CN108116213A - 具有集成紧固件壳体的电池组阵列框架 - Google Patents

Abstract

一种电池组包括：支撑结构、包括紧固件壳体的阵列框架以及通过紧固件壳体接收的用于将阵列框架安装到支撑结构的紧固件。阵列框架可以使用自上而下的方式安装到支撑结构，该安装包括通过阵列框架的紧固件壳体插入紧固件。

Description

具有集成紧固件壳体的电池组阵列框架

技术领域

本发明涉及用于电动车辆的电池组。示例性电池组包括具有紧固件壳体的阵列框架。紧固件壳体被配置为接收用于将阵列框架安装到电池组的支撑结构上的紧固件。

背景技术

已有充分证据证明对于减少机动车燃料消耗和排放的需求。因此，正在开发减少或完全消除对内燃机的依赖的车辆。目前正在为此目的开发电动车辆。通常，电动车辆与传统的机动车辆不同，因为它们被一个或多个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靠内燃机来驱动车辆。

高压电池组通常为电动车辆的电机和其它电负载供电。电池组包括存储为这些电力负载供电的能量的多个电池单元。电池单元通常使用各种支撑结构(诸如框架、间隔件、导轨、壁、板、绑定件等)一起封装在一个或多个总成中。车辆内通常有有限的可用空间来容纳电池组。因此，在这个技术领域中需要高效的空间设计。

发明内容

一种根据本发明的示例性方面的电池组除其它部件之外还包括支撑结构、包括紧固件壳体的阵列框架以及通过紧固件壳体接收的用于将阵列框架安装到支撑结构的紧固件。

在前述电池组的另一非限制性实施例中，电池单元被容纳在阵列框架的槽内。

在前述电池组的两者之一的另一非限制性实施例中，支撑结构是外壳总成的托盘。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，第二阵列框架被连接到阵列框架。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，第二阵列框架包括与紧固件壳体不同配置的第二紧固件壳体。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，第二阵列框架包括与紧固件壳体相同配置的第二紧固件壳体。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，紧固件壳体包括第一开口和第二开口。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，第一开口被配置为接收杆并且第二开口被配置为接收紧固件。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，第一开口沿着第一轴线延伸并且第二开口沿着第二轴线延伸，并且第一轴线垂直于第二轴线。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，阵列框架沿着纵向轴线设置，并且第一轴线和第二轴线两者都垂直于纵向轴线。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，阵列框架包括顶壁、底壁、以及在顶壁和底壁之间延伸的框架臂。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，紧固件壳体设置在框架臂和底壁之间的连接处。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，紧固件壳体设置在框架臂和顶壁之间的连接处。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，紧固件壳体设置在阵列框架的顶部附近，并且第二紧固件壳体设置在阵列框架的底部附近。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，紧固件壳体被嵌套在邻近阵列框架的紧固件壳体之间。

一种根据本发明的另一示例性方面的方法除其它之外还包括：相对于电池组的支撑结构来定位阵列框架，以及使用自上而下的方式将阵列框架安装到支撑结构。安装阵列框架包括通过阵列框架的紧固件壳体插入紧固件。

在前述方法的另一非限制性实施例中，紧固件壳体包括第一开口和第二开口，并且安装阵列框架包括通过第二开口插入紧固件。

在前述方法的两者之一的另一非限制性实施例中，安装阵列框架包括通过第一开口插入杆。

在任一前述方法的另一非限制性实施例中，使用自上而下的方式包括沿着从紧固件壳体的顶壁朝向紧固件壳体的底壁延伸的方向移动紧固件。

在任一前述方法的另一非限制性实施例中，支撑结构是电池组的外壳总成的托盘。

前述段落、权利要求或下面的描述以及附图中的实施例、示例以及替代方案，包括它们的各个方面或各个独立的特征中的任意一个，可独立地或以任何组合的方式实现。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非这种特征是不相容的。

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的技术人员变得显而易见。伴随详细描述的附图可简要的描述如下。

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示出了电动车辆的电池组；

图3示出了根据本发明的第一实施例的阵列框架；

图4示出了堆叠在一起以构建电池总成的多个阵列框架；

图5是描绘了电池组的部分的横截面图；

图6示出了根据本发明的第二实施例的阵列框架；

图7示出了根据本发明的第三实施例的阵列框架；

图8示出了另一电池组的部分。

具体实施方式

本发明详述了用于电动车辆内的各种电池组设计。示例性电池组包括支撑结构和安装到支撑结构的阵列框架。阵列框架包括配置为接收紧固件的紧固件壳体。紧固件可以使用自上而下的方式被插入穿过紧固件壳体以将阵列框架安装到支撑结构。在此详细描述的以下段落中将更详细地讨论这些和其它特征。

图1示意性地示出了用于电动车辆12的动力传动系统10。虽然被描绘为混合动力电动车辆(HEV)，但是应当理解的是，本文描述的概念不局限于HEV并可以延伸到其它电动车辆，包括但不限于，插电式混合动力电动车辆(PHEV)、电池电动车辆(BEV)、燃料电池车辆等。

在非限制性实施例中，动力传动系统10是采用第一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以及电池组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中描绘了动力分配配置，但是本发明延伸到包括全混合动力、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的任何混合动力车辆或电动车辆。

发动机14(该发动机14可以是内燃机)和发电机18可以通过诸如行星齿轮组的动力传输单元30连接。当然，其它类型的动力传输单元(包括其它齿轮组和变速器)可以用于将发动机14连接到发电机18。在非限制性实施例中，动力传输单元30是行星齿轮组，其包括环形齿轮32、中心齿轮34以及行星齿轮架总成36。

发电机18可以由发动机14通过动力传输单元30驱动以将动能转化为电能。发电机18可替代地用作马达以将电能转换成动能，由此将扭矩输出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的速度可以由发电机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。其它动力传输单元也可以是适合的。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可以包括多个齿轮，其能够将扭矩传输到车辆驱动轮28。在非限制性实施例中，第二动力传输单元44通过差速器48机械地连接到车轴50以将扭矩分配到车辆驱动轮28。

马达22也可以被用于通过将扭矩输出到同样连接到第二动力传输单元44的轴52来驱动车辆驱动轮28。在非限制性实施例中，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18两者都可以用作马达来输出转矩。例如，马达22和发电机18可以分别向电池组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以操作电动车辆12的马达22、发电机18和/或其它电力负载的多个电池总成25(即，电池阵列或电池单元的分组)。也可以使用其它类型的能量存储装置和/或输出装置来为电动车辆12供电。

在非限制性实施例中，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)模式运行，其中马达22(通常在没有来自发动机14的帮助的情况下)用于车辆推进，由此消耗电池组24的荷电状态直至其在某些驱动模式/循环下的最大允许放电率。EV模式是用于电动车辆12运行的电量消耗模式的示例。在EV模式期间，电池组24的荷电状态在一些情况下(例如由于再生制动的时期)可以增加。发动机14通常在默认EV模式下是关闭(OFF)的，但是可以基于车辆系统状态或者根据操作者的许可而根据需要进行操作。

电动车辆12另外可以在混合动力(HEV)模式下运行，其中发动机14和马达22都用于车辆推进。HEV模式是用于电动车辆12运行的电量维持模式的示例。在HEV模式期间，电动车辆12可以减少马达22的推进使用，以便通过增加发动机14的推进力而将电池组24的荷电状态保持在恒定或近似恒定的水平。在本发明的范围内，除了EV和HEV模式之外，电动车辆12还可以以其它操作模式运行。

图2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。图2是电池组24的透视图，并且其外部部件(例如外壳总成60)以虚线示出以便更好地说明电池组24的内部部件。

电池组24包括多个电池单元56，该电池单元56存储用于为电动车辆12的各种电负载供电的电力。尽管在图2中描绘了特定数量的电池单元56，但是在本发明的范围内，电池组24可以采用更多或者更少数量的电池单元。换言之，本发明不限于图2中所示的配置。

电池单元56可以并排堆叠以构建电池单元56的分组，有时被称为“电池堆”。电池组24可以包括一个或多个单独分组的电池单元56。电池单元56可以包括任何几何形状(棱柱形、圆柱形、袋形等)和任何化学组成(锂离子、镍金属氢化物、铅酸等)。

电池单元56连同任何支撑结构(例如，框架、间隔件、导轨、壁、板、绑定件等)可统称为电池总成25。电池单元56通过多个阵列框架58相对于彼此保持。尽管图2的电池组24被描绘为具有单个电池总成25，但是在本发明的范围内，电池组24可以包括更多数量的电池总成。另外，尽管描绘为在电池组24内部纵向延伸，但是电池总成25也可替选地设置为在电池组24内水平延伸。

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64的密封外壳。盖64固定到托盘62以封闭并密封电池组24的电池总成25。

图3、4以及5示出了图2的电池总成25的示例性阵列框架58。阵列框架58包括沿纵向轴线A设置的框架主体66。框架主体66包括顶壁68、底壁70以及连接在顶壁68和底壁70之间的框架臂72。在非限制性实施例中，框架臂72设置在顶壁68和底壁70的纵向范围内。顶壁68、底壁70以及框架臂72围绕穿过框架主体66形成的开口74而建立周界。在非限制性实施例中，顶壁68和底壁70水平地并且平行于纵向轴线A延伸，并且框架臂72垂直地并且横向于纵向轴线A延伸。

阵列框架58的框架主体66可以是整体的塑料结构。在非限制性实施例中，顶壁68、底壁70以及框架臂72被模制、铸造、加工或以其它方式制造以形成整体结构。

框架主体66的每个相对侧包括槽75。尽管未示出，但是可以将翅片结构定位在开口74内以将槽75彼此分离。槽75可以被定尺寸和定形状为接收电池单元(例如参见图2和图5的特征56)。阵列框架58可以容纳一个或两个电池单元，其中每个槽75能够接收单个电池单元。在非限制性实施例中，电池单元56是用于高电压电池总成的袋式电池。合适的袋式电池单元的非限制性实例是锂离子聚合物电池。然而，在本发明的范围内也可以设想其它类型的电池单元。

多个保持特征76可以集成到顶壁68、底壁70和/或框架臂72中，以将阵列框架58连接到相邻的阵列框架。保持特征76可以接合相邻阵列框架的相应保持特征以创建电池总成。应该理解的是，本发明的电池总成不限于任何特定数量的阵列框架或电池单元。

阵列框架58可另外包括一个或多个紧固件壳体78。紧固件壳体78是阵列框架58的框架主体66的集成特征。紧固件壳体78可以从框架臂72沿远离框架主体66的中心的方向突出。在第一非限制性实施例中，紧固件壳体78设置在框架臂72的底部(例如，在框架臂72与底壁70之间的接合处附近)。

每个紧固件壳体78包括第一开口80和第二开口82。第一开口80通过紧固件壳体78延伸。例如，第一开口80可以沿着轴线B在紧固件壳体78的相对的侧壁84、86之间延伸。在非限制性实施例中，轴线B垂直于纵向轴线A。第一开口80被配置为接收杆88(例如参见图4和5)。

第二开口82也通过紧固件壳体78延伸，并且可以沿紧固件壳体78的顶壁90和底壁92之间的轴线C延伸。在非限制性实施例中，轴线C垂直于纵向轴线A和轴线B两者并且平行于框架臂72垂直延伸。第二开口82被配置为接收用于将阵列框架58安装到支撑结构的紧固件98(例如参见图5)。

在另一非限制性实施例中，阵列框架58包括第二紧固件壳体94，第二紧固件壳体94在与紧固件壳体78相对的端部处从框架臂58突出。第二紧固件壳体94包括用于接收另一杆88的单个开口95。然而，在该非限制性实施例中，第二紧固件壳体94缺少用于接收将阵列框架58安装到支撑结构的紧固件的附加开口。

现主要参考图4，多个阵列框架58可以并排堆叠以创建电池总成25(为了清楚起见未示出总成的电池单元)。在该非限制性实施例中，阵列框架58的分组中仅一个框架包括具有第一开口80和第二开口82两者的紧固件壳体78。其余的阵列框架58可以仅包括第二紧固件壳体94(即，仅被配置为接收杆88)。可以仅需要在电池总成25需要紧固的位置处设置紧固件壳体78。

还设想了其它配置，包括其中总成的每个阵列框架58包括至少一个紧固件壳体78的配置。电池总成25的紧固件壳体78的总量和位置将取决于许多设计因素，包括但不限于电池壳体25的总体长度。

图5示出了包括至少一个阵列框架58的电池组24的一部分，阵列框架58包括紧固件壳体78。阵列框架58可以相对于电池组24的支撑结构96定位。在非限制性实施例中，支撑结构96是电池组24的外壳总成的托盘。

杆88可通过紧固件壳体78的第一开口80插入，以将阵列框架58与电池总成25的附加阵列框架连接。杆88横跨电池总成25施加压缩。另外，紧固件98可以通过第二开口82插入，以将阵列框架58以及由此的电池总成25安装到支撑结构96。

在示例性的非限制性实施例中，紧固件98可以使用自上而下的方式插入。例如，紧固件98可以在从紧固件壳体78的顶壁90朝向底壁92的方向上延伸的方向D1上插入。关于电池组24整体而言，方向D1从电池组24的盖(未示出)朝向支撑结构96延伸。自上而下的方式简化了电池组24的装配。

在第一非限制性实施例中，紧固件98是肩部螺栓。在第二非限制性实施例中，紧固件98包括螺栓和套筒总成。紧固件98用作用于将电池总成25保持在电池组24内部的支撑结构96上的压缩限制器。

阵列框架58也可以定位在热交换器板97附近，热交换器板97有时称为冷板。热交换器板97被配置为将热量传导出电池单元56。换言之，热交换器板97用作散热器，以在一定条件下从热源(即，电池单元56)去除热量。热交换器板97可替选地被配置为向电池单元56增加热量(诸如在相对寒冷的环境条件下)。

热界面材料(TIM)99可以设置在阵列框架58和热交换器板97之间。TIM 99保持阵列框架58和热交换器板97之间的热接触并且增加在传热事件期间的这些相邻部件之间的热传导率。TIM 99可以是任何已知的导热材料。

上面描述的阵列框架58可以体现各种其它配置。例如，如图6所示，紧固件壳体78可以设置在框架臂72的顶部(例如，在框架主体66的框架臂72和顶壁68之间的连接处附近)。

在图7所示的又一非限制性实施例中，紧固件壳体78设置在框架臂72的顶部和底部处(例如，在框架臂72与顶壁68和底壁70两者之间的接合处附近)。换言之，每个框架臂72可以包括顶部和底部紧固件壳体78。紧固件98可以通过两个紧固件壳体78的第二开口82插入，以将阵列框架58安装到支撑结构。

图8示出了另一示例性电池组124的部分。电池组包括第一电池总成125A和与第一电池总成125A嵌套的和第二电池总成125B。第一电池总成125A和第二电池总成125B中的每一个包括多个阵列框架158和多个电池单元(为了清楚起见未示出)。

第一电池总成125A和第二电池总成125B两者的阵列框架158的一部分包括紧固件壳体178。紧固件壳体178包括用于接收杆188的第一开口180和用于接收紧固件198的第二开口182两者。第一电池总成125A的紧固件壳体178从第二电池总成125B的紧固件壳体178偏移。这样，当第二电池总成125B被移动到与第一电池总成125A相邻的位置时，第二电池总成125B的紧固件壳体178嵌套在第一电池总成125A的紧固件壳体178之间。以这种方式嵌套第一电池总成125A和第二电池总成125B的做法有助于减小电池组124的宽度尺寸D。

本发明的示例性阵列框架通过将通常由多个部件执行的功能(例如，电池单元保持，安装等)组合成单个集成单元来提供更高效的封装密度。阵列框架占用较少的体积，并且减少电池组内部存在的部件之间的间隙的量。

尽管将不同的非限制性实施例示出为具有特定的部件或步骤，但是本发明的实施例不限于那些特定的组合。可以使用来自任何非限制性实施例的一些部件或特征与来自任何其它非限制性实施例的特征或部件结合。

应该理解的是，贯穿若干附图，相同的附图标记表示对应或相似的元件。应该理解的是，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其它布置也可以从本发明的教导受益。

前面的描述应被解释为说明性的而不是限制性的。本领域的普通技术人员将理解，某些修改可以落入本发明的范围内。出于这些原因，应研究以下权利要求以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (15)

1.一种电池组，包括：

支撑结构；

阵列框架；所述阵列框架包括紧固件壳体；以及

紧固件，所述紧固件通过所述紧固件壳体接收以用于将所述阵列框架安装到所述支撑结构。

2.根据权利要求1所述的电池组，包括容纳在所述阵列框架的槽中的电池单元。

3.根据权利要求1或2所述的电池组，其中，所述支撑结构是外壳总成的托盘。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，包括连接到所述阵列框架的第二阵列框架，并且其中，所述第二阵列框架包括与所述紧固件壳体相同或者不同配置的第二紧固件壳体。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其中，所述紧固件壳体包括第一开口和第二开口。

6.根据权利要求5所述的电池组，其中，所述第一开口被配置为接收杆并且所述第二开口被配置为接收所述紧固件。

7.根据权利要求5所述的电池组，其中，所述第一开口沿着第一轴线延伸并且所述第二开口沿着第二轴线延伸，并且所述第一轴线垂直于所述第二轴线，并且可选地，其中所述阵列框架沿着纵向轴线设置，并且所述第一轴线和所述第二轴线两者都垂直于所述纵向轴线。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其中，所述阵列框架包括顶壁、底壁、以及在所述顶壁和所述底壁之间延伸的框架臂，并且可选地，其中所述紧固件壳体设置在所述框架臂和所述底壁之间或所述框架臂和所述顶壁之间的连接处。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其中，所述紧固件壳体设置在所述阵列框架的顶部附近，并且包括设置在所述阵列框架的底部附近的第二紧固件壳体。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其中，所述紧固件壳体被嵌套在邻近的阵列框架的紧固件壳体之间。

11.一种方法，包括：

相对于电池组的支撑结构来定位阵列框架；以及

使用自上而下的方式将所述阵列框架安装到所述支撑结构，其中，安装所述阵列框架包括通过所述阵列框架的紧固件壳体插入紧固件。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述紧固件壳体包括第一开口和第二开口，并且安装所述阵列框架包括：

通过所述第二开口插入所述紧固件。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，安装所述阵列框架包括：

通过所述第一开口插入杆。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，使用所述自上而下的方式包括：

沿着从所述紧固件壳体的顶壁朝向所述紧固件壳体的底壁延伸的方向移动所述紧固件。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，所述支撑结构是所述电池组的外壳总成的托盘。