TW202235300A - 用於安裝在電動載具內之分段式電池模組的外部冷卻系統及方法 - Google Patents

用於安裝在電動載具內之分段式電池模組的外部冷卻系統及方法 Download PDF

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威默瑪斯 望馬可潘
洽瑞特 阿卡拉班東加
加尼瑟克 蘇德桑汀加
旁 帕潘波
卡倫 丹西瑞
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Abstract

一種用於使個別化冷卻劑流進入容納於一電動載具中之多個儲能裝置( 10)中之各者的系統或方法。各儲能裝置( 10)包括一熱交換器( 11)，該熱交換器在熱導率方面與一分段式電池模組( 13)耦合。該分段式電池模組( 13)包括電池單元( 13B)及感測器( 13C， 13D及 13E)。該熱交換器( 11)包括一HE流量控制器( 11C)。用於各儲能裝置( 10)之個別感測器資訊係經由各分段式電池模組( 13)之BMU ( 13A)予以收集。充電SCC ( 22)使用此個別感測器資訊來計算泵送通過各儲能裝置( 10)之熱交換器( 11)的冷卻劑之HE流動速率，以使該儲能裝置( 10)之該等電池單元( 13B)冷卻。遞送至該等熱交換器( 11)之冷卻劑在各充電階段期間係由一電源( 20)之一外部冷卻單元( 21)冷卻。

Description

用於安裝在電動載具內之分段式電池模組的外部冷卻系統及方法
發明領域
本揭露內容係關於用於電動載具之電池單元之冷卻系統及方法。更特定言之，本揭露內容係關於一種用於安裝在電動載具內之分段式電池模組的個別化冷卻之系統及方法。
發明背景
針對諸如機車之較大型電動載具使用電池電力係新興的發展領域，其中在減少基礎設施費用方面有很大的潛力。當將電池電力用於機車時，不需要架空電線或第三軌電力系統。舉例而言，經設計用於柴油動力機車之舊版列車軌可在列車軌無任何修整的情況下用於電池供電之機車。然而，將電池電力用於此等大型電動載具會引入由電池單元之充電及放電產生的額外挑戰。
通常在包括電力供應器之電源處對較大型電動載具再充電。電動公共汽車、電車及機車常常經由電動載具之車頂上之導電弓配置連接至電源之電力供應器。電力供應器亦可經由電源與電動載具之間的臍帶纜收納。
為了減少設備之停工時間，可在短時間範圍內以較高電流，諸如在機動操作期間電動載具之放電電流之三倍的3C電流對電動載具之電池單元進行充電。根據焦耳第一定律，在不考慮系統中之其他損耗的情況下，在以三倍最大放電電流充電期間電池單元中由充電電流產生之熱大致與穿過該電池單元之電流的平方成比例。因此，對電池單元以三倍最大放電電流進行充電可導致在充電期間產生之熱約略增加九倍。
在充電階段期間之較高電流負載可快速地產生熱，該熱驅使充電電池單元之溫度超出其較佳操作溫度容限。若不維持電池單元之較佳溫度範圍，則可縮短電池壽命且可降低電池充電容量。
尤其在充電期間，電池單元冷卻為較大型電動載具之關鍵的設計要求。用於電池單元之較佳充電溫度範圍通常比用於同一電池之較佳放電溫度範圍窄。舉例而言，基於鋰之電池單元具有約0℃至45℃之較佳充電溫度範圍及-20℃至60℃之較佳放電溫度範圍。基於鎳之電池單元類似地具有約0℃至45℃之較佳充電溫度範圍及-20℃至65℃之較佳放電溫度範圍。
較大型電動載具中之電池單元之冷卻係藉由2020年10月22日公開之名為「Track - Guided Vehicle, Arrangement for Cooling an Energy Storage Device of the Track - Guided Vehicle, and Method for Controlling the Arrangement」的美國專利申請案第2020/0331504A1號解決。在此公開案之所揭示設計中，冷卻劑被驅使通過電動載具之儲能裝置以使電池單元冷卻。該設計包括儲能裝置內之用於監測電池單元之溫度且控制冷卻系統的溫度感測器。
用於較大型電動載具之電池單元常常安裝在電池模組內。各電池模組可包括其自有的與封閉式電池管理單元(BMU)進行資料通訊之感測器集合。用於電池模組之感測器可包括溫度感測器、電流感測器及電壓感測器。來自各電池模組之BMU之感測器資訊回饋尤其適用於控制對於具有數十個電池模組之較大型電動載具的充電階段。歸因於電池模組之設計、使用年限及操作歷史，電池模組中之各者的充電狀態(SoC)、電壓要求及/或電流要求可能不同。
各BMU可將感測器資訊傳輸至主電池管理系統(MBMS)。該MBMS可繼而與容納於電動載具中之控制器進行資料通訊。該MBMS亦可具有其自有感測器，諸如溫度感測器、電壓感測器及電流感測器。各BMU與MBMS之間的資料通訊以及MBMS與電動載具之控制器之間的資料通訊可經由專屬通訊協定或標準化通訊協定之分類來實現。資料通訊可經由有線或經由無線通訊實現。
在此項技術中需要一種分段式冷卻架構，該架構利用由現代BMU收集之感測器資訊並解決電動載具內之電池模組中之各者的個別冷卻需求。在背景技術中，冷卻系統並不利用溫度差(及電池模組之其他可量測條件)。舉例而言，在背景技術中，不論電池模組之間的溫度差如何，都可將相等流量的冷卻劑發送至電動載具之各電池模組。
發明概要
在最一般形式中，用於電動載具內之分段式電池模組之內部冷卻系統及方法將個別化冷卻劑流提供至容納於電動載具中之多個儲能裝置中的各者。各儲能裝置包括一熱交換器，該熱交換器在熱導率方面與分段式電池模組耦合。該分段式電池模組包括電池單元及感測器。該熱交換器包括HE流量控制器。用於各儲能裝置之個別感測器資訊係經由各分段式電池模組之BMU予以收集。內部SCC使用此個別感測器資訊來計算泵送通過各儲能裝置之熱交換器的冷卻劑之HE流動速率，以使儲能裝置之電池單元冷卻。遞送至該等熱交換器之冷卻劑在各充電階段期間係由內部冷卻單元冷卻，且亦可在電動載具之機動操作期間由該內部冷卻單元冷卻。
該內部冷卻發明之一第一實施例為用於多個分段式電池模組之內部冷卻系統。該系統包含：(a)多個儲能裝置，各儲能裝置包括一熱交換器以及該等分段式電池模組中之一者；(b)一電氣連接件；(c)具有一ICU入口及一ICU出口之一內部冷卻單元；(d)一對冷卻劑箱；以及(e)包括一參數集合之一內部分段式冷卻控制器(SCC)。該內部SCC經組配而以無線方式或經由該儲能裝置之BMU連接器以有線方式直接地或間接地接收由各儲能裝置之BMU收集之感測器資訊，該感測器資訊至少包括藉由位於該儲能裝置之分段式電池模組內之至少一個溫度感測器量測的溫度資訊。該參數集合至少包括用於各儲能裝置之分段式電池模組之較佳溫度範圍。該內部SCC經組配以週期性地進行以下操作：(1)計算或重新計算各儲能裝置之熱交換器之HE流動速率的最佳範圍；及(2)經由與儲能裝置之HE流量控制器之直接或間接資料通訊，以有線方式或以無線方式控制各儲能裝置之HE流動速率，以將HE流動速率維持在最佳範圍內。該最佳範圍依據以下各者而變化：(a)由內部SCC經由儲能裝置之BMU自儲能裝置之感測器接收到的感測器資訊；及(b)儲能裝置之較佳溫度範圍。
內部冷卻發明之第二實施例為用於多個分段式電池模組之電腦實施之內部冷卻方法。該方法包含：(a)維持多個儲能裝置，各儲能裝置包括一熱交換器以及分段式電池模組中之一者；(b)維持電氣連接件；(c)維持具有ICU入口及ICU出口之內部冷卻單元；(d)維持一對冷卻劑箱；(e)維持包括參數集合之內部分段式冷卻控制器(SCC)；(f)週期性地使用該內部SCC來計算或重新計算各儲能裝置之熱交換器之HE流動速率的最佳範圍；以及(g)經由與儲能裝置之HE流量控制器之直接或間接資料通訊，以有線方式或以無線方式控制各儲能裝置之HE流動速率，以將HE流動速率維持在最佳範圍內。該內部SCC經組配而以無線方式或經由儲能裝置之BMU連接器以有線方式直接地或間接地接收由各儲能裝置之BMU收集之感測器資訊，該感測器資訊至少包括藉由位於儲能裝置之分段式電池模組內之至少一個溫度感測器量測的溫度資訊。參數集合至少包括用於各儲能器之分段式電池模組之較佳溫度範圍。最佳範圍依據以下各者而變化：(i)由內部SCC經由儲能裝置之BMU自儲能裝置之感測器接收到的感測器資訊；及(ii)儲能裝置之較佳溫度範圍。
在最一般形式中，用於電動載具內之分段式電池模組之外部冷卻系統及方法將個別化冷卻劑流提供至容納於電動載具中之多個儲能裝置中的各者。各儲能裝置包括一熱交換器，該熱交換器在熱導率方面與分段式電池模組耦合。該分段式電池模組包括電池單元及感測器。該熱交換器包括HE流量控制器。用於各儲能裝置之個別感測器資訊係經由各分段式電池模組之BMU予以收集。充電SCC使用此個別感測器資訊來計算泵送通過各儲能裝置之熱交換器的冷卻劑之HE流動速率，以使儲能裝置之電池單元冷卻。遞送至熱交換器之冷卻劑在各充電階段期間係由電源之外部冷卻單元冷卻。
外部冷卻發明之第一實施例為用於多個分段式電池模組之外部冷卻系統。該系統包含與電源配對之電動載具：(a)容納於電動載具中之多個儲能裝置，各儲能裝置包括一熱交換器以及分段式電池模組中之一者；(b)容納於電動載具中之電氣連接件；(c)容納於電動載具中之主電池管理系統(MBMS)；(d)容納於電源中之外部冷卻單元，該外部冷卻單元包括ECU入口及ECU出口；(e)容納於電動載具中之一對冷卻劑箱；以及(f)充電分段式冷卻控制器(SCC)，該充電SCC包括參數集合。在各充電階段期間，該充電SCC經組配以週期性地進行以下操作：(1)計算或重新計算各儲能裝置之熱交換器之HE流動速率的最佳範圍；及(2)經由與儲能裝置之HE流量控制器之直接或間接資料通訊，以有線方式或以無線方式控制各儲能裝置之HE流動速率，以將HE流動速率維持在最佳範圍內。該最佳範圍依據以下各者而變化：(a)由充電SCC經由儲能裝置之BMU自儲能裝置之感測器接收到的感測器資訊；及(b)儲能裝置之較佳溫度範圍。
外部冷卻發明之第二實施例為用於多個分段式電池模組之電腦實施之外部冷卻方法。該方法包含：(a)將多個儲能裝置維持於電動載具中，各儲能裝置包括一熱交換器以及分段式電池模組中之一者；(b)將電氣連接件維持於電動載具中；(c)將主電池管理系統(MBMS)維持於電動載具中；(d)將外部冷卻單元維持在電源中，該外部冷卻單元包括ECU入口及ECU出口；(e)將一對冷卻劑箱維持在電動載具中；(f)維持充電分段式冷卻控制器(SCC)，該充電SCC包括參數集合；(g)針對一或多個儲能裝置開始充電階段；(h)在充電階段期間，週期性地使用該充電SCC來計算或重新計算各儲能裝置之熱交換器之HE流動速率的最佳範圍；以及(i)在充電階段期間，經由與儲能裝置之HE流量控制器之直接或間接資料通訊，以有線方式或以無線方式控制各儲能裝置之HE流動速率，以將HE流動速率維持在最佳範圍內。開始充電階段之步驟包括：(i)將主電池管理系統(MBMS)連接至充電SCC；及(ii)經由一或多個電氣連接連接器將電氣連接件連接至一或多個電力供應器。最佳範圍依據以下各者而變化：(i)由充電SCC經由儲能裝置之BMU自儲能裝置之感測器接收到的感測器資訊；及(ii)儲能裝置之較佳溫度範圍。
無論是使用內部冷卻單元抑或外部冷卻單元，本發明之分段式冷卻架構皆利用由電動載具中之BMU中之各者收集的感測器資訊。運用此感測器資訊，SCC可將分段式電池模組之個別冷卻需求進行優先排序。本發明之主要益處為，個別分段式電池模組之電池單元免受溫度控制不當的影響，溫度控制不當可損壞電池單元或縮短電池單元生命週期。
次要益處為，當使用本發明時，內部冷卻單元或外部冷卻單元可以較低功率額定值操作，此係因為冷卻劑具體地分佈至最需要其之處。此靶向方法減小了冷卻單元之必需大小及冷卻單元使用之能量。可在電動載具內安設較小及較低功率之冷卻單元，此係因為歸因於本發明之冷卻劑之靶向分佈，總體冷卻劑生產需求減少。
當使用外部冷卻單元設計時達成第三益處。根據焦耳第一定律，在不考慮系統中之其他損耗的情況下，自電池單元中之充電電流產生之熱係與穿過電池單元之電流的平方成比例。充電電流可常常為在電動載具之機動操作期間使用之最大放電電流的二倍、三倍或四倍。因此，若進行三倍最大放電電流，則在充電階段期間在電池單元內產生之熱可例如比在電池單元放電期間(例如在電動載具之機動操作期間)產生之熱大九倍。結果，主要在充電位置處(例如當電動載具在充電階段期間電氣連接至電力供應器時，在電源處)需要大量冷卻劑，例如在以三倍最大放電電流充電期間產生約9倍熱處。
在電動載具之機動操作期間，與水冷卻相比，更便宜且功率更低的冷卻方式(諸如環境空氣冷卻、強制空氣冷卻或空氣調節冷卻)可足夠。在假定以三倍最大放電電流進行充電階段的情況下，在機動操作期間的放電電流僅為充電電流的約三分之一，因此，在機動操作期間產生之熱亦為在以三倍最大放電電流之實例充電階段期間產生之熱的約九分之一的熱。又，在電動載具之機動操作期間，可快速關斷具有高溫之任何單個分段式電池模組而不會影響電動載具之運轉，此係因為具有較低溫度之其他分段式電池模組可在過熱分段式電池模組被准許冷卻時用以對電動載具進行供電。
藉由使用外部冷卻單元設計，穩固的冷卻系統可容納在電源處。穩固冷卻系統之費用可在其在一年中每日對多個電動載具進行充電的過程中攤銷。並且，藉由使用外部冷卻單元，電動載具免去了額外重量負載、體積空間及在電動載具內安設內部冷卻單元的費用。代替大型內部冷卻單元，可將額外重量分配及體積空間分配給例如在電動載具內安設額外分段式電池模組，以延伸在充電階段之間電動載具的行進距離。
較佳實施例之詳細說明
在以下實施方式中，對形成本文之一部分的隨附圖式進行參考。在實施方式、圖式及申請專利範圍中所描述之例示性實施例並不意謂限制性的。在不脫離本文所呈現之主題之精神或範疇的情況下，可利用其他實施例且可進行其他改變。除非另外規定，否則本文中所使用之術語「包含(comprising/comprise)」、「包括(including及include)」及其文法變體意欲表示「開放」或「包括性」語言使得其包括所敍述元件，且亦准許包括額外未敍述元件。資料通訊可經由有線或無線手段實現；資料通訊可直接在組件之間實施或間接在組件之間實施。
圖1為表示在本發明之一實施例中容納於機動電動載具 1-00中之內部冷卻系統的方塊圖，該機動電動載具在充電階段期間電氣連接至電源 20之電力供應器 23。機動電動載具 1-00包括多個儲能裝置 10、一對冷卻劑箱 14C、一內部冷卻單元 14、MBMS 15、一內部分段式冷卻控制器(SCC) 16、一電氣連接件 17以及用於驅動輪子 18B之至少一個牽引馬達 18A。儲能裝置 10包括熱交換器 11與分段式電池模組 13之間的選用熱界面 12。熱交換器 11包括HE入口 11A、HE出口 11B、HE流量控制器 11C以及多個HE通道 11D。雖然在 圖 1中被示出為流量閥，但HE流量控制器 11C可為流量閥、變速驅動器(VSD)冷卻劑泵或二者之組合。HE流量控制器 11C係由內部SCC 22藉由有線或無線通訊直接地或間接地控制，以視需要增加或減小通過分段式冷卻劑通路之冷卻劑流量。HE流量控制器 11C與內部SCC 22進行有線或無線資料通訊。
如 圖 1中所示出，分段式電池模組 13包括：(i)電氣連接至電氣連接連接器 17A的多個電池單元 13B；以及(ii)與溫度感測器 13C、電壓感測器 13D以及電流感測器 13E進行資料通訊的電池管理單元(BMU) 13A。內部SCC 16包括參數集合。為簡單起見，在 圖 1中，僅描繪一個儲能裝置 10( N個中之 01)及其組件。
圖1示出了用於本發明之內部冷卻系統實施例之分段式冷卻劑通路。對於各儲能裝置 10，分段式冷卻劑通路經由ICU出口 14A自內部冷卻單元 14離開，通過一對冷卻劑箱 14C之冷箱 14C-1( 圖1中未展示，參見 圖 3)，通過儲能裝置 10之HE入口 11A，通過儲能裝置 10之HE通道 11D，通過儲能裝置 10之HE出口 11B，通過一對冷卻劑箱 14C之暖箱 14C-2( 圖1中未展示，參見 圖 3)且經由ICU入口 14B返回至內部冷卻單元 14中。該分段式冷卻劑通路穿過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C。當冷卻劑經泵送通過各分段式冷卻劑通路時，存在通過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C之HE流動速率，該HE流量控制器 11C可調節此HE流動速率。在此實施例中，在機動電動載具 1-00與電源 20之間不存在冷卻劑流。
圖 1示出自感測器( 13C， 13E及 13E)至BMU 13A、以無線方式或經由BMU連接器 13F以有線方式至MBMS 15、至內部SCC 16的資料通訊連接。內部SCC 16亦與內部冷卻單元 14進行資料通訊。
圖1示出了以下各者之間的電力連接：(i)各儲能裝置 10之電池單元 13B經由儲能裝置 10之電池連接器 13G與電氣連接件 17；(ii)電氣連接件 17與驅動輪子 18B之至少一個牽引馬達 18A；以及(iii)電源 20之電力供應器 23經由電氣連接連接器 17A與電氣連接件 17。
雖然 圖 1中未示出，但本發明亦可經實施為動力車。動力車並不具有牽引馬達 18A而是具有輪子 18B。動力車包括可連接至諸如機車之機動電動載具 1-00之電源入口的電源出口。
圖2為表示在本發明之一實施例中容納於機動電動載具 1-00中之內部冷卻系統之電氣及資料通訊連接的方塊圖，該機動電動載具在充電階段期間電氣連接至電源 20之電力供應器 23。 圖 2描繪三個儲能裝置 10( 01 ，02 …N)，各自具有其自有的BMU 13A(BMU 01 ，BMU 02 …BMU N )。各儲能裝置 10之電池單元 13B皆電氣連接至電氣連接件 17。各儲能裝置 10之BMU 13A皆與MBMS 15進行資料通訊。MBMS 15與內部SCC 16進行資料通訊。內部SCC 16與內部冷卻單元 14進行資料通訊。電氣連接件 17與驅動機動電動載具 1-00之輪子 18B的至少一個牽引馬達 18A電氣連接。電氣連接件 17諸如在充電階段期間經由電氣連接連接器 17A電氣連接至電源 20之電力供應器 23。為圖之簡單起見，內部SCC 16與HE流量控制器 11C中之各者之間的有線或無線的資料通訊通路未示出。
圖3為表示在本發明之一實施例中沿著容納於機動電動載具 1-00中之內部冷卻系統之分段式冷卻劑通路的組件之流體連接的方塊圖。對於各儲能裝置 10，分段式冷卻劑通路經由ICU出口 14A自內部冷卻單元 14離開，通過一對冷卻劑箱 14C之冷箱 14C-1，通過儲能裝置 10之HE入口 11A，通過儲能裝置 10之HE通道 11D，通過儲能裝置 10之HE出口 11B，通過暖箱 14C-2且經由ICU入口 14B返回至內部冷卻單元 14中。該分段式冷卻劑通路穿過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C。當冷卻劑經泵送通過各分段式冷卻劑通路時，存在通過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C之HE流動速率，該HE流量控制器 11C可調節此HE流動速率。在此實施例中，在機動電動載具 1-00與電源 20之間不存在冷卻劑流。 圖 3之方塊圖亦表示容納於動力車中之內部冷卻系統的分段式冷卻劑通路。雖然在 圖 3中被示出為流量閥，但HE流量控制器 11C可為流量閥、變速驅動器(VSD)冷卻劑泵或二者之組合。HE流量控制器 11C係由內部SCC 22直接地或間接地控制，以視需要增加或減小通過分段式冷卻劑通路之冷卻劑流量。HE流量控制器 11C與內部SCC 22進行有線或無線資料通訊。
圖4為表示在本發明之一實施例中在機動電動載具 1-00與電源 20之間分裂的外部冷卻系統的方塊圖。機動電動載具 1-00包括多個儲能裝置 10、一對冷卻劑箱 14C、一主電池管理系統(MBMS) 15、一電氣連接件 17以及用於驅動輪子 18B之至少一個牽引馬達 18A。電源 20包括一外部冷卻單元 21、一充電分段式冷卻控制器(SCC) 22以及一電力供應器 23。儲能裝置 10包括熱交換器 11與分段式電池模組 13之間的選用熱界面 12，其通常與水冷卻一起使用。熱交換器 11包括HE入口 11A、HE出口 11B、HE流量控制器 11C以及多個HE通道 11D。雖然在 圖 4中被示出為流量閥，但HE流量控制器 11C可為流量閥、變速驅動器(VSD)冷卻劑泵或二者之組合。HE流量控制器 11C係由充電SCC 22直接地或間接地控制，以視需要增加或減小通過分段式冷卻劑通路之冷卻劑流量。
如 圖 4中所示出，HE流量控制器 11C經由HE流連接器 11E與充電SCC 22進行有線或無線資料通訊。在 圖 6B及 圖 6C中所詳述之替代實施例中，對HE流量控制器 11C之控制可藉由安裝在電源 20中之充電SCC 22、安裝在電動載具內部之內部SCC 16或二者之組合支配。
如 圖 4中所示出，分段式電池模組 13包括：(i)電氣連接至電氣連接連接器 17A的多個電池單元 13B；以及(ii)與溫度感測器 13C、電壓感測器 13D以及電流感測器 13E進行資料通訊的電池管理單元(BMU) 13A。充電SCC 22包括充電分段式冷卻控制器(SCC) 22，該SCC包括參數集合。為簡單起見，在 圖 4中，僅描繪一個儲能裝置 10( N個中之 01)及其組件。
圖4示出了用於本發明之外部冷卻系統實施例之分段式冷卻劑通路。對於各儲能裝置 10，分段式冷卻劑通路經由ECU出口 21A自電源 20之外部冷卻單元 21離開，通過一對冷卻劑箱 14C之冷箱 14C-1( 圖4中未展示，參見 圖 6A)，通過儲能裝置 10之HE入口 11A，通過儲能裝置 10之HE通道 11D，通過儲能裝置 10之HE出口 11B，通過一對冷卻劑箱 14C之暖箱 14C-2( 圖4中未展示，參見 圖 6A)且經由ECU入口 21B返回至電源 20之外部冷卻單元 21中。該分段式冷卻劑通路穿過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C。當冷卻劑經泵送通過各分段式冷卻劑通路時，存在通過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C之HE流動速率，該HE流量控制器 11C可調節此HE流動速率。在此實施例中，在機動電動載具 1-00與電源 20之間存在冷卻劑流。
圖4示出自感測器( 13C， 13D及 13E)至BMU 13A、以無線方式或經由BMU連接器 13F以有線方式至MBMS 15、經由MBMS連接器 15A至充電SCC 22的資料通訊連接。充電SCC 22亦與外部冷卻單元 21進行資料通訊。
圖4示出了以下各者之間的電力連接：(i)各儲能裝置 10之電池單元 13B經由儲能裝置 10之電池連接器 13G與電氣連接件 17；(ii)電氣連接件 17與驅動輪子 18B之至少一個牽引馬達 18A；以及(iii)電源 20之電力供應器 23經由電氣連接連接器 17A與電氣連接件 17。
圖5為表示在本發明之一實施例中在機動電動載具 1-00與電源 20之間分裂的外部冷卻系統之電氣及資料通訊連接的方塊圖。 圖 5描繪三個儲能裝置 10( 01 ，02 … N)，各自具有其自有BMU 13A(BMU 01 ，BMU 02 …BMU N )。各儲能裝置 10之電池單元 13B皆電氣連接至電氣連接件 17。各儲能裝置 10之BMU 13A皆與MBMS 15進行資料通訊。MBMS 15與充電SCC 22進行資料通訊。充電SCC 22與外部冷卻單元 21進行資料通訊。電氣連接件 17與驅動機動電動載具 1-00之輪子 18B的至少一個牽引馬達 18A電氣連接。電氣連接件 17諸如在充電階段期間經由電氣連接連接器 17A電氣連接至電源 20之電力供應器 23。為圖之簡單起見，充電SCC 22(或如在 圖 6B及 圖 6C之實施例中的任何內部SCC 16)與HE流量控制器 11C中之各者之間的有線或無線的資料通訊通路未示出。
圖6A為表示在本發明之一實施例中沿著穿過外部冷卻單元 21之外部冷卻系統之分段式冷卻劑通路的組件之流體連接的方塊圖。分段式冷卻劑通路經由ECU出口 21A自外部冷卻單元 21離開，通過一對冷卻劑箱 14C之冷箱 14C-1，通過儲能裝置 10之HE入口 11A，通過儲能裝置 10之HE通道 11D，通過儲能裝置 10之HE出口 11B，通過暖箱 14C-2且經由ECU入口 21B返回至電源 20之外部冷卻單元 21中。該分段式冷卻劑通路穿過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C。當冷卻劑經泵送通過各分段式冷卻劑通路時，存在通過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C之HE流動速率，該HE流量控制器 11C可調節此HE流動速率。在此實施例中，在機動電動載具 1-00與電源 20之間存在冷卻劑流。 圖 6A之方塊圖亦表示容納於動力車中之外部冷卻系統的分段式冷卻劑通路。
圖6A實施例不包括內部冷卻單元 14。如下文所論述之 圖 6B及 圖 6C中所示出，本發明之實施例可任擇地包括內部冷卻單元 14以在電動載具之機動操作期間及/或在充電階段期間使分段式電池模組 13冷卻。
圖6B為表示在本發明之一實施例中沿著穿過內部冷卻單元 14及以熱導率連結至外部冷卻單元 21之外部至內部熱交換器 14D的外部冷卻系統之分段式冷卻劑通路的組件之流體連接的方塊圖。對於各儲能裝置 10，分段式冷卻劑通路經由ICU出口 14A自內部冷卻單元 14離開，通過一對冷卻劑箱 14C之冷箱 14C-1，通過儲能裝置 10之HE入口 11A，通過儲能裝置 10之HE通道 11D，通過儲能裝置 10之HE出口 11B，通過暖箱 14C-2且經由ICU入口 14B返回至內部冷卻單元 14中。該分段式冷卻劑通路穿過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C。當冷卻劑經泵送通過各分段式冷卻劑通路時，存在通過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C之HE流動速率，該HE流量控制器 11C可調節此HE流動速率。在此實施例中，在機動電動載具 1-00與電源 20之間存在冷卻劑流。 圖 6B之方塊圖亦表示容納於動力車中之外部冷卻系統的分段式冷卻劑通路。
如 圖 6B中所示出，分段式冷卻劑通路中之冷卻劑另外在外部至內部熱交換器 14D中冷卻。外部至內部熱交換器 14D自電源 20中之外部冷卻單元 21接收第二冷卻劑通路。第二冷卻劑通路經由ECU出口 21A自外部冷卻單元 21離開，穿過外部至內部熱交換器 14D且經由ECU入口 21B返回至外部冷卻單元 21。分段式冷卻劑通路之冷卻劑不與第二冷卻劑通路之冷卻劑混合。此冷卻劑分離使得能夠在電動載具之內部冷卻單元 14與電源之外部冷卻單元 21之間使用不同的冷卻劑。此分離亦避免了由使用污染冷卻劑、腐蝕性冷卻劑或未經過濾冷卻劑產生的問題。
圖6C為表示在本發明之一實施例中沿著穿過內部冷卻單元 14及外部冷卻單元 21二者之外部冷卻系統之分段式冷卻劑通路的組件之流體連接的方塊圖。分段式冷卻劑通路經由ECU出口 21A自外部冷卻單元 21離開，通過一對冷卻劑箱 14C之冷箱 14C-1，通過儲能裝置 10之HE入口 11A，通過儲能裝置 10之HE通道 11D，通過儲能裝置 10之HE出口 11B，通過暖箱 14C-2，經由ICU入口 14B進入內部冷卻單元 14，經由ICU出口 14A離開內部冷卻單元 14且經由ECU入口 21B返回至電源 20之外部冷卻單元 21中。該分段式冷卻劑通路穿過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C。當冷卻劑經泵送通過各分段式冷卻劑通路時，存在通過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C之HE流動速率，該HE流量控制器 11C可調節此HE流動速率。在此實施例中，在機動電動載具 1-00與電源 20之間存在冷卻劑流。 圖 6C之方塊圖亦表示容納於動力車中之外部冷卻系統的分段式冷卻劑通路。
雖然在 圖 6A、 圖 6B及 圖 6C中被示出為流量閥，但HE流量控制器 11C可為流量閥、變速驅動器(VSD)冷卻劑泵或二者之組合。如此等圖中所示出，HE流量控制器 11C在充電階段期間由充電SCC 22直接地或間接地控制，以視需要增加或減小通過分段式冷卻劑通路之冷卻劑流量。HE流量控制器 11C與充電SCC 22進行有線或無線資料通訊。應注意，充電SCC 22(若容納於電動載具中)可用以在電動載具之機動操作期間控制內部冷卻單元 14及HE流量控制器 11C以使分段式電池模組 13冷卻；替代地，內部SCC 16可添加至電動載具以在電動載具之機動操作期間控制內部冷卻單元 14及HE流量控制器 11C以使分段式電池模組 13冷卻。
圖7為在本發明之一實施例中在電腦實施之內部冷卻方法中採取的步驟之流程圖 7-00。步驟 7-01至 7-04列於如下。
7-01 自各儲能裝置 10之感測器收集感測器資訊，該感測器資訊係自各感測器傳輸至儲能裝置 10之BMU 13A、以無線方式或經由儲能裝置 10之BMU連接器 13F以有線方式傳輸至MBMS、傳輸至內部SCC 16
7-02 自儲存於內部SCC 16中之參數集合存取用於各儲能裝置 10之參數
7-03 使用內部SCC 16使用用於儲能裝置 10之熱模型及/或控制迴路計算或重新計算用於通過各儲能裝置 10之HE流量控制器 11C的HE流動速率之最佳範圍，以將儲能裝置 10之分段式電池模組 13維持在較佳溫度範圍內
7-04 將通過HE流量控制器 11C之HE流動速率調整至最佳範圍內，收集感測器資訊並重複計算
圖8為在本發明之一實施例中在電腦實施之外部冷卻方法中採取的步驟之流程圖。步驟 8-01至 8-09列於如下。
8-01 將電動載具停在電源 20處且：(1)將ECU入口 21B及ECU出口 21A連接至冷卻劑箱 14C；(2)經由MBMS連接器 15A將充電SCC 22連接至MBMS；以及(3)經由電氣連接連接器 17A將電力供應器 23連接至電氣連接件 17
8-02 自感測器收集感測器資訊，將感測器資訊以無線方式或經由BMU連接器 13F以有線方式傳輸至MBMS，且經由MBMS連接器 15A在充電SCC 22處接收感測器資訊
8-03 自儲存於充電SCC 22中之參數集合存取用於各儲能裝置 10之參數
8-04 開始充電階段以對各儲能裝置 10之電池單元 13B進行充電
8-05 使用熱模型或控制迴路計算或重新計算用於通過HE流量控制器 11C之HE流動速率的最佳範圍，以將分段式電池模組 13維持在較佳溫度範圍內
8-06 將通過HE流量控制器 11C之HE流動速率調整在最佳範圍內，收集感測器資訊並重複計算直至充電階段完成為止
8-07 結束充電階段
8-08 將ECU入口 21B及ECU出口 21A與冷卻劑箱 14C斷開連接，將充電SCC 22與MBMS連接器 15A斷開連接且將電力供應器 23與電氣連接連接器 17A斷開連接
8-09 將電動載具自電源 20移出，任擇地在電動載具之機動操作期間使用如由內部SCC 16控制之內部冷卻單元 14使分段式電池模組 13冷卻
在最一般形式中，用於電動載具內之分段式電池模組 13之內部冷卻系統及方法將個別化冷卻劑流提供至容納於電動載具中之多個儲能裝置10中的各者。各儲能裝置 10包括熱交換器 11，該熱交換器在熱導率方面與分段式電池模組 13耦合。分段式電池模組 13包括電池單元 13B及感測器( 13C， 13D及 13E)。熱交換器 11包括HE流量控制器 11C。用於各儲能裝置 10之個別感測器資訊係經由各分段式電池模組 13之BMU 13A予以收集。內部SCC 16使用此個別感測器資訊來計算泵送通過各儲能裝置 10之熱交換器 11的冷卻劑之HE流動速率，以使儲能裝置 10之電池單元 13B冷卻。遞送至熱交換器 11之冷卻劑在各充電階段期間係由內部冷卻單元 14冷卻，且亦可在電動載具之機動操作期間由內部冷卻單元 14冷卻。
內部冷卻發明之第一實施例為用於多個分段式電池模組 13之內部冷卻系統。該系統包含：(a)多個儲能裝置 10，各儲能裝置 10包括一熱交換器 11以及分段式電池模組 13中之一者；(b)電氣連接件 17；(c)具有ICU入口 14B及ICU出口 14A之內部冷卻單元 14；(d)一對冷卻劑箱 14C；以及(e)包括參數集合之內部分段式冷卻控制器(SCC) 16。各儲能裝置 10之熱交換器 11包括：(1)用於控制通過熱交換器 11之冷卻劑之流量的HE流量控制器 11C；(2)用於將冷卻劑接收至熱交換器 11內之多個HE通道 11D中的HE入口 11A；以及(3)用於自熱交換器 11之HE通道 11D排出冷卻劑的HE出口 11B。各儲能裝置 10之分段式電池模組 13包括：(1)與電氣連接連接器 17A電氣連接之多個電池單元 13B；(2)與多個感測器進行資料通訊之電池管理模組(BMU) 13A，該等感測器包括位於分段式電池模組 13內之至少一個溫度感測器 13C且該BMU 13A經組配以自該等感測器收集感測器資訊；以及(3)與BMU 13A進行資料通訊之BMU連接器 13F。電氣連接件 17電氣連接至儲能裝置 10中之各者之電池連接器 13G。電氣連接件 17與一或多個電氣連接連接器 17A電氣連接。一或多個電氣連接連接器 17A中之各者在針對儲能裝置 10中之一或多者之充電階段期間可連接至電源 20之一或多個電力供應器 23中的一者。該對冷卻劑箱 14C包括：(1)具有經由ICU出口 14A自內部冷卻單元 14接收到之經冷卻冷卻劑的冷箱 14C-1；及(2)具有經由ICU入口 14B引導至內部冷卻單元 14中之升溫冷卻劑的暖箱 14C-2。冷箱 14C-1與儲能裝置 10之HE入口 11A中之各者流體連接。暖箱 14C-2與儲能裝置 10之HE出口 11B中之各者流體連接。針對各儲能裝置 10建立內部冷卻單元 14與各熱交換器 11之間的分段式冷卻劑通路，該分段式冷卻劑通路經由ICU出口 14A自內部冷卻單元 14離開，通過冷箱 14C-1，通過儲能裝置 10之HE入口 11A，通過儲能裝置 10之HE通道 11D，通過儲能裝置 10之HE出口 11B，通過暖箱 14C-2且經由ICU入口 14B返回至內部冷卻單元 14中。該分段式冷卻劑通路穿過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C。該分段式冷卻劑通路具有通過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C之HE流動速率。針對各儲能裝置 10建立之分段式冷卻劑通路具有藉由HE流量控制器 11C調節之HE流動速率。內部SCC 16與以下各者進行直接或間接資料通訊：(1)內部冷卻單元 14；(2)各儲能裝置 10之HE流量控制器 11C；以及(3)各儲能裝置 10之分段式電池模組 13之BMU 13A，其之間的直接或間接資料通訊係經由儲能裝置 10之BMU連接器 13F進行。內部SCC 16經組配而以無線方式或經由儲能裝置 10之BMU連接器 13F以有線方式直接地或間接地接收由各儲能裝置 10之BMU 13A收集之感測器資訊，該感測器資訊至少包括藉由位於儲能裝置 10之分段式電池模組 13內之至少一個溫度感測器 13C量測的溫度資訊。參數集合至少包括用於各儲能裝置 10之分段式電池模組 13之較佳溫度範圍。內部SCC 16經組配以週期性地進行以下操作：(1)計算或重新計算各儲能裝置 10之熱交換器 11之HE流動速率的最佳範圍；及(2)經由與儲能裝置 10之HE流量控制器 11C之直接或間接資料通訊，以有線方式或以無線方式控制各儲能裝置 10之HE流動速率，以將HE流動速率維持在該最佳範圍內。該最佳範圍依據以下各者而變化：(a)由內部SCC 16經由儲能裝置 10之BMU 13A自儲能裝置 10之感測器接收到的感測器資訊；及(b)儲能裝置 10之較佳溫度範圍。
在內部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中，內部SCC 16使用控制迴路以：(a)調整遞送至內部冷卻單元 14之功率額定；(b)根據來自儲能裝置 10中之各者的分段式電池模組 13之溫度感測器 13C的溫度資訊，將冷卻劑至儲能裝置 10中之至少一者之遞送進行優先排序；以及(c)調整通過HE流量控制器 11C中之一或多者的冷卻劑之HE流動速率。
在內部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中，各儲能裝置 10之分段式電池模組 13中的多個感測器進一步包括電流感測器 13E，該電流感測器經組配以量測分段式電池模組 13之電池單元 13B之電流資訊並經由儲能裝置 10之BMU 13A將該電流資訊傳輸至內部SCC 16。並且，參數集合包括用於各儲能裝置 10之熱模型。另外，內部SCC 16經進一步組配以針對各儲能裝置 10計算或重新計算：(i)根據儲能裝置 10之熱模型、儲能裝置 10之電流資訊及儲能裝置 10之較佳溫度範圍的對於儲能裝置 10之熱產生估計值：及(ii)儲能裝置 10之HE流動速率之最佳範圍，以抵消對於儲能裝置 10之熱產生估計值。
在內部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中，冷卻劑為流體、水、氣體或空氣。
在內部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中：(a)系統進一步包括主電池管理系統(MBMS) 15；且(b)內部SCC 16與各儲能裝置 10之BMU連接器 13F之間的有線或無線資料通訊經由MBMS 15路由。
在內部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中：(a)各儲能裝置 10之熱交換器 11與分段式電池模組 13經由熱界面 12在熱導率方面配對；(b)用於各儲能裝置 10之熱交換器 11包括遵循儲能裝置 10之分段式電池模組 13之至少一個外表面區域的散熱片；且(c)各儲能裝置 10之散熱片與分段式電池模組 13之間的熱界面 12係可壓縮導熱材料或導熱膏狀物。各儲能裝置 10之散熱片可包含封閉儲能裝置 10之HE通道 11D之鋁殼層。
藉由使用分段式電池模組 13內之熱傳導框架組件，可增加自電池單元 13B至分段式電池模組 13之外表面區域之熱傳導。使用多個散熱片亦係有益的，諸如分段式電池模組 13之頂面上之第一散熱片及分段式電池模組 13之底面上之第二散熱片。使用可壓縮導熱材料或導熱膏狀物係有益的，此係因為分段式電池模組 13與散熱片之間的氣隙充當熱絕緣層。在散熱片內具有許多HE通道 11D係有用的，以使分段式電池模組 13之較寬表面區域冷卻。
在內部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中，系統容納於電動載具中。電動載具可為機動電動載具 1-00或動力車。若為機動電動載具 1-00，則該機動載具包括一載具控制系統及與電氣連接件 17電氣連接之至少一個牽引馬達 18A，其中該至少一個牽引馬達 18A之操作係由該載具控制系統控制且內部SCC 16與該載具控制系統進行資料通訊。在機動載具中，內部SCC 16可經組配以下載或連結至以下任一者： (i)路線圖，其詳述速度圖、傾度圖、行進距離及行進時間中之至少一者；或(ii)載具儀錶板，其詳述機動電動載具 1-00之當前速度、機動電動載具 1-00之至少一個牽引馬達 18A之當前電流負載以及機動電動載具 1-00之當前傾斜度中的至少一者。若電動載具為動力車，則：(a)該動力車包括電氣連接至系統之電氣連接件 17的一或多個電源出口；且(b)該一或多個電源出口可連接至機動電動載具 1-00之一或多個電源入口。
內部冷卻發明之第二實施例為用於多個分段式電池模組 13之電腦實施之內部冷卻方法。該方法包含：(a)維持多個儲能裝置 10，各儲能裝置 10包括熱交換器 11以及分段式電池模組 13中之一者；(b)維持電氣連接件 17；(c)維持具有ICU入口 14B及ICU出口 14A之內部冷卻單元 14；(d)維持一對冷卻劑箱 14C；(e)維持包括參數集合之內部分段式冷卻控制器(SCC) 16；(f)週期性地使用該內部SCC 16來計算或重新計算各儲能裝置 10之熱交換器 11之HE流動速率的最佳範圍；以及(g)經由與儲能裝置 10之HE流量控制器 11C之直接或間接資料通訊，以有線方式或以無線方式控制各儲能裝置 10之HE流動速率，以將HE流動速率維持在該最佳範圍內。各儲能裝置 10之熱交換器 11包括：(1)用於控制通過熱交換器 11之冷卻劑之流量的HE流量控制器 11C；(2)用於將冷卻劑接收至熱交換器 11內之多個HE通道 11D中的HE入口 11A；以及(3)用於自熱交換器 11之HE通道 11D排出冷卻劑的HE出口 11B。各儲能裝置 10之分段式電池模組 13包括：(1)與電氣連接連接器 17A電氣連接之多個電池單元 13B；(2)與多個感測器進行資料通訊之電池管理模組(BMU) 13A，該等感測器包括位於分段式電池模組 13內之至少一個溫度感測器 13C且該BMU 13A經組配以自該等感測器收集感測器資訊；以及(3)與BMU 13A進行資料通訊之BMU連接器 13F。電氣連接件 17電氣連接至儲能裝置 10中之各者之電池連接器 13G。電氣連接件 17與一或多個電氣連接連接器 17A電氣連接。一或多個電氣連接連接器 17A中之各者在針對儲能裝置 10中之一或多者之充電階段期間可連接至電源 20之一或多個電力供應器 23中的一者。該對冷卻劑箱 14C包括：(1)具有經由ICU出口 14A自內部冷卻單元 14接收到之經冷卻冷卻劑的冷箱 14C-1；及(2)具有經由ICU入口 14B引導至內部冷卻單元 14中之升溫冷卻劑的暖箱 14C-2。冷箱 14C-1與儲能裝置 10之HE入口 11A中之各者流體連接。暖箱 14C-2與儲能裝置 10之HE出口 11B中之各者流體連接。針對各儲能裝置 10建立內部冷卻單元 14與各熱交換器 11之間的分段式冷卻劑通路，該分段式冷卻劑通路經由ICU出口 14A自內部冷卻單元 14離開，通過冷箱 14C-1，通過儲能裝置 10之HE入口 11A，通過儲能裝置 10之HE通道 11D，通過儲能裝置 10之HE出口 11B，通過暖箱 14C-2且經由ICU入口 14B返回至內部冷卻單元 14中。該分段式冷卻劑通路穿過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C。該分段式冷卻劑通路具有通過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C之HE流動速率。針對各儲能裝置 10建立之分段式冷卻劑通路具有藉由HE流量控制器 11C調節之HE流動速率。內部SCC 16與以下各者進行直接或間接資料通訊：(1)內部冷卻單元 14；(2)各儲能裝置 10之HE流量控制器 11C；以及(3)各儲能裝置 10之分段式電池模組 13之BMU 13A，其之間的直接或間接資料通訊係經由儲能裝置 10之BMU連接器 13F進行。內部SCC 16經組配而以無線方式或經由儲能裝置 10之BMU連接器 13F以有線方式直接地或間接地接收由各儲能裝置 10之BMU 13A收集之感測器資訊，該感測器資訊至少包括藉由位於儲能裝置 10之分段式電池模組 13內之至少一個溫度感測器 13C量測的溫度資訊。參數集合至少包括用於各儲能器之分段式電池模組 13之較佳溫度範圍。最佳範圍依據以下各者而變化：(i)由內部SCC 16經由儲能裝置 10之BMU 13A自儲能裝置 10之感測器接收到的感測器資訊；及(ii)儲能裝置 10之較佳溫度範圍。
在內部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中，內部SCC 16使用控制迴路以：(a)調整遞送至內部冷卻單元 14之功率額定；(b)根據來自儲能裝置 10中之各者的分段式電池模組 13之溫度感測器 13C的溫度資訊，將冷卻劑至儲能裝置 10中之至少一者之遞送進行優先排序；以及(c)調整通過HE流量控制器 11C中之一或多者的冷卻劑之HE流動速率。
在內部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中，各儲能裝置 10之分段式電池模組 13中的多個感測器進一步包括電流感測器 13E，該電流感測器經組配以量測分段式電池模組 13之電池單元 13B之電流資訊並經由儲能裝置 10之BMU 13A將該電流資訊傳輸至內部SCC 16。並且，參數集合包括用於各儲能裝置 10之熱模型。另外，週期性地使用內部SCC 16來計算或重新計算最佳範圍之步驟包括針對各儲能裝置 10來計算或重新計算：(i)根據儲能裝置 10之熱模型、儲能裝置 10之電流資訊及儲能裝置 10之較佳溫度範圍的對於儲能裝置 10之熱產生估計值；及(ii)儲能裝置 10之HE流動速率之最佳範圍，以抵消對於儲能裝置 10之熱產生估計值。
在內部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中，冷卻劑為流體、水、氣體或空氣。
在內部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中：(a)系統進一步包括主電池管理系統(MBMS) 15；且(b)內部SCC 16與各儲能裝置 10之BMU連接器 13F之間的有線或無線資料通訊經由MBMS 15路由。
在內部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中：(a)用於各儲能裝置 10之熱交換器 11包括遵循儲能裝置 10之分段式電池模組 13之至少一個外表面區域的散熱片；且(b)各儲能裝置 10之散熱片與分段式電池模組 13之間的熱界面 12係可壓縮導熱材料或導熱膏狀物。各儲能裝置 10之散熱片可包含封閉儲能裝置 10之HE通道 11D之鋁殼層。
在內部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中，該方法藉由電動載具實施。電動載具可為機動電動載具 1-00或動力車。若為機動電動載具 1-00：則(a)機動電動載具 1-00包括一載具控制系統及與電氣連接件 17電氣連接之至少一個牽引馬達 18A；(b)該至少一個牽引馬達 18A之操作係由該載具控制系統控制；且(c)內部SCC 16與該載具控制系統進行資料通訊。內部SCC 16經組配以下載或連結至以下中之至少一者：(i)路線圖，其詳述速度圖、傾度圖、行進距離及行進時間中之至少一者；及(ii)載具儀錶板，其詳述機動電動載具 1-00之當前速度、機動電動載具 1-00之至少一個牽引馬達 18A之當前電流負載以及機動電動載具 1-00之當前傾斜度中的至少一者。
在內部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中：(a)電動載具係動力車，其包括電氣連接至系統之電氣連接件 17的一或多個電源出口；且(b)一或多個電源出口可連接至機動電動載具 1-00之一或多個電源入口。
在最一般形式中，用於電動載具內之分段式電池模組 13之外部冷卻系統及方法將個別化冷卻劑流提供至容納於電動載具中之多個儲能裝置 10中的各者。各儲能裝置 10包括一熱交換器 11，該熱交換器在熱導率方面與分段式電池模組 13耦合。分段式電池模組 13包括電池單元 13B及感測器( 13C， 13D及 13E)。熱交換器 11包括HE流量控制器 11C。用於各儲能裝置 10之個別感測器資訊係經由各分段式電池模組 13之BMU 13A予以收集。充電SCC 22使用此個別感測器資訊來計算泵送通過各儲能裝置 10之熱交換器 11的冷卻劑之HE流動速率，以使儲能裝置 10之電池單元 13B冷卻。遞送至熱交換器 11之冷卻劑在各充電階段期間係由電源 20之外部冷卻單元 21冷卻。
用於安裝在電動載具內之分段式電池模組 13之外部冷卻系統及方法為將個別化冷卻劑流提供至容納於電動載具中之多個儲能裝置10中之各者的系統及方法。各儲能裝置 10包括一熱交換器 11，該熱交換器在熱導率方面與分段式電池模組 13耦合。分段式電池模組 13包括電池單元 13B及感測器( 13C， 13D及 13E)。熱交換器 11包括HE流量控制器 11C。用於各儲能裝置 10之個別感測器資訊係經由各分段式電池模組 13之BMU 13A予以收集。充電SCC 22使用此個別感測器資訊來計算泵送通過各儲能裝置 10之熱交換器 11的冷卻劑之HE流動速率，以使儲能裝置 10之電池單元 13B冷卻。遞送至熱交換器 11之冷卻劑在各充電階段期間係由電源 20之外部冷卻單元 21冷卻。
外部冷卻發明之第一實施例為用於多個分段式電池模組 13之外部冷卻系統。該系統包含與電源 20配對之電動載具：(a)容納於電動載具中之多個儲能裝置 10，各儲能裝置 10包括熱交換器 11以及分段式電池模組 13中之一者；(b)容納於電動載具中之電氣連接件 17；(c)容納於電動載具中之主電池管理系統(MBMS) 15；(d)容納於電源 20中之外部冷卻單元 21，該外部冷卻單元 21包括ECU入口 21B及ECU出口 21A；(e)容納於電動載具中之一對冷卻劑箱 14C；以及(f)充電分段式冷卻控制器(SCC) 22，該充電SCC 22包括參數集合。各儲能裝置 10之熱交換器 11包括：(1)用於控制通過熱交換器 11之冷卻劑之流量的HE流量控制器 11C；(2)用於將冷卻劑接收至熱交換器 11內之多個HE通道 11D中的HE入口 11A；以及(3)用於自熱交換器 11之HE通道 11D排出冷卻劑的HE出口 11B。各儲能裝置 10之分段式電池模組 13包括：(1)與電氣連接連接器 17A電氣連接之多個電池單元 13B；(2)與多個感測器進行資料通訊之電池管理模組(BMU) 13A，該等感測器包括位於分段式電池模組 13內之至少一個溫度感測器 13C且該BMU 13A經組配以自該等感測器收集感測器資訊；以及(3)與BMU 13A進行資料通訊之BMU連接器 13F。電氣連接件 17電氣連接至儲能裝置 10中之各者之電池連接器 13G。電氣連接件 17與一或多個電氣連接連接器 17A電氣連接。一或多個電氣連接連接器 17A中之各者在針對儲能裝置 10中之一或多者的多個充電階段中之各者期間在各充電階段期間可連接至電源 20之一或多個電力供應器 23中之一者。MBMS 15以無線方式或經由儲能裝置 10之BMU連接器 13F以有線方式與各儲能裝置 10之BMU 13A進行資料通訊。該對冷卻劑箱 14C包括：(1)用於接收經冷卻冷卻劑之冷箱 14C-1；及(2)用於排出經升溫冷卻劑之暖箱 14C-2。冷箱 14C-1與儲能裝置之HE入口 11A中之各者流體連接。暖箱 14C-2與儲能裝置之HE出口 11B中之各者流體連接。針對各儲能裝置 10建立外部冷卻單元 21與各熱交換器 11之間的分段式冷卻劑通路。該分段式冷卻劑通路穿過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C。該分段式冷卻劑通路具有通過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C之HE流動速率。針對各儲能裝置 10建立之分段式冷卻劑通路具有藉由HE流量控制器 11C調節之HE流動速率。在各充電階段期間，充電SCC 22以有線方式或以無線方式與以下各者進行直接或間接資料通訊：(1)外部冷卻單元 21；(2)各儲能裝置 10之HE流量控制器 11C；(3)MBMS 15；以及(4)各儲能裝置 10之分段式電池模組 13之BMU 13A，其之間的直接或間接資料通訊係經由MBMS 15以及儲能裝置 10之BMU連接器 13F進行。在各充電階段期間，充電SCC 22經組配而以無線方式或經由儲能裝置 10之BMU連接器 13F以有線方式直接地或間接地接收由各儲能裝置 10之BMU 13A收集之感測器資訊，該感測器資訊至少包括藉由位於儲能裝置 10之分段式電池模組 13內之至少一個溫度感測器 13C量測的溫度資訊。參數集合至少包括用於各儲能裝置 10之分段式電池模組 13之較佳溫度範圍。在各充電階段期間，充電SCC 22經組配以週期性地進行以下操作：(1)計算或重新計算各儲能裝置 10之熱交換器 11之HE流動速率的最佳範圍；及(2)經由與儲能裝置 10之HE流量控制器 11C之直接或間接資料通訊，以有線方式或以無線方式控制各儲能裝置 10之HE流動速率，以將HE流動速率維持在最佳範圍內。該最佳範圍依據以下各者而變化：(a)由充電SCC 22經由儲能裝置 10之BMU 13A自儲能裝置 10之感測器接收到的感測器資訊；及(b)儲能裝置 10之較佳溫度範圍。
在外部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中，充電SCC 22容納在電動載具中或替代地容納在電源 20中。
在外部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中：(a)冷箱 14C-1經由ECU出口 21A自外部冷卻單元 21接收經冷卻之冷卻劑；(b)暖箱 14C-2經由ECU入口 21B將經升溫之冷卻劑排出至外部冷卻單元 21中；且(c)其中用於各儲能裝置 10之分段式冷卻劑通路經由ECU出口 21A自外部冷卻單元 21離開，通過冷箱 14C-1，通過儲能裝置 10之HE入口 11A，通過儲能裝置 10之HE通道 11D，通過儲能裝置 10之HE出口 11B，通過暖箱 14C-2且經由ECU入口 21B返回至外部冷卻單元 21中。
在外部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中，該系統進一步包含外部至內部熱交換器 14D及內部冷卻單元 14。內部冷卻單元 14包括ICU入口 14B及ICU出口 14A。冷箱 14C-1在冷卻劑穿過外部至內部熱交換器 14D之後經由ICU出口 14A自內部冷卻單元 14接收經冷卻之冷卻劑。暖箱 14C-2經由ICU入口 14B將經升溫之冷卻劑排出至內部冷卻單元 14中。用於各儲能裝置 10之分段式冷卻劑通路經由ICU出口 14A自內部冷卻單元 14離開，通過外部至內部熱交換器14D，通過一對冷卻劑箱 14C之冷箱 14C-1，通過儲能裝置 10之HE入口 11A，通過儲能裝置 10之HE通道 11D，通過儲能裝置 10之HE出口 11B，通過暖箱 14C-2且經由ICU入口 14B返回至內部冷卻單元 14中。第二冷卻劑通路經由ECU出口 21A自外部冷卻單元 21離開，穿過外部至內部熱交換器 14D且經由ECU入口 21B返回至外部冷卻單元 21。此實施例可任擇地經組配以使得：(a)充電SCC 22容納於電動載具中；(b)內部冷卻單元 14與充電SCC 22進行資料通訊；且(c)充電SCC 22經組配以在電動載具之機動操作期間控制通過儲能裝置 10中之各者之冷卻劑流量。替代地，此實施例可任擇地經組配以使得：(a)該系統進一步包含容納於電動載具中之內部分段式冷卻劑控制器(SCC) 16；(b)充電SCC 22容納於電源 20中；(c)內部冷卻單元 14與內部SCC 16進行資料通訊；且(d)內部SCC 16經組配以在電動載具之機動操作期間控制通過儲能裝置 10中之各者之冷卻劑流量。
在外部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中，系統進一步包含內部冷卻單元 14。冷箱 14C-1經由ECU出口 21A自外部冷卻單元 21接收經冷卻之冷卻劑。暖箱 14C-2經由ICU入口 14B將經升溫之冷卻劑排出至內部冷卻單元 14中。用於各儲能裝置 10之分段式冷卻劑通路經由ECU出口 21A自外部冷卻單元 21離開，通過冷箱 14C-1，通過儲能裝置 10之HE入口 11A，通過儲能裝置 10之HE通道 11D，通過儲能裝置 10之HE出口 11B，通過暖箱 14C-2，經由ICU入口 14B進入內部冷卻單元 14，經由ICU出口 14A離開內部冷卻單元 14且經由ECU入口 21B返回至外部冷卻單元 21中。此實施例可任擇地經組配以使得：(a)充電SCC 22容納於電動載具中；(b)內部冷卻單元 14與充電SCC 22進行資料通訊；且(c)充電SCC 22經組配以在電動載具之機動操作期間控制通過儲能裝置 10中之各者之冷卻劑流量。替代地，此實施例可任擇地經組配以使得：(a)該系統進一步包含容納於電動載具中之內部分段式冷卻劑控制器(SCC)；(b)充電SCC 22容納於電源 20中；(c)內部冷卻單元 14與內部SCC 16進行資料通訊；且(d)內部SCC 16經組配以在電動載具之機動操作期間控制通過儲能裝置 10中之各者之冷卻劑流量。
在外部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中，充電SCC使用控制迴路以：(a)調整遞送至外部冷卻單元 21之功率額定；(b)根據來自儲能裝置 10中之各者的分段式電池模組 13之溫度感測器 13C的溫度資訊，將冷卻劑至儲能裝置 10中之至少一者之遞送進行優先排序；以及(c)調整通過HE流量控制器 11C中之一或多者的冷卻劑之HE流動速率。
在外部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中，各儲能裝置 10之分段式電池模組 13中的多個感測器進一步包括電流感測器 13E，該電流感測器經組配以量測分段式電池模組 13之電池單元 13B之電流資訊並經由儲能裝置 10之BMU 13A將該電流資訊傳輸至充電SCC。參數集合包括用於各儲能裝置 10之熱模型。藉由充電SCC對各儲能裝置10之最佳範圍進行計算或重新計算包括對以下各者進行計算或重新計算：(i)根據儲能裝置 10之熱模型、儲能裝置 10之電流資訊及儲能裝置 10之較佳溫度範圍的對於儲能裝置 10之熱產生估計值；及(ii)儲能裝置 10之HE流動速率之最佳範圍，以抵消對於儲能裝置 10之熱產生估計值。
在外部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中，冷卻劑為流體、水、氣體或空氣。
在外部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中：(a)各儲能裝置 10之熱交換器 11與分段式電池模組 13經由熱界面 12在熱導率方面配對；(b)用於各儲能裝置 10之熱交換器 11包括遵循儲能裝置 10之分段式電池模組 13之至少一個外表面區域的散熱片；且(c)各儲能裝置 10之散熱片與分段式電池模組 13之間的熱界面 12係可壓縮導熱材料或導熱膏狀物。各儲能裝置 10之散熱片可包含封閉儲能裝置 10之HE通道 11D之鋁殼層。
在外部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中：(a)電動載具為機動電動載具 1-00，其包括一載具控制系統及與電氣連接件 17電氣連接之至少一個牽引馬達 18A；及(b)該至少一個牽引馬達 18A之操作係由該載具控制系統控制。
在外部冷卻發明之第一實施例的替代實施例中：(a)電動載具為動力車，其包括電氣連接至電氣連接件 17之一或多個電源出口；及(b)該一或多個電源出口可連接至機動電動載具 1-00之一或多個電源入口。
外部冷卻發明之第二實施例為用於多個分段式電池模組 13之電腦實施之外部冷卻方法。該方法包含：(a)將多個儲能裝置 10維持在電動載具中，各儲能裝置 10包括熱交換器 11以及分段式電池模組 13中之一者；(b)將電氣連接件 17維持在電動載具中；(c)將主電池管理系統(MBMS) 15維持在電動載具中；(d)將外部冷卻單元 21維持在電源 20中，該外部冷卻單元 21包括ECU入口 21B及ECU出口 21A；(e)將一對冷卻劑箱 14C維持在電動載具中；(f)維持充電分段式冷卻控制器(SCC) 22，該充電SCC 22包括參數集合；(g)針對一或多個儲能裝置 10開始充電階段；(h)在充電階段期間，週期性地使用該充電SCC 22來計算或重新計算各儲能裝置 10之熱交換器 11之HE流動速率的最佳範圍；以及(i)在充電階段期間，經由與儲能裝置 10之HE流量控制器 11C之直接或間接資料通訊，以有線方式或以無線方式控制各儲能裝置 10之HE流動速率，以將HE流動速率維持在該最佳範圍內。各儲能裝置 10之熱交換器 11包括：(1)用於控制通過熱交換器 11之冷卻劑之流量的HE流量控制器 11C；(2)用於將冷卻劑接收至熱交換器 11內之多個HE通道 11D中的HE入口 11A；以及(3)用於自熱交換器 11之HE通道 11D排出冷卻劑的HE出口 11B。各儲能裝置 10之分段式電池模組 13包括：(1)與電氣連接連接器 17A電氣連接之多個電池單元 13B；(2)與多個感測器進行資料通訊之電池管理模組(BMU) 13A，該等感測器包括位於分段式電池模組 13內之至少一個溫度感測器 13C且該BMU 13A經組配以自該等感測器收集感測器資訊；以及(3)與BMU 13A進行資料通訊之BMU連接器 13F。電氣連接件 17電氣連接至儲能裝置 10中之各者之電池連接器 13G。電氣連接件 17與一或多個電氣連接連接器 17A電氣連接。一或多個電氣連接連接器 17A中之各者在針對儲能裝置 10中之一或多者之充電階段期間可連接至電源 20之一或多個電力供應器 23中的一者。MBMS 15以無線方式或經由儲能裝置 10之BMU連接器 13F以有線方式與各儲能裝置 10之BMU 13A進行資料通訊。該對冷卻劑箱 14C包括：(1)用於接收經冷卻冷卻劑之冷箱 14C-1；及(2)用於排出經升溫冷卻劑之暖箱 14C-2。冷箱 14C-1與儲能裝置之HE入口 11A中之各者流體連接。暖箱 14C-2與儲能裝置之HE出口 11B中之各者流體連接。針對各儲能裝置 10建立外部冷卻單元 21與各熱交換器 11之間的分段式冷卻劑通路。該分段式冷卻劑通路穿過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C。該分段式冷卻劑通路具有通過儲能裝置 10之HE流量控制器 11C之HE流動速率。針對各儲能裝置 10建立之分段式冷卻劑通路具有藉由HE流量控制器 11C調節之HE流動速率。在各充電階段期間，充電SCC 22以有線方式或以無線方式與以下各者進行直接或間接資料通訊：(1)外部冷卻單元 21；(2)各儲能裝置 10之HE流量控制器 11C；(3)MBMS 15；以及(4)各儲能裝置 10之分段式電池模組 13之BMU 13A，其之間的直接或間接資料通訊係經由MBMS 15以及儲能裝置 10之BMU連接器 13F進行。在各充電階段期間，充電SCC 22經組配而以無線方式或經由儲能裝置 10之BMU連接器 13F以有線方式直接地或間接地接收由各儲能裝置 10之BMU 13A收集之感測器資訊，該感測器資訊至少包括藉由位於儲能裝置 10之分段式電池模組 13內之至少一個溫度感測器 13C量測的溫度資訊。參數集合至少包括用於各儲能裝置 10之分段式電池模組 13之較佳溫度範圍。開始充電階段之步驟包括：(i)將MBMS 15連接至充電SCC 22；及(ii)經由一或多個電氣連接連接器 17A將電氣連接件 17連接至一或多個電力供應器 23。最佳範圍依據以下各者而變化：(i)由充電SCC 22經由儲能裝置 10之BMU 13A自儲能裝置 10之感測器接收到的感測器資訊；及(ii)儲能裝置 10之較佳溫度範圍。
在外部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中，充電SCC 22維持在電動載具中或替代地維持在電源 20中。
在外部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中：(a)冷箱 14C-1經由ECU出口 21A自外部冷卻單元 21接收經冷卻之冷卻劑；(b)暖箱 14C-2經由ECU入口 21B將經升溫之冷卻劑排出至外部冷卻單元 21中；且(c)其中用於各儲能裝置 10之分段式冷卻劑通路經由ECU出口 21A自外部冷卻單元 21離開，通過冷箱 14C-1，通過儲能裝置 10之HE入口 11A，通過儲能裝置 10之HE通道 11D，通過儲能裝置 10之HE出口 11B，通過暖箱 14C-2且經由ECU入口 21B返回至外部冷卻單元 21中。
在外部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中，該方法進一步包含維持外部至內部熱交換器 14D及內部冷卻單元 14。內部冷卻單元 14包括ICU入口 14B及ICU出口 14A。冷箱 14C-1在冷卻劑穿過外部至內部熱交換器 14D之後經由ICU出口 14A自內部冷卻單元14接收經冷卻之冷卻劑。暖箱 14C-2經由ICU入口 14B將經升溫之冷卻劑排出至內部冷卻單元 14中。用於各儲能裝置 10之分段式冷卻劑通路經由ICU出口 14A自內部冷卻單元 14離開，通過外部至內部熱交換器14D，通過一對冷卻劑箱 14C之冷箱 14C-1，通過儲能裝置 10之HE入口 11A，通過儲能裝置 10之HE通道 11D，通過儲能裝置 10之HE出口 11B，通過暖箱 14C-2且經由ICU入口 14B返回至內部冷卻單元 14中。第二冷卻劑通路經由ECU出口 21A自外部冷卻單元 21離開，穿過外部至內部熱交換器 14D且經由ECU入口 21B返回至外部冷卻單元 21。此實施例可進一步任擇地經組配以使得：(a)充電SCC 22維持於電動載具中；(b)內部冷卻單元 14與充電SCC 22進行資料通訊；且(c)充電SCC 22經組配以在電動載具之機動操作期間控制通過儲能裝置 10中之各者之冷卻劑流量。替代地，此實施例可進一步任擇地維持內部分段式冷卻劑控制器(SCC)，其中：(a)充電SCC 22維持於電源 20中；(b)內部冷卻單元 14與內部SCC 16進行資料通訊；且(c)內部SCC 16經組配以在電動載具之機動操作期間控制通過儲能裝置 10中之各者之冷卻劑流量。
在外部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中，方法進一步包含維持內部冷卻單元 14。冷箱 14C-1經由ECU出口 21A自外部冷卻單元 21接收經冷卻之冷卻劑。暖箱 14C-2經由ICU入口 14B將經升溫之冷卻劑排出至內部冷卻單元 14中。用於各儲能裝置 10之分段式冷卻劑通路經由ECU出口 21A自外部冷卻單元 21離開，通過冷箱 14C-1，通過儲能裝置 10之HE入口 11A，通過儲能裝置 10之HE通道 11D，通過儲能裝置 10之HE出口 11B，通過暖箱 14C-2，經由ICU入口 14B進入內部冷卻單元 14，經由ICU出口 14A離開內部冷卻單元 14且經由ECU入口 21B返回至外部冷卻單元 21中。此實施例可進一步任擇地經組配以使得：(a)充電SCC 22維持於電動載具中；(b)內部冷卻單元 14與充電SCC 22進行資料通訊；且(c)充電SCC 22經組配以在電動載具之機動操作期間控制通過儲能裝置 10中之各者之冷卻劑流量。替代地，此實施例可進一步任擇地維持內部分段式冷卻劑控制器(SCC)，其中：(a)充電SCC 22維持於電源 20中；(b)內部冷卻單元 14與內部SCC 16進行資料通訊；且(c)內部SCC 16經組配以在電動載具之機動操作期間控制通過儲能裝置 10中之各者之冷卻劑流量。
在外部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中，充電SCC使用控制迴路以：(a)調整遞送至外部冷卻單元 21之功率額定；(b)根據來自儲能裝置 10中之各者的分段式電池模組 13之溫度感測器 13C的溫度資訊，將冷卻劑至儲能裝置 10中之至少一者之遞送進行優先排序；以及(c)調整通過HE流量控制器 11C中之一或多者的冷卻劑之HE流動速率。
在外部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中，各儲能裝置 10之分段式電池模組 13中的多個感測器進一步包括電流感測器 13E，該電流感測器經組配以量測分段式電池模組 13之電池單元 13B之電流資訊並經由儲能裝置 10之BMU 13A將該電流資訊傳輸至充電SCC。並且，參數集合包括用於各儲能裝置 10之熱模型。另外，週期性地使用充電SCC來計算或重新計算最佳範圍之步驟包括針對各儲能裝置 10來計算或重新計算以下各者： (i)根據儲能裝置 10之熱模型、儲能裝置 10之電流資訊及儲能裝置 10之較佳溫度範圍的對於儲能裝置 10之熱產生估計值；及(ii)儲能裝置 10之HE流動速率之最佳範圍，以抵消對於儲能裝置 10之熱產生估計值。
在外部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中，冷卻劑為流體、水、氣體或空氣。
在外部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中：(a)各儲能裝置 10之熱交換器 11與分段式電池模組 13經由熱界面 12在熱導率方面配對；(b)用於各儲能裝置 10之熱交換器 11包括遵循儲能裝置 10之分段式電池模組 13之至少一個外表面區域的散熱片；且(c)各儲能裝置 10之散熱片與分段式電池模組 13之間的熱界面 12係可壓縮導熱材料或導熱膏狀物。各儲能裝置 10之散熱片可包含封閉儲能裝置 10之HE通道 11D之鋁殼層。
在外部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中，(a)電動載具為機動電動載具 1-00，其包括一載具控制系統及與電氣連接件 17電氣連接之至少一個牽引馬達 18A；及(b)該至少一個牽引馬達 18A之操作係由該載具控制系統控制。
在外部冷卻發明之第二實施例的替代實施例中：(a)電動載具為動力車，其包括電氣連接至電氣連接件 17之一或多個電源出口；及(b)該一或多個電源出口可連接至機動電動載具 1-00之一或多個電源入口。
雖然本文中已揭示各種態樣及實施例，但顯而易見的是，在閱讀前述揭示內容之後，本發明之各種其他修改及改編將對熟習此項技術者而言顯而易見，而不脫離本發明之精神及範疇，且希望所有此類修改及改編均屬於隨附申請專利範圍之範疇內。本文所揭示之各種態樣及實施例係出於圖示之目的且不意欲為限制性的，其中本發明之真正範疇及精神藉由所附申請專利範圍指示。
1-00:機動電動載具 10:儲能裝置 11:熱交換器 11A:HE入口 11B:HE出口 11C:HE流量控制器 11D:HE通道 11E:HE流連接器 12:選用熱界面 13:分段式電池模組 13A:電池管理單元(BMU) 13B:電池單元 13C:溫度感測器 13D:電壓感測器 13E:電流感測器 13F:電池管理單元(BMU)連接器 13G:電池連接器 14:內部冷卻單元 14A:ICU出口 14B:ICU入口 14C:冷卻劑箱 14C-1:冷箱 14C-2:暖箱 14D:外部至內部熱交換器 15:主電池管理系統(MBMS) 15A:主電池管理系統(MBMS)連接器 16:內部分段式冷卻控制器(SCC) 17:電氣連接件 17A:電氣連接連接器 18A:牽引馬達 18B:輪子 20:電源 21:外部冷卻單元 21A:ECU出口 21B:ECU入口 22:內部分段式冷卻控制器(SCC)/充電分段式冷卻控制器(SCC) 23:電力供應器 7-00:流程圖 7-01,7-02,7-03,7-04,8-01,8-02,8-03,8-04,8-05,8-06,8-07,8-08,8-09:步驟 BMU 01,BMU 02,BMU n:電池管理單元
在本文中參看圖式描述本揭露內容之實施例，在該等圖式中： 圖1為表示在本發明之一實施例中容納於機動電動載具中之內部冷卻系統的方塊圖，該機動電動載具在充電階段期間電氣連接至電源之電力供應器。 圖2為表示在本發明之一實施例中容納於機動電動載具中之內部冷卻系統之電氣及資料通訊連接的方塊圖，該機動電動載具在充電階段期間電氣連接至電源之電力供應器。 圖3為表示在本發明之一實施例中沿著容納於機動電動載具中之內部冷卻系統之分段式冷卻劑通路的組件之流體連接的方塊圖。 圖4為表示在本發明之一實施例中在機動電動載具與電源之間分裂的外部冷卻系統的方塊圖。 圖5為表示在本發明之一實施例中在機動電動載具與電源之間分裂的外部冷卻系統之電氣及資料通訊連接的方塊圖。 圖6A為表示在本發明之一實施例中沿著穿過外部冷卻單元之分段式冷卻劑通路的組件之流體連接的方塊圖。 圖6B為表示在本發明之一實施例中沿著穿過內部冷卻單元及以熱導率連結至外部冷卻單元之外部至內部熱交換器的分段式冷卻劑通路的組件之流體連接的方塊圖。 圖6C為表示在本發明之一實施例中沿著穿過內部冷卻單元及外部冷卻單元二者之分段式冷卻劑通路的組件之流體連接的方塊圖。 圖7為在本發明之一實施例中在電腦實施之內部冷卻方法中採取的步驟之流程圖。 圖8為在本發明之一實施例中在電腦實施之外部冷卻方法中採取的步驟之流程圖。
1-00:機動電動載具
10:儲能裝置
11:熱交換器
11A:HE入口
11B:HE出口
11C:HE流量控制器
11D:HE通道
11E:HE流連接器
12:選用熱界面
13:分段式電池模組
13A:電池管理單元(BMU)
13B:電池單元
13C:溫度感測器
13D:電壓感測器
13E:電流感測器
13F:電池管理單元(BMU)連接器
13G:電池連接器
14C:冷卻劑箱
15:主電池管理系統(MBMS)
15A:主電池管理系統(MBMS)連接器
17:電氣連接件
17A:電氣連接連接器
18A:牽引馬達
18B:輪子
20:電源
21:外部冷卻單元
21A:ECU出口
21B:ECU入口
22:內部分段式冷卻控制器(SCC)/充電分段式冷卻控制器(SCC)
23:電力供應器

Claims (21)

  1. 一種用於多個分段式電池模組之外部冷卻系統，該系統包含與一電源配對之一電動載具： (a)容納於該電動載具中之多個儲能裝置，各儲能裝置包括一熱交換器以及該等分段式電池模組中之一者， (i)其中各儲能裝置之該熱交換器包括： (1)用於控制通過該熱交換器之冷卻劑之流量的一HE流量控制器； (2)用於將該冷卻劑接收至該熱交換器內之多個HE通道中的一HE入口；及 (3)用於自該熱交換器之該等HE通道排出冷卻劑的一HE出口；且 (ii)其中各儲能裝置之該分段式電池模組包括： (1)與一電氣連接連接器電氣連接之多個電池單元； (2)與多個感測器進行資料通訊之一電池管理模組(BMU)，該等感測器包括位於該分段式電池模組內之至少一個溫度感測器且該BMU經組配以自該等感測器收集感測器資訊；及 (3)與該BMU進行有線或無線資料通訊之一BMU連接器； (b)容納於該電動載具中之一電氣連接件， (i)其中該電氣連接件電氣連接至該等儲能裝置中之各者之電池連接器； (ii)其中該電氣連接件與一或多個電氣連接連接器電氣連接；且 (iii)其中該一或多個電氣連接連接器中之各者在針對該等儲能裝置中之一或多者的多個充電階段中之各者期間在各充電階段期間可連接至該電源之一或多個電力供應器中之一者； (c)容納於該電動載具中之一主電池管理系統(MBMS)，其中該MBMS經由該儲能裝置之該BMU連接器與各儲能裝置之該BMU進行有線或無線資料通訊； (d)容納於該電源中之一外部冷卻單元，該外部冷卻單元包括一ECU入口及一ECU出口； (e)容納於該電動載具中之一對冷卻劑箱， (i)其中該對冷卻劑箱包括： (1)用於接收經冷卻冷卻劑之一冷箱；及 (2)用於排出經升溫冷卻劑之一暖箱； (ii)其中該冷箱與該等儲能裝置之該等HE入口中之各者流體連接； (iii)其中該暖箱與該等儲能裝置之該等HE出口中之各者流體連接； (iv)其中針對各儲能裝置建立該外部冷卻單元與各熱交換器之間的一分段式冷卻劑通路， (1)該分段式冷卻劑通路穿過該儲能裝置之該HE流量控制器；且 (2)該分段式冷卻劑通路具有通過該儲能裝置之該HE流量控制器之一HE流動速率；且 (v)其中針對各儲能裝置建立之該分段式冷卻劑通路具有藉由該HE流量控制器調節之一HE流動速率；以及 (f)一充電分段式冷卻控制器(SCC)，該充電SCC包括一參數集合， (i)其中在各充電階段期間，該充電SCC以有線方式或以無線方式與以下各者進行直接或間接資料通訊： (1)該外部冷卻單元； (2)各儲能裝置之該HE流量控制器； (3)該MBMS；及 (4)各儲能裝置之該分段式電池模組之該BMU，其之間的直接或間接資料通訊係經由該儲能裝置之該MBMS及該BMU連接器進行； (ii)其中在各充電階段期間，該充電SCC經組配而以無線方式或經由該儲能裝置之該BMU連接器以有線方式直接地或間接地接收由各儲能裝置之該BMU收集之該感測器資訊，該感測器資訊至少包括藉由位於該儲能裝置之該分段式電池模組內之該至少一個溫度感測器量測的溫度資訊； (iii)其中參數集合至少包括用於各儲能裝置之該分段式電池模組之一較佳溫度範圍； (iv)其中在各充電階段期間，該充電SCC經組配以週期性地進行以下操作： (1)計算或重新計算各儲能裝置之該熱交換器之該HE流動速率的一最佳範圍，該最佳範圍依據以下各者而變化： (a)由該充電SCC經由該儲能裝置之該BMU自該儲能裝置之該等感測器接收到的該感測器資訊；及 (b)該儲能裝置之該較佳溫度範圍；以及 (2)經由與該儲能裝置之該HE流量控制器之該直接或間接資料通訊，以有線方式或以無線方式控制各儲能裝置之該HE流動速率，以將該HE流動速率維持在該最佳範圍內；且 (v)其中該充電SCC容納於該電源中，且對於各儲能裝置，該充電SCC與該儲能裝置之該HE流量控制器之間的資料通訊不穿過以下任一者： (1)該機動電動載具之該MBMS；或 (2)該儲能裝置之該BMU。
  2. 如請求項1之系統， (a)其中該冷箱經由該ECU出口自該外部冷卻單元接收經冷卻之冷卻劑； (b)其中該暖箱經由該ECU入口將經升溫之冷卻劑排出至該外部冷卻單元中；且 (c)其中用於各儲能裝置之該分段式冷卻劑通路經由該ECU出口自該外部冷卻單元離開，通過該冷箱，通過該儲能裝置之該HE入口，通過該儲能裝置之該等HE通道，通過該儲能裝置之該HE出口，通過該暖箱且經由該ECU入口返回至該外部冷卻單元中。
  3. 如請求項1之系統，該系統進一步包含一外部至內部熱交換器及一內部冷卻單元， (a)其中該內部冷卻單元包括一ICU入口及一ICU出口； (b)其中該冷箱在該冷卻劑穿過該外部至內部熱交換器之後經由該ICU出口自該內部冷卻單元接收經冷卻之冷卻劑； (c)其中該暖箱經由該ICU入口將經升溫之冷卻劑排出至該內部冷卻單元中； (d)其中用於各儲能裝置之該分段式冷卻劑通路經由該ICU出口自該內部冷卻單元離開，通過該外部至內部熱交換器，通過該對冷卻劑箱之該冷箱，通過該儲能裝置之該HE入口，通過該儲能裝置之該等HE通道，通過該儲能裝置之該HE出口，通過該暖箱且經由該ICU入口返回至該內部冷卻單元中；且 (e)其中一第二冷卻劑通路經由該ECU出口自該外部冷卻單元離開，穿過該外部至內部熱交換器且經由該ECU入口返回至該外部冷卻單元。
  4. 如請求項1之系統，該系統進一步包含一內部冷卻單元， (a)其中該冷箱經由該ECU出口自該外部冷卻單元接收經冷卻之冷卻劑； (b)其中該暖箱經由該ICU入口將經升溫之冷卻劑排出至該內部冷卻單元中；且 (c)其中用於各儲能裝置之該分段式冷卻劑通路經由該ECU出口自該外部冷卻單元離開，通過該冷箱，通過該儲能裝置之該HE入口，通過該儲能裝置之該等HE通道，通過該儲能裝置之該HE出口，通過該暖箱，經由該ICU入口進入該內部冷卻單元，經由該ICU出口離開該內部冷卻單元且經由該ECU入口返回至該外部冷卻單元中。
  5. 如請求項1之系統，其中該充電SCC使用一控制迴路以進行以下操作： (a)調整遞送至該外部冷卻單元之一功率額定； (b)根據來自該等儲能裝置中之各者的該分段式電池模組之該溫度感測器的該溫度資訊，將冷卻劑至該等儲能裝置中之至少一者之遞送進行優先排序；以及 (c)調整通過該等HE流量控制器中之一或多者的冷卻劑之該HE流動速率。
  6. 如請求項1之系統， (a)其中各儲能裝置之該分段式電池模組中之該等多個感測器進一步包括一電流感測器，該電流感測器經組配以量測該分段式電池模組之該等電池單元之電流資訊並經由該儲能裝置之該BMU將該電流資訊傳輸至該充電SCC； (b)其中參數集合包括用於各儲能裝置之一熱模型；且 (c)其中藉由該充電SCC對各儲能裝置之該最佳範圍進行計算或重新計算包括對以下各者進行計算或重新計算： (i)根據以下各者的對於該儲能裝置之一熱產生估計值： (1)該儲能裝置之該熱模型； (2)該儲能裝置之該電流資訊；及 (3)該儲能裝置之該較佳溫度範圍；以及 (ii)該儲能裝置之該HE流動速率之該最佳範圍，以抵消對於該儲能裝置之該熱產生估計值。
  7. 如請求項1之系統，其中該冷卻劑係一流體、水、一氣體或空氣。
  8. 如請求項1之系統， (a)其中各儲能裝置之該熱交換器與該分段式電池模組經由一熱界面在熱導率方面配對； (b)其中用於各儲能裝置之該熱交換器包括遵循該儲能裝置之該分段式電池模組之至少一個外表面區域的一散熱片；且 (c)其中各儲能裝置之該散熱片與該分段式電池模組之間的該熱界面係一可壓縮導熱材料或一導熱膏狀物。
  9. 如請求項8之系統，其中各儲能裝置之該散熱片包含封閉該儲能裝置之該等HE通道之一鋁殼層。
  10. 如請求項1之系統， (a)其中該電動載具係一機動電動載具，其包括一載具控制系統及與該電氣連接件電氣連接之至少一個牽引馬達；且 (b)其中該至少一個牽引馬達之操作係由該載具控制系統控制。
  11. 如請求項1之系統， (a)其中該電動載具係一動力車，其包括電氣連接至該電氣連接件之一或多個電源出口；且 (b)其中該一或多個電源出口可連接至一機動電動載具之一或多個電源入口。
  12. 一種用於多個分段式電池模組之電腦實施之外部冷卻方法，該方法包含： (a)將多個儲能裝置維持在一電動載具中，各儲能裝置包括一熱交換器以及該等分段式電池模組中之一者， (i)其中各儲能裝置之該熱交換器包括： (1)用於控制通過該熱交換器之冷卻劑之流量的一HE流量控制器； (2)用於將該冷卻劑接收至該熱交換器內之多個HE通道中的一HE入口；及 (3)用於自該熱交換器之該等HE通道排出冷卻劑的一HE出口；且 (ii)其中各儲能裝置之該分段式電池模組包括： (1)與一電氣連接連接器電氣連接之多個電池單元； (2)與多個感測器進行資料通訊之一電池管理模組(BMU)，該等感測器包括位於該分段式電池模組內之至少一個溫度感測器且該BMU經組配以自該等感測器收集感測器資訊；及 (3)與該BMU進行有線或無線資料通訊之一BMU連接器； (b)將一電氣連接件維持在該電動載具中， (i)其中該電氣連接件電氣連接至該等儲能裝置中之各者之電池連接器； (ii)其中該電氣連接件與一或多個電氣連接連接器電氣連接；且 (iii)其中該一或多個電氣連接連接器中之各者在針對該等儲能裝置中之一或多者之一充電階段期間可連接至該電源之一或多個電力供應器中之一者； (c)將一主電池管理系統(MBMS)維持在該電動載具中，其中該MBMS以無線方式或經由該儲能裝置之該BMU連接器以有線方式與各儲能裝置之該BMU進行資料通訊；以及 (d)將一外部冷卻單元維持在一電源中，該外部冷卻單元包括一ECU入口及一ECU出口； (e)將一對冷卻劑箱維持在該電動載具中， (i)其中該對冷卻劑箱包括： (1)用於接收經冷卻冷卻劑之一冷箱；及 (2)用於排出經升溫冷卻劑之一暖箱； (ii)其中該冷箱與該等儲能裝置之該等HE入口中之各者流體連接； (iii)其中該暖箱與該等儲能裝置之該等HE出口中之各者流體連接； (iv)其中針對各儲能裝置建立該外部冷卻單元與各熱交換器之間的一分段式冷卻劑通路， (1)該分段式冷卻劑通路穿過該儲能裝置之該HE流量控制器；且 (2)該分段式冷卻劑通路具有通過該儲能裝置之該HE流量控制器之一HE流動速率；且 (v)其中針對各儲能裝置建立之該分段式冷卻劑通路具有藉由該HE流量控制器調節之一HE流動速率；以及 (f)維持一充電分段式冷卻控制器(SCC)，該充電SCC包括一參數集合， (i)其中在各充電階段期間，該充電SCC以有線方式或以無線方式與以下各者進行直接或間接資料通訊： (1)該外部冷卻單元； (2)各儲能裝置之該HE流量控制器； (3)該MBMS；及 (4)各儲能裝置之該分段式電池模組之該BMU，其之間的直接或間接資料通訊係經由該儲能裝置之該MBMS及該BMU連接器進行； (ii)其中在各充電階段期間，該充電SCC經組配而以無線方式或經由該儲能裝置之該BMU連接器以有線方式直接地或間接地接收由各儲能裝置之該BMU收集之該感測器資訊，該感測器資訊至少包括藉由位於該儲能裝置之該分段式電池模組內之該至少一個溫度感測器量測的溫度資訊； (iii)其中參數集合至少包括用於各儲能裝置之該分段式電池模組之一較佳溫度範圍；且 (iv)其中在該電源中維持該充電SCC，且對於各儲能裝置，該充電SCC與該儲能裝置之該HE流量控制器之間的資料通訊不穿過以下任一者： (1)該機動電動載具之該MBMS；或 (2)該儲能裝置之該BMU； (g)開始用於一或多個儲能裝置之該充電階段，開始該充電階段之該步驟包括： (i)將該MBMS連接至該充電SCC； (ii)經由一或多個電氣連接連接器將該電氣連接件連接至一或多個電力供應器； (h)在該充電階段期間，週期性地使用該充電SCC來計算或重新計算各儲能裝置之該熱交換器之該HE流動速率的一最佳範圍，該最佳範圍依據以下各者而變化： (i)由該充電SCC經由該儲能裝置之該BMU自該儲能裝置之該等感測器接收到的該感測器資訊；及 (ii)該儲能裝置之該較佳溫度範圍；以及 (i)在該充電階段期間，經由與該儲能裝置之該HE流量控制器之該直接或間接資料通訊，以有線方式或以無線方式控制各儲能裝置之該HE流動速率，以將該HE流動速率維持在該最佳範圍內。
  13. 如請求項12之方法， (a)其中該冷箱經由該ECU出口自該外部冷卻單元接收經冷卻之冷卻劑； (b)其中該暖箱經由該ECU入口將經升溫之冷卻劑排出至該外部冷卻單元中；且 (c)其中用於各儲能裝置之該分段式冷卻劑通路經由該ECU出口自該外部冷卻單元離開，通過該冷箱，通過該儲能裝置之該HE入口，通過該儲能裝置之該等HE通道，通過該儲能裝置之該HE出口，通過該暖箱且經由該ECU入口返回至該外部冷卻單元中。
  14. 如請求項12之方法，該方法進一步包含維持一外部至內部熱交換器及一內部冷卻單元， (a)其中該內部冷卻單元包括一ICU入口及一ICU出口； (b)其中該冷箱在該冷卻劑穿過該外部至內部熱交換器之後經由該ICU出口自該內部冷卻單元接收經冷卻之冷卻劑； (c)其中該暖箱經由該ICU入口將經升溫之冷卻劑排出至該內部冷卻單元中； (d)其中用於各儲能裝置之該分段式冷卻劑通路經由該ICU出口自該內部冷卻單元離開，通過該外部至內部熱交換器，通過該對冷卻劑箱之該冷箱，通過該儲能裝置之該HE入口，通過該儲能裝置之該等HE通道，通過該儲能裝置之該HE出口，通過該暖箱且經由該ICU入口返回至該內部冷卻單元中；且 (e)其中一第二冷卻劑通路經由該ECU出口自該外部冷卻單元離開，穿過該外部至內部熱交換器且經由該ECU入口返回至該外部冷卻單元。
  15. 如請求項12之方法，其中該充電SCC使用一控制迴路以進行以下操作： (a)調整遞送至該外部冷卻單元之一功率額定； (b)根據來自該等儲能裝置中之各者的該分段式電池模組之該溫度感測器的該溫度資訊，將冷卻劑至該等儲能裝置中之至少一者之遞送進行優先排序；以及 (c)調整通過該等HE流量控制器中之一或多者的冷卻劑之該HE流動速率。
  16. 如請求項12之方法， (a)其中各儲能裝置之該分段式電池模組中之該等多個感測器進一步包括一電流感測器，該電流感測器經組配以量測該分段式電池模組之該等電池單元之電流資訊並經由該儲能裝置之該BMU將該電流資訊傳輸至該充電SCC； (b)其中參數集合包括用於各儲能裝置之一熱模型；且 (c)其中週期性地使用該充電SCC來計算或重新計算該最佳範圍之該步驟包括針對各儲能裝置來計算或重新計算以下各者： (i)根據以下各者的對於該儲能裝置之一熱產生估計值： (1)該儲能裝置之該熱模型； (2)該儲能裝置之該電流資訊；及 (3)該儲能裝置之該較佳溫度範圍；以及 (ii)該儲能裝置之該HE流動速率之該最佳範圍，以抵消對於該儲能裝置之該熱產生估計值。
  17. 如請求項12之方法，其中該冷卻劑係一流體、水、一氣體或空氣。
  18. 如請求項12之方法， (a)其中各儲能裝置之該熱交換器與該分段式電池模組經由一熱界面在熱導率方面配對； (b)其中用於各儲能裝置之該熱交換器包括遵循該儲能裝置之該分段式電池模組之至少一個外表面區域的一散熱片；且 (c)其中各儲能裝置之該散熱片與該分段式電池模組之間的該熱界面係一可壓縮導熱材料或一導熱膏狀物。
  19. 如請求項18之方法，其中各儲能裝置之該散熱片包含封閉該儲能裝置之該等HE通道之一鋁殼層。
  20. 如請求項12之方法， (a)其中該電動載具係一機動電動載具，其包括一載具控制系統及與該電氣連接件電氣連接之至少一個牽引馬達；且 (b)其中該至少一個牽引馬達之操作係由該載具控制系統控制。
  21. 如請求項12之方法， (a)其中該電動載具係一動力車，其包括電氣連接至該電氣連接件之一或多個電源出口；且 (b)其中該一或多個電源出口可連接至一機動電動載具之一或多個電源入口。
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