專利名稱：帶溫度控制裝置的電池組件的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及帶電池的電池組，尤其是電動/混合動力車帶冷卻系統(tǒng)或加熱系統(tǒng) (用于冷卻或加熱電池)的電池組以及在電池組內(nèi)固定電池的方法。
背景技術(shù)：
混合動力車使用多個推進系統(tǒng)(汽油、電力、電池電動機)提供動力。在行駛或空 閑時，內(nèi)燃機的部分輸出被傳輸至發(fā)電機(僅以發(fā)電機模式運行的電動機)，發(fā)電機產(chǎn)生電 力為電池充電。混合動力車還通過再生制動捕獲動能來為電池充電。這與使用電網(wǎng)等外部 電源或電力源擴展拖車為電池充電的全電動轎車不同。雖然混合動力車偶爾使用柴油燃料 以及乙醇、植物油等其他燃料，但是幾乎所有混合動力車仍需要將汽油作為其唯一燃料源。電池組和電池由電極和兩極之間離子傳導電解質(zhì)組成。包含鋰離子電池的電池組 在汽車應用和各類商業(yè)電子設備中越來越受歡迎，因為它們可再次充電，且無記憶效應。在 理想工作溫度下使用鋰離子電池對于電池的性能和使用壽命至關重要。由于鋰離子電池的特性，電池組通常指定在大約-30°C至60°C之間的環(huán)境溫度范 圍中使用。但是，即使在此溫度范圍內(nèi)使用，如果電池組長時間處于極端溫度狀態(tài)，也可能 會逐漸喪失其容量或充電放電能力。然而，在規(guī)定溫度范圍之外的環(huán)境溫度下使用鋰離子 電池的情況可能無法避免。兩塊電池之間可能會出現(xiàn)重大溫度差異，這會損壞電池組的性能。為了延長整個 電池組的使用壽命，電池必須處于規(guī)定閥值溫度之下。為了提高電池組的性能，必須盡量減 小電池組內(nèi)電池之間的溫度差異。然而，電池溫度取決于周圍環(huán)境的導熱路徑，因此不同的 電池將達到不同的溫度。此外，由于同樣原因，不同的電池在充電過程中會達到不同的溫 度。因此，如果一塊電池的溫度比其他電池的溫度高，則其充電或放電效率將不同，因此，其 充電或放電速度可能比其他電池快。這會導致整個電池組性能的下降。本技術(shù)涉及多種帶有冷卻系統(tǒng)和封裝系統(tǒng)的電池組設計。例如，屬于瓊斯等人的 美國專利號為5，071，652介紹了一種帶有圓形外部壓力容器的金屬氫氧電池，其中包含多 個并排排列的圓形電池模塊。需要對帶冷卻和加熱系統(tǒng)的電池組件進行改進，以維持電池組件的最佳工作溫 度，確保以額定容量和充電放電速率，實現(xiàn)最長使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種可調(diào)整的電池模塊，可用于各種配置中，包括但不限于汽車和非汽 車應用中的水平或垂直堆疊電池封裝配置。電池模塊包含許多電池，每塊與一個散熱片相 連，散熱片由導熱材料制成，如扁平鋁合金箔片或類似材料。多個第一個電極和第二個電極堆疊并封裝至電絕緣封套，形成電池。根據(jù)上文，每 塊散熱片就是由導熱材料制成的板。此板確定傳熱邊緣和終端。每塊板確定斷流器部分和 接合所述斷流器部分的墊片。每塊板上都有許多孔，用于接收伸出的桿，以將所有散熱片相互連接，形成電池組。一個終端延伸至擁有矩形橫截面、代表第一種配置的翅片。另一終端 延伸至擁有L形橫截面、代表第二種配置的另一翅片。翅片可以是冷成型的，根據(jù)應用設計 將熱量從電池傳輸出去或傳遞進來。電池固定裝置與每個散熱片連接。電池固定裝置包括 一個內(nèi)框組和一個外框組。每個電池固定裝置的內(nèi)框都夾住其間的散熱片。內(nèi)框和外框上 有多個外凸和內(nèi)凹連接部位，它們相互機械嚙合，將方形蓄電池鎖定在內(nèi)框和外框內(nèi)。這些 部位可以斷開，以便拆卸方形蓄電池。此處介紹的是一種電池固定和傳熱組件。一種夾在方形蓄電池之間的裝置，如一層材料，如泡沫或任何其他非堅硬高分子 材料。裝置大體上覆蓋整個方形蓄電池。每個散熱片有一對內(nèi)框并分別連接至散熱片兩側(cè)， 內(nèi)框與相應的外框機械嚙合，方形蓄電池位于其間，從而形成電池固定和傳熱組件。此裝置 夾在至少兩個這樣的組件之間，組件與組件之間相互機械堆疊并電氣連接，形成電池組。由 于組件是通過組合而形成電池組的，裝置允許在典型的充電和放電狀態(tài)下對方形蓄電池進 行擴展和收縮，由此讓電池與散熱片保持密切接觸，實現(xiàn)高效傳熱。多個電池組置于盤狀容器或托盤中。盤狀容器由底面平底組件或車的其他部件支 撐固定(未顯示)。盤狀容器有一個底座和多個側(cè)壁。側(cè)壁通常垂直于底座或稍微傾斜。 每個側(cè)壁均有外圍邊緣伸出。側(cè)壁延伸方向與側(cè)壁之間伸出的橋架平行。橋架包括頂部和 側(cè)壁，其側(cè)壁延伸方向通常與盤狀容器側(cè)壁垂直。橋架將盤狀容器分為兩部分以容納多個 模塊。側(cè)壁有多個槽，液體能從槽中流出盤狀容器。第一個和第二個支架和側(cè)壁為整體，從側(cè)壁伸出，與頂部對齊。兩個支架可以相 同，也可以不同，每個支架包括連接至偏轉(zhuǎn)單元的氣流截止閥部件，可以根據(jù)組件壓力打開 或關閉閥門部件。需要冷空氣時，來自風機系統(tǒng)的壓力使入口閥門打開。沒有壓力時，彈簧 彈力使閥門關閉。如果組件內(nèi)部過壓，則入口閥門將關閉，排氣閥門將打開。入口閥門還可 以防止熱產(chǎn)生的煙霧和氣體進入車內(nèi)。本發(fā)明的優(yōu)勢是電池組內(nèi)電池的固定能力強。本發(fā)明的另一優(yōu)勢是可通過簡化組裝方法來降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的第三個優(yōu)勢是提供管理電池組熱量方面的途徑，以提供和接收高速電 流，其方法是在快速充電或放電脈沖中有效除去不需要的、可能損壞電池組性能和使用壽 命的熱量。本發(fā)明的第四個優(yōu)勢是電池組設計簡單、重量輕。本發(fā)明的第五個優(yōu)勢是可根據(jù)各種應用輕松擴展。
圖1是電池模塊的透視圖，該模塊備有一對電池組；圖2是夾在一對內(nèi)框之間的散熱片；圖3是圖2所示夾在內(nèi)框之間的散熱片的部分透視圖；圖4是圖2的分解圖；圖5是電池固定單元的透視圖，散熱片夾在內(nèi)框之間，一對方形蓄電池位于散熱 片兩側(cè)，每塊電池在相應的內(nèi)框上伸出，一對外框分別在相應的方形蓄電池上伸出；圖6是圖5所示的電池固定單元的分解圖；圖7是包括多個電池固定單元的電池模塊的透視圖和分解圖8是另一種盛裝電池模塊的容器的透視圖，該容器擁有帶出入口的蓋子；圖9是盤狀容器所延伸部分的橫截面視圖，盤狀容器有入口閥門和出口閥門，用 于經(jīng)過電池外殼進行液體傳輸，調(diào)節(jié)電池組中電池的溫度；以及圖10是盛裝多個電池模塊的盤狀容器部分的透視圖，以及電池模塊中氣流循環(huán) 的方向。
具體實施例方式參照附圖，其中相同的數(shù)字表示相同部件或相應部件。本發(fā)明所指的電池組件在 圖1中標記為10，它包含一對電池組(標記為12)，電池組置于外殼14中。電池組12可以 調(diào)整以用于各類配置中，包括但不限于汽車應用或非汽車應用中的水平或垂直堆疊電池封 裝配置。每個電池組12包含多塊電池(圖1中未顯示)。電池清楚顯示于圖6中。每塊電 池16最好是方形鋰離子電池。參照圖6，每塊電池16上有側(cè)邊邊緣18和20。第一個電極或彎折22表示正極， 從邊緣之一 18伸出。第二個電極或彎折24表示負極，從另一邊緣20伸出。彎折22和24 確定至少為90度的角度。角度可能有所差異，可配置為90度?；蛘撸谝粋€和第二個電極 可以采用平面設計。彎折22和24上有一對半圓開口 26?，F(xiàn)在參照圖2至圖6，每個電池組包含許多可卸下的電池固定單元30，它們相互連 接以形成電池組12。圖7是電池組12的分解圖。電池固定單元30(參照圖2至圖4)上包 括散熱片32。散熱片32表示板34，是由鋁、銅和類似導熱材料制成的板。每個散熱片32 的終端為兩個相對的翅片部分，在圖4中通常標記為36和38。翅片部分38表示為矩形或 管狀橫截面40。另一翅片部分36表示為平面42。翅片部分36和38可以包括柵欄形狀， 可能打褶、呈平面，可能包括多個插槽或孔，可能形成彎折來為外部加熱裝置或冷卻裝置提 供熱接口平面，包括但不限于加熱墊和/或冷卻單元。翅片部分36和38為冷卻或加熱提 供表面區(qū)域，液體、固體或氣體等媒介可引至翅片部分36和38。板34上有多個插槽43，板 34的側(cè)邊46有半圓形缺口構(gòu)造44，用于接收伸出的桿48(見圖7)，從而將電池固定單元 30互連，形成電池組12。圖4至圖7顯示了電池固定單元的框組件?？蚪M件包括第一組內(nèi)框50和52，它們 固定夾在其間的板34 ；第二組外框54和56用于固定電池16。電池之一 16固定在內(nèi)框之 一 50和外框之一 54之間。另一內(nèi)框52和外框56固定夾在兩者之間的另一電池16(見圖 6)。如圖4所示，內(nèi)框之一 50上有外圍邊緣58和側(cè)壁60和62(見圖6)。側(cè)壁之一 62包含一對引腳64和66，用于嚙合電池16的彎折22或24。內(nèi)框50上有多個孔或內(nèi)凹 連接器(未顯示)。多個外凸連接器或掛鉤70形成，從內(nèi)框50 (見圖2)的外圍邊緣58伸 出。掛鉤70向相反的方向伸出，遠離板34。多個螺栓72從內(nèi)框50中與掛鉤70相反的方 向伸出，與另一內(nèi)框52以及夾在其間的板34機械嚙合。如圖6所示，另一內(nèi)框52表示與內(nèi)框52的配置類似的配置。內(nèi)框52包括外圍邊 緣80和側(cè)壁82。側(cè)壁之一 82還可能包含一對引腳(未顯示)，用于嚙合電池16的彎折22 或24。內(nèi)框52上有多個孔或內(nèi)凹連接器86。多個外凸連接器或掛鉤88形成，從框50的 外圍邊緣58伸出。掛鉤88向外伸出，垂直于板34。多個螺栓89從內(nèi)框52中與掛鉤88相反的方向伸出，與內(nèi)框50以及夾在其間的板34機械嚙合?？?0和52由高分子材料制成。如圖6所示，外框之一 54上有外圍邊緣90和側(cè)壁92，分別有斷流器部分，其尺寸 配置為嚙合彎折22和/或24?？?4上包含多個孔或內(nèi)凹連接器100。多個內(nèi)凹連接器 102在外圍邊緣90上形成，以在鉤扣接口上嚙合從內(nèi)框50伸出的掛鉤70，從而固定其間的 方形蓄電池之一 16。外框54和內(nèi)框50上有開口，用于包住電池16的突出部分104，并夾 住電池16的外圍邊緣部分106。每個電池16的突出部分之一 104與板34摩擦嚙合，而另 一突出部分104則與另一電池16的突出部分104摩擦嚙合，該電池由鄰近的電池固定單元 固定，如圖7所示。如圖7所示，有一種裝置或一層非堅硬高分子材料110，夾在方形蓄電池16的突出 部分104之間。該層材料最好是聚酯型聚氨酯泡沫。裝置110大體上覆蓋方形蓄電池16 的突出部分104?；蛘?，裝置110夾在電池16的外圍邊緣部分106與上框54之間，以用電 池固定單元30固定裝置110。由于電池固定單元30相互組裝來形成電池組12，一個電池 固定單元30的電池16置于鄰近電池固定單元30的電池16附近，由此裝置110夾在方形 蓄電池16之間。裝置110允許在典型的充電和放電狀態(tài)下擴展和收縮方形蓄電池16，從而 讓電池16保持與散熱片34的密切接觸，達到電池組12和/或電池組件10內(nèi)部的高效傳 熱。另一外框56上有外圍邊緣112和側(cè)壁114和116，分別代表斷流器部分118和 120，其尺寸配置為嚙合彎折22和/或24?？?6上包含多個孔或內(nèi)凹連接器122。多個連 接器124在外圍邊緣112上形成，以嚙合從內(nèi)框52伸出的掛鉤88以固定方形蓄電池之一 16，從而使鉤扣88可卡入連接器124。外框56和內(nèi)框52上有開口，用于包住電池16的突 出部分104，并夾住電池16的外圍邊緣部分106。方形蓄電池16的突出部分之一 104與板34摩擦嚙合，而另一突出部分104則與另 一電池16的突出部分104摩擦嚙合，該電池由鄰近的電池固定單元固定，如圖7所示。外 框54和56由高分子材料制成。如圖8至10所示，電池組12裝于盤狀容器或托盤中，一概標記為200 (見圖10)。 盤狀容器200由底面平底組件或車的其他部件支撐固定(未顯示)。盤狀容器有一個底座 202和多個由底座延伸出的側(cè)壁(圖10中只顯示了兩個側(cè)壁204和206)。側(cè)壁204通常 可垂直于底座202或稍微傾斜。側(cè)壁204和206均有外圍邊緣208伸出。側(cè)壁204和206 延伸方向與橋架平行，橋架以210表示。邊緣208包括多個第一鎖緊單元，如舌片(未顯 示)。鎖緊單元從電池組12伸出，將電池組12固定在盤狀容器200內(nèi)。根據(jù)上文，橋架210在側(cè)壁間伸出，橋架210將盤狀容器200分為兩部分230和 232，用于盛裝多個電池組12。橋架210有多個槽(未顯示)，可以讓液體流入電池組12，電 池組有蓋子部分240，其上有入口 242和槽244上的出口。閥門裝置(僅顯示一個，在圖9 和圖10中標記為250)置于盤狀容器200的底座，位于側(cè)壁之間。第一個和第二個支架(僅顯示一個，顯示為260)和側(cè)壁204為整體，從側(cè)壁伸出。 每個支架260包括連接至偏轉(zhuǎn)單元的氣流截止閥門部件270，閥門270可根據(jù)組件壓力打開 或關閉。雖然本發(fā)明參照優(yōu)選案例介紹，然而精通該領域的技術(shù)人員明白，可以對本發(fā)明 進行許多更改，并用等同物替代其中的許多單元，而不會偏離本發(fā)明的范圍。此外，可以根據(jù)具體情況或為適應特定材料對此發(fā)明進行許多修改，而不會偏離本發(fā)明的基本范圍。因 此，本發(fā)明并不限于所公布的特定實施案例，本發(fā)明范圍將由隨附權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
一種電池組件，包括盛裝電池的外殼；盛裝在所述外殼中的多個電池組，每個所述電池組備有多個電池，電池組有蓋子封裝；所述電池外殼內(nèi)至少有一個入口端口有液體流通系統(tǒng)，用于接收導入所述外殼的液體。液體通過蓋子部分的入口端口進入所述電池組。所述電池外殼至少有一個出口端口使液體能流出所述外殼。由于液體從所述入口端口進入所述電池外殼，之后從出口端口流出，因此液體通過帶走熱量達到控制溫度的目標。
2.如權(quán)利要求1所述的電池組件，其特征是，所述外殼包括底部和頂部，所述底部由橋 架分隔為兩部分。
3.如權(quán)利要求2所述的電池組件，其特征是，每個所述出口端口位于槽上。
4.如權(quán)利要求3所述的電池組件，其特征是，每個所述電池為方形蓄電池。
5.如權(quán)利要求4所述的電池組件，其特征是，每個所述電池為鋰離子電池。
6.如權(quán)利要求5所述的電池組件，其特征是，包括至少從所述兩個方形蓄電池之間伸 出的電池固定單元，有一對機械裝置，其中一個裝置和其中一個所述方形蓄電池機械嚙合， 另一個所述裝置和另一個所述方形蓄電池機械嚙合，從而將所述方形蓄電池和所述電池固 定單元鎖緊，并使至少一個所述電池固定單元和所述方形蓄電池之間形成接觸，通過所述 至少一個電池固定單元可以控制所述方形蓄電池的溫度。
7.如權(quán)利要求6所述的電池組件，其特征是，其中一個所述機械裝置位于至少一種導 熱材料制成的板上。
8.如權(quán)利要求7所述的電池組件，其特征是，第一個框組上有至少一個電池固定單元， 所述的板夾在所述第一個框組之間。
9.如權(quán)利要求8所述的電池組件，其特征是，第一個框組每個框包括外圍邊緣，多個外 凸連接器從第一個框組每個框伸出，所述第一個框組每個框有多個內(nèi)凹連接器。
10.如權(quán)利要求9所述的電池組件，其特征是，所述第一個框組每個框有至少一個引腳 伸出，和第一個框組另一框的內(nèi)凹連接器機械嚙合，使所述的板夾在第一框組之間。
11.如權(quán)利要求10所述的電池組件，其特征是，所述第一個框組由至少一種高分子或 非高分子材料制成。
12.如權(quán)利要求11所述的電池組件，其特征是，每個所述方形蓄電池有突出部分伸向 外圍邊緣部分、正極、負極。
13.如權(quán)利要求12所述的電池組件，其特征是，所述第一個框組每個框有一對螺栓從 所述外圍邊緣伸出，嚙合所述正極和負極之一。
14.如權(quán)利要求13所述的電池組件，其特征是，另一個所述機械裝置位于第二個框組上。
15.如權(quán)利要求14所述的電池組件，其特征是，第二個框組的每個框均包括外圍邊緣 和多個內(nèi)凹連接器。
16.如權(quán)利要求15所述的電池組件，其特征是，第二個框組每個框均分別與所述第一 個框組的框機械嚙合，從而固定兩個方形蓄電池，所述的板與每個所述的方形蓄電池的突 出部分嚙合。2
17.如權(quán)利要求16所述的電池組件，其特征是，第二個框組每個框由至少一種高分子 或非高分子材料制成。
18.如權(quán)利要求17所述的電池組件，其特征是，包括一種夾在每個所述電池固定單元 之間的裝置。該裝置允許充電和放電狀態(tài)下方形蓄電池進行擴展和收縮，由此方形蓄電池 與散熱片保持密切接觸，實現(xiàn)高效傳熱。
19.如權(quán)利要求18所述的電池組件，其特征是，所述裝置位于一層可延展的材料上，該 材料大體覆蓋每個所述方形蓄電池的突出部分。
全文摘要
本發(fā)明是一種可調(diào)整的電池模塊，可用于各種配置中，包括但不限于汽車和非汽車應用中的水平或垂直堆疊電池封裝配置。電池模塊包含多個電池散熱片組件，電池置于其間。多個桿穿過每個散熱片組件，將散熱片組件和電池固定起來，形成電池模塊。
文檔編號H01M10/50GK101904042SQ200880119088
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者布魯斯·J·西爾克, 德里克·斯科特·巴克, 羅伯特·N·法蒂格 申請人:埃納德爾公司