CN107799707A - 直接位于壳体中的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种可充电电池系统、电池组，以及制造该电池系统和电池组的方法。该可充电电池系统和/或电池组可用于电动车辆。该可充电电池系统和/或电池组可包括布置成一行或多行的多个电池单元、汇流条和壳体。该壳体可包括多个容置器，该容置器可与多个电池单元相接合以固定多个电池单元彼此之间的相对位置。该壳体限定与多个容置器热连接的冷却导管。

Description

直接位于壳体中的冷却系统
相关申请的交叉引用
本申请是提交于2016年9月7日的美国临时申请号62/384,298的非临时申请，并要求其优先权，其全部内容出于所有目的以引用方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种直接位于壳体中的冷却系统。
背景技术
电动车辆使用由储存在可充电电池组中的电能来供电的一个或多个电动机。通常选择锂基电池是由于它们的高功率和能量密度。为了保证电动车辆有效并安全地运行，电池组的温度必须维持在限定的最佳温度范围之内。电动车辆的冷却剂系统可物理地延伸至电池组以除去过多的热量，从而增加电池组的使用寿命，并且增大单次充电能够行驶的距离。
随着电动车辆普及，制造工艺的效率将变得更重要。降低制造电池组的成本且同时提高其可靠性和安全性的工艺和装置将是满足客户需求的关键。具体地，需要这样的工艺和装置，其保证单独的电池单元之间的可靠电连接、有效地冷却电池组且有助于将数千个单独的电池单元组装成可在需要时安装和更换的模块化电池组的制造工艺。
发明内容
本公开的方面涉及电池组以及制作和/或制造该电池组的方法，并且本公开的一些方面涉及用于容纳一个或几个电池和/或电池单元的壳体，且具体地涉及包含集成冷却导管的壳体。
本公开的一个方面涉及用于电动车辆的电池组。该电池组可包括布置成一行或多行的多个电池单元。在一些实施例中，多个电池单元中的每一个可包括第一端子和第二端子。电池组可包括：汇流条，该汇流条可将电能传导至多个电池单元中的至少一些电池单元和从多个电池单元中的至少一些电池单元传导电能；以及壳体，该壳体包括多个容置器，该容置器可与多个电池单元相接合以固定多个电池单元彼此之间的相对位置。在一些实施例中，壳体限定与多个容置器热连接的冷却导管。
在一些实施例中，该壳体包括流体连接至壳体的冷却导管的入口和出口。在一些实施例中，该电池组还包括热交换器，其流体连接至冷却导管的入口和出口中的至少一个。在一些实施例中，电池组包括包含在该热交换器和冷却导管之内的冷却流体。在一些实施例中，该冷却流体可以为制冷剂。
在一些实施例中，该壳体包括顶部和底部。在一些实施例中，容置器位于壳体的顶部中，且包括多个杯。在一些实施例中，冷却导管至少部分地绕着容置器延伸。在一些实施例中，壳体为非导电的。在一些实施例中，冷却导管可维持跨过整个壳体的期望的冷却。
本公开的一个方面涉及制造用于电动车辆的电池组的方法。该方法包括将多个电池单元布置成一行或多行。在一些实施例中，该多个电池单元中的每一个包括第一端子和第二端子。该方法包括：定位汇流条，该汇流条可将电能传导至多个电池单元中的至少一些电池单元并从该多个电池单元中的至少一些电池单元传导电能；以及在壳体的多个容置器之内容纳多个电池单元。在一些实施例中，该容置器可与多个电池单元相接合以固定该多个电池单元彼此之间的相对位置。在一些实施例中，壳体限定与多个容置器热连接的冷却导管。
在一些实施例中，壳体包括流体连接至壳体的冷却导管的入口和出口。在一些实施例中，该方法包括将冷却导管的入口和出口流体连接至热交换器。在一些实施例中，该方法包括利用冷却流体来填充热交换器和冷却导管。在一些实施例中，该冷却流体可以为制冷剂。
在一些实施例中，该壳体包括顶部和底部。在一些实施例中，容置器位于壳体的顶部中，且可以为多个杯。在一些实施例中，冷却导管至少部分地绕着容置器延伸。在一些实施例中，壳体为非导电的。在一些实施例中，冷却导管可维持跨过整个壳体的期望的冷却。
附图说明
参照说明书的余下部分和附图可以进一步理解本发明的特性和优点，这些附图中所用的相同附图标记是指相似的部件。在一些情况下，子标签与附图标记相关联以指示多个相似部件中的一个。当提到某个附图标记但没有特别写明已有的子标签时，就是指全部这种多个相似的部件。
图1示出了根据一些实施例的具有可充电电池系统的电动车辆的简化图。
图2示出了根据一些实施例的可在电动车辆中使用的锂基电池。
图3是底部托盘的一个实施例的俯视图。
图4是包括底部托盘的可充电电池系统的一部分的一个实施例的剖视图。
图5是示出了用于制造可充电电池系统的工艺的一个实施例的流程图。
具体实施方式
本文描述的实施例用于提供包括集成汇流条冷却导管的汇流条。集成汇流条冷却导管通过消除对用于冷却汇流条和/或电池组中的电池单元的分离部件的需要来简化电池组的设计。在一些实施例中，汇流条冷却导管可限定一容积，冷却流体例如，举例而言，制冷剂能够流动通过该容积。该冷却流体可为液态、气态或者液态和气态的组合。
在一些实施例中，汇流条冷却导管可被流体连接至冷却系统，该冷却系统可包括例如热交换器。在一些实施例中，冷却系统和/或热交换器可为电池组的一部分，和/或可与电池组分离。
汇流条冷却导管可包括各种形状和尺寸。在一些实施例中，汇流条冷却导管可包括细长通道，其可具有多边形横截面、圆形横截面、半圆形横截面和/或任何其它期望的横截面形状。在一些实施例中，汇流条冷却导管可为直的、弯曲的、呈角度的、之字形、蜿蜒的、圆形等。
图1示出了根据一些实施例的具有可充电电池系统104的电动车辆102的简化图100。可充电电池系统104可由一个或多个电池组106组成。电池组可由多个单独的电池单元组成，多个单独的电池单元经电连接以提供特定的电压/电流至电动车辆102。在一些实施例中，形成电池组的电池单元可被布置成一行或几行电池单元。基于该实施例，电动车辆102可包括同时使用燃料燃烧和储存的电能运行的混合动力车辆，以及完全地由储存的电能运行的全电动车辆。
就尺寸、重量和成本而言，可充电电池系统104代表电动车辆102的主要部件。大量的工作投入到可充电电池系统104的设计和构形，以便在保证车辆乘客安全性的同时最小化(可充电电池系统)在电动车辆102中使用的空间量。在一些电动车辆中，如在图1中所描绘，可充电电池系统104位于乘客室的底板下方。在其它电动车辆中，可充电电池系统104可位于电动车辆的后备箱或引擎罩区域中。
尽管较少数量的较大电池单元可能能效更高，但这些较大电池单元的尺寸和成本过高。此外，较大电池需要电动车辆102中更多连续的空间区段。这防碍了将较大的电池储存在例如如在图1中所描绘的乘客室的底板的位置处。因此，一些实施例使用大量的较小电池单元，它们被耦接在一起，以产生等效于单个较大电池单元的电气特征。较小的电池单元可为例如传统的AA/AAA电池的尺寸，且可组合在一起以形成多个电池组106。每个电池组可包括大量的单独的电池单元。在一个实施例中，700个单独的锂基电池结合在一起以形成单个电池组106a，且可充电电池系统104可包括并联或串联连接的四个电池组106、八个电池组、十个电池组、十六个电池组和/或以此类推，直至满足电动车辆102的电气需求。对于单个电动车辆102，包括在每个电池组106中的单独的电池单元总计可以上千。
在一些实施例中，可充电电池系统104，且具体地，电池组106中的一个或几个可被连接至热交换器108，该热交换器可以为冷却系统110的一部分。在一些实施例中，冷却系统110可为可充电电池系统104的一部分，且在一些实施例中，冷却系统110可与可充电电池系统104分离。冷却系统110可包括连接管线112，该连接管线可将热交换器108流体连接至电池组106中的一个或几个。连接管线112可包括进入口管线114和排出口管线116。进入口管线114可将冷却流体，例如制冷剂，输送至可充电电池系统104和/或一个或几个电池组106。在一些实施例中，冷却流体可包含在冷却系统110中、包含在可充电电池系统104中和/或包含在一个或几个电池组106中。
图2示出了根据一些实施例的可在电动车辆中使用的锂基电池202的示意图200。如本文所使用，术语“电池”、“单元”以及“电池单元”可被互换地使用以指代在电池系统中使用的任何类型的单独的电池元件。本文描述的电池典型地包括锂基电池，但还可包括各种化学物质和配置，包括磷酸铁、金属氧化物、锂离子聚合物、镍金属氢化物、镍镉、镍基电池(氢、锌、镉等)以及任何与电动车辆兼容的其它类型的电池。例如，一些实施例可使用来自的6831NCR 18650电池单元，或者具有6.5cm x1.8cm形状因数并近似45g的18650的一些变型，或者7cm x2cm的形状因数的20700，或者7cm x2.1cm的形状因数的21700，或者其它期望的形状因数的一些变型。电池202可具有至少两个端子。在一些实施例中，正极端子204可位于电池202的顶部，且负极端子206可位于电池202的相对底部侧。在一些实施例中，正极端子204和负极端子206中的每一个可位于电池的相同侧，使得例如如在图2中所示，其中正极端子204为圆形端子且负极端子206为绕着正极端子204延伸的环形端子。
在一些实施例中，其中，电池单元202的端子204、206位于不同侧，形成电池组106的电池单元中的一些或全部可以以相同的方向定向。换句话说，单独电池单元中的每一个的正极端子相对于电池组朝向向上方向，并且负极端子中的每一个朝向向下方向。在其它实施例中，情况并非如此，其中，电池单元202的端子204、206位于不同侧。单独电池单元的交替行可定向在相反方向上，以使得第一行的正极端子定向在向上方向上，且第二行的正极端子定向在向下方向上。用于单独电池单元的定向模式可改变而不受限制。例如，一行中的每隔一个电池单元定向在相反方向上。在一些实施例中，电池组的一半可具有定向在一个方向上的电池单元，而电池组的另一半具有定向在相反方向上的电池单元。在这些情况中的任意情况下，可能需要在定向在相反方向上的电池之间或在定向在相同方向上的电池之间建立连接。
为了在电池单元之间进行电连接，可使用汇流条。如本文使用，术语“汇流条”指代连接至多个单独的电池单元端子以便将电力从单独的电池单元传输至电动车辆的电气系统的任何金属导体。在一些实施例中，汇流条可包括位于电池组的顶部或底部上的扁平金属片。在一些实施例中，金属片可覆盖电池组的整个顶部或底部，而在其它实施例中，汇流条可包括长度大于宽度的条带，以与单行电池单元接口连接。
图3是示例性底部托盘300的一个实施例的俯视图，本文也称作为底部载体300、底部电池单元保持器300或壳体300。底部托盘300可包括各种形状和尺寸，且可由各种材料制成。在一些实施例中，底部托盘300可由一种或几种耐腐蚀材料制成，且该耐腐蚀性材料可具有一种或几种期望的传热性能。在一些实施例中，底部托盘300可由导电的材料制成，而在一些实施例中，底部托盘300可由非导电的材料制成。
底部托盘300可包括多个容置器302。多个容置器302可包括各种形状和尺寸。在一些实施例中，多个容置器302每个可包括杯或可呈杯状。在一些实施例中，多个容置器302中的每一个可限定一容积，该容积例如可为柱状，例如，圆柱状、矩形柱状、三角形柱状等。
多个容置器302可被配置成用于容纳并保持电池单元(例如锂电池202)的一部分。因而，在一些实施例中，其中，容置器被配置成容纳并保持锂电池202，该容置器302的尺寸和形状可被设计成牢固地容纳电池202的侧边中的一个，例如，举例而言，电池202的底部208或电池的顶部210。在一些实施例中，容置器302可被配置成与多个电池单元相接合以固定多个电池单元彼此之间的相对位置。在一些实施例中，容置器302的尺寸可被设计成以便接触电池单元(例如锂电池202)的部分，当电池单元被容纳在容置器中时，促进从电池单元到底部托盘300的热量传输。
底部托盘300可包括：进入口306，本文也称作为入口306；以及排出口308，本文也称作为出口308。底部托盘300可包括一个或几个内部通道，本文也称作为一个或几个流体导管或冷却导管，其能够流体连接进入口306和排出口308，以使得冷却流体可经由进入口306流进底部托盘300，并可经由排出口308流出底部托盘300。
底部托盘300内的一个或几个内部通道可包括各种形状和尺寸。在一些实施例中，一个或几个冷却导管可与多个容置器热连接。在一些实施例中，可以基于底部托盘300所期望的冷却来选择冷却导管的尺寸和/或形状。因而，在期望较大冷却的实施例中，冷却导管的尺寸和/或形状可被设计成允许较大体积的冷却流体的流通，和/或其尺寸和/或形状可被设计成将冷却流体输送至接近底部托盘300的较大部分。在一些实施例中，冷却导管可从入口306线性地延伸至出口308，而在一些实施例中，冷却导管可从入口306非线性地延伸至出口308。
图4是包括保持多个电池单元400的底部托盘300的可充电电池系统104的一个实施例的透视剖视图，该电池单元可为例如锂基电池202。电池托盘300具有顶部402和底部404。如图4所示，容置器302可位于底部托盘300的顶部402中，且可朝向电池托盘300的底部404延伸。还如图4所示，容置器可包括底部406和壁408，在一些实施例中，该壁可以为圆周壁408。在一些实施例中，并且如图4所示，电池单元400的一部分延伸进容置器302中并抵靠容置器302的底部406和壁408。
如图4所示，底部托盘300包括可限定容积412的冷却导管410。容积412和/或冷却导管410可从底部托盘的入口306延伸至底部托盘300的出口308。在一些实施例中，冷却导管410和/或容积412可绕着容置器302中的一些或全部完全地或部分地延伸。
在一些实施例中，容积412可包含冷却流体的全部或部分，该冷却流体包括制冷剂。因而，在一些实施例中，冷却流体和/或制冷剂可包含在冷却系统110中，该冷却系统可包括热交换器108和/或冷却导管410和/或内部容积412。在一些实施例中，冷却导管410和/或容积412的尺寸、形状可被设计成，和/或可被配置成用于维持期望的温度、热交换和/或跨过底部托盘300的全部或部分的冷却。
在一些实施例中，一个或几个电池单元400可另外地接触汇流条414。在一些实施例中，汇流条414可在电池单元400的另一部分(除由底部托盘300接触的外)处接触一个或几个电池单元400。在一些实施例中，汇流条414可为导电的，且可连接电池单元400的端子中的一些或全部。
图5为示出了用于制造可充电电池系统104的工艺500的一个实施例的流程图，该工艺500可包括，例如，用于制造一个或几个电池组106的工艺。该工艺开始于框502处，且可包括将多个电池单元布置成一行或多行。
在一些实施例中，多个电池单元中的每一个可包括第一端子和第二端子。例如，每个电池单元可包括定向在每个单独电池单元的相同侧或相对侧上的正极端子和负极端子。多个电池单元可包括电池单元的子集，其中第一端子定向在电池组中相同的方向上。例如，电池组中的一行电池单元可形成电池单元的所述子集。该行中的每个电池单元可被定向成使得正极端子相对于电池组面朝上，并且负极端子相对于电池组面朝下。
或者，在一些实施例中，全部电池单元可定向在相同的方向上，以使得全部电池单元的正极端子相对于电池组面朝上。在实施例中，其中正极端子和负极端子均位于电池的相同侧上，然后，在这种配置中，负极端子同样地相对于电池组向面朝上。
工艺500还可包括将电池单元连接至底部托盘300。在一些实施例中，这可包括将电池单元嵌入底部托盘300的容置器302中，且具体地，将每个电池单元嵌入底部托盘300的容置器302中的唯一的一个中。在一些实施例中，电池单元可被嵌入底部托盘300的容置器302中，以便从框502维持它们的定向和/或布置；并且在一些实施例中，可以通过将电池单元连接至底部托盘300来执行框502的步骤。
在一些实施例中，将电池单元连接至底部托盘还可包括将电池单元连接至汇流条414，且具体地为将电池单元的端子中的一个或多个电连接至汇流条414。在一些实施例中，这可包括将电池单元的一些或全部端子连接至汇流条414的一个或几个触点。
如在框506中所示，工艺500还可包括将底部托盘300且具体地为冷却导管410，与冷却系统流体连接。在一些实施例中，将底部托盘300且具体的为冷却导管410与冷却系统流体连接可包括将底部托盘300且具体地为冷却导管410与热交换器流体连接。在一些实施例中，将底部托盘300和冷却系统流体连接可包括：经由连接管线且具体地经由进入口管线和/或经由排出口管线，将底部托盘300且具体地为冷却导管410连接至冷却系统。在一些实施例中，例如，将进入口管线连接至冷却导管的入口，和/或将排出口管线连接至冷却导管的出口。
工艺500还可包括利用冷却流体填充冷却系统和冷却导管，且冷却流体可以为制冷剂。在一些实施例中，利用冷却流体填充冷却系统和冷却导管可包括利用冷却流体填充热交换器。在一些实施例中，冷却系统可被配置成使冷却流体循环通过冷却导管，以维持底部托盘300和/或电池单元中的期望的温度。
应当理解的是，在图5中示出的具体步骤提供特定的方法，该方法提供根据本发明的各个实施例的用于电动车辆的可充电电池系统和/或电池组。根据可选的实施例，还可执行其它的步骤顺序。例如，本发明的可选实施例可以以不同的次序执行上述步骤。另外，在图5中示出的单独的步骤可包括多个子步骤，其可以以适合于该单独的步骤的各种顺序执行。此外，基于特定应用，可增加或除去附加的步骤。本领域普通技术人员将意识到许多变型、修改和替换。
在前述描述中，出于解释的目的，阐述了大量具体细节，以便提供对本发明的各种实施例的彻底理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是可以在没有这些具体细节中的一些细节的情况下实践本发明的实施例。在其它情况下，以框图形式示出了公知的结构和装置。
前述描述仅仅提供了示例性实施例，且并不意于限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前述示例性实施例的描述将向本领域技术人员提供用于实施示例性实施例的可实现性描述。应当理解的是，在不脱离如在所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可对元件的功能和布置作出各种变化。
在前述描述中给出了具体细节，以提供实施例的彻底理解。然而，本领域普通技术人员将理解的是可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。例如，电路、系统、网络、过程和其它部件可以被示出成为框图形式的部件以免不必要的细节混淆实施例。在其它情况下，可示出公知的电路、过程、算法、结构和技术而无需不必要的细节以免混淆实施例。
另外，注意到，单独的实施例可被描述为过程，其可被描绘为流程表、流程图、数据流程图、结构图或方框图。尽管流程图可能已经将操作描述为顺序过程，但许多操作可以并行地或同时地执行。此外，操作的次序可被重新排列。当过程的操作完成时，该过程被终止，但可具有未包括在图中的附加步骤。过程可对应于方法、函数、程序、子例程、子程序等。当过程对应于函数，其终止可对应于将函数返回至调用函数或主函数。
在前述说明中，参考本发明的具体实施例进行描述了本发明的方面，但本领域技术人员将意识到本发明并不限制于此。以上描述的本发明的各种特征和方面可被单独地或结合地使用。另外，在不脱离说明书的更广泛的精神和范围的情况下，实施例可被用于超出本文所述那些的任何数量的环境和应用中。因此，说明书和附图应被视作为示意性的而非限制性的。

Claims (22)

1.一种用于电动车辆的电池组，所述电池组包括：
布置成一行或多行的多个电池单元，其中：
所述多个电池单元中的每一个包括第一端子和第二端子；
汇流条，所述汇流条被配置成将电能传导至所述多个电池单元的至少一些电池单元从所述多个电池单元的至少一些电池单元传导电能；以及
包括多个容置器的壳体，所述多个容置器被配置成与所述多个电池单元相接合以固定所述多个电池单元彼此之间的相对位置，其中，所述壳体限定与所述多个容置器热连接的冷却导管。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述壳体包括与所述壳体的所述冷却导管流体连接的入口和出口。
3.根据权利要求2所述的电池组，其中，所述电池组还包括热交换器，其流体连接至所述冷却导管的所述入口和所述出口中的至少一个。
4.根据权利要求3所述的电池组，还包括包含在所述热交换器和所述冷却导管之内的冷却流体。
5.根据权利要求4所述的电池组，其中，所述冷却流体包括制冷剂。
6.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述壳体包括顶部和底部。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述容置器位于所述壳体的所述顶部中，且包括多个杯。
8.根据权利要求7所述的电池组，其中，所述冷却导管至少部分地绕着所述容置器延伸。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中，所述壳体为非导电的。
10.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述冷却导管被配置成维持跨过所述整个壳体的期望的冷却。
11.一种制造用于电动车辆的电池组的方法，所述方法包括：
将多个电池单元布置成一行或多行，其中，所述多个电池单元中的每一个包括第一端子和第二端子；
定位汇流条，所述汇流条被配置成将电能传导至所述多个电池单元的至少一些电池单元和从所述多个电池单元的至少一些电池单元传导电能；以及
在壳体的多个容置器之内容纳所述多个电池单元，其中，所述容置器被配置成与所述多个电池单元相接合以固定所述多个电池单元彼此之间的相对位置，其中，所述壳体限定与所述多个容置器热连接的冷却导管。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述壳体包括流体连接至所述壳体的所述冷却导管的入口和出口。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括将所述冷却导管的所述入口和出口流体连接至热交换器。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括利用冷却流体填充所述热交换器和所述冷却导管。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述冷却流体包括制冷剂。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述壳体包括顶部和底部。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述容置器位于所述壳体的所述顶部中，且包括多个杯。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述冷却导管至少部分地绕着所述容置器延伸。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述壳体为非导电的。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述冷却导管被配置成维持跨过所述整个壳体的期望的冷却。
21.一种电池组，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。
22.一种方法，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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