CN107437596A - 密封的电池组设计 - Google Patents

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Abstract

一种示例性电池组，包括电池总成以及容纳该电池总成的外壳总成。外壳总成设置为将来自电池总成的至少两侧的热量驱散。

Description

密封的电池组设计
技术领域
本发明涉及用于电动车辆的电池组。示例性电池组包括外壳总成，该外壳总成具有用于将来自容纳在外壳总成侧的电池总成的一侧或多侧的热量驱散的特征。
背景技术
减少机动车燃料消耗和排放的需求是有据可查的。因此，研发了减少或完全消除对内燃发动机的依赖的机动车。电动车辆是当前为此目的研发的一种车辆。通常，电动车辆区别于传统机动车辆，因为它们选择性地被一个或多个电池供电的电机驱动。相比之下，传统机动车辆排他性地依赖内燃发动机提供动力并且推进车辆。
高压电池组通常为电动车辆的电机和其它电负载供电。电池组包括多个相互连接的电池单元，该电池单元存储用于为电负载供电的能量。电池单元在充电和放电操作过程中释放热量。在一些示例中，期望驱散来自电池组的热量以提高电池单元的容量和寿命。
发明内容
一种根据本发明示例性方面的电池组，除其它部件之外还包括电池总成以及外壳总成，该外壳总成容纳电池总成并且设置为驱散来自电池总成至少两侧的热量。
在前述电池组的另一非限制性实施例中，外壳总成包括托盘和附接到托盘的盖子。
在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，托盘包括配置为将来自电池总成的第一侧的热量驱散的第一冷却剂腔室以及配置为将来自电池总成的第二侧的热量驱散的第二冷却剂腔室。
在任意前述电池组的另一非限制性实施例中，托盘包括配置为将来自电池总成的第三侧的热量驱散的第三冷却剂腔室。
在任意前述电池组的另一非限制性实施例中，电池总成安装到外壳总成的托盘的底板。
在任意前述电池组的另一非限制性实施例中，第一热界面材料(TIM)位于电池总成和底板之间。
在任意前述电池组的另一非限制性实施例中，第二热界面材料(TIM)位于电池总成和托盘的侧壁之间。
在任意前述电池组的另一非限制性实施例中，第一冷却剂腔室位于底板和外壳总成的封闭面板(close-out panel)之间并且第二冷却腔剂室位于侧壁内。
在任意前述电池组的另一非限制性实施例中，外壳总成包括用于容纳电池总成的内部隔室和与内部隔室隔离的冷却剂腔室。
在任意前述电池组的另一非限制性实施例中，外壳总成包括铸造或者挤压的托盘以及冲压的盖子。
在任意前述电池组的另一非限制性实施例中，外壳总成包括具有底板的托盘并且电池总成定位在底板的上面。
在任意前述电池组的另一非限制性实施例中，多个集成的传热装置在与电池总成相反的方向上从底板凸出或者设置在外壳总成的中空侧壁内。
在任意前述电池组的另一非限制性实施例中，封闭面板安装在多个集成的传热装置下方。第一冷却剂腔室形成在底板和封闭面板之间。
在任意前述电池组的另一非限制性实施例中，侧壁相对于底板竖直地延伸，并且第二冷却剂腔室在侧壁内延伸。
在任意前述电池组的另一非限制性实施例中，中间梁设置在电池总成和第二电池总成之间，并且第三冷却剂腔室在中间梁内延伸。
一种根据本发明另一示例性方面的方法，除其它方法之外还包括将电池总成容纳在电池组的外壳总成内，使得外壳总成设置为促进与电池总成的至少第一侧和第二侧的热传递。
在前述方法的另一非限制性实施例中，第一侧是电池总成的底侧并且第二侧是电池总成的外侧。
在任一前述方法的又一非限制性实施例中，外壳总成设置为促进与电池总成的第三侧的热传递，并且第三侧是电池总成的内侧。
在任意前述方法的又一非限制性实施例中，该方法包括引导冷却剂通过外壳总成的第一冷却剂腔室以促进所述热传递。
在任意前述方法的又一非限制性实施例中，引导冷却剂包括传递冷却剂穿过设置在第一冷却剂腔室内的多个传热装置。
前述段落、权利要求或者下面说明书和附图的实施例、示例以及替代方案(包括任意他们的各种方面或者各个独立的特征)可以独立地或以任意组合的方式采用。对于一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非这些特征是不相容的。
本发明的各种特征和优点将从下面详细的描述中对本领域技术人员变得显而易见。伴随详细描述的附图可简要地描述如下。
附图说明
图1示意性地示出了电动车辆的动力传动系统；
图2A和2B示出了根据本发明第一实施例的电池组；
图3示出了根据本发明第二实施例的电池组；
图4示出了根据本发明第三实施例的电池组；
图5示出了根据本发明另一实施例的电池组；
图6示出了根据本发明又一实施例的电池组。
具体实施方式
本发明详细说明用于电动车辆内的各种电池组设计。示例性电池组包括容纳在外壳总成内的电池总成。在一些实施例中，外壳总成包括容纳电池总成的托盘和可安装到托盘上的盖子。在其它实施例中，外壳总成设置为驱散来自电池总成至少两侧的热量。在下面详细描述的段落中更加详细的讨论了这些以及其它特点。
图1示意性地示出了用于电动车辆12的动力传动系统10。尽管描述为混合动力电动车辆(HEV)，但是应当理解的是，本文描述的概念并不限制为HEV并且可延伸到其它电动车辆，该其它电动车辆包括但不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)、纯电动车辆(BEV)以及燃料电池车辆。
在一个非限制性实施例中，动力传动系统10是动力分配动力传动系统，该动力分配动力传动系统采用第一驱动系统和第二驱动系统。该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以及电池组24。在此示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统产生扭矩以驱动电动车辆12的车辆驱动轮28中的一组或者多组。尽管图1中描述了动力分配配置，但是本发明可延伸到任意混合动力电动车辆或者电动车辆，该任意混合动力电动车辆或者电动车辆包括全混合动力、并联式混合动力、串联式混合动力、轻度混合动力或者微混合动力。
发动机14(其在一个实施例中是内燃发动机)和发电机18可通过动力传输单元30(诸如行星齿轮组)连接。当然，包括其它齿轮组和传动装置的其它类型的动力传输单元可用于将发动机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是行星齿轮组，该行星齿轮组包括环形齿轮32、中心齿轮34以及行星齿轮架总成(carrier assembly)36。
发电机18能够通过动力传输单元30被发动机14驱动以将动能转变为电能。发电机18能够可选地起到将电能转变为动能的马达的作用，从而向连接到动力传输单元30的轴38输出扭矩。因为发电机18可操作地连接到发动机14，发动机14的速度可通过发电机18控制。
动力传输单元30的环形齿轮32可连接到轴40，该轴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可包括具有多个齿轮46的齿轮组。其它的动力传输单元也可以是适合的。齿轮46将来自发动机14的扭矩传输到差速器48以最终给车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可包括多个齿轮，该多个齿轮能够将扭矩传输到车辆驱动轮28。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以将扭矩分配到车辆驱动轮28。
也可以采用马达22，通过向轴52输出扭矩来驱动车辆驱动轮28，该轴52也连接到第二动力传输单元44。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，在该再生制动系统中，马达22和发电机18二者都可以用作马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机18每个都能将电功率输出到电池组24。
电池组24是示例性电动车辆电池。电池组24可以是包括多个电池总成25(即，电池单元的电池阵列或者电池分组)的高压牵引力电池组，该电池总成25能够输出电功率来操作马达22和/或电动车辆12的其它电力负载。其它类型的能量存储装置和/或能量输出装置也可用于为电动车辆12供电。
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可以以电动车辆(EV)模式操作，其中马达22(通常没有来自发动机14的协助)被用于车辆推进，从而消耗电池组24的荷电状态直到它的在某些驾驶模式/循环之下的最大允许放电率。EV模式是用于操作电动车辆12的电量消耗模式的示例。在EV模式期间，电池组24的荷电状态可以在一些情况下(例如由于再生制动的周期)增加。发动机14通常在默认EV模式下处于关闭状态，但是当基于车辆系统状态必须时或者当操作者允许时可以操作发动机14。
电动车辆12可附加地以混合动力电动车辆(HEV)模式操作，在HEV模式中，发动机14和马达22二者都被用于车辆推进。HEV模式是用于操作电动车辆12的电量保持模式的示例。在HEV模式期间，电动车辆12可以通过增加发动机14的推进来减少马达22的推进力使用，以便将电池组24的荷电状态保持在恒定水平或者近似恒定水平。在本发明的范围内，电动车辆12可以以除EV模式和HEV模式之外的其它操作模式操作。
图2A和2B示出了电池组24，该电池组24可以用在电动车辆内。例如，电池组24可以是图1的电动车辆12的一部分。图2A是电池组24的透视图，而图2B是示出了电池组24的内部部件的剖视图。
电池组24包括多个电池单元56(参见图2B)，该多个电池单元56存储用于为电动车辆12的各种电力负载供电的电功率。尽管图2B描述了特定数量的电池单元56，但是在本发明范围内，电池组24可采用更多或者更少数量的电池单元。换句话说，本发明不限制在图2A和2B中示出的特定结构。
电池单元56可以沿着纵轴并排堆叠，以构造一组电池单元56，有时称为“电池堆”。电池组24可包括一个或多个独立的电池单元56分组。
在非限制性实施例中，电池单元56是柱状的锂电子电池。然而，在本发明范围内，具有其他几何结构(圆柱形、袋状等)、其他化学成分(镍金属氢化物、铅酸等)或者两者的电池单元能可选地被使用。
电池单元56连同任意其它支撑结构(例如，垫片、梁、壁、板、捆绑物等)可共同地称为电池总成25。图28示出了单独的电池总成25；然而，在本发明范围内，电池组24可包括更多或者更少数量的电池总成。例如，图3-6的电池组每个都包括多个电池总成。
外壳总成60容纳电池组24的每个电池总成25。在非限制性实施例中，外壳总成60是包括托盘62和盖子64的密封外壳。盖子64附接到托盘62以包围电池组24的电池总成25和各种其它电模块66。电模块66可包括电池能量控制模块(BECM)和各种其它电子器件。
盖子64可以任意已知的方式附接到托盘62。在非限制性实施例中，盖子64使用一个或多个紧固件机械地固定到托盘62上。外壳总成60可使用垫圈或者任意其它密封机构沿着位于托盘62和盖子64相汇处的凸缘65密封。
外壳总成60可以使用材料和成形方法的组合以各种方式构造。适合的成形方法的非限制性示例包括冲压、挤压、铸造以及成型。在非限制性实施例中，托盘62是铸铝托盘并且盖子64是冲压刚盖子。然而，在本发明的范围内，材料和成形方法的其它组合也可以考虑。
电池总成25可安装到托盘62的一部分上。例如，在非限制性实施例中，电池总成25被接收抵靠/安装到托盘62的底板68上。电池总成25可安装到托盘62或盖子64二者中任意一个的任意壁或表面上。
在另一非限制性实施例中，热界面材料(TIM)75设置在电池总成25和底板68之间。TIM75保持电池总成25的电池单元56和托盘62的底板68之间的热接触并且增加在传热事件期间这些邻近部件之间的导热系数。TIM75因此促进了电池单元56(即，热源)到外壳总成60(即，散热器)的热传递。TIM75可以是任何已知的导热材料。
多个集成的传热装置70可在远离电池总成25的方向上(即，外壳总成60的外侧)从底板68凸出。集成的传热装置70可配置为散热片、散热销或者任意其它传热装置。集成的传热装置70帮助驱散从电池单元56向外壳总成60传导的热量，或者在电池单元56需要加热的情况中可促进向电池单元56增加热量。
封闭面板72可选择地在外壳总成60的与盖子64相反的一侧上固定到托盘62。在非限制性实施例中，封闭面板72在传热装置70下方的位置处安装到(例如，螺栓连接)托盘62以形成冷却剂腔室74。冷却剂腔室74在封闭面板72和托盘62的底板68之间延伸。介质(诸如空气、液体或者制冷剂)可通过冷却剂腔室74连通以驱散来自电池总成25的电池单元56的热量或者向电池总成25的电池单元56增加热量。
如示出的，外壳总成60的底板68将冷却剂腔室74与容纳了电池总成25和各种电模块66的外壳总成60的内部隔室结构上分离。此设计实质上消除了对用于将冷却剂腔室74的冷却剂与电池单元56的潜在排放气体分离的复杂内部密封结构的需要。
图2A和2B示出了用于冷却电池总成25的单一侧(例如，底侧)示例性热管理配置。然而，其它配置也是可以考虑的，其中热量可以从电池总成25的多侧被驱散。以下参考图3-6描述和示出了这种电池组设计的示例。
首先参考图3，例如，电池组124包括容纳多个电池总成125的外壳总成160。外壳总成160包括托盘162、盖子164以及封闭面板172，其每一个都是外壳总成160的分离部件。在非限制性实施例中，托盘162是由铝或者钢制成的铸造部件或者挤压部件，盖子164是由铝或者钢制成的冲压部件，并且封闭面板172是由金属或者塑料制成的冲压部件或者成型部件。
此实施例的托盘162包括具有水平延伸底板168的整体设计，该水平延伸底板168在竖直延伸侧壁167之间延伸。电池总成125定位在底板168的上面，并且侧壁167在每个电池总成125的外侧129附近延伸。托盘162设置为促进与每个电池总成125的多侧传热。例如，每个电池总成125的底侧127可以将热量释放到托盘162的底板168，并且每个电池总成125的外侧129可以将热量释放到托盘162的侧壁167的一者。TIM 175可设置在每个电池总成125和底板168之间以及电池总成125和每个侧壁167之间以将热量传导出电池总成125的电池单元156。
多个传热装置170在底板168和封闭面板172之间延伸以形成外壳总成160的第一冷却剂腔室174A。在此非限制性实施例中，传热装置170集成了托盘162的特征。封闭面板172可以螺栓连接或者其它方式固定到托盘162的每个侧壁167以形成第一冷却剂腔室174A。
在另一非限制性实施例中，托盘162的侧壁167包括一个或多个用于形成外壳总成160的第二冷却剂腔室174B和第三冷却剂腔室174C的中空部分。介质(诸如冷却剂、空气、制冷剂等)可通过每个冷却剂腔室174A、174B以及174C传输，以经由强制对流来驱散来自每个电池总成125的多侧的热量。例如，在此非限制性实施例中，热量都可以从电池总成125的底侧127以及外侧129两者被驱散。在可替选地实施例中，向这些侧面增加热量。
图4示出了另一示例性电池组224。电池组224包括容纳多个电池总成225的外壳总成260。外壳总成260包括托盘262和盖子264。然而，有别于图3的实施例，外壳总成260的封闭面板272是托盘262的集成部件而不是机械地固定到托盘262上的分离部件。因此，在此非限制性实施例中，底板268、侧壁267、传热装置270以及封闭面板272形成用于容纳和热管理电池总成225的单一整体托盘(诸如挤压托盘)。
图5示出了另一示例性电池组324。电池组324包括容纳多个电池总成325的外壳总成360。外壳总成360包括托盘362、盖子364以及封闭面板372，其可以是外壳总成360的分离部件。
此实施例的托盘362包括具有水平延伸底板368的整体设计，该水平延伸底板368在竖直的延伸侧壁367之间延伸。电池总成325定位在底板368的上面，并且侧壁367在每个电池总成325的外侧329附近延伸。托盘362设置为促进与电池总成325的多侧的热传递。例如，每个电池总成325的底侧327可将热量释放到托盘362的底板368，并且每个电池总成325的外侧329可将热量释放到托盘362的侧壁367。TIM 375可设置在每个电池总成325和底板368之间以及电池总成325和每个侧壁367之间，以将热量传导出电池总成325的电池单元356。
多个传热装置370在底板368和封闭面板372之间延伸以形成外壳总成360的第一冷却剂腔室374A。在此非限制性实施例中，传热装置370集成了托盘362的特征。封闭面板372可以螺栓连接或者其它方式固定到托盘362的每个侧壁367以形成第一冷却剂腔室374A。冷却剂可通过冷却剂腔室374A传输以经由强制对流来驱散来自每个电池总成325的底侧327的热量。在又一限制性实施例中，尽管未示出，但是类似于传热装置370的传热装置可设置在侧壁367的中空部分内。
在又一限制性实施例中，托盘362的侧壁367是实心而非中空并且因此没有形成外壳总成360的附加冷却剂腔室。热量通过传导和自然对流从电池总成325的外侧329被驱散。
图6示出了又一电池组424。电池组424包括容纳多个电池总成425的外壳总成460。外壳总成460包括托盘462、盖子464以及封闭面板472。封闭面板472可以是与托盘462的分离部件或者可选地是托盘462的集成部件。
此实施例的托盘462包括具有水平延伸底板468的整体设计，该水平延伸底板468在竖直的延伸侧壁467之间延伸。电池总成425定位在底板468的上面，并且侧壁467在每个电池总成425的外侧429附近延伸。托盘462可附加地包括定位在电池总成425之间的中间梁431。换句话说，中间梁431邻近每个电池总成425的内侧433。
托盘462设置为促进与每个电池总成425的多侧的热传递。例如，每个电池总成425的底侧427可将热量释放到托盘462的底板468，每个电池总成425的外侧429可将热量释放到托盘462的侧壁467，并且每个电池总成425的内侧433可将热量释放到托盘462的中间梁431。TIM 475可设置在每个电池总成425和底板468、侧壁467以及中间梁431之间以将热量传导出电池总成425的电池单元456。
多个传热装置470在底板468和封闭面板472之间延伸以形成外壳总成460的第一冷却剂腔室474A。在此非限制性实施例中，传热装置470集成了托盘462的特征。在另一限制性实施例中，托盘462的侧壁467包括形成了外壳总成460的第二冷却剂腔室474B和第三冷却剂腔室474C的中空部分。在又一限制性实施例中，中间梁431包括形成了外壳总成460的第四冷却剂腔室474D的至少一个中空部分。
制冷剂可通过每个冷却剂腔室474A、474B、474C以及474D传输以经由强制对流来驱散来自每个电池总成425的多侧的热量。例如，在此非限制性实施例中，热量从电池总成125的底侧427、外侧429以及内侧433被驱散。
尽管不同的非限制实施例被示出为具有特定的部件或步骤，但是本发明的实施例不限制于那些具体的组合。可能的是：将来自任意非限制性实施例的一些部件或特征与来自任意其它非限制性实施例的特征或部件结合使用。
应当理解的是，贯穿若干附图，同样的附图标记表示对应的或类似的元件。应当理解的是，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了具体的部件设置，但是其它设置也可受益于本发明的教导。
上述描述应解释为说明性的而非任何限制性意义。本领域技术人员可以理解：某些修改可以出现在本发明的范围内。由于这些原因，应当研究下面的权利要求以确定本发明的准确范围和内容。

Claims (16)

1.一种电池组，包括：
电池总成；以及
外壳总成，所述外壳总成容纳所述电池总成并且设置为将来自所述电池总成的至少两侧的热量驱散。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述外壳总成包括托盘和附接到所述托盘的盖子。
3.根据权利要求2所述的电池组，其中，所述托盘包括配置为将来自所述电池总成的第一侧的热量驱散的第一冷却剂腔室以及配置为将来自所述电池总成的第二侧的热量驱散的第二冷却剂腔室。
4.根据权利要求3所述的电池组，其中，所述托盘包括配置为将来自所述电池总成的第三侧的热量驱散的第三冷却剂腔室。
5.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述电池总成安装到所述外壳总成的托盘的底板。
6.根据权利要求5所述的电池组，包括在所述电池总成和所述底板之间的第一热界面材料(TIM)。
7.根据权利要求6所述的电池组，包括在所述电池总成和所述托盘的侧壁之间的第二热界面材料(TIM)。
8.根据权利要求7所述的电池组，包括在所述底板和所述外壳总成的封闭面板之间的第一冷却剂腔室以及在所述侧壁内的第二冷却剂腔室。
9.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述外壳总成包括用于容纳所述电池总成的内部隔室以及与所述内部隔室隔离的冷却剂腔室。
10.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述外壳总成包括铸造或者挤压的托盘以及冲压的盖子。
11.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述外壳总成包括具有底板的托盘并且所述电池总成定位在所述底板的上面。
12.根据权利要求11所述的电池组，包括多个集成的传热装置，所述多个集成的传热装置在与所述电池总成相反的方向上从所述底板凸出或者设置在所述外壳总成的中空侧壁内。
13.根据权利要求12所述的电池组，包括安装在所述多个集成的传热装置下方的封闭面板，并且其中第一冷却剂腔室形成在所述底板和所述封闭面板之间。
14.根据权利要求13所述的电池组，包括侧壁，所述侧壁相对于所述底板竖直地延伸，并且第二冷却剂腔室在所述侧壁内延伸。
15.根据权利要求14所述的电池组，包括设置在所述电池总成和第二电池总成之间的中间梁，并且第三冷却剂腔室在所述中间梁内延伸。
16.一种方法，包括：
将电池总成容纳在电池组的外壳总成内，使得所述外壳总成设置为促进与所述电池总成的至少第一侧和第二侧的热传递。
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