电池模块和电池模块堆的制作方法

1.本公开涉及一种电池模块和包括多个电池模块的电池模块堆。


背景技术：

2.一种类型的可充电电池是具有多层结构的锂离子电池，该多层结构包括由各种混合氧化物或橄榄石活化的正电极、由特殊碳活化的负电极、以及全部浸入有机电解质中的隔膜。电池通常容纳在外壳中以形成电池模块。在正常操作条件下，电能在充电期间被转换为化学能并作为化学能储存，并且所储存的化学能在放电期间被转换为电能。更具体地，在充电期间，正电极中的锂被电离并且逐层移动到负电极；在放电期间，离子移动到正电极并返回到其原始化合物。多个锂离子电池模块可与用于控制电池模块的控制模块一起安装在机架组件上，以形成电池组。
3.各种不同类型的机架可以用于存储和运输互连的电池模块。在其最简单的形式中，机架可以包括框架，该框架具有多个槽，这些电池模块被插入这些槽中。然后，电力和冷却线路可连接到电池模块。在另一变型中，机架可以包括容纳电源连接的背板。电池模块(其电源连接器位于该模块的后部)插入槽中并且直接插入背板中。
4.然而，通常，机架的使用使电池组复杂化。例如，使用机架来容纳电池模块增加了形成电池组的部件的数量，从而增加了电池组的制造成本。另外，采用背板的机架可能易于导致在电池模块的电源连接器与背板的电力线之间出现的对准问题。
5.因此，在本领域中仍然需要提供一种电池模块，该电池模块使得能够更简单且更有效地存储和运输多个互连的电池模块。


技术实现要素：

6.在本公开的第一方面，提供了一种电池模块，包括：用于容纳多个电池单元的至少一个单元外壳；以及冷却组件：冷却组件包括冷却通道，该冷却通道从电池模块的第一侧中的孔延伸到电池模块的第二侧中的孔；并且冷却组件定位成使得在单元外壳内产生的热量能够被传递到冷却流体，该冷却流体经由冷却通道从电池模块的第一侧流到电池模块的第二侧。因此，模块的第一外侧可以流体连接至模块的第二外侧。
7.电池模块还可包括排气组件，该排气组件包括从电池模块的一侧中的孔延伸到电池模块的另外的侧中的孔的排气通道；以及排气口，该排气口从单元外壳延伸到排气通道。排气通道可以从电池模块的第一侧中的孔延伸到电池模块的第二侧中的孔。
8.电池模块还可包括密封件，该密封件密封排气口并且被配置为响应于单元外壳内的压力达到临界压力而打开，从而允许排气从单元外壳流到排气通道。密封件可以被配置为响应于在单元外壳内发生的热失控而打开。
9.排气口可以延伸穿过冷却通道。
10.冷却组件可以位于所述单元外壳与所述排气组件之间。
11.至少一个单元外壳可包括在电池模块的相应侧上的第一单元外壳和第二单元外
壳，并且其中，冷却通道可在第一单元外壳与第二单元外壳之间延伸。冷却通道可沿着第一单元外壳和第二单元外壳中的每一个的长度延伸。
12.电池模块还可包括散热器，所述散热器设置在电池模块的一侧或更多侧上。散热器可包括一个或多个冷却片。散热器可包括用于将热量引导至冷却组件的散布板或热管。
13.电池模块还可包括从电池模块的上边缘或下边缘延伸的至少一个第一锁定构件。电池模块还可包括从电池模块的上拐角或下拐角延伸的至少一个第一锁定构件。
14.电池模块还可包括至少一个第二锁定构件，该第二锁定构件位于电池模块的边缘或拐角中，该边缘或拐角与电池模块的至少一个第一锁定构件从其延伸的边缘或拐角相对。
15.电池模块还可包括电力和通信组件，该电力和通信组件包括电路和处理器中的一个或多个，处理器被配置为监测容纳在电池模块内的一个或多个电池单元。电力和通信组件可位于电池模块的第一端，并且冷却组件可位于电池模块的相对的第二端。电力和通信组件可位于电池模块的前端，并且其中，冷却组件位于电池模块的后端。因此，大部分的潜在可维修部件可以位于电池模块的前部，使得它们能够容易地接近。
16.电力和通信组件可包括可在缩回位置与伸出位置之间移动的电源引脚。在一些实施方式中，在第一“缩回”位置中，电源引脚可以缩回电池模块内，并且在第二“伸出”位置中，电源引脚可以伸出电池模块之外。在一些实施方式中，电源引脚可以在其缩回位置和其伸出位置两者中位于电池模块内。电池模块还可包括开关，该开关被配置为在被致动时使电源引脚在第一位置与第二位置之间移动。因此，通过缩回电源引脚，可以使电池模块对于处理/运输更安全。此外，缩回电源引脚中断组装的模块堆中的电源回路，例如以便服务模块的部件。
17.电力和通信组件还可包括位于电池模块的外表面上的电源插座。电源插座可位于电池模块的下侧，并且电源引脚在处于第二位置时可延伸出电池模块的上侧。电源引脚和电源插座可以彼此正对。
18.电池模块还可包括在电池模块的前表面上可移除面板，用于接近电力和通信组件的一个或多个部件。
19.电力和通信组件还可包括在电池模块的一侧的第一光通信端口和在电池模块的另外的侧的第二光通信端口。
20.电力和通信组件还可包括用于与一个或多个其他电池模块进行通信的无线通信模块。
21.电池模块还可包括邻近单元外壳的散热器。散热器可流体连接冷却通道和电池模块的外部；并且在所述单元外壳内产生的热量能够通过被传递到冷却流体而从电池模块传递出去，冷却流体经由散热器从冷却通道流到电池模块的外部。散热器可包括流体流动路径，流体流动路径经由一个或多个入口从冷却通道延伸到散热器中，并且经由一个或多个出口从散热器返回到冷却通道中；并且在单元外壳内产生的热量能够通过被传递到冷却流体而从电池模块传递出去，冷却流体从电池模块的第一侧进入冷却通道、流动到流体流动路径、返回到冷却通道并且离开冷却通道到电池模块的第二侧。
22.冷却通道、排气通道和电源插座中的一个或多个可延伸穿过散热器。
23.冷却流体可包括以下各项中的一项或多项：强制空气、液体冷却剂、或通过对流而
流动的空气。
24.电池模块还可包括在电池模块的顶侧和底侧中的一侧上的一个或多个公连接器，以及在电池模块的顶侧和底侧中的另外的侧上的一个或多个母连接器，并且连接器中的至少一个包括锥形部分。例如，一个或多个母连接器可包括锥形部分。
25.一个或多个公连接器可包括至少一个第一锁定构件，并且一个或多个母连接器可包括至少一个第二锁定构件。
26.一个或多个公连接器可包括一个或多个电源引脚，并且一个或多个公连接器可包括一个或多个电源插座。
27.在本发明的另一个方面中，提供了一种电池模块堆，该电池模块堆包括多个电池模块，每个电池模块包括：用于容纳多个电池单元的至少一个单元外壳；以及冷却组件，该冷却组件包括冷却通道：冷却通道从电池模块的第一侧中的孔延伸到电池模块的第二侧中的孔；并且冷却通道定位成使得在单元外壳内产生的热量能够被传递到冷却流体，该冷却流体经由冷却通道从电池模块的第一侧流到电池模块的第二侧，其中，电池模块被布置成堆叠结构，使得至少一个电池模块的冷却通道与至少一个相邻的电池模块的冷却通道对准。
28.电池模块堆还可包括在堆叠结构的底部的基座；以及空气输送装置，该空气输送装置被配置为使空气经由冷却通道流过基座并通过堆叠的电池模块的冷却通道，该冷却通道形成在基座内并与堆叠的电池模块的冷却通道流体连通。
29.每个电池模块还可包括：排气组件，该排气组件包括从电池模块的第一侧中的孔延伸到电池模块的第二侧中的孔的排气通道；以及排气口，该排气口从单元外壳延伸到排气通道；并且至少一个电池模块的排气通道可与至少一个相邻的电池模块的排气通道对准。基座可包括与堆叠的电池模块的排气通道流体连通的排气出口。
30.有利地，冷却和/或排气组件与电池模块的集成性质可允许无需用专用背板对模块堆进行组装。背板可以指代容纳电池模块的电力连接的单一结构，并且多个电池模块连接于此或“插入其中”。
31.电池模块堆还可包括与电池模块通信地耦接并且可操作以控制电池模块的操作的组控制器。组控制器可以与电池模块堆叠在一起。
32.电池模块堆还可包括盖，该盖定位在堆叠结构的顶部，使得堆叠结构的最上面的电池模块的冷却通道被密封。
33.电池模块堆还可包括稳定机构，稳定机构被配置为向堆叠结构施加压迫以使堆叠结构稳定。
34.稳定机构可包括一个或多个缆绳或杆，该一个或多个缆绳或杆(诸如，实心杆)附接到盖并且附接到至少与堆叠结构的最下面的电池模块一样低的一个或多个点。
35.另外，在液体冷却模块的情况下，盖可以使冷却剂总管终止，盖可以容纳“跳线”汇流条，用于使电流朝向堆叠的基座返回，并且盖可跳线连通，用于将电流朝向堆叠的基座返回。
36.每个电池模块还可包括一个或多个锁定构件，一个或多个锁定构件与紧邻的上电池模块和紧邻的下电池模块中的一个或多个的相应锁定构件接合。电池模块的一个或多个锁定构件可被配置为响应于另一电池模块被堆叠在紧邻的上电池模块的顶部而与紧邻的
上电池模块的相应锁定构件接合。
37.在本公开的另一方面，提供了一种通过堆叠多个电池模块以形成堆叠结构而组装电池模块堆的方法，其中，每个电池模块包括：用于容纳多个电池单元的至少一个单元外壳；以及冷却组件：冷却组件包括冷却通道，该冷却通道从电池模块的第一侧中的孔延伸到电池模块的第二侧中的孔；并且冷却组件定位成使得在单元外壳内产生的热量能够被传递到冷却流体，冷却流体经由冷却通道从电池模块的第一侧流到电池模块的第二侧；并且其中，堆叠结构被配置为使得至少一个电池模块的冷却通道与至少一个相邻的电池模块的冷却通道对准。
38.该方法还可包括将盖定位在堆叠结构的顶部，使得堆叠结构的最上面的电池模块的冷却通道被密封。该方法还可包括使用稳定机构对堆叠构造施加压迫以使堆叠构造稳定。
39.在本发明的另一个方面中，提供了一种使用电池模块堆的方法，电池模块堆包括多个电池模块，每个电池模块包括：用于容纳多个电池单元的至少一个单元外壳；冷却组件，所述冷却组件包括冷却通道：冷却通道从电池模块的第一侧中的孔延伸到电池模块的第二侧中的孔；并且冷却通道定位成使得在单元外壳内产生的热量能够被传递到冷却流体，该冷却流体经由冷却通道从电池模块的第一侧流到电池模块的第二侧，其中，电池模块被布置成堆叠结构，使得至少一个电池模块的冷却通道与至少一个相邻的电池模块的冷却通道对准，方法包括：识别需要从堆叠构造移除的电池模块；将升降机构与恰好在所识别的电池模块上方的电池模块接合；以及使用升降机构将所识别的电池模块上方的电池模块从堆叠结构提升。
40.在本公开的另一方面中，提供了一种制造电池模块堆的方法，包括：使用升降机构将根据任何上述实施方式的电池模块堆相对于接口基座定位在预定位置中，其中，在预定位置中，电池模块堆的冷却通道在形成在接口基座中的一个或多个孔内对准，使得通过接口基座输送的空气能够流入电池模块堆的冷却通道中。
附图说明
41.现在将结合附图描述本公开的实施方式，其中，
42.图1示出了根据本公开的实施方式的电池模块堆；
43.图2示出了根据本公开的实施方式的电池模块的顶部；
44.图3示出了图2的电池模块的底部；
45.图4示出了图2的电池模块的后部，其中透明地示出了后盖；
46.图5示出了电池单元的堆叠；
47.图6是图2的电池模块的分解图；
48.图7和图8更详细地示出了根据本公开的实施方式的互锁电池模块；
49.图9至图11是根据本公开的实施方式的模块堆基座和接口基座的视图；
50.图12示出了空气被推动穿过图1的模块堆；
51.图13示出了根据本公开的实施方式的多个模块堆和组控制器；
52.图14示出了根据本公开的实施方式的多行模块堆和组控制器；
53.图15示出了根据本公开的实施方式的组装一行模块堆的方法；
54.图16示出了根据本公开的实施方式的电池组；
55.图17示出了根据本公开的实施方式的接口基座；
56.图18示出了根据本公开的实施方式的组控制器模块；
57.图19示出了组控制器；
58.图20和图21示出了根据本公开的实施方式的电池模块的顶部和底部；
59.图22和图23示出了图20和图21的电池模块的冷却和排气歧管；
60.图24a和图24b分别示出了根据本公开的实施方式的处于其缩回状态和伸出状态的电源引脚；
61.图25是图20和图21的电池模块的前盖的后视图；
62.图26是图25的前盖的前视图，其中保护服务面板被移除；
63.图27示出了图16的电池组的顶部；
64.图28示出了图16的电池组的底部；
65.图29示出了图16的电池组的盖；以及
66.图30a
‑
图30d和图31示出了互连的电池模块的电路图。
具体实施方式
67.本公开试图提供改进的电池模块和电池组。虽然以下描述了本公开的各种实施方式，但本公开不限于这些实施方式，且这些实施方式的变型可很好地落在本公开的范围内，该范围将仅由所附权利要求限制。
68.词语“一个(a)”或“一种(an)”在与权利要求和/或说明书中的术语“包括(comprising)”或“包含(including)”结合使用时可以意指“一个”，但是它也与“一个或多个”、“至少一个”、以及“一个或多于一个”的含义一致，除非上下文另有明确规定。类似地，词语“另一个”可以意指至少第二个或更多个，除非上下文另有明确规定。
69.如在此使用的术语“耦合(coupled)”、“耦接(coupling)”或“连接”可以具有若干不同的含义，这取决于使用这些术语的上下文。例如，术语耦合、耦接或连接可以具有机械或电气含义。例如，如本文中所使用的，术语耦合、耦接或连接可指示两个元件或设备彼此可直接连接，或者通过一个或多个中间元件或设备经由电气元件、电信号或机械元件彼此连接，取决于特定上下文。当与项目列表相关联地使用时，本文中的术语“和/或”是指包括该列表的项目中的任何一个或多个。
70.如在此使用的，提及“约”或“大约”一个数字或提及“基本上”等于一个数字意指在该数字的 /
‑
10％内。
71.在下文中，电池模块通常是指容纳多个互连的电池单元的外壳。电池单元形成一个或多个电池单元堆(也可称为电池单元串)。彼此上下堆叠的多个电池模块总体上形成一个电池模块堆(或简称为模块堆)。当一个或多个电池模块连接至模块控制器(也称为组控制器)时，电池模块和模块控制器的组合通常形成电池组。组控制器可以与电池模块堆一起堆叠，或者可以位于模块堆的外部。
72.转到图1，示出了根据本公开的实施方式的电池模块堆100。模块堆100由不同部件的堆叠布置形成。具体地，模块堆100包括：在其底部的模块堆基座10，堆叠在模块堆基座10的顶部的互连的电池模块50的堆叠，以及位于模块堆100的顶部、与最上面的电池模块50直
接相邻的模块堆盖80。模块堆100堆叠在接口基座95的顶部，使得模块堆基座10与接口基座95的上表面接合。本领域技术人员将理解，本公开扩展到具有任何数量的堆叠电池模块和具有任何数量的列的堆叠电池模块的电池组。此外，在一些实施方式中，可以在没有模块堆盖80和/或没有模块堆基座10的情况下形成模块堆。因此，在一些实施方式中，模块堆可以仅包括一列或多列堆叠的电池模块。
73.模块堆100的占地面积与标准尺寸托盘的占地面积大致相同。具体地，模块堆100的占地面积与欧洲托盘协会定义的标准eur2欧洲尺寸托盘(例如，1,200x1,000x144毫米)大致相同，但如本领域技术人员将认识到的，本公开扩展到具有任何其他合适的占地面积尺寸的模块堆。
74.转到图2和图3，示出了电池模块50的顶视图和底视图。电池模块50包括一对单元外壳52a、52b，每个外壳容纳电池单元堆72a、72b(图2和图3中未示出)。单元外壳52a、52b的远离电池模块50的左侧、右侧和下侧设置有冷却片53，用于促进从单元外壳52a、52b的内部向电池模块50的外部的热传递。
75.在电池模块50的后部设置有排气组件，该排气组件包括一对排气通道57a、57b。排气通道57a、57b从形成在电池模块50的下侧和上侧内的排气孔延伸。因此，排气通道57a、57b从电池模块50的下侧延伸到电池模块50的上侧。排气通道57a、57b用于将可能在单元外壳52a、52b内形成的排体(例如，响应于一个或多个电池单元堆72a、72b经受热失控)输送远离电池模块50。具体地，每个排气通道57a、57b流体耦接至单元外壳52a、52b中的一个的内部，使得从单元外壳内的电池单元堆72a、72b中的一个排出的排气可被从电池模块50引导开。
76.单元外壳52a、52b之间的延伸是包括冷却通道56的冷却组件。冷却通道56从在电池模块50的下侧和上侧中的每一个内形成的冷却孔延伸。因此，冷却通道56从电池模块50的下侧延伸到电池模块50的上侧。冷却通道56用于在单元外壳52a、52b之间输送冷却流体。冷却通道56基本上沿着单元外壳52a、52b的整个长度延伸并且通过物理界面与排气通道57a、57b分开，使得流过冷却通道56的冷却流体不与流过排气通道57a、57b的排气混合。冷却流体可包括例如液体冷却剂、强制气流(例如，经由冷却通道56强制向上或向下通过电池模块50的冷空气)或被动气流(例如，经由冷却通道56通过自由对流流过电池模块50的空气)。
77.当两个或更多个这样的电池模块50彼此堆叠时，一个电池模块50的冷却通道56与相邻的电池模块50的冷却通道56对准。另外，一个电池模块50的排气通道57a、57b与相邻的电池模块50的排气通道57a、57b对准。
78.在一些实施方式中，排气通道57a、57b和冷却通道56可以位于电池模块50上的其他地方。例如，可以沿着电池模块50的背离电池模块50的每一侧提供冷却通道。作为另一实例，电池模块50可包括服务于单元外壳52a和52b两者的单个排气通道。技术人员将认识到，如果冷却通道和排气通道从电池模块50的一侧延伸通过电池模块50到电池模块50的另外的侧，电池模块50中可包括任何数量的冷却通道和排气通道，并且它们的数量可以根据本领域技术人员的需要而变化。
79.在电池模块50的每个角部设置有凸出式自锁构件59。凸出式自锁构件59从电池模块50向上突出并且被配置成与设置在另一电池模块50的下侧中的对应的凹入式自锁构件
51接合或配合。每个凹入式自锁构件51包括锥形部分，以便于与邻近布置的电池模块50的凸出式自锁构件59接合。锥形部分允许电池模块50之间的未对准的一定公差，使得电池模块50能够在彼此接合时更容易地“自对准”。
80.在电池模块50的前部，在电池模块的上侧和下侧中的每一侧，分别设置有电源连接器83。电源连接器83包括一对导电引脚和接地连接。导电引脚可以是可缩回的，如结合图24a和图24b的电源引脚67所描述的。每个电源连接器83包括锥形部分，以便于与邻近布置的电池模块50的电源连接器83接合。因此，电池模块50顶部的公电源连接器83包括锥形部分，以便于与上部邻近布置的电池模块50的下侧上的锥形母电源连接器83接合。锥形部分允许电池模块50之间的未对准的一定公差，使得电池模块50能够在彼此接合时更容易地“自对准”。
81.结合公电源连接器和母电源连接器83中的一者或两者上的锥形部分，可允许电源连接器83相对于单元外壳52a和52b“活动”，以在电池模块50的电源连接器83与相邻电池模块的电源连接器83配合时提供额外的公差。
82.图4示出了电池模块50的后部，其中后盖被移除以示出爆破隔膜64。爆破隔膜64被配置成响应于施加到爆破隔膜64的足够的压力而打开，如在单元外壳52a、52b内发生热失控的情况下会发生的。当爆破隔膜64打开时，排气可从单元外壳52a、52b的内部流出并经由排气通道57a、57b离开电池模块50。
83.图5示出了容纳在单元外壳52a、52b中的一个内的电池单元堆72。每个电池单元堆72包括多个电池单元，这些电池单元的组通过汇流条73互连。
84.转到图6，在电池模块50的前端设有模块控制板服务面板68。可以移除服务面板68以露出模块控制板69。模块控制板69包括用于电池模块50的控制、通信和电力传输硬件，并且负责监测电池模块50并且确保电池单元堆72a、72b的电池单元保持平衡。连接器73(其在一些实施方式中可以是汇流条)将电源连接器83互连到容纳在单元外壳52a、52b内的电池单元堆72a、72b。单元外壳52a的盖55已被移除，示出了容纳在其中的电池单元堆72a。连接器73被配置为串联或并联连接电池单元堆72a、72b，以便配置电池模块50的电压和额定电流。
85.模块控制板69还包括使电池模块50能够与一个或多个其他电池模块通信的无线通信模块和/或组控制器。在一些实施方式中，可实现其他形式的无线或有线通信，诸如，使用设置在电池模块50的上侧和下侧的光学端口实现的光通信。
86.图7和图8示出了多个堆叠的电池模块50a、50b和50c。电池模块50c堆叠在电池模块50b的顶部，电池模块50b堆叠在电池模块50a的顶部。在图8中，看到电池模块50a和50b的凸出式自锁构件59a和59b容纳在接收外套筒61a和61b内，并且容纳在电池模块50b和50c的相应凹入式自锁构件51b和51c内。上电池模块50向下压在下电池模块50(该下电池模块恰好布置在上电池模块50的下方)上的重量使得下电池模块50的外套筒61向下平移并且致动位于凹入式自锁构件51内的夹持器62。当被致动时，夹持器62接合下一最低电池模块50的凸出式自锁构件59。因此，在图8的示例性实施方式中，电池模块50b的外套筒61b由电池模块50c的重量导致向下平移成与电池模块50b的夹持器62b接合。因此，夹持器62b与电池模块50a的凹入式自锁构件59a接合，从而将电池模块50b锁定至电池模块50a。由于夹持器62c尚未被外套筒61c致动，因此电池模块50c相对于电池模块50b保持解锁，直到向电池模块
50c(诸如，另一个电池模块50或模块堆盖80)施加重量。
87.图9和图10分别示出了与接口基座95接合的模块堆基座10的上侧图和下侧图。模块堆基座10包括冷却通道156，冷却通道156形成在模块堆基座10中并且定位成与堆叠在模块堆基座10的顶部的电池模块50的冷却通道56对准。另外，模块堆基座10包括在其后端的排气通道157，该排气通道定位成与堆叠在模块堆基座10的顶部的电池模块50的排气通道57a、57b对准。模块堆基座10进一步包括孔111，该孔用于与叉车或类似的提升设备对接，以用于将电池模块堆100作为整体运输。如上所述，模块堆基座10还包括凸出式自锁构件159，使得电池模块50的堆叠能够锁定到模块堆基座10。在一些实施方式中，模块堆基座10包括用于强制空气通过电池模块堆100的一个或多个风扇。在一些实施方式中，空气可通过在电池模块堆100下方延伸的管道系统输送到电池模块堆100，如下面进一步详细描述的。更进一步，在一些实施方式中，如果热占空比足够低，空气可通过自由对流流过电池模块堆100。
88.可以形成容器(该容器上安装有模块堆100)的一部分的接口基座95包括位于其下侧的排气口150，用于排气流动离开模块堆100。如图11所示，接口基座95还包括用于将模块堆100电耦接至组控制器(未示出)的电源连接器173。
89.图12示出了通过模块堆100的中心向上输送的强制空气。具体地，强制空气被引导通过接口基座95、通过模块堆基座10的冷却通道156和通过电池模块50的每个冷却通道56。在模块堆100的顶部的堆盖80使得最上面的电池模块能够被锁定到下一个最下面的电池模块。另外，堆盖80密封最上面的电池模块的排气通道57a、57b和冷却通道56。因此，通过覆盖模块堆100的顶部，被推入模块堆100的空气经由设置在相邻堆叠的电池模块50之间的间隙81被从模块堆100的侧面引导出。在一些实施方式中，代替堆盖80，最上面的电池模块可包括与电池模块整体密封的冷却通道56和排气通道57a、b。在其他实施方式中，流过模块堆100的空气可在模块堆100内提供的一个或多个其他位置处离开。
90.在一些实施方式中(未示出)，可使用与气流相反或除气流之外的液体冷却剂来冷却电池模块50。在这样的实施方式中，每个电池模块50可包括定位在单元外壳52a、52b下方的一个或多个冷却板。进入冷却板的冷却剂可以分布在整个冷却板(从而从电池单元堆72a、72b吸收热量)并且然后可以经由定位在冷却通道56内的管路或类似导管被向上引导离开冷却板。在流过冷却通道56之后，冷却剂可被引导到电池模块50的序列中的下一电池模块50中的冷却板。在一些实施方式中，液态冷却剂可直接流过冷却通道56，而不需要管路。在一些实施方式中，代替或除了位于电池模块50的下侧的冷却板，电池模块50可具有设置在电池模块50的一个或多个其他侧上的一个或多个冷却板。
91.图13示出了包括多个模块堆100a
‑
h的多堆叠电池组1000的实例。每个模块堆100a
‑
h被定位成邻近于一个或多个其他模块堆100a
‑
h。组控制器160位于多个模块堆100a
‑
h的端部。在一些实施方式中，组控制器160可位于相对于多个模块堆100a
‑
h的其他位置。此外，虽然仅示出了单排模块堆，但是本领域技术人员将认识到，本公开扩展到具有任何合适数量的排的电池组的多堆叠电池组。
92.每个模块堆100a
‑
h可通信并可操作地耦接到组控制器160。因此，单个组控制器用于与所有模块堆对接，从而减少控制模块堆100a
‑
h所需的组控制器的数量。冷空气可经由在与模块堆100a
‑
h接合的每个接口基座95下方延伸的充气室170输送到每个模块堆100a
‑
h。空气可沿充气室170流动并且可被向上引导通过每个模块堆100a
‑
h的中心冷却通道，中
心冷却通道由堆基座10的冷却通道156形成，并且电池模块50的邻近布置的冷却通道56形成模块堆。
93.图14示出了具有并排布置的多行电池模块堆100的高密度电池存储的示例性实施方式。每行模块堆100以组控制器160终止，该组控制器160被配置为控制相关联的列的模块堆100中的模块堆100。模块堆100可定向成使得模块服务面板68面向服务通道，该服务通道介于每第二对相邻行的模块堆100之间。在一些实施方式中，为了减小多个电池组100的占地面积，模块堆100的行可被定位成彼此直接相邻，无需任何服务通道。为了服务模块堆100，升降机构可以用于从模块堆100提取各个模块50。另一升降机构98(诸如，i形梁提升机)用于将堆100定位成与接口基座95接合。
94.图15示出了组装电池组的示例方法。使用升降机构96(诸如，高架起重机)，电池模块的堆100被定位在可移动托盘180上。例如，模块堆100可通过使用缠绕在模块堆100周围的提升带而从升降机构96悬吊。然后使用另一提升机构98(例如，i形梁提升机)将堆100定位成与接口基座95接合。接口基座95为每个模块堆100提供电力、通信和冷却连接。一旦适当地定位，模块堆100可在使用之前相对于接口基座95被机械地限制。
95.在下文中，现对模块堆、电池组和电池模块的可替换实施方式进行说明。
96.转到图16，示出了根据本公开的实施方式的电池组100’。电池组100’由不同部件的堆叠布置形成。具体地，电池组100’包括位于其底部的接口基座10’，堆叠在接口基座10’的顶部的组控制模块30’，以及堆叠在组控制模块30’的顶部的两相邻列的互连的电池模块50’。电池组盖80’定位在电池组100’的顶部，与两个最上面的电池模块50’直接相邻。每列由相等数量的堆叠的电池模块50’形成，其中一列的电池模块50’具有相对于另一列的电池模块50’翻转的取向。因此，左侧列中的电池模块50’(当面向电池组100’的前部时)是右侧向上取向的，即，它们的冷却板(以下进一步详述)朝向接口基座10’，而右侧列的电池模块50’上下颠倒地取向，使得它们的冷却板面向电池组盖80’。电池模块50’的这种特定堆叠仅是在电池组100’内布置电池模块50’的一种可能的方式，并且在下文中更详细地描述其他实例。此外，本领域技术人员将理解，本公开扩展到具有任何数量的堆叠电池模块和任何数量的列的堆叠的电池模块的电池组。此外，在一些实施方式中，电池模块的列可以具有不同数量的电池模块，在这种情况下，电池组盖可以被分开并且可以使用跨接线缆或汇流条来返回电力路径。
97.转到图17，更详细地示出了接口基座10’。接口基座10’包括从接口基座10’的前部16’延伸到接口基座10’的后端18’处的上侧的一对冷却通道12a’、12b’。冷却空气可以通过接口基座10’的前部16’处的通风口11’被抽吸到后端18’，在此，冷却空气可被强制向上通过冷却孔13a’、13b’(在一些实施方式中，空气可通过一个或多个其他位置被抽吸到接口基座10’中)。相邻冷却孔13a’、13b’设置有热失控或排气孔15a’、15b’。排气孔15a’、15b’来自排气通道17a’、17b’的一部分，该排气通道与在接口基座10’的任一侧上的相应的热失控排气口19’相连通(在一些实施方式中，排气通道17a’、17b’可与在接口基座10’的底部上的管道系统相连通)。排气通道17a’、17b’和冷却通道12a’、12b’被物理界面14’分开，使得流过冷却通道12a’、12b’的冷却流体不与流过排气通道17a’、17b’的排气混合。接口基座10’还包括提供用于电源总线的空间的凹部21。
98.转到图18，更详细地示出了组控制模块(pcm)30’。pcm 30’包括排气通道34a’、
34b’，该排气通道从pcm 30’的下侧中的孔延伸到在pcm 30’的后端34’的上侧中形成的排气孔38a’、38b’。相邻排气孔38a’、38b’是形成冷却通道32a’、32b’的一部分的冷却孔36a’、36b’，冷却通道32a’、32b’从pcm 30’的上侧延伸到pcm 30’的下侧中的孔。排气通道34a’、34b’和冷却通道32a’、32b’被物理界面31’分开，使得流过冷却通道32a’、32b’的冷却流体不与流过排气通道34a’、34b’的排气混合。在pcm 30’的前部定位有光通信端口33’、电源引脚35’和电源插座37’。pcm 30’包括通过移除抽拉托盘39’可进入的隔室。在pcm 30’内容纳有主控制模块40’(图19)。主控制模块40’可操作地并可通信地耦接至光通信端口33’、电源引脚35’和电源插座37’。在一些实施方式中，代替使用光学通信端口，可以使用无线通信模块或有线连接来进行电池模块50’之间的通信。
99.转到图20和图21，更详细地示出了电池模块50’的视图。电池模块50’包括容纳多个电池单元的单元外壳52’。每个电池单元被包封在单元载体中，例如，在pct公开wo 2017/181284中描述的单元载体。可以使用不采用单元载体的其他小区结构。来自电池单元的电能可以经由汇流条被输送到电池端子连接螺栓71’(见下文)。
100.电池模块50’还包括冷却组件54’，该冷却组件包括具有冷却通道56’的冷却排气歧管55’，该冷却通道从在电池模块50’的下侧中的冷却孔51’延伸到在电池模块50’的顶侧中的冷却孔53’。在本实施方式中，冷却组件54’还包括设置在电池模块50’的下侧上的冷却板58’形式的散热器。由此，冷却孔51’直接形成在冷却板58’内，使得冷却通道56’从冷却板58’的下侧延伸到电池模块50’的顶侧。在一些实施方式中，电池模块50’可以设置没有冷却板58’，在这种情况下，冷却通道56’从冷却排气歧管55’的下侧延伸到冷却排气歧管55’的顶侧。冷却板58’包括散热器(例如，导电的元件的翅片布置)，用于帮助将热量从单元外壳52’传递出去。冷却通道56’与冷却板58’流体连通，使得冷却的空气能够流过冷却通道56’和冷却板58’。空气然后可以在冷却板58’的前部61’处离开电池模块50’。
101.相邻冷却通道56’是从电池模块50’的下侧的排气孔59’延伸到电池模块50’的顶侧的孔60’的排气通道57’。在本实施方式中，由于电池模块50’包括冷却板58’，在冷却板58’内形成有排气孔59’。冷却通道56’和排气通道57’被物理界面62’分开，使得流过冷却通道56’的冷却流体不与流过排气通道57’的排出气体混合。当两个或多个这样的电池模块50’彼此堆叠时，一个电池模块50’的冷却通道56’与相邻电池模块的冷却通道56’对准。另外，一个电池模块50’的排气通道57’与相邻电池模块的排气通道57’对准。
102.在可替换实施方式(未示出)中，电池模块50’可使用与气流相反或除气流之外的液体冷却剂冷却。在这种实施方式中，冷却通道56’与冷却板58’流体连通。然而，冷却板58’包括流体流动路径，该流体流动路径从冷却通道56’与冷却板58’之间的流体入口延伸到冷却板58’与冷却通道56’之间的流体出口。因此，液体冷却剂可以经由冷却孔51’流入冷却通道56’，经由液体入口流入冷却板58’，经由液体出口从冷却板58’回流出，并且然后经由冷却孔53’从冷却通道56’流出。然后，排放的冷却剂返回到堆的底部，在那里，排放的冷却剂可以再循环到冷却剂系统，例如，其上部署电池组100’的容器的冷却剂系统。
103.因此，冷却组件54’定位成使得单元外壳52’内产生的热量能够被传递至经由冷却通道56’从电池模块50’的下侧流动到电池模块50的上侧的冷却流体(例如，液体冷却剂或气体冷却剂，诸如，冷空气)。
104.图22和23更详细地示出了冷却排气歧管55’。具体地，冷却排气歧管55’包括经由
冷却通道56’从单元外壳52’内延伸到排气通道57’的热失控排气口63’。爆破隔膜64’设置在排气口63’与排气通道57’之间的界面处。爆破隔膜64’被配置为响应于施加到爆破隔膜64’的足够的压力而打开，如在单元外壳52’内发生热失控的情况下将发生的那样。
105.返回到图20和图21，在电池模块50’的前端，在电池模块50’的顶侧设置有光通信端口65’。另外，手动电源开关66’设置在电池模块50’的正面上，并被配置为控制电源引脚67’的缩回和伸出，如下面进一步详细描述的。可从电池模块50’的正面移除主控制板服务面板68’，以露出主控制板69’，如在图26中可见。由此，例如，通过在电池模块50’的前端设置包括控制、通信和电力传输硬件的主控制板69’，可以促进电池模块50’的服务。
106.如上所述，代替使用光学通信端口，可以使用无线通信模块或有线连接来进行电池模块50’之间的通信。另外，为了服务于主控制板69’，可能需要首先通过致动手动电源开关66’来缩回电源引脚67’。
107.图24a和图24b分别示出了处于缩回状态的电源引脚67’和处于伸出状态的电源引脚67’。如在图24b中可见，通过使用例如合适的线性旋转转换器，手动电源开关66’的旋转引起电源引脚67’的相应线性移动。如图25所示，电源插座70’与电源引脚67’正对设置。电池端子连接螺栓71’将电源引脚67’和电源插座70’连接至容纳在单元外壳52’内的电池单元72’的端子。
108.转到图27和图28，更详细地示出了电池组100’的顶部。盖80’密封最上面的电池模块50a’、50b’的排气通道57’和冷却通道56’。这样，被抽吸到电池组100’中的空气经由冷却板58’的前部被从电池组100’的前部引导出。在可替换实施方式中，代替盖，最顶部的电池模块50a’、50b’可包括与电池模块整体密封的冷却通道56’和排气通道57’。
109.电池组100’还包括稳定机构，该稳定机构被设计为在没有机架的情况下为电池组100’提供稳定性，例如以防止电池模块50’意外地从它们的堆叠布置中移开。在本实施方式中，稳定机构包括压迫缆绳90’，该压迫缆绳在电池组100’的前部被附接到pcm 30’，在盖80’之上在形成于盖80’中的凹槽82’中延伸，并且在电池组100’的后侧(未示出)被附接到pcm 30’。桥接汇流条95’(其在一些实施方式中可以是电缆)将左侧最顶部的电池模块50a’上的电源引脚与右侧最顶部的电池模块50b’上的电源插座互连。图28示出了在电池组100’的前部附接到pcm 30’的压迫缆绳90’。
110.为了从电池组100’移除电池模块50’，缩回待移除的电池模块的电源引脚67’，并且通过卸下压迫缆绳90’使稳定机构脱离接合。然后，使用升降机构移除位于待移除的电池模块正上方的电池模块。然后可以简单地从堆叠件中移除待移除的电池模块，例如用于维修。该相同的方法可以用于拆卸电池模块的堆叠。
111.转到图30a至图30d，示出了电池模块堆(例如，电池模块堆100或电池组100’的模块堆)的电池模块(例如，电池模块50或电池模块50’)可以相连的各种示例性方式。
112.图30a示出了电池组200，其中，类似于图16的实施方式，组控制器202与模块堆204集成。具体地，图30a示出了定位在电池模块的右侧列208附近的电池模块的第一左侧列206。右侧列208中的电池模块的取向相对于左侧列206中的电池模块的取向翻转，使得一列上的电力连接件设置成与另一列上的电力连接件相邻，从而使电池模块串的电路径长度最小化。
113.图30b示出了具有单列互连的电池模块的可替换示例性设置。从盖212回到组控制
器202设置返回导电路径210。图30c示出了具有单列互连的电池模块的另一个类似的设置。然而，每个电池模块包括两个相邻的电池单元的堆叠(类似于图2的实施方式)。图30d示出与图30c相同的设置，除了代替光通信端口，使用无线通信收发器或模块214来实现电池模块之间的通信之外。如上所述，硬线连接可替代地用于通信。
114.图31示出了包括多个模块堆300和单个组控制器310的可替换配置(类似于图13的实施方式)，单个组控制器被配置为控制模块堆310。每个电池模块包括两个电池单元堆。返回导电路径312将每个模块堆300的顶部连接到接口基座320，在此，电路径被引导到组控制器310。无线通信收发器或模块330用于提供电池模块之间的通信。在一些实施方式中，两个或更多个模块堆300可在连接到组控制器310之前串联连接，从而为电池组的高度和占用面积提供改进的可配置性。
115.在上述实施方式中，冷却流体还可用于加热电池模块。示例情况是没有使用电池模块并且周围环境是冷的时。“冷”电池模块得益于被加热以允许它们被更有效地使用。“冷启动”是大多数电池技术的问题。
116.此外，在上述实施方式中，电池模块可包括用于辅助彼此接合的多个电池模块的对准的一个或多个自对准特征。具体地，自对准特征允许电池模块以一定的未对准公差下降到彼此上。例如，这些凹入式自锁构件可以包括锥形部分，如上所述。
117.虽然已结合具体实施方式描述了本公开，但应理解，本公开不限于这些实施方式，且所属领域的技术人员可在不脱离本发明的范围的情况下实施这些实施方式的改变、修改和变化。进一步设想，本说明书中所讨论的任何方面或实施方式的任何部分可以被实现或与本说明书中所讨论的任何其他方面或实施方式的任何部分组合。