CN105405996B - 具有扣合的阵列的电池总成 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有扣合的阵列的电池总成。一种牵引电池总成包括托盘和设置在托盘上的一对相邻的电池单元阵列。每个电池单元阵列包括多个堆叠的电池单元和与所述电池单元交替布置的多个电池单元隔板。一个电池单元阵列的每个隔板的一部分插入到另一个电池单元阵列的一个隔板中，以形成被构造为用于将电池单元阵列固定在一起的多个端与端连接式隔板对。

Description

具有扣合的阵列的电池总成
技术领域
本公开涉及机动车辆的牵引电池总成。
背景技术
诸如纯电动车辆(BEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)以及全混合动力电动车辆(FHEV)的车辆包含牵引电池总成，以作为车辆的能源。牵引电池可包括用于协助管理车辆的性能和操作的组件和系统。牵引电池还可包括高电压组件。
发明内容
根据本发明，提供了一种牵引电池总成，所述牵引电池总成包括托盘和设置在托盘上的一对相邻的电池单元阵列。每个电池单元阵列包括多个堆叠的电池单元和与所述电池单元交替布置的多个电池单元隔板。一个电池单元阵列的隔板中的每个的一部分插入到另一个电池单元阵列的隔板中的一个中，以形成被构造为将电池单元阵列固定在一起的多个端与端连接式隔板对。
根据本公开的一个实施例，每个电池单元隔板包括凸起或插孔，其中，一个电池单元隔板的凸起被容纳在相邻的一个电池单元隔板的插孔中。
根据本公开的一个实施例，所述托盘还包括：至少一个立壁，具有与所述隔板对对准的多个插孔，其中，每个隔板对还包括至少一个凸起，所述至少一个凸起被构造为被容纳在所述多个插孔中的一个内以将电池单元阵列固定到所述托盘。
根据本公开的一个实施例，所述托盘还包括至少一个立壁，所述立壁具有与所述隔板对对准的多个凸起，其中，每个隔板对还包括插孔，所述插孔被构造为容纳多个凸起中的一个以将电池单元阵列固定到所述托盘。
根据本公开的一个实施例，每个电池单元隔板限定相反的袋部，每个袋部被构造为容纳一个电池单元的至少一部分。
根据本公开的一个实施例，多个隔板对中的每个隔板对还包括第一电池单元隔板和第二电池单元隔板，第一电池单元隔板具有凸形连接特征，第二电池单元隔板具有被构造为在其中容纳所述凸形连接特征的凹形连接特征。
根据本发明，提供了一种电池总成，所述电池总成包括第一电池单元阵列，所述第一电池单元阵列具有与所述电池单元交替布置的第一电池单元隔板。所述第一电池单元隔板中的每个包括凸形连接特征。所述电池总成还包括与所述第一电池单元阵列相邻的第二电池单元阵列，第二电池单元阵列具有与所述电池单元交替布置的第二电池单元隔板。所述第二电池单元隔板中的每个包括容纳对应的一个第一电池单元隔板的凸形连接特征以将电池单元阵列固定在一起的凹形连接特征。
根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆包括被构造为推进车辆的至少一个电机和被构造为向所述至少一个电机提供电力的牵引电池总成。所述牵引电池总成包括托盘和设置在托盘上的一对相邻的电池单元阵列。每个电池单元阵列包括多个堆叠的电池单元和与所述电池单元交替布置的多个电池单元隔板。一个电池单元阵列的每个隔板的一部分插入到另一个电池单元阵列的一个隔板中，以形成被构造为将电池单元阵列固定在一起的多个端与端连接式隔板对。
根据本公开的一个实施例，每个隔板包括凸起或插孔，其中，一个隔板的凸起被容纳在相邻的一个隔板的插孔中。
根据本公开的一个实施例，所述多个隔板对中的每个隔板对还包括第一电池单元隔板和第二电池单元隔板，第一电池单元隔板具有凸形连接特征，第二电池单元隔板具有被构造为在其中容纳所述凸形连接特征的凹形连接特征。
根据本公开的一个实施例，所述托盘还包括至少一个立壁，所述立壁具有与所述隔板对对准的多个插孔，其中，每个隔板对还包括至少一个凸起，所述至少一个凸起被构造为被容纳在多个插孔中的一个中以将电池单元阵列固定到所述托盘。
附图说明
图1示出了典型的插电式混合动力电动车辆的示意图。
图2示出了电池总成的透视图。
图3示出了图2中示出的电池总成的一部分的分解侧视图。
图4示出了图2中示出的电池总成的正视图。
图5是示出一对电池单元隔板之间的示例性连接的详细视图。
具体实施方式
在此描述了本公开的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅为示例并且可以以多种和替代的形式实施。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。如本领域技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征相组合，以产生未明显示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，对于特定应用或实施方式，可期望与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型。
图1示出了典型的插电式混合动力电动车辆(PHEV)的示意图。然而，某些实施例也可以实施在非插电式混合动力车辆或全电动车辆的背景下。车辆12包括机械地连接到混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。所述电机14能够作为马达或发电机运转。此外，混合动力传动装置16可机械地连接到发动机18。混合动力传动装置16还可机械地连接到驱动轴20，驱动轴20机械地连接到车轮22。当发动机18开启或关闭时，电机14可以提供推进和减速能力。电机14还用作发电机，并且能够通过回收通过再生制动的能量来提供燃料经济效益。通过降低发动机18的工作载荷，电机14降低污染物排放并且提高燃油经济性。
牵引电池或电池包24储存能够被电动车辆14使用的能量。通常，牵引电池24从牵引电池24中的一个或更多个电池单元阵列(有时称为电池单元堆)提供高电压直流电(DC)输出。电池单元阵列可包括一个或更多个电池单元。
电池单元(诸如，棱柱型电池单元或袋状电池单元)可包括将储存的化学能转化成电能的电化学电池单元。所述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在阳极和阴极之间运动，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。当多个电池单元按阵列定位时，每个电池单元的端子可与彼此相邻的相反的端子(正和负)对齐，且汇流条可以协助促进多个电池单元之间的串联连接。电池单元还可被并联布置，使得相似的端子(正和正或者负和负)彼此相邻。
不同的电池包构造可用于应对车辆个体差异(包括封装约束和动力需求)。可用热管理系统对电池单元进行热调节。热管理系统的示例可包括空气冷却系统、液体冷却系统以及空气和液体冷却的组合系统。
牵引电池24可通过一个或更多个接触器(未示出)电连接到一个或更多个电力电子模块26。所述一个或更多个接触器在断开时将牵引电池24与其它组件隔离，并在闭合时将牵引电池24连接到其它组件。电力电子模块26可以电连接到电机14，并且可以在牵引电池24和电机14之间提供双向传输电能的能力。例如，典型的牵引电池24可以提供DC电压，而电机14可能需要三相交流(AC)电压来运转。电力电子模块26可将DC电压转化成电机14所需的三相AC电压。在再生模式下，电力电子模块26可以将来自用作发电机的电机14的三相AC电压转化成牵引电池24所需的DC电压。在此的描述同样适用于纯电动车辆。在纯电动车辆中，混合动力传动装置16可以是连接至电机14的齿轮箱并且可不存在发动机18。
牵引电池24除了提供用于推进的能量之外，还为其他车辆电气系统提供能量。典型的系统可以包括DC/DC转换器模块28，DC/DC转换器模块28将牵引电池24的高电压DC输出转换成与其他车辆负载兼容的低电压DC供应。其他高电压负载(诸如，压缩机和电加热器)可直接地连接到高电压而不使用DC/DC转换器模块28。在典型的车辆中，低电压系统电连接到辅助电池30(例如，12V电池)。
电池能量控制模块(BECM)33可与牵引电池24通信。BECM 33可用作牵引电池24的控制器，并且还可包括管理每个电池单元的温度和电荷状态的电子监控系统。牵引电池24可具有温度传感器31，诸如热敏电阻或其他温度计量器。温度传感器31可与BECM 33通信，以提供关于牵引电池24的温度数据。
车辆12可通过外部电源36进行再充电。外部电源36连接到电源插座。外部电源36可以电连接到电动车辆供电设备(EVSE)38。EVSE 38可提供电路和控制以调节和管理电源36和车辆12之间的电能传输。外部电源36可向EVSE 38提供DC电或AC电。EVSE 38可具有用于插入到车辆12的充电端口34的充电连接器40。充电端口34可以是被配置为将电力从EVSE38传输到车辆12的任何类型的端口。充电端口34可以电连接到充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可以调节从EVSE 38供应的电力，以向牵引电池24提供合适的电压水平和电流水平。电力转换模块32可与EVSE 38配合，以协调向车辆12的电力传送。EVSE连接器40可具有与充电端口34对应的凹入匹配的插脚。
所讨论的多个组件可具有一个或更多个关联的控制器，以控制并监控组件的运转。控制器可经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由专用的电缆(electricalconduits)进行通信。
图2至图5以及相关的讨论描述了牵引电池总成50的示例。牵引电池总成50包括支撑至少一个电池阵列54的托盘52。例如，托盘52可以支撑一对相邻的电池阵列54。所述至少一个电池阵列54包括堆叠的多个电池单元56。每个电池单元56可以是具有至少一个端子58的袋状电池单元，所述至少一个端子58从电池单元56的至少一个侧部伸出。可替代地，每个电池单元可以是棱柱形电池单元或圆柱形电池单元。每个电池单元56可包括相对的主侧面60和在主侧面60之间延伸的相对的端面64。电池单元56堆叠为使得电池单元的相对的主侧面60中的至少一个面向至少一个其它电池单元的主侧面。相对的端面64共同限定阵列54的相对的纵向侧面。如果存在不止一个阵列，则阵列54可以置于托盘52上，一个阵列的纵向侧面中的一个与另一个阵列的纵向侧面中的一个相邻。
每个阵列54可包括与电池单元56交替布置的多个电池单元隔板66。每个阵列可被布置为使得每个电池单元56具有电池单元隔板66或者可被布置为使得对于每两个电池单元56具有一个电池单元隔板66。每个电池单元隔板66可包括相对的主侧面68和在所述相对的主侧面68之间延伸的相对的端面70。每个隔板66还可包括具有顶表面74、前突出部76和后突出部80的上部72。当从一个端面观看时，突出部76、80延伸超出主侧面68以大体上形成T形。前突出部76可包括前接触表面78，并且后突出部80可包括后接触表面82。当装配阵列54时，一个隔板的前接触表面78与相邻隔板66的后接触表面82接合。每个前接触表面78可包括至少一个凸起98。每个后接触面82可包括被构造为容纳对应的凸起98的至少一个插孔(receptacle)100。凸起98和插孔100配合以将相邻的隔板66扣合在一起。凸起98可包括倒钩状特征(barb-like feature)，该倒钩状特征与插孔100中的对应的几何结构配合以防止凸起98从插孔100脱出。当向阵列应用足够的力时，凸起可从插孔移出。
每个隔板66还可包括具有底表面88、前突出部90和后突出部94的下部86。前突出部90可包括前接触表面92，并且后突出部94可包括后接触表面96。当装配阵列54时，一个隔板66的前接触表面92可以与相邻隔板66的后接触表面96接合。每个前接触表面92可包括至少一个凸起102。每个后接触表面96可包括被构造为容纳对应的凸起102的至少一个插孔104。凸起102和插孔104配合以将相邻的隔板66扣合在一起。凸起102可包括倒钩状特征，该倒钩状特征与插孔104中的对应的几何结构配合以防止凸起102从插孔104脱出。
每个隔板66还可包括凹入到一个主侧面68中的前袋部106，并且可包括凹入到另一主侧面68中的后袋部114。每个袋部可包括内表面108、上表面110和下表面112。在前袋部106和后袋部114中的每个中可容纳一个电池单元56的至少一部分。电池单元可被容纳为使得电池单元的一个主侧面60被设置为抵靠内表面108，并且使得电池单元的顶部122被设置为抵靠上表面110以及电池单元的底部124被设置为抵靠下表面112。隔板66还可包括端子槽84，通过端子槽84来容纳端子58。端子槽84允许端子58延伸到电池单元隔板66的外部，从而端子58可以互相电连接。每个隔板66还可包括与相对的端面70中的一个端面垂直地延伸的至少一个凸形连接特征(male connection feature)126。相对的端面70中的另一个端面可限定至少一个凹形连接特征(female connection feature)128。凸形连接特征126也可被称为凸起。凹形连接特征128也可被称为插孔。可根据电池单元类型、电池单元材料和其他设计考虑而改变特定类型的附件特征。
可通过首先将电池单元56和隔板66装配成单独的模块化阵列54来装配牵引电池总成50。然后每个阵列54可连接到其它阵列。可通过每个隔板66上的凸形连接特征和凹形连接特征的配合而将阵列54彼此连接。例如，牵引电池总成50可包括第一阵列150和第二阵列152。第一阵列150的每个凸形连接特征126可以扣入到第二阵列152的凹形连接特征128中的一个中，以形成被构造为将阵列固定在一起的多个端与端连接式隔板对。阵列150、152中的每个的电池单元和隔板可被布置为使得两个阵列是完全相同的。
对于每个隔板对，所述至少一个凸形连接特征126可包括颈部154和设置在颈部的远端(distal end)的头部156。颈部154的近端(proximal end)连接到隔板66的相对的端面70中的一个，并且从端面70沿大体上垂直的方向向外伸出。头部156的所占的面积(footprint)大于颈部154的所占的面积，并且头部156包括倒钩部158。颈部154和头部156可以是一体地形成的。凸形连接特征126可以与隔板66一体地形成。
对于每个隔板对，至少一个凹形连接特征128可包括凹入到隔板66的相对的端面70中的一个的插孔160。每个插孔160可包括主体部162和入口部164，该入口部164向端面70敞开并提供用于将要被容纳在主体部162中的物体的路径。当连接时，凸形连接特征126被容纳在凹形连接特征128中，颈部154基本上设置在入口部164中并且头部156设置在主体部162中。头部156包括辅助头部穿过入口部164的斜面166。颈部154还可具有一定量的柔性以使得头部在穿过入口部164时偏转。一旦头部156被容纳在主体部162中，倒钩部158与锁止壁168配合，以防止凸形连接特征126与凹形连接特征128脱离。两个连接特征都被设计为具有一定量的柔性以允许当施加足够力时使连接特征彼此脱离。
在第一阵列和第二阵列彼此连接之后，阵列150和阵列152可连接到托盘52。可使用类似于如上文描述的凸形连接特征和凹形连接特征而将阵列连接到托盘。例如，托盘52可包括从托盘基部184向上延伸的一对相对的纵向侧壁180和182。托盘52还可包括在纵向侧壁之间延伸以限定围绕阵列的敞开腔188的相对的前壁和后壁186。纵向侧壁180可包括从侧壁180的内表面向外延伸的多个凸形连接特征190。凸形连接特征190与第一阵列150的隔板66的凹形连接特征128对准。每个凸形连接特征190与对应的凹形连接特征128接合以将阵列固定到托盘52。凸形连接特征190可以类似于凸形连接特征126，并且可与凹形连接特征128接合，该接合类似于凸形连接特征126如何与凹形连接特征128的接合。
纵向侧壁182可包括凹入到纵向侧壁182中的多个凹形连接特征192。凹形连接特征192与第二阵列152的隔板的凸形连接特征126对准。每个凸形连接特征126与对应的凹形连接特征192接合以将阵列固定到托盘52。凹形连接特征192可以类似于凹形连接特征128，并且可与凸形连接特征126接合，该接合类似于凹形连接特征128如何与凸形连接特征126的接合。额外的带部194可用于进一步将阵列固定到托盘52。每个带部194可连接在前壁和后壁186之间。每个带部的下表面可被设置为压抵阵列的顶部，以使阵列压抵托盘基部184固定。
虽然上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求所涵盖的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可作出各种改变。如之前所描述的，可组合多个实施例的特征以形成本发明的可能未被明确示出或描述的进一步的实施例。虽然多个实施例可能已被描述为提供优点或在一个或更多个期望的特性方面优于其他实施例和/或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员应该认识到，根据具体应用或实施方式，一个或更多个特征可被折衷，以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其他实施例或现有技术实施方式的实施例并不在本公开的范围之外，并且可以期望用于特定应用。

Claims (10)

1.一种电池总成，所述电池总成包括：
第一电池单元阵列，包括与电池单元交替布置的第一电池单元隔板，所述第一电池单元隔板中的每个包括凸形连接特征；
第二电池单元阵列，与所述第一电池单元阵列相邻，并且包括与电池单元交替布置的第二电池单元隔板，所述第二电池单元隔板中的每个包括容纳对应的一个第一电池单元隔板的凸形连接特征以将第一电池单元阵列和第二电池单元阵列固定在一起的凹形连接特征。
2.根据权利要求1所述的电池总成，其中，所述第一电池单元隔板中的每个包括面向电池单元的相对的主侧面和在所述相对的主侧面之间延伸的相对的端面，其中，所述第二电池单元隔板中的每个包括面向电池单元的相对的主侧面和在所述相对的主侧面之间延伸的相对的端面。
3.根据权利要求2所述的电池总成，其中，所述第一电池单元隔板中的每个还包括从所述相对的主侧面中的一个伸出的凸起和在所述相对的主侧面中的另一个中限定的插孔，其中，一个第一电池单元隔板的凸起被容纳在相邻的一个第一电池单元隔板的插孔中以将所述一个第一电池单元隔板与所述相邻的一个第一电池单元隔板连接在一起。
4.根据权利要求2所述的电池总成，其中，所述凸形连接特征被设置在所述第一电池单元隔板的相对的端面中的一个上。
5.根据权利要求4所述的电池总成，其中，所述凹形连接特征被限定在所述第二电池单元隔板的相对的端面中的一个中。
6.根据权利要求2所述的电池总成，其中，对于所述第一电池单元隔板中的一个，所述相对的端面中的一个包括凸形连接特征，所述相对的端面中的另一个限定第一插孔，其中，所述电池总成还包括托盘，所述托盘包括具有第一凸起的第一立壁，所述第一凸起被构造为容纳在所述第一插孔中以将所述第一电池单元阵列连接到所述托盘。
7.根据权利要求6所述的电池总成，其中，对于所述第二电池单元隔板中的一个，所述相对的端面中的一个包括凹形连接特征，所述相对的端面中的另一个包括第二凸起，其中，所述托盘还包括与所述第一立壁相对并限定第二插孔的第二立壁，所述第二插孔被构造为容纳所述第二凸起以将所述第二电池单元阵列连接到所述托盘。
8.根据权利要求1所述的电池总成，其中，所述第一电池单元隔板中的每个限定相对的第一袋部，所述第一袋部中的每个容纳所述第一电池单元阵列中的一个电池单元的至少一部分，其中，所述第二电池单元隔板中的每个限定相对的第二袋部，所述第二袋部中的每个容纳所述第二电池单元阵列中的一个电池单元的至少一部分。
9.根据权利要求1所述的电池总成，其中，所述第一电池单元隔板中的相邻的第一电池单元隔板限定邻接式隔板对，其中，两个电池单元被设置在所述邻接式隔板对之间。
10.根据权利要求1所述的电池总成，其中，所述凸形连接特征中的每个还包括倒钩部，所述倒钩部与对应的凹形连接特征配合以将所述凸形连接特征与所述凹形连接特征保持在一起。
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