空氣冷卻式電池組的流動均勻性改進(jìn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總地設(shè)及具有多個(gè)電池元件的改進(jìn)型空氣冷卻式電池組,其用于給車輛或 相關(guān)的運(yùn)輸應(yīng)用產(chǎn)生動力,更特別地,設(shè)及改變電池元件模塊或電池組內(nèi)的各獨(dú)立電池元 件中間的空氣流動,使得所述流動依賴于各自模塊或組內(nèi)的每個(gè)電池的位置。
【背景技術(shù)】
[0002] 各種電池,包括裡離子、鉛酸和鑲金屬氨化物電池變體,可構(gòu)造成補(bǔ)充或取代傳統(tǒng) 的內(nèi)燃機(jī)(ICE),用于汽車或相關(guān)運(yùn)輸應(yīng)用。從固定能源和便攜式能源W及從由車輛和其部 件提供的捕獲動能被動地存儲能量的能力,使電池(一般的)及可再充電電池(特別地)理想 地用作轎車、卡車、己±、摩托車及相關(guān)車輛平臺的推進(jìn)系統(tǒng)的一部分。在適于汽車應(yīng)用的 一種形式中,電池被成形為大體薄袋狀矩形電池元件,其具有可連接至共用載電流的電路 的沿邊緣延伸的正負(fù)電壓端子。兩個(gè)該種電池元件通??山M合進(jìn)一個(gè)電池單元中,進(jìn)而可 形成更大的組件一一包括進(jìn)而可形成進(jìn)稱作電池組的完整系統(tǒng)的模塊一一W產(chǎn)生期望的 功率輸出。在一種形式的構(gòu)造中,獨(dú)立的棱柱形電池元件或它們各自的單元被沿著一軸線 堆疊,所述軸線垂直于電池元件的平面并被包含在殼體或相關(guān)結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0003] 在電流充電及放電操作期間,電池組能夠產(chǎn)生大量的余熱。任其發(fā)展,該增長的余 熱會損壞電池元件,并影響它們的操作。為了有助于避免該現(xiàn)象,可將冷卻系統(tǒng)集成到電池 組中。在電池元件被堆疊或W大致重復(fù)的方式布置的構(gòu)造中,繞著該些電池元件形成殼體 或其它電池結(jié)構(gòu),W便于空氣輸送至電池組內(nèi)的各獨(dú)立模塊和電池元件。在一種形式中,流 體輸送管路可為限定在殼體壁與支撐各獨(dú)立電池元件的邊緣的框架的表面之間的空氣歧 管或氣室的形式。盡管該種方法具有給所有與氣室相鄰的電池元件提供相對無阻礙的空氣 流路的優(yōu)勢,但是對于顯著空氣流(及伴隨而來的溫度)存在各電池元件之間不均勻的潛在 可能;該主要由于當(dāng)空氣從電池組的入口氣室到出口氣室流動時(shí)在相鄰電池元件或冷卻板 之間形成的通道之間的不均勻壓降。
[0004] 一種構(gòu)造有空氣冷卻的特殊形式的電池組稱為"Z型"空氣冷卻式電池組。Z型流 電池組和U型流電池組為兩種不同布置的空氣冷卻式電池組,其名字有關(guān)于流動方向或流 型。在Z型流中,冷卻液從入口流入電池組,使得其通過空氣歧管或氣室,并在支撐堆疊電 池元件的邊緣的框架的上表面之上流過,然后向下流過在相鄰電池元件之間由電池元件及 它們各自冷卻板形成的冷卻通道,最后通過流經(jīng)支撐堆疊電池元件的邊緣的框架的上表面 而通過出口流出。通過使空氣通過冷卻通道,在各獨(dú)立電池元件或冷卻板的平面與移動空 氣之間發(fā)生大量的熱交換。所述入口和出口位于電池組的相對兩側(cè)。相反,在U型流電池 組中,入口和出口通常在電池組的相同側(cè)。盡管通過使用曲形的上下氣室可改進(jìn)Z型流電 池組的流率的均勻性,但是限定在電池組中相鄰電池元件或模塊之間的空間的各獨(dú)立冷卻 通道的流率的最大變化仍可高達(dá)20%。在流體地上游的電池模塊的最后一個(gè)通道與相鄰下 游模塊的第一個(gè)通道之間存在很大距離的情形下,該問題尤其顯著;其中該距離大于相同 模塊內(nèi)的相鄰?fù)ǖ乐g的距離,產(chǎn)生的壓力差使得在每個(gè)電池模塊的第一個(gè)通道內(nèi)及周圍 的驅(qū)動力巧日產(chǎn)生的流動)相對于其更緊密對準(zhǔn)的內(nèi)部模塊通道被顯著地降低。
[0005] 除了冷卻,應(yīng)當(dāng)處理傳統(tǒng)電池組組件的殼體和冷卻氣室的結(jié)構(gòu)剛度考慮因素。盡 管已使用波紋或相關(guān)的突起來提高電池組中使用的冷卻氣室的剛度,由使用該種帶波紋的 電池組產(chǎn)生的各獨(dú)立冷卻通道的流率變化通常高于無波紋的電池組。該樣,更高剛度組件 結(jié)構(gòu)的利益可能與最佳冷卻流設(shè)計(jì)不一致。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面,公開了在作為更大電池組件(例如前述電池模塊或電池 組)的一部分的W堆疊關(guān)系布置的一系列電池元件周圍的空氣流氣室或歧管的表面的修 改。為了提高各電池模塊的前幾個(gè)通道的入口壓力W改進(jìn)各獨(dú)立冷卻通道的流率的均勻 性,可于特定位置在氣室流路中建立用來增強(qiáng)氣室剛度的波紋(bead)或相關(guān)的起伏,W促 進(jìn)冷卻流體壓力更均等的分布。例如,通過將入口氣室截面積內(nèi)的該樣的起伏與各模塊的 沿空氣流動方向的前幾個(gè)冷卻通道對齊,所述波紋(其被看作在氣室的對應(yīng)于各模塊的前 幾個(gè)冷卻通道的部分于入口氣室內(nèi)形成凹痕或凹槽)增大了局部截面積,進(jìn)而局部地增加 了壓力。該樣,靜壓力的該種局部增加傾向于促進(jìn)更大的空氣流通過各模塊的前幾個(gè)電池 元件的相鄰?fù)ǖ馈?br>[0007] 在本文上下文中,所述波紋是到管道壁的任何添加,W不僅增強(qiáng)管道剛度,而且改 進(jìn)了各獨(dú)立冷卻通道的流率的均勻性。因此,形成在氣室或相關(guān)管道中的彎曲、凹口和其他 特征可升高管道的慣性矩(從而升高剛度),同時(shí)對于鄰近該該些波紋的冷卻通道產(chǎn)生有利 的局部高壓區(qū)域。使每個(gè)波紋的寬度與兩個(gè)相應(yīng)相鄰?fù)ǖ乐g的距離近似相同;該有將受 影響的電池元件或模塊中的冷卻空氣流率的變化降低大約50%的效果。特別地,在已經(jīng)使 用波紋來增加氣室剛度的情形下,它們?nèi)绫疚乃龅闹匦露ㄎ恢料噜徧囟ㄎ恢貌粫眍~ 外的重量或復(fù)雜性損失。在一種特定構(gòu)造中,每個(gè)電池模塊截面都具有布置在入口氣室的 與各模塊前幾個(gè)通道的邊緣相鄰的表面上的兩個(gè)波紋。
[000引在本文上下文中,電池組被認(rèn)為是對于為其設(shè)計(jì)所述電池組的車輛的推進(jìn)所必要 的基本完整的部件的組件或系統(tǒng),而電池模塊和各獨(dú)立電池元件及元件單元是巧日上所述) 被認(rèn)為是整個(gè)系統(tǒng)的子部件。該模塊化結(jié)構(gòu)允許損壞或磨損的電池元件和模塊的方便置 換,無需不得不維修或置換整個(gè)電池組。另外,用于車輛應(yīng)用的電池組的部件的組件可包 括一一除了多個(gè)電池元件之外一一殼體、冷卻板、框架、托盤、緊固機(jī)構(gòu)、W及盡管對電力的 產(chǎn)生沒有貢獻(xiàn)、但形成整個(gè)電池系統(tǒng)組件重要部分的其他設(shè)備。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面,公開了一種電池組組件,包括多個(gè)模塊化電池元件,每個(gè) 電池元件都構(gòu)造成產(chǎn)生電流。所述電池元件的至少一些彼此基本上對齊,W在它們之間限 定堆疊的關(guān)系。另外,形成多個(gè)冷卻通道,使得每個(gè)都作為在所述堆疊關(guān)系中的相鄰間隔的 成對電池元件或冷卻板之間的冷卻流體流路。該些冷卻通道與構(gòu)造成為各電池元件循環(huán)冷 卻流體的氣室流體地配合。氣室的至少一部分包括形成在其表面上的一個(gè)或多個(gè)剛度增強(qiáng) 波紋;該設(shè)置確保通過所述氣室輸送的冷卻流體的一部分W如下方式被輸送至相鄰冷卻通 道的至少一個(gè):在所述波紋附近的區(qū)域中壓力的局部增加促進(jìn)了進(jìn)入該些冷卻通道的一部 分冷卻流體相對于不鄰近所述波紋的那些冷卻通道的冷卻流體更大的流動。在一種形式 中,所述多個(gè)模塊化電池元件的一部分和所述多個(gè)冷卻通道的相應(yīng)部分限定了電池模塊。 同樣,電池模塊內(nèi)的電池元件的堆疊關(guān)系使得在電池模塊的前部發(fā)生冷卻流體在增高壓力 下輸送至相應(yīng)的(一個(gè)或多個(gè))冷卻通道。在本文上下文中,模塊的前部是先遇到引入的冷 卻流體的部分。相反,模塊的其他部分,如中部、后部等,是在模塊前部的下游遇到冷卻流體 的部分。在非限制性實(shí)例中,模塊的前部可對應(yīng)于可包括八至十個(gè)該類電池元件單元的模 塊中前一到=對電池元件(或元件單元)的任何一個(gè)。依賴于各模塊的尺寸,每個(gè)都可包括 更多或更少的數(shù)量。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面,公開了一種汽車推進(jìn)系統(tǒng)。在本文上下文中,汽車的本質(zhì) 被理解為包括所有路面行駛運(yùn)輸平臺,包括轎車、卡車、摩托車、己±等。所述推進(jìn)系統(tǒng)包括 由W模塊化格式布置的多個(gè)電池元件構(gòu)成的電池組組件,使得在各模塊內(nèi)的相鄰電池元件 之間W及在相鄰模塊之間限定冷卻通道。所述系統(tǒng)還包括構(gòu)造成輸送冷卻流體(例如空氣) 至所述電池組中的各電池元件和模塊的部件,該種部件包括氣室、管路、歧管或相關(guān)管道, 其被設(shè)置成與形成于每個(gè)模塊內(nèi)的相鄰電池元件之間W及相鄰模塊之間的通道流體連通。 一種形式中,此管道沿著流動軸線(通常與本公開別處提到的堆疊軸線重合)W基本上連續(xù) 的方式輸送冷卻流體至所述電池元件、模塊和相應(yīng)的冷卻通道。剛度增強(qiáng)波紋形成在所述 管道的表面,并被布置成鄰近所述模塊的至少一個(gè)的前部。該樣,局部截面積的增大