本公开总体上涉及电动化车辆电池组，并且更具体地涉及包括用于对电池组的电池内部部件进行热管理的特征的基于聚合物的电池组外壳总成。
背景技术：
已有文献详细记载了对减少汽车燃料消耗和排放的期望。因此，正在开发减少或完全消除对内燃发动机的依赖的电动化车辆。通常，电动化车辆与常规的机动车辆不同，因为电动化车辆是通过电池供电的电机选择性地驱动的。相比之下，常规的机动车辆仅依赖于内燃发动机来推进车辆。
高压电池组通常为电动化车辆的电机和其他电负载供电。电池组的外壳总成容纳多个电池单元，所述多个电池单元存储用于向这些电负载供电的能量。各种其他内部部件(包括但不限于电池电气控制模块(becm)、总线电气中心(bec)、布线和i/o连接器)也必须容纳在外壳总成内部。电池内部部件可在某些条件下产生热量。
技术实现要素：
根据本公开的示例性方面的电池组尤其包括：外壳总成，所述外壳总成包括基于聚合物的部件；以及通道或管道，所述通道或管道集成到所述基于聚合物的部件的底板中。所述通道或管道被配置为建立冷却回路以用于对容纳在所述基于聚合物的部件内的电池内部部件进行热管理。
在前述电池组的另一非限制性实施例中，所述基于聚合物的部件是由膨胀基于聚合物的材料制成的托盘。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，所述基于聚合物的部件是由固态基于聚合物的材料制成的托盘。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，所述通道是形成在所述基于聚合物的部件的所述底板中的模内成型通道。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，热交换器板接收在所述模内成型通道上方以在所述通道与所述热交换器板之间建立所述冷却回路的蛇形通路。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，所述热交换器板通过结构粘合剂固定到所述底板。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，所述热交换器板通过包覆成型件固定到所述基于聚合物的部件。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，所述通道是形成在所述底板中的模内成型通道，并且所述管道接收在所述模内成型通道内。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，所述管道通过包覆成型件集成到所述底板中。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，所述电池内部部件是电池阵列、总线电气中心(bec)或电池电气控制模块(becm)。
根据本公开的另一示例性方面的电池组尤其包括：外壳总成，所述外壳总成包括托盘和接收在所述托盘上方的盖子；模内成型通道，所述模内成型通道形成在所述托盘的底板中；热交换器板，所述热交换器板固定在所述模内成型通道上方；以及结构粘合剂或包覆成型件，所述结构粘合剂或包覆成型件将所述热交换器板固定到所述底板。
在前述电池组的另一非限制性实施例中，所述托盘是膨胀基于聚合物的托盘并且所述盖子是固态基于聚合物的盖子。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，所述外壳总成包括接收在所述托盘与所述盖子之间的中间托盘。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，所述中间托盘在所述外壳总成内建立电气子总成。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，所述模内成型通道形成在所述托盘的第一开口区域、所述托盘的第二开口区域或两者中。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，电池阵列接收在所述第一开口区域内。所述电池阵列与所述热交换器板进行热接触。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，所述模内成型通道和所述热交换器板在所述模内成型通道与所述热交换器板的内表面之间建立蛇形冷却剂通路。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，所述结构粘合剂包括环氧树脂。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，所述模内成型通道埋入所述底板中。
在前述电池组中的任一电池组的另一非限制性实施例中，热增强特征件从所述模内成型通道的表面突出。
前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代方案(包括它们的各种方面或相应各个特征中的任一者)可独立地或以任何组合形式采用。除非结合一个实施例描述的特征是不兼容的，否则此类特征适用于所有实施例。
根据以下具体实施方式，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。随附于具体实施方式的附图可如下简要地描述。
附图说明
图1示意性地示出了电动化车辆的动力传动系统。
图2示出了电动化车辆的电池组。
图3是图2的电池组的外壳总成的分解图。
图4示出了图2的电池组的选定部分。在图4中移除了外壳总成盖子以示出电池内部部件。
图5和图6示出了图2的电池组的托盘。
图7是图4所示的电池组的分解图。
图8示出了电池组的模内成型热交换器板。
图9示出了电池组外壳总成的另一托盘。
图10是图9的托盘的截面图。
图11是另一托盘的截面图。
图12示出了电池组的热交换器板。
图13示出了电池组的另一热交换器板。
具体实施方式
本公开详述了用于电动化车辆中的示例性电池组设计。示例性电池组可包括具有用于对所述电池组的内部部件进行热管理的特征的基于聚合物的外壳总成。在一些实施例中，所述外壳总成可包括用于建立所述电池组的冷却回路的模内成型流体通道或模内成型管道。在其他实施例中，所述外壳总成可包括接收用于建立所述电池组的冷却回路的管道的模内成型通道。在本具体实施方式的以下段落中更详细地讨论了这些和其他特征。
图1示意性地示出了用于电动化车辆12的动力传动系统10。尽管被描绘为混合动力电动车辆(hev)，但应理解，本文描述的概念不限于hev并且可扩展到其他电动化车辆，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。
在一个实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分配式动力传动系统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即，第二电机)、发电机18和电池组24。在该示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统各自能够产生扭矩以驱动电动化车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管图1中描绘了动力分配配置，但本公开扩展到任何混合动力或电动车辆，包括完全混合动力、并联式混合动力、串联式混合动力、轻度混合动力或微混合动力。
发动机14(其可为内燃发动机)和发电机18可通过动力传递单元30(诸如行星齿轮组)来连接。当然，可使用其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)来将发动机14连接到发电机18。在非限制性实施例中，动力传递单元30是行星齿轮组，所述行星齿轮组包括环形齿轮32、中心齿轮34和齿轮架总成36。
发电机18可由发动机14通过动力传递单元30来驱动，以将动能转化成电能。发电机18可以可选地用作马达以将电能转化成动能，从而将扭矩输出到连接到动力传递单元30的轴38。由于发电机18可操作地连接到发动机14，因此发动机14的转速可由发电机18控制。
动力传递单元30的环形齿轮32可连接到轴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可包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递单元也可以是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48，以最终向车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可包括使得扭矩能够传递到车辆驱动轮28的多个齿轮。在非限制性实施例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地联接到车桥50，以将扭矩分配到车辆驱动轮28。
马达22还可用于通过将扭矩输出到轴52来驱动车辆驱动轮28，所述轴也连接到第二动力传递单元44。在非限制性实施例中，马达22和发电机18作为再生制动系统的一部分协作，其中马达22和发电机18都可用作用来输出扭矩的马达。例如，马达22和发电机18可各自向电池组24输出电力。
电池组24为示例性电动化车辆电池。电池组24可为高压牵引电池，其包括多个电池阵列25(即，电池总成或成组的电池单元)，所述多个电池阵列能够输出电力以操作马达22、发电机18和/或电动化车辆12的其他电负载，以用于提供动力来推进车轮28。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可用于向电动化车辆12供电。
在一个实施例中，电动化车辆12具有两种基本操作模式。电动化车辆12可在电动车辆(ev)模式下操作，在ev模式下，马达22用于(一般在没有来自发动机14的辅助的情况下)车辆推进，因而在某些驾驶模式/循环下会将电池组24的荷电状态消耗达其最大容许的放电率。ev模式是电动化车辆12的电荷消耗操作模式的示例。在ev模式期间，电池组24的荷电状态在某些情况下可增加，例如由于一段时间的再生制动。发动机14在默认ev模式下一般是关断的，但可根据需要基于车辆系统状态或在操作员准许的情况下操作。
另外，电动化车辆12可在混合动力(hev)模式下操作，在hev模式下，发动机14和马达22两者都用于车辆推进。hev模式是电动化车辆12的电荷维持操作模式的示例。在hev模式期间，电动化车辆12可减少马达22的推进使用，以便通过增加发动机14的推进来将电池组24的荷电状态维持在恒定或大致恒定的水平。在本公开的范围内，电动化车辆12还可在除了ev模式和hev模式之外的其他操作模式下操作。
图2、图3和图4示意性地示出了可在电动化车辆内采用的电池组24。例如，电池组24可作为图1的电动化车辆12的动力传动系统10的一部分并入。图2是电池组24的组装透视图，图3是电池组24的外壳总成58的分解图，并且图4是电池组24的局部透视图(其中外壳总成58的部分被移除以更好地示出电池组24的内部部件)。
电池组24容纳多个电池单元56(在图4中最佳地示出)，电池单元56存储用于为电动化车辆12的各种电负载供电的能量。在本公开的范围内，电池组24可采用任何数量的电池单元。因此，本公开不限于图4中所示的确切配置。
电池单元56可并排堆叠以构建成组的电池单元56，有时称为“电池单元堆”或“电池单元阵列”。在一个实施例中，电池单元56是棱柱形锂离子电池单元。然而，在本公开的范围内，可替代地使用具有其他几何形状(圆柱形、袋状等)、其他化学物质(镍金属氢化物、铅酸等)或两者的电池单元。
电池单元56以及任何支撑结构(例如，阵列框架、间隔物、导轨、壁、板、结合件等)可统称为电池阵列或电池总成。图4中描绘的电池组24包括第一电池阵列25a、第二电池阵列25b和第三电池阵列25c。尽管电池组24被描绘为包括三个电池阵列，但是电池组24可包括更多或更少数量的电池阵列并且仍然落入本公开的范围内。除非在本文另有说明，否则当紧接在附图标记后面没有任何字母标识符的情况下使用时，附图标记“25”可以指代电池阵列25a至25c中的任一者。
第一电池阵列25a的电池单元56沿第一纵向轴线a1分布，第二电池阵列25b的电池单元56沿第二纵向轴线a2分布，并且第三电池阵列25c的电池单元56沿第三纵向轴线a3分布。在一个实施例中，一旦电池阵列25定位在电池组24内部，纵向轴线a1至a3就彼此横向间隔开并且彼此平行。
外壳总成58容纳电池组24的每个电池阵列25。在一个实施例中，外壳总成58是密封的外壳。外壳总成58可包括在本公开的范围内的任何大小、形状和配置。
在一个实施例中，外壳总成58包括托盘60、中间托盘62和盖子64。托盘60、中间托盘62和盖子64配合以相对于电池组24的外部环境环绕、封闭和密封电池阵列25和其他内部部件。
托盘60可包括用于容纳电池阵列25的第一开口区域66。电池阵列25可定位在托盘60的第一开口区域66内。第一开口区域66可由托盘60的底板67、侧壁69、内壁71和相对的端壁73(其连接在侧壁69与内壁71之间)建立。在一个实施例中，侧壁69、内壁71和端壁73从托盘60的底板67向上突出。内壁71是电池组24的任选特征。
托盘60可另外包括用于容纳额外的内部部件70的第二开口区域68。可封装在第二开口区域68内的内部部件70可包括总线电气中心(bec)、电池电气控制模块(becm)、线束、接线器、i/o连接器等。电池阵列25和内部部件70在本公开中可统称为“电池内部部件”。
第二开口区域68可由托盘60的底板75、内壁71、侧壁77和相对的端壁73建立。内壁71可将第二开口区域68与第一开口区域66分开。
可诸如经由例如榫槽连接将中间托盘62安置并密封到托盘60上。中间托盘62的宽度和长度可以与托盘60大致相同，使得中间托盘62在安置时至少接合托盘60的四个侧面。可将盖子64安置到中间托盘62上方并密封到中间托盘62以封闭电池内部部件。中间托盘62和盖子64一旦都固定在它们相应的位置就可以嵌套方式一起被接收。
如图2至图3中最佳所示，中间托盘62的一部分55可以暴露于外壳总成58的外部。然而，包括部分55的中间托盘62可以可选地完全容纳在外壳总成58的内部。
中间托盘62可包括用于接收电池组24的额外的内部部件的一个或多个凹穴63(参见图3)。在进行外壳总成58的最终组装之前，可将中间托盘62和这些额外的内部部件预先组装在一起以形成电气子总成。
外壳总成58可具有在本公开的范围内的其他配置。例如，中间托盘62、盖子64或两者可以提供用于接收电池内部部件的第一开口区域66和第二开口区域68中的一些。另外，尽管被示出为基本上矩形，但外壳总成58可以是三角形、圆形、矩形等。
在一个实施例中，托盘60和中间托盘62由膨胀基于聚合物的材料构成(例如，模制)，而盖子64由固态基于聚合物的材料构成(例如，模制)。在另一实施例中，盖子64也由膨胀基于聚合物的材料构成。在又一实施例中，盖子64由金属材料构成。在又一实施例中，托盘60由固态基于聚合物的材料或金属基材料构成。
示例性膨胀基于聚合物的材料可包括但不限于膨胀聚丙烯、膨胀聚苯乙烯、膨胀聚氨酯和膨胀聚乙烯。通常，这些基于聚合物的材料被认为是相对结构性的发泡基于聚合物的材料。
示例性固态基于聚合物的材料可包括但不限于片状模制化合物(例如，玻璃纤维增强的聚酯)、聚丙烯和聚酰胺。通常，这些基于聚合物的材料被认为比上面讨论的膨胀基于聚合物的材料更刚硬。
在一个实施例中，电池组24通过一个或多个条带95(见图2)保持到电动化车辆12的车身。条带95可被接收在形成在外壳总成58的盖子64中的凹槽97内，并且可通过一个或多个紧固件99紧固到车身。
如图4中最佳所示，可以是膨胀聚合物泡沫间隔物的泡沫间隔物31可设置在相邻的电池阵列25之间。另一泡沫间隔物35可定位在第一电池阵列25a与托盘60的侧壁69之间和/或第三电池阵列25c与内壁71之间和/或电池阵列25与端壁73中的一者或两者之间。泡沫间隔物31、35被配置用于填充电池组24内部的空间或间隙。因此，安装到托盘60上的所有部分都安装在一起，其间几乎没有间隙或空隙。电池组24的电池内部部件之间的这种无间隙布置可帮助将部件保持在电池组24内，并且还可有助于对耐久性负载和其他类型的负载减震。
参考图5、图6和图7进一步示出了电池组24的外壳总成58的托盘60。一个或多个通道72可形成在第一开口区域66的底板67、第二开口区域68的底板75或两者中。如果通道72设置在底板67和底板75两者中，则通道72可彼此流体隔离或彼此流体连接。
在一个实施例中，通道72被模制到底板67和/或底板75中。因此，通道72被认为是托盘60的模内成型特征。在一个实施例中，通道72相对于底板67和/或底板75的外表面略微埋入。
在一个实施例中，通道72相对于彼此布置，以在托盘60的底板67和/或底板75中建立蛇形通路74。然而，通道72可以可选地相对于彼此以其他方式布置。因此，通道72的确切配置不意图限制本公开。
热交换器板76可抵靠底板67和/或底板75定位以封闭通道72。因此，电池组24可并入有一个或多个热交换器板76。
通道72和热交换器板76一起建立电池组24的冷却回路78。冷却剂c可通过通道72在通道72与热交换器板76的内表面之间的空间内流通。当冷却剂c沿着其路径蜿蜒时，冷却剂c从电池阵列25的电池单元56和/或内部部件70拾取通过热交换器板76传导的热量。尽管未示出，但是冷却剂c可进入和离开与电池组24相关联的闭环制冷剂冷却系统内的冷却回路78。
在一个实施例中，一个或多个热交换器板76是铝冷却板。然而，其他类型的热交换器可以可选地与模内成型通道72结合使用，以建立一个或多个冷却回路78。
通道72可包括一个或多个热增强特征件100以用于在冷却剂c在通道72内流通时增强冷却剂c与发热部件之间的热传递。热增强特征件100可被配置为从通道72的表面突出的肋、翼片、销或凹坑。
在另一实施例中，一个或多个热交换器板76经由结构粘合剂80(参见图6)固定到底板67和/或底板75。结构粘合剂80可以是环氧树脂或任何其他合适的粘合剂。在另一实施例中，热交换器板76经由包覆成型件82(参见图8)模制到托盘60中。使用结构粘合剂80/包覆成型件82来将热交换器板76固定在适当位置大大减少了在电池组24内需要使用的紧固件的数量，从而减少了制造时间和成本，同时增加了制造吞吐量。
图9示出了可由电动化车辆12的电池组24采用的另一示例性托盘160。托盘160可包括第一开口区域166和第二开口区域168。第一开口区域166可通过内壁171与第二开口区域168分开。在一个实施例中，一个或多个电池内部部件(在该实施例中未示出)可定位在第一开口区域166和第二开口区域168中的每一者内。
在所示实施例中，管道184可集成到托盘160的第一开口区域166的底板167中，以用于建立电池组24的冷却回路178。尽管在该示例性实施例中未示出，但是额外的管道可以可选地或另外地集成到第二开口区域168的底板175中。管道184可由金属材料(例如，铜)或合适的聚合物材料制成。
在一个实施例中，管道184布置在蛇形路径或蜿蜒路径174中。然而，其他配置也被预期为在本公开的范围内。管道184可包括一个或多个中空管，所述一个或多个中空管连接在一起以建立冷却回路的蛇形路径或蜿蜒路径174。冷却剂c可在管道184的中空通路185内流通(参见图10)。当冷却剂c沿着其路径174蜿蜒时，冷却剂c可从电池阵列25的电池单元56和/或内部部件70传导热量。尽管未示出，但是冷却剂c可进入和离开与电池组24相关联的闭环制冷剂冷却系统内的管道184。
在图10所示的第一实施例中，托盘160的第一开口区域166的底板167包括一个或多个模内成型通道186。通道186的尺寸和形状被设计成接收管道184并相对于托盘160保持管道184。通道186相对于底板167的部件接触表面埋入，并且可包括用于在x轴方向和y轴方向上保持管道184的壁188。通道186可另外包括卡扣式特征，所述卡扣式特征被模制到壁188中以用于在z轴方向上保持管道。例如，一个或多个突起190可从每个壁188向内突出。当管道184插入到通道186中时，管道184可卡扣到通道186内的适当位置，并且被保持以防在z轴方向上进一步移动。由于管道184通过通道186保持在x轴、y轴和z轴方向上，因此不需要额外的紧固件来保持托盘160的任何热管理部件。
在图11所示的第二实施例中，管道184可模制到托盘160的底板167中。管道184可通过包覆成型件192集成到托盘160的底板167中。
热交换器板176可任选地固定在管道184的顶部上方。在一个实施例中，热交换器板176经由结构粘合剂80(参见图12)固定到底板167。在另一实施例中，热交换器板176经由包覆成型件182(参见图13)模制到托盘160中。在任一情况下，可将热界面材料194(tim)施加到热交换器板176上，以改善热交换器板176与放置在其上的任何电池内部部件之间的热接触，从而在热传递事件期间增加这些相邻部件之间的热传导。
tim194可由任何已知的导热材料制成。在一个实施例中，tim194包括环氧树脂。在另一实施例中，tim194包括硅酮基材料。包括热油脂的其他材料可以可选地或另外地构成tim194。
本公开的示例性电池组包括并入有用于对电池组的电池内部部件进行热管理的特征的基于聚合物的外壳总成。除了其他益处之外，所提出的设计减少了电池组总成中的总体部件(诸如紧固件和支架)的数量，提高了电池组的热能管理能力，并简化了整个电池组制造过程。
尽管不同的非限制性实施例被示出为具有特定的部件或步骤，但本公开的实施例不限于那些特定组合。将来自非限制性实施例中的任一个的部件或特征中的一些与来自其他非限制性实施例中的任一个的特征或部件结合使用是可能的。
应当理解，相同的附图标记在全部若干附图中表示对应或类似的元件。应当理解，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其他布置也可以受益于本公开的教导。
前述描述应被解释为说明性的而不是以任何限制性意义来解释。本领域普通技术人员将理解，在本公开的范围内可出现一些修改。出于这些原因，应研究所附权利要求来确定本公开的真实范围和内容。
1.一种电池组，所述电池组包括：
外壳总成，所述外壳总成包括基于聚合物的部件；以及
通道或管道，所述通道或管道集成到所述基于聚合物的部件的底板中，
其中所述通道或管道被配置为建立冷却回路以用于对容纳在所述基于聚合物的部件内的电池内部部件进行热管理。
2.如权利要求1所述的电池组，其中所述基于聚合物的部件是由膨胀基于聚合物的材料或固态基于聚合物的材料制成的托盘。
3.如权利要求1或2所述的电池组，其中所述通道是形成在所述基于聚合物的部件的所述底板中的模内成型通道，并且所述电池组任选地包括热交换器板，所述热交换器板接收在所述模内成型通道上方以在所述通道与所述热交换器板之间建立所述冷却回路的蛇形通路。
4.如权利要求3所述的电池组，其中所述热交换器板通过结构粘合剂或通过包覆成型件固定到所述底板。
5.如任一前述权利要求所述的电池组，其中所述通道是形成在所述底板中的模内成型通道，并且所述管道接收在所述模内成型通道内。
6.如任一前述权利要求所述的电池组，其中所述管道通过包覆成型件集成到所述底板中。
7.如任一前述权利要求所述的电池组，其中所述电池内部部件是电池阵列、总线电气中心(bec)或电池电气控制模块(becm)。
8.一种电池组，所述电池组包括：
外壳总成，所述外壳总成包括托盘和接收在所述托盘上方的盖子；
模内成型通道，所述模内成型通道形成在所述托盘的底板中；
热交换器板，所述热交换器板固定在所述模内成型通道上方；以及
结构粘合剂或包覆成型件，所述结构粘合剂或包覆成型件将所述热交换器板固定到所述底板。
9.如权利要求8所述的电池组，其中所述托盘是膨胀基于聚合物的托盘，并且所述盖子是固态基于聚合物的盖子，并且任选地其中所述外壳总成包括接收在所述托盘与所述盖子之间的中间托盘，并且所述中间托盘在所述外壳总成内建立电气子总成。
10.如权利要求8或9所述的电池组，其中所述模内成型通道形成在所述托盘的第一开口区域、所述托盘的第二开口区域或两者中，并且所述电池组任选地包括接收在所述第一开口区域内的电池阵列，其中所述电池阵列与所述热交换器板进行热接触。
11.如权利要求8至10中任一项所述的电池组，其中所述模内成型通道和所述热交换器板在所述模内成型通道与所述热交换器板的内表面之间建立蛇形冷却剂通路。
12.如权利要求8至11中任一项所述的电池组，其中所述结构粘合剂包括环氧树脂。
13.如权利要求8至12中任一项所述的电池组，其中所述模内成型通道埋入所述底板中。
14.如权利要求8至13中任一项所述的电池组，所述电池组包括从所述模内成型通道的表面突出的热增强特征件。
技术总结