[發明專利]具有主動冷卻的大功率電接口的電池模塊

在審

• 申請號: 201980069098.7
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN113646963A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: N·C·溫;K·巴特菲爾德;T·柯林斯;K·歐內爾;E·巴塞利
• 申請（專利權）人: 瑞維安知識產權控股有限責任公司
• 主分類號: H01M50/50
• 分類號: H01M50/50;H01M50/543;H01M10/613;H01M10/6553;H01M10/6556;H01M10/6567
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 宋巖

使用主動冷卻的大功率電接口實現電池模塊的效率。電池模塊包括多個電池單元、聯接到電池單元的至少一個匯流條、電聯接到至少一個匯流條的連接器以及熱聯接到第一連接器的至少一個冷卻部件。電池單元可以布置成兩層，每層包括由匯流條連接的多個電池單元。連接器包括觸點，通過該觸點，電池模塊可以聯接到外部電路。至少一個冷卻部件為電池單元和連接器提供冷卻，且可放置在電池模塊的表面上或電池單元層之間。

相關申請的交叉引用

本公開要求2018年11月13日提交的美國臨時申請第62/760,435號的權益，在此將該臨時申請以全文引用的方式并入本文中。

發明內容

本公開涉及大功率電池，并且更具體地涉及主動冷卻電池和電接口兩者。

例如電動車輛的車輛可包括電池單元，以為車輛提供和/或補充驅動功率。車輛可具有用于電池單元的有限空間。電池單元可以是模塊的一部分，模塊包括諸如單元的控制系統和冷卻的其它部件，并且電池單元可以密集地包裝在框架內。電池單元可以經由觸點彼此電連接，所述觸點可例如通過經由線束、匯流條等連接一個或多個電池來傳導高電流。電池模塊內的部件的選擇可以基于熱考慮因素(例如，基于電阻/熱產生、冷卻能力、熱質量等)和/或基于電考慮因素(例如，諸如蠕變和間隙)。

大功率電連接器，如連接車輛內的電池模塊的電連接器，通常可以主要基于熱考慮因素而受到限制。在這種系統中，電阻與最小部件尺寸(x、y、z、軸向或徑向)大致線性地縮放，而冷卻能力與兩個最小尺寸一起縮放，并且熱質量與三個初級尺寸(x、y和z)一起縮放。對于密集包裝的電池系統，例如由于連接器的最小尺寸不夠小，故電池連接器可減小系統的總體積能量密度(例如，大約5-10％)。換句話說，由于電阻與最小部件尺寸大致相反線性地縮放，因此連接器的最小尺寸通常需要足夠大以防止過熱，這繼而降低系統的能量密度。此類連接器由環境空氣被動冷卻，導致5-50W/m²K的熱傳遞系數。連接器還可具有對于其體積而言相對低的熱質量，且可通過經由連接的匯流條或線纜發生的散熱來實現附加冷卻。

本公開通過向連接器提供主動冷卻來克服常規連接器的問題。在本公開的示范性實施例中，電池單元之間的電連接器的冷卻能力提高，從而提供鄰近連接器的主動散熱器。諸如具有冷卻劑流的冷板的冷卻部件可以熱聯接到連接器以基本上提高冷卻能力。冷卻部件可設計成與連接器相接，以增加或最大化從連接器到其相關聯的冷元件的熱交換，從而導致大約300W/m²K的有效熱傳遞系數。在示范性設計中，由于主動冷卻而改進的連接器的電特性可以允許連接器的安培容量大約2.5倍的增加(例如，基于300W/m²K/50W/m²K的平方根)。連接器容量的這種增加可能與垂直于被冷卻區域的連接器的尺寸相反地縮放。在一項測試中，已發現主動冷卻將連接器的安培容量增加了大約2.0倍。連接器的安培容量增加使得能夠使用較小形狀因數的連接器，因此增加電池系統的能量密度。

在一些實施例中，電池模塊包括多個電池單元、電聯接到電池單元的至少一個匯流條、電聯接到至少一個匯流條的第一連接器以及熱聯接到第一連接器的至少一個冷卻部件。第一連接器包括構造成與外部電路的對應連接器相接的觸點。

在一些實施例中，多個電池單元包括第一電池單元層和第二電池單元層。第一連接器經由至少一個匯流條電聯接到第一電池單元層，且電池模塊進一步包括電聯接到第二電池單元層的第二連接器。電池單元層可以鄰近于彼此位于電池模塊內。在一些實施例中，至少一個冷卻部件至少部分地在第一電池單元層與第二電池單元層之間延伸。第一連接器可以從第一電池單元層向外延伸，并且第二連接器可以從第二電池單元層向外延伸。至少一個冷卻部件可類似地從第一電池單元層和第二電池單元層向外延伸，使得至少一個冷卻部件的表面鄰近第一連接器，且至少一個冷卻部件的表面鄰近第二連接器。