CN105845858A - 可变容积电池总成 - Google Patents

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Abstract

根据本发明示例性方面的电池总成除其它方面外包括限定内部的外壳总成和集成到外壳总成的壁内且配置用于调整内部容积的可变容积装置。

Description

可变容积电池总成
技术领域
本发明涉及一种用于电动车辆的电池总成。电池总成包括限定内部的外壳总成。可变容积装置集成到外壳总成的壁内且配置用于调整电池总成的内部容积。
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依赖内燃发动机的车辆。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驱动车辆。
高压电池总成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造的电池阵列。通常包括托盘和盖的外壳总成容纳电池阵列。外壳总成必须密封并且通风，以防止湿气在电池总成内部累积。按理想气体定律(PV＝nRT)的规定，电池总成内的温度波动会在电池内部和周围空气之间产生压力差。这些压力差会产生真空，吸引湿气和灰尘进入电池内部。
发明内容
根据本发明示例性方面的电池总成，除其它方面外，包括限定内部的外壳总成以及集成到外壳总成的壁内并且配置用于调整内部容积的可变容积装置。
在上述电池总成的进一步非限制性实施例中，内部容纳多个电池内部部件。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，外壳总成包括托盘和盖。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，壁是托盘的一部分并且可变容积装置被集成为托盘的一部分。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，壁是盖的一部分并且可变容积装置被集成为盖的一部分。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，至少一个电池阵列容纳在内部中。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，可变容积装置包括柔性膜。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，柔性膜可朝向第一位置移动以减少内部的容积并且可朝向第二位置移动以增加内部的容积。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，可变容积装置包括安装在壁的窗口中的柔性膜。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，罩安装到壁的安装面的外表面，罩覆盖柔性膜。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，罩安装到壁的安装面的内表面，罩覆盖柔性膜。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，可变容积装置包括弹性膜。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，可变容积装置包括储液器。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，储液器包含流体，该流体可在第一室和第二室之间移动以调整内部的容积。
在任一上述电池总成的进一步非限制性实施例中，电池总成安装于电动车辆中。
根据本发明的另一示例性方面的方法，除其它方面外，包括通过可变容积装置来平衡电池总成的内部和电池总成外部的空气之间的压力差，可变容积装置被集成为电池总成的外壳总成的一部分。
在上述方法的进一步非限制性实施例中，可变容积装置包括集成到外壳总成的壁内的柔性膜。
在任一上述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括使柔性膜向第一位置移动以减少内部的容积或使柔性膜向第二位置移动以增加内部的容积。
在任一上述方法的进一步非限制性实施例中，可变容积装置包括储液器并且该方法包含使流体在第一室和第二室之间移动以调整内部的容积。
在任一上述方法的进一步非限制性实施例中，可变容积装置包括弹性膜并且该方法包含使弹性膜向内部弯曲以减少内部的容积或使弹性膜远离内部弯曲以增加内部的容积。
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。
所公开示例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***；
图2示出了电动车辆的电池总成；
图3示出了图2的电池总成的剖视图；
图4A和4B示出了根据本发明的第一实施例的可变容积装置；
图5示出了根据本发明的第二实施例的可变容积装置；
图6示出了根据本发明的另一实施例的可变容积装置；
图7示出了根据本发明的又一实施例的可变容积装置。
具体实施方式
本发明具体说明了电动车辆的电池总成。电池总成包括限定内部的外壳总成。外壳总成可以容纳一个或多个电池阵列，该电池阵列包括多个电池单元。可变容积装置集成到外壳总成的壁内。可变容积装置配置用于调整内部容积，由此平衡电池总成内部和电池总成外部的空气的压力差。在该具体实施方式的下列段落中会更详细地说明这些以及其他特征。
图1示意性地示出了电动车辆12的动力传动***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并且可以扩展到其他电动车辆，包括但不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)和纯电动车辆(BEV)。
在一个实施例中，动力传动***10是使用了第一传动***和第二传动***的动力分配动力传动***(power-split powertrain system)。第一传动***包括发动机14和发电机18(即第一电机)的组合。第二传动***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，第二传动***被认为是动力传动***10的电力驱动***。第一和第二传动***产生扭矩以驱动电动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。虽然示为动力分配配置，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，包括其他齿轮组和变速器的其他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和托架总成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与车辆驱动轮28连接。第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他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与轮轴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***的一部分，在该***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是电动车辆电池的示例类型。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运转的多个电池阵列。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可用于为电动车辆12电力地供电。
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)用于车辆推进的电动车辆(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***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，为了通过增加发动机14的推进使用而将电池总成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模式以外的其他操作模式操作。
图2和图3示出了可以包括在电动车辆内的电池总成54。例如，电池总成54可以使用在图1的电动车辆12内。电池总成54包括用于向电动车辆的部件提供电力的电池阵列56(即电池单元组)。虽然在图2和图3中示出了单个电池阵列56，但在本发明的范围内，电池总成可以包括多个电池阵列56。换言之，本发明不限于图2和图3中所示的具体配置。
电池阵列56包括多个电池单元58，电池单元58沿跨越电池阵列56的长度L并排地堆叠(见图3)。虽然未示出，但电池单元58可以使用汇流条总成彼此电力连接。在一个实施例中，电池单元58是棱柱状锂离子电池单元。但在本发明的范围内，可以可选地使用具有其他几何形状(圆柱形、袋状等)的电池单元和/或其他化学组成(镍金属氢、铅酸等)。
电池总成54另外可以包括外壳总成60，外壳总成60限定用于容纳例如电池阵列56的电池内部部件的内部66。外壳总成60也可以围绕一个或多个电子部件68(见图3)。示意性示出的电子部件68可以包括电池能量控制模块(BECM)、中央电器盒(BEC)和维护断接器以及其他部件中的一个或多个。在一个非限制性实施例中，外壳总成包括围绕内部66形成多个壁65的托盘62和盖64。
可变容积装置70可以集成到外壳总成60的一个或多个壁65内。在本发明中，术语“集成”意思是可变容积装置70是壁65的一部分而不是在外壳总成60内部66内或其外。在一个非限制性实施例中，可变容积装置70作为外壳总成60托盘62的一部分而集成。在另一实施例中，可变容积装置70作为外壳总成60的盖64的一部分而集成。应理解的是，可变容积装置70可以集成到外壳总成60的任何壁65(或多个壁)内。
可变容积装置70被设计用于为特定密封的电池总成54提供可变容积变化。例如，可变容积装置70可以调整内部66的容积以平衡电池总成54的内部66和外部空气之间的压力差。空气和内部66之间的零压差是期望的，以避免产生招致湿气、灰尘、碎片和/或其他不想要的物质进入电池总成54的内部66的真空或使外壳总成60朝向电池总成54内或外的部件挠曲的压力差。
参照图4A和图4B，可变容积装置70可以包括柔性膜72。柔性膜72可以安装于外壳总成60的壁65的窗口74内。在一个实施例中，柔性膜72由聚合物材料制成。可以基于可变容积装置70的使用寿命来选择聚合物材料，使用寿命取决于估算的循环次数，并且柔性膜72的移动量可能响应于电池总成54内的压力波动而弯曲。
在一个实施例中，如在图4B中最佳示出，可变容积装置70的柔性膜72是可移动的，以调整电池总成54内部66的容积，从而平衡内部66和周围空气A之间的压力差。例如，柔性膜72可以响应于电池总成54的内部压力相对于周围空气A减小而从自由态X向第一位置X’(即在朝向内部66的方向上)移动。向第一位置X’移动使内部66的容积减小。可选地，柔性膜72可以响应于电池总成54的内部压力相对于周围空气A增加而向第二位置X”(即在远离内部66的方向上)移动。向第二位置X”移动使内部66的容积增加。应理解的是，柔性膜72利用弹性变形可以移动到位于第一位置X’和第二位置X”之间的任何位置。由于柔性膜72弯曲，柔性膜72的表面积增加。可以基于电池总成54被设计的预期压力和温度范围以及电池总成54一经密封后内部会存在的气体(例如空气)量来预先确定第一位置X’和第二位置X”之间的容积差。
图5示出了用在电池总成154内的另一可变容积装置170。在本发明中，在适当的情况下相同的附图标记表示相同的元件并且加上100或其倍数的附图标记指代变更的元件，该变更的元件理解为包含对应原始元件的相同的特征和优点。在这个实施例中，电池总成154的外壳总成160的壁165包括安装面167。窗口174或开口穿过安装面167而形成。柔性膜172可以安装在窗口174中。柔性膜172可以以任何方式安装，包括但不限于，夹住、粘合、胶黏、焊接、成型等。
壁165的安装面167可以包括围绕窗口174的周边延伸的凸缘169。在一个实施例中，凸缘169是弯曲的，以围绕窗口174的周边形成“友好的边缘”。“友好的边缘”排除会损坏柔性膜172的锐利边。“友好的边缘”也有助于降低会导致柔性膜172失效的任何潜在的应力上升点(stressriser)，并且因此为了促进柔性膜172的使用寿命增加，可以在内部166上使用类似的圆角凸缘。
在另一实施例中，罩171可以安装在安装面167的外表面173。罩171进一步保护柔性膜172。第二罩175可以可选地安装到安装面167的内表面177，以保护柔性膜172免遭可能存在于内部166中的锐利边。空气可以被传递到形成在罩171或罩175和柔性膜172之间的缝隙181内。
类似于图4A和4B的实施例，柔性膜172是可移动的，以调整电池总成154内的部166容积。例如，柔性膜172可以位于自由态X、第一位置X’、第二位置X”或第一位置X’和第二位置X”之间的任何位置。第一位置X’朝向内部166以在迫使电池总成154内部压力减小的状况时减小内部166的容积，并且第二位置X”远离内部166以在迫使电池总成154内部压力增加的状况时增加内部166的容积。在这个实施例中，容积变化并非取决于柔性膜172的实际拉伸。作为替代，柔性膜172可以包括恒定的表面积。
图6示出了另一可变容积装置270。在这个实施例中，电池总成254的可变容积装置270包括安装在外壳总成260的窗口274内的弹性膜272。弹性膜272可以固定或夹在外壳总成260的壁265的相对凸缘269之间。相对凸缘269形成窗口274的周边。
弹性膜272可以由弹性材料制成。在一个非限制性实施例中，弹性膜272由橡胶制成。可以基于实现电池总成254内特定容积变化所需的拉伸量来选择弹性膜272的材料。
弹性膜272是可拉伸的以平衡电池总成254内部266和周围空气A之间的压力差。弹性膜272通常可以是由位置X所表示的平膜片。弹性膜272可以向第一位置X’拉伸以减少内部266的容积或向第二位置X”拉伸以增加内部266的容积。
图7示出了用于电池总成354的又一可变容积装置370。在这个实施例中，可变容积装置370包括储液器375。储液器375可以形成在电池总成354的外壳总成360的壁365内。因此，可以认为包括储液器375的可变容积装置370与壁365集成。
储液器375可以包括彼此流体连通的第一室377和第二室379。间隔件389在壁365内将第一室377和第二室379隔开。储液器375实现了电池总成354的容积变化。可以通过使流体在第一室377和第二室379之间移动来实现容积变化。例如，流体的第一位置可以是形成了水平液体量的液面F1和液面F2的组合。当电池总成354内的相对压力上升时，它推动流体朝向外部环境，增加电池内部容积并且重新平衡内部和外部压力。流体的第二位置由液面F2和液面F3的组合表示。如果电池总成354的相对压力下降，那么流体可以沿相反的方向移动以减少电池总成354内部366的容积。
在一个实施例中，第一室377通过开口301暴露于外部空气中并且第二室379通过开口303暴露于电池总成354内部的空气容积中。开口301、303容许第一室377和第二室379之间的流体重新分布，并且因此容许电池总成354内部容积的调整。
组成液面F1、F2和F3的液体可以是在整个操作环境范围内不受冷冻或蒸发的液体。在一个非限制性实施例中，包含在储液器375中的流体是中等重量的油或其他合适的物质。
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组件与任何其他非限制性实施例的组件或部件组合。
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，但其他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。

Claims (15)

1.一种电池总成，包含：
限定内部的外壳总成；以及
可变容积装置，所述可变容积装置集成到所述外壳总成的壁内并且配置用于调整所述内部的容积。
2.根据权利要求1所述的电池总成，其中所述内部容纳多个电池内部部件。
3.根据权利要求1所述的电池总成，其中所述外壳总成包括托盘和盖。
4.根据权利要求3所述的电池总成，其中所述壁是所述托盘的一部分并且所述可变容积装置被集成为所述托盘的一部分。
5.根据权利要求3所述的电池总成，其中所述壁是所述盖的一部分并且所述可变容积装置被集成为所述盖的一部分。
6.根据权利要求1所述的电池总成，包含容纳在所述内部中的至少一个电池阵列。
7.根据权利要求1所述的电池总成，其中所述可变容积装置包括柔性膜。
8.根据权利要求7所述的电池总成，其中所述柔性膜可朝向第一位置移动以减少所述内部的所述容积并且可朝向第二位置移动以增加所述内部的所述容积。
9.根据权利要求1所述的电池总成，其中所述可变容积装置包括安装在所述壁的窗口中的柔性膜。
10.根据权利要求9所述的电池总成，包含安装到所述壁的安装面外表面的罩，所述罩覆盖所述柔性膜。
11.根据权利要求9所述的电池总成，包含安装到所述壁的安装面内表面的罩，所述罩覆盖所述柔性膜。
12.根据权利要求1所述的电池总成，其中所述可变容积装置包括弹性膜。
13.根据权利要求1所述的电池总成，其中所述可变容积装置包括储液器。
14.根据权利要求13所述的电池总成，其中所述储液器包含流体，所述流体可在第一室和第二室之间移动以调整所述内部的所述容积。
15.根据权利要求1所述的电池总成，其中所述电池总成安装于电动车辆中。
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