CN106340693A - 具有双侧热板的牵引电池总成 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有双侧热板的牵引电池总成。一种电池总成包括热板，该热板具有一对相对的热表面和形成在热表面之间的冷却剂流场。每个热表面都形成有延伸进入冷却剂流场的至少一个螺纹孔。电池总成进一步包括第一电池单元阵列和第二电池单元阵列，第一电池单元阵列和第二电池单元阵列中的每一个抵靠热表面中的不同的一个而设置并且通过容纳在螺纹孔中的一个中的紧固件而附接至热板。

Description

具有双侧热板的牵引电池总成

技术领域

本申请涉及用于机动车辆的牵引电池总成，特别是具有双侧热板(dual sidedthermal plate)的牵引电池。

背景技术

车辆(比如电池电动车辆和混合动力电动车辆)包含牵引电池总成以用作车辆的能量源。牵引电池可包括帮助管理车辆性能和操作的部件和系统。牵引电池还可包括高电压部件，并且可包括用于控制电池的温度的空气热管理系统或液体热管理系统。

发明内容

根据一个实施例，电池总成包括热板，该热板具有一对相对的热表面和形成在这对热板之间的冷却剂流场。每个热表面都形成有延伸进入流场的至少一个螺纹孔。电池总成进一步包括第一电池单元阵列和第二电池单元阵列，第一电池单元阵列和第二电池单元阵列中的每一个抵靠热表面中的不同的一个而设置并且通过容纳在螺纹孔中的一个中的紧固件而附接至热板。

根据另一实施例，一种电池总成包括热板，该热板具有相对的热表面和设在热表面之间的冷却剂流场。在每个热表面中都形成有多个螺纹孔并且螺纹孔延伸进入冷却剂流场。该电池总成进一步包括多个电池单元阵列，每个电池单元阵列设在热表面中的一个上并且通过容纳在螺纹孔中的对应一个中的紧固件而附接至热板。在每个热表面上设置有至少两个电池单元阵列。

在一些实施例中，每个电池单元阵列进一步包括一对端板，每个端板都具有安装凸耳，所述安装凸耳与对应的螺纹孔和紧固件配合以将所述电池单元阵列附接至所述热板。

在一些实施例中，每个电池单元阵列都进一步包括堆叠在一起的多个电池单元和将所述多个电池单元夹在中间的一对端板。

在一些实施例中，每个端板都进一步包括外表面和接合所述多个电池单元中的一个的内表面，其中，所述外表面包括安装凸耳，所述安装凸耳从所述外表面向外延伸并且与所述螺纹孔中的一个和所述紧固件中的一个配合以将所述电池单元阵列附接至所述热板。

在一些实施例中，热板的同一热表面上的电池单元阵列在轴向上并排布置。

在一些实施例中，所述电池总成进一步包括汇流条，所述汇流条将所述热表面中的一个上的电池单元阵列与所述热表面中的另一个上的电池单元阵列机械连接且电连接。

根据又一实施例，一种电池总成包括铸铝热板，该铸铝热板具有一对相对的热表面，每个热表面都形成在各自的主壁上。在主壁与在主壁之间延伸的互连壁之间形成有冷却剂流场。在每个主壁上都设有至少一个肩部并且该肩部向内延伸进入冷却剂流场。每个肩部形成有从热表面向内延伸的螺纹盲孔。该电池总成还包括设在热表面中的一个上的第一电池单元阵列和设在热表面中的另一个上的第二电池单元阵列。每个电池单元阵列通过容纳在螺纹盲孔中的一个中的紧固件而附接至热板。

在一些实施例中，所述电池总成进一步包括第三电池单元阵列和第四电池单元阵列，所述第三电池单元阵列和第四电池单元阵列中的每一个设在所述热表面中的一个上并且通过容纳在所述螺纹盲孔中的一个中的紧固件而附接至所述热板，其中，第一电池单元阵列和第三电池单元阵列在同一热表面上，并且第二电池单元阵列和第四电池单元阵列在同一热表面上。

在一些实施例中，所述第一电池单元阵列和第三电池单元阵列轴向对齐并且并排地设置。

在一些实施例中，每个电池单元阵列都进一步包括堆叠在一起的多个电池单元和将所述电池单元夹在中间的一对端板。

在一些实施例中，每个端板都进一步包括外表面和接合所述电池单元中的一个的内表面，其中，所述外表面包括安装凸耳，所述安装凸耳从所述外表面向外延伸并且与对应的螺纹盲孔和紧固件配合以将所述电池单元阵列附接至所述热板。

附图说明

图1为示例性混合动力车辆的示意图。

图2为牵引电池总成的透视图。

图3为电池总成的侧视图。

图4为电池总成沿剖切线4-4的剖面形式的主视图。

图5为根据可替代的实施例的电池总成的热板的侧视图。

图6为热板沿剖切线6-6的剖面形式的主视图。

具体实施方式

本说明书中描述了本申请的多个实施例。然而，应当理解，公开的实施例仅仅为示例并且其它实施例可采取各种和可替代的形式。附图不需要按比例绘制；一些特征可被放大或缩小以显示特定部件的细节。因此，本说明书中公开的具体结构和功能细节不应被认为是限制，而仅仅认为是用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域技术人员将理解的，参考任一附图说明和描述的各种特征可与一幅或更多幅其它附图中说明的特征结合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的特征的组合提供了用于典型应用的代表性实施例。然而，可能期望与本申请的教导一致的特征的各种组合和变型以用于特定应用或实施方式。

图1绘出了典型的插电式混合动力电动车辆(PHEV)的示意图。然而，特定实施例还可在非插电式混合动力车辆以及纯电动车辆的情形下实施。车辆12包括与混合动力变速器16机械连接的一个或更多个电机14。电机14能够运转为马达或发电机。此外，混合动力变速器16还可机械连接至发动机18。混合动力变速器16还可机械连接至与车轮22机械连接的驱动轴20。当发动机18开启或关闭时电机14可提供推进和减速能力。电机14还可用作发电机并且可通过由再生制动来回收能量而提供燃料经济性效益。电机14通过减少发动机18的工作负载而减少污染物排放并且提高燃料经济性。

牵引电池或电池组24存储可由电机14使用的能量。牵引电池24通常提供从牵引电池24内的一个或更多个电池单元阵列(有时称为电池单元组)输出的高压直流电(DC)。电池单元阵列可包括一个或更多个电池单元。

电池单元(比如棱形电池单元、软包电池单元(pouch cell)、圆柱形电池单元或任意其它类型电池单元)将存储的化学能转化为电能。这些电池单元可包括壳体、正极(阴极)和负极(阳极)。在放电期间电解液可允许离子在阳极与阴极之间移动，并且然后在再次充电期间返回。端子可允许电流流出电池单元而被车辆使用。

可使用不同电池组配置以应对独立的车辆变量，这些车辆变量包括包装限制以及功率需求。可用热管理系统来热调节电池单元。热管理系统的示例包括空气冷却系统、液体冷却系统以及空气与液体冷却系统的组合。

牵引电池24可通过一个或更多个接触器(未示出)电连接至一个或更多个电力电子模块26。一个或更多个接触器在断开时将牵引电池24与其它部件隔离，并且在闭合时将牵引电池24连接至其它部件。电力电子模块26可电连接至电机14并且可提供在牵引电池24与电机14之间双向传输电能的能力。例如，典型的牵引电池24可提供DC电压而电机14可能需要三相交流电(AC)电压来运转。电力电子模块26可将DC电压转化为电机14需要的三相AC电压。在再生模式中，电力电子模块26可将来自用作发电机的电机14的三相AC电压转化为牵引电池24需要的DC电压。本说明书中的描述同样可适用于纯电动车辆。在纯电动车辆中，混合动力变速器16可为与电机14连接的齿轮箱并且不存在发动机18。

除了提供用于推进的能量之外，牵引电池24还可提供用于其它车辆电气系统的能量。典型的系统可包括将牵引电池24的高压DC输出转化为与其它车辆部件兼容的低压DC供应的DC/DC转换器模块28。其它高压负载(比如压缩机和电加热器)可直接连接至高压供应而不使用DC/DC转换器模块28。在典型的车辆中，低压系统电连接至辅助电池30(例如，12伏电池)。

电池能量控制模块(BECM)33可与牵引电池24通信。BECM 33可用作用于牵引电池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，比如热敏电阻或其它温度计。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可由与外部电源36连接的充电站来再次充电。外部电源36电连接至电动车辆供电设备(electric vehicle supply equipment，EVSE)38。外部电源36可提供DC或AC电至EVSE 38。EVSE 38可具有用于插入车辆12的充电接口34的充电连接器40。充电接口34可为配置为将电力从EVSE 38传输至车辆12的任何类型的接口。充电接口34可电连接至充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可调节从EVSE 38供应的电力以提供适当的电压水平和电流水平至牵引电池24。电力转换模块32可与EVSE 38交互以协调至车辆12的电力传输。EVSE连接器40可具有与充电接口34的对应凹槽匹配的插脚。

讨论的各种部件可具有控制和监控这些部件的运转的一个或更多个关联的控制器。控制器可通过串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或专用电缆进行通信。

图2至图6和相关的讨论描述了牵引电池24的示例。参考图2和图3，牵引电池总成50包括附接在热板54的相背侧面上的至少两个电池阵列52A、52B。在示出的示例性实施例中，牵引电池50包括四个阵列(52A、52B、52C、和52D)。四个阵列52A、52B、52C和52D布置成在热板54的每个侧面上有两个阵列并且同一侧面上的阵列以并排配置(side-by-sideconfiguration)的方式轴向对齐。热板54包括与电池阵列52A接合的第一热表面56和与电池阵列52B接合的第二热表面58。热板54还包括设在所述热表面之间的流场。热板54被构造为使冷却剂循环通过流场以给电池阵列52A、52B、52C和52D增加热量或将热量从电池阵列52A、52B、52C和52D移除。

电池阵列52A、52B、52C和52D中的每个都包括夹在一对端板62之间的堆叠的多个电池单元60。支架64在一对端板62之间延伸以将电池单元60固定在适当位置。端板62可对电池单元60提供压紧。每个电池单元60包括具有至少一个端子68的端子侧面66和被构造为与热板54接合的接合侧面70。热界面材料可设在接合侧面与热表面之间。接合侧面70可位于电池单元60的与端子侧面66相背的侧面上。选择的电池单元的端子68可机械连接在一起以串联或并联地电连接阵列的电池单元。例如，汇流总成(busing assembly)72可抵靠每个电池单元60的端子侧面66而设置并且沿着电池阵列52的长度延伸。汇流总成72可包括与选择的电池单元机械连接和电连接的多个汇流条(未示出)。交叉汇流条74可电连接多个电池阵列。例如，交叉汇流条74将电池阵列52C与电池阵列52D电连接。

每个端板62都包括面向电池单元60的内表面76和背离(face away)电池阵列的外表面78。外表面78可连接有安装凸耳(mounting tab)80。安装凸耳80可与端板形成一体。安装凸耳80可大体上垂直于外表面78延伸并且沿着端板在电池单元的接合侧面70附近的边缘部分定位。安装凸耳80用于将电池阵列中的每一个都附接至热板54。电池阵列52可通过紧固件82附接至热板54，紧固件82穿过安装凸耳80而被容纳并且设在热板54中形成的螺纹盲孔内。(这将在下文中详细地描述)。

参考图4，示出了沿剖切线(cutline)4-4的剖视图。冷却剂流场可由分隔壁92分为上腔84和下腔86。上腔和下腔互连，比如，互连于热板54的一端处。上腔84可设在冷却剂流场的入口侧并且包括入口孔88。下腔86可包括出口孔90。在一些实施例中，上腔84可包括出口孔并且下腔86可包括入口孔。每个腔都可由多个内壁形成。例如，上腔84和下腔86中的每一个都可由一对主内壁94A和94B形成。每个主内壁都可大体上平行于热表面56、热表面58。多个互连内壁96可在主内壁94A和94B之间延伸。

热板54包括在热表面与内壁之间延伸的多个钻孔(borehole)。例如，第一钻孔98在第一热表面56与主内壁94A之间延伸。钻孔98内安装有套筒100。套筒包括头部102以及腿部104。头部102设在热表面56上，或稍微凹入热表面56中。套筒100形成有用于容纳紧固件的螺纹孔106。

第一电池阵列52A抵靠第一热表面56设置。作为端板62A的一部分的上安装凸耳80A包括抵靠第一表面56设置的接合表面108。端板62A被设计和定位成使得上安装凸耳80A当被安装后设在套筒100之上。上安装凸耳80A形成有与螺纹孔106对齐的孔。紧固件82穿过安装凸耳80A而被容纳并且螺接在螺纹孔106中以将端板62A固定至热板54。端板62A还包括下安装凸耳80B。在一些设计中，紧固件82仅安装在每个端板上的安装凸耳中的一个内。

第二电池阵列52B抵靠第二热表面58设置。第二电池阵列52B包括端板62B，端板62B也具有上安装凸耳80C和下安装凸耳80D。热板54形成有容纳套筒112的钻孔110。紧固件82穿过安装凸耳80D而进行螺接以将端板62B固定至热板54。在示出的实施例中，端板54的每个侧面上的套筒交替布置以降低对流场内的冷却剂的阻力。例如，第一端板62A附接于上安装凸耳并且第二端板62B附接于下安装凸耳。

热板54可由任何热传导的材料制成，比如热传导塑料或金属。例如，热板54可由冲压的、挤出的或铸造的铝制成。

图5和图6示出了由铸造的金属(比如铸铝或铸铁)形成的热板120。铸件120包括位于铸件的一侧上的第一壁122以及位于铸件的另一侧上的第二壁124。第一壁122形成有第一热表面126和内表面125。第二壁124形成有第二热表面128和内表面129。铸件120还包括形成有内表面134的顶部130以及形成有内表面136的底部132。

铸件120形成有冷却剂流场140。流场140可取决于实施例而具有多个不同的形状。在示出的实施例中，铸件120具有U形流场。流场140具有由在内表面125与内表面129之间延伸的分隔壁138分开的上腔142和下腔144。分隔壁138形成有上表面146和下表面148。上腔142至少部分地由表面125、表面134、表面129和表面146形成。下腔144至少部分地由表面125、表面129、表面136和表面148形成。

铸件120包括位于紧固件容纳区域的肩部150。肩部150设有用于螺纹盲孔152的结构。肩部150设在内表面125和内表面129中的至少一个上。肩部150中的每一个均与第一壁122或第二壁124形成一体并且向内延伸进入流场140。如上文其它实施例描述地，电池阵列通过螺接进入孔152的紧固件而附接至热板120。

虽然上文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包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性而非限定的词语，并且应理解，在不脱离本申请的精神和范围的情况下可作出各种改变。如之前描述的，可组合多个实施例的特征以形成可能没有明确描述或说明的本发明的进一步的实施例。虽然关于一个或多个期望特性，多个实施例可被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员认识到，可以折中一个或更多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、装配的便利性等。这样，关于一个或更多个特性被描述为比其它实施例或现有技术实施方式更不令人期望的实施例并不在本申请的范围之外并且可能期望用于特定应用。

Claims (8)

1.一种电池总成，包括：

热板，包括一对相对的热表面和形成在所述热表面之间的冷却剂流场，其中，每个热表面都形成有延伸进入所述冷却剂流场的至少一个螺纹孔；

第一电池单元阵列和第二电池单元阵列，第一电池单元阵列和第二电池单元阵列中的每一个抵靠所述热表面中的不同的一个而设置并且通过容纳在所述螺纹孔中的一个中的紧固件而附接至所述热板。

2.根据权利要求1所述的电池总成，其中，第一电池单元阵列和第二电池单元阵列中的每一个都进一步包括一对端板，每个端板都具有至少一个安装凸耳，所述安装凸耳与所述螺纹孔中的对应的一个和紧固件配合以将所述电池单元阵列附接至所述热板。

3.根据权利要求1所述的电池总成，其中，每个电池单元阵列进一步包括堆叠在一起的多个电池单元和将所述多个电池单元夹在中间的一对端板。

4.根据权利要求3所述的电池总成，其中，每个端板进一步包括外表面和接合所述多个电池单元中的一个的内表面，其中，所述外表面包括安装凸耳，所述安装凸耳从所述外表面向外延伸并且与所述螺纹孔中的对应的一个配合以将所述电池单元阵列附接至所述端板。

5.根据权利要求4所述的电池总成，其中，所述安装凸耳进一步包括大体上垂直于所述端板的外表面定向的接合表面。

6.根据权利要求5所述的电池总成，其中，所述接合表面形成有孔并且在所述孔中设有对应的紧固件。

7.根据权利要求1所述的电池总成，其中，所述热板进一步包括形成所述冷却剂流场的内壁，其中，所述热板被构造为使冷却剂循环通过所述冷却剂流场以使热量从所述电池单元阵列消散。

8.根据权利要求1所述的电池总成，其中，每个热表面形成有钻孔和设在每个钻孔中的套筒，其中，每个套筒形成有所述螺纹孔中的一个。