CN114631220A - 用于电池系统的电池外壳 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种优选地用于电动或混合动力车辆的用于接收电池单元(11)的电池外壳，所述电池外壳包括形成所述外壳的底部的底板(2A、2B)，其中，所述底板借助于连接系统能够连接到另一个相同类型的底板(2A、2B)以形成外壳的模块化底部。

Description

用于电池系统的电池外壳
技术领域
本发明涉及一种电池外壳，该电池外壳可用于组装模块化电池系统作为混合动力或电动车辆的牵引电池。
背景技术
由多个电池模块组成的电池系统，其中每个电池模块包括多个电池单元，其已知地被用作电动或混合动力车辆中的牵引电池。构成电池系统的电池模块必须至少电连接。然而，为了实现可以放置在电动汽车内的紧凑型电池系统，机械完整性也非常重要。通常，将多个电池模块放置在外壳内或承载板上，以形成机械稳定的电池系统。
为了提供更灵活的电池系统，电池系统的模块化结构是优选的。模块化电池系统能够实现电池外壳中任意数量的电池模块的机械和电气连接。
DE 102013010001 A1公开了放置在电池组外壳内的电池模块之间的弹簧和凹槽连接。DE 102013200383 A1中，电池模块通过一个或多个杆相互连接并与承载板连接，该杆包括在每一侧的支承节和用于预紧的装置。DE 102008010822 A1公开了一种用于将电池模块彼此连接的单独的连接构件、例如滑动连接。
DE 102016224442 A1公开了一种用于将电池模块相互连接的弹簧槽连接构件。弹簧和凹槽部分是单独的构件，它们通过卡扣连接附接到电池模块外壳。此外，电池模块通过螺钉固定在电池组外壳上，螺钉位于弹簧槽连接部位。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的外壳，其用于接收模块化电池系统的电池单元并优选地用于混合动力或电动车辆。
该目的通过如权利要求1中限定的电池外壳来解决。优选实施例在从属权利要求、本发明的一般描述以及特定实施例的描述和附图中限定。
因此，建议了一种优选地用于电动或混合动力车辆的用于接收电池单元的电池外壳，其中，电池外壳包括形成外壳底部的底板，底板可借助于连接系统连接到同类型的另一个底板以形成外壳的模块化底部。
通过在底板的水平上提供连接系统，可以通过将至少两个毗邻的底板相互连接来组装模块化电池系统并实现结构上合理的布置。根据不同特定车辆的实际需求，可以调整最终电池系统的尺寸而同时使用相同的底板、特别是将相同的电池外壳用于更多数量的不同车辆和电池系统。
为了实现完全模块化的电池系统，电池外壳可以在不使用承载板的情况下相互机械连接。这可以通过使用多个类似的电池外壳来实现，每个电池外壳形成一个电池模块，并且电池模块直接机械连接到它们各自的相邻模块以形成自支撑电池系统。这样，不仅电池系统中的模块数量是可变的，而且电池系统的形状也可以适应可用空间。各个电池模块之间的连接应该优选地实现易于组装和机械稳定的电池系统。
优选地，连接系统是卡扣连接器系统。由于不需要附加的紧固装置，卡扣连接器系统能够实现快速和容易的组装。
优选地，底板至少包括第一边缘和平行于第一边缘的第二边缘，其中第一边缘和第二边缘形成卡扣连接器系统的互补部分。例如，底板的第一边缘可以形成为卡扣连接器系统的公头部分，而第二边缘可以形成为卡扣连接器系统的母头部分。两个电池外壳之间的卡扣连接的适当几何形状已经包含在对应的底板中，因此不需要额外的组装部件来连接两个或多个这样的外壳，这大大简化了电池系统的组装。
优选地，在卡扣连接器系统的公头和/或母头部分上设置衬垫，以确保在卡扣连接器系统的阳头和阴头部分被倾斜并压入末端位置之后，两个底板之间形成紧密连接。衬垫可以放置在卡扣连接器系统的公头部分的凹部中。衬垫可以由沿着相应底板的边缘的整个长度延伸的橡胶或任何其他合适的弹性体材料的条形件制成。衬垫可以由多个橡胶或任何其他合适的弹性体材料的分离件制成，这些分离件沿着相应底板的边缘放置在离散的位置。
优选地，衬垫是乙烯-丙烯族的弹性体、例如EPDM，或丁二烯-苯乙烯族的弹性体、例如胶乳或硅氧烷族的弹性体。
通过将衬垫放置在第一边缘和第二边缘之间的连接部位，卡扣连接变得紧密并将连接的底板固定在一个平面内。此外，衬垫可以密封两个底板之间的连接，使得其变得不透流体。
优选地，电池外壳的底板是自支撑的，这意味着不需要附加的承载板或外壳来实现机械稳定的电池系统。通过这种措施，可以仅在电池外壳的基础上构建机械完整的模块化电池系统。
优选地，电池外壳包括布置在底板上的两个侧板，其中两个侧板和底板的内侧限定用于接收电池单元的内部容积。每个板包括在其外侧的凸缘并且每个凸缘包括用于将电池外壳紧固到毗邻的电池的固定装置。
通过使用电池外壳的侧板的凸缘，电池外壳还可以直接附接到底盘或任何其他接收框架。
优选地，底板和/或侧板由挤压材料提供、优选地由挤压型材提供，和/或底板和侧板一体成型。使用挤压材料、尤其是挤压型材，可以以成本有效的方式提供电池外壳，并且沿挤压方向的尺寸无限大。
优选地，底板包括用于接收温度控制流体的流体通道，该温度控制流体用于控制接收在电池外壳内的电池单元的温度。通过这种方式，冷却/加热系统被整合到电池外壳中，不需要外部温度控制系统，从而减少了重量、组装时间和生产成本。
为了使流体通道和电池单元之间的热传递最大化，在一个优选实施例中，电池单元直接定位在电池外壳中、优选地直接定位在电池外壳的底板上以及侧板之间以形成电池模块。
优选地，底板包括通风通道，其用于在热失控的情况下接收从电池单元释放的气体。通风通道连接到公共通风道，其中通风道连接接收在外壳中的所有电池单元的通风出口，并将释放的气体输送到通风通道并通过它输送到电池系统之外。
上述目的还通过具有权利要求15的特征的电池系统来解决。
因此，电池系统包括用于接收电池单元的至少两个电池外壳，其中电池外壳以如上所述的形式提供并且其中电池外壳在相应的毗邻底板以及相应的毗邻凸缘处相互连接。
底板的机械连接确保连接的电池外壳在由底板限定的平面内的稳定性。通过将毗邻的两个电池外壳的侧板通过各自的凸缘机械连接，进一步增强了电池系统的稳定性，因为这样也抑制了垂直于底板的运动。此外，实现了在彼此间隔开的两个平面中的连接。
附图说明
当结合附图考虑且通过参考以下详细描述将更容易理解本公开，其中：
图1示出了两个可连接底板在耦接过程中的立体示意图；
图2示出了卡扣连接器系统的示意性近视图；
图3示出了两个已连接的包括底板和侧板的电池外壳；以及
图4示出了具有插入的电池单元的电池系统的示意性透视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图更详细地解释本发明。在附图中，相同或类似的元件由相同的附图标记表示并且可以省略对其的重复描述以避免冗余。
图1示出了两个底板2A和2B的示意图，这两个底板2A和2B属于两个电池外壳1A、1B，它们示出在相互连接的过程中。每个底板2A、2B分别包括第一边缘61A、61B、平行于第一边缘的第二边缘62A、62B。
底板2A、2B还可以包括流体通道5和/或通风通道9。
术语“第一”和“第二”以及术语“左”和“右”应被理解为仅与附图相关并且旨在用于更容易地识别电池外壳1A、1B、特别是底板2A、2B的不同边缘和/或位置参照图。然而，这些术语不应被解释为绝对意义上的，使得在电池外壳1A、1B的不同视角或方向中，“左”边缘也可以在右侧或在后部或在前部。类似地，计数的“第一”和“第二”仅用于区分两个边缘，可以互换使用，也可以表示为“第三”或“第四”。
同样，术语“侧面”和“底部”将相对于示出一个优选示例的定向的附图来理解。然而，这些部件也可以在电池外壳的不同视角或方向位于不同位置。
电池外壳1A、1B还可以包括侧板(左、右、前、后)和盖板，它们一起限定了电池外壳1A、1B的内部容积3。多个电池单元可以接收在电池外壳1A、1B的内部容积3中。电池外壳1A、1B连同电池单元(以及任何接线/接触杆和/或控制电子设备)可以构成电池模块100。这将在下面的图3和4中示出。
多个电池模块100可以组合成用于混合动力或电动车辆的电池系统10。这将在图4中更详细地示出。电池系统10优选地用作为混合动力或电动车辆的电驱动提供电力的牵引电池。
回到图1，支撑结构1的底板2优选地是自支撑的，这样在使用期间不需要附加的承载板或外壳来保持包括接收在内部容积3中的构件的支撑结构1的重量。这种自支撑底板2可以通过挤压工艺生产。
底板2因此可以由挤压铝型材、铝铸件、增强塑料挤压型材或铸件或铝或钢深冲件制成。
此外，底板2优选地包括用于接收温度控制流体的至少一个流体通道5，该温度控制流体用于控制内部容积3的温度，从而控制接收在其中的电池单元的温度。
原则上，借助温度控制流体对电池模块或电池外壳中的电池进行温度控制是已知的。如果需要冷却电池构件，则温度控制流体通常被处理为具有比内部容积3中的温度更低的温度。如果需要加热电池构件，温度控制流体通常被处理以具有壁内部容积3中的温度更高的温度。使温度控制流体流过流体通道5以便能够通过温度交换对内部容积3进行温度控制。
在底板2A、2B的每一个中实施有两个流体通道5，它们是形成底板2A、2B的挤压型材的一部分。在本发明的示例性实施方式中，流体通道5彼此平行延伸。然而，流体通道的数量和实现方式可以在本发明的不同实施方式中改变。流体通道5是挤压型材的特征。
底板2A、2B还可以包括用于在热失控的情况下接收从电池单元释放的气体的通风通道9。通风开口8将公共通风装置连接到通风通道9。公共通风装置布置成使得接收在支撑结构1A、1B的内部容积3中的多个或所有电池单元的通风出口被组合和连接，使得一个或多于一个电池单元释放的气体被输送到通风通道9并通过它到达电池系统之外。换言之，公共通风装置用作各个电池单元的通风出口的歧管。
底板2A的平行于流体通道5的两个相反边缘61、62具有互补的几何形状，以使至少两个这样的毗邻底板2A、2B之间能够直接连接，这将参考图2作进一步解释参见。如果相应的底板2A、2B在挤压过程中制成，则底板2A、2B的边缘61A、61B、62A、62B沿着挤压方向延伸。
在附图和优选实施例中，毗邻底板2A、2B之间的直接连接形成为卡扣连接6，使得每两个底板2A、2B可以牢固地相互连接而无需任何附加的紧固装置。
通过在其边缘处连接底板2A和2B，可以提供用于电池外壳的承载板的自支撑结构。换言之，连接的底板提供了电池外壳的承载板，从而不需要提供单独的承载板，而是连接的底板可以用于此目的。
图2示出了卡扣连接器系统6的示意图，其连接两个底板2A和2B，并且包括底板2B的形成为卡扣连接器系统的公头部分的第一边缘61B和底板2A的形成为卡扣连接器系统的母头部分并且平行于第一边缘61B的第二边缘62A。
衬垫60B被放置在卡扣连接器系统的公头部分61B的凹部中。
衬垫也可以固定到连接器系统的公头部分、例如衬垫可以胶合到卡扣连接器系统的公头部分。在电池系统10的组装期间，在两个底板2A、2B的连接发生之前，衬垫也可以仅仅放置在卡扣连接器系统的公头部分的凹形几何形状中。衬垫也可以在电池组装前应用在底板的边缘上。
衬垫也可以延伸到卡扣连接器系统的公头部分的凹形几何形状之外，衬垫也可以完全覆盖卡扣连接器系统的公头部分。衬垫可以类似地附接到卡扣连接器系统的母头部分。衬垫可以由沿着对应底板的相应边缘的整个长度延伸的一个件组成。衬垫也可以由沿着对应底板的边缘以分离的间隔放置的多个件组成。
衬垫60B可以是乙烯-丙烯族的弹性体、例如EPDM(乙烯丙烯二烯单体)，或丁二烯-苯乙烯族的弹性体、例如胶乳或硅氧烷族弹性体。衬垫也可以由热塑性弹性体制成。
当卡扣连接器系统的公头部分61B和母头部分62A被一起推到末端位置以使两个底板2A、2B相互连接时，衬垫60B被压在对应的底板2A、2B的第一边缘62A和第二边缘61B之间。这实现了两个底板2A、2B之间的紧密连接，这通过连接侧板来附加地稳定，这将参照图3进行解释。卡扣连接器系统6实现了两个底板2A、2B之间的紧密但同时易于拆卸的连接，其使得能够容易地安装和拆卸电池系统并且因此在特定电池模块100发生故障的情况下易于维护。
图3示出了电池系统10的示意图，该电池系统10包括连接的两个电池外壳1A、1B，其中，每个外壳分别包括底板2A、2B和布置在底板2A、2B上的两个侧板31A、32A、31B、32B。
电池外壳1A、1B包括底板2A、2B和布置在底板2A、2B上的两个侧板31A、32A、31B、32B。底板2A或2B与侧板31A、32A或31B、32B一起限定电池外壳1A、1B的内部容积3。
底板2A、2B和侧板31A、32A、31B、32B可以一体成型、例如通过挤压而一体成型。
在一个不同的实施例中，侧板31A、32A、31B、32B可以通过螺纹连接或通过形状锁定连接或任何其他能够提供足够稳定性的适当连接固定到底板2A、2B。侧板31A、32A、31B、32B也可以胶合或焊接到底板2A、2B。
优选地，底板2A、2B和侧板31A、32A、31B、32B由相同的材料、优选为铝或具有相似温度系数的不同材料制成，以避免因不同的温度变形而损坏。
每个侧板31A、32A、31B、32B分别在其外侧包括相应的凸缘41A、42A、41B、42B。术语“外侧”旨在指代侧板31A、32A、31B、32B的未限定内部容积3的一侧。换言之，凸缘41A、42A、41B、42B延伸远离内部容积3。
各个电池外壳1A和1B的彼此附接发生在相对于底板2A位于两个不同平面中的两个单独的连接部位处。第一连接部位通过底板2A和2B彼此连接实现，并位于由底板2A、2B限定的平面内。第二连接部位通过将对应侧板32A、31B的凸缘42A、41B彼此连接来实现，并且在与由底板2A、2B限定的平面平行但间隔开的平面中实现。
底板2A和2B通过卡扣连接沿边缘62A和61B连接，如参照图2所解释的。边缘62A和61B具有互补的几何形状，使得在将边缘62A和62B朝向彼此倾斜和挤压之后，两个底板2A和2B之间的紧密连接发生在由底板2A、2B限定的平面中。
在使毗邻的底板2A、2B倾斜并连接后，毗邻的凸缘42A、41B自动地紧密接触并相互对正。
为此，左侧板31A、31B上的凸缘41A、41B和右侧板32A、32B上的凸缘42A、42B相对于底板2A、2B位于稍微不同的高度，大约沿着侧板的中间位置。高度差优选地大致对应于凸缘41A、41B、42A、42B的材料厚度，使得任何相应的两个毗邻凸缘42A、41B不碰撞而是平滑地重叠。
在这个过程中，相应的毗邻凸缘42A、41B的孔7也滑动到彼此对准，使得凸缘42A和41B上的孔7最终定位，使得在连接底板2A和2B之后，孔重叠。可以将螺钉放入孔7中以将凸缘42A和41B彼此紧固。
通过支撑结构1A、1B的这种双重连接、特别是在彼此间隔开的两个平面中的双重连接，可以提供特别稳定和自支撑的电池系统10。通过在电池系统10的外侧使用凸缘41A和42B，电池系统10可以另外地紧固到底盘或任何其他接收框架，而不使用承载板或附加的外壳。
在图3中示出了两个电池外壳1A、1B最终连接的情况。然而，多于两个的支撑结构1A、1B可以组合形成用于相应目的所需尺寸的模块化电池系统10。
图4示出了由两个电池外壳组成并且电池单元11插入底板2A或2B与侧板31A和32A或31B和32B之间的内部容积3中的电池系统10。电池单元11可以与底板2A、2B直接接触并因此热耦合到结合在底板2A、2B中的流体通道5。电池外壳1A和电池单元11、连同前板12、背板(图中未示出但类似于前板12)和模块盖13因此形成电池模块100。电池模块100可以连接在一起，以形成所需尺寸的电池系统10。
对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些实施例和项目仅描述了多种可能性的示例。因此，此处所示的实施例不应被理解为形成对这些特征和配置的限制。可以根据本发明的范围选择所描述的特征的任何可能的组合和配置。
附图标记列表
1A、1B 电池外壳
2A、2B 底板
3 内部容积
31A、32A、31B、32B 侧板
41A、42A、41B、42B 凸缘
5 流体通道
6 卡扣连接
61A、61B 卡扣连接的公头部分
62A、62B 卡扣连接的母头部分
60B 衬垫
7 用于螺钉的孔
8 用于通风系统的开口
9 通风通道
10 电池系统
11 电池单元
12 前板
13 模块盖
100 电池单元

Claims (15)

1.一种优选地用于电动或混合动力车辆的用于接收电池单元(11)的电池外壳，所述电池外壳包括形成所述外壳的底部的底板(2A、2B)，其中，所述底板借助于连接系统能够连接到另一个相同类型的底板(2A、2B)，以形成外壳的模块化底部。
2.根据权利要求1所述的电池外壳，其中，所述连接系统是卡扣连接器系统(6)。
3.根据权利要求1或2所述的电池外壳，其中，所述底板(2A、2B)至少包括第一边缘(61A、61B)和平行于所述第一边缘的第二边缘(62A、62B)，所述第一边缘和所述第二边缘形成所述卡扣连接器系统(6)的互补部分。
4.根据权利要求3所述的电池外壳，其中，所述底板的第一边缘(61A、61B)的几何形状形成为所述卡扣连接器系统(6)的公头部分，并且所述第二边缘(62A、62B)的几何形状形成为所述卡扣连接器系统(6)的母头部件，反之亦然。
5.根据权利要求4所述的电池外壳，其中，所述卡扣连接器系统的公头和/或母头部分上设置有衬垫(60B)，以确保在所述卡扣连接器系统(6)的公头部分(61B)和母头部分(62A)被倾斜并压入末端位置后，两个底板(2A、2B)之间形成紧密连接。
6.根据权利要求5所述的电池外壳，其中，所述衬垫(60B)被放置在所述卡扣连接器系统的公头部分的凹部中，以确保在所述卡扣连接器系统(6)的公头部分(61B)和母头部分(62A)被倾斜并压入末端位置后，两个底板(2A、2B)之间形成紧密连接。
7.根据权利要求5所述的电池外壳，其中，所述衬垫(60B)由沿着相应底板的边缘的整个长度延伸的橡胶或任何其他合适的弹性体材料的条形件制成，或者所述衬垫(60B)是由多个橡胶或任何其他合适的弹性材料的分离件制成，这些分离件被放置在沿相应底板的边缘的离散位置。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的电池外壳，其中，所述衬垫(60B)是乙烯-丙烯族的弹性体、例如EPDM，或丁二烯-苯乙烯族的弹性体、例如胶乳，或硅氧烷族的弹性体。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电池外壳，其中，所述底板(2A、2B)是自支撑的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电池外壳，其中，所述电池外壳包括布置在所述底板(2A、2B)上的两个侧板(31A、32A、31B、32B)，其中，所述两个侧板(31A、32A或31B、32B)和所述底板(2A或2B)的内侧限定用于接收电池单元(11)的内部容积(3)，并且每个侧板(31A、32A或31B、32B)包括在其外侧的凸缘(41A、42A、41B、42B)，每个凸缘包括用于将所述电池外壳紧固到毗邻的电池外壳的固定装置(7)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电池外壳，其中，所述底板(2A、2B)和/或所述侧板(31A、32A、31B、32B)由挤压材料提供、优选地由挤压型材提供，和/或所述底板(2A、2B)和所述侧板(31A、32A、31B、32B)一体成型。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电池外壳，其中，所述底板(2A、2B)包括用于接收温度控制流体的流体通道(5)，所述温度控制流体用于控制接收在所述电池外壳内的电池单元的温度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的电池外壳，其中，所述电池单元(11)直接定位在所述电池外壳中、优选地直接定位在所述电池外壳的底板(2A、2B)上且位于所述侧板(31A、32A、31B、32B)之间以用于形成电池模块。
14.根据前述权利要求中任一项所述的电池外壳，其中，所述底板(2A、2B)包括用于在热失控的情况下接收从电池单元(11)释放的气体的通风通道(9)。
15.一种电池系统(10)，包括至少两个根据前述权利要求中任一项所述的用于接收电池单元(11)的电池外壳，其中，所述电池外壳在相应的毗邻底板(2A、2B)处以及在相应的毗邻凸缘(42A、41B)处相互连接。
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