CN109285976A - 用于对电池单元堆施加压缩弹簧力的阵列板组件 - Google Patents

Abstract

电池总成包括电池单元组和接触电池单元组的至少一个单元的阵列板组件。阵列板组件包括适于对至少一个单元施加压缩弹簧力的弹簧板。压缩弹簧力可以基于电池单元组的尺寸轮廓。

Description

用于对电池单元堆施加压缩弹簧力的阵列板组件

技术领域

本发明涉及用于电动车辆电池组的电池总成。示例性电池总成包括用于对电池单元组施加压缩弹簧力的阵列板组件。

背景技术

降低汽车燃料消耗和排放的要求是有据可查的。因此，正在开发降低或完全消除对内燃发动机依赖的车辆。目前为此目的开发了电动车辆。通常，电动车辆不同于常规的机动车辆，因为它们选择性地由一个或多个电池供电的电机驱动。相比之下，常规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力负载供应电力。电池组包括存储用于为这些电力负载供应电力的能量的多个电池单元。电池单元在充电和放电操作期间产生热量。有时，例如当给电池单元充电时，电池单元的外部轮廓可能会凸起或隆起。凸起可能引起不一致的电池堆尺寸，从而导致封装挑战。

发明内容

除了别的之外，根据本发明的示例性方面的电池总成包括电池单元组和接触电池单元组的至少一个单元的阵列板组件。阵列板组件包括适于对至少一个单元施加压缩弹簧力的弹簧板。

在前述电池总成的另一非限制性实施例中，阵列板组件设置在电池单元组的纵向范围处。

在前述电池总成之一的另一非限制性实施例中，阵列板组件沿着电池单元组的侧面设置。

在任一前述电池总成的另一非限制性实施例中，弹簧板包括弹簧部件，当至少一个单元的轮廓改变时，弹簧部件在展开位置和缩回位置之间是可移动的。

在任一前述电池总成的另一非限制性实施例中，轮廓在第一轮廓和相对于第一轮廓至少部分地凸起的第二轮廓之间是可改变的。

在任一前述电池总成的另一非限制性实施例中，弹簧板包括板体和从板体突出的弹簧部件。

在任一前述电池总成的另一非限制性实施例中，电池总成包含从板体突出的第二弹簧部件。

在任一前述电池总成的另一非限制性实施例中，阵列板组件包括外板和内板，以及弹簧板在外板和内板之间延伸。

在任一前述电池总成的另一非限制性实施例中，弹簧板包括与内板邻接的接触表面和与外板邻接的外周边。

在任一前述电池总成的另一非限制性实施例中，弹簧板包括具有接触表面和多个连接板的弹簧部件。

在任一前述电池总成的另一非限制性实施例中，响应于电池单元组的尺寸变化，接触表面和多个连接板中的至少一个是柔性的。

在任一前述电池总成的另一非限制性实施例中，多个连接板中的每个在接触表面和弹簧板的外周边之间延伸。

在任一前述电池总成的另一非限制性实施例中，开口设置在多个连接板的相邻连接板之间。

在任一前述电池总成的另一非限制性实施例中，弹簧板包括第一弹簧部件和与第一弹簧部件相邻的第二弹簧部件。

在任一前述电池总成的另一非限制性实施例中，中心梁在第一弹簧部件和第二弹簧部件之间延伸。

除了别的之外，根据本发明的另一示例性方面的方法包括凭借阵列板组件对电池总成的电池单元组施加压缩弹簧力，阵列板组件包括用于基于电池单元组的尺寸轮廓施加压缩弹簧力的弹簧板。

在前述方法的另一非限制性实施例中，响应于电池单元组的至少一个单元朝向更凸起的轮廓移动，弹簧板的弹簧部件朝向缩回位置移动。

在前述方法之一的另一非限制性实施例中，响应于电池单元组中的至少一个单元朝向较小凸起轮廓移动，弹簧板的弹簧部件朝向展开位置移动。

在任一前述方法的另一非限制性实施例中，弹簧板的弹簧部件包括接触表面，接触表面与电池单元组的至少一个单元或阵列板组件的内板邻接。

在任一前述方法的另一非限制性实施例中，弹簧部件包括多个柔性连接板，以及接触表面和多个柔性连接板中的至少一个响应于尺寸轮廓的变化而移动，以便维持压缩弹簧力。

前述段落、权利要求书或以下说明书和附图的实施例、示例和替代方案，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，本发明的各种特征和优势对于本领域技术人员将变得显而易见。伴随详细的说明书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示出了电动车辆的电池总成；

图3是图2的电池总成的分解图；

图4是图2的电池总成的剖面图；

图5示出了图2的电池总成的电池单元；

图6示出了另一示例性电池总成；

图7示出了另一示例性电池总成；

图8示出了又一示例性电池总成；

图9示出了又一示例性电池总成；

图10是用于电池总成的示例性弹簧板的侧视图；

图11是图10的弹簧板的正视图；

图12是图10的弹簧板的立体图；

图13示出了用于电池总成的另一示例性弹簧板。

具体实施方式

本发明详述了在电动车辆电池组内使用的电池总成。示例性电池总成包括电池单元组和接触电池单元组的至少一个单元的阵列板组件。阵列板组件包括适于对电池单元组施加压缩弹簧力的一个或多个弹簧部件。压缩弹簧力对电池单元组维持压缩力。尽管任何电池单元厚度变化，但压缩力确保更一致的电池堆尺寸。在本详细描述的以下段落中更详细地讨论了本发明的这些和其他特征。

图1示意性地示出了用于电动车辆12的动力传动系统10。虽然被描述为混合动力电动车辆(HEV)，但应当理解的是这里描述的构思不限于HEV并且可以延伸到其他电动车辆，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是使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(也就是，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(也就是，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中的每个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。尽管图1描述了动力分配结构，但是本发明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混合动力车辆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可以通过动力传输单元30(例如行星齿轮组)连接。当然，可以使用包括其它齿轮组和变速器的其它类型的动力传输单元将发动机14与发电机18连接。在非限制实施例中，动力传输单元30是包括环形齿轮32、中心齿轮34和行星齿轮架总成36的行星齿轮组。

发电机18可以通过动力传输单元30由发动机14驱动以将动能转化为电能。可供选择地发电机18可以起到马达的作用以将电能转化为动能，从而将扭矩输出至与动力传输单元30连接的轴38。因为发电机18可操作地连接到发动机14，因此发动机14的转速可以由发电机18控制。

动力传输单元30的环形齿轮32可以与通过第二动力传输单元44和车辆驱动轮28连接的轴40连接。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将来自发动机14的扭矩传递给差速器48以最终给车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括使得扭矩能够传递给车辆驱动轮28的多个齿轮。在非限制性示例中，第二动力传输单元44通过差速器48与轮轴50机械连接以将扭矩分配给车辆驱动轮28。

也可以使用马达22通过将扭矩输出至也与第二动力传输单元44连接的轴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合作作为再生制动系统的一部分，在该再生系统中马达22和发电机18可以被用作马达以输出扭矩。例如，马达22和发电机18中的每个可以给电池组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，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的其他电力负载的多个电池总成25(也就是，电池阵列或电池单元组)。其他类型的储能装置和/或输出装置也可以用于为电动车辆12提供电力。

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)模式下操作，在电动车辆模式下，马达22用于车辆推进(通常没有来自发动机14的帮助)，从而消耗电池组24荷电状态直到在特定驾驶模式/循环下其最大容许放电率。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的荷电状态在某些情况下可以增加，例如归因于一段时间的再生制动。发动机14在默认EV模式下通常关闭(OFF)，但是必要时可以基于车辆系统状态或如操作者所允许地操作。

电动车辆12可以附加地在混合动力(HEV)模式下操作，在混合动力模式下发动机14和马达22两者都用于车辆推进。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推进力使用以便通过增加发动机14推进力而将电池组24的荷电状态维持在恒定或近似恒定的水平。在本发明范围内，电动车辆12可以在除EV和HEV模式之外的其他操作模式下操作。

图2、3和4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中示出的电动车辆12的电池组24的部件。电池总成25包括存储用于向电动车辆12的各种电力负载供应电力的能量的多个电池单元56。尽管在图2-4中描述了具体数量的电池单元，但是在本发明的范围内电池总成25可以使用更多或更少数量的单元。换句话说，本发明不限于图2-4中示出的具体配置。

电池单元56可以沿着纵向轴线A并排堆叠以构造电池单元组56，有时被称为“电池堆”。在一实施例中，电池单元56是锂离子袋状电池。然而，在本发明的范围内可以可替代地使用具有其他几何形状(圆柱形、棱柱形等)、其它化学成分(镍金属氢化物、铅酸等)或具有两者的电池单元。

电池单元56可以容纳在阵列框架57内。例如，每个阵列框架57可以容纳一个或多个电池单元56。在一实施例中，阵列框架57还容纳散热片59(参见图4)。散热片59可以设置在电池堆的相邻电池单元56之间以便热管理由电池单元56产生的任何热量。

电池总成25的电池单元56可以由围绕电池堆的外周边设置的支撑结构58支撑。在一实施例中，支撑结构58包括一个或多个阵列板组件60和多个支撑板61。同时，阵列板组件60和支撑板61可以相互连接以轴向约束堆叠构造中的电池单元56。

支撑结构58可以可选地包括一个或多个绑定件63以及一个或多个杆65。杆65可以延伸穿过阵列板组件60和阵列框架57以帮助轴向约束电池单元56。

每个阵列板组件60可以包括外板84、内板86、以及设置在外板84和内板86之间的弹簧板88。内板86与电池单元56中的至少一个邻接，以及外板84与电池单元56间隔开并且因此不与电池单元56邻接。如下面更详细地讨论的，弹簧板88配置为对电池总成25的电池堆施加压缩弹簧力。

在一实施例中，电池总成25包括设置在电池总成25的纵向范围62处的单个阵列板组件60。在该实施例中，阵列板组件60用作支撑结构58的端板并且与电池单元56的纵向轴线A2平行地延伸。

在另一实施例中，电池总成25可以包括两个阵列板组件60。在该实施例中，一个阵列板组件60设置在电池总成25的每个纵向范围62处(例如，参见图6)。

在另一实施例中，阵列板组件60沿着电池总成25的一侧64设置(例如参见图7)。在该实施例中，阵列板组件60用作支撑结构58的侧板并且垂直于电池单元56的纵向轴线A2延伸。

在又一实施例中，电池总成25包括两个阵列板组件60。在该实施例中，一个阵列板组件60设置在电池总成25的每个侧面64上(例如参见图8)。

在又一实施例中，支撑结构58包括沿着电池总成25的纵向范围62和侧面64两者设置的阵列板组件60(例如参见图9)。在该实施例中，电池总成25包括四个总阵列板组件60。在电池总成25内使用的阵列板组件60和支撑板61的总数是设计特定的并且可以取决于维持一致的电池堆尺寸所需的压缩力的量。

现在参考图2-5，电池总成25的一个或多个电池单元56可以在诸如充电和放电条件的特定条件期间凸起、隆起或其他膨胀。例如，电池总成25的一个或多个电池单元56可以在第一位置X(以虚线示出)和第二位置X’(以实线示出)之间凸起、隆起或膨胀。电池单元56可以凸起到第一位置X和第二位置X’之间的任何位置。电池单元56可以响应于在电池单元56内发生的热量发生或化学反应而凸起。

在一实施例中，电池单元56的第一位置X通常是指电池单元56的未充电轮廓，以及第二位置X’通常是指已充电的轮廓。电池单元56的外部壳体66可以包括在第一位置X处的通常是平坦的(或更小凸起)的第一轮廓C1，以及在第二位置X’处的通常是非平坦的(或更大凸起)的第二轮廓C2。电池总成25的电池单元56的变化轮廓可能导致不一致的电池堆尺寸。例如，当一个或多个电池单元56朝向第二位置X’凸起时，电池总成25的总长度可以变得更大。为了解决这个问题，支撑结构58的一个或多个阵列板组件60可以包括对电池堆施加压缩弹簧力的弹簧部件，以便尽管电池单元56的变化的轮廓却维持更一致的电池堆尺寸。下面更详细地讨论配备有这种弹簧部件的示例性弹簧板。

继续参照图2-5，图10、11和12示出了用于电池总成25的阵列板组件60的示例性弹簧板88。弹簧板88包括板体68和从板体68突出的弹簧部件70。当阵列板组件60安装到电池总成25时，弹簧板88的板体68可以接触阵列板组件60的外板84，并且弹簧部件70可以接触阵列板组件60的内板86(例如参见图4)。

在一实施例中，板体68和弹簧部件70彼此一体形成以提供弹簧板88。弹簧板88因此被认为是排除任何机械附件的整体式部件。

在所示实施例中，弹簧板88包括单个弹簧部件70。然而，应该理解的是在本发明的范围内弹簧板88可以设计为包括任何数量的弹簧部件70。设计在弹簧板88中的弹簧部件70的总数可以取决于维持压缩电池总成25所需的压缩力的量。

弹簧板88的板体68包括由多个梁74形成的外周边72。在一实施例中，外周边72是矩形周边。在另一实施例中，外周边72是正方形周边。然而，在本发明的范围内也可以设想其他形状。

弹簧板88的弹簧部件70可以包括接触表面78和连接在接触表面78和板体68的梁74之间的多个连接板80。接触表面78通常是平坦的并且当阵列板组件60安装在电池总成25内时接触内板86或至少一个电池单元56(例如参见图2-4)。开口82可以在弹簧部件70的相邻连接板80之间延伸。

连接板80和开口82的构造赋予弹簧部件70“类似弹簧”的特征。例如，当电池总成26的一个或多个电池单元56朝向它们的第二位置X’凸起时(参见图5)，连接板80、接触表面78或两者可以朝向缩回位置RP弯曲(例如，呈现弹性变形)(见图10)。在缩回位置RP中，弹簧部件70已经朝向板体68移动，并且因此已经沿远离电池堆的方向(也就是，朝向外板84)移动。而且，当电池单元56返回朝向他们的第一位置X移动时，连接板80、接触表面78或两者可以返回朝向他们的展开位置EP弯曲，或返回朝向电池堆(也就是，朝向内板86)弯曲。因此，弹簧部件70能够补偿电池堆中的任何尺寸变化。

一旦阵列板组件60已经安装到电池总成25上，弹簧部件70就从板体68沿朝向电池单元56的方向凸起。在一实施例中，弹簧部件70选择性地对阵列板组件60的内板86施加压缩弹簧力以维持穿过电池总成25的电池单元56的压缩力(见图2-4)。阵列板组件60的内板86设计为将更均匀的压缩弹簧力分配到电池堆。

可以调节由弹簧部件70施加的压缩弹簧力的量以实现用于任何电池堆的任何期望的压缩力。在一实施例中，可以通过改变连接板80和接触表面78的材料的厚度、将一个或多个弹簧板88堆叠在一起等来改变由弹簧部件70施加的压缩弹簧力。

图13示出了另一示例性弹簧板188。弹簧板188包括板体168和从板体168突出的多个弹簧部件170。在所示实施例中，弹簧板188包括两个弹簧部件170。然而，应当理解的是在本发明的范围内弹簧板188可以设计为包括任何数量的弹簧部件170。弹簧板188可以构造成对电池组的不只一个电池总成施加压缩弹簧力，或者对包括具有相对大的宽度的电池单元的电池堆施加压缩弹簧力。

在该实施例中，弹簧板188的板体168包括在弹簧板188的弹簧部件170之间延伸的中心梁176。中心梁176给弹簧板188提供结构支撑。

本发明的示例性电池总成包括配备有一个或多个集成的弹簧板的阵列板组件。弹簧板包括类似弹簧的部件，能够通过对电池堆施加压缩弹簧力来将电池堆保持在压缩状态。所提出的设计消除了在电池堆和板之间提供泡沫垫的需要。所提出的设计因此利用更少的部件并因此减少成本和组装时间。

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。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他非限制性实施例的特征或部件结合是可行的。

应该理解的是，贯穿若干附图相似的附图标记标识对应或相似的元件。应该理解的是，虽然在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其他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任何限制意义的。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)

1.一种电池总成，包含：

电池单元组；以及

阵列板组件，所述阵列板组件接触所述电池单元组的至少一个单元，所述阵列板组件包括适于对所述至少一个单元施加压缩弹簧力的弹簧板。

2.根据权利要求1所述的电池总成，其中所述阵列板组件设置在所述电池单元组的纵向范围处。

3.根据权利要求1或2所述的电池总成，其中所述阵列板组件沿着所述电池单元组的侧面设置。

4.根据任一前述权利要求所述的电池总成，其中所述弹簧板包括弹簧部件，所述弹簧部件在所述至少一个单元的轮廓改变时，在展开位置和缩回位置之间是可移动的，以及可选择地，其中所述轮廓在第一轮廓和相对于所述第一轮廓至少部分地凸起的第二轮廓之间是可改变的。

5.根据任一前述权利要求所述的电池总成，其中所述弹簧板包括板体和从所述板体突出的弹簧部件，以及可选择地，包含从所述板体突出的第二弹簧部件。

6.根据任一前述权利要求所述的电池总成，其中所述阵列板组件包括外板和内板，以及所述弹簧板在所述外板和所述内板之间延伸，以及可选择地，其中所述弹簧板包括与所述内板邻接的接触表面和与所述外板邻接的外周边。

7.根据任一前述权利要求所述的电池总成，其中所述弹簧板包括具有接触表面和多个连接板的弹簧部件。

8.根据权利要求7所述的电池总成，其中所述接触表面和所述多个连接板中的至少一个响应于所述电池单元组的尺寸变化是柔性的，以及可选择地，其中所述多个连接板中的每个在所述接触表面和所述弹簧板的外周边之间延伸。

9.根据权利要求7所述的电池总成，包含设置在所述多个连接板的相邻连接板之间的开口。

10.根据任一前述权利要求所述的电池总成，其中所述弹簧板包括第一弹簧部件和与所述第一弹簧部件相邻的第二弹簧部件，以及可选择地，包含在所述第一弹簧部件和所述第二弹簧部件之间延伸的中心梁。

11.一种方法，包含：

凭借阵列板组件对电池总成的电池单元组施加压缩弹簧力，所述阵列板组件包括弹簧板，所述弹簧板用于基于所述电池单元组的尺寸轮廓施加所述压缩弹簧力。

12.根据权利要求11所述的方法，其中响应于所述电池单元组中的至少一个单元朝向更凸起的轮廓移动，所述弹簧板的弹簧部件朝向缩回位置移动。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中响应于所述电池单元组中的至少一个单元朝向较小凸起轮廓移动，所述弹簧板的弹簧部件朝向展开位置移动。

14.根据权利要求11-13任一项所述的方法，其中所述弹簧板的弹簧部件包括接触表面，所述接触表面与所述电池单元组的至少一个单元或所述阵列板组件的内板邻接。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述弹簧部件包括多个柔性连接板，以及所述接触表面和所述多个柔性连接板中的至少一个响应于所述尺寸轮廓的变化而移动，以便维持所述压缩弹簧力。