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CN108327501A - 用于电池电动车辆的集成有连接器的端板 - Google Patents

用于电池电动车辆的集成有连接器的端板 Download PDF

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CN108327501A
CN108327501A CN201810048008.3A CN201810048008A CN108327501A CN 108327501 A CN108327501 A CN 108327501A CN 201810048008 A CN201810048008 A CN 201810048008A CN 108327501 A CN108327501 A CN 108327501A
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Abstract

本公开涉及用于电池电动车辆的集成有连接器的端板。用于电池组的集成式端板包括内壁和外壁。外壁具有邻近于内壁的第一侧以及与所述第一侧相对的第二侧。外壁包括连接器接口，连接器接口从所述第二侧突出并限定有通过连接器接口的至少一个孔。集成式端板还包括至少一个电连接器，所述至少一个电连接器在内壁和外壁之间延伸至所述连接器接口的所述至少一个孔。

Description

用于电池电动车辆的集成有连接器的端板
技术领域
本公开涉及电池系统，更具体地，涉及具有集成有电连接器的端板的电池系统。
背景技术
诸如混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、电池电动车辆(BEV)或燃料电池车辆的电气化车辆与传统的机动车辆的不同点在于电气化车辆由电机(例如，电动马达和/或发电机)驱动而不是由内燃发动机驱动，或者由电机和内燃发动机一起驱动。用于驱动这些类型的电机的高电压(HV)电流通常由高电压牵引电池系统供应。
电气化车辆电池系统可利用包括多个电池阵列的一个或更多个电池模块。每个电池阵列包括多个电池单元，所述多个电池单元相对于彼此支撑并在电池单元端子和互连汇流条之间相互电连接。这些电池阵列的封装可受益于用于保持电池单元的完整性的结构能量管理。
为了使车辆的有效行驶里程最大化，期望增加车载电池单元的数量。电池单元通常被分成模块并安装在车辆的一定位置中。现有的用于电池的储存位置包括燃料箱区域、隧道区域(tunnel area)(或车身底部)、座椅下方或行李箱区域中。此外，电池模块的封装可能需要特别关注冲击能量管理和缓解方面。
现有的车辆电池系统包括用于将电池模块连接到各个控制器的连接模块。这样的连接模块通常会增加电池系统的尺寸。
发明内容
一种电气化车辆包括电机和电连接到电机的母线电气中心。电气化车辆还包括电连接到母线电气中心的电池组。电池组包括电池单元阵列和用于支撑电池单元阵列的框架。框架包括相对的侧部件和相对的端板。至少一个相对的端板是具有邻近于电池单元阵列设置的集成式端板。端板还包括外壁，外壁具有邻近于内壁的第一侧以及与所述第一侧相对的第二侧。外壁包括连接器接口，所述连接器接口从所述第二侧突出并限定有通过所述连接器接口的至少一个孔。端板还包括至少一个电连接器，所述至少一个电连接器在内壁和外壁之间延伸至连接器接口的至少一个孔。
根据本发明的一个实施例，所述连接器接口是第一连接器接口，其中，母线电气中心包括第二连接器接口，第二连接器接口具有适于容纳集成式端板的第一连接器接口的凹部。
根据本发明的一个实施例，所述至少一个电连接器包括用于将来自电池单元阵列的电流传输到母线电气中心的高电压连接器。
根据本发明的一个实施例，所述至少一个电连接器包括用于将来自母线电气中心的电流传输到与电池单元阵列连接的电部件的低电压连接器。
根据本发明的一个实施例，所述至少一个电连接器包括：高电压连接器，用于将来自电池单元阵列的电流传输到母线电气中心；低电压连接器，用于将来自母线电气中心的电流传输到与电池单元阵列连接的电部件。
在另一方案中，一种用于电池组的集成式端板包括内壁和外壁。外壁具有邻近于内壁的第一侧以及与所述第一侧相对的第二侧。外壁包括连接器接口，所述连接器接口从所述第二侧突出并限定有通过所述连接器接口的至少一个孔。集成式端板还包括至少一个电连接器，所述至少一个电连接器在内壁和外壁之间延伸至所述连接器接口的所述至少一个孔。
在又一方案中，一种车辆电池组包括用于支撑电池单元阵列框架。框架包括相对的侧部件和相对的端板。至少一个相对的端板包括内壁和外壁，外壁固定到所述内壁并具有突出的连接器接口，所述突出的连接器接口限定有通过所述连接器接口的至少一个孔。至少一个端板还包括至少一个电连接器，所述至少一个电连接器在所述内壁和所述外壁之间延伸至所述连接器接口的至少一个孔。
根据本发明的一个实施例，所述内壁设置为邻近于电池单元阵列的电池，使得第一端板、电池单元阵列和第二端板限定压缩载荷路径。
根据本发明的一个实施例，车辆电池组还包括围绕框架的外围设置的加强结构，其中，所述加强结构包括用于容纳连接器接口的孔。
根据本发明的一个实施例，车辆电池组还包括固定到所述加强结构的分线盒模块。
根据本发明的一个实施例，车辆电池组还包括设置在分线盒模块内的电部件，其中，电部件通过突出的连接器接口与电池单元阵列电连通。
根据本发明的一个实施例，电部件是母线电气中心。
附图说明
图1是示例性电气化车辆的示意图。
图2是电池组的透视图。
图3是图2的电池组去除了电池组盖和分线盒盖的透视图。
图4是集成式端板的分解视图。
图5是第一示例性电池组的示意图。
图6是第二示例性电池组的示意图。
图7是第三示例性电池组的示意图。
具体实施方式
根据需要，在此公开本发明的具体实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的可以以各种可替代形式实施的示例。附图不一定按比例绘制，可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员多样化利用本发明的代表性基础。
参照图1，示例性电气化车辆10包括具有用于给电机14供电的电池组12的能量系统。电池组可被置于各个不同的位置，包括前座椅下面、后座椅下面或车辆后座椅后面的位置。车辆10包括由电机14驱动的车轮16。电机14从电池组12接收电能并将电能转换成扭矩。如本文中其它地方更详细讨论的，设置诸如母线电气中心(BEC)18的一个或更多个电部件被设置成与电池组12连通。
示例性车辆10是纯电动车辆，电池组12可通过外部电源(未示出)再充电。在其它示例中，车辆10是混合动力电动车辆，其选择性地利用内燃发动机(未示出)而不是电机14或者与电机14一起来驱动车轮16。在混合动力电动示例中，电机14可选择性地作为发电机操作以对电池组12再充电。
参照图2，示意性电池组12可包括电池模块20。电池模块20还可称为牵引电池模块。电池模块20包括盖24和底支撑壁34。优选地，电池模块包括由前加强壁26、后加强壁28、侧加强壁30、32限定的加强结构。如在本文其它地方更详细描述的，前加强壁26可包括适于容纳连接器接口70的孔。
电池组12与设置在分线盒模块22(也称为分线盒)中的一个或更多个电部件进行电连通。分线盒模块22可固定到电池组12，或从电池组12移除。例如，在使用加强结构的方案中，分线盒模块可固定到前加强壁26。在不使用加强结构的方案中，分线盒模块可固定到外围框架的端板(例如，如在本文其它地方更详细描述的外围框架42的端板44)。
优选地，分线盒模块22容纳一个或更多个电部件(诸如BEC 18)。分线盒模块22也可(或替代地)包括各种其它部件(诸如，电控制模块(BECM)、DC/DC转换器模块、断路器、风扇和接触器中的一个或更多个)。DC/DC转换器单元可将来自电池单元的高电压转换成供部件和系统使用的低电压。BECM可用作用于电池组12的控制器，并且还可包括管理每个电池单元的温度和荷电状况的电子监测系统。BECM可接收来自各个控制系统的输入信号，处理包含在输入信号中的信息，并响应于这些信息而产生适合的控制信号。这些控制信号可启用和/或停用各个部件。例如，电池组12可具有诸如热敏电阻或其它温度计的温度传感器(未示出)。温度传感器可以与BECM进行通信以提供关于电池组12的温度数据。温度传感器还可位于电池组12内的电池单元上或附近。还可设想，可使用多于一个的温度传感器监测电池单元的温度。
现参照图3，电池组12包括电池单元阵列40a和40b(统称为“电池单元阵列40”)。电池单元阵列40还可称为电池单元堆或第一电池单元堆和第二电池单元堆。每个电池单元阵列可包括各自的电池单元。电池单元(可以是方形电池单元)可包括将储存的化学能转化成电能的电化学电池单元。方形电池单元可包括壳体、正电极(阴极)和负电极(阳极)。电解质可允许离子在放电期间在阳极和阴极之间运动，随后在再充电期间返回。电池单元阵列40可以与BEC、BECM、DC/DC转换器单元和其它车辆部件进行电连通。例如，端子可允许电流流出电池单元，以供车辆部件使用。当位于具有多个电池单元的阵列中时，每个电池单元的端子可以以相反端子(正和负)彼此相邻的方式对齐，以便于多个电池单元之间的串联连接。
汇流条可用于辅助完成相邻的电池单元之间的串联连接或彼此接近的电池单元组之间的串联连接。电池单元或电池组也可并联连接。不同的电池组构造可适用于指示各个车辆变量，包括在本文中将描述的封装约束和功率需求。可利用热管理系统来加热和/或冷却电池单元。热管理系统的示例可包括空气冷却系统、液体冷却系统以及空气冷却系统和液体冷却系统的组合。
外围框架42支撑并保持电池单元阵列40。框架42可包括一体地形成的外围部件或独立的外围部件，诸如前端板44、后端板46和侧部件48、50。端板44、46可被构造为向电池单元阵列40施加相反的纵向压缩力或夹紧载荷。以这种方式，前端板44、电池单元阵列40和后端板46限定压缩载荷路径。
侧部件48、50可类似地被构造为向电池单元阵列40施加相反的横向压缩力或夹紧载荷。前端板44可通过任何适合的方法固定到外围框架42。例如，前端板44可通过紧固件固定在侧部件48、50的端部。在一个方案中，前端板44可以可拆卸地固定到外围框架42。在另一方案中，前端板44可以永久性地固定到外围框架42。特别的是，可考虑用于将前端板44固定就位的其它方法。
现参考图4，优选地，前端板为集成式端板60。集成式端板60可以是具有内壁62和外壁64的多片式部件。以该构造形式，内壁62优选地设置为邻近于电池单元阵列40的电池，使得集成式端板60、电池单元阵列40和相对的端板(例如，端板46)限定压缩载荷路径。因此，优选的是，内壁62和外壁64中的一个或两个由诸如塑料的绝缘材料制成。以这种方式，内壁62和外壁64可以结合形成用于施加纵向压缩力的塑料端板和用于连接器部件的塑料壳体，如在本文其它地方更详细描述的。可使用任何适合的方法(诸如，卡扣过盈配合或机械紧固件)将内壁62固定到外壁64。
外壁64包括连接器接口70，连接器接口70可包括(例如)高电压接口72和低电压接口74。高电压接口72和低电压接口74优选地至少部分地由延伸通过连接器接口70的孔限定。如在图2中所示，连接器接口70优选地从集成式端板60的外壁64的表面突出，使得连接器接口70可接合分线盒模块22。在一个方案中，连接器接口70与外壁64一体地形成。在另一个方案(未示出)中，接口是设置在外壁64的孔内并延伸通过外壁64的孔的独立部件。在又一个方案(未示出)中，连接器接口是设置在外壁的凹部中的凹入接口。
一个或更多个高电压连接器80可设置在内壁62和外壁64之间并延伸到外壁64的连接器接口70。高电压连接器80与连接器接口70的高电压接口72连通。例如，高电压连接器80可延伸到限定连接器接口70的高电压接口72的孔中。高电压连接器80被设置为通过连接器接口70的高电压接口72将来自电池单元阵列40的电流(例如，通过互连汇流条)传输到设置在分线盒模块22中的一个或更多个电部件(例如，BEC 18)。高电压连接器80优选地是用于插座和插针型电接触系统的插座，并且优选地适于30安培及以上的应用。
一个或更多个低电压连接器82可设置在内壁62和外壁64之间并延伸到外壁64的连接器接口70。低电压连接器82与连接器接口70的低电压接口74连通。例如，低电压连接器82可延伸到限定连接器接口70的低电压接口74的孔中。低电压连接器82被设置为通过连接器接口70的低电压接口74在电部件(例如，BEC 18)或其它电池或车辆系统控制器与电池单元阵列40之间传输电流。以这种方式，可以为与电池单元阵列40直接连接的诸如电路板和/或控制器的部件提供低电压电力。也可通过连接器接口70的低电压接口74为使电池组12与车辆10电连接和断开的接触器供电。低电压连接器82可以是(例如)用于容纳导电片的片式插座。
高电压连接器80和/或低电压连接器82优选地沿着内壁62的顶表面延伸并向下延伸到内壁62的内表面。外壁64可包括用于容纳高电压连接器80的一个或更多个凹口(例如，凹口64a)和/或用于容纳低电压连接器82的一个或更多个凹口(例如，凹口64b)。以这种方式，外壁64的内表面可齐平地抵靠内壁62的内表面。在其它方案(未示出)中，内壁62可类似地设置有容纳凹口。
高电压连接器80与连接器接口70的高电压接口72的集成和/或低电压连接器82与低电压接口74的集成允许电池模块20被充分密封在最终构造中(例如，通过盖24和对应的紧固件)。以这种方式，可以在不需要用户进入容纳有电池单元阵列40的电池模块20内部的情况下执行对电池组12的各个部件的维护。由此，可以降低终端用户与电池单元阵列40交互的频率。
集成式端板60还通过连接器接口70而使电池模块20与设置在分线盒模块22中的部件的连接和断开简化。因此，可以降低初始制造和安装时间以及成本。另外，由于维护技术人员在对电池组12执行维护时可以快速地使电池模块20与分线盒模块22连接和断开，因此还可降低后续维护时间和成本。
另外，通过使高电压连接器80与连接器接口70的高电压接口72集成，并使低电压连接器82与低电压接口74集成，可以降低电池模块20的竖直高度和水平占地空间。例如，不需要(如已知电池系统中设置的)单独的连接器线缆和连接器模块来将电池阵列40连接到电池控制模块。
另外，在本文中描述的集成式端板60的内壁62和外壁64中的一个或两者由塑料组成的方案中，集成式端板60可改善电池单元阵列40的各个电池单元的热完整性。例如，集成式端板60的塑料材料相比于由导热金属制成的已知端板来说具有更低的传热系数。以这种方式，可降低紧邻内壁62的电池单元的温降，以提高整体电池性能。
在另一方案(未示出)中，集成式端板可以是一片式部件。集成式端板可包括高电压接口和/或低电压接口。在这种方案中，高电压连接器和/或低电压连接器可被嵌入到集成式端板中以与对应的电压接口连通。
在又一方案(未示出)中，电池组可设置有多个集成的板。在一个示例中，两者相对的端板可以是集成式端板。在另一示例中，一个或更多个侧部件和一个或更多个端板可以是集成的板。以这种方式，电池组可设置有多个板以提供本文中所描述的益处。
参照图5至图7，高电压连接器和低电压连接器的各种组合可并入到电池组中，以延伸通过集成式连接器的连接器接口。
参照图5，第一示例性电池组100包括前加强壁106和设置在电池单元阵列的相邻的电池单元104之间的集成式端板102。电池组100包括位于集成式端板102和前加强壁106之间的第一密封件108。电池组100还包括位于集成式端板102的连接器接口112和电部件114(诸如，BEC 18)之间的第二密封件110。在这个方案中，高电压连接器116延伸通过集成式端板102，以在电部件114的连接器接口118处将电池单元阵列电连接到电部件114。高电压连接器116可包括用于接纳导电插脚的插座触点。
参照图6，第二示例性电池组120包括前加强壁106和设置在电池单元阵列的相邻的电池单元104之间的集成式端板102。电池组120包括位于集成式端板102和前加强壁106之间的第一密封件108。电池组120还包括位于集成式端板102的连接器接口112和电部件114(诸如，BEC 18)之间的第二密封件110。在这个方案中，低电压连接器122延伸通过集成式端板102，以在电部件114的连接器接口118处将电池单元阵列电连接到电部件114。低电压连接器122可包括用于容纳导电片的插座。
参照图7，第三示例性电池组130包括前加强壁106和设置在电池单元阵列的相邻的电池单元104之间的集成式端板102。电池组100包括位于集成式端板102和前加强壁106之间的第一密封件108。电池组100还包括位于集成式端板102的连接器接口112和电部件114(诸如，BEC 18)之间的第二密封件110。在这个方案中，高电压连接器116和低电压连接器122两者延伸通过集成式端板102，以在电部件114的连接器接口118处将电池单元阵列电连接到电部件114。
虽然以上描述了示例性实施例，但并不意在这些实施例描述了本发明的所有可能形式。更确切地，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。此外，可将各个实施的实施例的特征进行组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (11)

1.一种电气化车辆，包括：
电机；
母线电气中心，电连接到电机；
电池组，电连接到母线电气中心，电池组包括：
电池单元阵列；和
框架，用于支撑电池单元阵列，框架包括相对的侧部件和相对的端板，其中，至少一个相对的端板是集成式端板，所述集成式端板具有：
内壁，设置为邻近于电池单元阵列，
外壁，具有邻近于内壁的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，外壁包括连接器接口，所述连接器接口从所述第二侧突出并限定有通过所述连接器接口的至少一个孔；
至少一个电连接器，在内壁和外壁之间延伸至连接器接口的所述至少一个孔。
2.一种用于电池组的集成式端板，包括：
内壁；
外壁，具有邻近于内壁的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，外壁包括连接器接口，所述连接器接口从所述第二侧突出并限定有通过所述连接器接口的至少一个孔；
至少一个电连接器，在内壁和外壁之间延伸至连接器接口的所述至少一个孔。
3.如权利要求2所述的集成式端板，其中，所述至少一个电连接器从所述内壁的顶部区域沿着所述内壁的第一侧延伸，其中，所述内壁的第一侧邻近于所述外壁的第一侧。
4.如权利要求3所述的集成式端板，其中，所述外壁固定到所述内壁，以封闭所述至少一个电连接器的处于所述内壁的第一侧和所述外壁的第一侧之间的至少一部分。
5.如权利要求2所述的集成式端板，其中，所述外壁包括位于第一侧中的至少一个凹口，其中，所述凹口适于容纳所述至少一个电连接器。
6.如权利要求2所述的集成式端板，其中，所述至少一个电连接器包括高电压连接器，所述高电压连接器用于将来自邻近于所述内壁设置的电池单元阵列的电流传输到邻近于所述外壁设置的母线电气中心。
7.如权利要求6所述的集成式端板，其中，所述高电压连接器包括用于接纳导电插脚的插座触点。
8.如权利要求2所述的集成式端板，其中，所述至少一个电连接器包括低电压连接器，所述低电压连接器用于将来自邻近于所述外壁设置的母线电气中心的电流传输到与邻近于所述内壁设置的电池单元阵列连接的电部件。
9.如权利要求8所述的集成式端板，其中，所述低电压连接器包括用于接纳导电片的插座。
10.如权利要求2所述的集成式端板，其中，所述至少一个电连接器包括：
高电压连接器，用于将来自邻近于所述内壁设置的电池单元阵列的电流传输到邻近于所述外壁设置的母线电气中心；
低电压连接器，用于将来自母线电气中心的电流传输到与电池单元阵列连接的电部件。
11.一种车辆电池组，包括：
框架，用于支撑电池单元阵列，所述框架包括相对的侧部件以及第一端板和第二端板，第一端板包括：
内壁，
外壁，固定到所述内壁并具有突出的连接器接口，所述突出的连接器接口限定有通过所述连接器接口的至少一个孔，
至少一个电连接器，在所述内壁和所述外壁之间延伸至所述连接器接口的所述至少一个孔。
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