动力供应系统的制作方法

专利名称：动力供应系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动力供应系统，更具体地说，涉及一种可以用于例如混合动力电 动车辆的动力供应系统。
2.
背景技术：
用于多种应用途径的圆柱形电池单元具有标准化的尺寸，价格相对低廉，并且普 遍可以得到。所有这些品质使得它们成为制造高压电池的极佳候选。然而，将其多个组合 起来制造高压电池时，它们的圆柱形形状产生了很多的挑战。例如，独立的电池单元需要互 相电连接，这就会产生多个电连接，增加成本和电池组的重量。此外，独立的电池单元通常 以各种沉重且笨重的排列组合在一起，可能需要起重辅助装置来移动。—种避免在相邻电池单元之间使用多个连接条的方式是，将电池放置成端到端 (end-to-end)构造的长列。这种方法的一个问题是，每个独立的电池单元具有受制于制造 公差的长度。放在单列中的单元数目越多，该列的总长度就越有可能变化。由公差累加引 起的该问题，会导致电池终端在列末端对不齐。除了电池单元长度的不同之外，任何互连组件的尺寸差异都会加剧公差累加问 题。因此，如果两相邻的电池列中的一列明显比另一列长时，就很难使它们相互连接。此外， 电池终端和连接器之间需要均勻接触，以确保足够低电阻的电连接。未对齐的终端很难、或 者说不可能达到这种均勻接触。传统的电池单元排列还具有其它缺点。例如，维修人员在试图接近一个或多个独 立电池单元时可能会暴露在高电压下。因为将独立单元电连接到一起所需的多个暴露的电 池连接，可能会很成问题。此外，需要以使单元间的温差最小的方式冷却每个电池单元。这 在传统的电池排列中十分困难，传统的电池排列中某些单元因其靠近冷却源而典型地比其 它单元接收更强的冷却。某些电池排列甚至需要二级结构，例如电池舱壁，以形成压力通风 部分或用于冷却过程的其它管道。这就意味着电池结构的任何变化、或电池组向其它位置 的移动必然改变冷却机构。这种灵活性的缺乏在很多应用中，具体说是在混合动力电动车 辆(HEV)中，是不期望的，在混合动力电动车辆中设计的灵活性很重要。除了电池组自身构造或其位置之外，其它因素也会影响电池单元的均勻冷却。例 如，在大型电池单元排列中的不同位置可能需要多个不同的温度传感器。还更需要这样的 温度传感器与一个或多个电池单元直接接触，以使单元的温度可以直接被测定。
在传统的电池排列中，温度传感器往往置于电池壳体上，这样电池单元的温度不 是直接测定的。更准确地说，测定的是电池壳体的温度，必须使用某些矫正因子来估计附近 电池单元的温度。然而，如果将温度传感器与电池单元接触放置，或非常接近电池单元，则 传感器就会干扰电池单元周围的气流，导致不均勻的气流和不期望的电池单元温度差异。因此，需要使动力供应系统能够克服传统动力供应系统的某些或全部、例如上述 的缺点。

发明内容
本发明的一个优点是，其可使圆柱形电池单元预装在一个相对较小的矩形包装 中，该包装易于堆叠并且相互适配到一起以得到一个更大的电池。本发明的另一个优点是，每个小包装的单元可以制成相对较低的电压，其增加了 安全性。此外，高压装置可能需要绝缘罩，而在本发明的实施例中这是不需要的。本发明提供一种动力供应系统，其中单个电池单元可以以端到端的方式连接成 列，以形成电池模块。多个这样的电池模块可以置于一个壳体中，形成“块”，其为可以用于 制造更大的电池总成的基本构建块。为了消除有关相邻电池模块的公差累加问题，块可以 以这样的方式形成，即包括用于电池模块中某些或全部电池单元的定位装置。定位装置可 以适当地隔开，从而使电池模块的长度变化最小化。这有助于确保位于每个电池模块末端 的终端在壳体末端位于距离块末端一个适当的距离上，以使它们可以很容易地连接至同一 块或相邻块中的相邻模块。本发明还提供一种用于将多个模块电连接到一起，以提供高压输出的系统，其中 维修人员仅暴露于整个输出电压中的一小部分。本发明使用终端连接器，或内部连接，其除 了使相邻的单元或模块连接到一起之外，还覆盖另一组单元或模块的电连接。因此，第一对 单元或模块在可以接近相邻一对单元或模块的连接之前必须相互分离。这样，大电池总成 必须分段地分离，以使暴露的终端仅仅是那些具有低电势通过的终端。尽管本发明的块可以制成任意能有效制造所需动力供应系统的方便的形状，某些 块可以具有弯曲的外表面，其总体上与单个的电池单元弯曲的外表面匹配。这有助于减少 材料成本和块的重量，而外表面如果为矩形，这些情况就会出现。此外，弯曲的外表面外空 的空间有利于冷却过程中空气流入和流出电池单元。这种空间的利用也提供了更小的包装 体积的选择。然而，具有弯曲的外表面提出了与其它块连接的挑战。本发明的某些实施例可以包括位于块外面弯曲表面上的小通道。该通道可以从块 表面凸出，或者其可以作为孔洞在块表面上形成。这些通道设置成，与其它块相互邻接放置 时其与其它块上类似的通道对齐。这样，这些小通道可以形成一个较大的通道，其用于接收 可用于使邻接块保持在一起的连杆。具体说，块可以包括一个或更多个顶部上的通道，以及 底部上的一个或更多个通道。然后将连杆置于每个上述通道中，并安装到端面板上形成一 组块，其可以包括任意方便数目的邻接块。某些实施例中的块可以与内部气流通道或通道一起设置，以使通道中的气流不受 相邻块的存在或外部结构，例如电池舱壁的存在的影响。同时，块可以包括外部通道，用于 与相邻块上的外部通道配合，在两个块之间形成内部通道。这样，多个块可以相互邻接放 置，大部分气流穿过内部通道，不受外部结构的影响。因此，当组装不同数量的块时，不需要重新设计来提供充足的气流，其不管使用的块的数量都会总体上是均勻的。块还可以设置成在沿其长度的不同位置上接收温度传感器。这些“传感器台”可 以设置成与置于块内的电池单元接触。这种构造提供不少优点。首先，通过使传感器台伸 入块中接触电池单元，通过块和电池单元周围的气流是相同的，而不管是温度传感器置于 传感器台内还是传感器台是空的。这就容许很大的灵活性，因为温度传感器可以放在某些 或全部传感器台上，而不会影响气流通过块。此外，这种构造提供了更精确的温度测量，因 为温度传感器被有效地与气流隔离，从而直接测量电池单元的温度。本发明还提供一种包括多个动力供应单元的动力供应系统。每个动力供应单元具 有各自的额定电压和一对终端。至少某些动力供应单元的终端与其它动力供应单元的各终 端电连接。这就形成了一组额定电压大于组中任何动力供应单元额定电压的动力供应单 元。该动力供应系统还包括壳体，其用于将动力供应单元接收到其中，以使至少某些动力供 应单元终端可用于实现电连接。该系统还包括多个终端连接器，每个终端连接器都用于实 现各个动力供应单元的两个终端的电连接，同时阻止接近各个动力供应单元的另外两个终 端。每个终端连接器还用于在两个终端之间的电连接移除之后方便接近另外两个终端。这 有利于选择性接近组中动力供应系统的终端，以使通过任何暴露终端得到小于动力供应单 元组的额定电压。本发明还提供一种用于在壳体中每个动力供应单元周围提供气流通路的壳体。该 壳体包括多个传感器台，每个传感器台干扰动力供应单元周围的至少一部分气流。每个传 感器台用于将各自的传感器接收到其中，以使各个传感器分别接触动力供应系单元中的一 个，以确定与各动力供应单元结合的参数。每个传感器台还设置成，无论传感器是否接收在 传感器台中，都以实质上相同的方式干扰气流。本发明还提供多个壳体，每个壳体都具有内部和外部。每个壳体包括多个总体上 为管状的舱，其用于将动力供应单元接收到其中。每个舱都包括圆周断面，形成沿各个舱长 度的开放通道，用于提供穿过各舱中动力供应单元的气流通路。每个壳体设置成至少一个 通道朝向各壳体内部，而且至少一个通道朝向各壳体外部。每个壳体还设置成与另一个壳 体配合，在其间形成公用内部。每个配合壳体中的朝向外部的通道中的一个朝向该公用内 部。本发明还提供一种包括多个总体上为圆柱形的动力供应单元的动力供应系统，每 个动力供应单元具有两个相对的暴露终端。每个动力供应单元包括一个暴露于其中一个末 端的终端，另一个终端暴露于另一个末端。壳体包括具有两个至少部分开放的末端的舱。该 舱用于接收预定数目的端到端方向的动力供应单元，这样一个动力供应单元中的一个终端 与舱的一个末端邻接，另一个动力供应单元的一个终端与舱的另一个末端邻接。该舱包括 至少一个定位装置，其设置成与与至少一个动力供应单元在舱中配合，以定位至少一个动 力供应单元，这样每个与舱的一个末端邻接的终端处于其各个舱末端的预定距离内。本发明还提供多个用于接收动力供应单元的壳体，其中每个动力供应单元具有总 体上为圆形的横截面。每个壳体具有内部和外部，并包括总体上为管状的舱，该舱用于将预 定数目的动力供应单元接收到其中。每个壳体的外部包括位于与舱末端相距预定距离的通 道，这样相邻设置的壳体上的各个通道总体上相互对齐。该系统还包括置于通道内的连杆， 以及一对用于与连杆配合、将壳体夹在其中从而形成一组壳体的端面板。


图1表示根据本发明的包括电池块的动力供应系统的透视图；图2表示多个相互邻接放置的电池块；图3表示用于将空气分配穿过多个相互邻接放置的电池块的歧管；图4表示电池块的内表面，其包括多个用于增加冷却气流湍流的凸起；图5表示根据本发明的包括电池块的动力供应系统的一可选实施例；图6表示电池块的侧视图以及将块安装到板结构上的一个方法；图7A和7B表示用于将电池块安装到电池舱结构上的安装构造；图8表示根据本发明的包括电池块的动力供应系统的第二可选实施例；图9表示多个利用连杆和端面板相互连接的图8所示的电池块；图10表示包括用于接收连杆的通道的电池块的一部分；图11表示图8所示电池块的分解图；图IlA表示包括负电池终端的电池单元的一部分，以及设置用于负终端的绝缘 体；图12表示图8所示电池块的一部分的剖面图；图13表示根据本发明的电池块壳体的第三可选实施例的横截面；图14表示图13所示的电池块壳体在壳体装配之后的透视图；图15表示图9所示的电池块的排列，其具有连接在其上的终端连接器；图16和图17表示图15所示的终端连接器的移动，用以消除暴露高压终端；图18表示图15所示的电池块排列的背后部分，一个单独的终端连接器在块背后 部分上连接至的电池终端；图19表示图15所示的终端连接器的一可选实施例；图19A表示适用于图19所示终端连接器的电池单元终端；图20表示图8所示电池块的横截面，包括用于将电池单元定位于电池块壳体内的 定位装置；图21表示图20所示定位装置中的一个的细节；图22表示图8所示电池块上形成的传感器台的细节；图23表示根据本发明的用于电池块壳体的传感器台的一部分的可选实施例；以 及图M表示具有用于图23所示传感器台安装的温度传感器的完整的传感器台。
具体实施例方式图1表示根据本发明一实施例的动力供应系统10。该动力供应系统包括多个动力 供应单位，或电池单元12，其排列在壳体14中从而形成块15。如图1所示电池单元12总 体上为圆柱体，具有总体上为圆形的横截面。壳体14包括四个总体上为管状的舱16、18、 12、22，用于接收电池单元12。如图1所示，每个舱16、18、20、22都安排成接收四个设置成端到端构造的电池单 元12。为了方便起见，端到端构造设置的一组电池单元12可以方便地作为一个模块提及。尽管示于图1中的壳体14设置为接收四个电池模块，总共为16个电池单元12，但是应该理 解，本发明还包括比图1所示的壳体14接收更多或更少数目电池单元12能力的壳体。实 际上，电池模块包含的电池单元也可以多于或少于四个。在一个电池模块只包含一个电池 单元的情况下，每个电池单元也就是一个电池模块。从上述讨论应该清楚，术语“电池模块” 和“块”只是为了方便而使用，并非必定意味着特定数量的动力供应单位或电池单元。壳体14在横截面上可以看成是一对互相邻接的“8字形”容器。然而，不同于真正 的“8字形”，壳体14包括的横截面包括不完全封闭的曲线。例如，每个舱16-22包括沿壳 体14的长度(L)设置的圆周的中断或通道对、26、观、30。两个通道24J8朝向壳体14的 内部32，而另两个通道沈、30朝向壳体14的外部34。如图1所示，壳体14的内部32形成一个气流通路，冷空气可通过其进入，在舱16、 20中的电池单元12周围流动，然后通过壳体14的壁38上形成的孔36离开壳体14。尽管 在图1看不见，但是应该理解，每个舱16-22都包括孔36，以便于空气流动。此外，也可以 通过孔36将空气移入舱16-22，这样空气通过内部32排出壳体14。所有孔36可以大小相 同，或者可以是特定的大小，或者“可调”，以提供更多或更少的气流阻力。此外，诸如孔36 的孔不必为狭槽；而是，其可以是任意方便所需气流的形状，例如圆形或椭圆形孔洞。利用壳体14的内部32用于冷却气流，有助于保证气流不受块15在何处安装的影 响。尽管通道沈、30对壳体14的外部34开放，因而可能会经受依块15在何处安装而有所 不同的气流，但是可以预期块15将会与其它块联合使用，因此大部分气流将会通过内部空 间。图2提供了这种清楚的实例，其中，五个块15相互邻接设置。每个块15包括其自 身内部32，还包括一个公用内部40，该公用内部由面对通道的内部，例如图1所示的通道 沈、30，在块15移动到相互邻接时形成。如图2所示，两个公用内部空间40以虚线表示，表 示其尚未形成，但是当块15移动到相互直接邻接时，将会形成。正如以下更充分地说明，本 发明包括块、例如块15的不同排列，以形成用于不同用途的更大的动力供应系统，具体说， 为高压电池。对于图2所示的块15的排列，只有最外面的开放通道沈、30朝向块壳体14 的外部34。因此，大部分冷却气流将会通过块15的内部32、40。为了便于适当分配通过块15的冷却空气，可以使用例如图3所示的歧管42。图3 中，示意性地表示了块15的阵列和形成块15进气口的内部32、40。歧管42设置成用于接 收来自气流源，例如管道44的空气。管道44可以连接风扇或其它冷却系统，以向块15提 供某些所需温度的空气。这种构造用于“推进型”气流。本发明还预期用于“拉动型”气流， 其中风扇位于块阵列的下游。歧管42包括多个通道46，每个通道与一个或更多的块15结合。通道46可以设置 成宽度全部相同，或者其可以特别设置，以具有不同的宽度，以适应不同水平的气流。其它 结构也可以用于将空气传送到块阵列，例如无通道的歧管、压力通风或管道。除了歧管42之外，动力供应系统10还可以通过在电池单元12周围的气流中制造 湍流来增加冷却效率。图4表示图1所示的壁38的内表面47的一部分。面向电池单元12 的是一系列突起，或扰流子48，其用于打乱气流，在其中引起湍流。这增加了电池单元12的 对流冷却。这种壁构造可以例如在壳体14被注射成形的浇铸工艺中形成。扰流子可以具 有其它形状，例如，螺旋形也可以用于增加气流的湍流。
如上所述，图1中所示的壳体14的实际仅仅是本发明所预期的壳体中的一种。图 5表示具有封闭壳体52的块50。象图1所示的壳体14 一样，壳体50包括四个用于接收电 池单元12的舱M、56、58、60。每个舱都包括各自的通道62、64、66、68。然而，与图1 所示的通道M-30不同，每个通道62-68都向壳体52的内部70开放。与壳体14类似，壳 体52包括孔72，以便于气流穿过电池12移动。尽管图5中只能看到四个孔72，但是应该 理解，每个舱M-60都包括其自身的孔72。壳体52还包括其他一些孔腔74、76、78、80、82、 84、86，用于减少制造用材量及避免粗大的塑料部分倾向于下沉和中断。壳体52还包括多个用于使壳体52在块50形成阵列时与类似设置的壳体配合的 特征。例如，在堆叠在块50顶部的块壳体上设置凸起80和凹进90，以与补充特征配合。类 似地，块50的每个侧面包括凸起92和凹进94，用于与块50相邻放置的块配合。再短暂地回到图2，其表示的壳体14包括类似的特征。例如，图2所示的每个壳体 14在外部34的顶部都具有多个凸起96和多个凹进98。类似地，壳体14的每个侧面都包 括凸起100和凹进102，用于与相邻块15壳体14上的补充特征匹配。如下更详细地说明， 这些连锁特征有助于多个单个块排列时形成阵列。根据应用，可能需要将单个的块、或者块阵列安装到诸如电池舱的结构的底板或 壁上。图6表示这样一种用于电池块104的排列。电池块104包括可以直接浇铸到壳体114 中的安装特征106、108、110、112。如图6所示，电池舱的底板116设置成具有一个可以例如 直接浇铸到底板116上的后定趾器118。安装特征106可以很容易地滑入后定趾器118，将 电池块104定位到其所需位置。从底板116上可以移动的前定趾器120用于利用紧固件安 排122将安装特征之一 112固紧。图7A和7B表示了另一种方式，其中电池块IM可以安装到诸如电池舱125的结 构上。电池舱125包括壁1 和底板128。电池块IM设置与图6所示电池块104稍有不 同。例如，电池块1 包括具有一对穿过其的安装孔132、134的凸缘。在图7A和7B所示 的实施例中，电池舱125的底板128由金属板制成，用于保持焊接螺帽136-见图7B。电池 舱125的壁1 包括一个V形缺口 138，其用于与电池块IM的后部形成的相应V形缺口匹 配。如图7A和7B所示，可以利用单个紧固件142将电池块124牢固地安装到电池舱 125上。紧固件142穿入焊接螺帽136中时，其将电池块124向后拉动，这样壁1 上的V 形缺口 138与电池块IM上的V形缺口匹配，从而正确定位电池块124。如下详述，电池块 的正确定位可能会很重要，特别是需要将其与多个电池块电连接以形成高压阵列时。图8表示根据本发明可形成至少动力供应系统的一部分的电池块144。电池块144 包括具有外部148的壳体146。如图8所示，外部148的一部分是弯曲的，总体上与位于其 中的电池单元150的圆柱形形状匹配。与外部总体上为矩形的壳体相比，壳体148的构造 可能会有助于减少其制造时所需的材料。然而，弯曲的外部148使得将多个电池块144相 互堆叠在顶部以形成阵列变得更困难。为了克服这个问题，壳体146的外部148就包括了 多个小通道152、154、156、158。通道152、158位于壳体148的顶部，通道154、156位于壳体 148的底部。每个通道152-158设置成用于接收一个可用来帮助将多个相邻的块144相互 毗接的连杆。此外，在某些实施例中，根据通道152-158的深度，该连杆可以在两列块之间 共用。
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图9表示相互邻接的电池块144的阵列。每个块144包括一对各自具有位于其中 的连杆162、164的块152、158。固定到连杆162、164中的一个上的是一个端面板166，其与 另一个端面板(图中未表示)配合，将电池块144卡在其间。应该理解，还有两个附加连杆 位于阵列160的下部，在图9中不可见。如图9所示，通道152、158与连杆162、164相比相对较浅。在这种情况下，在相互 之上堆叠的电池块之间可能具有单个的连杆。例如，回到图8，如果在沿着一系列块144的 顶部的通道158中使用单个连杆，并且块144的通道154中使用单个连杆，则板、例如图9 所示的端面板166可以有效地将块144卡在其间。这将会使通道152和156失去作用，从 而它们可以与使第二阵列中的另一组电池块144保持在一起的连杆匹配。可选择地，通道，例如通道152-158可以相对较高，使得每列电池块在其每个通道 中各自使用连杆，并且通道保持分层的电池块列充分相互偏移，以确保连杆不会相互干扰。 图10表示这样的一种安排，其中通道168高于图10中以虚影表示的相应连杆170。除了高 于连杆170之外，通道168还包括与连杆170相邻的定位特征172。在两个电池块或成列的 电池块一个在另一个顶部堆叠时，定位特征172与另一个通道上的补充定位特征匹配。这 有助于使多个块的组装变成一个快速而高效的过程。暂时地回到图8，表示的电池块144包括连锁特征174，该连锁特征包括凸起176 和凹进178。凸起176和凹进178设置成同与之相配的凸起和凹进配合，使电池块毗接，从 而在形成阵列、例如图9所示的阵列160时，电池块144可以互相正确对准。如结合图2所 述，凸起100和凹进102用于类似功能。示于图9中块144上的连锁特征176、178和示于图2中块15上的连锁特征100、 102之间的一个区别是，连锁特征100、102允许块15在其相互邻接放置后可以前后移动。 这有助于在块15锁到一起之前，例如使用连杆和端面板帮助校正任何对准不足。此外，连 锁特征100、102的构造还便于从块阵列中移出单个块15。例如，如果块阵列15是用连杆和 端面板保持到一起-例如图9所示的连杆162、164和端面板166，则块15中单独的一个可 以通过松开连杆并从阵列中将块滑出而从阵列中移出。电池块壳体，例如图1所示的壳体14，或者图8所示的壳体146，可以通过任意一 种或多种能有效生成所需结构的方法形成。例如，图1所示的壳体14，或其轻微变型，可以 挤压成长的部分，之后切割至其长度。孔，例如孔36可以在二次加工中形成。可选择地，壳 体，例如壳体14可以注射成形，从而消除挤压工艺之后所需的某些或全部二次处理。图11表示电池块144的分解图，表示壳体146由两个件180、182制成，其设置成相 互咬合到一起。对两个件180、182的精密检测显示它们为相同的组件，相互颠倒相向。例 如，第一件180包括插片184、186，其用于与第二件182上的插片保持器188、190匹配。然 而，在第二件182的底端，有相同的用于与第一部分180底端上的插片保持器188、190匹配 的插片184、186。因此，可以使用一个单独的模具来生产用于电池块144的两件式壳体146。 当然，两件式壳体，例如壳体46，也可以由例如在两个不同的模具中形成的两个不同的件制 成。图12表示壳体146的两个件180、182的某些细节。例如，两个件180、182的边 缘188、190形成有V形缺口，以与相邻的电池块上的补充V形缺口匹配。利用这些V形缺 口，生成高阻力气流通路，这样吹向块144表面的空气将会进入内部192，而不是在相邻的块144之间流动。这有助于保持冷却气流穿过电池单元150移动，而不是在效率较低的壳 体146外部。此外，在两个件180、182相接的地方，还形成匹配V形缺口。这也有助于强制 气流通过壳体146的内部192。尽管图11和12表示了形成壳体、例如壳体146的一种便捷方法，但是电池块壳体 还可以作为包括一个或多个活动铰链的单独件形成。图13表示了用于电池块194的这样 一种安排。壳体194包括第一和第二主要部分196、198，其通过一份活动铰链200保持在一 起。锁臂202通过一个第二铰链204安装到第二部分198上。图14表示咬合到一起的壳 体194，还表示多个锁臂202位于沿壳体194的长度上。回到图11，其表示每个电池单元150包括两个位于各电池单元150的相对末端的 终端206、208。终端206为正电终端，终端208为负电终端。每个正电终端与绝缘体210适 配，该绝缘体在图11所示的实施例中为两件式结构，包括帽212和环214。绝缘体210覆盖 一个电池单元150的部分正终端206和相邻电池单元150的部分负终端208。除了提供电 绝缘之外，绝缘体210还作为垫片控制空气缝隙和电池单元150的对准。壳体146包括第一和第二末端216、218。如上所述，一个电池块可以含有任意数量 的电池单元以有效用于所需用途。在图11所示的电池块144中，八个电池单元150用于两 个相邻的列中，每列四个电池单元150形成一个电池模块。对于每个电池模块，第一个和最 后一个电池单元150的其中一个终端邻接壳体146的各自末端216、218。终端帽219、221 用于将电池单元150的终端206、208延伸到壳体146外面，以使相邻的块144可以相互电 连接。尽管与壳体146的末端216、218邻接的电池单元150的负终端208上不具有绝缘 体210，但是也可以方便地在模块末端提供一个负终端绝缘体。这可以使电池单元、例如电 池单元150周围的气流相等。在多个电池块相互顶部堆叠时，其也可以有助于将力、例如外 部施加在电池块上的力更均勻低分配穿过电池单元。例如，图IlA表示电池单元150的负 终端208上的终端帽221中的一个。负终端绝缘体223设置成适配在终端帽221之上。如 图IlA所示，绝缘体223具有一个总体上与终端帽221厚度(t)相同的厚度(t)。这使得绝 缘体223置于终端帽221之上时不增加模块的长度。尽管某些电池单元可能具有非常低的额定电压-例如1. 2伏特，但也有可能有更 高电压的电池单元。此外，即使单个的电池单元具有相对较低的电压，将多个低电压电池电 连接起来也可以制成具有高额定电压的动力供应系统。在这种情况下，可能需要限制接近 电池单元150的某些终端，以使例如维修人员仅暴露在动力供应系统的一小部分额定电压 下。图15表示具有电池块144的阵列，该电池块处于相互电连接的过程中。示于图15 中的是多个终端连接器220。每个终端连接器220包括第一部分222和第二部分224。第 一部分222包括一个可使两个相邻终端，例如终端2沈、2观之间形成电连接的汇流条(图 15中不可见)。每个终端连接器220的第二部分2M有效地阻止接近邻接的终端，这样，例 如，终端2沈、2观在终端连接器220可以移动以允许接近与终端2沈、2观相邻的终端之前 必须相互分离。这将在以下结合图16和17进行充分地说明。图16表示由一列电池块232组成的阵列230。在图16所示的实例中，每个块232 包括四个模块234，该模块每个都由四个电池单元组成(未作视觉区分)。在图16中，每个电池单元都是串联的，每个电池模块234也串联至其它的电池模块234。因此，阵列230的 额定电压远大于每个单个电池单元的额定电压。块232前部236的电池单元终端以汇流条238相互电连接。类似地，块232后部 240的电池终端以汇流条242相互电连接。以图16所示的电连接，阵列230的整个额定电 压可以通过终端M4、246得知。图15所示的终端连接器220可以有助于限制暴露于电池 阵列，例如阵列230的高电压下。例如，可以将终端连接器220安装到块232的前部终端， 以使终端连接器220必须从最左边标记为232'的块(如图16所示)开始连续移除。如图15所示，终端连接器220用于相邻的四个电池终端。因为需要使最后一组 终端M4、246可以接近，以实现电连接，所以第一个块232'上的第一组终端248、250具有 一个独立的电终端连接器。对于其余的块232的前部电池终端来说，可以使用终端连接器 220。尽管终端连接器220设置成用于四个相邻的终端，但是根据本发明的终端连接器可以 制成不同的长度，以用于其它数目的相邻电池终端。例如，可以在终端连接器220的第二部 分形成断裂线，以便于适应特定应用的尺寸。如图15所示，每个终端连接器220叠放在相邻的终端连接器220上，这样在接近 和移除相邻终端连接器220之前，必须先将第一个终端连接器220移除。图16中，从第一 块232'移除第一组终端连接器220仅暴露整个阵列230的额定电压的一小部分。例如，第 一组终端连接器220的移除暴露图16中以虚线表示的终端连接。如果阵列230中使用的 每个电池单元都是串联的，而且这些单元每个都具有约为1.2伏特的额定电压，则通过任 意暴露终端-以虚线表示-的最大电压约为20伏特。这远小于阵列230的总电压。在更 多的终端连接器220从相邻的块232移除时，可接近的电压大大降低。例如，在图17中，通 过还用虚线表示的暴露终端连接器仅有10伏特的电压，还是阵列230总额定电压的一小部 分。这种同样的电压在每个连续的终端连接器220移除时通过暴露的终端也可以得到。一旦最后的终端连接器220从块232前侧236上的终端移除，块232后侧240上 的每个终端可以同时变得可接近没有了块232前侧的连接，就没有电压通过后侧M0。因 此，终端连接器220不需要用于块232的后侧M0，这就节省了拆装阵列230的时间。图18 表示阵列230中会232的后侧M0。单独的终端连接器252含有所有的汇流条M2-见图 16-和咬合盖254，该咬合盖在终端连接器252用紧固件256拧紧到位之后，可以安放在终 端连接器上。尽管与图18所示的终端连接器252分离，咬合盖，例如盖254，也可以接在终 端连接器252上，例如通过活动铰链。如上所述，用于电池块232前部236的终端连接器220需要相邻的终端对在相邻 的终端连接器220移除之前相互分离，而且也与阵列160分离。此外，用于电池块232后部 240的终端连接器，例如图18所示的终端连接器252，可以设置成，其直到最后的终端连接 器220分离并从电池块232的前部236移除，才可移除。这样，即使电池块232后部240所 有的终端都具有焊接上的终端连接器，维修人员也不会暴露在高电压下，因为在后部终端 可以接近之前前部终端必须是分离的。如图18所示，终端连接器252利用螺纹紧固件安装到电池终端。当然，其它紧固 机构也可以用于将终端连接器252安装到电池终端。例如，在阵列230的后部M0，可以将 终端连接器或连接器焊接或按压适配到电池终端，以消除对独立紧固件的需要。图19表示类似于图15所示的终端连接器220的另一种类型的终端连接器。图15所示的阵列160中，每个电池终端包括一个设置成用于接收阳螺纹紧固件，例如紧固件256 的阴螺纹部分。可选择地，电池单元可以具有例如一个设置成用于接收阴螺纹紧固件，例如 螺帽的阳螺纹部分。图19表示设置成用于容纳电池单元的终端连接器258，其中该电池单 元具有阳螺纹终端，例如图19A所示的阳螺纹终端259。象图15所示的终端连接器220 —样，终端连接器258包括第一和第二部分沈0、 262.第一部分260用于保持便于两相邻电池单元电连接的汇流条沈4。图19示意性表示 垫圈和螺帽的联合体沈6、沈8，其通过螺帽保持器270、272保持在适当位置。象终端连接器 220 一样，终端连接器260具有一个第二部分258，其阻止接近一对相邻的电池终端。一对 相邻的终端一直被覆盖，直到螺帽/垫圈沈6、268移除，以及整个终端连接器258移除。因 此，在第二部分262下面的两个终端暴露之前，两终端为电分离的。图19A表示可与终端连接器，例如终端连接器258 —起使用的阳螺纹终端259的 构造。阳螺纹终端259包括螺纹柱273，其用于接收螺帽和/或垫圈，例如图19所示的任意 一个螺帽和垫圈联合体沈6、沈8。阳螺纹终端259用四个支柱277支承高出电池单元的顶 孔帽275。其便于电池单元279的通风。终端259包括在支柱277下方具有孔观3的基座 2810尽管也可以采用其它类型的安装，该基座281是在点282上凸焊到顶孔帽275上。回到图19，电压传感器274的一部分表示于该图中。电压传感器274可以位于汇 流条和一个螺帽/垫圈266、268之间。传感器274可以连接至与电池单元相邻的小电路， 其可以将信号发送到系统控制器，例如车辆中的车辆系统控制器(VSC)。类似地，电压传感 器274可以连接至每一个终端连接器沈0，从而将多个信号发送到VSC，指示大电池阵列中 电池模块的电压。该信息在确定例如何时需要维护电池时很有用。为了有利于相邻的电池终端之间的良好连接，例如，使用终端连接器，例如图15 所示的终端连接器220，或图19所示的终端连接器258，电池终端应该相互相对对齐。例如， 如果图15所示的终端2 从其块144向外伸出明显大于终端2 从其块144向外伸出的 距离，那么安装终端连接器220可能会很成问题。具体说，终端226、228的对不齐会引起不 良电连接。为了解决此问题，本发明利用一个或多个定位装置来将电池单元定位到各自壳 体中。回到图11，表示每个块144包括两列的四个电池单元150。制造电池单元150时， 每个都具有一个承受制造公差的标称长度。当多个电池单元150相互端到端相对放置时， 最终电池模块的总长度将会将会发生变化，其为每个电池单元150的制造公差和终端219、 221的公差，以及所有用于连接电池单元150的内部连线的总和。这种公知为公差累加的 现象会引起与壳体146的末端216、218邻接的电池终端的位置不期望的变化量。为了减少 电池终端的变化与位置，壳体146包括定位装置276，以将各电池单元150定位到壳体146 内。如图20所示，定位装置276包括在壳体146内形成的凹槽，其设置成卡住绝缘体 210，以使电池单元150定位。为了更牢固地将绝缘体210卡到凹槽276中，每个凹槽276 可以含有多个齿278，如图21所示。如图21详细所示，绝缘体210的环214包括多个更小 的环观0，其与齿278配合，将电池单元150牢固地定位在壳体146内。使用壳体146中的 定位装置，例如凹槽276，有助于保证与电池块壳体，例如壳体146邻接的电池终端在壳体 末端抵达一个预定的距离。这有助于保证安装终端连接器，例如连接器220时准确对齐电池终端。如上所述，本发明提供一种动力供应系统，其包括多个用于确保电池单元周围的 气流有利于冷却的机构。因为气流的均勻对冷气过程可能很重要，对电池单元温度的测量 提供与冷却效率有关的相关信息，本发明还提供多个“传感器台”，在其上可以使用温度传 感器，而不负面影响冷却气流的均勻性。例如，图8表示多个沿电池块144的长度设置的传 感器台观2。具体说，传感器台282位于壳体146的外部148上。每个传感器台282设置成，在温度传感器无论是否位于各传感器台282中，都以相 同的方式干扰电池单元150周围的气流。每个传感器台282包括允许温度传感器进入壳体 146并与电池单元150的一个表面接触的孔观4。传感器台282可以，例如，在注射成形过 程中直接浇铸到壳体146上。图22表示壳体146中的传感器台282的细节。传感器台282位于壳体146的内 部286上，包括用于与电池单元150的外表面接触的密封条观8。因此，当空气在电池单元 150的外面流动时，其流动通路被与电池单元150匹配的密封条288所干扰。气流绕过密封 条288继续穿过壳体146的内部观6。因为密封条288与电池单元150接触，所以温度传感 器无论是否位于传感器台282中，气流都会受到干扰。该构造容许有关温度传感器位于电池块，例如电池块144内的灵活性，其中冷却 气流不受在具体电池系统中实际安装的温度传感器的数量的影响。此外，每个传感器台观2 中的孔284容许温度传感器位于壳体146的内部观6，并且实际上容许温度传感器与电池单 元150的外表面接触。这有利于精确测量电池单元温度。这不同于其它电池温度机构，其 例如可以测量电池壳体的温度，然后利用某些公式来推断电池单元的温度。如上所述，用于本发明中的动力供应系统中的壳体可以用挤压成形工艺制造。高 轮廓的传感器台，例如传感器台282不适合这种工艺。图23表示图8所示高轮廓的传感器 台282 —种可以选择的方式。图23表示电池块壳体四0的一部分，包括与图1所示的孔36 类似的狭槽形式的孔四2。如上所述，诸如这些孔可以在壳体，例如壳体290或图1所示的 壳体14挤压成形后在二次加工时加上去。回到图23，孔四2与用于接收温度传感器的传感器台的第一部分294 —起设置。 如图M所示，传感器台的第二部分296咬合适配到第一部分四4中，用于保持温度传感器 2980图M中还表示了传感器台的第二部分296的构造，其可使温度传感器298的末端300 与电池单元304的一个表面302接触。这提供了电池单元304温度的直接测量。象图8所示的温度台一样，温度台的第二部分296与电池304的表面302接触，这 样，无论是否安装温度传感器四8，电池单元304周围的空气流动都会被干扰。同样，这也提 供了气流的均勻性，而无论温度传感器是否位于温度台中。这也有效地使温度传感器298 与气流分离，从而提供电池单元304温度的更精确测量。这提供了超越传统的电池构造温 度测量技术的优点，传统技术或者依赖于推断的温度，或者将温度传感器暴露于气流中，其 不但增加了温度测量的精确度，还减少了冷却气流的均勻性。尽管已经对实施本发明的最佳方式进行了详细的说明，本发明所属技术领域的技 术人员仍能认识到实现由权利要求所确定的本发明的各种可选设计和实施方式。
权利要求
1.一种动力供应系统，包含多个动力供应单元；以及用于将动力供应单元接收在其中的壳体，该壳体设置成为壳体中每个动力供应单元周 围提供气流通路，该壳体包括多个传感器台，每个传感器台干扰动力供应单元周围的至少 一部分气流，每个传感器台用于将各自的传感器接收到其中，以使各个传感器分别接触动 力供应系单元中的一个，以确定与各动力供应单元结合的参数，每个传感器台还设置成，无 论传感器是否接收在传感器台中，都以实质上相同的方式干扰气流。
2.根据权利要求1所述的动力供应系统，其特征在于，该壳体包括多个用于接收动力 供应单元的舱，每个舱包括舱壁，其中每个传感器台包括各自舱壁上的孔，用于容许传感器 中的一个接触各自舱中的动力供应单元。
3.根据权利要求2所述的动力供应系统，其特征在于，每个传感器台伸入各舱，以使传 感器台的一部分与各自舱中的动力供应单元接触。
4.根据权利要求3所述的动力供应系统，其特征在于，每个传感器台设置成实质上使 各传感器与动力供应单元周围的气流隔离，从而阻止传感器和动力供应单元周围的气流之 间的对流传热。
5.根据权利要求3所述的动力供应系统，其特征在于，壳体用于接收预定数目的动力 供应单元，并且包括一个用于每个预定数目的动力供应单元的传感器台，从而便于对每个 预定数目的动力供应单元使用独立的传感器。
6.一种动力供应系统，包含多个总体上为圆柱形的动力供应单元，每个动力供应单元具有总体上为圆形的横截 面；以及多个壳体，每个壳体都具有内部和外部，并且包括多个总体上为管状的舱，该舱用于将 动力供应单元接收到其中，每个舱都包括圆周断面，形成沿各个舱长度的开放通道，用于提 供穿过各舱中动力供应单元的气流通路，每个壳体设置成至少一个通道朝向各壳体内部， 而且至少一个通道朝向各壳体外部，每个壳体还设置成与另一个壳体配合，在其间形成公 用内部，每个配合壳体中的朝向外部的通道中的一个朝向该公用内部。
7.根据权利要求6所述的动力供应系统，其特征在于，每个舱用于接收多个沿舱长度 设置的动力供应单元，每个舱包括其上具有多个孔的舱壁，便于壳体内部的至少一个通道 和外部之间的空气流动，每个孔与动力供应单元中的各一个邻接。从而有利于每个动力供 应单元周围的空气流动。
8.根据权利要求6所述的动力供应系统，其特征在于，每个壳体包括四个舱，其中的两 个舱具有各自向壳体内部开放的通道，另外两个舱具有各自向壳体外部开放的通道。
9.根据权利要求6所述的动力供应系统，其特征在于，还包含歧管，其包括用于每个壳 体的通道，该歧管用于接收来自气流源的气流，并将气流分配至每个壳体。
10.根据权利要求6所述的动力供应系统，其特征在于，每个舱包括内表面，该内表面 具有多个从其上向内伸出的凸起，用于干扰通过舱的气流，从而有利于增强气流和动力供 应单元之间的热交换。
11.一种动力供应系统，包含多个总体上为圆柱形的动力供应单元，每个动力供应单元具有两个相对的暴露终端，每个动力供应单元包括一个暴露于其中一个末端的终端，另一个终端暴露于另一个末端； 以及壳体，其包括具有两个至少部分开放的末端的舱，该舱用于接收预定数目的端到端方 向的动力供应单元，这样一个动力供应单元中的一个终端与舱的一个末端邻接，另一个动 力供应单元的一个终端与舱的另一个末端邻接，该舱包括至少一个定位装置，其设置成与 至少一个动力供应单元在舱中配合，以定位至少一个动力供应单元，这样每个与舱的一个 末端邻接的终端处于其各个舱末端的预定距离内。
12.根据权利要求11所述的动力供应系统，其特征在于，还包含多个绝缘体，每个绝缘 体设置成位于任意一个动力供应单元的一个末端，用于部分地绝缘各动力供应单元终端， 其中舱至少部分地由壁形成，至少一个定位系统包括位于舱壁上的凹槽，设置成与绝缘体 中的一个配合，将各动力供应单元中的一个相对于舱末端定位。
13.根据权利要求12所述的动力供应系统，其特征在于，每个绝缘体包括多个位于其 上的环，舱壁上的至少一个凹槽包括多个齿，该齿用于与环在绝缘体上配合，将绝缘体定位 在凹槽内。
14.根据权利要求11所述的动力供应系统，其特征在于，舱包括用于每个预定数目的 动力供应单元的定位装置中的一个。
15.根据权利要求14所述的动力供应系统，其特征在于，每个定位装置以与相邻的一 个定位装置相距预定的距离沿舱长度设置，从而阻止各舱末端相邻两终端的定位错误。
16.一种动力供应系统，包含多个总体上为圆柱形的动力供应单元，每个动力供应单元具有总体上为圆形的横截多个相互邻接设置的壳体，每个壳体具有内部和外部，并包括总体上为管状的舱，该舱 用于将预定数目的动力供应单元接收到其中，每个壳体的外部包括位于与舱末端相距预定 距离的通道，这样相邻设置的壳体上的各个通道总体上相互对齐；置于通道内的连杆；以及以及一对用于与连杆配合、将壳体夹在其中从而形成一组壳体的端面板。
17.根据权利要求16所述的动力供应系统，其特征在于，每个通道包括与连杆邻接的 定位特征，每个定位特征设置成与另一组壳体的各定位特征配合，从而便于一个壳体组堆 叠到另一壳体组上。
18.根据权利要求17所述的动力供应系统，其特征在于，每个壳体包括顶部和底部，而 且每个壳体外部包括壳体顶部的两个通道和壳体底部的两个通道，壳体组具有四个连杆连 接端面板夹住壳体。
19.根据权利要求16所述的动力供应系统，其特征在于，每个壳体外部还包括连锁特 征，其设置成与任何其他壳体外部上的连锁特征配合，使邻接的壳体相互对齐。
20.根据权利要求19所述的动力供应系统，其特征在于，每个连锁特征包括凸起和凹 进，每个凸起设置成与另一个壳体的凹进匹配。
全文摘要
一种动力供应系统，包括多个以端到端方式成列连接起来形成电池模块的电池单元。将多个这种电池单元放入壳体中形成电池块，该电池块为可以用于制造更大的电池总成的基本构建块。该动力供应系统可以包括将单个电池单元定位到列中的定位器，帮助确保伸出电池壳体外的电池终端准确对齐。可以利用终端连接器减少通过暴露终端的电压大小。终端连接器连接两个终端，同时遮挡并阻止接近相邻的电池终端。动力供应系统还可以包括传感器台，以便于使用温度传感器，这样，无论使用多少温度传感器，电池单元周围的气流都保持均匀。
文档编号H01M2/20GK102064363SQ20101017973
公开日2011年5月18日 申请日期2006年3月16日 优先权日2005年3月16日
发明者帕特里克·马奎尔, 菲利普·冈萨雷斯, 萨拉瓦南·帕拉玛西万, 达门德拉·帕特尔, 道格拉斯·朱 申请人:福特全球技术公司