CN108327500A - 具有接地散热翅片的电池组阵列框架 - Google Patents

Abstract

一种电池组包括支撑结构、相对于支撑结构安装的阵列框架、以及保持在阵列框架内并且接地至支撑结构的散热翅片。散热翅片可以包括被接地至支撑结构的接地延伸部。

Description

具有接地散热翅片的电池组阵列框架

技术领域

本公开涉及用于电动车辆的电池组。示例性电池组包括阵列框架和保持在阵列框架内的散热翅片。散热翅片接地至电池组的支撑结构。

背景技术

显而易见，期望降低机动车辆燃料消耗和排放。因此，正在开发减少或完全消除对内燃发动机依赖的车辆。目前正在为此目的开发电动车辆。总之，电动车辆与传统机动车辆不同，这是由于电动车辆被以电机为动力的一个或多个电池选择性地驱动。相比之下，传统机动车辆完全依靠内燃发动机来驱动车辆。

高压电池组通常为电动车辆的电机和其他电气负载提供动力。电池组包括储存用于为这些电气负载提供动力的能量的多个电池单元。电池单元通常使用各种支撑结构(例如框架、间隔件、导轨、壁、板、绑定件等)一起封装在一个或多个总成中。用于容纳电池组的车辆内的可用空间量通常有限。因此，在该技术领域中需要节省空间的设计。

发明内容

根据本公开的示例性方面的一种电池组包括支撑结构、相对于支撑结构安装的阵列框架、以及保持在阵列框架内并且接地至支撑结构的散热翅片以及其他。

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。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，支撑结构是外壳组件的托盘的一部分。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，支撑结构是热交换器板的一部分。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，散热翅片包括主体和从主体横向延伸的腿状部。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，接地延伸部从腿状部延伸。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，接地延伸部被接地至支撑结构。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，阵列框架包括紧固件外壳，并且散热翅片的一部分在紧固件外壳和支撑结构之间延伸。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，阵列框架包括紧固件外壳，该紧固件外壳具有被配置用于容纳杆的第一开口。安装支脚从紧固件外壳延伸并且包括被配置用于容纳紧固件的第二开口。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，散热翅片的一部分在安装支脚下方延伸。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，该部分包括容纳紧固件的开口。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，散热翅片被设置在热交换器板附近。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，热界面材料被设置在散热翅片与热交换器板之间。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，散热翅片包括嵌入在阵列框架中的主体以及延伸到阵列框架之外的第一腿状部和第二腿状部。

在任一前述电池组的另一非限制性实施例中，第一接地延伸部从第一腿状部延伸并且第二接地延伸部从第二腿状部延伸。

根据本公开的另一示例性方面的一种方法包括：相对于电池组的支撑结构定位阵列框架，以及将保持在阵列框架内的散热翅片接地至支撑结构以及其他。

在前述方法的另一非限制性实施例中，阵列框架包括紧固件外壳，并且定位阵列框架包括将紧固件插入穿过紧固件外壳并且进入支撑结构内。

在任一前述方法的另一非限制性实施例中，散热翅片包括接地延伸部，该接地延伸部被接地至支撑结构。

在任一前述方法的另一非限制性实施例中，接地延伸部在阵列框架的紧固件外壳与支撑结构之间延伸。

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托盘的一部分或热交换器板的一部分。

前面的段落的实施例、示例和替代方案、权利要求或者以下具体实施方式和附图，包括它们的各个方面或者各个单独的特征中的任何一个，可以独立地或者以任何组合方式进行。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。

附图说明

通过下面的具体实施方式，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。伴有具体实施方式的附图可以简要说明如下。

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和4示出了电池总成的示例性阵列框架；

图5是通过图3的截面A-A截取的横截面图；

图6是描绘电池组的部分的横截面图；

图7是装备有用于将散热翅片接地至另一结构的特征的散热翅片的仰视图。

具体实施方式

本公开详细说明了用于在电动车辆内使用的各种电池组设计。示例性电池组包括安装至支撑结构的阵列框架。散热翅片被保持在阵列框架内，并且被接地至支撑结构。在该具体实施方式的以下段落中更详细地讨论这些和其他特征。

图1示意性地示出了用于电动车辆12的动力传动系统10。尽管被描绘为混合动力电动车辆(HEV)，但是应当理解，本文描述的构思不限于HEV并且可以延伸至其他电动车辆，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式动力传动系统统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合体。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转矩以驱动电动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管图1中描绘了动力分配式配置，但是本公开扩展至任何混合动力车辆或电动车辆，包括全混合动力车辆、并联式混合动力车辆、串联式混合动力车辆、轻度混合动力车辆或微混合动力车辆。

可以是内燃发动机的发动机14和发电机18可以通过诸如行星齿轮组的动力传输装置30来连接。当然，包括其他齿轮组和变速器的其他类型的动力传输装置可以用于将发动机14连接至发电机18。在非限制性实施例中，动力传输装置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、和托架组件36。

可以由发动机14通过动力传输装置30来驱动发电机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，由此将转矩输出至连接到动力传输装置30的轴38。因为发电机18被可操作地连接至发动机14，所以可以由发电机18来控制发动机14的速度。

动力传输装置30的环形齿轮32可以连接至轴40，轴40通过第二动力传输装置44连接至车辆驱动轮28。第二动力传输装置44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传输装置也可以是合适的。齿轮46将转矩从发动机14传送至差速器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，该多个齿轮能够将转矩传送至车辆驱动轮28。在非限制性实施例中，第二动力传输装置44通过差速器48机械地连接至车轴50，以将转矩分配至车辆驱动轮28。

马达22还可以用于通过将转矩输出至也被连接至第二动力传输装置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作为再生制动系统的一部分共同起作用，在再生制动系统中，马达22和发电机18二者都可以用作用于输出转矩的马达。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，该高压牵引电池组包括能够输出用于操作马达22、发电机18和/或电动车辆12的其他电气负载的电力的多个电池总成25(即，电池阵列或电池单元组)。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可以用来为电动车辆12电力地提供动力。

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可以在电动车辆(EV)模式下运行，其中马达22(总体上在没有发动机14帮助的情况下)用于车辆推进，从而消耗电池组24的荷电状态直至其在某些驾驶模式/周期下最大可允许的放电率。EV模式是电动车辆12的电荷消耗操作模式的示例。在EV模式期间，电池组24的荷电状态在一些情况下可能增加，例如由于一段时间的再生制动。发动机14在默认EV模式下总体上是关闭的，但是可以基于车辆系统状态进行必要操作或者根据操作者许可进行必要操作。

电动车辆12可以另外以混合动力(HEV)模式运行，其中发动机14和马达22二者都用于车辆推进。HEV模式是电动车辆12的电荷维持操作模式的示例。在HEV模式期间，电动车辆12可以减少马达22推进的使用，以便通过增加发动机14推进使电池组24的荷电状态保持恒定或者保持近似恒定水平。除了在本公开的范围内的EV和HEV模式之外，电动车辆12还可以以其他操作模式运行。

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，并且以虚线示出其外部部件(例如外壳组件60)，以更好地示出电池组24的内部部件。

电池组24包括多个电池单元56，该多个电池单元56储存用于为电动车辆12的各种电气负载提供动力的电力。虽然在图2中描绘了具体数量的电池单元56，但是在本公开的范围内，电池组24可以采用更多或更少数量的电池单元。换句话说，本公开不限于图2中所示的配置。

电池单元56可以并排堆叠以构造电池单元56组，有时称为“电池堆”。电池组24可以包括一个或多个单独的电池单元56组。电池单元56可以包括任何几何体(棱柱状、圆柱状、袋状等)和任何化学制品(锂离子、镍金属氢化物、铅酸等)。

电池单元56和任何支撑结构(例如，框架、间隔件、导轨、壁、板、绑定件等)一起可以统称为电池总成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，但是在本公开的范围内，电池组24可以包括更多数量的电池总成。另外，尽管被描述为在电池组24内纵向延伸，但是电池总成25也可以被替代地设置成在电池组24内侧向或水平延伸。

外壳组件60容纳电池组24的每个电池总成25。在非限制性实施例中，外壳组件60是包括托盘62和遮盖件64的密封外壳。遮盖件64被固定至托盘62，以封闭并且密封电池组24的电池总成25。

图3、4和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被设置在顶壁68和底壁70的纵向范围处。顶壁68、底壁70、和框架臂72围绕穿过框架主体66形成的开口74形成周边。在非限制性实施例中，顶壁68和底壁70水平地延伸并且与纵向轴线A平行，以及框架臂72垂直地延伸并且垂直于纵向轴线A。

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和框架臂72被成型、铸造、加工或以其他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(pocket)75。槽75可以被设定尺寸和形状为容纳电池单元(例如，参见图2和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能够容纳单个电池单元。在非限制性实施例中，电池单元56是用于高压电池总成的袋式电池单元。合适的袋式电池单元的非限制性示例是锂离子聚合物电池。然而，在本公开范围内也可以预计其他类型的电池单元。

多个保持部件76可以集成到顶壁68、底壁70和/或框架臂72中，用于将阵列框架58连接至相邻的阵列框架。保持部件76可以接合相邻阵列框架的相应保持特征以构建电池总成。应当理解，本公开的电池总成不限于任何具体数量的阵列框架或电池单元。

阵列框架58可以另外包括一个或多个紧固件外壳78。紧固件外壳78是阵列框架58的框架主体66的集成特征。紧固件外壳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，紧固件外壳78被设置在框架臂72的底部(例如，在框架臂72与底壁70之间的接合处附近)。

每个紧固件外壳78包括第一开口80。第一开口80延伸穿过紧固件外壳78。例如，第一开口80可以沿紧固件外壳78的相对的侧壁84、86之间的轴线B延伸。在非限制性实施例中，轴线B垂直于纵向轴线A。每个第一开口80被配置用于容纳杆88(参见例如图6)。

紧固件外壳78可以另外包括安装支脚81，安装支脚81进一步远离框架主体66的中心延伸。在非限制性实施例中，每个安装支脚81从紧固件外壳78的端面90向外突出。每个安装支脚81包括沿轴线C延伸的第二开口82。在非限制性实施例中，轴线C垂直于纵向轴线A和轴线B二者，并且平行于框架臂72延伸。第二开口82被配置用于容纳用于将阵列框架58安装至支撑结构的紧固件98(参见例如图6)。

在另一非限制性实施例中，阵列框架58包括第二紧固件外壳94，第二紧固件外壳94在与紧固件外壳78相对的端部处(本文为在框架臂72与顶壁68之间的接合处)从框架臂72突出。第二紧固件外壳94包括用于容纳另一杆或紧固件的单个开口95。然而，在该非限制性实施例中，第二紧固件外壳94没有用于容纳用于将阵列框架58安装至支撑结构的紧固件的另外的开口。

多个阵列框架58可以并排堆叠以构造电池总成25。在非限制性实施例中，一组阵列框架58中仅一个框架包括紧固件外壳78，该紧固件外壳78具有第一开口80和第二开口82二者。剩余的阵列框架58可以仅包括第二紧固件外壳94(即，仅被配置用于容纳杆88)。可能仅需要在电池总成25需要紧固的位置处设置紧固件外壳78。

还可以预计其他配置，包括其中总成的每个阵列框架58包括至少一个紧固件外壳78的配置。电池总成25的紧固件外壳78的总数和位置将取决于许多设计因素，包括但不限于电池总成25的总体长度。

散热翅片85可以保持在阵列框架58内。在非限制性实施例中，散热翅片85是成型的插入件或以其他方式嵌入阵列框架58内。散热翅片85可以是铝散热翅片。然而，在本公开的范围内可以另外预计其他材料。散热翅片85将容纳在阵列框架58的槽75内的电池单元56分开，并且可以与电池单元56的侧面接触。散热翅片85的一部分可以接触热交换器板或热界面材料(在下面更详细地讨论)，以消散从电池单元56吸收的任何热量。在某些情况期间，散热翅片85可以从电池单元56移除热量。在其他情况下，散热翅片85可以为电池单元56增加热量。

在另一非限制性实施例中，散热翅片85包括主体87和从主体87延伸的一个或多个腿状部89。主体87可以被设置在阵列框架58的开口74内，而腿状部89延伸至阵列框架58之外的位置。散热翅片85的腿状部89可以横向于主体87取向并且可以在阵列框架58的底壁70下方延伸(参见例如图5)。

在一个非限制性实施例中，散热翅片85包括两个腿状部89。间隙91位于相邻的腿状部89之间，以可选地容纳固位带或固定件。

在又一非限制性实施例中，散热翅片85包括用于使散热翅片85相对于电池组的另一金属结构接地的一个或多个接地延伸部92(图3中最佳所示)。接地延伸部92在阵列框架58的紧固件外壳78和安装支脚81的下方延伸。以这种方式，当阵列框架58被安装至支撑结构时，接地延伸部92被夹在阵列框架58和支撑结构之间，并且因此接地至是另一金属结构的支撑结构。接地延伸部92可以包括用于容纳紧固件98的开口79。

在散热翅片85包括两个腿状部89的实施例中，一个接地延伸部92从每个腿状部89的端部延伸(参见例如图3的实施例)。在散热翅片85包括单个腿状部89的其他实施例中(参见例如图7的实施例)，一个接地延伸部92从腿状部89的每个相对的端部部分83延伸。当然，散热翅片85的接地延伸部的数量将取决于阵列框架58配备有的紧固件外壳78的数量、以及其他因素。

图6示出了电池组24的一部分，该部分包括具有至少一个紧固件外壳78的阵列框架58。阵列框架58可以相对于电池组24的支撑结构96被固定。在非限制实施例中，支撑结构96是电池组24的外壳组件的托盘的一部分。替代地，支撑结构96可以是热交换器板97或电池组24的任何其他金属部件的一部分。

可以穿过紧固件外壳78的第一开口80插入杆88，以将阵列框架58与电池总成25的附加阵列框架连接。杆88横穿电池总成25施加压缩。

另外，可以穿过安装支脚81的第二开口82插入紧固件98，以将阵列框架58安装至支撑结构96，并且因此将电池总成25安装至支撑结构96。在第一非限制性实施例中，紧固件98是带肩螺栓。在第二非限制性实施例中，紧固件98包括螺栓和套筒组件。紧固件98用作用于将电池总成25保持至电池组24内的支撑结构96的压缩限制器。在示例性的非限制性实施例中，可以使用自上而下的方式插入紧固件98。例如，可以沿从电池组24的遮盖件(未示出)朝向支撑结构96的方向延伸的方向D1插入紧固件98。自上而下的方式简化了电池组24的组装。

紧固件98也延伸穿过散热翅片85的接地延伸部92的开口79。因此，一旦阵列框架58被安装，散热翅片85就会因其与支撑结构96的接触而接地至支撑结构96。

在另一非限制性实施例中，散热翅片85可以被接地至热交换器板97的一部分。阵列框架58的散热翅片85可以被设置在热交换器板97附近，热交换器板97有时被称为冷板。热交换器板97被配置用于将热量传导出电池单元56。换句话说，热交换器板97用作散热器，以在特定条件期间从热源(即，电池单元56)移除热量。替代地，热交换器板97可以被配置用于为电池单元56增加热量，例如在相对寒冷的环境条件期间。

热界面材料(TIM)99可以设置在散热翅片85和热交换器板97之间。在非限制性实施例中，TIM 99被设置在散热翅片85的腿状部89和热交换器板97之间。TIM 99保持热散热翅片85和热交换器板97之间的热接触，并且在热传递事件期间增加这些相邻部件之间的热传导性。TIM99可以是任何已知的导热材料。

本公开的示例性阵列框架通过将传统上由多个部件执行的功能(例如，电池单元保持、安装、接地等)组合为单个集成单元来提供更高效的封装密度。阵列框架占据较小的体积、减少电池组内部存在的部件之间的间隙量、以及通过使散热翅片85接地来提高安全性。

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，但是本公开的实施例不限于这些特定的组合。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组件相结合。

应当理解，全部几个附图的相同的附图标记表示相应或相似的元件。应当理解，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，但是也可以从本公开中得到其它设置。

前面的描述应当被理解为说明性的而非限制性的。本领域的普通技术人员将理解：某些修改可以落入本公开的范围内。出于这些原因，应当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，包含：

支撑结构；

相对于所述支撑结构安装的阵列框架；和

散热翅片，所述散热翅片被保持在所述阵列框架内并且被接地至所述支撑结构。

2.根据权利要求1所述的电池组，包含容纳在所述阵列框架的槽内的电池单元。

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组件的托盘的一部分。

4.根据上述任一权利要求所述的电池组，其中所述支撑结构是热交换器板的一部分。

5.根据上述任一权利要求所述的电池组，其中所述散热翅片包括主体和从所述主体横向延伸的腿状部，并且可选地所述电池组包含从所述腿状部延伸的接地延伸部。

6.根据权利要求5所述的电池组，其中所述接地延伸部被接地至所述支撑结构。

7.根据上述任一权利要求所述的电池组，其中所述阵列框架包括紧固件外壳，并且所述散热翅片的一部分在所述紧固件外壳和所述支撑结构之间延伸。

8.根据上述任一权利要求所述的电池组，其中所述阵列框架包括紧固件外壳，所述紧固件外壳具有被配置用于容纳杆的第一开口，并且其中安装支脚从所述紧固件外壳延伸并且包括被配置用于容纳紧固件的第二开口。

9.根据权利要求8所述的电池组，其中所述散热翅片的一部分在所述安装支脚下方延伸，并且所述部分包括容纳所述紧固件的开口。

10.根据上述任一权利要求所述的电池组，其中所述散热翅片被设置在热交换器板附近，并且可选地所述电池组包含设置在所述散热翅片和所述热交换器板之间的热界面材料。

11.根据上述任一权利要求所述的电池组，其中所述散热翅片包括嵌入所述阵列框架中的主体和延伸到所述阵列框架之外的第一腿状部和第二腿状部，并且可选地所述电池组包含从所述第一腿状部延伸的第一接地延伸部和从所述第二腿状部延伸的第二接地延伸部。

12.一种方法，包含：

相对于电池组的支撑结构定位阵列框架；和

将保持在所述阵列框架内的散热翅片接地至所述支撑结构。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述阵列框架包括紧固件外壳，并且定位所述阵列框架包括：

将紧固件插入穿过所述紧固件外壳并且进入所述支撑结构内。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述散热翅片包括接地延伸部，所述接地延伸部被接地至所述支撑结构，并且其中所述接地延伸部可选地在所述阵列框架的所述紧固件外壳与所述支撑结构之间延伸。

15.根据权利要求12-14中的任一项所述的方法，其中所述支撑结构是所述电池组的托盘的一部分或热交换器板的一部分。