CN110235273A - 可连接/可拆卸的电池部件载体、包括可连接/可拆卸的电池部件载体的电池系统和包括电池系统的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可连接/可拆卸的电池部件载体，其包括含有多个电池单元的电池子模块，并且其机械地和电地连接到其它可连接/可拆卸的电池部件载体和/或载体框架从而组成模块化的电池系统。可连接/可拆卸的电池部件载体包括：底板；一对侧壁，垂直于底板沿底板的两个彼此面对的纵向边缘延伸；一对端板，垂直于底板和侧壁沿底板的两个彼此面对的横向边缘延伸，并且端板机械连接到该对侧壁和/或底板，从而将所述多个电池单元保持在一起；和单元盖，平行于底板延伸从而与底板、侧壁和端板一起形成用于容纳电池子模块的空间。此外，本发明涉及一种电池系统，该电池系统包括容纳多个可连接/可拆卸的电池部件载体的载体框架，并且相应的可连接/可拆卸的电池部件载体能够单独地从载体框架分离。

Description

可连接/可拆卸的电池部件载体、包括可连接/可拆卸的电池 部件载体的电池系统和包括电池系统的车辆
技术领域
本发明涉及可去除的电池部件载体、电池系统和包括该电池系统的车辆，该电池系统包括多个能够被单独分开的可去除的电池部件载体。
背景技术
可再充电电池由于其能够被重复地充电和放电而被广泛用于各种装置中。低容量可再充电电池用作诸如移动电话、膝上型计算机和便携式摄像机的小型电子装置的电源，高容量可再充电电池用作驱动诸如混合动力车辆的电机的电源。
一般而言，可再充电电池包括：电极组件，包括正电极和负电极；隔板，插置在正电极和负电极之间；壳体，容纳电极组件；以及电极端子，电连接到电极组件。壳体可以通过形成为适合于使用目的和装置设计而被制造，例如圆柱形或矩形。
可再充电电池使用由根据所需的能量密度串联和/或并联联接的多个单位电池形成的电池模块。也就是，电池模块通过将多个电池单元的电极端子彼此连接以及通过根据所需量的功率而将多个单位电池的电极端子彼此连接来实现可再充电电池。
电池模块可以以块型或模块型实现。在块型中，每个电池单元与公共集流结构和公共电池管理系统组合并设置在外壳中。在模块型中，多个电池单元连接到子模块，并且多个子模块彼此连接以形成模块。在后一种情况下，电池管理功能可以以模块或子模块级别实现，其在可交换性方面是优选的。
用于电动车辆或混合动力车辆等的高功率可再充电电池可以通过将一个或更多个电池模块彼此连接来实现。因此，为了配置电池系统，一个或更多个电池模块配备有热管理系统，并且机械和电地集成，以便与诸如耗电电路或器件的至少一个电消耗器件通信。因此，热管理系统通过释放从可再充电电池产生的热来确保电池模块的安全性和效率。
为了实现机械集成，电池系统需要与每个组成构件适当地机械互连(例如，电池子模块和连接结构与诸如车辆的电消耗器件之间的连接)。这种连接结构应该被实现，以便在使用电消耗器件时保持电池系统的平均循环寿命以及功能和安全性。在移动应用中，必须特别考虑安装空间和兼容性要求。
为了实现电池模块的机械集成，通过提供诸如底板的载板，每个电池单元或子模块可以设置在载板上。将电池单元或子模块固定到载板可以通过将其装配在载板的凹进空间中、机械地使用螺栓或螺钉将其连接、或者容纳电池单元或子模块来实现。紧固可以通过将电池单元的侧板或子模块固定到载板实现。附加地或替代地，电池子模块可以在布置于电池模块上(例如，在载板上)的单独壳体中被拆卸。
虽然常规的电池模块具有模块结构，但是所有部件必须连接在一起以实现机械集成。因此，为了替换例如作为电池模块的一部分的子模块，通常必须拆下整个电池模块。如果电池模块中存在有缺陷的部件，则通常需要分离并更换整个模块并单独修理电池模块。大容量电池模块是昂贵的、庞大的且重的，上述修理步骤不仅是麻烦的，而且难以将具有大体积的电池模块存储在技工的车间中。
发明内容
技术问题
本发明提供一种可去除的电池部件载体，其能够被配置为容纳并保护电池子模块并且机械地和电地连接到其它可去除的电池部件载体和/或载体框架以配置模块化的电池系统。
本发明提供一种包括冷却通道的可去除的电池部件载体，该冷却通道能够排出从电池子模块产生的热并且被配置为连接到相邻的可去除的电池部件载体的冷却通道和载体框架的冷却通道以构成在整个冷却系统中的集成冷却通道。
技术方案
根据本发明的一个方面，在可去除的电池部件载体中，该可去除的电池部件容纳包括多个电池单元的电池子模块并且机械地和电地连接到其它可去除的电池部件载体和/或载体框架以配置模块化的电池系统，该可去除的电池部件载体包括：底板；一对侧壁，垂直于底板并沿底板的两个面对的纵向边缘延伸；一对端板，垂直于底板和侧壁，沿底板的两个面对的横向边缘延伸，并且机械地连接到一对侧壁和/或底板以将多个电池单元固定在一起；以及单元盖，平行于底板延伸并与底板、侧壁和端板一起构成电池子模块的容纳空间。
单元盖可以被固定到侧壁。单元盖可以夹在电池单元和侧壁之间。单元盖可以通过螺钉被固定到侧壁。单元盖可以由塑料材料制成。
可去除的电池部件载体还可以包括用于电连接和电子连接电池子模块中的电池单元的单元连接和感测单元CCU，电池单元彼此并联或串联电连接，并且电池单元电连接到单元连接和感测单元以监测单元的电压和温度。
CCU包括支撑用于单元连接的汇流条的托盘。CCU优选地还包括单元电压和温度监测电路和控制线束。
底板和侧壁可以由挤压铝型材、增强塑料挤出型材或轧制和焊接钢载体制成。底板和侧壁可以由单个构件构成。
端板可以是铝挤压的、用铝或钢部分深拉的、铝铸造的，或者由应用有增强塑料的挤压或铸造制成。
底板和/或侧壁可以包括用于排出来自电池单元的热的冷却通道。优选地，冷却通道被设计成连接到相邻的可去除的电池部件载体的冷却通道。
根据本发明的一个方面，一种电池系统包括容纳多个可去除的电池部件载体的载体框架。每个可去除的电池部件载体至少容纳包括多个电池单元的电池子模块，并且能够单独地从载体框架去除。
电池系统还可以包括可去除的电子部件载体，其容纳控制电子器件组件并包括信号端口和电源端口。
优选的是，载体框架包括冷却剂端口，该冷却剂端口配置为连接到可去除的电池部件载体的冷却通道。
载体框架可以包括两个纵向区段和垂直于两个纵向区段并连接到这两个纵向区段的两个横向区段，并且可去除的电池部件载体可以包括连接构件，该连接构件配置为附接到纵向区段或横向区段。载体框架还可以包括加强载体框架并平行于纵向区段延伸的中心区段，以将载体框架内的容纳空间分成两个子空间。
多个可去除的电池部件载体可以通过多个螺栓机械连接，并且电池系统还可以包括一个或多个汇流条，其电连接可去除的电子部件载体和可去除的电池部件载体，并将可去除的电池部件载体彼此电连接。
高压线束用于将电子部件载体电连接到可去除的电池部件载体和/或电池子模块。
根据本发明的另一方面，一种车辆包括上述电池系统。
包括根据本发明的可去除的载体的电池系统允许电池子模块的单独的连接/拆卸。此外，每个可去除的载体不仅被机械地固定到电池系统，而且还电连接到其它电池子模块和电池系统，并构建集成电池系统的所有子模块的集成冷却通道。
可以从从属权利要求或以下描述确认本发明的额外方面。
发明效果
根据本发明的示例性实施方式，可以通过可以从电池系统单独分离的多个可去除的电池部件载体来获得模块化电池系统的简单组装/拆卸/更换、容易的维修/修理以及成本降低。
附图说明
对于本发明所属领域的普通技术人员而言，通过参考以下附图对各种实施方式的详细描述，本发明的特征将是明显的。
图1是根据本发明的一示例性实施方式的电池系统的分解透视图。
图2是根据本发明的一示例性实施方式的可去除的电池部件载体的分解透视图。
图3是图2的可去除的电池部件载体的示意性剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施方式，使得本领域技术人员可以容易地实现本发明。在下文中，将参考附图详细描述本发明的效果和特征。为了在附图中清楚地示出本发明，省略重复的描述，并且在整个说明书中，相同或相似的组成元件被赋予相同的附图标记。
在本发明的实施方式的描述中，除非上下文另有明确规定，否则单数形式的表达可包括复数形式。
在附图中，为了清楚起见，可以夸大组成元件的尺寸。例如，尽管在附图中任意地示出了尺寸或厚度以清楚地示出每个部件，但是本发明不必限于所示的那些。
空间表达，例如“在……之下”、“在……下方”、“在底部”、“在……上方”、“在……之上”和“在顶部”，旨在比较一个组件相对于另一组件的特征，如图中所示。另一方面，根据装置的使用或操作的部件可以被不同地取向。因此，空间表示不限于如附图中所示的那样。如果图中所示的装置的取向被翻转，则相对于相对的组成元件被描述为“在……之下”、“在……下方”或“在底部”的一个组成元件将取向为“在……上方”、“在……之上”或“在顶部”。因此，诸如下面和上面的表达可以包括上和下两种方向。该装置可以取向为面向另一方向，例如旋转90度等，并且应该相应地解释这里使用的空间关系描述。
当部件或层被称为“在”另一部件或层“上”、“连接到”或“联接到”另一部件或层时，在部件或层之间可以存在一个或更多个部件或层。另外，当描述在两个其它部件或层之间存在一个部件或层时，在所述部件或层之间还可以包括至少一个其它中间部件或层。
参考图1，示出了根据本发明的电池系统100的优选示例性实施方式。电池系统100包括可去除的电子部件载体20和容纳多个可去除的电池部件载体30的载体框架10。根据图1的优选示例性实施方式，载体框架10容纳六个可去除的电池部件载体30，但是可去除的电池部件载体30的数量不限于此。
每个可去除的电池部件载体30可以包括一个电池子模块40(参考图2)或多个分别包括多个电池单元1的电池子模块40(参考图2)。根据图1的优选示例性实施方式，可去除的电池部件载体30容纳两个电池子模块40，然而，电池子模块40的数量不限于此。
载体框架10包括构成矩形框架的两个纵向区段16和两个横向区段17。一个横向区段17可以被配置为包括连接到外部控制单元(未示出)的外部信号端口和连接到外部电源电路(未示出)的外部电源端口。载体框架10还可以包括中心区段18，该中心区段18平行于纵向区段16延伸并将载体框架10内的容纳空间分成两个子空间。
可去除的电子部件载体20包括底板和位于底板上方的控制电子器件组件21。可去除的电子部件载体20包括用于在外部控制电路(未示出)和控制电子器件组件21之间传送控制信号的信号端口22以及用于将载体框架10连接到外部电源电路(未示出)(例如，连接到电池系统的电源电路、电池管理系统，或直接连接到至少一个电消耗器件)的电源端口23。
基于控制信号(例如，实际电力需求)，控制电子器件组件21控制设置在可去除的部件载体30上方的电池子模块40，以提供满足实际需求的电力。控制电子器件组件21电连接到电子部件载体20。也就是，控制电子器件组件21电连接到相邻的可去除的电池部件载体30，并且还电连接到附接到可去除的电池部件载体30的电池子模块40，并且还连接到下一个相邻的可去除的电池部件载体30等。通过该电子联接，控制电子器件组件21传送用于控制电池子模块40的控制信号。响应于该信号，从电池子模块40提供的电流通过以上电连接传送。优选地，控制信号基于电子部件载体20和可去除的电池部件载体30或电池子模块40之间的电流或电压被调制。
电子部件载体20的底板的底表面提供有冷却通道，冷却剂可以通过该冷却通道流动。电子部件载体20可以单独地与电池系统100分开，这简化了控制电子器件组件的更换和修理。
参考图2，显示出了与电池系统100分离的可去除的电池部件载体30。可去除的电池部件载体30包括连接构件(未示出)，该连接构件适于与载体框架10的纵向区段16的连接构件(例如，螺纹孔)对应地附接，以被固定到载体框架10。此外，可去除的电池部件载体30包括连接构件(未示出)，用于在电池系统100中与电子部件载体20相互地或可连接/可拆卸地电连接和电子连接。例如，电连接可以由高压(HV)线束或汇流条形成，电子连接可以由低压(LV)线束制成，但是这些连接类型不限于此。
可去除的电池部件载体30包括底板32和位于底板32的纵向边缘处并从底板32向上延伸的一对侧壁31。在一优选示例性实施方式中，底板32和侧壁31可以由单个构件构成。底板32和侧壁31可以由挤压铝型材、增强塑料挤出型材或包括底板和侧壁的轧制和焊接钢载体制成。
底板32和侧壁31可以包括独立于电池设置的方向的冷却通道。冷却通道排出从电池单元产生的热。图3显示出了提供在底板32中的三个冷却通道321。可以提供连接到设置在载体框架10的横向区段17上方的外部冷却剂端口并且包括多个连接件的冷却剂分配管线。这里，对于每个连接件，冷却剂分配管线可以通过每个可去除的电池部件载体30的每个冷却剂端口(未示出)连接到设置在底板32处的冷却通道321之一。冷却剂通过外部冷却剂回路(未示出)被提供给载体框架10的外部冷却剂端口。冷却剂通过冷却剂分配管线被提供给可去除的电子部件载体20和多个可去除的电池部件载体30的冷却剂端口，朝向面对的横向区段17流过提供在每个底板32中的每个冷却通道321，并且沿着另一冷却剂分配管线再次流到外部冷却剂端口中的另一外部冷却剂端口。
参考图2，根据电池子模块40的优选示例性实施方式，包括具有基本相同的平面形状的多个对齐的二次电池单元1。电池单元1通过提供在最外侧电池单元1的前表面上的一对端板33被组装到电池堆，然后安装在可去除的电池部件载体30上。或者，端板33之一可以被首先固定到可去除的电池部件载体30的侧壁31和/或底板32，然后电池单元堆可以附接到可去除的电池部件载体30。最后，第二端板33被固定到可去除的电池部件载体30的另一构件。电池单元堆可以与端板33一起沿纵向方向被预组装，端板33可以提供在电池单元堆的一个或两个前表面上。在预先组装时，它可以通过弹性构件、弹簧或螺钉被固定。
端板33机械地联接到电池部件载体30的侧壁31。接合可去除的电池部件载体30的端板33、底板32和侧壁31的技术可以使用常规的焊接工艺。例如，可以应用摩擦搅拌焊接、钨惰性气体焊接、压力连接(clinching)、拧紧、铆接和楔入。多个电池单元1通过侧壁31在第一方向(横向)上被固定在一起，并通过端板33在第二方向(纵向)上被固定在一起。
端板33可以是挤压型铝、部分深拉的铝或钢，或者可以通过应用有铸造铝或增强塑料的挤压或铸造制成。
端板33为电池子模块40提供刚性和机械稳定性。端板33可以防止电池单元1膨胀，并且端板33吸收单元膨胀力以将其引导到电池部件载体30。电池单元1的膨胀发生在单元老化过程中。
根据图2的优选示例性实施方式，可去除的电池部件载体30容纳两个电池子模块40。在这种情况下，位于两个单元堆之间的中心处的两个端板33可以整体制成。一体的中心端板可以是铝挤压的，或者部分深拉的铝或钢，或者可以通过应用有铸造铝或增强塑料的挤压或铸造制成。集成的中心端板有助于防止在每个单元堆内大电池的膨胀，并将单元的膨胀转移到单元堆的外部。
通过设置在电池单元堆的顶部的单元盖34，电池单元1在第三方向(垂直)上被进一步紧固。单元盖34被固定到电池部件载体30的侧壁31。例如，单元盖34可以夹在电池单元1和侧壁31之间，或者例如，单元盖34可以包括一对夹具341，并且夹具341可以设置在单元盖34的侧面上，并且向下延伸以插入电池单元1和侧壁31之间。单元盖34，例如如图3所示，可以通过螺钉342被固定到侧壁31，或者可以以其它方式被进一步装配在电池部件载体30的侧壁31中。单元盖34将电池单元保持在正常位置并具有触摸保护功能。
单元连接和感测单元CCU 35可以包括电池连接器、传感器和电子器件，并且可以提供在单元盖34和电池子模块40之间。单元连接和感测单元CCU35包括连续地连接到电池单元1的端子的连接端子、以及具有设置在电路板的上表面处的至少一个半导体元件的印刷电路板(PCB)。电路板还包括设置在电路板的表面上的布线图案(未示出)。电路板的主体可以由诸如聚酰亚胺(PI)或聚乙烯(PET)的刚性电绝缘材料制成。布线图案可以由导电材料诸如铜(Cu)、钛(Ti)、镍(Ni)或钯(Pd)制成。
半导体器件配置为施加用于控制电池单元1的操作的信号。特别地，半导体器件可以通过电池单元1的高电流线控制充电和放电。半导体器件还可以通过施加指示电池单元1的电压、电流和充电状态(SOC)的信号来防止过充电或过放电。
单元连接和感测单元CCU 35包括柔性高压和低压连接件，以对应于单元膨胀和单元距离而进行平衡。单元连接和感测单元CCU 35包括：通过汇流条使单元以及单元的正负端子相互连接的主电源路径；用于电压感测、单元平衡的电压感测线以及其相互连接；用于单元的温度监测的温度传感器及其相互连接；以及用于固定所有的组成元件的低重量的柔性载体。该单元连接和感测单元CCU 35提供简单和自动的操作，并且可以在发生单元呼吸和单元膨胀时补偿相对运动。或者，单元连接和感测单元CCU 35可以具有用于单元监测电路(CSC-PCB)的安装能力。
电池子模块40通过固定构件被机械地固定到可去除的电池部件载体30，并且被紧密地封闭在电池部件载体30内的容纳空间中。电池子模块40可以另外结合到底板32或侧壁31，以进一步沿垂直方向固定。
包括电池单元1、端板33、单元盖34和附加附件的可去除的电池部件载体30可以被安装在电池系统100的载体框架10上，从而即使电池系统100被安装在车辆中也是可去除的。
符号描述：
1：二次电池单元 32：底板
10：载体框架 321：冷却通道
16：纵向区段 33：端板
17：横向区段 34：单元盖
18：中心区段 341：单元盖夹具
20：可去除的电子部件载体 342：螺钉
21：控制电子器件组件 35：单元连接和感测单元CCU
22：信号和电源端口 40：电池子模块
30：可去除的电池部件载体 100：电池系统
31：侧壁

Claims (15)

1.一种可去除的电池部件载体，
在可去除的电池部件载体中，容纳包括多个电池单元的电池子模块并且机械地和电地连接到其它可去除的电池部件载体和/或载体框架以配置模块化的电池系统，
其中所述可去除的电池部件载体包括：
底板；
一对侧壁，垂直于所述底板并沿所述底板的两个面对的纵向边缘延伸；
一对端板，垂直于所述底板和所述侧壁，沿所述底板的两个面对的横向边缘延伸，并机械连接到一对侧壁和/或底板，以将所述多个电池单元固定在一起；和
单元盖，平行于所述底板延伸，并与所述底板、所述侧壁和所述端板一起构成所述电池子模块的容纳空间。
2.根据权利要求1所述的可去除的电池部件载体，其中
所述单元盖被固定到所述侧壁。
3.根据权利要求2所述的可去除的电池部件载体，其中
所述单元盖夹在所述电池单元和所述侧壁之间。
4.根据权利要求1所述的可去除的电池部件载体，其中
所述单元盖通过螺钉被固定到所述侧壁。
5.根据权利要求1所述的可去除的电池部件载体，其中
所述单元盖由塑料材料制成。
6.根据权利要求1所述的可去除的电池部件载体，还包括
在所述单元盖和所述电池子模块之间的单元连接和感测单元。
7.根据权利要求1所述的可去除的电池部件载体，其中
所述底板和所述侧壁由挤压铝型材、增强塑料挤出型材或轧制和焊接钢载体制成。
8.根据权利要求1所述的可去除的电池部件载体，其中
所述端板是铝挤压的、用铝或钢部分深拉的、铝铸造的，或由应用有增强塑料的挤压或铸造制成。
9.根据权利要求1所述的可去除的电池部件载体，其中
所述底板和/或所述侧壁包括用于排出来自所述电池单元的热的冷却通道。
10.一种电池系统，包括：
载体框架，容纳权利要求1至9中的任一项所述的可去除的电池部件载体，
其中每个可去除的电池部件载体至少容纳包括多个电池单元的电池子模块并且可单独地从所述载体框架去除。
11.根据权利要求10所述的电池系统，还包括
可去除的电子部件载体，容纳控制电子器件组件并包括信号端口和电源端口。
12.根据权利要求10所述的电池系统，其中
所述载体框架包括冷却剂端口，所述冷却剂端口配置为连接到所述可去除的电池部件载体的所述冷却通道。
13.根据权利要求10所述的电池系统，其中：
所述载体框架包括两个纵向区段和垂直于所述两个纵向区段并连接到所述两个纵向区段的两个横向区段；并且
所述可去除的电池部件载体包括连接构件，所述连接构件配置为附接到所述纵向区段或所述横向区段。
14.根据权利要求10所述的电池系统，其中
所述多个可去除的电池部件载体通过多个螺栓机械连接，以及
还包括一个或更多个汇流条，电连接所述可去除的电子部件载体和所述可去除的电池部件载体，并将所述可去除的电池部件载体彼此电连接。
15.一种车辆，包括权利要求10至14中的任一项所述的电池系统。
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