CN109411684B - 用于电池组的多功能冷却通道和母线 - Google Patents

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Abstract

棱柱形电池堆包括第一锂离子电池和第二锂离子电池。该电池堆还包括围绕第一锂离子电池和第二锂离子电池设置的第一通道。该电池堆包括围绕第一锂离子电池和第二锂离子电池设置的第二通道。第一通道和第二通道用作散热器。

Description

用于电池组的多功能冷却通道和母线
技术领域
本发明涉及用于电池组的多功能冷却通道和母线。
背景技术
锂基电池正在应用于汽车和相关运输领域，在混合动力电动车辆（HEV）中用作补充，在纯电动车辆（EV）中用以替代传统的内燃机（ICE）。从固定和便携式源以及从由车辆及其部件所提供的重新获取的动能被动存储能量的能力，使此类电池可以理想地用作用于汽车、卡车、公交车、摩托车和相关车辆平台的推进系统的一部分。进出单个电池（即单个电化学单元）的电流流动使得在多个此类电池组合成连续的更大组件（例如，模块和组）时，可增加电流或电压，以产生期望的功率输出。在本发明范围内，更大的模块和组组件是由以串联（用以增加电压）、并联（用以增加电流）或者既串联又并联的方式组合的一个或多个电池组成的，并且可包括其它结构以确保这些电池的正确安装和操作。一种车辆用形式的电池组被称为动力电池，而另一种被称为能量电池。在动力电池组变型中，组成电池组的单个电池配置为棱柱形（即，矩形）罐，棱柱形罐限定称为电池壳体的刚性外壳。在能量电池组变型中，单个电池容置在较薄的棱柱形柔性袋中。
发明内容
本发明描述了用于电池组的多功能冷却通道和母线。某些电池系统需要高电流母线以电接合至电池，并且需要冷却通道以与电池热接合。本发明所公开的电池堆包括多功能冷却通道/母线，该多功能冷却通道/母线用于对来自电池面以及来自电池极耳的热量进行热传递，同时用作高电流总线。多功能冷却通道将棱柱形袋-型电池堆转变为棱柱形罐-型电池堆，从而实现单侧电汇流和电池电压感测连接。对于具有不对称电池极耳的P-型电池，电池堆使用两个电池部件号，以实现更加简化的汇流和感测集成，从而降低部分组件部件的复杂度以及配置系统的复杂度（即，不需要电池专用的极耳弯曲）。对于N-型电池，由于电池是可逆的，所以电池只需要单个电池部件号。因此，本发明所公开的电池堆减少了将电池组互连以便进行汇流或感测所需的部件数量。这还使得可以通过极耳冷却和面冷却实现更好的电池系统的热性能，并使得更多用途的封装集成（扁平封装和通道封装）可以在更小的封装空间中进行。将各种功能（即，热/电）组合到一个部件（即，通道）中，以至少实现更好的热特性和更节省成本的集成。电池堆的独特设计可以实现多功能性。对于N-型电池，只需要一种通道设计。对于P-型电池，需要两种不同的通道设计。然而，设计方法使得可以从模块顶部采用相同的电连接（不管模块是使用N-型还是P-型电池）。例如，2P N-型电池模块组件和2P P-型电池模块组件可以使用完全相同的电子接口（同样适用于4P布局）。所有通道均可配置为套管。
在某些实施例中，棱柱形电池堆包括第一锂离子电池。第一锂离子电池包括第一容器，第一容器限定第一内容器表面和与第一内容器表面相对的第一外容器表面。第一容器包括从第一容器向外突出的第一阴极极耳和从第一容器向外突出的第一阳极极耳。电池堆还包括电连接至第一锂离子电池的第二锂离子电池。第二锂离子电池包括第二容器，第二容器限定第二内容器表面和与第二内容器表面相对的第二外容器表面。第二锂离子电池还包括从第二容器向外突出的第二阴极极耳。第二锂离子电池还包括从第二容器向外突出的第二阳极极耳。电池堆还包括围绕第一锂离子电池和第二锂离子电池设置的第一通道。电池堆包括围绕第一锂离子电池和第二锂离子电池设置的第二通道。第一通道用作第一散热器以实现从第一锂离子电池和第二锂离子电池到第一通道的热传递。第二通道用作第二散热器以实现从第一锂离子电池和第二锂离子电池到第二通道的热传递。第一通道用作第一母线以将第一锂离子电池的第一阴极极耳电连接至第二锂离子电池的第二阴极极耳。第二通道用作第二母线以将第一锂离子电池的第一阳极极耳电连接至第二锂离子电池的第二阳极极耳。
第一通道包括第一外侧壁、第一内侧壁、使第一外侧壁和第一内侧壁直接互连的第一顶壁，以及使第一外侧壁和第一内侧壁直接互连的第一底壁，第一顶壁垂直于第一外侧壁。第一顶壁垂直于第一内侧壁，第一底壁垂直于第一外侧壁，并且第一底壁垂直于第一内侧壁。第一通道还包括第一外极耳和第一内极耳，第一内极耳直接从第一内侧壁突出，第一外极耳直接从第一外侧壁突出，并且第一内极耳平行于第一外极耳。
第一外极耳直接连接至第一锂离子电池的第一阴极极耳以将第一锂离子电池的第一阴极极耳电连接至第一通道。第一内极耳直接连接至第二锂离子电池的第二阴极极耳以将第二锂离子电池的第二阴极极耳电连接至第一通道。第二锂离子电池沿第一方向与第一锂离子电池间隔开。整个第二通道沿第二方向与整个第一通道间隔开。第二方向垂直于第一方向。第一顶壁沿第三方向与第一底壁间隔开。第三方向垂直于第一方向。第三方向垂直于第二方向。第一阳极极耳沿第二方向与第一阴极极耳间隔开。第二阳极极耳沿第二方向与第二阴极极耳间隔开。第一内侧壁沿第一方向与第一外侧壁间隔开。第一内极耳沿第二方向与第一外极耳间隔开。
第二通道包括第二外侧壁、第二内侧壁、使第二外侧壁和第二内侧壁直接互连的第二顶壁，以及使第二外侧壁和第二内侧壁直接互连的第二底壁。第二顶壁垂直于第二外侧壁。第二顶壁垂直于第二内侧壁。第二底壁垂直于第二外侧壁。第二底壁垂直于第二内侧壁。
第二通道还包括第二内极耳和第二外极耳，第二内极耳直接从第二内侧壁突出，第二外极耳直接从第二外侧壁突出。第二内极耳平行于第二外极耳。第二外极耳直接连接至第一锂离子电池的第一阳极极耳以将第一锂离子电池的第一阳极极耳电连接至第二通道。第二内极耳直接连接至第二锂离子电池的第二阳极极耳以将第二锂离子电池的第二阳极极耳电连接至第二通道。
第一通道的第一外侧壁距离第一锂离子电池的第一外容器表面比距离第二锂离子电池的第二外容器表面更近以促进从第一锂离子电池到第一通道的热传递。第二通道的第二外侧壁距离第一锂离子电池的第一外容器表面比距离第二锂离子电池的第二外容器表面更近以促进从第一锂离子电池到第二通道的热传递。第一通道的第一内侧壁距离第二锂离子电池的第二外容器表面比距离第一外容器表面更近以促进从第二电池到第一通道的热传递。第二通道的第二内侧壁距离第二锂离子电池的第二外容器表面比距离第一锂离子电池的第一外容器表面更近以促进从第二锂离子电池到第二通道的热传递。第一顶壁。第一底壁。第一外侧壁和第一内侧壁共同限定第一通道本体。第一通道还包括联接至第一通道本体的第一电绝缘膜。第二顶壁、第二底壁、第二外侧壁和第二内侧壁共同限定第二通道本体。第二通道还包括联接至第二通道本体的第二电绝缘膜。第一通道的特征在于，在第一外极耳和第一内极耳上不存在第一电绝缘膜，并且第二通道的特征在于，在第二外极耳和第二内极耳上不存在第二电绝缘膜。
在某些实施例中，第二锂离子电池沿第一方向与第一锂离子电池间隔开。第一通道包括第一外侧壁、第一内侧壁、使第一外侧壁和第一内侧壁直接互连的第一顶壁，以及使第一外侧壁和第一内侧壁直接互连的第一底壁。第一顶壁垂直于第一外侧壁。第一顶壁垂直于第一内侧壁。第一底壁垂直于第一外侧壁，并且第一底壁垂直于第一内侧壁。第二通道包括第二外侧壁、第二内侧壁、使第二外侧壁和第二内侧壁直接互连的第二顶壁，以及使第二外侧壁和第二内侧壁直接互连的第二底壁。第二顶壁垂直于第二外侧壁，第二顶壁垂直于第二内侧壁。第二底壁垂直于第二外侧壁。第二底壁垂直于第二内侧壁。第二顶壁沿第二方向与第一顶壁间隔开。第二方向垂直于第一方向。第一阴极极耳沿第三方向与第一阳极极耳间隔开，并且第三方向垂直于第一方向。第三方向垂直于第二方向，并且第二阴极极耳沿第三方向与第二阳极极耳间隔开。
第一内侧壁限定第一上端和与第一上端相对的第一下端，第一内侧壁的第一上端直接联接至第一顶壁，第一下端直接联接至第一底壁，第一通道具有第一最大高度，第一最大高度沿第三方向从第一内侧壁的第一上端限定到第一内侧壁的第一下端。第二内侧壁限定第二上端和与第二上端相对的第二下端。第二内侧壁的第二上端直接联接至第二顶壁。第二通道限定第二最大高度，第二最大高度沿第三方向从第二内侧壁的第二上端限定到第二内侧壁的第二下端。第一最大高度大于第二最大高度。
第一内侧壁具有第一后端和与第一后端相对的第一前端。第一前端沿第二方向与第一后端间隔开。第一通道限定第一最大长度，第一最大长度沿第二方向从第一内侧壁的第一后端限定到第一内侧壁的第一前端。第二内侧壁具有第二后端和与第二后端相对的第二前端。第二前端沿第二方向与第二后端间隔开。第二通道具有第二最大长度，第二最大长度沿第二方向从第二内侧壁的第二后端限定到第二内侧壁的第二后端。第一最大长度大于第二最大长度。
第二内侧壁的第二后端沿第二方向与第一内侧壁的第一后端间隔开。第二内侧壁的第二前端沿第三方向与第一内侧壁的第一前端间隔开。第二内侧壁的第二前端不沿第二方向与第一内侧壁的第一前端间隔开。第一通道还包括第一外极耳和第一内极耳，第一内极耳直接从第一内侧壁突出，第一外极耳直接从第一外侧壁突出，第一内极耳平行于第一外极耳，第一外极耳直接连接至第一锂离子电池的第一阴极极耳以将第一锂离子电池的第一阴极极耳电连接至第一通道。第一内极耳直接连接至第二锂离子电池的第二阴极极耳以将第二锂离子电池的第二阴极极耳电连接至第一通道。第二通道包括第二内极耳和第二外极耳。第二内极耳直接从第二内侧壁突出。第二外极耳直接从第二外侧壁突出，并且第二内极耳平行于第二外极耳。第二外极耳直接连接至第一锂离子电池的第一阳极极耳以将第一锂离子电池的第一阳极极耳电连接至第二通道。第二内极耳直接连接至第二锂离子电池的第二阳极极耳以将第二锂离子电池的第二阳极极耳电连接至第二通道。第一外极耳沿第一方向与第一内极耳间隔开，第二外极耳沿第二方向与第二内极耳间隔开，第二外极耳沿第三方向与第一外极耳间隔开，并且第二内极耳沿第三方向与第一内极耳间隔开。第二内侧壁的第二下端沿第三方向与第一内侧壁的第一下端间隔开。
本发明还涉及车辆。在某些实施例中，车辆包括多个车轮、联接至至少一个车轮的电动机，以及电连接至电动机的棱柱形电池组。棱柱形电池组包括第一锂离子电池。第一锂离子电池包括第一容器，第一容器限定第一内容器表面和与第一内容器表面相对的第一外容器表面。第一锂离子电池包括从第一容器向外突出的第一阴极极耳和从第一容器向外突出的第一阳极极耳。车辆还包括电连接至第一锂离子电池的第二锂离子电池。第二锂离子电池包括第二容器，第二容器限定第二内容器表面和与第二内容器表面相对的第二外容器表面。第二锂离子电池包括从第二容器向外突出的第二阴极极耳。第二锂离子电池包括从第二容器向外突出的第二阳极极耳。车辆还包括围绕第一锂离子电池和第二锂离子电池设置的第一通道，以及围绕第一锂离子电池和第二锂离子电池设置的第二通道。第一通道用作第一散热器以实现从第一锂离子电池和第二锂离子电池到第一通道的热传递。第二通道用作第二散热器以实现从第一锂离子电池和第二锂离子电池到第二通道的热传递。第一通道用作第一母线以将第一锂离子电池的第一阴极极耳电连接至第二锂离子电池的第二阴极极耳。第二通道用作第二母线以将第一锂离子电池的第一阳极极耳电连接至第二锂离子电池的第二阳极极耳。第一通道包括第一外侧壁、第一内侧壁、使第一外侧壁和第一内侧壁直接互连的第一顶壁，以及使第一外侧壁和第一内侧壁直接互连的第一底壁。第一顶壁垂直于第一外侧壁。第一顶壁垂直于第一内侧壁。第一底壁垂直于第一外侧壁，并且第一底壁垂直于第一内侧壁。第一通道还包括第一外极耳和第一内极耳，第一内极耳直接从第一内侧壁突出。第一外极耳直接从第一外侧壁突出，并且第一内极耳平行于第一外极耳。第一外极耳直接连接至第一锂离子电池的第一阴极极耳以将第一锂离子电池的第一阴极极耳电连接至第一通道。
本发明还描述了方法。该方法包括：包含：（a）围绕第一锂离子电池和第二锂离子电池放置第一通道；和（b）围绕第一锂离子电池和第二锂离子电池放置第二通道。第一通道用作第一散热器以实现从第一锂离子电池和第二锂离子电池到第一通道的热传递。第二通道用作第二散热器以实现从第一锂离子电池和第二锂离子电池到第二通道的热传递。
从以下结合附图描述执行本发明的最佳方式的具体实施方式，上述特征和优点以及其它特征和有点将变得显而易见。
附图说明
图1是具有电池组和内燃机形式的混合推进系统的车辆的示意性透视图。
图2是第一锂离子电池的示意性透视图。
图3是第二锂离子电池的示意性俯视图。
图4A是包括第一锂离子电池和第二锂离子电池的用于4P配置的电池组的示意性分解正视图。
图4B是包括第一锂离子电池和第二锂离子电池的用于2P配置的电池组的示意性分解正视图。
图5是第一通道的示意性透视图。
图6是第二通道的示意性透视图。
图7是组装在一起的第一锂离子电池、第二锂离子电池、第一通道和第二通道的示意性透视图，其中电池极耳并不一定是焊接的（但其可以是焊接的），并且通常在完成整个模块堆叠后才焊接电池极耳。
图8是第一通道或第二通道的示意性透视图，其包括设置在其外表面上的电绝缘膜。
图9是第一通道或第二通道沿图8所示的剖面线9-9截取的示意性剖视图。
图10是第一通道或第二通道的示意性透视图，其包括设置在其内表面上的电绝缘膜。
图11是第一通道或第二通道沿图10所示的剖面线11-11截取的示意性剖视图。
图12是第一通道或第二通道的示意性透视图，其包括设置在其外表面和内表面上的电绝缘膜。
图13是第一通道或第二通道沿图12所示的剖面线13-13截取的示意性剖视图。
图14是具有4P布局的电池模块的示意性透视图。
图15是具有2P布局的电池模块的示意性透视图。
图16是图15所示的电池组（其具有2P布局）的示意性俯视图，图中用虚线示出了电流路径。
图17A是图15所示的电池组（其具有2P布局）的示意性俯视图，图中用虚线示出了用于4P配置的电流路径。
图17B是图15所示的电池组（其具有2P布局）的示意性俯视图，图中用虚线示出了用于2P配置的电流路径。
图18是图15所示的电池组的示意性俯视图，其包括用于电压感测的柔性电路。
图19是图15所示的电池模块的示意性仰视图，其包括用于电压感测的柔性电路。
图20是图15所示的电池模块的示意性透视图，其包括冷板。
图21是图15所示的电池模块的示意性透视图，其包括第一和第二通道之间的粘合剂。
图22是图14所示的电池模块的示意性俯视图。
图23A是图14所示的用于4P配置的电池模块的示意性侧视图。
图23B是图14中示出的用于2P配置的电池模块的示意性侧视图。
图24是图14中示出的电池模块的示意性俯视图，其包括用于电压感测和汇流的柔性电路。
图25是图14所示的电池模块的示意性仰视图，其包括用于电压感测的柔性电路。
图26是图14所示的电池模块的示意性透视图，其包括冷板。
图27是无底壁的超薄型通道的示意性仰视透视图。
图28是无底壁的超薄型通道的示意性俯视透视图。
图29是具有从容器的相同侧突出的阳极极耳和阴极极耳的锂离子电池的示意性透视图。
图30是组装在一起的第一锂离子电池、第二锂离子电池、第一通道和第二通道的示意性俯视透视图。
图31是组装在一起的第一锂离子电池、第二锂离子电池、第一通道和第二通道的示意性仰视透视图。
具体实施方式
图1示意性地示出了车辆1，车辆1包括采用由内燃机（ICE）5和棱柱形电池组10组成电源的形式的混合推进系统2，二者均与一个或多个电动机6和组成传动系统的变速器（例如，采用行星齿轮组的形式协作。这种车辆称为混合动力电动车辆（HEV）。特别地，棱柱形电池组10电连接至电动机6以实现电流在棱柱形电池组10和电动机之间流动。应当认识到，车辆1可以不需要ICE5；在这种情况下，车辆1除了是HEV，还是电动车辆（EV）。棱柱形电池组10可以采用动力电池组或能量电池组的形式，特定变型从上下文中变得显而易见。可用于将推进动力提供到车轮7中的一个或多个并且联接到棱柱形电池组10和ICE5中的一个或二者的附加传动系统部件被理解为包括旋转轴、车轴、控制器等。电动机6联接至车轮7中的至少一个以推进车辆1。虽然车辆1目前示出为汽车，但混合推进系统2可以结合到其它类型的车辆（包括卡车、公交车、飞机、船只、航天器和摩托车）。此外，棱柱形电池组10可以用于非汽车应用。
继续参照图1，棱柱形电池组10是车辆1的电流源，并且是采用沿堆叠方向以相向布置对齐（很像一副纸牌）的多个棱柱形锂离子电池（例如，第一锂离子电池100和第二锂离子电池200）的形式。一组许多单个电池100可以分组到称为模块的较大单元，该模块继而设置为具有壳体以限定电池组10。用于将棱柱形电池组10集成到车辆1的其它设备可包括（除了别的之外）电池系统监控（BSM）单元和手动伺服断开（MSD）单元，以及电池断开单元（BDU）和用于电控制、结构支承、冷却、电连接（例如经由母线和电缆）等的辅助结构。
参照图2，采用所示的能量电池形式，单个棱柱形电池组10包括至少两个棱柱形电池（即，第一锂离子电池100和第二锂离子电池200）。然而，可以设想电池组10可包括多于两个电池。第一锂离子电池100和第二锂离子电池200中的每一个均配置为矩形（即，棱柱形）袋。
参照图2至图4，第一锂离子电池100是第二锂离子电池200的镜像，从而消除了使极耳弯曲的需求。因此，除了电池组10中的定向，第一锂离子电池100和第二锂离子电池200的结构特征相同。而且，第一锂离子电池100和第二锂离子电池200是相同的尺寸。第一锂离子电池100包括第一容器102，第一容器102限定第一内容器表面104和与第一内容器表面104相对的第一外容器表面106。第一内容器表面104沿第一方向FD与第一外容器表面106间隔开。此外，第一内容器表面104和第一外容器表面106均是平面的以促进堆叠从而形成棱柱形电池组10。第一容器102具有第一后边缘108和与第一后边缘108相对的第一前边缘110。第一锂离子电池100还包括从第一容器102突出的第一阴极极耳112和从第一容器102突出的第一阳极极耳114。第一阴极极耳112由诸如铝的导电材料制成，并且用作正极端子。第二阳极极耳214由诸如铜的导电材料制成，并且用作负极端子。因此，第一阴极极耳112和第一阳极极耳114用作连接（例如经由母线）至外部负载或电路的电触头。在所示实施例中，第一阴极极耳112和第一阳极极耳114从第一容器102的相对侧突出，并且电池100称为N-型电池。因此，第一阴极极耳112距离第一容器102的第一后边缘108比距离第一前边缘110更近，并且第一阳极极耳114距离第一容器102的第一前边缘110比距离第一后边缘108更近。阴极112从后边缘108突出，并且阳极114从前边缘110突出。第一阴极极耳112和第一阳极极耳114的位置由汽车环境内可用空间以及集电母线或相关电力电缆的优选布置决定。第一阴极极耳112沿第二方向SD与第一阳极极耳114间隔开。第二方向SD垂直于第一方向FD。第一内容器表面104和第一外容器表面106中的每一个均沿第二方向SD伸长。第一阴极极耳112和第一阳极极耳114沿第一方向FD偏离第一锂离子电池100的第一中心线CL1。照此，第一阴极极耳112和第一阳极极耳114均距离第一外容器表面106比距离第一内容器表面104更近。第一容器102还包括第一顶容器壁116和与第一顶容器壁116相对的第一底容器壁118。第一顶容器壁116联接在第一内容器表面104和第一外容器表面106之间。第一底容器壁118联接在第一内容器表面104和第一外容器表面106之间。第一顶容器壁116沿第三方向TD与底容器壁118间隔开。第三方向TD垂直于第一方向FD和第二方向SD。
参照图2至图4，第二锂离子电池200包括第二容器202，第二容器202限定第二内容器表面204和与第二内容器表面204相对的第二外容器表面206。第二内容器表面204沿第一方向FD与第二外容器表面206间隔开。此外，第二内容器表面204和第二外容器表面206均是平面的以促进堆叠从而形成棱柱形电池组10。第二容器202具有第二后边缘208和与第二后边缘208相对的第二前边缘210。第二锂离子电池200还包括从第二容器202突出的第二阴极极耳212和从第二容器202突出的第二阳极极耳214。第二阴极极耳212由诸如铝的导电材料制成，并且用作正极端子。第二阳极极耳214由诸如铜的导电材料制成，并且用作负极端子。因此，第二阴极极耳212和第二阳极极耳214用作连接（例如经由母线）至外部负载或电路的电触头。在所示实施例中，第二阴极极耳212和第二阳极极耳214从第二容器202的相对侧突出，并且电池100称为N-型电池。因此，第二阴极极耳212距离第二容器202的第二后边缘208比距离第二前边缘210更近，并且第二阳极极耳212距离第二容器202的第二前边缘210比距离第二后边缘208更近。第二阴极极耳212沿第二方向SD与第二阳极极耳214间隔开。第二内容器表面204和第二外容器表面206中的每一个均沿第二方向SD伸长。第二阴极极耳212和第一阳极极耳214沿第一方向FD偏离第二锂离子电池200的第二中心线CL2。照此，第二阴极极耳212和第二阳极极耳214均距离第二外容器表面206比距离第二内容器表面204更近。第二容器202还包括第二顶容器壁216和与第二顶容器壁216相对的第二底容器壁218。第二顶容器壁116联接在第二内容器表面204和第二外容器表面206之间。第二底容器壁218联接在第二内容器表面204和第二外容器表面206之间。第二顶容器壁216沿第三方向TD与第二底容器壁218间隔开。
参照图5至图7，棱柱形电池堆10还包括围绕第一锂离子电池100和第二电池200设置的第一通道300。第一通道300完全或部分由诸如金属的导热和导电材料制成以用作散热器（即，第一散热器）以实现从第一锂离子电池100和第二锂离子电池200到第一通道300的热传递。换言之，第一通道300实现从第一锂离子电池100和第二锂离子电池200的电池面和电池极耳到第一通道300的热传递。对于4P配置，第一通道300还用作第一母线以将第一锂离子电池100的第一阴极极耳112电连接至第二锂离子电池200的第二阴极极耳212。对于2P配置，第一通道300还用作母线（即，第一母线）以将第一锂离子电池100的第一阴极极耳112电连接至第二锂离子电池200的第二阳极极耳214。第一通道300包括第一外侧壁302、第一内侧壁304、使第一外侧壁302和第一内侧壁304直接互连的第一顶壁306，以及使第一外侧壁302和第一内侧壁304直接互连的第一底壁308。第一顶壁306垂直于第一外侧壁302。第一顶壁306垂直于第一内侧壁304。第一底壁308垂直于第一外侧壁302。第一底壁308垂直于第一内侧壁304。第一通道300还包括第一外极耳310和第一内极耳312。第一内极耳312直接从第一内侧壁304突出。第一外极耳310直接从第一外侧壁302突出。第一内极耳310平行于第一外极耳312。对于4P配置，第一外极耳310直接连接至第一锂离子电池100的第一阴极极耳112以将第一锂离子电池100的第一阴极极耳112电连接至第一通道300。第一内极耳312直接连接至第二锂离子电池200的第二阴极极耳212以将第二锂离子电池200的第二阴极极耳212电连接至第一通道300。对于2P配置，外极耳310连接至阴极112，内极耳312连接至阳极214。第一通道300的第一外侧壁302距离第一锂离子电池100的第一外容器表面106比距离第二锂离子电池200的第二外容器表面206更近，以促进从第一锂离子电池100到第一通道300的热传递。
棱柱形电池堆10还包括围绕第一锂离子电池100和第二电池200设置的第二通道400。第二通道400完全或部分由诸如金属的导热和导电材料制成以用作散热器（即，第二散热器）以实现从第一锂离子电池100和第二锂离子电池200到第二通道400的热传递。换言之，第二通道400实现从第一锂离子电池100和第二锂离子电池的电池面和电池极耳的热传递。在4P配置中，通道300为阴极极耳（112和212）提供冷却接口，并且通道400连同电池面为阳极极耳（114和214）提供冷却接口。对于2P配置而言，通道300和400在模块中沿方向FD交错开。（即，通道300与阴极和阳极交接，通道400与相对的阳极和阴极交接）。
第二锂离子电池200沿第一方向FD与第一锂离子电池100间隔开。当通道环绕电池袋时，该间隔由电池袋的厚度本身决定。整个第二通道400沿第二方向SD与整个第一通道300间隔开。第二方向SD垂直于第一方向FD。第一顶壁306沿第三方向TD与第一底壁308间隔开。第三方向垂直于第一方向FD。第三方向TD垂直于第二方向SD。
第一阳极极耳114沿第二方向SD与第一阴极极耳112间隔开。第二阳极极耳214沿第二方向SD与第二阴极极耳214间隔开。第一内侧壁304沿第一方向FD与第一外侧壁302间隔开。第一内极耳312沿第二方向与第一外极耳310间隔开。
第二通道400包括第二外侧壁402、第二内侧壁404、使第二外侧壁402和第二内侧壁404直接互连的第二顶壁406，以及使第二外侧壁402和第二内侧壁404直接互连的第二底壁408。第二顶壁406垂直于第二外侧壁402。第二顶壁408垂直于第二内侧壁404。第二底壁408垂直于第二外侧壁402。第二底壁408垂直于第二内侧壁404。
第二通道400还包括第二外极耳410和第二内极耳412。第二内极耳412直接从第二内侧壁404突出。第二外极耳410直接从第二外侧壁402突出。第二内极耳412平行于第一外极耳412。对于4P配置，第二外极耳410直接连接至第一锂离子电池100的第一阳极极耳114以将第一锂离子电池100的第一阳极极耳114电连接至第二通道400。第二内极耳412直接连接至第二锂离子电池200的第二阳极极耳214以将第二锂离子电池200的第二阳极极耳214电连接至第二通道400。对于2P布局，极耳410连接至阳极114，而极耳412连接至阴极212。第二通道400的第二外侧壁402距离第一锂离子电池100的第一外容器表面106比距离第二锂离子电池200的第二外容器表面206更近，以促进从第一锂离子电池100到第二通道400的热传递。
第一外侧壁302与第一外容器表面106接触用于实现热传递目的。第一内侧壁304与第二外容器表面206接触用于实现热传递目的。第二内侧壁404与第二外容器表面206接触用于实现热传递目的。第二外侧壁402与第一外容器表面106接触。第一外侧壁302和第二外侧壁402均接触相同的电池面用于实现热传递目的。第一内外侧壁304和第二内侧壁404均接触相同的电池面用于实现热传递目的。
参照图5、图6、图8和图9，第一顶壁306、第一底壁308、第一外侧壁302和第一内侧壁304共同限定第一通道300的第一通道本体301。第一通道本体301表示采用绝缘的区域，因此并不包括第一通道300的第一外极耳310和第一内极耳312。类似地，第二顶壁406、第二底壁408、第二外侧壁402和第二内侧壁404共同限定第二通道400的第二通道本体401。第二通道本体401不包括第二通道400的第二外极耳410和第二内极耳412。第一通道300还包括联接至第一通道本体301的第一电绝缘膜314。第一电绝缘膜314可以层压至第一通道300的第一外通道表面316。例如，如图9所示，第一电绝缘膜314可覆盖第一通道本体301的整个第一外通道表面316。类似地，第二通道400还包括联接至第二通道本体401的第二电绝缘膜414。第二电绝缘膜414可层压至第一通道400的第二外通道表面416。例如，如图9所示，第二电绝缘膜414可覆盖第二通道本体401的整个第二外通道表面416。第一电绝缘膜314未设置在第一通道300的第一外极耳310和第一内极耳312上以分别实现第一外极耳310和第一内极耳312以及第一阴极极耳112和第二阴极极耳212之间的焊接。类似地，第二电绝缘膜414未设置在第二通道400的第二外极耳410和第二内极耳412上以分别实现第二外极耳410和第二内极耳412以及第一阳极极耳114和第二阳极极耳214之间的焊接。
可选地，如图10和11所示，第一电绝缘膜314可设置在第一通道本体301的第一内通道表面318上。例如，第一电绝缘膜314可覆盖第一通道本体301的整个第一内通道表面318。第二电绝缘膜414可层压至第一通道本体401的第二内通道表面418。例如，第二电绝缘膜414可覆盖第二通道本体401的整个第二内通道表面418。
可选地，如图12和图13所示，第一电绝缘膜314可设置在第一通道本体301的第一内通道表面318和第一外通道表面316上。类似地，第二电绝缘膜414可层压至第一通道本体401的第二内通道表面418和第二外通道表面416。第一电绝缘膜314和/或第二电绝缘膜414可以限定用于附接次要部件（例如，附加的母线、电池电压感测线连接件等）的膜开口320、420。膜开口320、420可以在第一电绝缘膜314和/或第二电绝缘膜414中被模切或激光刻蚀。图9中所示的第一电绝缘膜314和/或第二电绝缘膜414也可包括膜开口320、420。
参照图14和图15，第一通道300和第二通道400实现多功能模块结构，允许4P布局（图14）或者2P布局（图15）。对于4P布局（图14），可以包括附加的母线以完成4P系统上的电连接。4P布局包括12个电池组，这实现了48V模块。对于2P布局，通道连接电池组，因此不需要其它的母线。该设计实现了用于热界面的大的表面和横截面积，以及最低电流密度，同时仍实现低高度模块。
参照图16和图17，如上所述，第一通道300和第二通道400分别用作第一母线和第二母线。图16和图17示意性地示出了具有2P布局的电池模块9，并且用虚线示出了电流路径ECP。照此，第一通道300和第二通道400电连接电池组。对于2P模块，第一通道300将第一对电池100连接至第二对电池200，从而使得邻近的电池组的阴极和阳极通过通道而连接。（见图17B，其中100’与电池100相同，仅围绕轴线FD翻转180度。200’与200相同，仅围绕轴线FD翻转180度）。电池100和200完全相同，仅围绕轴线TD翻转以呈现用于2P配置的阳极和阴极的交替。
参照图18和图19，电池组10可另外包括用于电压感测与电池监测电子装置的接口连接的柔性电路322。悬空引线324将第一通道300和第二通道400与柔性电路322电互连。为此，悬空引线324可以焊接至第一通道300和第二通道400。
参照图20，电池组10是电池模块9的一部分，并且可包括位于其底部的冷板326以冷却电池组10。另一冷板326可放置于电池组10的顶部。相邻母线（即，第一通道300和第二通道400）处于不同电势（即，一个电池的电压差）。第一通道300和第二通道400彼此不接触以防止短路。在一个实施例中，第一通道300和第二通道400的内面和外面是电绝缘的。由于电池模块9处于充分的压缩下，故相邻母线（即，第一通道300和第二通道400）将不会移动母线所隔开的距离（d）。因此，第一通道300和第二通道400之间的间隙G具有距离（d）。作为非限制性示例，距离（d）为约20mm，其更加足够用于在模块9或者甚至电池组10的工作电压下的漏电和间隙。
参照图21，代替使第一通道300和第二通道400的内面和外面绝缘，粘合剂328可以施加在电池（例如，第一锂离子电池100和第二锂离子电池200）的面上。粘合剂328可以是粘合膜、分配的液体粘合剂、泡沫、塑料等。粘合膜或分配的粘合剂328仅需要局部地施加在间隙G内的电池面上。粘合剂328的厚度和/或湿润性应该选择为使得在模块的压缩条件下，第一通道300和第二通道400之间实质上存在密封。粘合剂328作为制造助剂可以是双倍的以有助于在建设整个模块之前粘合小堆的电池。可以期望在甚至图20所示的实施例中使用该粘合带328，其中通道包含绝缘膜。在邻近的第一通道300和第二通道400之间的间隙G内放置合适厚度的简单泡沫片或甚至柔顺的塑料片。如果担心电绝缘，则该泡沫或塑料片是粘合剂的备选。如果第一通道300和第二通道400的外表面不是电绝缘的，则应该将适当的电绝缘层施加到金属冷板326上以防止失去对冷板326的隔离。该电绝缘层的示例为层压至冷板326的柔顺的热界面材料（TIM）或聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜。
参照图14、图22和图23，第一通道300和第二通道400分别用作第一母线和第二母线。图22和图23示意性地示出了具有4P布局的电池模块9，并且用虚线示出了电流路径ECP。照此，第一通道300和第二通道400使电池组（参见图23B以获得以下对图17B中2P示例的描述）（例如，第一锂离子电池100和第二锂离子电池200）彼此电连接。实线EXP代表用于连接邻近的电池组或者用于具有模块端子的外部母线部件。这些部件可以与位于模块顶部的电压感测电路集成一体。还可以添加冷板326。
参照图24和图25，在4P布局中，电池模块9还可包括用于电压感测与电池监测电子装置的接口连接的柔性电路322。汇流互连件330使邻近的电池组电互连。为此，汇流互连件330连接到第一通道300和第二通道400，如连接/接合线JL所示。汇流互连件与柔性电路是一体的并且消除了具有单独的悬空引线的需求。
参照图26，在4P布局中，电池模块9可包括位于其底部的冷板326以冷却电池模块9。另一冷板326可以置于电池组10的顶部。
图27和图28，第一通道300或第二通道400可配置为套管，而不是封闭的壳体。在所示实施例中，第一通道300基本上类似于（如果不相同的话）上述公开的第一通道300，除了不包括第一底壁308。第二通道400还可配置为套管并且缺少第二底壁408。第一电绝缘膜314可限定膜开口320以暴露第一顶壁306。膜开口320可以使得第一通道300电连接至其它部件。
参照图29，在该实施例中，第一阴极极耳112和第一阳极极耳114从第一容器102的相同侧突出，并且电池100称为P-型电池。因此，第一阴极极耳112和第一阳极极耳114均距离第一前边缘110比距离第一后边缘108更近。第一阴极极耳112沿第三方向TD与第一阳极极耳114间隔开。
参照图30和图31，一旦第一锂离子电池100、第二锂离子电池200、第一通道300和第二通道400组装在一起，第二阴极极耳212就沿第三方向TD与第二阳极极耳214间隔开。第一阴极极耳112沿第一方向FD与第二阴极极耳212间隔开，并且第一阳极极耳114沿第一方向FD与第二阳极极耳214间隔开。在所示实施例中，第一内侧壁304限定第一上端305和与第一上端305相对的第一下端307。第一内侧壁304的第一上端305直接联接至第一顶壁306，并且第一下端307直接联接至第一底壁。第一通道具有第一最大高度MHA，该第一最大高度MHA沿第三方向TD从第一内侧壁304的第一上端305限定到第一内侧壁304的第一下端307。第二内侧壁404限定第二上端405和与第二上端405相对的第二下端407。第二内侧壁404的第二上端405直接联接至第二顶壁406。第二通道400限定第二最大高度MHB，该第二最大高度MHB沿第三方向TD从第二内侧壁404的第二上端405限定到第二内侧壁404的第二下端407。第一最大高度MHA大于第二最大高度MHB。第一内侧壁304具有第一后端308和与第一后端308相对的第一前端310。第一后端308沿第二方向SD与第一前端310间隔开。第一通道300限定第一最大长度MLA，该第一最大长度MLA沿第二方向SD从第一内侧壁304的第一后端308限定到第一内侧壁304的第一前端310。第二内侧壁404具有第二后端408和与第二后端408相对的第二前端410。第二前端410沿第二方向SD与第二后端408间隔开。第二通道400具有第二最大长度MLB，该第二最大长度MLB沿第二方向SD从第二内侧壁404的第二后端408限定到第二内侧壁404的第二前端410。第一最大长度MLA大于第二最大长度MLB。第二内侧壁404的第二后端408沿第二方向SD与第一内侧壁404的第一后端308间隔开。第二内侧壁404的第二前端410沿第三方向TD与第一内侧壁304的第一前端310间隔开。第二内侧壁404的第二前端410不沿第二方向SD与第一内侧壁304的第一前端310间隔开。第一内极耳312直接从第一内侧壁304突出。第一外极耳310直接从第一外侧壁302突出。第一内极耳312平行于第一外极耳310。第一外极耳310直接连接（例如，焊接）至第一锂离子电池100的第一阴极极耳112以将第一锂离子电池100的第一阴极极耳112电连接至第一通道300。第一内极耳312直接连接至第二锂离子电池200的第二阴极极耳212以将第二锂离子电池200的第二阴极极耳212电连接至第一通道300。正如N-型电池模块组件一样，可进行焊接并且焊接通常在组件被堆叠在一起（而不是单个电池组水平）后完成。第二外极耳410直接从第二外侧壁402突出。第二内极耳412平行于第二外极耳410。第二外极耳410直接连接至第一锂离子电池100的第一阳极极耳114以将第一锂离子电池100的第一阳极极耳114电连接至第二通道400。第二内极耳412直接连接至第二锂离子电池200的第二阳极极耳214以将第二锂离子电池200的第二阳极极耳214电连接至第二通道400。第一外极耳310沿第一方向FD与第一内极耳312间隔开。第二外极耳410沿第二方向FD与第二内极耳412间隔开。第二外极耳410沿第三方向TD与第一外极耳310间隔开。第二内极耳412沿第三方向TD与第一内极耳312间隔开。第二内侧壁404的第二下端407沿第三方向TD与第一内侧壁304的第一下端307间隔开。在该实施例中，电池模块9可具有上述的2P布局或4P布局。与N型电池不同，对于P-型电池（不管2P和4P布局），需要两个唯一的电池部件号以与不对称的电池极耳正确地电连接。对于2P，通道300将以下电池组的阴极112连接至阳极214，并且通道400将以下电池组的阴极212连接至阳极114。正如N-型组件一样，对于P-型电池，通道300和400需要交错或交替成堆以恰当地为相邻的电池对电连接阴极和阳极。
本发明还描述了方法。该方法包括：包含（a）围绕第一锂离子电池和第二锂离子电池放置第一通道；和（b）围绕第一锂离子电池和第二锂离子电池放置第二通道；第一通道用作第一散热器以实现从第一锂离子电池和第二锂离子电池到第一通道的热传递。第二通道用作第二散热器以实现从第一锂离子电池和第二锂离子电池到第二通道的热传递。
尽管已经详细描述了用于实施本发明的最佳模式，但熟悉本发明所涉及领域的技术人员将认识到，用于实践本发明的各备选设计和实施例在所附权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种棱柱形电池堆，其包括：
第一锂离子电池，其中所述第一锂离子电池包括：
第一容器，其限定第一内容器表面和与所述第一内容器表面相对的第一外容器表面；
第一阴极极耳，其从所述第一容器突出；
第一阳极极耳，其从所述第一容器突出；
第二锂离子电池，其电连接至所述第一锂离子电池，其中所述第二锂离子电池包括：
第二容器，其限定第二内容器表面和与所述第二内容器表面相对的第二外容器表面；
第二阴极极耳，其从所述第二容器突出；
第二阳极极耳，其从所述第二容器突出；
第一通道，其围绕所述第一锂离子电池和所述第二锂离子电池设置；
第二通道，其围绕所述第一锂离子电池和所述第二锂离子电池设置；
其中所述第一通道用作第一散热器以实现从所述第一锂离子电池和所述第二锂离子电池到所述第一通道的热传递；并且
其中所述第二通道用作第二散热器以实现从所述第一锂离子电池和所述第二锂离子电池到所述第二通道的热传递；
其中所述第一通道用作第一母线以将所述第一锂离子电池的所述第一阴极极耳电连接至所述第二锂离子电池的所述第二阴极极耳，所述第二通道用作第二母线以将所述第一锂离子电池的所述第一阳极极耳电连接至所述第二锂离子电池的所述第二阳极极耳，所述第一通道包括第一外侧壁、第一内侧壁、使所述第一外侧壁和所述第一内侧壁直接互连的第一顶壁，以及使所述第一外侧壁和所述第一内侧壁直接互连的第一底壁，所述第一顶壁垂直于所述第一外侧壁，所述第一顶壁垂直于所述第一内侧壁，所述第一底壁垂直于所述第一外侧壁，并且所述第一底壁垂直于所述第一内侧壁。
2.根据权利要求1所述的棱柱形电池堆，其中所述第一通道还包括第一外极耳和第一内极耳，所述第一内极耳直接从所述第一内侧壁突出，所述第一外极耳直接从所述第一外侧壁突出，并且所述第一内极耳平行于所述第一外极耳。
3.根据权利要求2所述的棱柱形电池堆，其中所述第一外极耳直接连接至所述第一锂离子电池的所述第一阴极极耳以将所述第一锂离子电池的所述第一阴极极耳电连接至所述第一通道。
4.根据权利要求3所述的棱柱形电池堆，其中所述第一内极耳直接连接至所述第二锂离子电池的所述第二阴极极耳以将所述第二锂离子电池的所述第二阴极极耳电连接至所述第一通道。
5.根据权利要求4所述的棱柱形电池堆，其中所述第二锂离子电池沿第一方向与所述第一锂离子电池间隔开，整个所述第二通道沿第二方向与整个所述第一通道间隔开，所述第二方向垂直于所述第一方向，所述第一顶壁沿第三方向与所述第一底壁间隔开，所述第三方向垂直于所述第一方向，并且所述第三方向垂直于所述第二方向，所述第一阳极极耳沿所述第二方向与所述第一阴极极耳间隔开，所述第二阳极极耳沿所述第二方向与所述第二阴极极耳间隔开，所述第一内侧壁沿所述第一方向与所述第一外侧壁间隔开，并且所述第一内极耳沿所述第二方向与所述第一外极耳间隔开。
6.根据权利要求5所述的棱柱形电池堆，其中所述第二通道包括第二外侧壁、第二内侧壁、使所述第二外侧壁和所述第二内侧壁直接互连的第二顶壁，以及使所述第二外侧壁和所述第二内侧壁直接互连的第二底壁，所述第二顶壁垂直于所述第二外侧壁，所述第二顶壁垂直于所述第二内侧壁，所述第二底壁垂直于所述第二外侧壁，并且所述第二底壁垂直于所述第二内侧壁。
7.根据权利要求6所述的棱柱形电池堆，其中所述第二通道还包括第二内极耳和第二外极耳，所述第二内极耳直接从所述第二内侧壁突出，所述第二外极耳直接从所述第二外侧壁突出，并且所述第二内极耳平行于所述第二外极耳，所述第二外极耳直接连接至所述第一锂离子电池的所述第一阳极极耳以将所述第一锂离子电池的所述第一阳极极耳电连接至所述第二通道，所述第二内极耳直接连接至所述第二锂离子电池的所述第二阳极极耳以将所述第二锂离子电池的所述第二阳极极耳电连接至所述第二通道。
8.根据权利要求7所述的棱柱形电池堆，其中所述第一通道的所述第一外侧壁距离所述第一锂离子电池的所述第一外容器表面比距离所述第二锂离子电池的所述第二外容器表面更近以促进从所述第一锂离子电池到所述第一通道的热传递，并且所述第二通道的所述第二外侧壁距离所述第一锂离子电池的第一外容器表面比距离所述第二锂离子电池的所述第二外容器表面更近以促进从所述第一锂离子电池到所述第二通道的热传递。
9.根据权利要求8所述的棱柱形电池堆，其中所述第一通道的所述第一内侧壁距离所述第二锂离子电池的所述第二外容器表面比距离所述第一外容器表面更近以促进从所述第二锂离子电池到所述第一通道的热传递，所述第二通道的所述第二内侧壁距离所述第二锂离子电池的所述第二外容器表面比距离所述第一锂离子电池的所述第一外容器表面更近，以促进从所述第二锂离子电池到所述第二通道的热传递，所述第一顶壁、所述第一底壁，所述第一外侧壁和所述第一内侧壁共同限定第一通道本体，所述第一通道还包括联接至所述第一通道本体的第一电绝缘膜，所述第二顶壁、所述第二底壁，所述第二外侧壁和所述第二内侧壁共同限定第二通道本体，所述第二通道还包括联接至所述第二通道本体的第二电绝缘膜，所述第一通道的特征在于，在所述第一外极耳和所述第一内极耳上缺少所述第一电绝缘膜，并且所述第二通道的特征在于，所述第二外极耳和所述第二内极耳上缺少所述第二电绝缘膜。
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