CN110024168A - 电池模块在储能系统电池模块隔间内的固定 - Google Patents

电池模块在储能系统电池模块隔间内的固定 Download PDF

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Abstract

在一种实施方式中，一种电池模块固定装置包括设于固定槽和固定销之间的间隙。当电池模块插入电池模块隔间时，每一间隙至少部分地填充有在所述插入后固化的固化材料。在另一实施方式中，所述固定槽可包括槽筒，所述槽筒包括泡沫材料以及多个组分，所述多个组分在所述插入后通过混合而形成所述固化材料。

Description

电池模块在储能系统电池模块隔间内的固定
技术领域
实施方式涉及电池模块在储能系统的电池模块隔间内的固定。
背景技术
储能系统可以依靠电池来存储电力。例如，在某些传统的电动车辆(EV)设计(例如，全电动车辆，混合动力电动车辆等)中，电动车辆中安装的电池外壳容纳多个电池单元(例如，多个电池单元可以单独地安装到电池中或可替代地分组安装在各自的电池模块内，每个电池模块包含一组电池单元，各个电池模块安装在电池外壳中)。电池外壳中的电池模块通过汇流条连接到电池接线盒(BJB)，汇流条将电力分配给驱动电动车辆的电动机以及电动车辆的各种其他电气部件(例如，收音机，控制台，车辆加热、通风和空调(HVAC)系统，内部灯、外部灯如头灯和刹车灯，等)。
发明内容
一种实施方式涉及一种电池模块的电池模块固定装置，所述电池模块配置为沿插入方向插入电池模块隔间内，固定装置包括：包括一组固定槽的第一电池模块部件；包括一组固定销的第二电池模块部件，所述一组固定销在所述电池模块插入所述电池模块隔间内时伸入所述一组固定槽内；以及形成于所述一组固定槽与伸入其内的所述一组固定销之间的一组间隙，其中，所述一组间隙当中的每一间隙均至少部分地填充固化材料，所述固化材料用于在所述电池模块插入所述电池模块隔间内后在所述间隙内固化。
另一实施方式涉及一种将电池模块固定至电池模块隔间的方法，包括：将固化材料涂敷至第一电池模块部件上的一组固定槽；以及将所述电池模块插入所述电池模块隔间内，以使得第二电池模块部件上的一组固定销伸入所述一组固定槽内，其中，所述插入步骤导致所述一组固定槽与伸入其中的所述一组固定销之间形成一组间隙，并且每一间隙至少部分地被所述固化材料填充，所述固化材料用于在所述插入之后于所述间隙内固化。
另一实施方式涉及一种便于将电池模块固定于电池模块隔间内的槽筒，包括：含泡沫材料的泡沫材料部分；包括双组分固化材料的第一固化组分的第一固化材料组分部分；包括所述双组分固化材料的第二固化组分的第二固化材料组分部分；所述第一和第二固化材料组分部分之间的分隔壁，所述分隔壁用于在所述分隔壁被戳破之前，阻止所述第一和第二固化组分互相混合而形成所述双组分固化材料；以及包括实心部分和穿孔的槽筒框，所述穿孔用于在所述分隔壁被戳破后，允许所述双组分固化材料通过。
附图说明
通过结合附图参考以下详细描述，可易于更加完全并更好地理解本公开的实施方式。附图仅用于说明目的，并不对本公开构成限制。附图中：
图1为根据本公开的实施方式的电池模块外部框架的正面立体图。
图2A和图2B为根据本公开的实施方式的图1的电池模块外部框架的两个背面立体图。
图3A为根据本公开的实施方式的包括电池外壳的电动车辆的横截面的俯视立体图。
图3B为根据本公开的实施方式的安装于横向相邻的电池模块隔间内的横向相邻的电池模块的侧向立体图。
图3C为根据本公开的实施方式的包括电池模块安装区域的电动车辆车辆的示例。
图4A为根据本公开的实施方式的电池模块固定装置的截面槽，该电池模块固定装置包括带固定槽的电池模块。
图4B为根据本公开的实施方式的所述电池模块插入相应电池模块隔间后的图4A的电池模块固定装置。
图5为根据本公开的实施方式的另一电池模块固定装置。
图6A～图6C为根据本公开的实施方式的基于槽筒的销/槽接口。
图6D和图6E为根据本公开的其他实施方式的基于槽筒的销/槽接口。
图6F为插入相应固定槽槽筒内的固定销。
图7为根据本公开的实施方式的将电池模块固定于储能系统的电池模块隔间内的过程。
图8A和图8B为根据本公开的实施方式的电池模块固定装置。
图9为根据本公开的实施方式的将电池模块固定于电池模块隔间内的过程。
图10为根据本公开的实施方式的电池模块的移除过程。
具体实施方式
在以下描述和相关附图中提供了本公开的实施方式。在不脱离本公开的范围的情况下，可以设计出替代实施例。此外，为免模糊本公开的相关细节，不详细描述或省略本公开的公知元件。
储能系统可以依靠电池来存储电力。例如，在某些传统的电动车辆(EV)设计(例如，全电动车辆，混合动力电动车辆等)中，电动车辆中安装的电池外壳容纳多个电池单元(例如，多个电池单元可以单独地安装到电池中或可替代地分组安装在各自的电池模块内，每个电池模块包含一组电池单元，各个电池模块安装在电池外壳中)。电池外壳中的电池模块通过汇流条连接到电池接线盒(BJB)，汇流条将电力分配给驱动电动车辆的电动机以及电动车辆的各种其他电气部件(例如，收音机，控制台，车辆加热、通风和空调(HVAC)系统，内部灯，外部灯如头灯和刹车灯，等)。
图1为根据本公开的实施方式的电池模块100外部框架的正面立体图。图2A和图2B为根据本公开的实施方式的图1的电池模块100的外部框架的两个背面立体图。在图1～图2B的示例中，电池模块100用于插入电池模块隔间内。例如，在图1～图2B中，电池模块100的每一侧均包括便于插入(和/或拔出)电池模块隔间的引导构件105或215B。在进一步的示例中，引导构件105或215B构造成嵌入电池模块隔间内的沟槽，以便于电池模块100的插入和拔出。电池模块100上一体成型有插入端端盖110(或端板)。插入时，插入端端盖110可附接或固定至电池模块隔间(例如通过栓孔等固定点115)，以由与侧盖(或端板)一体成形的密封系统(如橡胶环、纸垫、密封胶等)将电池模块100密封于电池模块隔间内。虽然插入端端盖110在图1～图2B中示出为与电池模块100一体成型，但是插入端端盖110也可以为与电池模块100独立(或分离)的结构，其中，首先将电池模块100插入电池模块隔间，然后再附接插入端端盖110。
参考图1～图2B，插入端端盖110包括设于凸缘上的固定点115，一组冷却连接件120以及过压阀125。在一个实施例中，固定点115可以为可供固定栓插入的栓孔，所述一组冷却连接件120可包括输入和输出冷却管连接器(例如，可通过该连接器，将冷却液泵入电池模块100中，以对一个或多个冷却板进行冷却)。过压阀125可配置为，当电池模块100的内部压力超出阈值时打开(例如，在电池模块100内的电池单元发生热失控的情况下，通过脱气以避免发生爆炸或压力过大)。
在替代实施方式中，可不设固定点115及相应凸缘，而是可通过其他不同的固定机构(如夹钳机构)，将电池模块100固定在相应的电池模块隔间内。
参考图2A和图2B，电池模块100还包括一组固定槽200(如用于在插入时，将电池模块100定位及固定在电池模块隔间内)以及一组高电流(HC)连接器205(如对应于电池模块100的正负端，每一该连接器均可通过栓接、螺合或插入的方式连接至与上述BJB或另一电池模块连接的电接口)。在图2A中，所述电池模块包括有线HC数据端口210A(如用于将电池模块100的内部传感器经所述电池模块隔间内的有线LC模块至通道接口(图2A中未示出)连接至所述BJB(图2A中未示出))。在图2B中，所述电池模块包括光学LC数据端口210B(如用于将电池模块100的内部传感器经所述电池模块隔间内的导光管等光学LC模块至通道接口(图2B中未示出)连接至所述BJB(图2B中未示出))。在一个实施例中，当电池模块100插入电池模块隔间内时，光学LC数据端口210B可被压在所述光学LC模块至通道接口上(图2B中未示出)，从而在经通道空间内的导光管与所述BJB进行光信号交换时，不发生灰尘或其他碎屑的积聚。因此，电池模块100配置为，当插入所述电池模块隔间时，使得HC连接器205和LC数据端口210A或210B分别与电池模块隔间内的相应的连接器固定和连接(如插入或压接并密封)。在本申请中，“LC”和“HC”一般用于区分数据连接(即LC)和电源连接(即HC)。通常，电源连接对应于较高的电流和/或电压(例如，适用于为电动车辆的驱动电机供电)，而数据连接对应于较低的电流和/或电压(例如，适用于数据通信，但是也可支持低功率负载，如利用通用串行总线(USB)充电的负载)。
本公开描述的各种实施方式涉及电池模块(如图1的电池模块100)在电池模块隔间内的固定。下文中，先对含多个为电动车辆供电的电池模块隔间的例示电池外壳构形进行描述，然后描述图1的电池模块100在一个所述电池模块隔间内的各例示固定方式。然而，可以理解的是，下述电池模块固定方式实施例可应用于任何储能系统类型的任何特定电池外壳内的电池模块隔间，并不只是针对电动车辆。
图3A为根据本公开的实施方式的包括电池外壳305A的电动车辆300A的横截面的俯视立体图。虽然图3A为了给出总体背景而示出了电动车辆300A的各种众所周知的部件(如车轮、车轴等)，但是为了简洁起见，下文不再对这些部件进行详细描述。在以下结合图3A和其他附图做出的描述中，电池“外壳”和电池“模块安装区域”这两称呼可在某种程度上互换。图3A(及下述其他附图)中的电池模块安装区域是指电池模块隔间用于接收电池模块的插入并经由插入端端盖密封以形成电池外壳的电池模块隔间的布置。此外，在至少一种实施方式中，所述电池模块安装区域为电动车辆300A地板的一部分。
参考图3A，电池外壳305A包括十个电池模块隔间A～J以及中间条310A，该中间条设于电动车辆300A的不同纵向侧上的电池模块隔间A～E和电池模块隔间F～J之间。每一电池模块隔间均包括：隔间框(或多个隔间壁)，该隔间框限定出供相应电池模块嵌入的内部空间；以及插入端，该插入端可打开，以便于相应电池模块的插入和/或拔出。中间条310A可由将横向相邻(如在电动车辆300A宽度方向上对齐排列构成左右对)的电池模块隔间A～J分隔开来的分隔壁(或防火墙)(例如，防火墙位于电池模块隔间A和F之间，防火墙位于电池模块隔间B和G之间，等)构建。
在一个实施例中，中间条310A可以是一个单独的纵向“条”，横跨整个电池外壳305A延伸。在这种情况下，每个电池模块隔间的内部侧壁可以附接到中间条310A以形成电池模块安装区域。在替代实施例中，每一对横向相邻的电池模块隔间均可预制为电池模块隔室，该隔室本身具有隔室防火墙，用于将其内两个横向相邻的电池模块隔间分隔开来。各电池模块隔室可纵向堆叠，以形成所述电池模块安装区域。在该情形中，中间条310A由整个电池外壳305A的每个相应电池模块隔室包含的各个防火墙组合而成。
虽然图3A中将中间条310A示为处于电池外壳305A的中心，但是在其他实施方式中，中间条310A也可设于其他位置(例如靠近两侧当中的其中一侧，以适应电池模块安装区域左右两侧电池模块规格不同的情形)。此外，在其他实现方式中，还可设置多个中间条。例如，对于宽度较大的车辆，电池模块安装区域的宽度可大于两个电池模块的总长度，从而使得在将所述两个电池模块插入一对横向相邻的电池模块隔间内后，该两个电池模块之间存在间隙。在该情形中，每一横向相邻的电池模块隔间均可使用两个分开的防火墙，从而使得各个电池模块可宽裕地嵌入其间，而且所述两个防火墙之间还有间隙。所述两个防火墙可以形成两个分开的“中间”(虽然各防火墙可能实际上偏离电池外壳305A的中心或中间位置)条的一部分，其中，该两个分开的中间条或者对应于纵贯电池外壳305A的两个长“条”，或者对应于纵向堆叠的各电池模块安装隔室内的隔室专用防火墙的两个组合体。在至少一种实施方式中，所述两个分开的中间条之间的间隙可用作通道空间(例如，为了便于光学通信，为了延伸LC/HC汇流条等)，但是在下文所述的各实施方式中，该通道空间形成于各电池模块隔间上方，而非横向相邻的电池模块隔间之间的间隙内。
可以理解的是，图3A所示的电池外壳305A包括十个电池模块隔间A～J的情形仅用于例示目的。举例而言，轴距更长的电动车辆可设置具有更多(如12个、14个等)电池模块隔间的电池外壳，而轴距更短的电动车辆可设置具有更少(如8个、6个等)电池模块隔间的电池外壳。电池模块隔间A～E纵向(即沿电动车辆300A的纵向长度方向)排列于电动车辆300A右侧，而电池模块隔间F～J纵向排列于电动车辆300A左侧。
在本说明书中，“电池模块”为包含多个电池单元如锂离子电池单元或由其他电极材料制成的电池单元的包装体。电池模块可以构造成棱柱形或袋形电池单元布置(有时称为软包装)，而其他电池模块构造成圆柱形电池单元布置。
在本说明书中，电池模块隔间的“密封”是指至少为水密的或液密的，可选为气密的(至少相对于某些气体，例如由火，碳，电解质颗粒等产生的烟雾)。通常，电池模块隔间的密封是由其内壁被焊接或胶合在一起(如果可能)，并且任何的连接接口(例如，插入端端盖，冷却剂接口插头，电接口连接器等)用合适类型的密封剂(例如，O形圈，橡胶垫圈，密封剂等)密封所致的。电池模块隔间的密封可能是气密的(例如，相对于所有气体是气密的)，但气密密封是不需要的(例如，由于成本高)。因此，电池模块隔间的密封方式可以用于阻挡可能性较大的污染物(如水等液体、火焰和/或由火，碳和电解质颗粒产生的烟雾等)从外部环境传播进入电池模块隔间，和/或阻挡其从电池模块隔间离开后朝受保护区域(如电动车辆的乘坐空间)传播。此外，虽然下文所述各种实施方式涉及将电池模块横向或侧向插入相应电池模块隔间，然而针对不同的电池模块安装区域构形，电池模块隔间A～J的插入端也可发生变化。
参考图3A，中间条310A用于增大电池外壳305A的整体刚度(并从而增大电动车辆300A的整体刚度)。在一个实施例中，中间条310A可设于通道空间315A下方，该通道空间与中间条310A类似，也可居中设于电池模块隔间A～E和电池模块隔间F～J之间。如上所述，包括中间条310A的电池模块隔间防火墙可限制危险有害因素(如过热或着火、漏液等)在电池模块隔间A～E和电池模块隔间F～J之间的传播。可选地，通道空间315A允许插于电池安装隔间A～J内的电池模块例如经设于所述通道空间内的导光管进行从电池接线盒(BJB)到电池模块控制器(BMC)的无线通信(如光学通信)。在一个实施例中，通道空间315A可处于电池模块隔间A～J之外，而且有效地位于电动车辆300A的中间置于电池外壳305A的顶部(例如，沿中间条310A的顶部)。或者，如上所述，通道空间315A并不形成于电池外壳305A上方或顶部，而是可与电池外壳305A内的电池模块A～J在垂直方向上(水平方向上)对齐，并位于电动车辆300A横向两侧的相邻电池模块隔间的中间(例如，两个内壁或防火墙用于将每一对横向相邻的电池模块隔间密封，而每一对横向相邻的电池模块隔间中间的空间形成通道空间315A)。
虽然图3A的俯视立体图中并未明确示出，但沿通道空间315A可设有一个或多个汇流条(如高电流(HC)汇流条、低电流(LC)汇流条等)，以实现任一电池模块隔间A～J内所插入的电池模块与电池接线盒(BJB)之间的电和/或通信连接。每一电池模块隔间还可包括LC模块至通道接口，以便于相应电池模块与所述BJB的连接。在本说明书中，LC“模块至通道”接口用于广泛指代不同类型的接口。例如，对于光学通信接口，所述LC模块至通道接口可包括光导(或甚至裸露的空气间隙)。对于有线通信接口，所述LC模块至通道接口可包括物理的电线或电缆。
在插入包括一体成型端盖(或端板)的电池模块时，工作人员可将该电池模块插入电池模块隔间，并将该电池模块与至少一个相应汇流条连接(例如，通过连接器与LC和HC汇流条连接，该连接器例如为插头，其中，工作人员可通过将所述电池模块的电接口推入或滑入相应连接器内的方式，完成该电池模块的连接)。随后，工作人员可将所述端盖(或端板)固定(例如，通过拧紧固定栓等方式固定)至电池模块隔间上，从而实现该电池模块隔间的密封。类似地，在拔出时，工作人员可先释放或解锁所述端盖附接机构(例如，通过移除螺栓等方式)，然后将所述电池模块滑出电池模块隔间。由此可见，在至少一种实施方式中，在插拔过程中，工作人员仅需对电池模块隔间的一个特定子隔间内的电池模块及其相关联的汇流条电池模块隔间操作一次即可，不需要将工作人员暴露于HC汇流条。在一种实施方式中，所述BJB也可在电动车辆300A的中间或中心处(纵向)置于电池外壳305A的顶部。
以上参考图3A所述的电池外壳305A可基于各种电池模块安装区域构形，例如以下各种实施方式的描述中所使用的横向插入式电池模块安装区域构形(例如，电池模块从电动车辆的左右两侧插入电池模块安装区域)。然而，虽然附图并未明确示出，但是还可采用其他电池模块安装区域构形，例如垂直插入式电池模块安装区域构形(例如，电池模块从电动车辆的上下两侧插入电池模块安装区域)、合页插入式电池模块安装区域结构(例如，电池模块隔间附接至合页上，从而使得该电池模块隔间可通过合页上下旋转，以实现电池模块的插入)。
图3B为根据本公开的实施方式的安装于横向相邻的电池模块隔间(如电池模块隔间A和F、或电池模块隔间B和G、或电池模块隔间C和H等)内的横向相邻电池模块1和2的侧向立体图。如图3B所示，在插入时，先将电池模块1和2置于横向相邻的电池模块隔间内，然后将其朝内推，从而使得电池模块1和2朝所述防火墙(如中间条310A)滑动。
参考图3B，中间条310A可包括每一所述电池模块隔间(如图3A中每一电池模块隔间A～J)内的一组固定销。例如，供电池模块1插入的电池模块隔间至少包括固定销300B和305B，而供电池模块2插入的电池模块隔间至少包括固定销310B和315B。固定销300B～315B配置为在电池模块插入过程中与各电池模块1和2上的固定槽对准。举例而言，针对相应电池模块上的每一相应固定槽，中间条310A均可设有一个固定销。在一个具体实施例中，如图2A和图2B的电池模块100所示，所述电池模块可包括四个固定槽，在该情形中，中间条310A可在每一电池模块隔间内均包括四个相应的固定销。然而，在其他实施方式中，固定销与固定槽之间的数目比无需一定为1：1(例如：多个固定销可与一个固定槽对准；固定槽当中的一部分与固定销对准；等等)。
参考图3B，当电池模块1完全插入相应的电池模块隔间时，固定销300B和305B将至少部分地伸入电池模块1上的相应固定槽内。同样地，当电池模块2完全插入相应的电池模块隔间时，固定销310B和315B将至少部分地伸入电池模块2上的相应固定槽内。
参考图3B，即使在电池模块1和/或2插入相应电池模块隔间之后，由于公差的原因，每一电池模块的固定槽与中间条310A上的相应固定销之间也可形成间隙。也就是说，固定销并不完全充满相应固定槽。每一间隙均可填充一种或多种稳定化材料，如固化材料(如环氧树脂材料)、泡沫材料(如聚氨酯泡沫等)或其组合，以下将对此进行进一步详细描述。在一个实施例中，所述固化材料可配置为在普通环境条件下固化，但是可选地，可通过加热可加速该固化过程。该固化材料使得电池模块可抵御电动车辆300A的加速等触发事件所导致的外力(如振动等)。
图3C所示为根据本公开的实施方式的电池模块安装区域305C的电动车辆300C的示例。参考图3C，电池模块安装区域305A的构造与图3A中的电池外壳305A类似。图中，各电池模块310A～335A以不同程度插入电池模块安装区域305A内的状态示出。如上所述，在插入时，电池模块310A～335A上的固定槽可与中间条310A上的相应固定销对准，从而有助于电池模块310A～335A在相应电池模块隔间内的固定。此外，每一电池模块310A～335A进一步示出为包括插入端端盖。在插入时，该插入端端盖可固定至(如通过螺合或栓接)电池模块安装区域305C上，从而有助于在电动车辆300A运行期间将每一电池模块的固定销保持于相应电池模块的固定槽内。
图4A为根据本公开的实施方式的电池模块固定装置的截面槽，该电池模块固定装置包括带固定槽405A的电池模块400A。图4A所示固定槽405A在电池模块400A插入相应的电池模块隔间之前(即相应固定销伸入固定槽405A之前)的状态。如图4A所示，固定槽405A部分填充固化材料410A(如环氧树脂材料)。图4A中，固化材料410A处于未固化状态，从而使得固化材料410A在插入前为流体或具有可塑性。举例而言，图4A中的固化材料410A可在相应电池模块插入相应的电池模块隔间前的时刻才施加于固定槽405A内，从而使得固化材料410A直至插入后才可能完全固化(或硬化)。
图4B所示为根据本公开的实施方式的电池模块400A插入相应的电池模块隔间后的图4A的电池模块固定装置。如图4B所示，固定销400B伸入固定槽405A中，并在两者之间留下间隙。该间隙由与固定销400B接触的固化材料410A部分填充。具体而言，固定销400B的头部与固化材料410A接触，从而使得部分固化材料410A移位并在固定销400B的杆部四周移动。固化材料410A继续固化至完全硬化，从而有助于稳定固定销400B的位置，并通过平衡公差而使电池模块400A在所述电池模块隔间内稳定。
参考图4A和图4B，固定槽405A和/或固定销400B可在所述电池模块插入电池模块隔间之前涂敷一涂层(如聚四氟乙烯(PTFE))，该涂层用于减轻或防止固定槽405A和/或固定销400B与固化材料410A的粘附。
图5所示为根据本公开的实施方式的另一电池模块固定装置。在图5中，固定槽405A内同时填充固化材料410A和泡沫材料500，而非仅填充该固化材料。在固定槽405A内，泡沫材料500可位于比固化材料410A更深的位置，从而使得泡沫材料500处于固定销400B的头部，而固化材料410A环绕固定销400B的杆部(插入后)。在各固定槽内，泡沫材料500抵靠电池模块的端板505(如图2A和图2B所示的后侧端板)。
参考图5，泡沫材料500用于补偿所述电池模块和电池模块隔间的受热延长特性之间的差异，与此同时，固化材料410A变硬(固化后)并为电池模块在垂直于插入方向的横向移动提供刚度。与图4A和图4B类似，固定槽400A和/或固定销400B可在所述电池模块插入电池模块隔间之前涂敷一涂层(如PTFE)，该涂层用于减轻或防止固定槽405A和/或固定销400B与固化材料410A的粘附。在一个实施例中，泡沫材料500用于在为固定销400B提供缓冲作用的同时，允许其沿插入方向相对移动(如因受热延长、碰撞力等原因)。如此，所述电池模块在径向上基本固定的同时，因泡沫材料500的柔性而可在水平方向上实现公差补偿。
图6A～图6C所示为根据本公开的实施方式的基于槽筒的销/槽接口。具体而言，图6A所示为槽筒600A，图6B-1和图6B-2所示为分别插入固定槽600B和600B-1后的槽筒600A，图6C所示为槽筒600A在包含设于固定槽600B内的槽筒600A的电池模块插入电池模块隔间后的状态，其导致固定销600C戳破槽筒600A。
参考图6A，槽筒600A包括外层(或槽筒框)，该外层含实心部分605A和穿孔610A。该槽筒框的实心部分605A可由塑料、金属片、细丝网或其任意组合形成。穿孔610A既可以是槽筒600A中的实际穿孔(如通过在所述塑料或金属板材外层中打孔而形成的穿孔)，也可以是供液体流过的缝隙(如当该外层由细丝制成时)。无论在哪种情况下，当固定销施加压力时，液态固化材料均可经穿孔610A流至槽筒600A之外。槽筒600A划分为多个部分，相邻部分均由分隔壁(如脆性箔或玻璃)分割开来，这些分隔壁可用于在电池模块插入电池模块隔间时被固定销戳破(或戳裂)。
参考图6A，槽筒600A包括泡沫材料部分615A，第一固化材料组分部分620A，第二固化材料组分部分625A以及中空部分630A(例如，为固定销插入后留取空间)。在一个实施例中，所述固化材料可对应于双组分粘胶(或环氧树脂)，其中的一种组分盛放于第一固化材料组分部分620A中，另一组分盛放于第二固化材料组分部分625A中。在其他实施方式中，所述固化材料也可由单组分环氧树脂材料(或粘胶)形成。在盛放于不同部分中的状态下，所述双组分粘胶并不混合，因此无法发生固化(或硬化)。然而，当固定销在电池模块插入过程中戳破第一固化材料组分部分620A和第二固化材料组分部分625A之间的分隔壁时，该双组分粘胶发生化学反应，从而开始固化(或硬化)。
参考图6B-1，槽筒600A示出为设于固定槽600B内。如图6B-1所示，固定槽600B包括底切结构(或沟槽)605B。底切结构605B可以为围绕固定槽600B的连续环槽，或者为相互错开的若干沟槽段。底切结构605B的设置用于在第一固化材料组分部分620A和第二固化材料组分部分625A之间的分隔壁被戳破后通过存储所述固化材料的溢出部分而实现公差补偿。
参考图6B-2，槽筒600A示出为设于固定槽600B-2内。如图6B-2所示，固定槽600B-2省略了图6B-1中固定槽600B-1所述的底切结构(或沟槽)605B。由此可见，底切结构605B为一可选实施的特征。
参考图6C，槽筒600A示出为在电池模块插入电池模块隔间后被固定销600C戳破。更具体而言，在上述各部分615A～630A之间的分隔壁被戳破后，使得盛于第一和第二固化材料组分部分620A～625A中的各固化材料组分混合并形成固化材料605C，该固化材料经穿孔605A渗入底切结构605B。底切结构605B用于作为存储固化材料605C的过量或溢出部分的溢流室。固定销600C的头部与泡沫材料部分615A的泡沫材料接触，从而获得缓冲。混合和固化后，固化材料605C形成一硬化材料，可为电池模块在垂直于插入方向的横向移动提供刚度。如上所述，固定槽600B和/或固定销600C可在电池模块插入电池模块隔间之前涂敷一涂层(如PTFE)，该涂层用于减轻或防止固定槽600B和/或固定销600B与固化材料605C的粘附。
图6D和图6E所示为根据本公开的其他实施方式的基于槽筒的销/槽接口。具体而言，图6D所示为槽筒600D，图6E所示为插入固定槽600E后的槽筒600D。
参考图6D，与图6A的槽筒600A类似，槽筒600D包括外层(或槽筒框)，该外层含实心部分605D和穿孔610D。该槽筒框的实心部分605D可由塑料、金属片、细丝网或其任意组合形成。穿孔610D既可以是槽筒600D中的实际穿孔(如通过在所述塑料或金属板材外层中打孔而形成的穿孔)，也可以是供液体流过的缝隙(如当该外层由细丝制成时)。无论在哪种情况下，当固定销施加压力时，液态固化材料均可经穿孔610D流至槽筒600D之外。槽筒600D分为多个部分，相邻部分均由分隔壁(如脆性箔或玻璃)分割开来，这些分隔壁可用于在电池模块插入电池模块隔间期间被固定销戳破(或戳裂)。
参考图6D，槽筒600D包括泡沫材料部分615D，第一固化材料组分部分620D，第二固化材料组分部分625D以及中空部分630D(例如，为固定销插入后留取空间，以减少所述固定槽内的固化材料溢出量)。在一个实施例中，所述固化材料可对应于双组分粘胶(或环氧树脂)，其中的一种组分盛放于第一固化材料组分部分620D中，另一组分盛放于第二固化材料组分部分625D中。在另一实施例中，所述固化材料也可由单组分环氧树脂材料(或粘胶)形成。在盛放于不同部分中的状态下，所述双组分粘胶并不混合，因此无法发生固化(或硬化)。然而，当固定销在电池模块插入过程中戳破第一固化材料组分部分620D和第二固化材料组分部分625D之间的分隔壁时，该双组分粘胶发生化学反应，从而开始固化(或硬化)。
与第一固化材料组分部分620A和第二固化材料组分部分625A实施为连续部分(例如，其各自的中心区域没有间隙)的图6A的槽筒600A相比，槽筒600D中的第一固化材料组分部分620D和第二固化材料组分部分625D配置为两个具有中空区域630D的环形部分。在一个实施例中，中空区域630D可为固定销在插入固定槽后提供更大的空间。
参考图6E，槽筒600D示出为设于固定槽600E内。如图6E所示，固定槽600E包括底切结构(或沟槽)605E。底切结构605E可以为围绕固定槽600E的连续环槽，或者为相互错开的若干沟槽段。底切结构605E的设置用于在第一固化材料组分部分620A和第二固化材料组分部分625A之间的分隔壁被戳破后通过存储所述固化材料的溢出部分而实现公差补偿。或者，如以上参考图6B-1所示，可以省略底切结构605B。例如，如果所述环形第一和第二固化材料组分部分620D和625D的中空区域630D足够大，则可以省略底切结构605E。
当槽筒600D随电池模块插入电池模块隔间而被固定销戳破时，其结果与图6C类似，而且以上已对此进行了描述。
参考图6A～图6E，在固定销插入后，该固定销头部至少靠近所述泡沫材料部分的一部分将被所述固化材料裹覆，从而可阻碍电池模块的轴向移动。在一个实施例中，可以通过将所述底切结构设置为非常薄(例如低于某一厚度阈值)的方式，减轻上述轴向移动阻碍问题。通过这一方式，所述底切结构中的固化材料可在轴向力(例如由受热膨胀引起)作用下碎裂，从而允许硬化后的固化材料与固定槽的圆柱形内表面之间发生自由移动。在另一实施例中，可通过如图6B-2所示的完全省略底切结构的方式，减轻上述轴向移动阻碍问题。在该情况下，所述固化材料的任何溢出部分均可由所述固定槽的内部空间抵消，例如由图6D中的中空区域630D抵消。在另一实施例中，如以下参考图6F所述，可通过使所述固化材料在轴向方向上(如在所述固定销的尖端或头部处)保持非常薄的方式，减轻上述轴向移动阻碍问题。通过这一方式，所述固定销可在上述区域内击穿任何已硬化的固化材料。
参考图6F，固定销600F示出为插入相应固定销的槽筒605F内。槽筒605F可以与图6A的槽筒600A或图6D的槽筒600D具有类似构造。在图6F中，固定销605F的头部的形状包括空腔610F(或称中空的中间部分)和外环615F。沿外环615F的固化材料620F的厚度可低至足以使得该特别部分内的固化材料620F在轴向力作用下碎裂，以允许固定销600F自由移动(例如在受热膨胀的作用下)。此外，空腔610F还为固化材料的溢出部分提供了额外的容纳空间。图6F还示出了预定破裂点625F，该破裂点集成于底切结构630F附近的穿孔内。在一个实施例中，预定破裂点625F和底切结构630F均可以为环形。
虽然图1～图6F总体示出为将固定槽集成于电池模块内，而将固定销集成于电池模块隔间内，但是在其他实施方式中，这一关系可以转换为将固定槽集成于电池模块隔间内，而将固定销集成于电池模块内。由此可见，上述实施方式仅在于说明如何使用固定销和固定槽将电池模块固定在电池模块隔间内的某一位置上，无关乎固定销和固定槽的实际设置方式。也就是说，第一电池模块部件(如所述电池模块或电池模块隔间)可包括所述固定槽，而第二电池模块部件(如所述电池模块或电池模块隔间)可包括所述固定销。
图7所示为根据本公开的实施方式的将电池模块固定于储能系统的电池模块隔间内的过程。
参考图7，在方框700中，将固化材料(如单组分粘胶或双组分粘胶等环氧树脂材料)施加至第一电池模块部件上的一组固定槽。在方框705中，将电池模块插入所述电池模块部件内，以使得第二电池模块部件上的一组固定销伸入所述一组固定槽内，方框705中的插入导致所述一组固定槽和伸入其中的一组固定销之间形成一组间隙。每一间隙均至少部分地被所述固化材料填充，该固化材料用于在方框705中的插入之后，于所述间隙内固化。如上所述，还可以使用泡沫材料部分地填充每一间隙。在方框705处的将所述电池模块插入所述电池模块隔间内之前，所述固化材料和/或泡沫材料可设于插入所述固定槽内的槽筒内部。通常，图7所示的过程可用于实现以上图4A～图6C所述的各种实施方式。
一般情况下，在除了插入方向之外的其他方向上对电池模块进行固定(或稳定)是很难的。然而，在其他实施方式中，还可通过膨胀部件实现对电池模块的额外稳定和保护，该膨胀部件设于电池模块的至少一侧和电池模块隔间的内表面上，如图8A～图10所示。
图8A和图8B所示为根据本公开的实施方式的电池模块固定装置。
参考图8A，该图所示为插入电池模块隔间805A内后的电池模块800A。电池模块隔间805A包括引导构件810A，这些引导构件810A可与电池模块800A的引导构件(如图1～图2A所示的引导构件105或图2B所示的引导构件215B等)对准。在图8A的实施方式中，电池模块800A的底侧设有膨胀部件815A。膨胀部件815A用于在电池模块800A插于电池模块隔间805A的内表面上后开始膨胀或者继续膨胀，以将电池模块800A的引导构件105或215B向上推至与电池模块隔间805A的引导构件810A相接触，从而有助于将电池模块805A在电池模块隔间805A内固定到位。
在其他实施方式中，还可以在电池模块800A的其他一个或多个其他侧设置膨胀部件815A。如此，所述膨胀部件设置于电池模块800A的至少一个侧面(如底侧面或可设置的另一侧面)的至少一部分与电池模块隔间805A的内表面之间。膨胀部件815A用于在电池模块800A插入电池模块隔间805A后膨胀(例如通过下述各种可能的膨胀机构当中的任何一个)，以将电池模块800A固定于电池模块隔间805A内。
在一个实施例中，膨胀部件815A可以为泡沫(例如，用于在插入后膨胀的聚氨酯泡沫)部件。该泡沫部件可例如实施为一系列膨胀泡沫条，或者也可以在电池模块800A插入前，以发泡喷雾喷涂电池模块隔间805A的一个或多个内表面(例如，与电池模块隔间805A的内表面直接接触)。在另一实施例中，所述泡沫元件可设置于盛放袋内，而不与电池模块隔间805A直接接触。在该情况下，所述盛放袋(而非所述泡沫元件本身)与电池模块隔间805A的内表面直接接触。此外，在将电池模块800A从电池模块隔间800A中拔出时，可在所述盛放袋内注入泡沫收缩材料(如泡沫收缩液)，以破坏所述泡沫元件(或使其瘪塌)。
在另一实施例中，膨胀部件815可以为充气垫(例如，先将该充气垫在未充气状态下插入所述电池模块隔间内，然后再将电池模块插入该电池模块隔间，再然后将该充气垫在所述电池模块隔间内充气或使其膨胀)。在该情况下，可在随后通过释放所述充气垫内的压力(如气体或空气压力、液体压力等)的方式，将所述电池模块从电池模块隔间内取出。在另一实施例中，所述膨胀部件可实施为气压或液压机构。该气压或液压机构可例如用于在所述电池模块上施加气压力或液压力。
图8B为图8A所示为根据本公开的实施方式的电池模块装置的另一立体图。如图8B所示，膨胀部件815A设置为横跨电池模块800A底部的条带。可以理解的是，图8B强调，虽然膨胀部件815A连续延伸于电池模块800A的整个底面上是一种可能的实施方式，但是其无需一定如此。相应地，如图8B所示，在电池模块插入之前，所述电池模块隔间的内部底面上可设置有泡沫条、充气垫等。
图9所示为根据本公开的实施方式的用于将电池模块固定于电池模块隔间内的过程。
参考图9，在方框900处，将膨胀部件设置于所述电池模块隔间的内表面上。在方框905处，将所述电池模块插入所述电池模块隔间内。此时，在插入后，所述膨胀部件位于所述电池模块的至少一个侧面的至少一部分与所述电池模块隔间的内表面之间。此外，该膨胀部件用于在方框905处的插入之后开始膨胀，或者在此之前便开始膨胀或继续膨胀，以将所述电池模块固定于所述电池模块隔间内。举例而言，当所述膨胀部件为膨胀泡沫时，该膨胀泡沫可在施加至所述电池模块隔间内时(例如在插入之前)便开始膨胀，并可在电池模块插入后继续膨胀。在另一实施例中，当所述膨胀部件以更为受控的方式膨胀(如通过充气、气液压力等)时，可仅在电池模块插入后，触发该膨胀部件开始膨胀。
可以理解的是，某些类型的膨胀部件不但支持膨胀功能，还支持收缩功能(如放气)。例如，充气垫和气压或液压机构可支持用于膨胀部件的膨胀和收缩两种功能。某些泡沫元件等其他类型的膨胀部件可仅支持膨胀功能。在移除通过膨胀泡沫元件固定的电池模块时，技术人员可能基本上需要将该电池模块从泡沫元件上扯下(即该泡沫元件无法收缩)，从而可在所述电池模块隔间上留下泡沫残留，需要技术人员随后清理干净。或者，也可通过泡沫收缩材料，使膨胀的泡沫部件瘪塌。以下，参考图10描述的过程，该过程尤其适用支持收缩功能的膨胀部件类型。
图10所示为根据本公开的实施方式的电池模块的移除过程。
参考图10，在方框1000处，令处于膨胀状态的所述膨胀部件开始发挥其收缩功能，处于膨胀状态的该膨胀部件位于所述电池模块的至少一个侧面的至少一部分与所述电池模块隔间的内表面之间。在方框1005处，在所述膨胀部件因其收缩功能收缩后，将电池模块从所述电池模块隔间移除。
参考图10，举例而言，假设所述膨胀部件对应于充气垫。在该情况下，所述收缩功能可对应于将处于充气状态下的所述充气垫放气，以使得技术人员更加易于将所述电池模块从所述电池模块隔间中移除。
参考图10，举例而言，假设所述膨胀部件对应于气压或液压机构。在该情况下，所述收缩功能可对应于由技术人员降低所述电池模块上的膨胀部件施加的气压或液压力，以使得技术人员更加易于将所述电池模块从所述电池模块隔间中移除。
参考图10，举例而言，假设所述膨胀部件对应于内盛膨胀泡沫元件的盛放袋。在该情况下，所述收缩功能可对应于由技术人员在该盛放袋内注入泡沫收缩材料，以使得所述膨胀泡沫元件瘪塌，从而使技术人员更加易于将所述电池模块从所述电池模块隔间中移除。
虽然上述实施例主要涉及地面上的电动车辆(例如，汽车，卡车等)，但是应当理解的是，其他实施例可以部署关于任何类型的电动车辆(例如，小船，潜艇，飞机，直升机，无人驾驶飞机，宇宙飞船，航天飞机，火箭等)的各种电池相关实施例。
虽然上述实施例主要涉及用于作为电动车辆的能量存储系统的一部分进行部署的电池模块隔间和相关的电池模块以及插入端端盖，应当理解的是，其他实施例可以部署关于任何类型的储能系统的各种电池相关的实施例。举例而言，除了电动车辆之外，上述实施例可以应用于例如家庭储能系统(例如，为家庭电力系统提供电力存储)、工业或商业储能系统(例如，为商业或工业电力系统提供电力存储)、电网储能系统(例如，为公共电力系统或电力网提供电力存储)等储能系统。
可以理解的是，上述实施例中的各种电池模块隔间的布置描述为集成到电动车辆的车辆地板中。然而，应当理解的是，一般的封闭隔间轮廓的设计可以扩展到能够安装在电动车辆内的其他位置(例如，在电动车辆的后备箱中，在一个或多个汽车座椅后面，在电动车辆的引擎盖下，等)的电池模块安装区域。
以上描述旨在使得本领域技术人员能够做出或使用本发明的实施方式。然而，应该该理解的是，由于对于本领域技术人员而言，如何对这些实施方式做出各种修改是显而易见的，因此本发明不限于本文公开的具体方案、工艺步骤和材料。也就是说，在不脱离本公开的实施方式的精神或范围的情况下，本文中给出的普遍原理可应用于其他实施方式。

Claims (33)

1.一种电池模块的电池模块固定装置，所述电池模块配置为沿插入方向插入电池模块隔间内，其特征在于，包括：
包括一组固定槽的第一电池模块部件；
包括一组固定销的第二电池模块部件，所述一组固定销在所述电池模块插入所述电池模块隔间内时伸入所述一组固定槽内；以及
形成于所述一组固定槽与伸入其内的所述一组固定销之间的一组间隙，
其中，所述一组间隙当中的每一间隙均至少部分地填充固化材料，所述固化材料用于在所述电池模块插入所述电池模块隔间内后在所述间隙内固化。
2.根据权利要求1所述的电池模块固定装置，其特征在于，所述固化材料包括环氧树脂材料。
3.根据权利要求2所述的电池模块固定装置，其特征在于，所述环氧树脂材料为单组分粘胶或双组分粘胶。
4.根据权利要求1所述的电池模块固定装置，其特征在于，所述一组间隙当中的每一间隙填充有所述固化材料与泡沫材料的组合。
5.根据权利要求4所述的电池模块固定装置，其特征在于，
所述泡沫材料设于所述一组间隙当中的每一间隙内，以补偿所述电池模块的受热延伸特性和电池模块隔间的受热延伸特性之间的差异，以及
所述固化材料设于所述一组间隙当中的每一间隙内，以在电池模块在垂直于插入方向的横向移动方面提供刚度。
6.根据权利要求5所述的电池模块固定装置，其特征在于，
所述泡沫材料布置于所述一组固定销当中的每一固定销的头部，以及
所述固化材料布置于所述一组固定销当中的每一固定销的杆部周围。
7.根据权利要求1所述的电池模块固定装置，其特征在于，
所述第一电池模块部件为所述电池模块，所述第二电池模块部件为所述电池模块隔间；或者
所述第二电池模块部件为所述电池模块，所述第一电池模块部件为所述电池模块隔间。
8.根据权利要求1所述的电池模块固定装置，其特征在于，在所述电池模块插入所述电池模块隔间内之前，所述一组固定销和/或所述一组固定槽涂敷一涂层，所述涂层用于减轻或防止所述一组固定销和/或所述一组固定槽与所述固化材料的粘附。
9.根据权利要求8所述的电池模块固定装置，其特征在于，所述涂层包括聚四氟乙烯(PTFE)。
10.根据权利要求1所述的电池模块固定装置，其特征在于，所述电池模块的至少一侧的至少一部分与所述电池模块隔间的内表面之间设有膨胀部件。
11.根据权利要求10所述的电池模块固定装置，其特征在于，所述至少一侧包括所述电池模块的底侧。
12.根据权利要求10所述的电池模块固定装置，其特征在于，所述膨胀部件包括泡沫、内盛泡沫的盛放袋、充气垫、气压机构或液压机构。
13.根据权利要求1所述的电池模块固定装置，其特征在于，
所述一组固定槽当中的每一固定槽包括用于存储溢出的固化材料的底切结构，而且
所述固化材料延伸进入所述一组固定槽当中的每一固定槽的底切结构内。
14.根据权利要求13所述的电池模块固定装置，其特征在于，
每一固定槽内的底切结构配置为小于厚度阈值，以允许所述底切结构内的固化材料在轴向力的作用下碎裂。
15.根据权利要求1所述的电池模块固定装置，其特征在于，
每一固定销的头部包括被外环包围的空腔，以及
沿每一固定销头部的外环的所述固化材料的厚度低至足以使所述固化材料于所述外环处在轴向力的作用下碎裂。
16.一种将电池模块固定至电池模块隔间的方法，其特征在于，包括：
将固化材料施加至第一电池模块部件上的一组固定槽；以及
将所述电池模块插入所述电池模块隔间内，以使得第二电池模块部件上的一组固定销伸入所述一组固定槽内，
其中，所述插入步骤导致所述一组固定槽与伸入其中的所述一组固定销之间形成一组间隙，并且
每一间隙至少部分地被所述固化材料填充，所述固化材料用于在所述插入步骤之后于所述间隙内固化。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述固化材料包括环氧树脂材料。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述环氧树脂材料为单组分粘胶或双组分粘胶。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括
在所述一组固定槽内布置泡沫材料，
其中，所述插入步骤还使得所述一组间隙当中的每一间隙填充有所述固化材料和泡沫材料的组合。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，
所述施加步骤在所述插入步骤前将包封有所述固化材料和泡沫材料的一组槽筒布置于所述一组固定槽内，而且
所述插入步骤使得所述一组固定销戳破所述一组固定槽内的所述一组槽筒。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，
所述固化材料为双组分粘胶，
所述施加步骤将所述固化材料以未混合的状态施加至所述一组固定槽，使所述双组分粘胶的每一组分均布置在每一槽筒的不同部分内，从而使得在所述插入步骤导致所述一组槽筒被戳破之前，不开始发生固化，而且
所述一组槽筒的戳破使得所述双组分粘胶发生混合并开始固化。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，
所述泡沫材料布置于所述一组间隙当中的每一间隙内，以补偿所述电池模块的受热延伸特性和电池模块隔间的受热延伸特性之间的差异，以及
所述固化材料设于所述一组间隙当中的每一间隙内，以在电池模块在垂直于所述电池模块插入所述电池模块隔间的方向上的横向移动方面提供刚度。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，
所述插入步骤后，所述泡沫材料布置于所述一组固定销当中的每一固定销的头部，以及
所述插入步骤后，所述固化材料布置于所述一组固定销当中的每一固定销的杆部周围。
24.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，
所述一组固定槽当中的每一固定槽包括用于存储溢出的固化材料的底切结构，而且
在所述插入步骤之后及所述固化材料完全固化之前，所述固化材料延伸进入所述一组固定槽当中的每一固定槽的底切结构内。
25.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，
所述第一电池模块部件为所述电池模块，所述第二电池模块部件为所述电池模块隔间；或者
所述第二电池模块部件为所述电池模块，所述第一电池模块部件为所述电池模块隔间。
26.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述插入步骤前，在所述一组固定销和/或所述一组固定槽上涂敷一涂层，所述涂层用于减轻或防止所述一组固定销和/或所述一组固定槽与所述固化材料的粘附。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述涂层包括聚四氟乙烯(PTFE)。
28.一种便于将电池模块固定于电池模块隔间内的槽筒，其特征在于，包括：
含泡沫材料的泡沫材料部分；
包括双组分固化材料的第一固化组分的第一固化材料组分部分；
包括所述双组分固化材料的第二固化组分的第二固化材料组分部分；
所述第一和第二固化材料组分部分之间的分隔壁，所述分隔壁用于在所述分隔壁被戳破之前，阻止所述第一和第二固化组分互相混合而形成所述双组分固化材料；以及
包括实心部分和穿孔的槽筒框，所述穿孔用于在所述分隔壁被戳破后，允许所述双组分固化材料通过。
29.根据权利要求28所述的槽筒，其特征在于，所述槽筒设于所述电池模块或电池模块隔间的固定槽内。
30.根据权利要求29所述的槽筒，其特征在于，
所述第一和第二固化材料组分部分均为环形，从而形成内部中空部分，以为固定销插入所述固定槽时留出空间；或者
所述第一和第二固化材料组分部分为不包括内部中空部分的连续部分。
31.根据权利要求29所述的槽筒，其特征在于，
所述固定槽内形成有底切结构，以及
至少一个穿孔对准所述底切结构，以在所述分隔壁被戳破之后，允许所述双组分固化材料通过所述至少一个穿孔并填充所述底切结构。
32.根据权利要求31所述的槽筒，其特征在于，所述至少一个穿孔包括预定破裂点，所述预定破裂点用于在固定销插入所述固定槽后，被所述双组分固化材料戳破。
33.根据权利要求28所述的槽筒，其特征在于，所述槽筒框的实心部分由塑料、金属片、丝网或其任意组合形成。
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