CN113632304B - 电池模块框架配置 - Google Patents

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Abstract

一种电池系统，包括电池框架、电池模块和聚合物座部。电池框架包括水平底板和沿垂直方向从底板延伸的多个构件。电池模块包括包封在电池模块的主体内部的至少一个电池单元。电池模块还包括固定地附接至主体的附接表面以及从主体向下延伸的一个或多个支承件。附接表面固定地附接至多个构件中的一个或多个，以沿底板的方向在一个或多个支承件上产生力。聚合物座部固定地附接至一个或多个支承件或电池框架，并且可移除地接触一个或多个支承件或电池框架中的另一者。聚合物座部响应于所述力而被压缩。

Description

电池模块框架配置
相关申请的交叉引用
本申请请求享有2018年11月13日提交的美国临时申请No.62/760,463的权益，该临时申请的全部内容在此以引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及电池模块框架配置，更具体地涉及对电池模块中的电池单元提供盲接近支持和保护的电池模块框架配置。
发明内容
当前的电动车辆通常将大量的电池单元封装到电池模块内。电池单元为车辆提供和/或补充驱动功率。然而，车辆具有用于这些电池模块的有限空间，并且电池单元经常由于车辆在运行期间的冲击而被破坏。此外，车辆中为这些电池模块提供的结构支承通常使得非常难以接近这些电池模块的某些部分，以便安装、维修、更换或维护这些模块中的电池。因此，必须在车辆运行期间保护电池模块，以及提供用于车辆的模块的通用结构支承，该通用结构支承允许易于接近模块。
鉴于前述内容，本文公开了为电池提供盲接近支持和保护的系统和方法。
在一些实施例中，根据本公开的电池系统包括电池框架，该电池框架包括水平底板和沿竖直方向从底板延伸的多个构件。电池系统还包括电池模块、主体、固定地附接至主体的附接表面以及从主体向下延伸的一个或多个支承件，其中，电池模块包括至少一个电池单元，其中至少一个电池单元封闭在所述主体内部，其中附接表面固定地附接到多个构件中的一个或更多个，以沿底板的方向在一个或多个支承件上产生力。电池模块还包括聚合物座部，其中聚合物座部固定地附接到一个或多个支承件或电池框架，并且可移除地接触一个或多个支承件或电池框架中的另一个，以及其中聚合物座部响应于所述力而被压缩。
在一些实施例中，至少一个电池单元包括多个电池单元。在一些实施例中，至少一个电池模块进一步包括冷却剂路径。在一些实施例中，冷却剂路径包括冷却歧管。
在一些实施例中，附接表面沿着平行平面延伸到多个构件的顶平面。在一些实施例中，附接表面与多个构件中的至少一个的上表面相接。
在一些实施例中，一个或多个支承件包括从主体的相对侧向下延伸的两个支承件。在一些实施例中，一个或多个支承件在接近底板的底部处倾斜，并且电池框架包括对应的倾斜表面。
在一些实施例中，一个或多个支承件的角度和电池框架的对应倾斜表面具有基本相同的角度。在一些实施例中，电池框架的对应倾斜表面包括多个构件中的一个或多个的表面，使得附接到一个或多个支承件的聚合物座部搁置在多个构件中的一个或多个的表面上。
在一些实施例中，聚合物座部的材料选择为弹性体以减弱与车辆运行相关的振动。在一些实施例中，聚合物座部固定地附接到一个或多个支承件中的每一个并且可移除地接触电池框架。在一些实施例中，聚合物座部固定地附接到电池框架，并且可移除地接触一个或多个支承件中的每一个。
在一些实施例中，多个构件以基本垂直于水平底板的角度竖直地延伸。在一些实施例中，多个构件包括前构件、后构件和多个相对的侧构件。在一些实施例中，多个横向构件在侧构件之间延伸，其中电池框架和横向构件限定多个腔。
在一些实施例中，电池模块附接在多个腔中的第一腔内，并且其中另一电池模块附接在多个腔中的第二腔内。
在一些实施例中，本公开涉及一种用于为电池模块提供盲接近支持和保护的方法，该电池模块包括主体和包封在主体内部的电池单元。该方法包括将电池模块放置在电池框架的腔内，其中电池模块的底部部分处的附接表面经由聚合物座部接触电池框架的底部部分，并且电池模块的附接表面接触电池框架的构件；经由附接表面和与构件的接触将电池模块固定地附接到电池框架，其中所述附接在电池框架的底部部分处产生力；以及响应于该力而引起聚合物座部的压缩。
在一些实施例中，该方法包括将聚合物座部固定地附接到电池模块的底部，其中聚合物座部可移除地接触电池框架。
在一些实施例中，该方法包括将聚合物座部固定地附接到电池框架的底部部分，其中聚合物座部可移除地接触电池模块。
附图说明
参考以下附图详细描述根据一个或多个实施例的本公开内容。附图仅出于说明目的提供，并且仅描绘了典型的或示例性实施方案。这些附图被提供为促进对本文所公开的概念的理解，并且不应视为限制这些概念的广度、范围或适用性。需注意，为了清楚和易于图示，这些附图不一定按比例绘制。
图1描绘了根据本公开的一些实施例的示范性电池模块。
图2描绘了根据本公开的一些实施例的示范性电池框架。
图3描绘了根据本公开的一些实施例的电池系统，其示出了具有安装其中的多个电池模块的电池框架的横截面。
图4描绘了图3的横截面的近视图。
图5是根据本公开的一些实施例的用于向电池模块提供盲接近支持和保护的方法的流程图。
具体实施方式
本文公开了为电池单元提供盲接近支持以及保护的系统和方法。在本公开中，电池单元位于电池框架内，电池框架被定位和设计成附接和保护电池单元，同时为车辆提供结构支承。电池单元可以是包括比如为控制系统和用于电池冷却的其他部件的模块的一部分，并且电池单元可以密集地包装在框架内。因此，电池模块到电池框架的这种附接可至少部分地是“盲的”，例如，使得技术人员、机器人或组装夹具接近电池模块和框架的一部分以通过双手、工具和传统紧固件进行附接的机会是不存在或极其有限的。在一些实施例中，电池框架可以形成用于插入多个电池模块的多个腔，使得每个电池模块的顶部附接部分接触框架的上部部分，并且每个电池模块的底部部分接触框架的下部部分。然而，电池模块的接触框架的下部部分的底部部分是盲的并且是不可接近的。这可能在如下情况中尤其如此，即，包括单个整体部件的底板或多个部件永久地附接到框架的下部部分以使得在组装期间没有通向框架的底部开口的情况。
在本公开的示范性实施例中，框架结构可被设计成紧固和支承电池模块，同时限制车辆在正常使用期间对电池的冲击和振动的影响(例如，以防止磨损和损坏)，包括保护电池在碰撞场景中免遭压碎。在一些实施例中，电池系统可以包括可去除的顶盖和框架的永久性底板。因此，可能无法在电池组底部处接近电池模块的底部以安装紧固件，以便用于电池模块与框架的牢固附接。在本公开的一个实施例中，可以通过电池模块的一个或多个支承件和耦接在支承件与电池框架的下部部分之间的聚合物构件，比如电池框架的底板和/或竖直构件，来促进电池模块在电池系统的该盲下部区域的合适的安装和耦接。聚合物构件可以固定地附接到电池模块或电池框架的一个或多个支承件，从而允许容易地插入和移除电池模块。
在本公开的一些实施例中，聚合物构件由比如泡沫、海绵或固体的弹性材料制成。当电池模块安装到电池组中时，电池模块支承件和电池框架的相对位置可以使得聚合物构件在电池模块结构与电池框架结构之间被压缩。聚合物构件的这种压缩补偿了由于聚合物构件在仍向电池模块提供支承和耦接的同时进行压缩的能力而造成的制造和组装公差(例如，模块、电池框架、横向构件等等的制造和组装公差)。因此，在本公开的一些实施例中，经由支承件和聚合物构件的盲附接可为模块提供牢固和柔软的支承，并且抑制来自车辆的冲击、振动和噪声的影响直接传输到模块(限制电池模块在框架内的移动)，而不需要在电池系统的盲部分中进行紧固或其他接近。以此方式，电池框架的底板可以是永久性(例如，整体或焊接的)部件，以用于提供所需的结构特性而不必接近位于底板附近的部件。另外，由于聚合物构件仅结合到一侧(模块或框架)并且不约束模块，因此只需将其从电池框架中拉出，即可容易地从电池组移除电池模块。
图1描绘了根据本公开的一些实施例的示范性电池模块100。如图所示，在一个实例中，电池模块100包括主体102，该主体具有作为前向部分的第一端部110和作为后向部分的与第一端部110相对的第二端部112。主体102还包括顶部部分114和底部部分116。在图1所示的实例中，主体102成形为在其中提供支承部件的区域的直角棱镜。在一个实施例中，一个或多个电池单元被封闭在电池模块100的主体102的内部。在一些实施例中，电池单元可以圆柱形地成形。在一些实施例中，电池单元可以是棱柱形(例如，矩形)。
在如图1所示的一个示例中，电池模块100包括两层电池单元，即顶层120和底层130，其堆叠在彼此的顶部上并且由冷却板140分开。具体地，第一层120位于顶部部分114中，底层130位于底部部分116中。在一些实施例中，顶层120和底层130中的电池单元沿相反方向定向。冷却板140分别用于在顶层120和底层130之间循环冷却剂，将多余的热量从单元中有效地传输，并维持运行温度，以实现电池单元的最佳运行。在一个实施例中，顶层120和底层130中的电池单元利用任何合适的耦接元件耦接到冷却板140。在一些实施方案中，耦接元件可以是粘合剂、非导电罩或这两者。耦接元件可以在电池单元与冷却板140之间提供良好的导热性。如图所示，冷却剂入口150和冷却剂出口160在模块100的底部部分116中附接到冷却板140。
尽管未示出，但电池模块还可包括其他部件，比如控制器和电触点/连接件，比如保护开关和调节电池的充电和电力来源的其他电路。在一个实施例中，电池模块具有为其部件提供结构支承的主体。如图1所示，电池模块100还可包括固定地附接到主体102以用于附接到电池框架200(图2)的附接表面，比如从图1中的主体102的第一端部110和第二端部120延伸的附接表面170和180。应理解的是，该附接仅是示例性的，并且附接可以以其他合适的方式执行以如本文所述地将电池模块固定地附接到电池框架。
如图1所示，支承件190和192，例如，前支承件和后支承件分别从电池模块主体100延伸，并且具有设计成与电池框架200的对应部分相接的角状形状(图2)。在一个实例中，前支承件190和后支承件192相对于水平轴线的角度分别小于25度。在另一实例中，前支承件190和后支承件192的角度分别为大约15度。在另一实例中，前支承件190和后支承件192的角度分别为大约90度。应理解的是，角度测量仅是示例性的，可以采用任何合适的角度。
如图1中所描绘，聚合物座部194沿着底部表面附接到电池模块100的支承件190和192中的每一个，使得聚合物座部194直接接触电池框架200(图2)而非支承件190和192。尽管未示出，但在一个实施例中，聚合物座部194可以附接到模块100的支承件190和192中的仅一个。在一个实施例中，聚合物座部194由合适的材料(例如，弹性体)制成，当电池模块100安装在电池框架200中时，聚合物座部194压缩(图2)。例如，聚合物座部194可以由硅、聚氨酯或氯丁橡胶制成。在一个实施例中，聚合物座部194通过粘合剂固定地附接到模块100的支承件190和192中的任一个或两个，并且能够从电池框架200释放(图2)。因此，以此方式，聚合物座部194结合到电池模块100。
尽管未示出，但在另一实施例中，聚合物座部194固定地附接到框架200，但相对于支承件190和192仍可从模块100可释放。因此，以此方式，聚合物座部194结合到框架200。在本公开的一些实施例中，聚合物座部194具有压缩范围，该压缩范围由于聚合物座部在处于宽范围压缩百分比上仍提供支承和耦接的同时进行压缩的能力而补偿制造和组装公差(例如，模块、电池框架、横向构件等等的制造和组装公差)。在一个实例中，聚合物座部194的压缩在20％至80％的压缩范围内。在另一个实例中，聚合物座部的压缩包括大约45％的压缩。在一些实施例中，支承件190和192不是沿着电池模块100的相应端部的连续构件。例如，可以移除支承件190和192的部分(例如，一个或多个中心部分)以减小电池模块的重量。应理解的是，以移除支承件190和192的部分的程度，还将移除聚合物座部194的相似部分。
图2描绘了根据本公开的一些实施例的示范性电池框架200。框架200包括具有水平底板202的底表面，比如单个金属片(或其他合适的材料)或多个焊接金属片(或其他合适的粘结材料)。在一个实施例中，框架200的底板202永久地附接到框架，并且为车辆提供所需的结构刚度，但是在安装电池模块期间可能限制对框架200的底部部分的接近，因为通过技术人员和机器人的底侧接近不可用。多个侧构件204从底板202竖直延伸以形成框架200，该框架可以包括框架的前部部分、侧部部分和后部部分以及连接在框架200的外部部分之间的横向构件206。因此，横向构件206在侧构件204之间延伸，从而在框架200中形成腔。尽管图2中未示出，但是，根据车辆的期望设计和支承考虑，横向构件还可以在车辆的前部和后部之间延伸和/或可以形成网格。此外，应理解的是，图2中所描绘的电池框架是示范性的，且电池框架可基于所需的最终用途和结构特性而包括各种合适的形状和比例。
在一个实施例中，侧构件204和横向构件206的上表面分别包括合适的附接表面，用于与电池模块100的附接表面170和180相接。在一个实例中，侧构件204和横向构件206的上表面分别包括螺纹孔208，其允许电池模块100可移除地螺栓连接在电池框架200内。在一个实施例中，电池框架200的底表面可包括用于与电池模块100的支承件190和192相接的合适配合表面203(图4)。在一些实施例中，配合表面203(图4)以与支承件190和192的角度基本相同的角度成形。在一个实施例中，与纯平支承件和电池框架接口相对，支承件190和192以及配合表面203(图4)的角形状提供了更期望的力分布(例如，由于电池模块的重量和电池附接的力，至少部分地正交于向下的力)。
图3描绘了电池系统300，其示出了其中安装有电池模块100的电池框架的横截面。尽管示出了四个电池模块，但应理解的是，电池模块的数目仅仅是示例性的，并且可以安装任何合适数目的电池模块。还示出了可移除盖件，比如盖302。图4描绘了图3的横截面的放大图。如图3和图4中所示，电池模块100的附接表面170和180搁置在横向构件206的上表面上，而包括聚合物座部194的支承件190和192与横向构件206的底部倾斜部分(例如，在横向构件附接(例如，焊接)到底板202的位置)相接。
如在一个实施例中所述，电池模块100通过例如顶侧紧固螺栓304牢固地附接到框架200的横向构件206。在一些实施例中，邻近电池模块的附接表面偏移，使得每个附接表面由相应的紧固螺栓304单独地附接。在一些实施例中，相邻电池模块的附接表面彼此竖直地重叠或彼此横向地相邻，使得单个螺栓304可被用于将来自相邻电池模块的两个附接表面紧固。在一些实施例中，两个或更多个附接表面设置在电池模块的端部上。在一些实施例中，附接表面与相邻电池模块的附接表面形成嵌套图案。
在一些实施例中，本文所述的电池组框架和电池模块的设计提供对电池模块的顶部的方便接近，可以利用暴露的顶侧紧固螺栓304容易地移除电池模块的顶部。应理解的是，紧固螺栓仅是示例性的，可以利用任何合适的紧固件。在一个实施例中，电池模块100的重量和附接的向下力使得聚合物座部194在电池模块100的支承件190和192与电池框架200的对应配合表面203之间压缩。因此，以这种方式，不仅在车辆运行期间将电池模块100紧固在电池框架200内，而且还根据需要容易地安装、维护和更换。
图5是为电池模块提供盲接近支持和保护的方法的流程图500。在一些实施例中，电池系统包括电池模块和支承电池模块的框架，电池模块具有包封至少一个电池单元的主体。如图1所示，电池单元被包封在电池模块的主体102的顶层120和底层130内。另外，附接表面170和180固定地附接到主体102，以用于附接到图2中的电池框架200。在一个实施例中，如图1所示，聚合物座部194附接到电池模块100的底部部分，使得聚合物座部194直接接触图2中的电池框架200。在另一实施例中，在图2中，聚合物座部附接到电池框架200的底部部分。另外，如图2中所示，电池框架200包括在框架200内形成多个腔的侧构件204。
在步骤502，电池模块被放置于电池框架的腔内，使得电池模块的底部部分处的附接表面经由聚合物座部与电池框架的底部部分接触，并且附接表面接触电池框架的构件。在步骤504，电池模块经由附接表面以及与所述构件的接触固定地附接到电池框架，使得该附接在电池框架的底部部分处产生力。如上文所论述，例如，所述力使得聚合物座部在电池模块与框架之间压缩。在步骤506，响应于所述力而触发聚合物座部的压缩。因此，以这种方式，不仅在车辆运行期间将电池模块100紧固在电池框架200内，而且还根据需要容易地安装、维护和更换。
前述内容仅是对本公开的原理的说明，并且本领域的技术人员可以在不脱离本公开的范围的情况下进行各种修改。给出上述实施例是为了说明而不是限制。除了本文明确描述的形式以外，本公开还可以采取许多形式。因此，需要强调的是，本公开不限于明确公开的方法、系统和设备，而是旨在包括以下权利要求精神之内的本发明的变型形式和修改形式。

Claims (20)

1.一种电池系统，包括：
电池框架，所述电池框架包括：
水平底板；以及
多个构件，所述多个构件沿竖直方向从所述底板延伸；
电池模块，所述电池模块包括：
至少一个电池单元；
主体，其中所述至少一个电池单元包封在所述主体内部；
从所述主体的顶部部分侧向延伸并且固定地附接到所述主体的顶部部分的附接表面；以及
一个或多个支承件，所述一个或多个支承件从所述主体向下延伸，其中，所述附接表面固定地附接到所述多个构件中的一个或多个，以沿所述底板的方向在所述一个或多个支承件上产生力；以及
聚合物座部，其中所述聚合物座部固定地附接到所述一个或多个支承件或所述电池框架，并且可移除地接触所述一个或多个支承件或所述电池框架中的另一者，并且其中，所述聚合物座部响应于所述力而被压缩。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述至少一个电池单元包括多个电池单元。
3.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述至少一个电池模块还包括冷却剂路径。
4.根据权利要求3所述的电池系统，其中，所述冷却剂路径包括冷却歧管。
5.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述附接表面沿着平行平面延伸到所述多个构件的顶平面。
6.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述附接表面与所述多个构件中的至少一个的上表面相接。
7.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述一个或多个支承件包括从所述主体的相对侧向下延伸的两个支承件。
8.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述一个或多个支承件在接近所述底板的底部处倾斜，并且所述电池框架包括对应的倾斜表面。
9.根据权利要求8所述的电池系统，其中，所述一个或多个支承件的角度和所述电池框架的对应的倾斜表面具有基本上相同的角度。
10.根据权利要求8所述的电池系统，其中，所述电池框架的对应的倾斜表面包括所述多个构件中的一个或多个的表面，使得附接到所述一个或多个支承件的所述聚合物座部搁置在所述多个构件中的一个或多个的表面上。
11.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述多个构件以基本垂直于所述水平底板的角度竖直地延伸。
12.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述聚合物座部的材料被选择为弹性体，以衰减与车辆运行相关联的振动。
13.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述聚合物座部固定地附接到所述一个或多个支承件中的每一个，并且可移除地接触所述电池框架。
14.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述聚合物座部固定地附接到所述电池框架，并且可移除地接触所述一个或多个支承件中的每一个。
15.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述多个构件包括前构件、后构件和多个相对的侧构件。
16.根据权利要求15所述的电池系统，进一步包括在所述侧构件之间延伸的多个横向构件，其中，所述电池框架和所述横向构件限定多个腔。
17.根据权利要求16所述的电池系统，其中，所述电池模块附接在所述多个腔的第一腔内，并且其中，另一电池模块附接在所述多个腔的第二腔内。
18.一种用于向电池模块提供盲接近支持和保护的方法，所述电池模块包括主体和包封在所述主体内部的电池单元，所述方法包括：
将所述电池模块放置在电池框架的腔内，其中，所述电池模块的底部部分处的一个或多个支承件经由聚合物座部接触所述电池框架的底部部分，并且所述电池模块的从所述主体的顶部部分侧向延伸的附接表面接触所述电池框架的构件；
经由所述附接表面和与所述构件的接触将所述电池模块固定地附接到所述电池框架，其中，所述附接在所述电池框架的底部部分处产生力；以及
响应于所述力而引起所述聚合物座部的压缩。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括将所述聚合物座部固定地附接到所述电池模块的底部，其中，所述聚合物座部可移除地接触所述电池框架。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括将所述聚合物座部固定地附接到所述电池框架的所述底部部分，其中，所述聚合物座部可移除地接触所述电池模块。
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