CN116259899A - 用于牵引电池组的具有多冷却侧能力的电池阵列设计 - Google Patents

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Abstract

本公开提供“用于牵引电池组的具有多冷却侧能力的电池阵列设计”。用于电动化车辆电池组的电池阵列设计可以包括热界面材料，所述热界面材料设置在所述阵列的电池单元与阵列支撑结构的顶板和底板两者之间。因此，所述电池阵列可以被配置为通过顶部、底部或顶部和底部两者传递热量。所述电池阵列还可以包括安装凸缘，所述安装凸缘沿着阵列支撑结构的侧板位于距顶板和底板两者相等的距离处。因此，所述电池阵列提供了简化组装的对称设计。

Description

用于牵引电池组的具有多冷却侧能力的电池阵列设计
技术领域
本公开涉及牵引电池组，并且更具体地涉及电池阵列，所述电池阵列包括用于从电池阵列的多侧散热的特征。
背景技术
电动化车辆可以减少或完全消除对内燃发动机的依赖。通常，电动化车辆与常规机动车辆不同，因为电动化车辆是由一个或多个电池供电的电机选择性地驱动。相比之下，常规机动车辆完全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。电池组的外壳总成容纳多个电池内部部件，包括但不限于电池阵列和其他电池电子部件。通常必须防止电池内部部件在外壳总成内部移动。
发明内容
一种根据本公开的示例性方面的用于牵引电池组的电池阵列尤其包括：顶板；底板；电池单元，其设置在顶板和底板之间；第一热界面材料，其设置在顶板与电池单元之间；以及第二热界面材料，其设置在底板与电池单元之间。
在前述电池阵列的另一个非限制性实施例中，侧板连接到顶板和底板两者。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，侧板包括安装凸缘，所述安装凸缘与顶板和底板两者间隔约相等的距离。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，电池阵列经由安装凸缘固定到支撑结构。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，支撑结构是牵引电池组的横向构件支架。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，热交换器板定位在顶板顶上。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，第三热界面材料设置在热交换器板与顶板之间。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，热交换器板定位在底板下方。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，第三热界面材料设置在热交换器板与底板之间。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，第一热交换器板定位在顶板顶上，并且第二热交换器板定位在底板下方。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，第三热界面材料设置在第一热交换器板与顶板之间，并且第四热界面材料设置在第二热交换器板与底板之间。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，第二电池阵列定位在顶板的顶部上方以建立多层配置。热交换器板设置在电池阵列的顶板与第二电池阵列的第二底板之间。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，电池单元包括弯曲折叠部，所述弯曲折叠部设置在顶板或底板与电池单元的表面之间，并且热粘合剂设置在弯曲折叠部与表面之间。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，电池单元包括折叠部，所述折叠部容纳在顶板或底板的释放开口内。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，顶板或底板包括多个填充端口。
一种根据本公开的另一个示例性方面的用于牵引电池组的电池阵列尤其包括：一组电池单元；支撑结构，其围绕所述组电池单元的外周布置并且包括一对端板、一对侧板、顶板和底板。所述对侧板中的每个侧板包括安装凸缘，所述安装凸缘位于距顶板和底板两者约相等的距离处。第一热界面材料设置在顶板与所述组电池单元之间，并且第二热界面材料设置在底板与所述组电池单元之间。
在前述电池阵列的另一个非限制性实施例中，第一热界面材料和第二热界面材料在支撑结构的内部施加。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，安装凸缘固定到牵引电池组的支撑结构。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，热交换器板定位在顶板上方或底板下方。
在前述电池阵列中的任一项的另一个非限制性实施例中，第一热交换器板定位在顶板上方，并且第二热交换器板定位在底板下方。
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是牵引电池组的电池阵列的透视图。
图3是图2的电池阵列的端视图。
图4是穿过图2的截面4-4的横截面视图。
图5示出了图2至图4的电池阵列的示例性安装配置。
图6示出了图2至图4的电池阵列的另一个示例性安装配置。
图7示出了电池阵列的示例性冷却配置。
图8示出了电池阵列的另一个示例性冷却配置。
图9示出了电池阵列的又一个示例性冷却配置。
图10示出了牵引电池组的多层配置。
图11示出了示例性电池阵列的选择部分。
图12示出了另一个示例性电池阵列的选择部分。
图13示出了又一个示例性电池阵列的选择部分。
具体实施方式
本公开详细描述了用于电动化车辆电池组的电池阵列设计。示例性电池阵列可以包括热界面材料，所述热界面材料设置在阵列的电池单元与阵列支撑结构的顶板和底板两者之间。因此，所述电池阵列可以被配置为通过顶部、底部或顶部和底部两者传递热量。所述电池阵列还可以包括安装凸缘，所述安装凸缘沿着阵列支撑结构的侧板位于距顶板和底板两者相等的距离处。因此，所述电池阵列提供了简化组装的对称设计。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示意性地示出了用于电动化车辆12的动力传动系统10。虽然被描绘为混合动力电动车辆(HEV)，但是应当理解，本文描述的概念并不限于HEV并且可扩展到其他电动化车辆，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)、燃料电池车辆等。
在实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分流式动力传动系统。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和牵引电池组24。在该示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统各自能够生成扭矩以驱动电动化车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管在图1中示出了动力分流式配置，但是本公开扩展到任何混合动力或电动车辆，包括但不限于强混合动力、并联式混合动力、串联式混合动力、轻度混合动力或微型混合动力。
发动机14(其可以是内燃发动机)和发电机18可以通过动力传递单元30(诸如行星齿轮组)连接。当然，可使用其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)将发动机14连接到发电机18。在实施例中，动力传递单元30是行星齿轮组，所述行星齿轮组包括环形齿轮32、中心齿轮34和齿轮架总成36。
发电机18可以由发动机14通过动力传递单元30来驱动，以将动能转化成电能。发电机18可以替代地用作马达，以将电能转化为动能，从而向连接到动力传递单元30的轴38输出扭矩。因为发电机18操作地连接到发动机14，所以发动机14的转速可由发电机18控制。
动力传递单元30的环形齿轮32可连接到轴40，所述轴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可包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递单元也可能是合适的。齿轮46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可以包括使得能够将扭矩传递到车辆驱动轮28的多个齿轮。在实施例中，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还可以用于通过将扭矩输出到轴52来驱动车辆驱动轮28，所述轴也连接到第二动力传递单元44。在非限制性实施例中，马达22和发电机18作为再生制动系统的一部分协作，其中马达22和发电机18两者可以用作马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自将电力输出到牵引电池组24。
牵引电池组24是示例性电动化车辆牵引电池。牵引电池组24可能是高压牵引电池组，所述高压牵引电池组包括一个或多个电池阵列25(即，电池总成或多组电池单元56)，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的马达22、发电机18和/或其他电气负载，以用于提供电力以推进车轮28。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可以用于向电动化车辆12供电。
在牵引电池组24内提供的电池阵列25和电池单元56的总数不意在限制本公开。在实施例中，每个电池阵列25的电池单元56是棱柱形锂离子电池单元。然而，在本公开的范围内，可替代地利用具有其他几何形状(圆柱形、软包等)、其他化学物质(镍金属氢化物、铅酸等)或两者的电池单元。
牵引电池组24的电池阵列25和任何其他电池内部部件(例如，电池电子装置、布线、连接器等)可以容纳在外壳总成58内。在实施例中，外壳总成58是密封的外壳。在本公开的范围内，外壳总成58可以包括任何大小、形状和配置。
由于公差累积和其他制造复杂性，组装牵引电池组24可能是相对复杂的任务。此外，电池阵列25通常必须以特定配置安装以实现充分的电池单元冷却，这可能进一步使组装复杂并且限制了在可能增加牵引电池组的能量密度的配置中安装阵列的灵活性。因此，本公开涉及改善的电池阵列配置，所述改善的电池阵列配置提供了更大的组装灵活性并且允许从多侧冷却电池阵列。
图2、图3和图4示出了可以在电动化车辆的牵引电池组内采用的示例性电池阵列25。例如，电池阵列25可以用于图1的电动化车辆12或任何其他电动化车辆的牵引电池组24内。
电池阵列25可以包括多个电池单元56，所述多个电池单元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，电池阵列25可以包括任意数量的电池单元56。因此，本公开不限于图2、图3和图4中示出的确切配置。
电池单元56可以沿着堆叠轴线并排堆叠以构造一组电池单元56，有时称为“电池单元堆叠”。所述组电池单元56可以基本上被支撑结构60包围。支撑结构60可以围绕电池单元堆叠的外周设置，用于在堆叠配置中轴向约束电池单元56。
在实施例中，电池阵列25的支撑结构60包括成对的端板62、一对侧板64、顶板66和底板68。一个端板62可以设置在电池阵列25的每个纵向范围70处，并且一个侧板64可以在电池阵列25的每一侧72上连接在端板62之间。顶板66可以连接在端板62与侧板64之间并且在电池单元堆叠的电池单元56的顶部上方延伸，并且底板68可以连接在端板62与侧板64之间并且在电池单元堆叠的电池单元56下方延伸。在电池阵列25的正常取向中，底板68可以建立电池单元堆叠的基座。
端板62可以在横向于电池阵列25的纵向轴线A的平面内延伸，并且侧板64可以在平行于纵向轴线A的平面内延伸。在实施例中，当牵引电池组24安装在电动化车辆12上时，纵向轴线A可以在横向汽车方向上延伸。然而，当安装在电动化车辆12上时，电池阵列25的其他配置和取向也在被设想在本公开的范围内。
支撑结构60的每个侧板64可以包括安装凸缘74，所述安装凸缘从侧板64的主体在远离相对侧板64的方向上横向向外突出。在实施例中，每个安装凸缘74在其相应侧板64的约跨中位置(如图3中所示，沿着电池阵列25的竖直Z轴线方向)均匀地居中。在本公开中，术语“约”表示所表达的量或范围不需要是精确的，而是可为近似的和/或更大或更小，从而反映可接受的公差、转换因子、测量误差等。因此，每个安装凸缘74可以位于距离支撑结构60的顶板66和底板68两者相等的距离D(参见图3)处。在其他实施例中，安装凸缘74可以朝向顶板66或朝向底板68稍微偏移。
出于本公开的目的，竖直Z轴线是以地面和牵引电池组24在具有动力传动系统10的电动化车辆12的操作期间的普通取向为基准的。
现在主要参考图4的横截面视图，电池阵列25可以包括第一热界面材料78和第二热界面材料80。示意性地示出了第一热界面材料78和第二热界面材料80，但是可以内部地施加(例如，在支撑结构60内)第一量和第二量的热界面材料。第一热界面材料78可以设置在顶板66与电池单元56之间，并且第二热界面材料80可以设置在底板68与电池单元56之间。因此，电池单元56的顶部表面和底部表面可以相应地与第一热界面材料78和第二热界面材料80直接接触。第一热界面材料78和第二热界面材料80适于相应地保持电池单元56与顶板66和底板68之间足够的热接触，以用于在热传递事件期间增加这些相邻部件之间的热导率。
在实施例中，第一热界面材料78和第二热界面材料80包括环氧树脂。在另一个实施例中，第一热界面材料78和第二热界面材料80包括硅基材料。其他材料(例如，包括热油脂)可以替代地或另外地用作第一热界面材料78和第二热界面材料80。
通过使安装凸缘74在侧板64上居中并且在电池阵列25的顶部和底部提供热界面材料78、80，电池阵列25可以提供对称的配置，其中顶板66或底板68可以被取向以建立电池阵列25的“基座”，并且其中可以在电池阵列25的一侧或多侧实现冷却。例如，现在参考图5和图6，并且继续参考图2、图3和图4，电池阵列25的安装凸缘74可以安装到牵引电池组24的安装结构76，诸如经由一个或多个机械紧固件84(例如，螺栓、螺钉等)。电池阵列25可以被取向成使得底板68建立电池阵列25的“基座”(例如，参见图5)。替代地，给定其对称设计，电池阵列25可以翻转，使得顶板66建立电池阵列25的“基座”(例如，参见图6)。因此，当在牵引电池组24的组装期间安装电池阵列25时，居中的安装凸缘74可以提供增加的灵活性。
图5和图6所描绘的安装结构76可以是牵引电池组24的任何部件。例如，安装结构76可以是横向构件支架，所述横向构件支架固定安装在牵引电池组24的外壳总成58内部。然而，安装结构76的具体配置不意图限制本公开。
在实施例中，安装结构76与牵引电池组24的热交换器板82(有时称为“冷板”)是一体的或安装到所述热交换器板。热交换器板82可以是与外壳总成58分离的部件，或可以是外壳总成58的集成部件。在一些实施例中，顶板66和底板68可以被配置为用作热交换器板。
由于热界面材料78、80设置在电池阵列25的顶部和底部两者处，因此电池阵列25可以从顶部、底部或两者冷却。图7示出了其中电池阵列25可以从底部冷却的配置。电池阵列25可以定位在热交换器板82的顶上，使得热交换器板82定位在底板68的下方。热交换器板82可以是液体冷却系统的一部分，所述液体冷却系统与牵引电池组24相关联并且被配置用于对电池阵列25的电池单元56进行热管理。例如，在充电操作、放电操作、极端环境状况或其他状况期间，电池单元56可以生成并释放热量。热量可以首先传导到底板68，并且热量可以随后从底板68传导到热交换器板82。另外的热界面材料86可以设置在底板68与热交换器板82之间，以用于促进热传递。热交换器板82可以用作散热器，以用于从热源(例如，电池单元56)移除热量。
图8示出了其中电池阵列25可以从顶部冷却的配置。电池阵列25可以直接定位在热交换器板82的下方，使得热交换器板82定位在顶板66的顶部上方。在充电操作、放电操作、极端环境条件或其他条件期间由电池单元56产生和释放的热量可以首先传导到顶板66，然后热量可以从顶板66传导到热交换器板82。另外的热界面材料86可以设置在顶板66与热交换器板82之间，以用于促进热传递。
图9示出了其中电池阵列25可以从底部和顶部两者冷却的配置。例如，第一热交换器板82A可以定位在电池阵列25的顶部上方，并且第二热交换器板82B可以定位在电池阵列25的下方。在充电操作、放电操作、极端环境条件或其他条件期间由电池单元56产生和释放的热量可以首先传导到顶板66和底板68，并且热量可以随后从顶板66传导到第一热交换器板82A并且从底板68传导到第二热交换器板82B。热界面材料86A可以设置在顶板66与第一热交换器板82A之间，以用于促进热传递，并且另一个热界面材料86B可以设置在底板68与第二热交换器板82B之间，以用于促进热传递。
图10示出了其中电池阵列25和第二电池阵列25-2是牵引电池组24的多层配置的一部分的配置。例如，出于封装原因和其他设计原因(诸如增加牵引电池组24的能量密度)，将电池阵列布置成层可能是理想的。第二电池阵列25-2可以包括类似于电池阵列25的设计的设计，因此同样可以包括热界面材料78-2、80-2，所述热界面材料设置在第二电池阵列25-2的顶部和底部处。
在此实施例中，电池阵列25定位成建立牵引电池组24的第一层T1，并且第二电池阵列25-2定位成建立牵引电池组24的第二层T2。热交换器板82可以设置在电池阵列25与第二电池阵列25-2之间。因此，电池阵列25和第二电池阵列25-2可以由共同的热交换器板进行热管理。
热界面材料86A可以设置在电池阵列25的顶板66与热交换器板82之间，以用于促进来自电池阵列25的热传递，并且另一个热界面材料86B可以设置在第二电池阵列25-2的底板68与热交换器板82之间，以用于促进来自第二电池阵列25-2的热传递。此类型的多层冷却布置通过在电池阵列25、25-2的多侧利用热界面材料而成为可能，从而使得每个电池阵列25、25-2能够定位在第一层T1或第二层T2中。
图11示出了可以并入到电池阵列25中的另外的设计方面。在此实施例中，相对于电池阵列25的电池单元56中的一个示出了支撑结构60的顶板66。然而，图11中示出的设计也可以用于电池阵列25的底板68。
电池单元56可以包括弯曲折叠部88，所述弯曲折叠部定位在电池单元56的顶部表面90与顶板66之间。热界面材料78可以设置在顶部表面90与顶板66之间。此外，热粘合剂92可以设置在顶部表面90与弯曲折叠部88之间，以用于提高电池单元56在弯曲折叠部88与顶部表面90之间的空隙中的导热性。
图12示出了可以并入到电池阵列25中的另外的设计方面。在此实施例中，相对于电池阵列25的电池单元56中的一个示出了支撑结构60的顶板66。然而，图12中示出的设计同样适用于电池阵列25的底板68。
电池单元56可以包括折叠部94。折叠部94可以至少部分地容纳在穿过顶板66形成的释放开口96(例如槽或其他孔)内。将折叠部94嵌套在释放开口96内允许顶板66定位成更靠近电池单元56的活性材料，从而有助于降低电池阵列25的竖直Z轴高度。热界面材料78可以设置在电池单元56的顶部表面90与顶板66之间，以用于促进电池单元56与顶板66之间的热传递。折叠部94可以延伸穿过热界面材料78。
图13示出了可以并入到电池阵列25中的另外的设计方面。在此实施例中，相对于电池阵列25的若干电池单元56示出了支撑结构60的顶板66。然而，图13中示出的设计同样适用于电池阵列25的底板68。
顶板66可以包括多个填充端口98。在组装电池阵列25之后，热界面材料78可以通过填充端口98注入到顶板66与电池单元56之间的空隙中。因此，填充端口98允许所计算量的热界面材料78被内部地施加在电池阵列25内，从而通过增加与顶板66接触的电池单元表面积的量来改善冷却。
上述各种热界面材料是示意性地示出的，因此不一定按比例绘制。特别地，每种热界面材料的横截面厚度在许多情况下被夸大，以更好地说明本公开的特征。
本公开的示例性牵引电池组并入电池阵列，所述电池阵列具有用于实现各种有利的安装和冷却配置的新颖特征。除了其他益处之外，所提出的设计可以减少支持不同阵列安装位置所需的独特阵列零件的数量，简化维修，实现多层结构的并入，并且为更高性能的车辆提供增加的阵列冷却能力。
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。将来自非限制性实施例中的任一个的部件或特征中的一些与来自其他非限制性实施例中的任一个的特征或部件结合使用是可能的。
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)

1.一种用于牵引电池组的电池阵列，其包括：
顶板；
底板；
电池单元，其布置在所述顶板与所述底板之间；
第一热界面材料，其设置在所述顶板与所述电池单元之间；以及
第二热界面材料，其设置在所述底板与所述电池单元之间。
2.如权利要求1所述的电池阵列，其包括连接到所述顶板和所述底板两者的侧板，并且可选地，其中所述侧板包括与所述顶板和所述底板两者间隔约相等的距离的安装凸缘。
3.如权利要求2所述的电池阵列，其中所述电池阵列经由所述安装凸缘固定到支撑结构上，并且可选地，其中所述支撑结构是所述牵引电池组的横向构件支架。
4.如任一前述权利要求所述的电池阵列，其包括定位在所述顶板顶上的热交换器板，并且可选地，所述电池阵列包括设置在所述热交换器板与所述顶板之间的第三热界面材料。
5.如任一前述权利要求所述的电池阵列，其包括定位在所述底板下方的热交换器板，并且可选地，所述电池阵列包括设置在所述热交换器板与所述底板之间的第三热界面材料。
6.如任一前述权利要求所述的电池阵列，其包括定位在所述顶板顶上的第一热交换器板和定位在所述底板下方的第二热交换器板，并且可选地，所述电池阵列包括设置在所述第一热交换器板与所述顶板之间的第三热界面材料和设置在所述第二热交换器板与所述底板之间的第四热界面材料。
7.如任一前述权利要求所述的电池阵列，其包括第二电池阵列，所述第二电池阵列定位在所述顶板的顶部上方以建立多层配置，并且所述电池阵列还包括设置在所述电池阵列的所述顶板与所述第二电池阵列的第二底板之间的热交换器板。
8.如任一前述权利要求所述的电池阵列，其中所述电池单元包括设置在所述顶板或所述底板与所述电池单元的表面之间的弯曲折叠部，并且所述电池阵列还包括设置在所述弯曲折叠部与所述表面之间的热粘合剂。
9.如任一前述权利要求所述的电池阵列，其中所述电池单元包括容纳在所述顶板或所述底板的释放开口内的折叠部。
10.如任一前述权利要求所述的电池阵列，其中所述顶板或所述底板包括多个填充端口。
11.一种用于牵引电池组的电池阵列，其包括：
一组电池单元；
支撑结构，其围绕所述组电池单元的外周布置并且包括一对端板、一对侧板、顶板和底板，
其中所述对侧板中的每个侧板包括位于距所述顶板和所述底板两者约相等的距离处的安装凸缘；
第一热界面材料，其设置在所述顶板与所述组电池单元之间；以及
第二热界面材料，其设置在所述底板与所述组电池单元之间。
12.如权利要求11所述的电池阵列，其中所述第一热界面材料和所述第二热界面材料在所述支撑结构的内部施加。
13.如权利要求11或12所述的电池阵列，其中所述安装凸缘固定到所述牵引电池组的支撑结构。
14.如权利要求11至13中任一项所述的电池阵列，其包括定位在所述顶板上方或所述底板下方的热交换器板。
15.如权利要求11至14中任一项所述的电池阵列，其包括定位在所述顶板上方的第一热交换器板和定位在所述底板下方的第二热交换器板。
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