CN108206253A - 电池支撑总成和方法 - Google Patents

Abstract

一种示例性电池支撑总成包括具有接收牵引电池的至少一个电池单元的凹槽的气囊装置。气囊提供了流体流动路径，该流体流动路径在凹槽的端部处分叉成凹槽的第一侧上的第一部分和凹槽的相对的第二侧上的第二部分。一种示例性电池支撑方法包括：使流体流沿着流体流动路径朝向至少一个电池单元移动；和将流分叉成流体流动路径的第一或第二部分，使得流沿着至少一个电池单元的相对侧移动。

Description

电池支撑总成和方法

技术领域

本公开涉及一种电池支撑装置。更具体地，本公开涉及用包含流体的柔性气囊来支撑电动车辆的电池单元。

背景技术

电动车辆不同于传统的机动车辆，因为电动车辆使用由牵引电池供电的一个或多个电机选择性地驱动。电机可以替代或附加于内燃发动机来驱动电动车辆。示例电动车辆包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、燃料电池车辆(FCV)和电池电动车辆(BEV)。

牵引电池是相对高电压的牵引电池，其选择性地为电动车辆的电机和其他电负载供电。牵引电池包括存储能量的多个互连的电池单元。一些牵引电池通过相对刚性的固定装置支撑电池单元。

发明内容

根据本公开的示例性方面的电池支撑总成除了别的之外还包括具有接收牵引电池的至少一个电池单元的凹槽的气囊装置。气囊提供了流体流动路径，该流体流动路径在凹槽的端部处分叉成凹槽的第一侧上的第一部分和凹槽的相对第二侧上的第二部分。

在前述总成的另一个非限制性实施例中，该端部是第一端部，并且第一部分和第二部分在凹槽的相对第二端部处会聚。

在任何前述总成的另一个非限制性实施例中，该总成包括凹槽内的至少一个电池单元。气囊关于至少一个电池单元的整个周边周向地分布。

在任何前述总成的另一个非限制性实施例中，该总成包括凹槽内的至少一个电池单元。气囊和至少一个电池单元彼此压缩抵靠。

在任何前述总成的另一个非限制性实施例中，气囊装置是第一气囊装置，并且总成包括第二气囊装置。流体从共同的输入导管连接到第一气囊装置和第二气囊装置。

在任何前述总成的另一个非限制性实施例中，气囊装置在到第一部分的流体入口和到第二部分的流体入口处分叉，并且气囊装置在来自第一部分的流体出口处和来自第二部分的流体出口会聚。

在任何前述总成的另一个非限制性实施例中，气囊装置是可膨胀的和可收缩的。

在任何前述总成的另一个非限制性实施例中，总成包括使流体移动通过流体流动路径的泵。

在任何前述总成的另一个非限制性实施例中，泵是流体流动路径分叉处的上游的蠕动泵。

在任何前述总成的另一个非限制性实施例中，总成包括位于凹槽内的至少一个电池单元。至少一个电池单元具有带端子的端子侧部，以及与端子侧部横向对齐的多个其他侧部。凹槽的第一侧和凹槽的第二侧沿着电池单元的其他侧部定位。

根据本公开的示例性方面的电池支撑方法除了别的之外还包括使流体流沿着流体流动路径朝向至少一个电池单元移动，和将流分叉成流体流动路径的第一和第二部分，使得流沿着至少一个电池单元的相对侧部移动。

在前述方法的另一个非限制性实施例中，该方法包括将来自第一和第二部分的流会聚在一起，并且使流远离电池单元移动。

在任何前述方法的另一个非限制性实施例中，该方法包括在流体与电池单元之间传递热能以管理至少一个电池单元内的热能。

在任何前述方法的另一个非限制性实施例中，该方法包括利用流体流动路径周向地围绕至少一个电池单元。

在任何前述方法的另一个非限制性实施例中，至少一个电池单元是至少一个第一电池单元，并且该方法进一步包括使用第一蠕动泵来选择性地增加或减少流，并且使用第二蠕动泵选择性地增加或减少到另一流体流动路径的流，另一流体流动路径分叉以沿着至少一个第二电池单元的相对侧部移动。

任何前述方法的另一个非限制性实施例包括响应于来自至少一个第一电池单元的感测状况用第一蠕动泵增加或减少流，并且响应于来自至少一个第二电池单元的感测状况用第二蠕动泵单独地增加或减少流。

在任何前述方法的另一个非限制性实施例中，流体流动路径由柔性气囊提供。

在任何前述方法的另一个非限制性实施例中，至少一个电池单元的膨胀迫使流体流出第一和第二部分。

在任何前述方法的另一个非限制性实施例中，该方法包括移动流体源与第一和第二部分之间的流体流，和基于流体源内的流体量来估计至少一个电池单元的状况。

在任何前述方法的另一个非限制性实施例中，该方法包括用第一和第二部分支撑至少一个电池单元。

附图说明

从详细说明书中，所公开示例的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。伴随详细描述的附图可简要描述如下：

图1示意性地示出了用于电动车辆的示例动力传动***；

图2示出了来自图1中的动力传动***的示例牵引电池的局部放大透视图；

图3示出了移除了外壳的图2的牵引电池的俯视示意图；

图4示出了电池单元在气囊装置的凹槽外的来自图2的牵引电池的电池单元和气囊装置的透视图；

图5示出了图4的气囊装置的凹槽内的电池单元的俯视图；

图6示出了当电池单元从图5的位置膨胀时的图3的气囊装置的凹槽内的电池单元的俯视图；

图7示出了根据本公开的另一个示例性实施例的来自图2的牵引电池的电池单元的俯视透视图；

图8示出了当电池单元从图7的位置膨胀时的图7的电池单元。

具体实施方式

本公开涉及支撑电动车辆的牵引电池内的电池单元。电池单元由装有流体的气囊装置支撑。气囊装置可以适应电池单元的膨胀和收缩，同时仍然支撑和接触电池单元。流体可以通过气囊装置移动以管理电池单元和牵引电池的剩余部分内的热能水平。

图1示意性地示出了用于电动车辆的动力传动***10。虽然被描述为混合动力电动车辆(HEV)，但应该理解，这里描述的构思不限于HEV并且可以延伸到任何其他类型的电动车辆，包括但不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)、电池电动车辆(BEV)、燃料电池车辆等。

动力传动***10包括具有多个电池阵列18的牵引电池14、内燃发动机20、马达22和发电机24。马达22和发电机24是电机的类型。马达22和发电机24可以是分离的或具有组合马达发电机的形式。

在该实施例中，动力传动***10是采用第一驱动***和第二驱动***的动力分配动力传动***。第一和第二驱动***产生扭矩以驱动一组或多组车辆驱动轮28。第一驱动***包括发动机20和发电机24的组合。第二驱动***至少包括马达22、发电机24和牵引电池14。马达22和发电机24是动力传动***10的电驱动***的一部分。

发动机20和发电机24可以通过动力传递单元30(例如行星齿轮组)连接。当然，可以使用其他类型的动力传递单元，包括其他齿轮组和传动装置，以用于将发动机20连接到发电机24。在一个非限制性实施例中，动力传递单元30是行星齿轮组，其包括环形齿轮32、中心齿轮34和行星齿轮架总成36。

发电机24可以由发动机20通过动力传递单元30来驱动，以将动能转换为电能。发电机24可以替代地用作马达以将电能转换为动能，从而将扭矩输出到连接到动力传递单元30的轴38。

动力传递单元30的环形齿轮32连接到轴40，轴40通过第二动力传递单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传递单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。在其他示例中可以使用其他动力传递单元。

齿轮46将扭矩从发动机20传递到差速器48，以最终为车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括能够将扭矩传递到车辆驱动轮28的多个齿轮。在该示例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地连接到车轴50以将扭矩分配至车辆驱动轮28。

马达22可以选择性地用于通过向也连接到第二动力传递单元44的轴52输出扭矩来驱动车辆驱动轮28。在该实施例中，马达22和发电机24配合作为再生制动***的部件，其中马达22和发电机24都可以用作马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机24可以分别输出电力以对牵引电池14的电池单元进行再充电。

现在参考图2，根据示例性非限制性实施例，牵引电池14包括作为一个阵列18的多个单独的电池单元60、多个气囊装置64和外壳68。电池单元60沿着轴线A布置。气囊装置64支撑外壳68内的电池单元60。更具体地，示例性气囊装置64可以限制电池单元60相对于彼此以及牵引电池14的其它区域的移动。当例如在制造牵引电池14时将部件固定到牵引电池14时，保持电池单元60可以便于电池单元60在牵引电池14内的对准。

在该示例中，气囊装置64由柔性聚合物材料(例如橡胶)制成，其限定了容纳流体的可变体积。

流体可以移动通过气囊装置64。流体从入口导管72移动到气囊装置64。流体从气囊装置64移动通过出口导管76。在另一个示例中，每个气囊装置64通过单独的导管供应，使得气囊装置64中的每一个提供与牵引电池14内的其他气囊装置64的流体回路分开的流体回路的一部分。

移动通过气囊装置64的流体可以是液体或气体。流体可以是冷却剂，例如水和乙二醇的50/50混合物。

电池单元60可以在循环期间膨胀和收缩。气囊装置64与电池单元60一起膨胀和收缩，使得电池单元60保持被支撑。当电池单元60膨胀时相比于当电池单元60收缩时，气囊装置64保持较少的流体。

示例性外壳68包括一对相对的端壁80、一对相对的侧壁84、底板88和顶板92。外壳68保持气囊装置64和电池单元60。

在该示例中，多个间隔件96也被保持在外壳68内。间隔件96可占据外壳68内的区域，以防止气囊装置64移动到这些区域中。间隔件96可以是例如支撑外壳68的部件(例如底板88和顶板92)的支撑柱。

当与气囊装置64相比时，间隔件96和外壳68相对刚性。因此，气囊装置64相对于间隔件96和外壳68的移动不会移动间隔件96和外壳68。

气囊装置64直接接触电池单元60以支撑电池单元60。由于气囊装置64可适应循环期间电池单元60的膨胀和收缩，电池单元60在循环期间由气囊装置64保持支撑。如可以理解的，相对刚性的支撑件可能不能适应牵引电池14内的电池单元60的显著的膨胀和收缩。

在该示例性牵引电池14中示出了六个单独的电池单元60，但是可以使用任何数量的电池单元60。一些示例牵引电池14可以包括多达一百个分组成十个电池单元阵列的单独的电池单元60。

示例电池单元60具有矩形轮廓。在其他示例中，电池单元60可以是圆柱形的。单元可以是袋状单元、棱柱状单元、罐状单元等。

示例电池单元60是基于硅(Si)的电池单元。一些基于硅的电池单元在循环期间示出大于200％的体积膨胀，这可以在循环期间将电池单元60的轴向宽度W增加多达20％。

在循环期间可显著膨胀的其他示例性电池单元60包括基于锗(Ge)的电池单元和基于锡(Sn)的电池单元。

尽管结合支撑基于硅的电池单元和在循环期间显著膨胀的电池单元描述了气囊装置64，但是本公开的教导不限于这种的电池单元。气囊装置64可用于支撑任何类型的电池单元，包括基于钛酸锂(LTO)的电池单元和基于石墨的电池单元。

现在参考图3和4，每个气囊装置64提供接收电池单元60中的至少一个的凹槽100或开放区域。在该示例中，凹槽100接收电池单元60中的一个。在另一示例中，凹槽100接收例如电池单元60中的两个。

在该示例性非限制性实施例中，凹槽100各自具有第一端部104、第二端部108、第一侧112和第二侧116。第一端部104与第二端部108相对。第一侧112与第二侧116相对。凹槽100尺寸可以设置为大体上遵循接收在凹槽100内的电池单元60的外轮廓。

气囊装置64建立从路径入口P_I延伸到路径出口P_O的流体流动路径。在凹槽100的第一端部104处，来自入口P_I的流体流动路径分叉成第一流动路径部分120的入口和第二流动路径部分124的入口。

流体流动路径的第一部分120沿着凹槽100的第一侧112延伸。流体流动路径的第二部分124沿着凹槽100的第二侧116延伸。当电池单元60位于凹槽100内时，第一部分120沿着电池单元60的第一轴向面向的侧面130定位，并且第二部分124沿着电池单元60的第二轴向面向的侧面134定位。第一轴向面向的侧面130和第二轴向面向的侧面134面向相反的方向。

在凹槽100的第二端部108处，来自第一流动路径部分120的出口和第二流动路径部分124的出口的流动会聚到出口P_O中。

当电池单元定位在凹槽100内时，来自入口P_I的流体流动路径到第一部分120和第二部分124的分叉以及随后的来自第一部分120和第二部分124的流体流会聚到路径出口P_O，允许流体流动路径周向地围绕电池单元60的整个周边。气囊装置64提供流体流动路径并且因此还周向地围绕定位在凹槽100内的电池单元60。

路径入口P_I接收来自入口管道72的流体。流体从流体源150移动到入口管道72。

在该示例性实施例中，诸如蠕动泵的泵154与每个气囊装置64相关联。示例性泵154位于通过气囊装置64的流体流动路径分叉位置的上游。可以使用泵154调节气囊装置64内的流体压力。在另一个示例中，泵用于将流体从流体源150移动到多于一个气囊装置，泵可以用于将流体移入和移出气囊装置64。在一些示例中，泵154可以防止流体从气囊装置64回流到入口导管72，这可以减少由气囊装置64提供的电池单元60的支撑。

为了进一步控制气囊装置64的流体压力，路径出口P_O附近的区域可以具有减小的直径，使得流体压力不通过路径出口P_O释放，并且压力保持在气囊装置64内。替代或另外地，在路径出口P_O附近的区域可以配备止回阀158，以防止当泵154不提供正压力时(例如当牵引电池14不运行时)，气囊装置64通过路径出口P_O放气。止回阀可以替代地或另外地被结合在流体流动路径的其他区域中。

流体流动路径的区域也可以包括穿过压力释放阀(pass through pressurerelease valve)162，这可以防止气囊装置64的过压。

在一些示例中，通过流体流动路径的流动由压力控制器166控制，该压力控制器166被编程为操作泵154、致动止回阀158、致动压力释放阀162或这些的某种组合。例如，压力控制器166被编程为保持流动路径内的流体压力，并且特别是保持在所期望的压力范围内的气囊装置54内的流体压力，或者被编程为将期望量的流体移动通过气囊装置54。可以控制泵154以允许较少流动流向牵引电池组14的一个或多个气囊装置54，同时允许更多的流动流向牵引电池组14的一个或多个其他气囊装置54。

例如，可以控制泵154以响应于由气囊装置64保持的电池单元60感测到的状况而选择性地增加或减少流向一个气囊装置64的流量。感测到的状况可以由用于测量该电池单元60的温度、该电池单元60的压力、温度和压力两者、或其他条件的传感器提供。传感器可以集成在电池单元60上。传感器可以定位在电池单元60和气囊装置64之间的凹槽内。

继续参考图2，图5示出了具有第一轴向宽度的电池单元60，以及图6示出了由于电池单元60的膨胀而具有更大的第二轴向宽度的电池单元60。由于某些易于膨胀/收缩的阳极材料，电池单元60的膨胀可能在正常操作期间发生。这种材料可以包括硅、锂、锡等。电池单元60也可以由于在电池单元60的内部内积聚的气体而在正常操作中随时间而膨胀或者由于故障状况而在更短的时间段中而膨胀。

膨胀主要通过第一轴向面向侧面130和第二轴向面向侧面134引导，因为这些侧面大于其余侧面，并且另外，因为底板88和顶板92可以限制电池单元60向上和向下的膨胀。

换句话说，外壳68能够限制电池单元60的膨胀，使得膨胀在垂直于电池单元60的侧面130和134的方向上沿着轴线A集中。

虽然示出了外壳68，但是其他示例可以使用其他装置来限制电池单元60向期望方向的膨胀。绑带、绑定条等是这种装置的其他示例。

当电池单元60从图5的位置膨胀到图6的位置时，第一部分120和第二部分124的体积减小。体积的减小适应电池单元60的增加的厚度。即使电池单元60膨胀，第一侧112和第二侧116由于第一部分120和第二部分124内的加压的流体而保持与电池单元60接触抵靠。

减小第一部分120和第二部分124的体积使得来自气囊装置64的流体发生移位。从第一部分120和第二部分124排出的流体增加流体源150内的流体水平。

在一些示例中，流体源中的流体水平自动地、通过观察或两者进行监控。流体源150内的流体水平的增加可以表明电池单元60的一个或多个的尺寸已经增加。该指示可以被注意到而不需要技术人员打开牵引电池14的外壳68。例如，流体源150内的流体的高度的突然变化可以表明故障状况，诸如牵引电池14内的电池单元60的快速膨胀。

在一些示例中，气囊装置64中的流体除了支撑电池单元60之外还可以用于管理电池单元60中的热能水平。例如，当流体移动通过第一部分120和第二部分124时，气囊装置64中的流体可以获得来自电池单元60的热能。这冷却电池单元60。例如，可以使用热交换器168来冷却加热的流体，并且然后再循环到流体源150。

流体还可以被加热，使得当移动通过气囊装置64时，流体加热电池单元60。此外，电阻加热器可以结合到气囊装置64中以加热流体、电池单元60、或两者。

如果气囊装置64中的流体用于加热或冷却电池单元60，则压力控制器166可以调节各个泵154的速度，以移动不同量的流体通过气囊装置64。如果例如由气囊装置64保持的电池单元60比牵引电池14中的其他电池单元60更快速地加热，则可能需要更多流体运动通过气囊装置64之一。将电池单元60保持在特定的温度范围可以提高牵引电池14的效率。

再次参考图2，继续参考图3至6，电池单元60面向顶板92的表面包括至少两个端子170。汇流条174可以用于电连接电池单元60的端子170。汇流条174是金属或金属合金并且相对于电池单元60和气囊装置64是刚性的。虽然示出为面向顶板92，但是一个或两个端子170可以位于另一个区域中，例如面向底板88，并且通过其他汇流条连接。

电能可以通过汇流条174移动到电池单元60和从电池单元60移出。电能还可以利用汇流条或其他电连接器移动到牵引电池14和从牵引电池14移出。电池单元60可以串联的或并联的电连接。

现在参照图7和8，在上述实施例的非限制性变型中，电池单元60定位在夹具182内，并且然后定位在凹槽100内。夹具182限制电池单元60的膨胀以集中在轴向方向在夹具182的垂直延伸的支撑件186之间。夹具182的基板190和顶板194限制电池单元60的垂直膨胀。支撑件186连接到基板190和顶板194。在一些非限制性实施例中，夹具182提供气囊装置64(图4)单独可能不能提供的基础水平的压缩。在一些示例中，电池单元60可以在循环期间受益于压缩。

图7示出了电池单元60处于比图8的电池单元60膨胀更小的位置。在图8的电池单元60中，膨胀集中在轴向方向上在夹具182的竖直延伸的支撑件186之间。

前述说明书本质上是示例性的而不是限制性的。对所公开的示例的变化和修改对于本领域技术人员而言可能变得显而易见，其不一定偏离本公开的本质。因此，给予本公开的法律保护范围只能通过研究以下权利要求来确定。

Claims (15)

1.一种电池支撑总成，包括：

具有接收牵引电池的至少一个电池单元的凹槽的气囊装置，所述气囊提供流体流动路径，所述流体流动路径在所述凹槽的端部处分叉成所述凹槽的第一侧上的第一部分和在所述凹槽的相对第二侧上的第二部分。

2.根据权利要求1所述的电池支撑总成，其中所述端部是第一端部，并且所述第一部分和所述第二部分在所述凹槽的相对第二端部处会聚。

3.根据权利要求1所述的电池支撑总成，进一步包括位于所述凹槽内的所述至少一个电池单元，所述气囊关于所述至少一个电池单元的整个周边周向分布，并且可选地，其中所述至少一个电池单元具有带有端子的端子侧部、以及与所述端子侧部横向对齐的多个其他侧部，所述凹槽的所述第一侧和所述凹槽的所述第二侧沿着所述电池单元的其他侧部定位。

4.根据权利要求1所述的电池支撑总成，进一步包括所述凹槽内的所述至少一个电池单元，所述气囊和所述至少一个电池单元彼此压缩抵靠。

5.根据权利要求1所述的电池支撑总成，其中所述气囊装置是第一气囊装置，并且所述电池支撑总成进一步包括第二气囊装置，其中流体从共同的输入导管连通到所述第一气囊装置和所述第二气囊装置。

6.根据权利要求1所述的电池支撑总成，其中所述气囊装置在到所述第一部分的流体入口和到所述第二部分的流体入口处分叉，并且所述气囊装置在来自所述第一部分的流体出口和来自所述第二部分的流体出口处会聚。

7.根据权利要求1所述的电池支撑总成，其中所述气囊装置是可膨胀和可收缩的。

8.根据权利要求1所述的电池支撑总成，进一步包括使流体移动通过所述流体流动路径的泵，并且可选地，其中所述泵是流体流动路径分叉处的上游的蠕动泵。

9.一种电池支撑方法，包括：

使流体流沿着流体流动路径朝向至少一个电池单元移动；和

将所述流分叉成所述流体流动路径的第一或第二部分，使得所述流沿着所述至少一个电池单元的相对侧移动。

10.根据权利要求9所述的电池支撑方法，进一步包括将来自所述第一部分和第二部分的所述流会聚在一起并且使所述流远离所述电池单元移动。

11.根据权利要求9所述的电池支撑方法，进一步包括在所述流体和所述电池单元之间传递热能以管理所述至少一个电池单元内的热能，并且可选地，所述方法包括用所述流体流动路径周向地围绕所述至少一个电池单元。

12.根据权利要求9所述的电池支撑方法，其中所述至少一个电池单元是至少一个第一电池单元，并且所述方法进一步包括使用第一蠕动泵来选择性地增加或减少所述流，并且使用第二蠕动泵来选择性地增加或减少至另一流体流动路径的流，所述另一流体流动路径分叉为沿着至少一个第二电池单元的相对侧移动，并且可选地，所述方法包括响应于来自所述至少一个第一电池单元的感测状况，用所述第一蠕动泵增加或减少所述流，并且响应于来自所述至少一个第二电池单元的感测状况，用所述第二蠕动泵单独地增加或减少所述流。

13.根据权利要求9所述的电池支撑方法，其中所述流体流动路径由柔性气囊提供，并且可选地，其中所述至少一个电池单元的膨胀迫使流体流出所述第一部分和第二部分。

14.根据权利要求9所述的电池支撑方法，进一步包括在流体源和所述第一和第二部分之间移动所述流体流，并且基于所述流体源内的流体量来估计所述至少一个电池单元的状况。

15.根据权利要求9所述的电池支撑方法，进一步包括用所述第一和第二部分支撑所述至少一个电池单元。