用于具有电芯-电池包电池系统的牵引电池包的支座总成的制作方法

用于具有电芯-电池包电池系统的牵引电池包的支座总成
1.相关申请的交叉引用
2.本公开要求美国临时申请第63/322,766号的优先权，所述美国临时申请于2022年3月23日提交并通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开总体上涉及牵引电池包，并且更具体地涉及用于维持外壳盖与电芯-电池包电池系统的部件之间的间隔关系的支座(standoff)总成。


背景技术：

4.电动化车辆不同于常规机动车辆，因为电动化车辆包括具有一个或多个电机的传动系。作为内燃发动机的替代或补充，电机可以驱动电动化车辆。牵引电池包可以为车辆的电机和其他电气负载供电。
5.常规的牵引电池包包括称为电池阵列的电池电芯组。电池阵列包括各种阵列支撑结构(例如，阵列框架、间隔件、纵梁、壁、端板、绑定件等)，所述阵列支撑结构被布置用于将电池电芯分组并支撑在牵引电池包外壳内的多个单独单元中。


技术实现要素：

6.根据本公开的示例性方面的牵引电池包尤其包括：外壳总成，所述外壳总成包括外壳盖和外壳托盘；电池系统，所述电池系统容纳在外壳总成内；以及支座总成，所述支座总成布置在外壳盖与电池系统之间。
7.在前述牵引电池包的另一非限制性实施例中，支座总成定位在外壳盖与电池系统的电芯堆之间。
8.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，支座总成维持外壳盖的内表面与电芯堆的电池电芯的顶表面之间的间隙。
9.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，电池系统是电芯-电池包电池系统，并且外壳托盘提供用于压缩电芯-电池包电池系统的电芯矩阵的电芯压缩开口。
10.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，支座总成是聚合物基部件。
11.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，支座总成包括支座，所述支座具有下部段和从下部段向上突出的上部段。
12.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，下部段抵靠电池系统的电池电芯的顶表面被接收，并且上部段布置在连接到电池电芯的母线上方。
13.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，上部段在母线上方建立顶盖。
14.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，顶盖通过连接器连接到
下部段。
15.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，顶盖是矩形形状的。
16.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，顶盖是圆柱形形状的。
17.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，支座总成包括具有多个第一支座的第一支座部段、具有多个第二支座的第二支座部段以及连接在第一支座部段和第二支座部段之间的多个支柱。
18.根据本公开的另一个示例性方面的牵引电池包尤其包括：外壳总成，所述外壳总成包括外壳盖和外壳托盘；电芯-电池包电池系统，所述电芯-电池包电池系统容纳在外壳总成内并且包括第一电芯堆；以及支座总成，所述支座总成被布置成维持外壳盖与第一电芯堆之间的间隔关系。
19.在前述牵引电池包的另一非限制性实施例中，支座总成是聚合物基部件。
20.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，支座总成包括具有多个第一支座的第一支座部段、具有多个第二支座的第二支座部段以及连接在第一支座部段和第二支座部段之间的多个支柱。
21.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，第一支座部段被布置成沿着第一电芯堆的第一纵向边缘延伸，并且第二支座部段被布置成沿着第一电芯堆的第二纵向边缘延伸。
22.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，多个支柱中的第一支柱至少部分地接收在第一电芯堆的第一电池电芯与第二电池电芯之间的接缝内。
23.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，支座总成包括支座，所述支座具有下部段和从下部段向上突出的上部段。
24.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，下部段抵靠第一电芯堆的电池电芯的顶表面被接收，并且上部段布置在连接到电池电芯的母线上方。
25.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，上部段建立至少部分地包围母线的顶盖。
26.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采用。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非此类特征是不兼容的。
27.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将变得显而易见。可如下简要描述随附于具体实施方式的附图。
附图说明
28.图1示意性地示出了电动化车辆。
29.图2示出了图1的电动化车辆的牵引电池包。
30.图3示出了图2的牵引电池包的电芯-电池包电池系统。
31.图4示出了相对于电芯-电池包电池系统的电芯堆定位的示例性支座总成。
32.图5是图4所示的布置的选定部分的分解图。
33.图6是图4所示的布置的选定部分的俯视图。
34.图7示出了牵引电池包的部分，所述牵引电池包包括定位在电芯-电池包电池系统
的电芯矩阵上方的多个支座总成。
35.图8示出了具有电芯-电池包电池系统的牵引电池包的支座总成与外壳盖之间的界面。
36.图9示出了用于在具有电芯-电池包电池系统的牵引电池包内使用的另一个示例性支座总成。
37.图10和图11示出了用于具有电芯-电池包电池系统的牵引电池包的又一个示例性支座总成。
具体实施方式
38.本公开详述了用于包括电芯-电池包电池系统的牵引电池包的支座总成。一个或多个支座总成可以布置在电芯-电池包电池系统与牵引电池包的外壳盖之间。支座总成被配置为维持外壳盖与电芯-电池包电池系统的某些部件(例如，电池电芯、母线等)之间的间隔关系。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。
39.图1示意性地示出了电动化车辆10。电动化车辆10可以包括任何类型的电动化动力传动系统。在实施例中，电动化车辆10是电池电动车辆(bev)。然而，本文描述的概念不限于bev并且可扩展到其他电动化车辆，包括但不限于混合动力电动车辆(hev)、插电式混合动力电动车辆(phev)、燃料电池车辆等。因此，尽管在示例性实施例中未具体示出，但是电动化车辆10可装备有内燃发动机，所述内燃发动机可以单独采用或者与其他动力源组合采用以推进电动化车辆10。
40.在实施例中，电动化车辆10是汽车。然而，电动化车辆10可以可替代地为皮卡车、货车、运动型多功能车(suv)或任何其他车辆配置。尽管在本公开的附图中示出特定的部件关系，但是图示并不意图限制本公开。电动化车辆10的各种部件的布局和取向被示意性地示出，并且可在本公开的范围内变化。此外，本公开所附的各种附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或最小化以强调特定部件或系统的某些细节。
41.在示出的实施例中，电动化车辆10是仅通过电力(诸如通过一个或多个电机12)推进的纯电动车辆，而无需内燃发动机的辅助。电机12可以充当电动马达、发电机或其两者。电机12接收电力，并且可以将电力转换成用于驱动电动化车辆10的一个或多个驱动轮14的扭矩。
42.电压总线16可以将电机12电联接到牵引电池包18。牵引电池包18能够输出电力以为电动化车辆10的电机12和/或其他电气负载供电。
43.牵引电池包18可以固定到电动化车辆10的车身底部22。然而，在本公开的范围内，牵引电池包18可以位于电动化车辆10上的其他地方。
44.牵引电池包18是示例性电动化车辆电池。牵引电池包18可以是包括电芯-电池包电池系统20的高压牵引电池包。与常规的牵引电池包电池系统不同，电芯-电池包电池系统20并入有电池电芯或其他能量存储装置，而没有以单独的阵列或模块布置电芯。因此，电芯-电池包电池系统20消除了将电池电芯分组为阵列/模块所必需的大部分(如果不是全部的话)阵列支撑结构(例如，阵列框架、间隔件、纵梁、壁、端板、绑定件等)。此外，与需要必须在定位在电池外壳内之后连接在一起以实现总高压电势的多个单独的电池阵列/模块的常规电池系统不同，电芯-电池包电池系统20可以用单个电池单元提供牵引电池包18的总高
压总线电势。
45.现在参考图2和图3，牵引电池包18可以包括被布置用于容纳电芯-电池包电池系统20的外壳总成24。在实施例中，电芯-电池包电池系统20包括多个电池电芯26，所述多个电池电芯保持在由外壳总成24建立的内部区域28内。
46.电池电芯26可以向电动化车辆10的各种部件供应电力。电池电芯26可以相对于彼此并排堆叠以构造电芯堆30，并且电芯堆30可以成行并排定位以提供电芯矩阵32。
47.在实施例中，每个电芯堆30包括八个单独的电池电芯26，并且电芯矩阵32包括总共三十二个电池电芯26的四个电芯堆30。提供均匀数量的电池电芯26和均匀数量的电芯堆30可以帮助支持有效的电气总线布置。尽管在本公开的各个附图中示出了特定数量的电池电芯26和电芯堆30，但是牵引电池包18的电芯-电池包电池系统20可以包括任何数量的电池电芯26和任何数量的电芯堆30。换句话说，本公开不限于图2和图3所示的示例性配置。
48.在实施例中，电池电芯26是棱柱形锂离子电芯。然而，在本公开的范围内，可以可替代地利用具有其他几何形状(圆柱形、软包状等)和/或化学性质(镍-金属氢化物、铅酸等)的电池电芯。
49.牵引电池包18的外壳总成24可以包括外壳盖34和外壳托盘36。外壳盖34可以固定到外壳托盘36，以提供用于容纳电芯-电池包电池系统20的内部区域28。
50.外壳托盘36可以包括相对于彼此布置的底板38和多个侧壁40，以提供电芯压缩开口42。底板38和侧壁40可以彼此机械地联接，例如，诸如通过焊接。
51.在牵引电池包18的组装期间，外壳盖34可以在基本上包围内部区域28的接口44处固定到外壳托盘36。在一些实施方式中，机械紧固件46可以用于将外壳盖34固定到外壳托盘36，但是其他紧固方法(粘附等)也可以是合适的。
52.电芯-电池包电池系统20的电芯矩阵32可以定位在由外壳托盘36提供的电芯压缩开口42内。示例性外壳托盘36被描绘为包括单个电芯压缩开口42，然而，应当理解，本公开扩展到提供一个或多个电芯压缩开口的结构总成。外壳盖34可以覆盖电芯压缩开口42内的电芯矩阵32，以基本上在所有侧面上围绕电池电芯26。一旦相对于外壳托盘36完全组装并定位，电芯矩阵32就可以建立能够提供牵引电池包18的总高压总线电势的单个电池单元。
53.当电芯矩阵32被接收在电芯压缩开口42内时，外壳托盘36可以压缩并保持电芯矩阵32。在实施例中，当电芯矩阵32定位在电芯压缩开口42内时，外壳托盘36的侧壁40向电芯矩阵32施加力。
54.在实施例中，为了将电芯矩阵32插入电芯压缩开口42中，可以首先压缩电芯矩阵32，然后在被压缩时将所述电芯矩阵移动到电芯压缩开口42中的适当位置。可以向电芯堆30中的一个的相对端施加压缩力fc。压缩力fc基本上挤压电芯堆30内的电池电芯26，从而将电芯堆30和单独的电池电芯26压缩到减缩厚度。当压缩力fc被施加到电芯堆30时，电芯堆30可以通过向下的力fd插入相应的电芯压缩开口42中。向下的力fd可以直接施加到电池电芯26中的一个或多个。
55.虽然术语“向下”在本文中用来描述向下的力fd，但是应理解，术语“向下”在本文中也用来指代倾向于将电芯堆30压入电芯压缩开口42中的所有力。特定地，术语“向下”指代基本上垂直于压缩力fc的所有力，而不管所述力是否真正是在“向下”的方向上。例如，本公开扩展到在侧向上压缩并插入电芯压缩开口中的电芯堆。
56.电芯堆30可以被单独压缩并插入电芯压缩开口42中。在另一个实施例中，整个电芯矩阵32被压缩并插入电芯压缩开口42中。如图3中示意性地示出，在这样的实施例中，附加的压缩力f
x
可以将电芯堆30压缩在一起以将电芯矩阵32插入电芯压缩开口42中。压缩力f
x
通常垂直于压缩力fc。压缩力f
x
可以与压缩力fc一起施加。然后可以施加力fd以将整个电芯矩阵32移动到电芯压缩开口42中。
57.在实施例中，电芯压缩开口42的整个周边由外壳托盘36的侧壁40限定。侧壁40可以围绕电芯矩阵32的整个周边向电池电芯26施加压缩力。因此，侧壁40可以用作压缩并紧密地保持电芯矩阵32的刚性环型结构。
58.上述配置被认为是电芯-电池包类型的电池包，其不同于常规的电池包类型，常规的电池包类型包括保持由与电池外壳的壁间隔开的阵列支撑结构封闭的电池电芯阵列的外壳，并且其中电池外壳不向任何电池电芯施加压缩力。本文所述的电芯-电池包类型的电池包还消除了通常固定到常规牵引电池包的外壳托盘以提供用于固定电池阵列和外壳盖的安装点的刚性横向构件。
59.电芯-电池包电池系统20还可以包括一个或多个电芯行分隔件48。在实施例中，一个电芯行分隔件48定位在电芯矩阵32的每对相邻电芯堆30之间。在其他实施例中，每个电芯堆30设置有两个电芯行分隔件48。然而，设置在电芯-电池包电池系统20内的电芯行分隔件48的总数不意图限制本公开。
60.牵引电池包18还可以包括一个或多个支座总成50。在实施例中，一个支座总成50定位在外壳盖34与电芯矩阵32的每个电芯堆30之间(在图2中示意性地示出)。然而，设置在牵引电池包18内的支座总成50的总数不意图限制本公开。
61.如下面进一步详述的，支座总成50可以为牵引电池包18提供各种功能和优点，包括但不限于：维持外壳盖34与电芯-电池包电池系统20的电芯堆30之间的间隔关系；将通过外壳盖34施加的载荷分配在电芯矩阵32上；增加盖-电芯矩阵构造的硬度/刚度；提供电芯堆定位特征等。由本文描述的支座总成50提供的功能对于包括电芯-电池包类型的电池系统的牵引电池包可能特别有利，因为传统上设置在电池阵列内的阵列支撑结构已经在很大程度上从电芯-电池包电池系统20中消除，并且传统上提供用于分配施加在外壳盖34上的载荷的刚性横向构件已经从外壳托盘36中消除。
62.继续参考图1至图3，图4、图5和图6示出了可以在牵引电池包18内使用的支座总成50的示例性设计。这些图具体地示出了定位在电芯-电池包电池系统的一个电芯堆30的顶部上方的一个支座总成50。然而，如上所述，多个支座总成50可以定位在电芯-电池包电池系统20的电芯矩阵32的顶部上方(参见例如图7)。
63.电芯堆30可以包括相对于彼此堆叠的多个电池电芯26。电芯堆30的电池电芯26可以通过多根母线52彼此电连接。每根母线52可以附接(例如，焊接)在电池电芯26中的一个或多个的顶表面54处。
64.支座总成50包括具有多个第一支座58a的第一支座部段56a、具有多个第二支座58b的第二支座部段56b以及连接在第一支座部段56a和第二支座部段56b之间的多个支柱60。第一支座部段56a、第二支座部段56b和支柱60可以一起建立支座总成50的整体单件结构。
65.支座总成50可以布置在电芯堆30的顶部上方，以便接触电池电芯26的顶表面54。
当定位在电芯堆30上方时，第一支座部段56a可以与电芯堆30的第一纵向边缘62对准并沿着所述第一纵向边缘延伸，并且第二支座部段56b可以与电芯堆30的第二纵向边缘64对准并沿着所述第二纵向边缘延伸。另外，当支座总成50定位在电芯堆30上方的适当位置时，支柱60可以至少部分地接收在在相邻的电池电芯26之间延伸的接缝66内。
66.多个第一支座58a和多个第二支座58b中的每一者可以包括下部结构68和从下部结构68向上突出的上部结构70。当支座总成50定位在电芯堆30上方时，下部结构68可以抵靠一个或多个电池电芯26的顶表面54被接收，并且上部结构70可以定位在母线52中的一个上方。
67.上部结构70可以建立在母线52的顶部正上方延伸的顶盖72。顶盖72可以通过一个或多个连接器71连接到下部结构68。每个顶盖72的大小和形状可以被设计成适应母线52的对应大小和形状。每个顶盖72还可以包括用于与母线52建立电连接的一个或多个开口74。顶盖72可以提供“防手指”机构以防止无意中暴露于母线52和/或电池电芯26。
68.在实施例中，上部结构70的顶盖72是大致矩形结构。然而，在本公开的范围内还设想了其他几何图样(参见例如图9)。
69.支座总成50可以是聚合物基部件。例如，支座总成50可以由片状模塑料(例如，玻璃纤维增强聚酯)、聚丙烯、聚酰胺等构造而成。
70.现在主要参考图8，继续参考图1至图6，牵引电池包18的一个或多个支座总成50可以维持外壳盖34与电芯-电池包电池系统20的电芯矩阵32之间的间隔关系。因此，即使向外壳盖34施加载荷，也可以在外壳盖34的内表面76与电芯矩阵32之间维持间隙g。因此，支座总成50可以防止外壳盖34在其挠曲时接触部件，诸如电池电芯26和母线52，从而基本上防止短路状况。
71.支座总成50可以固定到外壳盖34和下面的电芯堆30两者，以增加整个构造的刚度。在实施例中，每个支座总成50可以使用结构粘合剂80固定到电芯堆30/电芯矩阵32。结构粘合剂80可以是环氧树脂、具有压敏粘合剂的双面胶带、或任何其他合适的粘合剂。结构粘合剂可以施加在外壳盖34的内表面76与支座总成50的每个支座58的顶盖72之间以及每个支座58的下部结构68与电芯堆30/电芯矩阵32之间。
72.图9示出了用于将外壳盖(未示出)与电芯-电池包电池系统的电芯堆30间隔开的另一个示例性支座总成150。在该实施例中，支座总成150可以包括一个或多个互连的支座部段156。每个支座部段156可以包括下部结构168和从下部结构168向上突出的上部结构170。当支座总成150定位在电芯堆30上方时，下部结构168可以抵靠一个或多个电池电芯26的顶表面54被接收，并且上部结构170可以定位在母线52中的一者或多者上方。
73.上部结构170可以建立在母线52的顶部正上方延伸的顶盖172。顶盖172可以通过一个或多个连接器171连接到下部结构168。每个顶盖172的大小和形状可以被设计成适应母线52的对应大小和形状。每个顶盖172还可以包括用于与母线52建立任何必要的电连接的一个或多个开口174。在该实施例中，顶盖172是大致圆柱形结构。
74.图10和图11示出了用于将外壳盖(未示出)与电芯-电池包电池系统的电芯堆30间隔开的又一个示例性支座总成250。在该实施例中，支座总成250可以包括具有多个第一支座258a的第一支座部段256a、具有多个第二支座258b的第二支座部段256b以及连接在第一支座部段256a和第二支座部段256b之间的一个或多个支柱260。第一支座部段256a、第二支
座部段256b和支柱260可以一起建立支座总成250的整体单件结构。
75.支座总成250可以通过多个夹子290固定到电芯堆30。夹子290可以是电芯堆30的电池电芯26或在电芯堆30的相邻电池电芯26之间延伸的电池电芯间隔件的整体特征件。
76.支座总成250还可以包括金属罩结构292。金属罩结构292可以连接到第一支座部段256a和第二支座部段256b两者，并且可以在其安装位置位于支柱260的顶部上方。金属罩结构292可以建立通风通道294(参见图11)，以用于提供通过电芯堆30的热路径以排出气体。
77.本公开的示例性支座总成在外壳盖与电芯-电池包电池系统的电芯矩阵之间提供有间隙的界面。支座总成可以更好地分配通过外壳盖施加的载荷，并且响应于此类载荷而基本上防止短路状况。
78.尽管不同的非限制性实施例被示出为具有具体的部件或步骤，但是本公开的实施例不限于这些特定组合。可以结合来自其他非限制性实施例中的任一个的特征或部件使用来自非限制性实施例中的任一个的一些部件或特征。
79.应理解，相同的附图标记在全部若干附图中表示相应或类似的元件。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，但是其他布置也可受益于本公开的教导。
80.以上描述应当被解释为说明性的而不具有任何限制意义。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。

技术特征：
1.一种牵引电池包，其包括：外壳总成，所述外壳总成包括外壳盖和外壳托盘；电池系统，所述电池系统容纳在所述外壳总成内；以及支座总成，所述支座总成布置在所述外壳盖与所述电池系统之间。2.如权利要求1所述的牵引电池包，其中所述支座总成定位在所述外壳盖与所述电池系统的电芯堆之间。3.如权利要求1或2所述的牵引电池包，其中所述支座总成维持所述外壳盖的内表面与所述电芯堆的电池电芯的顶表面之间的间隙。4.如任一前述权利要求所述的牵引电池包，其中所述电池系统是电芯-电池包电池系统，并且此外，其中所述外壳托盘提供用于压缩所述电芯-电池包电池系统的电芯矩阵的电芯压缩开口。5.如任一前述权利要求所述的牵引电池包，其中所述支座总成是聚合物基部件。6.如任一前述权利要求所述的牵引电池包，其中所述支座总成包括支座，所述支座具有下部段和从所述下部段向上突出的上部段。7.如权利要求6所述的牵引电池包，其中所述下部段抵靠所述电池系统的电池电芯的顶表面被接收，并且所述上部段布置在连接到所述电池电芯的母线上方。8.如权利要求7所述的牵引电池包，其中所述上部段在所述母线上方建立顶盖，并且任选地，其中所述顶盖通过连接器连接到所述下部段。9.如权利要求8所述的牵引电池包，其中所述顶盖为矩形形状或圆柱形形状。10.如任一前述权利要求所述的牵引电池包，其中所述支座总成包括具有多个第一支座的第一支座部段、具有多个第二支座的第二支座部段以及连接在所述第一支座部段和所述第二支座部段之间的多个支柱。11.一种牵引电池包，其包括：外壳总成，所述外壳总成包括外壳盖和外壳托盘；电芯-电池包电池系统，所述电芯-电池包电池系统容纳在所述外壳总成内并且包括第一电芯堆；以及支座总成，所述支座总成被布置成维持所述外壳盖与所述第一电芯堆之间的间隔关系。12.如权利要求11所述的牵引电池包，其中所述支座总成是聚合物基部件。13.如权利要求11或12所述的牵引电池包，其中所述支座总成包括具有多个第一支座的第一支座部段、具有多个第二支座的第二支座部段以及连接在所述第一支座部段和所述第二支座部段之间的多个支柱。14.如权利要求13所述的牵引电池包，其中所述第一支座部段被布置成沿着所述第一电芯堆的第一纵向边缘延伸，并且所述第二支座部段被布置成沿着所述第一电芯堆的第二纵向边缘延伸，并且任选地，其中所述多个支柱中的第一支柱至少部分地接收在所述第一电芯堆的第一电池电芯与第二电池电芯之间的接缝内。15.如权利要求11至14中任一项所述的牵引电池包，其中所述支座总成包括支座，所述支座具有下部段和从所述下部段向上突出的上部段，并且任选地，其中所述下部段抵靠所述第一电芯堆的电池电芯的顶表面被接收，并且所述上部段布置在连接到所述电池电芯的
母线上方，并且此外，任选地，其中所述上部段建立至少部分地包围所述母线的顶盖。

技术总结
本公开提供了“用于具有电芯-电池包电池系统的牵引电池包的支座总成”。公开了用于在包括电芯-电池包电池系统的牵引电池包内使用的支座总成。一个或多个支座总成可以布置在电芯-电池包电池系统与牵引电池包的外壳盖之间。支座总成被配置为维持外壳盖与电芯-电池包电池系统的某些部件(例如，电池电芯、母线等)之间的间隔关系。等)之间的间隔关系。等)之间的间隔关系。


技术研发人员：帕特里克
受保护的技术使用者：福特全球技术公司
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/9/25