CN117751487A - 无模块子电池组设计 - Google Patents

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Abstract

本文公开了涉及电池组的装置、系统和方法。在一个实施例中，电池组可以包括底盖和联接到底盖的电池组壳体。电池组壳体可以包括用于多个单独电池电芯的多个狭槽。电池组可以包括定位在底盖和电池组壳体之间的热板。电池组可以包括设置在多个狭槽中的粘合剂。电池组可以包括分别设置在多个狭槽中的多个单独电池电芯。多个单独电池电芯可以与粘合剂接触。

Description

无模块子电池组设计
技术领域
本公开涉及一种电池组，更具体地，涉及一种电池组结构。
背景技术
诸如用于电池电动或混合动力电动车辆的某些电池组通过放置多个子电池组来制造，每个子电池组具有彼此连接并装设在外壳内的框架上的多个模块。
发明内容
本公开的实施方式可以包括电池组。电池组可以包括底盖以及联接到所述底盖的电池组壳体。所述电池组壳体可以包括用于多个单独电池电芯的多个狭槽。所述电池组可以包括热板，所述热板定位在所述底盖和所述电池组壳体之间。所述电池组可以包括设置在所述多个狭槽中的粘合剂。所述电池组可以包括分别设置在所述多个狭槽中的所述多个单独电池电芯(cell)。所述多个单独电池电芯可以与所述粘合剂接触。本实施方式的一个方面可以包括BMU(电池管理单元)托盘以及至少一个交叉支架，所述BMU托盘联接到所述电池组壳体。所述交叉支架可以连接到第一侧面板和第二侧面板。另一个方面可以包括被配置为容纳至少一个配件、冷却剂入口和冷却剂出口的端面板。又一个方面可以包括封装泡沫，所述封装泡沫设置在所述多个单独电池电芯中的相邻电池电芯之间的膨胀间隙中。另一个方面可以包括所述BMU托盘和所述电池组壳体中的至少一者由尼龙树脂形成。在本公开的另一个方面中，所述多个单独电池电芯可以可选地经由所述粘合剂机械地结合到所述热板。在再一个方面中，所述多个狭槽可以可选地限定所述多个单独电池电芯的底表面与所述热板的上表面之间的间隙。另一个方面可以可选地包括连接到装设至所述电池组壳体的第一侧面板和第二侧面板的至少一个交叉支架。
本公开的实施方式可以包括一种组装电池组的方法。所述方法可以包括提供底盖。所述方法还可以包括将热板定位在所述底盖上方。所述方法还可以包括将电池组壳体定位在所述热板上。所述电池组壳体可以包括多个狭槽。所述方法还可以包括在所述多个狭槽中分配液体粘合剂。所述方法还可以包括将多个单独电池电芯安装到所述多个狭槽中。本实施方式的一个方面可以包括将多个汇流条激光焊接到所述多个单独电池电芯上。另一个方面可以包括在所述多个单独电池电芯之间分配封装泡沫的液体溶液。再一个方面可以可选地包括将BMU托盘定位在所述电池组壳体上并且将多个BMU结合到所述BMU托盘上。另一个方面可以可选地包括在装设到所述电池组壳体的侧面板之间安装多个交叉支架。再一个方面可以可选地包括将可压缩泡沫垫定位在所述底盖和所述热板之间并且将所述热板螺栓连接到所述底盖。另一个方面可以可选地包括串联连接所述多个单独电池电芯。将所述多个BMU结合到所述BMU托盘上可以包括使用电绝缘粘合垫。
本公开的实施方式可以包括一种系统，该系统具有车辆和电池组。所述电池组可以安装在所述车辆中。所述电池组可以包括底盖和电池组壳体，所述电池组壳体联接到所述底盖。所述电池组壳体可以包括用于多个单独电池电芯的多个狭槽。所述电池组可以包括热板，所述热板定位在所述底盖和所述电池组壳体之间。所述电池组可以包括设置在所述多个狭槽中的粘合剂。所述多个单独电池电芯可以分别设置在所述多个狭槽中。所述多个单独电池电芯可以与所述粘合剂接触并且经由所述粘合剂机械地结合到所述热板。另一个方面可以包括封装泡沫，所述封装泡沫设置在所述多个单独电池电芯中的相邻电池单元之间的膨胀间隙中。另一个方面可以包括所述多个狭槽限定所述多个单独电池电芯的底表面与所述热板的上表面之间的间隙。另一个方面可以可选地包括将多个汇流条激光焊接到所述多个单独电池电芯上。
附图说明
附图不旨在按比例绘制。在附图中，在各个附图中示出的每个相同或几乎相同的部件可以由相同的附图标记表示。为了清楚起见，并非在每个附图中标记出每个部件。在附图中：
图1A是根据本公开的一个实施方式的子电池组的分解立体图；
图1B是处于组装的中间阶段的图1A的子电池组的立体图；
图1C是处于组装的中间阶段的图1A的子电池组的立体图；
图1D是处于组装的中间阶段的图1A的子电池组的立体图；
图1E是处于组装的中间阶段的图1A的子电池组的立体图；
图1F是处于组装的中间阶段的图1A的子电池组的立体图；
图1G是处于组装的中间阶段的图1A的子电池组的立体图；
图1H是图1A的子电池组的BMU托盘和电池组壳体的分解立体图；
图1I是处于组装的中间阶段的图1A的子电池组的立体图；
图1J是处于组装的中间阶段的图1A的子电池组的立体图；
图2是根据本公开的一个实施方式的局部组装的子电池组的剖视立体图；
图3是根据本公开的一个实施方式的完全组装的子电池组的立体图；
图4是根据本公开的一个实施方式的局部组装的子电池组的剖视立体图；
图5是根据本公开的一个实施方式的装设在子电池组中的相邻电芯的俯视平面图；
图6是根据本公开的一个实施方式的用于组装子电池组的组装过程的流程图；
图7是根据本公开的一个实施方式的安装有至少一个子电池组的车辆的立体图。
具体实施方式
诸如用于电池电动或混合动力电动车辆的某些电池组通过放置多个子电池组来制造，每个子电池组具有彼此连接并装设在外壳内的框架上的多个模块。电池组的重量是车辆应用的关键问题。常规的电池组具有相对低的重力能量密度(即，每单位重量的能量，诸如kWh/kg)，这部分地是由于所有子电池组模块内部的结构元件增加了重量。另外，常规电池组具有相对低的体积效率，体积效率是每单位体积提供的能量的量度。下面讨论的本公开的实施方式解决了这些和其他挑战。
为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考以下描述的附图中所示的实施方式。以下公开的实施方式不旨在是穷举的或将本公开限制为以下详细描述中公开的精确形式。
图1A是根据本公开的一个实施方式的子电池组10的一个实施方式的分解图。应当理解，多个子电池组10可以一起使用以形成电池组件。子电池组10通常包括底盖12、泡沫层14、热板或冷板16、电池组壳体18、电池管理单元(BMU)托盘20、多个支架22、顶盖24和多个侧面板26。为了简单起见，图1A中未示出诸如紧固件、连接器等的各种其他部件。
电池组10以下述方式组装到底盖12上。具体地说，首先将泡沫层14安装到底盖12上。在本公开的一个实施方式中，泡沫层14可以是3mm厚的泡沫垫。在一个示例构造中，如下所述，在安装冷板16时，泡沫层14被压缩到大约0.5mm的厚度。
图1B示出了装设到泡沫层14和底盖12上的冷板16。在一个实施方式中，冷板16螺栓连接到底盖12(经由泡沫层14)，从而压缩泡沫层14。如图1C中所示，电池组壳体18安装到冷板16上以形成如本文所述的用于单个电芯的容器(receptacle)。电池组壳体18包括侧壁28、电池组管理单元(PMU)安装座30和多根导线32，多根导线32在侧壁28之间延伸以形成被配置为接收单个电池电芯36的多个狭槽34。在本公开的一个实施方式中，液体粘合剂(未示出)被分配到狭槽34中，以提供电芯36到冷板16的机械结合并且增加组件的结构刚性，冷板16可以由铝形成。
在一些实施方式中，液体粘合剂可以包括具有相对高的导热特性和良好的电绝缘特性的材料。例如，在一些情况下，液体粘合剂可具有约1.5至3W/(m-K)(瓦特/米-开尔文)之间的导热率。在一些情况下，液体粘合剂可具有大于6kV/mm(千伏/毫米)的介电强度。在一些实施方式中，液体粘合剂可具有诸如以下的特性：相对低的密度，诸如小于0.75kg/L(千克/升)；相对低的粘度，诸如小于50,000cP(厘泊)；和/或足以用于应用的剪切强度，诸如例如大于10MPa(兆帕)。在一些实施方式中，液体粘合剂可以以至少足以用于应用的水平结合到金属和低表面能塑料。在一些实施方式中，液体粘合剂可以是阻燃材料和/或具有相对快的固化时间，诸如小于或远小于1小时。在一些情况下，液体粘合剂可以选自包括以下材料的组：来自HB Fuller的市售EV PROTECT 4006；来自Dow的SYLGARD 170、DOWSIL 3-3186和DOWSIL 3-6548；来自Lord的COOLTHERM SC-305/303/315/252/320/324和UR-2000；以及来自3M的TC-2707。这样的粘合剂可以促进有效的热传递和制造，并且有助于子电池组的体积和重量效率。
如图1D中最佳所示，接下来将多个电芯36安装到电池组壳体18中，其中每个电芯36均安装到对应的狭槽34中。在一个实施方式中，允许狭槽34中的粘合剂在室温下固化。如图1E中所示，使用自动放置系统将多个汇流条38放置到电芯36上。然后将汇流条38激光焊接到电芯36，以在电芯之间进行电连接。在一个实施方式中，在串联连接的每个子电池组10中包括180个电芯36以提供大约100kWh的功率。在本公开的一个实施方式中，将封装泡沫的液体溶液分配在电芯36之间并使其在室温下固化。这种封装泡沫可以提供从电芯36到冷板16的热传递。如本领域中已知的，通过冷板16引导冷却剂以去除热量。
现在参考图1F，示出了具有装设到电池组壳体18的侧面板26的电池组10。另外，冷却剂配件40、电连接器42和PMU 44被示出为安装在PMU安装座30中。接下来，如图1G中所示，BMU托盘20被示出为装设到电池组壳体18。如图1A和图1G中所示，BMU托盘20包括借助支撑杆48机械连接在一起的多个BMU装设表面46。BMU托盘20限制电芯36在竖直方向上的移动以将电芯36固定就位。
图1H是BMU托盘20和电池组壳体18的分解图。BMU托盘20和电池组壳体18中的至少一者可以由尼龙树脂形成。例如，BMU托盘20可以由尼龙树脂制成，并且电池组壳体18可以由另一种材料制成，反之亦然。而且，BMU托盘20和电池组壳体18两者都可以由尼龙树脂形成。例如，可以使用尼龙66GF-35或与传统塑料相比用于附加刚度的另一类似材料。电池组壳体18中的狭槽34限定单独电池电芯36的底表面与冷板16的上表面之间的间隙52。
在安装BMU托盘20之后，将多个BMU 50装设到BMU托盘20上，如图1I中所示。在一个实施方式中，安装十个BMU 50，每个BMU 50均管理18个单独的电芯36。在一个实施方式中，使用电绝缘粘合垫(未示出)将BMU 50结合到BMU托盘。
图1J示出了安装在侧面板的拐角处的四个拐角支架23和螺栓连接在侧面板26之间的内部支架22。图2提供了剖视立体图。内部支架22增加了电池组10的结构刚度并且限制了BMU托盘20的竖直移动，并因此限制了电芯36的竖直移动。应当理解，在各种实施方式中可以使用更多或更少的内部支架22，并且支架22的位置可以变更。最后，如图3中所示，顶盖24附接到电池组壳体18。
图4是子电池组10的一个实施方式的剖视图。如上所述，多个电芯36经由粘合剂机械地结合到冷板16。在一些实施方式中，狭槽34限定了电芯36的底表面和冷板16的上表面之间的间隙52。在一些实施方式中，间隙52的最大距离为1mm。
现在参考图5，示出了电芯36的特写视图。如图所示，间隙54沿着电芯36的短边56设置在电芯36之间，并且间隙58沿着电芯36的长边59设置。在一个实施方式中，间隙54约为3.5mm，间隙58约为2.0mm。这些间隙54、58适应电芯36的热膨胀。在一个实施方式中，间隙54、58被配置成适应10％的电芯36的最大尺寸膨胀和90％的泡沫层14的最大压缩。
图6是用于组装子电池组10的方法60。首先，在步骤62提供底盖12。然后在步骤64将冷板16定位在底盖12上方。然后在步骤66将具有多个狭槽34的电池组壳体18定位在冷板16上。然后在步骤68将液体粘合剂分配到狭槽34中。在分配液体粘合剂之后，在步骤70，将多个电芯36插入电池组壳体18的狭槽34中。在一些实施方式中，可以在电池电芯36之间分配封装泡沫的液体溶液。
图7示出了安装有一个或多个子电池组82的车辆80。车辆80可以是电池电动或混合动力电动车辆。每个子电池组82均可以与关于图1A至图6讨论的子电池组10相同或基本相似。
应当理解，本公开的变型例可以使用任何尺寸的任何棱柱形电芯。根据本公开的实施方式的子电池组的设计和组装可以使得子电池组的制造成本降低。另外，本公开的实施方式可以通过结合减少数量的结构元件(诸如紧固/接合硬件)来增加子电池组的体积和重量效率。
本公开的范围仅受所附权利要求书的限制，在权利要求书中，除非明确说明，否则以单数形式提及的要素并非指“一个且仅有一个”，而是指“一个或多个”。此外，当权利要求书中使用类似于“A、B或C中的至少一者”的短语时，该短语理应解释为：在一个实施方式中可以仅有A、在一个实施方式中可以仅有B、在一个实施方式中可以仅有C或者在单个实施方式中可以有A、B或C的任意组合，例如，A和B、A和C、B和C或A、B和C。
在本文的详细描述中，提及“一个实施方式”、“实施方式”、“示例性实施方式”等表示所描述的实施方式可能包括特定的特征、结构或特性，但不一定每个实施方式均包括特定的特征、结构或特性。此外，这些短语并不一定指同一个实施方式。
如本文所使用的，术语“包括”、“包含”或其任何其他变型旨在涵盖非排他性的包括，使得包括要素列表的过程、方法、物品或装置不仅包括那些要素，而且可以包括未明确列出的其他要素或此类过程、方法、物品的其他元件或设备所固有的其他要素。
此外，无论本公开中的元件、部件、或方法步骤是否在权利要求中明确叙述，本公开中的任何元件、部件或方法步骤都不打算贡献于公众。除非使用“用于……装置/手段”这一短语明确叙述，否则本文的任何权利要求要素均不得根据《美国法典》第35卷第112(f)条的规定进行解释。如本文所使用的，术语“包括”、“包含”或其任何其他变体理应涵盖非排他性的包括，使得包括一系列要素的过程、方法、物品或设备不只包括这些要素，而是还可能包括未明确列出的或该过程、方法、物品或设备所固有的其他要素。
虽然已结合各种实施方式和实施例描述了本教导，但并不意味着本教导限于这些实施方式或实施例。相反，如本领域技术人员可以理解的，本教导包括各种替代例、变型例和等同例。因此，以上描述和附图仅为实施例。

Claims (20)

1.一种电池组，所述电池组包括：
底盖；
电池组壳体，所述电池组壳体联接到所述底盖，所述电池组壳体具有用于多个单独电池电芯的多个狭槽；
热板，所述热板定位在所述底盖和所述电池组壳体之间；
设置在所述多个狭槽中的粘合剂；以及
分别设置在所述多个狭槽中的所述多个单独电池电芯，所述多个单独电池电芯与所述粘合剂接触。
2.根据权利要求1所述的电池组，所述电池组还包括电池管理单元托盘以及至少一个交叉支架，所述电池管理单元托盘联接到所述电池组壳体，其中，所述至少一个交叉支架连接到第一侧面板和第二侧面板。
3.根据权利要求1所述的电池组，所述电池组还包括被配置为容纳至少一个配件、冷却剂入口和冷却剂出口的端面板。
4.根据权利要求1所述的电池组，所述电池组还包括封装泡沫，所述封装泡沫设置在所述多个单独电池电芯中的相邻电池电芯之间的膨胀间隙中。
5.根据权利要求2所述的电池组，其中，所述电池管理单元托盘和所述电池组壳体中的至少一者由尼龙树脂形成。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的电池组，其中，所述多个单独电池电芯经由所述粘合剂机械地结合到所述热板。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的电池组，其中，所述多个狭槽限定所述多个单独电池电芯的底表面与所述热板的上表面之间的间隙。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的电池组，所述电池组还包括连接到装设至所述电池组壳体的第一侧面板和第二侧面板的至少一个交叉支架。
9.一种组装电池组的方法，所述方法包括：
提供底盖；
将热板定位在所述底盖上方；
将电池组壳体定位在所述热板上，其中，所述电池组壳体包括多个狭槽；
在所述多个狭槽中分配液体粘合剂；以及
将多个单独电池电芯分别安装到所述多个狭槽中。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括将多个汇流条激光焊接到所述多个单独电池电芯上。
11.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括在所述多个单独电池电芯之间分配封装泡沫的液体溶液。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，所述方法还包括将电池管理单元托盘定位在所述电池组壳体上并且将多个电池管理单元结合到所述电池管理单元托盘上。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，所述方法还包括在装设到所述电池组壳体的侧面板之间安装多个交叉支架。
14.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，所述方法还包括将可压缩泡沫垫定位在所述底盖和所述热板之间并且将所述热板螺栓连接到所述底盖。
15.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，所述方法还包括串联连接所述多个单独电池电芯。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，将所述多个电池管理单元结合到所述电池管理单元托盘上包括使用电绝缘粘合垫。
17.一种系统，所述系统包括：
车辆；
安装在所述车辆中的电池组，所述电池组包括：
底盖；
电池组壳体，所述电池组壳体联接到所述底盖，所述电池组壳体具有用于多个单独电池电芯的多个狭槽；
热板，所述热板定位在所述底盖和所述电池组壳体之间；
设置在所述多个狭槽中的粘合剂；以及
分别设置在所述多个狭槽中的所述多个单独电池电芯，所述多个单独电池电芯与所述粘合剂接触并且经由所述粘合剂机械地结合到所述热板。
18.根据权利要求17所述的系统，所述系统还包括封装泡沫，所述封装泡沫设置在所述多个单独电池电芯中的相邻电池单元之间的膨胀间隙中。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述多个狭槽限定所述多个单独电池电芯的底表面与所述热板的上表面之间的间隙。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的系统，所述系统还包括激光焊接到所述多个单独电池电芯上的多个汇流条。
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