具有电芯-电池包电池系统的牵引电池包的电芯行分隔件的制作方法

具有电芯-电池包电池系统的牵引电池包的电芯行分隔件
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在包括电芯-电池包电池系统的牵引电池包内使用的电芯行分隔件。


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以及容纳在外壳总成内的电芯-电池包电池系统。电芯-电池包电池系统包括第一电芯堆、第二电芯堆以及电芯行分隔件，所述电芯行分隔件被布置成在结构上将第一电芯堆和第二电芯堆联接在一起。
7.在前述牵引电池包的另一非限制性实施例中，外壳总成包括外壳盖和外壳托盘。
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，外壳托盘提供用于压缩第一电芯堆和第二电芯堆的电芯压缩开口。
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，电芯行分隔件通过第一双面胶带固定到第一电芯堆，并且通过第二双面胶带固定到第二电芯堆。
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，结构粘合剂被接收在电芯行分隔件的第一突出部与第二突出部之间。
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，电芯行分隔件是聚合物基部件。
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，电芯行分隔件包括基部以及从基部向上突出的多个突出部。
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，多个突出部沿着基部的长度彼此间隔开，并且间隙在多个突出部中的相邻突出部之间延伸。
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，结构粘合剂被接收在间隙内。
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，电芯-电池包电池系统
建立牵引电池包的总高压总线电势。
16.根据本公开的另一示例性方面的牵引电池包尤其包括：电芯堆；电芯行分隔件，所述电芯行分隔件附接到电芯堆并且包括基部、从基部延伸的第一突出部和从基部延伸的第二突出部；以及结构粘合剂，所述结构粘合剂被接收在在第一突出部与第二突出部之间延伸的间隙内。
17.在前述牵引电池包的另一非限制性实施例中，电芯行分隔件是聚合物基部件。
18.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，第一突出部和第二突出部是指状突出部。
19.在前述牵引电池包中的任一者的另一非限制性实施例中，第一突出部和第二突出部朝向远端部分逐渐变细。
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，牵引电池包括第二电芯堆。电芯行分隔件附接到第二电芯堆。
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，电芯行分隔件和结构粘合剂配合以在结构上将电芯堆和第二电芯堆联接在一起。
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，电芯行分隔件通过双面胶带固定到电芯堆。
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，电芯堆包括多个电池电芯。电芯行分隔件提供共同基准参考平面以将多个电池电芯对准。
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，电芯-电池包电池系统建立牵引电池包的总高压总线电势。
25.根据本公开的另一个示例性方面的方法尤其包括：组装第一电芯堆；将电芯行分隔件附接到第一电芯堆；将第二电芯堆布置成与第一电芯堆相邻；将第一电芯堆和第二电芯堆压缩在一起以形成电芯矩阵；以及在维持对电芯矩阵的压缩的同时，将电芯矩阵移动到牵引电池包的外壳托盘的电芯压缩开口中。
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示出了电芯-电池包电池系统的示例性电芯行分隔件。
32.图5是电芯-电池包电池系统的电芯矩阵的选定部分的俯视图。
33.图6示出了电芯-电池包电池系统的另一个示例性电芯矩阵。
34.图7、图8、图9和图10示意性地示出了组装包括电芯-电池包电池系统的牵引电池包的方法。
35.图11示出了电芯-电池包电池系统的另一个示例性电芯行分隔件。
36.图12示出了牵引电池包的电芯行分隔件与外壳盖之间的接口。
具体实施方式
37.本公开详述了用于在包括电芯-电池包电池系统的牵引电池包内使用的电芯行分隔件。示例性电芯-电池包电池系统可以包括第一电芯堆、第二电芯堆以及电芯行分隔件，所述电芯行分隔件固定到第一电芯堆和第二电芯堆两者并且适于在结构上将第一电芯堆与第二电芯堆联接在一起。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。
38.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。
39.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。
40.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。
41.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。
42.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。
43.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。
44.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。
45.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。
46.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。
47.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。
48.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。
49.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。
50.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。机械紧固件46可以用于将外壳盖34固定到外壳托盘36，但是其他紧固方法也可以是合适的。
51.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。
52.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。
53.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。
54.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。
55.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。
56.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。
57.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。
58.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。
59.如下面进一步详述的，电芯行分隔件48可以为电芯-电池包电池系统20提供各种功能和优点，包括但不限于维持相邻电芯堆30的电池电芯26彼此间隔开；增加电芯矩阵32上的刚度以防止下垂和/或屈曲；提供共同基准参考点以将每个电芯堆30的电池电芯26对准等。由本文描述的电芯行分隔件48提供的功能对于电芯-电池包类型的电池系统可能特别有利，因为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。
60.继续参考图1至图3，图4示出了电芯-电池包电池系统20的电芯行分隔件48的示例性设计。电芯行分隔件48可以是聚合物基部件。例如，电芯行分隔件48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。
61.电芯行分隔件48可以包括基部50和从基部50向上突出的多个指状突出部52。基部50和突出部52可以一起建立电芯行分隔件48的整体单件结构。
62.突出部52可以沿着基部50的长度彼此间隔开。设置在电芯行分隔件48内的突出部52的总数不旨在限制本公开。由于它们的间隔关系，间隙54可以在每对相邻的突出部52之间延伸。
63.突出部52可以沿着彼此平行的纵向轴线远离基部50竖直延伸。每个突出部52可以包括在靠近基部50的近端部分64和与基部50间隔开的远端部分66之间延伸的悬臂式设计。突出部52可以延伸到大于或小于电芯堆30的电池电芯26的对应高度的高度。
64.在实施例中，每个突出部52在朝向远端部分66的方向上逐渐变细。然而，其他配置也会是可能的。
65.电芯行分隔件48还可以包括第一侧表面56和与第一侧表面56相对的第二侧表面58。第一侧表面56可以直接固定到电芯堆30中的一个的电池电芯26，并且第二侧表面58可以固定到电芯矩阵32的相邻电芯堆30。在实施例中，电芯行分隔件48固定到电芯堆30的一个或多个纵向延伸侧。然而，电芯行分隔件48可以固定到电芯堆30的任何一侧。值得注意的是，电芯行分隔件48不直接固定到外壳托盘36。
66.现在参考图5，电芯行分隔件48可以固定到电芯矩阵32的第一电芯堆30-1和第二电芯堆30-2两者，诸如用双面胶带60的一个或多个部段。在所示实施例中，电芯行分隔件48的第一侧表面56通过一段或多段双面胶带60直接固定到第一电芯堆30-1的电池电芯26，并且电芯行分隔件48的第二侧表面58通过另外的一段/多段双面胶带60直接固定到第二电芯
堆30-2的电池电芯26。在该位置，电芯行分隔件48可以防止第一电芯堆30-1的电池电芯26接触第二电芯堆30-2的电池电芯26。
67.间隙54可以在电芯堆30-1、30-2之间建立开放区域以接收结构粘合剂62。突出部52、基部50和相邻电芯堆30-1、30-2的电池电芯26可以围绕结构粘合剂62建立容纳周边，以用于将粘合剂限制到电芯矩阵32的期望位置。一旦固化，结构粘合剂62就可以增加电芯矩阵32的刚度，从而防止下垂和/或屈曲并在结构上将电芯堆30-1、30-2联接在一起。结构粘合剂62可以是环氧树脂或任何其他合适的粘合剂。
68.每个电芯行分隔件48还可以提供共同基准参考平面68(参见图6)以将每个电芯堆30的电池电芯26对准和分组。当电芯堆30的电池电芯26由于公差堆叠和其他制造复杂性而具有略微不同的大小时，共同基准参考平面68作为组装工具可能特别有用。
69.继续参考图1至图6，图7、图8、图9和图10示意性地示出了组装包括电芯-电池包电池系统20的牵引电池包18的方法。应当理解，示例性方法可以包括比下面叙述的更少或附加的步骤。另外，本公开的创造性方法不限于本文详述的实施例中描述的确切次序和/或顺序。
70.首先参考图7，多个电池电芯26可以布置在电芯行台钳(vise)70内。电池电芯26可以沿着纵向轴线a压缩在一起以构造电芯堆30。在实施例中，电芯行台钳70的相对的压缩板72可以被布置用于向两个定位在最外侧的电池电芯26施加压缩力fc。压缩力fc基本上将电池电芯26挤压在一起以形成电芯堆30。可以使用一个或多个附加的电芯行台钳70来重复这些步骤，以构造给定的牵引电池包设计所期望或必需的尽可能多的电芯堆30。
71.接下来，如图8所示，在电芯堆30仍然保持在电芯行台钳70内的情况下，电芯行分隔件48可以固定到电芯堆30。在某些实施例中，电芯行分隔件48可以固定到电芯堆30的两个相对的纵向延伸侧。可以针对一个或多个附加的电芯堆30重复该步骤。
72.现在参考图9，每个电芯堆30的电芯行台钳70可以彼此相邻地布置以形成多行电芯堆30。然后可以使用电芯矩阵接合板(joiner plate)74将电芯堆30压缩在一起以构造电芯矩阵32。电芯矩阵接合板74可以被配置用于施加附加的压缩力f
x
，以在大致垂直于电芯堆30的纵向轴线的方向上将电芯堆30压缩在一起。
73.接下来，如图10所示，在维持压缩力fc和压缩力fx两者的同时，电芯矩阵32可以经由力fd移动到外壳托盘36的电芯压缩开口42中。在该步骤期间移除电芯行台钳70和电芯矩阵接合板74，因此电芯压缩开口42可以围绕电芯矩阵32的整个周边施加压缩力。结构粘合剂62可以在将电芯矩阵32插入电芯压缩开口42之前或之后施加在每个电芯行分隔件48的突出部52之间。
74.图11示出了另一个示例性电芯行分隔件148。电芯行分隔件148类似于上面讨论的电芯行分隔件48。然而，在该实施例中，电芯行分隔件148的一个或多个突出部152可以包括支柱80。支柱80可以设置在突出部152的远端部分166处。
75.参考图12，支柱80可以延伸到电芯堆30的电池电芯26的上表面82上方的位置。支柱80可以与牵引电池包18的外壳盖34对接，以将外壳盖34支撑在电池电芯26上方(参见例如图12)。支柱80可以替代地或另外用于各种其他目的，诸如用于在组装期间将电芯-电池包电池系统20的附加部件(例如，母线模块、导线等)附接和/或定位在电池电芯26上方、拾取、移动和放置电芯矩阵32等。
76.本公开的示例性电芯行分隔件在电芯-电池包电池系统内提供电芯堆分隔。示例性分隔件还可以为由于消除与常规牵引电池包相关联的许多阵列支撑结构而可能出现的各种组装复杂性提供解决方案。
77.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。
78.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。
79.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；以及电芯-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，其中所述电芯-电池包电池系统包括第一电芯堆、第二电芯堆以及电芯行分隔件，所述电芯行分隔件被布置成在结构上将所述第一电芯堆和所述第二电芯堆联接在一起。2.如权利要求1所述的牵引电池包，其中所述外壳总成包括外壳盖和外壳托盘，并且任选地，其中所述外壳托盘提供用于压缩所述第一电芯堆和所述第二电芯堆的电芯压缩开口。3.如权利要求1或2所述的牵引电池包，其中所述电芯行分隔件通过第一双面胶带固定到所述第一电芯堆，并且通过第二双面胶带固定到所述第二电芯堆，并且任选地，所述牵引电池包包括接收在所述电芯行分隔件的第一突出部和第二突出部之间的结构粘合剂。4.如任一前述权利要求所述的牵引电池包，其中所述电芯行分隔件是聚合物基部件。5.如任一前述权利要求所述的牵引电池包，其中所述电芯行分隔件包括基部以及从所述基部向上突出的多个突出部。6.如权利要求5所述的牵引电池包，其中所述多个突出部沿着所述基部的长度彼此间隔开，并且间隙在所述多个突出部中的相邻突出部之间延伸，并且任选地，所述牵引电池包包括接收在所述间隙内的结构粘合剂。7.如任一前述权利要求所述的牵引电池包，其中所述电芯-电池包电池系统建立所述牵引电池包的总高压总线电势。8.如权利要求1所述的牵引电池包，其中：所述电芯行分隔件附接到所述第一电芯堆并且包括基部、从所述基部延伸的第一突出部和从所述基部延伸的第二突出部；并且结构粘合剂被接收在在所述第一突出部与所述第二突出部之间延伸的间隙内。9.如权利要求8所述的牵引电池包，其中所述电芯行分隔件是聚合物基部件。10.如权利要求8或9所述的牵引电池包，其中所述第一突出部和所述第二突出部是指状突出部。11.如权利要求8至10中任一项所述的牵引电池包，其中所述第一突出部和所述第二突出部朝向远端部分逐渐变细。12.如权利要求8至11中任一项所述的牵引电池包，其中所述电芯行分隔件附接到所述第二电芯堆，并且任选地，其中所述电芯行分隔件和所述结构粘合剂配合以在结构上将所述第一电芯堆和所述第二电芯堆联接在一起。13.如权利要求8至12中任一项所述的牵引电池包，其中所述电芯行分隔件通过双面胶带固定到所述第一电芯堆。14.如权利要求8至13中任一项所述的牵引电池包，其中所述第一电芯堆包括多个电池电芯，并且其中所述电芯行分隔件提供共同基准参考平面以将所述多个电池电芯对准。15.一种方法，其包括：组装第一电芯堆；将电芯行分隔件附接到所述第一电芯堆；将第二电芯堆布置成与所述第一电芯堆相邻；
将所述第一电芯堆和所述第二电芯堆压缩在一起以形成电芯矩阵；以及在维持对所述电芯矩阵的压缩的同时，将所述电芯矩阵移动到牵引电池包的外壳托盘的电芯压缩开口中。

技术总结
本公开提供了“具有电芯-电池包电池系统的牵引电池包的电芯行分隔件”。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电芯行分隔件。示例性电芯-电池包电池系统可以包括第一电芯堆、第二电芯堆和固定到第一电芯堆和第二电芯堆两者的电芯行分隔件。所述分隔件适于在结构上将第一电芯堆和第二电芯堆联接在一起。堆联接在一起。堆联接在一起。


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