專利名稱：溫度控制的電池組組件及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池并更具體地涉及溫度控制的電池組組件。
背景技術(shù)：
高溫暴露可以顯著減少電池的有效使用壽命，例如用于對實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵功能的電子設(shè)備(例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，電信系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)備)提供應(yīng)急備用或輔助電源的電池。信息技術(shù)(IT)設(shè)備通常置于受控的數(shù)據(jù)中心環(huán)境中。雖然數(shù)據(jù)中心的環(huán)境通過設(shè)計(jì)傳統(tǒng)上是相對涼爽的環(huán)境，但是存在對更高的數(shù)據(jù)中心溫度來努力減少冷卻需求并提高運(yùn)行效率的趨勢。這種趨勢是由更能忍受更高溫度的IT設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。同樣，當(dāng)數(shù)據(jù)中心遷移到云計(jì)算環(huán)境時(shí)存在更短的備用時(shí)間的轉(zhuǎn)換。更短的備用時(shí)間使備用電池分散在數(shù)據(jù)中心地板上的IT設(shè)備中。因此，數(shù)據(jù)中心溫度的持續(xù)上升可能對數(shù)據(jù)中心中的電池壽命產(chǎn)生不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，溫度控制的電池組組件包括限定電池腔并包括圍繞至少ー部分電池腔的熱_離(thermal insulation)的殼體。在電池腔中包含至少ー個(gè)電池芯。熱隔離禁止在至少ー個(gè)電池芯和周圍環(huán)境之間的熱傳送。熱橋?qū)w配置在電池腔中并連接至少ー個(gè)電池芯。電池組組件進(jìn)ー步包括具有內(nèi)表面和外表面的熱電冷卻設(shè)備?？刹僮鳠犭娎鋮s設(shè)備以使用珀?duì)柼?Peltier)效應(yīng)有效地在內(nèi)外表面之間傳送熱量。散熱器設(shè)備與外表面接觸或連接到外表面以實(shí)現(xiàn)在外表面和散熱器設(shè)備之間的熱傳導(dǎo)。電池組組件包括迫使熱傳送流體流跨過散熱器設(shè)備并進(jìn)入環(huán)境中以實(shí)現(xiàn)在散熱器設(shè)備和環(huán)境之間的對流熱傳送的風(fēng)扇。熱橋?qū)w與內(nèi)表面接觸或連接到內(nèi)表面以實(shí)現(xiàn)在內(nèi)表面和熱橋?qū)w之間的熱傳導(dǎo)。在某些實(shí)施例中，至少一個(gè)電池芯包括多個(gè)電池芯。根據(jù)某些實(shí)施例，可操作熱電冷卻設(shè)備以使用珀?duì)柼?yīng)有效地從內(nèi)表面到外表面?zhèn)魉蜔崃窟M(jìn)而冷卻至少ー個(gè)電池芯。電池組組件可包括與每ー個(gè)熱橋?qū)w和內(nèi)表面接觸的導(dǎo)熱塊以傳導(dǎo)兩者間的熱量。電池組組件可包括熱橋?qū)w和散熱器設(shè)備之間的熱隔離隔板。在某些實(shí)施例中，殼體包括圍繞熱隔離的外殼，至少ー個(gè)電池，熱電冷卻設(shè)備，散熱器設(shè)備和電扇以形成模塊化単元。根據(jù)某些實(shí)施例，殼體包括進(jìn)入口和排出口和風(fēng)扇，當(dāng)運(yùn)行時(shí)，抽取熱傳送流體通過進(jìn)入口進(jìn)入殼體中，迫使熱傳送流體跨過散熱器設(shè)備，井迫使熱傳送流體通過出口離開殼體。在某些實(shí)施例中，至少一個(gè)電池芯包括多個(gè)電池芯，并且熱橋?qū)w包括支撐多個(gè)電池芯的底壁和與底壁整合的直立的側(cè)壁,底壁和側(cè)壁共同限定電池芯托盤。電池組組件可包括熱電冷卻設(shè)備控制器，該熱電冷卻設(shè)備控制器包括用于程序地控制到熱電冷卻設(shè)備的電流流動并因此控制在至少ー個(gè)電池芯和環(huán)境之間的熱傳送率的控制電路。在某些實(shí)施例中，控制電路用于控制作為至少ー個(gè)電池芯的溫度函數(shù)的到熱電冷卻設(shè)備的電流流動。根據(jù)某些實(shí)施例，電池腔是密封的。在某些實(shí)施例中，殼體是模塊化的盒。根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)施例，用于調(diào)節(jié)至少ー個(gè)電池芯的溫度的方法包括提供溫度控制的電池組組件，該電池組組件包括限定電池腔并包括圍繞至少一部分電池腔的熱隔離的殼體；包含在電池腔中的至少ー個(gè)電池芯,其中熱隔離禁止在至少ー個(gè)電池芯和周圍環(huán)境之間的熱傳送；置于電池腔中并且與至少ー個(gè)電池芯連接的熱橋?qū)w；具有內(nèi)表面和外表面并且使用珀?duì)柼?yīng)有效地在內(nèi)外表面之間傳遞熱量的熱電冷卻設(shè)備；與外表面接觸或連接到外表面以實(shí)現(xiàn)在外表面和散熱器設(shè)備之間的熱傳導(dǎo)的散熱器設(shè)備；和風(fēng)扇。熱橋?qū)w與內(nèi)表面接觸或連接到內(nèi)表面以實(shí)現(xiàn)在內(nèi)表面和熱橋?qū)w之間的熱傳遞。該方法進(jìn)ー步包括操作熱電冷卻設(shè)備使用珀?duì)柼?yīng)以使在內(nèi)部和外部表面之間有效地傳送熱量；和操作風(fēng)扇以迫使熱傳送流體流跨過散熱器設(shè)備并進(jìn)入環(huán)境中以實(shí)現(xiàn)在散熱器設(shè)備和環(huán)境之間的對流熱傳送。根據(jù)某些實(shí)施例，該方法包括程序地控制到熱電冷卻設(shè)備的電流流動并因此控制在至少ー個(gè)電池芯和環(huán)境之間的熱傳送率。在某些實(shí)施例中，程序地控制到熱電冷卻設(shè)備的電流流動包括控制作為至少一個(gè)電池芯的溫度函數(shù)的到熱電冷卻設(shè)備的電流流動。從附圖的閱讀和隨后的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會理解本發(fā)明的進(jìn)ー步特征，優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)，這樣的描述僅僅是本發(fā)明示例性的描述。



圖 部視圖。
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圖 I是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括電池組組件的備用電源供給系統(tǒng)的透視和局
2是沿著圖I的線2-2獲得的圖I的電池組組件的剖面圖。
3是沿著圖2的線3-3獲得的圖I的電池組組件的剖面圖。
4是圖I的電池組組件的放大的，不完整的頂視圖。
5是形成圖I的電池組組件的一部分的基板的透視圖。
6是形成圖I的電池組組件的一部分的支撐架的頂視圖。
7是沿著圖6的線7-7獲得的圖6的支撐架的剖視圖。
8是沿著圖6的線8-8獲得的圖6的支撐架的剖視圖。
9是沿著圖6的線9-9獲得的圖6的支撐架的剖視圖。
10是形成圖I的電池組組件的一部分的導(dǎo)熱塊的透視圖。
11是形成圖I的電池組組件的一部分的熱電冷卻設(shè)備的側(cè)視圖。
12是形成圖I的電池組組件的一部分的熱泵控制器的平面圖。
13是形成圖12的熱泵控制器的一部分的控制電路的示意圖。
14是安裝在機(jī)架中的圖I的一對電池組組件的透視圖。
具體實(shí)施例方式將參考附圖在下文中更全面地描述本發(fā)明，在其中示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在附圖中，為了清楚起見，可以夸大區(qū)域或特征的相對大小。但是，本發(fā)明可以以多種不同的形式實(shí)施并且不應(yīng)當(dāng)解釋對在此描述的實(shí)施例的限制；相反，提供這些實(shí)施例將使本公開全面和完整，并且將向那些本領(lǐng)域技術(shù)人員充分地表達(dá)本發(fā)明的范圍。應(yīng)當(dāng)理解的是當(dāng)提及元件“耦接”或“連接”到其他元件時(shí)，其可以直接耦接或連接到其他元件或也可以存在中間元件。相反，當(dāng)提及元件“直接耦接”或“直接連接”到其他元件時(shí)，不存在中間元件。相同的數(shù)字始終指示相同的元件。如在此使用的術(shù)語“和/或”包括ー個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的所列項(xiàng)目的任意和全部組合。此外，空間上相対的術(shù)語，例如“下”，“下面”，“下方”，“上面”，“上方”等，可在此用于簡單說明以描述ー個(gè)元件或特征到如在附圖中圖示的另ー個(gè)元件和特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是空間上相対的術(shù)語意在包含除了附圖中描述的方位以外使用或操作的設(shè)備的不同方位。例如，如果將附圖中的設(shè)備翻轉(zhuǎn)，則描述為在其他元件或特征“下”或“下方”的元件則將位于其他元件或特征“上”。因此，示例性的術(shù)語“下”可以包括上和下兩者的方位。因此可以另外的方式定向設(shè)備(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)并且解釋在此使用的空間上相対的描述符。在此使用的術(shù)語僅用于描述特定的實(shí)施例并且不用于限制本發(fā)明。如在此使用的，単數(shù)形式“一”，“ー個(gè)”和“該”也可以包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清晰地指示其他含義。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一歩理解的是術(shù)語“包括”和/或“包含”，當(dāng)在說明書中使用時(shí)，指定所述特征，整數(shù)，步驟，操作，元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征，整數(shù)，步驟，操作，元件，部件和/或組的存在或附加。如在此使用的表達(dá)“和/或”包括ー個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的所列條目的任意和全部組合。除非另外定義，在此使用的所有條目(包括技術(shù)的和科學(xué)的術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同的含義。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一歩理解的是術(shù)語，例如那些通常用字典定義的，應(yīng)當(dāng)解釋為具有與在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的上下文中的含義一致的含義并且不應(yīng)當(dāng)解釋為理想化的或過于正式的意義，除非在此有明確的定義。術(shù)語“程序地”指示由計(jì)算機(jī)模塊，編碼，指令和/或電路電子地導(dǎo)引和/或?qū)崿F(xiàn)的操作。諸如不間斷電源(UPS)系統(tǒng)中的輔助或緊急備用電源電池的電池的有效使用壽命可主要取決于電池周圍的環(huán)境溫度。為了改善電池壽命，應(yīng)當(dāng)將環(huán)境溫度維持在預(yù)定的范圍內(nèi)，典型地在大約20和25°C之間。過去，通常為設(shè)備中的電子部件提供冷卻。采用不同的技術(shù)來冷卻發(fā)熱部件，例如通風(fēng)，機(jī)箱風(fēng)扇，散熱器和熱管。這些設(shè)備都有ー個(gè)共同的問題，即它們不能降低電池附近的溫度到低于環(huán)境溫度。如上所述，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)的環(huán)境溫度趨于升高到超過用于增強(qiáng)電池壽命的優(yōu)選范圍的溫度，因此現(xiàn)在期望提供ー種在數(shù)據(jù)中心中的電池的補(bǔ)充冷卻裝置。上述的冷卻電子設(shè)備的傳統(tǒng)途徑不能改善局部電池環(huán)境溫度(例如，電池直接附近的環(huán)境溫度)，因此也不能改善電池壽命。因此，存在降低局部電池環(huán)境溫度到低于電池附近或局部的室溫(在此指如房間或數(shù)據(jù)中心的環(huán)境溫度)的溫度的需求或期望。用于冷卻以低于室內(nèi)環(huán)境溫度的已知系統(tǒng)包括，例如氣相冷卻和珀?duì)柼鋮s。建造或維持氣相冷卻可能是相對昂貴或復(fù)雜的。珀?duì)柼鋮s提供某種設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(例如尺寸小并且方便)，但是珀?duì)柼鋮s設(shè)備通常效率很低。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電池組組件配置為使用熱電冷卻(TEC)設(shè)備(例如，珀?duì)柼O(shè)備)有效地冷卻局部電池環(huán)境溫度。電池組組件可配置為更有效地利用TEC設(shè)備。電池組組件可以維持局部電池環(huán)境溫度在低于室內(nèi)環(huán)境溫度的預(yù)定范圍內(nèi)而不需要消耗操作TEC設(shè)備的過度能量。參考附圖1，在數(shù)據(jù)中心室或機(jī)柜5的備用電源系統(tǒng)10中示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池組組件100。系統(tǒng)10包括負(fù)載設(shè)備20，電源管理控制器或UPS電路24和電池組組件100。電池組組件100可以置于數(shù)據(jù)中心室5內(nèi)的殼體，機(jī)柜或機(jī)架20中。負(fù)載設(shè)備20和電池組組件100每個(gè)電連接到UPS電路24。在常規(guī)操作下，負(fù)載設(shè)備20可以由線電源22供電。在電源管理控制器24的控制之下和/或經(jīng)由電源管理控制器24可以布線線電源到負(fù)載設(shè)備20。如果從線電源22失去電源，電源管理控制器24可以從電池組組件100直接向負(fù)載設(shè)備20供電以提供備用或緊急電源以使負(fù)載20能夠繼續(xù)操作。電池組組件100和電源管理控制器24可以以與例如公知的UPS相同的方式運(yùn)行，并且應(yīng)當(dāng)理解的是電池組組件100可用在其他的配置或應(yīng)用中。負(fù)載設(shè)備20例如可以是諸如計(jì)算機(jī)服務(wù)器的電子設(shè)備。數(shù)據(jù)中心室5例如可以是至少部分致力于這種設(shè)備的存儲和保護(hù)的房間。負(fù)載設(shè)備20可包括IT設(shè)備。以更多細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)向電池組組件100并參考附圖2-13，電池組組件100包括電池芯112的組110，殼體或盒120和熱泵系統(tǒng)102。盒120定義電池組110設(shè)置在其中的電池子腔 104A。電池組110(圖2和3)可包括多個(gè)任意合適類型的電池芯112。在某些實(shí)施例中，電池芯112為可再充電的電池。根據(jù)某些實(shí)施例，電池芯112為CYCLON牌電池。其他合適類型的電池可包括，例如鋰離子或閥控鉛酸蓄電池(VRLA)。電池芯112的端子112A可以通過導(dǎo)線114互相串聯(lián)連接，串聯(lián)在相反的正負(fù)電池組端子116處終止。盒120 (圖2和3)包括外殼122和熱隔離124。外殼122包括相反的外殼部分122A，其中隔離124的各自的隔離構(gòu)件124A位于外殼部分122A中。ー個(gè)或多個(gè)進(jìn)入口或孔122B和排出ロ或孔122C限定在外殼122中。帶狀缺ロ或槽122D可限定在外殼122中。當(dāng)組裝后，盒120可以通過坐在缺ロ 122D中的保持帶123緊密固定。但是，其他的機(jī)構(gòu)可用于固定盒120，例如完整的閂鎖部件，緊固件或粘接。手柄或把手可形成或安裝在盒120上以方便操作。隔離124限定電池子腔104A。隔離124和外殼122共同限定外殼在122內(nèi)并與電池子腔104A相反的散熱子腔104B。散熱子腔104B和電池子腔104A通過在隔離124的一端限定的交換開ロ 125連接。外殼122可以由任意合適的材料構(gòu)成，例如金屬或聚合物材料。根據(jù)某些實(shí)施例，外殼122由聚氯こ烯(PVC)構(gòu)成。根據(jù)某些實(shí)施例，外殼122具有從大約O. 05mm到3mm范圍內(nèi)的厚度Tl (圖2)。隔離124可由任意合適的材料構(gòu)成，例如陶瓷或聚合熱絕緣材料。根據(jù)某些實(shí)施例，隔離124由例如閉孔的聚氨酯泡沫的聚合泡沫構(gòu)成。根據(jù)某些實(shí)施例，隔離124具有至少為2的R值。在某些實(shí)施例中，隔離124具有在從大約6mm到25mm的范圍內(nèi)的厚度T2(圖3)。根據(jù)某些實(shí)施例，除了在交換開ロ 125，隔離124基本上完全圍繞或包圍電池子腔104A。
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熱泵系統(tǒng)102 (圖2-4)包括熱橋?qū)w或基板130，隔板或支撐架140，導(dǎo)熱塊150(圖10)，熱電冷卻(TEC)模塊160 (圖4和11)，散熱器設(shè)備170 (圖2-4)，襯墊176 (圖4)，風(fēng)扇178 (圖2)，和緊固件(例如螺絲)106A，106B，106C (圖4)?；?30 (圖5)用作在電池芯112和導(dǎo)熱塊150之間的熱傳導(dǎo)提供連接或橋的分布式熱導(dǎo)體。基板130可以采用具有底壁132和側(cè)壁134A，134B并限定空腔136的托盤或平臺的形式。安裝孔135在端壁134A中限定?；?30可以由任意合適的諸如金屬的導(dǎo)熱材料構(gòu)成?；?30的合適的材料例如可包括鋁，銅或鋼。基板130例如可由金屬沖壓或鑄造構(gòu)成。根據(jù)某些實(shí)施例，基板130具有至少大約100BTU/hr-ft-° F的熱導(dǎo)率。在某些實(shí)施例中，基板130具有從大約Imm到5mm的厚度T3 (圖5)。支撐架140 (圖6-9)具有側(cè)壁142和限定開ロ 144和底座146的安裝表面143。螺絲孔147A，147B用于接收螺絲106C和106B。支撐架140可由任意合適的材料構(gòu)成，并且根據(jù)某些實(shí)施例，由隔熱材料構(gòu)成。在某些實(shí)施例中，支撐架由例如ABS的聚合材料構(gòu)成。導(dǎo)熱塊150 (圖10)可以是基本上實(shí)心的塊(即除了螺絲孔以外基本上沒有任何內(nèi)部空間的塊)，該塊限定相對窄的部分152A和相對寬的部分152B。塊150具有內(nèi)部接合表面154和外部接合表面156。螺絲孔157A和157B穿過塊150形成。TEC模塊160 (圖11)可以是任意合適配置的熱電冷卻器或冷卻設(shè)備。通常，TEC模塊160具有第一和第二側(cè)，并且當(dāng)提供電壓給TEC模塊160吋，TEC模塊160在兩側(cè)之間產(chǎn)生溫度差。因此TEC模塊160存在相對熱的側(cè)和ー個(gè)相對冷的側(cè)以實(shí)現(xiàn)從冷側(cè)到熱側(cè)的熱量傳送(即與溫度梯度相反)。根據(jù)某些實(shí)施例，例如所圖示的，TEC模塊160包括水平相対的分別具有相反的內(nèi)部和外部接合表面162A和164A的內(nèi)部和外部熱傳送板162和164。珀?duì)柼麑?66夾在或插入在板162，164之間。TEC模塊160可密封在袋或罩中(未示出)用于防止潮濕，灰塵或碰撞。熱傳送板162，164是導(dǎo)熱的并通常是電絕緣的。熱傳送板162，164的合適的材料可包括諸如氧化鋁的陶瓷。拍爾帖層166可包括含有多個(gè)η和P型熱電引腳166Α的熱電堆(thermopile),其中熱電引腳166A是熱平行的并且經(jīng)由電導(dǎo)體166B電串聯(lián)連接。電導(dǎo)線168A，168B將電導(dǎo)體166B電連接到直流(DC)電源。熱電引腳166A可包括諸如半導(dǎo)體(例如碲化鉍)的熱電元件(例如片狀元件)矩陣。珀?duì)柼麑?66可焊接到熱傳送板162，164上。在此考慮到本公開TEC模塊160的合適的結(jié)構(gòu)對那些本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是公知的并且應(yīng)當(dāng)理解的是TEC模塊160可以配置為不同于在此的描述。作為TEC模塊160使用的合適的TEC模塊可包括TEC 12705熱電冷卻器。散熱器設(shè)備170 (圖4)可以任意合適的配置和任意合適的材料構(gòu)成。根據(jù)某些實(shí)施例，散熱器設(shè)備170可以由諸如鋁或銅的金屬構(gòu)成。在某些實(shí)施例中并如圖所示，散熱器設(shè)備170包括具有內(nèi)部接合表面172A的基板172。多個(gè)散熱翼片174與接合表面172A相反地從基板172中延伸。襯墊176 (圖4)可由任意合適的熱絕緣材料構(gòu)成。在某些實(shí)施例中，襯墊176由易壓縮的可變形材料構(gòu)成。根據(jù)某些實(shí)施例，襯墊176由橫向連接的，閉孔的聚烯烴泡沫構(gòu)成。在某些實(shí)施例中，襯墊176具有在從大約2mm到6mm的范圍內(nèi)的厚度。開ロ 176A限定在襯墊176中以接收TEC模塊160。風(fēng)扇178 (圖2和3)可以是任意合適的電子風(fēng)扇。風(fēng)扇178包括風(fēng)扇電機(jī)178A和風(fēng)扇葉片178B。參考圖3，12和13，熱泵控制器190可包括在其上具有合適配置的控制電路196(圖13)的印刷電路板(PCB) 192 (圖12)?？刂齐娐?96連接到溫度傳感器194，TEC模塊160和風(fēng)扇電機(jī)178A(圖2)。放置溫度傳感器194以檢測電池組110上或附近的溫度。溫度傳感器194可安裝在基板130上。溫度傳感器194例如可以是熱敏電阻。合適的溫度傳感器包括來自可從RTI電子公司獲得的NTC 100k@25°C。PCB192可位于盒120中。電池組組件100可如下組合。最好如圖4所示的導(dǎo)熱塊150坐在支撐架140的底座146中并通過緊固件106B穿過孔147B和157A緊固在位置中。襯墊176安裝在安裝表面143上且TEC模塊160安裝在襯墊開ロ 176A中使得內(nèi)部接合表面162A接合導(dǎo)熱塊150的外部接合表面156。散熱器設(shè)備170安裝在襯墊176和TEC模塊160上使得接合表面172A接合TEC模塊160的外部接合表面。散熱器設(shè)備170通過延伸穿過孔147A并進(jìn)入散熱器設(shè)備170中的相應(yīng)的孔173中的螺絲106C緊固在位置中。擰緊螺絲106C以提供在襯墊176和TEC模塊160上的夾緊負(fù)載。這樣，可以確保在表面162A和156之間和在表面164A和172A之間的可靠的緊密接觸以促進(jìn)通過在TEC模塊160和導(dǎo)熱塊150和熱傳送設(shè)備170之間的熱導(dǎo)體傳送熱量。可以將導(dǎo)熱油脂應(yīng)用到表面162A，164A，156，172A以進(jìn)ー步增強(qiáng)熱傳導(dǎo)。如圖4所示前述的子組件通過使用螺絲106A穿過孔157B和端壁134A中的孔135緊固導(dǎo)體塊150到端壁134A上可以依次安裝在基板130的端壁134A上。這樣，可以確保在表面154和端壁134A之間的可靠的緊密接觸。可在表面之間應(yīng)用導(dǎo)熱油脂。參考圖4，支撐架140的側(cè)壁142具有從端壁134A隔開基板172相應(yīng)距離的高度H。支撐架140和端壁134A共同限定熱隔離氣穴148 (圖4)。具有前述元件140，150，160，170，176的前述子組件的基板130位于低隔離構(gòu)件124A (圖3)中使得在低隔離構(gòu)件124A中的末端槽124B (圖3)中接收支撐架140，其中低隔離構(gòu)件124A具有與支撐架140的外部輪廓互補(bǔ)的形狀和大小。電池組110位于基板130中且上部隔離構(gòu)件124A位于電池組110和基板130上并且接收其互補(bǔ)的末端124B中的支撐架140的上部。因此，根據(jù)某些實(shí)施例，基板130和電池組110密封在電池腔104A中，并且支撐架140延伸穿過且充分地密封由隔離構(gòu)件124A限定的交換開ロ 125。外殼構(gòu)件122A圍繞隔離構(gòu)件124安裝以封閉隔離構(gòu)件124并形成安置散熱器設(shè)備170的散熱器子腔104B。例如，風(fēng)扇178可單獨(dú)地安裝在子腔104B中以引導(dǎo)周圍的空氣到葉片174上。帶123安裝在外殼構(gòu)件122上。在使用中，如參考圖I上文描述的電池組組件100連接到系統(tǒng)10。在正常操作下，負(fù)載設(shè)備20通過線電源22供電。電池組組件100同樣可由線電源22供電以維持電池組110所存儲的電量。因此，電池組組件100可能經(jīng)歷延長的浮動或休眠循環(huán)的周期，其中電池組110不會產(chǎn)生大量的熱。為了改善電池芯112的使用壽命，希望維持電池芯112的局部環(huán)境電池溫度在預(yù)定的目標(biāo)溫度范圍中。根據(jù)某些實(shí)施例，目標(biāo)溫度范圍在從大約20到25°C的范圍。在室內(nèi)的環(huán)境溫度超過目標(biāo)溫度的情況下，室內(nèi)的環(huán)境溫度將趨于加熱電池芯112。
操作熱泵系統(tǒng)102以用來全部或部分地補(bǔ)償相對提高的室內(nèi)環(huán)境溫度并因此維持電池芯112在或近似目標(biāo)溫度范圍內(nèi)和在低于室內(nèi)環(huán)境溫度的溫度。根據(jù)某些實(shí)施例，熱泵控制器190程序并自動地控制熱泵系統(tǒng)102。更具體地，熱泵控制器190提供跨過TEC模塊160的電壓使得提供到珀?duì)柼麑?66的電流產(chǎn)生在板162，164之間的溫度差，冷卻內(nèi)部板162并加熱外部板164。內(nèi)部板162的冷卻依次冷卻導(dǎo)體塊150，該導(dǎo)體塊150依次冷卻基板130，導(dǎo)致經(jīng)由TEC模塊160從電池芯112到散熱器設(shè)備170的傳導(dǎo)的熱傳送。運(yùn)行風(fēng)扇178以引起從盒120外側(cè)穿過進(jìn)入口122B的空氣(比散熱器設(shè)備170冷)流F (圖3)井迫使氣流F越過散熱器設(shè)備170并穿過排出ロ 122C離開盒120以經(jīng)由對流熱傳送從散熱器設(shè)備170移除熱量(即熱能)。熱泵控制器190可以基于由溫度傳感器194檢測的溫度來控制TEC模塊160的運(yùn)行。當(dāng)在電池腔104A中檢測的溫度超過目標(biāo)溫度范圍時(shí)熱泵控制器190可向TEC模塊160提供電流，并當(dāng)檢測到的溫度在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)時(shí)可停止提供電流。因此，TEC模塊160可根據(jù)需要循環(huán)以保持電池腔的溫度在希望的目標(biāo)范圍中。風(fēng)扇178同樣基于檢測到的溫度可啟動和停止(例如，通過熱泵控制器190)，或可以獨(dú)立于檢測到的溫度連續(xù)或周期地運(yùn)行。在前述的方法中，可以冷卻電池腔104A和電池芯112的溫度并維持在ー個(gè)溫度或低于室溫的溫度。這可以延長在應(yīng)用或環(huán)境中的電池使用壽命，在該應(yīng)用或環(huán)境中的室內(nèi)環(huán)境溫度顯著高于優(yōu)選的電池溫度。隔離124從室內(nèi)環(huán)境隔離電池腔104A以減少由熱泵系統(tǒng)102的冷卻需要的程度和時(shí)間，改善系統(tǒng)的運(yùn)行效率。根據(jù)某些實(shí)施例，電池腔104A充分地與室內(nèi)環(huán)境空氣密封以防止或最小化從室內(nèi)環(huán)境到電池芯112的對流熱傳送。電池腔104A可配置為具有相對低的體積以提供較小的表面積用于在電池芯112和室內(nèi)之間的不希望的熱傳遞，因此允許具有低輸出或效率的TEC模塊160的有效使用。例如，如果電池腔104A維持在20°C，室內(nèi)環(huán)境是30°C (10°C或IOK的有效溫度差)，電池腔104A隔離到R-2 (R=2. 0m2K/W)，熱能將穿過盒120以E=10K/2K*m2/W=5瓦的速率傳送到電池腔104A的表面積的每一平方米。這種低比率的損失在可以由低成本的珀?duì)柼鋮s設(shè)備產(chǎn)生的熱傳送的范圍內(nèi)。在空間上分布的基板130可以提供穿過電池組110的更一致的溫度分布并易于更快速和有效的到散熱器設(shè)備170的熱傳送。雖然電池組組件100已經(jīng)示出并且作為包括含有多個(gè)電池芯112的電池組110表述，但在某些實(shí)施例中，電池組組件中可僅設(shè)置一個(gè)電池芯。雖然已經(jīng)示出熱橋?qū)w并作為托盤形基板130描述，但根據(jù)某些實(shí)施例，可以采用其他配置。例如，可移除側(cè)壁134A，134B和/或可提供在電池芯112之間延伸并接合電池芯112的進(jìn)ー步的導(dǎo)熱壁。熱橋?qū)w的其他配置可包括開放的點(diǎn)陣配置和/或其中ー個(gè)或多個(gè)熱橋?qū)w構(gòu)件在電池芯112之上和之下延伸的配置。參考圖14，電池組組件100可安裝在例如在此示出的控制臺或機(jī)架30的腔或隔間32中。隔間32的大小設(shè)置為在盒120上提供壓カ通風(fēng)(plenum) 34以接收從出口孔122C排出的氣流F。雖然示出的和描述的電池組組件100組成相對緊湊的，模塊化的，獨(dú)立的電池組組件單元，但根據(jù)某些實(shí)施例，盒集成到電子部件中。例如，電子部件(例如，計(jì)算機(jī)服務(wù)器)可包括隔離的，通風(fēng)的并具有對應(yīng)于熱泵系統(tǒng)102的熱泵系統(tǒng)的完整隔間。電池芯或多個(gè)電池芯封閉在隔離的隔間中并如在此描述地冷卻。前述是本發(fā)明的示例性說明而不應(yīng)解釋為其限制。盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明幾個(gè)示例性的實(shí)施例，但那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解在本質(zhì)上不脫離本發(fā)明新穎的教導(dǎo)和優(yōu)勢的示例性的實(shí)施例中許多修改是可能的。因此，所有這樣的修改將包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是前述是本發(fā)明的示例性說明并不應(yīng)解釋為所公開的特定具體實(shí)施例，并且對所公開的實(shí)施例的修改，如其他實(shí)施例一祥，也將包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種溫度控制的電池組組件(100)，包括 殼體(120)，限定電池腔(104A)并包括圍繞所述電池腔的至少一部分的熱隔離(124);至少ー個(gè)電池芯(112)，其包含在所述電池腔中，其中所述熱隔離禁止在所述至少ー個(gè)電池芯和周圍環(huán)境之間的熱傳送； 熱橋?qū)w(130)，置于所述電池腔中并接合所述至少一個(gè)電池芯； 熱電冷卻設(shè)備(160),具有內(nèi)表面(162A)和外表面(164A)并且可操作以有效地在所述內(nèi)表面和外表面之間使用拍爾帖效應(yīng)傳送熱； 散熱器設(shè)備(170)，與所述外表面接觸或連接到所述外表面以實(shí)現(xiàn)在所述外表面和所述散熱器設(shè)備之間的熱傳導(dǎo)；和 風(fēng)扇(178)，可操作用于迫使熱傳送流體流越過所述散熱器設(shè)備并進(jìn)入到環(huán)境中以實(shí)現(xiàn)在所述散熱器裝置和環(huán)境之間的對流熱傳送； 其中所述熱橋?qū)w與所述內(nèi)表面接觸或連接到所述內(nèi)表面以實(shí)現(xiàn)在所述內(nèi)表面和所述熱橋?qū)w之間的熱傳導(dǎo)。
2.如權(quán)利要求I所述的電池組組件，其中所述至少一個(gè)電池芯包括多個(gè)電池芯。
3.如權(quán)利要求I所述的電池組組件，其中所述熱電冷卻設(shè)備可操作用于有效地從所述內(nèi)表面到所述外表面使用珀?duì)柼?yīng)傳送熱以因此冷卻所述至少一個(gè)電池芯。
4.如權(quán)利要求I所述的電池組組件，該電池組組件包括與每個(gè)所述熱橋?qū)w和所述內(nèi)表面接觸的導(dǎo)熱塊(150)以在其間傳導(dǎo)熱。
5.如權(quán)利要求I所述的電池組組件，該電池組組件包括在所述熱橋?qū)w和所述散熱器設(shè)備之間的熱隔離隔板(140 )。
6.如權(quán)利要求I所述的電池組組件，其中所述殼體包括圍繞所述熱隔離，所述至少一個(gè)電池，所述熱電冷卻設(shè)備，所述散熱器設(shè)備和所述風(fēng)扇以形成模塊化単元的外殼(122)。
7.如權(quán)利要求6所述的電池組組件，其中所述殼體包括進(jìn)入口(122B)和排出ロ(122C)和所述風(fēng)扇，當(dāng)運(yùn)行時(shí)，抽取所述熱傳送流體穿過所述進(jìn)入口進(jìn)入所述殼體中，迫使所述熱傳送流體越過所述散熱器設(shè)備，井迫使所述熱傳送流體穿過所述排出ロ離開所述殼體。
8.如權(quán)利要求I所述的電池組組件,其中 所述至少一個(gè)電池芯包括多個(gè)電池芯；和 所述熱橋?qū)w包括支撐所述多個(gè)電池芯的底壁(132)和與所述底壁整合的直立的側(cè)壁(134A，134B)，所述底壁和所述側(cè)壁共同限定電池芯托盤。
9.如權(quán)利要求I所述的電池組組件，該電池組組件包括含有用于程序地控制到所述熱電冷卻設(shè)備的電流流動并因此控制在所述至少一個(gè)電池芯和環(huán)境之間的熱傳送率的控制電路(196)的熱電冷卻設(shè)備控制器(190)。
10.如權(quán)利要求9所述的電池組組件，其中可操作所述控制電路來控制作為所述至少一個(gè)電池芯的溫度函數(shù)的到所述熱電冷卻設(shè)備的電流流動。
11.如權(quán)利要求I所述的電池組組件，其中所述電池腔是密封的。
12.如權(quán)利要求I所述的電池組組件，其中所述殼體是模塊化盒。
13.ー種方法，用于調(diào)節(jié)至少ー個(gè)電池芯的溫度，該方法包括 a)提供溫度控制的電池組組件(100)，該電池組組件包括 殼體(120)，限定電池腔(104A)并包括圍繞所述電池腔的至少一部分的熱隔離(124);2至少ー個(gè)電池芯(112)，其包含在所述電池腔中，其中所述熱隔離禁止在所述至少ー個(gè)電池芯和周圍環(huán)境之間的熱傳送； 熱橋?qū)w(130)，設(shè)置在所述電池腔中并接合所述至少一個(gè)電池芯； 熱電冷卻設(shè)備(160),具有內(nèi)表面(162A)和外表面(164A)并且可操作用于有效地在所述內(nèi)表面和外表面之間使用拍爾帖效應(yīng)傳送熱； 散熱器設(shè)備(170)，與所述外表面接觸或連接到所述外表面以實(shí)現(xiàn)在所述外表面和所述散熱器設(shè)備之間的熱傳導(dǎo)；和 風(fēng)扇(178)； 其中所述熱橋?qū)w與所述內(nèi)表面接觸或連接到所述內(nèi)表面以實(shí)現(xiàn)在所述內(nèi)表面和所述熱橋?qū)w之間的熱傳導(dǎo)； b)操作所述熱電冷卻設(shè)備以使用珀?duì)柼?yīng)在所述內(nèi)表面和所述外表面之間有效地傳送熱； c)操作所述風(fēng)扇以迫使熱傳送流體流越過所述散熱器設(shè)備并進(jìn)入環(huán)境中以實(shí)現(xiàn)在所述散熱器設(shè)備和環(huán)境之間的對流熱傳送。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，該方法包括程序地控制到所述熱電冷卻設(shè)備的電流流動并因此控制在所述至少一個(gè)電池芯和環(huán)境之間的熱傳送率。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中程序地控制到所述熱電冷卻設(shè)備的電流流動包括控制作為所述至少ー個(gè)電池芯的溫度函數(shù)的到所述熱電冷卻設(shè)備的電流流動。
全文摘要
一種溫度控制的電池組組件(100)，包括包含至少一個(gè)電池芯的殼體(120)，限定電池腔(104A)并包括圍繞電池腔的至少一部分的熱隔離(124)。熱隔離禁止在至少一個(gè)電池芯和周圍環(huán)境之間的熱傳送。熱橋?qū)w(130)設(shè)置在電池腔中并接合至少一個(gè)電池芯。電池組組件進(jìn)一步包括具有內(nèi)表面(162A)和外表面(164A)的熱電冷卻設(shè)備(160)，可操作用于有效地在內(nèi)外表面之間使用珀?duì)柼?yīng)傳送熱。散熱器設(shè)備(170)與外表面接觸或連接到外表面。電池組件組件包括用于迫使熱傳送流體流越過散熱器設(shè)備并進(jìn)入到環(huán)境中的風(fēng)扇(178)。熱橋?qū)w與內(nèi)表面接觸或連接到內(nèi)表面。
文檔編號H01M10/50GK102918703SQ201180027327
公開日2013年2月6日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者R·W·小約翰遜 申請人:伊頓公司