模块化电池系统技术方案

本文公开了一种模块化电池系统，其具有至少一组串行连接的优选为单块模块的电池模块。每个电池模块设计有第一和第二端板，并设置在第一和第二端板之间，且至少一个带状构件将端板相互连接，并将电池模块结合在端板之间。端板紧固在一对轨道之间，且系统布置在系统壳体中。冷却集管提供其中冷却剂流入并离开每个电池模块的系统。系统壳体优选地具有冷却剂入口和出口。冷却集管与冷却剂入口和出口流动连通。电池监控系统可包括电池控制模块和至少一个远程传感模块，优选地监控并收集电池模块的性能和状态信息，譬如电压和温度。集成控制单元（ＩＣＵ）可设置在系统壳体中。ＩＣＵ维持电子器件，其中一些用于收集由电池模块产生的电能和／或监控系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及可充电高性能电池、模块和组的改进。特别地，本专利技术涉及结合到模块化电池系统中的多芯单块电池(multi-cell monoblock battery )。
技术介绍
可克电镍氢(NI-MH)电池用于各种工业和商业应用中，例如叉式起重 机、高尔夫球车、不间断电源、纯电动车辆和混合电动车辆。车辆应用包括 涉及推进的应用以及涉及起动、照明和点火的应用。电池操作对于电动车辆和混合动力车辆应用来说一个尤其重要的方面 是热管理。在电动和混合动力车辆应用中独立的电化电池靠得很近地结合一 起。很多电池都是电学地和热学地耦合到一起。因此，在这些应用中使用的 镍氢电池在操作中可能产生巨大的热。热源主要来自三方面。第一，由于在 炎热气候下车辆操作导致的环境热。第二，在充电和放电中的电阻或^R加 热，其中I是流入或流出电池的电流，R是电池的电阻。第三，在过度充电 期间由于气体再化合而产生的巨大的热。电池在充电和放电操作中由于电极反应而产生焦耳热和反应热。包括一 系列具有较大容量电池的电池模块(module battery)或包括一系列电池模块 的电池组由几十至几百个设置为相互邻接的电池构成。这些电池具有增大的 电容量和密封的构造，增加了热积累的量，其结果是从电池散热变得缓慢， 因而产生的热量积累在电池中。从而，这样的电池的内部温度升高程度大于 较小的电池。美国专利No.5879831 (下文中称为"831专利")揭露了一种 电池模块，其具有多个单独的电池，这些电池通过焊接在角部的结合/压缩装 置紧固，以在经受运输或使用的机械振动时限制电池移动和挪动。美国专利 No.5663008 (下文中称为"008专利，，)揭露了 一种电池模块，其具有多个紧 固在两个端板之间的电池和用于连接端板的带状结合构件。所揭露的设计的 主要目的是防止电池盒体的变形。然而，'831专利和'008专利都没有描述具有用轨道紧固的多个模块的模块化电池系统。此外，'831专利和'008专 利都没有揭露具有在单块(monoblock)内的单独电池之间的内部电连接的 模块。尽管关于散热的问题是所有蓄电池系统都需要面对的问题，但是它们对 于镍氢电池系统来说尤其重要。因为Ni-MH具有高比能且充电和放电电流 也4艮高。第二，因为Ni-MH具有异常能量密度(即能量非常紧凑地存储)， 散热例如比铅酸电池更加困难。这是因为其表面积体积比远小于铅酸电池， 这意味着虽然Ni-MH电池比铅酸电池产生更多的热，但热消散表面减少了 。此外，尽管Ni-MH电池的充电和放电期间产生的热在小消耗电池中一 般不是问题，然而，较大的电池(尤其是当串联或并联使用多于一个电池时) 在充电和放电时产生大量的热足以影响电池的最终性能。在美国专利No. 6255015、美国专利No. 6864013和美国专利申请No.10/848277中提出了镍氪电池的热管理问题，这些专利的全部内容在此引入 以作参考。Meadows等的美国专利No. 5356735中提供了单块电池的一个例子，该 专利在此引入以作参考。Corrigan等的美国专利No. 6255015中提供了另一 个例子，该专利在此引入以作参考。当前，现有技术中存在对这样的模块化电池系统的需要，该电池系统提 供了独立模块的稳定性和系统的热管理，从而在除了其他方面之外，还可以 减少系统的过热、盒体的变形和对系统的沖击。此外，现有技术中存在对这 样的模块化电池系统的需要，该电池系统使用电池管理系统，以监控模块化 电池系统中的每一个电池模块的性能和状态信息。
技术实现思路
本文公开了 一种模块化电池系统，具有至少 一组串行连接的电池模块， 其中所述电池模块优选为单块模块。每一个电池模块都设计为具有第一端板 和第二端板，其中每一个电池模块设置在所述第一和第二端板之间，并且至 少一个带状构件将端板相互连接，并将电池模块结合在端板之间。端板紧固 在一对轨道之间，且系统布置在系统壳体中。冷却集管提供其中冷却剂流入 并离开每一个电池模块的系统；优选地冷却集管包括流动通道的互锁系统。 系统壳体优选地具有冷却剂入口和冷却剂出口 。冷却集管与冷却剂入口和冷却剂出口流动相通。此外，实施例包括各种紧固和稳定机构，譬如支撑梁、凸缘、压紧杆(hold down bar),其使得本专利技术的模块化电池系统经得起各种 导致机械振动的应用。优选地，本专利技术的模块化电池系统允许使用叉式起重 机沿轴线方向提升，且本专利技术的模块化电池系统是独立组件，其支撑和安装 系统元件。优选地，系统包括用于从系统释放气体并防止湿气进入或离开系统的机 构，譬如设置在系统盖或系统壳体的开口中的透气疏水隔膜。优选地，本发 明的模块化电池系统包括电池监控系统(BMS),其监控电池电压、电池温 度、电池组电压、电池组电流和电介质隔离。本文公开了 一种模块化电池系统，其具有可以设置在系统壳体中的集成 控制单元(ICU)。 ICU维持电子器件，其中一些用于收集由电池模块产生的 电能和监控系统。优选地，ICU包括电池控制模块(BCM)、保险丝、分流 器、主正极接触器、主负极接触器、预充电继电器和预充电电阻器。优选地， 每一个模块与远程传感模块(RSM)电连通，其中每一个RSM模块可以与 多于一个模块连通。RSM收集每一个电池模块的性能和状态信息，譬如电 压和温度，并将信息传送到BCM。优选地，RSM的地址允许BCM从所有 的RSM独立地获取数据。在另 一 实施例中，本文公开了 一种具有至少 一个子系统的模块化电池系 统，所述子系统包括优选地串行连接的电池模块。该子系统包括电池模块， 每一个电池模块都具有第一端板和第二端板，其中每一个电池模块设置在各 自的第一和第二端板之间。多个带状构件将每个第一和第二端板相互连接， 并将电池模块结合在端板之间。此外，端板紧固在一对轨道之间，优选地将 端板栓接到靠近的轨道。冷却集管提供了 一种其中冷却剂流入并离开每一个 电池模块的系统；优选地冷却集管包括流动通道的互锁系统。优选地，模块 化电池系统包括至少第一子系统。然而，任意数量的子系统可以结合有冷却 剂搭接片，该搭接片连接各自子系统的冷却集管，以允许冷却剂从第一子系 统串行流动到最后的子系统。每一个子系统都可以布置在系统壳体中，其中 系统壳体具有冷却剂入口和冷却剂出口 。冷却剂入口与第 一子系统冷却集管 流动连通，且冷却剂出口与最后的子系统冷却集管流动连通。附图说明现在参考附图以便于帮助理解本专利技术及其各实施例的各方面，其中相似 的参考标号指代相似的元件。这些附图仅仅是示例性的，而不是用来限定本 专利技术。图1A是模块化电池系统的实施例的透视图，其中单块模块以12x2的阵列串行连接，其中压紧杆有助于紧固系统的组件；图IB是具有盖的模块化电池系统的实施例的透视图；图1C是模块化电池系统的实施例的透视图，其中单块模块以12 x 2的阵列串行连接，其中保持通道夹具(hold channel clamp )有助于紧固系统的组件，所述系统包括气流通道；图2是图1A的放大视图，其提供了母线(bus bar)和互锁的冷却剂通道的视图；图3是子系统的实施例的透视图，并提供了连接到具有紧固环的轨道的 端板的视图；图4A是用于模块化电池系统的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化电池系统，包括：多个电池模块；每一个所述电池模块具有第一端板和第二端板，每一个所述电池模块设置在所述第一端板和第二端板之间；至少一个带状构件，其使所述第一端板和第二端板中的每一个相互连接，并将所述电池模块结合在所述端板之间；和一对轨道，其中所述端板紧固在所述轨道之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴比伯克，汉斯I约翰森，乔纳森L弗赖曼，罗伯特J梅利卡，尼克卡迪特萨斯，
申请(专利权)人：科巴西斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]