CN116073050A - 具有集成热障系统的牵引电池组外壳总成 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“具有集成热障系统的牵引电池组外壳总成”。用于电动化车辆的牵引电池组设计可以包括热障系统，所述热障系统适于在电池热事件期间减轻牵引电池组内部的热传播。所述热障系统可以包括诸如分叉结构和/或顶盖结构的特征件。所述分叉结构适于将第一电池内部部件(例如，第一电池阵列)所在的外壳内部的第一部分与第二电池内部部件(例如，第二电池阵列)所在的外壳内部的第二部分基本上隔离，并且所述顶盖结构适于保护牵引电池组的汇流条总成。

Description

具有集成热障系统的牵引电池组外壳总成
技术领域
本公开总体上涉及电动化车辆牵引电池组，并且更具体地，涉及包括用于减轻电池热事件影响的集成热障系统的牵引电池组外壳总成。
背景技术
电动化车辆被设计为降低或完全消除对内燃发动机的依赖。通常，电动化车辆与常规的机动车辆不同，因为电动化车辆是通过电池供电的电机选择性地驱动的。相比之下，常规的机动车辆完全地依赖内燃发动机来推进车辆。
高压牵引电池组通常向电动化车辆的电机和其他电气负载供电。牵引电池组包括多个电池单元和支持电动化车辆的电推进的各种其他电池内部部件。
发明内容
根据本公开的示例性方面的电池组尤其包括外壳总成、容纳在外壳总成内的第一电池阵列以及容纳在外壳总成内的第二电池阵列。外壳总成包括热障系统，所述热障系统适于在电池热事件期间使外壳总成的内部内的热传播最小化。热障系统包括在第一电池阵列与第二电池阵列之间延伸的分叉结构。
在前述电池组的另一个非限制性实施例中，外壳总成包括托盘和封盖。热电池系统从盖的内表面突出。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，分叉结构将第一电池阵列所在的内部的第一部分与第二电池阵列所在的内部的第二部分隔离。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，分叉结构包括外部泡沫层，所述外部泡沫层被接纳为与在第一电池阵列与第二电池阵列之间延伸的安装结构邻接接触。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，外部泡沫层被接纳为与安装结构的上部平台邻接接触。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，分叉结构横跨在第一电池阵列与第二电池阵列之间延伸的安装结构。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，热障系统包括顶盖结构，所述顶盖结构被布置为覆盖电耦合第一电池阵列和第二电池阵列的汇流条总成的至少一部分。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，顶盖结构包括被布置为覆盖汇流条总成的第一部分的第一臂和被布置为覆盖汇流条总成的第二部分的第二臂。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，第一臂包括朝向第一电池阵列成角度的第一成角度的尖端部分以及朝向第二电池阵列成角度的第二成角度的尖端部分。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，第一成角度的尖端部分包括被接纳为与第一电池阵列的上表面邻接接触的第一外部泡沫层，并且第二成角度的尖端部分包括被接纳与第二电池阵列的上表面邻接接触的第二外部泡沫层。
根据本公开的另一个示例性方面的电池组尤其包括外壳总成、容纳在外壳总成内的第一电池阵列、容纳在外壳总成内的第二电池阵列以及被配置为电耦合第一电池阵列和第二电池阵列的汇流条总成。所述外壳总成包括热障系统，所述热障系统适于在电池热事件期间使外壳总成的内部内的热传播最小化。所述热障系统包括被布置为覆盖汇流条总成的至少一部分的顶盖结构。
在前述电池组的另一个非限制性实施例中，外壳总成包括托盘和封盖。热电池系统从盖的内表面突出。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，顶盖结构包括被布置为覆盖汇流条总成的第一部分的第一臂和被布置为覆盖汇流条总成的第二部分的第二臂。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，第一臂包括朝向第一电池阵列成角度的第一成角度的尖端部分以及朝向第二电池阵列成角度的第二成角度的尖端部分。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，第一成角度的尖端部分包括被接纳为与第一电池阵列的上表面邻接接触的第一外部泡沫层，并且第二成角度的尖端部分包括被接纳与第二电池阵列的上表面邻接接触的第二外部泡沫层。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，热障系统包括在第一电池阵列与第二电池阵列之间延伸的分叉结构。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，分叉结构将第一电池阵列所在的内部的第一部分与第二电池阵列所在的内部的第二部分隔离。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，分叉结构包括外部泡沫层，所述外部泡沫层被接纳为与在第一电池阵列与第二电池阵列之间延伸的安装结构邻接接触。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，外部泡沫层被接纳为与安装结构的上部平台邻接接触。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，分叉结构横跨在第一电池阵列与第二电池阵列之间延伸的安装结构。
前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代方案(包括它们的各种方面或相应的单独特征中的任一者)可以独立地或以任何组合采用。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非此类特征是不兼容的。
根据以下具体实施方式，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。可以如下简要描述随附于具体实施方式的附图。
附图说明
图1示意性地示出了电动化车辆的动力传动系统。
图2示出了包括热障系统的示例性牵引电池组的截面图。
图3示出了包括热障系统的另一个示例性牵引电池组的截面图。
具体实施方式
本公开详细描述了用于电动化车辆中的示例性牵引电池组设计。示例性牵引电池组可以包括热障系统，所述热障系统适于在电池热事件期间减轻牵引电池组内部的热传播。所述热障系统可以包括诸如分叉结构和/或顶盖结构的特征件。所述分叉结构适于将第一电池内部部件(例如，第一电池阵列)所在的外壳内部的第一部分与第二电池内部部件(例如，第二电池阵列)所在的外壳内部的第二部分基本上隔离，并且顶盖结构适于保护牵引电池组的汇流条总成。在本具体实施方式的以下段落中更详细地讨论了这些和其他特征。
图1示意性地示出了电动化车辆12的动力传动系统10。在一个实施例中，电动化车辆12是电池电动车辆(BEV)。然而，应理解，本文描述的概念不限于BEV，并且可以扩展到其他电动化车辆，包括但不限于混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、燃料电池车辆等。尽管在所述示例性实施例中未示出，但是电动化车辆12可以配备有内燃发动机，所述内燃发动机可以单独采用或者与其他能量源结合采用来推进电动化车辆12。
在所示的实施例中，电动化车辆12是在没有来自内燃发动机的任何辅助的情况下仅通过电力(诸如通过电机14)推进的纯电动车辆。电机14可充当电动马达、发电机或其两者。电机14接收电力并提供旋转输出扭矩。电机14可以连接到变速箱16以按预定齿轮比调整电机14的输出扭矩和转速。变速箱16通过输出轴20连接至一组驱动轮18。
电压总线22通过逆变器26将电机14电连接到牵引电池组24，逆变器也可称为逆变器系统控制器(ISC)。电机14、变速箱16和逆变器26可统称为电动化车辆12的变速器28。
牵引电池组24是示例性电动化车辆电池。牵引电池组24可以是高压牵引电池组，其包括一个或多个电池阵列25(例如，电池总成或电池单元分组)，所述一个或多个电池阵列能够输出电力以操作电动化车辆12的电机14和/或其他电气负载。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可以用于为电动化车辆12供电。
牵引电池组24的一个或多个电池阵列25可以包括多个电池单元32，其存储用于为电动化车辆12的各种电气负载供电的能量。在本公开的范围内，牵引电池组24可以采用任意数量的电池单元32。因此，本公开不应限于图1中示出的确切配置。
在一个实施例中，电池单元32是锂离子电池单元。然而，在本公开的范围内，可以替代地利用其他单元化学物质(镍-金属氢化物、铅酸等)。
在另一个实施例中，电池单元32是圆柱形或棱柱形电池单元。然而，在本公开的范围内可以替代地利用其他单元几何形状。
外壳总成34可以容纳牵引电池组24的电池阵列25。在本公开的范围内，外壳总成34可以包括任何大小、形状和配置。
电动化车辆12还可以包括充电系统30，其用于对牵引电池组24的能量存储装置(例如，电池单元32)进行充电。充电系统30可以包括位于电动化车辆12上(例如，车辆充电端口总成等)和电动化车辆12外部(例如，电动车辆供电装备(EVSE)等)两者上的充电部件。充电系统30可连接到外部电源(例如，电网电源)，用于接收和分配从整个电动化车辆12的外部电源所接收的电力。
图1中示出的动力传动系统10是高度示意性的，并且不意图限制本公开。替代地或另外地，在本公开的范围内，动力传动系统10可以采用各种另外的部件。
在电动化车辆12的操作期间，电池单元32和牵引电池组24的其他内部部件在某些电池热事件(例如，过度充电、过度放电、过热等)期间可能经历被称为热失控的非常见事件。此外，在此类状况下，电池单元32可能将气体和/或其他流出物排放到外壳总成34的内部中。排出的气体可能由所施加的力或热事件引起，并且可能引起或加剧现有的电池热事件。在电池热事件期间可能会生成相对大量的热量，并且如果不包含，则所生成的热量可能会级联到其他电池内部部件，从而加速热失控。因此，本公开涉及牵引电池组设计，所述牵引电池组设计并入热障系统，所述热障系统用于在发生电池热事件时减轻牵引电池组内部的热传播。
图2示出了可以在电动化车辆中采用的牵引电池组24的截面。例如，牵引电池组24可以用作图1的电动化车辆12的动力传动系统10的一部分。
牵引电池组24的外壳总成34可以是包括托盘36、封盖38和密封件40的密封外壳。密封件40可以设置在托盘36与封盖38之间，以密封其间的接口42。密封件40可以是压入式密封件、泡沫密封件、可固化密封件或适合于密封外壳总成34的接口42的任何其他类型的密封件。
托盘36和封盖38可以由金属材料、基于聚合物的材料、纺织材料或这些材料的任何组合构成。在示例性实施例中，封盖38由基于聚合物的材料构成，并且托盘36由金属材料构成。因此，封盖38可以包括与托盘36不同的材料成分。
一旦封盖38被固定到托盘36上，外壳总成34就可以建立内部44，用于容纳牵引电池组24的电池阵列和其他电池内部部件(为简单起见在图3中未示出)。内部44可以由托盘36和封盖38两者的内壁/表面建立。
在所示实施例中，牵引电池组24包括容纳在内部44内的第一电池阵列25A和第二电池阵列25B。尽管图2的牵引电池组24被示出为具有两个电池阵列，但是在本公开的范围内，牵引电池组24可以包括更多数量的电池阵列。尽管未示出，但是一个或多个电池内部部件(例如，总线电气中心(BEC)、电池电气控制模块(BECM)等)可以另外容纳在内部44内。
第一电池阵列25A和第二电池阵列25B可以定位在托盘36的顶上。然后封盖38可以被接纳在第一电池阵列25A和第二电池阵列25B上方并却安装到托盘36以组装外壳总成34。
第一电池阵列25A和第二电池阵列25B可以相对于托盘36的底板46被接纳。底板46可以用作热交换器板或“冷板”，用于将热量从第一电池阵列25A和第二电池阵列25B的电池单元32中导出。热界面材料48可以设置在第一电池阵列25A和第二电池阵列25B中的每一者与底板46之间。热界面材料48可以包括环氧树脂、硅树脂基材料、热油脂等，并且被设计成增加第一电池阵列25A和第二电池阵列25B与托盘36之间的热导率。尽管在此实施例中被示出为托盘36的集成特征件，但是可以在热界面材料48与底板46之间提供单独的“冷板”结构。
汇流条总成50可以用于电耦合第一电池阵列25A和第二电池阵列25B。汇流条总成50可以附接到第一电池阵列25A和第二电池阵列25B的端子52，并且被配置为在第一电池阵列25A与第二电池阵列25B之间承载电流以电气地分配电力。
第二电池阵列25B可以与第一电池阵列25A并排定位在外壳总成34的内部44内。第一电池阵列25A可以沿着第一纵向轴线A1延伸(进入图2中的页面中)，并且第二电池阵列25B可以沿着平行于第一纵向轴线A1的第二纵向轴线A2延伸(进入图2中的页面中)。在一个实施例中，当牵引电池组24安装在电动化车辆12上时，第一纵向轴线A1和第二纵向轴线A2可以在汽车横向方向上延伸。然而，在本公开的范围内，还可以设想第一电池阵列25A和第二电池阵列25B的其他配置和取向。
安装结构54可以从托盘36向上突出，并且可以设置在内部44的轴向位于第一电池阵列25A与第二电池阵列25B之间的位置处。安装结构54可以是牵引电池组24的任何部件。在一个实施例中，安装结构54是外壳总成34的托盘36的一体式部件。在另一个实施例中，安装结构54是T形支架，所述T形支架固定地安装到托盘36，用于将第一电池阵列25A与第二电池阵列25B至少部分地分离。
第一电池阵列25A和第二电池阵列25B中的每一者可以包括安装凸缘56，所述安装凸缘可以固定地安装(例如，螺栓连接、焊接等)到安装结构54。第一电池阵列25A的安装凸缘56可以安装在安装结构54的与第二电池阵列25B的安装凸缘56相对的侧面。
牵引电池组24可以另外包括热障系统58，所述热障系统被配置用于在电池热事件期间减轻第一电池阵列25A与第二电池阵列25B之间的热传播。例如，热障系统58可以被配置为在电池热事件期间阻止热量、电池单元排出的气体、流出物等从第一电池阵列25A或第二电池阵列25B中的一者传递到第一电池阵列25A或第二电池阵列25B中的另一者。
在一个实施例中，热障系统58的全部或部分可以是外壳总成34的封盖38的集成特征件。例如，热障系统58的选定部分可以模制在或粘附到封盖38的内表面60。热障系统58可以在朝向托盘36的底板46(例如，朝向第一电池阵列25A和第二电池阵列25B)的方向上从内表面60向内突出。
热障系统58可以包括基座62、分叉结构64和顶盖结构66。尽管由于它们独特的功能而在本文中单独讨论，但是基座62、分叉结构64和顶盖结构66中的每一者可以一体地形成为整体的模制构造。
基座62可以从封盖38的内表面60向内突出。基座62可以是封盖38的模制特征件，或者可以是粘附到封盖38的内表面60的单独部件。
分叉结构64可以从基座62进一步向内突出，并且可以延伸到轴向地位于第一电池阵列25A与第二电池阵列25B之间的位置。分叉结构64可以包括外部泡沫层68，所述外部泡沫层被接纳为与安装结构54的上部平台70邻接接触。因此，结合安装结构54，分叉结构64可以将第一电池阵列25A所在的内部44的第一部分P1与第二电池阵列25B所在的内部44的第二部分P2基本上隔离(并且反之亦然)，从而使电池热事件期间的热传播最小化。
顶盖结构66可以是被布置为覆盖汇流条总成50的至少一部分的罩状结构。顶盖结构66可以包括在远离基座62的第一方向上向外突出以与第一电池阵列25A对接的第一臂72，以及在远离基座62的第二相反方向上向外突出以与第二电池阵列25B对接的第二臂74。第一臂72的第一成角度的尖端部分76可以包括外部泡沫层80，所述外部泡沫层被接纳为在略微在汇流条总成50外侧的位置处与第一电池阵列25A的上表面84邻接接触，并且第二臂74的第二成角度的尖端部分78可以包括外部泡沫层82，所述外部泡沫层被接纳为在略微在汇流条总成50外侧的位置处与第二电池阵列25B的上表面86邻接接触。因此，顶盖结构66可以基本上阻止热量和/或电池单元通风副产物、气体、流出物等从第一电池阵列25A和/或第二电池阵列25传递到汇流条总成50，从而防止电池阵列25A、25B中的任一者通过汇流条总成50电短路的可能性。
热障系统58的封盖38和部件可以由高温材料制成。在一个实施例中，热障系统58的封盖38和基座62、分叉结构64和顶盖结构66由浸渍有膨胀材料的玻璃纤维增强热塑性材料制成。在另一个实施例中，热障系统58的外部泡沫层68、80和82由包括高温气凝胶泡沫的硅酸盐基或聚氨酯基材料(例如，二氧化硅或金属氧化物)制成。外部泡沫层68、80、82可以分别是分叉结构64和顶盖结构66的包覆成型特征件。替代地，外部泡沫层68、80、82可以分别粘附到分叉结构64和顶盖结构66。
图3以截面示出了可以在牵引电池组24内利用的另一个示例性热障系统158。热障系统158类似于上面讨论的热障系统158。然而，在此实施例中，热障系统158包括略微修改的分叉结构164。热障系统158的基座62和顶盖结构66基本上类似于图2的热障系统58的那些相同部件，因此为了简洁起见，此处不再重新讨论。
热障系统158的分叉结构164可以横跨安装结构54的上部平台70。分叉结构164可以包括沿着上部平台70的第一侧(例如，在第一电池阵列25A与上部平台70之间)延伸的第一支腿190，以及沿着上部平台70的第二侧(例如，在第二电池阵列25B与上部平台70之间)延伸的第二支腿192。
第一支腿190可以包括被接纳为与第一电池阵列25A的安装凸缘56邻接接触的外部泡沫层194，并且第二支腿192可以包括被接纳为与第二电池阵列25B的安装凸缘56邻接接触的外部泡沫层196。因此，结合安装结构54，分叉结构164可以将第一电池阵列25A所在的内部44的第一部分P1与第二电池阵列25B所在的内部44的第二部分P2基本上隔离(并且反之亦然)，从而使电池热事件期间的热传播最小化。
本公开的示例性热障系统被设计成在电池热事件期间减轻阵列到阵列的热传播，以保护牵引电池组的高压部件。所述热障系统还可以在相邻的电池阵列之间提供增加的热绝缘，因此降低相邻模块在电池热事件期间达到高温的易受影响性。
尽管不同的非限制性实施例被示出为具有具体的部件或步骤，但本公开的实施例不限于这些特定组合。可结合来自其他非限制性实施例中的任一个的特征或部件使用来自非限制性实施例中的任一个的一些部件或特征。
应当理解，相同的附图标记在全部若干附图中表示相应或类似的元件。应当理解，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其他布置也可受益于本公开的教导。
以上描述应当被解释为说明性的而不具有任何限制意义。本领域普通技术人员将理解，在本公开的范围内可出现一些修改。出于这些原因，应研究所附权利要求来确定本公开的真实范围和内容。

Claims (15)

1.一种电池组，其包括：
外壳总成；
第一电池阵列，所述第一电池阵列容纳在所述外壳总成内；以及
第二电池阵列，所述第二电池阵列容纳在所述外壳总成内；
其中所述外壳总成包括热障系统，所述热障系统适于在电池热事件期间使所述外壳总成的内部内的热传播最小化，
其中所述热障系统包括在所述第一电池阵列与所述第二电池阵列之间延伸的分叉结构。
2.如权利要求1所述的电池组，其中所述外壳总成包括托盘和封盖，并且进一步地，其中热电池系统从所述封盖的内表面突出。
3.如权利要求1或2所述的电池组，其中所述分叉结构将所述第一电池阵列所在的所述内部的第一部分与所述第二电池阵列所在的所述内部的第二部分隔离。
4.如任一前述权利要求所述的电池组，其中所述分叉结构包括外部泡沫层，所述外部泡沫层被接纳为与在所述第一电池阵列与所述第二电池阵列之间延伸的安装结构邻接接触，并且可选地，其中所述外部泡沫层被接纳为与所述安装结构的上部平台邻接接触。
5.如任一前述权利要求所述的电池组，其中所述分叉结构横跨在所述第一电池阵列与所述第二电池阵列之间延伸的安装结构。
6.如任一前述权利要求所述的电池组，其中所述热障系统包括顶盖结构，所述顶盖结构被布置为覆盖电耦合所述第一电池阵列和所述第二电池阵列的汇流条总成的至少一部分，并且可选地，其中所述顶盖结构包括被布置为覆盖所述汇流条总成的第一部分的第一臂以及被布置为覆盖所述汇流条总成的第二部分的第二臂。
7.如权利要求6所述的电池组，其中所述第一臂包括朝向所述第一电池阵列成角度的第一成角度的尖端部分以及朝向所述第二电池阵列成角度的第二成角度的尖端部分。
8.如权利要求7所述的电池组，其中所述第一成角度的尖端部分包括被接纳为与所述第一电池阵列的上表面邻接接触的第一外部泡沫层，并且所述第二成角度的尖端部分包括被接纳为与所述第二电池阵列的上表面邻接接触的第二外部泡沫层。
9.一种电池组，其包括：
外壳总成；
第一电池阵列，所述第一电池阵列容纳在所述外壳总成内；
第二电池阵列，所述第二电池阵列容纳在所述外壳总成内；
汇流条总成，所述汇流条总成被配置为电耦合所述第一电池阵列和所述第二电池阵列，
其中所述外壳总成包括热障系统，所述热障系统适于在电池热事件期间使所述外壳总成的内部内的热传播最小化，
其中所述热障系统包括被布置为覆盖所述汇流条总成的至少一部分的顶盖结构。
10.如权利要求9所述的电池组，其中所述外壳总成包括托盘和封盖，并且进一步地，其中热电池系统从所述封盖的内表面突出。
11.如权利要求9或10所述的电池组，其中所述顶盖结构包括被布置为覆盖所述汇流条总成的第一部分的第一臂以及被布置为覆盖所述汇流条总成的第二部分的第二臂，并且可选地，其中所述第一臂包括朝向所述第一电池阵列成角度的第一成角度的尖端部分以及朝向所述第二电池阵列成角度的第二成角度的尖端部分。
12.如权利要求11所述的电池组，其中所述第一成角度的尖端部分包括被接纳为与所述第一电池阵列的上表面邻接接触的第一外部泡沫层，并且所述第二成角度的尖端部分包括被接纳为与所述第二电池阵列的上表面邻接接触的第二外部泡沫层。
13.如权利要求9至12中任一项所述的电池组，其中所述热障系统包括在所述第一电池阵列与所述第二电池阵列之间延伸的分叉结构，并且可选地，其中所述分叉结构将所述第一电池阵列所在的所述内部的第一部分与所述第二电池阵列所在的所述内部的第二部分隔离。
14.如权利要求13所述的电池组，其中所述分叉结构包括外部泡沫层，所述外部泡沫层被接纳为与在所述第一电池阵列与所述第二电池阵列之间延伸的安装结构邻接接触，并且可选地，其中所述外部泡沫层被接纳为与所述安装结构的上部平台邻接接触。
15.如权利要求13所述的电池组，其中所述分叉结构横跨在所述第一电池阵列与所述第二电池阵列之间延伸的安装结构。
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