用于電池模塊的熱管理和連接裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電池模塊(1)的熱管理和連接裝置，所述電池模塊由單體電池(3)構(gòu)成，所述單體電池平行地并置且彼此串聯(lián)地連接，每個(gè)單體電池(3)包括正端子(4)和負(fù)端子(4)，所述電池模塊(1)進(jìn)一步包括熱交換板(10)，所述熱交換板包括用于傳熱流體的入口(12A)和出口(12B)，定位在端子(4)之間，以及非導(dǎo)電的連接板(20)，該連接板包括用于端子(4)通過的孔(22)和將所述端子(4)兩個(gè)兩個(gè)地連接在一起的器件(6)，連接板(20)是包括導(dǎo)電軌道(60)的印刷電路。
【專利說明】用于電池模塊的熱管理和連接裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池的連接、管理、控制和熱調(diào)節(jié)，更特別地，涉及電動(dòng)和混合動(dòng)力車輛領(lǐng)域中的用于電池模塊的熱管理和連接裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]電池的管理、電子控制和熱調(diào)節(jié)，特別在電動(dòng)和混合動(dòng)力車輛領(lǐng)域內(nèi)，是重要問題。具體地，從熱調(diào)節(jié)的觀點(diǎn)來看，如果電池承受過冷的溫度，則它們的自主性可急劇降低，且如果它們承受過高的溫度，則存在熱量逸出以至于損壞電池的風(fēng)險(xiǎn)。
[0003]只要涉及到電池的電子控制和管理，這就是重要的，特別是為了管理這些電池的充電和放電以及控制物理和電參數(shù)以便改進(jìn)電池的自主性和耐久性。
[0004]在電動(dòng)和混合動(dòng)力車輛中，電池通常是在保護(hù)殼體中彼此平行并置的單體電池(cell)的形式，且被稱為電池模塊。這些單體電池可以以這樣的方式并置:每個(gè)單體電池的正端子和負(fù)端子交替，使得所述單體電池可以容易地彼此串聯(lián)連接。還已知的是，單體電池并置為，相同極性的端子定位在電池模塊的同一側(cè)上。
[0005]為了調(diào)節(jié)單體電池的溫度，已知的實(shí)踐是，增加調(diào)節(jié)電池模塊溫度的裝置。這樣的裝置通常被并入到容納一個(gè)或多個(gè)電池模塊的容納部中，并使用循環(huán)(例如被泵送)通過導(dǎo)管的回路的傳熱流體，所述導(dǎo)管的回路尤其與單體電池直接接觸地通過熱交換板的下方或內(nèi)部。
[0006]傳熱流體可由此吸收單體電池發(fā)出的熱，以便冷卻它們，并在一個(gè)或多個(gè)熱交換器處去除該熱，所述熱交換器譬如加熱器或冷卻器。如果需要，傳熱流體還可以供應(yīng)熱以便給所述單體電池加溫，例如，如果它們連接到電阻器或連接到正溫度系數(shù)(PTC)加熱器。
[0007]通常使用的傳熱流體是環(huán)境空氣，或比如水或例如水與乙二醇的溶液的液體。由于液體是比氣體更好的熱導(dǎo)體，因此液體由于其更好的效力而被推崇。
[0008]通常，與單體電池直接接觸的熱交換板被設(shè)置在容納部的底部中，所述容納部容納一個(gè)或多個(gè)電池模塊，所述電池模塊擱置在所述熱交換板上。另一種已知的選項(xiàng)是，將熱交換板定位在單體電池之間。然而，熱交換板的這種定位不是最優(yōu)的，因?yàn)殡姵啬K的最熱區(qū)域位于單體電池的端子之間。為了解決該問題，一個(gè)方案是將熱交換板定位在電池模塊的端子之間，并使用保持板將其保持在位。
[0009]為了提供電池模塊的控制，電池模塊通常連接到電子控制裝置，更特別地連接到印刷電路，所述印刷電路意圖控制物理和電參數(shù)，比如其溫度和電壓。這些數(shù)據(jù)隨后被發(fā)送到處理單元并被所述處理單元處理，所述處理單元?jiǎng)t改變這些參數(shù)，以便通過經(jīng)由熱交換板調(diào)節(jié)電池模塊的溫度來改進(jìn)其自主性和耐久性，并保護(hù)它們免于過充電以及過度深度放電。
[0010]重要的是將提供電池模塊的控制和熱調(diào)節(jié)的設(shè)備并入在電動(dòng)或混合動(dòng)力車輛內(nèi)，盡管這必須在車輛內(nèi)使用一定空間，所述空間本可更有用地用來并入例如附加的電池。另夕卜，這樣的設(shè)備的并入使得車輛更重，由此降低其自主性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是，至少部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，并提出具有其控制和管理設(shè)備的優(yōu)化的電池模塊。
[0012]因此本發(fā)明涉及一種用于電池模塊的熱管理和連接裝置，所述電池模塊包括單體電池，所述單體電池平行地并置且彼此串聯(lián)地連接，每個(gè)單體電池包括正端子和負(fù)端子，所述電池模塊進(jìn)一步包括熱交換板，所述熱交換板包括用于傳熱流體的入口和出口，其定位在端子之間，以及非導(dǎo)電連接板，該連接板包括用于端子的通孔和將所述端子成對(duì)地連接在一起的器件，連接板是包括導(dǎo)電軌道的印刷電路。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，連接板還包括用于控制單體電池的電子裝置，所述電子裝置連接到導(dǎo)電軌道。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，連接端子的器件定位為使得，當(dāng)單體電池并置成相同極性的端子布置在電池模塊的同一側(cè)上時(shí)，允許所述端子被連接。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，連接端子的器件定位為使得，當(dāng)單體電池并置成不同極性的端子以交錯(cuò)的配置布置在電池模塊上時(shí)，允許所述端子被連接。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，連接器件定位在連接板的外表面上，即在其與面對(duì)電池模塊的表面的相反的表面上。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，連接器件與連接板的具有增大厚度的導(dǎo)電軌道一體地制造。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，連接器件定位在連接板的厚度內(nèi)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，連接器件具有小于連接板厚度的厚度。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，連接器件具有等于或大于連接板的厚度。
[0021〕 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，連接板由剛性材料制成。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，連接板由柔性材料制成。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，熱交換板獨(dú)立于連接板。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，熱交換板直接地并入到連接板。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，連接器件包括分離肋，所述分離肋將熱交換板與連接器件電絕緣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]本發(fā)明的進(jìn)一步特征和優(yōu)勢(shì)將從閱讀以下通過非限制性說明給出的描述和從研究附圖而變得顯而易見，在附圖中:
[0027]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于電池模塊的熱管理和連接裝置的分解透視圖的示意性表示，
[0028]圖2是根據(jù)另一實(shí)施例的用于電池模塊的熱管理和連接裝置的分解透視圖的示意性表示，
[0029]圖3是定位在電池模塊上的熱管理和連接裝置的橫截面的示意性表示，
[0030]圖4是根據(jù)第一替換實(shí)施例的定位在電池模塊上的熱管理和連接裝置的橫截面的示意性表示，
[0031]圖5是根據(jù)第二替換實(shí)施例的定位在電池模塊上的熱管理和連接裝置的橫截面的示意性表示，
[0032]圖6是根據(jù)第三替換實(shí)施例的定位在電池模塊上的熱管理和連接裝置的橫截面的示意性表示，

【具體實(shí)施方式】
[0033]在各個(gè)圖中，相同的元件標(biāo)有相同的附圖標(biāo)記。
[0034]圖1和2顯示了電池模塊1及其熱管理和連接裝置的分解透視圖。由此，電池模塊1包括彼此平行并置的單體電池3。每個(gè)單體電池3包括端子4，一個(gè)正端子和一個(gè)負(fù)端子。在這些圖1和2中，單體電池3定位為使得，它們的端子對(duì)齊，形成端子4的兩個(gè)對(duì)齊的系列。
[0035]為了區(qū)分同一單體電池3的正和負(fù)端子，并由此避免連接錯(cuò)誤，可以使端子4具有不同直徑。由此，例如，每個(gè)單體電池3的負(fù)端子具有比正端子更大的直徑，反之亦然。
[0036]為了將各單體電池3保持在一起，可以令所述單體電池3夾在兩個(gè)端板13之間，所述兩個(gè)端板通過貫穿螺栓連接。
[0037]為了將各單體電池3串聯(lián)地連接在一起(通過將一個(gè)單體電池3的正端子電連接到其中一個(gè)相鄰單體電池3的負(fù)端子)，熱管理和連接裝置包括連接板20，該連接板不導(dǎo)電但包括將端子4連接在一起的器件6，以及孔22，端子4通過所述孔22。連接板20被設(shè)置在電池模塊1上，且借助固定元件8(比如旋擰到端子4上的螺母)保持在位。
[0038]連接器件6直接存在于連接板20上這一事實(shí)特別地允許電池模塊1的更快的配線。另外，可以將連接防誤防錯(cuò)(￠101^1-701^6)系統(tǒng)直接并入到連接板20內(nèi)，例如通過將不同直徑的正和負(fù)端子與具有相應(yīng)直徑的孔22 —起使用。連接器件6通常是由金屬制成的部件，更具體地由銅制成，其厚度足以承受并電通導(dǎo)兩個(gè)端子4之間的電流。連接器件6可以蝕刻到連接板20中、附接到連接板20，或甚至使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各方法以銅插件的形式生產(chǎn)。在后一情況中，銅插件優(yōu)選地不直接夾持到連接板20的材料上，而是到附接至其的某銅件上。
[0039]連接板20優(yōu)選地是包括導(dǎo)電軌道60的印刷電路，所述導(dǎo)電軌道例如由銅制成，類似地連接單體電池3的正和負(fù)端子。在替換形式中，連接板20可由剛性材料制成，以使其更容易地適配電池模塊1并使電池模塊1更剛性。根據(jù)另一替換形式，另一方面，連接板20可以由柔性或半柔性材料制成，以便使得電池模塊1更模塊化。
[0040]在圖1中所示的示例中，單體電池3彼此平行地并置，使得一個(gè)單體電池3的正端子4定位為面對(duì)在其旁邊并置的一個(gè)或多個(gè)單體電池的負(fù)端子4。因此，正和負(fù)端子4以交錯(cuò)配置布置，形成端子4的兩個(gè)對(duì)齊的系列，且連接器件6定位在連接板20的側(cè)向邊緣上，以便連接相反極性的所述端子4。
[0041]在圖2中所示的示例中，芯部3彼此平行地并置，相同極性的端子4定位在電池模塊1的同一側(cè)上。為了連接相反極性的端子4，連接器件6在寬度上跨過連接板20。
[0042]熱管理和連接裝置還包括用于控制單體電池3的一個(gè)或多個(gè)電子裝置(未示出)，其被布置在連接板20上，且更具體地，連接到連接軌道60。這些電子裝置提供電池模塊1的物理和電參數(shù)的控制和管理，比如其溫度和電壓。布置在連接板20上，電子裝置(一個(gè)或多個(gè))可總體管理和控制電池模塊I，或替代地獨(dú)立地提供單體電池3的管理和控制。由此，可以單獨(dú)地監(jiān)測(cè)構(gòu)建電池模塊I的每個(gè)單體電池3。
[0043]為了調(diào)節(jié)電池模塊I的溫度，熱管理和連接裝置被連接到熱管理裝置，所述熱管理裝置包括熱交換板10，該熱交換板10布置在端子4的對(duì)齊的系列之間，如圖1和2所示。熱交換板10 (通常由金屬制成)在其內(nèi)容納傳熱流體回路，并允許電池模塊I與外部熱管理回路之間的熱能交換。熱交換板10由此包括用于傳熱流體的入口 12A和出口 12B，入口12A和出口 12B被連接到外部熱管理回路。傳熱流體入口 12A和出口 12B可以定位在熱交換板10的同一側(cè)上，以使得適配和連接更容易。
[0044]將熱交換板10定位在端子4的對(duì)齊的系列之間允許電池模塊I的、在需要這樣的熱管理之處的所述熱管理，這是因?yàn)椋?dāng)所述電池模塊I使用時(shí)，最大量的熱量被產(chǎn)生的區(qū)域是端子4之間的區(qū)域(因?yàn)閱误w電池3內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng))。另外，強(qiáng)電流通過連接器件6，且連接器件6對(duì)該電流通過的阻抗還引起熱量產(chǎn)生，該熱量產(chǎn)生可由此通過熱交換板10的存在而被調(diào)節(jié)。
[0045]連接板20允許熱交換板10與電池模塊I的連接器件6之間的電絕緣。具體地，因?yàn)檫@些元件由金屬制成，它們是電導(dǎo)體，且若它們接觸，這將引起短路且將是危險(xiǎn)的。另夕卜，由于固定元件8，連接板20允許一致的壓力被施加到電池模塊I。
[0046]根據(jù)圖1和2中所示的第一實(shí)施例，熱交換板10獨(dú)立于連接板20且定位在電池模塊I的包括端子4的面與連接板20之間。為了提供電絕緣，連接板20可包括絕緣分離元件24。由此，該絕緣分離元件24可由兩個(gè)肋24構(gòu)成，所述兩個(gè)肋作為連接板20的一體部分形成，且定位在端子4和熱交換板10之間。
[0047]根據(jù)尚未圖解的第二實(shí)施例，熱交換板10直接并入到連接板20內(nèi)。
[0048]連接器件6執(zhí)行雙重功能，因?yàn)槌嗽试S電力在各單體電池3的端子4之間傳導(dǎo)之外，它們還允許熱交換板10與端子4之間的增強(qiáng)的熱傳導(dǎo)。由此，由熱交換板10執(zhí)行的熱調(diào)節(jié)在需要熱調(diào)節(jié)的所述端子4處更好。
[0049]圖3至6是在端子4的存在連接器件6和連接軌道60的區(qū)域中電池模塊I的截面示意圖。在各圖3至6中，單體電池3并置，其中它們的端子4交錯(cuò)。
[0050]圖3顯示了連接器件6的第一實(shí)施例，其中這些器件設(shè)置在連接板20的外表面上，即在與面對(duì)電池模塊I的表面的相反的表面上。該實(shí)施例允許連接器件6容易地適配在連接板20上。
[0051]圖4顯示了連接器件6的第二實(shí)施例，其中連接器件與導(dǎo)電軌道60 —體地制造，即形成單個(gè)部件。導(dǎo)電軌道60由此具有增大的厚度，以便改進(jìn)它們的熱傳導(dǎo)，并能夠承受端子4兩側(cè)的電壓。通過限制生產(chǎn)連接板20過程中涉及的步驟數(shù)量，該實(shí)施例尤其使得可以降低制造成本。
[0052]圖5顯示了連接器件6的第三實(shí)施例，其中連接器件6布置在連接板20的厚度內(nèi)，但具有比所述連接板20的厚度更小的厚度。該實(shí)施例由其使得可以減少連接板20的厚度，并增強(qiáng)連接器件6的保護(hù)，因?yàn)檫B接器件在連接板20中被保護(hù)。
[0053]最后，圖6顯示了連接器件6的最后一個(gè)實(shí)施例，其中連接器件也設(shè)置在連接板20的厚度內(nèi)。在該實(shí)施例中，連接器件6具有大于或等于連接板20厚度的厚度。該實(shí)施例還允許連接器件6的良好保護(hù)，以及所述連接器件6 (以插件的形式)在連接板20上的容易的適配。
[0054]由此可清楚地看出，由于連接板20是特別地包括電子控制裝置和熱導(dǎo)體的印刷電路，根據(jù)本發(fā)明的熱管理和連接裝置允許總體上優(yōu)化電池模塊1的控制和管理、以及單體電池3獨(dú)立的控制和管理。另外，將這些各種元件并入到同一個(gè)裝置上允許電池模塊1的更大的緊湊度，以及甚至重量節(jié)省。在將各電池模塊1安裝在車輛內(nèi)方面，其還允許更大的模塊化程度。具體地，由于每個(gè)電池模塊1具有其自己的熱管理和連接裝置，更容易按照需要將其定位在車輛中可獲得的凹部或容腔內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電池模塊⑴的熱管理和連接裝置，所述電池模塊包括單體電池⑶，所述單體電池平行地并置且彼此串聯(lián)地連接，每個(gè)單體電池(3)包括正端子(4)和負(fù)端子(4),所述電池模塊(1)進(jìn)一步包括熱交換板(10),所述熱交換板包括用于傳熱流體的入口(12八)和出口(128)，其定位在端子⑷之間，以及非導(dǎo)電連接板(20)，該連接板包括用于端子(4)的通孔(22)和將所述端子(4)成對(duì)地連接在一起的器件￠)，其特征在于，連接板(20)是包括導(dǎo)電軌道(60)的印刷電路。
2.如權(quán)利要求1所述的熱管理和連接裝置，其特征在于，連接板(20)進(jìn)一步包括用于控制單體電池(3)的電子裝置，所述電子裝置連接到導(dǎo)電軌道(60)。
3.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的熱管理和連接裝置，其特征在于，連接端子(4)的器件(6)定位為使得，當(dāng)單體電池(3)并置成相同極性的端子(4)布置在電池模塊(1)的同一側(cè)上時(shí)，允許所述端子(4)被連接。
4.如權(quán)利要求1和2中的任一項(xiàng)所述的熱管理和連接裝置，其特征在于，連接端子(4)的器件(6)定位為使得，當(dāng)單體電池(3)并置成不同極性的端子(4)以交錯(cuò)的配置布置在電池模塊(1)上時(shí)，允許所述端子(4)被連接。
5.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的熱管理和連接裝置，其特征在于，連接器件(6)定位在連接板(20)的外表面上，即在其與面對(duì)電池模塊(1)的表面的相反的表面上。
6.如權(quán)利要求1至4中的一項(xiàng)所述的熱管理和連接裝置，其特征在于，連接器件(6)與連接板(20)的具有增大厚度的導(dǎo)電軌道￠0) —體地制造。
7.如權(quán)利要求1至4中的一項(xiàng)所述的熱管理和連接裝置，其特征在于，連接器件(6)定位在連接板(20)的厚度內(nèi)。
8.如前一權(quán)利要求所述的熱管理和連接裝置，其特征在于，連接器件(6)具有小于連接板(20)厚度的厚度。
9.如權(quán)利要求7所述的熱管理和連接裝置，其特征在于，連接器件(6)具有等于或大于連接板(20)的厚度。
10.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的熱管理和連接裝置，其特征在于，連接板(20)由剛性材料制成。
11.如權(quán)利要求1至9中的一項(xiàng)所述的熱管理和連接裝置，其特征在于，連接板(20)由柔性材料制成。
12.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的熱管理和連接裝置，其特征在于，熱交換板(10)獨(dú)立于連接板(20)。
13.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的熱管理和連接裝置，其特征在于，熱交換板(10)直接地并入到連接板(20)內(nèi)。
14.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的熱管理和連接裝置，其特征在于，連接板(20)包括分離肋(24),所述分離肋(24)將熱交換板(10)與連接器件￠)電絕緣。
【文檔編號(hào)】H01M10/613GK104380501SQ201380031411
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年5月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月14日
【發(fā)明者】V.福伊拉德, G.埃利奧特, K.喬維恩, F.基爾 申請(qǐng)人:法雷奧熱系統(tǒng)公司