电池模块、包括电池模块的电池组及制造电池模块的方法
1.本技术是申请日为2016年2月18日、国际申请号为pct/ca2016/050149、并于2017年10月17日进入中国国家阶段的发明名称为“具有冷却系统的锂离子电池模块”的第201680022391.4号中国发明专利申请的分案申请。
2.相关申请的交叉引用
3.本技术要求于2015年2月18日提交的题为lithium ion battery module with cooling system的第62/117,686号美国申请的优先权。为了美国的目的，本技术根据35 u.s.c.
§
119要求于2015年2月18日提交的题为lithium ion battery module with coolingsystem的第62/117,686号美国申请的权益，并且出于所有目的，在此将其通过引用并入本文中。
技术领域
4.本文中所描述的技术涉及高功率电池和用于冷却这样的电池的设备、方法及系统。
背景技术：5.通常存在两类电池应用：能量存储应用和电力应用。对于能量存储应用，电池趋向于快速放电和缓慢充回电，或缓慢放电和快速充回电。对于这样的应用，电池容量使得电池的rms c率通常小于0.5c。在许多情况下，电池的rms c率小于0.1c。示例能量存储应用包括不间断电力供应(ups)和太阳能的负载分级以适应一天的不同时间(例如白天与夜间)的电力需求与电力供应之间的差距。
6.在电力应用中，电池需要在短时间范围内供应能量，并且快速再充电以为下一个事件做准备。电力应用需要更少的能量存储，但是需要更多的电力被传送。对于这样的应用，电池的rms c率通常大于0.5c，并且在一些情况下接近10c。示例电力应用包括电网频率调节和电网稳定。
7.当电流流过电池单元时，单元的内阻产生热量。根据焦耳第一定律，电流i流过具有电阻r的单元经指定的时间t生成热量q：
8.q＝i2·r·
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)
9.其中，产生的热量q等于电流i的平方乘以单元的电阻r和时间t。从式(1)可以看出，将电流i从1c增加至4c(例如，电力应用可能需要)将使热量生成增加16倍(即(4c)2/(lc)2)。因此，即使电流适度增加，移除由电池单元生成的热量也可以成为挑战。如果单元过热，则会发生热失控。如果单元被堆叠成非常接近其他电池单元，则单元中的热失控可以传播至这些其他单元，这可能引起火灾或爆炸。
10.由于在增加电流的情况下对单元进行冷却的挑战，因此大型电池的制造商通常将他们的努力集中在用于能量存储应用的电池的设计上，在能量存储应用中，如上所述电池的rms c率相对较低。然而，当这样的电池用于电力应用时，需要大容量电池模块来满足电力应用需求。这使得额外的电池容量大部分时间未被使用。
11.电池单元有不同的尺寸和形状，形状包括圆柱形或扁平形。由于单元的几何形状，因此通常很难从圆柱形单元例如诸如18650单元(等)移除热量，18650单元通常长约65mm、直径约18mm并且具有2ah的容量。代替圆柱形单元，扁平形单元通常优选地用于高功率电池应用，这是因为扁平表面可以被更高效地冷却。扁平形单元包括例如方形单元、层叠单元、软包单元等。
12.为解决多单元电池电力系统的冷却已经做出了一些努力。冷却电池单元的方法包括例如被动辐射、空气冷却和液体冷却。对于包含扁平形单元的电池电力系统，冷却方法包括：
13.·
如例如在第2013/0266838号美国专利申请公布中所描述的，将软包单元放置在通过它们的边缘保持软包单元的单元载体中，并且提供冷却通路以冷却边缘。该设计依赖于电池单元本身的导热性将热量散发至边缘。由于电池单元的导热性低，因此这对于冷却高功率电池应用中的电池单元可能不是有效的。
14.·
如例如在第8,835,037号美国专利中所描述的，将软包单元放置在塑料单元载体中并且将导热片放置在每个软包单元上以将热量转移至塑料单元载体的外边缘。导热片很薄(通常小于1mm厚)并且导热片的导热性通常是各向异性的或取决于方向的(例如，石墨片具有非常高的面内传导率，但是具有非常低的面间传导率)。由于这些限制，因此在高功率应用中电池单元不能被充分冷却，并且可能发生热失控，这损坏塑料单元载体和单元。
15.·
如例如在第8,404,375号美国专利中所描述的，将软包单元放置在铝铸结构中，该铝铸结构具有与单元的扁平表面邻近的小的液体容纳通道。该设计受制于各种缺点：小的流体通道不能提供可靠的流动；由于通道壁薄，因此通道易于泄漏液体冷却剂；以及该设备复杂，因此制造困难且昂贵。
16.存在对解决和/或改善上述问题中的至少一些问题和以其他方式帮助冷却高功率电池单元、模块和/或系统的设备、系统及方法的普遍期望。
17.相关领域的前述示例和与之有关的限制旨在是说明性的而非排他性的。本领域技术人员在阅读说明书和研究附图之后，相关领域的其他限制将变得明显。
技术实现要素：18.本技术的各方面提供了一种电池模块，包括：多个载体组件，所述多个载体组件以一个在另一个的顶部上的方式堆叠以形成单元堆，每个载体组件包括：导热铝背板和与所述导热铝背板一体形成的框，所述框包括液体冷却剂接纳通道，其由穿过所述框延伸并且围绕所述背板的周边的至少一部分延伸的管道限定；以及电池单元，其被布置在所述背板的前表面上；其中，除了最末端的载体组件之外，每个冷却剂接纳通道的出口通过单独的连接器盖与相邻载体组件的所述液体冷却剂通道的入口串联连接。
19.本技术的各方面提供了一种电池组，其包括电池模块，其中，电池模块被串联连接在一起。该电池模块包括：多个载体组件，所述多个载体组件以一个在另一个的顶部上的方式堆叠以形成单元堆，每个载体组件包括：导热铝背板和与所述导热铝背板一体形成的框，所述框包括液体冷却剂接纳通道，其由穿过所述框延伸并且围绕所述背板的周边的至少一部分延伸的管道限定；以及电池单元，其被布置在所述背板的前表面上；其中，除了最末端的载体组件之外，每个冷却剂接纳通道的出口通过单独的连接器盖与相邻载体组件的所述
液体冷却剂通道的入口串联连接。
20.本技术的各方面提供了一种制造电池模块的方法，该方法包括组装多个电池单元载体组件，其中，组装所述多个电池单元载体组件中的每个包括：一体地形成具有导热背板和框的基础结构，所述框包括液体冷却剂接纳通道，其围绕所述背板的周边的至少一部分延伸；将管道镶铸在所述框中，其中，所述管道的孔提供所述液体冷却剂接纳通道；将电池单元放置在所述背板的前表面上；将所述多个载体组件以一个在另一个的顶部上的方式堆叠以形成单元堆，所述单元堆包括位置与第二电池单元组件相邻的第一电池单元组件；除了最末端的载体组件之外，将每个冷却剂接纳通道的出口通过单独的连接器盖与相邻载体组件的所述液体冷却剂通道的入口串联连接。
21.本技术的各方面提供了一种电池模块，该电池模块具有以一个在另一个的顶部上的方式堆叠以形成单元堆的多个电池单元载体组件。每个载体组件包括导热背板和与导热背板一体形成的框。框沿着背板的周边的至少一部分延伸。框包括延伸贯通过框以接纳液体冷却剂的通道。可以通过延伸通过框的管道来提供液体冷却剂接纳通道。管道可以由不锈钢、铜、铝和/或类似物制成。框和背板可以由铝或其他合适的导热材料制成。框可以邻近背板的第一侧边缘、底边缘和第二侧边缘延伸。
22.每个载体组件包括布置在背板的前表面上的电池单元(例如诸如锂离子软包单元)。电池单元具有从电池单元延伸的正极集流器极耳和负极集电器极耳。在特定实施例中，集流器极耳从电池单元的上边缘延伸。单元堆中的载体组件可以以交替的极性堆叠，使得正极集流器极耳和负极集电器极耳相对于相邻载体组件的正极集流器极耳和负极集电器极耳反转。除了具有单元堆中的最正极端子和最负极端子的集流器极耳之外，每一个集流器极耳与相邻载体组件的电池单元中相反极性的集流器极耳配对并连接。电池模块包括多个压棒。压棒被放置在相应连接的集流器极耳对的上方。压棒有助于保持配对的极耳之间的电接触并且将热量从集流器移除。
23.在某些实施例中，每个载体组件具有布置在电池单元前面的可压缩泡沫片。在一些实施例中，每个载体组件还具有布置在电池单元与泡沫片之间的散热器片。散热器片可以是柔性石墨片。散热器片延伸至框并且与框接触。
24.在特定实施例中，每个载体组件包括布置在泡沫片前面的热隔离片。热隔离片可以是陶瓷片。陶瓷片用作相邻载体组件之间的热屏障，并且可以有助于将热失控事件限制在一个电池单元载体组件中。
25.电池模块可以具有多个电隔离棒。每个电隔离棒适于支承连接的集流器极耳对，其中，连接的集流器极耳在电绝缘棒上方交叠。在特定实施例中，压棒被放置在交叠的集流器极耳上方。压棒可以由诸如铜的导热材料制成。电池模块可以包括放置在压棒上方的上冷却板。冷却板被布置成与单元堆垂直并且在单元堆的前端与后端之间延伸。至少一个热间隙垫被布置在冷却板下方以压紧压棒并且将热量从压棒传递至冷却板。
26.在一些实施例中，每个载体组件具有从载体组件的一侧延伸的凸舌和在载体组件的相对侧限定的凹槽。为了形成单元堆，一个载体组件的凸舌被插入相邻载体组件的相应凹槽中。
27.本技术的其他方面提供了一种制造电池单元载体组件的方法。该方法包括：一体地形成具有导热背板和框的基础结构，框包括液体冷却剂接纳通道，该框沿背板的周边的
至少一部分延伸；将电池单元(例如锂离子软包单元)放置在背板的前表面上；将散热器片粘附至电池单元的前表面；以及将可压缩泡沫片粘附至散热器的前表面。散热器片可以包括柔性石墨片。该方法还可以包括将热隔离片放置在可压缩泡沫片前面。在特定实施例中，该方法可以包括将管道镶铸在框中。管道可以由不锈钢和/或铜制成，框和背板可以由铝制成。
28.本技术的另外的方面提供了一种制造电池模块的方法。该方法包括：将根据本文所描述的方法制造的或具有本文所描述的特征的多个电池单元载体组件以一个在另一个的顶部上的方式堆叠以形成单元堆；以及将冷却板放置在单元堆的顶部上，冷却板在单元堆的前端与后端之间延伸。载体组件可以以交替的极性堆叠，使得正极集流器极耳和负极集流器极耳相对于相邻电池单元载体组件的正极集流器极耳和负极集流器极耳反转。对于不包含单元堆中的最正极端子的载体组件，载体组件的负极集流器极耳与相邻载体组件的正极集流器极耳在电隔离棒上方交叠以形成交叠的极耳对。压棒被放置在每个交叠的极耳对上方以压紧每个交叠的极耳对中的正极集流器极耳与负极集流器极耳并且保持每个交叠的极耳对中的正极集流器极耳与负极集流器极耳之间的电接触。压棒由导热材料制成。至少一个热间隙垫被放置在冷却板下方并且靠着压棒以将热量从压棒传递至冷却板。
29.除了上面描述的示例性方面和实施例之外，通过参考附图和通过研究下面的详细描述，另外的方面和实施例将变得明显。
附图说明
30.在参考的附图的各图中示出了示例性实施例。意在本文中所公开的实施例和各图被认为是说明性的而非限制性的。
31.图1示出了根据一个实施例的组装的电池单元载体组件。图1a示出了沿着图1中的线a-a截取的该电池单元载体组件的局部剖视图。
32.图2是图1的电池单元载体组件的分解图。
33.图3示出了图1的电池单元载体组件的基础结构。图3a是示出框和管道的基础结构的末端的放大俯视图。
34.图4示出了被布置成堆叠在一起的三个图1的电池单元载体组件，并且电池单元载体组件被示为彼此间隔开以更清楚地示出单元极耳的对准。
35.图5示出了被堆叠在一起以形成电池模块的多个电池单元载体组件。图5a是示出要放置在交叠的单元极耳对上方的压棒的详细视图。
36.图6示出了根据一个实施例的包括上冷却板和热间隙垫的电池模块。图6a是图6的电池模块的俯视图。图6b是沿图6a中的线b-b截取的局部剖视图。
37.图7示出了根据一个实施例的包括上冷却板和端板的电池模块。
38.图8示出了根据一个实施例的电池模块。图8a是图8的电池模块中的相邻电池单元载体组件的管道之间的连接的详细视图。
39.图9是在内部单元故障测试期间根据本发明的实施例的电池模块中的牺牲单元和其他单元的电压分布的图。
40.图10是在内部单元故障测试期间根据本发明的实施例的电池模块中的牺牲单元的电压分布和温度分布的图。该图还示出了非牺牲单元的平均温度分布。
41.图11是在内部单元故障测试期间根据本发明的实施例的电池模块中的牺牲单元、相邻单元和其他单元的温度分布的图。
42.图12是在内部单元故障测试期间独立电池单元的电压分布和温度分布的图。
具体实施方式
43.贯穿下面的描述，阐述具体细节以向本领域技术人员提供更透彻的理解。然而，为了避免使本公开内容不必要地模糊，可以不详细示出或描述公知的要素。因此，按照说明的意义而非限制的意义来考虑说明书和附图。
44.图1示出了根据特定实施例的一个完全组装的电池单元载体组件100。图1a示出了组件100的局部剖视图。图2示出了组件100的分解图，分解图更清楚地示出了组件100的所有各种部件。组件100包括扁平形电池单元110和用于保持电池单元110(如图2所示)的单元载体。多个组件100可以以一个在另一个顶部上的方式堆叠(被布置成彼此平行)以组成用于电池模块的单元堆。
45.从图2的分解图可以最佳地看出，电池单元载体组件100包括多个层叠部件。除电池单元110之外，组成电池单元载体组件100的多个部件在本文中还被统称为用于电池单元110的“单元载体”。在示出的实施例中，单元载体的第一层是在组件100的后部或背部处的基础结构105，并且单元载体的最后一层是在组件100的前部处的热绝缘外层125。多个其他层被布置在基础结构105与热绝缘外层125之间。
46.基础结构105包括导热刚性或半刚性背板102和围绕背板102的周边104的至少一部分延伸的框103。基础结构105向电池单元110提供支承和刚度。基础结构105还用作热导体以帮助对单元110进行冷却。在特定实施例中，背板102和框103一体地形成。如下面更详细地说明的，基础结构105的一体化成形可以提供将热量远离(或朝向)电池单元110更有效的传递。基础结构105可以由铝、铜和/或另一合适的金属或具有良好导热性的其他材料制成。在示出的实施例中，每个基础结构105支承单个电池单元110(即在每个背板102上布置有一个单元110)。
47.出于安全原因，可以在背板102的前表面109上布置薄的电隔离层(图2中未示出)。电隔离层可以是例如聚酰亚胺膜，如大约25μm厚的带，然而，其他合适的电隔离材料可以用作背板102上的薄膜或涂层。电池单元110被放置在背板102的前表面109的上方、电隔离层的顶部上，使得电池单元与背板电隔离。在特定实施例中，通过由放置在散热器115和单元110上方的可压缩泡沫片120(如下面进一步详细描述的)提供的压迫将单元110固定至背板102。可替选地，或者作为可压缩泡沫片的补充，可以使用导热粘合剂将单元110粘附至背板102。
48.在某些实施例中，单元110不会一直向外延伸至基础结构105的框103。保持单元110的边缘远离框103保护单元110免受将损坏单元110的边缘的机械冲击。边缘碰撞可能导致单元110的内部层的短路，这可能导致热失控。
49.在示出的实施例中，单元110具有用作正极集流器的第一极耳106和用作负极集流器的第二极耳107。单元110可以是锂离子(li-ion)软包单元。单元110可以包括例如75ah高功率(hp)锂离子单元。然而，可以使用其他合适的锂离子单元、软包单元和/或扁平形单元。除了从单元110的上边缘108延伸的极耳106、107之外，软包单元通常被
装在柔性铝袋中。软包单元通常是扁平的，因此通常是空间高效的。在替代实施例中，其他类型的扁平形电池单元110，诸如例如被装在金属壳体中的扁平形单元，可以包含在电池单元载体组件100中。与圆柱形电池单元相比，由于扁平形单元的表面积较大，因此扁平形电池单元通常可以被更高效地冷却。
50.作为下一层，散热器115被布置在单元110的前表面111上(参见图1a、图2)。散热器115由合适的材料形成以帮助将热量从单元110散发至较冷的表面。例如，在一些实施例中，散热器115是石墨片。石墨片可以是柔性的。在其他实施例中，散热器115是铝箔或铜箔等，或者散热器115可以由用于散发热量的任何其他合适的材料制成。使用柔性散热器115允许由于单元110的温度变化而引起的一些膨胀和收缩，并且适应单元110的厚度随时间的变化(通常，单元110将随着其老化而变厚)。散热器115有助于将热量从单元110朝向组件100的边缘向外散发(因为由于冷却剂容纳管道121延伸通过框103，在远离单元或朝向其外边缘处电池通常更冷)。在一些实施例中，散热器115一直延伸至基础结构105的框103。这使得散热器115能够帮助将热量朝向框103中的管道121向外运送使得可以通过在管道121中流动的液体冷却剂来移除热量。可以使用合适的接触型粘合剂将散热器115粘附至单元110。还可以使用接触型粘合剂粘将散热器115粘附至框103的一部分。
51.接下来，从图1a和图2看出，可压缩泡沫片120被放置在散热器115的前表面116上方。可以使用接触型粘合剂将可压缩泡沫片120粘附至散热器115。一旦多个单元载体组件100已经被组装和堆叠以形成电池模块150，则每个单元载体组件100中的泡沫片120有助于将其他单元载体组件层(例如诸如散热器115和单元110)压紧在一起和/或压紧至背板102。泡沫片120有助于确保在电池操作期间即使单元110膨胀和收缩，组件100的各层也保持在一起。由泡沫片120提供的压迫有助于将电池单元110粘附至背板102。这样的泡沫片120可以取代使用导热粘合剂将电池单元110接合至背板102的需要，尽管在一些实施例中，在组装期间可以使用粘合剂带条(例如放置在单元110的角部处)将单元110临时粘附至背板102。在其他实施例中，可以使用其他合适的可压缩材料来代替可压缩泡沫片120以压紧其他层同时仍允许单元110的一些膨胀。
52.最后，热绝缘外层125被放置在泡沫片120的前表面121上方。在特定实施例中，外层125是陶瓷片。在替代实施例中，其他合适的热绝缘材料可以用于外层125。外层125用作热屏障并且限制相邻电池单元110或电池单元载体组件100之间的热传递。外层125有助于防止一个单元中的热失控传播至相邻的电池单元110。因此，外层125进行保护以避免热失控传播，从而减少可能由这样的事件引起的火灾或爆炸事件。可以使用合适的接触型粘合剂将外层125粘附至泡沫片120。
53.下面参考图3来更详细地描述基础结构105的冷却方面。基础结构105包括背板102和框103。背板102具有由周边104限定的矩形形状，周边104包括相对的上边缘128和下边缘129以及相对的第一侧边缘130和第二侧边缘131(在上边缘128与下边缘129之间延伸)。在示出的实施例中，框103具有沿背板102的三个相应侧延伸以形成通常的u形或c形棒的三个连续部。具体地，框103包括沿背板102的第一侧边缘130延伸的第一侧部117；垂直于第一侧部117连续并且在侧边缘130、131之间沿背板102的下边缘129延伸的中间部118；以及与第一侧部117平行并且沿背板102的第二侧边缘131延伸的第二侧部119。框103在位于第一侧部117的上端处的第一末端126与位于第二侧部119的上端处的第二末端127之间延伸。
54.液体冷却剂接纳通道连续地延伸通过框103的所有三个部117、118、119。在示出的实施例中，通过管道121提供液体冷却剂接纳通道。管道121在分别位于框103的末端126、127处的入口122与出口123之间延伸通过框103。管道121具有通过其的通道或孔124(参见图3a)，通道或孔124用于通过沿着背板102的边缘129、130和131的框103运送液体冷却剂。当单元110产生热量时，管道121中的液体冷却剂有助于将热量(从三侧)带离背板102出并且还带离框103。然而，如果电池被放置在寒冷的环境中，则如果需要，可以加热管道121中的液体冷却剂以将热量传送至背板102和框103以将电池保持在期望的工作温度范围内。液体冷却剂可以是水、水基冷却剂或适合于通过管道121行进并且从背板102和框103移除热量(或将热量带到背板102和框103)的任何其他液体。
55.可以控制液体冷却剂的温度以将电池保持在有利于所使用的特定电池化学性质的恒定温度。在特定实施例中，例如，调节液体冷却剂温度和/或液体冷却剂流速以使电池的温度保持在可接受的范围内。在一些实施例中，可接受的电池温度的范围为10℃至15℃。在其他实施例中，可接受的范围为10℃至20℃。对于另外的实施例，其他温度范围可以是优选的(例如，对于其他类型的电池单元或所使用的电池化学性质，其他温度范围可以是优选的)。取决于环境温度，可能有必要向上或向下调节液体冷却剂的温度以将电池温度带入可接受的范围内。在特定实施例中，不调节液体冷却剂的温度。例如，冷的或未加热的自来水可以通过电池模块150中的管道121进行循环。水可以以可配置的流速(例如1gpm或0.003785m3/min)通过管道121循环。
56.在特定实施例中，相邻电池单元载体组件100的入口122、出口123串联连接。第一电池单元载体组件100的出口123连接至第二相邻的电池单元载体组件100的入口122，以此类推，使得同一液体冷却剂依次通过每个电池单元载体组件100的框103进行循环。在其他实施例中，入口122、出口123分别连接至入口总管和出口总管。图8、图8a示出了示例性电池模块150，在该示例性电池模块150中，通过放置在相邻的入口和出口上方的盖170形成相邻电池单元载体组件100的管道121之间的串联连接。如图8a所示，一个盖170被放置成盖在一个管道121a的出口123a和相邻管道121b的入口122b上。盖170便于管道121a与管道121b之间的液体连接。具体地，离开第一管道121a的出口123a的液体冷却剂通过盖170中的通路流动并进入第二管道121b的入口122b。
57.在特定实施例中，框103与背板102一体地形成。基础结构105的一体化成形降低了至冷却表面的热阻(这是因为背板102与框103之间不存在间隙)，并且使得能够高效地移除热量(即朝向背板102的三侧移出热量，然后通过由框103提供的液体冷却来移除热量)。框103可以由一种或更多种导热材料如铝、铜等或可以铸造、模制和/或以其他方式形成的任何其他合适的材料制成，以提供包含管道121或其他液体冷却剂接纳通道的框。与框103一体形成的背板102可以由与框103相同的材料制成。在一些实施例中，管道121由用于形成管道的不锈钢、铜和/或其他合适的材料制成。虽然管道121不一定由不锈钢或铜构成，但是使用这样的材料的一个优点是与诸如铝的其他材料相比，这样的材料不易电化腐蚀。然而，由于这样的材料通常比铝更昂贵和重，因此在特定实施例中，框103和背板102可以由铝制成，而管道121由不锈钢或铜制成。在一些实施例中，具有12mm直径和0.6mm壁厚的不锈钢管道被用于管道121。与较小的管道直径相比，在8mm至15mm(或其他实施例中为10mm至20mm)范围内的管道直径向框结构提供鲁棒性、减少管道堵塞的可能性并且提供更有效的冷却。使
用具有小于1mm(例如在一个示例实施例中为0.6mm)壁厚的管道便于基础结构材料与流过管道的冷却剂之间的热传递。
58.根据一些实施例，制造基础结构105的方法包括使用高压拉模铸造技术迫使熔化的金属(例如铝)进入具有基础结构105的形状的模具，因此在一个一体形成的件中提供背板102和框103。可以通过以下操作来制造管道121：将管道(例如诸如上述不锈钢管道或铜管道)弯曲成所需的c形或u形，并且将管道121镶铸在基础结构105中。这可以例如通过以下操作来完成：将弯曲的管道121放入模具中，将管道向下夹持以将管道保持在适当位置，并且使用高压拉模铸造迫使熔化的金属进入模具中。一旦材料被冷却，从模具中取出形成的基础结构105。这种制造基础结构105的技术将管道121嵌入基础结构105并紧密地接合至基础结构105，结果是一体形成的基础结构105在背板102和框103之间没有间隙。在一个示例实施例中，模具被构造成使得所形成的基础结构105具有尺寸为270mm
×
280mm的背板102和宽度为19mm的框103。框103中嵌入有管道121，例如具有12mm直径和0.6mm壁厚的不锈钢管道。在其他实施例中，背板102、框103和管道121可以具有不同的尺寸。
59.具有如本文所述的部件的电池单元载体组件100有助于将电池单元110中产生的热量朝向背板102以及朝向电池单元载体组件的外边缘(即朝向框103)排出，在所述外边缘，可以进一步通过下述液体冷却剂排走热量，所述液体冷却剂通过框103中的冷却剂接纳通道(例如，如从图2看出的管道121)行进。在示出的实施例中，管道121围绕背板102的三个边缘129、130和131延伸，因此从单元载体的三侧提供冷却。一旦电池单元载体组件100与其他载体组件100组装成电池模块150，则还提供机构以将热量从每个背板102的上边缘128排走。这些机构可以包括如下所述的例如放置在单元堆上方以从电池单元的上边缘上的集流器排走热量的冷却板。
60.一旦电池单元载体组件100(各自持有电池单元110)如上所示及所述被组装，则它们可以以一个在另一个的顶部上的方式堆叠(被布置成彼此平行)以形成用于电池模块150的单元堆(图5和图6示出)。每个电池单元载体组件100可以包括互锁特征件以便于载体组件的堆叠。这样的互锁特征件可以使得载体组件100能够堆叠在一起而不需要任何外部外壳将单元堆保持在一起。例如，用于在相邻的电池单元载体组件100之间提供凸舌和凹槽连接的特征件可以包括在每个基础结构105的框103中。在示出的实施例中，从图3和图3a最佳地看出，框103具有从框的一侧(例如，如在示出的实施例中看出的框103的前侧)延伸的凸部或凸舌135。在框的另一侧(例如，如在示出的实施例中看出的框103的背面)，框103具有互补凹槽137。图3示出了单元载体组件100的背面，其中凹槽137位于背板102与框103之间的界面处。如示出的实施例所示，凸舌135和凹槽137可以沿框103的整个长度在框的末端126、127之间连续地延伸。然而，这不是必需的，并且在其他实施例中，凸舌135和凹槽137可以仅沿着框103的部分长度延伸，或者它们可以被设置在框103上的间隔开的位置处的离散段中。通过将一个电池单元载体组件100的基础结构105的凸舌135插入到相邻电池单元载体组件100的基础结构105的互补凹槽137中来将电池单元载体组件100布置成堆。在示出的实施例中，凹槽137中固定有o形环或垫圈134以帮助在凸舌和凹槽连接处形成相邻的电池单元载体组件100之间的密封。
61.载体间连接不一定包括如示出的实施例所示的凸舌和凹槽连接。在其他实施例中，框103可以包括其他类型的凸舌和凹槽连接，或其他互补或互锁特征件以使得组件100
能够堆叠在一起。这些特征可以包括：相邻组件100之间的插针和插座类型连接；一个组件100的一侧上(例如框103上)的凸部和相邻组件100的一侧上(例如框103上)的相应的凹部；或穿过相邻框103将单元堆捆在一起的定位杆等。
62.一旦所需数目的电池单元载体组件被堆叠在一起以形成单元堆，则单元堆可以由条带、系绳、杆或其他装置固定。这样的装置可以帮助将每个凸舌压进相邻单元载体组件的相应的凹槽中。例如，图7示出了包括在模块的前端148与后端149之间延伸的一对条带145的电池模块150。条带145具有用于使条带绷紧以产生所需压迫的张紧装置146。此外，条带张紧装置146可以适于适应由于随时间的材料蠕变和/或热量的变化而导致的单元堆的膨胀和收缩。设置电隔离端盖151、152以分别盖在电池模块的前端148和后端149上。还可以使用条带145将端盖151、152固定至单元堆。在其他实施例中，可以使用杆来代替条带145。杆可以延伸通过端盖151、152中的洞或电池模块150中的其他结构，并且可以被用螺栓固定以压紧单元堆。
63.对于每个组装的电池单元载体组件100，框103围绕背板102的三侧(侧边缘130、131和下边缘129)延伸。在特定实施例中，背板102的第四、上边缘128可用于在电池单元之间形成所需的电连接。下面参照图4来描述用于堆叠电池单元载体组件100和连接电池单元110的方法。在特定实施例中，还可以在背板102的第四边缘128处和极耳106、107的集流器处(如下所述)提供冷却。
64.作为示例，图4中示出的三个相邻的电池单元110a、110b、110c可以如下进行布置和串联连接。首先，以交替的方式堆叠分别承载电池单元110a、110b、110c的电池单元载体组件100a、100b、100c，其中正极端子和负极端子相对于相邻单元反转。例如，从图4看出，第一电池单元110a的负极端子极耳107a与第二电池单元110b的正极端子极耳106b对准，并且第二电池单元110b的负极端子极耳107b与第三电池单元110c的正极端子极耳106c对准(如果单元堆中存在多于三个载体组件则以此类推)。极耳106、107(即集流器)是金属箔极耳。每个极耳与另一极耳在电隔离棒136上方交叠。具体地，第一电池单元110a的负极端子极耳107a与第二电池单元110b的正极端子极耳106b一起在放置于单元110a、110b的上边缘128a、128b的顶部上的第一电隔离棒136上方交叠。类似地，第二电池单元110b的负极端子极耳107b与第三电池单元110c的正极端子极耳106c一起在放置于单元110b、110c的上边缘128b、128c的顶部上的第二电隔离棒136上方交叠。这产生两对交叠连接的极耳：(1)单元110a的极耳107a与单元110b的极耳106b，以及(2)单元110b的极耳107b与单元110c的极耳106c。对于每对交叠的极耳，一个极耳在另一极耳上交叠，并且交叠的极耳二者在棒136的上方交叠(图1和图1a示出)。假设在每个交叠的极耳对中的极耳之间形成电接触，则电池单元110a、110b、110c通过该布置串联连接。为了将极耳保持在它们的交叠位置，可以将紧固件139(例如螺钉、螺栓、铆钉等)(参见图1)插入交叠的极耳对和棒136。在其他实施例中，可以使用夹具或其他机构来固定交叠的极耳对。电隔离棒136可以由塑料或一些其他合适的电隔离材料制成。
65.为了保持交叠的极耳对内的极耳之间的良好电接触，可以在每对交叠的极耳上方放置压棒132(参见图5)以将极耳压紧在一起。压棒132可以具有与该交叠的极耳对的上表面大致相同的尺寸。例如，在特定实施例中，压棒可以是20mm宽和80mm长。可以将一个或更多个紧固件(例如螺钉、螺栓、铆钉等)插入每个棒132中的相应洞141以保持交叠的极耳上
的压迫使得极耳保持良好的电接触。此外，压棒132可以在下侧138(即与交叠的极耳对接触的一侧)上滚花以帮助使交叠的极耳的材料变形并且改善极耳之间的电接触。
66.压棒132可以由适合于向交叠的极耳对施加压迫的任何材料制成。在特定实施例中，铜被用于压棒132。铜的高导热性使得压棒132能够从交叠的极耳对排走热量。因此，通过提供导热压棒，还可以在每个电池单元110的第四、上边缘128a、128b、128c处和向集流器提供冷却。可以通过冷却板将热量从压棒132排走(下面参考图6更详细地描述)。
67.虽然图4仅示出了三个电池单元110a、110b、110c，但是这仅是为了说明的目的，并且要理解的是，使用上述方法可以布置并将任意数目的电池单元串联连接在一起以形成单元堆。例如，从图5至图9看出，使用本文中所描述的技术，可以将总共24个电池单元载体组件100堆叠并且串联连接以提供用于电池模块150的单元堆。如果锂离子软包单元110具有3.2vdc至4.2vdc之间的电压，则包含24个串联连接的这样的单元的电池模块150具有77vdc至100vdc之间的电压范围。
68.为了创建用于高功率应用的电池组，可以将多个电池模块150串联连接在一起以形成串。在特定实施例中，串可以具有2个和10个之间的模块。因此，串的电压范围在154vdc至200vdc与770vdc至1000vdc之间。在一些实施例中，多达30个模块被串联连接以形成串。串可以被并联连接以形成组。组的能量可以从几kwh变化至若干mwh。
69.从图6、图6a和图6b看出，冷却板155被包括在电池模块150中。冷却板155被放置在单元堆的顶部上，以从电池单元载体组件100的顶部(包括单元极耳处)移除热量。冷却板155被放置在压紧交叠的单元极耳对(上面参考图4描述)的压棒132的上方。因此，冷却板155将热量从压棒132(并且因此从集流器极耳106、107)排走。冷却板155可以由铝、铜或具有高导热性的任何其他合适的材料制成。冷却板155可以被包含液体冷却剂的管道(类似于基础结构105的框103)或被诸如珀尔帖热泵、热管等的其他装置冷却。此外，冷却板155可以包括用于处理电池单元载体组件100的冷却剂容纳管道121之间的连接的管道、管子、总管、喷嘴等。
70.一对适形的导热间隙垫157(图6)位于压棒132与冷却板155之间以帮助在压棒132与冷却板155之间传递热量。冷却板155可以以允许间隙垫157压缩的方式连接至单元堆(例如，可以使用螺钉、螺栓或其他紧固件将冷却板155固定至单元堆并且按压在间隙垫157上)。可以将电隔离盖(未示出)放置在冷却板155和电力电缆上方以进行保护防止电气暴露。金属前板161可以固定在电隔离端盖151上方的电池模块155的前端148处，以保护模块的塑料部件。
71.从图6看出，在单元堆的最正极端子和最负极端子的上方的冷却板155中限定开口或间隙143a、143b(统称为开口143)以允许至模块外部的电力连接。该电力连接可以借助于电力电缆、柔性汇流条等连接至模块的前端148处的连接器。
72.可以理解，根据本文中所描述的实施例的设备、系统及方法提供了许多优点。例如：
73.·
向单个电池单元和作为整体的电池模块二者提供冷却。例如，在电池单元级别，通过单元载体的特征件提供冷却。电池单元载体组件100包括背衬结构105(包括背板102和框103)和散热器115，所有这些部件都有助于将热量从单元110排离至电池单元载体组件100的外边缘和外扁平表面。通过使用延伸通过框103的管道121中的液体冷却剂，在单元
100的三侧周围提供冷却。此外，通过放置在交叠的极耳对上方的导热压棒132来冷却单元110的上边缘处的集流器或端子。通过模块的上冷却板155向电池模块和单元提供附加的冷却，该冷却板155被放置在单元堆上方(即压棒的顶部上)。一个或更多个热间隙垫157位于冷却板155与集流器106、107之间以帮助将热量从集流器和压棒传递至冷却板155。以这种方式，在每个单元110的所有侧周围(包括在集流器处)都提供冷却。
74.·
电池单元载体组件100的热绝缘外层125用作热屏障，以将热失控限制在一个单元中，并且防止热量移至相邻单元。该特征与减少电池单元的热量的单元冷却特征一起有助于进行保护防止模块内的热失控传播。
75.·
通过以下方式来实现易于组装和减少部件：将冷却并入电池单元载体自身(即通过本文所描述的电池单元载体组件100的特征)；在相邻的电池单元载体组件之间使用凸舌和凹槽连接(或其他类似的连接)以消除对将单元堆保持在一起的另外的外壳的需要；以及通过交叠在电隔离棒上方的交叠的极耳对将相邻的电池单元串联连接。
76.通过由本技术人进行的测试来评估包括如本文所述的电池单元载体组件100的电池模块150的冷却能力。对根据本发明的包括24个电池单元载体组件100的6.5kwh电池模块150进行测试，每个组件100持有包括75ah高功率(hp)锂离子单元的一个电池单元110。该测试包括在电池模块150内的牺牲电池单元中引起内部短路，并且进一步使牺牲单元过充电以试图造成单元中的热失控。通过将电池模块150放电至约3.4v的较低电压限值来准备用于测试的电池模块150。模块150内的在本文中被称为“牺牲”或“过充电”单元的单个单元110被独立地充电至其上电压限值4.2v。因此，在测试开始时模块150的电压约为82v。模块150在过充电牺牲单元和相邻单元上装备有附加的电压传感器和温度传感器。模块150被放置在系统机架中并且连接至冷却供给和充电电力供给。机架还装备有温度传感器、压力传感器和流量传感器。由于测试的目的是独立于特殊控制系统来评估电池模块150的冷却能力，因此针对测试禁用通过这样的硬件和/或软件提供的任何附加的安全功能。
77.在测试期间，以1c的充电电流对模块150进行充电，并且用以1gpm(0.003785m3/min)流过单元载体组件100的冷却框103中的管道121的未加热的自来水对模块150进行冷却。继续充电直到非牺牲单元达到它们的上电压限值4.2v。在充电阶段结束时，使模块150闲置以观察牺牲单元的电压性能和温度性能。然后以1c的测试后放电速率对模块150进行放电直到所有单元都低于放电终止电压3.6v。然后将模块150从机架上断开连接和移除，并且分解以观察模块150中的感兴趣的牺牲单元和其他单元的状态。
78.作为该测试的结果，通过牺牲单元的电压分布和温度分布确认：该单元已经经历由内部短路引起的内部单元故障。此外，如在测试完成后所观察到的软包中的可见撕裂所证明的，牺牲单元袋已经被损坏。然而，尽管牺牲单元出现故障，但是牺牲单元的温度在其整个充电时段内被限制在42℃以下。
79.图9示出了在整个测试中牺牲单元和非牺牲单元的电压分布。从图9看出，在整个测试期间牺牲单元被过充电，而其他单元从接近0％的soc(充电状态)充电至接近100％的soc。
80.图10示出了在1c充电循环过程期间针对牺牲单元记录的电压和温度。单元电压的突然下降和相应的温度峰值是单元内部短路的证明。从图10可以看出，即使内部短路，在测试期间牺牲单元的温度也没有超过约42℃，并且不具有与已经发生热失控的情况一样的快
速且连续上升的分布。一旦充电结束，牺牲单元的温度也会下降。另外，图10示出了在充电循环中非牺牲单元的温度的平均值的分布非常稳定。
81.图11示出了在充电循环期间模块中的牺牲单元、相邻单元及其他单元的温度分布。从图11看出，模块中的其他单元的温度似乎很大程度上不受牺牲单元的较高温度的影响。与牺牲单元相邻的单元变得比其余单元更热，但是仍始终保持比牺牲单元冷得多。例如，在测试期间温度被记录，并且发现当牺牲单元的温度已经上升其最大值37.7℃时，一个相邻单元(在牺牲单元的一侧)具有记录的13.2℃的温度上升，而另一相邻单元(在牺牲单元的另一侧)具有记录的10.4℃的温度上升。所有其余单元(不与牺牲单元相邻的单元)的记录的平均温度上升为3.7℃。
82.对与对电池模块150进行上述测试时使用的单元(即75ah高功率(hp)锂离子单元)的品牌和型号相同的单个独立电池单元进行参考测试。该独立单元未包括在任何单元载体中。在测试的持续时间内该单元被放置在金属板上。为了准备测试，将该单元充电至与电池模块150中的牺牲单元相同的起始电压4.2v。接下来，向该单元施加1c充电长达一小时。图12示出了该单元的电压分布和温度分布的图。该图中还包括用于参考的在对电池模块150进行的上述测试期间电池模块150内的牺牲单元的电压分布和温度分布。数据已经被对齐以使得能够比较在独立单元(电池模块150的外部)和电池模块150内的牺牲单元中的明显内部短路之后每个单元的性能。从图12可以看出，独立单元的温度在内部短路之后经历热失控。独立单元的温度持续急速上升直到该单元被火损坏。相比之下，电池模块150中的牺牲单元在经历明显内部短路之后被限制(甚至减小)。牺牲单元的温度在充电过程中缓慢增加，但是保持被限制并且一旦充电停止就立即开始下降。当牺牲单元从过充电状态开始以1c放电时，牺牲单元的温度下降至正常操作温度。
83.因此，这些测试表明，尽管由电池模块150内的牺牲单元的过度充电(引起明显内部短路)造成牺牲单元的内部单元故障，但是在牺牲单元中或任何其他单元中都没有发生热失控。过充电单元和相邻单元的温度被限制，并且其余单元的平均温度基本上不受过充电单元的影响。过充电单元的故障未引起电池模块150的其他单元的故障或损坏。
84.在上面提及部件(例如单元、软包单元、电池模块、集流器、极耳、端子、背板、载体、管道、框、散热器、隔离棒、压棒等)的情况下，除非另外指出，否则对该部件的提及(包括对“装置”的提及)应当被解释为包括执行所描述的部件的功能的作为该部件的等同物(即在功能上等同)的任何部件、包括在结构上不等同于所公开的结构的、执行示出的示例性实施例中的功能的部件。
85.虽然上面已经讨论了许多示例性方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到所述示例性方面和实施例的某些修改、置换、添加及子组合。例如：
86.·
不必以上面参考图4所述的方式将电池单元110布置和串联连接在一起。可以使用将引起单元之间串联的其他技术将电池单元110连接在一起。在其他实施例中，电池模块内的单元110的各种子集可以并联连接和/或串联连接。
87.·
相邻电池单元载体组件100的管道121之间的液体连接不必是如参考图8和图8a所示和所描述的串联连接。在其他实施例中，电池单元载体组件100之间的液体连接可以以并联连接和串联连接的任意组合进行。
88.·
在相邻电池单元载体组件100之间提供密封的垫圈134可以被放置在定位凹槽
137外部的单独的凹槽中。
89.·
虽然上面描述了管道121中的液体冷却剂用于将热量从框103和背板102带走，但是本领域技术人员将理解，可以使用其他冷却装置来冷却电池单元。例如，作为上述基于液体冷却剂的冷却方法的补充或替代，可以使用其他装置，包括基于非液体冷却剂的冷却装置例如诸如珀尔帖冷却器、热泵、用于空气冷却的翅片等和/或其他装置。
90.·
在替代实施例中，电池单元110可以以与上面参考图4所描述的相同的取向堆叠在一起，但是正极极耳106与负极极耳107之间经由汇流条电连接。
91.·
在替代实施例中，相邻电池单元110的正极极耳106和负极极耳107可以被焊接在一起，而不是使用如上所述的压棒132。
92.·
电池模块的顶冷却板155可以用珀尔帖冷却器、热泵或用于空气冷却的翅片进行冷却。
93.·
可以使用电池模块的金属前板161将模块固定至承载电池模块的串的机架上。
94.·
在某些实施例中，液体冷却剂接纳管道121本身提供用于单元载体的框结构(或框结构的至少一部分)。
95.·
集流器极耳106、107不需要如示出的实施例所示的那样从电池单元110的上边缘108延伸。在替代实施例中，集流器极耳106、107可以从电池单元110的不同边缘如下边缘和/或侧边缘延伸。集流器极耳106、107都可以从电池单元110的一个边缘延伸，或者它们可以从电池单元110的不同边缘延伸。例如，一个集流器极耳106可以从电池单元110的上边缘延伸，另一集流器极耳107可以从电池单元110的相对的下边缘延伸。框103(包含液体冷却剂容纳通道)可以被成形为适应集流器极耳106、107。例如，框103可以具有集流器极耳所处的一个或更多个扁平部分和/或框103可以在集流器极耳附近弯曲。
96.·
在替代实施例中，框103可以围绕背板102的所有侧延伸，使得框103中的液体冷却剂容纳通道围绕背板102和电池单元的周边循环。在这样的实施例中，框103可以被成形为例如通过以下方式来适应从单元延伸的集流器极耳106、107：具有集流器极耳所处的一个或更多个扁平部分和/或在集流器极耳附近弯曲。可替选地，框103可以不完全环绕背板102，并且可以在集流器极耳所处的位置具有间隙。例如，框103通常可以为c形，并且其相对的末端可以朝向背板的上边缘中心定位。因此，在框103的末端之间设置间隔以容纳集流器极耳。框103的其余部分环绕背板102的侧边缘和底边缘。
97.·
虽然在示出的实施例中示出了矩形电池单元，但是电池单元不必具有这种形状。根据本文中所描述的实施例的单元载体可以与可以布置在单元载体组件100的背板102上的任何尺寸或形状的电池单元关联地使用。通常扁平形电池单元是优选的，这是因为它们具有以下优点：
98.鉴于单元的表面积较大，单元载体可以更高效地冷却这样的单元。
99.因此意在所附权利要求和此后引入的权利要求的范围不应被示例中阐述的实施例所限制，而是应当被给予与作为整体的说明书一致的最宽泛的解释。
100.此外，本发明实施方式还包括：
101.(1).一种电池模块，包括：
102.多个载体组件，所述多个载体组件以一个在另一个的顶部上的方式堆叠以形成单元堆，每个载体组件包括：
103.导热背板和与所述导热背板一体形成的框，所述框包括液体冷却剂接纳通道，其围绕所述背板的周边的至少一部分延伸；以及
104.电池单元，其被布置在所述背板的前表面上，所述电池单元具有从所述电池单元延伸的正极集流器极耳和负极集流器极耳，其中，除了具有所述单元堆中的最正极端子和最负极端子的集流器极耳之外，所述集流器极耳中的每一个集流器极耳与相邻载体组件的电池单元中的相反极性的集流器极耳配对并连接；以及多个压棒，每个压棒被放置在相应的连接的集流器极耳对的上方并且适于保持配对的极耳之间的电接触并从集流器极耳移除热量。
105.(2).根据(1)所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述背板包括相对的第一侧边缘和第二侧边缘以及相对的顶边缘和底边缘，其中，所述液体冷却剂接纳通道邻近所述背板的所述第一侧边缘、所述底边缘和所述第二侧边缘延伸。
106.(3).根据(2)所述的电池模块，其中，每个载体组件包括布置在所述电池单元前面的可压缩泡沫片。
107.(4).根据(3)所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，通过由所述可压缩泡沫片提供的压迫将所述电池单元附接至所述背板的前表面。
108.(5).根据(3)或(4)中任一项所述的电池模块，其中，每个载体组件包括布置在所述电池单元与所述泡沫片之间的散热器片。
109.(6).根据(4)所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述散热器片包括柔性石墨片。
110.(7).根据(5)或(6)中任一项所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述散热器片延伸至所述框并且与所述框接触。
111.(8).根据(1)至(7)中任一项所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述框包括管道，所述管道的孔提供所述液体冷却剂接纳通道。
112.(9).根据(8)所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述管道由不锈钢和/或铜制成。
113.(10).根据(1)至(9)中任一项所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述背板包括铝板。
114.(11).根据(1)至(10)中任一项所述的电池模块，其中，每个载体组件包括布置在所述泡沫片前面的热隔离片。
115.(12).根据(11)所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述热隔离片包括陶瓷片。
116.(13).根据(1)至(12)中任一项所述的电池模块，包括多个电隔离棒，每个电隔离棒适于支承一对连接的集流器极耳，其中，所述连接的集流器极耳在所述电隔离棒上方交叠。
117.(14).根据(1)至(13)中任一项所述的电池模块，其中，所述压棒由导热材料制成。
118.(15).根据(14)所述的电池模块，其中，所述压棒由铜制成。
119.(16).根据(1)至(15)中任一项所述的电池模块，包括放置在所述压棒上方的上冷却板，所述冷却板被布置成与所述单元堆垂直并且在所述单元堆的前端与后端之间延伸。
120.(17).根据(16)所述的电池模块，包括布置在所述冷却板下方、用于压迫所述压棒
并且将热量从所述压棒传递至所述冷却板的至少一个热间隙垫。
121.(18).根据(1)至(17)中任一项所述的电池模块，其中，所述载体组件以交替的极性堆叠，使得正极集流器极耳和负极集流器极耳相对于相邻载体组件的正极集流器极耳和负极集流器极耳反转。
122.(19).根据(1)至(18)中任一项所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述电池单元包括扁平形电池单元。
123.(20).根据(19)所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述电池单元包括锂离子软包单元。
124.(21).根据(1)至(20)中任一项所述的电池模块，其中，每个载体组件包括从所述载体组件的一侧延伸的凸舌和在所述载体组件的相对侧限定的凹槽，其中，为了形成所述单元堆，一个载体组件的凸舌被插入至相邻载体组件的相应的凹槽中。
125.(22).根据(1)至(21)中任一项所述的电池模块，其中，所述单元堆包括24个载体组件。
126.(23).一种电池组，其包括至少两个根据(1)至(22)中任一项所述的电池模块，其中，所述电池模块被串联连接在一起。
127.(24).根据(23)所述的电池组，包括2个和30个之间的电池模块。
128.(25).一种制造电池单元载体组件的方法，所述方法包括：
129.一体地形成具有导热背板和框的基础结构，所述框包括液体冷却剂接纳通道，其围绕所述背板的周边的至少一部分延伸；
130.将电池单元放置在所述背板的前表面上；
131.将散热器片粘附至所述电池单元的前表面；以及
132.将可压缩泡沫片粘附至散热器的前表面。
133.(26).根据(25)所述的方法，其中，所述背板包括相对的第一侧边缘和第二侧边缘以及相对的顶边缘和底边缘，所述方法包括形成所述液体冷却剂接纳通道，使得所述通道邻近所述背板的所述第一侧边缘、所述底边缘和所述第二侧边缘延伸。
134.(27).根据(25)或(26)中任一项所述的方法，其中，所述散热器片包括柔性石墨片。
135.(28).根据(25)至(27)中任一项所述的方法，包括将管道镶铸在所述框中，其中，所述管道的孔提供所述液体冷却剂接纳通道。
136.(29).根据(28)所述的方法，其中，所述管道是不锈钢和/或铜制的，所述框和所述背板是铝制的。
137.(30).根据(25)至(29)中任一项所述的方法，包括将热隔离片粘附至所述可压缩泡沫片的前表面。
138.(31).根据(25)至(30)中任一项所述的方法，其中，所述电池单元是锂离子软包单元。
139.(32).一种制造电池模块的方法，所述方法包括：
140.将多个根据(25)至(31)中任一项制造的电池单元载体组件以一个在另一个的顶部上的方式堆叠以形成单元堆；以及
141.将冷却板放置在所述单元堆的顶部上，所述冷却板在所述单元堆的前端与后端之
间延伸。
142.(33).根据(32)所述的方法，其中，堆叠所述多个载体组件包括以交替的极性堆叠所述载体组件，使得正极集流器极耳和负极集电器极耳相对于相邻电池单元载体组件的正极集流器极耳和负极集电器极耳反转。
143.(34).根据(33)所述的方法，包括：对于除了包括所述单元堆中的最正极端子的载体组件之外的每个载体组件，将所述载体组件的负极集流器极耳与相邻载体组件的正极集流器极耳在电隔离棒上方交叠以形成交叠的极耳对。
144.(35).根据(34)所述的方法，包括：将压棒放置在每个交叠的极耳对上方，以压迫每个交叠的极耳对中的正极集流器极耳和负极集流器极耳并且保持每个交叠的极耳对中的正极集流器极耳与负极集流器极耳之间的电接触。
145.(36).根据(35)所述的方法，其中，所述压棒由导热材料制成。
146.(37).根据(36)所述的方法，包括：将至少一个热间隙垫放置在所述冷却板的下方并且靠着所述压棒以将热量从所述压棒传递至所述冷却板。
147.(38).根据(31)至(37)中任一项所述的方法，包括：将盖放置在相邻载体组件的管道的相邻末端上以将所述管道串联连接。
148.(39).一种用于电池单元的单元载体，所述单元载体包括：
149.用于所述电池单元的导热背板和与所述导热背板一体形成的框，其中，所述背板包括相对的第一侧边缘和第二侧边缘以及相对的顶边缘和底边缘，并且其中，所述框包括邻近所述背板的所述第一侧边缘、所述底边缘和所述第二侧边缘延伸的液体冷却剂接纳通道；以及
150.位于所述背板上方的散热器片，其中，所述电池单元被布置在所述散热器片与所述背板之间。
151.(40).根据(39)所述的单元载体，包括粘附至所述散热器片的可压缩泡沫片。
152.(41).根据(40)所述的单元载体，其中，所述可压缩泡沫片适于提供压迫以将所述电池单元附接至所述背板。
153.(42).根据(40)或(42)中任一项所述的单元载体，包括布置在所述泡沫片前面的热隔离片。
154.(43).根据(42)所述的单元载体，其中，所述热隔离片包括陶瓷片。
155.(44).根据(39)至(43)中任一项所述的单元载体，其中，所述散热器片包括柔性石墨片。
156.(45).根据(39)或(44)中任一项所述的单元载体，其中，所述散热器片延伸至所述框并且与所述框接触。
157.(46).根据(39)至(45)中任一项所述的单元载体，其中，所述框包括管道，所述管道具有用于接纳液体冷却剂的孔。
158.(47).根据(46)所述的单元载体，其中，所述管道由不锈钢和/或铜形成。
159.(48).根据(39)至(47)中任一项所述的单元载体，其中，所述背板和所述框由铝形成。
160.(49).根据(1)至(24)中任一项或(39)至(48)中任一项所述的设备或系统，包括本文中描述的或清楚地推断出的任何新颖的有创造性且有用的特征、特征的组合或特征的子
组合。
161.(50).根据(25)至(38)中任一项所述的方法，包括本文中描述的或清楚地推断出的任何新颖的有创造性且有用的特征、特征的组合或特征的子组合。
162.(51).一种设备、系统或方法，包括本文中描述的或清楚地推断出的任何新颖的有创造性且有用的特征、特征的组合或特征的子组合。
技术特征：1.一种电池模块，包括：多个载体组件，所述多个载体组件以一个在另一个的顶部上的方式堆叠以形成单元堆，每个载体组件包括：导热铝背板和与所述导热铝背板一体形成的框，所述框包括液体冷却剂接纳通道，其由穿过所述框延伸并且围绕所述背板的周边的至少一部分延伸的管道限定；以及电池单元，其被布置在所述背板的前表面上；其中，除了最末端的载体组件之外，每个冷却剂接纳通道的出口通过单独的连接器盖与相邻载体组件的所述液体冷却剂通道的入口串联连接。2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，每个载体组件包括布置在所述电池单元前面的可压缩泡沫片。3.根据权利要求1和2中任一项所述的电池模块，其中，每个电池单元具有从所述电池单元延伸的正极集流器极耳和负极集流器极耳；以及除了具有所述单元堆中的最正极端子和最负极端子的集流器极耳之外，所述集流器极耳中的每一个集流器极耳与相邻载体组件的电池单元中的相反极性的集流器极耳配对并连接。4.根据权利要求3所述的电池模块，包括多个压棒，每个压棒被放置在相应的连接的集流器极耳对的上方并且适于保持配对的极耳之间的电接触并从集流器极耳移除热量。5.根据权利要求2所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，通过由所述可压缩泡沫片提供的压迫将所述电池单元附接至所述背板的前表面。6.根据权利要求2所述的电池模块，其中，每个载体组件包括布置在所述电池单元与所述泡沫片之间的散热器片。7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述散热器片包括柔性石墨片。8.根据权利要求6所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述散热器片延伸至所述框并且与所述框接触。9.根据权利要求1所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述背板包括相对的第一侧边缘和第二侧边缘以及相对的顶边缘和底边缘，其中，所述液体冷却剂接纳通道邻近所述背板的所述第一侧边缘、所述底边缘和所述第二侧边缘延伸。10.根据权利要求2所述的电池模块，其中，每个载体组件包括布置在所述泡沫片前面的热隔离片。11.根据权利要求10所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述热隔离片包括陶瓷片。12.根据权利要求1至11中任一项所述的电池模块，包括多个电隔离棒，每个电隔离棒适于支承一对连接的集流器极耳，其中，所述连接的集流器极耳在所述电隔离棒上方交叠。13.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述压棒由导热材料制成。14.根据权利要求13所述的电池模块，其中，所述压棒由铜制成。15.根据权利要求4所述的电池模块，包括放置在所述压棒上方的上冷却板，所述冷却板被布置成与所述单元堆垂直并且在所述单元堆的前端与后端之间延伸。16.根据权利要求15所述的电池模块，包括布置在所述冷却板下方、用于压迫所述压棒
并且将热量从所述压棒传递至所述冷却板的至少一个热间隙垫。17.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述载体组件以交替的极性堆叠，使得正极集流器极耳和负极集流器极耳相对于相邻载体组件的正极集流器极耳和负极集流器极耳反转。18.根据权利要求1至17中任一项所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述电池单元包括扁平形电池单元。19.根据权利要求18所述的电池模块，其中，在每个载体组件中，所述电池单元包括锂离子软包单元。20.根据权利要求1至19中任一项所述的电池模块，其中，每个载体组件包括从所述载体组件的一侧延伸的凸舌和在所述载体组件的相对侧限定的凹槽，其中，为了形成所述单元堆，一个载体组件的凸舌被插入至相邻载体组件的相应的凹槽中。21.根据权利要求1至20中任一项所述的电池模块，其中，所述单元堆包括24个载体组件。22.根据权利要求1至21中任一项所述的电池模块，其中，所述背板由铝制成并且所述管道由不锈钢或铜制成。23.一种电池组，其包括至少两个根据权利要求1至22中任一项所述的电池模块，其中，所述电池模块被串联连接在一起。24.根据权利要求23所述的电池组，包括2个和30个之间的电池模块。25.一种制造电池模块的方法，所述方法包括：组装多个电池单元载体组件，其中，组装所述多个电池单元载体组件中的每个包括：一体地形成具有导热背板和框的基础结构，所述框包括液体冷却剂接纳通道，其围绕所述背板的周边的至少一部分延伸；将管道镶铸在所述框中，其中，所述管道的孔提供所述液体冷却剂接纳通道；将电池单元放置在所述背板的前表面上；将所述多个载体组件以一个在另一个的顶部上的方式堆叠以形成单元堆，所述单元堆包括位置与第二电池单元组件相邻的第一电池单元组件；除了最末端的载体组件之外，将每个冷却剂接纳通道的出口通过单独的连接器盖与相邻载体组件的所述液体冷却剂通道的入口串联连接。26.根据权利要求25所述的方法，包括将散热器片粘附至所述电池单元的前表面。27.根据权利要求26所述的方法，包括将可压缩泡沫片粘附至散热器的前表面。28.根据权利要求25所述的方法，其中，所述背板包括相对的第一侧边缘和第二侧边缘以及相对的顶边缘和底边缘，所述方法包括形成所述液体冷却剂接纳通道，使得所述通道邻近所述背板的所述第一侧边缘、所述底边缘和所述第二侧边缘延伸。29.根据权利要求26所述的方法，其中，所述散热器片包括柔性石墨片。30.根据权利要求27所述的方法，包括将热隔离片粘附至所述可压缩泡沫片的前表面。31.根据权利要求25至30中任一项所述的方法，其中，所述电池单元是锂离子软包单元。32.根据权利要求25至31中任一项所述的方法，包括将冷却板放置在所述单元堆的顶部上，所述冷却板在所述单元堆的前端与后端之间延伸。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，堆叠所述多个载体组件包括以交替的极性堆叠所述载体组件，使得正极集流器极耳和负极集电器极耳相对于相邻电池单元载体组件的正极集流器极耳和负极集电器极耳反转。34.根据权利要求33所述的方法，包括：对于除了包括所述单元堆中的最正极端子的载体组件之外的每个载体组件，将所述载体组件的负极集流器极耳与相邻载体组件的正极集流器极耳在电隔离棒上方交叠以形成交叠的极耳对。35.根据权利要求34所述的方法，包括：将压棒放置在每个交叠的极耳对上方，以压迫每个交叠的极耳对中的正极集流器极耳和负极集流器极耳并且保持每个交叠的极耳对中的正极集流器极耳与负极集流器极耳之间的电接触。36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述压棒由导热材料制成。37.根据权利要求36所述的方法，包括：将至少一个热间隙垫放置在所述冷却板的下方并且靠着所述压棒以将热量从所述压棒传递至所述冷却板。38.根据权利要求25至37中任一项所述的方法，其中，所述背板由铝制成并且所述管道由不锈钢或铜制成。
技术总结提供了电池模块、包括电池模块的电池组及制造电池模块的方法。多个载体组件被堆叠以形成单元堆。每个载体组件具有导热背板和与导热背板一体形成的框。锂离子软包单元(具有单元极耳对)被粘附至背板的前表面。每个单元极耳与相邻电池单元的相反极性的极耳配对。导热压棒被放置在配对的极耳上方以保持极耳之间的电接触。压棒还将热量传递至单元堆顶部的冷却板。每个载体组件包括电池单元的表面上的散热器片、散热器片前面的可压缩泡沫片和泡沫片前面的热隔离片。面的热隔离片。面的热隔离片。
技术研发人员：约翰内斯
受保护的技术使用者：希夫特清洁解决方案有限公司
技术研发日：2016.02.18
技术公布日：2022/11/1
