本实用新型涉及一种电池组和电动车辆，尤其是该电池组用于电动车辆。
背景技术：
电动车辆使用由存储在可再充电电池系统中的电能供电的一个或多个电动机。由于它们的大功率和能量密度，通常选择锂基电池。为了确保电动车辆有效和安全地操作，电池系统的温度必须维持在界定的最佳温度范围。电动车辆的冷却系统可以物理地延伸到电池系统以去除过量的热，从而增加电池系统的使用寿命以及增加单次充电可以行进的距离。
随着电动车辆的普及性增高，制造工艺的效率将变得更为重要。降低制造电池系统的成本同时增加它们的可靠性和安全性的工艺和装置对满足客户要求很关键。具体地，需要工艺和装置，其确保单独电池单元之间的可靠电气连接、有效地冷却电池系统，并且有助于将数千个单独电池单元组装成 (必要时可以被安装和更换的)模块化系统的制造工艺。
技术实现要素：
本公开的方面涉及电池系统以及制作和/制造该电池系统的方法，本公开的一些方面涉及在托盘之间的可拆卸地可固定的附接件，该托盘配置为容纳可再充电电池系统的电池单元。
本公开一个方面是用于电动车辆的电池组。该电池组包括上部托盘、附接到上部托盘的第一汇流条、下部托盘以及附接到下部托盘的第二汇流条。该电池组还包括布置在上部托盘和下部托盘中的多个电池单元和将下部托盘机械地连接到上部托盘的螺纹紧固件。
在一些实施例中，螺纹紧固件配置为采用突出部将下部托盘连接到上部托盘。在一些实施例中，突出部配置为在上部托盘和下部托盘之间传递垂直力。在一些实施例中，当突出部在上部托盘和下部托盘之间传递垂直力时，多个电池单元在上部托盘和下部托盘之间基本上不传递力。
在一些实施例中，突出部至少部分地与下部托盘集成。
在一些实施例中，突出部至少部分地与上部托盘集成。
在一些实施例中，突出部与上部托盘和下部托盘分离。
另一个创新性方面是由电池组供电的电动车辆。该电池组包括上部托盘、附接到上部托盘的第一汇流条、下部托盘以及附接到下部托盘的第二汇流条。该电池组还包括布置在上部托盘和下部托盘中的多个电池单元和将下部托盘机械地连接到上部托盘的螺纹紧固件。
在一些实施例中，螺纹紧固件配置为采用突出部将下部托盘连接到上部托盘。在一些实施例中，突出部配置为在上部托盘和下部托盘之间传递垂直力。在一些实施例中，突出部在上部托盘和下部托盘之间传递垂直力，多个电池单元在上部托盘和下部托盘之间基本上不传递力。
在一些实施例中，突出部至少部分地与下部托盘集成。
在一些实施例中，突出部至少部分地与上部托盘集成。
在一些实施例中，突出部与上部托盘和下部托盘分离。
本实用新型确保单独电池单元之间的可靠电气连接、有效地冷却电池系统，并且有助于将数千个单独电池单元组装成(必要时可以被安装和更换的)模块化系统的制造工艺。
附图说明
参照说明书的余下部分和附图可以进一步理解本实用新型的特性和优点，其中几个附图中所用的相同附图标记是指相似的部件。在一些情况下，子标号与附图标记相关联以表示多个类似部件之一。当提到附图标记但没有特别写明已有的子标记时，就是指所有这种多个类似的部件。
图1示出了根据一些实施例具有可再充电电池系统的电动车辆的简化图。
图2示出了根据一些实施例可以在电动车辆中使用的锂基电池。
图3是电池组的图示。
图4A至图4H是示出了制造电池组的工艺的一系列视图。
图5是示出了用于制造可再充电电池组的工艺的实施例的流程图。
图6是示出了用于制造具有可再充电电池系统的车辆的工艺的实施例的流程图。
具体实施方式
本文描述的是用于提供包括集成汇流条冷却导管的汇流条的实施例。集成汇流条冷却导管通过消除对用于冷却电池组中的汇流条和/或电池单元的独立部件的需求来简化电池组的设计。在一些实施例中，汇流条冷却导管可限定冷却流体(诸如制冷剂)可流动通过其中的体积。冷却流体可以是液态、气态或液态和气态的组合。
在一些实施例中，汇流条冷却导管可以流体连接到冷却系统，该冷却系统可包括例如热交换器。在一些实施例中，冷却系统和/或热交换器可以是电池组的一部分和/或可以与电池组分离。
汇流条冷却导管可包括各种形状和大小。在一些实施例中，汇流条冷却导管可包括细长通道，该细长通道可具有多边形截面、圆形截面、半圆形截面、和/或任何其他所需形状的截面。在一些实施例中，汇流条冷却导管可以是直的、弯曲的、成角度的、之字形的、蛇形的、圆形的等。
图1是示出了根据一些实施例具有可再充电电池系统104的电动车辆 102的简化图示。可再充电电池系统104可以包括一个或多个电池模块或电池组106。电池组可以包括多个单独电池单元，所述多个单独电池单元经电气连接以向电动车辆102提供特定电压/电流。在一些实施例中，形成电池组的电池单元可以布置成一排或多排电池单元。依据实施例，电动车辆102可包括使用燃料燃烧和所存储电力操作的混合动力车辆以及完全由所存储电力操作的完全电动车辆。
可再充电电池系统104就大小、重量和成本而言构成电动车辆102的主要部件。花费许多努力来研究可再充电电池系统104的设计和形状以最小化在电动车辆102中占用的空间量同时确保其乘客的安全。在一些电动车辆中，可再充电电池系统104位于图1所示的乘客车厢的地板下方。在其他电动车辆中，可再充电电池系统104可位于电动车辆的后备箱或引擎盖区域中。
尽管较少数目的较大电池单元可能更具能量效率，但这些较大电池的大小和成本过高。此外，较大电池在电动车辆102中需要更多的连续空间区段。这妨碍较大电池存储在诸如图1所示的乘客车厢的地板的位置中。因此，一些实施例使用耦合在一起的大量较小电池单元来产生与单个较大单元等效的电气特性。较小单元可以是例如传统AA/AAA电池的大小，且可以组合在一起以形成多个电池组106。每个电池组可包括大量单独电池单元。在一个实施例中，700个单独锂离子电池结合在一起以形成许多单电池组 106a、106b、106c和106d中的每一个，且可再充电电池系统104可包括四个电池组106a、106b、106c和106d。在一些实施例中，可再充电电池系统 104包括并联或串联连接的八个电池组，十个电池组、十六个电池组或另一数量的电池组直至满足电动车辆102的电气需求。对于单个电动车辆102，包括在每个电池组106中的单独电池单元总计可以上千。
在一些实施例中，可再充电电池系统104，并且具体地一个或几个电池组106，可以连接到热交换器108(其可以是冷却系统110的一部分)。在一些实施例中，冷却系统110可以是可再充电电池系统104的一部分，且在一些实施例中，冷却系统110可以与可再充电电池系统104分离。冷却系统 110可包括连接管线112，该连接管线112可将热交换器108流体连接到一个或几个电池组106。连接管线112可包括入口管线114和出口管线116。入口管线114可将冷却流体(诸如制冷剂)运输到可再充电电池系统104和/或一个或几个电池组106。在一些实施例中，冷却流体可以容纳在冷却系统110、可再充电电池系统104和/或一个或几个电池组106中。
图2是示出了根据一些实施例可以在电动车辆中使用的锂基电池202的图。如本文所使用，术语“电池”、“单元”和“电池单元”可以互换使用以指代电池系统使用的任何类型的单独电池元件。本文所描述的电池通常包括锂基电池，但还可包括各种化学物质和配置，包括磷酸铁、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)以及与电动车辆兼容的任何其他电池类型。例如，一些实施例可使用来自的6831 NCR 18650电池单元，或者具有6.5cm x 1.8cm形状因数且约45g的18650 一些变体。电池202可具有至少两个端子。在一些实施例中，正端子204可位于电池202的顶部处，且负端子206可位于电池202的相对底侧上。
在一些实施例中，形成电池组106的电池单元中的一些或全部可以以相同方向定向。换句话说，单独电池单元中的每一个的正端子可相对于电池组面向向上(或向下)的方向，且负端子中的每一个面向向下的方向。在其他实施例中，情况则不一定如此。单独电池单元的交替排可以以相反方向定向使得第一排的正端子以向上方向定向且第二排的正端子以向下方向定向。用于单独电池单元的定向模式可改变而不受限制。例如，一排中的每隔一个电池单元以相反方向定向。在一些实施例中，电池组的一半可具有以一个方向定向的电池单元，而电池组的另一半具有以相反方向定向的单元。在任何这些情况下，可能需要在以相反方向定向的电池之间或者以相同方向定向的电池之间建立连接。
为了实现电池单元之间的电气连接，可以使用汇流条。如本文所使用，术语“汇流条”是指任何金属导体，该任何金属导体连接到多个单独电池单元端子以便将电力从单独电池单元传递到电动车辆的电气系统。在一些实施例中，汇流条可包括设置在电池组的顶部或底部的扁平金属片。在一些实施例中，金属片可覆盖电池组的整个顶部或底部，而在其他实施例中，汇流条可以包括长度大于宽度的带状物以与单一排的电池单元介接。
图3是电池组300的图示，该电池组包括电池单元310、冷却导管320、下部托盘330、上部托盘340、汇流条350以及汇流条355。电池组300还包括连接到下部托盘330的底侧且未示出的一个或多个汇流条。
如图所示，电池单元310布置为与下部托盘330和上部托盘340中的凹槽接合。由于凹槽，下部托盘330和上部托盘340提供抵抗侧向力或剪切力的机械支撑。在一些实施例中，下部托盘330和上部托盘340是不导电的。例如，下部托盘330和上部托盘340可以采用注塑成型的塑料形成。
此外，电池单元310布置为由冷却导管320支撑。冷却导管320还提供抵抗侧向力或剪切力的机械支撑。此外，冷却导管320在制造期间提供对电池单元的机械支撑，如以下进一步讨论。冷却导管320还可包括流体通道 325，冷却流体可以通过该流体通道进行循环，以便提供通过其可以从电池单元310去除热量的路径。
汇流条350和355与上部托盘340机械连接。例如，汇流条350和355 可胶合或焊接到上部托盘340。汇流条350和355是导电的且提供与电池单元310的电气连接。
在本实施例中，汇流条350还包括多个触点352。多个触点352配置为将汇流条350的一个或几个部分和/或层与一个或几个电池单元310电气连接，具体地与一个或几个电池单元310的端子电气连接。在一些实施例中，多个触点352中的一个或几个可以与汇流条350的一个或几个导电层和/或与形成汇流条350的一个或几个导电材料电气连接。
在本实施例中，汇流条355还包括多个触点357。多个触点357配置为将汇流条355的一个或几个部分和/或层与一个或几个电池单元310电气连接，具体地与一个或几个电池单元310的端子电气连接。在一些实施例中，多个触点352中的一个或几个可以与汇流条355的一个或几个导电层和/或与形成汇流条355的一个或几个导电材料电气连接。
电池单元310可定向为使得汇流条350提供与第一极性的电池单元端子的电气连接，并且使得汇流条355提供与第二极性的电池单元端子的电气连接。例如，汇流条350可提供与正极电池单元端子的电气连接，且汇流条 355可提供与负极电池端子的电气连接。可替代地，汇流条350可提供与负极电池端子的电气连接，且汇流条355可提供与正极电池端子的电气连接。
电池组300还包括配置为将下部托盘330和上部托盘340可拆卸地彼此固定的螺纹紧固件360。螺纹紧固件360可以是例如螺钉或螺栓。为了组装电池组300，可以拧紧螺纹紧固件360以便将下部托盘330和上部托盘340 彼此固定。为了拆卸电池组300，可以松开螺纹紧固件360以便将下部托盘 330和上部托盘340彼此分开。
图4A至图4H是示出了制造电池组(诸如图3的电池组300)的工艺的一系列等距视图。
图4A是上部托盘440的图示。上部托盘440可例如采用注塑成型的塑料或另一不导电材料形成。如图所示，上部托盘440包括配置为接收螺纹紧固件的开口442。
图4B是具有附接有汇流条450和455的上部托盘440的图示。汇流条 450和455可包括导电金属，且可以采用粘合材料、胶、环氧树脂或者采用另一机构(诸如焊接)固定到上部托盘440。在一些实施例中，汇流条450 和455通过加热过程附接到上部托盘440，该加热过程熔化或部分熔化上部托盘440的材料使得一旦凝固，上部托盘440的材料固定到汇流条450和 455。
如图所示，汇流条455包括开口456，该开口456与上部托盘440的开口442对准并配置为接收螺纹紧固件。
图4C是下部托盘430的图示。下部托盘430可例如采用注塑成型的塑料或另一不导电材料形成。在所示实施例中，下部托盘430包括突出部 435，该突出部435具有配置为接收螺纹紧固件的开口(未示出)。该开口可例如是带螺纹或内螺纹的，使得螺纹紧固件可以固定到突出部435。
在一些实施例中，螺纹插入件可以固定到开口中使得螺纹紧固件可接合螺纹插入件。在一些实施例中，突出部435提供贯穿下部托盘430的通路，使得螺纹紧固件可与下部托盘430的远侧上的螺纹插入件或螺栓接合。
图4D是附接有汇流条458的下部托盘430的图示。汇流条458可包括导电金属，且可以采用粘合材料、胶、环氧树脂或者采用另一机构(诸如焊接)固定到下部托盘430。在一些实施例中，汇流条458通过加热过程附接到下部托盘430，该加热过程熔化或部分熔化下部托盘430的材料使得一旦凝固，下部托盘430的材料固定到汇流条458。
图4E是附接有汇流条458的下部托盘430的图示。汇流条458在所示的下部托盘430的相对侧上。汇流条458的触点459通过下部托盘430的孔 432可见。
如图所示，下部托盘430包括具有与多个电池单元的轮廓对应的形状的凹槽434。在本实施例中，孔432通常限定具有大致规则图案的网格，其中该图案被突出部435(其占据网格位置之一)中断。
图4F-1是下部托盘430和冷却导管420的图示。在制造方法的一些实施例中，冷却导管420附接到下部托盘430或者保持靠近下部托盘430以便配置为当电池单元被置于凹槽434中时接收和支撑电池单元。
图4F-2是下部托盘430和电池单元410的图示。在制造方法的一些实施例中，电池单元410在被冷却导管420支撑之前置于下部托盘430的凹槽 434中。电池单元410置于下部托盘430中使得电池单元410的靠近下部托盘430的端子与汇流条458的触点459电气连接，并且使得电池单元410与下部托盘430的凹槽434接合并通过它们保持就位。在一些实施例中，例如采用胶或另一固定机构将电池单元410固定到下部托盘430。在一些实施例中，电池单元410未固定到下部托盘430。
图4G是下部托盘430、电池单元410和冷却导管420的图示。电池单元 410与下部托盘430的凹槽434接合并通过它们保持就位，且冷却导管420 在制造期间提供对电池单元410的附加机械支撑，使得电池单元410不太可能通过例如侧向力或其他力从下部托盘430移除。
图4H是所制造的电池组400的图示。如图所示，附接有汇流条450和 455的上部托盘440已经附接到电池单元410，使得电池单元410与上部托盘 440的凹槽接合并通过它们保持就位，且电池单元410的靠近上部托盘440 的端子与汇流条450的触点452接合并形成电气连接，并且与汇流条455的触点457接合并形成电气连接。在一些实施例中，例如采用胶或另一固定机构将电池单元410固定到上部托盘440。在一些实施例中，电池单元410未固定到上部托盘440。
如图所示，上部托盘440和下部托盘430通过突出部435由紧固件460 可拆卸地彼此固定。突出部435提供保护电池单元410免受垂直冲击力的机械支撑。例如，电池组400可配置为使得突出部435在上部托盘440和下部托盘430之间传递垂直力，且电池单元410基本上不传递垂直力。
在本实施例中，突出部435与下部托盘430集成。在一些实施例中，突出部435与上部托盘440集成。在一些实施例中，突出部435部分地与上部托盘440集成，且部分地与下部托盘430集成。
在一些实施例中，突出部435与上部托盘440和下部托盘430分离。在这种实施例中，上部托盘440和下部托盘430中的每一个包括配置成接收独立突出部435的拓扑特征。
图5是示出了用于制造可再充电电池组(诸如本文所讨论的那些)的工艺500的一个实施例的流程图。例如，该方法可包括用于制造(如以上参照图1所讨论的)可再充电电池系统104的一个或几个电池组106的工艺。
该工艺在框510处开始，且可包括将一个或多个汇流条附接到下部托盘。下部托盘可例如由不导电塑料材料形成，且可以具有配置为接收电池单元的凹槽。一个或多个汇流条可在与凹槽相对的一侧上附接到下部托盘。可以使用胶或另一固定机构将一个或多个汇流条附接到下部托盘。
在510处，该工艺可附加地或可选地包括将一个或多个汇流条附接到上部托盘。上部托盘可例如由不导电塑料材料形成，且可以具有配置为接收电池单元的凹槽。一个或多个汇流条可在与凹槽相对的一侧上附接到上部托盘。可以使用胶或另一固定机构将一个或多个汇流条附接到上部托盘。
工艺500还可包括将电池单元置于下部托盘中，如框520中所示。在一些实施例中，例如采用胶或另一固定机构将电池单元固定到下部托盘。在一些实施例中，电池单元未固定到下部托盘。电池单元被置于下部托盘中使得电池单元与下部托盘的凹槽接合并通过它们保持就位。此外，电池单元被置于下部托盘中使得电池单元的靠近下部托盘的端子与附接到下部托盘的汇流条的触点形成电气连接。
工艺500还可包括通过突出部采用螺纹紧固件将上部托盘附接到下部托盘，如框530中所示。在一些实施例中，例如采用胶或另一固定机构将电池单元固定到上部托盘。在一些实施例中，电池单元未固定到上部托盘。上部托盘附接到下部托盘使得电池单元与上部托盘的凹槽接合并通过它们保持就位。此外，上部托盘附接到下部托盘使得电池单元的靠近上部托盘的端子与附接到上部托盘的汇流条的触点形成电气连接。
突出部还提供保护电池单元免受由例如垂直冲击产生的力的机械支撑。例如，电池组可以配置为使得突出部在上部托盘和下部托盘之间传递垂直力，且电池单元本身不或基本上不传递垂直力。
在替代实施例中，例如采用胶或另一附接结构(诸如焊接)将电池单元固定到汇流条。在这种实施例中，电池单元可通过胶或另一附接结构而附加地附接到上部托盘和/或下部托盘。在一些实施例中，电池单元通过将上部托盘附接到下部托盘的螺纹紧固件而保持抵靠上部托盘和/下部托盘。
在替代实施例中，电池单元未固定到上部托盘和下部托盘之一或二者。在这种实施例中，上部托盘可通过胶或另一附接结构而连接到下部托盘。在一些实施例中，电池单元通过将上部托盘附接到下部托盘的附接机构而保持抵靠上部托盘和/下部托盘。
工艺500可附加地包括将可再充电电池系统与配置成向车辆提供动力的电动机电气连接。
应当认识到，图5中示出的具体步骤提供根据本实用新型的各种实施例提供用于电动车辆的可再充电电池系统和/或电池组的特定方法。根据替代实施例也可以执行其它步骤序列。例如，本实用新型的替代实施例可以以不同顺序执行以上所述步骤。此外，图5中示出的单独步骤可包括多个子步骤，所述子步骤可以以适合于单独步骤的各种顺序执行。此外，根据特定应用，可以添加或移除附加步骤。本领域普通技术人员将认识到许多变型、修改和替换。
图6是示出了用于制造具有可再充电电池系统(诸如本文所讨论的那些)的车辆的工艺600的一个实施例的流程图。
该工艺在框610处开始，且可以包括将可再充电电池系统附接到车辆，其中可再充电电池系统包括采用螺纹紧固件附接到下部托盘的上部托盘、在上部托盘和下部托盘之间的多个电池单元，以及冷却导管，该冷却导管具有在上部托盘和下部托盘之间的流体通道或与上部托盘和下部托盘之一集成。
在620处，该工艺附加地包括将冷却系统附接到车辆。冷却系统可例如具有连接管线，该连接管线配置为将热交换器连接到可再充电电池系统。连接管线可包括入口管线和出口管线。入口管线可配置为将冷却流体(诸如制冷剂)运输到可再充电电池系统。出口管线可配置为将冷却流体从可再充电电池系统运输到冷却系统。
工艺600还可包括在630处将冷却导管且具体地冷却导管的流体通道流体连接到冷却系统。在一些实施例中，将冷却导管连接到冷却系统可包括将冷却导管的流体通道连接到冷却系统的热交换器。在一些实施例中，将冷却导管连接到冷却系统可包括经由连接管线且具体地经由入口管线和/或经由出口管线将冷却导管具体地冷却导管的流体通道连接到冷却系统。
工艺600还可包括采用冷却流体填充冷却系统和冷却导管的流体通道，该冷却流体可以为制冷剂。在一些实施例中，采用冷却流体填充冷却系统和流体通道还可包括采用冷却流体填充热交换器。在一些实施例中，冷却系统可配置为使冷却流体通过冷却导管的流体通道循环以维持可再充电电池系统的电池单元的所需温度。
该工艺可附加地包括将可再充电电池系统与配置成向车辆提供动力的电动机电气连接。
应当认识到，图6中示出的具体步骤提供根据本实用新型的各实施例提供用于电动车辆的可再充电电池系统和/或电池组的特定方法。根据替代实施例也可以执行其它步骤序列。例如，本实用新型的替代实施例可以以不同顺序执行以上所述步骤。此外，图6中示出的单独步骤可包括多个子步骤，所述子步骤可以以适合于各步骤的各种顺序执行。此外，根据特定应用程序，可以添加或移除附加步骤。本领域普通技术人员将认识到许多变型、修改和替换。
在前述描述中，出于说明目的，对很多具体细节进行了阐述，以便提供对本实用新型的各实施例的全面理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，没有这些具体细节中的一些，也可以实践本实用新型的实施例。在其他情形下，以框图形式示出了公知的结构和装置。
前述描述仅提供示例性实施例，并不旨在限制本公开的范围、适用性或配置。确切地，示例性实施例的前述描述将向本领域技术人员提供用于实现示例性实施例的可实施性描述。应当理解，在不背离在所附权利要求书中所述的本实用新型的精神和范围的情况下，可以对元件的功能和布置作出各种改变。
在以上描述中给出了具体细节，以提供对实施例的全面理解。然而，本领域普通技术人员将理解，没有这些具体细节，也可以实践实施例。例如，为了不以不必要的细节使实施例不清楚，可能已经以框图形式将电路、系统、网络、过程和其他部件示出为部件。在其他情况下，为了避免使实施例不清楚，可能已经示出公知的电路、过程、算法、结构和技术而无不必要的细节。
而且，应注意，各个实施例描述可能已经描述为以流程图、流程图表、数据流程图、结构图或框图的形式描绘的过程。尽管流程图可能已经将操作描述为顺序性过程，但也可并行或同时实施许多操作。此外，可以重新布置各操作的顺序。当完成其操作时终止过程，但也可以具有未包括在图中的附加步骤。过程可对应于方法、函数、程序、子例程、子程序等。当过程对应于函数时，其终止可对应于该函数返回至调用函数或主函数。
在前述说明书中，本实用新型的方面参照其具体实施例描述，但本领域技术人员将认识到本实用新型不限于此。以上描述的实用新型的各种特征和方面可以单独或共同使用。进一步地，在不脱离说明书的更广泛的精神和范围的情况下，实施例能够应用于超出本文所描述的任意数目的环境和应用中。因此，说明书和附图应该理解为说明性的而不是限制性的。