CN103403914A - 小轮廓的电池组 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的电池组包括第一模块排列、第二模块排列和中心通道。第一模块排列包括第一框架和设置在第一框架内的第一电池模块盒。第一电池模块盒包括第一多个棱形电池单元和第一多个模块终端。第二模块排列包括第二框架和设置在第二框架内的第二电池模块盒。第二电池模块盒包括第二多个棱形电池单元和第二多个模块终端。中心通道延伸通过电池组的中心并且将第一模块排列连接至第二模块排列。第一多个模块终端和第二多个模块终端邻近中心通道设置在中心通道的相反侧上。

Description

小轮廓的电池组
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年1月6日提交的美国实用新型申请No.13/345,153的优先权并且要求2011年1月7日提交的美国临时申请No.61/430,821的权益。本申请涉及2011年1月7日提交的美国临时申请No.61/431,132和2012年1月6日提交的美国申请No.13/344,713，并且要求美国临时申请No.61/431,132的权益。上述申请的公开内容以它们的整体结合到本文中作为参考。
技术领域
本发明涉及用于车辆的电池组且更特别是涉及用于棱形电池单元的电池组系统。
背景技术
本文所提供的背景说明是用于大致展示公开的上下文的目的。在本背景技术部分中描述了目前列举的发明人的工作程度，以及另外不能在申请时的现有技术获得的、相对于本发明的现有技术既未明确地又未隐含地公认的描述。
电动车辆（EVs）、混合电动车辆（HEVs）和插入式HEVs使用多个推进系统来提供动力。推进系统可能包括从一个或多个电池组接收功率的电动的或者电池供电的系统。电池组可能包括一个或多个电池模块，并且电池模块可能包括一排或多排高压电池单元（或者电池），例如，锂离子电池单元。
电池单元的工作温度可能影响电池单元的使用寿命和性能（例如，充电和放电特性）。在预定工作温度范围内调节电池单元的工作温度可以使电池单元的使用寿命和性能最佳。
然而，在电池组内，电池单元的工作温度可能在电池单元与电池单元间是不同的。因为种种原因，电池组的电池单元间可能产生温度变化。例如，温度变化可能由电池单元间的制造差异、电池单元在电池组内的位置差异、每个电池单元的热路径差别及其他原因所引起的。可能很难将电池组中每个电池单元保持在预定工作温度范围内。
另外，电池组内的电池单元可能未能被尽可能有效地包装。结果，电池组的总高度、质量和成本可能大于所需的。此外，电池组内的高压连接部可能设置在电池组内的不同位置处。布线至高压连接部的电线的长度和高压连接部的保护覆盖部的数量可能进一步增加电池组的质量和成本。
发明内容
根据本公开原理的电池组包括第一模块排列、第二模块排列和中心通道。第一模块排列包括第一框架和设置在第一框架内的第一电池模块盒。第一电池模块盒包括第一多个棱形电池单元和第一多个模块终端。第二模块排列包括第二框架和设置在第二框架内的第二电池模块盒。第二电池模块盒包括第二多个棱形电池单元和第二多个模块终端。中心通道延伸通过电池组的中心并且将第一模块排列连接至第二模块排列。第一多个模块终端和第二多个模块终端邻近中心通道设置在中心通道的相反侧上。
本发明进一步的应用领域将从下文所提供的详细说明中变得显而易见。很清楚，所述详细说明和具体实例仅用于图解目的并且不打算限制本发明的范围。
附图说明
将从详细说明和附图中更充分地理解本发明，其中：
图1是根据本发明原理的第一实例性电池组的透视图，其中移除了第一电池组的顶盖；
图2是第一实例性电池组的分解透视图；
图3是第一实例性电池组的顶视图，其中移除了第一实例性电池组的顶盖；
图4是第一实例性电池组的侧视图；
图5是第一实例性电池组的内框架的分解透视图；
图6是沿图5中所示的线6-6截取的内框架的剖视图；
图7是沿图5中所示的线7-7截取的内框架的剖视图；
图8是图解电池模块与端板之间的连接部的第一实例性电池组的一部分的透视图；
图9是根据本发明原理的第二实例性电池组的透视图，其中移除了第二实例性电池组的顶盖；
图10是第二实例性电池组的分解透视图；
图11是第二实例性电池组的顶视图；以及
图12是沿图11中所示的线12-12截取的第二实例性电池组的剖视图。
具体实施方式
电池组可能包括一个或多个模块排列、供电电路和外罩。模块排列可能包括一个或多个电池模块和接收电池模块的内部结构。供电电路可能包括延伸通过外罩的主终端、电池组控制模块（BPCM）和连接主终端与BPCM的电线。BPCM可以控制供给至电池模块和从其供给的电力。模块排列和BPCM可以设置在外罩内和/或固定到外罩上。外罩可电力地隔离并且保护设置在外罩内的部件。
典型地，外罩为电池组提供了框架。例如，电池模块可以被安装到外罩上不同位置处，并且外罩可以安装到车身上。因此，外罩可以由例如钢的高质量材料制成。另外，将电池模块安装到外罩上和将外罩安装到车身上的结构可能增加电池组的总高度。
此外，电池组典型地包括围绕电池组的外周缠绕的线束。线束可以连接至电池模块以向设置在模块内的电池单元供电。增加线束的长度增加了电池组的成本和质量。另外，线束与电池模块之间的连接部可能是设置在电池组内的不同位置处的高压连接部。每个高压连接部可能利用防护盖件电力地隔离。增加防护盖件的数量也增加了电池组的成本和质量。
根据本公开原理的电池组包括第一模块排列、第二模块排列、中心通道、供电电路和外罩。第一模块排列和第二模块排列各包括电池模块盒和接收该盒的内框架。中心通道延伸通过电池组的中心并且将第一模块排列和第二模块排列连接。供电电路向设置在电池模块内的电池单元供电。紧固件延伸通过模块排列的内框架和通过外罩以将电池组固定到车身上。
外罩可电力地隔离并且保护设置在外罩内的部件。然而，因为至少三个原因，外罩不需要用作电池组的框架。第一，模块排列直接固定到车身上，而不是通过外罩将模块排列间接地固定到车身上。第二，模块排列通过中心通道而不是外罩相互连接到一起。第三，模块排列的内框架包括例如用于增强刚度的肋的结构。
因为外罩未用作电池组的框架，所以外罩可以由例如塑料或者碳纤维的较低质量材料制成。因此，可以减小电池组的成本和质量。另外，因为将用于模块排列和外罩的安装结构集成，所以可以减小电池组的总高度。例如，电池组的总高度可以小于或等于140毫米（mm）。因此，电池组可能具有小轮廓（low profile），该小轮廓使得电池组能够放置到车辆的车身下面而使载货空间和/或车辆离地距离最大。
根据本发明原理的电池组中的供电电路包括主终端、电池组控制模块（BPCM）和连接主终端与BPCM的电线。电池模块包括模块终端，并且BPCM连接到模块终端以向设置在电池模块内的电池单元供电。供电电路沿中心通道设置，并且模块终端设置在中心通道的相反侧上。因此，相对于围绕电池组外周延伸的线束的长度，可以减小电池组内的电线的长度。此外，可以将高压连接部限制于中心通道，并且因此可以减少防护盖件的数量。减小连线长度和防护盖件的数量减小了电池组的成本和质量。
现在参见图1到4，根据本发明原理的电池组10包括第一模块排列12、第二模块排列14、中心通道16、供电电路18、液体冷却系统20和外罩22。第一模块排列12包括第一框架24和设置在第一框架24内的第一电池模块26。第二模块排列14包括第二框架28和设置在第二框架28内的第二电池模块30。第一电池模块26可以连接到一起以形成第一盒，并且第二电池模块30可以连接到一起以形成第二盒。虽然模块排列12、14各显示为包括八个电池模块，但是模块排列12、14可以包括更多或更少的电池模块。电池模块26、30中的每个可能包括多个棱形电池单元。
第一框架24包括第一端板32和第一条带34。第一端板32设置在第一模块排列12的相反纵向端部上。第一条带34横向地延伸过电池组10并且将第一端板32相互连接。第一条带34设置在第一电池模块26上面和下面。第一电池模块26被接收在第一端板32之间和第一条带34之间。
第二框架28包括第二端板38和第二条带40。第二端板38设置在第二模块排列14的相反纵向端部上。第二条带40横向地延伸过电池组10并且将第二端板38相互连接。第二条带40设置在第二电池模块30的上面和下面。第二电池模块30被接收在第二端板38之间和第二条带40之间。
中心通道16通过电池组10的中心横向延伸过电池组10。中心通道16将第一模块排列12和第二模块排列14相互连接。中心通道16包括端部元件42和横跨电池组10延伸并将端部元件42相互连接的横元件44。
紧固件46将中心通道16的端部元件42连接到模块排列12、14的端板32、38上。螺钉48延伸通过外罩22和通过模块排列12、14的端板32、38。螺钉48将外罩22固定到模块排列12、14上。另外，螺钉48配置成将电池组10固定到车身（未显示）上。
供电电路18沿中心通道16设置并且向电池模块26、30和从所述电池模块供电。供电电路18包括主终端50、电池组控制模块（BPCM）52和将主终端50连接至BPCM52的管道54。主终端50通过外罩22延伸并且可以利用紧固件安装到外罩22上。BPCM52控制向电池模块26、30和从电池模块26、30供电。BPCM52可利用例如紧固件（未显示）安装到中心通道16上。
第一电池模块26包括第一模块终端56，并且第二电池模块30包括第二模块终端58。模块终端56、58邻近中心通道16设置并设置在中心通道16的相反侧上。电线（未显示）可以将BPCM52连接至模块终端56、58。沿中心通道16设置供电电路18并且将模块终端56、58设置在中心通道16的相反侧上以使电池组10中的电线长度最小。
模块排列12、14、中心通道16和供电电路18设置在外罩22内。外罩22电力地隔离并且保护设置在其中的部件。如以下所论述的，中心通道16、第一模块排列12的第一框架24和第二模块排列14的第二框架28可以连接到一起以形成电池组10的内框架。另外，可以将内框架直接固定到车身上，而不是通过外罩22将内框架固定到车身上。因此，内框架可以由例如钢的高质量材料形成，并且外罩22可以由例如塑料和/或碳纤维的轻质量材料形成。
液体冷却系统20通过使冷却剂循环通过设置在电池单元附近的冷却元件来冷却设置在电池组10内的电池单元。液体冷却系统20包括冷却剂供给线60、冷却剂返回线62、冷却剂入口64和冷却剂出口66。冷却剂可以经由冷却剂供给线60供给到冷却剂入口64、在延伸通过电池模块26、30的冷却元件中循环并且经由冷却剂返回线62从冷却剂出口66返回。在美国申请No.XX/XXX,XXX（代理人备案号No.2671-000036/US）中提供了电池模块26、30和延伸通过电池模块26、30的冷却元件的实例。
特别是通过参见图2，外罩22包括下部外罩68和上部外罩70。螺钉48延伸通过下部外罩68中的沉孔72、通过端板32、38中的口孔74和通过上部外罩70中的沉孔76。下部外罩68中的沉孔72容纳螺钉48的头部78，从而螺钉48不会延伸超过下部外罩68的底表面。上部外罩中的沉孔76容纳组装到螺钉48的螺纹端80上的螺母82，从而螺母82不会延伸超过上部外罩70的上表面。
螺钉48显示为沿向上方向穿过电池组10插入。因此，螺钉48可以配置成将电池组10固定到车身的底面上。备选地，螺钉48可以沿向下方向穿过电池组10插入。因此，螺钉48可以配置成将电池组10固定到车身的顶表面上。
特别是通过参见图4，将安装结构集成到电池组10内允许使电池组10的高度H最小。如以上所论述的，使将外罩22安装到模块排列12、14上的结构与将电池组10安装到车身上的结构集成。进而，电池组10的高度H可以小于或等于140毫米（mm）。
现在参见图5，中心通道16、第一模块排列12的第一框架24和第二模块排列14的第二框架28被紧固到一起，以形成电池组10的内框架84。中心通道16的端部元件42包括延伸通过端板32、38中的槽88的栓柱86。将垫片90放置在栓柱86上，并且将螺母92拧到栓柱86上以将第一框架24和第二框架28紧固到中心通道16上。
另外通过参见图6和7，内框架84包括减小电池组10的质量而同时保持电池组10的结构完整性的各种结构。中心通道16的横元件44包括大致平坦部分94和相对于平坦部分94隆起的伸长脊或者肋96。肋96增加了中心通道16的刚度。平坦部分94和肋96限定了减小中心通道16的质量的口孔98。另外，可以利用口孔98将BPCM52安装到中心通道16上。
框架24、28的条带34、40包括大致平坦部分100和自该平坦部分100竖直延伸的伸长脊或者肋102。肋102增加了框架24、28的刚度。平坦部分100限定出了减小框架24、28的质量的口孔104。
现在参见图8，电池模块26、30可能包括阳连接元件106和阴连接元件108。可以通过将阳连接元件106插入到阴连接元件108内来将电池模块26、30联接到一起。另外，端板32、38可能包括阳连接元件110和阴连接元件112。可以通过将电池模块26、30上的连接元件106、108联接至端板32、38上的连接元件110、112来将设置在模块排列12、14的横向端部处的电池模块26、30联接到端板32、28上。
现在参见图9到11，电池组200类似于电池组10，除了电池组200包括空气冷却系统202而不是液体冷却系统20之外。空气冷却系统202包括空气室204和空气出口206。空气室204延伸通过外罩22并且将空气输送至电池组200内，以冷却设置在电池组200内的电池单元。空气出口206延伸通过外罩22并且允许空气排出电池组200。风扇或者鼓风机（未显示）可以泵送空气通过空气室，管道（未显示）可以连接至空气出口206以使空气返回风扇或者鼓风机。
空气室204包括第一管道207、第二管道208、第一歧管210和第二歧管212。第一管道207沿中心通道16横穿电池组200从外罩22延伸至第二管道208。第二管道208从第一管道207延伸至第一歧管210和第二歧管212。
第一歧管210在第一电池模块26之间纵向延伸过电池组200并且限定出第一口孔214，该第一口孔214延伸通过第一歧管210。第二歧管212在第二电池模块30之间纵向延伸过电池组200并且限定出第二口孔216，该第二口孔216延伸通过第二歧管212。电池模块26、30可能包括盖子（未显示），可以移除所述盖子以展现出纵向延伸通过电池模块26、30的槽218。
现在参见图12，图解了从空气室204至空气出口206的空气流。空气通过第一歧管210中的第一口孔214离开空气室204并且在第一电池模块26和外罩22之间沿相反的横向方向横跨电池组200流动。空气在第一电池模块26的顶表面与上部外罩70之间和第一电池模块26底表面与下部外罩68之间穿过电池组200横向地流动。空气在第一电池模块26之间竖直地流动。另外，槽218允许空气进入冷却室220，该冷却室220设置在成排的电池单元222之间，该成排的电池单元222设置在第一电池模块26中。因此，空气在电池单元222的两侧流动以将电池单元222维持在预定工作温度。空气可以按类似方式流过第二电池模块30。
可以按不同形式实施本发明的宽泛教导。因此，虽然本发明包括独特的实例，但是不应该如此限制本发明的真实范围，因为在研读附图、说明书及其后的权利要求时，其他改进对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (20)

1.一种电池组，包括：
第一模块排列，其包括第一框架和设置在该第一框架内的第一电池模块盒，所述第一电池模块盒包括第一多个棱形电池单元和第一多个模块终端；
第二模块排列，其包括第二框架和设置在该第二框架内的第二电池模块盒，所述第二电池模块盒包括第二多个棱形电池单元和第二多个模块终端；
中心通道，其延伸通过所述电池组的中心并且将该第一模块排列连接至该第二模块排列，其中该第一多个模块终端和该第二多个模块终端邻近所述中心通道设置并设置在所述中心通道的相反侧上；
供电电路，其沿所述中心通道设置，所述供电电路向该第一多个模块终端和该第二多个模块终端供电并从该第一多个模块终端和该第二多个模块终端供电；以及
外罩，其包围所述第一模块排列、所述第二模块排列、所述中心通道和所述供电电路。
2.如权利要求1所述的电池组，其中所述电池组的高度小于或等于140毫米。
3.如权利要求1所述的电池组，其中所述外罩是由非导电材料形成的。
4.如权利要求3所述的电池组，其中所述非导电材料包括塑料和碳纤维中的至少一种。
5.如权利要求1所述的电池组，其中该第一框架和该第二框架各包括端板和相应的多个条带，该条带在所述端板之间延伸并且连接所述端板。
6.如权利要求5所述的电池组，还包括多个配置成将所述电池组固定到车辆上的紧固件，所述紧固件延伸通过所述端板和所述外罩。
7.如权利要求5所述的电池组，其中所述多个条带包括设置在大致平坦部分之间的脊。
8.如权利要求5所述的电池组，其中所述电池模块被接收在所述条带和所述端板之间。
9.如权利要求5所述的电池组，其中所述端板包括连接元件，该连接元件保持所述多个模块中的设置成邻近所述端板的那些。
10.如权利要求5所述的电池组，还包括液体冷却系统，所述液体冷却系统包括冷却剂供给线、冷却剂返回线和多个冷却元件，该冷却元件与所述冷却剂供给线及冷却剂返回线流体连通并且纵向地延伸到所述电池模块内。
11.如权利要求5所述的电池组，还包括空气冷却系统，所述空气冷却系统包括空气室，该空气室沿所述中心通道横向地延伸并且大约在中间纵向地延伸通过第一电池模块盒和大约在中间纵向地延伸通过第二电池模块盒。
12.如权利要求11所述的电池组，其中所述空气室限定了多个进气口，所述进气口允许空气从所述空气室流出，在所述电池模块和所述外罩之间，并且流到延伸通过所述外罩的空气出口。
13.一种电池组，包括：
外罩，其限定延伸通过所述外罩的第一口孔；
内框架，其设置在所述外罩内，所述内框架包括端板和在所述端板之间延伸并且连接所述端板的条带，所述端板限定了第二口孔，所述第二口孔延伸通过所述端板并且与所述外罩中的第一口孔对准；
紧固件，其延伸通过所述外罩中的第一口孔和通过所述端板中的第二口孔，以用于将所述电池组附连到车辆上；以及
多个电池模块，其被接收在所述端板之间和所述条带之间，所述多个模块包括多个棱形电池单元。
14.如权利要求13所述的电池组，其中所述外罩包括第一外罩和第二外罩，所述紧固件延伸通过该第一外罩和该第二外罩。
15.如权利要求13所述的电池组，其中所述紧固件包括螺钉和螺母中的至少一个，该第二口孔是沉孔，并且螺母和螺钉头中的至少一个设置在所述沉孔内。
16.如权利要求13所述的电池组，其中所述内框架包括第一框架、第二框架和中心通道，该第一框架接收第一电池模块盒，该第二框架接收第二电池模块盒，该中心通道延伸通过所述电池组的中心并且将该第一框架连接到该第二框架上。
17.一种电池组，包括：
多个电池模块，其包括多个棱形电池单元；
内框架，其接收所述多个电池模块，所述内框架包括端板和多个在所述端板之间延伸并且连接所述端板的条带，所述条带包括大致平坦部分和相对于所述大致平坦部分隆起的伸长脊；以及
外罩，其包围所述多个电池模块和所述内框架。
18.如权利要求17所述的电池组，所述内框架包括第一框架、第二框架和中心通道，该第一框架接收第一电池模块盒，该第二框架接收第二电池模块盒，该中心通道延伸通过所述电池组的中心并且将该第一框架连接到该第二框架上。
19.如权利要求18所述的电池组，其中所述中心通道包括端部元件和在所述端部元件之间延伸并且连接所述端部元件的横元件。
20.如权利要求18所述的电池组，还包括安装到所述中心通道上的供电电路。
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