專(zhuān)利名稱(chēng)：動(dòng)力電池包冷卻裝置的制作方法
動(dòng)力電池包冷卻裝置
背景技術(shù)：
隨著石油資源的逐漸枯竭，以及燃燒汽油帶來(lái)的環(huán)境污染，電動(dòng)汽車(chē)(EVs)將是交通的未來(lái)。但電池有其嚴(yán)重的缺點(diǎn)短的行駛里程，短的使用壽命和高成本，這些阻礙了電動(dòng)汽車(chē)的普及。在連續(xù)充電和放電過(guò)程中調(diào)節(jié)電池的溫度是一個(gè)大的挑戰(zhàn)。對(duì)于絕大多數(shù)電動(dòng)汽車(chē)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20 25°C達(dá)到其額定容量，溫度每升高10°C，其容量將下降 10%。在冬季，當(dāng)溫度很容易低至0°C時(shí)，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(guò)程中，電池的工作溫度很容易達(dá)到60°C，使得它很難放電。高溫也會(huì)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(zhuān)有的特性需要適應(yīng)良好和設(shè)計(jì)良好的電池溫度管理與控制系統(tǒng)。為敘述簡(jiǎn)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(wú)腐蝕性和不生霉菌特性的液體，用于電池?zé)峤粨Q?，F(xiàn)有電池包的憋端當(dāng)今電池包由一定數(shù)量的電池模塊連接組成，每個(gè)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(jìn)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(gè)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(gè)電池模塊，每個(gè)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(gè)電池單元，就會(huì)造成不切實(shí)際的過(guò)重和過(guò)大。電池包中每個(gè)電池單元的一致性和均勻性對(duì)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(lái)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(gè)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(guò)來(lái)影響溫度變化的速度。電池單元之間的溫度差異將導(dǎo)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(yùn)作，單一電池單元的失效將會(huì)引起整個(gè)電池包的損壞。電動(dòng)汽車(chē)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(shí)滿足功率和能量的需求。

發(fā)明內(nèi)容
一個(gè)'緊湊，輕暈和長(zhǎng)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(jì)出一個(gè)適合于電動(dòng)汽車(chē)的獨(dú)特電池包冷卻裝置。盡管該設(shè)計(jì)是針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)用并且是針對(duì)真正電動(dòng)汽車(chē)的概念驗(yàn)證設(shè)計(jì)，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(yīng)用中的專(zhuān)利保護(hù)。


下列圖說(shuō)構(gòu)成說(shuō)明的一部分，圖1/31是一個(gè)大規(guī)格層壓式電池芯(100Ah，3. 7V)；圖2/31是一個(gè)雙電池芯串聯(lián)(簡(jiǎn)稱(chēng)雙芯)； 圖3/31是一個(gè)小夾子；圖4/31是一個(gè)大夾子；圖5/31是一個(gè)端頭夾子；圖6/31是一個(gè)冷卻通道板；圖7/31是一個(gè)冷卻通道端板；圖8/31是一個(gè)冷卻格柵；圖9/31是一個(gè)前橡膠板；圖10/31是一個(gè)前蓋板；圖11/31是一個(gè)前蓋板帶前橡膠板；圖12/31是一個(gè)后橡膠板；圖13/31是一個(gè)后蓋板；圖14/31是一個(gè)后蓋板帶后橡膠板；圖15/31是一個(gè)底板；圖16/31是一個(gè)側(cè)板；圖17/31是一個(gè)空電池箱；圖18/31是一個(gè)充滿雙芯的電池箱；圖19/31是圖18/31的C視詳細(xì)；圖20/31是圖18/31的D視詳細(xì)；圖21/31是一個(gè)頂蓋；圖22/31是一個(gè)電池箱體；圖23/31是流向示意圖；圖24/31是冷卻格柵帶前橡膠板前視圖；圖25/31是圖24/31的A&C視詳細(xì)；圖26/31是冷卻格柵帶后橡膠板后視圖；圖27/31是圖26/31的A視詳細(xì)；圖28/31是冷卻格柵帶前后橡膠板開(kāi)口空間頂視圖；圖29/31是圖28/31的B前視詳細(xì)，示意冷卻液在前橡膠板開(kāi)口空間處的流向；圖30/31是圖28/31的C后視詳細(xì)，示意冷卻液在后橡膠板開(kāi)口空間處的流向；
圖31/31是圖28/31的D&E視詳細(xì)，示意冷卻液在底層冷卻通道處的流向。
具體實(shí)施例方式關(guān)于電池芯的種類(lèi)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(guò)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(jìn)行熱交換。我設(shè)計(jì)的電池箱有86個(gè)大規(guī)格層壓式電池芯(lOOAh，3. 7V，如圖1/31)。電池芯通過(guò)新穎的夾子連接起來(lái)，在空間局限的情況下提供電氣連接，如下所述。兩個(gè)電池芯以面對(duì)面串聯(lián)連接(圖2/31)，通過(guò)小夾子將兩個(gè)電池芯的不同電極相連(圖3/31)。這將形成一個(gè)雙電池芯串聯(lián)(簡(jiǎn)稱(chēng)雙芯)。雙芯的兩面與冷卻通道板(圖18/31)接觸進(jìn)行熱交換。雙芯以相同的朝向放置，通過(guò)大夾子(圖4/31)跨過(guò)冷卻通道板串聯(lián)連接(圖18/31的詳細(xì)-D)。端頭夾子(圖5/31)用在第一個(gè)雙芯的第一個(gè)電池芯的正極(圖20/31)，以及最后一個(gè)雙芯的最后一個(gè)電池芯的負(fù)極，用于連接主電纜。所有夾子均由導(dǎo)電的金屬制成。這將達(dá)到電壓(320V)和能量(32kWh)，以便純電動(dòng)行駛120 150km(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(lái)箱體的構(gòu)造板。圖6/31描述冷卻通道板，分隔的中空流道用于冷卻液流過(guò)且與雙芯進(jìn)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7/31)，端面平齊。用攪拌摩擦焊(FSW)構(gòu)成一個(gè)無(wú)泄漏的連接，形成一個(gè)同質(zhì)及規(guī)則的結(jié)構(gòu)-冷卻格柵，如圖8/31描述，多個(gè)冷卻通道板以一排與冷卻通道端板聯(lián)接。冷卻通道板對(duì)電池芯也起支撐定位和定型的作用。前橡膠板(圖9/31)置于前蓋板的凹處(圖10/31)。最終的形態(tài)，如從有橡膠板 的那邊看，如圖11/31。后橡膠板(圖12/31)置于后蓋板的凹處(圖13/31)。最終的形態(tài)，如從有橡膠板的那邊看，如圖14/31。前后橡膠板的開(kāi)口型式略有不同。前橡膠板在左右有窄開(kāi)口(左右的窄開(kāi)口有不同的布局)，其余均為寬開(kāi)口，窄開(kāi)口對(duì)應(yīng)橫向地兩個(gè)流道(1x2或2x2布局)，寬開(kāi)口對(duì)應(yīng)橫向地四個(gè)流道(1x4布局)(圖24/31和圖25/31)。窄開(kāi)口有兩種形態(tài)，名為大窄開(kāi)口和小窄開(kāi)口(Fig25/31)。大窄開(kāi)口對(duì)應(yīng)四個(gè)流道(2x2布局)，小窄開(kāi)口對(duì)應(yīng)兩個(gè)流道(1x2布局)。后橡膠板全部為寬開(kāi)口(圖26/31和圖27/31)。這種開(kāi)口布局將起到改變流向的作用(圖28/31至圖31/31)。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(gè)冷卻格柵，一個(gè)前蓋板帶一個(gè)特有開(kāi)口型式的前橡膠板，以及一個(gè)后蓋板帶一個(gè)特有開(kāi)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(gè)裝置，同時(shí)又保持整個(gè)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(wú)泄漏的連接)-后蓋板與后冷卻通道端板(必須無(wú)泄漏的連接)
-底板(15/31)與前后冷卻通道端板-兩個(gè)側(cè)板(圖16/31)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17/31。將雙芯插入冷卻通道板之間的空隙之后(圖18/31)，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21/31)上有安放BMS的長(zhǎng)槽。它也配備不同的插座，如用于BMS的12VDC插座，一個(gè)主電源插座和兩個(gè)Can-bus2. O端頭。它也配備快速釋放接頭在冷卻液進(jìn)出口。所有這些使它在電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)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18/31)并由緊固件聯(lián)接，整個(gè)電池箱(圖22/31)將是一個(gè)IP65級(jí)別的密封體，適合電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用。 圖23/31顯示冷卻液在電池箱冷卻格柵中的流動(dòng)示意圖。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，單一圓形管狀結(jié)構(gòu)代表兩個(gè)流道。流道的位置在圖24/31至圖27/31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(kāi)口處空間改變流向。前橡膠板如何改變流向在圖29/31中描述，后橡膠板如何改變流向在圖30/31中描述。圖31/31顯示在底層流道的流向。益論該裝置以一種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)使得冷卻液均勻有效及高效的冷卻每個(gè)電池單元(芯)，延長(zhǎng)了電池的壽命并提高了電池的安全性。電池包(圖22/31)的總重量是 350kg (包括 13kg的冷卻液)。它的外型尺寸是L = 1031mm, W = 509mm, H = 445mm。該電池包重量輕但堅(jiān)固，電壓320V，能量32kWh，能量重量比 91Wh/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(dòng)汽車(chē)的需要。未來(lái)可能的應(yīng)用目前的電動(dòng)汽車(chē)電池包由不同的汽車(chē)生產(chǎn)廠家以不同的形式生產(chǎn)。這就導(dǎo)致缺乏規(guī)模經(jīng)濟(jì)的高成本，而且不同的汽車(chē)生產(chǎn)廠家的電池包不具有互換性。如果電池包是標(biāo)準(zhǔn)的，它就可以很容易地被不同的汽車(chē)采用。國(guó)家電網(wǎng)比汽車(chē)生產(chǎn)廠家更有可能生產(chǎn)一種標(biāo)準(zhǔn)的電池包，而且這將受益于多個(gè)方面。集中設(shè)施生產(chǎn)，充電和維護(hù)電池包會(huì)產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，帶給生產(chǎn)者和消費(fèi)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(yùn)抵加油站。取代加油，消費(fèi)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(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)的里程。采用集中設(shè)施充電并將充滿電的電池包運(yùn)抵加油站，政府不需投資大量的資金在不同的地點(diǎn)修建充電站，節(jié)約大量的資金。而且消費(fèi)者不需擔(dān)心電池包的耐用性和維護(hù)，國(guó)家電網(wǎng)會(huì)處理這些問(wèn)題。這種方式會(huì)顯著地降低電動(dòng)汽車(chē)的價(jià)格從而促進(jìn)市場(chǎng)的增長(zhǎng)。汽車(chē)生產(chǎn)廠家只需設(shè)計(jì)容納標(biāo)準(zhǔn)電池包的未來(lái)汽車(chē)即可。該電池包冷卻裝置的概念和結(jié)構(gòu)也能應(yīng)用于未來(lái)其它場(chǎng)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(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)カ電池包冷卻裝置,包括 冷卻格柵，在所述冷卻格柵處發(fā)生熱交換； 前蓋板，所述前蓋板上有冷卻液進(jìn)口和出口，所述冷卻液進(jìn)口和出口能使冷卻液流進(jìn)和流出所述冷卻裝置，所述前蓋板附著有前橡膠板，所述前橡膠板便于所述冷卻液通過(guò)由開(kāi)ロ產(chǎn)生的空間流動(dòng)和改變方向；和 后蓋板，所述后蓋板附著有后橡膠板，所述后橡膠板便于所述冷卻液通過(guò)由所述開(kāi)ロ產(chǎn)生的所述空間流動(dòng)和改變方向。
2.一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(dǎo)流板提供兩個(gè)雙芯之間的電氣連接； 小夾子，所述小夾子用于提供在單個(gè)雙芯內(nèi)部?jī)蓚€(gè)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(gè)雙芯的正極和最后一個(gè)雙芯的負(fù)極，用于連接至主 電源線纜。
全文摘要
使用一個(gè)創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)冷卻液以均勻和分布良好的方式，為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池包提供高效和有效的冷卻。該熱交換裝置包括一個(gè)冷卻導(dǎo)板格柵，上有冷卻液流經(jīng)的通道，前后蓋板附帶前后橡膠板通過(guò)其上的開(kāi)口用于冷卻液引導(dǎo)和改變方向，提供一個(gè)冷卻液流經(jīng)整個(gè)冷卻導(dǎo)板格柵的通路。電池包的電池芯放置于冷卻導(dǎo)板之間的空隙，由一個(gè)新穎的導(dǎo)電夾子系統(tǒng)串聯(lián)起來(lái)，形成一個(gè)在電池包中完整的分布良好且緊湊的冷卻通路。該電池包冷卻裝置的概念和結(jié)構(gòu)也能應(yīng)用于未來(lái)其它場(chǎng)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(chǎng)合。
文檔編號(hào)H01M6/42GK102714283SQ201180003001
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)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(guó)安 申請(qǐng)人:馮國(guó)安