CN107799706A - 电池系统 - Google Patents

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彼得·图则
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Abstract

一种包括电池单元的电池系统。该电池单元限定近端和远端，其中近端是正极端子，并且远端是负极端子。第一汇流条耦接到近端，并且第二汇流条耦接到远端以补全电路。第一能量传递导管运送冷却和/或加热电池单元的流体。第一汇流条或第二汇流条耦接到第一冷却导管。

Description

电池系统
相关申请的交叉引用
本申请是2016年9月7日提交的美国临时申请No.62/384,298的非临时案并要求该临时申请的优先权，其全部内容出于所有目的以引用方式并入本文。
技术领域
本发明总体涉及一种电池系统。
背景技术
本部分旨在向读者介绍可能与以下描述和/或要求保护的本发明的各个方面相关的领域的各个方面。相信这种讨论有助于为读者提供背景信息以有助于更好地理解本发明的各个方面。因此，应当理解，这些陈述将从这个角度进行解读，而不是现有技术的承认。
随着社会越来越关注碳排放和可持续/可再生能源，电动车辆越来越受欢迎。电动车辆使用存储在一个或多个电池中的电力进行操作。在操作期间，存储的电能被可控地释放以驱动电动机。电动机将电能转换成机械能，从而推动车辆。电动车辆利用开关控制来自电池的电力流动。当电池释放电力时，电池的内电阻产生热量。
发明内容
以下讨论的实施例包括用于电动车辆的电池系统。电池系统包括耦接到相应的正极和负极电池单元端子的第一汇流条和第二汇流条。第一汇流条和第二汇流条在放电期间使电力从电池单元流出，并且在充电期间使电力流向电池单元。一个或多个能量传递导管耦接到第一汇流条和/或第二汇流条。这些能量传递导管运送流体，所述流体能够将能量传递到第一汇流条和第二汇流条以及电池和/或从第一汇流条和第二汇流条以及电池传递能量。例如，流过能量传递导管的流体可以通过移除热能来冷却汇流条。同样地，流过能量传递导管的流体也可以加热汇流条和/或电池单元。因此，电池系统可以调节电池单元的温度以有助于电池性能。
附图说明
当参考附图阅读以下具体实施方式时，将更好地理解本发明的各种特征、方面和优点，其中相同的符号在所有附图中表示相同的部件，其中：
图1是具有动力传动系统和电池系统的电动车辆的实施例的立体图；
图2是电动车辆电池系统的实施例的立体图；
图3是图2的剖切线3-3内的多个电池单元的实施例的侧视图；
图4是图3的剖切线4-4内的电池单元的实施例的截面图；
图5是多个电池单元的实施例的侧视图；
图6是沿着剖切线6-6的汇流条的实施例的横截面图；
图7是图5的剖切线7-7内的电池单元的实施例的截面图；
图8是多个电池单元的实施例的侧视图；
图9是冷却板的立体图；
图10是具有电池单元的冷却板的立体图；并且
图11是图8的剖切线11-11内的电池单元的实施例的截面图。
具体实施方式
下文将描述本发明的一个或多个具体实施例。这些实施例仅仅是本发明的示例。此外，为了提供这些示例性实施例的简明描述，可能不会在说明书中描述实际实施方案的所有特征。应当理解，在任何这种实际实施方案的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多专门针对实施方案的决策来实现开发者的具体目标，例如遵守与系统相关的和与商业相关的约束条件，一个实施方案可以与另一实施方案不同。此外，应当理解，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本发明的一般技术人员而言，这将是设计、加工和制造的常规工作。
图1是电动车辆2的立体图。电动车辆2包括动力传动系统4，该动力传动系统可以包括前动力传动系6和/或后动力传动系8。在包括前动力传动系6和后动力传动系8的实施例中，前动力传动系6驱动前轮，而后动力传动系8驱动后轮。动力传动系统4由电池系统10供电，该电池系统为动力传动系统4中的电动机提供电力。电池系统10还可以为诸如显示器、气候控制系统、扬声器、无线电等的各种车载系统供电。
图2是电池系统10的实施例的立体图。电池系统10包括将电池系统10电连接到车辆2的各种连接器，而各种接触器控制从电池系统10释放电力。
如图所示，电池系统10包括具有第一电池壳体构件14和第二电池壳体构件16的壳体12。第一电池壳体构件和第二电池壳体构件14、16可以各种方式——包括螺纹紧固件、焊接等等——耦接在一起，以形成壳体12。电池壳体12容纳各种部件，包括电池单元18(例如，1个、2个、3个、4个、5个、10个、15个或更多的电池单元)、接触器20、连接器22、电线、传感器等，它们一起工作以将电池单元18中存储的电能连接到各种车辆系统(例如，AC压缩机、电动机、加热系统)，以及为电池单元18再充电以供将来使用。
电池壳体12可包括可以整体形成到壳体12中的部段/部分。这些部段/部分可以在壳体12内形成用于各种电气部件的子壳体/隔室。如图所示，壳体12包括整体的壳体/隔室24、26。这些壳体/隔室24、26位于电池系统10的相应端部28、30处。通过将壳体/隔室24、26定位在壳体12的相应端部28、30处，壳体12可以有助于将电池系统10连接到电动车辆2的各种系统上。然而，在一些实施例中，壳体/隔室24、26可以定位在壳体12上的其它位置(例如，中心、侧面)上。
如上所述，电池单元18可以在20℃至35℃之间最佳地操作。高于或低于此范围的温度可能会对电池单元18的操作产生负面影响。例如，如果电池单元18在高温下操作，那么升高的温度可能会减少电池单元18的使用寿命(即，可能会更快地丧失保持电荷的能力)。相反，如果电池单元18在低温下操作，那么电阻增加，这可能会降低性能。
为了调节电池单元18的温度并提高性能，车辆2可以包括温度控制系统32。在操作中，温度控制系统32通过泵送流体34使其通过壳体12来调节电池单元18的温度。流体34可以包括水、冷却剂、油或其组合。流体34用一个或多个泵36泵送通过壳体12中的入口38。在壳体12内部，流体34循环以加热或冷却电池单元18(即，调节电池单元18的温度)。在通过壳体12之后，流体34通过出口40离开。为了加热或冷却流体34，流体34通过一个或多个热交换器42。热交换器42可以位于沿着流体流路的各个点。例如，热交换器42可以定位成在流体流进入泵36之前与流体流交换能量(例如，加热或冷却)。在另一实施例中，热交换器42可以在流体34离开泵36之后与其交换能量。在一些实施例中，温度控制系统32可以包括两个热交换器42，一个热交换器在流体流进入泵36之前与流体流交换能量，另一热交换器在流体流离开泵36之后与流体流交换能量。
温度控制系统32通过利用控制器44控制泵36的速度来控制流过壳体12的流体34的量。在一些实施例中，控制器44可单独控制一个或多个阀或与泵36组合来调节流体34的流动。控制器44包括执行存储在一个或多个存储器48上的指令以控制泵36的操作的一个或多个处理器46。在一些实施例中，控制器44还可以控制热交换器42的操作。例如，控制器44可以控制阀的操作以增加或限制另一流体通过热交换器42的流动。在一些实施例中，控制器44可以从温度传感器50接收表示电池单元温度的信号。温度控制系统32可以包括多个温度传感器50(例如，1个、2个、3个、4个、5个或更多个)，从而能够进行电池单元18的定向监测和冗余监测。响应于来自温度传感器50的信号，控制器44控制泵的速度以增加或减少流体34通过壳体12的流动。更快的流体流动可导致进入或离开流体34的能量传递的增加以冷却或加热电池单元18。
图3是图2的剖切线3-3内的多个电池单元的实施例的侧视图。如图所示，电池单元18可以是圆柱形的，并且在相对端部60、62处形成正极端子和负极端子。应当注意，电池单元18也可以形成为其它形状。在一些实施例中，正极端子位于电池单元端部60处，而负极端子位于电池单元端部62处。在另一实施例中，正极端子与负极端子的位置可以是相反的，即正极端子位于端部62处且负极端子位于端部60处。为了补全电路，正极端子和负极端子耦接到相应的第一汇流条64和第二汇流条66。汇流条64、66由导电材料制成，例如铝、铜、镍涂覆钢或其组合。在操作中，汇流条将电池单元18电耦接在一起，使得电池系统10能够在释放电力之前组合电池单元18的电力。在一些实施例中，可以有多于两个的汇流条，这些汇流条将单个电池单元18和/或电池单元18组连接在一起。
当电池从电池单元18释放电力时，电池单元18的内电阻、汇流条64、66的电阻、壳体12周围的环境温度增加了电池单元18的温度。当电池单元18的温度增加到高于阈值水平时，电池性能可能降低。类似地，如果电池单元18的温度下降到低于阈值温度，那么电池性能也可能降低。因此，电池系统10包括一个或多个能量传递导管68(例如，1个、2个、3个、4个、5个等)。这些能量传递导管68运送流体34，流体34可以通过从电池单元18移除热量或加热电池单元18来加热和/或冷却电池系统10。
导管68可以耦接到汇流条64、66中的一个或两个。例如，在一些实施例中，电池系统10可以包括耦接到汇流条64的单个能量传递导管68。在另一实施例中，电池系统10可以包括耦接到汇流条66的单个能量传递导管68。在一些实施例中，单个能量传递导管68可以耦接到汇流条64、66。在另一实施例中，每个汇流条64、66可以包括多个能量传递导管68。这些能量传递导管68可以与汇流条64、66整体地形成或以其它方式(例如，焊接)耦接到汇流条64、66。当形成或耦接时，能量传递导管68形成突起部。
如图所示，汇流条64限定内表面70和外表面72。汇流条66同样限定内表面74和外表面76。能量传递导管68可以耦接到内表面70、74和/或耦接到外表面72、76。在能量传递导管68耦接到外表面72、76的实施例中，电池单元18可以更密集地封装，而具有耦接到内表面70、74的导管的实施例可以减小电池系统10的总厚度。为了增加从电池单元18到能量传递导管68的能量传递，汇流条64、66的内表面70、74可以涂覆有导热树脂或层，其增加到汇流条64、66的能量传递，所述汇流条64、66进而将能量传递到能量传递导管68或从能量传递导管68传递能量。树脂可以包括任何期望的树脂。
图4是图3的剖切线4-4内的电池单元的实施例的截面图。如图所示，能量传递导管68耦接到汇流条66的内表面74。在该位置，能量传递导管68可以在电池单元18之间迂回行进，以有助于从电池单元18的能量传递并减小电池系统10的总厚度。在一些实施例中，能量传递导管68可以限定矩形或正方形的横截面。然而，在一些实施例中，能量传递导管68的横截面可以是半圆形、梯形等。为了减小能量传递导管68所占据的空间，长度90可以大于宽度92。这使得能量传递导管在汇流条64与汇流条66之间进一步延伸，以及增加了暴露于电池单元18的表面积。长度90可以是任何期望的长度，并且宽度92可以是任何期望的宽度。在一些实施例中，能量传递导管的外表面94可以涂覆以导热树脂或涂层96，该导热树脂或涂层有助于从电池单元18到能量传递导管68中运送的流体34的能量传递。
图5是耦接到汇流条64、66的多个电池单元18的实施例的侧视图。代替耦接到汇流条64、66的外表面的能量传递导管68，能量传递导管68可以延伸穿过汇流条64、66。以这种方式，汇流条64、66可以具有均匀的宽度120、122。如图所示，汇流条64、66可以具有相同的宽度120、122，但是在其它实施例中，汇流条64、66中的一个可以具有比汇流条64、66中的另一个更大的宽度120、122。通过增加汇流条64、66中的一个的厚度可容纳更大的能量传递导管68。例如，上部汇流条(例如，汇流条64、66中的任一个，取决于取向)可以具有较大的宽度以容纳更大的能量传递导管68(例如，宽度)。
图6是沿着剖切线6-6的汇流条64、66的实施例的横截面图。如图所示，能量传递导管68可以在汇流条64、66内迂回行进。然而，在其它实施例中，可以有多个导管68以规则或不规则的间隔(例如，直的、成角度的)延伸穿过汇流条64、66。这些导管68可以彼此隔开，或者辅助导管可以将它们流体连接在一起。在另一实施例中，导管68可基本上延伸过汇流条64、66的侧面140与142之间的整个距离。
图7是图5的剖切线7-7内的电池单元的实施例的截面图。在图7中，导热层160(例如，树脂)可以设置在汇流条64、66的全部或一部分上，以有助于从电池单元18到汇流条64、66的能量传递，汇流条64、66将能量传递到流体34。导热层160可以是任何期望的厚度。导热层160可以由任何期望的材料制成。此外，在一些实施例中，导热层160也可以是导电的，使得层160能够有助于电连接到汇流条64、66。
图8是多个电池单元18的实施例的侧视图。在图8中，两个汇流条64、66定位在电池单元18的同一侧上。即，电池单元18的正极端子和负极端子都定位在同一端部(即，端部60或62)处。在该示例中，汇流条64、66紧挨着电池单元18的端部60定位。在相对侧62上，电池系统10包括具有一个或多个能量传递导管68的能量传递板170。在一些实施例中，能量传递导管68可以在汇流条64、66内迂回行进(例如，呈蛇形)。然而，在其它实施例中，可以有多个导管68，这些导管以规则或不规则的间隔延伸穿过能量传递板170。这些导管68(例如，主导管)可以彼此隔开，或者辅助导管可以将导管68流体地连接在一起。在另一实施例中，导管68可以是基本上延伸过板170的整个长度和宽度的腔室。
在操作中，流体循环通过能量传递板170，将热量抽吸或递送到电池单元18，使得电池单元18能够在一温度范围(例如，最佳温度范围)内操作。在一些实施例中，能量传递板170可以包括导热树脂或涂层160，该导热树脂或涂层有助于从电池单元18到能量传递板170以及由此到流体34的能量传递。在一些实施例中，能量传递板170可以限定接收电池单元18的端部62的一个或多个沉孔172。沉孔172可具有足够的深度以耦接到电池单元18并使其稳定。沉孔172的深度还可以通过增加能量传递板170与电池单元18之间的接触面积而有助于能量传递。
第一汇流条64和第二汇流条66利用一个或多个介电材料层176彼此电绝缘。介电层176可以包括任何期望的材料。虽然介电层176是不导电的，但介电层176可以是导热的，使得实现汇流条64、66、电池单元18与能量传递板170之间的热传递。介电层176限定多个孔178并且第一汇流条64限定多个孔180。这些孔178和180使得第二汇流条66上的突起部182能够通过介电层176和第一汇流条64接触电池单元18。取决于电池单元18的构造，突起部182可以接触正极或负极端子，而第一汇流条64接触相对端子。电池单元18包括第一端子184和第二端子186，这些端子可以是正极端子或负极端子，这取决于电池单元18的构造。如图所示，第二汇流条66利用突起部182电接触第一端子184，而第一汇流条64接触第二端子186。
图9是能量传递板170的立体图。如上所述，能量传递板170包括接收相应电池单元18的多个沉孔172。这些沉孔172可以具有相同的深度和面积。在其它实施例中，沉孔172可以具有不同的深度和/或不同的面积以容纳不同尺寸的电池单元18。
图10是具有电池单元18的能量传递板170的立体图。如图所示，电池单元18装配在能量传递板170的沉孔172内。这些沉孔172使得电池单元18能够被密集地封装同时还使电池单元18对齐并支撑电池单元18。
图11是图8的剖切线11-11内的电池单元18的实施例的截面图。在一些实施例中，介电层176还可以通过包括一个或多个运送流体34的能量传递导管68来有助于能量传递。类似于上面的讨论，能量传递导管68可以在介电层176内迂回行进(例如，呈蛇形)。然而，在其它实施例中，可以有多个导管68以规则或不规则的间隔延伸穿过介电层176。这些导管68(例如，主导管)可以彼此隔开，或者辅助导管可以将导管68流体地连接在一起。在另一实施例中，导管68可以是基本上延伸过板170的整个长度和宽度的腔室。
此外，应当理解，本文公开的特征和元件的任何可行的组合也被认为是公开的。另外，任何时候都不关于本发明的实施例讨论特征，因此本领域技术人员注意到，本发明的一些实施例可以隐含地和具体地排除这些特征，从而为否定式权利要求限制提供支持。
已经描述了几个实施例，本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神的情况下，可以使用各种修改、替代构造和等效物。另外，为了避免不必要地模糊本发明，尚未描述许多众所周知的过程和元件。因此，上述描述不应被认为是限制本发明的范围。

Claims (22)

1.一种电池系统，包括：
电池单元，其中所述电池单元包括近端和远端，并且其中所述近端是正极端子，并且所述远端是负极端子；
耦接到所述近端的第一汇流条，其中所述第一汇流条构造成补全电路；
耦接到所述远端的第二汇流条，其中所述第二汇流条构造成补全所述电路；
构造成接收冷却和/或加热所述电池单元的流体的第一能量传递导管；并且
其中所述第一汇流条或所述第二汇流条耦接到所述第一能量传递导管。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述第一汇流条限定第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，并且其中所述第一侧耦接到所述电池单元的所述近端。
3.根据权利要求2所述的电池系统，其中所述第一能量传递导管耦接到所述第一汇流条的所述第一侧。
4.根据权利要求2所述的电池系统，其中所述第一能量传递导管耦接到所述第一汇流条的所述第二侧。
5.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述第二汇流条限定第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，并且其中所述第一侧耦接到所述电池单元的所述远端。
6.根据权利要求5所述的电池系统，其中所述第一能量传递导管耦接到所述第二汇流条的所述第一侧。
7.根据权利要求5所述的电池系统，其中所述第一能量传递导管耦接到所述第二汇流条的所述第二侧。
8.根据权利要求1所述的电池系统，包括第二能量传递导管，其中所述第一能量传递导管耦接到所述第一汇流条，并且所述第二能量传递导管耦接到所述第二汇流条。
9.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述第一汇流条和第二汇流条包括铜、铝或涂覆有镍层的钢。
10.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述第一汇流条和第二汇流条包括导热但电阻性的树脂层，其中所述树脂有助于从所述电池单元到所述第一汇流条和第二汇流条的热传递。
11.一种电池系统，包括：
电池单元，其中所述电池单元包括近端和远端，并且其中所述近端是正极端子，并且所述远端是负极端子；
耦接到所述近端的第一汇流条，其中所述第一汇流条构造成补全电路；
耦接到所述远端的第二汇流条，其中所述第二汇流条构造成补全所述电路；
构造成接收冷却和/或加热所述电池单元的流体的第一能量传递导管；并且
其中所述第一汇流条或所述第二汇流条包括所述第一能量传递导管。
12.根据权利要求11所述的电池系统，其中所述第一汇流条限定第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，并且其中所述第一侧耦接到所述电池单元的所述近端。
13.根据权利要求12所述的电池系统，其中所述第一能量传递导管穿过所述第一汇流条并且在所述第一汇流条的所述第一侧与所述第二侧之间。
14.根据权利要求13所述的电池系统，其中所述第一汇流条是平坦的。
15.根据权利要求11所述的电池系统，其中所述第二汇流条限定第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，并且其中所述第一侧耦接到所述电池单元的所述远端。
16.根据权利要求15所述的电池系统，其中所述第一能量传递导管穿过所述第一汇流条并且在所述第一汇流条的所述第一侧与所述第二侧之间。
17.根据权利要求16所述的电池系统，其中所述第一汇流条是平坦的。
18.根据权利要求11所述的电池系统，包括第二能量传递导管，其中所述第一汇流条包括所述第一能量传递导管，并且所述第二汇流条包括所述第二能量传递导管。
19.根据权利要求11所述的电池系统，其中所述第一汇流条和第二汇流条包括铜、铝或涂覆有镍层的钢。
20.根据权利要求11所述的电池系统，其中所述第一汇流条和第二汇流条包括导热但电阻性的树脂层，其中所述树脂有助于从所述电池单元到所述第一汇流条和第二汇流条的热传递。
21.一种电池系统，包括权利要求1至10中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。
22.一种电池系统，包括权利要求11至20中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。
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