电动车辆的电池组的制作方法

本专利申请是2015年12月30日申请的名为“电动车辆的电池封装和嵌件模制(BATTERY PACKAGING AND INSERT MOLDING FOR ELECTRIC VEHICLES)”的第62/272,712号美国专利申请的非临时申请并主张其优先权，其中第62/272,712号美国专利申请与以下共同转让的专利申请相关。这些申请中的每一个以引用方式并入本文中：

2015年12月30日申请的名为“电动车辆的电池封装和嵌件模制(BATTERY PACKAGING AND INSERT MOLDING FOR ELECTRIC VEHICLES)”的第62/272,711号美国专利申请。

2015年12月30日申请的名为“电动车辆电池组的集成母线和电池连接(INTEGRATED BUSBAR AND BATTERY CONNECTION FOR ELECTRIC VEHICLE BATTERY PACKS)”的第62/272,713号美国专利申请。

2015年12月30日申请的名为“电动车辆电池组的智能充电系统(SMART CHARGING SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE BATTERY PACKS)”的第62/272,714号美国专利申请。

技术领域

本申请涉及一种电池组，尤其是一种用于电动车辆的电池组。

背景技术：

电动车辆使用由可再充电电池组中所存储的电能供电的一个或更多个电动机。锂基电池通常因其高功率和能量密度而被选择。为了确保电动车辆高效地且安全地工作，电池组的温度必须维持在规定的最佳温度范围内。电动车辆的冷却剂系统可物理地延伸到电池组以移除过量的热，因而延长电池组的使用寿命并延长一次充电可行驶的距离。

随着电动车辆日益普及，制造过程的效率将变得更重要。在提高电池组的可靠性和安全性的同时降低电池组的制造成本的过程和装置将是满足消费者需求的关键所在。具体来说，需要这样的过程和装置：它们确保各个电池单元之间的可靠电连接、高效地冷却电池组且有助于将数千个单独电池单元组装为可在必要时安装和替换的模块化电池组的制造过程。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种电动车辆的电池组，其特征在于，所述电池组包括：

多个电池单元，被布置成至少第一行和第二行，其中所述第一行平行于所述第二行；

冷却剂回路，包括至少一条通道，液体可流过所述至少一条通道，其中冷却剂管在所述第一行与所述第二行之间延伸；以及

导热垫，包括第一侧和第二侧，其中所述导热垫的所述第一侧被形成为与所述冷却剂回路相吻合，并且所述导热垫的所述第二侧被形成为与所述第一行的弯曲部分相吻合。

如上所述的电池组，其中所述导热垫包括第一导热垫，所述电池组还包括第二导热垫，所述第二导热垫包括第一侧和第二侧，其中所述第二导热垫的所述第一侧被形成为与所述冷却剂回路相吻合，并且所述第二导热垫的所述第二侧被形成为与所述第二行的弯曲部分相吻合。

如上所述的电池组，还包括覆盖所述冷却剂回路的隔热带。

如上所述的电池组，其中所述导热垫的所述第一侧是大体平坦的。

如上所述的电池组，其中所述导热垫的所述第二侧包括多个半圆形切口。

如上所述的电池组，其中所述半圆形切口的半径与所述多个电池单元中的每一个电池单元的半径大体相同。

如上所述的电池组，其中所述多个电池单元中的单个电池单元与所述导热垫的所述多个半圆形切口中的单个半圆形切口配合。

如上所述的电池组，其中所述导热垫包括热导体。

如上所述的电池组，还包括模制嵌件，其中所述模制嵌件包围所述多个单元和所述冷却剂回路，以使得所述多个单元和所述冷却剂回路相对于彼此而固定。

如上所述的电池组，其中：

所述多个电池单元还被布置成邻近于所述第一行的第三行；

所述冷却剂回路弯曲以邻近于所述第一行并邻近于所述第三行；并且

所述导热垫插入在所述冷却剂回路与所述第一行之间，并且所述导热垫插入在所述冷却剂回路与所述第三行之间。

本实用新型所提供的电池组确保各个电池单元之间的可靠电连接、高效地冷却电池组且有助于将数千个单独电池单元组装为可在必要时安装和替换的模块化电池组。

附图说明

可参照本说明书的剩余部分和附图来进一步理解本实用新型的性质和优点，其中相同附图标记在若干附图中用于表示类似组件。在一些情形下，子标记与附图标记相关联以表示多个类似组件中的一个。当参照附图标记而没有具体指定现有子标记时，希望表示所有这些多个类似组件。

图1图示根据一些实施例的具有可再充电电池系统的电动车辆的简化图。

图2图示根据一些实施例的可用于电动车辆中的锂基电池。

图3图示根据一些实施例的具有冷却剂回路的电池组。

图4图示设置在电池单元的邻近的两行之间的冷却剂回路的俯视图，其中冷却剂回路具有与电池单元相吻合的垫。

图5图示具有导热垫的冷却剂回路，其中导热垫被形成为与电池单元相吻合。

图6图示具有导热垫的冷却剂回路，其中冷却剂回路被形成为缠绕在电池单元的邻近行周围。

图7A图示具有导热垫的冷却剂回路，其中导热垫缠绕在电池单元的邻近行周围。

图7B图示根据一些实施例的以导热垫缠绕冷却剂回路的过程。

图8图示根据一些实施例的具有完全模制嵌件的电池组。

图9图示根据一些实施例的具有模制嵌件的电池组。

图10图示根据一些实施例的制造具有导热垫的电池组的方法的流程图。

具体实施方式

本文中描述用于将导热垫应用到电池组的装置的实施例。多个电池单元可与集成的冷却剂回路一起布置为模块化电池组。为了将各个电池单元固定到适当位置中，也可将模制嵌件应用到注射模制过程。为了简化制造过程并将每一电池组所需的冷却剂回路的长度减到最小，本文所述的实施例还在冷却剂回路与各个电池单元之间设置导热垫。导热垫可包括可压缩的、弹性的和/或导热的材料。导热垫可被形成为在一侧上与冷却剂回路相吻合，并且被形成为在另一侧上与各个电池单元的弯曲部分相吻合。

图1图示根据一些实施例的具有可再充电电池系统104的电动车辆102的简化图100。可再充电电池系统104可包括一个或更多个电池组106。电池组可包括多个单独电池单元，其中所述多个单独电池单元被电连接以将特定电压/电流提供给电动车辆102。取决于实施例，电动车辆102可包含使用燃料燃烧与所存储的电力两者工作的混合动力车辆以及完全使用所存储的电力工作的全电动车辆。

可再充电电池系统104在大小、重量和成本方面代表电动车辆102的主要部分。大量努力投入到可再充电电池系统104的设计和形状中，以便在确保电动车辆102的乘客的安全的同时将电动车辆102中所使用的空间的量减到最少。在一些电动车辆中，可再充电电池系统104位于乘客车厢的底板下，如图1所描绘。在其它电动车辆中，可再充电电池系统104可位于电动车辆的行李厢或引擎盖区域中。

虽然较小数量的较大电池单元可较具有能量效率，但这些较大电池的尺寸和成本令人望而却步。此外，较大电池需要电动车辆102中更连续的空间段。这妨碍将较大电池存储在例如如图1所描绘的乘客车厢的底板等位置中。因此，一些实施例使用大量较小电池单元，所述较小电池单元耦接在一起以产生相当于单个较大单元的电气特性。较小单元可以是例如传统AA/AAA电池的尺寸，并且可编组在一起以形成多个电池组106。每一电池组可包含大量单独电池单元。在一个实施例中，700个单独锂离子电池结合在一起以形成单个电池组106a，并且可再充电电池系统104可包含并联或串联连接的四个电池组106、八个电池组、十个电池组、十六个电池组等，直到满足电动车辆102的电气需求为止。对于单个电动车辆102来说，每一电池组106中所包含的单独电池单元可总计有数千个。

图2图示根据一些实施例的可用于电动车辆中的锂基电池202的图200。如本文所使用，术语“电池”、“单元”和“电池单元”可互换地使用，以表示电池系统中所使用的任何类型的单独电池元件。本文所述的电池通常包含锂基电池，但也可包含各种化学物质和配置，包含磷酸铁、金属氧化物、锂离子聚合物、镍金属氢化物、镍镉、镍基电池(氢、锌、镉等)以及与电动车辆相容的任何其它电池类型。例如，一些实施例可使用的6831NCR18650电池单元或呈6.5cm×1.8cm的18650外形尺寸且约45g的某一变型。

图3图示根据一些实施例的具有冷却剂回路306的电池组304的俯视图300和等角视图302。图3所描绘的电池组304是从原本用于电动车辆中的实际电池组大幅简化的。单独电池单元和单元行的数量已大幅减少，以便简单地且清楚地描述本实用新型的元件。应理解，实际电池组将包含更多单独电池单元以及冷却剂回路306的更复杂的路线。

电池组304中的单独电池单元呈线性地布置为一系列行，其中每一单独电池单元邻近于该行内的另一电池单元。在一些实施例中，单一行内的单独电池单元之间将不存在明显间隙。为了将每单位体积的单独电池单元的数量最大化，电池单元的邻近行以约一个单独电池单元的半径错开。邻近行接着在图3所描绘的错开位置中被放置成相互紧挨，以使得第一行中的每一单独电池单元邻近于或接触第二行中的两个单独电池单元。在一些实施例(未示出)中，三行或更多行被放置成相互邻近，而在行之间没有明显间隙。

图3的电池组304包含由冷却剂回路306分开的成对的邻近行。电动车辆可被配置成泵送液体冷却剂通过冷却剂回路306，以便将热从电池组304传递到散热器或其它热交换系统。冷却剂回路306可包含一根或更多根冷却剂管308，其中液体冷却剂可通过冷却剂管308而循环。在一些实施例中，电动车辆可对电池组304使用专用冷却剂回路，而其它实施例可利用现有发动机冷却剂系统。在一些实施例中，冷却剂回路306也可耦接到加热系统，以使得当极端天气导致环境温度降低到单独电池单元的优选工作温度范围以下时电池组304可被加热。

冷却剂回路306可被设置在电池组304中的单独电池单元的行周围。每一电池组可包含冷却剂回路306的入口和出口。在一些实施例中，冷却剂回路可缠绕在单独电池单元的成对的行周围，以使得每一电池单元邻近于冷却剂回路的至少一部分。在本公开之前，冷却剂回路被设置在电池单元的邻近的两行之间，其中冷却剂回路被形成为与电池单元相吻合。在此方案中，冷却剂回路必须被弯曲或成形直到冷却剂回路具有与每一行中的圆形的单独电池单元的轮廓相吻合的波形剖面或扇贝形剖面为止。此类型的冷却剂回路的实例描绘在第8,541,127号美国专利中。虽然此类型的方案试图将从电池单元到冷却剂回路的热传递最大化，但给制造过程招致一些不必要的成本。冷却剂回路必须在可被安装之前成形或弯曲，从而延长了制造时间。此类型的方案还增加了必须对每一电池组使用的冷却剂回路的长度。因为增加了冷却剂回路的长度，所以必须使用更强力的泵来泵送冷却剂穿过更长长度。此外，必须使用更多冷却剂，并使之行进穿过热交换设备以便对电池组进行冷却。

图4图示设置在电池单元的邻近的两行之间的冷却剂回路的俯视图，其中冷却剂回路具有与电池单元402相吻合的垫。与现有技术方案相比，图4中的布置不需要使冷却剂回路406成形或弯曲。相反，导热垫408被放置在冷却剂回路406周围，以使得冷却剂回路406可维持大体笔直，而导热垫408通过与电池单元402的形状和/或弯曲部分相吻合而将冷却剂回路406热耦接到电池单元402。

图5图示具有导热垫510的冷却剂回路506，其中导热垫510被形成为与电池单元相吻合。在此实施例中，冷却剂回路506被允许保持笔直，并且冷却剂回路506与单独电池单元之间的热界面通过使用导热垫510而形成。导热垫可包括第一侧，其中第一侧是大体平坦的并与冷却剂回路506的垂直剖面相吻合。导热垫510可使用环氧树脂、粘着剂、胶带和/或类似物而粘合到冷却剂回路506。在一些实施例中，导热垫510可按套管的形式来制造，其中套管具有与冷却剂回路506的形状相吻合的内表面。冷却剂回路506可被插入到导热垫510中，以使得导热垫510的内表面与冷却剂回路506接触。导热垫510可由具有至少一些弹性特性的材料形成，因而使导热垫510保持与冷却剂回路506紧密接触。

导热垫510可包含与第一表面相对的第二表面。导热垫510的第二表面或外表面可包含如图5所描绘的扇贝形剖面。扇贝形剖面可通过导热垫510的连续半圆形切口而形成。在制造期间，导热垫510可被模制成具有平坦第一侧和扇贝形第二侧。替代地，导热垫510可按大体长方形形状来制造，并且半圆形切口可从长方形形状移除。半圆形切口可被形成为与每一单独电池单元的弯曲部分相吻合。例如，半圆形切口可具有大体与上文所述的单独电池单元的半径类似的半径。

在一些实施例中，导热垫510可被制造为不具有半圆形切口的大体长方形形状。在这些实施例中，导热垫510可由具有弹性特性的可压缩材料制成。当冷却剂回路506被安装在单独电池单元的连续行之间时，导热垫510可在冷却剂回路510与单独电池单元之间被挤压。由于导热垫510的弹性特性，导热垫510将通过被施加在电池单元与冷却剂回路506之间的挤压力而与冷却剂回路506的两个表面以及单独电池单元的弯曲部分相吻合。

图6图示具有导热垫610的冷却剂回路606的俯视图600和等角视图602，其中冷却剂回路被形成为缠绕在电池单元的邻近行周围。在此实施例中，图5的导热垫510与冷却剂回路506是以弯曲状态描绘的，以使得两者可行进通过单独电池单元的连续行之间。冷却剂回路606的不与单独电池单元接触的区段612(例如，在电池组的边缘上)可以不设有导热垫610。在冷却剂回路606的内部弯曲614上，随着冷却剂回路606围绕单独电池单元行的端部行进，导热垫610可与冷却剂回路606的弯曲部分相吻合。出于制造的目的，整个冷却剂回路606可具有在安装之前应用的导热垫610。在冷却剂回路606行进通过电池单元的单独行之后，可将导热垫610覆盖冷却剂回路606中不与单独电池单元接触的区段612的那些部分移除。

图7A图示根据一些实施例的具有导热垫710的冷却剂回路706的俯视图700和等角视图702。不是如图4所示需要将冷却剂回路406褶曲为波形或扇贝形图案以便与电池组中的单独电池单元的弯曲部分相吻合，而是导热垫410可插入在冷却剂回路406与单独电池单元之间。导热垫可由任何导热材料构造而成，并且可在一侧上预成形有与单独电池单元的弯曲部分相吻合的扇贝形边缘且在另一侧上预成形有笔直边缘以与冷却剂回路406粘合。如上所述，图7所描绘的电池组被大幅简化，从而仅具有四行单独电池单元。这仅是为了清楚示出导热垫710和冷却剂回路707可如何与单独电池单元组装以形成电池组。应理解，实际电动车辆中的电池组将包含数百个单独电池单元以及数英尺的冷却剂回路。

图7B图示根据一些实施例的用导热垫缠绕冷却剂回路的过程730。所述过程可始于冷却剂回路或冷却管。可将隔热带添加到冷却剂回路。接着可添加导热塑料以形成导热垫，并且接着可使整个组装件行进穿过电池单元。在一些实施例中，可将电池单元放置在夹具或注塑模具中以便将其固持在适当位置中，并且可接着在电池单元固定时使冷却剂回路组装件行进穿过电池单元。如本公开中其他部分所述，接着可将模制嵌件添加到电池组以将组装件的每一组件固持在适当位置中。

图8图示根据一些实施例的具有部分模制嵌件812的电池组的俯视图800和等角视图802。在电池组中在冷却剂回路和单独电池单元周围应用固体模制用于将这些单独组件变换为可耐受持续的车辆使用的严苛条件的固体电池组。固体模制确保单独电池单元保持在适当位置中，且电连接不因振动和移动而受到干扰。固体模制还形成模块化单元，其中模块化单元可在可再充电电池系统的制造过程和电动车辆的使用寿命期间容易地被移动、安装和/或替换。在一个示范性实施例中，750个单独电池单元可与一个或更多个电流回路组合以形成封闭在固体模制中的电池组。图8所描绘的部分模制嵌件812因为仅围绕电池组的外部应用而被称为“部分的”。在一些实施例中，这可足以形成可以可靠地安装并使用在电动车辆中的固体电池组。这可还使垫和单独电池单元露出以使得它们可在需要时被替换。

图9图示根据一些实施例的具有完全模制嵌件914的电池组的俯视等角视图900和仰视等角视图902。在此较典型的实施例中，上文所述的模制材料可被注射到注塑模具中，并且被允许在单独电池单元以及与冷却剂回路906相关的任何组件之间的任何空腔周围和空腔之中流动。在一些实施例中，注塑模具可包括在模具中具有允许冷却剂回路906从模制嵌件914穿出的空腔以及将电池组与可再充电电池系统(未示出)的剩余部分连接的任何电子器件或电连接。在此实施例中，完全模制嵌件914被应用以使得完全模制嵌件914与单独电池单元的顶部齐平。在此实施例中，完全模制嵌件914完全覆盖冷却剂回路906和导热垫。然而，完全模制嵌件914不覆盖单独电池单元的顶部或单独电池单元的底部。相反，单独电池单元的这些区域保持露出，以使得可在应用模制嵌件之后在各个电池单元之间形成电连接。在其它实施例(未示出)中，模制嵌件716不一直延伸到电池组的顶部和/或底部端子。不同于图9的实施例，模制材料被允许流动到各个电池单元之间的空腔中和/或在冷却剂回路和导热垫之上流动。然而，注塑模具被铸造有用于单独电池单元的空腔，以使得顶部端子的一部分和底部端子的一部分保持露出。在一些实施例中，单独电池单元的露出部分可介于1mm与15mm之间。每一单独电池单元的露出量在单独电池单元的顶部部分与底部部分之间可以有所不同。通过使单独电池单元的一部分露出，可较容易地应用通往单独电池单元的一些类型的电连接。

图10图示根据一些实施例的制造具有导热垫的电池组的方法的流程图。所述方法可包含将多个电池单元布置成至少第一行和第二行(1002)。在一些实施例中，第一行可平行于第二行。各个电池单元中的每一个可具有类似半径。所述方法可还包含将冷却剂回路放置在第一行与第二行之间(1004)。冷却剂回路可包含液体(例如，冷却剂、防冻液等)可从中流过的至少一条通道。在一些实施例中，冷却剂回路可包含两条或更多条通道。通道可具有正方形、圆形或长方形横截面。冷却剂回路自身可具有包含笔直平行边缘和圆形端部的横截面。冷却剂回路可包含隔热带，其中隔热带在任何导热垫被应用之前缠绕在冷却剂回路周围。电池组可还包含模制嵌件，其中模制嵌件包围多个单元和冷却剂回路，以使得多个单元和冷却剂回路相对于彼此而固定。

所述方法可还包含将导热垫放置在冷却剂回路与电池单元的第一行之间(1006)。在一些实施例中，可还在冷却剂回路与第二行之间应用第二导热垫。导热垫可具有被形成为与冷却剂回路相吻合的第一侧。第一侧可以是大体平坦的。导热垫可还具有被形成为与第一行的弯曲部分相吻合的第二侧。第二侧可包含多个半圆形切口。半圆形切口中的每一个可具有与单独电池单元的半径大体相同(例如，差异不超过5mm)的半径。导热垫可包括热导体。导热垫可还使用具有弹性特性的可压缩材料来制成。

在一些实施例中，多个电池单元可还被布置成第三行，其邻近于第一行且平行于第一行。冷却剂回路可弯曲以邻近于第一行且邻近于第三行，并且导热垫可插入在冷却剂回路与第一行之间以及冷却剂回路与第三行之间。例如，图7的实施例图示冷却剂回路和导热垫可如何“缠绕”在电池单元的两个平行且邻近的行周围。

应了解，图10所图示的具体步骤提供根据本实用新型的各种实施例的提供电动车辆的电池组的导热垫的特定方法。可还根据替代实施例来执行其他顺序的步骤。例如，本实用新型的替代实施例可按不同次序执行上文概述的步骤。此外，图10所图示的各个步骤可包含可按适用于单独步骤的各种顺序执行的多个子步骤。此外，可取决于特定应用而添加或移除额外步骤。本领域的技术人员应认识到许多变化、修改和替代。

在前文描述中，出于解释的目的，阐述众多具体细节以便全面理解本实用新型的各种实施例。然而，对于本领域的技术人员将明显的是，可在不存在这些具体细节中的一些的情况下实践本实用新型的实施例。在其它情形下，以框图形式示出熟知的结构和装置。

前文描述仅提供示范性实施例，并且不旨在限制本公开的范围、应用或配置。相反，前文描述的示范性实施例将向本领域的技术人员提供用于实施示范性实施例的充分描述。应理解，可对诸元件的功能和布置进行各种改变而不偏离随附权利要求书所阐述的本实用新型的精神和范围。

在上文描述中给出了具体细节以便全面理解实施例。然而，本领域的技术人员应理解，可在不存在这些具体细节的情况下实践实施例。例如，电路、系统、网络、过程和其它组件可按框图形式示出为组件，以免以不必要的细节使实施例变得晦涩难懂。在其它情形下，可在没有不必要的细节的情况下示出熟知的电路、过程、算法、结构和技术，以便避免使实施例变得晦涩难懂。

并且，应注意，各个实施例可被描述为过程，该过程被描绘为流程图、流程图表、数据流程图、结构图或框图。虽然流程图可将操作描述为顺序过程，但许多操作可并行地或同时地执行。此外，操作的次序可被重新安排。过程是在其操作完成时终止，但可具有图中未包含的额外步骤。过程可对应于方法、函数、进程、子例程、子程序等。当过程对应于函数时，其终点可对应于函数返回到调用函数或主函数。

在上文的说明书中，参照本实用新型的具体实施例而描述本实用新型的方面，但本领域的技术人员应认识到，本实用新型不限于此。可个别地或结合地使用上述实用新型的各种特征和方面。此外，实施例可用于超出本文所述的环境和应用的任何数量的环境和应用中，而不偏离本说明书的较广泛的精神和范围。因此，本说明书和附图被视为说明性的，而不是限制性的。