用于电气化车辆电池组的温度调节式电流分流器的制作方法

本公开涉及电气化车辆电池组，并且更具体地涉及利用温度调节式的电流分流器来监测通过电池单元的电流的电气化车辆电池组。

背景技术：

减少汽车燃料消耗和排放的需求在文献中有大量记载。因此，正在开发减少或完全消除对内燃发动机的依赖的车辆。目前正在为此目的开发电气化车辆。通常，电气化车辆与传统的机动车辆不同，因为电气化车辆选择性地通过由一个或多个电池供电的电机驱动。相反，传统的机动车辆完全依赖内燃发动机来推进车辆。

高压动力电池组通常向电动化车辆的电机和其他电气负载供电。电池组包括多个电池单元，这些电池单元存储用于为这些电气负载供电的能量。电流传感器通常用于测量流入和流出电池单元的电流量。然后，使用电流测量来确定在任何给定电压下由电池单元供应或接收的功率，并且相应地，电流测量值可以用于估计电池荷电状态(soc)。因此，电流测量是电池组的能量控制策略的关键，其实时地确定续驶里程和可用功率。电流传感器是电池组中相对昂贵的部件。

技术实现要素：

根据本公开的示例性方面的一种电池组尤其包括热交换器板、抵靠所述热交换器板定位的电池阵列、以及安装到所述热交换器板或所述电池阵列的电流分流器。

在前述电池组的进一步非限制性实施例中，所述电池阵列包括第一组电池单元，并且第二电池阵列与所述电池阵列横向间隔开并且包括第二组电池单元。

在任一前述电池组的进一步非限制性实施例中，所述电池阵列和所述第二电池阵列均抵靠所述热交换器板的顶表面定位。

在任一前述电池组的进一步非限制性实施例中，所述热交换器板包括板体和冷却剂回路，所述冷却剂回路具有在所述板体内部延伸的一个或多个通道。

在任一前述电池组的进一步非限制性实施例中，所述电流分流器安装到所述热交换器板的上表面。

在任一前述电池组的进一步非限制性实施例中，所述电流分流器安装在所述热交换器板的冷却剂回路的入口附近。

在任一前述电池组的进一步非限制性实施例中，所述电流分流器包括第一端块、第二端块和在所述第一端块与所述第二端块之间延伸的翼片。

在任一前述电池组的进一步非限制性实施例中，所述翼片在所述第一端块和所述第二端块中的每个的下部内角之间延伸，以建立所述电流分流器的平坦底表面。所述平坦底表面与所述热交换器板齐平地安置。

在任一前述电池组的进一步非限制性实施例中，所述翼片在所述第一端块和所述第二端块的上部内角和下部内角之间的位置处、在所述第一端块与所述第二端块的内壁之间延伸，并且所述热交换器板包括在所述第一端块和所述第二端块之间延伸并接触所述翼片的突起。

在任一前述电池组的进一步非限制性实施例中，所述电池阵列包括端板，所述端板具有安装脚，所述安装脚被接收为与所述热交换器板直接接触。

在任一前述电池组的进一步非限制性实施例中，所述电流分流器抵靠所述安装脚安装。

在任一前述电池组的进一步非限制性实施例中，控制模块被配置成测量所述电流分流器两端的电压，然后基于所述电压来估计电流幅值。

在任一前述电池组的进一步非限制性实施例中，在所述电流分流器与所述热交换器板之间设置有电绝缘热界面材料。

根据本公开的另一示例性方面的方法尤其包括用电气化车辆电池组的液体冷却系统调节所述电气化车辆电池组的电流分流器的温度。

在前述方法的另一非限制性实施例中，调节所述温度包括将来自所述电流分流器的热量消散到所述液体冷却系统的热交换器板中。

在任一前述方法的进一步非限制性实施例中，调节所述温度包括将来自所述电流分流器的热量消散到所述电气化车辆电池组的电池阵列的端板中，然后消散到所述液体冷却系统的热交换器板中。

在任一前述方法的进一步非限制性实施例中，所述方法包括：测量所述电流分流器的温度；以及确定所述电流分流器的温度是否在预定操作温度范围内；或使用所述温度将温度修正系数应用于所述电流分流器的响应。

在任一前述电池组的进一步非限制性实施例中，所述电流分流器安装到所述液体冷却系统的热交换器板。

在任一前述电池组的进一步非限制性实施例中，所述电流分流器被安装到所述电气化车辆电池组的电池阵列的端板的安装脚。

前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代方案(包括它们的各个方面或相应的各个特征中的任何一个)可以独立地或以任何组合方式采用。结合一个实施例描述的特征可应用于所有实施例，除非此特征是不兼容的。

参考以下具体实施方式部分，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。具体实施方式部分的附图可以简要描述如下。

附图说明

图1示意性地示出了电气化车辆的动力传动系统。

图2示出了根据本公开的实施例的电气化车辆的电池组。

图3是穿过图2的截面3-3的截面图。

图4是图2的电池组的俯视图。

图5示出了根据本公开的第一实施例的用于电池组的温度调节式电流分流器。

图6示出了根据本公开的第二实施例的用于电池组的温度调节式电流分流器。

图7示出了根据本公开的另一实施例的电气化车辆的电池组。

图8示出了图7的电池组的电池阵列。

具体的实施方式

本公开详述了用于电气化车辆的示例性电池组设计。示例性电池组可以包括一个或多个温度调节式电流分流器，用于测量流入和流出所述电池组的电池单元的电流。可以利用与所述电池组相关联的液体冷却系统来调节所述电流分流器的温度。该具体实施方式部分的以下段落中更详细地讨论了这些特征和其他特征。

图1示意性地示出了用于电气化车辆12的动力传动系统10。虽然被描绘为混合动力电动车辆(hev)，但应理解，本文描述的概念并不限于hev并且可扩展到其他电气化车辆，包括但不限于插电式混合动力电动车辆(phev)、纯电动车辆(bev)、燃料电池车辆等。

在一个实施例中，动力传动系统10是采用第一和第二驱动系统的功率分流式动力传动系统。第一驱动系统可以包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统可至少包括马达22(即，第二电机)、发电机18和电池组24。在此示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统均能够产生扭矩以驱动电气化车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。虽然在图1中示出了功率分流配置，但是本公开扩展至任何混合动力车辆或电动车辆，包括全混合动力车辆、并联混合动力车辆、串联混合动力车辆、轻度混合动力车辆或微混合动力车辆。

发动机14(可以是内燃发动机)与发电机18可以通过诸如行星齿轮组的动力传递单元30来连接。当然，可以使用其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)将发动机14连接至发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传递单元30为行星齿轮组，该行星齿轮组包括齿圈32、太阳齿轮34和行星架总成36。

发电机18可以由发动机14通过动力传递单元30驱动，以将动能转换成电能。发电机18可以替代地用作马达以将电能转换成动能，从而向连接至动力传输单元30的轴38输出扭矩。因为发电机18操作性地连接至发动机14，所以发动机14的转速可由发电机18控制。

动力传递单元30的齿圈32可以连接至轴40，轴40通过第二动力传递单元44连接至车辆驱动轮28。第二动力传递单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递单元也可以是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48，以最终向车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括能够将扭矩传递到车辆驱动轮28的多个齿轮。在一个非限制性实施例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地联接到车桥50，以将扭矩分配给车辆驱动轮28。

通过向同样连接到第二动力传递单元44的轴52输出扭矩，马达22也可以用于驱动车辆驱动轮28。在一个非限制性实施例中，马达22和发电机18配合作为再生制动系统的一部分，在该再生制动系统中，马达22和发电机18两者均可用作马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自向电池组24输出电力。

电池组24是示例性电气化车辆动力电池。电池组24可以是高压动力电池，其包括多个电池阵列25(即，电池总成或电池单元组)，这些电池阵列能够输出电力以操作电气化车辆12的马达22和/或其他电气负载并且能够从发电机18接收电力。其他类型的能量存储装置和/或输出装置(包括低电压电池)也可用于为电气化车辆12供电。

在一个实施例中，电气化车辆12具有两种基本操作模式。电气化车辆12可以在电动车辆(ev)模式下操作，在电动车辆模式下，马达22用于车辆推进(通常没有来自发动机14的辅助)，从而消耗电池组24的剩余电量直到其在某些驱动模式/循环下的最大容许放电率。ev模式是电气化车辆12的电荷消耗操作模式的示例。在ev模式期间，电池组24的荷电状态在一些情况下可能例如由于一段时间的再生制动而增加。发动机14在默认ev模式下通常是关闭的，但可基于车辆系统状态或在驾驶员允许时根据需要进行操作。

电气化车辆12还可以以混合动力(hev)模式操作，在hev模式下发动机14和马达22两者均用于车辆推进。hev模式是电气化车辆12的电荷维持操作模式的示例。在hev模式期间，电气化车辆12可以减小马达22的推进使用，以便通过增加发动机14推进使用来将电池组24的荷电状态维持在恒定或近似恒定的水平。除了本公开范围内的ev和hev模式之外，电气化车辆12还可以在其他操作模式下进行操作。

图2是可以在电气化车辆中采用的电池组24的高度示意图。例如，电池组24可以是图1的电气化车辆12的动力传动系统10的一部分。图2是电池组24的透视图，并且一些外部部件(例如，外壳组件58)以虚线示出以更好地示出电池组24的内部部件。

电池组24容纳有多个电池单元56，这些电池单元存储用于为电气化车辆12的各种电气负载供电的能量。在本公开的范围内，电池组24可以采用任何数量的电池单元。因此，本公开不限于图2中所示的具体配置。

电池单元56可并排堆叠以构成一组电池单元56，有时称为“电池堆”或“电池阵列”。在一个实施例中，电池单元56是棱柱式锂离子电池。然而，在本公开的范围内可以替代性地使用具有其他几何形状(圆柱形、袋状等)、其他化学物质(镍-金属氢化物、铅酸等)或两者的电池单元。

电池单元56与任何支撑结构(例如，阵列框架、垫片、导轨、壁、板、捆扎件等)一起可以统称为电池阵列。图2所示的电池组24包括第一电池阵列25a以及与第一电池阵列25a并排定位的第二电池阵列25b。尽管图2的电池组24被示出为具有两个电池阵列，但是在本公开的范围内，电池组24可以包括更多或更少数量的电池阵列。

第一电池阵列25a的电池单元56沿第一纵向轴线a1分布，并且第二电池阵列25b的电池单元56沿第二纵向轴线a2分布。在一个实施例中，第一纵向轴线a1与第二纵向轴线a2横向间隔开。因此，在此实施例中，第一电池阵列25a和第二电池阵列25b相对于彼此并排定位。

外壳组件58容纳电池组24的每个电池阵列25a、25b。在一个实施例中，外壳组件58是密封的外壳，其包括托盘60和覆盖件62，覆盖件62固定到托盘60以封闭和密封电池组24的每个电池阵列25a、25b。在另一实施例中，第一电池阵列25a和第二电池阵列25b均被定位在外壳组件58的托盘60的顶部上，并且覆盖件62可以被接收在第一电池阵列25a和第二电池阵列25b上。在本公开的范围内，外壳组件58可以包括任何尺寸、形状和构造。

电池组24的每个电池阵列25a、25b可相对于热交换器板64(有时被称为冷却板)定位，使得电池单元56直接接触或紧邻热交换器板64。在一个实施例中，电池阵列25a、25b共用共同的热交换器板64。然而，在本公开的范围内，电池组24可以采用多个热交换器板。

热交换器板64可以是与电池组24相关联的液体冷却系统的一部分，并且被构造为用于对每个电池阵列25a、25b的电池单元56进行热管理。例如，在充电操作、放电操作、极端环境条件或其他条件期间，电池单元56可以产生和释放热量。可能期望从电池组24移除热量以改善电池单元56的容量、寿命和性能。热交换器板64被构造为将热量传导出电池单元56。换句话说，热交换器板64用作散热器以从热源(即，电池单元56)移除热量。热交换器板64可替代地用于加热电池单元56，例如在极冷的环境条件期间。

参照图3，热交换器板64可包括板体66和形成在板体66内部的冷却剂回路68。冷却剂回路68可包括在板体66内部延伸的一个或多个通道70。在实施例中，通道70被构造为建立冷却剂回路68的蜿蜒路径。

冷却剂c可选择性地循环通过冷却剂回路68的通道70，以对电池组24的电池单元56进行热调节。冷却剂c可以通过入口72进入冷却剂回路68，并且可以通过出口74离开冷却剂回路68。入口72和出口74可与冷却剂源76流体连通。冷却剂源76可以是电气化车辆12的主冷却系统的一部分，或者可以是电池组24的专用冷却剂源。尽管未示出，但冷却剂c可在进入入口72之前穿过热交换器。

在一个实施例中，冷却剂c是常规类型的冷却剂混合物，例如与乙二醇混合的水。然而，在本公开的范围内也可考虑包括气体在内的其他冷却剂。在使用中，来自电池单元56的热被传导到板体66中，然后在冷却剂c通过冷却剂回路68时被传导到冷却剂c中。因此，热量可以经由冷却剂c从电池单元56带走。

在实施例中，热交换器板64的板体66是挤压部件。在另一实施例中，板体66由铝制成。然而，在本公开的范围内也可以考虑其他制造技术和材料用于构造板体66。

图4示出了电池组24的附加特征。电池组24可以包括一个或多个电流分流器78，所述电流分流器被配置成用于测量流入和流出电池阵列25a、25b的电池单元56的电流量。电流分流器78是具有已知电阻的高电流电阻元件。当与载流部件(例如，电池阵列25a、25b)串联安装时，当电流循环时电流分流器78两端的电压差可用于计算电流幅值(通过欧姆定律)。

在实施例中，电流分流器78通过第一导线82串联电连接到电池阵列25a的输出端子80。另外，电池阵列25b和电流分流器78可以相应地经由第二导线84和第三导线86电连接到高电压负载(例如，电动马达)。在一个实施例中，第一导线82、第二导线84和第三导线86是高压导线。也可以利用汇流条。

电流分流器78可经由感测引线90电耦合到控制模块88，诸如电池能量控制模块(becm)。分流器78的响应取决于流经它的电流，并且通常由制造商以mv/a(例如，100mv/1000a)建立。电流分流器78两端的电压可以被馈送到控制模块88。使用转换系数(例如，mv/a)或转换表(例如，mv/a作为温度的函数)，可以将电压特性转换为以安培为单位的电流幅值。在实施例中，电流分流器78两端的电压被局部放大(例如，使用运算放大器)，然后由控制模块88测量以改善信噪比。然后可以将电流测量结果用作电池组控制策略的一部分，诸如用于经由电流积分、续驶里程、可用功率等监测电池组24的荷电状态(soc)。

电流分流器78的电阻取决于温度，并且因此电流分流器78的电流响应可基于变化负载下的温度偏差而波动。为了解决这个问题，电流分流器78可安装在热交换器板64的板体66的表面上，以便将电流分流器78维持在预定操作温度范围内以使其电流测量准确度最大化。在使用期间，例如，来自电流分流器78的热可以传导到热交换器板64的板体66中，然后在冷却剂c通过冷却剂回路68时被传导到冷却剂c中。因此，热量从冷却剂c内的电流分流器78消散掉。

在一个实施例中，电流分流器78被安装成与热交换器板64的板体66的上表面92直接接触。上表面92可以是电池阵列25a、25b也被定位在其上的表面。然而，电流分流器78和电池阵列25a、25b可以抵靠板体66的任何表面定位。

电流分流器78可以位于热交换器板64的相对冷的位置处。在一个实施例中，电流分流器78在接近冷却剂回路68的入口72的位置处被定位在板体66上。

热界面材料(tim)94可以可选地定位在电流分流器78和热交换器板64之间。tim94保持电流分流器78和热交换器板64之间的热接触，并且在热传递事件期间增加这些相邻部件之间的热导率。tim94还可以提供电绝缘，以防止热交换器板64经受与穿过电流分流器78的电压相同的电压。tim94可以由任何已知的导热材料制成。尽管没有具体示出，但是tim也可以在电池阵列25a、25b和热交换器板64之间延伸。

电池组24的液体冷却系统可另外包括一个或多个温度传感器79。在一个实施例中，温度传感器79安装到电流分流器78。然而，在本公开的范围内也考虑其他安装位置。温度传感器79可以经由感测引线81电耦合到控制模块88。温度传感器79可用于确认电流分流器78在其设计温度范围内操作，或可替代地，用于将温度修正系数应用于电流分流器78响应以提高精度。

图5示出了示例性电流分流器78a。电流分流器78a可包括第一端块96a、第二端块98a和在第一端块96a与第二端块98a之间延伸的翼片99a。在一个实施例中，第一端块96a和第二端块98a是由导电材料(例如，铜、铝等)制成的电流分流器78a的导电元件，并且翼片99a是由电阻材料(例如锰铜)制成的电流分流器78a的电阻元件。

翼片99a可在第一端块96a和第二端块98a中的每个的下部内角91a之间延伸，以建立电流分流器78a的平坦底表面。在该构造中，第一端块96a、第二端块98a和翼片99a中的每一者可定位成与热交换器板64齐平。

图6示出了另一示例性电流分流器78b。电流分流器78b可包括第一端块96b、第二端块98b和在第一端块96b与第二端块98b之间延伸的翼片99b。在实施例中，第一端块96b和第二端块98b是由导电材料(例如，铜、铝等)制成的电流分流器78b的导电元件，并且翼片99b是由电阻材料(例如，锰铜)制成的电流分流器78b的电阻元件。

翼片99b可在第一端块96b和第二端块98b的内壁93b之间在上部内角95b和下部内角91b之间的位置处延伸，使得翼片99b与下部内角91b间隔开。在这种构造中，热交换器板64可包括突起97，该突起在第一端块96b和第二端块98b之间延伸并且在电流分流器78b抵靠热交换器板64的表面移动时接触翼片99b。

图7示出了可用于在图1的电气化车辆12内使用的另一示例性电池组124。电池组124可包括一个或多个电池阵列125、热交换器板164和电流分流器178，它们均容纳在外壳组件158内。

参照图7和图8，电池阵列125可包括沿纵向轴线a1并排堆叠的多个电池单元156。电池单元156可堆叠在相对的端板102之间，端板102定位在电池阵列125的纵向端部处，并且在沿电池阵列125的横向侧延伸的相对的侧板104之间。侧板104可以沿着多个电池单元156中的每一个的端面106延伸，而端板102仅延伸接近定位在电池堆的纵向范围处的那些电池单元156。

电池阵列125可定位在热交换器板164的顶部。热交换器板164可以是与电池组124相关联并且被构造为用于热管理电池阵列125的电池单元156的液体冷却系统的一部分。热交换器板164被构造为通过充当散热器以从热源(即，电池单元156)移除热量来将热量传导出电池单元156。

在一个实施例中，每个端板102包括安装脚108。安装脚108可以从端板102向外突出并且包括用于接收紧固件113的开口111。紧固件113可以穿过开口111插入，以将电池阵列125安装到热交换器板164。

电流分流器178可以通过汇流条182或诸如图4中所示的高压线串联地电连接到电池阵列125的输出端子180。另外，电流分流器178可以经由第二汇流条184电连接到高压负载(例如，电动马达)。

电流分流器178可以安装在电池阵列125的表面上，以便将电流分流器178保持在预定操作温度范围内，以最大化其电流测量精度。在一个实施例中，电流分流器178安装到电池阵列125的端板102中的一个的安装脚108。安装脚108与热交换器板164直接接触。因此，在使用期间，来自电流分流器178的热量可以被传递到安装脚108中，然后被传递到热交换器板164中，以将热量从电流分流器178消散掉。

本公开的电气化车辆电池组设计结合了温度调节式电流分流器，其可以与电池组液体冷却系统结合使用，以将电流分流器保持在可保证精度的窄温度窗内。通过允许在适当的温度范围内使用更小和更低成本的电流分流器，温度调节式电流分流器的使用提供了材料重量和成本的降低。更具体地，由于温度调节，可以使用较小的电流分流器，同时保持较低的电路电阻。与标准分流器和磁场类型电流传感器相比，精度也得到改善。这些优点是在不实施主要电池组设计变化并且不损害总体电池控制策略的情况下实现的。

尽管不同的非限制性实施例被示出为具有特定部件或步骤，但是本公开的实施例不限于这些特定组合。可以将来自任何非限制性实施例的一些部件或特征与来自任何其他非限制性实施例的特征或部件进行组合使用。

应理解，在这些附图中，相同的附图标记标识相应或相似的元件。应当理解，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其他布置也可受益于本公开的教导。

前面的描述应被解释为是说明性的而不具有任何限制意义。本领域普通技术人员将理解某些修改可以落入本公开的范围内。出于这些原因，应研究以下权利要求来确定本公开的真实范围和内容。

根据本发明，提供了一种电池组，其具有：热交换器板；电池阵列，其抵靠所述热交换器板定位；和电流分流器，其安装到所述热交换器板或所述电池阵列。

根据实施例，所述电池阵列包括第一组电池单元，并且所述电池组包括第二电池阵列，所述第二电池阵列与所述电池阵列横向间隔开并且包括第二组电池单元。

根据实施例，所述电池阵列和所述第二电池阵列均抵靠所述热交换器板的顶表面定位。

根据实施例，所述热交换器板包括板体和冷却剂回路，所述冷却剂回路具有在所述板体内部延伸的一个或多个通道。

根据实施例，所述电流分流器安装到所述热交换器板的上表面。

根据实施例，所述电流分流器安装在所述热交换器板的冷却剂回路的入口附近。

根据实施例，所述电流分流器包括第一端块、第二端块和在所述第一端块与所述第二端块之间延伸的翼片。

根据实施例，所述翼片在所述第一端块和所述第二端块中的每个的下部内角之间延伸，以建立所述电流分流器的平坦底表面，其中所述平坦底表面抵靠所述热交换器板齐平地安置。

根据实施例，所述翼片在所述第一端块和所述第二端块的上部内角和下部内角之间的位置处、在所述第一端块与所述第二端块的内壁之间延伸，并且所述热交换器板包括在所述第一端块和所述第二端块之间延伸并接触所述翼片的突起。

根据实施例，所述电池阵列包括端板，所述端板具有安装脚，所述安装脚被接收为与所述热交换器板直接接触。

根据实施例，所述电流分流器抵靠所述安装脚安装。

根据实施例，本发明的特征还在于控制模块，所述控制模块被配置成测量所述电流分流器两端的电压，然后基于所述电压来估计电流幅值。

根据实施例，本发明的特征还在于设置在所述电流分流器和所述热交换器板之间的电绝缘热界面材料。

根据本发明，一种方法包括用电气化车辆电池组的液体冷却系统调节所述电气化车辆电池组的电流分流器的温度。

根据实施例，调节所述温度包括：将来自所述电流分流器的热量消散到所述液体冷却系统的热交换器板中。

根据实施例，调节所述温度包括：将来自所述电流分流器的热量消散到所述电气化车辆电池组的电池阵列的端板中，然后消散到所述液体冷却系统的热交换器板中。

根据实施例，本发明的特征还在于：测量所述电流分流器的温度；以及确定所述电流分流器的温度是否在预定操作温度范围内；或使用所述温度将温度修正系数应用于所述电流分流器的响应。

根据实施例，所述电流分流器安装到所述液体冷却系统的热交换器板。

根据实施例，所述电流分流器被安装到所述电气化车辆电池组的电池阵列的端板的安装脚。