本申请要求下述申请的权益和优先权:美国临时专利申请No.61/186,277,递交于2009年6月11日;美国临时专利申请No.61/178,428,递交于2009年5月14日;美国临时专利申请No.61/146,994,递交于2009年1月23日;美国临时专利申请No.61/143,707,递交于2009年1月9日;美国临时专利申请No.61/101,985,递交于2008年10月1日;和美国临时专利申请No.61/088,879,递交于2008年8月14日。
下述专利申请的公开内容被整体上以引用方式并入本申请:美国临时专利申请No.61/186,277;美国临时专利申请No.61/178,428;美国临时专利申请No.61/146,994;美国临时专利申请No.61/143,707;美国临时专利申请No.61/101,985;和美国临时专利申请No.61/088,879。
具体实施方式
图1是汽车(例如轿车)形式的车辆10的透视图,车辆具有电池系统20,用于提供车辆10机动力的全部或一部分。这样的车辆10可以是电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、外部充电式混合动力电动车辆(PHEV)或其它类型的使用电能进行推进的车辆(集中称作″电动车辆″)。
尽管车辆10在图1中被显示为轿车,但根据其它示例性实施方式,车辆的类型可以不同,所有这些都被认为落在本申请的公开范围内。例如,车辆10可以是卡车、公共汽车、工业车辆、摩托车、娱乐用车辆、船或任何其它类型的可得益于将电能作为其推进动力的全部或一部分的车辆。
尽管电池系统20在图1中显示为安置在车辆的车身或后部中,但根据其它示例性实施方式,电池系统20的安置位置可以不同。例如,电池系统20的位置可以基于车辆中的可用空间、期望的车辆重量平衡、与电池系统20一起使用的其它部件(例如,电池管理系统,放气元件,或冷却装置,等等)的安置位置和各种其它考虑因素来选择。
图2示出了根据一种示例性实施方式以HEV的形式提供的车辆10的剖切示意图。电池系统20被朝向车辆10的后部靠近燃料箱12提供(电池系统20可以被提供为紧邻燃料箱12,或者可以在车辆10的后部(例如,车身)的单独容室中提供,或者可以被提供在车辆10中的任何位置处)。当车辆10利用汽油动力来推进车辆10时,内燃机14被提供。电动马达16、动力分配装置17和发电机18也被提供,作为车辆驱动系统的一部分。
这样的车辆10可以仅由电池系统20、仅由发动机14或由电池系统20和发动机14二者提供动力或驱动。应指出,根据其它示例性实施方式,其它类型的车辆和用于车辆驱动系统的构造可以被使用,并且图2中的示意性方案不应被认为限制本申请中描述的对象的范围。
根据各种示例性实施方式,电池系统20的尺寸、形状和位置,车辆10的类型,车辆的技术类型(例如,EV,HEV,PHEV,等等),电池化学性能,以及其它特征,可以不同于这里显示或描述的。
现在参看图3-4,根据一种示例性实施方式,电池系统20的局部剖切视图被显示。根据一种示例性实施方式,电池系统20被设置成适于装有或包含电化学电池或电池组24,将电化学电池24彼此连接和/或与车辆电力系统的其它部件连接,和调节电池系统20的电化学电池24和其它特征。例如,电池系统20可以包括各种特征,适用于监视和控制电池系统20的电学性能,管理电池系统20的热学行为,容纳和/或引导排放物(例如,可能从电池24排放出的气体),和实现电池系统20的其它方面结构。
根据示于图3-4的示例性实施方式,电池系统20包括罩盖或外壳26,其包围电池系统20的各个部件。电池系统中包括两个电池模块22,它们侧对侧安置在外壳26中。根据其它示例性实施方式,不同数量的电池模块22可以包括在电池系统20中,取决于电池系统20的期望的功率和其它特性。根据其它示例性实施方式,电池模块22可以以不同于侧对侧的方式(例如,端对端,等等)的方式安置。
如示于图3-4,根据一种示例性实施方式,电池系统20还包括安置在电池系统20第一端的高压连接器28和安置在电池系统20的与第一端相反的第二端的维护用断开器30。高压连接器28将电池系统20连接至车辆10。维护用断开器30,当被使用者启动后,将两个单独的电池模块22彼此断开,因而将电池系统20的总电势降低一半,以允许使用者对电池系统20进行维护。
根据一种示例性实施方式,每个电池模块22包括多个电池监视控制器(CSC)32,用于根据需要监视和调节电化学电池24。根据其它各种示例性实施方式,CSC32的数量可以不同。CSC32安装在显示为接线板34(例如,印刷电路板)的元件上。接线板34包括所需的布线,用于将CSC32连接至各电化学电池24和将CSC32连接至电池系统20的电池管理系统(未示出)。接线板34还包括各种用于实现这些连接的连接件(例如,温度连接件,电连接件,电压连接件,等等)。
仍参看图3-4,电池模块22中的每个包括多个电化学电池24(例如,锂离子电池,镍-金属-氢化物电池,锂聚合物电池,等等,或其它类型的尚未知或今后将研制出来的电化学电池)。根据一种示例性实施方式,电化学电池24是大体上圆柱形锂离子电池,其被构造成存储电荷。根据其它示例性实施方式,电化学电池24可具有其它物理构造(例如,椭圆形,菱形,多边形,等等)。根据其它示例性实施方式,电化学电池24的容量、尺寸、设计和其它特征也可以不同于这里显示的。
电化学电池24中的每个利用以母线排36或类似元件的形式提供的连接件被电连接至一或多个其它电化学电池24或电池系统20的其它部件。根据一种示例性实施方式,母线排36被容置或包含在母线座37中。根据一种示例性实施方式,母线排36由导电材料构成,例如铜(或铜合金),铝(或铝合金),或其它适宜材料。根据一种示例性实施方式,通过焊接(例如,电阻焊)或通过使用紧固件40(例如,螺栓或螺钉可以容纳在母线36端部的孔中并且被接纳于端子38、39的螺纹孔中),母线排36可以被连接至电化学电池24的端子38、39。
现在参看图5-11,根据一种示例性实施方式,适用于电池系统20的电池模块22的一部分被显示。电池模块22包括提供在第一元件或托架42(例如,结构,外壳,等等)中的多个电化学电池24。尽管在图5中显示为具有特定数量的电化学电池24(即,三排电化学电池被布置,每排有14个电化学电池,共有42个电化学电池),应指出,根据其它示例性实施方式,不同数量和/或排布方式的电化学电池24可以被用于电池模块22,取决于各种因素中的任何一种(例如,电池模块22期望的功率,必须配置电池模块22的可用空间,等等)。
根据一种示例性实施方式,托架42以用于组装电池模块22的正确定向接纳各电化学电池24。根据一种示例性实施方式,托架42可以还包括用于提供电池与托架底部分开和/或与相邻电池分开的间隔的特征。例如,根据一种示例性实施方式,托架可以包括显示为插槽44(例如,开口,洞,等等)的一系列特征,用于将电化学电池24安置和保持就位于托架42的底部上方。
如示于图5-8,根据另一示例性实施方式,托架42可以还包括显示为凸台46的特征,所述凸台预期有助于将外壳或罩盖(未示出)保持在适于包围和/或保持所述多个电池24的位置。根据另一示例性实施方式,凸台46可以还有助于将托架42紧固至车辆。根据一种示例性实施方式,托架42可以由聚合物材料或其它适宜材料(例如,电绝缘材料)制成。
根据一种示例性实施方式,托架42的插槽44被构造成适于接纳(例如,限制,保持,定位,等等)相应电化学电池24的下端或下部。根据一种示例性实施方式,插槽44是大致圆柱形的开口,具有至少一个台阶或表面48(例如,示于图10),其被构造成适于接纳电化学电池24的下部。根据其它示例性实施方式,插槽44的开口可以具有其它形状,以接纳不同形状(例如,菱形,椭圆形,等等)的电池。插槽44的下部台阶或表面48将电化学电池24定位在由托架42限定的空气空间或腔室50(例如,示于图9)的顶部。腔室50被构造成适于接收可能由电化学电池24通过电化学电池24的放气口特征或放气口装置(例如,示于图10的放气口52)排放出来的气体和/或排放物。
现在参看图7-11,电池模块22可以还包括显示为垫圈或密封件54的元件。根据一种示例性实施方式,密封件54被构造成有助于将电化学电池24的下部密封在托架42中,以有助于保存从排放电化学电池24到腔室50中的任何气体。根据一种示例性实施方式,密封件54被靠近托架42的顶表面提供。根据一种示例性实施方式,密封件54可以由柔顺性不导电材料例如有机硅构成。根据另一示例性实施方式,密封件54可以从有机硅片材模切出来,或者可以是模制的有机硅元件(例如,由注射成型工艺制成)。
根据一种示例性实施方式,显示为夹持板56的元件(夹具,装置,板,限位件,等等)可以提供在密封件54上方,以便将密封件54相对于托架42保持就位。夹持板56可以被连接至托架42,例如,通过延伸通过夹持板56中的孔58并且由托架42中的螺纹孔60接纳的螺纹紧固件(未示出)。根据另一示例性实施方式,夹持板56可以通过卡扣配合被连接至托架42。
根据一种示例性实施方式,密封件54包括与托架42的所述多个插槽44对正的多个开口62。如示于图10,密封件54的开口62中的每个包括提供成与电化学电池24接触的唇部或边缘部64(例如,可变形的扩展部分)。根据一种示例性实施方式,密封件54的边缘部64朝向电化学电池24向内形成拐角,以提供与电化学电池24的干涉配合,以便有助于密封腔室50。
根据一种示例性实施方式,密封件54的边缘部64比密封件54的其余部分薄,以使得边缘部具有柔性而符合于电化学电池24的外径,以便有助于密封在电化学电池24中。根据另一示例性实施方式,密封件54的边缘部64从密封件54的主体部66直到边缘部64的末端边沿68减薄即呈楔形(例如,示于图10)。这种减薄有助于赋予边缘部64柔性,以便符合于电化学电池24的外径,但仍然维持强度允许边缘部64长期保持其形状(例如,最小化密封件54的蠕变和松弛以维持与电化学电池24之间的干涉配合)。
根据一种示例性实施方式,空间70被提供于密封件54的边缘部64和托架42的每个插槽44之间(例如,示于图10)。空间70与腔室50连接(例如,流体连通),以使得当气体被排放到腔室50中时,气体可以进入空间70(例如,通过滑移经过电化学电池24的底部和插槽44)。根据一种示例性实施方式,排放的气体将密封件54牢固地抵靠着电化学电池24推压,以增加密封件54的密封特性。
现在参看图11,密封件54被显示为包括提供在托架42的上表面上的沟槽或凹槽74中的加大部72。如示于图11,当密封件54的加大部72被夹持板56夹持就位时,密封件54的加大部72具有与夹持板56和/或托架42之间的若干接触点。根据一种示例性实施方式,密封件54的加大部72的顶部具有与夹持板56的单一接触点。根据另一示例性实施方式,密封件54的加大部72的下侧具有与托架42的两个接触点。根据另一示例性实施方式,密封件54的加大部72被推压在夹持板56和托架42的上表面之间,以使得密封件54的加大部72具有与夹持板56和与托架42的上表面的连续接触线。
这些多重接触点和/或线有助于将排放的气体密封(即,限制)在腔室中,并且不允许已经到达托架42和密封件54的边缘部64之间的空间70中的气体泄漏掉。根据一种示例性实施方式,密封件的加大部72可以沿着密封件54的周边安置。根据另一示例性实施方式,密封件54的加大部72基本上随从于托架42的外形或周边。
现在参看图10A和10B,电化学电池24被显示为具有处在张开(打开)状态或位置的放气口。当放气口52张开时,气体和/或排放物被允许离开电化学电池24并且进入腔室50,以提高腔室50内部的压力。在一些情况下,一旦气体已经进入腔室50,气体可以泄漏经过电化学电池24的底部和托架42(例如,示于图10B)。这些气体然后可以进入提供于密封件54和托架42之间的空间70。当排放的气体进入该空间70后,密封件54被向上移动(被推压,变形,等等)并抵靠着电化学电池24推压,以便产生牢固的密封。这是由于,在密封件54后面空间70内部(和腔室50中)的压力大于密封件54上方的压力。
现在参看图12-18,根据各种示例性实施方式的垫圈或密封件的各种构型被显示。密封件54适于被用于示于图7-11的电池模块22。根据一种示例性实施方式,密封件54全部是单一整体件形式的密封件(即,单一片材),并且包括多个开口62。开口62被构造成与托架42的插槽44对准,以便接纳提供在托架42中的电化学电池24,从而将腔室50密封。
现在参看图12,根据一种示例性实施方式的密封件76的一部分被显示。如示于图12,密封件76包括至少两个加大部78,它们被构造成有助于密封电化学电池24和托架42之间的空间70,以便将排放的气体保持在腔室50内。两个加大部78提供多接触点(例如,密封件76和夹持板56之间,密封件76和电化学电池24之间,和密封件76和托架42之间)。设有至少两个加大部78,可提供附加级别的密封完整性(例如,富余的密封级别)。根据一种示例性实施方式,加大部78是圆形截面的。根据其它示例性实施方式,加大部78可以具有不同的形状(例如,椭圆形,方形,矩形,等等)。
现在参看图13,根据一种示例性实施方式的密封件80的一部分被显示。密封件80类似于示于图12的密封件76,但增加了边缘部82。该边缘部82被构造成具有与提供在托架42中的电化学电池24的干涉配合。如示于图13,边缘部82可以被布置成大致向下的角度。根据另一示例性实施方式,边缘部82可以被逐渐减薄具有楔形形状,类似于示于图10-11的边缘部64。根据另一示例性实施方式,边缘部82可以具有尖锐末端84。
现在参看图14A-14B,根据一种示例性实施方式的密封件86的一部分被显示。密封件86的开口62小于电化学电池24的外径,以便将电化学电池24和放气室50密封。当电化学电池24被提供在托架42中时,密封件86的开口62被拉伸而围绕电化学电池24配合。根据一种示例性实施方式,密封件86可以由平板模制工艺制成。根据另一示例性实施方式,密封件86可以从密封件材料(例如,有机硅或其它适宜材料)的片材模切出来。平板模制或模切工艺能够以相对低的成本提供密封件86。
现在参看图15A-15B,根据一种示例性实施方式的密封件98的一部分被显示。密封件98可以是由任何适宜材料(例如,有机硅)构成的模制密封件。根据一种示例性实施方式,密封件98靠近密封件98的开口102中的每个具有模制在密封件98中的元件或臂100。密封件98的开口102和密封件98的臂100被构造成具有与提供在密封件98的开口102中的电池24的干涉配合。这样,密封件98提供对放气室50的双层密封。根据一种示例性实施方式,模制臂100位于密封件98的开口下方(例如,示于图15A-15B)。根据另一示例性实施方式,模制臂100位于密封件98的开口102上方。
现在参看图16,根据一种示例性实施方式的密封件92的一部分被显示。密封件92被显示为平垫圈94(例如,由平板模制工艺制成),并且包括围绕密封件92中的开口的加大部或珠缘96。根据一种示例性实施方式,密封件92的加大部或珠缘96被构造成接合电化学电池24,以便将密封电化学电池24和放气室50。根据另一示例性实施方式,密封件92被构造成接合电化学电池24的台阶。根据一种示例性实施方式,当电池被提供于托架42中后夹持压力(例如,来自罩盖(未示出))有助于密封放气室50。
现在参看图17,根据一种示例性实施方式的密封件88的一部分被显示。密封件88被显示为平密封件(例如,由上面描述的平板模制或模切工艺制成)并且包括压敏粘合剂层90。密封件88可以由任何适宜材料(例如,封闭腔泡沫)构成。密封件88被提供在托架42的顶部,其中压敏粘合剂层90位于密封件88和托架42的顶部之间。当电池24被提供在托架42中时,来自电池24的向下压力起作用而将密封件88夹持在托架42上,密封住放气室50。根据一种示例性实施方式,向下压力可以来自连接着托架42的罩盖(未示出)。
现在参看图18,根据一种示例性实施方式的密封件104的一部分被显示。根据一种示例性实施方式,密封件104由热敏材料(例如,热收缩材料)构成。根据一种示例性实施方式,密封件104的开口106被构造成当密封件104被加热(例如,利用热喷枪,通过将密封件置于烤箱中,等等)时围绕电化学电池24收缩。根据一种示例性实施方式,密封件104的开口106可以被提供与电化学电池24的初始干涉配合。根据另一示例性实施方式,开口106的密封件104可以被提供与电化学电池24的初始间隙配合。在任一情况下,通过加热密封件104,密封件104收缩和/或贴附于至电化学电池24,以提供电化学电池24和放气室50之间的密封。
现在参看图19-26,根据各种示例性实施方式的垫圈或密封件的各种构型被显示。图19-26中的各密封件是彼此独立的密封件,被构造成安置在相应电化学电池24本身上或安置在托架42的相应插槽44中。这些密封件被构造成节约材料成本,即在不需密封的地方(例如电池模块22的各电化学电池24之间),就不需要密封材料。换言之,密封件只有在需要密封的地方被提供,即围绕电池的下端或在托架42的插槽44中)。
现在参看图19-21,根据一种示例性实施方式的封件108被显示。密封件108被提供在电化学电池24的下端或下部,并且被提供为将电化学电池24和腔室50密封,以确保排放到腔室50中的任何气体不泄漏出腔室50。根据一种示例性实施方式,密封件108可以由任何适宜材料(例如,有机硅)构成。根据一种示例性实施方式,密封件108可以被模制或包覆成型在电化学电池24的外壳25的底部上。根据另一示例性实施方式,密封件108可以滑动到外壳25上(例如,像橡皮筋那样)。
根据一种示例性实施方式,密封件108包括多个脊16(突起,隆起,肋,等等),它们被构造成有助于密封电化学电池24和腔室50。根据一种示例性实施方式,脊110是逐渐减薄即呈楔形的。根据一种示例性实施方式,脊110沿大致向上方向延伸。根据其它示例性实施方式,脊110可以从密封件108笔直延伸出来,或从密封件108向下延伸。根据一种示例性实施方式,在密封件108上包括四个脊110。根据另一示例性实施方式,可以有不同数量的脊110包括在密封件108上。
根据一种示例性实施方式,脊110的大致向上方向有助于将电化学电池24保持在托架42的插槽44中。例如,一旦带有密封件108的电化学电池24被提供在插槽44中,利用脊110施加在插槽44上的拖拽力或偏压力,脊110有助于将电化学电池24保持在插槽44中。根据另一示例性实施方式,密封件108的脊110被构造成具有与托架42的插槽44的干涉配合。
根据一种示例性实施方式,密封件108被只提供在电池外壳25的外径上。换言之,密封件108不围绕电化学电池24的底部延伸。根据另一示例性实施方式,密封件108可以围绕电化学电池24的底部延伸。
现在参看图22-24,根据一种示例性实施方式的密封件112被显示。密封件112可以被提供在电化学电池24的下端,以便有助于密封电化学电池24和腔室50(未示出)。根据另一示例性实施方式,密封件112被构造成具有与托架42的插槽44的干涉配合(未示出)。根据另一示例性实施方式,密封件112的横截面形状可以是逐渐减薄的即呈楔形的(例如,示于图24),以便有助于将电化学电池24保持在插槽44中。
根据一种示例性实施方式,密封件112被只提供在电池外壳25的外径上。换言之,密封件112不围绕电化学电池24的底部延伸。根据另一示例性实施方式(例如,示于图24),密封件112可以围绕电化学电池24的底部延伸。根据一种示例性实施方式,密封件112可以由任何适宜材料(例如,有机硅)构成。根据一种示例性实施方式,密封件112可以被模制或包覆成型在电化学电池24的外壳25的底部上。根据另一示例性实施方式,密封件112可以滑动到外壳25上(例如,像橡皮筋那样)。
现在参看图25,根据一种示例性实施方式的密封件114被显示。如示于图25,密封件114是围绕插槽44的内径包覆成型的部件。根据一种示例性实施方式,密封件114可以由任何适宜材料(例如,有机硅)构成。根据一种示例性实施方式,当电化学电池24被提供在插槽44中时,向下夹持力有助于密封电化学电池24和腔室50。根据一种示例性实施方式,外壳或罩盖(未示出)可以被提供,以便提供有助于产生密封所需的向下夹持力。
根据一种示例性实施方式,密封件114可以延伸越过插槽的竖直表面116和插槽44的水平表面118(例如,示于图25)。根据另一示例性实施方式,密封件114可以只有延伸越过插槽44的水平表面118或只越过插槽44的竖直表面116。根据另一示例性实施方式,密封件114可以延伸越过插槽44的整个水平表面118。根据另一示例性实施方式,密封件114可以只有延伸越过插槽44的水平表面118的一部分。根据另一示例性实施方式,密封件114可以延伸越过插槽44的整个竖直表面116。根据另一示例性实施方式,密封件114可以只延伸越过插槽44的竖直表面116的一部分。
现在参看图26,根据一种示例性实施方式的密封件120被显示。如示于图26,密封件120是单独的部件,其独立于托架42被模制或形成。密封件120可以具有类似于在图25中描述的密封件114的形状。然而,密封件120可以包括更大的外径,以便具有与插槽44的干涉配合,以将密封件120保持在插槽44中。根据一种示例性实施方式,密封件120可以由任何适宜材料(例如,有机硅)构成。根据一种示例性实施方式,当电化学电池24被提供在插槽44中时,向下夹持力有助于密封电池和腔室50。根据一种示例性实施方式,外壳或罩盖(未示出)可以被提供,以便提供有助于产生密封所需的向下夹持力。
现在参看图27-31,根据各种示例性实施方式的将电化学电池24保持在托架42中的各种构型被显示。如示于图27,根据一种示例性实施方式,电池外壳25可以被包覆成型在托架42中。电池元件(未示出)然后可以被提供在包覆成型在托架42中的外壳25中。直接在托架42上包覆成型外壳25消除了对一或多个密封件的需要。消除一或多个密封件可以有助于降低电池模块22的总成本和组装电池模块22的成本。将外壳25包覆成型在托架42中还消除了排放到腔室50中的气体的潜在的泄漏路径。
现在参看图28,根据一种示例性实施方式,电化学电池24被提供在托架42中(例如,电化学电池24可以被提供在示于图9-11的托架42的插槽44中)。然而,除了设有以单独元件的形式提供的密封件以外,树脂122可被灌注到托架上和围绕电池的下部。一旦树脂122固化(例如,例如使得树脂122干燥),树脂122就将电化学电池24保持在托架42中,并且还将电化学电池24密封在托架42中。例如,液体树脂122(被构造成将被硬化)可以围绕电化学电池24灌注。
根据一种示例性实施方式,树脂122是不导电材料。根据一种示例性实施方式,树脂122被提供在托架42中,直至大约3至4毫米的高度。根据其它示例性实施方式,树脂122可以被提供在大于或小于大约3至4毫米的高度。
现在参看图29-30,根据一种示例性实施方式将电化学电池24保持在插槽44中的构造被显示。根据一种示例性实施方式,电化学电池24可以包括提供在电化学电池24下端的多个突起124(凸块,隆起,锁定装置,等等)。托架42的插槽44可以被提供为与开口或洞126对应或匹配。通过将电化学电池24(具有突起124)提供到插槽44(具有匹配开口126)中,然后扭转或转动电化学电池24以将电池锁定就位,电化学电池24被锁定或保持在托架42中。
根据另一示例性实施方式,插槽44可以具有突起124,而电化学电池24可以具有匹配开口126。根据另一示例性实施方式,O型环可以被提供在电化学电池24和插槽44之间,以有助于密封放气室50。
现在参看图31,根据一种示例性实施方式将电化学电池24保持在托架42的插槽44中的另一构造被显示。如示于图30,电化学电池24可以包括外壳25上的螺纹特征128,其被构造成接合托架42的插槽44中的匹配螺纹特征(未示出)。电化学电池24然后可以被螺合到插槽44中,以便将电化学电池24保持在托架42中。根据另一示例性实施方式,O型环(未示出)可以置于电化学电池24和插槽44之间,以便有助于密封腔室50。
现在参看图32-35,根据另一示例性实施方式的电池组或电池模块222的一部分被显示。电池模块222包括多个电化学电池224。每个电化学电池224包括壳体或外壳225(例如,罐),端子238、239,和放气口252(参看,例如,图33)。外壳225是大致中空体,其用作电化学电池224的内部元件(例如,阳极,阴极,电解质,等等)的容器并且限定出电化学电池224的外形。
根据一种示例性实施方式,负极端子238是金属件,其导电连接着电化学电池224提供的阳极或负电极(未示出)。正极端子239是金属件,其导电连接着电化学电池224提供的阴极或正电极(未示出)。每个电化学电池224使用以母线排或类似元件(未示出)的形式提供的连接件被电连接至一或多个其它电化学电池或电池模块222的其它部件。
根据一种示例性实施方式,负极端子238和正极端子239都位于外壳225的一端,而放气口252位于外壳225的相反端即与端子238、239相反的一端。根据另一示例性实施方式,电化学电池224具有一个负极端子238和一个正极端子239。根据其它示例性实施方式,电化学电池224可以包括不同数量的端子(例如,两个负极端子和/或两个正极端子),或者端子可以位于电化学电池224的相反两端。
如示于图32-35,一种示例性实施方式的采用基座246形式的装置或结构被显示根据。基座246适用于保持、密封和/或隔离从电化学电池224排放到具有内腔或腔室250的外壳或容器中的气体和/或排放物。根据一种示例性实施方式,排放的气体和/或排放物被保留在腔室250中,并且与电池模块222的其余部分和外部环境隔离。根据另一示例性实施方式,排放的气体和/或排放物可以通过电池模块222中的一或多个开口(未示出)离开腔室250(例如,通过管路例如与保持系统的腔室250流体连通的管道或管件)。
基座246包括用于将电化学电池224安置和部分地保持在多个洞或开口中的密封元件(例如,垫圈或密封件)和若干其它元件(例如,框架件,夹持器,托架,外壳,容器,等等)。根据一种示例性实施方式,基座246包括第一元件256(例如,板,罩盖,夹持器,等等),第二元件266(例如,以箱、容器、外壳等等的形式提供的下部),和提供于第一元件256和第二元件266之间的垫圈或密封件254。
根据一种示例性实施方式,第二元件266可以被提供为单一整体形成的元件,具有底板或板276。根据另一示例性实施方式,底板或板276可以被提供为单独的部件,其被连接(例如,焊接)至第二元件266的侧壁或其它结构。托架242可以被与板276分开提供(参看,例如,图34),且包括在其上可以被提供电化学电池224的特征244。根据另一示例性实施方式,特征244可以与板276一体形成,从而不需要具有单独的托架242。根据一种示例性实施方式,特征244包括开口或切除部245,其被构造成提供从电化学电池224(通过放气口252)释放的气体到达腔室250的路径。
电化学电池224被布置成使得电化学电池224的下部被接纳在基座246中(参看,例如,图35)。根据一种示例性实施方式,电化学电池224的下部包括放气口252,用于允许气体和/或排放物离开电化学电池224的内部。电化学电池224彼此分隔了第一元件256、第二元件266和密封件254中的洞之间的间隔。电化学电池224的这种间隔允许加热/冷却流体或气体围绕电化学电池224的顶部部分循环。
根据一种示例性实施方式,密封件254是弹性件,具有多个洞或开口262,它们的尺寸设置成适于接纳电化学电池224并且形成与电化学电池224的外壳225的干涉配合。形成在密封件254和电化学电池224之间的干涉配合有助于产生气密性密封并且防止从电化学电池224排放的气体和/或排放物逃离腔室250。密封件254是大致平板件,具有第一表面或顶表面和底表面或第二表面。根据一种示例性实施方式,密封件254由耐高温有机硅材料形成。根据其它示例性实施方式,密封件254可以由能够与电化学电池224形成气密性密封的任何其它适宜材料形成。
密封件254被提供于第一元件256和第二元件266之间。第一或顶部元件256被提供在密封件254的第一侧,第二或底部元件266被提供在密封件254的第二侧。第一元件256和第二元件266形成有与密封件254中的开口262对正的洞或开口260、264。第二或底部元件266包括顶部部分和裙部或侧壁。根据一种示例性实施方式,侧壁与第二元件266一体形成。根据其它示例性实施方式,侧壁可以被提供为单独的元件并且连接至顶部部分。
第三元件或基座板276连接至第二元件266的侧壁(例如,利用紧固件,焊接,卡扣配合,粘合剂,等等)。根据一种示例性实施方式,第三元件276与第二元件266的侧壁形成气密性密封。根据另一示例性实施方式,第三元件可以与第二元件266一体形成。
托架242被提供,其包括将电化学电池224的底部保持(例如,夹持,安置,等等)在第三元件276上方的多个特征244。根据一种示例性实施方式,托架242是与第三元件276分开的元件。根据另一示例性实施方式,托架242可以与第三元件276、第二元件266或其它部件一体形成。
根据单独的第三元件276被提供的一种示例性实施方式,电池模块222是通过首先将第三元件276连接至第二元件266的侧壁(例如,通过振动摩擦焊接工艺)上而形成的。第二元件266和第三元件276限定出箱状结构,其包围出腔室250以容纳从电化学电池224的放气口252排出的任何气体或排放物。密封件254然后被提供在第二元件266的顶部上。第一元件256然后连接至第二元件266(例如,利用紧固件(未示出)例如拧入螺纹孔258中的螺钉或螺栓,粘合剂,卡扣配合连接,等等),以将密封件254保持在第一元件256和第二元件266之间。
电化学电池224然后插入(参看,例如,图35)第一元件256中的开口260中,以使得电化学电池224的放气口252安置在由第二元件266(包括第二元件的侧壁)和第三元件276形成的腔室250中。如最佳示于图33,第一元件256和第二元件266中的开口260、264略微大于密封件254中的开口262。这些略微更大的开口260、264产生电化学电池224的外壳225与第一元件256和第二元件266之间的间隙,以允许电池更容易被安置到第一元件256和第二元件266中。
示于32-35中的电池模块222的一项有益特征是,在电化学电池224中的一或多个在操作中排放气体和/或排放物时,气体和/或排放物可以被包含在基座246内,而不放泄到周围大气中。密封件254提供了插入基座246中的电化学电池224的外壳225之间的相对气密性配合,以使得气体和/或排放物不通过插有电化学电池224的开口离开。
根据一种示例性实施方式,软管或导管(未示出)可以被以与腔室250电池模块222的流体连通的方式提供,以允许气体和/或排放物被引导到期望位置(例如,提供有电池模块222的车辆外侧)。根据其它示例性实施方式,气体和/或排放物可以被包含在基座246内,而不将其引导至期望位置(例如,气体和/或排放物可以在期望的后续时间被从基座246排出)。
现在参看图36-39,根据另一示例性实施方式的电池组或电池模块322被显示。电池模块322包括多个电化学电池324。每个电化学电池324包括壳体或外壳325(例如,罐),端子338、339,和放气口352(参看,例如,图37)。外壳325是大致中空体,其用作电化学电池324的内部元件(例如,阳极,阴极,电解质,等等)的容器,并且限定出电化学电池324的外形。
根据一种示例性实施方式,负极端子338是金属件,其导电连接着电化学电池324提供的阳极或负电极(未示出)。正极端子339是金属件,其导电连接着电化学电池324提供的阴极或正电极(未示出)。每个电化学电池324利用以母线排或类似元件(未示出)的形式提供的连接件电连接至一或多个其它电化学电池或电池模块322的其它部件。
根据一种示例性实施方式,负极端子338和正极端子339都位于外壳325的一端,而放气口352位于外壳325的相反端即与端子338、339相反的一端。根据另一示例性实施方式,电化学电池324具有一个负极端子338和一个正极端子339。根据其它示例性实施方式,电化学电池324可以包括不同数量的端子(例如,两个负极端子和/或两个正极端子),或者端子可以被布置在电化学电池324的相反两端。
如示于图36-39,根据一种示例性实施方式的采用基座346的形式的装置或结构被显示。基座346适用于保持、密封和/或隔离从电化学电池324排放到具有内腔或腔室350的外壳或容器中的气体和/或排放物。根据一种示例性实施方式,排放的气体和/或排放物保留在腔室350中,并且与电池模块322的其余部分和外部环境隔离。根据另一示例性实施方式,排放的气体和/或排放物可以通过电池模块322中的一或多个开口(未示出)离开腔室350(例如,通过与保持系统的腔室350流体连通的管路例如管道或管件)。
基座346包括用于将电化学电池324安置和/或部分地保持在多个洞或开口中的结构(例如,框架元件,夹持器,托架,外壳,容器,等等)。根据一种示例性实施方式,基座346包括第一元件或托架342,其具有被构造成适于接纳电化学电池324的插槽344。根据一种示例性实施方式,插槽344具有第一台阶346,其被构造成适于接纳(例如,保持,夹持,等等)显示为密封件354的密封元件或垫圈。插槽344还包括第二台阶347,在其上支靠着电化学电池324的底部部分,以将电化学电池324的放气口352置于腔室350中。
根据一种示例性实施方式,托架342可以被提供为单一整体形成的元件,具有底板或板376。根据另一示例性实施方式,底板或板376可以被提供为单独的部件,其被连接(例如,焊接)至托架342的侧壁或其它结构。根据一种示例性实施方式,插槽344可以与托架342一体形成。根据另一示例性实施方式,插槽344可以被与托架342分开提供,并且连接(例如,焊接)至托架342的顶部。
电化学电池324被布置成使得电化学电池324的下部被接纳于基座346中(参看,例如,图39)。根据一种示例性实施方式,电化学电池324的下部包括放气口352,用于允许气体和/或排放物离开电化学电池324的内部。电化学电池324彼此分隔了插槽344之间的间隔。电化学电池324的这种间隔允许加热/冷却流体或气体围绕电化学电池324的顶部部分循环。
根据一种示例性实施方式,密封件354是具有多个洞或开口362的弹性件,它们的尺寸设置成适于接纳电化学电池324并且形成与电化学电池324的外壳325的干涉配合。形成在密封件354和电化学电池324之间的干涉配合有助于产生气密性密封并且防止从电化学电池324排放的气体和/或排放物逃离腔室350。密封件354是由托架或彼此相切地结合的环构成的大致平板件(参看,例如,图38)。根据一种示例性实施方式,密封件354由耐高温有机硅材料形成。根据其它示例性实施方式,密封件354可以由能够与电化学电池324形成气密性密封的任何其它适宜材料形成。
根据一种示例性实施方式,例如,在图37中所示的,密封件354由插槽344的第一台阶346接纳。根据一种示例性实施方式,密封件354延伸于托架342的顶表面上方,但根据其它示例性实施方式,密封件354可以不延伸于托架342上方。根据另一示例性实施方式,密封件354可以不延伸至插槽344的第二台阶347,但根据其它示例性实施方式,密封件354可以延伸至插槽344的第二台阶347。根据其它示例性实施方式,插槽344可以比显示在图37中的短。
如示于图38,例如,密封件354被构造成高效地使用密封材料量。为此,密封件354由在它们的边缘(例如,切向)结合的环状件构成,密封件354的外轮廓基本上匹配电化学电池324的外周。有益地,密封材料只提供在需要的地方(即,电化学电池324和托架342的插槽344之间)。因此,提供密封件354所需的材料量的减少导致密封件354节约成本。
根据另一示例性实施方式,密封件354被构造成适用于电池模块322,而不必利用任何紧固件将密封件354保持就位。由于密封件354被构造成适于与电化学电池324干涉配合,因此一旦电化学电池324被提供在托架342的插槽344中,密封件354被保持就位。本质上讲,电化学电池324的外壳325将密封件354推压和/或保持在正确位置。不需要紧固件(或用于接纳紧固件的孔),并且利用紧固件组装电池模块322所需的时间被消除,因此,可以节约成本。
根据一种示例性实施方式,电池模块322是通过首先将板376连接至托架342(例如,通过振动摩擦焊接工艺)而形成的,如果板376并未与托架342一体形成的话。托架342和板376限定出包围出腔室350的箱状结构,用于容纳从电化学电池324的放气口352排出的任何气体或排放物。密封件354然后被提供在托架342的插槽344中。
根据一种示例性实施方式,密封件354的开口362与插槽344中的开口对正。根据一种示例性实施方式,密封件354被提供为单件整体,其可以由注射成型的有机硅制成。根据另一示例性实施方式,密封件354可以被直接包覆成型到插槽344(例如,插槽344的第一台阶346)上。在任一情况下,不需要利用紧固件将密封件354保持在托架342上。
电化学电池324然后插入(参看,例如,图39)密封件354中的开口362中,并且被插槽344接纳,以使得电化学电池324的放气口352安置在腔室350中。密封件354的开口362的内径被构造为比电化学电池324的外壳325的外径小的直径。这样,当电化学电池324通过密封件354的开口362被提供时,干涉配合被产生。根据一种示例性实施方式,插槽344的内径可以被构造成适于与电化学电池324的外壳325的外径形成间隙,以便允许电化学电池324更容易被安置到插槽344中。
显示在图36-39中的电池模块322的一项有益特征是在电化学电池324中的一或多个在操作中排放气体和/或排放物时,气体和/或排放物可以被包含在基座346内,而不放泄到周围大气。密封件354提供了插入基座346中的电化学电池324的外壳325之间的相对气密性配合,以使得气体和/或排放物不通过插有电化学电池324的开口离开。
根据一种示例性实施方式,软管或导管(未示出)可以被以与电池模块322的腔室350流体连通的方式提供,以允许气体和/或排放物被引导到期望位置(例如,提供有电池模块322的车辆外侧)。根据其它示例性实施方式,气体和/或排放物可以被包含在基座346内,而不将其引导至期望位置(例如,气体和/或排放物可以在期望的后续时间被从基座346排出)。
现在参看图40A-40D,根据一种示例性实施方式的电池模块的一部分被显示。电池模块包括电化学电池424,具有大致圆柱形外壳425。根据一种示例性实施方式,电化学电池424包括提供在外壳425的底部部分的放气口452。根据一种示例性实施方式,放气口452用作电化学电池424在出现高压力时的安全装置。
根据一种示例性实施方式,放气口452被构造成当电化学电池424内部的压力达到预定量时(例如,在电池温度升高期间)允许气体和/或排放物离开电化学电池424。当放气口452张开时(例如,通过作动,打开,分开,等等),电化学电池424内的气体和/或排放物离开电化学电池424,以便降低电化学电池424内部的压力。根据一种示例性实施方式,气体被接收于腔室450中。根据一种示例性实施方式,气体通过密封件454被保留在腔室450中。
如示于图40A,放气口452布置在外壳425的底部部分中。根据其它示例性实施方式,放气口452可以布置在任何地方。根据另一示例性实施方式,放气口452可以布置在罩盖或底部中,该罩盖或底部是与外壳425分开的元件并连接(例如,焊接)至外壳425。
根据一种示例性实施方式,放气口452包括弱化区或破裂点453。根据一种示例性实施方式,破裂点453是在放气口452连接至外壳425的地方沿着外壳425的底部部分布置的圆环。当放气口452张开时(例如,一旦电池内部的压力达到预定量),放气口452被构造成在破裂点453与外壳425的底部分开。
然而,在一些情况下,如示于图40B,放气口452可以初始只部分地与电池外壳425分离。为了正确地实现这一点,放气口打开特征446被靠近放气口452提供。放气口打开特征446被构造成通过在放气口452后面维持升高的气体压力而有助于放气口452完全张开,以便有助于驱动(例如,迫使,推动,等等)放气口452完全打开。
如示于图40A-40D,根据一种示例性实施方式,放气口打开特征446被围绕电化学电池424中的每个的放气口452同心提供。放气口打开特征446包括第一表面447,其基本上平行于放气口452的张开(打开)方向。放气口打开特征446还包括第二表面448,其被构造成从第一表面447延伸出来。根据一种示例性实施方式,第二表面448从第一表面447以一角度(例如,向下的角度)延伸离开。放气口打开特征446还包括在图40A-40D中以缺口的形式表示的底部表面449。
根据一种示例性实施方式,放气口打开特征446的第一表面447以紧密靠近放气口452外圆周(例如,外边缘)的方式被提供。根据一种示例性实施方式,第一表面447被以各组成部件和电池模块在允许放气口452打开的条件下的尺寸变化所需的最小距离提供。
根据一种示例性实施方式,产生在放气口452外边缘和第一表面447之间的间隙或开口导致电化学电池424中的高压气体和腔室450之间形成大的压降。根据一种示例性实施方式,大的压降有助于维持电化学电池424的高内部压力,直至放气口452从电池424完全张开或分开(例如,示于图40C)。电化学电池424中的高压力有助于使得(例如,推动,分开,迫使,等等)放气口452完全张开。
一旦放气口452被完全张开,放气口452就持续向下移动到腔室450中(例如,示于图40D)。在放气口452过渡到完全张开的过程中,放气口452的外边缘被放气口打开特征446的第二表面448推压。由于第二表面448的角度,来自电化学电池424的气体可以被更快地释放,因此一旦放气口452已从外壳425完全分开,电化学电池424内部的气体压力就会更快地耗散或降低。
根据一种示例性实施方式,放气口452是电化学电池424的电流路径的一部分。例如,提供在电化学电池424中的电池元件(未示出)可以被电连接至放气口452(例如,通过集电器(未示出))。而放气口452又电连接至外壳425,外壳可以电连接至端子(未示出)。通过使得放气口452与外壳425分离,放气口452可以被构造成用作电流中断或电流断开装置。这是由于放气口452从外壳425分开导致从电池元件流向端子的电流被断开。通过使得放气口452与外壳425完全分离,放气口452用作电流断开装置。
现在参看图41A-41G,根据各种示例性实施方式的放气口打开特征的各种构型被显示。图41A示出了图40A中所示的放气口打开特征446。根据一种示例性实施方式,第一表面447具有竖直高度,以使得当只有放气口452的一部分从电化学电池424张开时(例如,示于图40B),大的压降被产生在电化学电池424和腔室450之间。
根据另一示例性实施方式,第二表面448从第一表面447以一角度向下延伸,以产生过渡区,以便增加从电化学电池424释放的气体的流率。放气口打开特征446的底部或缺口449可以被提供,以减少放气口打开特征446所用材料量。缺口449可以被提供,以在腔室450中提供附加的间隔,因此一旦放气口452达到第二表面448就降低腔室450中的总压力。
根据其它示例性实施方式,放气口打开特征446的构造可以被改造。例如,第一表面447的长度、第二表面448的角度和/或底部或缺口449可以被改造(例如,加长,缩短,更陡峭,更平坦,等等),以便满足电池模块的设计要求。
例如,根据示于图41B的一种示例性实施方式,缺口449被替换为平滑过渡底部549。如示于图41C,例如,根据一种示例性实施方式,第一表面647一直延伸到底部649,其中,第二表面被从放气口打开特征646消除。
现在参看图41D,放气口打开特征746被提供,其具有相对长的第一表面747和相对小角度的第二表面748,第二表面产生底部点749。然而,根据另一示例性实施方式,如示于图41E,放气口打开特征846具有短的第一表面847和更陡峭地倾斜的第二表面848,以产生相对长的底部表面849。
现在参看图41F,根据一种示例性实施方式,放气口打开特征946可以具有相对更长的第一表面947和相对更平坦的第二表面948,以产生短的底部表面949。根据另一示例性实施方式,如示于图41G,放气口打开特征1046可以具有短的第一表面1047和相对陡峭的第二表面1048,以产生相对短的底部表面1049。然而,根据其它各种示例性实施方式,示于任何图41A-41G中的根据各种示例性实施方式的放气口打开特征可以改变尺寸和/或形状。
根据一种示例性实施方式,电池模块包括提供在托架或结构中的多个电化学电池。每个所述多个电池包括位于其一端的放气口特征。电池的放气口特征位于由托架形成的腔室。腔室被构造成包含从电池经放气口特征排放出的任何气体和/或排放物。密封件被用以将电池和托架之间的间隙密封,以便防止任何气体和/或排放物逃离腔室。
根据一种示例性实施方式,电池模块包括提供在第一结构中的多个电化学电池。第一结构具有多个插槽,它们被构造成适于接收所述多个电化学电池。所述多个插槽将所述多个电化学电池中的每个的下端安置在由第一结构形成的腔室上方。所述多个电化学电池中的每个的下端包括放气口装置,其被构造成允许气体从电池排放到腔室中。电池模块还包括被构造成密封电化学电池和第一结构之间间隔的元件,以使得排放的气体被限定在腔室中。
这里使用的术语″大约″、″大致″、″基本上″及类似术语应被认为具有与本申请所属技术领域中的技术人员的通常且可被接受的使用方式相符的广义含义。阅读了本申请后的本领域技术人员应理解,这些术语仅仅是用来描述这里披露且请求保护的一些特征,而不是将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此,这些术语应当解读为,对这里描述和请求保护的对象的非实质性或不导致其它后果的修改或替换落入权利要求中限定的发明范围内。
应指出,这里在描述各种实施方式时使用的术语″示例性″是指这些实施方式是各种可行实施方式的可行例子、代表和/或体现形式(并且此术语不应理解为这些实施方式必然是最有特点或最好的例子)。
术语″相连″、″连接″和类似表达在这里被用于指将两个元件彼此直接或间接结合。这种结合可以是静态的(例如,永久的)或动态的(例如,可拆下或可释放的)。这种结合可以是将这两个元件彼此或将这两个元件与任何附加中间元件一体地形成为单件整体,也可以是将这两个元件彼此或将这两个元件与任何附加中间元件相附连。
这里提到的各元件的位置(例如,″顶部″、″底部″、″上方″、″下方″等等)仅仅适用于描述各个元件在附图中的定向。应指出,根据其它示例性实施方式,各元件的定向可以不同,并且这种变化应认为落在本申请的范围内。
需要指出,重要的是,各种示例性实施方式中所示的用于电池模块放气室的密封件的结构和布置仅仅是解释性的。尽管只有少量实施方式在本申请中被详细描述,阅读了本申请后的本领域技术人员容易理解,许多修改是可行的(例如,修改各元件的大小、尺寸、结构、形状、比例,参数值,安装方式,材料的使用,颜色,定向,等等),而不实质性地偏离这里描述的对象的新颖的公开技术和益处。例如,显示为一体形成的元件可以由多个部分或元件构成,各元件的位置可以颠倒或以其它方式改变,并且离散的元件或位置的性质或数量可以替换或改变。任何工艺或方法的步骤的次序或流程可以根据替代性实施方式而改变或重新编排。在不脱离本发明范围的前提下,还可以对各种示例性实施方式的设计、操作条件和布置做出其它替换、改造、变化和省略。