專利名稱：用于電池單元之間的電氣連接的夾子系統(tǒng)的制作方法
用于電池單元之間的電氣連接的夾子系統(tǒng)本申請為2012年I月21日提交的、國際申請?zhí)枮椤癙CT/SG2011/000029”、中國專利申請?zhí)枮椤?201180003001. 6 ”、發(fā)明名稱為“動力電池冷卻裝置”、申請人為馮國安的發(fā)明
專利申請的分案申請。
背景技 術(shù)企塑隨著石油資源的逐漸枯竭，以及燃燒汽油帶來的環(huán)境污染，電動汽車(EVs)將是交通的未來。但電池有其嚴重的缺點短的行駛里程，短的使用壽命和高成本，這些阻礙了電動汽車的普及。在連續(xù)充電和放電過程中調(diào)節(jié)電池的溫度是一個大的挑戰(zhàn)。對于絕大多數(shù)電動汽車鋰電池，其溫度規(guī)格通常如下工作溫度_20°C至60°C充電溫度(TC至45 °C存放溫度-10°C至45°C電池在2(T25°C達到其額定容量，溫度每升高10°C，其容量將下降 10%。在冬季，當溫度很容易低至0°C時，電池很難或是完全不能充電。其他季節(jié)，在連續(xù)大電流充電和放電過程中，電池的工作溫度很容易達到60°C，使得它很難放電。高溫也會造成電池性能惡化，縮短使用壽命，或造成安全隱患。鋰電池這些專有的特性需要適應良好和設(shè)計良好的電池溫度管理與控制系統(tǒng)。為敘述簡單，在隨后的段落里“冷卻”就代表熱交換，也即冷卻或加熱?！袄鋮s液”就代表具有防凍，阻燃，無腐蝕性和不生霉菌特性的液體，用于電池熱交換?，F(xiàn)有電池包的憋端當今電池包由一定數(shù)量的電池模塊連接組成，每個電池模塊由一定數(shù)量的電池單元連接組成。結(jié)果造成位于模塊中間的單元具有更大程度上的熱絕緣性，也就更不易進行熱交換?，F(xiàn)有的電池冷卻方案通常將電池模塊放置于或附著于冷卻板上(平的金屬板，內(nèi)有冷卻回路)，弊端是冷卻效率低，冷卻效果差，原因是每個電池模塊的一小部分接收到冷卻效果。另外，由于內(nèi)有冷卻回路，冷卻板通常又厚又重。結(jié)果是每個電池模塊，每個電池單元的溫度均不相同。即使在同一電池單元中，不同部位的溫度也不相同。如果用冷卻板冷卻每個電池單元，就會造成不切實際的過重和過大。電池包中每個電池單元的一致性和均勻性對電池包的壽命和效能至關(guān)重要。一旦電池單元生產(chǎn)出來并裝配于電池包，唯一能影響其一致性和均勻性的因素就是每個電池單元的溫度。溫度的改變能影響電池單元的內(nèi)阻，內(nèi)阻的改變又反過來影響溫度變化的速度。電池單元之間的溫度差異將導致不同電池單元的老化速度，結(jié)果是一些電池單元的壽命縮短。由于電池包是由電池單元聯(lián)成一體一起工作而運作，單一電池單元的失效將會引起整個電池包的損壞。電動汽車電池包也受空間和重量的限制，電池包的冷卻系統(tǒng)必須緊湊和輕量，同時滿足功率和能量的需求。

發(fā)明內(nèi)容
一個'緊湊’輕暈和長使用壽命的高功率大能暈電池包解決方案
基于以上的觀察，我設(shè)計出一個適合于電動汽車的獨特電池包冷卻裝置。盡管該設(shè)計是針對電動汽車的運用并且是針對真正電動汽車的概念驗證設(shè)計，這并不局限和影響它的新穎概念，原則和結(jié)構(gòu)在其它應用中的專利保護。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種用于電池單元之間的電氣連接的夾子系統(tǒng)，包括大夾子，所述大夾子用于跨越冷卻導流板提供兩個雙芯之間的電氣連接；小夾子，所述小夾子用于提供在單個雙芯內(nèi)部兩個電池芯之間的電氣連接；以及端夾子，所述端夾子連接至第一個雙芯的正極和最后一個雙芯的負極，用于連接至主電源線纜。


下列圖說構(gòu)成說明的一部分，圖I是一個大規(guī)格層壓式電池芯(lOOAh，3. 7V)；圖2是一個雙電池芯串聯(lián)(簡稱雙芯)；圖3是一個小夾子；圖4是一個大夾子；圖5是一個端頭夾子；圖6是一個冷卻通道板；圖7是一個冷卻通道端板；圖8是一個冷卻格柵；圖9是一個前橡膠板；圖10是一個前蓋板；圖11是一個前蓋板帶前橡膠板；圖12是一個后橡膠板；圖13是一個后蓋板；圖14是一個后蓋板帶后橡膠板；圖15是一個底板；圖16是一個側(cè)板；圖17是一個空電池箱；圖18是一個充滿雙芯的電池箱；圖19是圖18的C視詳細；圖20是圖18的D視詳細；圖21是一個頂蓋；圖22是一個電池箱體；
圖23是流向示意圖；圖24是冷卻格柵帶前橡膠板前視圖；圖25是圖24的A&C視詳細；圖26是冷卻格柵帶后橡膠板后視圖；圖27是圖26的A視詳細；圖28是冷卻格柵帶前后 橡膠板開口空間頂視圖；圖29是圖28的B前視詳細，示意冷卻液在前橡膠板開口空間處的流向；圖30是圖28的C后視詳細，示意冷卻液在后橡膠板開口空間處的流向；圖31是圖28的D&E視詳細，示意冷卻液在底層冷卻通道處的流向。
具體實施例方式關(guān)于電池芯的種類和規(guī)格，我選擇層壓式電池芯。與圓柱型電池芯相比，層壓式電池芯具有較低的內(nèi)阻，因而在充電放電過程中產(chǎn)生較少的熱量。而且它具有較高的能量/功率密度。由于它扁平的外形和較大的外露表面，使它更易進行熱交換。我設(shè)計的電池箱有86個大規(guī)格層壓式電池芯(lOOAh，3. 7V，如圖I)。電池芯通過新穎的夾子連接起來，在空間局限的情況下提供電氣連接，如下所述。兩個電池芯以面對面串聯(lián)連接(圖2)，通過小夾子將兩個電池芯的不同電極相連(圖3)。這將形成一個雙電池芯串聯(lián)(簡稱雙芯)。雙芯的兩面與冷卻通道板(圖18)接觸進行熱交換。雙芯以相同的朝向放置，通過大夾子(圖4)跨過冷卻通道板串聯(lián)連接(圖18的詳細-D)。端頭夾子(圖5)用在第一個雙芯的第一個電池芯的正極(圖20)，以及最后一個雙芯的最后一個電池芯的負極，用于連接主電纜。所有夾子均由導電的金屬制成。這將達到電壓(320V)和能量(32kWh)，以便純電動行駛12(Tl50km(90%城市居民日常行駛里程)。為降低電池箱體的成本，盡可能采用鋁合金擠壓型材用來箱體的構(gòu)造板。圖6描述冷卻通道板，分隔的中空流道用于冷卻液流過且與雙芯進行熱交換。冷卻通道板的兩端插入冷卻通道端板的切口槽中(圖7)，端面平齊。用攪拌摩擦焊(FSW)構(gòu)成一個無泄漏的連接，形成一個同質(zhì)及規(guī)則的結(jié)構(gòu)-冷卻格柵，如圖8描述，多個冷卻通道板以一排與冷卻通道端板聯(lián)接。冷卻通道板對電池芯也起支撐定位和定型的作用。前橡膠板(圖9)置于前蓋板的凹處(圖10)。最終的形態(tài)，如從有橡膠板的那邊看，如圖11。后橡膠板(圖12)置于后蓋板的凹處(圖13)。最終的形態(tài)，如從有橡膠板的那邊看，如圖14。前后橡膠板的開口型式略有不同。前橡膠板在左右有窄開口(左右的窄開口有不同的布局)，其余均為寬開口，窄開口對應橫向地兩個流道(1x2或2x2布局)，寬開口對應橫向地四個流道(1x4布局)(圖24和圖25)。窄開口有兩種形態(tài)，名為大窄開口和小窄開口(Fig25/31)。大窄開口對應四個流道(2x2布局)，小窄開口對應兩個流道(1x2布局)。后橡膠板全部為寬開口(圖26和圖27)。這種開口布局將起到改變流向的作用(圖28至圖31)。橡膠板也起流道之間密封的作用。該裝置創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)在于，有一個冷卻格柵，一個前蓋板帶一個特有開口型式的前橡膠板，以及一個后蓋板帶一個特有開口型式的后橡膠板，使得冷卻液得以在一通道中均勻有效地冷卻整個裝置，同時又保持整個裝置緊湊和輕量。攪拌摩擦焊(FSW)，或其它適合的連接方法，可用于以下連接-前蓋板與前冷卻通道端板(必 須無泄漏的連接)-后蓋板與后冷卻通道端板(必須無泄漏的連接)-底板(圖15)與前后冷卻通道端板-兩個側(cè)板(圖16)與前后冷卻通道端板及底板。最終空電池箱體的構(gòu)造如圖17。將雙芯插入冷卻通道板之間的空隙之后(圖18)，就可鋪設(shè)必需的絕緣薄片或塊，連接小夾子大夾子及端頭夾子(如前所述)，連接電池管理系統(tǒng)(BMS)和鋪設(shè)電纜。頂蓋(圖21)上有安放BMS的長槽。它也配備不同的插座，如用于BMS的12VDC插座，一個主電源插座和兩個Can-bus2. 0端頭。它也配備快速釋放接頭在冷卻液進出口。所有這些使它在電動汽車的運作中容易做到即插即用。頂蓋與電池箱之間有一頂橡膠密封板(圖18)并由緊固件聯(lián)接，整個電池箱(圖22)將是一個IP65級別的密封體，適合電動汽車應用。圖23顯示冷卻液在電池箱冷卻格柵中的流動示意圖。為簡化起見，單一圓形管狀結(jié)構(gòu)代表兩個流道。流道的位置在圖24至圖27中描述。連接上前后蓋板帶前后橡膠板，冷卻液將在橡膠板開口處空間改變流向。前橡膠板如何改變流向在圖29中描述，后橡膠板如何改變流向在圖30中描述。圖31顯示在底層流道的流向。結(jié)論該裝置以一種創(chuàng)新的設(shè)計使得冷卻液均勻有效及高效的冷卻每個電池單元(芯)，延長了電池的壽命并提高了電池的安全性。電池包(圖22)的總重量是 350kg (包括 13kg的冷卻液)。它的外型尺寸是L=1031mm, ff=509mm, H=445mm。該電池包重量輕但堅固，電壓320V，能量32kWh，能量重量比、lWh/kg，能量容量比 137Wh/L。這樣的規(guī)格參數(shù)能滿足絕大多數(shù)電動汽車的需要。未來可能的應用目前的電動汽車電池包由不同的汽車生產(chǎn)廠家以不同的形式生產(chǎn)。這就導致缺乏規(guī)模經(jīng)濟的高成本，而且不同的汽車生產(chǎn)廠家的電池包不具有互換性。如果電池包是標準的，它就可以很容易地被不同的汽車采用。國家電網(wǎng)比汽車生產(chǎn)廠家更有可能生產(chǎn)一種標準的電池包，而且這將受益于多個方面。集中設(shè)施生產(chǎn)，充電和維護電池包會產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟效益，帶給生產(chǎn)者和消費者成本的節(jié)約。電池包可以在用電峰谷在電站充電然后運抵加油站。取代加油，消費者只需在加油站更換電池包，將能量耗盡的電池包留下由電網(wǎng)取回充電。這將延長電動汽車的里程。采用集中設(shè)施充電并將充滿電的電池包運抵加油站，政府不需投資大量的資金在不同的地點修建充電站，節(jié)約大量的資金。而且消費者不需擔心電池包的耐用性和維護，國家電網(wǎng)會處理這些問題。這種方式會顯著地降低電動汽車的價格從而促進市場的增長。汽車生產(chǎn)廠家只需設(shè)計容納標準電池包的未來汽車即可。該電池包冷卻裝置的概念和結(jié)構(gòu)也能應用于未來其它場合，如緊湊輕量的電池包或空間受到限制而需要有效冷卻 的場合。
權(quán)利要求
1.一種用于電池單元之間的電氣連接的夾子系統(tǒng)，包括 大夾子，所述大夾子用于跨越冷卻導流板提供兩個雙芯之間的電氣連接； 小夾子，所述小夾子用于提供在單個雙芯內(nèi)部兩個電池芯之間的電氣連接；以及端夾子，所述端夾子連接至第一個雙芯的正極和最后一個雙芯的負極，用于連接至主電源線纜。
全文摘要
使用一個創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，引導冷卻液以均勻和分布良好的方式，為電動汽車的動力電池包提供高效和有效的冷卻。本發(fā)明提供了一種用于電池單元之間的電氣連接的夾子系統(tǒng)，包括大夾子，所述大夾子用于跨越冷卻導流板提供兩個雙芯之間的電氣連接；小夾子，所述小夾子用于提供在單個雙芯內(nèi)部兩個電池芯之間的電氣連接；以及端夾子，所述端夾子連接至第一個雙芯的正極和最后一個雙芯的負極，用于連接至主電源線纜。
文檔編號H01R4/48GK102683907SQ201210057489
公開日2012年9月19日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者馮國安 申請人:馮國安