CN111834565A - 流体冷却式电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种流体冷却式电池系统，包含至少一电池模块。电池模块包括多排单电池、外壳及至少一电池夹具。每一单电池具有电池主体，每一排单电池与相邻排单电池交错排列。外壳界定容置空间，并具有第一开口及第二开口。冷却液能从第一开口及第二开口的其中一者流入并流经容置空间而流至第一开口及第二开口的另一者，让单电池能被冷却液所冷却。电池夹具形成多排固定孔，每排固定孔与相邻排固定孔交错排列，并用于固定相应排单电池的电池主体，以将所述单电池固定于稳定的位置上来对抗非预期的震动。

Description

流体冷却式电池系统
技术领域
本发明涉及一种电池系统，特别是指一种流体冷却式电池系统。
背景技术
美国公告号第US6953638号专利公开一种传统的流体冷却式电池组系统(fluid-cooled battery pack system)，就算考虑到电池模块之间的间隙变化，所述传统的流体冷却式电池组系统仍可将电池组中的电池温度的变化保持在允许的温度范围内。多个电池模块在与其他电池模块连接的一侧具有多个凸部及多个凹部。当电池模块通过相对的凸部相互接触已形成连接时，可供冷却液流通的冷却液流通路径(coolant flow path)就形成。所述冷却液流通路径的目标宽度被设定为在冷却液流经冷却液流通路径时，每一电池模块的温度变化相对于目标温度能维持在一预定的范围内。上述温度变化是由电池模块之间的冷却液流通路径的实际宽度相对于目标宽度的制造误差所导致。
美国公开号第2010/0092849号专利申请案公开一种传统的电池模块，所述电池模块包含一容纳多个单电池的壳体。所述壳体包括一第一托盘及一第二托盘。每一单电池收容在第一托盘及第二托盘的至少一者的凹陷处。
发明内容
本发明的目的在于提供一种创新的流体冷却式电池系统。
本发明流体冷却式电池系统，包含至少一电池模块，所述电池模块包括多排单电池、外壳及至少一电池夹具。每一单电池具有在直立方向上延伸的电池主体，每一排单电池与相邻排单电池交错排列。所述外壳界定容纳所述单电池的容置空间，并具有第一开口及第二开口，冷却液能从所述第一开口及所述第二开口的其中一者流入并流经所述容置空间而流至所述第一开口及所述第二开口的另一者，让所述单电池能被冷却液所冷却。所述电池夹具设置于所述容置空间中，且形成多排固定孔。每排固定孔与相邻排固定孔交错排列，并用于固定相应排单电池的电池主体，让单电池能通过所述电池夹具固定于所述容置空间中，并将所述单电池固定于稳定的位置上以对抗非预期的震动。
在一些实施态样中，每一奇数排的固定孔与相邻的偶数排的固定孔交错排列，因而形成一对位于偶数排的固定孔的外侧的外侧区域，两穿孔分别形成于所述外侧区域上以供冷却液流通。
在一些实施态样中，所述电池夹具具有多个分别界定出所述固定孔的内周面，每一内周面形成至少一在直立方向上延伸以供冷却液流通的沟槽。
在一些实施态样中，每一内周面形成两个位于圆周上的两相反侧的沟槽。
在一些实施态样中，所述电池模块包括两个在直立方向上相互间隔的电池夹具。
在一些实施态样中，每一单电池具有在直立方向上位于相反侧且分别设于所述电池夹具的两相反侧的第一接点及第二接点；所述电池模块还包括包含电连接所述单电池的第一接点的第一电极盘，以及电连接于所述单电池的第二接点的第二电极盘。
在一些实施态样中，所述外壳具有在直立方向上分别止于第一围绕端缘及第二围绕端缘的围绕壁，所述第一围绕端缘界定所述第一开口，所述第二围绕端缘界定所述第二开口；所述第一电极盘及第二电极盘分别设置于相应的所述第一开口及所述第二开口处，且所述第一电极盘及第二电极盘各具有多个用于供冷却液流通的通孔。
在一些实施态样中，所述第一电极盘具有：盘主体，形成多个位置对应于所述单电池的第一接点的穿口；多个触垫，分别设置于所述穿口中，以分别跟所述单电池的第一接点形成电性接触；及多个易熔区，分别位于所述穿口中，每一易熔区具有多个易熔肋，所述易熔肋在角度上相互间隔，并从相应的所述触垫径向延伸至所述盘主体，以使所述盘主体与相应的所述触垫电连接。
在一些实施态样中，所述流体冷却式电池系统包含多个电池模块，所述外壳还包括分别延伸自所述第一围绕端缘及第二围绕端缘且形状上能相互衔接的母边缘延伸结构及公边缘延伸结构，所述电池模块的其中一者的所述公边缘延伸结构与所述电池模块中的相邻者的所述母边缘延伸结构衔接时，所述电池模块的第二电极盘会与相邻的所述电池模块的第一电极盘形成电性接触。
在一些实施态样中，所述通孔的位置与所述电池夹具的所述沟槽相对应。
本发明的有益的效果在于：通过将所述单电池装设于所述外壳中，让所述单电池能经由冷却液进行冷却，并能经由所述电池夹具对所述单电池加以固定来对抗非预期的震动。
附图说明
图1是一立体图，说明本发明流体冷却式电池系统的一电池模块的一实施例；
图2是所述电池模块的上视图；
图3是所述电池模块的侧视图；
图4是所述电池模块的底视图；
图5是一不完整的立体图，说明所述电池模块的多个单电池被两电池夹具固定的态样；
图6是一立体图，说明两个电池模块组装在一起的态样；
图7是一侧视图，说明具有多个电池模块的流体冷却式电池系统的态样；及
图8是所述流体冷却式电池系统的另一侧视图。
具体实施方式
参阅图1至图5，本发明流体冷却式电池系统的一实施例包含至少一电池模块100，所述电池模块100包括多排单电池(battery cell)11、一外壳12及至少一电池夹具(cellfixture)13。
每一单电池11具有一在直立方向Z上延伸的电池主体110，且每一排单电池11与相邻排单电池11交错排列。在图3所示的实施态样中，每一单电池11具有在直立方向Z上位于相反侧的一第一接点111及一第二接点112。第一接点111与第二接点112的其中一者为正极接点，另一者为负极接点。
单电池11可以(但不限于)是镍镉(NiCd)电池、镍氢(NiHM)电池、锂离子电池等可充电式的电池。在一实施态样中，单电池11可以是圆柱型锂离子电池18650或电池21700。
所述外壳12界定一容纳所述单电池11的容置空间120，并具有一第一开口101(见图1)及一第二开口102(见图4)，因而让冷却液能从第一开口101及第二开口102的其中一者流入并流经所述容置空间120而流至第一开口101及第二开口102的另一者。冷却液为一惰性介电流体(inert dielectric fluid)，并能提供灭火的功用。所述冷却液可以(但不限于)是矿物油(mineral oil)、硅油(silicone oil)、酯基油(ester-based oil)或工程液(engineered fluid)等。在一实施态样中，所述冷却液为工程液。
在图1及图4所示的一实施态样中，外壳12包括一界定所述容置空间120的围绕壁123，围绕壁123于直立方向Z上分别止于一第一围绕端缘124及一第二围绕端缘125。所述第一围绕端缘124界定所述第一开口101，且所述第二围绕端缘125界定所述第二开口102。
在图1所示的一实施态样中，围绕壁123具有一第一围绕段1231及一通过多个螺栓1233锁固于第一围绕段1231的第二围绕段1232。在不同的实施态样中，第一围绕段1231及第二围绕段1232也可以通过焊接或黏性物质贴合的方式彼此相接合。
进一步来说，所述第一围绕段1231形成一第一流通埠121，所述第二围绕段1232形成一第二流通埠122。在不同的实施态样中，第一流通埠121及第二流通埠122可同时形成在第一围绕段1231、第二围绕段1232的其中一者上。冷却液可从第一流通埠121及第二流通埠122的其中一者流入，并从第一流通埠121及第二流通埠122的另一者流出。
在一实施态样中，所述外壳12可由塑料或聚合物材质制成。
如图5所示的一实施态样，电池夹具13包括一如图1所示设置于容置空间120中的固持网(holding web)131，所述固持网131形成多排固定孔132。每排固定孔132与相邻排固定孔132交错排列，并用于固定相应排单电池11的电池主体110，让单电池11能通过固持网131固定于容置空间120中，并将单电池11固定于稳定的位置上以对抗非预期的震动(undesired vibration)。在一实施态样中，每一单电池11的第一接点111及第二接点112设置于固持网131的不同侧。
在图5所示的一实施态样中，每一奇数排133的固定孔132与相邻的偶数排134的固定孔132相互交错，因而形成一对位于偶数排134的固定孔132的外侧的外侧区域135。两穿孔130分别形成于所述外侧区域135上以供冷却液流通。
在图5所示的一实施态样中，固持网131具有多个分别界定出所述固定孔132的内周面136。每一内周面136形成两个在直立方向Z上延伸以供冷却液流通的沟槽137，所述沟槽137分别位于圆周上的两相反侧。
如图5所示的一实施态样，每一排固定孔132是在长度方向X上相互间隔。
在图1及图5所示的一实施态样中，电池模块100所包含的两个电池夹具13于直立方向Z上相互间隔。
在一实施态样中，外壳12的各部分是一体式地形成。所述电池夹具13是分别从第一开口101及第二开口102置入容置空间120中。
在图2至图4所示的一实施态样中，电池模块100还包括一电连接所述单电池11的第一接点111的第一电极盘14，以及一电连接于所述单电池11的第二接点112的第二电极盘15。
如图2及图4所示的一实施态样，第一电极盘14及第二电极盘15设置于相应的第一开口101及第二开口102处，且两者各具有多个用于供冷却液流通的通孔103。
在一实施态样中，图2及图4所示的通孔103的位置，与图5的固持网131的沟槽137相对应。
在图1及图2所示的一实施态样中，第一电极盘14具有一盘主体141、多个触垫(contact pad)143及多个易熔区(fusible region)144。
盘主体141形成多个位置对应于单电池11的第一接点111的穿口142。
触垫143分别设置于穿口142中，以跟单电池11的第一接点111形成电性接触。
易熔区144分别位于穿口142中，且每一易熔区144具有多个易熔肋(fusible rib)145。所述易熔肋145在角度上相互间隔，并从相应的触垫143径向延伸至盘主体141，以使盘主体141与相应的触垫143电连接。当单电池11的其中一者过热时，相应的易熔区144处的易熔肋145会熔断以保护其他单电池11。
单电池11与第一电极盘14、第二电极盘15之间的电连接容易造成升温发热，且热会以废热形式散逸。若单电池11通过易熔构件电连接于第一电极盘14及第二电极盘15，温度改变会对熔化造成不良影响。在相对高温下的电连接也会对电池模块100的效率造成不良影响。将用于电连接的结构浸没于冷却液中能提升电池模块100的效率并减少能量耗费。请注意本实施例的电池模块100有别于传统的电池模块，其原因在于本实施例中电连接的结构完全浸没于冷却液中，让电连接的结构能被更有效率地冷却。
在图6所示的一实施态样中，所述流体冷却式电池系统包含多个如图1所示的电池模块100。图1、2、4所示的外壳12还包括分别延伸自第一围绕端缘124及第二围绕端缘125且形状上能相互衔接的一母边缘延伸结构(female edge extension)127及一公边缘延伸结构(male edge extension)126。当电池模块100的其中一者的公边缘延伸结构126与电池模块100中的一相邻者的母边缘延伸结构127衔接时，所述电池模块100的第二电极盘15会与相邻的电池模块100的第一电极盘14形成电性接触。在此态样下，所述电池模块100可通过类似乐高积木的连锁积木形式(interlocking building block)堆叠，借以形成一电池组(battery pack)。
在图7及图8所示的一实施态样中，流体冷却式电池系统包含多个在行、列上配置的电池模块100、一对盖壳21、多个盖板22、多个第一支管(first manifold)23以及多个第二支管24。
每一列的电池模块100通过如图1、2、4所示的相邻的公边缘延伸结构126及母边缘延伸结构127的衔接而在直立方向Z上彼此连接。各行电池模块100是在横向Y上设置。各列电池模块100是在直立方向Z上设置。各列电池模块100的外壳12(如图1所示)可通过如美国申请号15/080882专利申请案中的各种可能的方式彼此连接。
每一盖板22设置于电池模块100的末列(end row)以提供流体密封功用，且其上形成电路以使各行的电池模块100形成串联连接。图8中的箭头代表流体冷却式电池系统中的流体流动的流向。在其他实施态样中，各行的电池模块100也可以通过并联方式连接。
每一第一支管23配置为与一对应列的电池模块100的第一流通埠121(见图1)形成流体连通(fluid communication)。每一第二支管24配置为与一对应列的电池模块100的第二流通埠122(见图1)形成流体连通。冷却液可沿图8所示的箭头流经所述电池模块100。此外，第一支管23与第二支管24的设置让冷却液能沿横向在各行电池模块100中流通。
每一盖壳21配置为对所述电池模块100的最前者(leading one)及尾接者(trailing one)提供流体密封的功用，且其上具有一电路以让流体冷却式电池系统的电池模块100能电连接于一电动车(图未示)的一电动发电机(图未示)。在电池模块100、盖壳21、盖板22、第一支管23及第二支管24组装完成后，流体冷却式电池系统中的单电池11就被以流体密封的方式封装于内。

Claims (10)

1.一种流体冷却式电池系统，其特征在于，所述流体冷却式电池系统包含至少一电池模块，所述电池模块包括：
多排单电池，每一单电池具有在直立方向上延伸的电池主体，每一排单电池与相邻排单电池交错排列；
外壳，界定容纳所述单电池的容置空间，并具有第一开口及第二开口，冷却液能从所述第一开口及所述第二开口的其中一者流入并流经所述容置空间而流至所述第一开口及所述第二开口的另一者，让所述单电池能被冷却液所冷却；及
至少一电池夹具，设置于所述容置空间中，且形成多排固定孔，每排固定孔与相邻排固定孔交错排列，并用于固定相应排单电池的电池主体，让单电池通过所述电池夹具固定于所述容置空间中，并将所述单电池固定于稳定的位置上以对抗非预期的震动。
2.根据权利要求1所述的流体冷却式电池系统，其特征在于：每一奇数排的固定孔与相邻的偶数排的固定孔交错排列，因而形成一对位于偶数排的固定孔的外侧的外侧区域，两穿孔分别形成于所述外侧区域上以供冷却液流通。
3.根据权利要求2所述的流体冷却式电池系统，其特征在于：所述电池夹具具有多个分别界定出所述固定孔的内周面，每一内周面形成至少一在直立方向上延伸以供冷却液流通的沟槽。
4.根据权利要求3所述的流体冷却式电池系统，其特征在于：每一内周面形成两个位于圆周上的两相反侧的沟槽。
5.根据权利要求1所述的流体冷却式电池系统，其特征在于：所述电池模块包括两个在直立方向上相互间隔的电池夹具。
6.根据权利要求4所述的流体冷却式电池系统，其特征在于：每一单电池具有在直立方向上位于相反侧且分别设于所述电池夹具的两相反侧的第一接点及第二接点；所述电池模块还包括包含电连接所述单电池的第一接点的第一电极盘，以及电连接于所述单电池的第二接点的第二电极盘。
7.根据权利要求6所述的流体冷却式电池系统，其特征在于：所述外壳具有在直立方向上分别止于第一围绕端缘及第二围绕端缘的围绕壁，所述第一围绕端缘界定所述第一开口，所述第二围绕端缘界定所述第二开口；所述第一电极盘及第二电极盘分别设置于相应的所述第一开口及所述第二开口处，且所述第一电极盘及第二电极盘各具有多个用于供冷却液流通的通孔。
8.根据权利要求7所述的流体冷却式电池系统，其特征在于：所述第一电极盘具有：
盘主体，形成多个位置对应于所述单电池的第一接点的穿口，
多个触垫，分别设置于所述穿口中，以分别跟所述单电池的第一接点形成电性接触，及
多个易熔区，分别位于所述穿口中，每一易熔区具有多个易熔肋，所述易熔肋在角度上相互间隔，并从相应的所述触垫径向延伸至所述盘主体，以使所述盘主体与相应的所述触垫电连接。
9.根据权利要求7所述的流体冷却式电池系统，其特征在于：所述流体冷却式电池系统包含多个电池模块，所述外壳还包括分别延伸自所述第一围绕端缘及第二围绕端缘且形状上能相互衔接的母边缘延伸结构及公边缘延伸结构，所述电池模块的其中一者的所述公边缘延伸结构与所述电池模块中的相邻者的所述母边缘延伸结构衔接时，所述电池模块的第二电极盘会与相邻的所述电池模块的第一电极盘形成电性接触。
10.根据权利要求7所述的流体冷却式电池系统，其特征在于：所述通孔的位置与所述电池夹具的所述沟槽相对应。
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