用於袋裝單格電池蓄電池組件的安裝和嵌入冷卻的模塊化板承載架概念的製作方法
2023-06-13 13:22:26 1
專利名稱：用於袋裝單格電池蓄電池組件的安裝和嵌入冷卻的模塊化板承載架概念的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種用於封裝和冷卻鋰蓄電池的蓄電池單格電池的模塊化組件，並且更具體地涉及一種用於封裝和冷卻鋰蓄電池的蓄電池單格電池的模塊化組件，其中該組件包括多個板承載架和多個U形構件，袋裝單格電池安裝在板承載架上，板承載架安裝在U形構件上並且冷卻流體流動通過該U形構件。
背景技術：
通常，鋰蓄電池將包括一個或以上互連的鋰單格電池，其中每個單格電池通常被獨立地密封。對於某些應用，例如包括燃料電池車輛、混合動力車輛以及電動車輛的各種車輛的應用，可以串聯地連接100個或以上的單格電池來提供需要的電力。根據使用的電解質的種類，鋰二次蓄電池被歸類為使用液體電解質的鋰離子蓄電池和使用聚合物電解質的鋰聚合物蓄電池。鋰二次蓄電池可以以各種形狀來製造。鋰二次蓄電池的代表性形狀是圓柱體和稜柱，其是相當常見的。最近，柔性袋裝類型鋰聚合物蓄電池已經引起關注，因為它的可變化形狀、卓越的安全性和輕便的結構。鋰蓄電池的電解質可以是含可離解鋰鹽的固體聚合物，但是通常電解質是溶解有鋰鹽的液體。該液體通常充滿可為多層的多孔聚合物離析器層壓材料，或者在一些實例中， 多孔離析器本身是包含鋰鹽的聚合物層壓材料。溶解有鋰鹽的液體可以是碳酸乙烯酯，丙烯碳酸酯、或其他含烷基的碳酸酯、或具有大於50°C的沸點以及在室溫下相對較低蒸汽壓力的相似有機化合物。電解質層設置在電極之間。層狀鋰蓄電池由至少三層構成，並且層狀結構與電流載體一起被包裹在柔軟聚合物層壓材料容器中，該容器因此形成袋。密封鋰單格電池的一種方式是將該單格電池包在塑料層壓材料覆蓋的箔袋中，其中該箔通常是鋁。所述單格電池具有圍封在箔袋中的正極、負極、電解質和正及負集流器或導線。集流器提供在正和負電極與袋外部之間的電連通。箔袋具有用聚合物層壓材料塗覆的內面，以既保護箔免於受電解質的影響並且阻止在正極和負極與導線之間的短路。優選地，箔袋在它的外面也塗覆有聚合物層壓材料。由於明顯的原因，鋰蓄電池對潮溼和空氣腐蝕很敏感。因此，聚合物袋通常通過施加壓力和繞著聚合物層壓材料的邊緣的加熱來密封。密封聚合物層壓材料到另一個聚合物層壓材料的熱量通常提供令人滿意的結合，然而，存在於聚合物層之間的金屬導線和集流器會提供不完整的密封，儘管付出了實現快速密封的所有努力，但是這仍可能導致電解質液體的滲流。雖然密封的袋裝單格電池具有與它們的結構和相對較薄輪廓關聯的許多優點，但是它們比包在更堅硬外殼中的單格電池更容易受損壞。因此，在該領域中需要向袋裝單格電池提供機械穩定性。然而，這種機械穩定性應該以這樣的方式來完成，即使需要的空間和材料的量最小，同時提供對每個袋的冷卻功能。
發明內容
根據本發明的教導，公開了一種用於容納蓄電池單格電池的模塊化組件。所述模塊化組件包括具有冷卻流體通道的多個U形構件，其中U形構件以堆疊方式安裝在一起。 每個冷卻流體通道包括入口孔和出口孔，其中堆疊的U形構件中的孔互相對齊。所述模塊化組件還包括多個導熱承載架板，其中蓄電池單格電池安裝到相對的承載架板上上並且在相對承載架板之間。承載架板的側邊緣安裝在相對的U形構件中的相對的保持槽中，其中 U形構件中的冷卻流體通道設置在保持槽中以便流動通過冷卻流體通道和U形構件的冷卻流體與承載架板接觸並且從其吸收熱量。結合附圖，根據下面的描述以及從屬權利要求，本發明的附加特徵將將變得顯而易見。本發明還提供了如下方案
方案1. 一種用於容納蓄電池單格電池的模塊化組件，所述組件包括 多個U形構件，每個U形構件包括具有保持槽和冷卻流體通道的相對的側面部分，冷卻流體通道具有入口孔和出口孔；
多個導熱承載架板，每個承載架板包括入口孔和出口孔，每個承載架板還被定位在相對的U形構件之間，以便承載架板的相對的側面邊緣定位在側面部分中的保持槽內，並且冷卻流體通道的入口孔與在承載架板中的入口孔對齊，而冷卻流體通道的出口孔與在承載架板中的出口孔對齊，其中流動通過所述組件的冷卻流體流動通過在U型構件中的冷卻流體通道並且通過在U型構件中的對齊的孔，以及
多個蓄電池單格電池，其中單獨的蓄電池單格電池安裝到相對的承載架板並且在相對的承載架板之間。方案2.根據方案1所述的組件，其中所述承載架板是鋁。方案3.根據方案1所述的組件，其中每個蓄電池單格電池是鋰袋裝蓄電池單格電池。方案4.根據方案1所述的組件，其中每個U形構件包括至少一個安裝孔，其中該安裝孔被對齊，並且U形構件由至少一個螺栓安裝在一起。方案5.根據方案1所述的組件，其中U形構件具有方形或矩形的剖面形狀。方案6.根據方案1所述的組件，其中每個U形構件是單件模製的塑料構件。方案7.根據方案1所述的組件，其中每個U形構件由粘合劑、通過模製到承載架板、或它們的組合附接到承載架板。方案8.根據方案1所述的組件，其中冷卻流體通道包括用於混合冷卻流體的微通道、湍流葉片、或它們的組合。方案9.根據方案1所述的組件，其中每個蓄電池單格電池由粘合劑安裝到承載架板。方案10.根據方案1所述的組件，其中在U形構件中的入口孔和出口孔設置在側面部分的上面和下面位置處。方案11. 一種用於容納蓄電池單格電池的模塊化組件，所述組件包括
以堆疊方式安裝在一起的多個U形構件，每個U形構件包括至少一個孔和至少一個冷卻流體通道；多個導熱承載架板，每個承載架板包括至少一個孔，其中承載架板安裝在相對的U形構件之間以便在U形構件中的孔與在承載架板中的孔對齊以允許冷卻流體流動通過所述組件並且冷卻承載架板；以及
多個蓄電池單格電池，其中單獨的蓄電池單格電池安裝在相對的承載架板之間。方案12.根據方案11所述的組件，其中U形構件包括保持槽，承載架板的邊緣定位在保持槽內。方案13.根據方案11所述的組件，其中所述蓄電池單格電池是鋰袋裝蓄電池單格電池。方案14.根據方案11所述的組件，其中每個U形構件包括至少一個安裝孔，其中該安裝孔被對齊，並且U形構件由至少一個螺栓安裝在一起。方案15.根據方案11所述的組件，其中U形構件由粘合劑、通過模製到承載架板、 或它們的組合附接到承載架板。方案16.根據方案11所述的組件，其中U形構件具有方形或矩形的剖面形狀。方案17. —種用於容納鋰離子蓄電池的模塊化組件，所述組件包括
多個單件塑料U形構件，每個U形構件包括相對的側面部分和聯接到側面部分的底面部分，每個U形構件還包括形成在U形構件前面處的相對的側面部分和底面部分中的第一保持槽以及形成在U形構件後面處的相對的側面部分和底面部分中的第二保持槽，每個U 形構件還包括形成在U形構件前面處的相對的側面部分中的其中一個中的第一保持槽內的第一冷卻流體通道、形成在U形構件前面處的另一個相對的側面部分中的第一保持槽內的第二冷卻流體通道、形成在U形構件背面處的相對的側面部分中的其中一個中的第二保持槽內的第三冷卻流體通道、以及形成在U形構件後面處的另一個相對的側面部分中的第二保持槽內的第四冷卻流體通道，其中第一和第二孔延伸通過與第一和第三冷卻流體通道流體連通的一個相對側面部分，並且第三和第四孔延伸通過與第二和第四冷卻流體通道流體連通的另一個相對側面部分；
多個導熱承載架板，每個承載架板包括在承載架板的兩個相對側面處的入口孔和出口孔，每個承載架板還被定位在相對的U形構件之間，以便承載架板的相對側面邊緣定位在一個U形構件的第一保持槽和另一個U形構件的第二保持槽內，並且在承載架板一個側面處的入口孔與在U形構件中的第一孔對齊，在承載架板一個側面處的出口孔與在U形構件中的第二孔對齊，在承載架板另一個側面處的入口孔與在U形構件中的第三孔對齊，在承載架板另一個側面處的出口孔與在U形構件中的第四孔對齊，其中流動通過所述組件的冷卻流體流動通過在U型構件中的冷卻流體通道並且通過在U型構件中的對齊的孔，以及
多個袋裝蓄電池單格電池，其中單獨的袋裝蓄電池單格電池安裝到相對的承載架板並且在相對的承載架板之間。方案18.根據方案17所述的組件，其中所述承載架板是鋁。方案19.根據方案17所述的組件，其中每個U形構件包括至少一個安裝孔，其中該安裝孔被對齊，並且U形構件由至少一個螺栓安裝在一起。方案20.根據方案17所述的組件，其中U形構件具有方形或矩形的剖面形狀。
圖1為容納蓄電池單格電池的模塊化組件的U形構件的透視圖2為模塊化組件的一部分的透視圖，示出了在插入在兩個U形構件之間之前的承載架板；
圖3為顯示在圖2中並且包括蓄電池袋裝單格電池的模塊化組件的透視圖； 圖4為顯示在插入在若干個U形構件之間之前的若干承載架板和蓄電池單格電池的模塊化組件的一部分的透視圖5為顯示若干堆疊在一起的U形構件的模塊化組件的透視圖；以及圖6為U形構件的第二實施例的剖開正視圖。
具體實施例方式本發明致力於用於封裝和冷卻鋰蓄電池的蓄電池單格電池的模塊化組件的實施例的下面描述本質上僅為示例性的，並且決不旨在限制本發明或者它的應用或使用。圖1為U形構件10的透視圖，其是鋰蓄電池的用於容納的模塊化組件的一部分， 這將在下面進行詳細討論。U形構件10包括由基座部分16聯接在一起的相對的側面部分 12和14，所有都具有大致方形或矩形的剖面形狀。在本發明範圍內其他實施例可以包括用於側面部分12和14以及基座部分16的其他剖面形狀。安裝孔18和20在上面和下面位置延伸通過側面部分12和14，如圖所示，用於通過螺栓(未示出)等將多個U形構件10安裝在一起，這將根據下面的討論變得顯而易見。並且，側面部分12和14以及基座部分16 包括形成於其中的保持槽觀，保持槽在前後位置向U形構件10的內部開放。冷卻流體通道 24形成在側面部分12和14中的保持槽觀中，並且包括上孔22和下孔沈，這些孔延伸通過側面部分12和14以便於允許冷卻流體從那裡流動通過，這將在下面更詳細討論。孔22 或沈的一個將是入口孔，而孔22或沈的另一個將是出口孔。冷卻流體將流動通過孔22和沈並且通過冷卻流體通道M以如下面討論地提供對鋰蓄電池的冷卻。在一個實施例中，U 形構件10是由合適的塑料模製而成的單件構件從而實現輕便並且便宜。圖2為模塊化蓄電池組件40的一部分的剖開透視圖，其根據要容納在組件40中的蓄電池單格電池的數量包括多個U形構件10。組件40包括多個承載架板42，其中一個示出在圖2中。承載架板42由合適的導熱金屬製成，例如鋁，以便由蓄電池單格電池產生的熱由承載架板42吸收走。承載架板42包括入口孔和出口孔，表示為孔44，其與孔22和 26對齊。承載架板42定位在相對的U形構件10的保持槽觀中以便孔44、22和沈以允許冷卻流體流動通過U形構件10和承載架板42的方式對齊。在板42鄰近保持槽28的兩個側面上，但是除了冷卻流體通道M的外側，提供合適的粘合劑46，如圖所示，以便在板M每個側面的鄰近冷卻流體通道M的區域48沒有粘合劑。因此，當承載架板42安裝在U形構件10時，在冷卻流體通道M中流動的冷卻流體實現與板42直接接觸，並且能夠有效地從板42吸收走熱量。可替代地，粘合劑可以放置在 U形構件10上的冷卻流體通道M周圍，或者U形構件10可以直接被直接澆鑄在板42上以便於消除或減少對粘合劑的需要。並且，合適的粘合劑50使用來將例如鋰蓄電池袋裝單格電池的蓄電池單格電池附接到板42以便它處於與其良好的熱接觸中。因此，由袋裝單格電池產生的熱將完全由承載架板42收集並且由冷卻流體吸收走。圖3顯示如在圖2中所示的模塊化組件40，其中鋰蓄電池袋裝單格電池60通過粘合劑50安裝在承載架板42的兩側上。導電突片62提供到袋裝單格電池60的電連接。圖4為模塊化組件40的透視圖，顯示在插入在U形構件10之間之前的若干承載架板42和袋裝單格電池60。U形構件10被封裝在一起以便承載架板42被定位在U形構件10的保持槽觀內。由這種布置產生的模塊化組件40允許冷卻流體流動通過堆疊的U 形構件10並冷卻承載架板42，其進而冷卻袋裝單格電池60，同時向袋裝單格電池60提供機械穩定性，使袋裝單格電池60與環境電隔離和熱隔離。圖5為模塊化組件40的透視圖，顯示堆疊在一起的若干U形構件10。為了簡潔， 沒有示出承載架板42。可以使用任何數量的U形構件10、承載架板42和袋裝單格電池60 來產生模塊化組件40。當U形構件10堆疊在一起時，孔22和沈產生環形路徑用於冷卻流體連續流動通過，其與承載架板42的孔44對齊，如上面討論的，從而允許對模塊化組件殼體40的袋裝單格電池60的連續冷卻。液體冷卻劑是優選的，因為液體是最有效的熱載體。 然而，也可以使用氣體冷卻劑。模塊化組件40也將包括在端部通過插入通過孔的螺栓安裝到U形構件10的前面和後面面板(未示出)。並且，蓋(未示出)將通過任何合適的手段，例如膠水安裝到側面部分 12和14的頂部。前面和/或後面面板將用密封劑密封到第一 /最後U形構件10，並且將通常在孔22和沈的位置提供歧管，其允許來自外部軟管的冷卻流體進入和離開組件40。U 形構件10、前面面板、後面面板和蓋的組合將因此限定在內部容納蓄電池的箱，其中蓄電池的冷卻將由殼體本身提供。U形構件10是有利的，因為它們執行若干功能，例如機械穩定性和熱傳遞。通過使用與簡單衝壓的承載架板42組裝在一起的低成本塑料元件，與液體冷卻全面積的板和單獨的塑料殼體的替換概念相比較，需要的零件和密封件數量顯著減少。若干模塊化組件殼體，每個具有若干袋裝單格電池60，可以被電聯接在一起，以允許提供大量的電力，同時保持容易處理和製造。此外，在U形構件10的模鑄設計中，在不增加附加成本情況下，可以做出許多改變，例如在U形構件10的冷卻流體通道M中的微通道或湍流葉片允許冷卻劑的混合。可以被包含的其他改變包括組裝輔助構件，例如用於便於組裝的結物或板保持端軸、實現蓋或蓋子被附接的安裝孔、以及冷卻流體入口孔和出口孔引導葉片，或將更多流動引導進入選定的冷卻流體通道的其他流動特徵。U形構件10的部件也可以是中空的使得它們更輕，以提供熱隔離和允許碰撞吸收。可以給蓋、PCB、支座絕緣體、螺紋延伸部、密封輔助件、以及其他相似變形提供端軸或凹部。圖6為顯示容納上面討論類型的蓄電池的模塊化組件的U形構件70的替代實施例的剖開正視圖。構件70包括側面部分72和底面部分74，從而包括保持槽76。冷卻流體通道78提供在保持槽76中。入口和出口孔80和82都定位在U形構件70的底部邊緣附近。冷卻流體通道78與「V」形相似，但是可以使用冷卻流體通道78的各種不同設計。這個設計允許側面部分72在頂部更窄，而在底部更寬。相似地，U形構件70可以是在頂部狹窄的，然而，孔80仍然可以在頂部並具有橢圓形設計以便於減少孔80的寬度，並且仍然允許冷卻流體通道78基本上沿著側面部分是筆直的。可替代地，U形構件70可以具有在底部側面上、沿著一個側面、或者沿著兩個側面的冷卻流體通道，如前面討論的。前面公開的討論和描述僅示例本發明的實施例。本領域的技術人員將從這個討論和從附圖以及權利要求中認識到，在不脫離如下面權利要求限定的本發明的精神和範圍情況下，可以做出其中的各種改變、修改和變形。
權利要求
1.一種用於容納蓄電池單格電池的模塊化組件，所述組件包括多個U形構件，每個U形構件包括具有保持槽和冷卻流體通道的相對的側面部分，冷卻流體通道具有入口孔和出口孔；多個導熱承載架板，每個承載架板包括入口孔和出口孔，每個承載架板還被定位在相對的U形構件之間，以便承載架板的相對的側面邊緣定位在側面部分中的保持槽內，並且冷卻流體通道的入口孔與在承載架板中的入口孔對齊，而冷卻流體通道的出口孔與在承載架板中的出口孔對齊，其中流動通過所述組件的冷卻流體流動通過在U型構件中的冷卻流體通道並且通過在U型構件中的對齊的孔，以及多個蓄電池單格電池，其中單獨的蓄電池單格電池安裝到相對的承載架板並且在相對的承載架板之間。
2.根據權利要求1所述的組件，其中所述承載架板是鋁。
3.根據權利要求1所述的組件，其中每個蓄電池單格電池是鋰袋裝蓄電池單格電池。
4.根據權利要求1所述的組件，其中每個U形構件包括至少一個安裝孔，其中該安裝孔被對齊，並且U形構件由至少一個螺栓安裝在一起。
5.根據權利要求1所述的組件，其中U形構件具有方形或矩形的剖面形狀。
6.根據權利要求1所述的組件，其中每個U形構件是單件模製的塑料構件。
7.根據權利要求1所述的組件，其中每個U形構件由粘合劑、通過模製到承載架板、或它們的組合附接到承載架板。
8.根據權利要求1所述的組件，其中冷卻流體通道包括用於混合冷卻流體的微通道、 湍流葉片、或它們的組合。
9.一種用於容納蓄電池單格電池的模塊化組件，所述組件包括以堆疊方式安裝在一起的多個U形構件，每個U形構件包括至少一個孔和至少一個冷卻流體通道；多個導熱承載架板，每個承載架板包括至少一個孔，其中承載架板安裝在相對的U形構件之間以便在U形構件中的孔與在承載架板中的孔對齊以允許冷卻流體流動通過所述組件並且冷卻承載架板；以及多個蓄電池單格電池，其中單獨的蓄電池單格電池安裝在相對的承載架板之間。
10.一種用於容納鋰離子蓄電池的模塊化組件，所述組件包括多個單件塑料U形構件，每個U形構件包括相對的側面部分和聯接到側面部分的底面部分，每個U形構件還包括形成在U形構件前面處的相對的側面部分和底面部分中的第一保持槽以及形成在U形構件後面處的相對的側面部分和底面部分中的第二保持槽，每個U 形構件還包括形成在U形構件前面處的相對的側面部分中的其中一個中的第一保持槽內的第一冷卻流體通道、形成在U形構件前面處的另一個相對的側面部分中的第一保持槽內的第二冷卻流體通道、形成在U形構件背面處的相對的側面部分中的其中一個中的第二保持槽內的第三冷卻流體通道、以及形成在U形構件後面處的另一個相對的側面部分中的第二保持槽內的第四冷卻流體通道，其中第一和第二孔延伸通過與第一和第三冷卻流體通道流體連通的一個相對側面部分，並且第三和第四孔延伸通過與第二和第四冷卻流體通道流體連通的另一個相對側面部分；多個導熱承載架板，每個承載架板包括在承載架板的兩個相對側面處的入口孔和出口孔，每個承載架板還被定位在相對的U形構件之間，以便承載架板的相對側面邊緣定位在一個U形構件的第一保持槽和另一個U形構件的第二保持槽內，並且在承載架板一個側面處的入口孔與在U形構件中的第一孔對齊，在承載架板一個側面處的出口孔與在U形構件中的第二孔對齊，在承載架板另一個側面處的入口孔與在U形構件中的第三孔對齊，在承載架板另一個側面處的出口孔與在U形構件中的第四孔對齊，其中流動通過所述組件的冷卻流體流動通過在U型構件中的冷卻流體通道並且通過在U型構件中的對齊的孔，以及多個袋裝蓄電池單格電池，其中單獨的袋裝蓄電池單格電池安裝到相對的承載架板並且在相對的承載架板之間。
全文摘要
本發明涉及用於袋裝單格電池蓄電池組件的安裝和嵌入冷卻的模塊化板承載架概念。一種用於容納蓄電池單格電池的模塊化組件。所述模塊化組件包括具有冷卻流體通道的多個U形構件，其中U形構件以堆疊方式安裝在一起。每個冷卻流體通道包括入口孔和出口孔，其中在堆疊的U形構件中的孔互相對齊。所述模塊化組件還包括多個導熱承載架板，其中蓄電池單格電池安裝到相對的承載架板並且在相對的承載架板之間。承載架板的側邊緣安裝在相對U形構件中的相對的保持槽中，其中在U形構件中的冷卻流體通道設置在保持槽中以便流動通過冷卻流體通道和U形構件的冷卻流體與承載架板接觸並且從其吸走熱量。
文檔編號H01M10/50GK102376920SQ20111022963
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月11日 優先權日2010年8月11日
發明者賴澤 S. 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司