本发明涉及一种用于电动车辆的锂离子电池，且具体地说涉及一种具有改善热管理性能的带有改善汇流条结构的锂离子电池。
背景技术：
混合电动电动车辆(hev)和全电动车辆(ev)作为用于近期持久运输工具的有前景方案而出现。传统内燃机(ice)对于环境的有害影响以及与石油基燃料相关联的某些经济问题是开发电动动力系的主要驱动动因。
虽然ev完全地依赖于来自电化学存储系统(例如，电池)的动力供源，但在hev中，ice动力和电池系统动力的组合在混合动力动力系中提供推进。再生系统附加于车辆允许通过在制动期间捕获动能来对电池重新充电。此外，小型ice能用作ev中的发电机，以对电池重新电池并且延长驾驶范围。
混合动力和全电动车辆在其考虑安全性和经济性时须克服许多障碍。尽管在电池技术上有技术成果，但高能量和高功率电池的大规模应用还未达到其全部潜力。该缺点与如下事实相关联：电池的充电量、功率输送特征以及日历寿命很大程度上取决于它们的温度。经充分证明的事实是，电池在操作(充电和放点)期间的过度加热导致不平衡的反应，这由此触发诸如火灾和爆炸的严重安全问题。此外，电池暴露于冰点以下温度急剧地减小它们的电力输送。因此，电池热管理系统(btms)对于所有大中型电池组都是必须的，以使得它们的温度在较佳范围内，而不考虑电池组上的负荷。
锂离子(li-ion)电池由于诸如高功率和能量密度、长循环寿命、优良的存储能力以及无记忆再充电特征的若干引人注目特征而变为主要的电池技术。也称为袋形电池单元的棱柱形锂离子电池单元在本领域是众所周知的，并且由于对于此种情形(袋形)可忽略不计的重量、相对较低制造成本以及形状设计上的灵活性而在汽车电动化中受青睐。
锂基电池是室温电池；这意味着它们的理想工作温度是大约25℃。然而，它们能在-20℃至60℃的范围内工作，但在低于0℃的温度下，它们的能力迅速地减弱并且在高于50℃的温度下，它们变得易于产生严重的热危害。因此，锂离子电池的热管理对于促进它们的安全性和性能方面极为关键。
通常，btms的复杂性随着电池系统的尺寸而增大。随着电池尺寸增大，显著的温度变化会在各个电池单元之间发生。如果一个电池单元与其它电池单元相比处于较高温度下，则其电性能会不同，且这导致整个电池组的不平衡性能。因此，为了促进峰值性能，应使得电池组中电池单元之间的不同温度最小化；同时，整个电池组须保持在期望的温度范围内。
多电池单元电池、尤其是锂离子(li-ion)由于其高能量密度、高比能量、长寿命周期和灵活且轻型设计而广泛地使用。通常，多单元锂离子电池包括电池盒和作为电池模块集聚在电池盒中的一组电池单元。这些电池单元的每个包括具有正极引线的正电极和具有负极引线的负电极。在构造上，这些正极引线和负极引线串联地或并联地或者组合地连接，以满足电池电位的不同电压和能量需求。
通常，电池包括汇流条，该汇流条是金属导体，该金属导体具有低阻抗和高载流能力并且以所需的结构连接电极。汇流条通常用作导体以将电力分配至电池的若干点，且汇流条通常用于连接每个电池单元的电极，其中该汇流条串联地连接电池单元，并且该汇流条将一个电池单元的正极端子连接于另一电池单元的负极端子。汇流条通常焊接于每个电极端子。替代地，汇流条可由机械紧固件连接于电极端子。因此，汇流条用于经由相对较短的距离载送相当大的电流。
在图1a和1b中示出用于锂离子电池组的典型现有技术汇流条结构的示例。正如本领域众所周知地，电传输是汇流条的主要目的。然而，由于汇流条的长度可能变得相对较长(如图1a和1b中所示)，汇流条的温度可能在电力行进通过汇流条时升高。因此，在电池单元之间传导电流时，热量174可能但非必须地从每个汇流条112的中心区域114(在此，热量聚积在电池单元之间)朝向每个汇流条112的端部区域116传输，在端部区域处，汇流条112经由电池单元部件联接于冷却翅片(未示出)。每个汇流条的端部区域116可附接于每个电池单元凸片(电极)，以使得热量可从电池单元帽盖164传输至电池单元凸片，然后传输至电池单元并传输至允许热量耗散地冷却翅片。应理解地是，线缆120可将电池组连接于车辆。
然而，假定具有相当长的z形汇流条，在电流行进通过汇流条112时产生相对较高的温度。此外，假定z形汇流条的中心和冷却翅片之间存在相当长距离，则难以使得热量174从汇流条112传输至冷却翅片。
因此，需要一种用于锂离子车辆电池组的改进汇流条结构，其更佳地管理热能量。
技术实现要素：
本发明提供一种锂电池和灵活的电池模块，其可用在电动车辆中并且具有改进的热量管理特征。该电池包括彼此电连通的第一和第二对模块。第一对模块包括第一模块和第二模块。第二模块经由第一多个外部汇流条与第一模块进行电和热连通。第二对模块包括第三模块和第四模块。第四模块经由第二多个外部汇流条与第三模块进行电和热连通。第一和第二对模块经由靠近第二和第三模块的每个的中心区域的第一内部连接汇流条和第二内部连接汇流条彼此联接。
本发明还提供一种用于车辆电池的电池模块，其中，对于电池组中的不同模块可使用单个电池模块设计，由此简化组装工艺并且降低零件成本。可互换的电池模块包括具有多个电池单元的模块、第一和第二外部汇流条以及第一和第二内部汇流条。该模块包括中心区域、第一和第二侧向侧部以及第一和第二。除了第一和第二内部汇流条以外，可互换的电池模块进一步包括第一和第二外部汇流条。第一外部汇流条设置成靠近模块的第一侧向侧部。第二外部汇流条设置成靠近模块的第二侧向侧部。第一外部汇流条操作地配置成联接于第一外部连接汇流条，且第二外部汇流条操作地配置成联接于第二外部连接汇流条。第一内部汇流条和第二内部汇流条设置成靠近中心区域。第一和第二内部汇流条各自具有近侧端部和远侧端部，其中，近侧端部附接于对应的电池单元凸片。
第一内部汇流条操作地配置成经由第一内部连接汇流条电气地联接于相邻模块，且第二内部汇流条配置成经由第二内部连接汇流条电气地联接于相邻模块。替代地，第一内部汇流条经由端部连接汇流条联接于第二内部汇流条。应理解地是，第一和第二外部汇流条操作地配置成产生彼此抵消的电磁场。第一和第二外部汇流条的每个以及第一和第二内部汇流条的每个均限定近侧端部和远侧端部，每个远侧端部附接于电池单元帽盖。第一外部汇流条的近侧端部配置成附接于第一外部连接汇流条。第二外部汇流条的近侧端部配置成附接于第二外部连接汇流条，以将模块联接于另一模块。该模块进一步包括多个电池单元，其具有设置在多个电池单元中的每个电池单元之间的冷却翅片，其中，每个电池单元进一步包括电池单元凸片和对应的电池单元帽盖。第一和第二外部汇流条、第一和第二内部汇流条、对应的电池单元帽盖、电池单元凸片、电池单元以及冷却翅片彼此热连通。
由灵活模块中汇流条产生的热能量均匀地分布在模块中，假定第一和第二外部汇流条操作地配置成在模块的每个侧向侧部处彼此热平衡。
从参照附图考虑的以下详细描述中，本发明及其特定特征和优点会变得更显而易见。
附图说明
从以下详细描述、最佳模式、权利要求以及附图中，本发明的这些和其它特征以及优点会显而易见，附图中：
图1a是用于车辆的锂离子电池上典型汇流条结构的等轴视图。
图1b是用于车辆的锂离子电池上典型汇流条结构的俯视图。
图2是根据本发明各个实施例的汇流条结构的等轴视图，其中，汇流条结构实施在用于车辆的锂离子电池上。
图3是根据本发明各个实施例的汇流条结构的俯视图，其中，汇流条结构实施在用于车辆的锂离子电池上。
图4是图2中电池的外部汇流条、电池单元、电池单元帽盖以及电池单元凸片沿着剖线4-4剖取的部分剖视图。
在附图的若干视图的所有描述中，类似的附图标记指代类似的部件。
具体实施方式
现将详细地参照本发明的目前较佳组合、实施例以及方法，其构成发明人目前已知的实践本发明的最佳模式。附图并非必须按比例绘制。然而，应理解地是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，且本发明能以各种且替代的形式实施。因此，这里公开的特定细节并不解释为限制性的，而是仅仅作为本发明任何方面的代表性基础和/或作为用于教示本领域技术人员来以各种方式实施本发明的代表性基础。
除了在示例中或者另外清楚地指示以外，本说明中指示材料量或反应条件和/或使用的所有数值量应理解成由词语“约”所修饰，以描述本发明的最广泛范围。在所陈述的数值范围内的实践通常是较佳的。此外，除非明确进行相反的陈述：百分比、“份数”以及比值数值以重量计；对于结合本发明针对给定目的适合或较佳的材料组群或类别的描述暗指该组群或类别的任何两个或更多个构件的混合物同样是可适用或较佳的；首字母缩写或其它缩写的第一定义适用于本文中相同缩写的所有后续使用，并且比照适用于初始定义缩写的正常语法变体；并且，除非明确进行相反的陈述，通过之前或之后参照相同特性的相同技术来确定对特性的测量。
还应理解的是，本发明并不局限于下文描述的特定实施例和方法，因为特定的部件和/或条件当然可改变。此外，这里使用的术语仅仅用于描述本发明的特定实施例的目的并且并不旨在以任何方式进行限制。
还须注意的是，如说明书和所附权利要求中所使用地，单数形式“一(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”包括复数对象，除非上下文另有清楚地指示。例如，参照单数的部件旨在包括多个部件。
术语“包括(comprising)”与“包括(including)”、“具有(having)”、“包含(containing)”或“特征在于(characterizedby)”是同义词。这些术语是包括性的和开放性的并且并不排除附加的、未列举的元件或方法步骤。
措辞“由...构成(consistingof)”排除并未规定在权利要求中的任何元件、步骤或成分。当此种措辞出现在权利要求项的条款、而非紧跟在前序部分时，这仅仅限定在该条款中阐述的元件；其它元件并非作为整体从权利要求中排除。
措辞“基本上由...构成(consistingessentiallyof)”将权利要求的范围限制为特定的材料或步骤，加上那些并不在材料上影响所要求主题的基本和新颖特征的材料或步骤。
能替代地使用术语“包括(comprising)”、“由...构成(consistingof)”以及“基本上由...构成(consistingessentiallyof)”。在使用这三个术语的一个的情形下，目前所公开和要求的主题可包括使用另外两个术语的任一个。
在本申请全文中，在参照公开文献的情形下，这些公开文献的全部内容的公开在此通过参照的方式纳入本申请，以更完整地描述本发明所属的现有技术。
以下详细描述在本质上仅仅是示例性的并且并不旨在限制本发明或本申请以及本发明的使用。此外，并不旨在受到前文背景技术中或者以下详细描述中呈现的任何理论的限制。
参照图2和3，本发明提供一种用于电动车辆的锂离子电池10，其中，汇流条结构更佳地管理整个车辆的热能量。如图2中所示，示出用于电动车辆的锂离子电池10。图2中示出的锂离子电池10包括四个电池模块70。设有多个汇流条，这些汇流条将一个电池模块70连接于另一个电池模块70。一对外部汇流条12、36设置在每个电池模块70的侧向侧部上。如图3中所观察到地，第一外部汇流条12(示作正极端子97)设置在电池模块70的第一侧向侧部66处，而第二外部汇流条36(示作负极端子99)设置在电池模块的第二侧向侧部68。第一和第二外部汇流条12、36(正极端子97和负极端子99)附接于对应的第一和第二外部连接汇流条44、46，该第一和第二外部连接汇流条通常设置在每个模块、即第一和第二模块80、82之间。第一和第二外部连接汇流条44、46配置成将一个模块的第一和第二外部汇流条12、36(正极端子97和负极端子99)电气地联接于相邻模块70的相反充电端子(负极端子99和正极端子97)。
因此，在图3的非限制示例中，第一外部汇流条12包括近侧端部60和远侧端部62，其中，近侧端部60附接于第一外部连接汇流条44，而远侧端部62附接于靠近第一模块的第一侧向侧部66的电池单元帽盖64(或电池单元部件)。第二外部汇流条36也包括近侧端部60和远侧端部62，其中，近侧端部60附接于第二外部连接汇流条46，而第二外部汇流条36的远侧端部62附接于靠近第一模块70、80的第二侧向侧部68的电池单元帽盖64(或电池单元部件)。第一外部汇流条12的近侧端部60可以但非必须地经由机械紧固件63附接于第一外部连接汇流条44。第一外部汇流条12的近侧端部60也可同样经由焊接部附接于第一外部连接汇流条44。应理解地是，如图4中所示，第一外部汇流条12的远侧端部62可以但非必须地焊接于靠近第一侧向侧部66的电池单元帽盖64。然后，来自第一外部连接汇流条44和第一外部汇流条12的热量74可传送至电池单元帽盖64、至电池单元凸片92、至电池单元94，且然后传送至邻近于每个电池单元94的冷却翅片22。
类似地，第二外部汇流条的近侧端部60可以但非必须地经由机械紧固件63附接于第二外部连接汇流条46。第二外部汇流条36的近侧端部60也可同样经由焊接部附接于第二外部连接汇流条46。应理解地是，类似于图4中所示地，第二外部汇流条36的远侧端部62可以但非必须地焊接于靠近第二侧向侧部的电池单元帽盖64。类似地，然后，来自第二外部汇流条36的热量74可从第二外部汇流条36传送至电池单元帽盖64、至电池单元凸片92、至电池单元94，且然后传送至邻近于每个电池单元94的冷却翅片22。
应理解地是，第一和第二外部连接汇流条36、46操作地配置成将第一模块70、80连接于第二模块70、82，以使得电力可从第一模块80传输至第二模块82。关于第一外部连接汇流条44，第一外部连接汇流条44可操作地配置成将第一模块80的正极侧部96上的正极端子97(第一外部汇流条12)电气地连接于第二模块82的负极侧部98上的负极端子99(第一外部汇流条12)。此外，如图所示，对应的外部汇流条12(第二模块82的负极端子99)设置成靠近相邻的(第二)电池模块70、82的第一侧向侧部66。如图2中所示，假定相邻(第二)电池模块70、82的对应外部汇流条12设置成靠近第二电池模块70、82的第一侧向侧部66，该汇流条12也可称为第一外部汇流条12。
关于第二外部连接汇流条46，第二外部连接汇流条46可操作地配置成将第一模块80的负极侧部98上的负极端子99电气地连接于第二模块82的正极侧部98的正极端子97。如图所示，第二外部连接汇流条46将第二外部汇流条36联接于相邻(第二)电池模块70、82的对应外部汇流条36，其中，对应的外部汇流条36(第一模块80的负极端子99)设置成靠近相邻(第二)电池模块70、82的第二侧向侧部68。如图2中所示，假定相邻(第二)电池模块70、82的对应外部汇流条36(正极端子97)设置成靠近第二电池模块70、82的第二侧向侧部68，该汇流条36也可称为第二外部汇流条36。
应理解地是，第一模块的第一和第二外部汇流条12、36设置成靠近第一模块的第二端部32。如图2和3中所示，在第一模块的第一端部30上，第一和第二内部汇流条20、24设置成靠近第一模块的中心区域90。第一和第二内部汇流条20、24的每个包括远侧端部62，该远侧端部经由焊接部或机械紧固件63之类附接于电池单元帽盖64。应理解地是，热量74可从第一和第二内部汇流条20、24的每个传输至对应的电池单元帽盖64，且然后至对应的电池单元凸片92、至电池单元94且然后传输至冷却翅片22。第一和第二汇流条可经由内部连接汇流条56连接于彼此。内部连接汇流条56配置成将第一模块80的正极侧部96上的正极端子97(第一内部汇流条20)电气地连接于第一模块80的负极侧部98上的负极端子99(第二内部汇流条24)。
如图2和3中所示，第二模块82还包括第一和第二内部汇流条20、24，该第一和第二内部汇流条也设置在第二模块82的第二端部32上，且每个模块70(例如，第二模块82)的第二端部32与同一模块(例如，第二模块82)的第一端部30相对。然而，如图2和3中所示，第一和第二内部汇流条20、24类似地设置成靠近第二模块82的中心区域90。第一和第二内部汇流条20、24的每个包括远侧端部62，该远侧端部经由焊接部或机械紧固件63之类附接于电池单元帽盖64。应理解地是，热量74可从第一和第二内部汇流条20、24的每个传输至对应的电池单元帽盖64，且然后至对应的电池单元凸片92、至电池单元94且然后传输至冷却翅片22。第二模块82的第一和第二内部汇流条20、24的每个可各自包括近侧端部，其中，每个近侧端部经由机械紧固件或焊接部之类附接于对应的内部连接汇流条。因此，第二模块82中的第一内部汇流条的近侧端部附接于第一内部连接汇流条51，而第二模块82中的第二内部汇流条24的近侧端部附接于第二内部连接汇流条50。第二模块82的第一内部连接汇流条51配置成将第二模块82的负极侧部98上的负极端子99(第一内部汇流条20)电气地连接于第三模块84的正极侧部96上的正极端子97(第一内部汇流条20)。类似地，第二模块82的第二内部连接汇流条50配制成将第二模块82的正极侧部98上的正极端子97(第二内部汇流条24)电气地连接于第三模块84的负极侧部98上的负极端子99(第二内部汇流条24)。
应理解地是，第一和第二模块80、82形成第一对模块26，且第三和第四模块84、86形成第二对模块28，其中，第一对和第二对26、28经由第一内部连接汇流条51和第二内部连接汇流条50电气地联接于彼此。第一对26中的第一和第二模块80、84经由第一和第二外部汇流条12、36电气地联接于彼此。第二对28中的第三和第四模块84、86也经由第一和第二外部汇流条12、36电气地联接于彼此。
如图2和3中所示，第三模块84还包括第一和第二内部汇流条20、24，该第一和第二内部汇流条也设置在第三模块84的第一端部30上，且每个模块的第二端部32与每个模块的第一端部30相对。如图2和3中所示，第一和第二内部汇流条20、24类似地设置成靠近第三模块84的中心区域90。第一和第二内部汇流条20、24的每个类似地包括远侧端部62，该远侧端部经由焊接部或机械紧固件63之类附接于电池单元帽盖64。应理解地是，热量74也可从第一和第二内部汇流条20、24的每个传输至对应的电池单元帽盖64，且然后至对应的电池单元凸片92、至电池单元94且然后传输至冷却翅片22。第三模块84的第一和第二内部汇流条20、24的每个可各自包括近侧端部，其中，每个近侧端部经由机械紧固件或焊接部之类附接于对应的内部连接汇流条。因此，第三模块84的第一内部汇流条20附接于第一内部连接汇流条51，以使得第三模块84的第一内部汇流条20电气地联接于第二模块82的第一内部汇流条20。第三模块84的第二内部汇流条24(负极端子99)附接于第二内部连接汇流条48、50，以使得第三模块84的第二内部汇流条24(负极端子99)经由第二内部连接汇流条48、50电气地联接于第二模块82的第二内部汇流条24(正极端子97)，由此便于第二和第三模块82、84的负极和正极端子之间或者第一对模块26和第二对模块28之间的电连通。第一和第二内部连接汇流条51、50可各自也称为内部连接汇流条48。
应理解地是，第三和第四模块84、86之间的第一和第二外部连接汇流条36、46操作地配置成将第三模块84电气地连接于第四模块86，以使得电力可从第三模块84传输至第四模块86。关于第一外部连接汇流条44，第一外部连接汇流条44可操作地配置成将第三模块84的正极侧部96上的正极端子97(第三模块84的第一外部汇流条12)电气地连接于第四模块86的负极侧部98上的负极端子99(第一外部汇流条12)。此外，第一外部连接汇流条44操作地配置成将第一外部汇流条12(第三模块84的正极端子97)联接于相邻(第四)电池模块86的对应外部汇流条12(负极端子99)，其中，每个第一外部汇流条12设置成靠近每个电池模块84、86的第一侧向侧部66。
关于第二外部连接汇流条46，第二外部连接汇流,46可操作地配置成将第三模块84的负极侧部98上的负极端子99(第二外部汇流条36)电气地连接于第四模块86的正极侧部96上的正极端子97(第二外部汇流条26)。如图所示，第二外部连接汇流条46将第三模块84的第二外部汇流条36(负极端子99)联接于相邻(第四)电池模块86的对应外部汇流条36(正极端子97)，其中，前述外部汇流条36设置成靠近相邻(第四)电池模块86的第二侧向侧部68。假定如图2中所示，相邻(第四)电池模块86的对应外部汇流条36设置成靠近第四电池模块86的第二侧向侧部68，该汇流条36也可称为第二外部汇流条36。应理解地是，第四模块86的第一和第二外部汇流条12、36设置成靠近第四模块86的第二端部32。
类似于第一模块，第四模块86也具有设置成靠近第一端部30的第一和第二内部汇流条20、24。如图2和3中所示，在第四模块86的第一端部30上，第一和第二内部汇流条20、24设置成靠近第四模块86的中心区域90。第一和第二内部汇流条20、24的每个包括远侧端部62，该远侧端部经由焊接部或机械紧固件63之类附接于电池单元帽盖64。应理解地是，热量74可从第一和第二内部汇流条20、24的每个传输至对应的电池单元帽盖90，且然后至对应的电池单元凸片92、至电池单元94且然后传输至冷却翅片22。第四模块86的第一和第二汇流条20、24则可经由内部连接汇流条56连接于彼此。内部连接汇流条56配置成将第四模块的正极侧部96(经由第二内部汇流条24的正极端子97)电气地连接于第四模块86的负极侧部98(经由负极端子99或第一内部汇流条20)，由此闭合每个模块70的正极侧部和负极侧部之间的电气环路。
虽然在前文详细描述中已呈现了至少一个示例性实施例，但应意识到地是存在各种各样变型。还应意识到地是，示例性实施例或多个示例性实施例仅仅是示例，并且并不旨在以任何方式限制本发明的范围、可应用性或构造。而是，前文详细描述为本领域技术人员提供用于实施示例性实施例或多个示例性实施例的便利指引图。应理解地是，在元件的功能和结构上，能做出各种改变，而不会偏离在所附权利要求及其法律等同物中阐述的本发明范围。