CN108736053B - 用于电池阵列组装的方法和装置 - Google Patents

Abstract

除了其他方面以外，根据本公开的示例性方面的方法包括在将电池模块安装到阵列之前将至少一个电池模块压缩到期望尺寸。除了其他方面以外，根据本公开的示例性方面的另一方法包括在将电池模块安装成阵列之前将剩余应力引入电池模块以将电池模块压缩至期望尺寸。除了其他方面以外，根据本公开的示例性方面的装置包括压缩设备，该压缩设备配置成在将电池模块安装到阵列中之前将至少一个电池模块临时压缩到期望尺寸。

Description

用于电池阵列组装的方法和装置

技术领域

本公开涉及一种用于电动车辆的电池阵列组装的方法和装置。在电池模块安装到电池阵列中之前，将压缩力施加到电池模块以引起剩余应力。

背景技术

降低机动车辆燃料消耗和排放的需求是众所周知的。因此，正在开发减少或完全消除对内燃发动机依赖的车辆。电动车辆是目前正在为此目的而开发的一种车辆。通常，电动车辆不同于传统的机动车辆，因为电动车辆被一个或多个电池供电的电机选择性地驱动。相反，传统的机动车辆完全依靠内燃发动机来驱动车辆。

用于为电机和其他电力负载供电的高电压电池组通常包括多个电池总成或电池阵列，该电池总成或电池阵列包括由电池单元组成的多个互连的电池模块。由一批电池单元组装而成的非刚性电池模块的整体厚度可能不同于由后来的一批电池单元组装而成的电池模块。当阵列长度固定时，这可能会导致组装问题。

电池模块由互锁框架组成，其中电池单元位于框架内部。当电池堆叠处于最大时，这种设置类型会导致鼓胀。如果要组装到电池阵列中的电池模块的总长度大于阵列的固定长度，则必须向模块总成施加额外的力(例如锤击、撬动或弯曲)，这是不期望的。因此，需要更高效的组装方法。

发明内容

除了其他方面以外，根据本公开的示例性方面的方法包括在将电池模块安装到阵列中之前将至少一个电池模块压缩到期望尺寸。

在前述方法的另一非限制性实施例中，压缩步骤包括将多个电池模块压缩到期望尺寸以提供多个压缩电池模块。

在任何前述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括将期望尺寸定义为电池模块的标称厚度。

在任何前述方法的另一非限制性实施例中，方法包括限定阵列的固定长度，以及将一个或多个压缩电池模块安装到阵列中使得所安装的每个电池模块的厚度的总和不会超过固定长度。

在任何前述方法的另一非限制性实施例中，压缩步骤包括仅压缩具有超过标称厚度的厚度的电池模块。

在任何前述方法的另一非限制性实施例中，每个电池模块包括多个堆叠的电池单元，并且多个压缩电池模块被安装到阵列中。

在任何前述方法的另一非限制性实施例中，压缩步骤包括在将电池模块安装到阵列中之前将压力施加到电池模块的一端以将电池模块的厚度减小到标称厚度。

在任何前述方法的另一非限制性实施例中，方法包括在压缩之后且在将压缩电池模块安装到阵列中之前释放压力。

在任何前述方法的另一非限制性实施例中，压缩步骤包括对电池模块施加压力以在电池模块中引起足以将电池模块暂时保持在期望尺寸的期望量的剩余应力，当电池模块处于期望尺寸时释放压力，并随后将具有期望尺寸的电池模块安装到阵列中。

在任何前述方法的另一非限制性实施例中，剩余应力随时间逐渐释放，使得电池模块在被安装到阵列中之后松弛。

除了其他方面以外，根据本公开的另一示例性方面的方法包括在将电池模块安装到阵列中之前将剩余应力引入电池模块以将电池模块压缩到期望尺寸。

在任何前述方法的另一非限制性实施例中，每个电池模块包括多个堆叠的电池单元，并且引入步骤包括向电池模块施加压力以在电池模块中引起达到足以将电池模块暂时压缩至期望尺寸的水平的剩余应力。

在任何前述方法的另一非限制性实施例中，方法包括当电池模块处于期望尺寸时释放压力以提供压缩电池模块，并且随后将压缩电池模块安装到阵列中。

在任何前述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括将期望尺寸限定为电池模块的标称厚度，提供要安装在阵列中的一组电池模块，并且在电池模块安装到阵列中之前，仅压缩具有超过标称厚度的厚度的电池模块。

在任何前述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括限定阵列的固定长度，并且将该组电池模块安装到阵列中，使得每个电池模块的标称厚度的总和不超过固定长度。

除了其他方面以外，根据本公开的另一示例性方面的装置包括压缩设备，该压缩设备被配置为在将电池模块安装到阵列中之前将至少一个电池模块临时压缩到期望尺寸。

在前述装置的另一非限制性实施例中，压缩设备包括由控制器控制的致动器，该致动器用于向电池模块施加压力来在电池模块中引起足以暂时保持电池模块处于期望尺寸的期望量的剩余应力，并且其中当电池模块处于期望尺寸时，控制器产生释放信号以释放压力，使得具有期望尺寸的电池模块可以随后安装到阵列中。

在前述装置的另一可选非限制性实施例中，压缩设备包括具有用于接收电池模块的安置座的台，安置座包括至少第一壁和第二壁，第一壁相对于台保持固定，第二壁与第一壁轴向地间隔开并且响应于由控制器产生的压缩信号而可由致动器在朝向第一壁的方向上移动，并且其中电池模块被接收在第一壁和第二壁之间的安置座中。

在任何前述装置的另一非限制性实施例中，期望尺寸被定义为电池模块的标称厚度，并且其中控制器产生压缩信号以移动致动器以压缩具有超过标称厚度的厚度的电池模块。

在任何前述装置的另一非限制性实施例中，其中致动器包含线性致动器。

上述段落的实施例，示例和替代方案、权利要求或以下描述和附图，包括它们的各个方面或各个特征中的任何一个，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。伴随具体实施方式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是包括多个电池单元的电池模块的分解图；

图3是没有剩余应力的未压缩电池模块的示意图；

图4是施加到图3的电池模块的压缩力的示意图，该压缩力用于将电池模块压缩到期望尺寸并引起剩余应力；

图5是具有剩余应力的压缩电池模块的示意图；

图6示出了用于施加图4的压缩力的装置的示例；

图7示出了安装成阵列的一个或多个压缩电池模块。

具体实施方式

本公开详述了安装在电动车辆内可使用的电池阵列中的示例性电池模块。在将电池模块安装到阵列中之前，示例性电池模块被压缩到期望尺寸。在一些实施例中，在将电池模块安装到阵列中之前，多个电池模块被压缩到期望尺寸。这些和其他特征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)，但应理解的是，本文描述的概念不限于HEV并且可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(Plug-in Hybrid ElectricVehicle，PHEV)、电池电动车辆(Battery Electric Vehicle，BEV)和燃料电池车辆。

在一个非限制性实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统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。第一驱动系统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。尽管示出了动力分配结构，但是本公开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型混合动力车辆的任何混合动力车辆或电动车辆。

发动机14(在一个实施例中是内燃发动机)和发电机18可以通过动力传递单元30(例如行星齿轮组)连接。当然，其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)可以用于将发动机14连接到发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传递单元30是包括环形齿轮32、中心齿轮34和托架总成36的行星齿轮组。

发电机18可以由发动机14通过动力传递单元30驱动以将动能转换为电能。发电机18可以替代地用作马达以将电能转换成动能，从而将扭矩输出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，所以发动机14的速度可以由发电机18控制。

动力传递单元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可以包括能够将扭矩传递到车辆驱动轮28的多个齿轮。在一个实施例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地连接到轴16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26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部件，在再生制动系统中马达22和发电机18都可以用作马达来输出扭矩。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是示例性电动车辆电池。电池组24可以是高电压牵引电池组，该高电压牵引电池组包括能够输出电力以操作马达22、发电机18和/或电动车辆12的其他电气负载的多个电池总成50(即，电池阵列或电池单元组)。也可以使用其它类型的能量存储设备和/或输出设备来为电动车辆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可以在电动车辆(EV)模式下运行，其中马达22用于车辆推进(通常在没有来自发动机14的辅助下)，由此消耗电池组24的电量状态直至在某些驾驶模式/周期下电池组24的最大可允许放电率。EV模式是电动车辆12的电量消耗模式操作的示例。在EV模式期间，电池组24的电量状态在一些情况下(例如由于再生制动周期)可以增加。发动机14在默认EV模式下通常是关闭的，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可以额外地以混合动力(HEV)模式运行，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的电量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的推进使用，以便通过增加发动机14的推进而将电池组24的荷电状态保持在恒定或近似恒定的水平。在本公开的范围内，除了EV和HEV模式之外，电动车辆12还可以以其他操作模式操作。

如图1所示，电池组24包括一个或多个电池阵列50。每个阵列50包括多个电池模块52。图2示出了包括用于向电动车辆12的各种电气负载供应电力的多个电池单元54的电池模块52。尽管在图2中描绘了特定数量的电池单元54，但是在本公开的范围内，电池模块52可以采用更多或更少数量的电池单元54。换句话说，本公开不限于图2中所示的具体配置。

电池单元54可以沿着纵向轴线A并排堆叠以构建电池单元54的组，有时称为“电池堆”。当然，电池单元54可以分组成其他配置。在一个非限制性实施例中，电池单元54是袋式电池。然而，在本公开的范围内，可以预期具有其他几何形状(圆柱形、棱柱形、锂离子电池等)、其他化学成分(镍金属氢化物、铅酸等)或两者都有的电池单元。电池模块的示例包括10或20个单元配置；然而，也可以设想包括更少或更多单元的其他配置。

电池单元54由位于电池单元54的外围周围的框架结构56支撑。当电池堆叠处于最大时，这种类型的设置会导致鼓胀。在图3中示出了鼓胀电池模块52a的示例。该鼓胀电池模块52a具有由尺寸X限定的厚度T。如果待组装到电池阵列50中的电池模块52的整体总厚度大于阵列50的固定长度，则在无需锤击、撬动或弯曲模块的情况下难以将模块52组装到阵列50中。

除其他方面以外，本发明提供了一种方法，根据一个示例，该方法包括在安装电池模块52到阵列50之前将至少一个电池模块52(图4)压缩到期望尺寸以提供压缩电池模块52b。图5中示出了压缩电池模块52b的示例。在另一个示例中，多个电池模块52被压缩到期望尺寸以提供多个压缩电池模块52b。

在一个示例中，期望尺寸被定义为电池模块52的标称厚度Tn。如图4所示，压缩设备58对电池模块42的一端82施加压力P以在将电池模块52安装到阵列50中之前减小电池模块52的厚度至标称厚度Tn。在图4所示的示例中，压缩设备58将电池模块52的厚度减小了间距ΔX至如图5所示的标称厚度Tn。

图6中示出了压缩设备58的一个示例。压缩设备58构造成在将电池模块52安装到阵列50中之前将电池模块52临时压缩到标称厚度尺寸Tn。压缩设备58包括由控制器62控制的致动器60，致动器60用于向电池模块52施加压力来在电池模块52中引起期望量的剩余应力，该剩余应力足以暂时保持电池模块52处于标称厚度Tn的期望尺寸。当电池模块52处于期望尺寸时，控制器62产生释放信号以释放压力，使得压缩电池模块52b可以随后被安装到阵列50中。

在一个示例中，控制器62包含包括处理器、存储器、接口设备等的一个或多个计算机，并且被编程为识别超过标称厚度的模块并且产生用于致动器60的压缩和释放信号以根据需要来提供压缩模块。示例性致动器60可以包含例如液压缸、气缸或其他类似装置的线性致动器。控制器62被编程为通过使用例如压力换能器或其他类似装置来控制压缩距离或压缩力以调节引入到电池模块中的剩余应力的量。

在图6所示的示例中，压缩设备58包括具有配制成接收电池模块52的安置座66的台64。安置座66包括相对于台64保持固定的至少第一壁68和第二壁70，该第二壁70从与第一壁68轴向间隔开并且响应于由控制器62产生的压缩信号而可由致动器60在朝向第一壁68的方向上移动。电池模块52接收在第一壁68和第二壁70之间的安置座66内。一旦电池模块52定位在安置座内，致动器60将第二壁70朝向电池模块52移动并将模块压缩ΔX量以实现标称厚度Tn。在一个示例中，第二壁70被设定为具有朝向第一壁68的最大行程长度，使得在最大行程长度处的壁之间的距离是期望的标称厚度尺寸。

一旦压缩电池模块52b处于标称厚度Tn处，压力被释放并且电池模块52b从台64移除。由压缩引起的剩余应力暂时将模块保持在标称厚度Tn处以用于允许短时间段内将模块安装到阵列50中。在一个示例中，致动器60施加不超过3600磅的力的压力；然而，可以根据应用使用其他等级的力。

如图7所示，阵列50可以包括被配置为轴向限制堆叠的电池模块的两个或更多个阵列板74。在一个非限制性实施例中，阵列板74设置在电池组24的纵向范围处(图1)。阵列50可以可选地包括底部支撑结构76。阵列板74和底部支撑结构76可以由金属材料(铝、钢等)或塑料材料制成。阵列板74的一般尺寸和形状并非打算限制本公开。

阵列板74包括第一侧区域78和与第一侧区域78相对的第二侧区域80。在一个非限制性实施例中，第一侧区域78面向待安装在阵列50内的电池模块52和第二侧区域80面向远离电池模块52的方向。在一个示例中，阵列50具有被限定在相对的阵列板74的第一侧区域78之间的固定安装长度L。将一个或更多压缩电池模块52安装到阵列50中，使得安装的每个电池模块52的厚度T的总和不超过固定长度L。因此，每个阵列50可以包括压缩电池模块和由于模块未超过标称厚度而未压缩电池模块。

在一个示例中，安装在阵列50内的模块52的数量可以在四到七个模块之间变化。一旦将压缩模块安装在阵列50内，剩余应力随着时间的推移逐渐释放，使得电池模块52在安装到阵列50中之后松弛。模块的厚度的暂时减小减少了阵列安装期间的总体模块堆叠，这有助于模块的安装，并且无需在模块上进行撬动或锤击。

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或相似的元件。应当理解，尽管在这些示例性实施例中公开并示出了特定的部件布置，但是其它设置也可以从本公开的教导中受益。

上述描述应被解释为说明性的，而不是任何限制。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。由于这些原因，应研究以下权利要求以确定本公开的真实范围和内容。

Claims (16)

1.一种用于电池阵列组装的方法，包含：

在将电池模块安装到阵列中之前，将至少一个电池模块压缩到期望尺寸以将剩余应力引入所述电池模块，并且其中所述压缩步骤包括：

对所述电池模块施加压力以在所述电池模块中引起足以将所述电池模块暂时压缩至所述期望尺寸的水平的所述剩余应力，

当所述电池模块处于所述期望尺寸时释放所述压力，以及

随后将具有所述期望尺寸的所述电池模块安装到所述阵列中。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述压缩步骤包括：

将多个电池模块压缩到所述期望尺寸以提供多个压缩电池模块。

3.如权利要求2所述的方法，包含：

将所述期望尺寸定义为电池模块的标称厚度。

4. 如权利要求3所述的方法，包含：

限定所述阵列的固定长度，以及

将一个或多个压缩电池模块安装到所述阵列中，使得安装的每个电池模块的厚度的总和不超过所述固定长度。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述压缩步骤包括：

仅压缩具有超过标称厚度的厚度的电池模块。

6.如权利要求3所述的方法，其中每个电池模块包括多个堆叠的电池单元，并且其中多个压缩电池模块被安装到所述阵列中。

7.如权利要求3所述的方法，其中所述压缩步骤包括：

在将所述电池模块安装到所述阵列中之前，将压力施加到所述电池模块的一端以将所述电池模块的厚度减小到所述标称厚度。

8.如权利要求7所述的方法，包含：

在压缩之后并且在将所述压缩电池模块安装到所述阵列中之前释放压力。

9.一种用于电池阵列组装的方法，包含：

在将电池模块安装到阵列中之前，将至少一个电池模块压缩到期望尺寸，并且其中所述期望尺寸被定义为所述电池模块的标称厚度；

将多个电池模块压缩到所述期望尺寸以提供多个压缩电池模块；

在将所述电池模块安装到所述阵列中之前，将压力施加到所述电池模块的一端以将所述电池模块的厚度减小到所述标称厚度；

其中所述压缩步骤包括：

对所述电池模块施加压力以在所述电池模块中引起足以将所述电池模块暂时保持在期望尺寸的期望量的剩余应力，

当电池模块处于所述期望尺寸时释放所述压力，以及

随后将具有所述期望尺寸的所述电池模块安装到所述阵列中。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述剩余应力随着时间逐渐释放，使得所述电池模块在被安装到所述阵列中之后松弛。

11. 一种用于电池阵列组装的装置，包含：

压缩设备，所述压缩设备被配置为在将电池模块安装到阵列中之前通过向所述电池模块施加压力来临时压缩至少一个电池模块到期望尺寸以将剩余应力引入所述电池模块，其中所述剩余应力足以将所述电池模块暂时压缩至所述期望尺寸的水平；以及

控制器，当所述电池模块处于所述期望尺寸时，所述控制器产生释放信号以释放所述压力，使得具有所述期望尺寸的电池模块可以随后被安装到所述阵列中。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述压缩设备包括由所述控制器控制的致动器，所述致动器用于向所述电池模块施加压力来在所述电池模块中引起足以暂时保持所述电池模块处于所述期望尺寸的期望量的所述剩余应力。

13.如权利要求12所述的装置，其中所述压缩设备包括具有用于接收所述电池模块的安置座的台，所述安置座包括至少第一壁和第二壁，所述第一壁相对于所述台保持固定，所述第二壁与所述第一壁轴向地间隔开并且响应于由所述控制器产生的压缩信号而可由所述致动器在朝向所述第一壁的方向上移动，并且其中所述电池模块被接收在所述第一壁和所述第二壁之间的所述安置座中。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述期望尺寸被定义为所述电池模块的标称厚度，并且其中所述控制器产生压缩信号以移动所述致动器以压缩具有超过所述标称厚度的厚度的所述电池模块。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述致动器包含线性致动器。

16.一种用于电池阵列组装的方法，包含：

在将电池模块安装进阵列之前将剩余应力引入所述电池模块以将所述电池模块压缩到期望尺寸，其中每个电池模块包括多个堆叠的电池单元，并且其中所述引入步骤包括：对所述电池模块施加压力以在所述电池模块中引起足以将所述电池模块暂时压缩至所述期望尺寸的水平的所述剩余应力；

当所述电池模块处于所述期望尺寸时释放所述压力，以及

随后将具有所述期望尺寸的所述电池模块安装到所述阵列中。

Images