本发明涉及用于电动车辆的电池总成。该电池总成包括结构总成，该结构总成配置用于保持、封闭和/或热管理多个电池单元。
背景技术：
降低机动车辆燃料消耗和排放的需求是众所周知的。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。为这种目的而开发的一种类型的车辆是电动车辆。总体上，由于电动车辆通过一个或多个电池供电的电机选择性地驱动，因此电动车辆与传统机动车辆不同。相比之下，传统机动车辆仅依靠内燃发动机来推进车辆。
高压电池总成被用于为电动车辆的电机供电。电池总成包括由多个电池单元构成的单元堆叠。阵列结构结合每个单元堆叠的电池单元。分离式外罩总成容纳电池单元并且使电池单元从外部环境封闭。典型配置为冷却板的另一分离结构通常定位为与电池单元接触以热管理由单元所产生的热。
技术实现要素：
根据本发明示例性方面的电池总成除其它方面外包括第一单元堆叠和结构总成，第一单元堆叠包括多个电池单元，结构总成包括尺寸和形状被设置为接收第一单元堆叠的第一槽。结构总成配置用于维持第一单元堆叠上的压缩负荷并且至少部分地封闭第一单元堆叠。
在上述电池总成的进一步非限制性实施例中，多个电池单元是并排设置并且相对于彼此未结合的单独的单元。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，多个电池单元中的 每一个与结构总成的至少一个壁邻接。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，第二单元堆叠被接收在结构总成的第二槽内。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，结构总成的壁将第一槽与第二槽分开。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，结构总成包括接合在一起的多个壁。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，多个壁中的至少一个包括通道，该通道配置用于传递流体以热调节多个电池单元。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，汇流条模块被定位在第一单元堆叠的顶部的上方。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，基部被设置在结构总成的底部并且盖被设置在结构总成的顶部。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，弹性外壳设置为围绕结构总成的整个外围。
根据本发明另一示例性方面的电池总成，除其它方面外包括单元堆叠和至少部分围绕单元堆叠的结构总成，结构总成包括多个壁，每个壁包括至少一个通道，通道配置用于传递流体以热调节单元堆叠。
在上述电池总成的进一步非限制性实施例中，结构总成包括具有第一横截面积的第一通道的第一壁以及具有第二横截面积的第二通道的第二壁，第二横截面积大于第一横截面积。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，单元堆叠包括多个电池单元，多个电池单元在插入到结构总成的槽中之前彼此未结合。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，结构总成配置为在单元堆叠插入到槽中之后维持单元堆叠上的压缩负荷。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，结构总成配置为数字8形状。
根据本发明另一示例性方面的方法，除其它方面外包括压缩电池总成的单元堆叠以及将单元堆叠插入到结构总成的槽中。单元堆叠在插入到槽中之前未结合，并且结构总成配置为在单元堆叠插入到槽中之后对单元堆叠施加压缩负荷。
在上述方法的进一步非限制性实施例中，压缩步骤包括将单元堆叠的多个电池单元设置在相对的端部隔板之间以及在相对的端部隔板处对单元堆叠施加力。
在任一上述方法的进一步非限制性实施例中，结构总成配置为至少部分地封闭单元堆叠。
在任一上述方法的进一步非限制性实施例中，结构总成配置为热管理单元堆叠的多个电池单元。
在任一上述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括在插入步骤之后相对于外部环境密封电池总成的单元堆叠。
可以单独地或任意组合地使用上述段落、权利要求或下列说明书和附图中的实施例、示例以及替代形式，包括它们任意的各方面或各自的独立特征。关于一个实施例所描述的特征可以应用于所有的实施例，除非这样的特征是不兼容的。
本发明的各种特征及有利之处从下列具体实施方式中对本领域的技术人员而言是显而易见的。伴随具体实施方式的附图可以简要描述如下。
附图说明
图1示意性地示出了电动车辆的动力传动系统；
图2是根据本发明的第一实施例的电池总成的剖视图；
图3是电池总成的结构总成的分解视图；
图4是电池总成的选定部分的分解视图；
图5A和5B说明了电池总成的结构总成的另外配置；
图6A和6B说明了图4的电池总成的另外的部件；
图7说明了根据本发明的另一实施例的电池总成。
具体实施方式
本发明详述了用于电动车辆的电池总成。该电池总成可以包括一个或多个电池堆叠，每个电池堆叠具有定位为彼此邻近的多个单独的电池单元。电池总成的结构总成包括尺寸和形状被设置为接收单元堆叠的槽。在一些实施例中，结构总成配置用于维持对每个单元堆叠的压缩负荷并且至少部分地封闭单元堆叠。在其它实施例中，结构总成配置用于热调节每个单元堆叠的电池单元。多功能结构总成降低电池总成的部件的数量和尺寸，大体上消除传统的阵列保持件并且大体上消除螺纹紧固件连接，从而呈现接近零空气容积的电池总成。在该具体实施方式的下述段落中更具体地说明这些以及其它特征。
图1示意性地示出了电动车辆12的动力传动系统10。虽然以混合动力电动车辆(HEV)示出，但应理解的是，这里描述的构思不限于HEV并且可以扩展到其它电动车辆，包括但不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)、电池电动车辆(BEV)以及燃料电池车辆。
在一个实施例中，动力传动系统10是使用了第一驱动系统和第二驱动系统的功率分流动力传动系统(power-split powertrain system)。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即第二电机)、发电机18以及电池总成24。在这个示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电力驱动系统。第一和第二驱动系统产生扭矩以驱动电动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。虽然示为功率分流配置，但本发明可以扩展到任何混合动力或电动车辆，包括全混合动力、并联混合动力、串联混合动力、轻度混合动力或微混合动力。
在一个实施例中是内燃发动机的发动机14和发电机18可以通过例如行星齿轮组的动力传输单元30连接。当然，包括其它齿轮组和变速器的其它类型的动力传输单元可以用于将发动机14连接到发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传输单元30是包括环形齿轮32、中心齿轮34 和行星齿轮架总成36的行星齿轮组。
发电机18可以通过动力传输单元30而由发动机14驱动以使动能转化为电能。可选地，发电机18可以起马达的作用以使电能转化为动能，由此向连接到动力传输单元30的轴38输出扭矩。由于发电机18可操作地连接到发动机14，因此发动机14的转速可以由发电机18控制。
动力传输单元30的环形齿轮32可以连接到轴40，轴40通过第二动力传输单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其它动力传输单元也可以是适宜的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48从而最终为车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括能够向车辆驱动轮28传递扭矩的多个齿轮。在一个实施例中，第二动力传输单元44通过差速器48与车轴50机械地连接从而向车辆驱动轮28分配扭矩。
也可以采用马达22通过向轴52输出扭矩而驱动车辆驱动轮28，轴52也连接到第二动力传输单元44。在一个实施例中，马达22以及发电机18配合作为再生制动系统的一部分，在该系统中，马达22和发电机18两者都可以作为马达输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自向电池总成24输出电力。
电池总成24是示例电动车辆电池。电池总成24可以包括高压牵引电池组，该高压牵引电池组包括能够输出电力以使马达22和发电机18以及其它部件运转的多个电池单元。其它类型的能量存储装置和/或输出装置也可被用于为电动车辆12提供电力。
在一个非限制性实施例中，电动车辆12具有两种基本的操作模式。电动车辆12可以在使用马达22(通常没有来自发动机14的辅助)推进车辆的电动车辆(EV)模式操作，由此消耗电池总成24的荷电状态至其在特定行驶模式/周期的最大可容许放电率。EV模式是电动车辆12操作的电荷消耗模式的示例。在EV模式期间，电池总成24的荷电状态在一些情况下可以增加，例如由于一段时间的再生制动。发动机14在默认EV模式通常是关闭的，但可以必要时基于车辆系统状态或如操作者容许进行 操作。
电动车辆12可以另外以混合动力(HEV)模式操作，在HEV模式中发动机14和马达22二者都被用于车辆推进。HEV模式是电动车辆12操作的电荷保持模式的示例。在HEV模式期间，为了将电池总成24的荷电状态保持为恒定或近似恒定的水平，电动车辆12可以通过增加发动机14的推进来降低马达22的推进使用。在本发明范围之内，电动车辆12可以以除了EV模式和HEV模式以外的其它操作模式操作。
图2说明了被用在电动车辆中的电池总成24。例如，电池总成24可以被用在图1的电动车辆12中。电池总成24包括用于向电动车辆12的各种部件提供电力的多个电池单元58。虽然在本发明的各个附图中示出了电池单元58的具体数量，但电池总成24可以包括任何数量的单元。换言之，本发明并不限于图2所示的具体配置。
电池单元58可以相对于彼此(在图2的剖视图中朝向页面内)并排地堆叠，以构造一个或多个单元堆叠62(即电池单元的组)。在一个实施例中，电池总成24包括两个单元堆叠62。但在本发明的范围之内，电池总成24可以包括一个单元堆叠62或多个单元堆叠62。
在一个实施例中，电池单元58是棱柱状锂离子电池。但在本发明的范围内可以可选地使用具有其它几何形状(圆柱形、袋状等)和/或其它化学品(镍金属氢、铅酸等)的电池单元。
电池总成24可以另外地包括多功能结构总成64。例如，结构总成64可以配置用于对单元堆叠62施加压缩负荷，至少部分地封闭和密封单元堆叠62，支撑电池堆叠62和使电池堆叠62彼此分开，以及热管理每个单元堆叠62的电池单元58。下文将更具体地说明这些功能。
基部66可以被附接到结构总成64的底部，并且盖68可以被附接到结构总成64的顶部。结构总成64、基部66以及盖68组合以封闭单元堆叠62，从而使单元堆叠62大体上从外部环境(EX)密封。
电池单元24可以另外包括一个或多个汇流条模块70。汇流条模块70可以位于每个单元堆叠62上方并且适于电连接每个单元堆叠62的电池单 元58。在一个实施例中，汇流条模块70被设置在单元堆叠62和盖68之间。
继续参照图2，图3说明了电池总成24的结构总成64的非限制性实施例。结构总成64包括多个壁72。壁72可以是挤压、铸造、成型或使用其它已知技术制造的。在一个实施例中，壁72由铝制成，但在本发明的范围之内也可以想到其它材料。多个壁72可以被成型为所需的尺寸和形状并且例如通过焊接接合到一起以构造刚性结构总成64。在一个非限制性实施例中，壁72被接合到一起以形成能够接收两个单元堆叠62的数字8形的设计(参见图4)。但也可以想到其它设计，包括但不限于结构总成64被配置用于接收单个单元堆叠62(参见图5A)或多个单元堆叠62(参见图5B)的设计。
多个壁72中的每一个可以可选地包括一个或多个通道74，通道74在壁72内延伸。在一个实施例中，通道74是成型为部分或全部穿过壁72的开口(可以是机加工、铸造、成型、冲压、挤压等)。也可以使用其它制造技术来形成通道74。流体F可以在通道74内部传递以热调节每个单元堆叠62的电池单元58。流体F可以是如制冷剂、水或乙二醇的混合物的液体或如空气的气体。
通道74可以配置为不同的尺寸和形状以有助于度量和平衡通过壁72的流体F的流。给出的每个通道74的尺寸和形状以及通道74的总数量并非旨在限制于本发明。根据结构总成64的设计，流体F可以在一个壁72的通道74内线性地流动并且可以在直角处转弯以流入其它壁72。在所示的实施例中，由于中间壁72-C定位在两个单元堆叠62之间并且因此需要更多的流体以在相邻单元堆叠62之间实现相似的热通量能力，因此中间壁72-C的通道74-C包括比其它壁72的通道74更大的横截面积。
结构总成64可以另外包括入口盖76和出口盖78。入口盖76和出口盖78可以被连接到至少一个壁72，以提供用于接收和排出流体F的入口和出口。入口盖76和出口盖78的尺寸可以设置为接收足够量的流体F，以供给其它壁72并且使流体F从壁72中排出。接收入口盖76和出口盖 78的壁72也可以包括用于封闭通道74的另外的端盖80，从而使流体F只能通过出口盖78离开结构总成64。
图4、6A和6B示意性地说明了电池总成24的装配。首先参照图4，第一单元堆叠62A的电池单元58可以可选地设置在端部隔板82之间。虽然未示出，但另外的隔板可以可选地被设置在每个电池单元58之间以提供第一单元堆叠62A的相邻电池单元58之间的电隔离。在该装配阶段，电池单元58未通过如螺纹紧固件、支架、板和/或带的机械紧固装置相对彼此结合。
第一单元堆叠62的电池单元58可以被压缩，例如利用工具(未示出)。在一个实施例中，可以通过在每个端部隔板82处施加力F而将电池单元58充分压缩，以举升和操作第一单元堆叠62A而不会有电池单元58掉落。被压缩的第一单元堆叠62A之后被插入结构总成64的第一槽84A内。第一单元堆叠62A可以被略微地过压缩，以使它安装到第一槽84A内。一旦第一单元堆叠62被接收在第一槽84A内时，结构总成64的壁72就在第一单元堆叠62A上施加压缩负荷并且至少部分地封闭第一单元堆叠62A。一经被接收到第一槽84A内(参见图6A)时，电池单元58就与结构总成64的至少一个壁72邻接。端部隔板82可以包括通过工具可接合以用于举升和操作第一单元堆叠62A的槽86。可以在工具已经插入单元堆叠62A并且工具已经被移除之后填充槽86，从而以更均匀的方式支撑电池单元58并且增加在电池单元58和壁72的所有部分处更均匀的热传输的可能。端部隔板82可以由具有相对低的摩擦系数的材料制成，该材料促进抵靠壁72的滑动，从而使第一单元堆叠62A到结构总成64的第一槽84A的插入更简单。在一个非限制性实施例中，端部隔板82由超高分子量聚乙烯(UHMWPP)制成。
可选地，槽86可以被省略，因此使端部隔板82成为更连续的板。第一单元堆叠62A可以被压缩以安装到槽84A内。独立的推块可以被用于使第一单元堆叠62A滑入槽84A。
如果结构总成64包括另外的槽，那么另外的单元堆叠62可以被接收 在其中。例如，如图6A和6B所示，第二单元堆叠62B可以被插入结构总成64的第二槽84B内。
现在主要参照图6A和6B，汇流条模块70可以被定位在第一和第二单元堆叠62A、62B中的每一个的顶部上方。在一个非限制性实施例中，汇流条模块70是立方形的，并且由导电材料和绝缘材料的合适的组合制成。每个汇流条模块70可以位于第一和第二单元堆叠62A、62B中的一个的上方并且之后可以如通过焊接被附接到电池单元58，以电连接电池单元58。在一个实施例中，结构总成64的壁72被调整尺寸，以在第一和第二单元堆叠62A、62B以及汇流条模块70被安装时提供平(或近似平)的顶面88(参见图6B)。
在插入第一和第二单元堆叠62A、62B之前或之后，可以将基部66附接到结构总成64。但在电池总成24的内容物插入之后将盖68(参见图2)附接到结构总成64。基部66和盖68可以是以如通过焊接或粘合剂的液密方式被接合到结构总成64的结构板。
图7说明了另一示例性电池总成124。在本发明中，在适用的情况下，相同的附图标记表示相同的元件并且增加了100或100的倍数的附图标记指代经过修改的元件，其应理解为包含与对应原始元件相同的特征和有利之处。在该示例性实施例中，电池总成124包括一个或多个单元堆叠162和结构总成164，结构总成164包括多个壁172、用于每个单元堆叠162的汇流条模块170以及弹性外壳190。
在一个实施例中，结构总成164的壁172包括凸缘192。凸缘192支撑单元堆叠162并且作为单元堆叠162插入的限深器。每个壁172可以包括一个凸缘192(例如在外壁处)或两个凸缘192(例如在内壁处)。
在另一实施例中，弹性外壳190被设置为围绕电池总成124的整个外围，以相对于外部环境EX弹性和密封地封闭电池总成124。弹性外壳190可以是聚合物，例如高密度聚乙烯(HDPE)。也可以想到其它弹性外壳材料。弹性外壳190可以呈现为相对薄的轮廓，它的部分可以作为压缩弹簧。例如，弹性外壳190的部分可以包括褶皱199(这里设置在弹性外壳190 的顶部)，褶皱199可压缩以容许电池总成124被压配合抵靠安装表面194。之后可以使用支架、带或其它紧固装置将电池总成124安装到安装表面194。以这种方式，电池总成124可以相对于安装表面194呈现零间隙。
本发明所述的电池总成提供紧凑设计，该设计使总成内保留接近零的空间。这改进了系统密度并且降低了总成内可扩展/缩小的空气的量。而且，示例电池总成提供了封装方案，该封装方案降低封装部件的数量和尺寸，大体消除传统阵列保持元件并且大体消除螺纹紧固连接。
虽然不同的非限制性实施例描述为具有特定部件或步骤，但本发明的实施例并不限于那些特定的组合。可以使用任何非限制性实施例的一些部件或结构与任何其它非限制性实施例的结构或部件组合。
应该理解的是，在所有几幅图中相同的附图标记标识对应的或类似的元件。应该理解的是，虽然公开了特定部件的设置并且以这些示例性实施例说明，但其它设置也可以受益于本发明的教导。
上述说明书应该解释为说明性的并且没有任何限制的意思。本领域普通技术人员可以理解，在本发明的范围之内可以出现一些变化。出于这些原因，应该研究下述权利要求以确定本发明的真实范围和内容。