帶有通風熱管理的能量源封裝件系統和方法與流程

相關申請的交叉引用

本申請要求2016年4月4日提交的題為“systemsandmethodsforenergysourceenclosurewiththrough-airthermalmanagement(帶有通風熱管理的用于能量源封裝件的系統和方法)”的美國臨時申請第62/317,812號的優先權。

本發明涉及封裝一個或多個能量源單體且同時提供用于能量源單體和其它部件的通風熱管理的系統和方法。

背景技術：

物料運輸車輛通常用于在倉庫、工廠、運貨廠以及一般需要將平板架、大包裝或貨堆從一個位置運輸到另一位置的地方。物料運輸車輛典型地包括用于提起包裝或平板架以供運輸的承載叉、用于推進車輛的驅動馬達、轉向控制機構以及制動器、

常見的用于基于電的物料運輸設備的能量源是鉛酸電池(lab)。然而，在替代能量源技術方面的改進已導致使用其它能量源，諸如鋰離子電池(lib)和燃料電池。

重要的是，現有的電池封裝件系統不能執行如下功能，即，向某些部件提供必須的冷卻，同時允許封裝件受到水的沖刷。因而，期望的是提供一種電池封裝件系統，這種電池封裝件系統向封裝件內的部件提供充足的熱冷卻，同時允許水的沖刷。

技術實現要素：

本發明提供了用于封裝電池部件并同時允許通風冷卻的系統和方法。

在一種形式中，用于封裝能量源的系統包括封裝件，封裝件具有前壁、后壁、頂壁、底壁、側壁并形成內艙室。該系統還包括入口通道和出口通道，入口通道與前壁一體形成并與內艙室流體連通，入口通道由入口百葉窗和入口凸緣限定，入口凸緣由兩個或更多個入口部段限定，出口通道與后壁一體形成并與內艙室流體連通，出口通道由出口百葉窗和出口凸緣限定，出口凸緣由兩個或更多個出口部段限定。該系統還包括定位在內艙室內的一個或多個能量源單體以及與入口通道和內艙室流體連通的冷卻風扇。冷卻風扇運行以將空氣經由入口通道引入內艙室，使得內艙室內的空氣被排出出口通道。在另一實施例中，該系統包括位于封裝件內并與一個或多個能量源單體電氣聯接的充電器。在又一形式中，該系統包括位于封裝件內并與一個或多個能量源單體電氣聯接的電池管理系統。

在某些實施例中，一個或多個能量源單體在封裝件內定位在電池管理系統和充電器下方。在另一形式中，該系統包括與充電器聯接的電線。在另一形式中，該系統包括形成于封裝件的頂壁內的凹陷艙室，且電線可縮回該艙室中。在又一形式中，該系統包括形成于封裝件的側壁內的壁孔，壁孔允許累積在艙室內的水流出艙室。

在又一形式中，該系統包括形成于封裝件的底壁內的一個或多個排泄孔。在某些實施例中，一個或多個能量源單體包括第一能量源單體和第二能量源單體。在某些實施例中，第一能量源單體是鋰離子電池單體，第二能量源單體是鋰離子電池單體。

在某些實施例中，用于封裝物料運輸車輛用能量源的系統包括封裝件，封裝件具有第一壁、第二壁和內艙室。該系統還包括與前壁一體形成且與內艙室流體連通的入口通道以及與后壁一體形成并與內艙室流體連通的出口通道。該系統還包括定位在內艙室內的一個或多個能量源單體、定位在封裝件內并與一個或多個能量源單體電氣聯接的充電器以及定位在封裝件內并與一個或多個能量源單體電氣聯接的電池管理系統。該系統還包括冷卻風扇，冷卻風扇與入口通道和內艙室流體連通，使得冷卻風扇運行以將空氣經由入口通道引入內艙室，使得內艙室內的空氣被排出出口通道。

在某些實施例中，封裝件的所有機械方面具有至少ip3x進入保護等級。在某些實施例中，該系統包括相鄰于入口通道定位的空氣入口百葉窗和相鄰于空氣出口通道定位的空氣出口百葉窗。在某些其它實施例中，冷卻風扇定位在封裝件的上角部中，且一個或多個能量源單體定位在封裝件的一個或多個下角部中。

在另一實施例中，封裝物料運輸車輛的能量源并向其提供冷卻的方法包括：通過至少由前壁和后壁限定的封裝件的空氣入口通道經由冷卻風扇引入空氣；驅使空氣進入封裝件的內艙室，使得空氣流過一個或多個能量源單體、充電器和電池管理系統；將空氣從與后壁一體形成且與內艙室流體連通的出口通道排出。空氣入口通道由入口百葉窗和入口凸緣限定，入口凸緣由兩個或更多個入口部段限定，出口通道由出口百葉窗和出口凸緣限定，出口凸緣由兩個或更多個出口部段限定。在某些實施例中，該方法包括：通過定位在封裝件的底壁內的一個或多個排泄孔將濕氣排泄出內艙室。在某些實施例中，該方法包括：當不使用充電器時，縮回從形成于封裝件的頂壁內的凹陷艙室內的艙室引出的電源線。在某些其它實施例中，該方法包括：通過沿封裝件的側壁形成的壁孔將水排出艙室。

附圖說明

圖1是使用根據本發明的電池的物料運輸車輛的立體圖。

圖2是如本文中公開的圍繞電池組的封裝件的前左軸測圖。

圖3是圖2中的封裝件的后左軸測圖。

圖4是圖2中的封裝件的局部前左軸測圖。

圖5是圖2中的封裝件的局部后左軸測圖。

圖6示出了如本文中公開的封裝件和電池組的沿圖3中的線6－6的剖視圖。

圖7是示出了通過圖6的封裝件和電池組的空氣流動的剖視示意圖。

具體實施方式

在詳細闡述本發明的任何實施例之前，應理解，本發明在其應用方面不被限制于以下說明書提出的或附圖中所示出的部件的構造和布置的細節中。本發明能夠有其它實施例，且以各種方式實踐或實施。此外，應理解，本文所用的詞語或術語是為了說明的目的而不應看作為限制。本文使用“包括”、“包含”和“具有”及其變型意味著包含了之后所列的物品及其等效物以及附加的物件。除非確切說明或以其它方式限定，術語“安裝”、“連接”、“支承”和“聯接”及其變型廣義地使用且包含直接和間接的安裝、連接、支承以及聯接。此外，“連接”和“聯接”不限制于物理的或機械的連接或聯接。

以下描述用于使本領域技術人員能夠制造并使用本發明的實施例。對所述實施例的各種修改對本領域的技術人員而言將是十分明顯的，并且本文的一般原理可應用于其它實施例和應用，而不偏離本發明的實施例。因此，本發明的實施例并不意在限制于所示的實施例，而是為與本文所披露的原理和特征一致的最寬范圍符合。應參考附圖來閱讀以下詳細描述，其中不同附圖中的相同元件具有相同的附圖標記。不必然依照比例的附圖示出選定的實施例，并且不意在限制本發明的實施例的范圍。本領域技術人員會認可本文所提供的示例具有許多有用的替代方式并且此類替代方式落在本發明的實施例的范圍內。

還應理解，物料運輸車輛被設計成各種構造，從而執行各類任務。雖然本文中描述的物料運輸車輛在附圖中示出為前移式叉車，但對本領域技術人員明顯的是，本發明不限制于該類型或目的的車輛，而是還可設置為各種其它類型的物料運輸車輛構造，包括例如，碼垛車、揀料車、窄過道轉塔車和任何其它物料運輸車輛。

回到附圖，以下描述和附圖涉及本發明的實施例，實施例涉及用于驅動物料運輸車輛的電池組的帶有通風熱管理的封裝件。定位在本文中描述的封裝件內為物料運輸車輛提供能量的能量源單體可包括但不限于下列中的一項或多項：鉛酸電池；諸如釩氧化還原電池、鋅溴電池或鋅鈰電池之類的液流電池；鋰空氣電池；諸如帶狀電池、鋰離子錳氧化物電池、鋰離子聚合物電池、磷酸鐵鋰電池、鋰硫電池或鈦酸鋰電池之類的鋰離子電池；熔融鹽電池；鎳鎘電池；鎳氫電池；鎳鐵電池；鎳金屬氫化物電池；有機基電池；聚合物基電池；多硫化溴電池；鉀離子電池；可充電堿性電池；可充電燃料電池；硅空氣電池；銀鋅電池；銀鈣電池；鈉離子電池；鈉硫電池；糖電池；超鐵電池或ultrabattery(超級電池)。

電池技術的改進已允許將能量提供至物料運輸車輛的電池單體小型化，使得這樣的電池單體與原有電池提供相同量的能量，而不需要原有電池所需要的空間。由此，在圍繞能量源的封裝件內可包括諸如電池管理系統、充電器或其它電池部件之類的其它部件。

參考圖1，示出了體現本發明的某一方面的物料運輸車輛20。物料運輸車輛20包括本體22、帶有至少一個承載叉26的叉架24、容納馬達(未示出)的馬達艙室(未示出)以及用于容納能量源30的能量源艙室28。能量源30包括至少一個電池組32。在某些實施例中，能量源30可包括多個電池組32。如圖1中所示，電池組32被示出定位在配重34內。物料運輸車輛20還可包括操作者艙室38。能量源30和配重34被集合地稱作電池40。物料運輸車輛20被示出有位于最上位置的叉架24。

如圖2和3中所示，電池組32由電池封裝件42所包圍。在某些實施例中并如附圖中所示，電池封裝件42由前壁44、左壁46、后壁48、右壁50、頂壁52和底壁124(參見圖6)限定。此外，電線54可從艙室56起在頂壁52內延伸。電線54可為可縮回的或不可縮回的。在某些實施例中，可使用線纜封蓋來密封穿過頂壁52的電線54。線纜封蓋還可用于穿過頂壁52或任何其它壁的動力和通信線纜。在某些實施例中且如以下更詳細地描述的，艙室56可具有傾斜的底表面，傾斜的底表面允許例如在電池組32的沖洗期間可能在艙室56內積累的水流出壁孔58。

現參考圖4和5，電池封裝件42還包括限定了空氣入口62的入口百葉窗60，并進一步包括限定了空氣出口66的出口百葉窗64。入口百葉窗60和出口百葉窗64兩者都可為允許空氣穿過封裝件的前壁和后壁的成角度的板條或平帶。在其它實施例中，百葉窗60、64可具有本領域技術人員已知的其它形式。如此后將更詳細地描述的，入口百葉窗60和出口百葉窗64的構造可阻止水在一定壓力下進入電池封裝件42的內部，并允許空氣進入空氣入口62和空氣出口66。

空氣入口62和/或空氣出口66可形成為本領域技術人員已知的任何形狀。例如，空氣入口62和/或空氣出口66的形狀可為三角形、正方形、矩形、圓形、橢圓形、六邊形或本領域技術人員已知的其它多邊形。在某些實施例中，空氣入口62和/或空氣出口66的寬度尺寸在約0.5cm至約5cm之間，或在約1cm至約4cm之間，或為約1.5cm左右，或者更大或更小。在某些實施例中，空氣入口62和/或空氣出口66的長度尺寸在約5cm至約15cm之間，或在約8cm至約12cm之間，或為約10.5cm左右，或者更大或更小。

現參考圖6，示出了電池組32的沿圖3中的線6－6的剖視圖。在封裝件42內是第一電池單體68和第二電池單體70，第一電池單體68和第二電池單體70兩者都連接至帶有多個連接件72的電池封裝件42。可預想到有更多或更少的電池單體。連接件72可為螺釘、鉚釘、銷或本領域技術人員已知的任何其它連接件。圖6中進一步示出的是電池管理系統74和充電器76。充電器76可在其上設置多個翅片78。在某些實施例中，可使用單個電池單體。在使用單個電池單體而不是兩個或更多個電池單體的某些實施例中，電池單體可定位在第二電池單體70在封裝件42內所定位的地方。

翅片78可將從冷卻風扇80接收的空氣流跨過充電器的一個或多個表面并向下導向第一電池單體68和第二電池單體70。翅片78可具有帶角度的構造，且大致與垂直于頂壁52的平面成45度。翅片78還可具有在零度與約90度之間的帶角度的構造。翅片78可作用為冷卻翅片且可有助于冷卻充電器76。在某些實施例中，充電器76的插頭54可插入120v的輸出部。在其它實施例中，充電器76可插入240v的輸出部，或插入具有本領域中已知的其它電壓的輸出部。在封裝件42內還可包括冷卻風扇80。在某些實施例中，冷卻風扇80可基于所感測的封裝件42的溫度而被通電。在其它實施例中，封裝件內部可不包括冷卻風扇80，且可通過對流或通過其它手段獲得空氣流。冷卻風扇80還可沿封裝件42的不同部分定位或定位在封裝件42的不同部分內。在某些實施例中，可沿一個或多個壁44、46、48、50和52來包括風扇。

如圖6中進一步示出的，示出了入口凸緣82和出口凸緣84，入口凸緣82和出口凸緣84可有助于引導空氣流通過電池封裝件42，以冷卻電池組32的一個或多個部件。入口凸緣82可包括一個或多個入口部段。前壁44可與入口凸緣82的成角度的入口部段90相一致，入口部段90可朝向艙室56向上和向內突出并可與豎直入口部段92相交。豎直部段92可向上朝向頂壁52延伸，在頂壁52處，豎直部段92可與風扇入口部段94相交。風扇部段94還可向上并向內成角度，雖然這并不必要，并且可與封裝件42的頂壁52間隔開而終止，從而產生間隙96。間隙96可允許空氣從中流過。在某些實施例中，間隙96定位成阻止水進入外殼45內部。豎直部段92的外側98和封裝件42的前壁44的內側100形成入口通道102，當冷卻風扇80開啟或空氣被某些其它手段被引入時，空氣通過入口通道102被引入封裝件42。

冷卻風扇80可借助一個或多個連接件72或通過某些其它連接裝置被固定至風扇入口部段94，以允許空氣穿過風扇并通過風扇入口部段94。在某些實施例中，冷卻風扇80可通過卡合配合、過盈配合、粘合或本領域技術人員已知的任何其它聯接方法固定至風扇入口部段94。在某些實施例中，不存在間隙96，而是風扇入口部段94終止在電池組32的頂壁52中。在某些實施例中，入口凸緣82的任何入口部段90、92、94可由電池組32的右壁46和左壁50形成，或可連接至電池組32的右壁46和左壁50。入口部段90、92、94可以氣密的方式固定，使得通過空氣入口62而被引入并沿入口部段90、92、94進入冷卻風扇80的任何空氣不會不穿過冷卻風扇80或間隙96中的至少一個就散逸至電池組32。在其它實施例中，入口部段90、92、94不是氣密的，且空氣可通過入口部段90、92、94的側邊散逸。入口部段90、92、94可為整體的元件或單獨的元件。

仍參考圖6，出口凸緣84也可包括一個或多個出口部段。成角度的出口部段110可與后壁48相一致，且可向內和向上延伸至艙室56。豎直出口部段112可從成角度的部段110的一端向上延伸至頂壁52。豎直部段112可與頂壁52間隔開而終止，以形成間隙114。出口凸緣84的出口部段110、112可以氣密的方式連接至封裝件42的右壁46和左壁50兩者。在某些實施例中，出口部段110、112可以非氣密的方式連接至壁46、50。豎直部段112的外側116和后壁48的內側118可形成出口通道120，當冷卻風扇80開啟時，空氣通過出口通道120從封裝件42排出。出口凸緣84可包括能夠提供附加的或不同的空氣流動路徑的一個或多個附加部段。出口部段110、112可包括整體的元件或可包括分離的元件。

在某些實施例中，可沿電池封裝件42的底壁124設置一個或多個排泄孔122。排泄孔122可允許濕氣從電池組32散逸。在某些實施例中，可在沿電池封裝件42的底壁的一個位置設置多個排泄孔122。在其它實施例中，可在沿電池封裝件42的底壁的兩個或更多個位置設置多個排泄孔。如圖6中所示，排泄孔可設置在兩個位置中。第一位置可總體上在第一電池單體68下方，第二位置可總體上在第二電池單體70下方。

一個或多個排泄孔122可形成為本領域技術人員已知的任何形狀，諸如但不限于以下形狀：三角形、正方形、圓形、矩形、橢圓形或任何其它多邊形。一個或多個排泄孔122的至少一個尺寸、即長度、寬度、直徑或任何其它尺寸可在約0.1cm至約8cm之間，或在約1cm至約6cm之間，或在約2cm至約5cm左右之間。在某些實施例中，排泄孔122可為矩形且尺寸可為約2.5cm乘約5cm，或者更大或更小。

現參考圖7，示出了通過電池封裝件42的空氣流的示意圖。如由代表空氣流的箭頭所示，通過空氣入口62進入的空氣沿入口凸緣82的部段90、92、94通過入口通道102而被向上導向。空氣可接著被引導通過冷卻風扇80并可投射至封裝件42內部。在某些實施例中，空氣可首先被引導越過充電器76，在某些時間段期間，諸如當電池組32被充電時，充電器76可在封裝件內產生熱輸出。當空氣被引導越過充電器76時，空氣可側向流過充電器76的翅片78。充電器76的翅片78可以形成為提供越過充電器76的空氣流的任何構造。在某些實施例中，封裝件內的各部件的布局可基于各部件的熱輸出。為了減小對流加熱，產生較高熱輸出的部件可在封裝件42中放置在較低或最低處。

仍參考圖7，通過冷卻風扇80引入的某些空氣可流動至電池管理系統74，這些空氣可向電池管理系統74提供冷卻。其它空氣可沿第一電池單體68的側邊和/或沿第二電池單體70的側邊流動。應注意，在某些實施例中，電池封裝件42不是氣密的，因而，空氣可通過沿封裝件42的壁44、46、48、50、52、124中的任何一者的間隙散逸。在某些實施例中，電池封裝件42可為氣密的或部分氣密的，以允許空氣通過封裝件42的某些部分而不是其它部分散逸。

仍參考圖7，在某些實施例中，電池封裝件42內已冷卻或穿過電池組32的一個或多個部件的空氣可經由出口通道120通過空氣出口66被引導出封裝件42。在空氣流入出口通道120之后，空氣可沿出口凸緣84向下流動并可通過空氣出口66流入周圍大氣。盡管圖7中示意性示出的空氣流顯示空氣從封裝件的上左部分向下沿電池組32的部件運動并通過上右側角落中的空氣出口66離開封裝件42，但其它空氣流動構造也是可能的。

例如，空氣出口66可定位在沿右壁46、左壁50、頂壁52中的一個或多個的不同的位置處，或定位在沿后壁48的不同位置處。此外，空氣入口62可定位在沿右壁46、左壁50、頂壁52中的一個或多個的不同的位置處，或定位在沿前壁44的不同位置處。封裝件42內可包括多于一個空氣入口62和/或一個空氣出口66。例如，封裝件42可包括兩個或更多個空氣入口62和/或兩個或更多個空氣出口66。

入口凸緣82的部段90、92、94以及出口凸緣84的部段110、112的構造可在清潔或沖洗電池組32期間阻止特定壓力下或壓力范圍內的水進入封裝件42。由此，封裝件42可為防沖刷的。在其它實施例中，部段90、92、94、110、112可以其它構造定位。在其它實施例中，可包括更多部段，以進一步最小化可能到達封裝件42內部的水量。例如，可相鄰于一個或多個部段90、92、94、110、112設置一個或多個可能引導空氣流的擋板(未示出)。

如本文中所描述的電池封裝件42的設計的優點包括允許封裝件42內的空氣流經由迂回的流動路徑來冷卻系統。在某些實施例中，某些或全部部件的溫度等級可超出140攝氏度。關于進入保護(ip)等級，在某些實施例中，如本文中所描述的電池組32可至少滿足ip3x要求。在某些實施例中，電池組32可滿足ip4x要求。在某些其它實施例中，電池組32可滿足ipx6測試規范。在其它實施例中，電池組32可滿足高達或超過ipx9測試規范。

封裝件42和封裝件42內的其它部件可由本領域技術人員已知的任何材料制成。在某些實施例中，封裝件42由各種熟知的聚合物材料中的一個或多個制成，這些聚合物材料例如包括：聚乙烯(pe)、低密度聚乙烯(ldpe)、高密度聚乙烯(hdpe)、聚對苯二甲酸(pet)、結晶pet、非結晶pet、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯(ps)、聚酰胺(pa)、聚氯乙烯(pvc)、聚碳酸酯(pc)、聚(苯乙烯：丙烯腈)(san)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚丙烯(pp)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚呋喃酸乙酯(pef)、pet均聚物、pen共聚物、pet/pen樹脂混合物、pen均聚物、二次成型制熱塑性彈性體(tpe)、含氟聚合物、聚砜、聚酰亞胺、醋酸纖維素和/或其組合。在某些實施例中，封裝件可由金屬、陶瓷或天然材料制成。

前述描述主要涉及本發明的實施例。雖然對本發明的范圍內的各種替代方式給予了一些關注，但可預見本領域技術人員將可能實現從本發明的實施例的公開中現已顯而易見的附加的替代方式。由此，本發明的范圍應從以下權利要求中確定而不應受到以上公開的限制。