CN214706154U - 用于电池组的电池模块和电池组 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于电池组的电池模块和电池组。电池模块(12)包括多个堆叠的电池单元(24)。电池模块由多个模块带(28)保持在一起。使用这种模块带可以有助于满足结构刚度要求并且为电池提供所需的压力，同时有助于使模块的尺寸和重量最小化。此外，通过移除模块带(28)可以容易地重新构造电池模块。

Description

用于电池组的电池模块和电池组
技术领域
本实用新型涉及一种用于电池组的电池模块，并且具体地涉及一种可构造且可容易地维修的电池模块。本实用新型还涉及用于将保持电池组中的电池模块的技术。本实用新型特别但不排他地应用于在诸如电动车辆或混合动力电动车辆、建筑设备等的移动应用中使用的电池组。
背景技术
电动车辆和混合动力电动车辆(例如小汽车、公共汽车、货车和卡车)通常使用电池组，这种电池组被设计成具有高安培-小时容量，以便在持续的时间段内提供电力。电池组通常包括串联和并联连接以实现总电压和电流要求的大量单独电化学电池。为了有助于制造、组装和维修，电池组中的电池可以被分组成模块。模块可以包括支撑结构和用以管理电池充电和放电的电池管理单元。
为了有助于包装效率，一些已知的电池模块使用软包电池(pouch cell)。软包电池以相对薄且大致扁平的包袋的形式提供能量密集的电存储。通常，多个软包电池在支撑结构内部堆叠在一起以形成电池模块。模块中的电池串联和并联连接以实现目标电压。这通常通过将端子区块焊接到电池端子并且将母线连接到端子区块以实现所需的构造来实现。
实际上，可能希望生产可用于各种不同应用的电池组。因此，可能希望生产可被重新构造以实现不同目标电压的电池模块。然而，现有的电池模块不容易重新构造以实现不同的输出电压。
在电池组的使用期间，电池中的一个可能被损坏或以其他方式受损。在现有的电池组中，这通常需要更换整个模块。然而，这在成本和材料使用方面可能是低效的。
用于电动车辆应用的电池组在使用期间倾向劣化，并且通常被设计为大约十年的寿命。当电池组不再满足电动车辆性能标准时，它们可能需要被更换。然而，更换的电池组可以在第二寿命(通常是静止的)应用中重复使用。这可以减少浪费的量并有助于降低拥有成本。
在第二寿命应用中重复使用电池组之前，可能需要对其进行翻新，因为不同的电池可能以不同的速率劣化。然而，现有的电池组通常不是在考虑第二使用应用的情况下构造的。因此，现有的电池组不容易重新构造或翻新以用于第二寿命应用。
因此，期望提供一种电池模块，该电池模块可容易地构造以实现不同的目标电压。还希望提供一种电池模块，该电池模块易于维修，并且可以容易地翻新以用于第二寿命使用。此外，期望提供一种电池模块，该电池模块可以帮助减小电池组体积和重量。
实用新型内容
根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于电池组的电池模块，该电池模块包括多个堆叠的电池单元，其中，电池模块由多个模块带保持在一起。
使用这种模块带的优点是，可以容易地组装模块。例如，可以通过将电池单元堆叠在一起、将端板添加到堆叠、压缩堆叠、然后在堆叠处于压缩状态的同时添加模块带来组装模块。这还可以提供的优点是，模块带可以保持电池单元的堆叠处于压缩，这可以帮助确保向电池施加适当的压力，同时使电池模块的尺寸和重量最小化。此外，可以容易地通过移除模块带来重新构造电池模块。一旦已经重新构造模块，就可以压缩该模块并且添加新的模块带。
优选地，模块带向电池模块施加压缩力。例如，模块带可以处于张力下。这可以帮助维持模块的尺寸和形状，并且可以压缩电池之间的泡沫膨胀衬垫以确保向电池施加适当的压力。
电池模块可以包括电池单元的堆叠和至少一个端板。优选地，设置两个端板，在电池单元的堆叠的每一端处各有一个端板。端板可以用作结构支撑件，以帮助维持电池模块的尺寸和形状。此外，端板可以用于向电池单元中的软包电池施加压力。
优选地，电池模块包括电池单元的堆叠和两个端板，并且模块带绕过每个端板。这可以帮助将电池单元的堆叠和端板保持为期望的形状，同时使电池模块的尺寸和重量最小化。端板可以包括定位特征，例如凹部，其可以用于定位模块带并帮助防止它们的移动。
电池模块还可以包括位于各个电池单元之间的膨胀衬垫。膨胀衬垫可以是例如一层可压缩的泡沫。这可以帮助确保当电池模块被压缩时向电池施加适当的压力。这可以有助于延长电池的寿命。
模块带可以由金属制成，例如钢，或者由任何其它适当的材料制成，例如基于纤维或塑料的材料。模块带可以被设置为在模块处于压缩状态的同时围绕模块包绕的条带。然后，条带的端部可以例如通过压接或任何其它合适的紧固方法紧固在一起。在一个实施方式中，使用三个模块带，不过可以替代地使用诸如两个、四个、五个或任何其它数量之类的另一数量的模块带。优选地，在相邻的模块带之间留有间隙。
优选地，每个电池单元包括软包电池和电池盘。使用软包电池可以帮助提供能量密集的电存储。
优选地，电池盘包括围绕软包电池的边缘的电池框架。这可以有助于支撑软包电池，同时使重量最小化。此外，在通过压缩泡沫向软包电池施加压力的情况下，使用围绕软包电池的边缘的电池框架可以帮助确保向堆叠中的所有软包电池均匀地施加压力，并且可以帮助防止泡沫的过度压缩。这进而可以帮助延长软包电池的寿命。
每个电池单元还可以包括被布置成夹紧软包电池的电池盖。因此，软包电池可以被夹紧在电池框架和电池盖之间。这可以便于组装，并且还可以允许电池单元容易地拆卸。优选地，电池盖沿着电池单元的一个边缘(例如与电端子相同的边缘)设置，不过其它布置也是可能的。
电池单元优选地被布置成使得它们可以被拆卸。例如，可以通过将电池框架与电池盖分离来拆卸电池单元。这可以允许容易地更换电池单元的部件。例如，如果单个软包电池已经失效，则可以更换该软包电池而不需要更换整个模块。
优选地，每个电池单元具有电端子。电端子可以包括端子区块，该端子区块可以用于例如使用母线以所需的串联和/或并联构造连接电池单元。端子区块优选地例如通过焊接附接到软包电池的电端子。在电池单元包括电池盖的情况下，则电池盖可以被布置成将端子区块夹紧在电池盖与电池盘之间。这可以便于组装不同类型的电池单元。
优选地，端子区块包括用于可移除地连接电连接器例如母线的孔。孔可以是带螺纹的，以便接收带螺纹的销。这可以便于电池模块的连接和/或重新构造。
电池模块还可以包括用于电连接多个电池的母线单元。母线单元可以包括多个母线。母线可以例如被层压在多层绝缘片之间。这可以便于以所需的串联和/或并联构造连接电池模块。此外，通过改变母线单元和/或电池单元的堆叠顺序，可以容易地实现电池模块的重新构造。
优选地，母线单元是可更换的，以便重新构造电池模块。因此，可以通过用具有不同构造的母线的不同母线单元替换母线单元来重新构造电池模块，以便重新构造电池单元的电连接。
因此，将理解，多个电池单元可以使用母线单元串联和/或并联连接，并且模块可以被布置成使得可以通过改变电池单元的堆叠顺序和/或母线来改变串联和/或并联连接。这可以允许比先前的布置更容易地重新构造电池模块，先前的布置通常涉及断开和重新连接焊接接头。
电池单元优选地被布置成使得它们仅可以在一个定向上堆叠。例如，每个电池单元可以包括定位特征，例如位于一侧的突起和位于另一侧的凹部，其中位于一侧的突起被布置成与相邻电池单元中的对应凹部接合。这可以帮助确保电池单元仅可以以正确的定向堆叠，这有助于确保仅可以进行正确的电连接。
在优选实施例中，电池模块包括被布置成定位电池模块并且限制其移动的特征。例如，电池模块可以包括被布置成接收定位销的多个孔口。在电池模块包括电池单元的堆叠和两个端板的情况下，孔口可以设置在端板中。这可以避免在电池模块的其它部件中提供定位特征的需要，并且因此可以帮助提供紧凑且轻质的模块。
所述孔口可以包括至少一个孔，所述至少一个孔被布置成与定位销配合以限制所述模块在两个(垂直)方向上的移动。孔口还可以包括至少一个狭槽，该狭槽被布置成与定位销配合以限制在两个方向中的一个方向上的移动并且允许在另一个方向上的移动。这可以允许电池模块中存在一些公差，例如由于电池单元的堆叠的轻微变化引起的公差。此外，这可以允许模块的尺寸在使用期间例如由于软包电池的膨胀而发生一些膨胀或减小。
电池模块还可以包括用于与支撑销接合的衬垫。这可以帮助确保模块在竖直方向上正确地定位，同时允许在水平方向上存在一些公差或膨胀。所述衬垫可以设置在端板上。
上述布置可以帮助确保模块比在其它情况下更精确的定位。精确的模块定位可有助于确保冷却系统上的均匀压力，降低压降的风险，并且可有助于在模块放置方面实现更好的灵活性。
电池模块可以被布置成与用于夹紧电池模块的夹紧装置一起使用。在一个实施方式中，夹紧装置包括：用于向电池模块施加夹紧力的装置，优选地使得电池模块维持与冷却系统接触；以及用于支撑电池模块的支撑装置。支撑装置可以包括压缩止动件。这可以允许电池模块维持与冷却系统热接触，同时确保任何附加力通过支撑装置而不是通过冷却系统传递。压缩止动件可以例如呈定位销上的肩部的形式。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种电池组，该电池组包括：
上述形式中的任一种的电池模块；
用于向所述电池模块施加夹紧力的装置；以及
用于支撑电池模块的支撑装置。
在一个实施方式中，电池组包括框架和多个横向构件。横向构件可以设置在电池模块的任一侧，或者设置在一排电池模块上。在这种情况下，夹紧装置可以包括附接到两个相邻的横向构件(优选地，在电池模块的任一侧的横向构件)的夹紧板。所述夹紧板可以被布置成向所述电池模块施加夹紧力。这可以帮助确保向电池模块施加均匀的压力，从而帮助确保与冷却系统的均匀接触。此外，通过将模块夹紧板附接至相邻的横向构件，可以提高电池组的结构刚度。这可以允许电池组具有比在其它情况下更轻的重量。不连接横向构件的模块夹具将不会像这种设计那样有助于电池组刚度。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式描述本实用新型的优选特征，在附图中：
图1示出了电池组的概略图；
图2示出了电池模块的部件；
图3是电池模块的分解图；
图4更详细地示出了电池单元的部件；
图5A和图5B示出了具有两种不同构造的电池单元的示例；
图6示出了具有堆叠在一起的多个电池单元的电池模块的部件；
图7示出了如何使用层压母线连接电池模块；
图8示出了模块夹紧组件的基本原理；
图9示出了模块夹紧板的示例；
图10是穿过模块夹紧组件的一部分的横截面图；
图11更详细地示出了夹紧组件的部件；
图12A和图12B示出了可以与电池组一起使用的横向构件的示例；
图13示出了模块和模块夹具处于适当位置的电池组的部件；
图14A和图14B示出了定位销和支撑销的示例；
图15示意性地示出了定位销和支撑销相对于电池模块的位置；
图16示意性地示出了模块的底部中的用于接收定位销的孔；
图17示出了电池模块的底部；以及
图18示意性地示出了夹紧装置的部件。
具体实施方式
电池组
图1示出了本实用新型的实施方式可以与其一起使用的一种类型的电池组。图1的电池组被设计成与电动车辆和混合动力车辆一起使用，特别是在例如公共汽车、卡车、货车、建筑设备等大马力应用中使用。然而，本实用新型的原理可以应用于在任何合适的应用中使用的任何类型的电池组。
参考图1，电池组10包括多个电池模块12、多个冷却板14、横向构件15、电池管理系统16、模块保持器18、环绕框架20、顶部面板21和底部面板22。在该示例中，十五个电池模块12被设置成五排，每排三个模块。每排的三个电池模块12位于对应的冷却板14上。冷却板14是中空的以允许冷却剂流动。横向构件15设置在电池模块的排之间。电池管理系统16位于电池组的一端处。在组装状态下，横向构件15附接到环绕框架20并且从一侧到另一侧跨越框架。顶部面板21和底部面板22分别附接到框架20和横向构件15的顶部和底部。电池模块12、冷却板14、电池管理系统16和保持器18容纳在框架20和面板21、22内部。模块保持器18用于将电池模块12和其它部件保持在适当位置。
如下面将讨论的，本实用新型的实施方式涉及电池模块组件，该电池模块组件是可构造的、容易维修的，并且其有助于确保结构刚性和模块约束。
电池模块
图2示出了本实用新型的一个实施方式中的电池模块的部件。参考图2，在该示例中，电池模块12包括并排堆叠在一起的二十四个电池单元24。电池单元24串联和/或并联电连接以实现电池组目标电压。端板26设置在模块的每一侧。电池单元24和端板26通过钢带28保持在一起。可移除的盖30设置在模块的一端。电池管理单元与模块12集成，以监测和管理电池充电和电池操作的其它方面。
图3是电池模块的分解图。参照图3，电池模块12通过将多个电池单元24堆叠在一起而形成。在相邻的电池单元之间设置压缩泡沫膨胀衬垫36。每个电池单元24为保持在电池盘34内的软包电池32的形式。在该示例中，电池盘34由诸如热塑性塑料之类的塑性聚合物材料制成。每个电池单元24包括电端子区块38，该电端子区块用于与软包电池32进行电连接。每个电池单元24还具有冷却片40，该冷却片用于将热量使从软包电池32传导走。在图3中，冷却片40设置电池的后侧。每个冷却片包括围绕电池的底部延伸的突片41。突片41被设计成接触冷却板，以便将热量从电池传导走。冷却片40由导热材料制成，例如铝或石墨。在冷却片上设置导热电绝缘膜。
在图3的布置中，层压母线42用于电连接各个电池单元24。层压母线42借助于导电销44连接到电池单元24。销44穿过母线42中的孔并进入电池单元的端子区块38中的对应孔中，以便在两者之间提供电连接和机械连接。层压母线42包括电导体，该电导体以所需的串联和/或并联连接来连接电池单元24，以实现目标电压。层压母线42还连接到正极和负端子45，该正极和负端子提供到电池模块和来自电池模块的电连接。
图3中还示出了统一电池管理单元46。该电池管理单元46用于监测和管理电池充电和电池操作的其它方面。电池管理单元46设置在电路板上，该电路板经由电绝缘阻挡板48安装在层压母线42上。多个温度传感器和电压传感器设置在层压母线42上，并且由电池管理单元46使用以监测电池温度和电压。电池管理单元46由可移除的盖30保护。可移除的盖30由塑性聚合物材料制成，例如热塑性塑料。
为了组装电池模块，将各个电池单元24(包括软包电池32、电池盘34、端子区块38、冷却板40和电池盖50)堆叠在一起，其中导热泡沫膨胀衬垫36位于各个相邻电池单元之间。电池盘包括定位特征，使得电池单元仅能够在一个定向上堆叠。然后将端板26添加到电池单元的堆叠的每一侧。然后将电池单元的堆叠压缩到所需压力。这确保泡沫膨胀衬垫36向每个软包电池32提供所需压力。当电池堆叠保持在压力下时，将钢带28围绕电池的堆叠放置。端板包括用于定位钢带的凹部。然后将钢带的端部压接在一起。因此，钢带确保抵靠模块中的电池维持所需压力，并且维持电池模块的尺寸和形状。
可构造性
电池模块和/或电池组的目标电压可以根据应用而变化。然而，现有的电池模块往往以单个目标电压来生产。通常，电池模块具有焊接到模块中的电池的母线。已经发现，这样的电池模块可能难以重新构造以实现不同的输出电压。
在本实用新型的实施方式中，电池模块被设计成允许改变模块的串联/并联连接。这可以允许改变模块的目标输出电压，以实现目标电池组电压。
图4更详细地示出了电池单元的部件。参考图4，电池单元24包括软包电池32、电池盘34、端子区块38、冷却片40和电池盖50。软包电池32是设置在包袋中的电化学电池(通常为锂离子电池)。这种软包电池是可商购的，因此不作进一步描述。端子区块38由导电材料如铜制成，并用于与软包电池32进行电连接。端子区块38例如使用超声波焊接而焊接到电池端子37。电池盘34框住软包电池32，并用于将软包电池保持在适当位置。电池盘34由塑性聚合物材料例如热塑性塑料制成。冷却片40附接到电池盘34以便接触软包电池32。冷却片40由诸如铝或石墨之类的导热材料制成。在冷却片由金属材料制成的情况下，其可以涂覆有高电压绝缘膜。冷却片40包括围绕电池盘34的底部延伸的突片41。突片41被设计成接触冷却板以便将热量从电池传导走。电池盖50附接到电池盘34，使得端子区块38和软包电池32的顶部被夹紧在电池盖和电池盘之间。电池盖可以使用热熔而附接到电池盘34，但是可以替代地使用诸如塑料铆钉之类的其它技术。
在本实用新型的实施方式中，提供了两种不同类型的电池单元24。在第一种类型中，电池单元的正端子和负端子被布置成第一构造，并且在第二种类型中，电池单元的正端子和负端子被布置成第二构造。
图5A和图5B示出了具有两种不同构造的电池单元24的示例。在每种情况下，端子区块38设置在软包电池32的顶部上，夹在电池盘34和电池盖50之间，并且附接到软包电池32的端子。然而，图5A和图5B的电池单元的不同之处在于，正端子和负端子在电池的相反侧。因此，在图5A的布置中，电池单元24的正端子在电池的左手侧，而其负端子在电池的右手侧。另一方面，在图5B的布置中，电池单元24’的负端子在左手侧，而其正端子在右手侧。
另外，在图5A和图5B的布置中，两个电池单元具有不同类型的端子区块。这两种类型的不同之处在于用于连接到层压母线的电触头的位置。在如图5A所示的第一种类型的电池单元中，端子区块38具有朝向电池单元的外边缘的电端子39。另一方面，在如图5B所示的第二种类型的电池单元中，端子区块38’具有比第一种类型的情况下更靠近电池单元的中心的电端子39’。如果需要，电池盘34可以具有不同的颜色或者以其它方式被标记以指示它们具有哪种构造的电端子。
图6示出了电池模块的部件，其中两种构造中的每一种的多个电池单元堆叠在一起。参照图6，可以看出，电池的电端子被布置成总共四排。在图6中，从上到下：第一排包括第一种类型的电池单元24的正端子；第二排包括第二种类型的电池单元24’的负端子；第三排包括第二种类型的电池单元24’的负端子；第四排包括第一种类型的电池单元24的负端子。通过将第二种类型的电池的电端子设置得比第一种类型电池的电端子更朝向中心，在各个正端子和负端子之间维持了足够的电隔离。
电池单元还包括定位特征51，该定位特征确保它们仅可以在一个定向上堆叠。特别地，每个电池单元包括位于一侧的突起和位于另一侧的凹部，其中位于一侧的突起被布置成与相邻电池单元中的对应凹部接合。这确保了单元不会被错连。
上述布置的优点在于，易于以所需的串联和并联构造连接各种电池。例如，相同类型的两个相邻电池单元可以容易地并联连接，因为它们的正端子和负端子都彼此相邻。此外，两个(或更多个)相邻的相反类型的电池单元可以容易地串联连接，因为第一种类型的正端子与第二种类型的负端子相邻，反之亦然。
图7更详细地示出了如何使用层压母线连接电池模块中的电池。参照图7，层压母线42借助于导电销44连接到电池单元24。该销穿过母线42中的孔，并进入电池单元的端子区块中的对应孔。销的端部带有螺纹并与端子区块中的孔中的螺纹接合。
图7的层压母线包括保持在塑料片之间的多个母线。在图7的示例中，母线被布置成并联地连接相同类型的两个相邻的电池单元。母线还布置成通过在整个模块中将一对的正端子连接到相邻对的负端子，将该对的负端子连接到下一对的正端子等等，来串联地连接各个(并联连接的)对的电池单元。因此，实际上，成对的电池单元在整个模块中以Z字形连接。模块端子位于母线的每一端处。
所述的布置允许容易地重新构造模块以实现不同的电压和/或容量要求。例如，如果希望串联连接所有电池以增加模块电压，则这可以通过使每种类型的电池单元中的单个电池单元交替来实现。另一方面，如果期望降低电压(并增加容量)，则可以设置彼此相邻并且并联连接的三个或更多个相同类型的电池单元。因此，例如，模块可以连接成：二十四个电池串联连接；一对中的电池并联，并且十二对电池串联；三个电池并联为一组，并且八组电池串联；等等。在每种情况下，改变层压母线以在电池之间实现适当连接。
因此，将理解，通过改变电池单元的堆叠顺序和层压母线设计，可以容易地重新构造模块。
可维修性
在电池组的使用期间，电池中的一个可能被损坏或以其他方式受损。此外，用于电动车辆应用的电池组往往在使用期间劣化，并且通常被设计为大约十年的寿命。当电池组不再满足电动车辆性能标准时，其通常包括维持80％的总可用容量，它们可能需要被更换。然而，电池组仍可用于二次寿命应用中，其中电池组通常保持静止。
通过上述模块化设计，可以将模块维修到电池水平。因此，例如，已经受损的各个电池可以被更换而不需要更换整个模块。
此外，上述模块化设计可以使得更容易将模块重新用于第二寿命使用。因此，一旦模块不再满足电动车辆性能标准，它就可以容易地被拆解到电池水平。这可以简单地通过移除金属带来实现。然后，电池可被重新组装以用于其它(通常静止的)电存储应用。这可以减少废料的量并有助于降低拥有成本。
模块带
上述模块设计使用模块带和端板来满足结构刚度要求并为电池提供所需压力，同时有助于使模块的尺寸和重量最小化。
模块带的主要功能是保持模块的形状和尺寸，并将泡沫膨胀衬垫压缩至所需压力。以这种方式向电池施加外部压力可对电池的操作具有显著益处。特别地，施加压力可以使电池容量增加并且使放电欧姆电阻减小。
模块带还允许模块容易地拆卸以用于维修或重新利用电池。拆卸的模块可以容易地通过应用新的金属带来重新组装。
在优选实施例中，模块带由诸如钢之类的金属制成。然而，也可以使用其它材料，例如塑料或基于纤维的材料。
模块夹紧
当电池模块被组装在电池组中时，必须确保它们被适当地保持并且维持与冷却板的最佳接触。
在本实用新型的实施方式中，模块夹紧板用于将电池模块固定在电池组中。模块夹紧板附接到电池组横向构件，该横向构件横跨图1所示的环绕框架20的宽度。模块夹紧板还连接相邻的横向构件以增加结构的刚性。模块夹紧板利用横向构件和模块夹具之间的设计好的间隙，通过支撑泡沫施加所需的压缩力，以便使模块冷却片与冷却板的热接触最佳。环氧树脂涂层可以用于模块夹紧板与模块的电绝缘。
图8示出了模块夹紧组件的基本原理。参照图8，夹紧组件包括模块夹紧板52、电池组横向构件15、间隙衬垫54、定位销56、冷却板14、冷却板支撑泡沫58和电池组底部面板22。图8中还示出了电池模块12和电池组顶部面板21。
在图8的布置中，模块夹紧板52在每一侧连接到电池组横向构件15。这将向下的压力施加到电池模块12。该向下的压力中的一些从电池模块12通过间隙衬垫54被施加到冷却板14的顶部。反向压力从底部面板22通过支撑泡沫58被施加到冷却板上的底部。电池模块12位于定位销56上。定位销56连接到底部面板22，并穿过冷却板14中的孔。定位销56的顶部与电池模块12的底部中的孔接合。定位销包括用作压缩止动件的肩部。这限制了被施加到冷却板的负载。其余的负载通过定位销58被施加到底部面板22。
图9示出了本实用新型的实施方式中的模块夹紧板的示例。参照图9，夹紧板52基本上是扁平的，并且具有比电池模块12的顶部的尺寸稍大的尺寸。在夹紧板中设置狭槽60以允许空气流动并减小重量。夹紧板包括允许夹紧板连接到电池组横向构件的孔62、63。在该示例中，夹紧板52由具有高强度重量比的金属制成，例如铝合金。施加环氧树脂涂层用于电绝缘。
图10是穿过模块夹紧组件的一部分的横截面，示出了模块夹紧板如何连接到横向构件。参考图10，模块夹紧板52经由模块夹紧衬套64附接到横向构件15。模块夹紧板52使用螺栓65附接到模块夹紧衬套64。模块夹紧衬套64使用螺栓66附接到横向构件15，螺栓66穿过衬套64中的孔并进入横向构件15的顶部的螺纹孔。图11更详细地示出夹紧组件围绕夹紧衬套的部分。
在图10和图11的布置中，模块和模块夹紧组件的尺寸使得在衬套64和横向构件15之间留有小间隙68。该小间隙确保夹紧板52能够向模块12施加向下的压力。向下压力的量可以通过调节横向构件15的加工高度来重新构造。在组装期间，所需的压力可以通过将螺栓拧紧到所需的扭矩来实现。
图12A和图12B更详细地示出了可以用于如图1所示的电池组的两种类型的横向构件。参考图12A和图12B，横向构件15、15’具有大致开放的结构，并且被设计成在使重量最小化的同时为环绕框架20提供刚性。横向构件包括用于将横向构件连接到环绕框架的螺栓孔和用于将电池面板连接到横向构件的螺栓孔。横向构件还包括用于图10和图11中所示的衬套64的安装点。
图13示出了模块和模块夹具处于适当位置的电池组的部件。参考图13，模块夹紧板52被放置在每个电池模块12上面并且以上述方式附接到横向构件15。
上述夹紧布置可以允许均匀的压力通过电池模块12被施加到冷却板14。这可以帮助确保模块内的电池的均匀冷却，这可以帮助延长模块的寿命。此外，已经发现，通过使用模块夹紧板52连接电池组横向构件15，可以改善电池组的结构刚度。特别地，连接横向构件可以改善电池组的扭转刚度，这可以帮助防止电池组在使用中扭曲。
在模块夹紧板和横向构件之间的夹紧布置中设计有间隙，以便施加压缩力，从而确保模块和冷却板之间的热接触压力。
模块约束
当电池模块组装在电池组中时，必须确保它们被适当地定位，它们被约束并且维持与冷却板的最佳接触。然而，在使用期间电池的膨胀和公差累积可能使这难以实现。
返回参考图8，夹紧组件包括定位销56，该定位销用于将电池模块定位在电池组中。定位销56附接到底部面板22并穿过冷却板14中的孔。定位销56的顶部与电池模块14的底部中的孔接合。
在一个实施方式中，使用三个定位销和一个支撑销来定位和支撑每个模块。图14A和图14B分别示出了定位销和支撑销的示例。
参考图14A，定位销56包括基部部分70、销部分72和肩部74。基部部分70的底部被设计成装配到电池组底部面板22中的浅孔中。基部部分70的顶部被设计成穿过电池组冷却板14中的孔。销部分72被设计成装配到电池模块12中的孔或狭槽中。电池模块中的孔或狭槽的尺寸被设计成使得电池模块位于定位销的肩部74上。
参考图14B，支撑销76包括基部部分78和销部分80。基部部分78的底部被设计成装配到电池组底部面板22中的浅孔中。销部分80的顶部处于与定位销56的肩部74大致相同的高度(相对于底部面板22)。
图15示意性地示出了定位销和支撑销相对于电池模块的位置。参考图15，每个定位销56位于电池模块的三个拐角中的一个处。支撑销76位于电池模块的第四拐角处。电池模块相对于销的位置由虚线示出。
图16示意性地示出了设置在模块的底部中以接收定位销的孔。在图16中，x方向是沿着电池组的纵向方向，y方向是横穿电池组的横向方向，z方向是在电池组内的竖直方向。参照图16，模块包括一个圆孔80和两个长圆孔或长槽孔82、83。圆孔80用作位置约束装置，以约束电池模块在x和y方向上的移动。长槽孔82用于约束电池模块在y方向上的移动，但允许在x方向上的一些移动。这允许电池模块中具有一些端对端的公差。长槽孔83用于约束电池模块在x方向上的移动，但允许在y方向上的一些移动。这允许电池模块中具有一些侧对侧的公差。图16还示出了设置在电池模块12的底部上的衬垫84。衬垫84被设计成搁置在支撑销76上。这有助于确保电池模块在冷却系统上的均匀压缩。
图17示出了一个实施方式中的电池模块的底部。参照图17，电池模块12包括由钢带28保持在一起的电池单元24的堆叠和两个端板26。圆孔80和长槽孔82设置在端板26中的一个中。长槽孔83和衬垫84设置在另一个端板26上。
上述布置有助于改善模块和冷却系统之间的导热性，并且还允许电池的膨胀和公差累积。
图18是夹紧装置的部件的示意图，示出了如何通过定位销施加动态负载。参考图18，定位销56(和支撑销76)附接到电池组底部面板22。面板22主要由碳纤维面板构成。电池模块12位于定位销56和支撑销76上，所述定位销和支撑销穿过冷却系统中的孔。模块12被上述模块夹紧板向下推动。模块通过夹具的力F停止在定位销56和支撑销76上。在模块下方，从顶部到底部有导热衬垫(间隙衬垫)54、冷却板14和支撑泡沫58。支撑泡沫58附接到底部面板22。支撑泡沫将负载从冷却板14分配到底部面板，以便不损坏冷却板。冷却泡沫还提供冷却板与底部面板之间的热绝缘。
在上述布置中，由电池模块施加到冷却板的负载量可以基于冷却泡沫的厚度的选择以及泡沫的性质例如泡沫材料及其压缩曲线来调节。因此，施加到冷却板的压力是充分压缩泡沫(和间隙衬垫)以使电池模块12搁置在定位销56的肩部上和支撑销76上所需的压力。该压力被选择为足够大以确保模块和冷却板之间的良好热接触，但足够小以避免使冷却板变形。任何附加的力通过定位销和支撑销而不是通过冷却板传递。因此，如果动态负载通过电池组的冲击或其它运动产生，则该动态负载将通过销而不是冷却系统传递。
上述布置的优点在于，冷却板可以比在其它情况下制作的更轻和更薄，因为它不吸收动态负载。此外，可以避免冷却板的变形，否则由于动态负载可能发生冷却板的变形。此外，单个冷却板可以用于一排电池模块，而不是为每个模块提供单独的冷却板。这可以导致冷却系统的重量的进一步降低和/或冷却剂流动的改进，从而导致冷却效率的改进。
在该实施方式中，底部面板22用作用于可更换电池模块的反向夹紧部件。电池模块位于销和衬垫上，这导致电池模块冷却片和冷却板界面之间的均匀压力分配。精确的模块定位有助于将冷却板保持在相同的水平，有助于避免冷却系统中的压降。此外，上述布置有助于实现车辆中的电池放置关于系统中的其它组的更好的灵活性。

Claims (19)

1.一种用于电池组的电池模块，所述电池模块包括多个堆叠的电池单元，其特征在于，所述电池模块由多个模块带保持在一起。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述模块带向所述电池模块施加压缩力。
3.根据权利要求1或2所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块包括电池单元的堆叠和两个端板，并且所述模块带绕过每个端板。
4.根据权利要求1或2所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块还包括位于各个所述电池单元之间的膨胀衬垫。
5.根据权利要求1或2所述的电池模块，其特征在于，每个电池单元包括软包电池和电池盘。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其特征在于，所述电池盘包括围绕所述软包电池的边缘的电池框架。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其特征在于，每个电池单元还包括被布置成夹紧所述软包电池的电池盖。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其特征在于，所述电池单元能够通过将所述电池框架与所述电池盖分离而被拆卸。
9.根据权利要求5所述的电池模块，其特征在于，每个电池单元具有电端子，所述电端子包括端子区块。
10.根据权利要求9所述的电池模块，其特征在于，所述端子区块包括用于以可移除的方式连接电连接器的孔。
11.根据权利要求1或2所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块还包括用于电连接所述多个堆叠的电池单元的母线单元，所述母线单元包括多个母线。
12.根据权利要求11所述的电池模块，其特征在于，所述母线单元包括层压在电绝缘材料的片材之间的多个母线。
13.根据权利要求11所述的电池模块，其特征在于，所述母线单元是可更换的，以便重新构造所述电池模块。
14.根据权利要求1或2所述的电池模块，其特征在于，所述多个堆叠的电池单元使用母线单元串联和/或并联连接，并且所述电池模块被布置成使得能够通过改变所述电池单元和/或所述母线的堆叠顺序来改变所述串联和/或并联连接。
15.根据权利要求1或2所述的电池模块，其特征在于，所述电池单元被布置成使得它们仅能够在一个定向上堆叠。
16.根据权利要求1或2所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块包括被布置成接收定位销的多个孔口。
17.根据权利要求16所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块包括电池单元的堆叠和两个端板，并且所述孔口设置在所述端板中。
18.根据权利要求16所述的电池模块，其特征在于，所述孔口包括至少一个孔和至少一个狭槽，所述至少一个孔被布置成与定位销配合以限制所述电池模块在两个方向上的移动，所述至少一个狭槽被布置成与定位销配合以限制在所述两个方向中的一个方向上的移动并且允许在另一个方向上的移动。
19.一种电池组，其特征在于，所述电池组包括根据权利要求1或2所述的电池模块、用于向所述电池模块施加夹紧力的装置以及用于支撑所述电池模块的支撑装置。
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