CN104576988B - 电池组件 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种电池组件，电池堆具有下电池层和上电池层，所述下电池层和上电池层中的每个由至少两个电池单元阵列形成。一对支架被设置用于沿着下电池层的顶表面连接下电池单元阵列并将上电池单元阵列连接到上电池层的底表面。下电池层和上电池层通过所述一对支架而不是安装到所述电池堆的外表面的硬件固定到一起。

Description

电池组件
技术领域
本公开涉及用于车辆的牵引电池系统。
背景技术
用于电动车辆或混合动力电动车辆的牵引电池可包括电连接的多个电池单元。为了获得具有足够高的电压的电池，串联地电连接多个电池单元。几个电池单元的组能结合成阵列，然后并行地堆叠。并且，虽然电池单元组按并行的方式物理地布置，但是它们可串联或并联地电结合。其内具有多个电池单元的组可被称作堆或块。多个阵列以堆的方式布置且电连接，以便为具体应用提供期望的电压和电流特性。这种连接的多个电池单元阵列形成电池。在第8,323,818号美国专利中公开了电池和阵列的示例。
发明内容
根据本公开的一个或更多个实施例提供了一种电池堆。所述电池堆包括下电池层和上电池层，所述下电池层和上电池层中的每个由至少两个电池单元阵列形成。设置了一对支架。其中一个支架沿着下电池层的顶表面连接下电池单元阵列。另一个支架将上电池单元阵列连接到上电池层的底表面。下电池层和上电池层通过所述一对支架而不是安装到所述电池堆的外表面的硬件固定到一起。
在另一实施例中，所述一对支架中的每个具有相同的安装印迹。所述安装印迹对齐以将下电池层与上电池层固定到一起，并允许下电池层与上电池层之间的气流。
在另一实施例中，所述一对支架中的一个支架安装到下电池层以限定下支架，所述下支架具有顶部中间支架和一对侧支架。所述顶部中间支架连接至少两个下电池单元阵列。所述一对侧支架与所述顶部中间支架分开并安装到下电池层上的侧部区域。
在另一实施例中，所述顶部中间支架、右侧的侧支架和左侧的侧支架分开，以限定下开口。上支架包括穿过其形成的多个孔。下开口与所述多个孔允许下电池层与上电池层之间的气流。
在另一实施例中，下支架被紧固到下电池层的顶表面且上支架被紧固到上电池层的底表面。下支架的安装印迹与上支架的安装印迹相同。每个安装印迹包括多个连接位置，所述连接位置对齐以连接上电池层和下电池层。
在另一实施例中，所述电池堆还包括多个阵列框架，所述多个阵列框架中的每个罩住所述多个电池单元阵列中的一个。所述多个阵列框架中的每个包括一对顶部轨道和一对底部轨道。所述顶部轨道和底部轨道通过一对相对的端板连接。
在另一实施例中，所述电池堆还包括多个紧固件。至少一个紧固件仅延伸通过上支架和下支架上的连接位置，以将上电池层连接到下电池层并且不延伸通过所述多个阵列框架中的任意一个。
在另一实施例中，下电池单元阵列通过顶部中间支架沿着阵列框架的相邻的顶部轨道连接，并且上电池单元阵列通过托盘沿着阵列框架的相邻的底部轨道连接。
在另一实施例中，位于下方的每个阵列框架均包括至少一个定位特征，并且位于上方的每个阵列框架均包括至少一个定位构件，所述定位构件与位于下方的相应的阵列框架的定位特征配合，以对齐上电池层和下电池层。
在另一实施例中，下电池单元阵列通过顶部中间支架沿着阵列框架的相邻的顶部轨道连接。
在另一实施例中，其中，上电池单元阵列通过托盘沿着阵列框架的相邻的底部轨道连接。
在另一实施例中，在上电池层中限定有进入口，以能够通过进入口访问紧固件，而紧固上支架和下支架。
根据本公开的一个或更多个实施例，提供了一种电池堆。下电池层具有连接到一起的电池单元的至少两个下阵列。顶部中间支架连接所述至少两个下阵列并安装到下电池层的顶表面。一对侧支架在下电池层的顶表面上沿着下电池层的相对侧区域安装。上电池层具有连接到一起的电池单元的至少两个上阵列。底部托盘连接所述至少两个上阵列并安装到上电池层的底表面。在上电池层安装到下电池层时，底部托盘与顶部中间支架和所述一对侧支架对齐并紧固到一起，从而使下电池层和上电池层对齐并固定。在下电池层和上电池层固定到一起时，所述顶部中间支架、所述一对侧支架和底部托盘允许下电池单元阵列和上电池单元阵列之间的气流。
在另一实施例中，所述电池堆还包括多个紧固件，其中，通过底部托盘限定有上安装印迹，且通过顶部中间支架和所述一对侧支架限定有下安装印迹，其中，上安装印迹和下安装印迹相同，其中，每个安装印迹包括多个连接位置，所述多个连接位置对齐以连接下电池层和上电池层，其中，至少一个紧固件延伸通过在顶部中间支架和底部托盘中限定的连接位置，以将下电池层和上电池层固定到一起。
在另一实施例中，在上电池层中限定进入口，以能够通过进入开口访问连接位置，而将底部托盘和顶部中间支架紧固到一起。
在另一实施例中，所述电池堆还包括多个阵列框架，所述多个阵列框架中的每个罩住所述至少两个上阵列和所述至少两个下阵列中的一个，其中，所述多个阵列框架中的每个包括一对顶部轨道和一对底部轨道，其中，顶部轨道和底部轨道通过一对相对的端板连接，其中，下电池层通过顶部中间支架沿着阵列框架的相邻的顶部轨道连接，并且上电池层通过底部托盘沿着阵列框架的相邻的底部轨道连接，其中，所述多个紧固件仅延伸通过上支架和下支架上的连接位置，以将上电池层连接到下电池层，使得紧固件不延伸通过阵列框架中的任意一个。
根据本公开的一个或更多个实施例，提供了一种装配电池阵列的方法。彼此相邻地设置电池单元的一对下阵列。将下支架连接到所述一对下阵列以形成下电池层。彼此相邻地设置电池单元的一对上阵列。将上支架连接到所述一对上阵列以形成上电池层。将上电池层与下电池层对齐。通过形成在上电池层中的进入口将上支架与下支架对齐并紧固到一起。使下支架和上支架的安装印迹相同并对齐，以将上电池层固定到下电池层。下支架和上支架允许下阵列和上阵列之间的气流。
在另一实施例中，通过底部托盘限定上支架，且通过顶部中间支架和一对下侧支架限定下支架，其中，上阵列中的每个包括容纳每个上阵列的上阵列框架，且下阵列中的每个包括容纳每个下阵列的下阵列框架，所述方法还包括紧固至少一个紧固件穿过底部托盘和顶部中间支架，使得所述至少一个紧固件不延伸通过上阵列框架或下阵列框架。
在另一实施例中，上阵列框架与下阵列框架中的每个包括一对顶部轨道和一对底部轨道，其中，顶部轨道和底部轨道通过一对相对的端板连接，所述方法还包括通过顶部中间支架沿着下阵列框架的相邻的顶部轨道将下阵列紧固到一起，且通过底部托盘沿着上阵列框架的相邻的底部轨道将上阵列紧固到一起。
在另一实施例中，所述方法还包括在通过进入口能够访问的连接位置处将底部托盘连接到顶部中间支架。
附图说明
图1示出了根据本公开的一个实施例的电池堆的一部分的分解视图；
图2示出了图1的电池堆的一部分的俯视图；
图3示出了装配图1的电池堆的方法；
图4示出了装配图1的电池堆的方法；
图5示出了装配图1的电池堆的方法；
图6示出了图1的电池堆的上层的一部分。
具体实施方式
根据需要，在此描述本发明的详细的实施例。然而，应当理解，公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可采用各种和可选形式实施。附图不一定成比例地绘制；一些特征可被夸大或最小化，以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应当被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以不同的方式应用本发明的代表性基础。
一种用于混合动力电动车辆的电池可包括串联地电连接的多个电池单元，以提供足够高的电压。几个电池单元的组可以以阵列的形式纵向结合，然后与被布置在相平行的隔室中的组堆叠。被连接在一起的多个电池单元阵列形成电池堆。
使用高压(HV)电池的车辆可包括具有电池包的能量系统，该电池包具有多个组件，例如，具有电池单元的一个或更多个电池模块、车身电控模块(BECM)和具有DC/DC转换器单元的DC/DC转换器模块。电池单元可提供用于操作车辆驱动电机和其他车辆系统的能量。电池包可设置在多个不同的位置，这些位置包括前排座椅、后排座椅的下面或车辆后排座椅的后方的位置。两个电池单元阵列可与BECM、DC/DC转换器单元以及其他车辆组件电连通。
BECM可以接收来自多种控制系统的输入信号，处理包括在输入信号中的信息，并响应于所述信息而产生合适的控制信号。这些控制信号可激活多种组件和/或使多种组件停用。DC/DC转换器单元可将来自电池单元的高电压转换成低电压以供组件和系统使用。
每个电池单元阵列可包括多个电池单元。电池单元(例如，柱状电池单元)可包括将储存的化学能转换为电能的电化学单元。柱状电池单元可包括壳体、正极(阴极)和负极(阳极)。电解质可允许离子在放电期间于阳极与阴极之间运动，然后在再充电期间返回。端子可允许电流从电池单元流出以供车辆使用。
不同的电池包构造可适用于处理单独的车辆变量，车辆变量包括在此进一步描述的封装约束和功率要求。可通过热管理系统来加热和/或冷却电池单元。热管理系统的示例可包括风冷系统、液冷系统以及气液系统的组合。
风冷系统可使用一个或更多个鼓风机和管道以分配空气穿过(例如)电池模块和DC/DC转换器模块的组件，从而使在车辆操作期间所产生的热量消散。这些操作可包括对电池单元充电和电池单元放电以及使在DC/DC转换器单元进行电压转换期间所产生的热量消散。可利用电池包周围的环境中的车辆组件来辅助管理电池包的热条件。
参照图1，示出了电池堆10。电池堆10包括下电池层12，下电池层12具有由连接在一起的电池单元构成的至少两个下阵列16。电池堆10还包括上电池层14，上电池层14具有由连接在一起的电池单元构成的至少两个上阵列18。图3至图5中进一步示出和讨论了电池单元的阵列16、18。
为了将上层14固定到下层12，设置了下层附着件20和上层附着件30。
附着件体系包括下层附着件20，下层附着件20具有连接两个阵列并被安装到下层12的顶表面24的顶部中间支架22。下层附着件20还包括侧支架26，侧支架26安装在下层12的相对两侧28的顶表面24上。如所示出的，下层附着件20包括一个顶部中间支架22和至少两个侧支架26。然而，如果下电池层12包括不同数量的下电池阵列16，则可设置额外的中间支架22。
上层附着件30包括底部托盘32，底部托盘32连接两个上阵列18并安装到上层14的底表面34。
在将上电池层14安装到下电池层12时，下层附着件20和上层附着件30对齐并紧固在一起。上层附着件30和下层附着件20将下层12与上层14对齐，并在运输和高强度冲击或任何其它情况(电池堆10可能会承受高的振动或力)期间确保下层12与上层14保持彼此紧固。
下层附着件20和上层附着件30中的每个均具有相同的安装印迹(footprint)40，以用于分别附着到下层12和上层14。安装印迹40由多个紧固位置44(例如，孔、突起(lug)或任何其它适当的紧固位置)限定。上层附着件30的安装印迹40与下层附着件20的安装印迹40之间的这种共通性降低了制造过程中的复杂性，并通过消除可能的装配错误而提高质量。降低复杂性还降低了制造成本。
紧固位置44适于与紧固特征46匹配，紧固特征46限定被设置在阵列框架50上的安装图案48。上电池阵列和下电池阵列中的每个均设置在阵列框架50中。阵列框架50中的每个均包括一对顶部轨道52和一对底部轨道54。通过一对相对的端板56连接顶部轨道52和底部轨道54，以形成用于每个电池阵列的阵列框架50。顶部轨道52在所有阵列框架50中是通用的(common)，无论阵列框架50是用于下层12上的阵列还是用于上层14上的阵列。同样地，底部轨道54在所有阵列框架50中是通用的。
通用的顶部轨道52和通用的底部轨道54限定通用的安装图案48。通过使用于下层12和上层14中的每个的顶部安装图案48和底部安装图案48相同，允许下层12和上层14中的每个的支架之间的通用性。例如，用于下层12和上层14或额外的层(如果需要的话)中的每个的顶部中间支架22可相同。同样地，底部托盘32可固定下层12和上层14中的每个的底表面34。在下层12中，底部托盘32可用于固定(例如)车辆中的电池堆10。顶部轨道52与底部轨道54的这种通用性降低了制造的复杂性，通过消除装配错误提高了质量，并降低了制造成本。
图3至图5示出了简化电池堆10的装配的方法。如图3所示，电池单元的阵列16沿着纵向62延伸。一对下电池单元阵列16被设置为在横向64上彼此邻近。通过顶部中间支架22沿着相邻的顶部轨道52经由多个紧固件60连接下阵列16。下右侧支架26和下左侧支架26还在下阵列16中的每个的横侧区域66上连接到顶部轨道52。如所示出的，紧固件60是螺栓。然而，可考虑任何类型的适宜的紧固件，包括(例如)螺钉、铆钉或焊接件。
同样地，电池单元的上阵列18沿着纵向延伸且在横向64上彼此邻近地设置。通过底部托盘32沿着阵列框架的底部轨道54经由多个紧固件60连接上阵列18。
在通过连接下阵列16和上阵列18分别限定下层12和上层14之后，将上电池层14与下电池层12对齐，如图4所示。双段紧固件(second stage fastener)70延伸通过上层14的底部轨道54和底部托盘32并延伸通过顶部中间支架22，以将上层14紧固到下层12。
在不利用在电池堆周围延伸的沉重且冗长的压板或支架的情况下，形成在上层14中的进入口74能使上层14紧固到下层12。进入口74沿着竖直方向在相邻的电池阵列18之间延伸。如所示出的，紧固件70是扭矩螺钉。然而，可考虑任何类型的适宜的紧固件，包括(例如)螺栓、铆钉或焊接件。
下阵列框架50中的每个包括至少一个定位特征80。上阵列框架50中的每个包括至少一个定位构件82，定位构件82与相应的下阵列框架50的定位特征80匹配。将定位特征80与定位构件82匹配有助于上层14与下层12对齐。
如图5所示，利用第三段紧固件(third stage fastener)90沿着横侧区域66将上层14固定到下层12。紧固件90延伸通过上层14的底部轨道54和底部托盘32并延伸通过侧支架26(如左侧所示出的)，以将上层14紧固到下层12。同样地，额外的紧固件90延伸通过上层14的底部轨道54和底部托盘32并通过右侧的侧支架26，以将上层14紧固到上层12。如所示出的，紧固件90是螺栓。然而，可考虑任何类型的适宜的紧固件，包括(例如)螺钉、铆钉或焊接件。
图6示出了沿着图1中的截面6-6的截面视图，基本上地示出了底部托盘32的俯视图。底部托盘32包括多个开口94，使得底部托盘32不会限制下阵列16与上电池阵列18之间气流。例如，提供热管理(包括冷却和加热)的气流可从连接到空调系统的管道流到电池室中。进入的气流可由推进式风扇引导。流出电池室的气流可流进排气管道中，气流可被引导到车辆外部。排气管道可包括抽出式风扇以增大排气流量。
图6还示出了安装印迹40，将下层12附着到上层14的安装印迹40相同。安装印迹40包括用于将底部托盘32连接到中间支架22和侧支架26的多个连接位置。安装印迹40包括横侧连接位置96，紧固件90延伸通过横侧连接位置96以将底部托盘32连接到侧支架26。安装印迹40还包括中部连接位置98，紧固件70延伸通过中部连接位置98以将顶部中间支架22连接到底部托盘32。连接位置可以是孔、突起或任何其它适宜的紧固位置。如之前所讨论的，仅通过上层14中的进入口74可便可访问中间连接位置。
如图3至图5所示，顶部中间支架22具有相应的中部连接位置98。另外，侧支架26具有相应的横侧连接位置96。上层附着件30与下层附着件20之间的这种通用性降低了制造的复杂性，并通过消除可能的装配错误而提高质量。降低复杂性还降低了制造成本。
虽然上面已经描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意图描述本发明的所有可能的形式。更进一步，在说明书中使用的词语是说明性词语而不是限制性词语，将被理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种变化。另外，可以将各种正在实施中的实施例的特征相结合来形成本发明的进一步的实施例。

Claims (14)

1.一种电池堆，包括：
下电池层和上电池层，所述下电池层和上电池层中的每个均由至少两个电池单元阵列形成；
多个阵列框架，每个阵列框架罩住电池单元阵列中的一个；
下支架，沿着下电池层的顶表面连接下电池单元阵列；
上支架，沿着上电池层的底表面连接上电池单元阵列；
多个紧固件，其中至少一个紧固件仅延伸通过上支架和下支架上的连接位置以将上电池层连接到下电池层，使得所述至少一个紧固件不延伸通过任何一个阵列框架，
其中，在所述多个紧固件没有安装到电池堆的外表面的情况下，下电池层和上电池层通过所述上支架和所述下支架固定在一起。
2.根据权利要求1所述的电池堆，其中，所述上支架和所述下支架中的每个具有相同的安装印迹，其中，所述安装印迹被对齐以将下电池层与上电池层固定在一起，并允许下电池层与上电池层之间有气流。
3.根据权利要求1所述的电池堆，其中，下支架包括顶部中间支架，其中，所述顶部中间支架连接至少两个下电池单元阵列。
4.根据权利要求3所述的电池堆，其中，下支架还包括一对侧支架，其中，所述一对侧支架与所述顶部中间支架分开并安装到下电池层上的侧部区域。
5.根据权利要求4所述的电池堆，其中，所述顶部中间支架与所述一对侧支架分开，以限定下开口，其中，上支架包括穿过其形成的多个孔，其中，下开口与所述多个孔允许下电池层与上电池层之间有气流。
6.根据权利要求3所述的电池堆，其中，下支架被紧固到下电池层的顶表面且上支架被紧固到上电池层的底表面，其中，下支架的安装印迹与上支架的安装印迹相同，其中，每个安装印迹包括多个连接位置，所述多个连接位置被对齐以连接上电池层和下电池层。
7.根据权利要求3所述的电池堆，其中，所述多个阵列框架中的每个阵列框架包括一对顶部轨道和一对底部轨道，其中，顶部轨道和底部轨道通过一对相对的端板连接。
8.根据权利要求7所述的电池堆，其中，下电池单元阵列通过顶部中间支架沿着所述多个阵列框架的相邻的顶部轨道连接，其中，上电池单元阵列通过托盘沿着所述多个阵列框架的相邻的底部轨道连接。
9.根据权利要求7所述的电池堆，其中，位于下方的每个阵列框架均包括至少一个定位特征，并且位于上方的每个阵列框架均包括至少一个定位构件，所述定位构件与相应的位于下方的阵列框架的定位特征配合，以对齐上电池层和下电池层。
10.根据权利要求7所述的电池堆，其中，下电池单元阵列通过顶部中间支架沿着阵列框架的相邻的顶部轨道连接。
11.根据权利要求1所述的电池堆，其中，在上电池层中限定有进入口，以使紧固件能够通过进入口出入，以紧固上支架和下支架。
12.一种电池堆，包括：
下电池层和上电池层，所述下电池层和上电池层中的每个均由至少两个电池单元阵列形成；
多个阵列框架，每个阵列框架罩住电池单元阵列中的一个，其中，所述每个阵列框架包括一对顶部轨道和一对底部轨道；
下支架，沿着下电池层的顶表面连接下电池单元阵列；
上支架，沿着上电池层的底表面连接上电池单元阵列，
其中，在没有安装到电池堆的外表面的硬件的情况下，下电池层和上电池层通过所述上支架和所述下支架固定在一起，
其中，上电池单元阵列通过托盘沿着阵列框架的相邻的底部轨道连接。
13.根据权利要求12所述的电池堆，其中，下支架包括顶部中间支架，其中，所述顶部中间支架连接至少两个下电池单元阵列。
14.根据权利要求13所述的电池堆，其中，下支架还包括一对侧支架，其中，所述一对侧支架与所述顶部中间支架分开并安装到下电池层上的侧部区域。
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