TW202042424A - 電池組模組之熱管理 - Google Patents

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布蘭登 亞倫 巴特林
泰勒 史考特 馬修斯
貝敏黛 歐拉勒岡 菲爾敏
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Abstract

一種電池組模組包括複數個電化學電池，該複數個電化學電池各具有一對電端子、一第一細長構件，其將該等電化學電池的至少一個電池的一第一端子電連接至至少一個其他電池的一第二端子、及一第二細長構件，其將該等電池之至少一者的一第三端子電連接至至少一個其他電池的一第四端子，其中該等第一細長構件及第二細長構件的至少一部分係一中空區段，該中空區段界定一流體途徑，該流體途徑經組態以傳輸一流體以用於將熱轉移至或轉移自該等電化學電池的該等電端子。

Description

電池組模組之熱管理
在本說明的一些態樣中，提供一種電池組模組，其包括複數個電化學電池、一第一細長構件、及一第二細長構件。該複數個電化學電池的各電池包括一對端子，該對端子分別連接至該電池的一陽極及一陰極。該第一細長構件將該複數個電化學電池的至少一個電池的一第一端子電連接至該複數個電池的至少一個其他電池的一第二端子，且該第二細長構件將該複數個電化學電池的至少一個電池的一第三端子電連接至該複數個電池的至少一個其他電池的一第四端子。該等第一細長構件及第二細長構件中之至少一者的至少一部分包含一中空區段，該中空區段界定一流體途徑，該流體途徑經組態以傳輸一流體以用於將熱轉移至或轉移自該複數個電化學電池中之至少一者之該對端子的至少一者。
在本說明的一些態樣中，提供一種電力系統，其包括複數個電化學電池、一第一細長構件、一第二細長構件、一流體泵、及 一熱交換器。該複數個電化學電池的各電池包括一對端子，該對端子分別連接至該電池的一陽極及一陰極。該第一細長構件界定在該複數個電化學電池的至少一個電池的一第一端子與該複數個電池的至少一個其他電池的一第二端子之間的一第一電連接件。該第二細長構件界定在該複數個電化學電池的至少一個電池的一第三端子與該複數個電池的至少一個其他電池的一第四端子之間的一第二電連接件。該等第一細長構件及第二細長構件中之至少一者的至少一部分包含一中空區段，該中空區段界定具有該流體泵及該熱交換器的一流體途徑。
在本發明的一些態樣中，提供一種電力模組，其包括至少一個電化學電池，該至少一個電化學電池包括一第一端子及一第二端子、一第一導電構件，其耦接至該第一端子、及一第二導電構件，其耦接至該第二端子。該第一導電構件及該第二傳導構件中之至少一者的至少一部分包含一中空區段，該中空區段界定一流體途徑，該流體途徑經組態以傳輸一流體以用於將熱轉移至或轉移自該等第一端子及第二端子中之至少一者。
10:電匯流排
20:導管
30:流體埠
40:螺紋孔
50:電化學電池
60:端子
60A:端子墊
60C:C形連接點；連接點
60x:第一端子
60y:第二端子
80n:模組端子
80p:模組端子
100:電連接件；細長構件
100(a):細長構件
100(b):細長構件
100C:中空細長構件；細長構件；電連接件
110:電絕緣材料；區段
120:導電材料；區段
200:電池組模組
200a:電池組模組
300:電負載
310:泵
320:熱交換器
330:調節迴路
350:流體迴路
(A):對
(B):對
C1:電化學電池
C2:電化學電池
C3:電化學電池
C4:電化學電池
圖1係根據本文描述的一實施例之具有整合式流體導管之電連接件的透視圖；
圖2係根據本文描述的一實施例之電池組模組的透視圖；
圖3係根據本文描述的一實施例之具有電連接件之電池組模組的透視圖；
圖4係根據本文描述的一實施例之具有C形連接點之電化學電池的透視圖；
圖5係根據本文描述的一實施例之具有中空圓柱形電連接件之電池組模組的透視圖；
圖6係根據本文描述的一實施例之以具有整合式流體導管之電連接件為特徵之電池組模組的俯視圖；
圖7係根據本文描述的一實施例之具有交替的導電區段及電絕緣區段之電連接件的透視圖；
圖8A至圖8B分別提供根據本文描述的一實施例之以具有整合式流體導管的電連接件為特徵之電池組模組的透視圖及俯視圖；
圖9係根據本文描述的一實施例之以具有整合式流體導管及交替的導電及絕緣區段的電連接件為特徵之電池組模組的俯視圖；
圖10係根據本文描述的一實施例之以具有整合式流體導管的電連接件為特徵之電力系統的方塊圖；且
圖11係根據本文描述的替代實施例之具有電連接件之電池組模組的透視圖。
以下說明係參照所附圖式進行，該等圖式構成本文一部分且在其中係以圖解說明方式展示各種實施例。圖式非必然按比例繪製。要理解的是，其他實施例係經設想並可加以實現而不偏離本說明的範疇或精神。因此，以下之詳細敘述並非作為限定之用。
根據本說明的一些態樣，電池組模組包括複數個電化學電池、第一細長構件、及第二細長構件。如本文所界定的電化學電池係一種可從化學反應產生電能的裝置。各電化學電池一般具有藉由電解質彼此分開之二個相異材料的電極。當經由負載(例如，電動車的馬達)連接至配線時，化學反應通過電解質在電極之間發生，導致電子從負電極流動至正電極以產生運行該負載的電力。各電化學電池可包括一對端子，該對端子分別連接至該電池的陽極及陰極。可連接一或多個電化學電池以產生電池組或電池組模組(亦即，包括一或多個電池的電池組)。
在一些實施例中，第一細長構件將至少一個電化學電池的第一端子電連接至至少一個其他電化學電池的第二端子，且第二細長構件將至少一個電化學電池的第三端子電連接至至少一個其他電化學電池的第四端子。在一些實施例中，第一細長構件及第二細長構件可係電匯流排。在一些實施例中，第一細長構件及第二細長構件中之至少一者的至少一部分可包括中空區段。例如，細長構件的一或二者可係中空匯流排，或可係附接至固體匯流排的導管或通道。細長構件的中空區段可界定流體途徑，該流體途徑經組態傳輸流體(例如，介電質熱管理流體)以用於將熱轉移至或轉移自該複數個電化學電池中之至少一者的該對端子中之至少一者。
應注意雖然本文描述的許多實例係指熱管理流體將熱從系統移除，相同的流體系統可以其他方式使用並用於其他目的。例如，在一些實施例中(例如，在以鋰為底質的電化學電池的情形中)，流 體亦可用於將熱轉移至端子，以及從該等端子轉移熱，以確保溫度在電化學電池的理想操作範圍內。在一些實施例中，可依需要將加熱器(例如，浸入式加熱器)引入流體途徑中以將熱提供至端子。本文中對熱管理液體、熱管理流體、或其他液體成分的參考應亦包括可用於其他目的(例如，供應熱至端子)的液體。所提供的實例係說明性的且未意圖係限制性的。
由於對電池組模組(例如，用於對電動車供電的電池組模組)的需求日益增加，用於一些應用的電化學電池的數目成長。由此等電池產生的電力及電流可產生顯著熱量，該熱量可能不利地影響系統的效能並對與系統關聯的電子產品造成危害。目前，有許多已知用於冷卻電池組模組的方法，包括直接空氣冷卻(亦即，使空氣直接在模組上方流動)、直接液體冷卻(亦即，液體與模組直接接觸)、及間接液體冷卻(亦即，液體流經相鄰於模組的通道，其中熱通過通道壁吸收並導離)。在直接液體冷卻中，可將電池組模組浸入在使模組冷卻而不導致電短路的介電質流體(例如，3M的Novec Engineered Fluid)中。由於任何流體的加入可增加系統的重量及成本，減少所需的流體量而仍為系統提供適當冷卻係高度所欲的。最後，由於電池組模組的密度隨電力需求的增加而增加，可使相鄰電池之間的空隙最小化或消除，將用於空氣或液體直接冷卻法之其中一者之對內部電池之壁的接觸移除。
在電池組模組中，顯著的電流量可能通過連接電化學電池中之端子的匯流排(例如，在電池組模組的充電期間)。此電流導 致橫跨電池組模組的大的熱上昇及熱梯度。由於各電池的端子電連接且熱連接至電池本身內側的電極，並提供用於移除內部熱的有效率途徑(或在一些情形中，用於將熱供應至電池)，將於本文中顯示在電化學電池的端子處提供冷卻係冷卻整體電池組模組的有效措施。先前技術的系統並未提出此一冷卻方法，部分係由於可橫跨端子存在的大電壓。然而，如本文所述，可使介電質(亦即，絕緣)液體通過連接電池組模組中之端子的細長構件。此外，在一些實施例中，細長構件本身可具有在導電材料與電絕緣材料之間交替的區段。在一些實施例中，端子與細長構件之間的連接件可係導熱的，允許熱從端子傳輸至細長構件中，其中熱可藉由熱管理流體(例如，液體冷卻劑)吸收及移除，或者可替代地允許熱從細長構件傳輸至端子中(例如，當需要系統加熱時)。
在一些實施例中，細長構件的中空區段(且因此其界定的流體途徑)可延伸達細長構件的整體長度。以此方式，可將液體路由通過在電池組模組的一側的整體長度下方連接端子的細長構件(其中第二細長構件對在電池組模組之另一側上的另一組端子作相同的事)。在一些實施例中，導電材料及電絕緣材料的交替區段可用於以不同組態(例如，並聯、串聯、或其之一些組合)連接該系列電化學電池。在其他實施例中，中空區段可僅延伸達細長構件的一部分。在一些實施例中，中空區段可包括用於引入及移除熱管理液體的流體入口及流體出口。
在本說明的一些態樣中，提供一種電力系統，其包括複數個電化學電池、一第一細長構件、一第二細長構件、一流體泵、及一熱交換器。該複數個電化學電池的各電池包括一對端子，該對端子分別連接至該電池的一陽極及一陰極。在一些實施例中，第一細長構件界定在電化學電池中之至少一者的第一端子與至少一個其他電化學電池的第二端子之間的第一電連接件。第二細長構件界定在電化學電池的至少一個電池的第三端子與至少一個其他電化學電池的第四端子之間的第二電連接件。在一些實施例中，第一細長構件及第二細長構件中之至少一者的至少一部分包含中空區段，該中空區段界定具有流體泵及熱交換器的流體途徑。在一些實施例中，熱管理流體可由流體泵驅動，傳輸通過流體途徑，完成從細長構件的中空區段及熱交換器的迴路。在一些實施例中，熱交換器可將從電力系統移除的熱提供至車廂的調節迴路，該熱交換器可用於在該處將熱提供給車廂的乘客。在一些實施例中，中空區段可延伸達一或二個細長構件的整體長度，允許熱管理流體流經中空區段，吸收並移除其等所連接之端子的熱。在一些實施例中，一或二個細長構件可具有交替的導電材料及電絕緣材料區段，允許在電化學電池的端子間採用各種連接方案及圖案，而仍使用於流體的途徑維持沿著細長構件的整體長度。在一些實施例中，電力系統進一步包括設置在由中空區段界定之流體途徑內側的介電質液體。在此等實施例中，絕緣介電質流體的使用預防二個端子之間的電連接(亦即，短路)，該等二個端子以其他方式僅由細長構件的電絕緣區段連接。在一些實施例中，可將加熱器引入流體途徑中，使得 可將額外的熱加至電池組模組(例如，在極冷的天氣中)。例如，可將浸入式加熱器置於流體途徑中，使得熱管理流體在浸入式加熱器周圍及上方通過其，吸收可經由通過電化學電池的端子的吸收傳遞至電池組模組的熱。
在本說明的一些態樣中，提供一種電力模組，其包括至少一個電化學電池，該至少一個電化學電池包括第一端子及第二端子、第一導電構件，其耦接至該第一端子、及第二導電構件，其耦接至該第二端子。在一些實施例中，第一導電構件及第二導電構件中之至少一者的至少一部分包含中空區段，該中空區段界定流體途徑，該流體途徑經組態以傳輸流體以用於將熱轉移至或轉移自該等第一端子及第二端子中之至少一者。在一些實施例中，導電構件可係具有中空區段或導電導管的匯流排。在一些實施例中，端子與導電構件之間的連接件可係導熱的，允許熱從端子傳輸至導電構件中，或將熱從導電構件供應至端子。
現在回到圖式，圖1係根據本文描述的一實施例之具有整合式流體導管之電連接件的透視圖。在一些實施例中，電連接件可包括中空區段，該中空區段經設計以針對移除由電池組模組之電端子所發射之熱(或在一些情形中，提供熱至端子)的目的而傳輸熱管理流體(例如，液體冷卻劑)。在一些實施例中，電連接件100可包括附接至電匯流排10的中空導管(例如，圓形或矩形通道)20。導管20可經由焊接、機械附接、導熱黏著劑、或任何其他適當的附接方法附接至匯流排10。在一些實施例中，可將導熱材料(諸如導熱墊、導熱 黏著劑、導熱脂等，未圖示)放置在匯流排10與導管20之間。在一些實施例中，匯流排10、導管20、或二者的材料均可係導熱的。在一些實施例中，導管20具有流體埠30(例如，流體入口及/或出口)，該等流體埠可連接至流體供應器，使得熱管理流體可通過導管30。應注意導管20係以在一端上的剖面圖顯示在圖1中，以繪示其中空性質。為說明之目的而於此處顯示的剖面端在實際實踐中會被覆蓋或以其他方式密封以防止流體損失。在一些實施例中，將螺紋孔40提供在匯流排10中以允許附接至一或多個電化學電池的端子(未圖示)。例如，螺栓可通過端子中的對應孔，接著旋入螺紋孔40中。替代地，可採用任何已知的緊固機制以將匯流排10耦接至端子。可將由電化學電池內側的電極之間的化學反應所產生的熱，以及由於大量電流通過匯流排10而在其中產生的熱傳輸至導管20中，熱在該處由通過導管20的流體吸收並帶離電池(例如，朝向熱交換器或散熱裝置)。在一些實施例中，導管20可由電絕緣導熱材料構成。在其他實施例中，導管20可由導電材料製成。圖1的實施例僅係說明性的，而未意圖係限制性的。可存在其他實施例而不偏離本揭露的意圖。例如，導管20及匯流排10可組合成單一導電導管。額外變化將於稍後圖式的討論中更詳細地描述。
圖2及圖3提供根據本文描述的一實施例之電池組模組的透視圖。圖2顯示具有一或多個細長構件(諸如圖1的電連接件100)之電池組模組200的分解圖。電池組模組200包括一系列電化學電池50，其中各電池50包括一對電端子60。圖3顯示具有連接至電化學電 池50的端子60之細長構件100的相同電池組模組200。在此實施例中，將一個細長構件100附接至在電池組模組200的一側上之端子60之各者，並將另一細長構件附接至在電池組模組200的另一側上之端子60之各者。熱管理流體(未顯示，但由顯示流動方向的箭頭指示)可通過細長構件100，通過一個流體埠30進入並從另一流體埠離開。如本文他處所述，來自端子60的熱傳至細長構件100中，該熱於該處經由在細長構件100中通過的流體吸收並從電池組模組運離(或相反地，熱可從細長構件100傳至端子60中)。
常用於電動車應用的一種電化學電池類型係稜柱形電池(例如，鋰離子稜柱形電池)。稜柱形汽車電池係含有採堆疊或層疊形式之電極的電化學電池，常包含在矩形外殼或「罐」中。通常使用此等電池係因為其等具有薄型設計且可更佳地利用可用空間，改善電池組模組的密度與容量。一般的稜柱形汽車電池具有平坦的金屬端子墊，允許各種類型的連接硬體焊接至其等。在本說明的一些實施例中，將流體導管直接連接至電化學電池的端子而非先將導管連接至電匯流排係有利的。圖4提供根據此一實施例之具有C形連接點之電化學電池的透視圖。在一些實施例中，電化學電池50包括一對平坦端子墊60A。如同先前圖中所示的端子60，端子墊60A提供相同功能，將外部界面提供給包含在電化學電池50內的陽極與陰極。在圖4所示之實施例中，C形連接點60C經焊接或以其他方式附接至端子墊60A。連接點60C係導電的，有效地延伸來自端子墊60A的電連接件。在一些 實施例中，連接點60C亦係導熱的，在端子墊60A與連接至連接點60C的流體導管之間導熱。
例如，圖5提供電池組模組200的部分分解透視圖，該電池組模組包括各藉由中空細長構件100C(其作為電連接件)連接的許多電化學電池50。在所示的實施例中，C形連接點60C經設計使得「C」的形狀與採中空圓柱形電連接件之形式的細長構件100C的圓周周圍適配。圓柱形電連接件100C可藉由任何適當方法附接至C形連接點60C，包括但不限於焊接、機械連接硬體、導熱黏著劑、或其組合。在一些實施例中，圓柱形電連接件100C係在其等的整體長度上導電的，各連接至二或更多個C形連接點60C(其等繼而電連接至端子墊60A)。雖然描繪具有圓形截面及C形連接點60C的細長構件100C，當然，可採用具有根據任何此類細長構件定形狀的任何截面形狀及連接點的細長構件。可將液體冷卻劑或其他熱管理流體(未圖示)可引導通過圓柱形電連接件100C，通過一個流體埠30進入中空圓柱並通過另一流體埠30離開。在一些實施例中，可將流體迴路(未圖示)連接至流體埠30，該流體迴路包括泵以將流體推動通過該迴路、及熱交換器以在將流體重路由通過流體迴路回來之前自該流體提取熱。實例流體迴路將於圖10中詳細地討論。在一些實施例中，流體迴路可包括加熱器，使得當系統需要額外的熱時，可通過包含在電連接件100C中的熱管理流體將熱傳輸至端子60。
在迄今討論的實例實施例中，電池組模組已包括一對細長構件(諸如圖2的構件100、或圖5的構件100C)，其中各細長構 件連接在電池組模組的一側上的一系列電池端子。然而，使用由絕緣區段或氣隙分開的一系列較短的導電構件連接電池組模組的端子可係所欲的。例如，在圖6的實施例中，電池組模組200的俯視圖繪示在該處有連接端子的子集以在電池組模組內建立特定電組態的一系列較短的導電構件100(藉由虛線顯示以顯示下方端子的極性)，取代在模組的一側上的端子之中產生電連接的單一細長構件。例如，在圖6的實施例中，顯示八個電化學電池50。電池50經配置使得各對相鄰電池的端子對準(亦即，該對電池中的端子的極性對準)。參考模組中的前二個電池(亦即，從左側開始)，顯示二個負(-)端子係由一個相對短的導電構件100電連接，且二個正(+)端子係由另一個導電構件100電連接。此建立彼此在電性上並聯的電化學電池50對(A)。
類似地，次二個電化學電池50(對(B))彼此並聯連接。應注意對(A)的正端子與對(B)的負端子共享導電構件100，使得對(A)與對(B)串聯。圖6所示之實例中的其餘電化學電池50類似地連接以完成電池組模組200。一對模組端子80n及80p提供用於電池模組的電連接件(亦即，電負載(諸如電動車的馬達)可連接至模組端子80n及80p)。
在所示的實例實施例中，藉由氣隙分開的三個導電構件100連接在模組200之一側(頂側，如圖6所示)上的端子，且二個導電構件100連接在模組之另一側上(底側，如圖6所示)的端子。導電構件100的此組態以及此處所示之電化學電池50的特定定向或配置僅係一個實例且未意圖以任何方式成為限制性的。取決於所期望之電 池組模組的特定需求，可使用任何適當數目的導電構件100及電化學電池50的任何適當配置。
如圖所示，圖6之實施例中所示的較短導電構件100之各者可包括二個流體埠30，熱管理液體可針對將熱傳輸至或傳輸自該等流體埠所連接之端子的目的而通過該二個流體埠路由。在一些實施例中，儘管有不連續的電途徑(亦即，由於相鄰構件100之間的氣隙)，一個導電構件100的流體出口30可連接至另一構件100的流體入口30，沿著電池組模組的一側建立連續的流體途徑。在一些實施例中，將一個導電構件100上的流體埠30連接至第二導電構件100上的另一流體埠30的流體通道係電絕緣的(亦即，不在連接構件100之間提供電連接)。
如在圖6的實例實施例中，連接一系列較短的導電構件100以建立連續流體途徑，但不連續的電連接件建立可增加額外勞動成本或維護至系統的許多流體連接點及導管。因此，以在模組200之各側上的單一連接導管取代圖6中的多個導電構件100可係有利的。然而，單一導電導管必然使在電池組模組200的一側上的所有端子電連接(諸如在圖3或圖5的實例實施例中)。為避免此類要求，可採用以導電材料及電絕緣材料的交替區段構成的單一細長構件(具有單一連續的空心流體途徑)，如圖7所示。
圖7顯示用於連接許多電化學電池之端子的細長構件100(或替代地，100C)的實例實施例，該細長構件包括電絕緣材料110的區段及導電材料120的區段。在一些實施例中，交替的區段110 及120一起界定實質延伸達細長構件100之整體長度的中空區段。熱管理流體可通過流體埠30的一者進入中空細長構件100，且通過另一流體埠30離開構件100。在一些實施例中，電絕緣區段110及導電區段120二者可係導熱的，使得在細長構件100所連接之端子中產生的熱將傳導至細長構件100的內部中，流經由細長構件100界定之中空區段的流體將於該處吸收該熱並將其運出構件100。在一些實施例中，為預防通過橫跨電絕緣區段110的一者之熱管理流體的電連接(亦即，短路)，熱管理流體可係介電質(電絕緣液體)。
顯示於圖7之實例實施例中的絕緣材料110及導電材料120的交替區段的圖案不係限制性的。可依需要使用絕緣區段110及導電區段120的任何適當圖案以建立電池組模組的端子連接方案。例如，圖8A提供使用圖7之細長構件100、以具有整合式冷卻之電連接件為特徵之實例電池組模組的透視圖。在所示實例中，連接四個電化學電池50(標示為C1至C4)以製造電池組模組200。使用二個細長構件100以連接電化學電池50的端子60，其中一個細長構件100(a)在電池組模組200的一側上，且另一細長構件100(b)在電池組模組200的另一側上。
細長構件100(a)包括由單一導電區段120分隔的二個絕緣區段110。細長構件100(a)的導電區段120連接二個端子60，一者在電池C2上且一者在電池C3上，但因為電絕緣區段110，不與電池C1或電池C4上的端子60電連接。雖然細長構件100(a)僅電連接電化學電池50的二者，細長構件100(a)確實熱連接所有四個電池50(C1 至C4)。換言之，雖然細長構件100(a)僅有一個區段係導電的，構件100(a)的整體長度係導熱的。在構件100(a)內側的中空區段實質沿著構件100(a)的整體長度傳輸流體，從一個流體埠30至另一流體埠30，且流體吸收來自所有四個電化學電池50(C1至C4)之端子60的熱並將熱從系統移除(或相反地，將熱供應至端子60)。
類似地，細長構件100(b)具有在位置上與三個電絕緣區段110交替的二個導電區段120。一個導電區段120連接在電池C1及C2上的端子60，且另一導電區段120連接在電池C3及C4上的端子60。如同構件100(a)，構件100(b)的實質整體長度係中空的，界定熱管理流體(例如，介電質流體)的流體途徑。
圖8B顯示圖8A之電池組模組200的俯視圖，並包括此實例實施例之端子的極性。為簡化起見，端子本身未顯示於圖8B中(由於其等會為細長構件100(a)及100(b)所實質遮蔽)，但各端子係由顯示各別端子之極性的「+」或「-」號表示。在圖8B的實例中，電化學電池50經配置使得各相鄰電池50之端子的極性與在其中一側上之電池的極性相反(亦即，電池的定向交替)。模組端子80n及80p代表整體電池組模組200的電端子。當負載連接在模組端子80n與80p之間時，電流進入模組端子80n(連接至電池C1的負電池端子)並依循由圖8B中之虛箭頭界定的電流路徑。電流從該負端子(-)流經電池C1至該正端子(+)、通過構件100(b)之第一導電區段120流入電池C2之負端子(-)中、從C2之負端子(-)流至C2之正端子、通過構件100(a)的唯一導電區段120流至C3之正端子(+)、並依此類推，直到電流通 過正模組端子80p離開模組200為止。在一些實施例中，介電質流體流經各構件100(a)及100(b)，進入一個流體埠30中並通過第二流體埠30離開。
圖9係使用具有導電材料及電絕緣材料之交替區段的細長構件之電池組模組之另一實例實施例的俯視圖。此實例類似於圖8B的實例，但具有電化學電池50及細長構件100的替代組態。除非另於本文中描述，圖8B及圖9二者的共同組件具有相似編號的元件符號，並假設在二種組態中相同地運作。
圖9之電池組模組200之實施例的組態意圖與圖6所示的組態匹配。然而，在圖6使用一系列較短的導電構件以連接電池組模組200之端子處，圖9顯示在電池組模組200之各側上使用單一細長構件100所製成的相同連接件。圖9的細長構件100類似於圖7的細長構件，其等包括電絕緣材料110及導電材料120的交替區段。雖然圖6的實施例藉由氣隙使導電構件彼此電隔離，圖9的實施例使用電絕緣區段110以提供該等連接件的電隔離。藉由以圖9的電絕緣區段110取代圖6的氣隙，並藉使用介電質流體作為熱管理流體，圖9之細長構件100的各者可作用為用於從電池組模組200之端子移除熱的單一流體通道。可減少電池組模組200之各側上所需的流體埠30及流體連接件數目，且所需的熱管理流體的量可相對於圖6的實施例減少。
圖10係根據本文描述的一實施例之以具有整合式冷卻的電連接件為特徵之電力系統的方塊圖。電池組模組200可係，例如，本文顯示或描述之實例實施例的任何者，包括圖3、圖6、圖8A至圖 8B、及圖9的組態，雖然此等組態僅係實例而未意圖成為限制性的。在一些實施例中，電池組模組200具有二個模組端子80n及80p。連接在模組端子80n與80p之間的係電負載300(例如，控制電動車之馬達的電力電子產品)。在一些實施例中，流體迴路350係由連接在電池組模組200、熱交換器320、及泵310之間的液體導管產生。泵310導致流體(亦即，熱管理流體)移動通過流體迴路350，通過電池組模組200，該流體於該處從電池組模組200的端子收集熱並將其移除。熱管理流體接著離開電池組模組200並將過度的熱攜至熱交換器，該熱交換器從流體移除熱並使該流體返回至流體迴路350。於圖10中顯示之組件的配置係一種可能組態，且未意圖成為限制。存在未不同於本說明之範疇或意圖的系統的變化。例如，如本文它處所討論的，可針對加熱流體以將熱加至電池組模組的目的(例如，在極冷狀況下)而將浸入式加熱器或類似熱源引入流體迴路350中。
在一些實施例中，熱交換器320可介接至用於車廂或其他適當應用的調節迴路330。例如，熱交換器320可將從流體迴路350的熱管理流體取得的熱傳至調節迴路330，該調節迴路可使用該熱使車廂內的環境變暖。
在一些實施例中，合適的熱管理流體可包括鹵化化合物或油(例如，礦物油、合成油、或矽油)或基本上由鹵化化合物或油組成。在一些實施例中，鹵化化合物可包括氟化化合物、氯化化合物、溴化化合物、或其組合。在一些實施例中，鹵化化合物可包括氟化化合物或基本上由氟化化合物組成。在一些實施例中，熱管理流體可具 有小於約1e-5S/cm、小於約1e-6S/cm、小於約1e-7S/cm、或小於約1e-10S/cm的導電率(在攝氏25度)。在一些實施例中，熱管理流體可具有根據ASTM D150在室溫下測量之小於約25、小於約15、或小於約10的介電常數。在一些實施例中，熱管理流體可具有下列額外性質的任一者、任何組合、或全部：足夠低的熔點(例如<-40攝氏度)及高沸點(例如，對於單相熱轉移，>80攝氏度)、高導熱率(例如，>0.05W/m-K)、高比熱容量(例如，>800J/kg-K)、低黏度(例如，在室溫下<2cSt)、及不可燃性(例如，無閉杯閃點)或低可燃性(例如，閃點>100F)。在一些實施例中，具有此類性質的氟化化合物可包括氟醚、氟碳化物、氟酮、氟碸、及氟烯烴之任一者或組合或由氟醚、氟碳化物、氟酮、氟碸、及氟烯烴之任一者或組合組成。在一些實施例中，具有此類性質的氟化化合物可包括部分氟化化合物、全氟化化合物、或其組合，或由氟化化合物、全氟化化合物、或其組合組成。
如本文中所使用，「氟(fluoro-)」(例如，關於基團或部分，諸如在「氟伸烷基(fluoroalkylene)」或「氟烷基(fluoroalkyl)」或「氟碳化合物(fluorocarbon)」情況下)或「氟化(fluorinated)」意指(i)僅部分氟化而使得有至少一個碳鍵結氫原子，或(ii)全氟化。
如本文中所使用，「全氟(perfluoro-)」(例如，關於基團或部分，諸如在「全氟伸烷基(perfluoroalkylene)」或「全氟烷基(perfluoroalkyl)」或「全氟碳化物(perfluorocarbon)」情況下)或「全 氟化(perfluorinated)」意指完全氟化以使得除了可能另有指示以外，否則沒有可用氟置換的碳鍵結之氫原子。
雖然本揭露已就其中電池的二端子係設置在電池之相同側上(且因此，端子的冷卻係在各電池的相同側上發生)的實施例描述，應理解可將電池之任何者的端子設置在電池的不同(相對)側上。例如，如圖11所示，電池組模組200a的各電化學電池50可具有在電化學電池50之第一側(例如，頂側)上的第一端子60x，及在電化學電池50之第二側(例如，底側)上的第二端子60y。因此，細長構件100可設置在電化學電池50的不同(相對)側上，在電池組模組200a的不同側上提供流體途徑(且因此，電池冷卻)。此類實施例在消除或減少發生在從電池的單一側冷卻之該電池內的溫度梯度上可係特別有利的。
同樣地，雖然本揭露之實例顯示矩形、稜柱形電化學電池、相同概念同等地應用於其他形狀及/或組態的電化學電池。例如，電化學電池可係圓柱形電池、袋裝電池、或任何其他適當類型的電池或其組合。於本揭露中討論的概念應用至具有任何適當數目及/或組態之電化學電池的電池組模組。
所屬技術領域中具有通常知識者應理解在本說明書中所使用及描述之內容脈絡中諸如「約(about)」等用語。若所屬技術領域中具有通常知識者不清楚在本說明書中所使用及描述之內容脈絡中如應用以表達特徵大小、量、及實體性質的數量所使用的「約」，則「約」將應理解為意指在指定值之10百分比內。就一指定值給定的數 量可精確係該指定值。例如，若所屬技術領域中具有通常知識者不清楚在本說明書中所使用及描述之內容脈絡中之具有約1的值的數量，意指該數量所具有的值在0.9與1.1之間，且該值可係1。
所屬技術領域中具有通常知識者應理解在本說明書中所使用及描述之內容脈絡中諸如「實質上(substantially)」等用語。若所屬技術領域中具有通常知識者不清楚在本說明中所使用及描述之內容脈絡中所使用的「實質上相等(substantially equal)」，則「實質上相等」將意指約相等，其中約係如上文所述。若所屬技術領域中具有通常知識者不清楚在本說明中所使用及描述之內容脈絡中所使用的「實質上平行(substantially parallel)」，則「實質上平行」將意指在30度內平行。在一些實施例中，描述為實質上彼此平行的方向或表面可係在20度內、或10度內平行，或可係平行或標稱平行。若所屬技術領域中具有通常知識者不清楚在本說明中所使用及描述之內容脈絡中所使用的「實質上對準(substantially aligned)」，則「實質上對準」將意指在與所對準物體寬度之20%內對準。在一些實施例中，經描述為實質上對準的物體可在與所對準物體寬度之10%內或5%內對準。
於上文中引用的文獻、專利、及專利申請案特此以一致的方式全文以引用方式併入本文中。若併入的文獻與本申請書之間存在不一致性或衝突之部分，應以前述說明中之資訊為準。
除非另外指示，否則對圖式中元件之描述應理解成同樣適用於其他圖式中相對應的元件。雖在本文中是以具體實施例進行說明及描述，但所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解可以各種替代及/ 或均等實施方案來替換所示及所描述的具體實施例，而不偏離本揭露的範疇。本申請案意欲涵括本文所討論之特定具體實施例的任何調適形式或變化形式。因此，本揭露意圖僅受限於申請專利範圍及其均等者。
實施例清單
1.一種電池組模組，其包含
複數個電化學電池，該複數個電化學電池的各電池包含一對端子；
一第一細長構件，其將該複數個電化學電池的至少一個電池的一第一端子電連接至該複數個電池的至少一個其他電池的一第二端子；及
一第二細長構件，其將該複數個電化學電池的至少一個電池的一第三端子電連接至該複數個電池的至少一個其他電池的一第四端子；
其中該等第一細長構件及第二細長構件中之至少一者的至少一部分包含一中空區段，該中空區段界定一流體途徑，該流體途徑經組態以傳輸一流體以用於將熱轉移至或轉移自該複數個電化學電池中之至少一者之該對端子的至少一者。
2.如實施例1之電池組模組，其中該第一細長構件及該第二細長構件中之至少一者的至少一第一部分係導電的，且相同的該細長構件的至少一第二部分係電絕緣的。
3.如前述實施例中任一項之電池組模組，其進一步包含設置在該流體途徑內的一熱管理流體。
4.如實施例3之電池組模組，其中該熱管理流體具有小於1e-7S/cm的一導電率。
5.如實施例3或4中任一項之電池組模組，其中該熱管理流體包含一鹵化流體或一油。
6.如前述實施例中任一項之電池組模組，其中該對端子包含連接至該電化學電池的一陽極的一第一端子、及一第二端子，其連接至該電化學電池的一陰極。
7.如前述實施例中任一項之電池組模組，其中該第一細長構件及該第二細長構件中之至少一者包含一圓柱形導管。
8.如前述實施例中任一項之電池組模組，其中該第一細長構件及該第二細長構件中之至少一者進一步包含設置在該流體途徑上並相鄰於該流體途徑的一電匯流排。
9.如前述實施例中任一項之電池組模組，其中該對端子的各端子包含一C形構件。
10.如前述實施例中任一項之電池組模組，其中該流體途徑包含一流體入口及一流體出口。
11.如前述實施例中任一項之電池組模組，其中該第一細長構件及該第二細長構件中之至少一者進一步包含由一絕緣區段分開的一系列較短的導電構件。
12.如實施例11之電池組模組，其中該絕緣區段係一氣隙。
13.如前述實施例中任一項之電池組模組，其中該中空區段沿著該等第一細長構件及第二細長構件中的該至少一者的一整體長度延伸。
14.如前述實施例中任一項之電池組模組，其進一步包含在至少一個端子與該第一細長構件及該第二細長構件中之至少一者之間的一連接件，其中該連接件係導熱的。
15.如實施例2至14中任一項之電池組模組，其中該至少一第二部分包含一聚合材料。
16.如實施例2至15中任一項之電池組模組，其中該對端子包含設置在該電化學電池的一第一側上的一第一側端子、及設置在該電化學電池的一第二側上的一第二側端子。
17.一種電力系統，其包含：
複數個電化學電池，該複數個電化學電池的各電池包含一對端子；
一第一細長構件，其界定在該複數個電化學電池的至少一個電池的一第一端子與該複數個電池的至少一個其他電池的一第二端子之間的一第一電連接件；
一第二細長構件，其界定在該複數個電化學電池的至少一個電池的一第三端子與該複數個電池的至少一個其他電池的一第四端子之間的一第二電連接件；
一流體泵；及
一熱交換器；
其中該等第一細長構件及第二細長構件中之至少一者的至少一部分包含一中空區段，該中空區段界定具有該流體泵及該熱交換器的一流體途徑。
18.如實施例17之電力系統，其中該第一細長構件及該第二細長構件中之至少一者的至少一第一部分係導電的，且相同的該細長構件的至少一第二部分係電絕緣的。
19.如實施例17至18中任一項之電力系統，其進一步包含設置在該流體途徑內的一介電質流體。
20.如實施例17至19中任一項之電力系統，其中該對端子包含連接至該電化學電池的一陽極的一第一端子、及一第二端子，其連接至該電化學電池的一陰極。
21.如實施例17至20中任一項之電力系統，其中該第一電連接件及該第二電連接件中之至少一者的至少一部分係導熱的。
22.如實施例17至21中任一項之電力系統，其進一步包含一第一模組端子及一第二模組端子，該等第一模組端子及第二模組端子連接至一電負載。
23.如實施例22之電力系統，其中該電負載係用於推進一電動車的一馬達。
24.如實施例17至23中任一項之電力系統，其進一步包含一加熱器，其中該加熱器將熱提供至該流體途徑。
25.如實施例17至24中任一項之電力系統，其中該對端子包含設置在該電化學電池的一第一側上的一第一側端子、及設置在該電化學電池的一第二側上的一第二側端子。
26.一種電力模組，其包含：
至少一個電化學電池，其包含一第一端子及一第二端子；
一第一導電構件，其耦接至該第一端子；及
一第二導電構件，其耦接至該第二端子；
其中該第一導電構件及該第二傳導構件中之至少一者的至少一部分包含一中空區段，該中空區段界定一流體途徑，該流體途徑經組態以傳輸一流體以用於將熱轉移至或轉移自該等第一端子及第二端子中之至少一者。
80n:模組端子
80p:模組端子
200:電池組模組
300:電負載
310:泵
320:熱交換器
330:調節迴路
350:流體迴路

Claims (26)

  1. 一種電池組模組，其包含
    複數個電化學電池，該複數個電化學電池的各電池包含一對端子；
    一第一細長構件，其將該複數個電化學電池的至少一個電池的一第一端子電連接至該複數個電化學電池的至少一個其他電池的一第二端子；及
    一第二細長構件，其將該複數個電化學電池的至少一個電池的一第三端子電連接至該複數個電化學電池的至少一個其他電池的一第四端子；
    其中該等第一細長構件及第二細長構件中之至少一者的至少一部分包含一中空區段，該中空區段界定一流體途徑，該流體途徑經組態以傳輸一流體以用於向或自該複數個電化學電池中之至少一者之該對端子的至少一者轉移熱。
  2. 如請求項1之電池組模組，其中該第一細長構件及該第二細長構件中之至少一者的至少一第一部分係導電的，且相同的該細長構件的至少一第二部分係電絕緣的。
  3. 如請求項2之電池組模組，其進一步包含設置在該流體途徑內的一熱管理流體。
  4. 如請求項3之電池組模組，其中該熱管理流體具有小於1e-7S/cm的一導電率。
  5. 如請求項3或4中任一項之電池組模組，其中該熱管理流體包含一鹵化流體或一油。
  6. 如請求項1之電池組模組，其中該對端子包含：一第一端子，其連接至該複數個電化學電池之該電池的一陽極；及一第二端子，其連接至該複數個電化學電池之該電池的一陰極。
  7. 如請求項1之電池組模組，其中該第一細長構件及該第二細長構件中之至少一者包含一圓柱形導管。
  8. 如請求項1之電池組模組，其中該第一細長構件及該第二細長構件中之至少一者進一步包含設置在該流體途徑上並相鄰於該流體途徑的一電匯流排。
  9. 如請求項1之電池組模組，其中該對端子的各端子包含一C形構件。
  10. 如請求項1之電池組模組，其中該流體途徑包含一流體入口及一流體出口。
  11. 如請求項1之電池組模組，其中該第一細長構件及該第二細長構件中之至少一者進一步包含由一絕緣區段分開的一系列較短的導電構件。
  12. 如請求項11之電池組模組，其中該絕緣區段係一氣隙。
  13. 如請求項1之電池組模組，其中該中空區段沿著該等第一細長構件及第二細長構件中的該至少一者的一整體長度延伸。
  14. 如請求項1之電池組模組，其進一步包含在至少一個端子與該第一細長構件及該第二細長構件中之至少一者之間的一連接件，其中該連接件係導熱的。
  15. 如請求項2之電池組模組，其中該至少一第二部分包含一聚合材料。
  16. 如請求項1之電池組模組，其中該對端子包含設置在該電化學電池的一第一側上的一第一側端子、及設置在該電化學電池的一第二側上的一第二側端子。
  17. 一種電力系統，其包含：
    複數個電化學電池，該複數個電化學電池的各電池包含一對端子；
    一第一細長構件，其界定在該複數個電化學電池的至少一個電池的一第一端子與該複數個電化學電池的至少一個其他電池的一第二端子之間的一第一電連接件；
    一第二細長構件，其界定在該複數個電化學電池的至少一個電池的一第三端子與該複數個電化學電池的至少一個其他電池的一第四端子之間的一第二電連接件；
    一流體泵；及
    一熱交換器；
    其中該等第一細長構件及第二細長構件中之至少一者的至少一部分包含一中空區段，該中空區段界定具有該流體泵及該熱交換器的一流體途徑。
  18. 如請求項17之電力系統，其中該第一細長構件及該第二細長構件中之至少一者的至少一第一部分係導電的，且相同的該細長構件的至少一第二部分係電絕緣的。
  19. 如請求項17之電力系統，其進一步包含設置在該流體途徑內的一介電質流體。
  20. 如請求項17之電力系統，其中該對端子包含：一第一端子，其連接至該複數個電化學電池之該電池的一陽極；及一第二端子，其連接至該複數個電化學電池之該電池的一陰極。
  21. 如請求項17之電力系統，其中該第一電連接件及該第二電連接件中之至少一者的至少一部分係導熱的。
  22. 如請求項17之電力系統，其進一步包含一第一模組端子及一第二模組端子，該第一模組端子及該第二模組端子連接至一電負載。
  23. 如請求項22之電力系統，其中該電負載係用於推進一電動車的一馬達。
  24. 如請求項17之電力系統，其進一步包含一加熱器，其中該加熱器將熱提供至該流體途徑。
  25. 如請求項17之電力系統，其中該對端子包含設置在該電化學電池的一第一側上的一第一側端子、及設置在該電化學電池的一第二側上的一第二側端子。
  26. 一種電力模組，其包含：
    至少一個電化學電池，其包含一第一端子及一第二端子；
    一第一導電構件，其耦接至該第一端子；及
    一第二導電構件，其耦接至該第二端子；
    其中該第一導電構件及該第二導電構件中之至少一者的至少一部分包含一中空區段，該中空區段界定一流體途徑，該流體途徑經組態以傳輸一流體以用於向或自該等第一端子及第二端子中之至少一者轉移熱。
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