专利名称: | 可重构车辆蓄电池封装部件 | ||
专利名称(英文): | Reconfigurable vehicle battery packaging component | ||
专利号: | CN201610022977.2 | 申请时间: | 20160114 |
公开号: | CN105789510A | 公开时间: | 20160720 |
申请人: | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | ||
申请地址: | 美国密执安州 | ||
发明人: | R.C.柯蒂斯; D.D.克鲁格; R.S.香槟 | ||
分类号: | H01M2/10 | 主分类号: | H01M2/10 |
代理机构: | 中国专利代理(香港)有限公司 72001 | 代理人: | 成城; 董均华 |
摘要: | 本发明涉及可重构车辆电池封装部件,具体涉及模块化蓄电池组和制造蓄电池组的方法。棱柱形蓄电池单元在封装件内对齐,使得封装件和其部件可以进行可重构的调整而不需要重新设计任一者。这样,装纳不同数量的相继更小的蓄电池模块或蓄电池单元的蓄电池组可以被设置在通用封装件内。封装件内的部件中的至少一些部件的可滑动安装的特征帮助促进这种模块性。封装件包括托盘,托盘沿对应于对齐的棱柱形电池单元或模块的堆积轴线的安装表面限定实质上等截面。可以帮助固定蓄电池、它们的电气引线或部件的多个托架沿安装表面的一部分布置,使得托架和托盘的安装之间的协作不论协作发生在沿伸长维度的任何位置都不变。 | ||
摘要(英文): | A modular battery pack and method of making a battery pack. Prismatic battery cells are aligned within the enclosure such that reconfigurable adjusting of the enclosure and its components may take place without having to redesign either. In this way, battery packs containing a different number of successively smaller battery modules or battery cells may be placed within the common enclosure. Slidably mountable features of at least some of the components within the enclosure help promote this modularity. The enclosure includes a tray that defines a substantially constant section along a mounting surface that corresponds to a stacking axis of the aligned prismatic cells or modules. Numerous brackets that can help secure the batteries, their electrical leads or components are disposed along a portion of the mounting surface such that the cooperation between the brackets and the mounting surface of the tray is invariant, regardless of where along the elongate dimension the cooperation occurs. |
1.一种模块化机动车蓄电池组组件,包括: 托盘,所述托盘在其上限定安装表面以接受多个棱柱形蓄电池,使得由所述安装表面限定的伸长维度具有沿所述伸长维度的实质上等横截面;和 多个部件,所述多个部件与所述托盘协作,使得在其间的直接或间接附接中的至少一者时,围绕所述蓄电池的实质上整体限定模块化封装件,所述部件包括: 多个直立壁,所述直立壁围绕所述托盘的实质上周边布置; 多个托架,所述托架沿着所述安装表面的一部分布置,使得所述托架实质上配合在由所述壁和所述托盘限定的容积内,所述托架中的至少一个与所述托盘协作,使得其间的附接不论所述协作在沿所述伸长维度的任何位置发生都不变;以及 顶盖,所述顶盖被布置在所述容积上方。
2.根据权利要求1所述的组件,其中所述托盘安装表面限定沿其长度的至少大部分的实质上平面轮廓。
3.根据权利要求1所述的组件,还包括抵靠所述托盘的下表面布置的至少一个支撑件。
4.根据权利要求3所述的组件,其中所述至少一个支撑件包括沿所述伸长维度间隔的多个支撑件,所述多个支撑件中的每个从所述托盘的一条侧边缘延伸到实质上相对的侧边缘。
5.根据权利要求1所述的组件,其中所述部件中的至少一个限定与所述托盘可滑动安装的协作。
6.根据权利要求1所述的组件,其中所述壁中的至少一个在其中限定多个孔。
7.根据权利要求1所述的组件,其中所述托架包括所述封装件内的电气设备装纳件。
8.根据权利要求7所述的组件,其中所述托架从由蓄电池断开模块托架、蓄电池系统监测器托架和人工维护断开托架构成的组中选取。
9.一种机动车蓄电池组组件,包括: 沿堆积轴线对齐的多个棱柱形蓄电池; 多个模块化部件,包括: 托盘,所述托盘在其上限定安装表面以便接受所述蓄电池、所述安装表面限定伸长维度和宽度维度,所述安装表面限定沿所述伸长维度的实质上等横截面;和 多个部件,所述部件与所述托盘协作,使得在其间的直接或间接附接中的至少一者时,围绕所述蓄电池的实质上整体限定模块化封装件,所述部件包括:围绕所述托盘的实质上周边布置的多个直立壁;布置在所述壁上方的顶盖;和多个托架,所述多个托架沿所述安装表面的一部分布置,使得所述托架与所述托盘协作以使其间的附接不论所述协作在沿所述伸长维度的任何位置发生都不变。
10.一种组装机动车蓄电池组的方法,所述方法包括: 将多个棱柱形蓄电池设置在支撑表面上,使得所述蓄电池沿堆积轴线对齐,所述安装表面沿所述伸长维度限定实质上等横截面;和 设置与所述支撑表面协作的多个部件,使得在其间的直接或间接附接中的至少一者时,围绕所述蓄电池的实质上整体限定模块化封装件,所述部件中的至少一个包括沿所述安装表面的一部分布置的多个托架,使得所述托架与所述托盘协作以使其间的附接不论所述协作发生在沿所述伸长维度的任何位置都不变。
1.一种模块化机动车蓄电池组组件,包括: 托盘,所述托盘在其上限定安装表面以接受多个棱柱形蓄电池,使得由所述安装表面限定的伸长维度具有沿所述伸长维度的实质上等横截面;和 多个部件,所述多个部件与所述托盘协作,使得在其间的直接或间接附接中的至少一者时,围绕所述蓄电池的实质上整体限定模块化封装件,所述部件包括: 多个直立壁,所述直立壁围绕所述托盘的实质上周边布置; 多个托架,所述托架沿着所述安装表面的一部分布置,使得所述托架实质上配合在由所述壁和所述托盘限定的容积内,所述托架中的至少一个与所述托盘协作,使得其间的附接不论所述协作在沿所述伸长维度的任何位置发生都不变;以及 顶盖,所述顶盖被布置在所述容积上方。
2.根据权利要求1所述的组件,其中所述托盘安装表面限定沿其长度的至少大部分的实质上平面轮廓。
3.根据权利要求1所述的组件,还包括抵靠所述托盘的下表面布置的至少一个支撑件。
4.根据权利要求3所述的组件,其中所述至少一个支撑件包括沿所述伸长维度间隔的多个支撑件,所述多个支撑件中的每个从所述托盘的一条侧边缘延伸到实质上相对的侧边缘。
5.根据权利要求1所述的组件,其中所述部件中的至少一个限定与所述托盘可滑动安装的协作。
6.根据权利要求1所述的组件,其中所述壁中的至少一个在其中限定多个孔。
7.根据权利要求1所述的组件,其中所述托架包括所述封装件内的电气设备装纳件。
8.根据权利要求7所述的组件,其中所述托架从由蓄电池断开模块托架、蓄电池系统监测器托架和人工维护断开托架构成的组中选取。
9.一种机动车蓄电池组组件,包括: 沿堆积轴线对齐的多个棱柱形蓄电池; 多个模块化部件,包括: 托盘,所述托盘在其上限定安装表面以便接受所述蓄电池、所述安装表面限定伸长维度和宽度维度,所述安装表面限定沿所述伸长维度的实质上等横截面;和 多个部件,所述部件与所述托盘协作,使得在其间的直接或间接附接中的至少一者时,围绕所述蓄电池的实质上整体限定模块化封装件,所述部件包括:围绕所述托盘的实质上周边布置的多个直立壁;布置在所述壁上方的顶盖;和多个托架,所述多个托架沿所述安装表面的一部分布置,使得所述托架与所述托盘协作以使其间的附接不论所述协作在沿所述伸长维度的任何位置发生都不变。
10.一种组装机动车蓄电池组的方法,所述方法包括: 将多个棱柱形蓄电池设置在支撑表面上,使得所述蓄电池沿堆积轴线对齐,所述安装表面沿所述伸长维度限定实质上等横截面;和 设置与所述支撑表面协作的多个部件,使得在其间的直接或间接附接中的至少一者时,围绕所述蓄电池的实质上整体限定模块化封装件,所述部件中的至少一个包括沿所述安装表面的一部分布置的多个托架,使得所述托架与所述托盘协作以使其间的附接不论所述协作发生在沿所述伸长维度的任何位置都不变。
翻译:技术领域
本发明总体上涉及组成车辆蓄电池组的各个蓄电池单元的装纳,并且更具体地涉及使用组成蓄电池封装件的可重构部件,该封装件可适用于多种车辆蓄电池组变体。
背景技术
锂离子和相关蓄电池正在机动车和相关运输应用中使用,在混合动力电动车辆(HEV)的情形中被用作一种补充的方式,或在纯电动车辆(EV)的情形中被用作传统内燃发动机(ICE)的取代物。被动地存储来自静止和可移动来源的能量以及来自车辆和其部件提供的重新获取的动能的能量的能力使得这样的蓄电池用作轿车、卡车、公共汽车、摩托车和相关车辆平台的推进系统的一部分是理想的。在适合于机动车应用的一种形式中,各个蓄电池单元被结合成更大的组件,使得电流或电压增加以便产生需要的功率输出。在当前的背景中,更大的模块和组装组件由串联、并联或二者兼有地连结的一个或多个电池单元组成,并且包括附加的结构以便确保被适当的安装入车辆内。尽管术语“蓄电池组”在本文被用于讨论用于在推进功率应用中使用的实质上完整的蓄电池组件,但本领域技术人员应当理解的是,诸如“蓄电池组合件”等的相关的术语也可以被用于描述这样的组件,并且任一术语均可以可互换地被使用而不丧失这样的理解。
在一种形式中,组成蓄电池组的各个电池单元被设置成限定被称为电池单元壳的刚性外壳的矩形(即,棱柱形)罐。在另一种形式中,各个电池单元被容纳在更薄的柔性矩形袋中。两种变体均可以沿由对齐的平行板状表面形成的堆积轴线被设置成面对的布置(很像一副牌)。位于壳体外部的一个边缘上的正极端子和负极端子相对于堆积轴线彼此横向地间隔开,并且起到用于连接(例如,经由母线)到外部负载或电路的电触头的作用。具体关于棱柱形罐,大量的各个交替的正电极和负电极在罐内沿堆积方向彼此间隔分开并且由非传导性隔离件保持电气隔离。来自每个负电极的引线在壳体内汇集到一起以便给在外部突伸的负极端子馈电,而来自每个正电极的引线相似地汇集到一起以便给在外部突伸的正极端子馈电。
不论采用哪种变体,被用于装纳堆积的各个电池单元的封装件都需要提供与对应的车辆隔室的牢固附接和在对应的车辆隔室内的装纳。传统地,这使得使用复杂、昂贵并且不适用于诸如不同尺寸的蓄电池组的蓄电池组构造的改型的封装组件成为必需。因而,需要大量的设计和制造时间以便研发一种不论任何需要改变蓄电池组的尺寸或形状的情形都可适用的新封装件。
发明内容
根据本发明的教导,公开了一种用于将一个或多个蓄电池单元紧固到更大的蓄电池组件(例如蓄电池模块或蓄电池组)内的设计。在本文背景中,尽管所述设计也可以被应用于棱柱形袋变体,但所述设计主要被设置成用于棱柱形罐状蓄电池单元。相似地,用于车辆应用的蓄电池组的部件的组件除多个蓄电池单元之外还可以包括:冷却、紧固、电气连接性、控制和监测以及其它设备,所述设备虽然不对电功率的产生做出贡献,但是形成了整个蓄电池系统包装和组装的重要部分。而且在本文背景内,术语“模块化”、“可重构”及其变体意味着覆盖部件使得产生的组件可以适合于对齐的蓄电池单元的具体尺寸(特别是沿由电池单元形成的堆积轴线的长度方向),使得对于封装这样的蓄电池单元不需要新的或重新设计的封装部件;这相应地促进了封装件及其组成部件的一种“无需定制”的适应性的形式。
根据本发明的一方面,公开了一种机动车蓄电池组组件。所述组件包括多个模块化部件,包括托盘,托盘在其上限定安装表面以便接受多个棱柱形蓄电池,安装表面被设置成具有沿伸长维度的实质上等截面;这促进了组成封装件的其它部件以及组成蓄电池组的蓄电池单元和电气设备的可重构的设置。这促进了理想的模块化的、可重构的封装件。可附接到托盘或彼此的部件包括围绕托盘的实质周边布置的直立壁和沿托盘安装表面的一部分布置的托架,使得托架实质上配合在由壁和托盘限定的容积内。特别地,托架中的至少一个与托盘协作使得它们之间的附接不论所述协作在沿着伸长维度的任何位置发生都是不变的。附加的封装部件,例如顶盖,可以被布置在所述容积之上。
根据本发明的另一方面,机动车蓄电池组组件包括沿堆积轴线对齐的多个棱柱形蓄电池和多个模块化部件,所述模块化部件由限定安装表面以便沿其伸长维度和宽度维度接受蓄电池的托盘构成。安装表面限定沿其伸长维度的实质上等横截面以便促进安装表面与可沿安装表面布置的多个托架之间的不变协作;这相应地辅助蓄电池单元和随附的电气设备在封装件内的可重构设置以便适应电池单元尺寸、数量或取向的变化。其它部件可以包括直立壁、顶盖和其它特征以便帮助提供包含在其中的蓄电池和相关设备的装纳和至少部分隔离。
根据本发明的又一方面,公开了一种组装机动车蓄电池组的方法。所述方法包括将多个棱柱形蓄电池设置在支撑表面上使得蓄电池沿一条或多条堆积轴线对齐,以及设置与支撑表面协作的多个部件使得在其间的直接或间接附接中的至少一者时,围绕蓄电池的实质上整体限定模块化封装件。所述部件中的至少一个是可以沿安装表面的一部分布置的托架,使得托架与托盘协作以使得托盘与托架之间的附接不论所述协作发生在沿着伸长维度的任何位置都不变化。重要地,安装表面限定沿伸长维度的实质上等截面以便辅助容易地沿支撑表面的实质连续区域设置蓄电池和对应的封装部件。在一种形式中,多个蓄电池被集合成更大的(通常是盒形的)蓄电池模块,使得一个或多个这样的模块可以被容纳在封装件内,并且封装件可伸缩以便适应模块的相应数量。由于这样的电池模块的有效设置是重要的,因此对一个模块可以使堆积轴线实质上与支撑表面的伸长维度一致,而另一模块可以被设置使得堆积轴线实质上与支撑表面的宽度维度一致,以及其间的组合。
本申请还提供了以下技术方案。
方案1.一种模块化机动车蓄电池组组件,包括:
托盘,所述托盘在其上限定安装表面以接受多个棱柱形蓄电池,使得由所述安装表面限定的伸长维度具有沿所述伸长维度的实质上等横截面;和
多个部件,所述多个部件与所述托盘协作,使得在其间的直接或间接附接中的至少一者时,围绕所述蓄电池的实质上整体限定模块化封装件,所述部件包括:
多个直立壁,所述直立壁围绕所述托盘的实质上周边布置;
多个托架,所述托架沿着所述安装表面的一部分布置,使得所述托架实质上配合在由所述壁和所述托盘限定的容积内,所述托架中的至少一个与所述托盘协作,使得其间的附接不论所述协作在沿所述伸长维度的任何位置发生都不变;以及
顶盖,所述顶盖被布置在所述容积上方。
方案2.根据方案1所述的组件,其中所述托盘安装表面限定沿其长度的至少大部分的实质上平面轮廓。
方案3.根据方案1所述的组件,还包括抵靠所述托盘的下表面布置的至少一个支撑件。
方案4.根据方案3所述的组件,其中所述至少一个支撑件包括沿所述伸长维度间隔的多个支撑件,所述多个支撑件中的每个从所述托盘的一条侧边缘延伸到实质上相对的侧边缘。
方案5.根据方案1所述的组件,其中所述部件中的至少一个限定与所述托盘可滑动安装的协作。
方案6.根据方案1所述的组件,其中所述壁中的至少一个在其中限定多个孔。
方案7.根据方案1所述的组件,其中所述托架包括所述封装件内的电气设备装纳件。
方案8.根据方案7所述的组件,其中所述托架从由蓄电池断开模块托架、蓄电池系统监测器托架和人工维护断开托架构成的组中选取。
方案9.根据方案8所述的组件,其中所述人工维护断开托架和所述蓄电池系统监测器托架中的至少一个被设置成使其在多于一个取向上可旋转地安装到所述托盘。
方案10.根据方案1所述的组件,其中所述蓄电池的至少一部分的堆积轴线实质上平行于所述托盘的伸长维度。
方案11.根据方案1所述的组件,其中所述蓄电池的至少一部分的堆积轴线实质上平行于所述托盘的宽度维度。
方案12.根据方案1所述的组件,其中所述蓄电池的至少一部分的堆积轴线实质上平行于所述托盘的伸长维度,而所述蓄电池的至少另一部分的堆积轴线实质上平行于所述托盘的宽度维度。
方案13.一种机动车蓄电池组组件,包括:
沿堆积轴线对齐的多个棱柱形蓄电池;
多个模块化部件,包括:
托盘,所述托盘在其上限定安装表面以便接受所述蓄电池、所述安装表面限定伸长维度和宽度维度,所述安装表面限定沿所述伸长维度的实质上等横截面;和
多个部件,所述部件与所述托盘协作,使得在其间的直接或间接附接中的至少一者时,围绕所述蓄电池的实质上整体限定模块化封装件,所述部件包括:围绕所述托盘的实质上周边布置的多个直立壁;布置在所述壁上方的顶盖;和多个托架,所述多个托架沿所述安装表面的一部分布置,使得所述托架与所述托盘协作以使其间的附接不论所述协作在沿所述伸长维度的任何位置发生都不变。
方案14.根据方案13所述的组件,其中所述蓄电池被布置在模块中,使得至少所述托架的数量与所述模块的对应数量相同。
方案15.根据方案13所述的组件,其中所述托架能够沿所述安装表面的所述伸长维度可滑动地运动。
方案16.根据方案13所述的组件,其中所述蓄电池的至少一部分的堆积轴线实质上平行于所述托盘的伸长维度,而所述蓄电池的至少另一部分的堆积轴线实质上平行于所述托盘的宽度维度。
方案17.根据方案13所述的组件,还包括装纳在所述封装件内的多个电气设备单元,各个所述单元固定到所述托架中的相应一个。
方案18.一种组装机动车蓄电池组的方法,所述方法包括:
将多个棱柱形蓄电池设置在支撑表面上,使得所述蓄电池沿堆积轴线对齐,所述安装表面沿所述伸长维度限定实质上等横截面;和
设置与所述支撑表面协作的多个部件,使得在其间的直接或间接附接中的至少一者时,围绕所述蓄电池的实质上整体限定模块化封装件,所述部件中的至少一个包括沿所述安装表面的一部分布置的多个托架,使得所述托架与所述托盘协作以使其间的附接不论所述协作发生在沿所述伸长维度的任何位置都不变。
方案19.根据方案18所述的方法,其中所述托架中的至少一个在其和所述支撑表面之间的固定附接之前被可滑动地布置到所述支撑表面上。
方案20.根据方案18所述的方法,其中所述支撑表面和所述部件中的至少一个之间的所述附接从由点焊接、激光焊接、粘接、铆接、螺纹连接或其组合构成的组中选取。
方案21.根据方案18所述的方法,其中在所述组装之前通过辊轧成形、穿孔、低力翻边或其组合来制造全部所述部件。
附图说明
本发明的优选实施例的以下详细描述当结合附图阅读时将能够被最好地理解,其中相同的结构用相同的附图标记标注,并且其中:
图1示出了带有蓄电池组和内燃发动机的形式的混合动力推进系统的车辆;
图2示出了根据本发明可以被设置在蓄电池封装件内的被设置成棱柱形罐的概念性蓄电池单元;
图3示出了根据本发明的一方面被用于制造双排封装件的许多各种单个部件的分解图;
图4示出了支撑件与形成图3的封装件的主要结构的托盘的下侧的附接;
图5示出了蓄电池断开模块托架在图4的托盘的上表面上的附接;
图6A-6C示出了在三个概念性位置蓄电池系统监测器托架在蓄电池断开模块托架上的设置和人工维护断开托架在图5的托盘上的设置;
图7示出了前穿孔盖和后穿孔盖在图3的托盘的上表面上的附接;
图8示出了顶盖与一对闭合件的附接;
图9示出了一对闭合件在图3的托盘的上表面的相对伸长端上的附接;
图10示出了蓄电池系统监测器托架和人工维护断开托架在被安装到蓄电池断开模块托架上的蓄电池电子器件模块上的附接;
图11示出了前穿孔盖和后穿孔盖与图10的部分组件的附接,以及包括另一蓄电池电子器件模块;
图12示出了顶盖与图11的部分组件的附接;
图13示出了图12的封装件的更短的变体;
图14示出了图12的封装件的单排变体;以及
图15示出了本发明的另一实施例的封装件,其中一些蓄电池模块可以沿封装件伸长轴线堆积,而其它蓄电池模块沿较短的横向轴线堆积。
具体实施方式
首先参考图1,车辆1包括由传统的ICE5和设置在简化型式的本发明的封装件10内的一个或多个蓄电池组构成的电功率源形式的混合动力推进系统;ICE5和蓄电池组两者均与电动马达15协作。这样的车辆被称为混合动力电动车辆(HEV)。本领域技术人员应当理解的是,在车辆1不是HEV,而是电动车辆(EV)这样的情况中,车辆1可以不需要ICE5;任一形式都在本发明的范围内。适用于向车轮中的一个或多个提供推进动力并且被联接到蓄电池组和ICE5中的一者或两者的附加传动系部件(均未示出)被理解为包括旋转轴、车轴、变速器、控制器等。在一优选的形式中,马达15用作蓄电池组(或多个蓄电池组)上的负载。尽管用于蓄电池组的封装件10被概念性地示出成沿车辆1的长度维度以架下安装方式布置的伸长矩形盒,但应当理解的是封装件10可以设有其它纵横比、维度和取向以便基于需求更好地适应其在车辆1内的其它位置的设置和到车辆1内的其它位置的固定;全部这样的变体被视为与本发明一致。在一可替换形式中,蓄电池组10可以被设置在车辆1内后排乘客座椅之后;这些(以及其它)设置的变体中的任一种都被认为是在本发明的范围内。此外,虽然车辆1当前以轿车形式示出,但是混合动力推进系统对于其它这样的机动车形式(包括卡车、公共汽车、飞行器、船只、航天器和摩托车)的适用性被认为是在本发明的范围内。
接下来参考图2,示出了代表性的棱柱形罐状锂离子蓄电池单元100。虽然棱柱形蓄电池单元与袋型蓄电池单元共同具有大体相似方式的大体上平的、矩形可堆积形状,但是与袋型蓄电池单元变体(未示出)不同,所述袋型蓄电池单元包括散置有冷却板和其它部件的多个电池单元以及薄周边边缘和从袋边缘延伸的更薄导电箔突出部,而棱柱形罐状电池单元100具有包装在焊接的刚性金属(例如铝)矩形罐、封装件或相似的自支撑壳体内的阳极和阴极。不论电池单元是罐形式(例如电池单元100)还是袋形式,两者均可以与本发明的封装件结合使用。在局部剖视图中示出,能够与本发明一起使用的电池单元100的概念性构造包括正极端子110和负极端子120,正极端子和负极端子与安全孔130一起突伸到电池单元100的顶部边缘外。在电池单元100的刚性外壳140是多个正电极150、负电极160和非传导性散置隔离物170。来自电极150、160的每个的引线(呈突出部180、190的形式)在电池单元壳140内汇集在一起以便给相应的端子110、120馈电。在本文背景内,多个蓄电池单元100可以被组合成模块200(在图15中示出),模块200可以相应地形成为更大的蓄电池组(也未示出)。各个电池单元100的大体平面的外表面辅助多个这样的电池单元沿堆积轴线A以与上文提到的一副牌的堆积方式相似的方式堆积。
接下来参考图3,组成封装件10的各种部件在其分解状态中示出。重要地,许多部件是从简单的几何形状模块化构建的,并且能够由相对廉价的原材料制成以便确保容易制造、组装和重构以便适应设置在其中的蓄电池单元的更大或更小的数量。部件的模块化特性促进可伸缩性、部件重复使用和重构。首先,托盘10A形成封装件10的坚固主干(即支撑表面)并且由于托盘沿其伸长(即长度)轴线的等横截面形状而促进重构的简易性。在一种形式中,托盘10A可以通过诸如辊轧成形、低力翻边等廉价的制造技术生产,并且可以由钢、铝或塑料基材料制成。在这样的成形操作期间或在这样的成形操作之后,可以添加多种孔(如图所示)。托盘10A的特征在于由于沿托盘10A的伸长维度布设的中心脊10A1和一对侧边通道(也被称为加强筋)10A2而一体化形成的增强加固。尽管未示出,但是如果需要,可以使用更多的加固通道,并且所有这样的形式都被视为在本发明的范围内。脊10A1和通道10A2限定长度维度,该长度维度与托盘10A的其它表面一起具有贯穿其长度的实质上等横截面区域以便确保对于后续安置的安装在其上的任何其它部件可以位于沿托盘10A的上表面的实质上整个长度的任何位置。无论如何,在托盘10A内形成的实质上水平的表面被用于安装蓄电池单元100、模块200等的各种构造。
示出的托盘10A的尺寸适于接受两排并列的四蓄电池模块(其中各个模块,例如图15的模块200,包含10到15个单个棱柱形电池单元)从而总共是八个这样的模块;本领域技术人员应当理解的是托盘10A的宽度上的尺寸可适于接受单排(例如图14中示出的)或缩短的(例如图13中示出的)四个模块并且这些和其它这样的不同尺寸都在本发明的范围内。同样重要的是上文结合图2示出的堆积轴线A不需要与托盘10A的伸长维度一致。实际上,封装件10和可以被设置于其中的蓄电池单元模块200的模块化特性在于不论封装件10的宽度或长度变化,并且不论采用的蓄电池单元100和对应的模块200的数量,都保持了高效率、可重复的包装。因此,如图15的实施例示出的,形成各种模块200的混合搭配的设置使得其堆积轴线可以沿托盘10A的伸长维度或横向(即宽度)维度中的任一者延伸的能力由图3中示出的各种部件的可重构特性促进。这相应地显著促进了蓄电池组的可伸缩性和对可重复使用的部件的相关强调。因此,从一个到八个蓄电池模块200中的任一种均可以被设置在示出的托盘10A上。此外,组成各个模块200的单个电池单元100的数量可以适合于封装件1内的维度;例如,虽然每个模块200内的单个电池单元100的数量可以是相同的或不同的,但两模块、四模块、六模块、八模块的变体可以被迅速地重构。因此模块200中的有些模块可以被设置成保持十个电池单元100,而有些模块可以被设置成保持十二个,而电子设备(在下文更详细地讨论)、支撑件等的设置可以相应地被调整。在另一变体(未示出)中,各个电池单元100可以全部对齐使得图2中描绘的堆积轴线A与单排或双排封装件10构造在被称为“超模块(super-module)”的构造中相称;在这样的结构中,在封装件10内不存在待被定向和对齐的分开的模块(不论是十个电池单元还是十二个电池单元的变体),而是一旦各种电子设备被固定在封装件10内,则在封装件10的容积内可配合的尽可能多的电池单元100沿封装件10的伸长轴线连续对齐排列。在本文背景内,可被安装在封装件10内的各种电子设备包括至少三种主要包装(在本文也被单独地或全体地称为组合件),其中第一种是蓄电池断开组合件(BDU),而第二种被称为蓄电池系统监测器(BSM)以及第三种被称为人工维护断开(MSD)。BDU被用于从车辆断开模块或蓄电池组的高电压源,而MSD通过平分组电压来被用作维修技术人员的首要保护,以及BSM监测电池单元温度、电压和电流以及帮助电池单元简的均衡。
接下来结合图3来参考图4,支撑腿部10B可以被设置在托盘10A下方以便周期地从底部加固;如图所示,支撑通过支撑腿部10B沿托盘10A伸长维度的周期性位置从一侧到另一侧的(即横向的)延伸而成为可能。支撑件10B(以及从下文讨论中将显而易见到的其它部件)的多个位置是可能的,原因在于其滑动到沿托盘10A长度方向的理想位置的能力。支撑腿部10B有角度的轮廓使得它们将与托盘10A的对应的侧边通道的形状的表面接触最大化。这些(以及其它)部件之间的组装也通过诸如点焊、激光焊接、粘接、铆接、螺纹联接或这些方法中的一个或多个的组合的其它廉价制造技术来实现。通过保持长度上的连续的横截面形状,托盘10A使得能够使用相同的支撑腿部10B而与它们被设置在沿着托盘10A的伸长连续区的何处无关(在合适地对齐的安装孔等的条件下),同时如果需要的话,保持对采用标准化的制造方法重新制造面板的可能性的余地。因此,共用部件(例如本文中讨论的部件中的任何部件)可以具有附加的特征而不需要创造完全新的零件。例如,可能需要包括特定构造的孔(例如用于适应可以仅被附接到有限数量的位置的紧固件)(例如穿过前面板或后面板10C(在下文讨论)的表面)。该特定构造的孔也可以由小的脱机穿孔、切边或其它装置形成而不需要使其经受重新设计、重新制造等严格过程。尽管在多个位置使用相同形状的支撑腿部10B是更加经济的,但本发明并不如此局限,并且可以因此适应不同形状的支撑腿部10B,只要它们支持沿托盘10A的伸长维度的可伸缩性即可。支撑腿部10B和托盘10A之间的交叉连接确保在托盘10A的下表面上从托盘10A的一个侧边缘(例如后部的)到相对的侧边缘(例如前部的)的附加支撑,以便促进用于附加封装件10的抗弯曲性的长度方向的加固和坚固的闭合的长度上的盒状部段;当托盘10A承受多个可堆积对齐的蓄电池100的重量时,这是特别有利的。
接下来结合图3参考图5,更详细地示出了被用于将上文提及的各种电子设备固定在封装件10内的三种托架中的一种。特别地,蓄电池断开模块(或组合件)托架(或强化件)10H被用于支撑BDU,BDU选择地将各种蓄电池单元联接到马达(例如马达15)或其它机动车负载。如同支撑腿部10B的情况,蓄电池断开模块托架10H可滑动地安装,使得其可以在沿托盘10A的长度的任何位置被固定到托盘10A的顶部,这取决于多个蓄电池单元100(当前未示出)在封装件10内何处的设置是理想的。如同托盘10A和支撑件10B的连接的情况,蓄电池断开模块托架10H可以通过焊接、粘接、铆接、螺纹连接中的任一种或这些方法中的一种或多种的组合被固定到托盘10A。这些附接可以沿着长度上的加固通道以便促进对在垂直于托盘10A的长度方向的维度上的变形尤其有抵抗力的刚性的、闭合的长度上的盒形部段。
接下来参考图6A-6C,示出了其它两种主要电子设备托架的使用和设置。特别地,沿托盘10A的伸长轴线的任何期望位置分别与BSM和MSD一起使用的蓄电池系统监测器托架10F和人工维护断开托架10G被示出。如同上文提到的支撑腿部10B和蓄电池断开模块托架10H的情况,蓄电池系统监测器托架10F和人工维护断开托架10G是可滑动安装的,使得它们可以在沿托盘10A长度上的任何位置被固定到托盘10A的顶部;这种特征对于帮助确保蓄电池100和它们的相关布线到下文中更详细讨论的电气连接性、控制和监测设备12的牢固的机械和电气附接是重要的。本发明的模块化特性也包括将这两个部件围绕竖直轴线旋转180°使得人工维护断开托架10G面向左端而蓄电池系统监测器托架10F面向右端的能力。也可以基于蓄电池组10的构造采用其它更少量的旋转。蓄电池系统监测器托架10F限定大体上中空的矩形容积,蓄电池断开组合件(未示出)被设置在其中。尽管蓄电池系统监测器托架10F被示出为位于蓄电池断开模块托架10H的顶部上,但这不是必要条件,原因在于一件在另一件上的设置是可以倒转的,因此提高了封装件10和限定封装件10的部件的可重构特性。使用蓄电池系统监测器托架10F以便保护灵敏的电气连接性、控制和监测设备12。与蓄电池系统监测器托架10F和人工维护断开托架10G一起,蓄电池断开模块托架10H可以沿托盘10A的长度被安装到允许建立特定蓄电池组长度变体的位置。
重要地,这三种托架中的一种或全部与配套托盘10A上表面之间的连结表面的不变形状促进其间的可滑动安装,而与它们被设置在沿着托盘10A长度方向的等横截面形状的何处无关;这相应地辅助封装件10的模块性。在一优选形式中,蓄电池100被排列在模块200(如上文讨论并在图15中示出的)中使得这些托架中的每个的至少一个(例如至少蓄电池断开模块托架10H)的数量可以与设置在各个托盘10A上的模块200的数量一致。如上文讨论的,在一个非限制性形式中,各个托盘10A的尺寸可以被确定为适应一个到八个之间的蓄电池模块200。那样,如果对于具体的蓄电池组构造需要更小数量的蓄电池100或相应的模块200,则配套托架可以在封装件10内调整而不需要重新设计封装件10或其组成部件10A到10I,原因在于可滑动连接的接合是可以无限调整的。
本发明的封装件10的可重构/模块化特性可以用示例进一步说明。在一种形式中,成形辊的单个辊轧盘套组(例如那些在辊压模具中被用作互补形状对的)可以支持至少两个托盘10A的长度、五个支撑件10B的构造、三个MSD的设置位置、四个BDU的设置构造和两个BSM位置,以便形成至少七十二种组合。
接下来参考图7-9,提供了托盘10A的前盖、顶盖和端盖。托盘10A的端部包括一个或多个凸缘以便促进闭合面板10C在相对端上的附接。如同托盘10A的情况,可以穿过它们的表面来形成孔以便辅助紧固件(未示出)的使用。闭合面板10C保护堆积或对齐的蓄电池单元100不受诸如灰尘、水等的污染物的影响,防止污染物通过端部进入封装件10。前面板和后面板10D由平面材料的预穿孔的带制成。顶盖10E由带有可替换嵌入物的模具制成。因此,减少顶盖10E的制造成本的一种方法(也可以应用到本文中讨论的其它部件)是建造模具以使得能够通过使用可嵌入特征(例如凸模)来在单一模具中制出多种长度。例如,理想的是对于一个车辆变体在顶部形成人工维护断开孔,而对于另一车辆变体在背部形成该孔。用这种方式,可以使用相同的模具,但是具体的凸模可以对一个面板起作用,而对另一面板被取消。
如同端部面板10C的情况,它们保护蓄电池单元100免于经受诸如灰尘、水等的污染物的影响,以及免于与突伸出电池单元100的顶部边缘的暴露的端子110、120的无意接触。可移除的帽10I位于在盖10E中形成的孔中以便允许容易通达被连接到端子110、120的高电压正极或负极线缆。
接下来结合图3参考图10到12,描绘了图3-9中示出的部件10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G、10H和10I在形成组装的、模块化蓄电池封装件200以便用于装纳多个蓄电池单元100的各种阶段。图10特别地示出蓄电池系统监测器托架10F和人工维护断开托架10G可以被设置在托盘10A的区域上方,电气连接性、控制和监测设备12设置在该托盘10A的区域中。尽管未详细示出,但是这样的设备12可以包括蓄电池断开特征,以及其它连接性和集成装置。此外,蓄电池电气连接性、控制和监测设备12采用一个或多个自持式蓄电池电子设备模块的形式,这种形式可与封装件10的可重构特性相兼容。如上文提及的,这种设备结合蓄电池单元100(为清楚起见当前未示出)而使用,以便确保电池单元100内生成的电流适当地传输到马达或车辆1内的其它负载。
蓄电池系统监测器托架10F和人工维护断开托架10G以被降低到蓄电池断开模块托架10H上的状态示出,蓄电池断开模块托架10H相应地被安装到托盘10A上;这两个部件可以分开使用,或可以作为组件使用,并且也可以被倒转(以上文结合图6A-6C讨论的方式)或被制成部分托架。除可以旋转之外,人工维护断开托架10G可以根据需要采取其它形状(未示出);在一种形式中,其也可以是更小的(例如,沿宽度维度大约一半的尺寸)。
特别地结合图3参考图11,示出了前面板和后面板10D(起到碎屑滤筛的作用)的设置的大体位置。形成滤筛的孔的团簇基于需要的空气通路的量以及蓄电池组内部的电池单元100或模块200的数量而成组。滤筛式样可以使用传统的穿孔工艺制造。如图所示的水平翻边可以使用传统的低力翻边方法完成,或者可以被辊轧成形。在替代的构造(未示出)中,前面板和后面板10D可以被附接到托盘10A。类似地(也未示出),前面板和后面板10D可以根据需要的构造具有彼此不同的长度。闭合件10C和前面板与后面板10D一起相对于托盘10A竖直地直立,以便限定实质上矩形的、盒状的容积,蓄电池单元100和蓄电池电气连接性、控制和监测设备12可以被安装在该容积内。
本发明的重要属性在于,许多部件可以以不同的顺序组装,并且进一步地一些部件可以作为预组装的零件被聚集在一起;例如,可以首先进行闭合面板10C附连到托盘10A的预组装构造,随后添加前滤筛和后滤筛10D。类似地,一些部件可以作为单个(即,散置的)零件首先被引入,例如可以在组装之前首先被附连到前滤筛和后滤筛10D中的一者或两者、闭合板10C或被附连到以上两者的顶盖10E的添加。在另一变型中,顶盖10E在闭合板10C之前被附连到前滤筛和后滤筛10D。如上文提及的,可以适当地使用焊缝、粘合剂、铆钉、螺钉来完成各种部件的组装。许多组装顺序可以根据主要蓄电池组部件的通达性来指定。
可以注意到,例如“优选”、“一般”、“通常”的术语在本文中未被用来限制所要求保护的发明的范围或者暗指某些特征对于所要求保护的发明的结构或功能是必要的、必须的或甚至重要的。不同地,这些术语仅旨在强调可以或可以不被使用在本发明的具体实施例中的替代的或附加的特征。相似地,例如“实质上”的术语被用于代表可以归因于任何定量对比、数值、测量或其它表示的不确定性的固有程度。该术语也被用于表示定量表示可以从陈述的参考变化而不导致所讨论主题的基本功能变化的程度。
为了描述和限定本发明的目的,注意到的是术语“装置”在本文中被用于表示部件的组合和单个部件,而不论部件是否与其它部件组合。例如,根据本发明的装置可以包括蓄电池或相应的可以被用于提供动力的相关电功率源。装置也可以指的是结合了动力源或其它设备的车辆,所述其他设备可以组成车辆或动力源或者与车辆或动力源结合使用;装置的特性将从上下文中清楚看出。此外,术语“汽车”、“机动车的”、“车辆的”等应当被一般地解释,除非上下文另有其它指示。因此,提及机动车应当被理解为涵盖轿车、卡车、公共汽车、摩托车和其它相似的运输模式,除非在上下文中更加具体的陈述。相似地,本发明可以和与机动车应用不相关的蓄电池单元结合使用,其中温度敏感的设备可能需要附加的热保护,这样的附加构造被理解为在本发明的范围内。
已详细描述本发明并且通过参考本发明的具体实施例,将显而易见的是不偏离限定在所附权利要求中的本发明的范围的改型和变型是可能的。更具体地,尽管本发明的一些方面在本文中被认定为优选的或特别有利的,但预期的是本发明不必须受限于本发明的这些优选方面。