CN117157814A - 用于电动自行车的电池组 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种电池组和电池组底盘。该电池组包括底盘，该底盘被配置为多个电池单元彼此靠近地放置于电池组内，并且提供灌封剂能够流动通过并接触电池单元的区域。例如，该底盘可包括在一些情况下以不对称的配置来分隔该电池单元的间隔件或肋，从而使灌封剂接触电池组内每个电池单元的外表面。在一些情况下，该底盘也能够便于电池单元之间的母线连接。

Description

用于电动自行车的电池组

关联申请的交叉参考

本申请要求申请日为2021年4月7日、名称为“电池组底盘及关联电池组”的第63/171，863号美国临时专利申请以及申请日为2021年12月20日、名称为“具有不对称间隔的电池单元的电池组”的第63/291，656号美国临时专利申请的优先权，并整体援引上述两申请的内容。

背景技术

电动自行车或e-bike是供个人骑行者、家庭、商业企业和车队等等使用的流行交通运输方式。不同于传统的自行车，电动自行车(e-bike)为骑行者提供出行的辅助模式，包括利用来自马达的动力辅助骑行者踩踏板的踏板辅助模式和/或马达在被啮合时推动电动自行车而无需骑行者踩踏板的油门模式。

电动自行车由电池供电，诸如具有多个电池单元的一个或一个以上的电池组。传统电池组将电池单元串联和/或并联排列，通常在电池组的底盘中彼此靠近放置。通常，这样的配置可能导致电池组内的电池单元的移动，从而引发低效、损坏、或者有时引发危险的工作状况。

附图说明

本技术的实施例将通过附图进行描述和解释。

图1A-图1B是示例电池组的示意图。

图2A-图2B是表示电池组的顶部表面的示意图。

图3是表示位于电池组底盘的间隔件之间的电池单元的示意图。

图4A-图4B是表示位于电池组中的电池单元的剖视示意图。

图5是表示卡扣式电池组的示意图。

图6A-图6B是表示在施用了灌封剂后的电池组的示意图。

图7是表示制造电池组的示例方法的流程图。

图8A-图8B是表示具有不对称间隔的电池单元的电池组的示意图。

图9是表示具有不同的电池单元间隔区域的电池组的示意图。

图10是表示在电池单元之间具有偏离的间距的电池组的示意图。

图11是表示配置用于封装后的电池组的电池单元布局的示例方法的流程图。

在附图中，一些组件未按比例绘制，并且一些组件可以组合以便讨论本技术的一些实现方式。此外，虽然本技术可适应各种修改和替代形式，通过在附图中的例子展示了特定实现方式，并将在下文详细描述。然而，其目的并不是将本技术限制于所描述的特定实现方式。相反，本技术旨在涵盖在所附权利要求书所定义的技术范围内的所有修改、等同和替代方案。

具体实施方式

在此，对一种电池组和电池组底盘进行说明。该电池组包括底盘，该底盘被配置为将多个彼此靠近的电池单元安置在电池组内，并且还提供区域以使灌封剂可以通过该区域流动和接触电池单元。例如，该底盘可以包括分隔电池单元的间隔件或肋，以使得灌封剂可以接触电池组内每个电池单元的大部分或全部外表面。

利用灌封剂，通过在电池单元被安置在电池组内时加强电池单元并防止或减轻电池单元受潮湿、冲击、振动等影响，使电池组能够保护电池单元。因此，具有被配置为以间隔、机械安全的方式容纳电池单元的底盘的电池组，当其用于电动自行车或其他微移动性车辆时，可以更安全、更可靠。例如，在其他优点之外，使用基于聚氨酯(urethane)的灌封剂还可以消除或减少腐蚀、振动造成的损坏，并可以防止或减轻热失控。

进一步地，电池组可包括将电池单元以不对称排列的方式间隔开的底盘，例如，该电池组能够包括电池单元以第一间隔配置排列的区域以及电池单元以与该第一间隔配置不同的第二间隔配置排列的区域。间隔配置可以以多种方式变化，例如电池单元之间的大小、长度或宽度，区域内电池单元的几何形貌或位置等。电池组内电池单元的这种不对称排列可通过促使电池组的特定区域(例如，通常比其他区域更热的区域)包含比其他区域更多的灌封材料来减轻电池组的热失控。

虽然电池组和关联的底盘是针对电动自行车或者说明其被用于电动自行车，但所述的电池组和/或底盘可被配置或利用于其他自行车或摩托车、电动滑板车或其他轮式微移动性车辆、轻便摩托车、其他电动车辆、电动工具或设备等。

现在，对本技术的各种实施例进行说明。以下描述为这些实施例的全面理解和可实施说明提供了具体细节。但是，本领域技术人员理解这些实施例可以在没有许多这些细节的情况下实施。另外，一些公知的结构或功能可能不详细展示或说明，以避免不必要地模糊各种实施例的相关描述。在以下的说明中使用的术语尽管与一些具体实施例的详细描述结合使用，但其旨在以其最广泛的合理方式解释。

电池组底盘示例

如本发明所述，电池组被配置为以间隔开的方式容纳多个电池单元。图1A-图1B为表示电池组100的示意图。电池组100包括底盘110、多个电池单元120、以及母线130或在底盘110的顶表面将电池120连接在一起的电连接材料。

底盘110包括位于电池单元120之间的多个间隔件115。例如，间隔件115可以是位于电池单元120之间的垂直延伸肋(例如，在周围的三个电池单元120之间)。间隔件115在电池单元120之间维持开口，使得开口从底盘110的顶部沿垂直方向延伸到底盘110的底部。

因此，在一些实施例中，电池组100包含各种设计特征以最大限度地发挥灌封的优点，例如使用基于聚氨酯的灌封剂将电池单元120封装或固定在电池组100的底盘110内。

虽然被描述为具有更少的电池，但底盘110可以收容或被利用于如下的电池组，该电池组被配置为保持不同数量的电池单元，例如保持52节锂离子(Li-离子)18650电池单元的电池组、保持39节Li离子21700电池单元的电池组，等等。进一步地，底盘110能够被设计为电池外壳的一部分，该电池外壳包括被配置为接收并保持底盘和关联电池单元的滑台、以及在一旦施用完灌封剂后就封盖住底盘和电池单元的一个或多个盖子(例如，一个五面盖子)。

图2A是表示所述电池组的部顶表面200的示意图。如图所示，电池单元的负极被顶部表面200覆盖。该表面包括便于接近该电池单元的孔或开口210。母线220(例如，由镍形成)可以经过冲压工艺以形成跨电池单元的桥230。因此，通过形成于电池单元与表面200之间的间隙，表面200允许施用的灌封剂在表面之间吸收并流动，并为电池组100提供更强的结构支撑和短路保护。

图2B描绘了电池组的另一种顶部表面250。如本发明所述，底盘255将电池单元260分隔开，这些电池单元260通过冲压出的母线270连接。该顶部表面250具有三维(3D)元件，并且母线270在被冲压或被以其他方式处理时包括电池单元之间的3D结构或几何形貌。例如，母线270可以包括在第一高度或水平处接触电池单元的电池单元接触部分272、以及在高于第一高度或水平的第二高度或水平处跨越电池单元的电池单元之间的桥275。

因此，底盘110可以包括两部分的蛤壳型底盘，使得电池组100的制造变得简单和高效，其中，电池单元120被放置于底盘110内，母线130被冲压以连接电池单元120，并且例如聚氨酯的灌封剂被注入由底盘110形成的开口之间，以将电池单元120固定在底盘内(例如，通过用该灌封剂大体上封装电池单元120)。因此，底盘110的配置便于电池单元的放置、母线或其他电连接器的冲压或应用、以及用灌封剂对电池单元进行封装。

图3描述了在电池组底盘内将电池单元分隔开的间隔件。间隔件310将三个电池单元120分隔开，在电池单元120之间形成开口320。将灌封剂注入或添加到开口320中。该灌封剂能够包含聚氨酯或另一种树脂或流动材料、泡沫材料等。在该开口320内(以及在所有开口内)，该灌封剂可以接触电池单元120的整个外表面(或基本上接触或覆盖电池单元120的整个表面)。例如，该灌封剂可以接触在开口320中暴露的表面的所有区域。

在一些情况下，当该灌封剂接触电池单元120的整个表面或大部分表面时，该灌封剂最为有效。最大容积的区域内的小间隔件310对电池单元进行标引，并允许灌封剂流动并完全(或大部分)封装电池单元120。因此，由于从受损的电池单元中吸收能量的灌封剂的相变，电池单元损伤可能不会将热失控传播到相邻电池单元。进一步地，电池120也更安全地保持在电池组中，因为灌封剂有较大的粘合表面区域来接触电池单元120。

图4A-图4B是表示放置在电池组内的电池单元的横截面的示意图400。底盘可以包括半径部410，该半径部410为电池触底提供基准，并允许灌封剂在负极和底盘之间流动。在一些情况下，热塑性塑料在高温下会加速蠕变。因此，使用半径部410的底盘配置使热固性灌封剂能够充分占据底盘内或在底盘内充分移动，从而在电池单元之间形成更刚硬的负载路径。

如本发明所述，本技术可被应用于各种配置或类型的电池组。图5是表示卡扣式电池组500的示意图。该电池组500包括卡扣式底盘并包括本发明所述的间隔件和开口，以允许灌封剂在制造过程中在电池单元之间流动。

图5还描绘了柱形间隔件510。如本发明所述，该间隔件可以具有各种形状或几何形貌。例如，间隔件115具有三辐(tri-spoke)形状，而该间隔件510为柱形。其形状能够根据底盘加工的难易程度、制造底盘的成本、在电池组内开口的所需尺寸或形状、要放置在底盘内的电池单元的类型等来确定。

因此，在一些实施例中，电池组通过具有电池单元间隔件的相关底盘，以便于制造安全可靠的电池组。该电池组可包括：多个电池单元；电池底盘，被配置为将多个电池单元彼此靠近地保持为垂直取向，其中，该电池底盘包括布置在该多个电池单元之间的多个间隔件；以及灌封剂，被注入由该多个间隔件在该多个电池单元之间形成的底盘开口内。

图6A-图6B表示施用了灌封剂610后的电池组600。如电池组600的俯视图即图6A所示，灌封剂610填充进顶部表面和电池单元之间的所有间隙。图6B描绘了电池组600的中间部分，其中，灌封剂完全填充电池单元之间的开口。

在一些情况下，可以通过将灌封剂直接倒入底盘和电池单元周围(例如，直接倒入底盘的开口)来施用该灌封剂610。灌封剂的施用可被定量，例如，根据灌封剂的粘度，这是因为在施用前能够知道空隙或开口的内部容积。进一步地，可以调节配制或施用灌封剂的速率，以等待灌封剂在底盘内的特定位置挤出，从而确保灌封剂在开口内充分润湿并到达电池单元。

图7是表示制造电池组的方法700的流程图。在操作710中，该方法700将多个电池单元放置在电池组的底盘内。这些电池单元可以用各种间隔件隔开。如本发明所述，电池单元之间的间距可以是对称的或不对称的。

在操作720中，可选择地，方法700在将灌封剂注入底盘之前将母线冲压到底盘上以连接电池单元。母线可以是二维的，也可以是三维的，这取决于底盘的结构。

在操作730中，方法700将灌封剂注入(例如，流入)多个电池单元之间的底盘开口内。例如，注入灌封剂可以包括用该灌封剂大体上封装多个电池单元中的每个电池单元。

因此，本文所述技术有助于形成或制造用于电动自行车或其他车辆、装置或设备的灌封电池组。

电池组中不对称间隔的电池单元的例子

如本发明所述，在一些实施例中，灌封剂的作用是减轻或防止电池组的电池单元之间的热失控、以及为电池组提供刚性并将电池单元安全地保持于它们在电池组内的位置中。

图8A-图8B是表示具有不对称间隔的电池单元的电池组800的示意图。该电池组800包括电池单元805，该电池单元805以各种配置被彼此隔开以适应电池组800。在将灌封剂(例如，泡沫、聚氨酯或另一树脂或流动材料)注入电池单元之间之前，将电池单元布置在滑台830上。

如图所示，在电池单元805之间的第一间距810(例如，在水平方向上)不同于第二间距820(例如，沿着垂直方向)。例如，第一间距810提供电池单元805之间的间隙，而第二间距820允许交错的电池单元805在第二方向上重叠。在一些情况下，改变间距使电池组800可以变得更小和/或呈不同形状，并且仍然能利用灌封剂作为电池805之间的结构保护和热保护。因此，在其他优点之外，不对称间隔的电池组800能够优化灌封剂的使用。

在一些实施例中，电池组可以改变跨电池组的不同区间或区域之间的间距。图9是表示具有不同电池间距的区间的电池组900的示意图。例如，电池组900的中间区域920可具有电池单元905，其间距925具有一定的宽度(例如，W1)，而在电池组900的端部区域910可具有电池单元905，其间距915具有不同的宽度(例如，W2)。

在一些情况下，中间或中心区域920的间距宽度925大于端部区域910(例如，W1>W2)的间距宽度915，其中，如图9A所示，上述宽度是沿x轴测量的。例如，在电池组900的中间区域920中的能量密度可以更高，并且相对于位于端部或边缘区域的电池单元的间距，位于或被布置于中间区域920的电池单元905之间具有更宽或更大的间距。更宽的间距可以提升中间或中心的电池单元的热保护，这是因为电池单元之间有更多的灌封剂来保护电池单元，而在具有同样多灌封剂的端部区域，热量/能量可以从电池组逸出。

因此，当电池组具有固定的尺寸和/或形状时，相对能量密度较高区域中的电池单元能够比相对能量密度较低区域中的电池单元间隔得更宽。因此，间距可以是偏离的、不对称的，或者随区域、区间或一个电池组内各个电池之间有所变化。例如，如图10所示，从外部或边缘列的电池单元1010到最内部或中心列的电池单元1020，间距宽度可以依次从最窄变化到最宽(例如，W3<W4<W5<W6)。

可变的或偏离的间距可以沿任意方向，包括水平、垂直、正交、双向(例如，x轴和y轴两个方向)等等。此外，每个电池之间的间距也可以变化，例如靠近的电池单元之间的间距不遵循固定模式，而是用于映射电池组的热梯度、能量梯度和/或潜在的结构薄弱点。例如，对于电池组中的每个电池单元，确定灌封剂的特定区域或容积(相对于其他电池)，并相应地将电池单元间隔开。

图11是表示确定电池组的电池单元间距的示例方法1100的流程图。在操作1110中，所述方法1100识别预测的用于电池组的热梯度。例如，方法1100可以基于对电池组的测试、对相似电池组或电池单元的使用、和/或将要部署电池组的环境(例如，自行车或设备的哪个部分)，在电池组运行时识别、确定和/或预测该电池组的热梯度。在一些情况下，预测可以测量或估算电池单元之间不同间距的PPR特性。

在操作1120中，方法1100基于所预测的特征生成电池单元布局配置。例如，方法1100可以生成包含不同电池单元间距或宽度的区域或分区的布局配置(例如，如图9所示)、包含间距梯度或形式的布局配置(例如，如图10所示)，包含电池组中一些或所有电池单元(或电池单元的组)的独特间距几何形貌的布局配置等等。进一步地，该方法1100可以利用或识别电池组外壳的尺寸或容积，并在至少部分地基于电池组尺寸/容积参数来确定电池单元布局配置。

因此，电池中电池单元的设计或配置可以包括各种间距宽度、形式和/或几何形貌，在其他优点之外，能增强或改善电池组的PPR(passive propagation resistance：被动扩散阻力)并减轻电池单元之间的单元到单元的热失控传播。

结论

除非上下文明确另有要求，否则在整个说明书和权利要求书中，“包括”、“包含”及类似的词语应在包容性的意义上解释，而不是在排他的或穷尽的意义上解释。也就是说，在“包括但不限于”的意义上解释。如本发明所使用的术语“连接的”、“耦合的”或其任何变体是指两个或两个以上元素之间直接或间接的任何连接或耦合；元素之间连接的耦合可以是物理上的、逻辑上的或它们的组合。另外，在本申请中使用“此处”、“上面”、“下面”以及类似含义的词语时，应指本申请作为一个整体，而不是指本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，上述详细说明中使用单数或复数形式的词语也可以分别包括复数或单数。词语“或”在涉及包含两个或两个以上项目的列表时，涵盖所有以下的词语解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目、以及列表中项目的任意组合。

本公开的实施例的上述详细说明并非旨在穷举或将教导限制为上述公开内容的精确形式。如上所述，为了说明的目的，以上描述了本公开的具体实施例和例子，但正如相关领域技术人员认识到的那样，在本公开的范围内可以进行各种等同的修改。

本公开提供的教导可以应用于其他系统，而不一定是上述系统。上述各种实施例的元素和动作可以组合来提供进一步的实施例。

上述的任何专利、专利申请以及其他参考文献，包括任何可能在随附的申请文件中列出的，都通过引用而并入本发明。如有必要，可以修改本公开的各个方面，以采用上述各种参考文献的系统、功能和概念来提供本公开的更进一步的实施例。

在以上详细说明的启示下，可以对本公开进行这些和其他更改。上述说明描述了本公开的一些实施例，并描述了所考虑的最佳模式，但无论上述内容在文字上表现得多么详细，该教导都能够以许多方式进行实践。电动自行车和自行车框架的细节可以在其实施细节上有相当大的变化，并且仍然被本公开的主题所涵盖。如上所述，在描述本公开的某些特征或方面时使用的特定术语不应被视为暗示该术语在本公开中被重新定义为受限于与该术语相关联的本公开的任何特定特性、特征或方面。一般来说，下列权利要求中使用的术语不应被解释为将本公开限制为说明书中公开的具体实施例，除非上述详细说明的部分明确定义了这些术语。因此，本公开的实际范围不仅涵盖所公开的实施例，还涵盖在权利要求下实践或实施本公开的所有等同方式。

从上文可知，为了说明的目的，本公开描述了具体实施例，但是可以在不偏离上述实施例的精神和范围的情况下进行各种修改。相应地，除非所附权利要求书另有规定，这些实施例不受限制。

Claims (19)

1.一种电池组，包括：

多个电池单元；

电池底盘，被配置为将所述多个电池单元彼此靠近地保持为垂直取向，其中，所述电池底盘包括布置在所述多个电池单元之间的多个间隔件；以及

灌封剂，被注入由所述多个间隔件在所述多个电池单元之间形成的底盘开口内。

2.如权利要求1所述的电池组，其中，

由所述多个间隔件在所述多个电池单元之间形成的所述底盘开口从所述电池底盘的顶部表面延伸到所述底盘的底部表面，其中，所述灌封剂被注入所述开口内以接触所述多个电池单元中的每个电池单元的整个表面。

3.如权利要求1所述的电池组，其中，

所述灌封剂是基于聚氨酯的灌封剂。

4.如权利要求1所述的电池组，其中，

所述电池底盘包括具有孔的顶部表面，所述孔用于接近所述多个电池单元中的每个电池单元的负极，

所述电池组还包括：

母线，被冲压形成于所述电池底盘的顶部表面，并连接所述多个电池单元中的每个电池单元的所述负极。

5.如权利要求1所述的电池组，其中，

所述多个间隔件包括沿垂直取向延伸的肋，

其中，至少一个肋被放置为与所述多个电池单元中的三个电池单元接触并将该三个电池单元彼此分隔。

6.如权利要求1所述的电池组，其中，

被布置于所述多个电池单元之间的所述多个间隔件包括：

第一间隔件，具有第一宽度，并被布置于所述电池组的第一区域内的电池单元之间；以及

第二间隔件，具有大于第一宽度的第二宽度，并被布置于所述电池组的第二区域内的其他电池单元之间。

7.如权利要求1所述的电池组，其中，

被布置于所述多个电池单元之间的所述多个间隔件包括：

第一间隔件，具有第一宽度，并被布置于所述电池组的中心区域内的电池单元之间；以及

第二间隔件，具有大于第一宽度的第二宽度，并被布置于靠近所述电池组的端部的其他电池单元之间。

8.一种制造电池组的方法，包括：

将多个电池单元放置于所述电池组的底盘内，其中，所述多个电池单元中的每个电池单元与其他电池单元通过所述电池组的间隔件以不对称的配置间隔开；以及

将灌封剂注入所述多个电池单元之间的底盘开口内。

9.如权利要求8所述的方法，其中，

将灌封剂注入所述多个电池单元之间的底盘开口内，包括：

用所述灌封剂大体上封装所述多个电池单元中的每个电池单元。

10.如权利要求8所述的方法，还包括：

在将所述灌封剂注入所述底盘开口内之前，将母线冲压形成于所述底盘的顶部表面以将所述多个电池单元的负极彼此连接。

11.如权利要求8所述的方法，其中，

将多个电池单元放置于所述电池组的底盘内，包括：

将第一组电池单元放置于第一区域，所述第一组电池单元的电池单元之间具有第一宽度间隔；以及

将第二组电池单元放置于第二区域，所述第二组电池单元的电池单元之间具有第二宽度间隔，

其中，第二宽度间隔大于第一宽度间隔。

12.如权利要求8所述的方法，其中，

将多个电池单元放置于所述电池组的底盘内，包括：

将第一组电池单元放置于中心区域，所述第一组电池单元的电池单元之间具有第一宽度间隔；以及

将第二组电池单元放置于端部区域，所述第二组电池单元的电池单元之间具有第二宽度间隔，

其中，第二宽度间隔大于第一宽度间隔。

13.一种装置，包括：

电池底盘，被配置为将所述多个电池单元彼此靠近地保持为垂直取向，所述电池底盘包括：

顶部表面，使得通过冲压而成的金属连接器将所述多个电池单元彼此连接；以及

多个间隔件，被布置于所述多个电池单元之间以便在所述多个电池单元之间形成开口。

14.如权利要求13所述的装置，其中，

所述多个间隔件包括沿垂直取向延伸的肋，所述肋被放置为与所述多个电池单元中的三个电池单元接触并将该三个电池单元彼此分隔。

15.如权利要求13所述的装置，其中，所述多个间隔件包括：

第一间隔件，具有第一宽度；以及

第二间隔件，具有大于第一宽度的第二宽度。

16.如权利要求13所述的装置，其中，

所述电池底盘被配置为以不对称的配置将所述多个电池单元间隔开。

17.如权利要求13所述的装置，其中，

所述电池底盘包括两个或两个以上区域，包括：

第一区域，以第一几何形貌配置保持所述电池单元的第一部分；以及

第二区域，以第二几何形貌配置保持所述电池单元的第二部分。

18.如权利要求13所述的装置，其中，还包括：

灌封剂，被注入所述多个电池单元之间的所述开口内，以封装所述多个电池单元。

19.如权利要求13所述的装置，其中，

被布置于所述多个电池单元的所述多个间隔件具有柱形或三辐形状。