用于能量存储装置中的能量存储单元的支架结构

技术领域

本主题涉一种能量存储装置。更具体地，本主题涉及用于能量存储装置中的多个能量存储单元的支架结构。

背景技术

传统上，铅酸电池是对于用于内燃机的起动马达有用的能源。然而，铅酸电池的低能量密度及其无法充分散热的能力使他们成为电动汽车的不实用能源。特别地，使用铅酸电池的电动汽车在需要再次充电之前的时期短并且包含毒性材料。此外，使用铅酸电池的电动汽车加速缓慢，对深度放电的耐受性差，并且只有大约20,000英里的电池寿命。因此，包含锂离子电池的能量存储组在汽车应用和各种商用电子设备中越来越受欢迎，因为他们可充电、重量轻并且包括高能量密度。然而，在最佳操作温度下存储并操作带有锂离子电池的能量存储组对于允许电池长时间保持电量而言是非常重要的。

已知的能量存储组包括电池装置，该电池装置(battery unit)由通过串联或并联、或串联与并联的组合彼此电连接的多个能量存储单元组成。通常，电池组包括一个或多个支架结构，该支架结构由表现出出色导热性的材料制成。用于这种电池组的支架结构适于保持一个或多个能量存储单元。然而，在电池组的操作状态期间，电流流经电池以为汽车提供能量。随着电流从电池离开，在电池组中产生热。而且，在电池组的充电期间，同样在充电过程期间累积热。在电池放电以及电池充电期间产生的热导致温度上升，由此严重影响电池的预期寿命和性能。因此，当一个或多个能量存储单元进入热失控(要么通过违反安全温度限制、制造过程诱发的单元短路、过载，要么通过来自汽车碰撞的外部影响)时，所释放的能量的量可能导致邻近的能量存储单元也进入热失控，这一连锁反应破坏电池组，并且将车辆乘客置于巨大的人身危险中。

附图说明

参考附图进行详细描述。在整个附图中，相同的数字用于指代相似的特征和部件。

图1是根据本发明的一个实施方式的至少一个能量存储组的立体图。

图2是根据本发明的一个实施方式的所述至少一个能量存储组的分解图。

图3是根据本发明的一个实施方式的包括至少一个支架结构的所述至少一个能量存储组的分解图。

图4是根据本发明的一个实施方式的图3的所述至少一个能量存储组的所述至少一个支架结构的立体图。

图5是根据本发明的一个实施方式的图4的所述至少一个能量存储组的所述至少一个支架结构和多个能量存储单元的分解图。

图6是根据本发明的一个实施方式的所述至少一个支架结构的立体图,所述多个能量存储单元容纳在所述至少一个支架结构中。

具体实施方式

现有的能量存储装置包括至少一个支架结构，该支架结构配置成保持在其中的一个或多个能量存储单元。通常，所述至少一个支架结构由高导电率的金属形式的刚性构件制成。在这样的能量存储装置中，鳍片形式的冷却结构形成在所述至少一个支架结构的侧壁的至少一部分中。因此，在所述多个能量存储单元的充电和放电过程期间产生的热通过所述冷却结构有效地消散。然而，因为所述至少一个支架结构由金属(优选地由铝)制成，因而由于所述金属与所述一个或多个能量存储单元的直接接触，在所述多个能量存储单元的充电和放电过程期间产生的热致使单元与包括互连板的其他一个或多个电子部件之间电短路，由此由于对相邻单元的热冲击以及因此开始连锁反应而损坏能量存储装置。

在能量存储装置中的所述多个能量存储单元的已知布置中，单元周围存在的空气充当了热的不良导体，并且因此由于这一原因，不存在从所述多个单元到能量存储组的外壳结构的热传递，并且由于这一原因，整个能量存储装置的冷却变难。在这种的布置中，由于缺乏足够的冷却机构，在所述至少一个能量存储装置的充电和放电期间产生的大量热降低了所述多个能量存储单元的所述一个或多个能量存储单元的寿命和性能。另外，当所述一个或多个能量存储装置的温度等于或大于50℃时，在所述一个或多个能量存储单元放电后立刻对所述能量存储单元再充电是不可能的。而且，在能量存储装置中的所述多个能量存储单元的所述布置中，特别是在能量存储组内发生电短路时，空气在能量存储装置内的存在导致火在组内蔓延，因此导致整个能量存储装置的损坏。

在用于支撑能量存储装置中的所述多个能量存储单元的另一已知结构中，包括锂离子电池单元的一个或多个能量存储单元由一个或多个互连板通过焊接电连接。然而，由于支架结构的传统设计，该一个或多个能量存储单元并非固定地定位在其中并且因此用于电连接所述能量存储单元的焊接过程导致单元的错位，因而导致所述能量存储装置的功能故障。

考虑到上述目的并为了克服上述的所有问题，本发明提供了用于能量存储装置的所述至少一个支架结构的改进设计，其减轻热失控并且保护能量存储装置不受损坏，并且还提供用于能量存储装置的所述一个或多个能量存储单元的有效冷却机构。更特别但非排他地，本发明涉及到用于能量存储装置的所述至少一个支架结构的新颖且改进设计，其用于减轻在包括多个能量存储单元的能量存储装置中热失控事件。根据一个实施方式，本发明大概描述了关于所述至少一个支架结构的改进，所述至少一个支架结构适于将所述多个能量存储单元保持在固定位置(至可接受的公差范围内)，即使在所述多个能源存储单元的充电和放电期间接收。

本发明涉及所述至少一个能量存储装置，该至少一个能量存储装置包括多个能量存储单元以及至少一个支架结构，该至少一个支架结构适于存储所述多个能量存储单元的所述一个或多个能量存储单元。根据本发明的一个实施方式，所述至少一个支架结构包括包覆成型至至少一个刚性框架结构的至少一个非刚性构件。在一个实施方式中，所述至少一个非刚性构件包括一个或多个接收部分，该一个或多个接收部分尺寸被设计成在其中接收所述一个或多个能量存储元的至少一部分接收部分。多个能量存储单元包括锂离子电池，其被配置成以一个或多个配置(例如串联和并联组合)被固定在所述一个或多个接收部分中。

根据一个实施方式，所述至少一个支架结构包括至少一个刚性框架构件以及至少一个非刚性构件。在一个实施方式中，所述至少一个非刚性构件由橡胶形式的柔性材料由橡胶限定。根据一个实施方式，所述至少一个非刚性构件包括一个或多个接收部分，使得在使用中，所述至少一个非刚性构件被配置成保持所述一个或多个能量存储单元。由于所述一个或多个能量存储单元被固定在所述至少一个支架结构的所述一个或多个接收部分中，因此防止了所述一个或多个能量存储单元与所述至少一个刚性框架构件的直接接触。根据一个实施方式，防止所述多个能量存储单元与所述至少一个支架结构的所述至少一个刚性框架构件的直接接触提供了所述一个或多个能量存储单元与所述至少非刚性构建的良性热接触，该良性热接触提供了有效的冷却机构并且促进了整个所述至少一个能量存储装置的长寿命。另外，根据一个实施方式，橡胶形式的所述至少一个非刚性构件具有更好的减振性能，由此当固定在所述一个或多个接收部分中时，保护所述多个能量存储单元免于振动。在本发明的一个实施方式中，所述至少一个非刚性构件是导热的、电绝缘的并且是阻燃橡胶。进一步地，根据本发明的一个实施方式，被包覆成型至所述至少一个刚性框架构件的所述至少一个非刚性构件是一种阻燃橡胶材料并因此防止造成火灾时火势蔓延。而且，所述橡胶材料的所述至少一个支架结构的所述至少一个非刚性构件包括所述一个或多个接收部分。在一个实施方式中，所述一个或多个接收部分包括在他们之间形成的一个或多个狭缝。该一个或多个狭缝被配置成分别在所述至少一个能量装置的加热和冷却过程的热膨胀、收缩或振动期间沿着至少一个维度适应所述一个或多个能量存储单元的尺寸过大。此外，所述一个或多个狭缝被配置成将所述一个或多个能量存储单元容纳在所述至少一个支架结构中，该支架结构由于其中的任何制造缺陷而具有所述一个或多个接收部分的不均匀尺寸。根据一个实施方式，所述至少一个支架结构被配置成通过一个或多个紧固件与所述外壳直接接触。在本发明的另一实施方式中，所述至少一个支架结构被配置成通过至少一个导热构件与所述外壳直接接触。此外，根据一个实施方式，由多个能量存储单元的所述一个或多个能量存储单元生成的热被传导至由金属制成的所述至少一个刚性框架构件。由于所述至少一个刚性框架构件与所述至少一个能量存储组的所述外壳直接接触，因此所述至少一个能量存储装置通过在所述至少一个能量存储组周围的空气流动被冷却。更特别地，当容纳在所述至少一个能量存储组的所述外壳中时，针对所述至少一个支架结构的所述改进设计被配置成最小化所述至少一个能量存储组中空气的存在，由此减小所述至少一个能量存储装置中的火灾风险。

根据本发明的一个实施方式，针对所述至少一个支架结构的改进设计包括至少一个非刚性构件，该至少一个非刚性构件包括包覆成型在刚性框架构件上诸如橡胶材料的柔性树脂。在本发明的一个实施方式中，所述至少一个非刚性构件包括橡胶形式的柔性树脂，该柔性树脂是导热的，但其为电绝缘且阻燃的。因此，所述预定厚度在0.5至2.0mm范围内的橡胶形式的所述柔性树脂包覆成型至所述至少一个刚性框架构件，以防止所述一个或多个能量存储单元与所述至少一个刚性构件(其为金属)的直接接触，由此最小化所述一个或多个能量存储单元之间的电短路风险并且因此最小化对所述至少一个能量存储装置的损坏。因此，本发明的一个实施方式提供了用于能量存储装置的所述至少一个支架结构的改进设计，其通过具有在所述一个或多个能量存储单元的充电和放电中产生热期间使具有过电压、过电流的过热的所述一个或多个能量存储单元与金属制成的所述刚性框架构件的直接接触分离的能力而减轻了热失控事件蔓延。在一个实施方式中，所述至少一个刚性框架构件由铝金属制成，并且所述非刚性构件由包括橡胶的柔性树脂制成。

另外，根据本发明的一个实施方式，因为所述至少一个支架结构的所述至少一个非刚性构件被配置成保持所述一个或多个能量存储装置，因此所述一个或多个能量存储单元以预定位置被固定在所述至少一个非刚性构件的所述一个或多个接收部分中并因此有助于将所述一个或多个互连板精确焊接至所述多个能源存储单元。

根据一个实施方式，诸如橡胶的所述至少一个非刚性构件防止所述多个单元的所述一个或多个能量存储单元与包括金属的所述至少一个刚性框架构件直接接触，由此减轻了由于在所述一个或多个能量存储单元的充电和放电期间产生的热而导致的单元之间的热失控和短路。

以下参照附图详细描述本发明的各种其它特征和优点。在附图中，类似的附图标记通常表示相同的、功能相似的和/或结构相似的元件。首次出现某一元件的附图以相应附图标记中最左边的数字表示。参照附图，其中相同的附图标记将被用于在多个视图中标识相同或相似的元件。应当注意的是，附图应当按照附图标记的方向来查看。

图1是根据本发明的一个实施方式的所述至少一个能量存储组(100)的立体图。在一个实施方式中，所述至少一个能量存储组(100)包括外壳结构(102)，以在其中容纳一个或多个能量存储装置(200)(显示在图2中)。用于所述至少一个能量存储组(100)的所述外壳结构(102)包括一对左盖构件(101L)和右盖构件(101R)。

图2是根据本发明的一个实施方式的所述至少一个能量存储组(100)的分解图。在一个实施方式中，适于将所述至少一个能量存储装置(200)容纳于其中的所述外壳结构(102)包括一对左盖构件(101L)和右盖构件(101R)，该一对左盖构件(101L)和右盖构件(101R)适于覆盖所述至少一个能量存储组(100)的所述至少一个开口侧(102c)、(102d)。在一个实施方式中，所述外壳通过至少一个分隔构件(103)被分成一个或多个腔室(102a)、(102b)，该一个或多个腔室(102a)、(102b)以串联配置将至少一个能量存储装置(200)容纳在其中。在本发明的另一实施方式中，所述外壳结构(102)被分成在其中并联配置的所述一个或多个仓室(102a)、(102b)。

图3是根据本发明的一个实施方式的包括至少一个支架结构(205)的能量存储组(100)的分解图。根据本发明的一个实施方式，所述至少一个能量存储组(100)的所述至少一个能量存储装置(200)包括多个能量存储单元(204)以及适于存储所述多个能量存储单元(204)的一个或多个能量存储单元(204a)(显示在图5中)的所述至少一个支架结构(205)。在一个实施方式中，所述至少一个支架结构(205)包括包覆成型至所述至少一个刚性框架构件(205a)的至少一个非刚性构件(205b)。在一个实施方式中，所述多个能量存储单元(204)通过一个或多个互连板(202)、(203)彼此电连接。根据一个实施方式，所述一个或多个互连板(202)、(203)将所述多个能量存储单元(204)彼此电连接并且通过上部支架构件(201a)和下部支架构件(201b)将所述多个能量存储单元(204)电连接至电池管理系统(BMS)(未显示)。在一个实施方式中，所述多个能量存储单元(204)的至少上部部分通过所述上部支架构件(201a)和所述下部支架(201b)上的所述一个或多个互连板(202)、(203)电连接，以在所述多个能量存储单元和所述至少一个能量存储装置(200)的所述电池管理系统(BMS)(未示出)之间建立电连接。

图4是根据本发明的一个实施方式的图3的能量存储组(100)的所述至少一个支架结构(205)的立体图。在本发明的一个实施方式中，所述至少一个能量存储装置(200)的所述至少一个支架结构(205)适于保持所述多个能量存储单元(204)的一个或多个能量存储单元(204a)。根据一个实施方式，所述至少一个支架结构(205)包括包覆成型至所述至少一个刚性框架构件(205a)的所述至少一个非刚性构件(205b)。在一个实施方式中，所述至少一个非刚性构件(205b)包括所述一个或多个接收部分(400)，该接收部分(400)尺寸被设计成在其中接收所述一个或多个能量存储单元(204)的至少一部分。根据一个实施方式，所述一个或多个接收部分(400)包括在其中的至少一部分中形成的一个或多个狭缝(400a)、(400b)。更特别地，根据一个实施方式，所述一个或多个狭缝(400a)、(400b)被配置成在所述多个能量存储单元(204)的充电和放电过程期间沿其长度适应所述一个或多个能量存储单元(204a)的尺寸过大。另外，在一个实施方式中，所述多个能量存储单元(204)包括被配置成以一个或多个配置固定在所述一个或多个接收部分(400)中的锂离子电池。一个或多个接收部分(400)包括径向直径，该径向直径略大于所述多个能量存储单元(204)的所述一个或多个能量存储单元(204a)的尺寸。另外，在图4中，根据一个实施方式，所述至少一个非刚性构件(205b)是包括橡胶的柔性树脂材料，其配置成包覆成型至所述至少一个刚性框架构件，从而使得所述刚性构件(205a)形成所述至少一个支架结构(205)的所述非刚性构件(205b)的至少一个侧壁(401R)、(401L)、(402R)、(402L)。

图5是根据本发明的一个实施方式的图4的能量存储组(100)的所述至少一个支架结构(205)和所述多个能量存储单元(204)的分解图。根据一个实施方式，所述至少一个能量存储装置(200)(显示在图2中)包括所述至少一个刚性框架构件(205a)以及所述至少一个非刚性框架构件(205b)。在一个实施方式中，所述至少一个支架结构(205)的所述至少一个非刚性构件(205b)包括在其至少一部分中形成的所述一个或多个接收部分(400)。在一个实施方式中，所述一个或多个接收部分(400)被配置成包括径向直径，该径向直径略大于所述多个能量存储单元(204)的所述一个或多个能量存储单元(204a)的尺寸，从而使得所述一个或多个能量存储单元(204a)被固定在所述至少一个能量存储组(100)的所述至少一个能量存储装置(200)的所述至少一个支架结构(205)中。

图6是根据本发明的一个实施方式在其中包含所述多个能量存储单元(204)的所述至少一个支架结构(205)的立体图。根据一个实施方式，所述多个能量存储单元(204)在所述至少一个能量存储装置(200)(显示在图2中)的所述至少一个支架结构(205)中被固定到位。在本发明的一个实施方式中，多个能量存储单元(204)的所述一个或多个能量存储单元(204a)以包括串联和并联配置的一个或多个配置来布置。

有利地，用于所述至少一个能量存储装置的所述至少一个支架结构的改进设计提供了一种使所述至少一个能量存储的所述多个能量存储单元热平衡的方式，因此最大化了寿命、效率和能量。此外，用于所述至少一个能量存储装置的所述至少一个支架结构的改进设计都主动或被动地使所述至少一个能量存储装置冷却，以帮助防止所述至少一个能量存储组中过热蔓延。另外，有利地提供了用于所述至少一个能量存储装置的所述至少一个支架结构，该所述至少一个支架结构包括包覆成型至金属框架构件的导热橡胶的形式所述至少一个非刚性构件，由此在预定操作温度范围内保持所述一个或多个能量存储单元的温度，这确保了以改进的性能为所述至少一个能量存储装置继续充电。

在不背离本发明范围的情况下，可以在此包含改进和修改。