CN108630846B - 电池单元压紧方法及总成 - Google Patents

Abstract

一种示例性方法除了其它方面以外包括将可固化材料至少部分地缠绕于由固定装置压紧的多个电池单元周围。一种示例性总成除了其它方面以外包括由固定装置压紧的多个电池单元以及缠绕于多个电池单元周围的可固化材料。

Description

电池单元压紧方法及总成

技术领域

本公开总体涉及电池阵列，以及更具体地，涉及一种至少部分地缠绕于电池阵列的电池单元周围的可固化材料。

背景技术

电动车辆不同于传统的机动车辆，因为电动车辆选择性地使用由牵引电池组供电的一个或多个电机来驱动。电机可以代替内燃发动机来驱动电动车辆，或者除了内燃发动机之外，还可以使用电机来驱动电动车辆。示例性电动车辆包括混合动力电动车辆(HEV)，插电式混合动力电动车辆(PHEV)，燃料电池车辆(FCV)和电池电动车辆(BEV)。

电动车辆的牵引电池组可以包括一个或多个电池阵列。例如端板和侧板这样的板定位于阵列的电池单元周围。拉杆或其它支撑部件将相对的板拉到一起，以压紧可能随时间推移而膨胀的电池单元。板通常是金属。

发明内容

根据本发明的一个示例性方面，一种方法除了其它方面以外包括：将可固化材料至少部分地缠绕于由固定装置压紧的多个电池单元周围。

在上述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括，在可固化材料已经固化之后，使用可固化材料而不是固定装置将多个电池单元保持在压紧位置。

任何上述方法的进一步非限制性实施例包括围绕多个电池单元的整个周向周边缠绕可固化材料。

任何上述方法的进一步非限制性实施例包括在缠绕之前通过使用固定装置将第一板移向第二板来压紧多个电池单元。多个电池单元位于第一板和第二板之间。

在任何上述方法的进一步非限制性实施例中，固定装置在固定装置压紧多个电池单元时连接至第一板和第二板，并在可固化材料已经固化之后与第一板和第二板分离。

在任何上述方法的进一步非限制性实施例中，当固定装置连接至第一板和第二板时，固定装置连接至第一板和第二板各自的连接表面，并且缠绕包括将可固化材料缠绕于第一板和第二板的缠绕表面周围。缠绕表面横向于连接表面。

任何上述方法的进一步非限制性实施例包括使用致动器将固定装置调整到多个电池单元被固定装置压紧的位置，并且当多个电池单元被固定装置压紧时将固定装置与致动器分离。

在任何上述方法的进一步非限制性实施例中，可固化材料是纤维增强的聚合物基的带。

任何上述方法的进一步非限制性实施例包括围绕多个电池单元的周边缠绕可固化材料至少三次。

任何上述方法的进一步非限制性实施例包括将可固化材料缠绕于多个电池单元周围和换热板周围，以使可固化材料在可固化材料已经固化之后相对于多个电池单元保持换热板。

在任何上述方法的进一步非限制性实施例中，多个电池单元是牵引电池组的一部分。

在任何上述方法的进一步非限制性实施例中，缠绕包括相对于可固化材料旋转多个电池单元。

在任何上述方法的进一步非限制性实施例中，可固化材料在缠绕之后固化。

在任何上述方法的进一步非限制性实施例中，第一量的可固化材料缠绕于电池单元周围以将电池单元压紧于第一板和第二板之间，以及第二量的可固化材料缠绕于电池单元周围以相对于电池单元保持装置。第一量的材料围绕第一轴线缠绕。第二量的材料围绕横向于第一轴线的第二轴线缠绕。

根据本发明的一个示例性方面，一种总成除了其它方面以外包括由固定装置压紧的多个电池单元以及缠绕于多个电池单元周围的可固化材料。

在上述总成的进一步非限制性实施例中，总成包括第一板和第二板。固定装置连接至第一板和第二板以将电池单元压紧于第一板和第二板之间。

在任何上述总成的进一步非限制性实施例中，第一板和第二板是聚合物基的材料。

在任何上述总成的进一步的非限制性实施例中，可固化材料是纤维增强的且聚合物基的带。

在任何上述总成的进一步非限制性实施例中，可固化材料包括至少一层带。

在任何上述总成的进一步的非限制性实施例中，多个电池单元是牵引电池组的一部分。

附图说明

根据详细描述，本公开的各种特征和优点对本领域的技术人员来说将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可以简单描述如下：

图1示出了电动车辆的示例性动力传动系统的示意图。

图2示出了来自图1的动力传动系统的牵引电池组的侧视图。

图3示出了来自图2的牵引电池组的电池阵列，电池阵列包含使用可固化材料的示例性压紧总成。

图4示出了图3中的线4-4处的截面图。

图5示出了来自图3的电池阵列的板的透视图。

图6示出了与固定装置分离的图3的电池阵列的板。

图7示出了连接至固定装置的图6的板。

图8示出了在图7的板和电池单元周围缠绕可固化材料的过程的示例性步骤。

图9示出了用于在图7的电池单元周围缠绕可固化材料的示例性方法的流程。

图10示出了根据另一示例性实施例的电池阵列，电池阵列包含作为可固化材料的压紧总成。

图11示出了根据又一示例性实施例在板和电池单元周围缠绕可固化材料的过程的示例性步骤。

具体实施方式

本公开涉及在电池单元周围缠绕可固化材料。电池单元由于可固化材料缠绕而压紧。然后材料固化以将电池单元保持在压紧位置。

参照图1，插电式混合动力电动车辆(PHEV)的动力传动系统统10包括具有多个电池阵列18的牵引电池组14、内燃发动机20、马达22和发电机24。马达22和发电机24是各种类型的电机。马达22和发电机24可以是分离的，或具有组合的马达-发电机的形式。

尽管被描述为PHEV，但应该理解的是，本文所描述的构思不限于PHEV，并且可以延伸到任何其它类型的电动车辆中的牵引电池组和电池阵列，包括但不限于其它混合动力电动车辆(HEV)、电池电动车辆(BEV)、燃料电池车辆等。

在本实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分流动力传动系统。第一和第二驱动系统产生扭矩以驱动一组或多组车辆驱动轮28。第一驱动系统包括发动机20和发电机24的组合。第二驱动系统至少包括马达22、发电机24和牵引电池组14。马达22和发电机24是动力传动系统统10的电驱动系统的一部分。

发动机20和发电机24可以通过动力传输单元30——例如行星齿轮组——连接。当然，可以使用其它类型的动力传输单元——包括其它齿轮组和传动装置——将发动机20连接到发电机24。在一个非限制性实施例中，动力传输单元30是包括环形齿轮32、中心齿轮34和托架总成36在内的行星齿轮组。

发电机24可以由发动机20通过动力传输单元30驱动以将动能转换为电能。作为选择地，发电机24可以起到马达的作用，以将电能转化为动能，从而向与动力传输单元30相连接的轴38输出扭矩。

动力传输单元30的环形齿轮32可以与轴40相连接，该轴40通过第二动力传输单元44与车辆驱动轮28相连接。第二动力传输单元44可以包含拥有多个齿轮46的齿轮组。其它动力传输单元也同样适合。

齿轮46将扭矩从发动机20传递给差速器48，用于最终为车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可包括多个使扭矩能够传递到车辆驱动轮28的齿轮。在本实例中，第二动力传输单元44通过差速器48与车轴50机械连接，从而将扭矩分配至车辆驱动轮28。

马达22可以选择性地用于通过向同样与第二动力传输单元44相连接的轴54输出扭矩来驱动车辆驱动轮28。在本实施例中，马达22和发电机24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24二者均可以被当作马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机24可以各自向牵引电池组14的再充电电池单元输出电能。

现在继续参照图1来参考图2和图3，在示例性非限制性实施例中，在示例性非限制性实施例中，牵引电池组14包括容纳三个电池阵列18的外壳60。在其它示例中，外壳60可容纳少于三个电池阵列18，或多于三个电池阵列18。

电池阵列18包括多个电池单元64、第一板68、第二板72、压紧总成76和基部78。电池单元64沿着轴线A分布。隔板(未示出)可以定位于电池阵列18内轴向相邻的电池单元64之间。

在本示例中，电池单元64是如果不受约束便会随时间而膨胀的锂离子电池。具体而言，在本示例中，电池单元64是棱柱形单元。在其它示例中，电池单元64可以是袋式单元、圆柱形单元或一些其它类型的电池单元。

第一板68位于电池单元64的第一端。第二板72位于电池单元64的相对的第二端。电池单元64在板68和72之间轴向压紧。因此，电池单元64的膨胀在每个轴向端部受到板68和72的约束。

压紧总成76将第一板68和第二板72轴向保持在适合于压紧电池单元64的位置。压紧总成76、第一板68、第二板72和电池单元64是设置于基部78上。

在示例性的非限制性实施例中，基部78是连通用于冷却电池单元64的冷却剂的换热板。在本实例中，基部78设置于电池单元64的垂直底部。接线柱80在垂直顶部从电池单元64伸出，垂直顶部与接合基部78的电池单元64的端部相对。

现在参照继续参照图3来参考图4-5，压紧总成76是包括多层可固化材料的多层结构。在本示例性的非限制性实施例中，可固化材料是纤维增强的聚合物基的带84。带84的示例性纤维可以包含玻璃丝或纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维等，其分布于聚合物基材料内。在本示例中，纤维基本上不导电。

压紧总成76的可固化材料在定位于电池单元64周围后固化到所需状态。一些电池单元64不能在特定温度以上保存，例如60摄氏度。相应地，在这种示例中，压紧总成76的材料是无需将其温度升高至可能影响电池单元64的温度便可以固化的材料。

在本示例中，压紧总成76使用大约三层缠绕于电池单元64周围的带84而形成。在整个压紧总成76中，带84的层数不必一致。例如，带84的一部分可以与其它两层重叠，并且带84的另一部分可以与其它三层重叠。

在本示例中，示例性带84围绕电池单元64的整个周向周边缠绕。示例性带84另外缠绕于板68、72周围。特别地，带84与板68、72的缠绕表面86a和86b接合。缠绕表面86a面向轴线A的方向。缠绕表面86b横向地背向轴线A的方向。

围绕电池单元64轴向端部处的板68、72缠绕带84将来自带84的张紧载荷分布在板68、72上。这可以防止带84在轴向端部——特别是越过电池单元64的拐角C_BC——压紧电池单元64。

板68、72是金属或金属合金。特别地，板68、72可以是挤压铝。在另一示例中，板68、72是聚合物基的，这可以减轻一些重量。板68、72的拐角C_P(图5)可以具有半径，以有利于带84围绕拐角C_P弯曲，而不会对带84的区域过度施压。

尽管示例性压紧总成76缠绕于电池单元64和板68、72周围，但是其它示例性实施例可以包括缠绕于电池单元64而不是板68、72周围的压紧总成76。

带84在缠绕之后允许固化。带84在固化时提供压紧总成76，该压紧总成76保持第一板68和第二板72的轴向位置，并且另外保护电池阵列18的轴向端部和横向侧面。带84在固化时有效地压紧电池单元64，从而不需要拉杆或类似的支撑部件。

在本示例性的非限制性实施例中，带84的宽度W小于第一板68、第二板72和电池单元64的高度H。因此，带84多次缠绕板68、72的和电池单元64外周，以确保带84的层延伸板68、72和电池单元64的全高度H。

现在继续参照图3-5来参考图6-7，由于施加带84，电池单元64被周向压紧于板68、72之间。

在本示例中，板68、72包括通向板68、72的连接表面90的一对孔88。连接表面90是横向的，并且在本示例中垂直于缠绕表面86a和86b。

孔88提供将板68、72连接到固定装置92的界面。固定装置92用于沿轴线A将电池单元64压紧于板68、72之间，从而可以在电池单元64处于所需压紧位置时施加带84。

固定装置92包括销96，销96接收于孔88内以将板68、72连接至固定装置92。固定装置92可移除地安装在致动器98上。致动器98在轴向彼此接近的位置与轴向彼此远离的位置之间操纵销96。

致动器98可以具有多种形式，包括但不限于液压致动器、气动致动器或齿轮齿条式结构。

当固定装置92连接至板68、72并安装到致动器时，致动器98可以将固定装置操纵到使固定装置将板68、72拉得更靠近在一起——轴向压紧电池单元64——的位置。然后可以将固定装置92锁定在压紧电池单元64的位置并与致动器98分离。然后将电池单元64和板68、72转换到包裹阶段，在该包裹阶段中施加可固化材料，该可固化材料将固化以形成图3的压紧总成76。

参照图8，电池单元64和板68由已经从致动器98分离的固定装置92轴向压紧。因此，即使当固定装置92从致动器98分离时，固定装置92也保持电池单元64压紧。

电池单元64随板68、72一起相对于一卷带84在方向R上旋转。因此，电池单元64和板68、72充当心轴。在另一示例中，带84可以相对于电池单元64和板68、72旋转。

沿方向R的旋转使带84包裹于电池单元64和板68和72周围。带84的包裹继续直至压紧总成76具有所需厚度。同样，固定装置92在包裹期间保持电池单元64和板68、72轴向压紧。

值得注意的是，随着带84的施加，电池单元64随板68和72一起可以相对于带84倾斜，以使带84以一定角度粘附到电池单元64和板68、72。也就是说，当例如将带84施加到电池单元64的侧面时，电池单元64可以倾斜，以使带84以从电池单元64第一轴向端部处的垂直底部向电池单元64相对轴向端部处的垂直顶部延伸的方式施加。以这种方式使带84倾斜可有助于承受电池阵列18的扭转负载。

在带84已经在电池单元64周围缠绕足够多遍以后，为图3的压紧总成76提供所需厚度。当固定装置92继续将电池单元64压紧于板68、72之间时，允许压紧总成76固化。固化之后，带可以保持板68、72的轴向位置。然后固定装置92可以与板68、72分离。然后电池单元64和压紧总成76可以定位在基部78顶上。

现在参照图9，将压紧总成并入电池阵列中的示例性方法100包括将固定装置连接至第一板和第二板的步骤110。然后，在步骤120中，使用致动器来调整固定装置以将板移动得更靠近在一起。在步骤130中，电池单元压紧于移动得更靠近在一起的板之间。

接下来，在步骤140中，当固定装置继续压紧板之间的电池单元时，可固化材料缠绕于电池单元和电池板周围。在步骤150中，当固定装置继续压紧板之间的电池单元时，可固化材料固化。接下来，在步骤160，固定装置与板分离。此时，现在已经固化的可固化材料可以将电池单元充分地保持在压紧位置。

现在参考图10，适用于图1的牵引电池组14中的另一示例性电池组阵列18a包括压紧总成76a，压紧总成76a在设计上类似于图3的压紧总成，在于压紧总成76a由可固化材料形成。在压紧总成76a中，可固化材料已缠绕于基部78a、以及板68a和72a和电池单元64a周围。

压紧总成76a除了保持板68a和72a的轴向位置之外，还相对于电池单元64a保持基部78a。

由于压紧总成76a包括缠绕于基部78a周围，所以压紧电池单元64a的固定装置可以在缠绕期间，例如，与板68a和72a通向朝上表面的孔88a接合。将这种固定装置连接到板68a和78a的这一侧可以避免固定装置干扰可固化材料在基部78a周围缠绕。

在其它示例中，压紧总成76a的可固化材料可以附加地或替代地在含有接线柱80b的电池单元64a的表面周围缠绕。在本示例中，这些表面是垂直顶面。可固化材料可以以避免覆盖接线柱80b的方式缠绕。或者，可以在可固化材料固化之后切除可固化材料以露出接线柱80b。覆盖电池单元64a的垂直顶面可以有助于电池单元64a的电隔离。

参照图11中，适于在图1的牵引电池组14中使用的另一示例性电池组阵列18b包括压紧总成76b，压紧总成76b在设计上类似于图3的压紧总成，在于压紧总成76b由可固化材料形成。在压紧总成76b中，可固化材料已缠绕于基部78b、汇流条总成82或模块，以及板68b、72b和电池单元64b周围。

压紧总成76b包括第一总成76b'和第二总成76b″。第一总成76b'代表第一量的可固化材料，以及第二总成76b″代表第二量的可固化材料。

第一总成76b'缠绕于板68b、72b和电池单元64b周围。第一总成76b'围绕横向于轴线A的轴线A'缠绕。同样，电池单元64b沿轴线A分布。在本示例中，轴线A'横向于轴线A。

然后允许第一总成76b'完全固化或部分固化。然后可以将固定装置——例如保持板68b、72b的固定装置92(图6和7)——分离。

接下来，板68b和72b以及电池单元64b沿方向D向上倾斜，并且例如基部78b和汇流条总成82的装置抵靠电池单元64b定位。在本示例中，基部78b是换热板。基部78b包括冷却剂端口。

然后将第二总成76b″缠绕于电池单元64b、基部78b和汇流条总成82周围。第二总成76b″围绕垂直于轴线A'的轴线A缠绕。第二总成76b″在固化时相对于电池单元64b保持装置。

固定装置92b可以接合板68b以使电池单元64b围绕轴线A旋转。在另一示例中，可固化材料可以围绕电池单元64b移动。

除了保持板68b和72b的轴向位置之外，压紧总成76b还相对于电池单元64b保持基部78b。

在一些示例中，当第一总成76b'部分固化时施加第二总成76b″，这可以有利于将第二总成76b″结合至第一总成76b'。

在一些示例中，第二总成76b″与电池单元64b的间隔可以提供用于在排气事件期间传送来自电池单元64b的流体的排气室。例如，汇流条总成82可以阻挡第二总成76b″抵靠电池单元64b的移动以提供排气室。

所公开的示例的特征包括可固化材料的压紧总成。除了其它方面以外，压紧总成可以提供电池阵列的侧壁和端壁。由于不需要紧固件和拉杆以及其它支撑部件，压紧总成可以减小阵列的整体尺寸。

除了其它方面以外，由于板不与拉紧杆等支撑部件相接合，板的尺寸也可以减小。板承受分散的压紧总成载荷，但不是这种支撑部件的更集中的点载荷。

可固化材料与例如钢的高拉伸强度与重量比可以允许压紧总成的厚度小于提供保护和支撑的钢侧壁。

以上描述本质上是示例性的而并非限制性的。在不偏离本公开本质的情况下，对于所公开的示例的变化和修改对于本领域技术人员而言可能变得显而易见。因此，应当通过研究下面的权利要求书来确定本发明的法律保护范围。

Claims (13)

1.一种电池单元压紧方法，包含：

将可固化材料至少部分地缠绕于由固定装置压紧的多个电池单元周围；

在所述可固化材料已经固化之后，使用所述可固化材料而不是所述固定装置将所述多个电池单元保持在压紧位置，

其中，所述可固化材料直接接触所述多个电池单元，

其中，所述缠绕包含将所述可固化材料缠绕于所述多个电池单元周围和换热板周围，以使所述可固化材料在所述可固化材料已经固化之后相对于所述多个电池单元保持所述换热板。

2.根据权利要求1所述的电池单元压紧方法，包含：围绕所述多个电池单元的整个周向周边缠绕所述可固化材料，其中围绕所述多个电池单元的周边缠绕所述可固化材料至少三次。

3.根据权利要求1所述的电池单元压紧方法，包含：在缠绕之前通过使用所述固定装置将第一板移向第二板来压紧所述多个电池单元，所述多个电池单元位于所述第一板和所述第二板之间，以及，其中所述固定装置在所述固定装置压紧所述多个电池单元时连接至所述第一板和所述第二板，并在所述可固化材料已经固化之后与所述第一板和所述第二板分离。

4.根据权利要求3所述的电池单元压紧方法，其中当所述固定装置连接至所述第一板和所述第二板时，所述固定装置连接至所述第一板和所述第二板各自的连接表面，并且所述缠绕包括将所述可固化材料缠绕于所述第一板和所述第二板的缠绕表面周围，所述缠绕表面横向于所述连接表面。

5.根据权利要求1所述的电池单元压紧方法，包含使用致动器将所述固定装置调整到所述多个电池单元被所述固定装置压紧的位置，并且当所述多个电池单元被所述固定装置压紧时将所述固定装置与所述致动器分离。

6.根据权利要求1所述的电池单元压紧方法，其中所述可固化材料是纤维增强的聚合物基的带。

7.根据权利要求1所述的电池单元压紧方法，其中所述多个电池单元是牵引电池组的一部分。

8.根据权利要求1所述的电池单元压紧方法，其中所述缠绕包括相对于所述可固化材料旋转多个电池单元，以及，所述可固化材料在缠绕之后固化。

9.根据权利要求4所述的电池单元压紧方法，其中第一量的所述可固化材料缠绕于所述电池单元周围以将所述电池单元压紧于所述第一板和所述第二板之间，以及第二量的所述可固化材料缠绕于所述电池单元周围以相对于所述电池单元保持汇流条总成，所述第一量的所述可固化材料围绕第一轴线缠绕，所述第二量的所述可固化材料围绕横向于所述第一轴线的第二轴线缠绕，所述汇流条总成阻挡所述第二量的所述可固化材料抵靠所述电池单元以在所述第二量的所述可固化材料与电池单元之间形成用于在排气事件期间传送来自电池单元的流体的排气室。

10.一种电池单元压紧总成，包含：

由固定装置压紧的多个电池单元，以及

缠绕于所述多个电池单元周围和换热板周围的可固化材料，在所述可固化材料已经固化之后，使用所述可固化材料而不是所述固定装置将所述多个电池单元保持在压紧位置并且使用所述可固化材料相对于所述多个电池单元保持所述换热板，其中，所述可固化材料直接接触所述多个电池单元。

11.根据权利要求10所述的电池单元压紧总成，包含第一板和第二板，所述固定装置连接至所述第一板和所述第二板以将所述多个电池单元压紧于所述第一板和所述第二板之间，以及，其中所述第一板和所述第二板是聚合物基的材料。

12.根据权利要求10所述的电池单元压紧总成，其中所述可固化材料是纤维增强的且聚合物基的带，以及，其中所述可固化材料包括至少一层所述带。

13.根据权利要求10所述的电池单元压紧总成，其中所述多个电池单元是牵引电池组的一部分。

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