CN107251262A - 用于蓄电池模块的偏置特征 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种蓄电池模块,所述蓄电池模块具有外壳以及设置在所述外壳的插座区域中的电池组,其中每个电池均具有顶部,所述顶部具有电池端子以及底部,其中所述电池的顶部向外背离所述插座区域。所述蓄电池模块包括一体式感测和汇流条子组件,所述一体式感测和汇流条子组件抵靠所述电池组设置并且具有载体、集成到所述载体上的汇流条以及集成到所述载体上的偏置构件。所述汇流条将电池以电气布置连接,并且偏置构件位于每个电池的顶部与载体之间,其中所述偏置构件具有第一材料,所述第一材料的相容性高于所述载体的第二材料的相容性,并且所述偏置构件使所述电池组朝向所述外壳向内偏置。
Description
相关申请的交叉引用
本申请主张于2015年1月5日提交的标题为“具有垂直和水平构造的锂离子蓄电池模块的机械和电气方面(MECHANICAL AND ELECTRICAL ASPECTS OF LITHIUM ION BATTERYMODULE WITH VERTICAL AND HORIZONTAL CONFIGURATIONS)”的申请序列号为62/100,001的美国临时专利申请,以及于2015年3月31日提交的标题为“蓄电池模块的偏置特征(BIASINGFEATURES FOR.A BATTERY MODULE)”且申请序列号为14/675,618的美国专利申请的权益,这两个申请出于所有目的据此以引用方式并入。
背景技术
本公开整体涉及电池和蓄电池模块领域。具体来说,本公开涉及一种用于蓄电池模块的偏置特征。
该部分旨在向读者介绍本领域的各个方面,这些方面可涉及本公开的各个方面,这些方面在下文中进行描述。该讨论据信有助于向读者提供背景信息,以有利于更好地理解本公开的各个方面。因此,应当理解,这些陈述以该角度来阅读,而不应视为对现有技术的确认。
使用一个或多个蓄电池系统以用于为车辆提供所有或部分原动力的车辆可称为xEV,其中术语“xEV”在本文中定义为包括所有下述车辆(其将电力用于其所有或部分车辆原动力)或其任何变型或组合。例如,xEV包括将电力用于所有原动力的电动车辆(EV)。如本领域的技术人员将理解的,同样视为xEV的混合动力电动车辆(HEV)将内燃机推进系统和蓄电池驱动的电动推进系统(诸如48伏特(V)或130V系统)相组合。术语HEV可包括混合动力电动车辆的任何变型。例如,全混合动力系统(FHEV)可利用一个或多个电动机,仅利用内燃机或利用两者将原动力和其它电力提供至车辆。相比之下,当车辆空转并利用蓄电池系统来持续对空气调节单元、收音机或其它电子装置供能以及当需要推进而重新启动发动机时,轻度混合动力系统(MHEV)停用内燃机。轻度混合动力系统还可应用一定程度的功率辅助,例如在加速期间,以增补内燃机。轻度混合动力通常为96V至130V,并且通过带式或曲柄集成式起动发电机回收制动能量。另外,微混合动力电动车辆(mHEV)也使用类似于轻度混合动力的“启-停”系统,但是mHEV的微混合动力系统可向内燃机提供或不提供助动力,并且以低于60V的电压操作。出于当前讨论的目的,应当指出的是,mHEV通常在技术上不将直接提供至机轴或传动装置的电力用于车辆的任何部分的原动力,但是mHEV仍可视为xEV,因为其在车辆空转(其中内燃机停用)以及通过集成式起动发电机回收制动能量时也使用电力来增补车辆的动力需求。此外,插入式电动车辆(PEV)为任何车辆,所述车辆可从外部电源(诸如墙壁插座)进行充电,并且存储于可充电电池组中的能量可驱动或有助于驱动车轮。PEV为EV的子类,包括所有电动或蓄电池电动车辆(BEV)、插入式混合动力电动车辆(PHEV),以及混合动力电动车辆和传统内燃机车辆的转换型电动车辆。
相对于仅使用内燃机和传统电动系统的更传统的气体动力车辆而言,上述xEV可提供若干优势,其中所述传统电动系统通常是由铅酸蓄电池提供动力的12V系统。例如,xEV可以产生较少的不期望的排放产物,并且相对于传统内燃机车辆可以呈现出较高的燃料效率,并且在一些情况下,此类xEV可以完全消除汽油的使用,如同特定类型的EV或PEV一样。
随着的技术持续演进,需要为此类车辆和其他实施方式提供未经证实的动力源,尤其是蓄电池模块。例如,现在认识到,蓄电池模块中的未固定电池的移动可能导致电池及其相关电接头退化,从而降低蓄电池模块的可靠性和/或寿命。
发明内容
下文概述了本文中所公开的特定实施例。应了解,这些方面仅向读者提供关于这些特定实施例的概述,并且这些方面并不意图限制本公开的范围。实际上,本公开可以包括下文未描述的多个方面。
本公开涉及一种蓄电池模块,所述蓄电池模块包括外壳以及设置在所述外壳的插座区域中的电池组,其中所述电池组中的每个电池均具有顶部,所述顶部具有电池端子,以及与所述顶部相对的底部,其中所述电池组设置成使每个电池的顶部向外背离所述插座区域。所述蓄电池模块还包括一体式感测和汇流条子组件,所述一体式感测和汇流条子组件抵靠所述电池组设置并且设置在所述外壳内。所述一体式感测和汇流条子组件包括载体、集成到所述载体上的汇流条以及集成到所述载体上的偏置构件。所述汇流条配置成以电气布置电连接所述电池组中的电池。所述偏置构件定位在所述电池组中的每个电池的顶部与所述载体之间,其中所述偏置构件具有第一材料,所述第一材料的相容性高于所述载体的第二材料的相容性,并且所述偏置构件使所述电池组朝向所述外壳向内偏置。
本公开还涉及一种锂离子蓄电池模块,所述锂离子蓄电池模块包括外壳以及设置在所述外壳的插座区域中的棱柱形电池组,其中所述棱柱形电池组中的每个棱柱形电池均具有顶部,所述顶部具有电池端子以及与所述顶部相对的底部,其中所述棱柱形电池组设置成使每个棱柱形电池的顶部向外背离所述插座区域。所述蓄电池模块还包括传热层,所述传热层定位在所述外壳内的所述棱柱形电池的底部附近,并且配置成便于从所述棱柱形电池传热。所述蓄电池模块具有一体式感测和汇流条子组件,所述一体式感测和汇流条子组件抵靠所述棱柱形电池组设置并且设置在所述外壳内。所述一体式感测和汇流条子组件包括载体、集成到所述载体上的汇流条、集成到所述载体上的第一偏置构件以及集成到所述载体上的第二偏置构件。所述汇流条配置成以电气布置电连接所述棱柱形电池组中的棱柱形电池。所述第一偏置构件和第二偏置构件定位在所述棱柱形电池组中的每个棱柱形电池的顶部与所述载体之间,其中所述第一偏置构件和第二偏置构件各自具有含第一材料的条带,所述第一材料的相容性高于所述载体的第二材料的相容性,所述第一偏置构件和第二偏置构件使所述电池组朝向所述外壳向内偏置,并且所述棱柱形电池组中的每个棱柱形电池的通风孔定位在所述第一偏置构件与第二偏置构件之间。
本公开进一步涉及一种用于锂离子蓄电池模块的一体式感测和汇流条子组件,所述一体式感测和汇流条子组件包括载体、集成到所述载体上的汇流条、集成到所述载体上的第一偏置构件以及集成到所述载体上的第二偏置构件。所述汇流条配置成以电气布置电连接电池组中的电池。所述第一偏置构件和第二偏置构件经由扣件集成到所述载体上,其中所述载体的第一突起定位在所述第一偏置构件的第一凹口内,并且所述载体的第二突起定位在所述第二偏置构件的第二凹口内,其中所述第一偏置构件和第二偏置构件配置成定位在所述电池组中的每个电池的顶部与所述载体之间,所述第一偏置构件和第二偏置构件各自具有相容性高于所述载体的第二材料的第一材料,所述第一偏置构件和第二偏置构件使所述电池组朝向所述外壳向内偏置,并且所述电池组中的每个电池的电池通风孔定位在所述第一偏置构件与第二偏置构件之间。
附图说明
阅读以下详细说明以及参考附图之后,可以更好地理解本公开的多个方面,其中:
图1是根据本公开的一个方面具有电池系统的xEV的透视图,其中所述电池系统配置成为xEV的多个部件提供动力;
图2是根据本公开的一个方面利用图1中的电池系统的xEV的一个实施例的截面示意图;
图3是根据本公开的一个方面的锂离子蓄电池模块的分解图,其中所述锂离子蓄电池模块可具有相容特征以及传热层;
图4是根据本公开的一个方面的电池的图示,所述电池可以通过一个或多个相容特征偏置;
图5是根据本公开的一个方面的图3中的蓄电池模块的一体式感测和汇流条子组件的图示,其中一体式感测和汇流条子组件具有相容特征;
图6是根据本公开的一个方面的相容特征的背视透视图,其中所述相容特征连接到一体式感测件并且具有图5中的汇流条子组件;
图7是根据本公开的一个方面的用于将相容特征连接到图5中的一体式感测和汇流条子组件的接口的图示;
图8是根据本公开的一个方面的用于电池的图7中的一体式感测和汇流条子组件的局部剖面图,其中所述电池具有电池套管;
图9是根据本公开的一个方面的图8以及具有电池套管的电池的局部剖面放大图;
图10是根据本公开的一个方面的用于将相容特征连接到图5中的一体式感测和汇流条子组件的接口的另一个实施例的图示;
图11是根据本公开的一个方面的设置在电池顶部的相容特征的顶视图;以及
图12是根据本公开的一个方面的包括相容特征的完全装配的蓄电池模块的透视图。
具体实施方式
下文将描述一个或多个具体实施例。为简要描述这些实施例,本说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。应认识到,在开发任何此类实际实施方式时,如同在进行任何工程或设计项目一样,必须做出众多特定于具体实施方式的决定,以实现开发人员的具体目标,例如是否符合系统相关和业务相关的约束,这些约束可能会随实施方式的不同而有所不同。此外,应认识到,此类开发工作可能较为复杂并且耗时,但是尽管如此,这也应当是受益于本公开的普通技术人员在设计、生产和制造中的常规任务。
一个或多个所公开的实施例本身或组合在一起可以用于减少蓄电池模块内的电池的移动,从而增强电池及其相关接头的结构整体性。例如,蓄电池模块中的电池如果未固定,则可能在蓄电池模块使用期间移动(例如,由于xEV的移动)。此类移动可能导致电池及其相关电气接头退化,降低可靠性并且/或者缩短蓄电池模块的寿命。在特定蓄电池模块中,可以使用特定类型的夹持机构,即使用可执行压缩机构的夹持机构来减少此类移动。但是,现在认识到,此类机构可能大幅增大蓄电池模块的体积和/或重量,进而降低效率。附加地,可执行压缩机构可以增大蓄电池模块的制造成本。现在认识到,设置在一体式感测和汇流条子组件上的偏置构件可用于朝向模块外壳向内压缩电池,例如,向定位在外壳内的传热层压缩电池。所述压缩还使得能够增强电池与模块外壳的特定冷却特征之间的传热,并且可以促进使用模块的被动冷却而不是主动冷却。
本公开包括具有相容特征(例如,偏置特征)的蓄电池模块的实施例,所述相容特征与塑料脊接合,所述塑料脊从设置在电池顶部上方的载体延伸,所述电池设在模块的外壳中。例如,所述相容特征可以压向所述电池的顶部,以使电池朝向设在外壳的内表面与电池之间的一个或多个传热层偏置。根据本公开的一个方面,每个电池可以以大体同等的方式,经由相容特征抵靠传热层压缩。由相容特征引起的压缩可以用于大幅减少模块外壳内的电池的移动和/或震动,从而增强电池性能和/或延长电池寿命。
为帮助说明,图1是车辆10的一个实施例的透视图,所述车辆可以利用包括相容特征的电池系统12,所述相容特征使电池朝向蓄电池模块外壳的底部偏置,如本文中所述的。现在认识到,非传统电池系统12(例如,包括偏置特征的锂离子车辆电池)需要与传统车辆设计大体上兼容。就此而言,本公开的实施例包括用于xEV和包括xEV的系统的多种类型的蓄电池模块。因此,电池系统12可以设置在车辆10中本应容纳传统电池系统(例如,不具有任何偏置特征的标准12V铅酸电池或者12V锂离子电池)的位置中。例如,如图所示,车辆10可以包括定位与内燃机的车辆的铅酸电池类似(例如,在车辆10的发动机罩下方)的电池系统12。
图2中示出了电池系统12的更详细视图。如图所示,电池系统12包括储能部件14,所述储能部件连接到点火系统16、交流发电机18、车辆控制台20以及可任选地电动机22。通常,储能部件14可以捕集/储存车辆10中产生的电能,并且输出电能以向车辆10中的电气部件提供动力。此外,储能部件14可以输出电能以启动(例如,重新启动或重新点火)内燃机24。例如,在启动-停止应用中,要保存燃料,内燃机24可以在车辆10停止时空转。因此,储能部件14可以在车辆10需要推进力时,提供能量以重新启动内燃机24。
因此,电池系统12也可以向车辆电气系统的部件提供动力,这些车辆电气系统可以包括辐射器冷却风扇、气候控制系统、电动转向系统、主动悬架系统、自动泊车系统、电动油泵、电动增压器/涡轮增压器、电动水泵、加热挡风玻璃/除雾器、窗玻璃升降电动机、梳妆灯、胎压监测系统、采光窗电动机控制器、电动座椅、警报系统、信息娱乐系统、导航功能部件、车道偏移警告系统、电动停车制动器、外部灯或者它们的任何组合。在图示的实施例中,储能系统14向车辆控制台20和点火系统16提供动力,所述车辆控制台和点火系统可用于启动(例如,使用曲柄启动)内燃机24。
此外,储能部件14可以捕集交流发电机18和/或电动机22产生的电能。在一些实施例中,交流发电机18可以在内燃机24运行时产生电能。具体来说,交流发电机18可以将内燃机24旋转所产生的机械能转换成电能。附加地或替代地,当车辆10包括电动机22时,电动机22可以通过将车辆10移动(例如,车轮旋转)所产生的机械能转换成电能来产生电能。此外,在一些实施例中,在再生制动期间,储能部件14可以捕集交流发电机18和/或电动机22产生的电能。因此,交流发电机和/或电动机22在本文中通常称为再生制动系统。
为便于捕集和供应电能,储能部件14可以经由汇流条26电连接到车辆的电动系统。例如,汇流条26可以使得储能部件14能够接收交流发电机18和/或电动机22产生的电能。此外,汇流条26可以使得储能部件14能够向点火系统16和/或车辆控制台20输出电能。
此外,如图所示,储能部件14可以包括多个蓄电池模块。例如,在图示的实施例中,储能部件14包括锂离子(例如,第一)蓄电池模块28和铅酸(例如,第二)蓄电池模块30,所述蓄电池模块各自包括一个或多个电池。此外,储能部件14可以包括任何数量的蓄电池模块,这些蓄电池模块中的所有或一些蓄电池模块可以包括使用本文的偏置特征。尽管锂离子蓄电池模块28和铅酸蓄电池模块30图示成彼此相邻,但是它们可以位于车辆各处的不同区域中。例如,铅酸蓄电池模块30可以定位在车辆10的内部中或者周围,而锂离子蓄电池模块28可以位于车辆10的发动机罩下方。
在一些实施例中,储能部件14可以包括多个蓄电池模块,以利用多个不同的电池化学性质。例如,当使用锂离子蓄电池模块28时,电池系统12的性能可以得到改进,因为锂离子电池化学性质通常具有相对于铅酸电池化学性质而言较高的库伦效率和/或较高的充电接收率(例如,较高的最大充电电流或充电电压)。因此,电池系统12的捕集、储存和/或分布效率可以得到改进。
为便于控制电能的捕集和储存,电池系统12还可以包括控制模块32(例如,电池管理系统)。更具体地说,控制模块32可以控制电池系统12中的部件的操作,例如储能部件14内的继电器(例如,开关)、交流发电机18和/或电动机22。例如,控制模块32可以调节每个蓄电池模块28或30所捕集/供应的电能量(例如,禁用或重新启动电池系统12)、执行蓄电池模块28和30之间的负载平衡,确定每个蓄电池模块28或30的充电状态,确定每个蓄电池模块28或30的温度或电压(例如,经由从一个或多个感测部件接收的信号),控制交流发电机18和/或电动机22所输出的电压等等。
因此,控制单元32可以包括一个或多个处理器单元34以及一个或多个存储部件36。具体来说,一个或多个处理器单元34可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个通用处理器或者它们的任何组合。此外,一个或多个存储部件36可以包括易失性存储器,例如随机存取存储器(RAM)和/或非易失性存储器,例如只读存储器(ROM)、光盘驱动器、硬盘驱动器或者固态驱动器。在一些实施例中,控制单元32可以包括车辆控制单元(VCU)的多个部分和/或单独的电池控制模块。此外,如图所示,锂离子蓄电池模块28和铅酸蓄电池模块30跨其端子并联。换言之,锂离子蓄电池模块28和铅酸模块30可以经由汇流条26并联到车辆的电气系统。
为增强锂离子电池28的稳定性,上述本公开的实施例利用一个或多个相容(例如,偏置)特征来与从载体延伸的塑料突起接合,以向模块28的外壳内的电池施加偏置力。例如,每个相容(例如,偏置)特征可以压向特定电池的顶部,以使电池向设置在与电池顶部相对的电池底部的附近的一个或多个热层偏置。参考图4可进一步了解电池的顶部和底部。根据本公开的一个方面,每个电池可以以大体同等的方式抵靠传热层压缩,而无论高度如何(例如,从底部到顶部测量)。可以参见图3中的蓄电池模块28进一步理解本公开实施例,所述蓄电池模块是锂离子蓄电池模块28。但是,锂离子蓄电池模块28旨在表示可受益于本公开的任何蓄电池模块配置。
如图示的实施例中所示,根据本公开的锂离子蓄电池模块28可以包括多个电池50。电池50可以布置在第一电池组52和第二电池组54中,其中电池50定位成彼此相邻,并且以使得它们的对应端子56位于电池组52、54的同一侧上的方式进行定向。因此,相邻的电池50将具有在第一电池组52和第二电池组54中的每个电池组中彼此相邻的端子56。例如,图3中的实施例包括并排布置的第一电池组52和第二电池组54。在其他实施例中,第一电池组52和第二电池组54可以以另一个定向配置(例如,上下关系)。在又一个实施例中,只有一个电池组可以包括在蓄电池模块28中,或者可以包括两个以上的电池组(例如,3、4、5、6、7、8、9、10或更多个电池组)。另外如图所示,多个电池组50以面对面层叠的方式设置在模块28中,但是可以使用其他配置。
如图3中所示,蓄电池模块28可以包括模块外壳58,所述模块外壳由任何适当的材料构成,例如酰胺基聚合物、聚烯烃(例如,聚丙烯)或者其他任何材料。模块外壳58包括电池插座区60,其中电池组52和54设置在蓄电池模块外壳58内。在图示的实施例中,电池50以“底部首先插入”的方式设置在电池插座区域60中,其中每个电池50的端子56朝向插座区域60的开口62指向外。如图示的实施例中所示,可由相容和导热材料制成的第一传热层63和第二传热层64可以分别设置在电池组52和54中的电池50的底部之间。因此,第一传热层63和第二传热层64可以设置成邻近蓄电池模块外壳58的内表面。在其他实施例中,蓄电池模块28可以仅包括一个传热层,所述传热层配置成设置在两个电池组52和54中的电池50的底部之间。传热层63和64可以促进从电池50的底部向蓄电池模块28的热管理特征,例如散热器、散热片等传递热能。此类热管理特征可以设置在外壳的外表面65上。此外,传热层63、64还可以通过作为减震器来减少电池50的移动。例如,传热层63、64可以包括随着蓄电池模块28的移动而膨胀和压缩的相容材料,以使电池50保持大体上固定。
本文中公开的蓄电池模块28可以包括配置成在设置在模块外壳58内而使电池50沿方向66偏置的特征。在图3中,它图示成偏置方向66。在特定实施例中,偏置方向66可以在设置在模块外壳58内的同时,从电池50的顶部向电池50的底部延伸。因此,偏置特征可以使电池50朝向传热层63和64偏置,从而在蓄电池模块28操作期间促进传热。此外,偏置构件可以与传热层63、64(例如,具有相容材料的层)相组合,提供一定程度的减震,以减少对电池50及其相关电接头的结构整体性的振动效果。
此外,蓄电池模块28可以包括一体式感测和汇流条子组件67。一体式感测和汇流条子组件可以包括第一侧68以及与第一侧68相对的第二侧69。第一侧68可以面对电池50的顶部,并且第二侧69可以向外面对开口62。根据本公开的相容材料可以包括在一体式感测和汇流条子组件67上,以使电池50沿偏置方向66偏置。
为便于讨论本公开的实施例,图4中示出了电池50,所述电池可以使用根据本公开各方面的一个或多个相容(例如,偏置)特征偏置。在棱柱形电池配置中,如图4中所示,电池50包括顶部70,所述顶部具有至少一个电池端子56(图示的实施例具有位于顶部70上的两个电池端子56)以及电池通风孔72,所述电池通风孔允许压缩气体在通风情况下溢出。
图4中图示的电池还包括与电池50的壳体78的最宽部分相对应的第一面74和第二面76。底部80大体上与顶部70相对,并且在一些实施例中,可以包括替代顶部70上的电池通风孔72的电池通风孔。表面74和76在顶部70与底部80之间延伸,并且通过第一侧82和第二侧84连接,所述第一侧和第二侧可以是直的、圆形的或者任何其他适当的几何结构。容纳电池50的有效电化学元件的电池50的壳体78(例如,外壳)可以是聚合物、金属、复合材料或者其他任何适当的材料。此外,应了解,本公开实施例并不限于具有棱柱形电池的蓄电池模块,但是还意图包括电池50是钱袋形电池、圆柱形电池等的实施例。此外,尽管在具有锂离子电池的锂离子蓄电池模块的上下文中进行了描述,则本公开适用于可受益于如本说明书中所公开的偏置的其他电池化学性质。
如图3中所示,一体式感测和汇流条子组件67的特定实施例(在本文中还称为“载体组件”)与电池50接合。如图3中所示,一体式感测和汇流条子组件67可以设置成邻近电池50的顶部70,以使子组件67能够使用集成到子组件67上的汇流条90以预定关系电连接电池50。例如,通过将汇流条90焊接到电池50的特征实现的电池50的互连使得能够进行多个串联和/或并联连接,从而使整个蓄电池模块28达到预定电压和/或容量。在特定实施例(例如,图3中所示的实施例)中,例如,蓄电池模块28可以具有串联的六个电池50,以产生各个电池50的电压总和的电压输出,以及大体上等于各个电池50容量的容量。例如一个或多个并联连接等其他电气连接将影响电压和容量。在其他实施例中,蓄电池模块28可以包括少于六个电池(例如,5、4、3、2或1个)或者多于六个电池(7、8、9、10、12、15、20、25、30、35、40、45、50个或更多个)。
除了将电池50互连的汇流条90之外,一体式感测和汇流条子组件67可以包括若干不同的特征92,用于监测蓄电池模块28的状况。图5中示出了具有感测特征92(例如,感测部件、传感器)的子组件67,所述子组件可包括配置成感测汇流条90处的电压的电压感测部件94,以及配置成感测汇流条90处的温度的温度感测部件98。这些感测部件92连接到电缆线路100,所述电缆线路配置成将感测部件92产生的信号传送到图2中所示的控制单元32(例如,BMS)。例如,感测特征92可以电连接到控制单元32(例如,通过电缆线路100),并且配置成随时间的推移发送与蓄电池模块28的温度或电压相关的信号(例如,反馈)。在特定实施例中,汇流条90、温度感测部件98和电压感测部件94和电缆线路100全部集成到载体102上,所述载体可以形成配置成承载和集成这些部件的一体式结构(例如,子组件)。根据本公开的实施例,载体102可以包括上述偏置特征。例如,尽管图5中示出了子组件67的第二侧69,但是与第二侧69相对的第一侧68面对电池50,并且可以包括偏置特征。
图6中示出了一体式感测和汇流条子组件67,所述一体式感测和汇流条子组件包括示例性偏置构件110和112组。具体来说,图6中以后视透视图的视角示出了子组件67的实施例,并且示出了在组装之后面向电池50的载体组件67的第一侧68。组件67的图示实施例包括第一偏置构件110和第二偏置构件112,这些构件在蓄电池模块28组装之后压向电池组52中的电池50的顶部70。第一偏置构件110和/或第二偏置构件112位于载体组件67中的与电池50的通风孔72的任一侧以及其他电池特征(例如,填孔)对应的位置处。通过这种方式,第一偏置构件110和/或第二偏置构件112不影响(例如,物理干预)通风布置。根据本公开的实施例,第一偏置构件110和/或第二偏置构件112的位置可以不同,例如,具体取决于电池50的通风孔72的几何机构和位置。第三偏置构件154和第四偏置构件116可以具有与第二电池组54类似的关系。
偏置特征110、112、114和/或116可以配置成使电池50沿偏置方向66偏置。在特定实施例中,偏置方向66可以在设置在模块外壳58内的同时,从电池50的顶部70向相应的底部80延伸。例如,包括在一体式感测和汇流条子组件67上的偏置特征110、112、114和/或116使电池50的底部80朝向传热层63、64偏置,从而促进在蓄电池模块28操作期间传热。此外,偏置构件110、112、114和/或116可以与传热层63、64(例如,包括相容材料的传热层)相结合,提供一定程度的减震,以减少电池50及其相关电接头的结构整体性上的振动效果。在其他实施例中,偏置方向66可以从电池50的相应底部80向电池50的相应顶部70延伸。
由于电池50的操作取决于若干因素,包括施加在电池50上的压缩、电池温度等,因此需要使电池组52和54中的每个电池50的偏置大体等量。因此,偏置构件110、112、114和/或116可以具有足以沿电池组52和/或54中的所有电池50延伸的长度118。偏置构件120的宽度可以取决于电池50的顶部70上的可用于邻接的空间,用在电池50上的偏置构件的数目以及类似考虑因素。
通过偏置构件110、112、114和/或116施加在电池50上的偏置力可以取决于若干因素,包括偏置构件110、112、114和/或116的材料成分、电池50的壳体58的材料成分、相容传热层63、64的材料成分、模块28组装之后由载体组件67施加的压缩量(例如,经由偏置构件110、112、114和/或116施加到电池50上的压缩力)、电池50的大小等。例如,在组装期间,载体102可以固定到模块外壳58上(例如,使用模块接合构件121,例如悬臂钩,使用粘合剂,使用激光焊接或者类似方法)并且向电池50施加压缩力。
鉴于图3中所示的配置,应了解,施加到电池壳体58上的总力(例如,从载体102,偏置构件110、112、114、116,以及其他部件)可以高度取决于与电池50物理接触的多个特征(例如,偏置构件、相容传热层)的材料构造,以及电池50的大小。在特定实施例中,偏置构件110、112、114和/或116可以构成电池50之间的高度(例如,从底部到顶部)的差异。例如,偏置构件110、112、114和/或116可以向具有不同高度的电池50施加不同的偏置力(例如,压缩力)。偏置构件110、112、114和/或116可以将较大的偏置力施加到较高的电池上(例如,从底部到顶部),并且将减小的偏置力施加到较短的电池上,因为,例如,较高的电池相对于较短的电池而言可能更接近偏置构件110、112、114和/或116因此,电池50可以由于偏置构件110、112、114和/或116所施加的不同的力而大体上对准,进而促进连接到载体组件67(例如,经由汇流条90)。
此外,假定仅改变偏置构件110、112、114和/或116的材料成分,则可以更改偏置构件110、112、114和/或116的相容性,以调整施加在各个电池50的偏置力的量。实际上,偏置构件110、112、114和/或116的相容性可以基于所需偏置力与偏置构件110、112、114和/或116施加在电池壳体58上的物理应力之间的平衡进行选择。例如,如果过大,该物理应力可能损害壳体58的结构整体性,而如果相容性过大,可能无法提供所需量的减震和物理约束。因此,偏置构件110、112、114和/或116的邵尔A型硬度的值可以选自一个范围,例如但非限定,所述值范围可以包括介于20到80之间,例如,介于40到60之间的邵尔A型硬度值。此类值可以实现所需的相容程序,同时仍然提供足够的物理约束,以将电池50维持在其相应位置。在特定实施例中,形成偏置构件110、112、114和/或116的材料的相容性(例如,包括较小的邵尔A型硬度值)可以大于载体78。因此,偏置构件110、112、114和/或116可以呈现弹性(例如,在向电池50上施加偏置力时压缩,并且在所述偏置力撤除时恢复到原始位置),而载体78大体上维持刚性。
在特定实施例中,偏置构件110、112、114和/或116的硬度可以选择成使偏置构件110、112、114和/或116还能够用作密封条。因此,偏置构件110、112、114和/或116可以配置成不仅仅偏置电池和吸收振动力,同时还配置成阻止湿气、通风气体等从电池通风孔72进入到蓄电池模块28的其他区域。例如,包括在一体式感测和汇流条子组件67上的感测特征92可能对高温敏感,高温可能由电池50排出的气体产生。因此,在特定实施例中,偏置构件110、112、114和/或116可以配置成阻止此类气体接触,并且潜在地损害感测部件92,从而延长蓄电池模块28的寿命。在特定实施例中,偏置构件110、112、114和/或116可以引导排出气体流向具体通风通道,从而避免接触可能受这些气体损害的任何敏感电子部件(例如,感测特征92)。
作为非限定性实例,偏置构件110、112、114和/或116可以由一个或多个聚合化学物构成并且以其他方式包括一个或多个聚合化学物,并且在特定实施例中,可以包括一种或多种填料。例如,偏置构件110、112、114和/或116可以包括以下项中的任一项或其组合:弹性体(例如,聚丁二烯)、聚烯烃(例如,聚丙烯、聚乙烯),弹性体和聚烯烃或聚芳烃等另一种聚合物的混合物(例如,聚丁二烯和聚苯乙烯的混合物,例如,耐冲性聚苯乙烯(HIPS)树脂)、聚酯(例如,可以提供耐化学性和耐应力开裂性)等。偏置构件110、112、114和/或116的填料可以包括提供结构补强和/或耐化学性的填料,例如,纤维、颗粒和类似的填料。填料可以是碳基、金属、陶瓷、硅石基玻璃、硼硅酸盐玻璃或者其他适当的填料。
偏置构件110、112、114和/或116的材料性质还可以使偏置构件110、112、114和/或116能够固持在载体102上,而不使用粘合剂或其他固定机构。但是,本公开还包括偏置构件110、112、114和/或116使用粘合剂、系紧、二次成型等固定到载体102上。根据图6中所示的实施例,偏置构件110、112、114和/或116可以使用摩擦或者干涉配合固定,其中偏置构件110、112、114和/或116包括凹口122,所述凹口配置成接纳载体102的突起124。
图7中示出了第四偏置构件116已从载体102移除的图6的展开图。如图所示,载体102包括用于第四偏置构件116的接口126,所述接口包括突起124。图示的突起124包括唇缘128,所述唇缘可以通过提供其他表面来便于将偏置构件116固持在载体102上,这些表面定向成横穿(例如,垂直)偏置构件116从载体102拉离的方向130。凹口122可以包括凹入处123,所述凹入处配置成贴合并且接纳唇缘128,从而将突起124固定到凹口122中。因此,当突起124接纳在凹口122中时,尖端边缘128可以使偏置构件116能够承受从接口126的意外移除。此外,接口126可以使得能够更简单并且更便利地组装模块28,因为偏置构件116的凹口122只需插入到突起124上方即可将偏置构件116固定到载体102上。
此外,接口126可以包括图8中所示的切出部分132。例如,切出部分132可以使得偏置构件110、112、114和/或116能够更加贴合从电池突起的特定特征。例如,特定电池可以覆盖电池套管,以使这些电池相对于没有此类套管的电池而言需要额外的空间。切出部分132提供的额外贴合度与偏置构件110、112、114和/或116相结合可以使偏置构件110、112、114和/或116能够向所有电池50施加大体相同的偏置力,无论电池高度如何(例如,从底部到顶部)以及电池50是否包括电池套管(例如,图3中的中间电池包括电池套管)。电池套管或其他此类突起可以设置在电池壳体58上方,以使电池50的高度和宽度增大。例如,电池50的包括电池套管的一个电池可以高于其余的电池50。因此,切出部分132使接口126能够贴合更大的高度,以使电池套管施加到电池的力不会损害壳体58。在特定实施例中,切出部分132具有与电池套管的增大高度对应的深度134(例如,具有电池套管的电池与不具有电池套管的电池之间的差异)。此外,切出部分132可以包括当电池套管设置在电池50上方时,与电池50的整体厚度相对应的宽度136(例如,电池壳体78和电池套管的合并厚度)。
图9示出了切出部分132以及具有电池套管133的电池50的展开图。如图示的实施例中所示,电池套管133使电池50相对于不具有电池套管133的电池50而言(例如,具有套管133的电池50的右侧和左侧的电池50),具有增大的高度137和增大的宽度138。因此,切出部分132的深度134可以对应于增大的深度137,并且切出部分132的宽度136可以对应于具有电池套管133的电池50的总宽度139,以便偏置构件110、112、114和/或116可以对具有电池套管133的电池50的额外贴合度。
一体式感测和汇流条子组件67的实施例可以包括通道140(例如,槽口、凹入处),所述通道具有壁142并且配置成接纳一个或多个偏置构件110、112、114和/或116的各部分,如图10中所示。偏置构件110、112、114和/或116可以通过摩擦配合、使用粘合剂或者它们的组合固定到通道140中。在此类实施例中,偏置构件110、112、114和/或116可以使用,例如,偏置构件116的最外表面144与通道140的壁142之间的摩擦来固持在通道140内。因此,偏置构件116以防止意外去除的方式固定到通道140中。在特定实施例中,偏置构件110、112、114和/或116的仅一部分插入通道140中,以使第二部分从通道140突起,以使偏置构件110、112、114和/或116可以向电池50施加偏置力。
此外,通道140还可以包括突起124,以使偏置构件110、112、114和/或116中的凹口122与突起124之间干涉配合,以便偏置构件110、112、114和/或116使用两个固定机构(例如,通道表面与偏置构件的最外表面之间的摩擦,以及偏置构件凹口与突起表面和/或唇缘之间的摩擦)固持在载体102上。在采用通道140的实施例中,通道140的深度可以取决于偏置构件110、112、114和/或116的大小,以及即将施加到电池50的偏置力。例如,通道140在需要较大的偏置力时相对较浅。相反,通道140在需要较小的偏置力时相对较深。
当偏置构件110、112、114和/或116固定到载体102上时,偏置构件110、112、114和/或116可以向电池50施加偏置力,以减少蓄电池模块28中的电池50的移动。图11示出了设置在电池50的顶部70上的偏置构件110和112的顶视图。如图示的实施例中所示,偏置构件110和112设置成电池通风孔72位于偏置构件110和112之间。因此,偏置构件110和112不影响(例如,物理干预)通风孔布置。在特定实施例中,偏置构件110和112可以设置在电池端子56之间。在其他实施例中,偏置构件110和112可以设置成使电池端子56位于偏置构件110和112之间。在其他进一步实施例中,偏置构件110和112可以设置成使电池端子56位于偏置构件110和112之间。
根据本公开的一个方面,偏置构件110、112、114和/或116与一体式感测和汇流条子组件67相组合,可提供一定程度的压缩,该等压缩足以减少或者共同消除额外的压缩机构的需要。此类额外压缩机构通常包括可执行压缩机构,例如使用螺纹接头的压缩机构、曲柄机构、移动式压缩板等。此类额外的压缩机构可能较为昂贵并且难以实施到蓄电池模块28中。相反,根据本公开的特定实施例的蓄电池模块只能使用载体102、偏置构件110、112、114和/或116提供的压缩以及电池50在操作期间的膨胀。图12中示出了具有本公开的偏置特征的完全组装版蓄电池模块28的一个实施例。应认识到,当如图所示大体上组装时,蓄电池模块28不包括可执行压缩机构。
鉴于以上内容,应认识到,一个或多个所公开的实施例本身或组合在一起可以用于提供减少蓄电池模块内的电池的移动的技术效果,从而增强电池及其相关接头的结构整体性。例如,在一个方面,现在认识到,如果未使用可执行压缩机构固定,蓄电池模块中的电池可以在使用蓄电池模块期间移动。现在还认识到,此类移动可能导致电池及其相关电气接头退化,降低可靠性并且/或者缩短蓄电池模块的寿命。为缓解这些不想要的效果并且提供其他优势和技术效果,本公开使用设置在一体式感测和汇流条子组件上的偏置构件来使电池向内朝向模块外壳偏置,例如,朝向设置在外壳内的传热层偏置。所述偏置还使得能够增强电池与模块外壳的特定冷却特征之间的传热,并且可以促进使用模块的被动冷却而不是主动冷却。本说明书中的技术效果和技术问题是示例性而非限定性的。应了解,本说明书中所述的实施例可以具有其他技术效果并且可以解决其他技术问题。
上文已经以实例方式描述了上述具体实施例,但是应了解,这些实施例可以进行各种修改和替代。应进一步了解,权利要求书并非旨在限于所公开的特定形式,而是涵盖属于本公开的精神和范围内的所有修改、等效物和额外物。
Claims (24)
1.一种蓄电池模块,包括:
外壳;
设置在所述外壳的插座区域中的电池组,所述电池组中的每个电池均具有包括电池端子的顶部以及与所述顶部相对的底部,其中所述电池组设置成使每个电池的所述顶部向外背离所述插座区域;以及
一体式感测和汇流条子组件,所述一体式感测和汇流条子组件抵靠所述电池组设置,其中所述一体式感测和汇流条子组件包括载体、集成到所述载体上的汇流条以及集成到所述载体上的偏置构件;
其中所述汇流条配置成以电气布置电连接所述电池组中的电池;并且
其中所述偏置构件定位在所述电池组中的每个电池的顶部与所述载体之间,其中所述偏置构件包括第一材料,所述第一材料的相容性高于所述载体的第二材料的相容性,并且所述偏置构件使所述电池组向内朝向所述外壳偏置。
2.根据权利要求1所述的蓄电池模块,其中所述偏置构件经由摩擦配合集成到所述载体上,其中所述载体的突起设置在所述偏置构件的对应凹口内。
3.根据权利要求2所述的蓄电池模块,其中所述突起包括切块,所述切块配置成容纳围绕所述电池组中的一个电池设置的电池套管。
4.根据权利要求3所述的蓄电池模块,其中所述切块包括与由所述电池套管引起的所述电池的增大高度和增大宽度相对应的深度和宽度。
5.根据权利要求3所述的蓄电池模块,其中所述电池组包括第一电池、具有所述电池套管的第二电池以及第三电池,所述第二电池设置在所述第一电池和所述第三电池之间,并且所述切块位于与突起上的与所述第二电池对应的位置处。
6.根据权利要求2所述的蓄电池模块,其中所述突起包括唇缘,所述唇缘配置成将所述偏置构件固定在所述突起上。
7.根据权利要求1所述的蓄电池模块,其中所述偏置构件经由二次成型集成到所述载体上。
8.根据权利要求1所述的蓄电池模块,其中所述偏置构件经由凹口集成到所述载体上,所述凹口设置在所述载体上并且配置成接纳所述偏置构件。
9.根据权利要求1所述的蓄电池模块,其中所述偏置构件通过粘合剂集成到所述载体上。
10.根据权利要求1所述的蓄电池模,其包括传热层,所述传热层设置在所述外壳的内表面与所述电池组中的所述电池的底部之间,其中所述传热层配置成便于从所述电池组向设置在所述外壳的外表面上的热管理特征传热,并且所述传热层包括相容材料。
11.根据权利要求10所述的蓄电池模块,其中所述传热特征包括散热器、散热片或者配置成接收热能的其他装置。
12.根据权利要求1所述的蓄电池模块,其包括额外的偏置构件,其中所述偏置构件和所述额外的偏置构件配置成邻接每个电池的所述顶部,以使每个电池的通风孔位于所述偏置构件与所述额外的偏置构件之间。
13.根据权利要求1所述的蓄电池模块,其中所述偏置构件包括介于40到60之间的邵尔A型硬度值。
14.根据权利要求1所述的蓄电池模块,其中所述偏置构件包括弹性体、聚烯烃、弹性体和另一种聚合物的混合物、聚酯或者它们的任何组合。
15.根据权利要求14所述的蓄电池模块,其中所述偏置构件进一步包括配置成提供结构补强的填料。
16.根据权利要求1所述的蓄电池模块,其中所述蓄电池模块不包括可执行压缩机构。
17.一种锂离子蓄电池模块,包括:
外壳;
设置在所述外壳的插座区域中的棱柱形电池组,所述棱柱形电池组中的每个棱柱形电池均具有包括电池端子的顶部以及与所述顶部相对的底部,其中所述棱柱形电池组设置成使每个棱柱形电池的所述顶部向外背离所述插座区域;
传热层,所述传热层定位成邻近所述外壳内的所述棱柱形电池的所述底部,并且配置成便于从所述棱柱形电池传热;以及
一体式感测和汇流条子组件,所述一体式感测和汇流条子组件抵靠所述棱柱形电池组设置并且位于所述外壳内,其中所述一体式感测和汇流条子组件包括载体、集成到所述载体上的汇流条、集成到所述载体上的第一偏置构件以及集成到所述载体上的第二偏置构件;
其中所述汇流条配置成以电气布置电连接所述棱柱形电池组中的棱柱形电池;并且
所述第一偏置构件和第二偏置构件定位在所述棱柱形电池组中的每个棱柱形电池的所述顶部与所述载体之间,其中所述第一偏置构件和第二偏置构件各自包括具有第一材料的条带,所述第一材料的相容性高于所述载体的第二材料的相容性,所述第一偏置构件和第二偏置构件使所述棱柱形电池组向内朝向所述外壳偏置,并且所述棱柱形电池组中的每个棱柱形电池的电池通风孔定位在所述第一偏置构件与第二偏置构件之间。
18.根据权利要求17所述的锂离子蓄电池模块,其中所述第一偏置构件和第二偏置构件经由摩擦配合集成到所述载体上,其中所述载体的第一突起定位在所述第一偏置构件的第一凹口内,并且所述载体的第二突起定位在所述第二偏置构件的第二凹口内。
19.根据权利要求17所述的锂离子蓄电池模块,其中所述传热层包括相容材料,并且配置成便于从所述棱柱形电池组向设置在所述外壳的外表面上的热管理特征传热,并且其中所述热管理特征包括散热器、散热片或者配置成接收热能的其他装置。
20.根据权利要求17所述的锂离子蓄电池模块,其中所述第一偏置构件和第二偏置构件中的一个或多个偏置构件包括弹性体、聚烯烃、弹性体和另一种聚合物的混合物、聚酯或者它们的任何组合。
21.一种用于锂离子蓄电池模块的一体式电压感测和汇流条子组件,所述一体式电压感测和汇流条子组件包括:
载体;
汇流条,所述汇流条集成到所述载体上,并且配置成以电气布置电连接所述电池组中的电池;以及
经由摩擦配合集成到所述载体上的第一偏置构件和第二偏置构件,其中所述载体的第一突起定位在所述第一偏置构件的第一凹口内,并且所述载体的第二突起定位在所述第二偏置构件的第二凹口内;其中所述第一偏置构件和第二偏置构件配置成定位在所述电池组中的每个电池的表面与所述载体之间,所述第一偏置构件和第二偏置构件各自具有条带,所述条带具有相容性高于所述载体的第二材料的第一材料,所述第一偏置构件和第二偏置构件使所述电池组向内朝向所述锂离子蓄电池模块的所述外壳偏置,并且所述电池组中的每个电池的电池通风孔定位在所述第一偏置构件与第二偏置构件之间。
22.根据权利要求21所述的一体式电压感测和汇流条子组件,其中所述第一偏置构件和第二偏置构件中的一个或多个偏置构件包括弹性体、聚烯烃、弹性体和另一种聚合物的混合物、聚酯或者它们的任何组合。
23.根据权利要求22所述的一体式电压感测和汇流条子组件,其中所述偏置构件进一步包括配置成提供结构补强的填料。
24.根据权利要求21所述的一体式电压感测和汇流条子组件,其包括电压感测部件,所述电压感测部件配置成测量所述汇流条的温度或电压。
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