用于鋰離子電池模塊的冷卻系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于鋰離子電池模塊的冷卻系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的參見引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年7月25日提交的名稱為“用于鋰離子電池模塊和系統(tǒng)的增強(qiáng)被動(dòng)冷卻方法”的美國臨時(shí)申請(qǐng)序號(hào)61/858，364的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該申請(qǐng)的全部內(nèi)容為了所有目的以引用方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]本公開大體上涉及電池和電池模塊的領(lǐng)域。更具體地說，本公開涉及用于鋰離子電池模塊的冷卻系統(tǒng)。
[0004]本部分旨在向讀者介紹可能與以下描述和/或要求權(quán)利的本公開各個(gè)方面有關(guān)的領(lǐng)域的各個(gè)方面。相信此論述有助于為讀者提供背景信息以促進(jìn)本公開的各個(gè)方面的更好理解。因此，應(yīng)理解的是，這些陳述應(yīng)從這個(gè)角度來閱讀，而不應(yīng)作為對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。
[0005]使用一個(gè)或多個(gè)電池系統(tǒng)為車輛提供全部或一部分原動(dòng)力的車輛可以稱為xEV，其中術(shù)語“xEV”在本文被定義為包括以下使用電力用于其全部或者其部分車輛原動(dòng)力的車輛或其任何變型或組合。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，混合動(dòng)力車輛(HEV)將內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)和電池供電的電力推進(jìn)系統(tǒng)相結(jié)合，諸如48伏(V)或130V系統(tǒng)。術(shù)語HEV可以包括混合動(dòng)力車輛的任何變型。例如，全混合動(dòng)力系統(tǒng)(FHEV)可以使用一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)、僅使用一個(gè)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)或者同時(shí)使用二者來將動(dòng)力和其他電力提供給車輛。相比之下，輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)(MHEV)在車輛怠速時(shí)禁用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)并且使用電池系統(tǒng)來繼續(xù)為空氣調(diào)節(jié)單元、廣播或其他電子器件供電，以及在需要推進(jìn)時(shí)重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)還可以在，例如加速期間，采用某種程度的動(dòng)力輔助，以補(bǔ)充內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。輕度混合動(dòng)力通常是96V至130V，并且通過集成有皮帶或曲柄的起動(dòng)發(fā)電機(jī)來恢復(fù)制動(dòng)能量。另外，微混合動(dòng)力車輛(mHEV)也使用類似于輕度混合動(dòng)力的“停止-起動(dòng)”系統(tǒng)，但是mHEV的微混合動(dòng)力系統(tǒng)可以對(duì)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)動(dòng)力輔助或者可以不對(duì)其供應(yīng)動(dòng)力輔助，并且在低于60V的電壓下操作。為了本論述的目的，應(yīng)注意的是，mHEV通常在技術(shù)上不將直接提供到曲軸或變速器的電力用于車輛的原動(dòng)力的任何部分，但是mHEV仍可以被認(rèn)為是xEV，因?yàn)楫?dāng)車輛在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)被禁用的情況下怠速時(shí)其使用電力來補(bǔ)充車輛的電力需要，并且通過集成的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)來恢復(fù)制動(dòng)能量。此外，充電式電動(dòng)車輛(PEV)是可以從外部電力源(諸如壁式插座)充電的任何車輛，并且存儲(chǔ)在可再充電電池組中的能量驅(qū)動(dòng)或者有助于驅(qū)動(dòng)車輪。PEV是電動(dòng)車輛的子類別，包括全電動(dòng)或電池電動(dòng)車輛(BEV)、充電式混合動(dòng)力車輛(PHEV)以及在混合動(dòng)力車輛與常規(guī)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)車輛之間轉(zhuǎn)換的電動(dòng)車輛。
[0006]如上所述，與僅使用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)(通常是由鉛酸電池供電的12V系統(tǒng))的更傳統(tǒng)的汽油動(dòng)力車輛相比，xEV可提供若干優(yōu)點(diǎn)。例如，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃車輛相比，xEV可以產(chǎn)生較少的不良排放產(chǎn)物并且可以呈現(xiàn)出更大的燃料效率，并且在一些狀況下，這些xEV可以完全消除汽油的使用，如在某些類型的PHEV的狀況下。
[0007]隨著技術(shù)持續(xù)發(fā)展，需要提供一種用于這些車輛的改進(jìn)的動(dòng)力源，特別是電池模塊。例如，在傳統(tǒng)的配置中，電池模塊可能包括配置成冷卻電池模塊的笨重或復(fù)雜的組件或系統(tǒng)。笨重或龐大的冷卻組件可能增加電池模塊的重量、尺寸或體積，因此減少電池模塊的能量密度和/或增加電池模塊的成本。另外，復(fù)雜的冷卻組件可能使得電池模塊及其部件的組裝和/或制造變復(fù)雜，這可能導(dǎo)致增加電池模塊的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]以下概述根據(jù)本公開的主題的某些實(shí)施例范圍。這些實(shí)施例并不旨在限制本公開的范圍，而是這些實(shí)施例僅旨在提供某些公開的實(shí)施例的簡要概述。事實(shí)上，本公開可以涵蓋可以與以下闡述的實(shí)施例類似或不同的各種形式。
[0009]本公開涉及一種電池模塊，該電池模塊具有電化學(xué)單元和配置成容納電化學(xué)單元的殼體。殼體包括具有第一表面和第二表面的第一側(cè)壁。殼體還包括穿過殼體的第一側(cè)壁從第一表面延伸到第二表面的冷卻通道，其中冷卻通道被配置成允許穿過冷卻通道的流體流動(dòng)以用于冷卻電化學(xué)單元。冷卻通道中的每一個(gè)包括跨第一側(cè)壁的第一表面的第一截面區(qū)域和跨第一側(cè)壁的第二表面的第二截面區(qū)域，其中第一截面區(qū)域不等于第二截面區(qū)域。冷卻通道中的每一個(gè)還包括在第一截面區(qū)域與第二截面區(qū)域之間延伸的漸縮部分。
[0010]本公開還涉及一種殼體，該殼體具有第一側(cè)壁和與第一側(cè)壁相對(duì)設(shè)置的第二側(cè)壁。殼體還包括設(shè)置在殼體的第一與第二側(cè)壁之間并且由從第一和第二側(cè)壁向內(nèi)延伸的隔板限定的內(nèi)槽。內(nèi)槽被配置成容納電化學(xué)單元并且隔板被隔開以使得每個(gè)內(nèi)槽的大小能容納一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)單元。殼體的第一和第二側(cè)壁包括配置成設(shè)置在電化學(xué)單元的端子附近的頂表面和與頂表面相對(duì)設(shè)置的底表面。第一和第二側(cè)壁還包括穿過第一和第二側(cè)壁從頂表面延伸到底表面的冷卻通道。冷卻通道被配置成允許穿過電化學(xué)單元的側(cè)面附近的流體流動(dòng)，以用于借助于從電化學(xué)單元通過至少一個(gè)殼體并且到達(dá)多個(gè)冷卻通道的熱傳遞來冷卻電化學(xué)單元。每個(gè)冷卻通道從頂表面到底表面或者從底表面到頂表面是漸縮的。
[0011]本公開還涉及一種用于電池模塊的殼體，其中殼體包括至少一個(gè)側(cè)壁，所述側(cè)壁被配置成沿由殼體容納的電化學(xué)單元的側(cè)面設(shè)置。至少一個(gè)側(cè)壁包括配置成設(shè)置在電化學(xué)單元的端子附近的頂表面、與頂表面相對(duì)設(shè)置的底表面、穿過至少一個(gè)側(cè)壁從頂表面延伸到底表面的冷卻通道以及在至少一個(gè)側(cè)壁內(nèi)延伸并且聯(lián)接到冷卻通道的水平腔。殼體還包括冷卻插入物，該冷卻插入物被配置成設(shè)置在水平腔內(nèi)以使得冷卻插入物至少部分地延伸穿過多個(gè)冷卻通道。
【附圖說明】
[0012]圖1是具有根據(jù)本文實(shí)施例配置以向車輛的各個(gè)不同部件提供電力的電池模塊的車輛的立體圖；
[0013]圖2是圖1的車輛和電池模塊的實(shí)施例的剖面示意圖；
[0014]圖3是用于圖1的車輛中的電池模塊的一部分的實(shí)施例的立體圖，該電池模塊具有含有冷卻通道的殼體；
[0015]圖4是根據(jù)本公開的一個(gè)方面的用于圖3的電池模塊的殼體的實(shí)施例的立體圖；
[0016]圖5是根據(jù)本公開的一個(gè)方面的具有圓形冷卻通道的圖3的殼體的實(shí)施例的俯視圖；
[0017]圖6是根據(jù)本公開的一個(gè)方面的具有矩形冷卻通道的圖3的殼體的實(shí)施例的俯視圖；
[0018]圖7是根據(jù)本公開的一個(gè)方面的具有三角形冷卻通道的圖3的殼體的實(shí)施例的俯視圖；
[0019]圖8是根據(jù)本公開的一個(gè)方面的具有漸縮圓形冷卻通道的圖3的殼體的實(shí)施例的剖面立體圖；
[0020]圖9是根據(jù)本公開的一個(gè)方面的具有漸縮矩形冷卻通道的殼體的實(shí)施例的剖面立體圖；
[0021]圖10是根據(jù)本公開的一個(gè)方面的具有漸縮三角形冷卻通道的殼體的實(shí)施例的剖面立體圖；
[0022]圖11是配置成設(shè)置在電池模塊的殼體的一部分中的冷卻插入物的實(shí)施例的立體圖；
[0023]圖12是具有圖11的冷卻插入物的圖3的殼體的實(shí)施例的一部分的底部立體圖；
[0024]圖13是配置成設(shè)置在電池模塊的殼體的一部分中的圖11的冷卻插入物的實(shí)施例的立體圖；
[0025]圖14是具有圖13的冷卻插入物的圖3的殼體的實(shí)施例的一部分的底部立體圖；
[0026]圖15是配置成設(shè)置在電池模塊的殼體的一部分中的圖11的冷卻插入物的實(shí)施例的立體圖；
[0027]圖16是具有圖15的冷卻插入物的圖3的殼體的實(shí)施例的一部分的底部立體圖；
[0028]圖17是配置成設(shè)置在電池模塊的殼體的一部分中的圖11的冷卻插入物的實(shí)施例的立體圖；
[0029]圖18是具有圖17的冷卻插入物的圖3的殼體的實(shí)施例的一部分的底部立體圖；
[0030]圖19是配置成設(shè)置在電池模塊的殼體的一部分中的圖11的冷卻插入物的實(shí)施例的立體圖；
[0031]圖20是具有圖19的冷卻插入物的圖3的殼體的實(shí)施例的一部分的底部立體圖；
[0032]圖21是具有圖19的冷卻插入物的圖3的殼體的實(shí)施例的一部分的底部立體圖；
[0033]圖22是配置成設(shè)置在電池模塊的殼體的一部分中的圖11的冷卻插入物的實(shí)施例的立體圖；以及
[0034]圖23是具有圖22的冷卻插入物的圖3的殼體的實(shí)施例的一部分的底