CN105818664A - 包括框架梁嵌入件的蓄电池阵列框架 - Google Patents

Abstract

根据本公开的示例性方面的一种蓄电池阵列框架，除其他方面以外，包括框架主体，该框架主体沿纵轴线延伸并且包括顶部框架梁、底部框架梁以及连接在顶部框架梁和底部框架梁之间的框架臂。嵌入件在框架主体里面延伸。

Description

包括框架梁嵌入件的蓄电池阵列框架

技术领域

本公开涉及一种用于电动车辆的蓄电池总成。蓄电池总成包括具有多个阵列框架的蓄电池阵列。每个阵列框架包括底部框架梁，该底部框架梁具有用于增加阵列框架的刚度的嵌入式嵌入件。

背景技术

降低汽车燃料消耗和排放的需要是众所周知的。因此，正在开发降低对内燃发动机的依赖或完全消除对内燃发动机的依赖的车辆。电动车辆是为了这个目的而正在被开发的一种类型的车辆。通常，电动车辆与传统的机动车辆不同，因为它们是由一个或多个蓄电池供电的电机选择性地驱动。相比之下，传统的机动车辆完全依赖内燃发动机来驱动车辆。

高电压蓄电池总成通常包括多个蓄电池阵列。每个蓄电池阵列包括多个蓄电池单元和总体上围绕蓄电池单元以建立电池堆的支撑结构。蓄电池阵列固定到蓄电池总成的托盘。

发明内容

根据本公开的示例性方面的一种蓄电池阵列框架，除其他方面以外，包括框架主体，该框架主体沿纵轴线延伸并且包括顶部框架梁、底部框架梁以及连接在顶部框架梁和底部框架梁之间的框架臂。嵌入件在框架主体里面延伸。

在上述蓄电池阵列框架的另一非限制性实施例中，顶部框架梁包括具有第一侧面和第二侧面的顶部表面，该第一侧面和第二侧面各自包括交替模式的刚性卡扣臂和柔性卡扣臂。

在任一上述蓄电池阵列框架的另一非限制性实施例中，嵌入件是金属嵌入件。

在任何上述蓄电池阵列框架的另一非限制性实施例中，金属嵌入件是由钢、铜或黄铜制成的。

在任何上述蓄电池阵列框架的另一非限制性实施例中，嵌入件是由与框架主体不同的材料制成的。

在任何上述蓄电池阵列框架的另一非限制性实施例中，底部框架梁包括基部，并且嵌入件延伸到基部中。

在任何上述蓄电池阵列框架的另一非限制性实施例中，底部框架梁包括在第一端处的第一基部和在第二端处的第二基部，嵌入件在第一基部和第二基部之间延伸通过底部框架梁。

在任何上述蓄电池阵列框架的另一非限制性实施例中，底部框架梁包括第一基部和第二基部，第一基部包括嵌入件，第二基部包括第二嵌入件。

在任何上述蓄电池阵列框架的另一非限制性实施例中，嵌入件包括在底部框架梁的基部里面的弯曲部分。

在任何上述蓄电池阵列框架的另一非限制性实施例中，嵌入件包括多个螺纹。

根据本公开的另一示例性方面的一种蓄电池总成，除其他方面以外，包括托盘和相对于该托盘定位的蓄电池阵列。蓄电池阵列包括多个阵列框架。多个阵列框架中的每个都包括具有嵌入式金属嵌入件的基部。支架固定在基部上方并且安装到托盘。

在上述总成的另一非限制性实施例中，热交换器设置在托盘和蓄电池阵列之间。

在任一上述总成的另一非限制性实施例中，金属嵌入件是由钢、黄铜或铜制成的。

在任何上述总成的另一非限制性实施例中，基部包括凸出部，并且金属嵌入件的弯曲部分从凸出部向内延伸。

在任何上述总成的另一非限制性实施例中，基部靠近底部框架梁和框架臂之间的交点从多个阵列框架中的每个的框架主体向外突出。

根据本公开的另一示例性方面的一种方法，除其他方面以外，包括相对于托盘定位蓄电池阵列，该蓄电池阵列包括具有基部和设置在基部里面的嵌入件的阵列框架。嵌入件配置成增加基部的刚度。方法进一步地包括将支架定位在基部上方并且将支架固定到托盘。

在上述方法的另一非限制性实施例中，相对于托盘定位蓄电池阵列的步骤包括将热交换器定位在蓄电池阵列和托盘之间。

在任一上述方法的另一非限制性实施例中，将支架固定到托盘的步骤包括使用紧固件将支架固定到托盘。

在任何上述方法的另一非限制性实施例中，嵌入件是嵌入在阵列框架的底部框架梁里面的金属嵌入件。

在任何上述方法的另一非限制性实施例中，嵌入件包括在基部里面延伸的弯曲部分。

可以独立地或以任意组合地采取上述段落、权利要求或下面说明书和附图的实施例、示例和可选方案，包括它们的任何各个方面或各自单独的特征。针对一个实施例所描述的特征适用于所有的实施例，除非这样的特征是不相容的。

根据下面的具体实施方式，本公开的各种特征和优势对本领域技术人员来说，将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可以简短地描述如下。

附图说明

图1示意性地说明电动车辆的动力传动系统；

图2A和2B说明蓄电池阵列的阵列框架；

图3说明包括堆叠阵列框架的蓄电池阵列；

图4是阵列框架的剖视图；

图5说明另一阵列框架；

图6说明根据本公开的第一实施例的阵列框架的嵌入件；

图7说明图6的嵌入件；

图8说明根据本公开的另一实施例的阵列框架的嵌入件；

图9说明根据本公开的又一实施例的阵列框架的嵌入件；

图10说明蓄电池总成；

图11说明另一蓄电池总成。

具体实施方式

本公开描述可以在电动车辆内使用的示例性蓄电池总成。蓄电池总成包括一个或多个蓄电池阵列，该蓄电池阵列由堆叠并且连接在一起的多个阵列框架构造。每个阵列框架包括框架主体，该框架主体沿纵轴线延伸并且包括顶部框架梁、底部框架梁以及连接在顶部框架梁和底部框架梁之间的框架臂。嵌入件在框架主体里面延伸以增加阵列框架的刚度。在本公开的下面的段落中更详细地讨论这些和其他特征。

图1示意性地说明用于电动车辆12的动力传动系统10。虽然描绘为混合动力电动车辆(HEV)，但应当理解的是，在此所描述的构思不限于HEV并且可以扩展到包括但不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)和纯电动车辆(BEV)的其他电动车辆。

在一个实施例中，动力传动系统10是使用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分配动力传动系统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即，第二电机)、发电机18、和蓄电池总成24。在这个示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一和第二驱动系统生成扭矩以驱动电动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。

比如内燃发动机这样的发动机14和发电机18可以通过比如行星齿轮组这样的动力传输单元30连接。当然，包括其他齿轮组和变速器的其他类型的动力传输单元，可以用于将发动机14连接到发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传输单元30是包括环形齿轮32、中心齿轮34和托架总成36的行星齿轮组。

发电机18可以由发动机14通过动力传输单元30驱动以将动能转换为电能。发电机18可以可选地起马达的作用以将电能转换为动能，从而输出扭矩到连接到动力传输单元30的轴38。因为发电机18可操作地连接到发动机14，发动机14的转速可以由发电机18控制。

动力传输单元30的环形齿轮32可以连接到轴40，轴40通过第二动力传输单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传输单元也可能是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传输到差速器48以最终向车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括实现到车辆驱动轮28的扭矩传输的多个齿轮。在一个实施例中，第二动力传输单元44通过差速器48机械地连接到轮轴50以将扭矩分配给车辆驱动轮28。

通过输出扭矩到也连接到第二动力传输单元44的轴52，马达22也可以用于驱动车辆驱动轮28。在一个实施例中，马达22和发电机18配合作为再生制动系统的一部分，在再生制动系统中，马达22和发电机18两者可以用作马达以输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自向蓄电池总成24输出电力。

蓄电池总成24是示例类型的电动车辆蓄电池总成。蓄电池总成24可以包括高电压蓄电池组，该高电压蓄电池组包括能够输出电力以操作马达22和发电机18的多个蓄电池阵列。其他类型的储能装置和/或输出装置也可以用于电力地为电动车辆12提供动力。

在一个非限制性实施例中，电动车辆12具有两个基本操作模式。电动车辆12可以在电动车辆(EV)模式下操作，在电动车辆模式下，马达22用于车辆推进(通常没有来自发动机14的帮助)，从而消耗蓄电池总成24荷电状态直到在特定驾驶模式/循环下其最大可容许放电率。EV模式是用于电动车辆12的操作的电荷消耗模式的示例。在EV模式期间，蓄电池总成24的荷电状态在某些情况下可以增加，例如归因于一段时间的再生制动。发动机14在默认EV模式下通常关闭(OFF)，但必要时可以根据车辆系统状态或如操作者所允许地操作。

此外，电动车辆12可以在混合动力(HEV)模式下操作，在混合动力模式下发动机14和马达22两者都用于车辆推进。HEV模式是用于电动车辆12的操作的电荷维持模式的示例。在HEV模式期间，电动车辆12可以减少马达22推进力使用以便通过增加发动机14推进力使用而将蓄电池总成24的荷电状态维持在恒定或近似恒定的水平。电动车辆12可以在本公开范围内除EV和HEV模式之外的其他操作模式下操作。

图2A和2B说明容纳至少两个蓄电池单元56的阵列框架54。多个阵列框架54可以并排堆叠以建立蓄电池阵列(例如，参照图3的蓄电池阵列78)。一个或多个蓄电池阵列可以装配并且安装在比如图1的电动车辆12的蓄电池总成24这样的蓄电池总成里面以电力地为电动车辆提供动力，该蓄电池阵列包括多个阵列框架54和蓄电池单元56。

在一个实施例中，蓄电池单元56是用于高电压蓄电池总成的袋状蓄电池单元。合适的袋状蓄电池单元的一个非限制性示例是锂离子聚合物蓄电池。然而，也可以预期其他类型的蓄电池单元，并且应当理解的是，本公开不限于袋状型蓄电池单元。

阵列框架54包括沿纵轴线A延伸的框架主体58(参照图2A)。框架主体58包括顶部框架梁60、底部框架梁62以及连接在顶部框架梁60和底部框架梁62之间的框架臂64。在一个实施例中，顶部框架梁60和底部框架梁62与纵轴线A平行地延伸，并且框架臂64横向于纵轴线A。在另一实施例中，框架主体58是整体的塑料结构。

在另一非限制性实施例中，散热片66可以至少部分地嵌入在框架主体58内并且在顶部框架梁60和底部框架梁62之间延伸。在一个实施例中，散热片66是铝散热片。然而，可以另外预期其他材料。散热片66隔开蓄电池单元56并且可以接触蓄电池单元56的侧面55。在特定条件期间，散热片66移除来自蓄电池单元56的热量。在其他条件下，散热片66可以添加热量到蓄电池单元56。框架主体58在散热片66两侧形成袋状部76。蓄电池单元56可以接收在袋状部76内以将蓄电池单元56容纳在阵列框架54内。

散热片66可以包括主体74和从主体74延伸的腿状部72(参照图2B)。主体74可以嵌入或成型到框架主体58中，同时腿状部72延伸到框架主体58外面。在另一实施例中，散热片66可以插入到框架主体58中使得主体74的一端位于在框架主体58的顶部框架梁60中形成的槽68内，并且主体74的相对端可以延伸通过通道70，该通道70穿过框架主体58的底部框架梁62形成。散热片66的腿状部72可以横向于主体74定向，所以它在底部框架梁62下方延伸到框架主体58外面的位置。在一个实施例中，腿状部72延伸到超过大体上容纳在腿状部72上方的蓄电池单元56的侧面55的位置。

框架主体58可以进一步地包括集成到顶部框架梁60中的多个保持部件80。虽然在这个实施例中未示出，但底部框架梁62同样可以包括集成的保持部件。保持部件80可以接合相邻阵列框架54的对应保持部件以建立蓄电池阵列。在又一实施例中，框架臂64包括与保持部件80相似的保持部件以用于连接相邻的阵列框架54。

参考图3，多个阵列框架54可以并排堆叠以构造蓄电池阵列78。在图3中描绘两个阵列框架54，该附图为了清楚而省略蓄电池单元。本公开不限于任何特定数目的阵列框架54和/或蓄电池单元56并且不旨在限于各个附图所示的具体配置。

在一个实施例中，每个阵列框架54的框架主体58的顶部框架梁60围绕横向于纵轴线A的垂直轴线V旋转对称。在另一实施例中，底部框架梁62围绕垂直轴线V旋转对称。在又一实施例中，顶部框架梁60和底部框架梁62两者围绕垂直轴线V旋转对称。以这种方式，可以以重复的方式设置阵列框架54以构造蓄电池阵列78。顶部框架梁60和/或底部框架梁62的对称允许普通阵列端板(未示出)的使用，从而降低蓄电池阵列78的成本和复杂性。也就是说，不需要独特的左手和右手阵列端板来构造蓄电池阵列78。

框架主体58的顶部框架梁60包括第一侧面84和第二侧面86，该第一侧面84和第二侧面86两者在相对端95、97之间延伸。第一侧面84和第二侧面86两者包括用于将阵列框架54连接到相邻阵列框架54的多个保持部件80。在一个实施例中，保持部件80从顶部框架梁60的第一侧面84和第二侧面86两者突出。在另一实施例中，每个阵列框架54的顶部框架梁60是大体上平坦的。

在另一非限制性实施例中，顶部框架梁60的保持部件80包括沿顶部框架梁60的第一侧面84和第二侧面86中的每个以交替模式定向的多个刚性卡扣臂82A和多个柔性卡扣臂82B。因为顶部框架梁60围绕垂直轴线V旋转对称，所以第一和第二侧面84、86的每个柔性卡扣臂82B横穿顶部框架梁60与相对侧面84、86上的刚性卡扣臂82A直接对齐。因此，阵列框架54提供简化装配并且降低蓄电池阵列78的复杂性的重复设计。

第一侧面84和第二侧面86两者的刚性卡扣臂82A和柔性卡扣臂82B定向为接合相邻阵列框架54的对应部件以将阵列框架54连接在一起。例如，柔性卡扣臂82B可以接收在刚性卡扣臂82A上方以连接相邻的阵列框架54。当朝向柔性卡扣臂82B推动刚性卡扣臂82A时，柔性卡扣臂82B可以轻微弯曲。

每个阵列框架54的顶部框架梁60可以附加地包括一个或多个凹槽92。在一个实施例中，每个凹槽92在顶部框架梁60的第一侧面84和第二侧面86之间延伸并且设置在第一侧面84和第二侧面86上的刚性卡扣臂82A和柔性卡扣臂82B之间。相邻阵列框架54的凹槽92彼此对准并且可以容纳张紧带(未示出)，该张紧带在纵长方向上结合蓄电池阵列78以在特定条件期间维持一致的阵列长度并且抵抗蓄电池单元56的膨胀。

图4说明与阵列框架54有关的附加部件。如同图1-3所示的阵列框架54，该阵列框架54包括顶部框架梁60、底部框架梁62和框架臂64。顶部框架梁60、底部框架梁62和框架臂64形成框架主体58，该框架主体58可以由任何塑料材料构造。

阵列框架54的底部框架梁62可以包括在相对端89、91之间延伸的顶壁88和底壁90。基部93可以从相对端89、91中的每个向外突出。在一个实施例中，基部93靠近底部框架梁62和框架臂64的交点而从框架主体58向外突出。基部93可以是底部框架梁62的延长部分并且因此与底部框架梁62平行但横向于框架臂64地延伸。基部93提供大体上平坦的表面以用于将阵列框架54定位在比如托盘(例如参照图10和11)这样的支撑表面上。

嵌入件94可以设置在底部框架梁62里面以用于增加阵列框架54的刚度，以及更具体地用于增加靠近基部93的刚度。以这种方式增加刚度导致形成阵列框架54所需的更少材料，从而降低总体部件厚度。在一个非限制性实施例中，嵌入件94在顶壁88和底壁90之间嵌入在底部框架梁62里面并且在相对端89、91之间延伸。比如在注塑成型过程中，底部框架梁62可以围绕嵌入件94成形。

嵌入件94可以由各种材料制成。在一个实施例中，嵌入件94是或者由钢或者由黄铜制成的金属嵌入件。在另一实施例中，嵌入件94是由陶瓷材料制成。也可以预期其他材料。

在图5所示的可选的实施例中，阵列框架54可以包括多个嵌入件94A、94B。例如，底部框架梁62的第一基部93A可以包括第一嵌入件94A并且第二基部93B可以包括第二嵌入件94B。也就是说，单个嵌入件延伸相对端89、91之间的整个长度是没有必要的。

图6、7、8和9说明可以嵌入在阵列框架54里面的各种嵌入件94。虽然嵌入件94在这些实施例中示出为在底部框架梁62里面延伸，但框架主体58的任何部分都可以包括嵌入件。从这些附图同样显而易见的是，嵌入件94可以体现各种尺寸、形状和配置。例如，图6和7的嵌入件94包括弯曲部分96。弯曲部分96在阵列框架54的底部框架梁62的基部93内延伸。在一个实施例中，弯曲部分96从基部93的凸出部(nub)98向内定位。凸出部98可以包括第一厚度T1，该第一厚度T1大于基部93的剩余部分的第二厚度T2。弯曲部分96可以是U形的并且配置成进一步地增加基部93的刚度。

参考图8，嵌入件94的弯曲部分96可以可选地是V形的。弯曲部分96可以设置成任何形状。在另一实施例中，弯曲部分96成形以匹配基部93的凸出部98的对应形状。例如，弯曲部分96可以与凸出部98的壁79平行地延伸。

在图9所示的又一实施例中，嵌入件94可以是包括多个螺纹57的螺纹嵌入件。螺纹57促进阵列框架54的材料和嵌入件94的材料之间的结合，阵列框架54的材料和嵌入件94的材料是不同的材料。

图10说明具有蓄电池阵列78、托盘27和支架29的蓄电池总成99。蓄电池阵列78由多个阵列框架54构造(堆叠到图10的页面中)，该阵列框架54连接在一起并且其各自容纳蓄电池单元56。每个阵列框架54包括嵌入件94。

在一种非限制性装配方法中，蓄电池阵列78放置在托盘27上。然后，支架29定位在蓄电池阵列78的阵列框架54的基部93的顶部上方。接下来，支架29安装到托盘27。在一个实施例中，使用紧固件33将支架29安装到托盘27以将蓄电池阵列78牢固地固定到托盘27。紧固件33可以通过支架29中的开口35插入。一旦安装，支架29就在基部93的顶部上方延伸。在可以对蓄电池阵列78起作用的加载事件期间，嵌入件94增加阵列框架54的刚度。

图11说明另一蓄电池总成199。在本公开中，在适当的情况下，相同的附图标记表明相同的元件，并且加上100或其倍数的附图标记表明改进的元件，该改进的元件理解为包含对应的最初元件的相同特征和益处。

除在这个实施例中蓄电池总成199包括热交换器31以外，蓄电池总成199与图10的蓄电池总成99相似。热交换器31支撑在蓄电池阵列78和托盘27之间并且起作用以移除在特定条件期间由蓄电池单元56生成的热量，或可选地在其他条件期间加热蓄电池单元56。在一个实施例中，热交换器31配置为冷却板。然而，也可以预期其他实施方式。

尽管不同的非限制性实施例说明为具有具体的部件或步骤，但本公开的实施例不限于那些特定的组合。将来自任何非限制性实施例中的一些组件或部件与来自任何其他非限制性实施例中的部件或组件结合使用，是可能的。

应当理解的是，贯穿几个附图的相同的附图标记识别对应的或相似的元件。应当理解的是，尽管在这些示例性实施例中公开并且说明了特定的组件布置，但其他布置也可以从本公开的教导中受益。

上述说明应该理解为说明性的并且无任何限制的意义。本领域普通技术人员应该理解，某些修改可以在本公开的范围内。由于这些原因，应该研究下面的权利要求以确定本公开的准确范围和内容。

Claims (10)

1.一种蓄电池阵列框架，所述蓄电池阵列框架包含：

框架主体，所述框架主体沿纵轴线延伸并且包括顶部框架梁、底部框架梁以及连接在所述顶部框架梁和所述底部框架梁之间的框架臂；以及

在所述框架主体里面延伸的嵌入件。

2.如权利要求1所述的蓄电池阵列框架，其中所述顶部框架梁包括顶部表面，所述顶部表面具有第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面各自包括交替模式的刚性卡扣臂和柔性卡扣臂。

3.如权利要求1所述的蓄电池阵列框架，其中所述嵌入件是金属嵌入件。

4.如权利要求3所述的蓄电池阵列框架，其中所述金属嵌入件是由钢、铜或黄铜制成的。

5.如权利要求1所述的蓄电池阵列框架，其中所述嵌入件是由与所述框架主体不同的材料制成的。

6.如权利要求1所述的蓄电池阵列框架，其中所述底部框架梁包括基部，并且所述嵌入件延伸到所述基部中。

7.如权利要求1所述的蓄电池阵列框架，其中所述底部框架梁包括在第一端处的第一基部和在第二端处的第二基部，所述嵌入件在所述第一基部和所述第二基部之间延伸通过所述底部框架梁。

8.如权利要求1所述的蓄电池阵列框架，其中所述底部框架梁包括第一基部和第二基部，所述第一基部包括所述嵌入件，所述第二基部包括第二嵌入件。

9.如权利要求1所述的蓄电池阵列框架，其中所述嵌入件包括在所述底部框架梁的基部里面的弯曲部分。

10.如权利要求1所述的蓄电池阵列框架，其中所述嵌入件包括多个螺纹。