CN110034252A - 电池温度控制 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及电池温度控制，提供了一种电池外壳和拖车制冷单元。所述电池外壳包括第一翅片和第二翅片，其中所述第一翅片与所述第二翅片基本上平行地堆叠。所述第一翅片通过气隙与所述第二翅片分离。所述电池外壳包括一个或多个电池电芯组，通过所述第一翅片和所述第二翅片中的每一者上的孔口来设置所述一个或多个电池电芯组中的每一者。

Description

电池温度控制
背景技术
示例性实施方案是关于电池领域，并且更具体来说，是关于动力电池壳体。
拖车制冷单元(TRU)是被设计成在特定温度下或在某一温度范围内载运易腐货物的集装箱。TRU可以配备有用于维持车厢内的特定温度的多种制冷系统。通常，柴油发动机驱动的拖车制冷单元用于在运输期间保存新鲜的、冷冻的食品和其他物品。然而，这些柴油发动机TRU存在多个问题，例如，燃料成本、有害排气排放、微粒物质以及噪声污染。为了解决以上问题，电动TRU利用诸如电池电力的电源。然而，电池电力包括与电池上的环境条件相关的问题，所述环境条件可能会影响电池性能并且因此影响制冷系统性能。
发明内容
根据一个实施方案，提供一种电池外壳。所述电池外壳包括第一翅片和第二翅片，其中所述第一翅片与所述第二翅片基本上平行（parallel）地堆叠。所述第一翅片通过气隙与所述第二翅片分离。所述电池外壳包括一个或多个电池电芯组，通过所述第一翅片和所述第二翅片中的每一者上的孔口来设置所述一个或多个电池电芯组中的每一者。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述电池外壳的另外的实施方案可以包括第三翅片，其中所述第三翅片与所述第一翅片和所述第二翅片基本上平行地堆叠。所述第三翅片通过气隙与所述第一翅片和所述第二翅片分离。通过所述第三翅片上的孔口来设置所述一个或多个电池电芯组中的每一者。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述电池外壳的另外的实施方案可以包括：所述一个或多个电池电芯组中的每一者包括圆柱形壳体，其中多个电池电芯布置在所述圆柱形壳体中。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述电池外壳的另外的实施方案可以包括：所述孔口是基本上圆柱形的，并且所述孔口的大小被设计成接纳电池电芯组。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述电池外壳的另外的实施方案可以包括：所述第一翅片和所述第二翅片包括金属。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述电池外壳的另外的实施方案可以包括：所述金属是铝。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述电池外壳的另外的实施方案可以包括：所述第一翅片和所述第二翅片包括铝合金。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述电池外壳的另外的实施方案可以包括，通过所述第一翅片和所述第二翅片中的每一者上的第二孔口来设置两个或更多个电池电芯组。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述电池外壳的另外的实施方案可以包括，一个或多个支撑构件附着到所述第一翅片和所述第二翅片中的每一者。
根据一个实施方案，提供一种拖车制冷单元。所述拖车制冷单元包括制冷系统，所述制冷系统包括至少一个压缩机、蒸发器、多个电池电芯组以及至少一个风扇。包括被配置成操作所述制冷系统的微控制器电路。所述拖车制冷单元包括电池系统，所述电池系统向所述压缩机、所述蒸发器和所述至少一个风扇中的一者或多者提供电力，所述电池系统包括第一翅片和第二翅片，其中所述第一翅片与所述第二翅片基本上平行地堆叠。所述第一翅片通过气隙与所述第二翅片分离。通过所述第一翅片和所述第二翅片中的每一者上的孔口来设置所述多个电池电芯组中的第一电池电芯组。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述拖车制冷单元的另外的实施方案可以包括：所述电池系统还包括第三翅片，其中所述第三翅片与所述第一翅片和所述第二翅片基本上平行地堆叠。所述第三翅片与所述第一翅片分离。通过所述第三翅片上的孔口来设置所述第一电池电芯组。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述拖车制冷单元的另外的实施方案可以包括：所述电池系统还包括附着到所述第一翅片和所述第二翅片中的每一者的一个或多个支撑构件。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述拖车制冷单元的另外的实施方案可以包括环境传感器，所述环境传感器可操作以收集所述拖车制冷单元中的环境参数。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述拖车制冷单元的另外的实施方案可以包括：所述至少一个风扇可操作以至少部分基于所述环境参数而使空气移向所述电池壳体。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述拖车制冷单元的另外的实施方案可以包括：所述第一电池电芯组包括圆柱形壳体，其中多个电池电芯布置在所述圆柱形壳体中。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述拖车制冷单元的另外的实施方案可以包括：所述第一孔口是基本上圆柱形的，并且所述第一孔口的大小被设计成接纳所述第一电池电芯组。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述拖车制冷单元的另外的实施方案可以包括：所述第一翅片和所述第二翅片包括金属。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述拖车制冷单元的另外的实施方案可以包括：所述金属是铝。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述拖车制冷单元的另外的实施方案可以包括，通过所述第一翅片和所述第二翅片中的每一者上的第二孔口来设置所述多个电池电芯组中的第二电池电芯组和第三电池电芯组。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，所述拖车制冷单元的另外的实施方案可以包括：所述第一翅片和所述第二翅片与所述电池电芯组处于热接触。
附图说明
以下描述不应被视为以任何方式进行限制。参考附图，相似元件用相似数字编号：
图1A描绘示例性实施方案中的运输制冷单元；
图1B描绘根据一个或多个实施方案的作为卡车的部分的运输制冷系统；
图2描绘制冷单元的实施方案的图解图示；
图3描绘根据一个或多个实施方案的电芯组；
图4描绘根据一个或多个实施方案的构成电池模块的电芯组的布置；
图5描绘根据一个或多个实施方案的电池模块内的电芯组的取向；
图6描绘根据一个或多个实施方案的电芯组的电池外壳；
图7描绘根据一个或多个实施方案的被布置成形成电池的多个电池外壳；以及
图8描绘根据一个或多个实施方案的具有集成为单元的6个电池外壳的卡车制冷单元。
具体实施方式
现在转向与本公开的各方面更具体地相关的技术的概述，拖车制冷单元(TRU)是被设计成在特定温度下或在某一温度范围内载运易腐货物的集装箱。TRU可以配备有用于维持车厢内的特定温度的多种制冷系统。通常，柴油发动机驱动的拖车制冷单元用于在运输期间保存新鲜的、冷冻的食品和其他物品。然而，这些柴油发动机TRU存在多个问题，例如，燃料成本、有害排气排放、微粒物质以及噪声污染。
现在转向对本公开的各方面的概述，本公开的一个或多个实施方案通过提供动力电池模块以向TRU或其他类型的制冷系统提供电力来解决现有技术的上述缺点。本文描述的动力电池模块利用锂离子电池电芯。这些电池模块内布置有电池电芯以向制冷系统提供足够的电压。在锂离子电池电芯的情况下，电芯环境条件(例如，室温、湿度等)影响电池电芯性能和电池电芯的寿命。锂离子电池可能会经历热失控从而导致过热。
现在转向对本公开的各方面的更详细的描述，图1A描绘具有冷藏拖车的运输制冷系统50。所述拖车可以由牵引车52拉动。示例性拖车包括限定内部隔室56的集装箱54。应理解，本文描述的实施方案可以应用于通过铁路或海洋运送的运送集装箱而不使用牵引车52。安装到集装箱54的前面的设备壳体58可以容纳电力供应器。制冷系统可以电联接到所述电力供应器以接收电力。制冷系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀以及一个或多个蒸发器，从而限定如在本领域中已知的用于使制冷剂循环的制冷回路。制冷系统还包括一个或多个风扇，诸如冷凝器风扇、蒸发器风扇或通风风扇。
图1B描绘根据一个或多个实施方案的作为卡车的部分的运输制冷系统。卡车70可以具有附接的货物箱74。附接的货物箱74限定内部隔室76。在一个或多个实施方案中，可以将设备壳体78安装到货物箱74的前面或卡车70的顶部。设备壳体78可以包括电力供应器和电联接到所述电力供应器的制冷系统。
在图2中示出制冷系统60的实施方案的图解图示。制冷系统60包括：电池模块96，配置有压缩机78、冷凝器82、制冷剂调节器70、蒸发器82和风扇74、84的制冷单元64，以及控制系统86(“控制器”)。制冷单元64被配置成使得制冷剂在闭环路径88中行进穿过压缩机76、冷凝器78、制冷剂调节器70和蒸发器82。风扇84具有交流(“ac”)马达或直流(“dc”)马达，并且被配置成调节来自图1中的内部隔室56的空气80且/或在一些实施方案中来自图1中的内部隔室56外部的空气80穿过蒸发器82并且回到图1中的内部隔室56中。风扇74具有交流(“ac”)马达或直流(“dc”)马达，并且被配置成使外部空气90移动穿过冷凝器78，以便将热量排出制冷系统。
电池模块96被适配成将电力供应给制冷单元64的部件中的一者或多者(例如，压缩机76、制冷剂调节器70、风扇84、风扇74、控制器98等)。电池模块96专用于制冷单元64。术语“专用”用于指示制冷单元64是从电池模块96得到所有或基本上所有其电力。电池模块96可以是单个单元或经过组合的多个单元。
控制器86包括处理器98，所述处理器被适配成从定位在内部隔室和/或制冷单元64内的一个或多个传感器40接收指示内部隔室内的环境参数(例如，温度、压力、湿度等)的一个或多个反馈信号，和/或指示制冷单元64的操作参数的反馈信号。还可以从电池模块96周围的可以在内部隔室内和/或在所述内部隔室外部的周围环境收集环境参数。处理器98被进一步适配成基于所述反馈信号、算法或其某一组合而使用与制冷单元64通信的致动器92(例如，开关、阀等)来选择性地维持或改变制冷单元64的操作模式。例如，在内部隔室内感测到的温度值可以促使控制器86启用非操作的制冷单元64以将冷却空气供应给内部隔室，或者所述温度值可以促使控制器86停用操作的制冷单元64。类似地，与制冷单元64相关联的操作参数值可以促使控制器86启用休眠的制冷单元64或者停用操作的制冷单元64。应注意，可以使用硬件、软件、固件或其组合来实施处理器98的功能性。
图3描绘根据一个或多个实施方案的电芯组300。电芯组300包括圆柱形壳体306，其中一个或多个电池电芯302布置在所述圆柱形壳体306内。一个或多个电池电芯302可以是任何类型的可再充电电池，例如，标准的18650圆柱形锂离子电芯。圆柱形壳体306可以包括串联连接的七个电池电芯302以实现电芯组电压。通过利用电芯组300中的七个标准的18650圆柱形锂离子电芯，可以实现24 V与27 V之间的电芯组电压。如图3中所图示，电池电芯302串联地电连接304并且被封闭在壳体306内，以便在一个或多个电芯热失控的情况下进行另外隔离，从而防止级联到可能接近的其他电芯组300。
图4描绘根据一个或多个实施方案的构成电池模块96的电芯组300的布置。电芯组300并联地电连接404以产生电池模块容量。例如，在七个电芯组300利用标准的18650圆柱形锂离子电芯并且所述电芯组300并联连接的情况下，电池模块容量可以在526 Wh与635Wh之间。如本文所描述，对于拖车制冷单元(TRU)制冷系统，可以串联连接12个到16个电池模块以增加在制冷系统的操作中使用的总可用电压。如印刷电路板实施方案310所示，可以通过电池电芯组中的每一者上的传感器、控制器等的组合来实现对电芯的电压、电流、荷电状态和温度的监测。
图5描绘根据一个或多个实施方案的电池模块96内的电芯组300的取向。电芯组300的所图示的取向使得电芯组1到电芯组6之间的并联电连接404最小化。电芯组7位于中心(即，在辐条线相交处)并且取向成使得电芯7(电芯组中)与所述中心相距1电芯直径的距离而定位在辐条2上。根据此配置来使电芯组进行取向提供七个电芯的最小占用面积，同时由于电芯组1到电芯组6之间的可能的最短并联连接而优化了组装成本。未特定地优化电芯组之间的并联连接但却满足了所设计的电气性能的其他配置是可能的。
此取向的技术益处包括使得电芯组之间的电连接最小化，因此主要益处是节约了材料成本。所述较短的电连接出故障的可能性比较长的连接低。而且，注意到此取向对于如图所示的圆形配置最为合适。应注意，在图7中，描绘了矩形配置，因为按照此集成需求，矩形配置更适合情境(参见图文件中的最后一张幻灯片（slide）)。在此实施方案中，所述取向不是最优并且模仿了蒸发器或冷凝器线圈/热交换器中的管子。
图6描绘根据一个或多个实施方案的电芯组的电池外壳。电池外壳600包括被布置成固持电池模块96的多个翅片602。更具体地，翅片602包括延伸穿过每个翅片602的孔口604，所述孔口大小和形状被设计成以在图5中描绘的取向接纳电池模块96的电芯组300。翅片602中的每一者与其他翅片602中的每一者基本上平行并且可以通过一个或多个垂直支撑件彼此连接。垂直支撑件可以附着在翅片602上的任何位置处，在电池外壳600的翅片602之间产生气隙606。
电池外壳600允许空气流过气隙606以将空气流提供到电芯组300。在给定TRU的移动性质的情况下，TRU内的环境条件(例如)可以变化。随着环境条件变化，电池模块96的电芯组300可能需要对环境温度进行调整以避免危险条件，诸如热失控。在一个或多个实施方案中，可以利用风扇使空气吹过电池外壳的气隙606以维持电芯组300的环境条件。所述风扇可以是如图2中描绘的可变速度风扇84。可以将包括电池模块96的电池外壳600插入制冷系统64内，而利用所述电池模块来向制冷系统64供电。制冷系统64内的电池外壳600的位置可以使得使经过调节的空气穿过电池外壳600的气隙606。在另一实施方案中，穿过电池外壳的气隙606的空气可以是来自可变速度风扇84或任何其他风扇类型的未经过调节的空气。TRU制冷系统64仅是制冷系统的一个示例；在一个或多个实施方案中，可以在任何类型的制冷系统中使用包括电芯组300的电池外壳600。
在一个或多个实施方案中，翅片602可以是任何类型的材料，包括金属、金属合金等。由于铝的导热性，可以利用铝翅片。在一个或多个实施方案中，翅片602与围绕孔口的套环一起形成，以在孔口604位置处提供与电芯组300的热接触。翅片套环还允许恰当地分隔相邻的翅片以固定气隙开口。因为通过翅片602的孔口604来设置电芯组300，所以孔口604的大小和形状被设计成在电芯组300的壳体周围进行与电芯组300的此热接触。铝仅是用于翅片602的材料的一个示例，而可以将任何其他材料用于所述翅片，包括其他高导热性材料，诸如铜。根据一个或多个实施方案，所述翅片可以是任何配置，诸如平坦的、波浪形的或波纹状的。翅片间距可以是任何类型的翅片间距，例如，每英寸8个翅片到14个翅片。
虽然所图示的电池外壳600描绘延伸到翅片602之外的电芯组300，但在一个或多个实施方案中，电池外壳600可以包括翅片602，使得电池外壳600的每个侧面上的端部翅片与电池模块96中的电芯组300的每个端部基本上齐平，从而形成立方体形电池外壳。虽然所图示的示例示出延伸穿过孔口位置的仅一个电芯组，但在一个或多个实施方案中，两个或更多个电芯组300可以延伸穿过电池外壳中的孔口604位置。
图7描绘根据一个或多个实施方案的被布置成形成电池700的两个电池外壳600。电池外壳600可以按照任何形状(诸如，在图7中描绘的形状)彼此连接。如本文描述，从风扇吹出的空气可以流过电池外壳600中的每一者。电池外壳600可以被布置成使得电池700中的电池外壳600的大致一半用作正触点，而另一半可以用作负触点。可以连接所述正触点和负触点以为如本文描述的制冷系统供电。在一个或多个实施方案中，电池700可以连接到其他电池以提供更大的电压和/或功率输出。
图8描绘具有集成为单元的6个电池外壳700的卡车制冷单元。将这6个电池外壳电连接在一起提供高电压DC，在需要时使用电力电子器件将所述高电压DC转换为3相高电压AC以向制冷单元供电。
本文参考附图通过举例而非限制的方式呈现了所公开的设备的一个或多个实施方案的详细描述。
术语“约”旨在包括基于提交本申请时可用的设备的与特定量的测量相关联的误差程度。例如，“约”可以包括给定值的±8%或5%或2%的范围。
本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不旨在作为本公开的限制。如本文所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”也旨在包括复数形式。还应理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件部件和/或其群组的存在或添加。
虽然已参考一个或多个示例性实施方案描述了本公开，但本领域技术人员应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可进行各种改变并可用等效物替代本公开的元件。此外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适于本公开的教导。因此，本公开无意限于作为预期用于实施本公开的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本公开将包括落入权利要求书的范围内的所有实施方案。

Claims (19)

1.一种电池外壳，所述电池外壳包括：
第一翅片和第二翅片，其中所述第一翅片与所述第二翅片基本上平行地堆叠；
其中所述第一翅片通过气隙与所述第二翅片分离；以及
一个或多个电池电芯组，通过所述第一翅片和所述第二翅片中的每一者上的孔口来设置所述一个或多个电池电芯组。
2.如权利要求1所述的电池外壳，所述电池外壳还包括：
第三翅片，其中所述第三翅片与所述第一翅片和所述第二翅片基本上平行地堆叠；
其中所述第三翅片通过气隙与所述第一翅片和所述第二翅片分离；
其中通过所述第三翅片上的孔口来设置所述一个或多个电池电芯组。
3.如权利要求1所述的电池外壳，其中所述一个或多个电池电芯组中的每一者包括：
圆柱形壳体，其中多个电池电芯布置在所述圆柱形壳体中。
4.如权利要求3所述的电池外壳，其中所述孔口是基本上圆柱形的，并且所述孔口的大小被设计成接纳电池电芯组。
5.如权利要求1所述的电池外壳，其中所述第一翅片和所述第二翅片包括金属。
6.如权利要求5所述的电池外壳，其中所述金属是铝。
7.如权利要求1所述的电池外壳，所述电池外壳还包括：
两个或更多个电池电芯组，通过所述第一翅片和所述第二翅片中的每一者上的第二孔口来设置所述两个或更多个电池电芯组。
8.如权利要求1所述的电池外壳，其中所述第一翅片和所述第二翅片与所述电池电芯组处于热接触。
9.如权利要求1所述的电池外壳，所述电池外壳还包括：
一个或多个支撑构件，所述一个或多个支撑构件附着到所述第一翅片和所述第二翅片中的每一者。
10.一种拖车制冷单元，所述拖车制冷单元包括：
制冷系统，所述制冷系统包括至少一个压缩机、蒸发器、多个电池电芯组以及至少一个风扇；
微控制器电路，所述微控制器电路被配置成操作所述制冷系统；以及
电池系统，所述电池系统向所述压缩机、所述蒸发器和所述至少一个风扇中的一者或多者提供电力，所述电池系统包括：
第一翅片和第二翅片，其中所述第一翅片与所述第二翅片基本上平行地堆叠；
其中所述第一翅片通过气隙与所述第二翅片分离；并且
其中通过所述第一翅片和所述第二翅片中的每一者上的第一孔口来设置所述多个电池电芯组中的第一电池电芯组。
11.如权利要求10所述的拖车制冷单元，其中所述电池系统还包括：
第三翅片，其中所述第三翅片与所述第一翅片和所述第二翅片基本上平行地堆叠；
其中所述第三翅片通过气隙与所述第一翅片和所述第二翅片分离；并且
其中通过所述第三翅片上的孔口来设置所述第一电池电芯组。
12.如权利要求10所述的拖车制冷单元，其中所述电池系统还包括：
一个或多个支撑构件，所述一个或多个支撑构件附着到所述第一翅片和所述第二翅片中的每一者。
13.如权利要求10所述的拖车制冷单元，所述拖车制冷单元还包括：
环境传感器，所述环境传感器可操作以收集所述拖车制冷单元中的环境参数。
14.如权利要求13所述的拖车制冷单元，其中所述至少一个风扇可操作以至少部分基于所述环境参数而使空气移向所述电池系统。
15.如权利要求10所述的拖车制冷单元，其中所述第一电池电芯组包括：
圆柱形壳体，其中多个电池电芯布置在所述圆柱形壳体中。
16.如权利要求10所述的拖车制冷单元，其中所述第一孔口是基本上圆柱形的，并且所述孔口的大小被设计成接纳所述第一电池电芯组。
17.如权利要求10所述的拖车制冷单元，其中所述第一翅片和所述第二翅片包括金属。
18.如权利要求17所述的拖车制冷单元，其中所述金属是铝。
19.如权利要求10所述的拖车制冷单元，所述拖车制冷单元还包括：
所述多个电池电芯组的第二电池电芯组和第三电池电芯组，通过所述第一翅片和所述第二翅片中的每一者上的第二孔口来设置所述第二电池电芯组和所述第三电池电芯组，其中所述第一翅片和所述第二翅片与所述第一电池电芯组处于热接触。
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