CN109273630A - 具有棘齿保持特征部的电池组阵列框架设计 - Google Patents

Abstract

一种电池组包括电池单元组和用于保持电池单元组的多个阵列框架。多个阵列框架中的每一个都包括棘齿特征部。柱螺栓包括凸起表面，该凸起表面构造成与多个阵列框架中的每一个的棘齿特征部匹配以将多个阵列框架固定在一起。

Description

具有棘齿保持特征部的电池组阵列框架设计

技术领域

本公开涉及用于电动车辆的电池组。一种示例性电池组包括用于保持至少一个电池单元的阵列框架。阵列框架包括用于与柱螺栓配合的棘齿特征部。

背景技术

减少机动车辆燃料消耗和排放的愿望已被充分记录。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。通常，电动车辆不同于传统的机动车辆，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发动机来推进车辆。

高压电池组通常为电动车辆的电机和其他电气负载供电。电池组包括存储用于为这些电气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(例如框架、紧固件、螺栓、杆、间隔件、导轨、壁、板、绑定件等)一起封装在一个或多个总成中。这些支撑结构可能不会对电池单元施加一致的夹持力，从而导致不一致的电池堆尺寸和封装挑战。

发明内容

除了其他方面之外，根据本公开的示例性方面的电池组包括电池单元组和用于保持电池单元组的多个阵列框架。多个阵列框架中的每一个包括棘齿特征部。柱螺栓包括凸起表面，凸起表面被构造成与多个阵列框架中的每一个的棘齿特征部匹配以将多个阵列框架固定在一起。

在前述电池组的进一步非限制性实施例中，多个阵列框架中的每一个包括顶壁、底壁以及在顶壁和底壁之间延伸的框架臂。

在前述任一电池组的进一步非限制性实施例中，形成在顶壁或底壁和框架臂中的一个之间的接合处的紧固带。

在任何上述电池组的进一步非限制性实施例中，紧固带包括用于接收柱螺栓的侧开口。

在任何上述电池组的进一步非限制性实施例中，第一紧固带形成在顶壁和框架臂中的一个之间的接合处，并且第二紧固带形成在底壁和框架臂中的一个之间的接合处。

在任何上述电池组的进一步非限制性实施例中，多个阵列框架中的每一个包括具有用于接收柱螺栓的侧开口的紧固带。

在任何前述电池组的进一步非限制性实施例中，棘齿特征部通过多个阵列框架中的至少一个的紧固带的突出壁形成。

在任何前述电池组的进一步非限制性实施例中，突出壁包括从紧固带的上突出部延伸的第一唇缘和从紧固带的下突出部延伸的第二唇缘。

在任何前述电池组的进一步非限制性实施例中，弯曲表面连接在第一唇缘和第二唇缘之间。

在任何上述电池组的进一步非限制性实施例中，第一唇缘和第二唇缘抵靠柱螺栓的凸起表面以限制多个阵列框架相对于柱螺栓的移动。

在任何前述电池组的进一步的非限制性实施例中，电池单元组和多个阵列框架形成电池总成。

在任何前述电池组的进一步非限制性实施例中，相对端板位于电池总成的纵向范围内。

在任何上述电池组的进一步非限制性实施例中，柱螺栓延伸穿过每个相对端板的开口。

在任何前述电池组的进一步非限制性实施例中，棘齿特征部包括唇缘，该唇缘抵靠凸起表面以限制多个阵列框架相对于柱螺栓的移动。

在任何前述电池组的进一步非限制性实施例中，凸起表面从柱螺栓的轴径向向外突出。

除了其他方面之外，根据本公开的另一示例性方面的方法包括使用柱螺栓将电池总成的多个阵列框架固定在一起，其中多个阵列框架包括棘齿特征部，棘齿特征部与柱螺栓的凸起表面相接以限制多个阵列框架相对于柱螺栓的移动。

在前述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括将柱螺栓插入多个阵列框架的紧固带的侧开口中。

在前述任一方法的另一非限制性实施例中，该方法包括使多个阵列框架沿着柱螺栓的轴移动直到棘齿特征部抵靠柱螺栓的凸起表面。

在任何前述方法的另一非限制性实施例中，棘齿特征部包括抵靠凸起表面以限制移动的第一唇缘和第二唇缘。

在任何前述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括将柱螺栓插入穿过电池总成的端板的开口。

前述段落、权利要求书或以下说明书和附图的实施例、实例和替代方案包括它们的各个方面或各个单独特征中的任一个，可以独立地或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。

根据以下详细描述，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示出了用于电动车辆电池组的电池总成；

图3是图2的电池总成的一部分的放大视图；

图4是通过电池总成的多个互连阵列框架的截面图；

图5是描绘柱螺栓和图4的多个互连阵列框架之间的连接的另一剖视图。

具体实施方式

本公开详述用于使用在电动车辆内的各种电池组设计。示例性电池组包括通过多个互连阵列框架保持在电池堆中的电池单元的组。每个阵列框架可以包括棘齿特征部，棘齿特征部被配置为与柱螺栓的凸起表面配合以将多个阵列框架固定在一起。阵列框架/柱螺栓接口将阵列框架锁定在位置并且限制阵列框架相对于柱螺栓的相对运动。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示意性地示出了用于电动车辆12的动力传动系统10。尽管描绘为混合动力电动车辆(Hybrid Electric Vehicle，HEV)，但应该理解的是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(Plug-in HybridElectric Vehicle，PHEV)、电池电动车辆(Battery Electric Vehicle,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均能够产生扭矩以驱动电动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管在图1中描绘了动力分配配置，但是本公开延伸到包括全混合动力、并联混合动力、串联混合动力、轻度混合动力或微型混合动力的任何混合动力车辆或电动车辆。

可以是内燃发动机的发动机14和发电机18可以通过动力传递单元30(诸如行星齿轮组)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连接至发电机18。在非限制性实施例中，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。在一非限制性实施例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地连接至轴50以将扭矩分配至车辆驱动轮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进行协作，其中马达22和发电机18都可以用作马达以输出扭矩。例如，电机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马达22、发电机18和/或电动车辆12的其它电气负载的多个电池总成25(即电池阵列或电池单元的组)。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可以用于给电动车辆12供电。

在一非限制性实施例中，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(Electric Vehicle,EV)模式运行，其中马达22用于车辆推进(通常无需发动机14的帮助)，由此在某些驾驶模式/周期下耗尽电池组24的荷电状态直至其最大允许放电率。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的荷电状态在某些情况下可以增加，例如由于再生制动期间。发动机14在默认EV模式下通常关闭，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。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操作。

图2和图3示意性地示出了可以在电动车辆内使用的电池总成25。例如，电池总成25可以是图1的电动车辆12的电池组24的部件。电池总成25包括多个电池单元56，其存储用于为电动车辆12的各种电气负载供电的能量。尽管在图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，电池总成25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中所示的具体配置。

电池单元56可以并排堆叠以构建电池单元56的组，有时被称为“电池堆”。在一实施例中，电池单元56是锂离子袋电池。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、棱柱形等)、其他化学制品(镍金属氢化物、铅酸等)或二者的电池单元。

电池单元56连同任何支撑结构(例如，阵列框架、间隔件、导轨、壁、板、绑定件等)可以统称为电池总成25。在一个实施例中，电池总成25的电池单元56由设置在电池堆的外周边周围的支撑结构57支撑、托住和/或保持在一起。支撑结构57可以包括多个互连的阵列框架58和相对的端板60。阵列框架58并排堆叠、组装在一起并且定位在相对的端板60之间，相对的端板60定位在电池总成25的纵向范围。因此，电池总成25沿着在相对的端板60之间的纵向轴线A1延伸。阵列框架58各自沿大致横向于纵向轴线A1的纵向轴线A2延伸。

一旦电池单元56已经定位在阵列框架58内，则电池单元56的端子61在阵列框架58的横向外侧突出。例如，端子61可以定位成平行于纵向轴线A2延伸在电池总成25的侧面。

支撑结构57可以另外包括用于轴向约束电池总成25的一个或多个柱螺栓62。在一个实施例中，支撑结构57包括在相对的端板60之间纵向延伸的四个柱螺栓62，其中每一个柱螺栓62定位在电池总成25的每侧的顶部和底部。然而，在本公开的范围内，电池总成25可以采用更多或更少数量的柱螺栓。柱螺栓62通常可以平行于电池总成25的纵向轴线A1延伸。

在另一实施例中，柱螺栓62延伸穿过在端板60的每个角部66附近形成的开口64。柱螺栓62可连接到电池总成25的每个阵列框架58。柱螺栓62锁定阵列框架58相对于彼此的定位以将电池总成25组装为均一单元。在一实施例中，如图3最佳所示，柱螺栓62包括凸起表面68，其与每个阵列框架58的棘齿特征部70配合(即接合)以在电池总成25组装期间提供“拉链”效果。如下面更详细讨论的，由阵列框架58/柱螺栓62接合提供的新型“拉链”设计将阵列框架锁定在位置并且限制阵列框架58相对于柱螺栓62的相对移动。

图4示出了图2的电池总成25的多个互连阵列框架58。示出了图4的阵列框架58，其中电池单元56和柱螺栓62被移除以更好地示出棘齿特征部70和阵列框架58的各种其他结构。

每个阵列框架58包括沿纵向轴线A2设置的框架主体72(参见图2)。框架主体72可以是矩形形状(即四边形)并且包括顶壁74、底壁76和连接在顶壁74和底壁76之间的框架臂7 8。在一实施例中，框架臂78设置在顶壁74和底壁76的相对端(即，接近纵向范围)附近。顶壁74、底壁76和框架臂78围绕穿过框架主体72形成的开口形成边界。在一实施例中，顶壁74和底壁水平延伸并且平行于框架主体72的纵向轴线A2，并且框架臂78垂直地并且横向于纵向轴线A2延伸。

阵列框架58的框架主体72可以是整体塑料结构。在一实施例中，顶壁74、底壁76和框架臂78被模制、铸造、机加工或以其他方式制造以形成整体单体结构。

框架主体72的每个相对侧可以形成尺寸和形状设计成接收电池单元的凹部82(例如参见图3的特征部56)。每个阵列框架58可以容纳一个或两个电池单元，每个凹部82能够接收单个电池单元56。

每个阵列框架58可以另外包括用于容纳柱螺栓62的一个或多个紧固带84。紧固带84是阵列框架58的框架主体72的集成特征。紧固带84可以从框架臂78沿远离框架主体72的开口80的方向突出。在一实施例中，紧固带84设置在每个框架臂78的两端(例如，在每个框架臂78和顶壁74之间的接合处附近以及在每个框架臂78和底壁76之间的接合处附近)。在顶壁74附近延伸的紧固带84可以被称为上部紧固带，而在底壁76附近延伸的紧固带84可以被称为下部紧固带。

每个紧固带84包括上突出部86和下突出部88。侧开口90沿着大致平行于电池总成25的纵向轴线A1(参见图2)的纵向轴线A3在上突出部86和下突出部88之间延伸。侧开口90的尺寸和形状被设计成容纳柱螺栓62中的一个(例如参见图2和5)。

紧固带84形成阵列框架58的棘齿特征部70。在一实施例中，每个棘齿特征部70由突出壁92提供，突出壁92均从紧固带的上突出部86和下突出部88向内突出。突出壁92可以包括从上突出部86向内延伸的第一唇缘94、从下突出部88向内延伸的第二唇缘96以及连接在第一唇缘94和第二唇缘96之间的弯曲表面98。

现在参照图4和图5，柱螺栓62的凸起表面68从轴100径向向外延伸。一旦柱螺栓62插入到紧固带84的侧开口90中，突出壁92的弯曲表面98就容纳柱螺栓62的轴100。在一实施例中，柱螺栓62的轴100是中空的以减轻重量。

柱螺栓62可以定位在紧固带84的侧开口90内。然后可以沿箭头99的方向推动阵列框架58以组装电池总成25。将阵列框架58沿着箭头99的方向移动将使突出壁92的第一唇缘94和第一唇缘96抵靠柱螺栓62的凸起表面68，由此产生“拉链”效果并且限制阵列框架58和柱螺栓62之间的相对运动。一旦添加了端板60(参见图2)，柱螺栓62有效地在多个阵列框架58上施加压缩锁定力。

本公开所描述的阵列框架/柱螺栓棘齿配合特征部通过锁定框架相对于螺栓的运动来改善模块功能，从而提高电池总成鲁棒性而不需要额外的部件。因此，框架和端板的相对分离显著降低，这可能导致改善的振动特性和增加的耐久性。

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 (15)

1.一种电池组，包含：

电池单元组；

用于保持所述电池单元组的多个阵列框架，其中所述多个阵列框架中的每一个包括棘齿特征部；以及

柱螺栓，所述柱螺栓包括凸起表面，所述凸起表面被构造成与所述多个阵列框架中的每一个的所述棘齿特征部匹配以将所述多个阵列框架固定在一起。

2.根据权利要求1所述的电池组，其中所述多个阵列框架中的每一个包括顶壁、底壁以及在所述顶壁和所述底壁之间延伸的框架臂。

3.根据权利要求2所述的电池组，包含形成在所述顶壁或所述底壁和所述框架臂中的一个之间的接合处的紧固带，并且可选地，其中所述紧固带包括用于接收所述柱螺栓的侧开口。

4.根据权利要求2所述的电池组，包含第一紧固带和第二紧固带，所述第一紧固带形成在所述顶壁和所述框架臂中的一个之间的接合处，所述第二紧固带形成在所述底壁和所述框架臂中的一个之间的接合处。

5.根据前述权利要求所述中任一项的电池组，其中所述多个阵列框架中的每一个包括具有用于接收所述柱螺栓的侧开口的紧固带。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其中所述棘齿特征部通过所述多个阵列框架中的至少一个的紧固带的突出壁形成。

7.根据权利要求6所述的电池组，其中所述突出壁包括从所述紧固带的上突出部延伸的第一唇缘和从所述紧固带的下突出部延伸的第二唇缘，并且可选地包含连接在所述第一唇缘和所述第二唇缘之间的弯曲表面，并且进一步可选地，其中所述第一唇缘和所述第二唇缘抵靠所述柱螺栓的所述凸起表面以限制所述多个阵列框架相对于所述柱螺栓的移动。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其中所述电池单元组和所述多个阵列框架形成电池总成。

9.根据权利要求8所述的电池组，包含位于所述电池总成的纵向范围内的相对端板，并且可选地，其中所述柱螺栓延伸穿过每个所述相对端板的开口。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其中所述棘齿特征部包括唇缘，所述唇缘抵靠所述凸起表面以限制所述多个阵列框架相对于所述柱螺栓的移动。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其中所述凸起表面从所述柱螺栓的轴径向向外突出。

12.一种方法，包含：

使用柱螺栓将电池总成的多个阵列框架固定在一起，其中所述多个阵列框架包括棘齿特征部，所述棘齿特征部与所述柱螺栓的凸起表面相接以限制所述多个阵列框架相对于所述柱螺栓的移动。

13.根据权利要求12所述的方法，包含将所述柱螺栓插入所述多个阵列框架的紧固带的侧开口中，并且可选地包含使所述多个阵列框架沿着所述柱螺栓的轴移动直到所述棘齿特征部抵靠所述柱螺栓的所述凸起表面。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述棘齿特征部包括抵靠所述凸起表面以限制所述移动的第一唇缘和第二唇缘。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，包含将所述柱螺栓插入穿过所述电池总成的端板的开口。