本实用新型涉及一种用于电动车辆的电池组及由电池组供电的电动车辆。
背景技术：
电动车辆使用一个或多个电动机，所述电动机由储存在可再充电电池系统中的电能供电。由于锂基电池具有高功率和高能量密度而经常选用它们。为了确保电动车辆有效地并且安全地操作，电池系统的温度必须被维持在预定的最优温度范围内。电动车辆的冷却剂系统可以物理地扩展到电池系统以便移除过量的热量，由此增加电池系统的使用寿命并且增加可以在单次充电后行进的距离。
随着电动车辆普及度的增加，制造工艺的效率将变得更重要。降低制造电池系统的成本同时增加其可靠性和安全性的工艺和设备将是满足客户需要的关键。尤其是，需要下述工艺和设备，它们确保各个电池单元之间的可靠电气连接、有效地冷却电池系统以及有助于将成千个单独的电池单元组装成模块化系统的制造工艺，该模块化系统可以在需要时进行安装和替换。
技术实现要素：
本公开的各方面涉及电池系统，并且本公开的一些方面涉及汇流条，并且具体涉及包括集成汇流条冷却导管的汇流条。
一个创造性方面是一种用于电动车辆的电池组。所述电池组包括上部托盘、附接到所述上部托盘的第一汇流条、下部托盘和附接到所述下部托盘的第二汇流条。所述电池组还包括布置在所述上部托盘和所述下部托盘中的多个电池单元以及将所述下部托盘机械连接到所述上部托盘的冷却导管。
在一些实施例中，所述冷却导管被配置成在所述上部托盘与所述下部托盘之间传递垂直力。在一些实施例中，当所述冷却导管在所述上部托盘与所述下部托盘之间传递所述垂直力时，所述多个电池单元在所述上部托盘与所述下部托盘之间基本上不传递力。
在一些实施例中，所述冷却导管与所述下部托盘集成在一起。
在一些实施例中，所述冷却导管与所述上部托盘集成在一起。
在一些实施例中，所述冷却导管与所述上部托盘和所述下部托盘分离。
在一些实施例中，所述冷却导管包括被配置成引导冷却流体的流体通道。
另一个创造性方面涉及一种由电池组供电的电动车辆。所述电池组包括上部托盘、附接到所述上部托盘的第一汇流条、下部托盘和附接到所述下部托盘的第二汇流条。所述电池组还包括布置在所述上部托盘和所述下部托盘中的多个电池单元以及将所述下部托盘机械连接到所述上部托盘的冷却导管。
在一些实施例中，所述冷却导管被配置成在所述上部托盘与所述下部托盘之间传递垂直力。在一些实施例中，当所述冷却导管在所述上部托盘与所述下部托盘之间传递所述垂直力时，所述多个电池单元在所述上部托盘与所述下部托盘之间基本上不传递力。
在一些实施例中，所述冷却导管与所述下部托盘集成在一起。
在一些实施例中，所述冷却导管与所述上部托盘集成在一起。
在一些实施例中，所述冷却导管与所述上部托盘和所述下部托盘分离。
在一些实施例中，所述冷却导管包括被配置成引导冷却流体的流体通道。
本实用新型提供的电池组能够确保各个电池单元之间的可靠电气连接、有效地冷却电池系统以及有助于将成千个单独的电池单元组装成模块化系统的制造工艺。
附图说明
可以通过参考说明书的剩余部分和附图实现对本实用新型的性质和优点的进一步理解，其中，相同的参考标号在若干附图中用于指代类似的部件。在一些情况下，子标签与参考标号相关联来表示多个类似部件之一。当引用参考标号而不指定现有的子标签时，其旨在指代所有这种多个类似的部件。
图1示出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示出根据一些实施例可以在电动车辆中使用的锂基电池。
图3A和图3B是电池组的截面图。
图4A-4G是示出制造电池组工艺的一系列视图。
图5是示出用于制造可再充电电池组的工艺的一个实施例的流程图。
图6是示出用于制造具有可再充电电池系统的车辆的工艺的一个实施例的流程图。
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。该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/或电池单元的单独部件的需要来简化电池组的设计。在一些实施例中，该汇流条冷却导管可以限定冷却流体例如制冷剂可以流过其中的体积。该冷却流体可以是液态、气态或液态与气态的组合。
在一些实施例中，该汇流条冷却导管可以流体连接到可以包括例如热交换器的冷却系统。在一些实施例中，该冷却系统和/或该热交换器可以是该电池组的一部分和/或可以与该电池组分离。
该汇流条冷却导管可以包括各种形状和大小。在一些实施例中，该汇流条冷却导管可以包括细长通道，该通道可以具有多边形截面、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，该汇流条冷却导管可以是直的、弯曲的、有角度的、之字形的、蛇形的、圆形的等等。
图1示出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。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的电池单元，这些电池单元电气连接以便为电动车辆 102提供特定的电压/电流。在一些实施例中，形成电池组的电池单元可以被布置为一排或若干排电池单元。取决于实施例，电动车辆102可以包括使用燃料燃烧和所存储的电力操作的混合动力车辆以及完全地通过所存储的电力操作的纯电动车辆。
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。在确保其乘客安全的同时对可再充电电池系统104的设计和形状付出了很大努力来最小化在电动车辆102中使用的空间量。在一些电动车辆中，可再充电电池系统104位于图1描绘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可以位于电动车辆的行李箱或引擎盖区域中。
尽管较少数量的较大电池单元可能更具能量效率，但是这些较大电池的尺寸和成本过高。另外，较大的电池在电动车辆102中需要更多的连续空间区段。这妨碍了将较大的电池储存在诸如图1描绘的乘客车厢的地板的位置中。因此，一些实施例使用耦合到一起的大量较小的电池单元以便产生与单个较大的单元等效的电气特性。这些较小的电池单元可以例如具有传统AA/AAA电池的大小并且可以分组在一起以便形成多个电池组106。每个电池组可以包括大量单独的电池单元。在一个实施例中，700个单独的锂离子电池结合在一起形成多个单电池组106a、106b、106c和106d中的每一个电池组，并且可再充电电池系统104可以包括这四个电池组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的电气需要。对于单个电动车辆102，包括在每一个电池组106中的单独的电池单元总计可以有数千个。
在一些实施例中，可再充电电池系统104，并且具体地一个或若干个电池组106，可以连接到热交换器108，该热交换器108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，并且在一些实施例中，冷却系统110可以与可再充电电池系统104分离。冷却系统110可以包括连接管线112，这些连接管线112可以将热交换器108流体连接到一个或若干个电池组106。连接管线112可以包括入口管线114和出口管线116。入口管线114可以向可再充电电池系统104和/或一个或若干个电池组106传输诸如制冷剂等冷却流体。在一些实施例中，冷却流体可以被包含在冷却系统110中、可再充电电池系统104中和/或一个或若干个电池组106中。
图2示出根据一些实施例可以在电动车辆中使用的锂基电池202的简图。如本文所使用的，术语“电池”、“单元”和“电池单元”可以可互换地用于指代在电池系统中使用的任意类型的单独的电池元件。本文描述的电池通常包括锂基电池，但是还可以包括各种化学成分和配置，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、镉等等)以及与电动车辆兼容的任意其他电池类型。例如，一些实施例可以使用来自松下的6831NCR 18650型电池单元或具有6.5cm x 1.8cm形状因数并且大约45 g的18650型电池单元的某个变体。电池202可以具有至少两个端子。在一些实施例中，正端子204可以位于电池202的顶部，并且负端子206可以位于电池202的相对的底侧。
在一些实施例中，形成电池组106的一些或所有电池单元可以被定向在同一方向。换言之，每一个单独的电池单元的正端子可以相对于电池组面朝上 (或面朝下)，并且每一个负端子面朝下。在其他实施例中，情况不一定是这样。交替的单独电池单元排可以被定向在相反的方向，从而使得第一排的正端子被定向在向上方向，并且第二排的正端子被定向在向下方向。单独的电池单元的定向模式可以没有限制地变化。例如，一排中的每隔一个电池单元可以被定向在相反方向。在一些实施例中，一半电池组可以具有被定向在一个方向的电池单元，而另一半电池组具有被定向在相反的方向的单元。在这些情况中的任意情况下，可能需要在定向在相反方向的电池之间或被定向在同一方向的电池之间建立连接。
为了在电池单元之间进行电气连接，可以使用汇流条。如本文所使用的，术语“汇流条”是指连接到多个单独的电池单元端子的任意金属导体以便将来自单独电池单元的电力传输到电动车辆的电气系统。在一些实施例中，汇流条可以包括被定位在电池组的顶部或底部的扁平金属片。在一些实施例中，金属片可以覆盖电池组的整个顶部或底部，而在其他实施例中，汇流条可以包括比其宽度更长的条带以便与单排电池单元接口连接。
图3A和图3B是包括电池单元310、下部托盘330、上部托盘340、汇流条 350和汇流条355的电池组300的图示。电池组300还包括未示出的连接到下部托盘330底侧的一个或多个汇流条。在替代实施例中，使用其他数量的电池单元。例如，在一些实施例中，电池组包括700个或另一数量的电池单元。
如图所示，电池单元310被布置为与下部托盘330和上部托盘340中的凹槽接合。由于这些凹槽，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可以由注塑成型的塑料形成。
另外，电池单元310被布置为由冷却导管320支撑，在本实施例中，该冷却导管与下部托盘330集成在一起。在替代实施例中，冷却导管320与下部托盘330分离并且例如在槽中与下部托盘330接合，与以下讨论的冷却导管320 与上部托盘340之间的接合类似。在一些实施例中，冷却导管320与上部托盘 340集成在一起。
冷却导管320还提供抵抗侧向力或剪切力的机械支撑。另外，冷却导管 320在制造期间为电池单元提供机械支撑，如以下进一步讨论的。冷却导管320 还包括流体通道325，冷却流体可以循环通过该流体通道以便提供可以从电池单元310移除热量的路径。
冷却导管320还提供用于保护电池单元310不受垂直冲击力影响的机械支撑。例如，电池组300可以被配置成使得冷却导管320在上部托盘340与下部托盘330之间传递垂直力，并且电池单元310基本上不传递垂直力。
汇流条350和355与上部托盘340机械连接。例如，汇流条350和355可以被胶合到或焊接到上部托盘340。可以使用其他附接机构。汇流条350和355 是导电的并且提供与电池单元310的电气连接。汇流条350和355还提供抵抗上部托盘340所受的弯曲力的机械支撑。
在本实施例中，汇流条350还包括多个触点352。该多个触点352被配置成将汇流条350的一个或若干个部分和/或层与一个或若干个电池单元310并且具体地与一个或若干个电池单元310的端子电气连接。在一些实施例中，该多个触点352中的一个或若干个触点可以与汇流条350的一个或若干个导电层和/ 或与形成汇流条350的一个或若干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。该多个触点357被配置成将汇流条355的一个或若干个部分和/或层与一个或若干个电池单元310并且具体地与一个或若干个电池单元310的端子电气连接。在一些实施例中，该多个触点357中的一个或若干个触点可以与汇流条355的一个或若干个导电层和/ 或与形成汇流条355的一个或若干个导电材料电气连接。
电池单元310可以被定向成使得汇流条350提供与具有第一极性的电池单元端子的电气连接，并且汇流条355提供与具有第二极性的电池单元端子的电气连接。例如，汇流条350可以提供与电池单元正端子的电气连接，并且汇流条355可以提供与电池负端子的电气连接。可替代地，汇流条350可以提供与电池单元负端子的电气连接，并且汇流条355可以提供与电池正端子的电气连接。
图4A-4G是示出制造电池组诸如图3A和图3B的电池组300的工艺的一系列视图。
图4A是上部托盘440的视图。上部托盘440可以例如由注塑成型的塑料或另一种不导电材料制成。
图4B是附接有汇流条450和455的上部托盘440的视图。汇流条450和 455可以包括导电金属，并且可以通过粘性材料、胶、环氧树脂或另一种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，该加热过程融化或部分地融化上部托盘440的材料，从而使得一旦凝固，上部托盘440的材料固定到汇流条450和455。
图4C是下部托盘430的视图。下部托盘430可以例如由注塑成型的塑料或另一种不导电材料制成。在所示实施例中，下部托盘430包括具有多个流体通道425的冷却导管420。
图4D是附接有汇流条458的下部托盘430的视图。汇流条458可以包括导电金属并且可以通过粘性材料、胶、环氧树脂或另一种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，该加热过程融化或部分地融化下部托盘430的材料，从而使得一旦凝固，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的视图。汇流条458位于所示出的下部托盘430的相对侧。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，凹槽434被配置成接纳7个电池单元。
图4F是下部托盘430、电池单元410和冷却导管420的视图。电池单元 410被放置在下部托盘430中，从而使得电池单元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，并且从而使得电池单元410与下部托盘 430的凹槽434接合并且由其保持在位。另外，冷却导管420在制造期间为电池单元410提供附加机械支撑，从而使得电池单元410不太可能由例如侧向力或其他力从下部托盘430移除。在一些实施例中，电池单元410通过例如胶水、环氧树脂或另一种固定机构固定到下部托盘430。
图4G是所制造的电池组400的视图。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，从而使得电池单元410与上部托盘 440的凹槽接合并且由其保持在位，并且电池单元410的靠近上部托盘440的端子与汇流条450的触点452接合并且与其形成电气连接，并且与汇流条455 的触点457接合并且与其形成电气连接。另外，冷却导管420与上部托盘440 中的槽445接合。在一些实施例中，电池单元410通过例如胶水或另一种固定机构固定到上部托盘440。在一些实施例中，冷却导管420通过例如胶水或另一种固定机构固定到上部托盘440。
在一些实施例中，电池组300可以被配置成使得冷却导管420在上部托盘440与下部托盘430之间传递垂直力，并且电池单元410基本上不传递垂直力。
图5是示出用于制造诸如本文讨论的那些可再充电电池组的工艺500的一个实施例的流程图。该方法可以包括例如用于制造以上参照图1讨论的可再充电电池系统104的一个或若干个电池组106的工艺。
该工艺在框510处开始，并且可以包括将一个或多个汇流条附接到下部托盘。下部托盘可以例如由非导电塑料材料形成，并且可以具有被配置成接纳电池单元的凹槽。该一个或多个汇流条可以在与这些凹槽相对的一侧附接到下部托盘。该一个或多个汇流条可以使用胶水或另一种固定机构附接到下部托盘。
在510处，该工艺可以附加地或可替代地包括将一个或多个汇流条附接到上部托盘。上部托盘可以例如由非导电塑料材料形成，并且可以具有被配置成接纳电池单元的凹槽。该一个或多个汇流条可以在与这些凹槽相对的一侧附接到上部托盘。该一个或多个汇流条可以使用胶水或另一种固定机构附接到上部托盘。
工艺500还可以包括将电池单元附接到下部托盘，如框520所示。在一些实施例中，电池单元通过例如胶水或另一种固定机构固定到下部托盘。电池单元附接到下部托盘，从而使得电池单元与下部托盘的凹槽接合并且由其保持在位。另外，电池单元附接到下部托盘，从而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还可以包括将电池单元附接到上部托盘，如框530所示。在一些实施例中，电池单元通过例如胶水或另一种固定机构固定到上部托盘。电池单元附接到上部托盘，从而使得电池单元与上部托盘的凹槽接合并且由其保持在位。另外，电池单元附接到上部托盘，从而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。
在替代实施例中，电池单元例如通过胶水或另一种附接机构诸如焊接固定到汇流条。在这种实施例中，电池单元还可以另外通过例如胶水或另一种附接机构附接到上部托盘和/或下部托盘。在一些实施例中，电池单元通过将电池单元附接到上部托盘和/或下部托盘的附接机构抵靠上部托盘和/或下部托盘，而非附接到上部托盘和/或下部托盘。
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两者。在这种实施例中，上部托盘可以通过例如胶水或另一种附接机构连接到下部托盘。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抵靠上部托盘和/或下部托盘，而非附接到上部托盘和/或下部托盘。
工艺500可以另外包括将可再充电电池系统与被配置成为车辆提供电力的电动机电气连接。
应当认识到，图5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。还可以根据替代实施例执行其他步骤序列。例如，本实用新型的替代实施例可以按照不同的顺序执行以上列出的步骤。而且，图5示出的单独步骤可以包括多个子步骤，这些子步骤针对单独步骤可以酌情按照各自序列来执行。另外，可以根据特定应用添加或移除附加步骤。本领域技术人员将认识到许多变化、修改和替代方案。
图6是示出用于制造具有诸如本文讨论的那些可再充电电池系统的车辆的工艺600的一个实施例的流程图。
该工艺在框610开始，并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上部托盘、下部托盘、位于上部托盘与下部托盘之间的多个电池单元以及冷却导管，该冷却导管具有位于上部托盘与下部托盘之间的流体通道或者与上部托盘和下部托盘之一集成在一起。
在620，该工艺附加地包括将冷却系统附接到车辆。冷却系统可以具有例如连接管线，该连接管线配置成将热交换器连接到可再充电电池系统。连接管线可以包括入口管线和出口管线。入口管线可以被配置成向可再充电电池系统传输冷却流体诸如制冷剂。出口管线可以被配置成将冷却流体从可再充电电池系统传输到冷却系统。
工艺600还可以在630包括将冷却导管并且具体地将冷却导管的流体通道流体地连接到冷却系统。在一些实施例中，将冷却导管连接到冷却系统可以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以包括通过连接管线并且具体地通过入口管线和/或通过出口管线将冷却导管并且具体地将冷却导管的流体通道连接到冷却系统。
工艺600还可以包括用冷却流体填充冷却系统和冷却导管的流体通道，该冷却流体可以是制冷剂。在一些实施例中，用冷却流体填充冷却系统和流体通道还可以包括用冷却流体填充热交换器。在一些实施例中，冷却系统可以被配置成将冷却流体循环通过冷却导管的流体通道以便维持可再充电电池系统的电池单元的期望温度。
该工艺还可以包括将可再充电电池系统与被配置成为车辆提供电力的电动机电气连接。
应当认识到，图6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/或电池组的具体方法。还可以根据替代实施例执行其他步骤序列。例如，本实用新型的替代实施例可以按照不同的顺序执行以上列出的步骤。而且，图6示出的各个步骤可以包括多个子步骤，所述子步骤可以在适合各个步骤的情况下按照各种序列执行。另外，可以根据具体应用添加或移除附加步骤。本领域技术人员将认识到许多变化、修改和替代方案。
在前述说明中，为了解释的目的，列出了众多特定细节以便提供对本实用新型的各种实施例的透彻理解。然而，对本领域技术人员显而易见，可以在没有这些特定细节中的一些特定细节的情况下实践本实用新型的实施例。在其他情形下，按照框图的形式示出了公知的结构和器件。
前述说明仅提供示例性实施例并非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说明将为本领域技术人员提供用于实施示例性实施例的可实施性说明。应当理解的是，可以对元件的功能和布置做出各种改变而不背离在所附权利要求书中列出的本实用新型的精神和范围。
在前述说明中给出了特定的细节以便提供实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有这些特定细节的情况下实践这些实施例。例如，电路、系统、网络、过程和其他部件可能已经按照框图形式被示出为部件，以避免不必要的细节混淆实施例。在其他情形下，公知的电路、过程、算法、结构和技术可能已经被示出而没有不必要的细节以便避免混淆实施例。
同样，需要说明的是单独的实施例可能已经被描述为过程，该过程被描绘为流程图、流程示意图、数据流程图、结构图或框图。尽管流程图可能已经将操作描述为顺序过程，但是可以平行地或并发地执行这些操作中的许多操作。另外，可以重新排列这些操作的顺序。当完成其操作时终止过程，但是该过程可以具有未包括在附图中的附加步骤。过程可以对应于方法、函数、流程、子程序、次程序等等。当过程对应于函数时，其终止可以对应于将函数返回至调用函数或主函数。
在前述说明中，参照其具体实施例描述了本实用新型的各方面，但是本领域技术人员将认识到本实用新型不限于此。可以单独地或联合地使用上述实用新型的各个特征和方面。另外，可以在超脱本文描述的那些任意数量的环境和应用中使用实施例而不背离说明书的更宽泛的精神和范围。因此，说明书和附图应当被认为是说明性的而非限制性的。