通过母线47彼此电连接。第二行的电池模块M7至M12的电池模块M12通过母线49电连接到第三行的电池模块M13至M18的相应电池模块M13。在第三行的电池模块M13至M18中的电池模块M18电连接到第二E/E盒49b。
因此，在图9、10所示的电池系统400中，十八个电池模块200被串联连接，每个电池模块200包括串联连接的两个电池子模块100，每个电池子模块100具有4p3s构造。十八个电池模块M1至M18在第一E/E盒49a与第二E/E盒49b之间彼此串联连接，并且电池模块M1至M18的每个具有(或输出)大约21.89V的电压，电池系统400具有(或输出)大约394V(21.89V×18)的电压。
为了控制电池系统400的电压和电流，第一和/或第二E/E盒49可以包括电池管理单元(BMU)、高压连接器、输入和/或保险丝、继电器、电流传感器、电磁兼容滤波器(EMC滤波器)、预充电继电器和/或电阻器和/或HV接口。电池系统400进一步包括用于单独的电池单元10的电流测量和控制，尤其用于平衡电池系统400的电池单元10的电压和/或电流的八个电池监控电路(CSC)50。每个CSC 50包括两个CSC芯片(未示出)，每个CSC芯片包括十二个测量和控制输入。因此，一个CSC 50对于两个电池模块200或四十八个电池单元10是足够的。

Claims (14)

1.一种电池系统(400)，包括：
至少两个电池子模块(100)，每个电池子模块具有串联或并联电连接的至少两个二次电池单元(10)，所述至少两个电池子模块(100)分别由至少两个模块框架机械自支撑；
电池模块(200)，具有串联或并联电连接的所述至少两个电池子模块(100)，并且被横梁(30)机械支撑；以及
电池连接单元(24)，电连接所述至少两个电池子模块(100)，机械联接所述至少两个模块框架，并且将所述电池模块(200)机械联接到所述横梁(30)，
其中所述横梁(30)包括至少一个冷却剂管(31)并且与至少一个电池子模块(100)的第一侧表面(16)或第二侧表面(17)热接触。
2.根据权利要求1所述的电池系统(400)，
其中所述电池模块(200)的两个电池子模块(100)的第一侧表面(16)以与所述横梁(30)的宽度相应的距离设置；以及
其中所述横梁(30)设置在所述两个电池子模块(100)之间并且接触所述两个电池子模块(100)中的每个的所述第一侧表面(16)。
3.根据权利要求1或2所述的电池系统(400)，包括多个电池模块(200)和多个横梁(30)，
其中每个横梁(30)机械联接到至少两个电池模块(200)；以及
其中所述多个电池模块(200)被串联和/或并联连接。
4.根据权利要求3所述的电池系统(400)，其中相邻的两个横梁(30)之间的间隔与两个电池子模块(100)的宽度相应。
5.根据权利要求1所述的电池系统(400)，其中每个电池子模块(100)包括第一侧表面(16)和具有比所述第一侧表面(16)更短的长度的第二侧表面(17)，以及其中每个电池子模块(100)包括与横梁(30)热接触的一个第一侧表面(16)。
6.根据权利要求1所述的电池系统(400)，其中所述二次电池单元(10)具有平面形状并且包括在基本垂直于横梁(30)的纵向方向的方向上的最大延伸。
7.根据权利要求1所述的电池系统(400)，其中两个电池模块(200)分别被连接到一个电池监控电路(50)。
8.根据权利要求3所述的电池系统(400)，进一步包括具有框架和机械连接到所述框架的地板(41)的外壳，所述框架包括两个纵向框架梁(42a、42b)和两个框架横梁(43a、43b)，其中所述两个纵向框架梁(42a、42b)包括第一纵向框架梁(42a)和第二纵向框架梁(42b)，以及其中所述横梁(30)被机械联接到所述第一纵向框架梁(42a)以及在所述第一纵向框架梁(42a)对面的所述第二纵向框架梁(42b)。
9.根据权利要求8所述的电池系统(400)，其中冷却剂分配器管线(45、46)被集成到所述两个纵向框架梁(42a、42b)中并且被流体连接到所述冷却剂管(31)。
10.根据权利要求1所述的电池系统(400)，其中所述电池子模块(100)包括含彼此并联电连接的二次电池单元(10)的多个束，以及
其中所述多个束彼此串联电连接。
11.根据权利要求1所述的电池系统(400)，其中所述电池模块(200)的所述电池子模块(100)的每个中的所述二次电池单元(10)沿着与所述横梁(30)的长度方向平行的长度方向布置。
12.根据权利要求1所述的电池系统(400)，所述电池模块(200)的电池子模块(100)的每个包括所述二次电池单元(10)的至少一个叠层，以及
其中所述叠层的每个具有平行于所述横梁(30)的长度方向的堆叠方向。
13.根据权利要求1所述的电池系统(400)，其中所述电池子模块(100)的每个包括第一侧表面(16)以及比所述第一侧表面(16)更短的第二侧表面(17)，以及
其中所述电池子模块(100)的每个的所述第一侧表面(16)中的一个与所述横梁(30)热接触。
14.根据权利要求1所述的电池系统(400)，还包括具有框架和机械连接到所述框架的地板(41)的外壳，所述框架包括两个纵向框架梁(42a、42b)和两个框架横梁(43a、43b)，其中所述两个纵向框架梁(42a、42b)包括第一纵向框架梁(42a)和第二纵向框架梁(42b)，以及其中所述横梁(30)机械联接到所述第一纵向框架梁(42a)以及在所述第一纵向框架梁(42a)对面的所述第二纵向框架梁(42b)，以及
其中冷却剂分配器管线(45、46)被集成到所述两个纵向框架梁(42a、42b)中并且被流体连接到所述冷却剂管(31)。
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
HUE064001T2 (hu) 2017-01-04 2024-02-28 Samsung Sdi Co Ltd Akkukmulátorrendszer
WO2018128404A1 (ko) * 2017-01-05 2018-07-12 삼성에스디아이 주식회사 차체 부품, 그 차체 부품과 통합되어 형성된 차량용 전지시스템 및 이를 포함하는 통합 전지시스템 차량
DE102017101274A1 (de) * 2017-01-24 2018-07-26 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batteriemodule mit einer Mehrzahl Submodule
US10293747B2 (en) * 2017-09-22 2019-05-21 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for vehicle battery leak detection and mitigation
KR102580847B1 (ko) * 2018-04-26 2023-09-19 에스케이온 주식회사 배터리 랙
EP3584877A1 (en) * 2018-05-16 2019-12-25 Samsung SDI Co., Ltd. Battery pack comprising a frame profile with integral coolant circuit elements
US20200052260A1 (en) * 2018-08-09 2020-02-13 Tiveni MergeCo Inc. Battery module with foil arranged between battery cells
KR102646854B1 (ko) 2018-10-19 2024-03-11 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈
KR102640327B1 (ko) * 2018-10-19 2024-02-22 삼성에스디아이 주식회사 배터리의 대형 모듈
KR102646853B1 (ko) * 2018-10-19 2024-03-11 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈
KR102640328B1 (ko) * 2018-10-19 2024-02-22 삼성에스디아이 주식회사 배터리의 대형 모듈
KR20200044582A (ko) * 2018-10-19 2020-04-29 삼성에스디아이 주식회사 배터리의 대형 모듈
KR102640329B1 (ko) * 2018-10-19 2024-02-22 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈
DE102018218216A1 (de) 2018-10-24 2020-04-30 Mahle International Gmbh Akkumulatoranordnung
CN109411685B (zh) * 2018-10-31 2022-03-15 广州小鹏汽车科技有限公司 一种动力电池的高压电连接结构及动力电池
CN112997351A (zh) * 2018-11-13 2021-06-18 瑞伟安知识产权控股有限公司 具有挤制铝材结构构件的模块化电动车辆电池组框架
CN209249578U (zh) * 2018-12-30 2019-08-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池模块及电池包
JP7151493B2 (ja) * 2019-01-15 2022-10-12 トヨタ自動車株式会社 電池装置
DE102019201077A1 (de) * 2019-01-29 2020-07-30 Audi Ag Batteriemontageverfahren zum Bereitstellen einer Batterieanordnung und Batterieanordnung
FR3095379B1 (fr) 2019-04-23 2022-01-14 Psa Automobiles Sa Batterie a unite de contrôle integree dans une poutre structurante
US11367908B2 (en) * 2019-11-21 2022-06-21 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Battery modules, a battery pack, and a method for replacing the battery modules
KR20210122509A (ko) * 2020-04-01 2021-10-12 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
DE102020204584A1 (de) 2020-04-09 2021-10-14 Mahle International Gmbh Batterie für ein batteriebetriebenes Kraftfahrzeug
DE102020204637A1 (de) * 2020-04-09 2021-10-14 Mahle International Gmbh Batterie
KR20220060715A (ko) * 2020-11-05 2022-05-12 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR20220072887A (ko) * 2020-11-23 2022-06-03 주식회사 엘지에너지솔루션 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
EP4170776A1 (en) 2021-10-19 2023-04-26 Samsung SDI Co., Ltd. A battery module, a battery pack, an electric vehicle, a bmm carrier, a bmm arrangement and a method for assembling a battery module
EP4170788A1 (en) 2021-10-20 2023-04-26 Samsung SDI Co., Ltd. Battery frame, battery pack, electric vehicle, method of assembling a battery frame, and method of assembling a battery pack
DE102022104569A1 (de) 2022-02-25 2023-08-31 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Traktionsbatterie-Fahrzeugboden
KR20230157648A (ko) * 2022-05-10 2023-11-17 주식회사 엘지에너지솔루션 가볍고 강성이 향상된 전지모듈 하우징 및 이를 포함하는 전지팩
CN217334313U (zh) * 2022-05-23 2022-08-30 宁德时代新能源科技股份有限公司 箱体组件、电池和用电设备
WO2024015395A1 (en) * 2022-07-12 2024-01-18 Paccar Inc Vent protection for modular and scalable battery packs
WO2024044269A1 (en) * 2022-08-23 2024-02-29 Form Energy, Inc. Construction of battery module and systems interfaces for metal-air batteries

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070087266A1 (en) * 2005-10-18 2007-04-19 Debbi Bourke Modular battery system
JP5272610B2 (ja) 2008-09-24 2013-08-28 株式会社デンソー 車載用電池装置
US8557416B2 (en) * 2009-04-22 2013-10-15 Tesla Motors, Inc. Battery pack directed venting system
DE102009040197A1 (de) * 2009-09-07 2011-03-10 Behr Gmbh & Co. Kg Modularer Batterieaufbau
JP2011065794A (ja) 2009-09-16 2011-03-31 Toshiba Corp 二次電池モジュール
JP2011198688A (ja) * 2010-03-23 2011-10-06 Aisin Seiki Co Ltd 車両用電池トレーおよびこれを備えた車両用電池装置
CN104025371B (zh) * 2011-10-01 2016-12-14 马亨德拉雷瓦电动汽车私人有限公司 电源盒系统及其通风系统
KR20130068984A (ko) * 2011-12-16 2013-06-26 (주)브이이엔에스 전기 자동차의 배터리 냉각 시스템
KR101709562B1 (ko) 2013-07-31 2017-03-08 주식회사 엘지화학 전지모듈 어셈블리
US10347883B2 (en) 2013-09-30 2019-07-09 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Battery-affixing frame member, battery-affixing member, and electricity storage device
KR101802865B1 (ko) * 2014-08-04 2017-11-29 주식회사 엘지화학 배터리 보호 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
CN204011533U (zh) * 2014-08-06 2014-12-10 广州明美电子有限公司 一种大功率的圆柱形电池组
CN205264774U (zh) * 2015-12-22 2016-05-25 广州汽车集团股份有限公司 电池模组

Also Published As

Publication number Publication date
KR102029407B1 (ko) 2019-10-07
US10811645B2 (en) 2020-10-20
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