CN116487815A - 用于牵引电池组的多层电池排气管理系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于牵引电池组的多层电池排气管理系统”。用于电动化车辆中的牵引电池组设计可包括适于在电池热事件期间管理电池单元排气副产物的排气管理系统。所述排气管理系统包括多层结构，其中所述结构的每一层具有与减轻热传播相关的独特功能。所述排气管理系统的组合功能可包括但不限于沿着期望的路径和方向引导排气副产物、减小牵引电池组的内部体积以及吸收/捕集所述排气副产物的固体颗粒。

Description

用于牵引电池组的多层电池排气管理系统
技术领域
本公开总体上涉及电气化车辆牵引电池组，并且更具体地涉及适于管理电池热事件的影响的多层电池排气管理系统。
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于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
一种根据本公开的示例性方面的电池组尤其包括电池阵列和相对于所述电池阵列定位的排气管理系统。所述排气管理系统是多层的，其中每一层适于在所述电池阵列的电池热事件的情况下提供不同的功能。
在前述电池组的另一个非限制性实施例中，所述排气管理系统至少包括第一层、第二层和第三层。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述第一层包括绝缘片。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述第二层包括挡板框架。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述第三层包括过滤器。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，第四层被配置为热保护层。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述排气管理系统包括第四层。所述第四层包括涂层。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述排气管理系统包括挡板框架，所述挡板框架适于引导由所述电池阵列在所述电池热事件期间释放的电池排气副产物。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述挡板框架包括外框架和从所述外框架延伸的多个引导臂。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述排气管理系统至少包括绝缘层、挡板框架和过滤层。
一种根据本公开的另一示例性方面的电池组尤其包括：外壳总成；电池阵列，所述电池阵列容纳在所述外壳总成内；以及排气管理系统，所述排气管理系统设置在所述电池阵列与所述外壳总成的内表面之间。所述排气管理系统包括多个层。所述多个层中的至少一个层包括挡板框架，所述挡板框架适于引导由所述电池阵列在电池热事件的情况下释放的电池排气副产物。
在前述电池组中的任一个的另一个非限制性实施例中，所述内表面是所述外壳总成的封盖的一部分。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述挡板框架设置在所述多个层中的绝缘层与过滤层之间。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述排气管理系统包括热保护层。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述挡板框架包括外框架和从所述外框架延伸的多个引导臂。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述多个引导臂形成用于沿着期望的流动路径引导所述电池排气副产物的排气通道。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述排气通道流体地连接到所述挡板框架的主排气通道。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述多个引导臂各自包括附接到所述外框架的主体和从所述主体延伸的成角度部分。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述排气管理系统包括所述挡板框架、绝缘层和过滤层。
在前述电池组中的任一者的另一个非限制性实施例中，所述排气管理系统包括绝缘层、所述挡板框架、过滤层和热保护层。
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是包括排气管理系统的示例性牵引电池组的分解截面图。
图3示出了用于牵引电池组的另一示例性排气管理系统。
图4是图2的排气管理系统的挡板框架的顶部透视图。
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包括适于在电池热事件期间管理电池单元排气副产物的排气管理系统。所述排气管理系统包括多层结构，其中所述结构的每一层具有与减轻热传播相关的独特功能。所述排气管理系统的组合功能可包括但不限于沿着期望的路径和方向引导排气副产物、减小牵引电池组的内部体积以及吸收/捕集所述排气副产物的固体颗粒。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，但电动化车辆12可配备有内燃发动机，所述内燃发动机可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可通过输出轴20可操作地连接至一组驱动轮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可各自包括多个电池单元32，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，牵引电池组24可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，可替代地利用其他单元化学物质(镍金属氢化物、锂铁磷酸盐等)。
在另一实施例中，电池单元32是圆柱形、棱柱形或袋状电池单元。然而，在本公开的范围内可替代地利用其他单元几何形状。
外壳总成34可容纳牵引电池组24的电池阵列25。在实施例中，外壳总成34是形成牵引电池组24的最外表面的密封外壳。在本公开的范围内，外壳总成34可包括任何大小、形状和配置。电池阵列25和牵引电池组的其他电池内部部件是与外壳总成34分开的结构，并且因此不被认为形成牵引电池组24的最外表面的任何部分。
电动化车辆12还可包括充电系统30，所述充电系统用于对牵引电池组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，在此类状况期间，电池单元32可将气体和/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有多层排气管理系统，所述多层排气管理系统用于管理电池单元排气副产物并在电池热事件发生时减轻牵引电池组内部的热传播。
图2以分解横截面图示出了可用于电动化车辆内的牵引电池组24的选定部分。例如，牵引电池组24可用作图1的电动化车辆12或任何其他电动化车辆的动力传动系统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和封盖38的密封外壳。托盘36和封盖38可由金属材料、基于聚合物的材料、纺织材料或这些材料的任何组合构成。托盘36可包括与封盖38相同或不同的材料组成。
一旦封盖38被固定到托盘36，外壳总成34就可形成用于容纳电池阵列25和牵引电池组24的其他电池内部部件的内部。内部可由托盘36和封盖38两者的内壁/表面形成。
牵引电池组24可包括容纳在外壳总成34的内部的一个或多个电池阵列25。尽管图2的牵引电池组24被描绘为具有单个电池阵列，但在本公开的范围内，牵引电池组24可设置有更多数量的电池阵列。此外，尽管未示出，但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)、电气布线等)可另外容纳在外壳总成34的内部。
电池阵列25可定位在托盘36的顶上。然后，封盖38可被接纳在电池阵列25上方并安装到托盘36以组装外壳总成34。
电池阵列25可包括基本上围绕电池单元32的支撑结构，所述电池单元可沿着堆叠轴线并排布置以构造电池单元32的分组或“单元堆叠”。支撑结构可包括一对端板40、一对侧板42、顶板44和底板46。支撑结构的板中的一个或多个(在此为顶板44)可包括安装凸缘48，所述安装凸缘提供用于相对于托盘36或设置在牵引电池组24的外壳总成34内部的一些其他安装结构固定地安装(例如，螺栓连接、焊接等)电池阵列25的固定点。
牵引电池组24可另外包括排气管理系统50，所述排气管理系统被配置用于管理电池阵列25的电池单元32在电池热事件期间可以排出的电池单元排气副产物。排气管理系统50可包括多层结构，其中所述结构的每一层具有与排气和减轻牵引电池组24内部的热传播相关联的独特功能。如下面进一步解释的，排气管理系统50可能能够执行诸如沿着期望的路径/方向引导电池单元排气副产物、减小/组织牵引电池组24的内部体积、吸收/捕集电池单元排气副产物的固体颗粒的功能等。
排气管理系统50可设置在电池阵列25与外壳总成34的任何内表面之间。在所示实施例中，排气管理系统50设置在空间52内，所述空间在电池阵列25的顶板44与盖38的内表面54之间延伸。然而，在本公开的范围内还设想了排气管理系统50的其他位置和配置。
排气管理系统50可包括第一层56、第二层58和第三层60。值得注意的是，排气管理系统50的各个层未按比例绘制，并且为了简单和清楚起见，以高度示意性的方式示出。
在一个实施例中，第一层56是排气管理系统50的最靠近电池阵列25定位的层。在牵引电池组24的完全组装状态下，第一层56可接触电池阵列25，诸如例如通过定位成与顶板44直接接触。第二层58可设置(例如，夹在)第一层56与第三层60之间。第三层60可设置在第二层58的与第一层56相对的一侧上，并且因此比第一层56更远离电池阵列25定位。
第一层56可包括绝缘片62，并且因此可被称为绝缘层。第一层56被设计成热保护电池阵列25及其各种电子器件并减少电传导。绝缘体62可由云母基产品或一些其他合适的介电材料制成。
第二层58可包括挡板框架64。挡板框架64可被设计成执行诸如组织空间52、减小空间52的体积、沿着期望的方向/路径引导电池单元排气副产物等的功能。挡板框架64可由诸如金属、粘土、陶瓷等的材料制成。
挡板框架64可相对于电池阵列25固定在适当位置(例如，焊接、螺栓连接等)。在一个实施例中，挡板框架64直接固定到顶板44。在另一实施例中，挡板框架64直接固定到封盖38。
第三层60可包括过滤器66，并且因此可被称为过滤层。第三层60被设计成捕集电池单元32在电池热事件期间可能释放的电池单元排气副产物内可能包含的颗粒、液体等。例如，过滤器66可以是玻璃纤维无纺布网垫。然而，在本公开的范围内进一步设想了过滤器66的其他材料和配置。
排气管理系统50可进一步任选地包括第四层68。第四层68可被设计成减少热辐射，并且因此可被称为热保护层。例如，第四层68可包括表现出低发射率和高导热率的涂层70。在一个实施例中，涂层70可以是铝基涂层。然而，在本公开的范围内进一步设想了其他材料。
如果提供，则第四层68可施加到封盖38的内表面54。因此，第四层68可以是排气管理系统50的定位成最远离电池阵列25的层。
在一个实施例中，排气管理系统50的各个层中的一个或多个层可包括相对于系统50的其他层(参见例如图2)不同的尺寸、形状和/或图案等，诸如用于容纳电池阵列25的部件(例如，汇流条、端子等)。在另一实施例中，排气管理系统50的各个层可包括共同的尺寸和形状，诸如与电池阵列25的宽度W(例如，参见图3)基本上匹配的尺寸/形状。
参考图4(继续参考图1至图2)进一步详细描述排气管理系统50的第二层58的挡板框架64。挡板框架64可包括外框架72和从外框架72向内延伸的多个引导臂74。外框架72和引导臂74具有足够的高度H，用于形成用于沿着期望的路径/方向引导电池排气副产物84的通道。
引导臂74可被布置成形成多个排气通道76。排气通道76可流体地连接到挡板框架64的主排气通道78。在一个实施例中，主排气通道78设置在位于外框架72的相对侧上的引导臂74之间。
每个引导臂74可包括主体80和从主体80延伸的成角度部分82。主体80可连接到外框架72，并且成角度部分82可从主体80的位于与连接到外框架72的部分相对的端部上的部分延伸。
在一些电池热事件期间，电池阵列25的电池单元32可释放电池排气副产物84。电池排气副产物84可包括可由电池单元32释放的气体、固体、液体和/或其他副产物或副产物的组合。电池排气副产物84可通过电池单元排气端口(未示出)释放，并且可通过形成在电池阵列25的顶板44中的开口86逸出。
在通过开口86进入排气管理系统50的第二层58时，电池排气副产物84然后可在进入主排气通道78之前通过排气通道76进入。在一个实施例中，电池排气副产物84在排气通道76内沿第一方向D1流动并在主排气通道78内沿第二方向D2流动。第二方向D2可横向于(例如，垂直于)第一方向D1。引导臂74的成角度部分82可帮助将电池排气副产物84从第一方向D1重新引导到第二方向D2，以使电池排气副产物84沿着挡板框架64的期望流动路径移动。然后，电池排气副产物84可从牵引电池组24排出(例如，排出到大气中)，由此防止相对热的排气副产物在整个牵引电池组24中传播。
本公开的示例性排气管理系统被设计成在牵引电池组的电池热事件期间更好地管理电池单元排气副产物。排气管理系统可提供许多优点，包括但不限于分割电池组内部空气体积以防止排出的气体扩散和污染相邻的电池单元、吸收排出的气体固体/液体内容物、捕集排气副产物的高温颗粒、提供引导排出的气体流动路径，并启用多种功能来管理热传播。
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：
电池阵列；以及
排气管理系统，所述排气管理系统相对于所述电池阵列定位，
其中所述排气管理系统是多层的，其中每一层适于在所述电池阵列的电池热事件的情况下提供不同的功能。
2.如权利要求1所述的电池组，其中所述排气管理系统至少包括第一层、第二层和第三层。
3.如权利要求2所述的电池组，其中所述第一层包括绝缘片，所述第二层包括挡板框架，并且所述第三层包括过滤器。
4.如权利要求3所述的电池组，其包括被配置为热保护层的第四层。
5.如权利要求2、3或4中任一项所述的电池组，其中所述排气管理系统包括第四层，并且进一步地，其中所述第四层包括涂层。
6.如任一前述权利要求所述的电池组，其中所述排气管理系统包括挡板框架，所述挡板框架适于引导由所述电池阵列在所述电池热事件期间释放的电池排气副产物，并且任选地，其中所述挡板框架包括外框架和从所述外框架延伸的多个引导臂。
7.如任一前述权利要求所述的电池组，其中所述排气管理系统至少包括绝缘层、挡板框架和过滤层。
8.一种电池组，其包括：
外壳总成；
电池阵列，所述电池阵列容纳在所述外壳总成内；以及
排气管理系统，所述排气管理系统设置在所述电池阵列与所述外壳总成的内表面之间，
其中所述排气管理系统包括多个层，
其中所述多个层中的至少一个层包括挡板框架，所述挡板框架适于引导由所述电池阵列在电池热事件的情况下释放的电池排气副产物。
9.如权利要求8所述的电池组，其中所述内表面是所述外壳总成的封盖的一部分。
10.如权利要求8或9所述的电池组，其中所述挡板框架设置在所述多个层中的绝缘层与过滤层之间，并且任选地，所述电池组包括热保护层。
11.如权利要求8至10中任一项所述的电池组，其中所述挡板框架包括外框架和从所述外框架延伸的多个引导臂，并且任选地，其中所述多个引导臂形成用于沿着期望的流动路径引导所述电池排气副产物的排气通道。
12.如权利要求11所述的电池组，其中所述排气通道流体地连接到所述挡板框架的主排气通道。
13.如权利要求11所述的电池组，其中所述多个引导臂各自包括附接到所述外框架的主体和从所述主体延伸的成角度部分。
14.如权利要求8至13中任一项所述的电池组，其中所述排气管理系统包括所述挡板框架、绝缘层和过滤层。
15.如权利要求8至14中任一项所述的电池组，其中所述排气管理系统包括绝缘层、所述挡板框架、过滤层和热保护层。
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