專利名稱：模塊化電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及可充電高性能電池、模塊和組的改進(jìn)。特別地，本發(fā)明涉及結(jié)合到模塊化電池系統(tǒng)中的多芯單塊電池(multi-cell monoblock battery )。
背景技術(shù)：
可克電鎳氫(NI-MH)電池用于各種工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中，例如叉式起重 機(jī)、高爾夫球車、不間斷電源、純電動(dòng)車輛和混合電動(dòng)車輛。車輛應(yīng)用包括 涉及推進(jìn)的應(yīng)用以及涉及起動(dòng)、照明和點(diǎn)火的應(yīng)用。電池操作對(duì)于電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力車輛應(yīng)用來說一個(gè)尤其重要的方面 是熱管理。在電動(dòng)和混合動(dòng)力車輛應(yīng)用中獨(dú)立的電化電池靠得很近地結(jié)合一 起。很多電池都是電學(xué)地和熱學(xué)地耦合到一起。因此，在這些應(yīng)用中使用的 鎳氫電池在操作中可能產(chǎn)生巨大的熱。熱源主要來自三方面。第一，由于在 炎熱氣候下車輛操作導(dǎo)致的環(huán)境熱。第二，在充電和放電中的電阻或^R加 熱，其中I是流入或流出電池的電流，R是電池的電阻。第三，在過度充電 期間由于氣體再化合而產(chǎn)生的巨大的熱。電池在充電和放電操作中由于電極反應(yīng)而產(chǎn)生焦耳熱和反應(yīng)熱。包括一 系列具有較大容量電池的電池模塊(module battery)或包括一系列電池模塊 的電池組由幾十至幾百個(gè)設(shè)置為相互鄰接的電池構(gòu)成。這些電池具有增大的 電容量和密封的構(gòu)造，增加了熱積累的量，其結(jié)果是從電池散熱變得緩慢， 因而產(chǎn)生的熱量積累在電池中。從而，這樣的電池的內(nèi)部溫度升高程度大于 較小的電池。美國(guó)專利No.5879831 (下文中稱為"831專利")揭露了一種 電池模塊，其具有多個(gè)單獨(dú)的電池，這些電池通過焊接在角部的結(jié)合/壓縮裝 置緊固，以在經(jīng)受運(yùn)輸或使用的機(jī)械振動(dòng)時(shí)限制電池移動(dòng)和挪動(dòng)。美國(guó)專利 No.5663008 (下文中稱為"008專利，，)揭露了 一種電池模塊，其具有多個(gè)緊 固在兩個(gè)端板之間的電池和用于連接端板的帶狀結(jié)合構(gòu)件。所揭露的設(shè)計(jì)的 主要目的是防止電池盒體的變形。然而，'831專利和'008專利都沒有描述具有用軌道緊固的多個(gè)模塊的模塊化電池系統(tǒng)。此外，'831專利和'008專 利都沒有揭露具有在單塊(monoblock)內(nèi)的單獨(dú)電池之間的內(nèi)部電連接的 模塊。盡管關(guān)于散熱的問題是所有蓄電池系統(tǒng)都需要面對(duì)的問題，但是它們對(duì) 于鎳氫電池系統(tǒng)來說尤其重要。因?yàn)镹i-MH具有高比能且充電和放電電流 也4艮高。第二，因?yàn)镹i-MH具有異常能量密度(即能量非常緊湊地存儲(chǔ))， 散熱例如比鉛酸電池更加困難。這是因?yàn)槠浔砻娣e體積比遠(yuǎn)小于鉛酸電池， 這意味著雖然Ni-MH電池比鉛酸電池產(chǎn)生更多的熱，但熱消散表面減少了 。此外，盡管Ni-MH電池的充電和放電期間產(chǎn)生的熱在小消耗電池中一 般不是問題，然而，較大的電池(尤其是當(dāng)串聯(lián)或并聯(lián)使用多于一個(gè)電池時(shí)) 在充電和放電時(shí)產(chǎn)生大量的熱足以影響電池的最終性能。在美國(guó)專利No. 6255015、美國(guó)專利No. 6864013和美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/848277中提出了鎳氪電池的熱管理問題，這些專利的全部?jī)?nèi)容在此引入 以作參考。Meadows等的美國(guó)專利No. 5356735中提供了單塊電池的一個(gè)例子，該 專利在此引入以作參考。Corrigan等的美國(guó)專利No. 6255015中提供了另一 個(gè)例子，該專利在此引入以作參考。當(dāng)前，現(xiàn)有技術(shù)中存在對(duì)這樣的模塊化電池系統(tǒng)的需要，該電池系統(tǒng)提 供了獨(dú)立模塊的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的熱管理，從而在除了其他方面之外，還可以 減少系統(tǒng)的過熱、盒體的變形和對(duì)系統(tǒng)的沖擊。此外，現(xiàn)有技術(shù)中存在對(duì)這 樣的模塊化電池系統(tǒng)的需要，該電池系統(tǒng)使用電池管理系統(tǒng)，以監(jiān)控模塊化 電池系統(tǒng)中的每一個(gè)電池模塊的性能和狀態(tài)信息。發(fā)明內(nèi)容本文公開了 一種模塊化電池系統(tǒng)，具有至少 一組串行連接的電池模塊， 其中所述電池模塊優(yōu)選為單塊模塊。每一個(gè)電池模塊都設(shè)計(jì)為具有第一端板 和第二端板，其中每一個(gè)電池模塊設(shè)置在所述第一和第二端板之間，并且至 少一個(gè)帶狀構(gòu)件將端板相互連接，并將電池模塊結(jié)合在端板之間。端板緊固 在一對(duì)軌道之間，且系統(tǒng)布置在系統(tǒng)殼體中。冷卻集管提供其中冷卻劑流入 并離開每一個(gè)電池模塊的系統(tǒng)；優(yōu)選地冷卻集管包括流動(dòng)通道的互鎖系統(tǒng)。 系統(tǒng)殼體優(yōu)選地具有冷卻劑入口和冷卻劑出口 。冷卻集管與冷卻劑入口和冷卻劑出口流動(dòng)相通。此外，實(shí)施例包括各種緊固和穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，譬如支撐梁、凸緣、壓緊桿(hold down bar),其使得本發(fā)明的模塊化電池系統(tǒng)經(jīng)得起各種 導(dǎo)致機(jī)械振動(dòng)的應(yīng)用。優(yōu)選地，本發(fā)明的模塊化電池系統(tǒng)允許使用叉式起重 機(jī)沿軸線方向提升，且本發(fā)明的模塊化電池系統(tǒng)是獨(dú)立組件，其支撐和安裝 系統(tǒng)元件。優(yōu)選地，系統(tǒng)包括用于從系統(tǒng)釋放氣體并防止?jié)駳膺M(jìn)入或離開系統(tǒng)的機(jī) 構(gòu)，譬如設(shè)置在系統(tǒng)蓋或系統(tǒng)殼體的開口中的透氣疏水隔膜。優(yōu)選地，本發(fā) 明的模塊化電池系統(tǒng)包括電池監(jiān)控系統(tǒng)(BMS),其監(jiān)控電池電壓、電池溫 度、電池組電壓、電池組電流和電介質(zhì)隔離。本文公開了 一種模塊化電池系統(tǒng)，其具有可以設(shè)置在系統(tǒng)殼體中的集成 控制單元(ICU)。 ICU維持電子器件，其中一些用于收集由電池模塊產(chǎn)生的 電能和監(jiān)控系統(tǒng)。優(yōu)選地，ICU包括電池控制模塊(BCM)、保險(xiǎn)絲、分流 器、主正極接觸器、主負(fù)極接觸器、預(yù)充電繼電器和預(yù)充電電阻器。優(yōu)選地， 每一個(gè)模塊與遠(yuǎn)程傳感模塊(RSM)電連通，其中每一個(gè)RSM模塊可以與 多于一個(gè)模塊連通。RSM收集每一個(gè)電池模塊的性能和狀態(tài)信息，譬如電 壓和溫度，并將信息傳送到BCM。優(yōu)選地，RSM的地址允許BCM從所有 的RSM獨(dú)立地獲取數(shù)據(jù)。在另 一 實(shí)施例中，本文公開了 一種具有至少 一個(gè)子系統(tǒng)的模塊化電池系 統(tǒng)，所述子系統(tǒng)包括優(yōu)選地串行連接的電池模塊。該子系統(tǒng)包括電池模塊， 每一個(gè)電池模塊都具有第一端板和第二端板，其中每一個(gè)電池模塊設(shè)置在各 自的第一和第二端板之間。多個(gè)帶狀構(gòu)件將每個(gè)第一和第二端板相互連接， 并將電池模塊結(jié)合在端板之間。此外，端板緊固在一對(duì)軌道之間，優(yōu)選地將 端板栓接到靠近的軌道。冷卻集管提供了 一種其中冷卻劑流入并離開每一個(gè) 電池模塊的系統(tǒng)；優(yōu)選地冷卻集管包括流動(dòng)通道的互鎖系統(tǒng)。優(yōu)選地，模塊 化電池系統(tǒng)包括至少第一子系統(tǒng)。然而，任意數(shù)量的子系統(tǒng)可以結(jié)合有冷卻 劑搭接片，該搭接片連接各自子系統(tǒng)的冷卻集管，以允許冷卻劑從第一子系 統(tǒng)串行流動(dòng)到最后的子系統(tǒng)。每一個(gè)子系統(tǒng)都可以布置在系統(tǒng)殼體中，其中 系統(tǒng)殼體具有冷卻劑入口和冷卻劑出口 。冷卻劑入口與第 一子系統(tǒng)冷卻集管 流動(dòng)連通，且冷卻劑出口與最后的子系統(tǒng)冷卻集管流動(dòng)連通。


現(xiàn)在參考附圖以便于幫助理解本發(fā)明及其各實(shí)施例的各方面，其中相似 的參考標(biāo)號(hào)指代相似的元件。這些附圖僅僅是示例性的，而不是用來限定本 發(fā)明。圖1A是模塊化電池系統(tǒng)的實(shí)施例的透視圖，其中單塊模塊以12x2的陣列串行連接，其中壓緊桿有助于緊固系統(tǒng)的組件；圖IB是具有蓋的模塊化電池系統(tǒng)的實(shí)施例的透視圖；圖1C是模塊化電池系統(tǒng)的實(shí)施例的透視圖，其中單塊模塊以12 x 2的陣列串行連接，其中保持通道夾具(hold channel clamp )有助于緊固系統(tǒng)的組件，所述系統(tǒng)包括氣流通道；圖2是圖1A的放大視圖，其提供了母線(bus bar)和互鎖的冷卻劑通道的視圖；圖3是子系統(tǒng)的實(shí)施例的透視圖，并提供了連接到具有緊固環(huán)的軌道的 端板的視圖；圖4A是用于模塊化電池系統(tǒng)的電池模塊的三維視圖，示出了緊固端板 的帶狀構(gòu)件；圖4B是圖4A的單塊電池盒體的實(shí)施例的分解圖，示出了容器、蓋和 側(cè)壁蓋板；圖4C是來自圖4A的單塊容器的三維視圖，示出了間隔物(partition); 圖4D是圖4C中所示的單塊容器的側(cè)視圖，示出了該容器的側(cè)壁； 圖4E是圖4C中所示的單塊容器的側(cè)視圖，示出了與圖4D中所示側(cè)壁 相對(duì)的側(cè)壁；圖4F是圖4C的單塊容器的水平截面圖，示出了冷卻劑以串行流動(dòng)構(gòu)造 流過容器的流動(dòng)；圖5A是在一對(duì)軌道之間串行對(duì)準(zhǔn)的模塊的實(shí)施例的頂視圖，示出了用 來連接陣列的冷卻劑通道的冷卻劑搭接片(jumper); 圖5B是圖5A的放大視圖；圖5C是具有兩個(gè)子系統(tǒng)的模塊化電池系統(tǒng)的頂視圖，示出了冷卻劑流 過;f莫塊化電池系統(tǒng)的優(yōu)選路徑；圖6是圖1A的分解圖，示出了側(cè)軌到端板的連接點(diǎn)； 圖7A是本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)選端板的三維側(cè)視圖； 圖7B是本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)選端板的三維正視圖；圖7C是可用于本發(fā)明的單塊模塊的端板的實(shí)施例沿圖7B的C-C線截 取的視圖，示出了肋的優(yōu)選實(shí)施例；圖7D是可用于本發(fā)明的端蓋的替換實(shí)施例的三維正視圖；圖8A是本發(fā)明的實(shí)施例的集成控制單元(ICU)的透視圖；圖8B是可以用于本發(fā)明的實(shí)施例的分流器和保險(xiǎn)絲的實(shí)施例的透視圖；圖9是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的透視圖，其中兩個(gè)24模塊電池系統(tǒng)串在一起；圖10A是模塊化電池系統(tǒng)的實(shí)施例的透視圖，其中兩個(gè)單塊模塊在布置 到系統(tǒng)殼體中時(shí)串聯(lián)到 一起；圖IOB是圖IOA的放大側(cè)視圖，其中兩個(gè)單塊模塊用壓緊桿和模塊支 撐梁緊固；圖11是圖9所示的模塊化電池系統(tǒng)的應(yīng)用的頂視圖，其中該系統(tǒng)并入 交通應(yīng)用中，特別是公共汽車。圖12A是流動(dòng)通道的實(shí)施例的分解透視圖，該流動(dòng)通道可以包括本發(fā)明 的冷卻集管；圖12B是本發(fā)明的流動(dòng)通道的外管(male tube )部分的實(shí)施例的側(cè)視圖； 圖12C是本發(fā)明的流動(dòng)通道的內(nèi)管(female tube )部分的實(shí)施例的側(cè)碎見圖；具體實(shí)施方式
本文公開了一種模塊化電池系統(tǒng)，其具有多個(gè)電池和冷卻集管，該電池 優(yōu)選為單塊電池，并通過母線相互電連接和通過軌道相互機(jī)械連接。參考圖1A，示出了一般稱為100的模塊化電池系統(tǒng)的實(shí)施例，其中單塊模塊101 使用母線117串行連接。圖1A示出了模塊化電池系統(tǒng)，其包括串行電線連 接(electrically wired )的24個(gè)電池才莫塊101。這24個(gè)電池才莫塊101以12 x 2的陣列設(shè)置。該模塊化電池系統(tǒng)可以設(shè)置并緊固在具有集成控制單元 (ICU) 103的系統(tǒng)殼體102中。ICU103緊固如下文所述的可以用于系統(tǒng)的 優(yōu)選實(shí)施例的各種組件。每一個(gè)模塊101優(yōu)選地緊固在一對(duì)平行軌道之間。 在該視圖中，只示出了外側(cè)軌道IIO,然而，參考圖5B可以看到兩個(gè)軌道 的視圖。模塊101由螺栓106緊固在軌道之間，該螺栓106螺紋穿過端板104和軌道110。盡管，優(yōu)選地每一個(gè)端板都栓接到軌道，諸如焊接或粘結(jié)的其 它緊固方法也可以使用。該系統(tǒng)可以包括鄰接壓緊桿128緊固的遠(yuǎn)程傳感模 塊(RSM) 126和RSM密封盒(potting box) 125。圖1C示出了通道夾具 131被結(jié)合以緊固流動(dòng)通道112的實(shí)施例。參考圖1A、 2、 3和6,軌道110可以配備有至少一個(gè)，優(yōu)選為幾個(gè)緊 固環(huán)107。緊固環(huán)107用于獨(dú)立地或同步地運(yùn)送或操縱模塊系統(tǒng)陣列進(jìn)入和 移出系統(tǒng)殼體102。優(yōu)選地外側(cè)軌道具有L形，且L的一側(cè)栓接到端板，而 L的另一側(cè)焊接到系統(tǒng)殼體的側(cè)壁并栓接到系統(tǒng)殼體的底部。底部凸緣1]8 (圖10B的參考標(biāo)號(hào)1018更好地示出了該凸緣)可以用來將軌道110緊固 到系統(tǒng)殼體102的底部。螺栓可以螺紋穿過軌道110的焊接栓釘149和凸緣 118。緊固系統(tǒng)的各個(gè)組件使得本發(fā)明的模塊化電池系統(tǒng)可以在移動(dòng)應(yīng)用中 使用時(shí)經(jīng)得起沖擊。支撐梁119可以緊固到系統(tǒng)殼體102的底部，且如圖6 所示，軌道110可以栓接或以其它方式緊固到支撐梁119 。壓緊桿128可以使用能提供系統(tǒng)所需穩(wěn)定性的任意材料構(gòu)成。盡管可以 使用諸如鋁或者不銹鋼這樣的金屬，優(yōu)選地壓緊桿]28由輕質(zhì)材料構(gòu)成，譬 如具有足夠厚度的任意已知的聚合物。優(yōu)選地聚合物是丙烯晴-丁二烯-苯乙 烯(ABS)。軌道110可以使用能提供用于緊固模塊101所需穩(wěn)定性的任意 材料構(gòu)成。優(yōu)選地，軌道110可以由諸如鋁或不銹鋼這樣的金屬構(gòu)成，盡管 優(yōu)選的金屬是低碳鋼。系統(tǒng)殼體102和系統(tǒng)蓋130的優(yōu)選構(gòu)造材料是。圖6示出了優(yōu)選方式的分解圖，其中軌道緊固到一般稱為600的子系統(tǒng)。 螺栓106螺紋穿過軌道110和端板104,且軌道110栓接到凸緣118。凸緣 118優(yōu)選地通過焊接緊固到系統(tǒng)殼體102的底部。此外，軌道110優(yōu)選地焊 接到系統(tǒng)殼體102的側(cè)面。在所示的實(shí)施例中，凸緣(未示出)緊固到系統(tǒng) 殼體102的側(cè)面，且支撐梁119緊固到系統(tǒng)殼體102的中心部分。獨(dú)立的凸 緣(未示出)支撐每一個(gè)側(cè)軌道110A，且獨(dú)立的支撐梁119支撐每一個(gè)中 心軌道110B。優(yōu)選地，本發(fā)明的模塊化電池系統(tǒng)具有冷卻集管(cooling manifold), 該冷卻集管包括一系列的流動(dòng)通道112,如圖1A和5A所示。流動(dòng)通道112 允許冷卻劑乂人冷卻劑入口 114流過每一個(gè)斗莫塊101并到達(dá)冷卻劑出口 115。 入口互連器件136可以用來提供冷卻劑入口 114和冷卻劑集管之間的流動(dòng)連 通，且出口互連器件117可以用來提供冷卻劑集管和冷卻劑出口 115之間的流動(dòng)連通。此外，隔板(bulkhead) 146可用于提供互連器件136或137和 其各自入口/出口之間的流體連通。參考圖1B,系統(tǒng)蓋130優(yōu)選地經(jīng)由螺栓或其它緊固機(jī)構(gòu)緊固到系統(tǒng)殼 體102。系統(tǒng)蓋130提供對(duì)各種物質(zhì)的防護(hù)，譬如取決于應(yīng)用而出現(xiàn)的水和 灰塵。此外，系統(tǒng)蓋130優(yōu)選地與系統(tǒng)殼體102建立密封，其中該密封防止 氣體或濕氣的傳遞。安裝腳138提供了將系統(tǒng)殼體102緊固到諸如圖11所 示的公共汽車這樣的目標(biāo)物的裝置。提升架139可以緊固到系統(tǒng)殼體102, 優(yōu)選地為其外周邊緣，以輔助本發(fā)明的模塊化電池系統(tǒng)IOO的定位和安裝。 由模塊101產(chǎn)生的能量可以通過高壓(HV)連接器121或低壓(LV)連接 器122進(jìn)入。優(yōu)選地，HV連接器121具有可以經(jīng)受250安培的兩尺寸0孔(cavity )、可以經(jīng)受35安培的六尺寸16孔和轉(zhuǎn)鎖或其它緊固機(jī)構(gòu)。優(yōu)選地， LV連接器122具有可以經(jīng)受5安培或10安培的十針孔殼體(pin cavity housing )。 HV連接器121和LV連接器122是ICU103的優(yōu)選元件，其在圖 1A中示出并在下面討論。優(yōu)選地，系統(tǒng)包括這樣的機(jī)構(gòu)，其用于從系統(tǒng)釋放諸如氬氣這樣的氣體 同時(shí)防止?jié)駳獾碾x開和進(jìn)入。為了幫助防止?jié)駳怆x開或進(jìn)入系統(tǒng)殼體102和 容納于其中的系統(tǒng)，透氣疏水隔月莢(gas-permeable, hydrophobic membrane ) 可結(jié)合到系統(tǒng)蓋130中的開口 135,如圖1B所示。該隔膜遮蓋物將會(huì)防止 諸如水或電解液的濕氣的離開或進(jìn)入系統(tǒng)殼體102;然而，由于該隔膜優(yōu)選 為透氣，它們將允許諸如氫氣這樣的由系統(tǒng)產(chǎn)生的氣體從殼體102散發(fā)。透氣疏水隔膜可以由具有足以補(bǔ)償過度充電氣體逸出速度的氣體擴(kuò)散 表面積的材料制成。這可以是約5crr^到約50cn^每12Ah電池。通常，疏水 材料是允許氣體通過但不允許濕氣通過的任何材料。這種材料的例子是包括 具有碳酸4丐填充物的聚乙烯。其它例子包括很多類型的菱形花紋織物材料(diaper material )?？梢允褂玫牟牧系睦邮怯蒚ridegar產(chǎn)品提供的可呼吸 型XBF-100WEXXAIRE膜。該膜是聚乙烯膜，其混合有微細(xì)碳酸鉤顆粒然 后被進(jìn)一步拉伸使之能滲透。在一個(gè)實(shí)施例中，該層選擇具有約0.25標(biāo)準(zhǔn)量 度(gauge) (0.25g每平方米)的厚度，其對(duì)應(yīng)于約0.001英寸。材料的Gurley 孔隙度(porosity)選定為約360 (在氣壓為4.9英寸水柱下每平方英寸通過 lOOcc氣體需要360秒)。該膜的疏水性通過在約12(TC的30%KOH電解液 中非常高的接觸角而得到證實(shí)。12為了便于裝配和維護(hù)，優(yōu)選的是互鎖的一系列流動(dòng)通道112,如圖3、5A和5B所示。電池模塊101并排設(shè)置，且互鎖流動(dòng)通道112引導(dǎo)冷卻劑流 入連接到流動(dòng)通道出口 140的才莫塊冷卻劑入口 150,通過電池4莫塊101并流 出連接到流動(dòng)通道入口 141的模塊冷卻劑出口 170,如圖5B所示。為了便 于設(shè)計(jì)，冷卻集管可以進(jìn)一步包括冷卻劑搭接片129，以將第一系列的電池 模塊的流動(dòng)通道112連接到第二系列的電池模塊的流動(dòng)通道112。還可以結(jié) 合有后支承件134。流動(dòng)通道112可以由可以防止冷卻劑從流動(dòng)通道112泄 漏的任何材料構(gòu)成。優(yōu)選地，流動(dòng)通道112由諸如任意已知的聚合物的輕質(zhì) 材料構(gòu)造?？蓱?yīng)用的聚合物包括聚苯乙烯、聚丙烯和聚砜(polysulfone)。參考圖12A到12C，示出了一般稱為1200的互鎖流動(dòng)通道的分解圖。 該互鎖部分設(shè)計(jì)為允許外管1202插入毗鄰部分的相應(yīng)的內(nèi)管1203。填塞端 部(plugged end) 1204可用于引導(dǎo)冷卻劑通過最后一系列電池;漠塊，并且?guī)?刺端部(barbed end) 1201可用于將通道1200從入口互連器件136連接到出 口互連器件137,或經(jīng)由冷卻劑搭接片129連接到彼此，如圖1A和圖5A所 示。O型環(huán)1205可以設(shè)置在每個(gè)互連部分的連接點(diǎn)處，以防止冷卻劑泄漏。 每一個(gè)流動(dòng)通道部分可以進(jìn)一步用夾具緊固。在優(yōu)選實(shí)施例中，每一個(gè)外集 管部或內(nèi)集管部都被根據(jù)位置緊固到電池模塊冷卻劑入口或電池模塊冷卻 劑出口 ?；ユi流動(dòng)通道112允許冷卻集管在模塊化電池系統(tǒng)裝入系統(tǒng)殼體102之 后而被結(jié)合。然而，冷卻集管可以在模塊化電池系統(tǒng)裝入系統(tǒng)殼體102之前 被結(jié)合。參考圖7A至7C,優(yōu)選地通常稱為700的端板具有多個(gè)肋701和焊接栓 釘702。端板700的肋701提供了模塊的結(jié)構(gòu)支撐和機(jī)械穩(wěn)定性。此外，每 一個(gè)端板700優(yōu)選容納有至少一個(gè)焊接栓釘702，且焊接栓釘702提供建立 多模塊盒的集成特征。焊接栓釘702用于將模塊101緊固在軌道110之間， 如圖1A和3所示。端板700可以由鋼或者不銹鋼制成。然而，端板700可 以由這樣的材料制成，該材料為輕質(zhì)且在給定尺寸下具有足夠強(qiáng)度以致內(nèi)部 壓力的增加不會(huì)導(dǎo)致變形，特別是包括具有高導(dǎo)熱性的鋁作為主要組分的材 料。圖7D示出了通常稱為710的端板的一個(gè)替代實(shí)施例，其可以結(jié)合到本 發(fā)明中。與上述實(shí)施例相似，每一個(gè)端板710優(yōu)選地容納有至少一個(gè)焊接栓 釘712。參考圖5A,母線117優(yōu)選地將模塊101串行連接；然而，模塊101可 以并行連接。母線117可以與主正極接觸器810和主負(fù)極接觸器816電連通， 其中模塊正極端子與主正極接觸器810電連通，且模塊負(fù)極端子與主負(fù)極接 觸器816電連通。圖5A示出了這樣的實(shí)施例，其中模塊正極端子經(jīng)由保險(xiǎn) 絲820和分流器554與主正極接觸器810電連通。接觸器810和816優(yōu)選位 于ICU103上，如下文所述。母線117優(yōu)選由導(dǎo)電材料構(gòu)成，更具體地說母 線是銅或者銅合金，其優(yōu)選地涂覆有用于抗腐蝕的鎳。電池系統(tǒng)優(yōu)選地包括冷卻系統(tǒng)所需要的所有組件。例如，電池系統(tǒng)可以 包括散熱片、風(fēng)扇、泵、溢流瓶(overflow bottle )、冷卻劑連接件、集管、 系統(tǒng)的控制和系統(tǒng)的監(jiān)控。此外，控制風(fēng)扇和泵的電力由外部提供。參考圖8A， 一般稱為800的集成控制單元(ICU)可以結(jié)合到本發(fā)明的 模塊化電池系統(tǒng)中。ICU800優(yōu)選地包括ICU支架801 ，其提供了用于各ICU 電學(xué)組件的結(jié)構(gòu)支撐，其中ICU支架801安裝并緊固到系統(tǒng)殼體。ICU800 可以包括電池控制^t塊BCM802、保險(xiǎn)絲820、諸如霍爾效應(yīng)電流換能器818 這樣的在線電流傳感設(shè)備、主正極接觸器810、主負(fù)極接觸器816、預(yù)充電 繼電器812和預(yù)充電電阻器814A和814B。BCM802是電池監(jiān)控系統(tǒng)(BMS)的優(yōu)選元件。BCM802是嵌入式控制 器模塊，其提供了通訊接口、傳感引線(sense lead)、和系統(tǒng)控制界面。優(yōu) 選地，BCM802緊固到ICU800并滑入ICU支架801,這將BCM802緊固到 ICU支架801， BCM802可以包括低壓線束連接器804、高壓線束連接器808 和由凸起806指示的預(yù)充電電阻器。BCM802提供諸如內(nèi)部RS485通訊、外 部CAN通訊、電池組電壓和電流的測(cè)量、電池組接觸器的控制、電池操作 系統(tǒng)和監(jiān)控電池狀態(tài)并預(yù)測(cè)電池性能的電池算法這樣的功能，以使得通過系 統(tǒng)控制器可以實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)的有效控制。BCM802優(yōu)選地位于用于監(jiān)控系統(tǒng) 的集中采集點(diǎn)處，并接收由貫穿系統(tǒng)設(shè)置的RSM采集的信息。BCM802優(yōu) 選地由可以承受系統(tǒng)的壓力和溫度的塑料制成。優(yōu)選的塑料是熱塑性樹脂。保險(xiǎn)絲820提供對(duì)電池系統(tǒng)的低電阻短路的保護(hù)，而保險(xiǎn)絲保持器821 提供用于保險(xiǎn)絲820的安裝柱(mounting stud )，如圖8A所示。優(yōu)選地，保 險(xiǎn)絲820是FWJ1000V高速保險(xiǎn)絲。霍爾效應(yīng)電流換能器818是在線電流傳 感設(shè)備，其提供對(duì)電子器件的電壓傳感以用于電池系統(tǒng)電流的計(jì)算。優(yōu)選地， 霍爾效應(yīng)電流換能器位于保險(xiǎn)絲820和主正極接觸器810之間。諸如分流器的其它測(cè)量設(shè)備可以代替霍爾效應(yīng)電流換能器使用。本發(fā)明的沖莫塊化電池系統(tǒng)可以包括外部+24VDC ( 22VDC-28VDC )電源供應(yīng)/返回，用于為系統(tǒng)提 供電力。系統(tǒng)可以結(jié)合有DC/DC轉(zhuǎn)換器以將24VDC輸入轉(zhuǎn)換為用于電子器 件的12VDC。主正極接觸器810是繼電器，其將來自霍爾效應(yīng)電流換能器818的高壓 正極連接件連接到HV連接器，優(yōu)選地通過1/0高壓電纜，如圖8A所示。 預(yù)充電接觸器812是繼電器，其中通過預(yù)充電電阻器814A和814B、母線和 配線(wiring)而將高壓負(fù)極連接到HV連接器，以在將系統(tǒng)電壓提升到電 池電壓時(shí)控制變化的電流量，從而預(yù)充電接觸器812用于使系統(tǒng)預(yù)充電。這 通過限制由于高壓總線的容量所導(dǎo)致的流入電流而保護(hù)接觸器810和816。 優(yōu)選地，外部系統(tǒng)確保在預(yù)充電次序中使負(fù)載從系統(tǒng)移除。主負(fù)極接觸器816 是繼電器，其將來自電池主負(fù)極的高壓負(fù)極連接件連接到HV連接器，優(yōu)選 地通過1/0高壓電纜。預(yù)充電電阻器814A和814B連接在高壓負(fù)極和預(yù)充電 接觸器812之間，以在系統(tǒng)的預(yù)充電過程中控制電流。優(yōu)選地電阻器814A 和814B是非導(dǎo)電陶瓷電阻器。預(yù)充電電阻器814A和814B優(yōu)選地串行連接， 但是也可以并行連接。模塊化電池系統(tǒng)優(yōu)選地包括允許高壓總線預(yù)充電的設(shè)計(jì)。這通過限制由 于高壓總線的容量所導(dǎo)致的流入電流而保護(hù)系統(tǒng)的接觸器。外部系統(tǒng)必須確 保在預(yù)充電次序中使負(fù)載從系統(tǒng)移除。預(yù)充電電路和SW控制可設(shè)計(jì)成使得 當(dāng)"連接"命令發(fā)送到系統(tǒng)時(shí)，預(yù)充電次序在給定時(shí)間內(nèi)完成?？砂ūＷo(hù) 策略以確保預(yù)充電電路不會(huì)由于重復(fù)預(yù)充電嘗試而變得過熱。如圖8B所示的分流器854可替代霍爾效應(yīng)電流換能器而被使用，以用 作在線電流傳感設(shè)備，其提供對(duì)電子器件的電壓傳感以用于電池系統(tǒng)電流的 計(jì)算。圖8B示出了可用于本發(fā)明的分流器854和保險(xiǎn)絲852的實(shí)施例。優(yōu) 選地，保險(xiǎn)絲保持器850提供用于保險(xiǎn)絲852的安裝柱，且分流器底部858 設(shè)計(jì)為具有凹入(recess )、突起(boss)以及具有螺紋的栓柱以容納保險(xiǎn)絲 852。分流器854可以是800A(^15mV分流器。導(dǎo)體855可以延伸具有螺紋 拴柱以安裝保險(xiǎn)絲852。圖5A示出了一實(shí)施例，其中分流器554被結(jié)合作 為位于保險(xiǎn)絲820和主正才及接觸器810之間的在線電流傳感設(shè)備。遠(yuǎn)程傳感模塊(RSM) 126,也是BMS的優(yōu)選元件，其直接連接到至少 一個(gè)電池模塊101。優(yōu)選實(shí)施例是RSM126連接到四個(gè)^^莫塊101。 RSM12615收集每一個(gè)模塊101的性能和狀態(tài)信息，譬如電壓和溫度。每一個(gè)密封盒125優(yōu)選地緊固到模塊101。在圖1A、 1C和5A中所示的優(yōu)選實(shí)施例中，六個(gè) 編有地址的RSM126被結(jié)合到具有24個(gè)電池模塊101的系統(tǒng)中，其中每一 個(gè)RSM126傳遞四個(gè)電池電壓的測(cè)量和一個(gè)電池的溫度。RSM126的地址允 許BCM802從所有的RSM126獨(dú)立地獲取數(shù)據(jù)。每一個(gè)RSM1126將收集到 的信息傳遞到BCM802。優(yōu)選地，RSM126在內(nèi)部RS485通訊連接上作為從 設(shè)備(slave )與BCM通訊。BMS優(yōu)選地通過使用RSM126收集的信息監(jiān)控 和跟蹤電池模塊的充電狀態(tài)(SOC)。此外，可以使用算法來預(yù)測(cè)電池模塊 和模塊化電池系統(tǒng)的SOC 。為了模塊化電池系統(tǒng)的安全和有效操作，設(shè)計(jì)優(yōu)選地在每一個(gè)子組中包 括接觸器以及封閉地高壓接口盒，其中所有的子組連接將收集到一起并連接 到外部系統(tǒng)。除了每一個(gè)子組中的接觸器隔離之外，在高壓連接器中的引導(dǎo) 回送連接(pilot loop back connection)在高壓連接器凈皮移除時(shí)，將從該組中 的接觸器線圈移除12V。這確保組連接器在其被移除之后其上將不會(huì)有高 壓。參考圖4A,在此公開了用于模塊化電池系統(tǒng)的優(yōu)選電池模塊。模塊400 的所有側(cè)面都被封閉，且其中容納有獨(dú)立的電池隔間(cell compartment)。 才莫塊400可以設(shè)置在第一端板401和第二端部402之間，至少一個(gè)帶狀構(gòu)件 將第一端板401和第二端板402連接到彼此，并將所述電池才莫塊400結(jié)合在 端板401和402之間。兩個(gè)帶狀構(gòu)件404A和404B在圖4中示出。在端板 401和402的較窄側(cè)壁的外表面的上部和下部部分上，可以i殳置凹槽用于定 位和安裝帶狀構(gòu)件。在本發(fā)明的模塊化電池系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，包含有如圖4B所示的多 芯單塊電池盒體。盒體1600包括電池容器1602、容器的蓋子1604。在所示 實(shí)施例中，盒體還包括壁蓋1610A, B，其安裝在盒體相應(yīng)的側(cè)壁上方。圖4C中示出了容器1602的三維視圖。參考圖4C,容器1602包括兩個(gè) 側(cè)壁1613A, B和兩個(gè)端壁1615。圖4C示出了第一側(cè)壁1613A。側(cè)壁1613B 與1613A相對(duì)并且在視圖中不可見。同樣地，兩個(gè)端壁1615中的第一個(gè)在 圖4C中示出，而第二端壁與第一端壁相對(duì)且在圖中不可見。容器1602進(jìn)一 步包括一個(gè)或多個(gè)電池間隔物1607、 1609,其將盒體的內(nèi)部分為多個(gè)電池隔 間1605。電池盒體可以保持一個(gè)或多個(gè)電化電池，并優(yōu)選地保持至少兩個(gè)電化電池。優(yōu)選地，每一個(gè)電化電池都放置在其各自的電池隔間內(nèi)。這些電化 電池可以串行和/或并行地連接到一起。每一個(gè)電池間隔物都可以是隔^反間隔物(divider partition ) 1607或冷卻 劑間隔物1609。隔板間隔物1607不包括冷卻劑通道，而冷卻劑間隔物1609 包括冷卻劑通道。優(yōu)選地，容器1602包括至少一個(gè)冷卻劑間隔物。優(yōu)選地， 冷卻劑通道可以與冷卻劑間隔物整體地形成。更優(yōu)選地，冷卻劑通道優(yōu)選地 形成在冷卻劑間隔物內(nèi)部。此外，冷卻劑間隔物可以形成為單件結(jié)構(gòu)。在圖4C所示的容器1602的實(shí)施例中，冷卻劑通道的入口和出口形成在 容器的側(cè)壁中。依賴于冷卻劑在冷卻劑通道內(nèi)的流動(dòng)方向，每一個(gè)開口 1620 都可以是冷卻劑通道的入口或者出口 。冷卻劑通道將冷卻劑從一個(gè)側(cè)壁引導(dǎo) 到相對(duì)側(cè)壁。這是"交叉流動(dòng)設(shè)計(jì)"的另一例子。在如圖4C所示的容器中， 冷卻劑通道基本水平地布置，且冷卻劑流動(dòng)的方向基本平行與冷卻劑間隔物 臺(tái)勺夕卜^面。優(yōu)選地，在冷卻劑間隔物中的一個(gè)的內(nèi)部的冷卻劑通道與在其它冷卻劑 間隔物內(nèi)部的冷卻劑通道連通。這建立了完全集成的冷卻系統(tǒng)，其允許冷卻 劑流動(dòng)通過所有的冷卻劑間隔物。不同冷卻劑間隔物的冷卻劑通道可以以各 種不同的方式流體地連接到一起。在如圖4C所示電池盒體600的實(shí)施例中， 這通過使用壁蓋1610A， B來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，壁蓋1610A, B是剛性板的形 式。圖4D是容器1602的側(cè)視圖，其示出了側(cè)壁1613A(還被稱為容器的冷 卻劑端口側(cè))。圖4E是容器的相對(duì)側(cè)的側(cè)視圖，其示出了與側(cè)壁1613A相 對(duì)的側(cè)壁1613B(還被稱為容器的氣體端口側(cè))。參考圖4D和4E的側(cè)視圖， 可以看到容器1602的側(cè)壁1613A、 B的外表面包括肋1643。肋1643限定了 用于流體流動(dòng)目的的折流板(baffle )。具體地說，肋1643限定了在側(cè)壁 1613A, B的外表面上限定了流體路徑。當(dāng)壁蓋1610A、 B (在圖16A中示 出)連接到其相應(yīng)的側(cè)壁1613A、 B時(shí)，該路徑與其相應(yīng)的壁蓋1610A、 B 結(jié)合，其中壁蓋1610A、 B限定了壁連接器通道1645 (此處也稱為壁流動(dòng)通 道)。這些壁連接器通道1645將各個(gè)冷卻劑間隔物的冷卻劑通道的開口 1620 互連。因此，每一個(gè)冷卻劑間隔物的冷卻劑通道與在其它冷卻劑間隔物的冷 卻劑通道互連。這建立了冷卻劑通道的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其使得冷卻劑可以在整個(gè) 電池盒體內(nèi)循環(huán)。應(yīng)該注意到，側(cè)壁1613A、 B和其連4^的相應(yīng)壁蓋1610A、B的結(jié)合共同地形成了雙層側(cè)壁。壁冷卻劑通道由此位于這些雙層側(cè)壁中。 還存在其它方式將冷卻劑通道互連。例如，壁連接器通道可以形成為獨(dú)立件(譬如管)，其整體地連接到側(cè)壁1613A、 B中的開口 1620。冷卻劑可以以各種方式在容器1602內(nèi)循環(huán)。在圖4C所示的實(shí)施例中， 冷卻劑被引導(dǎo)而在蜿蜒的路徑中在相對(duì)側(cè)壁之間來回流動(dòng)。圖4F是容器 1602的水平截面視圖，其更清楚地示出了冷卻劑通過冷卻劑通道的路徑。圖 4F示出了隔板間隔物1607和冷卻劑間隔物1609。圖4D還示出了由第 一側(cè) 壁1613A及其相應(yīng)的壁蓋1610A所限定的壁連接器通道1645,和由第二側(cè) 壁1613B及其相應(yīng)的壁蓋1610B所限定的壁連接器通道1645。壁連接器通 道1645和冷卻劑通道中的箭頭示出了冷卻劑流動(dòng)的方向。參考圖4F，冷卻劑通過容器入口 1650進(jìn)入容器1602,然后被引導(dǎo)到第 一側(cè)壁1613A中的開口 1620A(通道入口)。冷卻劑由冷卻劑間隔物1609 中的冷卻劑通道引導(dǎo)到第二側(cè)壁1613B(其與第一側(cè)壁1613A相對(duì))中的開 口 1620B (通道出口 )。然后在第二側(cè)壁1613B中的壁連接器通道1645將冷 卻劑引導(dǎo)到開口 1620C (通道入口 )，在這里它被冷卻劑間隔物1609傳送回 到第一側(cè)壁1613A并從開口 1620D (通道出口 )離開。該過程對(duì)于其它冷卻 劑通道開口 1620E到1620L重復(fù)，在開口 1620L處冷卻劑其后被引導(dǎo)到容 器出口 1670。因此，冷卻劑通過在冷卻劑間隔物中的冷卻劑通道在第一和第 二側(cè)壁之間來回傳送。如上文所討論的，這種類型的流動(dòng)稱為串行連接，因 為冷卻劑/人一個(gè)間隔物流到另外一個(gè)間隔物。由于電池的電化電池會(huì)發(fā)出氣體(譬如氧氣和氫氣)，因此需要將氣體 從電池排出。在排出氣體的過程中， 一些來自各個(gè)電池的電解液可能會(huì)隨著 氣體被攜帶并從其相應(yīng)的電池隔間內(nèi)逸出。盡管一個(gè)電化電池的氣體和另外 一個(gè)電化電池的氣體混合是可以接受的，但是一個(gè)電化電池的電解液進(jìn)入另 外一個(gè)電化電池則是不可接受的。因此，在用于電池的氣體排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 中，必須關(guān)注于防止來自一個(gè)電化電池的電解液進(jìn)入電池的任何其它電化電 池。出于討論目的，從其電池隔間逸出的電解液被稱為"逸出電解液"。再參考圖4D和4E,可以看到側(cè)壁1613A、 B進(jìn)一步包括肋1686B和 1686T。肋1686T、B限定了用于流體流動(dòng)目的的折流寺反。具體地i兌，肋1686T、 B之間的區(qū)域限定了側(cè)壁1613A、 B表面上的路徑。當(dāng)壁蓋1610A、 B (如圖4B所示)連接到其相應(yīng)的側(cè)壁1613A、 B時(shí)，側(cè)壁1613A、 B、相應(yīng)的壁蓋1610A、 B以及肋1686B、 T限定了氣體通道 1688。每一個(gè)氣體通道1688經(jīng)由孔1684 (參見圖4D和4E)與每一個(gè)電池 隔間1605和每一個(gè)電化電池連通。應(yīng)該注意到，在圖4D和4E中所示的電 池盒體的實(shí)施例中，孔1684優(yōu)選地不被任意類型的膜材料覆蓋。電池氣體 和液體電解液都可以具有從每一個(gè)電池隔間到每一個(gè)氣體通道的3各徑。因此 每一個(gè)氣體通道1688優(yōu)選地與每一個(gè)電池隔間氣體連通并流體連通(因此， 每一個(gè)電池隔間可以被描述為與每一個(gè)氣體通道流體連通)。如上文所指出 的，側(cè)壁1610A、 B與其相應(yīng)的壁蓋1613A、 B的結(jié)合共同地形成雙層側(cè)壁。 因此，氣體通道1688位于這些雙層側(cè)壁中。由于電池的每一個(gè)電化電池都會(huì)》文出氣體，電池氣體隨同逸出電解液一 起進(jìn)入(經(jīng)由槽1682)進(jìn)入與相應(yīng)的電池隔間1605相鄰的桶形物(tub )1680 (如圖4C所示)。逸出電解液的一部分在桶形物1680中被截留，由此防止 這部分逸出電解液4氐達(dá)任意其它的電化電池。電池氣體和逸出電解液的殘余 部分經(jīng)由開口 1684 (如圖4D和4E所示)離開桶形物1680并進(jìn)入氣體通道 1688。(因此，氣體通道1688運(yùn)輸電池氣體以及隨電池氣體攜帶的液體電解 液)。進(jìn)入側(cè)壁1613B上的氣體通道1688 (如圖4E所示)的電池氣體沿路 徑通過氣體通道，且當(dāng)氣壓足夠高時(shí)經(jīng)由氣體出口 1670離開氣體通道。肋1686B、 T的設(shè)置形成氣體通道1688，其優(yōu)選地具有曲折的流動(dòng)路徑。 由于電池氣體和逸出的液體電解液移動(dòng)通過氣體通道1688,氣體通道1688 的迫使它們隨通道的曲折流動(dòng)路徑行進(jìn)。由于氣體和逸出電解液所沿的路徑 是曲折流動(dòng);洛徑，逸出電解液^f皮截留在井1690的底部，該井1690由底部肋 1686B所限定。因?yàn)橐莩鲭娊庖河删?690所截留，所以基本沒有來自一個(gè) 電池隔間1605的逸出電解液進(jìn)入另外的電池隔間1605。因此，基本沒有來 自一個(gè)電化電池的電解液接觸任何其它的電化電池。如所指出的，電池氣體經(jīng)由定位在氣體通道的相對(duì)端的氣體出口 1694 離開圖4E所示的通道。因此，在圖4B-E所示的電池殼體的實(shí)施例中，氣體 出口僅連接到一個(gè)氣體通道。然后，當(dāng)然可以在每一個(gè)側(cè)壁的氣體通道上設(shè) 置一個(gè)或多個(gè)氣體出口。同樣地，電池也可以制成只在一個(gè)側(cè)壁上僅有單個(gè) 氣體通道。氣體通道可以形成為具有任何曲折流動(dòng)路徑。例如，流動(dòng)^各徑可以是蜿 蜒的、迂回的、彎曲的、Z字形的等等。在如圖4D和4E所示的實(shí)施例中，19流動(dòng)路徑，該路徑由交替地設(shè)置基本垂直布置的肋1686B和基本垂直布置的肋1686T建立。然而，曲4斤的流動(dòng)路徑可以以各 種方式形成。例如，可以去除頂部肋1686T，從而4又留下底部肋1686B以形 成氣體通道。在這種情況下，保留的肋1686B將仍然建立用于電池氣體和逸 出電解液的曲折流動(dòng)路徑。此外，肋可以成角度地設(shè)置。此外，也可以用節(jié) 點(diǎn)(nub)、尖頭、坑或其它形式的凸起替代肋1686B、 T,使得電池氣體和 逸出電解液所沿的流動(dòng)路徑是曲折的。圖4D和圖4E中氣體通道1688中的每一個(gè)都經(jīng)由孔1684與每一個(gè)隔 間1605流體連通。因此，來自設(shè)置在電池盒體中的所有電化電池的氣體可 以和每一個(gè)氣體通道1688中的氣體混合，因此電池底部用作每一個(gè)電化電 池的單個(gè)或公用壓力容器。然而，電池還可以包括多個(gè)氣體通道，其中每一 個(gè)氣體通道與所有的隔間流體連通但不是與所有的隔間流體連通。例如，每 一個(gè)氣體通道可以與至少兩個(gè)隔間連通。還可以的是每一個(gè)隔間具有唯一對(duì) 應(yīng)的氣體通道和唯一對(duì)應(yīng)的氣體出口 ，從而氣體不會(huì)混合。如上文所提到的，氣體通道1688由側(cè)壁1613A、 B、相應(yīng)的壁蓋1610A、 B以及肋1686B、 T所限定。然而，氣體通道可以以其它方式形成。例如氣 體通道可以形成為具有內(nèi)部肋從而形成曲折流動(dòng)路徑的細(xì)長(zhǎng)管。該管可以是 獨(dú)立件，然后通過連接到盒體與盒體的一個(gè)或兩個(gè)側(cè)壁結(jié)合。管和盒體的側(cè) 壁可以整體地形成為單件，例如通過模制為單件或以基本永久的方式熔鑄到 一起。氣體通道可以在側(cè)壁內(nèi)部或在側(cè)壁的外表面上。因此，可以消除對(duì)獨(dú) 立的壁蓋的需要。此外，在上面討論的實(shí)施例中，氣體通道與電池盒體的側(cè)壁結(jié)合。氣體 通道還可以與電池盒體的任意部件結(jié)合。例如氣體通道可以與電池盒體的一 個(gè)或兩個(gè)端壁結(jié)合。氣體通道還可以與電池盒體的頂部結(jié)合。氣體通道可以 與電池盒體的蓋子結(jié)合。蓋子本身可以形成為具有頂部和外伸側(cè)。氣體通道 可以與蓋子的頂部或蓋子的外伸側(cè)中的一個(gè)結(jié)合。還應(yīng)該注意到，本發(fā)明的氣體通道可以用于任何多芯電池和任何化學(xué)電 池。在所示的實(shí)施例中，氣體通道在多芯電池中使用，該電池還包括冷卻劑 通道。然而，并非一定如此。氣體通道可以在不包括冷卻劑通道的電池模塊 構(gòu)造內(nèi)使用。參考圖9，示出了優(yōu)選實(shí)施例。模塊化電池系統(tǒng)是更大的模塊化系統(tǒng)的組件，該更大的模塊化系統(tǒng)通過將兩個(gè)模塊化電池系統(tǒng)串到 一起以形成高壓串(high voltage string )而建立的。每一個(gè)所述的模塊化電池系統(tǒng)包括24個(gè) 串行電連線的電池模塊。24個(gè)電池模塊布置為12x2的陣列。圖ll示出了 如圖9所示的系統(tǒng)的應(yīng)用。交通應(yīng)用可以包括公共汽車，其中系統(tǒng)殼體緊固 到公共汽車的頂部，并為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供電力以降低內(nèi)燃機(jī)排放并降低化石燃 料的消耗。圖10A示出了通常稱為1000的模塊化電池系統(tǒng)的實(shí)施例，其中兩個(gè)單 塊模塊1001當(dāng)布置在系統(tǒng)殼體1002中時(shí)被串行連接。每一個(gè)模塊1001都 被約束在具有兩個(gè)帶狀構(gòu)件1004的第一端板1005和第二端板1006之間(第 二帶狀構(gòu)件被系統(tǒng)殼體擋住)。端板1005和1006可以通過螺栓1003或其它 緊固機(jī)構(gòu)緊固在一對(duì)軌道1007和1008之間。參考圖IOB，支撐梁1012緊 固到系統(tǒng)殼體1002的底部。螺栓1010可以螺紋穿過才莫塊1001之間的壓接 桿1009并穿過支撐梁1012。軌道1008可以使用螺紋穿過軌道和底部凸緣 1018的螺栓(未示出)緊固到系統(tǒng)殼體1002。優(yōu)選地，底部凸緣1018焊接 或通過其它方式緊固到系統(tǒng)殼體1002。盡管在附圖和前面的描述中詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但應(yīng)認(rèn)為是描述性 的，而不是對(duì)本發(fā)明特征的限定，且文中的原理可以應(yīng)用到任何可成形的材 料。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然的是可以在不背離本發(fā)明的范圍或精神的情況 下作出各種變式和修改。例如，取決于結(jié)合的具體電池模塊，冷卻劑的流動(dòng) 可以沿不同的路徑；其它電子器件可以用于監(jiān)控系統(tǒng)；取決于系統(tǒng)殼體的尺 寸和所期望的應(yīng)用，任意的多個(gè)子系統(tǒng)可以布置在系統(tǒng)殼體中；取決于系統(tǒng) 殼體的尺寸和所期望的應(yīng)用，任意多個(gè)電池模塊可以布置在系統(tǒng)殼體中。由 此，本發(fā)明打算覆蓋本發(fā)明的所有在本發(fā)明所附權(quán)利要求及其等價(jià)物范圍之 內(nèi)的^f'務(wù)改和變形。
權(quán)利要求
1、一種模塊化電池系統(tǒng)，包括多個(gè)電池模塊；每一個(gè)所述電池模塊具有第一端板和第二端板，每一個(gè)所述電池模塊設(shè)置在所述第一端板和第二端板之間；至少一個(gè)帶狀構(gòu)件，其使所述第一端板和第二端板中的每一個(gè)相互連接，并將所述電池模塊結(jié)合在所述端板之間；和一對(duì)軌道，其中所述端板緊固在所述軌道之間。
2、 如權(quán)利要求1所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括系統(tǒng)殼體，其中 所述軌道緊固到所述系統(tǒng)殼體。
3、 如權(quán)利要求1所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括冷卻集管，所述 冷卻集管使得冷卻劑流入所述系統(tǒng)，流過所述多個(gè)電池模塊中的每一個(gè)，然后流出所述系統(tǒng)。
4、 如權(quán)利要求3所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述冷卻集管包括互鎖的流 動(dòng)通道。
5、 如權(quán)利要求1所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括母線，所述母線 將所述多個(gè)電池模塊串行連接。
6、 如權(quán)利要求2所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括壓緊桿，所述壓 緊桿將所述多個(gè)模塊緊固到所述系統(tǒng)殼體。
7、 如權(quán)利要求2所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述系統(tǒng) 殼體中的集成控制單元。
8、 如權(quán)利要求1所述的模塊化電池系統(tǒng)，每一個(gè)所述端板具有至少一 個(gè)肋。
9、 如權(quán)利要求1所述的模塊化電池系統(tǒng)，其中所述第一端板和第二端 板和所述帶狀構(gòu)件由選自包括鋁、鋁合金、鋼、不銹鋼的組中的材料制成。
10、 如權(quán)利要求1所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電池監(jiān)控系統(tǒng)。
11、 如權(quán)利要求10所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述電池監(jiān)控系統(tǒng)包括至 少一個(gè)遠(yuǎn)程傳感模塊和電池控制模塊，所述遠(yuǎn)程傳感模塊與所述電池模塊中 的至少 一個(gè)電連通，其中每一個(gè)所述遠(yuǎn)程傳感模塊將每一個(gè)所述電池模塊的 性能和狀態(tài)信息傳遞到所述電池控制模塊。
12、 如權(quán)利要求7所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述集成控制單元包括電池 控制模塊、保險(xiǎn)絲、分流器、主正極接觸器、主負(fù)極接觸器、預(yù)充電繼電器 和至<少一個(gè)預(yù)充電電阻器。
13、 如權(quán)利要求7所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)遠(yuǎn)程傳 感模塊，所述遠(yuǎn)程傳感模塊與所述電池模塊中的至少一個(gè)電連通，其中所述 遠(yuǎn)程傳感模塊收集每一個(gè)所述電池模塊的性能和狀態(tài)信息。
14、 如權(quán)利要求2所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述系統(tǒng)殼體具有側(cè)壁和底 部，其中所述軌道焊接到所述側(cè)壁并經(jīng)由凸緣栓接到所述底部。
15、 如權(quán)利要求14所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括緊固到所述系 統(tǒng)殼體的系統(tǒng)蓋。
16、 如權(quán)利要求14所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述系統(tǒng)蓋具有至少一個(gè) 透氣疏水隔膜，所述隔膜防止?jié)駳馔ㄟ^所述系統(tǒng)蓋傳送，并允許氣體通過所 述系統(tǒng)蓋傳送。
17、 一種模塊化電池系統(tǒng)，包括 多個(gè)電池模塊；每一個(gè)所述電池模塊具有第一端板和第二端板，每一個(gè)所述電池模塊設(shè) 置在所述第 一端板和第二端板之間；多個(gè)帶狀構(gòu)件，其將每個(gè)所述第一端板和第二端板相互連接，并將所述 電池模塊結(jié)合在所述端板之間；一對(duì)平行的軌道，其中所述端板緊固在所述軌道之間；以及冷卻集管，所述冷卻集管包括流動(dòng)通道，所述流動(dòng)通道引導(dǎo)冷卻劑進(jìn)入 并離開每一個(gè)所述電池模塊。
18、 如權(quán)利要求17所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述流動(dòng)通道包括互鎖的 流動(dòng)通道。
19、 如權(quán)利要求17所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括系統(tǒng)殼體，所 述模塊化電池系統(tǒng)設(shè)置在所述系統(tǒng)殼體中。
20、 如權(quán)利要求19所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述系統(tǒng)殼體具有冷卻劑 入口和冷卻劑出口 ，其中所述冷卻集管與所述冷卻劑入口和冷卻劑出口流動(dòng)連通。
21、 如權(quán)利要求17所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電池監(jiān)控系統(tǒng)。
22、 如權(quán)利要求21所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述電池監(jiān)控系統(tǒng)包括至少 一個(gè)遠(yuǎn)程傳感模塊和電池控制模塊，所述遠(yuǎn)程傳感模塊與所述電池模塊中 的至少一個(gè)電連通，其中每一個(gè)所述遠(yuǎn)程傳感模塊將每一個(gè)所述電池模塊的 性能和狀態(tài)信息傳遞到所述電池控制模塊。
23、 如權(quán)利要求19所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述系統(tǒng)殼體中的集成控制單元。
24、 如權(quán)利要求23所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述集成控制單元包括電 池控制模塊、保險(xiǎn)絲、分流器、主正極接觸器、主負(fù)極接觸器、預(yù)充電繼電 器和至少一個(gè)預(yù)充電電阻器。
25、 如權(quán)利要求23所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)遠(yuǎn)程 傳感模塊，所述遠(yuǎn)程傳感模塊與所述電池模塊中的至少一個(gè)電連通，其中所 述遠(yuǎn)程傳感模塊收集每一個(gè)所述電池模塊的性能和狀態(tài)信息。
26、 一種具有至少一個(gè)子系統(tǒng)的模塊化電池系統(tǒng)，所述子系統(tǒng)包括串行 連接的多個(gè)電池模塊，所述子系統(tǒng)包括每一個(gè)所述電池模塊，其具有第一端板和第二端板，每一個(gè)所述電池模 塊設(shè)置在所述第一端板和第二端板之間；多個(gè)帶狀構(gòu)件，其將所述第一端板和第二端板中的每一個(gè)相互連接，并 將所述電池模塊結(jié)合在所述端板之間；一對(duì)軌道，其中所述端板緊固在所述軌道之間；以及冷卻集管，所述冷卻集管包括流動(dòng)通道，所述流動(dòng)通道引導(dǎo)冷卻劑進(jìn)入 并離開每一個(gè)所述電池模塊。
27、 如權(quán)利要求26所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述至少一個(gè)子系統(tǒng)至少 包括第 一子系統(tǒng)和最后的子系統(tǒng)。
28、 如權(quán)利要求27所述的模塊化電池系統(tǒng)，每一個(gè)所述子系統(tǒng)設(shè)置在 系統(tǒng)殼體中，所述系統(tǒng)殼體具有冷卻劑入口和冷卻劑出口 。
29、 如權(quán)利要求28所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述第一子系統(tǒng)冷卻集管 和最后的子系統(tǒng)冷卻集管通過冷卻劑搭接片連接。
30、 如權(quán)利要求29所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述冷卻劑入口與所述第 一子系統(tǒng)冷卻集管流動(dòng)連通，且所述冷卻劑出口與所述最后的子系統(tǒng)冷卻集 管流動(dòng)連通。
31、 如權(quán)利要求30所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述系統(tǒng)殼體進(jìn)一步包括 低壓連接器和高壓連接器。
32、 如權(quán)利要求31所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述低壓連接器與電連通。
33、 如權(quán)利要求31所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述高壓連接器與電連通。
34、 如權(quán)利要求26所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電池監(jiān)控系統(tǒng)。
35、 如權(quán)利要求34所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述電池監(jiān)控系統(tǒng)包括至 少一個(gè)遠(yuǎn)程傳感模塊和電池控制模塊，所述遠(yuǎn)程傳感模塊與所述電池模塊中 的至少一個(gè)電連通，其中每一個(gè)遠(yuǎn)程傳感模塊將每一個(gè)所述電池模塊的性能 和狀態(tài)信息傳遞到所述電池控制模塊。
36、 如權(quán)利要求26所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括集成控制單元。
37、 如權(quán)利要求36所述的模塊化電池系統(tǒng)，所述集成控制單元包括電 池控制模塊、保險(xiǎn)絲、分流器、主正極接觸器、主負(fù)極接觸器.預(yù)充電繼電 器和至少一個(gè)預(yù)充電電阻器。
38、 如權(quán)利要求37所述的模塊化電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)遠(yuǎn)程 傳感模塊，所述遠(yuǎn)程傳感模塊與所述電池模塊中的至少一個(gè)電連通，其中所 述遠(yuǎn)程傳感模塊收集每一個(gè)所述電池模塊的性能和狀態(tài)信息，并將所述信息 傳送到所述電池控制模塊。
全文摘要
本文公開了一種模塊化電池系統(tǒng)，其具有至少一組串行連接的優(yōu)選為單塊模塊的電池模塊。每個(gè)電池模塊設(shè)計(jì)有第一和第二端板，并設(shè)置在第一和第二端板之間，且至少一個(gè)帶狀構(gòu)件將端板相互連接，并將電池模塊結(jié)合在端板之間。端板緊固在一對(duì)軌道之間，且系統(tǒng)布置在系統(tǒng)殼體中。冷卻集管提供其中冷卻劑流入并離開每個(gè)電池模塊的系統(tǒng)。系統(tǒng)殼體優(yōu)選地具有冷卻劑入口和出口。冷卻集管與冷卻劑入口和出口流動(dòng)連通。電池監(jiān)控系統(tǒng)可包括電池控制模塊和至少一個(gè)遠(yuǎn)程傳感模塊，優(yōu)選地監(jiān)控并收集電池模塊的性能和狀態(tài)信息，譬如電壓和溫度。集成控制單元(ICU)可設(shè)置在系統(tǒng)殼體中。ICU維持電子器件，其中一些用于收集由電池模塊產(chǎn)生的電能和/或監(jiān)控系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01M2/10GK101326657SQ200680046458
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者喬納森·L·弗賴曼, 尼克·卡迪特薩斯, 戴比·伯克, 漢斯·I·約翰森, 羅伯特·J·梅利卡 申請(qǐng)人:科巴西斯有限責(zé)任公司