用于电动车辆的电池组件的制作方法

1.本发明涉及一种电池组，特别是一种电池组壳体和电池组件，特别是一种用于电动车辆的电池组。


背景技术：

2.汽车工业使用的电池组的一种常见设计如下：袋式电池单元与换热器一起交替地堆叠在两个螺纹杆上，这两个螺纹杆拧入端板中。在堆叠部的端部处添加另一端板，且螺栓拧入以便获得压缩力。
3.在电池单元上需要这种压缩力。实际上，需要压缩力以便在充电和老化的过程中平衡电池的5-10％体积膨胀。在没有这种压缩力的情况下，电池模块的寿命将更短。
4.另外，汽车工业正在积极寻找能够扩展自主范围的新一代电池。为了实现该目标，标准是增加能量密度。
5.达到该目标的一种方法是减轻车辆的重量，特别是电池组组件的重量，该电池组组件包括电池模块和车辆电池组框架。目前，大多数车辆电池组框架使用铝或高强度钢设计。这些设计提供了结构完整性和在冲击时的保护，但是它们很重。
6.希望提供一种轻重量的车辆电池组件，它能够保护电池组和保持电池组的寿命。


技术实现要素：

7.该目的通过本发明来实现。在第一方面，本发明涉及一种电池组模块，该电池组模块包括：电池，该电池包括至少一个电池单元、连接器和换热器装置；以及电池壳体，该电池壳体包括：底部外壳，该底部外壳包括至少基部和直立的周边壁，该底部外壳适合容纳电池；盖子，该盖子适用于关闭底部外壳；以及固定装置，该固定装置适合将盖子保持在底部外壳上，以便关闭电池组壳体，其特征在于，盖子包括至少一个凸起，该凸起定位成用于将电池组件朝向模块的中心按压，其中，电池容纳在底部外壳内，且盖子覆盖底部外壳，并通过固定装置而保持在电池壳体内，与底部外壳的壁和电池相邻。这能够减小可用于电池的底部外壳内部容积，并朝向电池组模块的中心在电池组上施加压力。
8.在另一实施例中，电池壳体可以包括传热装置，该传热装置设置成使得来自电池的热量消散至电池组的外部环境。
9.在另一实施例中，底部外壳的壁可以是双壁的或单壁，因此，双壁外壳能够用于允许冷却流体在两个壁之间循环。
10.在另一实施例中，底部外壳可以包括至少一个用于电池连接器的壳体，以便将电池和它的元件固定在电池组内部。
11.在另一实施例中，密封剂可以布置于盖子和底部外壳之间，以便实现密封，优选是，密封剂是弹性体o形环。
12.在另一实施例中，电池壳体可以由热塑性材料制造。
13.在另一实施例中，电池组可以包括负极端子和正极端子，该负极端子和正极端子
可从壳体外部触及，以便将电池组用作独立的电供给源或者以便检查它的充电状态。
14.本发明的另一方面是一种电动车辆电池组件，该电动车辆电池组件至少包括：根据各个示例的电池组模块；框架，该框架包括设置成保持至少电池组的梁架；顶盖；以及底盖。
15.在另一实施例中，电动车辆电池组件可以包括热管理系统，优选是位于底盖和电池组的底部外壳之间的液体或空气换热器，更优选是，热管理系统与电池组的传热装置交接，以便消散来自电池的热量。
16.在另一实施例中，电动车辆电池组件的框架可以至少包括震动和冲击吸收装置，优选是，这些震动和冲击吸收装置可以包含在侧梁架的内部或覆盖模制在该侧梁架上。
17.在另一实施例中，震动和冲击吸收装置可以是热塑性泡状结构部件、金属压碎元件和/或结构泡沫。
18.在另一实施例中，底盖可以包括至少热塑性部件，该热塑性部件装配在金属板上，该金属板暴露于道路，以便形成混合底盖，该混合底盖设置成保护组件防止受到来自道路的凸起和障碍物的影响。
19.在另一实施例中，底盖的热塑性部件可以有泡状结构部分，该泡状结构部分包括在顶盖和底盖之间延伸或以平行方式延伸至顶盖和/或底盖的柱，因此，泡状结构部分设置成减少从电池组模块和/或热管理系统至电动车辆电池组件的其它部件的热传播。
20.在另一实施例中，顶盖可以包括肋和/或边缘，以便增加它的刚性。
21.本发明的另一方面是一种车辆，该车辆包括根据各个示例的电池组或电动车辆电池组件。
附图说明
22.图1a至1c表示了如下面在各个实施例中确定的电池。
23.图2a至2c表示了根据各个示例的电池壳体的实施例。
24.图3表示了根据各个示例的底部外壳的实施例，其中，由图1a至1c表示的电池可选地布置于其中。
25.图4a和4b表示了根据各个示例的电池组或电池模块的实施例，其中，壳体的一部分已经切割，以便看见在壳体的盖子和底部外壳之间的配合。
26.图5表示了根据各个示例的、适用于x电动车辆(xev)的电池组件的实施例。
27.图6表示了根据各个示例的、适用于x电动车辆(xev)的电池组件的实施例，其中没有顶盖。
28.图7表示了根据各个示例的电池组件的实施例，其中，两个根据各个示例的电池组或电池模块已经移除。
29.图8表示了根据各个示例的、适用于适合x电动车辆(xev)的电池组件的框架的实施例。
30.图9表示了构成根据各个示例的、适用于x电动车辆(xev)的电池组件的不同部件的实施例，其中没有框架和电池组或电池模块。
31.图10a和10b表示了根据各个示例的、适用于适合于x电动车辆(xev)的电池组件的底盖的不同实施例。
32.图11是表示使用图10所示的混合金属盖的传热的示意图。
具体实施方式
33.术语“xev”在本文中定义为包括所有以下车辆或者它们的任何变化形式或组合，该车辆使用电力来用于其车辆动力的全部或一部分。如本领域技术人员所理解，混合动力电动车辆(hev)组合了内燃机推进系统和电池供电的电动推进系统。
34.术语hev可以包括混合动力电动车辆的任何变化形式，例如微混合动力和轻度混合动力系统，它在车辆空转时停用内燃机，并利用电池系统来继续为空调单元、收音机或其它电子元件供电，且在需要推进时脚踏启动发动机。轻度混合动力系统可以向内燃机施加一定程度的动力辅助，而微混合动力系统可以不向内燃机供给动力辅助。
35.插入式电动车辆(pev)是能够从外部电源(例如墙壁插座)充电的任何车辆，且存储在可再充电电池组中的能量驱动或有助于驱动车轮。pev是电动车辆的子类别，它包括全电动或电池电动车辆(bev)、插入式混合动力车辆(phev)以及混合动力电动车辆和常规内燃机车辆的电动车辆转换。
36.电动车辆(ev)是一种全电动车辆，它使用一个或多个由电能提供动力的电马达来推进。
37.如下面更详细所述，本文公开了电池壳体系统的实施例，该电池壳体系统可以用于压缩一个或多个电池单元，并可以非常适合xev应用。
38.术语“电池”在本文中定义为包括所有类型的电池，优选是但并不局限于锂离子电池，特别是包括袋式电池单元的电池，该袋式电池单元可能由于单元内的压力累积而经历膨胀。膨胀可能导致袋式电池的内部部件移位。例如，袋式电池的电极可能分离，从而降低棱柱形电池单元的化学性质。而且，袋式电池的不受控制膨胀可能急剧降低它们的效率和产品寿命。因此，希望向袋式电池提供压缩，以便保护它们的化学完整性，并因此保护它们的效率和产品寿命。
39.电池的优选实施例适合容纳在根据各个示例的电池组壳体中，包括至少一个电池单元(优选是两个或更多电池单元)、连接器和换热器装置。
40.术语“电池组”在本文中定义为包括容纳根据各个示例的电池的电池壳体。
41.术语“电动车辆电池组件”在本文中定义为至少包括电池组，该电池组由保持它的框架、顶盖和底盖来包围。
42.电池
43.如上所述和如图1a至1c所示，优选是，电池(1)能够包括至少一个电池单元(2)。电池(1)能够优选是包括堆叠在一起的多于两个电池单元，例如10、20、30、40或更多电池单元，且一些换热器装置(3)布置在各电池单元(2)之间。尽管本发明的电池单元是棱柱形，但是其它电池单元也可行，例如果冻卷电池单元(jelly roll unit)，例如18650型电池单元。电池单元(2)能够通过汇流条连接件(4)而电和/或热连接在一起，汇流条连接件(4)能够由铜或另一合适材料形成。
[0044]“换热器装置”在本文中定义为包括适合将热量从电池单元传递至外部环境的任何类型装置。在一些实施例中，换热器装置(3)能够是金属板。换热器装置(3)能够是铝板。该板能够是空心或实心。空心换热器装置(3)能够包括一个或多个管腔。管腔能够用于使电
池(1)重量轻和/或引导冷却剂，例如气体或液体冷却剂。换热器装置(3)能够包括蛇形管。换热器装置能够包括这些结构的任何组合，或者受益于本领域技术人员已知的其它装置。换热器装置包括与外部环境相接的界面部件(6)。界面部件(6)能够包括具有暴露表面(40)的散热器。
[0045]
换热器装置布置在电池之间，并提供热能从电池(2)至换热器装置(3)内的传热。如本文中公开，换热器装置(3)能够包括部件(44)例如耳状件，以便约束换热器装置(3)沿x轴线的运动，例如当换热器装置(3)布置在传热装置(13)的狭槽(42)中时。
[0046]
电池壳体
[0047]
根据一些示例，并如图2a至2c的示例所示，电池壳体(7)能够至少包括底部外壳(8)，该底部外壳(8)包括至少基部和直立的周边壁(14)，适合容纳电池(1)，如图3所示。电池壳体(7)能够包括适用于关闭底部外壳(8)的盖子(9)以及适用于将盖子(9)保持在底部外壳(8)上以便关闭电池组壳体(7)的固定装置(10)。根据实施例，基部能够有任何类型的形状。它能够是圆形、三角形、多边形，优选是矩形。
[0048]
盖子(9)包括至少一个凸起(15)，该凸起(15)朝向底部外壳(8)的基部，并能够在盖子(9)关闭壳体(7)时布置成与底部外壳壁(14)的至少一部分(11)接触。
[0049]
在该至少一个凸起(15)和壁(14)的至少一部分(11)之间的这种配合产生了在电池单元(2)上的、朝向电池(1)组件中心的压力，这是因为底部外壳(8)的、可用于电池(1)的内部容积减小。
[0050]
该压力足以平衡电池单元的5-10％体积膨胀，并保持电池组的寿命。凸起(15)能够是覆盖壁的整个宽度或一部分的单个较大肋，或者是按压壁区域的分开指状物，或者是绕壁延伸的周边裙缘，或者是上述的组合或本领域技术人员已知的任何其它装置。
[0051]
在优选实施例中，壁(14)有至少一个肋(11)，更优选是多个肋(11)，该肋(11)朝向壳体的中心延伸，且当盖子(9)关闭壳体(7)时该盖子(9)的凸起(15)与该肋(11)接触，以便将电池(1)的电池单元朝向组件或模块的中心按压。
[0052]
在一些实施例中，壁(14)(或壁肋(11))和凸起(15)的形状互补，例如圆锥形，以便于壳体(7)的关闭和锁定，如图4a和4b中所示。
[0053]
固定装置(10)能够施加足够阻力，以避免盖子(9)由于电池膨胀在凸起(15)和壁(14)上施加的压力而与底部外壳(8)分离。固定装置(10)能够是一对螺钉-螺栓、铆钉或任何其它紧固件或者本领域技术人员已知的其它装置。
[0054]
在一些实施例中，固定装置(10)定位在垂直于壁(14)延伸的一些唇缘中。在一些实施例中，壳体(7)包括传热装置(13)，该传热装置(13)设置成使得来自电池(1)的热量消散至电池组的外部环境。热能能够从电池单元(2)传递至换热器装置(3)、传递至传热装置(13)、以及传递至界面部件(6)的一种热力学模式是传导。
[0055]
传热装置(13)能够与来自电池(1)的换热装置(3)配合。它们能够相抵，并能够以导热方式布置。在一些示例中，热界面材料或热膏能够布置在传热装置(13)和换热器装置(3)之间。在一些实施例中，传热装置(13)能够是与电池的换热器的一部分接触的导热材料，例如能够由于热膨胀而变形的界面部件，以便提高表面的热接触，或者是在壳体(7)中的一个或多个开口或狭槽(42)，特别是例如在底部外壳(8)处，从而使得电池换热器(3)的一部分(例如界面部件(6))能够接近电池壳体(7)的外部环境，或者是上述的组合或本领域
技术人员已知的任何其它装置。
[0056]
在一些实施例中，底部外壳(8)和/或盖子(9)是双壁或单壁。双壁壳体能够为壳体提供更大的刚性，特别是当这种壳体是塑料材料时。另外，双壁壳体能够更容易模制，因为注射模制的一个限制是壁的最大厚度。实际上，厚度大于4mm的壁在注射模制冷却阶段中可能带来一些问题，因为它将不均匀。
[0057]
而且，双壁壳体的另一优点是它能够用于允许冷却流体在两个壁之间循环。在该实施例中，双壁壳体将有一些进口和出口，以便使得作为液体或气体的冷却流体在壁之间循环。
[0058]
在一些实施例中，底部外壳(8)能够包括至少一个换热器装置(13)，例如确定用于电池连接器的狭槽42的狭槽式接收器，以便将电池和它的元件固定在电池组内。
[0059]
在一些实施例中，盖子(9)包括一个或多个用于电池端子的端子开口(5)，以便固定和能够通过和直接接近电池端子。因此，当壳体(7)容纳电池(1)时，也称为电池组或电池模块(7b)的该整体能够用作独立的电供给源。
[0060]
在一些实施例中，电池壳体(7)包括密封装置，该密封装置布置在盖子和底部外壳之间，以便实现密封，优选是，密封装置是弹性体o形环。
[0061]
在一些实施例中，盖子(9)和/或底部外壳(8)由热塑性材料制造，例如具有低比重的聚丙烯或导热聚碳酸酯。
[0062]
电池组的一些部件(例如框架(18)、盖子(9)和/或底部外壳(8))由至少一组来形成，该组包括具有高比强度和比刚性的ul94 v0聚烯烃化合物、具有对薄规格内部部件的良好粘接相容性的ul94 v0高流动工程热塑性化合物以及具有对冲击吸收体的低温延展性的任何聚酯化合物家族。
[0063]
在一些实施例中，盖子(9)和/或底部外壳(8)能够在一个或两个表面上包括一些肋(16)，以便增加刚性和它的抗扭性，优选是在内表面中。
[0064]
电池组件
[0065]
图5和图6公开了根据各个示例的xev电池组件(17)的示例，其中，xev电池组件(17)至少包括根据一个前述权利要求的电池组模块(7b)。该组件能够包括：多对电池组(7b)，例如编号为2、4、6、8或10等；框架(18)，该框架(18)包括在它内部的一些梁架(19)，该梁架(19)设置成保持至少电池组(7b)；顶盖(24)；以及底盖(27)。组件能够可选地包括在xev电池组件的部件之间的一个或多个绝缘材料层(26)。组件能够包括控制模块(32)，该控制模块(32)设置成监测电池组件(17)的各部件，并调节电池组件的充电和放电。
[0066]
在一些实施例中，如图8所示，梁架(19)能够规则地分布在框架内，以便位于一个或多个电池组(7b)的侧面，以便物理地约束它。在一些实施例中，梁架包括能够与壳体的固定装置(10)配合的型面，以便以可逆或不可逆的方式来保持电池组(7b)与框架(18)，例如，该型面能够是允许壳体的螺钉和螺栓穿过的孔。这种设计能够彼此独立地单独改变/更换各电池模块(7b)，如图7所示。
[0067]
在一些实施例中，梁架(18)由热塑性材料制造，该热塑性材料能够包括复合材料和/或金属塑料混合物。在一些实施例中，框架(18)能够具有任何类型的形状。它能够有圆形、三角形、多边形的横截面，优选是矩形。在一些实施例中，框架由一个单件制造，因此是同质或整体。在一些实施例中，框架(18)由梁(21、22)组成，该梁(21、22)通过一些连接器装
置(20)(例如压铸连接器)而彼此连接。在一些实施例中，框架能够整体或局部由热塑性材料、复合材料和/或金属来制造。在一些实施例中，框架的梁(21、22)至少包括震动和冲击吸收装置(23)。
[0068]“震动和冲击吸收装置”在本文中定义为包括适合吸收和分配来自冲击的能量的任何类型装置，以便保持电池组件或至少减小电池组件的变形。这种震动和冲击吸收装置能够是泡状结构部分、金属压碎元件、结构泡沫或者它们的组合或本领域技术人员已知的任何其它装置。泡状结构部分23能够通过使用注射模制处理和空心梁(21、22)的覆盖模制而形成，或者采取在两个“l形”梁(21，22)之间的夹层。
[0069]
泡状结构部分(23)相对于梁中的槽道(以及相对于穿过梁的开口)的方位还能够选择为获得所希望的能量吸收特性。例如，泡状结构部分能够形成槽道，该槽道能够定向成与梁的长轴成0度(例如平行)至90度(垂直)。在一些实施例中，泡状结构部分(23)能够有蜂窝状和/或柱状(矩形、三角形)形状。
[0070]
可选地，在一些实施例中，一些或全部泡状物/槽道(23)能够有在其中的泡沫。换句话说，泡状物能够各自为空心或填充，使得能够通过填充特定泡状物、通过使用不同聚合物用于特定泡状物或者包含前述中的至少一个的组合来改变结构完整性。一种可能的填充材料是泡沫。
[0071]
在一些实施例中，如图9中所示，xev电池组件(17)可以包括热管理系统(25)，该热管理系统(25)能够与壳体(7)的传热装置(12)接触，以便消散来自电池(1)的热量。
[0072]
根据该实施例，这种热管理系统(25)能够是位于电池组(7b)的底盖(27)和底部外壳(8)之间的液体或空气换热器。可选地，另外的绝缘材料(26)能够布置在底盖(27)和热管理系统(25)之间。
[0073]
图10a和10b表示了根据各个示例的、适用于x电动车辆(xev)的电池组件的底盖的不同实施例。对于底盖，选择塑料-金属混合物方案，该塑料-金属混合物方案包括将金属板29粘接至注射模制塑料(28)上。尽管选择正确的粘接剂很重要，但存在商业方案。金属盖在图10a中表示为切掉，因此能够表示热塑性部件(28)的泡状物细节。堆叠在图10b中表示，图10b是10b中的部件的剖视图。在一些实施例中，如图10a中所示，底盖的热塑性部件(28)有蜂窝形状的泡状结构部分(30)。泡状结构部分能够确定一系列柱，这些柱以彼此平行方式布置，因此确定在底盖中的双壁。
[0074]
底盖(27)可以包括至少热塑性部件(28)，该热塑性部件(28)装配至暴露于道路的金属板(29)上，以便形成混合物底盖(27)，该混合物底盖(27)设置成保护组件防止来自道路的凸起和障碍物。金属板能够提供对车辆外部的emi屏蔽。底盖能够沿电池组的框架用紧固件紧固、粘接或以其它方式连接，类似于顶盖。
[0075]
泡状结构部分(30)能够允许减少从电池组模块(7b)和/或热管理系统(25)至电动车辆电池组件的其它部件的热传播。除了保护组件(17)防止来自道路的障碍物和凸起之外，混合底盖中的金属板(29)能够在平面内(即纵向)导热，而热塑性部件(28)减少了热量传导进入电池。这很重要，因为它使得在操作过程中的局部热点或冷点最小化，且在火焰或点火源的情况下，它将能量散布在更大的表面上。
[0076]
在一些实施例中，顶盖(24)包括肋(31)和/或边缘(31)，以便增加它的刚性。顶盖(24)能够由填充阻燃玻璃纤维的聚烯烃来注射模制。
[0077]
在一些实施例中，顶盖是热塑性材料、复合材料和/或金属。盖子(9)、底部外壳(8)、顶盖(24)和底盖(24)中的一个或多个能够由具有dk/df的材料来形成，该材料选择为用于无线电相容性、导电相容性或其它一些电磁相容性。这能够保护车辆电子元件和/或电池组内的电子元件防止emi。emi屏蔽也能够通过用聚合物覆盖模制金属部件(以便形成该部件)而获得。在顶盖这样形成的示例中，它能够沿电池组的框架用弹性体密封件来螺栓连接，以便保证压力密封。也可选择，它也能够使用双面胶带而与框架粘接。
[0078]
在一些实施例中，组件的一些或全部热塑性材料部件可以包括以下的一种或多种：添加剂和/或稳定剂，如抗氧化剂、uv稳定剂、颜料、染料、粘接促进剂和阻燃剂，例如有机磷酸盐化合物(例如焦磷酸哌嗪、聚磷酸哌嗪和它们的组合)、有机磷酸化合物(例如磷酸、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺磷酸盐)和它们的组合；以及氧化锌和/或填料，例如纤维。例如，能够使用纤维填充聚烯烃。可能的纤维材料可以包括玻璃、碳、芳族聚酰胺或塑料中的至少一种，优选是玻璃。纤维长度能够切断、较长、较短或连续。特别是，可以使用长玻璃纤维填充聚丙烯(stamax
tm
)。长纤维定义为具有至少3mm的初始纤维长度(因此在模制之前)。
[0079]
本发明的另一实施例是xev，该xev包括如上所述的电池组件。
[0080]
本技术参考附图和/或各个实施例介绍了各种技术特征和优点。本领域技术人员应当理解，给定实施例的技术特征实际上可以与另一实施例的特征组合，除非明确提及相反情况，或者显然这些特征不相容，且该组合并不提供对于本技术中提及的至少一个技术问题的解决方案。而且，在给定实施例中所述的技术特征能够与该实施例的其它特征隔离，除非明确提及相反情况。
[0081]
本领域技术人员显然知道，在不脱离要求保护的本发明应用领域的情况下，本发明能够有多种其它特定形式的实施例。因此，本实施例必须认为是示例说明，但是可以在由附加权利要求的范围确定的领域中进行修改，且本发明将并不局限于上面给出的细节。