电池组、用于其的框架、包括其的车辆和组装其的方法技术

本发明专利技术涉及一种为具有至少两个堆叠的电池单元排的电池组提供结构支撑的框架，特别地，涉及一种当在电池组中使用时允许单个堆叠的电池单元排容易更换的框架。本发明专利技术还涉及一种具有至少两个堆叠的电池单元排的电池组和一种使用包括这样的电池组的电源的车辆。本发明专利技术还涉及一种组装堆叠的电池单元的托架的方法。本发明专利技术还涉及一种组装电池组的方法。具体地，所述框架包括第一端梁、第二端梁和一个或更多个中间梁，其中每个梁包括第一板、第二板和联接机构，所述联接机构将第一板可滑动地联接到第二板使得仅沿着一个预定方向的位移被允许。允许。允许。

【技术实现步骤摘要】
电池组、用于其的框架、包括其的车辆和组装其的方法


[0001]本专利技术涉及一种为具有至少两个堆叠的电池单元排的电池组提供结构支撑的框架，特别地，涉及一种当在电池组中使用时允许单个堆叠的电池单元排容易更换的框架。本专利技术还涉及一种具有至少两个堆叠的电池单元排的电池组以及使用包括这样的电池组的电源的车辆。本专利技术还涉及一种组装堆叠的电池单元的托架的方法。

技术介绍

[0002]近年来，已经开发了使用电力作为动力来源的用于运输货物和人员的车辆。这样的电动车辆是由电动马达使用储存在可再充电电池中的能量驱动的汽车。电动车辆可以仅由电池供电，或者可以是由例如汽油发电机附加地供电的混合动力车辆的形式。此外，车辆可以包括电动马达和传统内燃机的组合。一般来说，电动车辆电池(EVB)或牵引电池是用来为电池电动车辆(BEV)的驱动提供动力的电池。电动车辆电池不同于启动电池、照明电池和点火电池，因为它们设计为在持续的时间段内供电。可再充电电池或二次电池与一次电池的不同之处在于，它可以反复地充电和放电，而一次电池只提供化学能到电能的不可逆转换。低容量可再充电电池用作用于小型电子装置(诸如移动电话、笔记本计算机和摄像机)的电源，而高容量可再充电电池用作用于混合动力车辆等的电源。
[0003]一般来说，可再充电电池包括电极组件、容纳电极组件的壳和电连接到电极组件的电极端子，该电极组件包括正电极、负电极以及插设在正电极和负电极之间的分隔件。电解质溶液被注入到壳中，以便使电池能够通过正电极、负电极和电解质溶液的电化学反应来充电和放电。壳的形状(例如，圆柱形或矩形)取决于电池的预期用途。通过其在膝上型电脑和消费电子产品中的使用而广为人知的锂离子(和类似的锂聚合物)电池主导了开发中的最新一批电动车辆。
[0004]可再充电电池可以用作由串联和/或并联联接的多个单位电池单元形成的电池模组从而提供高能量密度，特别是为混合动力车辆的马达驱动提供高能量密度。即，取决于所需的电量并为了实现高功率可再充电电池，通过互连多个单位电池单元的电极端子来形成电池模组。
[0005]电池组是任意数量的(优选地，相同的)电池模组的集合。它们可以串联、并联或两者混合地配置以提供所期望的电压、容量或功率密度。电池组的部件包括各个电池模组以及在它们之间提供导电性的互连。
[0006]这样的电池组的机械集成需要在电池模组的例如各个部件之间以及在它们和车辆的支撑结构之间的适当机械连接。在电池系统的平均使用寿命期间，这些连接必须保持起作用以及是安全的。此外，必须满足安装空间和可互换性要求，尤其是在移动应用中。
[0007]电池模组的机械集成可以通过提供载体框架以及在其上安置电池模组来实现。固定电池单元或电池模组可以通过框架中的配合凹陷或通过诸如螺栓或螺钉的机械互连件来实现。可选择地，通过将侧板紧固到载体框架的侧面来限定电池模组。此外，可以将盖板固定在电池模组的顶上和下面。
[0008]电池组的载体框架安装到车辆的承载结构。在应将电池组固定在车辆底部的情况下，可以通过例如穿过电池组的载体框架的螺栓从底侧建立机械连接。框架通常由铝或铝合金制成以降低结构的总重量。在下文中，电池组的载体框架也简称为“框架”。
[0009]不管任何模组化结构，根据现有技术的电池系统通常包括电池壳体，该电池壳体用作外壳，以将电池系统相对于环境密封并为电池系统的部件提供结构保护。带有壳体的电池系统通常整体地安装到其应用环境(例如，电动车辆)中。因此，更换有缺陷的系统部件(例如，有缺陷的电池子模组)需要首先拆卸整个电池系统并移除其壳体。甚至小的和/或便宜的系统部件的缺陷也可能于是导致整个电池系统的拆卸和更换以及对其的单独修理。由于高容量电池系统昂贵、大且重，因此所述工序证明是繁重的，并且例如在机修工车间中储存庞大的电池系统变得困难。
[0010]为了提供电池组的热控制，需要热管理系统通过高效地散发、释放和/或消散从其可再充电电池产生的热来安全地使用至少一个电池模组。如果热散发/释放/消散没有充分地执行，则在各个电池单元之间出现温度偏差，使得至少一个电池模组不能产生期望的电量。此外，内部温度的升高可能导致在其中发生异常反应，因此可再充电电池的充电和放电性能恶化，并且可再充电电池的寿命缩短。因此，需要用于有效地散发/释放/消散来自单元的热的单元冷却。
[0011]典型的电池壳体构思和/或框架构思常常采用一定数量的铝挤压型材，这些铝挤压型材用作纵梁和横梁以便实现刚性机械结构。那些部件也常常用于主支撑件，并且也用于冷却电池单元。由于降低总成本和封装空间的持续压力，将电池单元集成为直接在诸如铝挤压型材的“梁”之间的所谓的“电池单元堆叠”是常见的。因此，电池单元本身主要通过结构粘合材料接合到梁(载体、型材)。
[0012]不管上述堆叠布置(电池单元堆叠)是否通过使用一个、两个或更多个梁被分隔开，在所需部件的数量、制造成本、封装、安全性和返工可能性方面总存在妥协(折衷)。
[0013]因此，本专利技术的一目的在于克服或减少现有技术的缺点中的至少一些，并提供一种电池组和一种用于电池组的框架，其中与现有技术相比，上述特性(即所需部件的数量、制造成本、封装、安全性和返工可能性)中的至少两项同时得到改善。
[0014]具体地，本专利技术的实施方式具有至少以下优点：
[0015]·
使用两种有成本效益的、非常简单的类型的挤压型材(子梁)，其易
[0016]于制造；
[0017]·
降低在相同封装空间处的两个电池单元堆叠之间的热传播风险；
[0018]·
可以在梁内实现冷却机构(作为热管理系统的部分；见上文)；
[0019]·
两个子梁之间的刚性连接，使得所连接的子梁可以视为一个单独的型
[0020]材(梁)；
[0021]·
允许电池单元堆叠的整体更换，即使在电池单元直接粘合/粘附到型
[0022]材的情况下；
[0023]·
非常灵活，并且特别地允许不同类型的梁(型材)的组合，例如可以安装特别适合作为前和/或后端梁(例如，配备有接口、密封凸缘等)的梁。
[0024]利用本专利技术，特别地设计在相同封装空间处具有更高安全性能的非常有成本效益的电池构思/框架构思成为可能。此外，在电池单元堆叠内发生故障的情况下，更换受影响
的堆叠是可能的，即使单元粘合到梁(型材)。

技术实现思路

[0025]本公开的实施方式寻求至少在某种程度上解决现有技术中存在的问题中的至少一个。特别地，本专利技术的第一方面涉及一种用于为具有至少两个堆叠的电池单元排的电池组提供结构支撑的框架。该框架包括第一端梁、第二端梁和一个或更多个中间梁。这些梁优选地在虚拟平面上平行地布置。所述一个或更多个中间梁布置在第一端梁和第二端梁之间，并且每个梁沿着预定方向取向。每个梁包括：第一板，具有第一侧和与第一板的第一侧相反的第二侧；第二板，具有第一侧和与第二板的第一侧相反的第二侧；以及联接机构，将第一板的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于为具有至少两个堆叠的电池单元排(80a、80b、80c)的电池组(100)提供结构支撑的框架，所述框架包括：第一端梁(10a)和第二端梁(10z)；以及一个或更多个中间梁(10b、10c)；其中所述一个或更多个中间梁(10b、10c)布置在所述第一端梁(10a)和所述第二端梁(10z)之间，并且每个所述梁(10a、10b、10c、10z)沿着第一方向(z)取向；其中每个所述梁(10a、10b、10c、10z)包括：第一板(11)，具有第一侧(111)和与所述第一板(11)的所述第一侧(111)相反的第二侧(112)；第二板(12)，具有第一侧(121)和与所述第二板(12)的所述第一侧(121)相反的第二侧(122)；以及联接机构，将所述第一板(11)的所述第二侧(112)可滑动地联接到所述第二板(12)的所述第二侧(122)，使得除了所述第一板(11)相对于所述第二板(12)顺着或逆着所述第一方向(z)移动以外，所述第一板(11)相对于所述第二板(12)的任何位移被禁止。2.根据权利要求1所述的框架，其中每个所述梁(10a、10b、10c、10z)的所述联接机构包括：第一引导机构，包括一个或更多个第一导轨；以及第二引导机构，包括一个或更多个第二导轨，其中每个所述第一导轨固定地布置在相应的第一板(11)的所述第二侧(112)的表面上并沿着所述第一方向(z)线性延伸；其中每个所述第二导轨固定地布置在相应的第二板(12)的所述第二侧(122)的表面上并沿着所述第一方向(z)线性延伸；以及其中所述第一导轨中的至少一个和所述第二导轨中的至少一个彼此接合。3.根据权利要求2所述的框架，其中对于接合的至少一对第一导轨和第二导轨：所述第一导轨在垂直于所述第一方向(z)并与所述第一导轨相交的任何平面中表现出第一截面轮廓，而与所述平面相对于所述第一方向(z)的位置无关；以及所述第二导轨在垂直于所述第一方向(z)并与所述第二导轨相交的任何平面中表现出第二截面轮廓，而与所述平面相对于所述第一方向(z)的位置无关；其中：所述第一截面轮廓的形状包括具有开口(O)的空腔(C)，并且所述第二截面轮廓包括配合到所述空腔(C)中的凸起(B)，其中所述凸起(B)通过穿过所述空腔(C)的所述开口(O)的连接部分而连接到剩余的第二截面轮廓，或者所述第二截面轮廓的形状包括具有开口(O)的空腔(C)，并且所述第一截面轮廓包括配合到所述空腔(C)中的凸起(B)，其中所述凸起(B)通过穿过所述空腔(C)的所述开口(O)的连接部分而连接到剩余的第一截面轮廓。4.根据权利要求2所述的框架，其中所述梁(10a、10b、10c、10z)中的至少一个的所述联接机构包括至少一对第一导轨和第二导轨，其中所述第一导轨和所述第二导轨使用燕尾榫接合器而彼此接合。5.根据权利要求1所述的框架，其中对于每个梁(10a、10b、10c、10z)：
一个或更多个第一冷却通道(41)布置在相应的第一板(11)的所述第二侧(112)的表面上；和/或一个或更多个第二冷却通道(42)布置在相应的第二板(12)的所述第二侧(122)的表面上。6.根据权利要求1所述的框架，其中对于每个所述中间梁(10b、10c)，相应的第一板(11)的所述第一侧(111)适配为向堆叠的电池单元排的侧面提供支撑，相应的第二板(12)的所述第一侧(121)适配为向另一堆叠的电池单元排的侧面提供支撑；其中，对于所述第一端梁(10a)，相应的第二板(12)的所述第一侧(121)适配为向堆叠的电池单元排的侧面提供支撑；以及其中对于所述第二端梁(10z)，相应的第一板(11)的所述第一侧(111)适配为向第三堆叠的电池单元排的侧面提供支撑。7.根据权利要求1所述的框架，其中，由所述第一板(11)的所述第一侧(111)和所述第二板(12)的所述第一侧(121)中的每个为堆叠的电池单元排的侧面提供的支撑通过至少一个凸缘(6111、6112、6211、6212)来实现。8.根据权利要求1所述的框架，其中对于每个所述梁(10a、10b、10c、10z)：所述第一板(11)的所述第二侧(112)的表面具有在各自沿着所述第一方向(z)取向的两个平行的边缘之间延伸的基本上梯形形状；以及所述第二板(12)的所述第二侧(122)的表面具有在各自沿着所述第一方向(z)取向的两个平行的边缘之间延伸的基本上梯形形状。9.根据权利要求1所述的框架，其中，对于所述第一端梁(10a)，所述第一板(11A)的所述第一侧可以适配为安装到预定的外部结构；和/或其中，对于所述第二端梁(10z)，所述第二板(12B)的所述第一侧可以适配为安装到预定的外部结构。10.根据权利要求1至9中任一项所述的框架，还包括：前杆(92)，其中所述前杆(92)垂直于所述第一方向(z)取向，并且配置为当在所述第一方向(z)上观看时机械连接到所述第一端梁(10a)、所述第二端梁(10z)和每个所述中间梁(10b、10c)的各自的近端中的每个；和/或后杆(94)，其中所述后杆(94)垂直于所述第一方向(z)取向，并且配置为当在所述第一方向(z)上观看时机械连接到所述第一端梁(10a)、所述第二端梁(10z)和每个所述中间梁(10b、10c)的各自的远端中的每个。11.一种电池组(100)，包括：至少两个堆叠的电池单元排(80a、80b、80c)；根据权利要求1至10中任一项所述的框架，其中中间梁(10b、10c)的数量等于堆叠的电池单元排(80a、80b、80c)的数量减一；以及其中每个堆叠的电池单元排(80a、80b...

【专利技术属性】
技术研发人员：M普彻，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：