CN107689434A - 空间高效的电池组设计 - Google Patents

Abstract

一种电池组包括：第一侧面定向电池总成、第二侧面定向电池总成、以及布置在第一侧面定向电池总成和第二侧面定向电池总成之间的排气室。因此，第一和第二侧面定向电池总成布置为共享公共排气室。第一和第二侧面定向电池总成之一可以额外地与第三侧面定向电池总成共享公共热交换器装置。

Description

空间高效的电池组设计

技术领域

本公开涉及用于电动车辆的电池组。示例性的电池组包括共享公共排气室的侧面定向的电池总成。

背景技术

减少机动车燃料消耗和排放的需求有据可查。因此，正在开发减少或完全消除依赖内燃发动机的车辆。电动车辆是目前为此开发的一种车辆类型。一般来说，电动车辆与传统机动车辆不同，因为它们由一个或多个电池供能的电机来选择性地驱动。相比之下，传统的机动车辆仅依赖内燃发动机来供能和推进车辆。

高压牵引电池组通常为电动车辆的电机和其他电负载供能。电池组包括多个互连的电池单元，其存储用于为这些电负载供能的能量。车辆内可用于容纳电池组的空间经常是有限的。因此，空间高效的电池组设计是有需求的。

发明内容

一种根据本公开的示例性方面的电池组，除其他外包括：第一侧面定向电池总成、第二侧面定向电池总成、以及布置在第一侧面定向电池总成和第二侧面定向电池总成之间的排气室。

在上述电池组的另一非限制性实施例中，第一侧面定向电池总成和第二侧面定向电池总成各自包括多个电池单元。

在上述任一电池组的另一非限制性实施例中，多个电池单元布置为使得沿着多个电池单元的X轴延伸的第一尺寸小于沿着多个电池单元的Z轴延伸的第二尺寸。

在上述任意电池组的另一非限制性实施例中，第一侧面定向电池总成和第二侧面定向电池总成的竖直方向大于水平方向。

在上述任意电池组的另一非限制性实施例中，第一侧面定向电池总成的第一电池单元的第一排气装置朝向第二侧面定向电池总成的第二电池单元的第二排气装置，使得第一排气装置和第二排气装置都与排气室相流体连通。

在上述任意电池组的另一非限制性实施例中，排气室为由顶板、底板、和两个端板构成的封闭空间。

在上述任意电池组的另一非限制性实施例中，顶板、底板、或两个端板中的至少一个抵靠在凸缘条上。

在上述任意电池组的另一非限制性实施例中，顶板、底板、或两个端板中的至少一个抵靠在间隔件的突片构成的凸缘上。

在上述任意电池组的另一非限制性实施例中，顶板、底板、或两个端板中的至少一个抵靠在侧梁的臂构成的凸缘上。

在上述任意电池组的另一非限制性实施例中，排气管连接到顶板、底板、或两个端板中的至少一个。

在上述任意电池组的另一非限制性实施例中，第一侧面定向电池总成包括第一热交换器装置，并且第二侧面定向电池总成包括第二热交换器装置。

在上述任意电池组的另一非限制性实施例中，热交换器装置轴向位于第一侧面定向电池总成和第二侧面定向电池总成二者之一与第三侧面定向电池总成之间。

在上述任意电池组的另一非限制性实施例中，热交换器装置包括至少一个冷却剂通道。

在上述任意电池组的另一非限制性实施例中，热交换器装置构成电池组的外壁。

在上述任意电池组的另一非限制性实施例中，热交换器装置构成电池组的内部屏障。

一种根据本公开另一示例性方面的方法，除其他外包括：相对于电池组的第二侧面定向电池总成布置第一侧面定向电池总成，使得第一和第二侧面定向电池总成共享公共排气室。

在上述方法的另一非限制性实施例中，布置包括使第一侧面定向电池总成的第一电池单元的第一排气装置朝向第二侧面定向电池总成的第二电池单元的第二排气装置。

在上述任一方法的另一非限制性实施例中，布置包括定位热交换器装置以构造电池组的外壁。

在上述任意方法的另一非限制性实施例中，布置包括定位热交换器装置以构造电池组的内部屏障。

在上述任意方法的另一非限制性实施例中，第一侧面定向电池总成和第二侧面定向电池总成包括多个电池单元，并且该方法包括布置多个电池单元，使得沿着多个电池单元的X轴延伸的第一尺寸小于沿着多个电池单元的Z轴延伸的第二尺寸。

上述段落、权利要求，或以下描述和附图中的实施例、示例、和替代方案，包括它们的各个方面或相应的个体特征中的任何一个，可以独立地或以任何组合来实现。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非这些特征不兼容。

通过以下详细描述，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。伴随详细描述的附图可以简要描述如下。

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2示出了具有空间高效设计的电池组；

图3示出了图2电池组的附加特征；

图4示出了电池组排气室的配置；

图5示出了电池组排气室的另一配置；

图6示出了具有空间高效设计的另一示例性电池组。

具体实施方式

本公开详细描述了在电动车辆内使用的各种电池组设计。示例性电池组包括第一和第二侧面定向电池总成。第一和第二侧面定向电池总成可为构造空间高效的封装设计而布置为共享公共排气室。这些和其他特征将在该详细描述的以下段落中更详细地讨论。

图1示意性地示出了电动车辆12的动力传动系统10。尽管被描述为混合动力电动车辆(hybrid electric vehicle，HEV)，但是应当理解，本文描述的概念不限于HEV，并且可以扩展到其他电动车辆，包括但不限于插电式混合动力电动车(plug-in hybrid electricvehicles，PHEV)、电池电动车(battery electric vehicles，BEV)、和燃料电池车。

在一个非限制性实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的功率分流(power-split)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、和电池组24。在该示例中，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产生扭矩以驱动电动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管图1中描绘了功率分流配置，本发明可延伸到包括全混合动力车辆、并联混合动力车辆、串联混合动力车辆、轻度混合动力车辆、或微混合动力车辆的任何混合动力或电动车辆。

在一个实施例中，发动机14是内燃发动机，并且发电机18可以通过诸如行星齿轮组的动力传递单元30连接。当然，也可以使用包括其他齿轮组和传动装置的其它类型的动力传递单元将发动机14连接到发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传递单元30是包括齿圈32、中心齿轮34、和行星齿轮架组件36的行星齿轮组。

可以由发动机14通过动力传递单元30驱动发电机18，以将动能转换成电能。发电机18可以替代地用作马达，以将电能转换成动能，从而输出扭矩到连接到动力传递单元30的轴38。因为发电机18可操作地连接到发动机14，发电机18可以控制发动机14的速度。

动力传递单元30的齿圈32可以连接到轴40，轴40通过第二动力传递单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传递单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递单元也可以是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48，以最终为车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括多个能够将扭矩传递到车辆驱动轮28的齿轮。在一个实施例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械联结到轮轴50，以将扭矩分配到车辆驱动轮28。

马达22还可以用于通过向也连接到第二动力传递单元44的轴52输出扭矩来驱动车辆驱动轮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，其中马达22和发电机18均可用作马达以输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自向电池组24输出电力。

电池组24是示例性的电动车辆电池。电池组24可以是高压牵引电池组，其包括能够输出电力来操作电动车辆12的马达22和/或其他电负载的多个电池总成25(即，电池阵列或电池单元组)。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可用于对电动车辆12供电。

在一个非限制性实施例中，电动车辆12具有两种基本工作模式。电动车辆12可以在电动车辆(Electric Vehicle，EV)模式下工作，其中使用马达22(通常没有发动机14协助)用于车辆推进，从而将电池组24的充电状态消耗到特定驱动模式/周期下其最大允许放电率。EV模式是电动车辆12的电荷消耗工作模式的示例。在EV模式期间，电池组24的荷电状态在特定情况下(例如由于再生制动的周期)可能增加。发动机14在默认EV模式下通常关闭，但是必要时可以根据车辆系统状态或操作者允许的方式来工作。

电动车辆12还可以以混合动力(HEV)模式下工作，其中发动机14和马达22都用于车辆推进。HEV模式是电动车辆12的电荷维持工作模式的示例。在HEV模式期间，电动车辆12可以减少使用马达22的推进，以便于通过增加发动机14的推进来将电池组24的荷电状态保持在恒定或近似恒定的水平。在本公开的范围内，除了在EV和HEV模式之外，电动车辆12可以以其他工作模式工作。

图2和图3示出了可以在电动车辆内使用的电池组24。例如，电池组24可以是图1的电动车辆12的一部分。

电池组24包括第一电池总成25A和与第一电池总成25A相邻布置的第二电池总成25B。每个电池总成25A，25B包括存储用于为电动车辆12的各种电负载供能的电力的多个电池单元56。尽管图2中描绘了特定数量的电池单元56，但是在本公开的范围内电池组24可以使用更多或更少数量的电池单元。换言之，本公开不限于图2和图3所示的具体配置。

每个电池总成25A，25B的电池单元56可以沿着纵向轴线并排堆叠，以构成电池单元56的组，有时称为“电池堆”。电池组24可以包括两个或多个单独的电池单元56的组。

在非限制性实施例中，电池单元56是棱柱形的锂离子电池。然而，在本公开的范围内，可替代地使用具有其他几何形状(圆柱形、袋形等)、其他化学物质(镍金属氢化物、铅酸等)、或同时具有二者的电池单元。

电池单元56以及任何其它支撑结构(例如，间隔件、导轨、壁、板、连接件等)可统称为电池总成。图2和图3中示出了两个电池总成25A、25B；然而，在本公开的范围内电池组24可以包括更多数量的电池总成。

由于第一和第二电池总成25A，25B在其侧面定向而非底部，它们被认为是“侧面定向电池总成”。在这种结构中，例如，沿每个电池总成25A、25B的电池单元56的X轴(即水平轴)延伸的尺寸D1小于沿电池单元56(参见图2)的Z轴(即竖直轴)延伸的尺寸D2。因此，在该非限制性实施例中，第一和第二电池总成25A，25B在竖直方向上比在水平方向上大。该配置允许电池组24高效地封装到具有足够的竖直空间但可能在水平方向上受限的车辆空间中。

第一和第二电池总成25A、25B两者的电池单元56可以各自包括通向公用或共享排气室60的一个或多个排气装置58。在非限制性实施例中，由于这些总成的侧面定向性质，第一电池总成25A的电池单元56的排气装置58面对第二电池总成25B的电池单元56的排气装置58。在该非限制性实施例中，排气室60轴向位于第一和第二电池总成25A、25B之间。

在某些电池单元排放事件期间，排气装置58可以从电池单元56排出电池排放副产物62，例如气体或其他副产物。例如，在电池单元56的过热或过充电状态期间或在其它电池单元条件期间可能发生电池排放事件。

排气室60由连接到第一和第二电池总成25A、25B的多个板构成。例如，排气室可以包括顶板64、底板66、和两个端板68。顶板64和底板66在图2中最佳地示出，而一个端板68在图3中示出。另一端板68位于电池组24的相对端，因此在示例性附图中未示出。顶板64、底板66、和端板68一起构造用于捕获电池排放副产物62的封闭空间。电池排放副产物62可以通过排气管70从排气室60排出到电池组24外的位置。在非限制性实施例中，排气管70连接到端板68中的一个或两个(参见例如图3)。然而，排气管70可以在其他位置连接到排气室60。

顶板64、底板66、和端板68可以使用各种技术相对于第一和第二电池总成25A、25B定位。在一非限制性实施例中，凸缘条72跨越每个电池总成25A、25B的电池单元56而附接(参见例如图2和图3)。顶板64和底板66抵靠在凸缘条72上，使得它们与电池总成25A、25B的外表面相齐平。端板68可以以类似的方式定位。

在另一非限制性实施例中，如图4所示，每个电池总成25A、25B的相邻电池单元56由间隔件74隔开。每个间隔件74包括超过相邻电池单元56的边缘而延伸的突片76。突片76构造用于容纳板的凸缘78。例如，顶板64和底板66可以抵靠在凸缘78上。

在如图5所示的另一个非限制性实施例中，每个电池总成25A、25B包括侧梁80。侧梁80包括延伸进入排气室60的臂82。臂82卡住板(图5仅示出了顶板64)。

再次参考图2和图3，第一和第二电池总成25A，25B中的每一个另外包括有时可以称为冷板的热交换器装置84。热交换器装置84位于它们各自的电池总成25A、25B上与排气室60相对的一侧。

热交换器装置84提供多种功能。热交换器装置84的第一功能是对电池总成25A，25B的电池单元56进行热管理。例如，在充电操作、放电操作、极端环境条件或其他条件期间，电池单元56可以产生和释放热量。通常期望从电池组24去除热量以提高电池单元56的性能和寿命。热交换器装置84配置为引导出电池总成25A、25B的电池单元56的热量。换言之，热交换器装置84用作散热器以从热源(即，电池单元56)去除热量。可替代地，热交换器装置84可用于(例如在极冷的环境条件期间)加热电池单元56。在另一个非限制性实施例中，热交换器装置84可以配置为具有一个或多个用于连通诸如冷却剂、空气、或制冷剂的介质的冷却剂通道，以从电池总成25A、25B散热。

热交换器装置84还可以用于产生电池组24的屏障或壁。例如，热交换器装置84可以充当电池组24的外壁，或作为电池组24内的第一或第二电池总成25A、25B与附加电池总成之间的屏障。在所示实施例中，热交换器装置84布置为外壳总成86的外侧壁，外壳总成86还包括盖88和基座90(参见例如图3)。尽管未示出，盖88和基座90也可以配置为具有一个或多个用于连通诸如冷却剂、空气、或制冷剂的介质的冷却剂通道，以从电池总成25A、25B散热。

图6示出了展示空间高效封装设计的另一示例性电池组124。电池组124包括共享公共热交换器装置184的第一电池总成125A和第二电池总成125B。热交换器装置184轴向设置在第一电池总成125A和第二电池总成125B之间。

第一和第二电池总成125A，125B是侧面定向总成，每个总成包括多个电池单元156。电池单元156可各自包括一个或多个排气装置158。在该非限制性实施例中，第一电池总成125A的电池单元156的排气装置158面向远离第二电池总成125B的电池单元156的排气装置158的方向。

示例性热交换器装置184配置为导出电池总成125A、125B的电池单元156的热量。在非限制性实施例中，热交换器装置184包括一个或多个从其延伸的冷却剂通道192。可以通过每个冷却剂通道192传递诸如冷却剂、空气、或制冷剂的介质，以通过强制对流为第一电池总成125A和第二电池总成125B二者散热。

在另一个非限制性实施例中，图6的电池组124可以与图2至5的电池组24组合使用，以提供可缩放的设计。多电池组24和电池组124可以在单个总成内一起堆叠，以提供两个或多个电池总成共用排气室和热交换器装置的空间高效设计。

本公开的电池组展示高效空间封装设计。高效空间封装设计是通过布置电池总成的封装来实现的，使得总成共享公共排气室或公共热交换器装置。

虽然不同的非限制性实施例被示出为具有特定的组件或步骤，但是本公开的实施例不限于那些特定的组合。可以将任何非限制性实施例中的一些组件或特征，与来自任何其他非限制性实施例的特征或组件结合使用。

应当理解，在几个附图中相同的附图标记表示相应的或类似的元件。应当理解，尽管在这些示例性实施例中公开并示出了特定组件布置，但是本公开的教导也可以使其它布置受益。

前述描述应被解释为说明性的而不是任何限制性的。本领域普通技术人员将理解，某些修改可能落入本公开的范围内。出于这些原因，应研究以下权利要求以确定本公开的真实范围和内容。

Claims (15)

1.一种电池组，包括：

第一侧面定向电池总成；

第二侧面定向电池总成；以及

布置在所述第一侧面定向电池总成和所述第二侧面定向电池总成之间的排气室。

2.如权利要求1所述的电池组，其中所述第一侧面定向电池总成和所述第二侧面定向电池总成各自包括多个电池单元，并且可选地，其中所述多个电池单元布置为使得沿着所述多个电池单元的X轴延伸的第一尺寸小于沿着所述多个电池单元的Z轴延伸的第二尺寸。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其中所述第一侧面定向电池总成和所述第二侧面定向电池总成的竖直方向大于水平方向。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其中所述第一侧面定向电池总成的第一电池单元的第一排气装置朝向所述第二侧面定向电池总成的第二电池单元的第二排气装置，使得所述第一排气装置和所述第二排气装置都与所述排气室相流体连通。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其中所述排气室为由顶板、底板、和两个端板构成的封闭空间，并且可选地，其中所述顶板、所述底板、或所述两个端板中的至少一个抵靠在凸缘条上。

6.如权利要求5所述的电池组，其中所述顶板、所述底板、或所述两个端板中的至少一个抵靠在间隔件的突片、或侧梁的臂构成的凸缘上。

7.如权利要求5所述的电池组，包括连接到所述顶板、所述底板、或所述两个端板中的至少一个的排气管。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其中所述第一侧面定向电池总成包括第一热交换器装置，并且所述第二侧面定向电池总成包括第二热交换器装置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，包括轴向位于所述第一侧面定向电池总成和所述第二侧面定向电池总成二者之一与第三侧面定向电池总成之间的热交换器装置，并且可选地，其中所述热交换器装置包括至少一个冷却剂通道。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，包括构成所述电池组的外壁或所述电池组的内部屏障的热交换器装置。

11.一种方法，包括：

相对于电池组的第二侧面定向电池总成布置第一侧面定向电池总成，使得所述第一和第二侧面定向电池总成共享公共排气室。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述布置包括使所述第一侧面定向电池总成的第一电池单元的第一排气装置朝向所述第二侧面定向电池总成的第二电池单元的第二排气装置。

13.如权利要求11或12所述的方法，其中所述布置包括定位热交换器装置以构造所述电池组的外壁。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中所述布置包括定位热交换器装置以构造所述电池组的内部屏障。

15.根据权利要求11-14中任一项所述的方法，其中所述第一侧面定向电池总成和所述第二侧面定向电池总成包括多个电池单元，并且该方法包括：

布置所述多个电池单元，使得沿着所述多个电池单元的X轴延伸的第一尺寸小于沿着所述多个电池单元的Z轴延伸的第二尺寸。