CN110112335A - 具有抵抗偏转的张紧构件的电池模块 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“具有抵抗偏转的张紧构件的电池模块”。根据本公开的一个示例性方面的一种电池模块除其他之外包括：电池单元阵列；压缩结构，其包括第一壁和第二壁；至少一个导管，其被配置为邻近所述阵列输送流体；以及张紧构件，其连接到所述第一壁和所述第二壁。所述张紧构件邻近所述至少一个导管。本公开还涉及一种电气化车辆和一种方法。

Description

具有抵抗偏转的张紧构件的电池模块
技术领域
本公开涉及一种具有被配置为抵抗偏转的张紧构件的电池模块。本公开还涉及一种包括所述电池模块的电气化车辆以及相应的方法。
背景技术
电动车辆，诸如混合动力电动车辆(HEV)，使用电机代替内燃发动机或除了内燃发动机之外还使用电机。电动车辆通常配备有包括一个或多个电池模块的电池组。电池模块包括多个电池单元。一种已知类型的电池模块包括压缩结构，其邻近模块的基部、侧面、端部和顶部。压缩结构保持电池单元并提供实现电池架构的功能和耐用性所需的尺寸稳定性。
发明内容
根据本公开的一个示例性方面的一种电池模块除其他之外包括：电池单元阵列；压缩结构，其包括第一壁和第二壁；至少一个导管，其被配置为邻近所述阵列输送流体；以及张紧构件，其连接到所述第一壁和所述第二壁。所述张紧构件邻近所述至少一个导管。
在前述电池模块的另外的非限制性实施例中，所述至少一个导管包括第一导管和与所述第一导管间隔开的第二导管。
在前述电池模块中的任一种的另外的非限制性实施例中，所述张紧构件位于所述第一导管和第二导管之间。
在前述电池模块中的任一种的另外的非限制性实施例中，所述第一导管包括邻近所述第一壁的入口和邻近所述第二壁的出口，且所述第二导管包括邻近所述第二壁的入口和邻近所述第一壁的出口。
在前述电池模块中的任一种的另外的非限制性实施例中，所述入口和出口中的每一个被配置为附接到液力联轴节装置。
在前述电池模块中的任一种的另外的非限制性实施例中，所述至少一个导管沿着所述阵列的一侧延伸，所述第一壁包括突出至所述一侧的凸耳，所述第二壁包括突出至所述一侧的凸耳，且所述张紧构件附连到所述第一壁的所述凸耳和所述第二壁的所述凸耳。
在前述电池模块中的任一种的另外的非限制性实施例中，所述第一壁和第二壁是在所述阵列的相对端处的端板。
在前述电池模块中的任一种的另外的非限制性实施例中，所述张紧构件为杆。
在前述电池模块中的任一种的另外的非限制性实施例中，所述杆由金属材料制成。
在前述电池模块中的任一种的另外的非限制性实施例中，所述杆连接到所述第一壁和第二壁，使得所述第一壁和第二壁使所述杆承受轴向张力。
在前述电池模块中的任一种的另外的非限制性实施例中，所述张紧构件以及所述至少一个导管沿着基本上彼此平行的轴线延伸。
根据本公开的一个示例性方面的一种电气化车辆除其他之外包括冷却流体源以及电池模块，所述电池模块包括电池单元阵列。所述电池模块还包括压缩结构，所述压缩结构具有第一壁和第二壁；至少一个导管，所述至少一个导管被配置为邻近所述电池单元输送所述冷却流体；以及张紧构件，所述张紧构件连接到所述第一壁和所述第二壁。所述张紧构件邻近所述至少一个导管。
在前述电气化车辆的另外的非限制性实施例中，所述至少一个导管包括第一导管和与所述第一导管间隔开的第二导管，且所述张紧构件位于所述第一导管和第二导管之间。
在前述电气化车辆中的任一种的另外的非限制性实施例中，所述第一壁和第二壁是在所述阵列的相对端处的端板，所述第一导管和第二导管沿着所述阵列的一侧延伸，所述第一壁包括突出至所述一侧的凸耳，所述第二壁包括突出至所述一侧的凸耳，且所述张紧构件附连到所述第一壁的所述凸耳和所述第二壁的所述凸耳。
在前述电气化车辆中的任一种的另外的非限制性实施例中，所述张紧构件连接到所述第一壁和第二壁，使得所述第一壁和第二壁使所述张紧构件承受轴向张力。
在前述电气化车辆中的任一种的另外的非限制性实施例中，所述张紧构件为杆。
在前述电气化车辆中的任一种的另外的非限制性实施例中，所述杆由金属材料制成。
根据本公开的一个示例性方面的一种方法除其他之外包括用连接到第一壁和第二壁的张紧构件抵抗电池模块的所述第一壁和第二壁的偏转。所述电池模块包括至少一个导管，所述至少一个导管被配置为邻近电池单元阵列引导流体，且所述张紧构件邻近所述至少一个导管。
在前述方法的另外的非限制性实施例中，所述方法包括在所述至少一个导管内建立流体流动。
在前述方法中的任一种的另外的非限制性实施例中，所述至少一个导管包括第一导管和与所述第一导管间隔开的第二导管，且所述张紧构件位于所述第一导管和第二导管之间。
附图说明
图1示意性地示出了示例电气化车辆的动力传动系统。
图2是示例电池模块的分解图。
图3是电池模块的一端的近视图。
具体实施方式
本公开涉及一种具有被配置为抵抗偏转的张紧构件的电池模块。本公开还涉及一种包括所述电池模块的电气化车辆以及相应的方法。一种示例性电池模块包括：电池单元阵列；压缩结构，其包括第一壁和第二壁；至少一个导管，其被配置为邻近所述阵列输送流体；以及张紧构件，其连接到所述第一壁和所述第二壁。所述张紧构件布置成邻近至少一个导管。
在一个示例中，所述至少一个导管被配置为连接到液力联轴节。在所述示例中，所述张紧构件抵抗邻近在所述至少一个导管和所述液力联轴节之间的接合处的所述第一壁和第二壁的偏转，这防止了所述液力联轴节与所述至少一个导管分离。此外，所述张紧构件具有相对低的轮廓，且在一个示例中，其是由相对细的杆提供的。因此，所述张紧构件可以并入现有的车辆封装约束内，而不需要对所述电池模块的剩余部分的设计进行显著(如果有的话)变化。
参考附图，图1示意性地示出了为电气化车辆的示例车辆12的动力传动系统10。尽管被描绘成混合动力电动车辆(HEV)，但应该理解的是，本文描述的概念不限于HEV且可以扩展到其他车辆，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)、模块化混合动力传动车辆和具有电力驱动系统的其他车辆。
在一个实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的功率分流动力传动系统。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24(有时称为“电池组”)。在这个实施例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电力驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统产生扭矩以驱动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。虽然图1中示出了功率分流动力传动系统，但是本公开可扩展到具有不同类型的动力传动系统的电气化车辆。
在这个实施例中为内燃发动机(ICE)的发动机14接收来自燃料箱16的燃料，诸如汽油。取决于车辆的类型，可以使用除汽油之外的燃料。发动机14和发电机18可以通过动力传递单元30连接，所述动力传递单元30在这个示例中是混合动力传动齿轮系统，诸如行星齿轮组。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是行星齿轮组，其包括环形齿轮、中心齿轮和齿轮架总成。
发电机18可以由发动机14通过动力传递单元30驱动，以将动能转换成电能。发电机18可以替代地用作马达以将电能转换成动能，从而将扭矩输出到轴38，轴38连接到动力传递单元30。因为发电机18可操作地连接到发动机14，所以发动机14的转速可以由发电机18控制。
动力传递单元30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在这个示例中为驱动齿轮系统。第二动力传递单元44可以包括具有多个齿轮的齿轮组。其他动力传递单元也可以是合适的。第二动力传递单元44将扭矩从发动机14传递到差速器48，以最终向车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括多个齿轮，所述多个齿轮使得能够将扭矩传递到车辆驱动轮28。在一个实施例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地联接到车桥50，以将扭矩分配到车辆驱动轮28。
马达22(即，第二电机)还可以用于通过将扭矩输出到被连接到第二动力传递单元44的轴52来驱动车辆驱动轮28。在一个实施例中，马达22和发电机18配合以作为再生制动系统的一部分，其中马达22和发电机18都可以用作马达以输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自将电力输出到电池24。
电池24是一种示例性类型的电气化车辆的电池总成且可以采用能够输出电力以操作马达22和/或发电机18的高压电池的形式。取决于应用，电池24可以包括并联或串联连接的一个或多个电池模块64(图2)。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可以用于在车辆12内供电。
动力传动系统10可另外包括用于监控和/或控制车辆12的各个方面的控制系统58(或“控制器”)。例如，控制系统58可以与电力驱动系统、动力传递单元30、44或其他部件通信以监控车辆12、控制车辆12或两者。
控制系统58包括电子设备、软件或两者，以执行用于操作车辆12的必要控制功能。在一个非限制性实施例中，控制系统58是组合车辆系统控制器和动力传动系统控制模块(VSC/PCM)。虽然其被示为单个硬件装置，但是控制系统58也可以包括呈以多个硬件装置或在一个或多个硬件装置内的多个软件控制器的形式的多个控制器。控制器局域网(CAN)62允许控制系统58与车辆12的各种部件通信。
图2示出了示例电池模块64的分解图。在这个示例中，示例电池模块64具有长度L、宽度W和高度H。电池模块的长度L长于宽度W，且在一个示例中，长度L与宽度W的比率为约5比1。再次地，如上所述，电池24可包括电池模块64中的一个或多个。
如图2中所示，电池模块64包括以阵列布置的多个电池单元66。电池单元66的阵列可以简称为“阵列”。示例性实施例的各个电池单元66是棱柱形电池单元。在其他示例中，电池单元66可以是软包电池。电池单元66可以通过多个汇流条串联或并联连接在一起。
电池单元66的阵列通过压缩结构68保持在车辆内的适当位置中，压缩结构68包括邻近电池单元66的阵列的多个壁。压缩结构68保持电池单元66，以使得阵列沿着轴线A延伸。轴线A平行于电池模块64的长度L。电池单元66的阵列从第一轴向端部70延伸到与第一轴向端部70相对的第二轴向端部72。端部70、72是沿着轴线A的电池单元66的阵列的最末端部分。
当组装电池模块64时，压缩结构68向电池单元66施加压缩力。在这个示例中，压缩结构68至少包括在电池单元66的阵列的相对侧上的第一端板74和第二端板76。第一端板74和第二端板76基本上是矩形的，且具有基本上对应于宽度W和高度H的尺寸。在又是分解图的图2中，第一端板74和第二端板76与电池单元66的阵列间隔开。然而，当组装时，第一端板74将布置成邻近第一轴向端部70且第二端板76将布置成邻近第二轴向端部72。第一端板74和第二端板76被配置为夹住并压缩电池单元66以将其牢固地保持在适当位置中。
压缩结构68还包括第一侧压缩结构78和第二侧压缩结构80，第一侧压缩结构78和第二侧压缩结构80在第一端板74和第二端板76之间沿着电池模块64的长度L延伸。第一端板74和第二端板76在电池模块64的宽度W的方向上横跨在侧压缩结构78、80之间横跨。虽然未示出，但是压缩结构68还可以包括邻近电池单元66的底部的基板，且还可以包括邻近电池单元66的顶部的盖子。
压缩结构68使用机械紧固件，诸如螺栓固定在一起。尽管被描述为机械紧固件，但是也可以使用其他连接技术，包括例如焊接或钎焊。
在本公开的一个示例中，侧压缩结构78、80中的至少一个并入有热交换板，诸如冷板，其被配置为在电池单元66和流体F之间传递热能。在热交换板是冷板的示例中，热交换板被配置为从电池单元66吸收热量。在另一个示例中，热交换板82可用于将热能添加到电池单元66。
在所示实施例中，侧压缩结构80包括热交换板82。热交换板82包括至少一个导管，其用于邻近电池单元66的阵列输送流体F。在这个示例中，热交换板82包括第一导管84和第二导管86。热交换板82可以包括另外的导管。第一导管84和第二导管86被配置为沿着电池单元66的阵列的长度L引导冷却流体F。在这个示例中，第一导管84和第二导管86基本上是直的中空管，其沿着基本上平行于轴线A的纵向轴线延伸。此外，第一导管84和第二导管86中的每一个在高度H的方向上彼此间隔开。
应该理解的是，冷却流体F可以是任何已知的冷却流体，仅举几个示例，其包括制冷剂、水或空气。在这个示例中，冷却流体F由源88提供。第一导管84通过第一液力联轴节装置90流体地联接到源88，第一液力联轴节装置90包括至少一个导管和配件。在这个意义上，图2中所示的第一导管84的端部提供了用于第一导管84的入口。此外，第二导管86通过第二液力联轴节装置92流体地联接到源，第二液力联轴节装置92也包括至少一个导管和配件。图2中所示的第二导管86的端部提供了用于第二导管86的出口。
在使用的一个示例中，流体F的流动是在第一导管84内建立的，且特别地经由第一液力联轴节装置90从源88被引导到第一导管84。流体F沿着电池单元66的阵列的长度L行进，从而沿着所述路线从所述电池单元66吸收热量。流体F最终被引回通过第二导管86且最终经由第二液力联轴节装置92返回到源88。其他流动方案也在本公开的范围内。
第一端板74和第二端板76可以向侧压缩结构78、80的端部施加压缩力。特别地，第一端板74和第二端板76可以向热交换板82的端部施加压缩力。电池单元66的充电和放电可产生热能，这可以使电池单元66膨胀。热交换板82可用于从电池单元66去除热能，这抵抗了这种膨胀。
即使热交换板82有效地运行，电池单元66仍可能膨胀。当电池单元66膨胀时，电池单元66可以克服第一端板74和第二端板76的压缩力，并使第一端板74和第二端板76远离彼此偏转。在本公开中，为了抵抗这种偏转，张紧构件94邻近第一导管84和第二导管86连接到第一端板74和第二端板76。如“张紧构件”中的术语“构件”在本文中不用作指代所有类型的通用“构件”的临时术语，而是具体地指代“张紧构件”，其是在机械领域中的已知术语并指代具体类型的结构。术语张紧构件指代在正常操作条件下承受轴向张力的结构元件。
在一个示例中，张紧构件94是杆。杆可以由金属材料，诸如钢制成。在特定示例中，杆由低规格钢材料制成。在这个示例中，杆基本上是直的。杆具有相对小的直径，且因此在这个示例中提供了基本上为低轮廓的结构。
在正常操作条件下，且甚至当电池单元66膨胀时，张紧构件94承受第一端板74和第二端板76的轴向张力。具体地，第一端板74和第二端板76实质上沿着张紧构件94的纵向轴线X在相反的方向上拉动张紧构件94的相应的第一端部96和第二端部98。
在这个示例中，张紧构件94直接连接到第一端板74和第二端板76。此外，张紧构件94沿着电池模块64的一侧在第一导管84和第二导管86之间延伸。具体地，相对于电池模块64的高度H而言，张紧构件94位于第一导管84和第二导管86之间。张紧构件94延伸，使得纵向轴线X基本上平行于轴线A以及第一导管84和第二导管86的纵向轴线。
为了连接到张紧构件94，第一端板74和第二端板76各自包括凸耳100、102。凸耳100、102从第一端板74和第二端板76中的相应一个朝向电池模块64的具有第一导管84和第二导管86以及张紧构件94的一侧突出。凸耳100布置成使得，当组装电池模块时，凸耳100将直接接触张紧构件94的端部96。同样地，凸耳102布置成使其将直接接触端部98，如图3中所示。
张紧构件94可以通过紧固件(诸如螺栓)附连到凸耳100、102。张紧构件94的端部96、98可以包括具有与螺栓对应的螺纹的孔。在所示的示例中，凸耳100、102包括孔口104、106，其允许紧固件108、110的螺纹柄进入张紧构件94的孔中。应该理解的是，本公开不限于螺纹紧固件，并且扩展到用于将张紧构件94附连到凸耳100、102的其他技术。
图3是电池模块64的近视图，其中第二端板76布置成邻近电池单元66的阵列的第二轴向端部72。在图3中，张紧构件94附连到凸耳102，使得端部98直接接触凸耳102。尽管未在图3中示出，但是紧固件110被拧入邻近张紧构件94的端部98的孔中并与其接合。
图3还示出了第一导管84和第二导管86，其布置成邻近张紧构件94。第一导管84和第二导管86被配置为附接到液力联轴节装置，在这个示例中，液力联轴节装置包括配件112、114。具体地，第一导管84和第二导管86的相应端部116、118被配置为连接到配件112、114。在这个示例中，端部116是第一导管84的出口，且第二导管86的端部118是第二导管86的入口。为了便于参考，配件112、114显示为与第一导管84和第二导管86分离。配件112、114被配置为根据具体情况向和从第一导管84和第二导管86，经由一个或多个导管和配件向电池模块64的另一侧或向其他电池模块64引导流体F。
虽然在这个示例中电池模块64仅由一个张紧构件94组成，但电池模块64也可以包括额外的张紧构件94。作为示例，在预期有负载和/或防止间隔开的部件的偏转是特别有益的情况下，可以使用张紧构件。
应该理解的是，诸如“顶部”、“底部”、“之间”和“侧面”的术语是参考所描述的部件的正常操作姿态而作出的方向性术语。这些方向性术语仅用于解释的目的，且不应视为限制性的。此外，诸如“大约”、“基本上”和“大体上”的术语不旨在是无边界术语，且应该被解释为与本领域的技术人员将解释那些术语的方式一致。
尽管不同示例具有示于图示中的特定部件，但是本公开的实施例不局限于那些特定组合。可以将来自示例中的一个的部件或特征中的一些与来自示例中的另一个的特征或部件结合使用。此外，本公开的各个附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能会被放大或最小化以示出特定部件或布置的某些细节。
本领域的普通技术人员将理解，上述的实施例是示例性而非限制性的。即，本公开的修改将落入权利要求的范围内。因此，应研习随附权利要求书来确定它们的真实范围和内容。
根据本发明，提供了一种电池模块，其具电池单元阵列；压缩结构，其包括第一壁和第二壁；至少一个导管，其被配置为邻近所述阵列输送流体；以及张紧构件，其连接到所述第一壁和所述第二壁，所述张紧构件邻近所述至少一个导管。
根据一个实施例，所述至少一个导管包括第一导管和与所述第一导管间隔开的第二导管。
根据一个实施例，所述张紧构件位于所述第一导管和第二导管之间。
根据一个实施例，所述第一导管包括邻近所述第一壁的入口和邻近所述第二壁的出口，且所述第二导管包括邻近所述第二壁的入口和邻近所述第一壁的出口。
根据一个实施例，所述入口和出口中的每一个被配置为附接到液力联轴节装置。
根据一个实施例，所述至少一个导管沿着所述阵列的一侧延伸，所述第一壁包括突出至所述一侧的凸耳，所述第二壁包括突出至所述一侧的凸耳，且所述张紧构件附连到所述第一壁的所述凸耳和所述第二壁的所述凸耳。
根据一个实施例，所述第一壁和第二壁是在所述阵列的相对端处的端板。
根据一个实施例，所述张紧构件为杆。
根据一个实施例，所述杆由金属材料制成。
根据一个实施例，所述杆连接到所述第一壁和第二壁，使得所述第一壁和第二壁使所述杆承受轴向张力。
根据一个实施例，所述张紧构件以及所述至少一个导管沿着基本上彼此平行的轴线延伸。
根据本发明，提供了一种电气化车辆，其具有：冷却流体源；以及电池模块，所述电池模块包括电池单元阵列；压缩结构，所述压缩结构具有第一壁和第二壁；至少一个导管，所述至少一个导管被配置为邻近所述电池单元输送所述冷却流体；以及张紧构件，所述张紧构件连接到所述第一壁和所述第二壁，所述张紧构件邻近所述至少一个导管。
根据一个实施例，所述至少一个导管包括第一导管和与所述第一导管间隔开的第二导管，且所述张紧构件位于所述第一导管和第二导管之间。
根据一个实施例，所述第一壁和第二壁是在所述阵列的相对端处的端板，所述第一导管和第二导管沿着所述阵列的一侧延伸，所述第一壁包括突出至所述一侧的凸耳，所述第二壁包括突出至所述一侧的凸耳，且所述张紧构件附连到所述第一壁的所述凸耳和所述第二壁的所述凸耳。
根据一个实施例，所述张紧构件连接到所述第一壁和第二壁，使得所述第一壁和第二壁使所述张紧构件承受轴向张力。
根据一个实施例，所述张紧构件为杆。
根据一个实施例，所述杆由金属材料制成。
根据本发明，一种方法包括用连接到第一壁和第二壁的张紧构件抵抗电池模块的所述第一壁和第二壁的偏转，所述电池模块包括至少一个导管，所述至少一个导管被配置为邻近电池单元阵列引导流体，所述张紧构件邻近所述至少一个导管。
根据一个实施例，所述方法包括在所述至少一个导管内建立流体流动。
根据一个实施例，所述至少一个导管包括第一导管和与所述第一导管间隔开的第二导管，且所述张紧构件位于所述第一导管和第二导管之间。

Claims (15)

1.一种电池模块，其包括：
电池单元阵列；
压缩结构，所述压缩结构包括第一壁和第二壁；
至少一个导管，所述至少一个导管被配置为邻近所述阵列输送流体；以及
张紧构件，所述张紧构件连接到所述第一壁和所述第二壁，所述张紧构件邻近所述至少一个导管。
2.如权利要求1所述的电池模块，其中所述至少一个导管包括第一导管和与所述第一导管间隔开的第二导管。
3.如权利要求2所述的电池模块，其中所述张紧构件位于所述第一导管和第二导管之间。
4.如权利要求2或3所述的电池模块，其中：
所述第一导管包括邻近所述第一壁的入口和邻近所述第二壁的出口；且
所述第二导管包括邻近所述第二壁的入口和邻近所述第一壁的出口。
5.如权利要求4所述的电池模块，其中所述入口和出口中的每一个被配置为附接到液力联轴节装置。
6.如权利要求1所述的电池模块，其中：
所述至少一个导管沿着所述阵列的一侧延伸，
所述第一壁包括突出至所述一侧的凸耳，
所述第二壁包括突出至所述一侧的凸耳，且
所述张紧构件附连到所述第一壁的所述凸耳和所述第二壁的所述凸耳。
7.如权利要求6所述的电池模块，其中所述第一壁和第二壁是在所述阵列的相对端处的端板。
8.如权利要求1所述的电池模块，其中所述张紧构件为杆。
9.如权利要求8所述的电池模块，其中所述杆由金属材料制成。
10.如权利要求8或9所述的电池模块，其中所述杆连接到所述第一壁和第二壁，使得所述第一壁和第二壁使所述杆承受轴向张力。
11.如权利要求1所述的电池模块，其中所述张紧构件以及所述至少一个导管沿着基本上彼此平行的轴线延伸。
12.一种电气化车辆，其包括如任何前述权利要求所述的电池模块。
13.一种方法，其包括：
用连接到第一壁和第二壁的张紧构件抵抗电池模块的所述第一壁和第二壁的偏转，所述电池模块包括至少一个导管，所述至少一个导管被配置为邻近电池单元阵列引导流体，所述张紧构件邻近所述至少一个导管。
14.如权利要求13所述的方法，其还包括：
在所述至少一个导管内建立流体流动。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中：
所述至少一个导管包括第一导管和与所述第一导管间隔开的第二导管，且
所述张紧构件位于所述第一导管和第二导管之间。
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