用于工业机器的电池系统的制作方法

1.本公开总体上涉及一种用于工业设备中的电池系统，并且更具体地，涉及一种用于工业载具的电池系统。


背景技术：

2.诸如采矿作业的工业作业涉及复杂作业，其需要大型工业机器和机器操作员在通常危险的环境中承担具有挑战性的任务。采矿中使用的典型工业机器包括连续采矿机、给料破碎机、锚杆机、用于采矿的多用途车、装运卸(lhd)车、地下采矿装载机和地下铰接式卡车，并且这些机器在日常采矿作业中承受着巨大的压力。例如，这样的采矿机可能会遭受岩石落到机器上，或者矿壁或矿顶完全倒塌或塌陷到机器上的影响。如果大量岩石或其他材料落到机器上，机器的部件损坏的风险高。机器操作员因部件损坏、发动机故障或因落石损坏引起的部件失火而受伤的可能性很高，而采矿机损坏或其他发动机故障可能会无限期地使机器无法移动，从而阻止将机器从危险的采矿环境移出。当使用需要高电压操作的电池供电工业载具时，这些风险会被放大。
3.lhd载具或类似工业机器通常配备有铲斗、容器或其他类型的工作器具以用于承载/运输负载。这样的工业载具比传统汽车或卡车需要大得多的动力。例如，与重载运输有关，例如在承包作业中，经常使用工业载具。工业载具可能在没有道路的地区以大而重的负载操作，例如与道路或隧道建设、沙坑、矿山和类似环境相关的运输，这通常需要向轮输出更高的扭矩以导航这样的环境。
4.用于地下采矿作业的工业载具(例如，用于房柱式采矿的搬运车)可以由载具上携带的大型电池系统供电。这样的电池系统可以包括包含电化学电池阵列的壳体，从而允许载具在有限的时间段内在没有电线的情况下在矿井中行驶。这样的电池系统需要高电压来为采矿载具供电，并且这些电池系统的高工作电压会增加电池故障的风险。工业载具的电池系统需要储存在载具内以优化安全性、控制和可维护性，并解决与在高压下工作相关联的增加风险。
5.根据本公开的电池壳体组件和相关联的电池系统解决了上述挑战中的一个或多个和/或本领域中的其他问题。然而，本公开的范围由所附权利要求限定，而不是由解决任何特定问题的能力限定。


技术实现要素：

6.本公开总体上涉及工业载具领域。更具体地，本公开涉及用于容纳、接近、控制和监测与诸如电池供电的地下装运卸机的工业载具一起使用的电池组件的系统、方法和装置。
7.在一个示例中，一种电池壳体组件可以设置在工业载具中，并且所述电池壳体组件可以包括：具有顶部、底部和相对侧以及长度、宽度和高度的电池壳体，长度和宽度在相对侧之间延伸，并且高度从所述电池壳体的顶部延伸到底部；大致在所述电池壳体的整个
长度和高度上延伸的板；以及定位在所述壳体内的多个电池模块，其中所述多个电池模块中的至少两个电池模块串联连接并且位于所述板的相对侧上。
8.所述电池壳体组件可以包括以下特征中的一个或多个。所述板可以是宽度在4mm与12mm之间的钢板。所述板可以居中位于所述电池壳体的宽度附近。所述电池壳体可以是完全封闭的壳体。所述电池壳体组件的高度可以是至少六英尺。所述电池壳体组件还可以包括：第一电池组，所述第一电池组包括串联连接的所述多个电池模块中的十八个电池模块；第二电池组，所述第二电池组包括串联连接的所述多个电池中的十八个电池模块；第三电池组，所述第三电池组包括串联连接的所述多个电池中的十八个电池模块；第四电池组，所述第四电池组包括串联连接的所述多个电池中的十八个电池模块；以及第五电池组，所述第五电池组包括串联连接的所述多个电池中的十八个电池模块。所述载具可以构造成仅使用从所述第一电池组、所述第二电池组、所述第三电池组、所述第四电池组和所述第五电池组中的任何一个电池组生成的电力来操作。所述第一电池组、所述第二电池组、所述第三电池组、所述第四电池组和所述第五电池组可以并联连接。所述第一电池组可以连接到第一断路开关；所述第二电池组可以连接到第二断路开关；所述第三电池组可以连接到第三断路开关；所述第四电池组可以连接到第四断路开关；并且所述第五电池组可以连接到第五断路开关。所述第一断路开关、所述第二断路开关、所述第三断路开关、所述第四断路开关和所述第五断路开关中的每一个可以定位在所述多个电池模块上方。所述第一电池组可以完全定位在所述板的第一侧上，所述第二电池组可以完全定位在所述板的第二侧上，并且所述第二侧可以与所述第一侧相对。所述电池壳体组件还可以包括各自定位在所述电池壳体内的搁架上的第一托盘和第二托盘，所述多个电池模块中的第一多个电池模块可以定位在所述第一托盘内，所述多个电池模块中的第二多个电池模块可以定位在所述第二托盘内，并且所述第一托盘和所述第二托盘中的每一个可相对于所述电池壳体的搁架滑动。所述工业载具可以是装运卸(lhd)载具。所述电池壳体组件可以定位在所述lhd载具的后部部分处。所述电池壳体组件可以定位在所述载具的后部部分内、在每个载具轮后方。
9.在其他示例中，一种电池壳体组件可以设置在工业载具中，并且所述电池壳体组件可以包括：具有顶部、底部和相对侧以及长度、宽度和高度的电池壳体，长度和宽度在相对侧之间延伸，并且高度从所述电池壳体的顶部延伸到底部；大致在所述电池壳体的整个长度和高度上延伸的板；定位在所述壳体内的多个电池模块，其中第一多个电池模块串联连接并且第二多个电池模块串联连接；第一接触器，所述第一接触器定位在所述电池壳体的顶部处并连接到所述第一多个电池模块的负极端子；以及第二接触器，所述第二接触器定位在所述电池壳体的顶部处并连接到所述第一多个电池模块的正极端子，其中所述板在所述第一接触器与所述第二接触器之间延伸。
10.所述电池壳体组件可以包括以下特征中的一个或多个。所述电池壳体组件还可以包括串联连接的第三多个电池模块；第三接触器，所述第三接触器定位在所述电池壳体的顶部处并连接到所述第二多个电池模块的负极端子；第四接触器，所述第四接触器定位在所述电池壳体的顶部处并连接到所述第二多个电池模块的正极端子；第五接触器，所述第五接触器定位在所述电池壳体的顶部处并连接到所述第三多个电池模块的负极端子；第六接触器，所述第六接触器定位在所述电池壳体的顶部处并连接到所述第三多个电池模块的正极端子。所述第一接触器、所述第三接触器和所述第五接触器可以定位在所述板的第一
侧上；所述第二接触器、所述第四接触器和所述第六接触器可以定位在所述板的第二侧上；并且所述第一侧可以与所述第二侧相对。所述电池壳体组件可以包括连接到所述第一多个电池模块的第一组电缆，并且所述第一组电缆的一部分可以沿着所述电池壳体的第一端延伸。
11.在其他示例中，一种电池壳体组件可以设置在工业载具中。所述电池壳体组件可以包括：具有顶部、底部和相对侧以及长度、宽度和高度的电池壳体，长度和宽度在相对侧之间延伸，并且高度从所述电池壳体的顶部延伸到底部；第一电池组，所述第一电池组包括串联连接并定位在所述电池壳体内的多个电池模块；第二电池组，所述第二电池组包括串联连接并定位在所述壳体内的多个电池模块；第一断路开关，所述第一断路开关定位在所述电池壳体的顶部处并构造成在所述第一断路开关致动时断开所述第一电池组；以及第二断路开关，所述第二断路开关定位在所述电池壳体的顶部处并构造成在所述第二断路开关致动时断开所述第二电池组。所述第一断路开关和所述第二断路开关可以在所述电池壳体的长度的中间处组合在一起；所述第一断路开关可以连接到所述第一电池组的两个电池模块；并且所述第二断路开关可以连接到所述第二电池组的两个电池模块。
附图说明
12.图1示出了根据示例性实施例的装运卸机的透视图。
13.图2示出了根据示例性实施例的定位在图1的装运卸机内的电池系统。
14.图3示出了图2的电池系统的内部部件。
15.图4示出了来自图3的电池系统的一部分的侧视图。
16.图5示出了图3的电池系统的一部分的透视图。
17.图6示出了来自图3的电池系统的一部分的俯视图。
18.图7示出了来自图3的电池系统的一部分的俯视图，其中移除了壳体面板。
19.图8示出了来自图3的电池系统的一部分的侧视图。
20.图9示出了来自图3的电池系统的一部分的透视图。
具体实施方式
21.前面的一般描述和下面的详细描述都仅是示例性和说明性的，并且不限制所要求保护的特征。如本文所使用，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包括(including)”或其其它变型旨在涵盖非排他性包括，使得包括元素列表的过程、方法、制品或设备不仅仅包括那些元素，而且可包括未明确列出或此类过程、方法、制品或设备固有的其它元素。另外，在本公开中，相对术语，例如“约”、“大致”、“基本”和“大约”用于表示所述值的
±
10％的可能变化。
22.图1示出了装运卸(lhd)载具100形式的示例性工业载具，该装运卸载具包括卸斗102、轮104、106、操作员控制舱108和载具主体110。尽管下文的讨论涉及lhd载具100的属性，但本文讨论的任何系统和装置可以用于本领域已知的任何类型的工业载具，例如连续采矿机、给料破碎机、锚杆机、用于采矿的多用途车、地下采矿装载机、地下铰接式卡车或用于工业目的(例如，搬运、挖掘、钻孔、装载、倾倒、压实等)的任何其他载具。载具100还可以包括电池系统300。图2示出了包括电池系统300的载具100的替代视图，所述电池系统包括
电池盒214、215。如图2中所示，电池盒214、215定位在载具主体110的后部部分内，在操作员控制舱108和轮104、106的后面。电池盒214、215可以消耗载具100的后部部分内的大量空间，并且在高度、长度和宽度上可以具有几英的尺寸。在一些示例中，每个电池盒214、215可以为大约5.5英尺高、大约7英尺长和约2英尺宽。电池盒214、215内的电池可以向载具100的一个或多个系统(例如，为轮104、106提供动力的系统和使卸斗102移动的系统)供电。载具100的电池系统300可以包括定位在载具100的中心纵向轴线222的相对侧上的电池盒214、215，其中电池盒214在载具100的左侧上并且电池盒215在载具100的右侧上。通过将电池盒214、215定位在载具100的中心纵向轴线222的相对侧上，电池盒214、215的重量可以跨载具100的后部部分均匀地分布，并且当发生影响电池盒214、215中的一个的故障或事故时使载具主体110内的电池盒214、215分离可以减轻对另一电池盒214、215的损坏。
23.图3示出了在没有载具100的其他方面的情况下描绘的包括电池盒214、215的示例性电池系统300。在图3中，电池盒214、215以这些盒在载具100内相对于彼此定位的方式并排定位。电池系统300可以提供电力以操作载具100。电池盒214、215可以包括隔离支架321、322、323、324、325，其可以用于将电池盒214、215紧固到载具主体110的内部部分。隔离支架321、322、323、324、325可以定位在电池盒214、215的外表面上，并且可以使电池盒214、215与载具100内的其他部件分离或间隔。电池盒214、215可以被密封，使得电池盒214、215内的部件被完全封闭，这可以防止不希望的材料(例如，沙子、灰尘或岩石)进入电池盒214、215并防止损坏电池盒214、215内的部件。每个电池盒214、215可以被密封，使得当电池盒214、215被完全封闭时，仅移除电池盒214、215的一个或多个部件将允许接近电池盒214、215的内部部分。电池盒214、215可以包括可移除面板以允许接近电池盒214、215内的部件。虚线900代表电池盒214内的板771(图7)的相对位置，沿着电池盒214的高度和长度延伸通过电池盒214的中心部分，将电池盒214分成两侧。
24.图4示出了电池盒214的内部结构。电池系统300的电池盒214、215中的每一个可以具有图4中所示的内部部件。电池系统300可以包括图4中所示的所有部件，以及电池盒215(未示出)内的所有部件，使得每个电池盒214、215内的部件用作单个系统。例如，电池系统300可以包括单个电池盒215、两个电池盒214、215或两个以上电池盒214、215。多个电池模块441、442可以定位在电池盒214中。尽管在图4中只有两个电池模块441、442由附图标记标识，但是每个电池盒214、215可以包括90个电池模块，其中45个电池模块定位在板771的每一侧上。在图4中示出了四十五个电池模块441、442。电池模块441、442可以包括在每个电池模块441、442内的多个电池单元。在一些示例中，每个电池模块441、442可以包括串联连接的12个电池单元。每个电池模块441、442可以具有以下规格：39.4额定电压、30安时容量和1.188千瓦时容量。电池模块441、442可以是液体冷却的，可以包括一个或多个传感器以监测模块的电压和温度，并且可以包括集成电阻电池平衡。
25.电池盒214可以由延伸通过电池盒214的整个长度l和高度h并将电池盒214的宽度w分成两半的中心板771(在图3和7中示出)分成两侧。图4示出了电池模块441、442在电池盒214的第一侧上的配置，并且电池盒214的第二侧(未示出)可以在板771的相对侧上。电池盒214的第二侧可以镜像反映电池盒214的第一侧的配置。电池盒214的每一侧可以包括可以由图4中所示的轴线a分开的两个部段480、481。在一些示例中，电池模块441、442可以布置成横跨电池盒214的长度延伸的行。第一部段480可以包括九个电池模块441、442的三行
431，并且第二部段481可以包括六个电池模块441、442的三行432。
26.如图4中所示，电池盒214可以包括在板771的每一侧上的六个搁架451-456，其构造成保持电池模块441、442。搁架454、455、456均可以构造成保持九个电池模块441、442的行431，并且搁架451、452、453均可以构造成保持六个电池模块441、442的行432。搁架451、452、453可以从搁架454、455、456垂直(在h尺度上)偏移并且长度(在l尺度上)更短。电池模块441、442可以定位在托盘461、462、463、464、465、466上，所述托盘可在搁架451、452、453、454、455、456上滑动并可滑动离开所述搁架以提供对电池模块441、442的容易接近以进行维修或更换。定位在搁架454、455、456上的托盘464、465、466可以构造成保持九个电池模块，并且定位在搁架451、452、453上的托盘461、462、463可以构造成保持六个电池模块。搁架和托盘的相同构造可以在电池盒214内的板771的相对侧上。在一些示例中，母线可以将电池模块441、442彼此连接。
27.每个电池盒214、215可以包括五个电池串。每个电池串可以包括彼此串联的十八个电池模块。每串电池模块441、442可以具有712额定电压、30安时容量和21.3千瓦时容量的规格。载具100可以构造成通过利用由串联连接的18个电池模块441、442的仅一个电池串生成的电力来操作。每个电池盒214、215可以包括十八个电池模块441、442的五个电池串。在电池盒214内，每个电池串可以彼此并联连接，并且并联连接的五个电池串的功率规格可以是712额定电压、150安时容量和106.5千瓦时容量。电池盒214中的十八个电池模块的五个串中的每一个都可以具有连接到所述十八个电池模块的串的独立电池管理单元和独立控制电路。在一些示例中，每个独立电池管理单元可以是配置成监测以下各项中的一者或多者的控制单元：电池模块的总电压、各个电池的电压、最小和最大电池电压、平均温度、冷却剂入口温度、冷却剂输出温度、各个电池的温度、电池模块或各个电池的充电状态、电池模块的功率状态、进出电池模块或电池模块的各个电池的电流，或本领域已知的任何其他参数。
28.接触器446、447可以连接到电池盒214中的五个电池串中的每一个。接触器446、447和其他高压部件可以定位在电池盒214的顶部部分处。通过将高压部件定位在电池盒214的顶部部分处，可以接近电池盒214的下部部分以对电池盒214进行维护和维修，而技术人员不必靠近系统300的危险高压部件。电池盒214中的五个电池串中的每一个可以在电池串的负极端子处连接到接触器446、447并且在电池串的正极端子处连接到单独的接触器。在一些示例中，每个接触器446、447可以连接到电池串的两个不同的电池模块441、442。
29.图5示出了电池盒214，其中移除了侧面板并且控制器565连接到电池系统300。控制器565可以是低压控制器，例如，在24伏下操作的控制器。通过将低压控制器565与电池盒214的顶部处的高压部件分离，可以维修电池系统300和/或可以对系统300进行维护，而技术人员不必靠近系统300的危险高压部件。可移除的检修板561、562提供到电池盒214的顶部处的高压部件的通路。上面板561、562提供到电池盒214的顶部部分处的电池系统300的高压部件的通路，并且侧面板(未示出)提供到诸如控制器565的低压部件的通路。断路开关571可以定位在电池盒214的顶部处。电池盒214内的五个电池串中的每个电池串可以具有断路开关571。通过致动断路开关571，可以断开相应的电池串。在一些示例中，断路开关571可以包括可移除部件，该可移除部件在该可移除部件从电池盒214移除的情况下断开相应的电池串。在其他示例中，断路开关571可以是可以包括第一位置和第二位置的开关，第一
位置可以连接相应的电池串，并且第二位置可以断开相应的电池串。
30.图6示出了具有可移除面板561、562和断路开关571的电池盒214的俯视图。顶部部分601包括电池系统300的高压部件。在图7中示出了电池盒214的顶部部分601，其中移除了面板562并且省略了轴线778右侧的电池盒214的部分601之外的其他部分。如图7中所示，板771延伸通过电池盒214的中心部分并将电池盒214的内部部分分成两侧773、775。第一组接触器447、750-753可以分别连接到18个电池模块441、442的五个电池串中的每一个的正极端子，并且第二组接触器446、754-757可以连接到18个电池模块441、442的五个电池串中的每一个的负极端子。通过板771，可以将连接到电池模块441、442的正极端子的第一组接触器447、750-753定位在电池盒214的第一侧773上，并且可以将连接到电池模块441、442的负极端子的第二组接触器446、754-757定位在第二侧775上。板771可以在电池盒214的高度h的方向上延伸，使得板771在每个接触器446、447、750-757上方延伸，并且在连接到电池模块441、442的负极端子的接触器446、754-757与连接到电池模块441、442的正极端子的接触器447、750-753之间提供物理分离。通过物理分离连接到负极端子的接触器446、754-757和连接到正极端子的接触器447、750-753，板771通过防止电池模块441、442的正极端子与负极端子之间的不希望的连接来为接近电池模块441、442或电池系统300的其他部件的技术人员提供安全。例如，正极电池端子与负极电池端子之间的板771的物理屏障可以例如通过阻止工具连接正极端子和负极端子来防止电池模块441、442的正极端子和负极端子的意外连接。
31.将第一组接触器447、750-753连接到18个电池模块441、442的五个电池串中的每一个的正极端子的配线可以通过板771与将第二组接触器446、754-757连接到电池模块441、442的负极端子的配线物理分离或隔开。在一些示例中，将第一组接触器447、750-753连接到18个电池模块441、442的五个电池串中的每一个的正极端子的配线可以沿着电池盒214的第一侧773延伸，并且将第二组接触器446、754-757连接到电池模块441、442的负极端子的配线可以沿着电池盒214的与第一侧相对的第二侧775延伸。在其他示例中，将第一组接触器447、750-753连接到18个电池模块441、442的五个电池串中的每一个的正极端子的配线可以沿着电池盒214的第一侧773延伸，并且将第二组接触器446、754-757连接到电池模块441、442的负极端子的配线可以定位在与电池盒的侧隔开的电池盒214的内部部分内。配线部件的相对位置在下面关于图8和9讨论。
32.板771延伸通过电池盒214的中心纵向部分以向电池盒214提供结构支撑。板771还通过将侧773上的正极电池连接与侧775上的负极电池连接分离来为接近电池盒214的侧773、775内的电池模块的技术人员提供安全。在一些示例中，板771可以是钢板和/或可以为8mm厚。板771可以防止电池盒214被采矿环境中的落石或其他碎片施加的力压碎，并且提供额外的结构安全以解决采矿环境的危险。
33.图4示出了电池盒214的内部结构，并且具体示出了将第一组接触器447、750-753连接到18个电池模块441、442的五个电池串中的每一个的正极端子的配线以及将第二组接触器446、754-757连接到电池模块441、442的负极端子的配线的构造。正极端子配线801-803、810-812可以沿着电池盒214的第一侧830和第二侧831延伸。负极端子配线804-809可以延伸通过电池盒214的内部部分840并且可以与正极端子配线801-803、810-812隔开。电池盒214的内部部分840可以沿着轴线a延伸，并且在一些示例中可以在第一部段480与第二
部段481之间。在其他示例中，正极端子配线可以延伸通过内部部分840并且负极端子配线可以沿着第一侧830和第二侧831延伸。在一些示例中，每组配线801-812可以分别具有相同的电位。将正极端子配线801-803、810-812与负极端子配线804-809隔开可以帮助避免正极端子配线801-803、810-812与负极端子配线804-809之间的不希望的电路完成或不希望的接触，并且因此可以在技术人员维修电池盒214时有助于避免电池配线之间的危险电路完成。在电池盒214的外部结构损坏和/或配线801-812损坏的情况下，将正极端子配线801-803、810-812与负极端子配线804-809隔开可以降低具有大电位差的配线之间的电连接的可能性。
34.图9示出了包括将第一侧773与第二侧775分离的板771的电池盒214的透视图。如图9中所示，第一侧773可以在板771的与第二侧775相对的一侧上。配线901-903可以沿着板771的第一侧773延伸，并且配线801-803可以沿着板771的第二侧775延伸。板771可以将配线901-903与配线801-803分离，并且可以防止配线901-903与配线801-803之间的不希望的接触。配线801-803可以将第二侧775上的电池模块连接到接触器446，并且配线901-903可以将第一侧773上的电池模块连接到接触器447。在一些示例中，配线801-803可以将电池模块的正极端子连接到接触器446，并且配线901-903可以将电池模块的负极端子连接到接触器447。配线801-803和配线901-903两者都可以定位在电池盒214的相同端处，但是配线801-803可以通过板771与配线901-903物理分离。由于图9中所示的配置，配线组801-803、901-903在板771的相对侧上组合在一起，使得每组具有相同的电位。在电池盒214的外部结构损坏和/或配线801-803、901-903损坏的情况下，具有大电位差的配线之间的电连接的可能性降低。
35.工业适用性
36.本公开的包括两个电池盒214、215的电池系统300专门设计成在工业环境中操作，并且包括解决与在工业环境中操作电池供电的载具相关联的独特危险和可达性问题的特征。例如，工业载具需要大量电力才能操作，因此通常需要非常大的电池组件才能有效地操作机器。电池系统300能够输出213千瓦时的功率。将大型电池系统300分成两个单独的密封容器增加了操作工业载具的安全性，并且通过不将整个电池组件集中在单个壳体中来减轻潜在故障。通过将电池系统300的高压部件定位在电池盒214、215的顶部部分处，技术人员或其他人员可以接近每个电池盒214、215的内部部分，而不会靠近或接触电池系统300的危险高压部件。例如，通过将电池模块441、442的六个组(例如，行431、432)定位在电池盒214、215的下部部分处的搁架451-456内的可移除托盘461-466上，技术人员可以容易地移除托盘461-466中的一个以接近电池模块441、442的行431、432，而不会靠近定位在电池盒214、215的顶部处的危险高压部件。此外，包含延伸通过每个电池盒214、215的中心部分的中心板771为电池盒提供了结构支撑，并且当载具100在工业环境内操作时如果岩石或其他碎屑掉落或以其他方式与电池系统300接触，则降低电池系统300损坏的可能性。另外，板771在每个电池盒214、215的第一侧773上的电池模块的正极连接与每个电池盒214、215的第二侧775上的电池模块的负极连接之间提供分离，这防止电池之间的不希望的电压连接并且为技术人员在接近电池系统300时提供额外的安全。
37.本领域技术人员将显而易见，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所公开的电池组件进行各种修改和变化。考虑到说明书和附图，电池组件的其他实施例对于本领域
技术人员来说将是显而易见的。本说明书，特别是本文提供的示例，旨在仅被视为示例性的，其中本公开的真实范围由以下权利要求及其等同物指示。