CN118104043A - 用于电动车辆的电池单元组 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种电池单元组，其包括：电池单元，其具有位于电池单元的底侧上的第一端子和第二端子和通气口；在电池单元的底侧上的框架，框架包括具有与第一和第二端子对齐的第一和第二开口以及与通气口对齐的第三开口的框架板和垂直于框架板延伸的第一和第二中间框架壁；以及在所述中间框架壁之间延伸的热保护板，其中所述中间框架壁和所述热保护板在所述端子之间形成沿着所述电池单元的底侧的长度的通道。本公开还涉及包括多个电池单元组的电池组和包括电池组的电动车辆。

Description

用于电动车辆的电池单元组
技术领域
本公开涉及一种用于电动车辆的电池单元组、一种包括多个电池单元组的电池组、以及一种包括电池组的电动车辆。
背景技术
电动车辆(EV)例如电池电动车辆(BEV)使用高压电池作为车辆的能源。为了使用当前的电池单元技术提供足够的续航里程，电池被置于车舱(cabin)下方。电池通常包括多个串联或并联连接的电池单元。每个电池单元在面向电动车辆车舱的电池单元顶侧上具有两个端子和一个电池单元通气口。电池单元通气口允许在电池寿命期间释放由电池单元中的电解质产生的易燃气体。
为了处理安全热事件，例如热失控(thermal runaway)，热保护材料板通常设置在顶盖与包括端子与电池单元通气口的电池的顶侧之间，以保护车辆的乘员舱免受高温。
此外，为了降低电池单元的温度，在电池单元的与顶侧相反的底侧下方通常设置冷却板。此外，为了减少从电池单元和冷却***到环境的热损失，在冷却***下方设置热绝缘材料。
发明内容
根据本公开的一个方面，本申请提供了一种电池单元组。所述电池单元组包括：电池单元，其具有在电池单元的底侧上的第一端子和第二端子和通气口；在电池单元的底侧上的框架，框架包括具有与第一端子和第二端子对齐的第一开口和第二开口以及与通气口对齐的第三开口的框架板和垂直于所述框架板延伸的第一与第二中间框架壁；以及在所述中间框架壁之间延伸的热保护板，其中所述中间框架壁和所述热保护板在所述端子之间形成沿着所述电池单元的底侧的长度的通道。所述中间框架壁可沿着电池单元的厚度方向延伸。因此，所述通道也可沿着电池单元的厚度方向延伸。如背景技术中所述，典型的配置需要在电池单元与车舱地板之间设置热保护板，以便在发生热失控时保护乘客。由于冷却板设置在电池单元的顶侧上，因此本配置为车舱提供了保护屏障。特定的配置和设置在不增加电池高度的情况下提供了该保护，从而为引擎提供了更紧凑的电池结构。
在本公开的上下文中，在电池单元处于工作位置时电池单元的底侧是电池单元面向下的一侧。在工作位置，电池单元可用在电池单元组中，例如本公开的电池单元组中。
在本公开的一个示例中，两个中间框架壁分别设置在端子的每个开口和电池单元通气口之间。这意味着所述两个中间框架壁中的每一个布置在用于端子的第一和第二开口中的一个与用于通气口的第三开口之间。所述中间框架壁分别位于第一和第二开口与第三开口之间的这样的布置允许避免因通过电池单元通气口的导电排放气体而在电池单元端子之间短路。换言之，所述中间框架壁分别在所述第一和第二开口中的一个与第三开口之间形成屏障。
在本公开的一个示例中，电池单元组的框架还包括第一和第二端部框架壁，所述第一和第二端部框架壁垂直于所述框架板延伸并且设置在底表面的端侧上。这样的端部框架壁允许将电池单元的第一和第二端子与在相邻电池单元组之间流动的任何冷却剂(例如气体或液体)隔离。这降低了相邻电池单元组的端子之间短路的风险。所述第一和第二端部框架壁可沿着所述电池单元的厚度方向延伸。
在本公开的一个示例中，框架包括塑料材料。合适的塑料材料的示例是聚丙烯和聚乙烯以及类似的塑料材料。这样的塑料材料能够具有良好的电绝缘和热绝缘，允许将框架下方的任何部件与端子和排放的气体电和热隔离。此外，塑料材料相对便宜并且通常易于制造，因此节省了成本。
在本公开的一个示例中，热保护板包括云母材料。这样的云母材料能够具有良好的电绝缘和热绝缘，允许热保护板下方的部件与排放的气体电隔离和热隔离。云母材料的使用防止热损坏电池的底板，使得气体能够以受控的方式从电池中排出。
在本公开的一个示例中，电池单元是矩形电池单元。这意味着电池单元的横截面是大致矩形的，而不是圆形的。例如，电池单元能够是棱柱形电池单元或袋式电池单元(pouch battery cell)。这样的形状允许以高封装效率堆叠电池单元，从而减少电池单元所需的总体积。优选地，电池单元是棱柱形电池单元。
在本公开的一个示例中，电池单元组还能够包括平行于所述电池单元的底侧延伸并且与所述第一和第二中间框架壁接触的底板。这样的底板能够支撑电池单元组。在这个上下文中，所述中间框架壁不仅形成用于排出气体的通气口的通道，还使得电池单元组在机械方面更可靠和稳固。简言之，所述中间框架壁具有结构功能。
需要注意的是，在一个可替换实施例中，底板不与所述第一和第二中间框架壁接触或仅与第一和第二框架壁中的一个接触。当然，在这个结构中，也必须避免由于通过电池单元通气口的导电排出气体而导致电池单元端子之间短路。这可能是如果第一和第二中间框架壁具有足够的尺寸的情况。
在本发明的一个示例中，热保护板与底板接触。热保护板的这样的配置允许使通道的容积最大化，从而允许最大量的气体流出电池组。
在本公开的一个示例中，底板包含铝。铝的使用能够允许高温沿底板均匀分布。这样的均匀分布允许底板比沿着底板发生热点时更快地变冷。
在本公开的一个示例中，电池单元组还包括布置在电池单元的与底侧相反的顶侧上方的冷却板。这样的冷却板使电池单元温度稳定并提供最佳温度均匀性。这允许降低电池单元组的温度，并在发生电池单元热事件的情况下对车舱形成热屏障，而无需额外的热保护屏障。如背景技术中所述，典型的配置需要在冷却板下方设置热保护板，以保护(电池单元的底侧上方的)冷却板免受外部热损失，从而进一步增加电池高度。
在本公开的一个示例中，冷却板包含铝。铝材料是一种轻质材料，这进一步减轻了电池单元组的重量。
在本公开的一个示例中，电池单元组还包括设置在电池单元的顶侧与冷却板之间的热界面材料(TIM)。TIM促进热流动，允许沿冷却板的热量分布，并允许减少相邻电池单元之间的不均匀温度分布。如图1所示，当前配置使得电池单元组更紧凑。
在本公开的一个示例中，电池组包括以堆叠方式布置的多个电池单元组，使得所述多个电池单元组的第一端子和第二端子对齐以形成在电池组的底侧上的第一端子排和第二端子排；并且所述多个电池单元组的通气口对齐，以在所述电池组的底侧上形成通气口排。传统的电池制造过程是从电池单元到模块，再从模块到组。这个中间步骤将电池分成各个模块。在这种设计中，模块的端子板、侧板和内部连接器占用空间和重量。本公开提供的电池组降低了电池组的高度(在z轴上)，因为电池组中的板层更少并且消除了模块结构因而减轻了重量。换言之，根据本公开的电池组不分成模块或者说不包括模块。而是通过以堆叠方式布置多个电池单元组来直接形成电池组。
在本文的上下文中，电池组的底侧是在电池组处于工作位置(例如安装在车辆中)时电池组的面向下的一侧。
在本公开的一个示例中，电动车辆包括乘员舱和位于乘员舱下方的电池组。换言之，在车辆处于运行位置，即处于其能够驾驶的位置的情况下，电池组布置在乘员舱的竖直下方。电池高度直接影响车辆高度，因而影响车辆消耗。本发明降低了电池单元组的高度，从而提高了整体车辆效率。
在一个示例中，所述电池组的所述多个电池单元组的第一和第二端子的朝向背离乘员舱。这意味着在车辆的运行位置，第一和第二端子面向下。如前面提到的，这种朝向允许降低电池组的高度，尤其是在和现有电池组进行比较时。
这些特征和结构可以包括在各种组合中，这些组合包括这些特征和结构中的一些、所有这些特征和结构、或这些特征和结构之一。
附图说明
下面将参照附图中所示的优选实施例更详细地描述本发明，其中：
图1示出了电池单元组的示意图。
图2示出了电池单元组的另一示意图。
图3示出了电池组的示意图。
图4示出了包括电池组的车辆。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开的各方面，在附图中示出了本公开的某些实施例。
图1和图2示出了电池单元组10的示意图。电池单元组10也能够称为电池单元块。每个图中都显示了方向X、Y和Z，以帮助解释电池单元组10的特征的相对布置。电池单元组10包括电池单元20(例如，锂离子电化学电池)、框架30和热保护板40。电池单元20包括位于电池单元20的底侧上的第一端子21a、第二端子21b和通气口22。电池单元20的底侧与电池单元的顶侧相反。第一端子21a和第二端子21b分别对应于电池单元的正极端子和负极端子，或反之亦然。端子21a、21b二者被配置为导电，并且由导电材料例如金属(诸如铝、铜、镀镍钢或其他合适的合金)制成。
如图1和图2所示，电池单元20具有矩形形状，包括顶侧20b、底侧20a、两个横向侧20e、前侧20c和后侧20d。顶侧20a和底侧20b它们之间基本平行。两个横向侧20e它们之间基本平行。前侧和后侧20c、20d它们之间基本平行。每对基本平行的侧垂直于其他对。图1-图2中的电池单元20的形状仅用于图示，因此能够具有比图中所示更多的横向侧。
电池单元通气口22允许在电池单元内部形成的气体流出电池单元20。通气口孔22布置在电池单元20的底表面的第一端子21a与第二端子21b之间。电池单元用作能源。在使用时，电池单元产生热量，从而在电池单元内部产生气体，增加内部压力。为了防止过大的内部压力，通气口用作阀门，在压力超过给定压力时打开，从而允许气体从电池单元20排出。
电池单元组10的框架30位于电池单元20的底侧20a上。框架30支撑被设置在框架的顶部上的电池单元。框架30包括框架板32，框架板32包括：与第一和第二端子21a、21b对齐的第一和第二开口23a、23b；与通气口22对齐的第三开口23c；以及垂直于框架板32延伸的第一和第二中间框架壁34a、34b。可选地，第一和第二中间框架壁34a、34b能够与框架板32一体地形成。可替换地，第一和第二中间框架壁34a、34b能够单独地形成，然后通过例如粘合剂、焊接或任何其他合适的方式连接到框架板32。可选地，第一、第二和第三开口能够具有矩形形状。可替换地，第一、第二和第三开口能够具有任何其他形状，例如圆形、正方形或任何其他多边形。
中间框架壁34a、34b和热保护板40在端子21a、21b之间形成沿着电池单元20的底侧的长度的通道80。通道80允许通过通气口22排出的气体流出电池单元组10。
在一个实施例中，第一和第二中间框架壁34a、34b分别设置在端子21a、21b和电池单元通气口22的每个开口23a、23b、23c之间。可选地，第一和第二中间框架壁34a、34b在X轴上的尺寸能够使得在每个中间框架壁34a、34b与和端子21a、21b以及通气口22对齐的第一、第二和第三开口23a、23b、23c中的任何一个之间存在空间。这样的空间使通道80的容积最大化(特别是在x轴上)，从而为气体流出电池单元组10提供更多空间。
可选地，框架30还能够包括垂直于框架板32延伸并且设置在底表面的端侧上的第一和第二端部框架壁36a、36b。第一端部框架壁36a和第二端部框架壁36b能够与框架板32一体地形成。可替换地，第一端部框架壁36a和第二端部框架壁36b能够单独地形成，然后通过例如粘合剂或焊接来连接到框架板32。第一和第二中间框架壁34a、34b以及第一和第二端部框架壁36a、36b在X轴上的尺寸能够使得在每个端部框架壁34a、34b与和端子21a、21b对齐的第一和第二开口23a、23b中的任何一个之间存在另一个空间。在x轴上的这样的空间允许当流体(例如，气体或介电液体)通过处于比端子的温度更低温度的端子(在使用电池时被加热)时，热量从端子(在使用电池时被加热)移除，并因而从电池单元内移除。
根据图1和图2所示的示例性实施例，框架30包括塑料材料。也就是说，整个框架30或其一个或多个部件(框架板32、第一和第二中间框架壁34a、34b以及第一和第二端部框架壁36a、36b)包括塑料材料。合适的塑料材料包括但不限于聚酰胺(“PA”)、聚乙烯(“PE”)、聚氯乙烯(“PVC”)、聚丙烯(“PP”)、聚碳酸酯(“PC”)、聚甲醛(“POM”或乙缩醛(acetal))及其组合，并能有助于确保框架良好的热绝缘和电绝缘。优选地，塑料材料为PA、PVC和PP中的至少一种。
如图1和图2所示，电池单元组10包括热保护板40。热保护板40的厚度将根据电池单元容量及其发热潜力而变化。可选地，热保护板40包括云母材料。这样的云母材料能够容易地切割和成形为期望的厚度。
如图1和图2的示例性实施例所示，电池单元20是矩形的电池单元。电池单元20具有厚度(沿Y轴测量)、长度(沿X轴测量)和高度(沿Z轴测量)。矩形电池单元的示例是棱柱形电池单元。与其他形状(例如圆柱形电池单元)相比，这样的矩形形状允许使用最少的空间来堆叠更多数量的电池单元。优选地，电池单元20是棱柱形电池单元。
电池单元组10包括底板50，底板50平行于电池单元20的底侧20a延伸并且与第一和第二中间框架壁34a、34b接触。可选地，底板50还与第一和第二端部框架壁36a、36b接触。底板50能够通过胶合、紧固、焊接或任何其他合适的方式连接到中间框架壁34a、34b和/或端壁36a、37b。这样的底板用作电池框架的底盖，从而将电池单元相对于外部密封。
根据一个实施例，热保护板40与底板50接触。可选地，热保护板40能够胶合到底板50或者能够焊接到底板50。第一和第二中间壁34a、34b、热保护板40和电池单元20的底侧20a形成通道80，气体能够通过该通道流出电池单元组。
根据所示的实施例，电池单元组10包括被布置在电池单元20的与底侧21a相反的顶侧20b上方的冷却板70。该冷却板散发从电池单元产生的热量。冷却板70能够包含金属。合适的金属包括但不限于铝、钢、不锈钢及其组合。
根据一个实施例，电池单元组10包括被设置在电池单元的顶侧20b与冷却板70之间的热界面材料(TIM)60。当电池单元组10在使用中时，电池组的顶表面20b被加热。然后TIM材料提供从电池单元20的顶表面20b到冷却板的快速热传递，然后沿着TIM板分布热量。可选地，TIM能够是一或多个薄膜的形式。可选地，TIM是电池单元的顶侧20b与冷却板70之间的粘合剂的形式。TIM板的厚度可以变化。TIM板优选地足够薄以降低热阻。
根据一个实施例，电池单元组具有大约135mm的电池高度。高度是相对于图中所示的Z轴给出的。已知的电池单元组具有大约145mm的高度。因此，所示的配置提供了用于降低电池高度的更有效的布置。如图1和图2所示，冷却板70的高度为大约5mm，TIM60的高度为大约2mm，电池单元的高度为大约100mm，框架30的高度为大约25mm，热保护板40的高度为大约1mm，并且底板50的高度为大约3mm。
如在背景技术中所讨论的，通过如图所示布置电池单元组，其中电池单元向下而不是向上朝向车舱排气，不需要额外的材料和安全空间在热事件的情况下保护乘客。过去的配置需要在电池单元20与车舱地板之间设置热保护板以保护乘客。通过使电池向下排气，当前的电池以更多但更有效的包装方式(或紧凑形式)提供所需的安全保护。
图3示出了电池组200的示意图。电池组200包括以堆叠方式布置的多个电池单元组210，使得多个电池单元组210的第一端子对齐以在电池组200的底侧上形成第一端子排。多个电池单元组210的第二端子对齐以在底侧上形成第二端子排；并且多个电池单元组210的通气口对齐以在底侧上形成通气口排。多个电池单元组210中的每个电池单元组能够对应于图1和图2的电池单元组10。
能够为电动车辆(参看附图4)提供根据示例性实施例和/或上述特征中的任一个的这样的电池组200。此外，电动车辆能够包括乘员舱。此外，电池组200能够布置在乘员舱的下方。电动车辆能够是电动、混合动力、或插电式混合动力车辆。因此，电动车辆能够是纯电动车辆或混合动力车辆。电动车辆通常包括至少一个电机，但可以包括额外的电机。电机被配置为对电动车辆提供推进力。通常，如本文所用的术语“电力推进***(electricpropulsion system)”通常是指用于提供能量(例如牵引能量)和用于存储能量(输送和接收能量)的车辆电气部件。换言之，电力推进***是指被配置为通过将电能转换为机械能而为电动车辆提供推进力的***，该电能通过储能***例如电池组200提供。除如上面提及的部件外，电力推进***可以包括附加部件，例如电缆、传感器、控制单元、电池管理单元等。电力推进***被配置为输送和接收能量以用于向车辆提供推进力，还用于执行车辆的各种车辆操作。
图4示出了一种电动车辆，其包括乘员舱300和被布置在乘员舱300下方的电池组200。为了方便表示，图4中仅示出电池组200的一些电池单元组10，210和框架30的一些部分以便清楚地显示各个电池单元20的第一和第二端子21a，21b。在图4中没有示出电池组200和电池单元组10，210的其余部分。
在图4中能够看出，第一和第二端子21a，21b背离乘员舱300。换言之，第一和第二端子21a，21b朝向下方。
可替换地，本公开能够用于使用可再充电电池组作为电池组200的车辆和乘用车以外的应用。例如，本公开的电池组200能够用于商用车或多用途车例如卡车和备用电源存储器。
然而，这些方面可以以许多不同的形式体现并且不应被解释为限制；相反，这些实施例是以示例的方式提供的，从而本公开将是彻底和完整的，并且将本公开的所有方面的范围完全传达给本领域技术人员。相同的数字在整个描述中指代相同的要素。

Claims (15)

1.一种电池单元组(10)，包括：
-电池单元(20)，其包括位于所述电池单元(20)的底侧(20a)上的第一和第二端子(21a、21b)以及通气口(22)；
-在所述电池单元的底侧上的框架(30)，所述框架(30)包括：
·框架板(32)，其包括与所述第一和第二端子(21a、21b)
对齐的第一和第二开口(23a、23b)以及与所述通气口(22)对齐的第三开口(23c)；和
·垂直于所述框架板(32)延伸的第一和第二中间框架壁(34a、34b)；
-设置在所述中间框架壁(34a、34b)之间的热保护板(40),
-其中，所述中间框架壁(34a、34b)和所述热保护板(40)在所述端子(21a、21b)之间形成沿着所述电池单元(20)的所述底侧(20a)的长度的通道(80)。
2.根据权利要求1所述的电池单元组(10)，其中，所述两个中间框架壁(34a、34b)中的每一个设置在用于所述端子(21a、21b)的所述第一和第二开口(23a、23b)中的一个与用于所述通气口(22)的所述第三开口(23a)之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电池单元组，其中，所述框架(30)还包括垂直于所述框架板(32)延伸并且设置在所述底侧(20a)的端侧上的第一和第二端部框架壁(36a、36b)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电池单元组，其中，所述框架(30)由塑料材料制成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电池单元组，其中，所述热保护板(40)包括云母材料。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电池单元组，其中，所述电池单元(20)是矩形电池单元，优选地，棱柱形电池单元。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电池单元组，还包括底板(50)，所述底板(50)平行于所述电池单元(20)的底侧(20a)延伸并且与所述第一和第二中间框架壁(34a、34b)接触。
8.根据权利要求7所述的电池单元组，其中，所述热保护板(40)与所述底板(50)接触。
9.根据权利要求7或8所述的电池单元组，其中，所述底板(50)包含铝。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电池单元组，还包括布置在所述电池单元(20)的与所述底侧(20a)相反的顶侧(20b)上方的冷却板(70)。
11.根据权利要求10所述的电池单元组，其中，所述冷却板(70)包含铝。
12.根据权利要求10或11所述的电池单元组，还包括在所述电池单元(20)的顶侧(20b)与所述冷却板(70)之间的热界面材料TIM(60)。
13.一种电池组(200)，包括以堆叠方式布置的多个根据前述权利要求中任一项所述的电池单元组(10)，使得
-多个电池单元组(10)中的第一和第二端子(21a、21b)对齐以在所述电池组的底侧上形成第一和第二端子排；和
-多个电池单元组的通气口(22)对齐以在所述电池组的底侧上形成通气口排。
14.一种电动车辆，包括乘员舱(300)和位于乘员舱下方的根据权利要求13所述的电池组(200)。
15.根据权利要求14所述的电动车辆，其中，所述电池组(200)的所述多个电池单元组(10)的所述第一和第二端子(21a、21b)背离所述乘员舱。
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