带有悬臂侧密封的电池单元冷却框架制造技术

本发明专利技术涉及带有悬臂侧密封的电池单元冷却框架。一种模块化电池包和制造电池包的方法。棱柱形罐式电池单元在壳体内沿堆叠轴线穿插在冷却框架中，使得形成均带有冷却路径的多个电池单元-框架组件。在框架上的弹性偏压密封构件布置成使得其保持在由连接的电池单元和框架限定的印迹外，以促进方便且高速的电池单元至框架的组装。当电池单元-框架组件形成和随后放置至带有压靠在密封构件的突起端的内壁的壳体中时，密封构件由壳体迫使达到与电池单元边缘的相对应的表面接触接合。由接触接合形成的大致线性平的接触表面促进密封表面形成，其使得引入的冷却空气更难逸出。通过密封构件构造，电池单元-框架组件可采用高速自动组装技术来产生，其可在组装前具有大制造公差且在组装后可具有无间隙的电池单元至冷却框架接触表面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及一种在电池包（batterypack）内的用于电池单元的冷却结构，以及更具体地涉及将电池联接至带有整体附接特征部的冷却框架，以同时提升在高容量电池包组装期间电池单元和框架之间的适当间隙和当电池包已组装好时对于引入至限定在电池单元和冷却框架之间的空间中的流体的密封。
技术介绍
在混合动力电动车辆（HEV）的情况下，或替代地，在纯电动车辆（EV）、常规的内燃发动机（ICE）的情况下，统称为可再充电的能量存储系统（RESS）的锂离子和相关的电池在车辆及相关的运输应用中正被用作补充方式。从固定的和便携式的电源被动存储能量的能力，以及从由车辆及其部件提供的回收动能存储能量的能力，使此类电池理想地作为用于车辆、卡车、公共汽车、摩托车和相关的车辆平台的推进系统的一部分。在适用于车辆应用的一种形式中，单独的电池单元（即，单个的电化学电池单元）成形为大体薄的矩形构件。电流往返电池单元的流量如此设置，使得当几个此类电池单元组合成较大的组件时，能够增加所述电流或电压以产生所期望的功率输出。在本文中，较大的模块和包组件是由一个或更多个以串联的、并联的或两者均有的形式连接的电池单元组成，且可包括额外的结构以确保这些电池单元的正确??安装和运转。虽然在此文中使用术语“电池包”来描述用于使用在推进动力应用中的大致完整的电池组件，但是本领域技术人员将理解到，相关的术语-例如“电池单元”或类似的-也可用于描述此类组件，而且任一术语可互换地使用，且在此类理解中没有损失。温度是影响电池性能和寿命两者的最重要因素之一，尤其是那些用于车辆应用的推进动力和相关的高功率需求构型。从外因方面，环境状况（例如那些在冷或热的环境中持久的闲置周期期间所遇到的）是重要因素，而从内因方面，由电池包产生的大量电能和伴随的热量产生，以及滥用状况（如快速充电/放电，或电池单元的物理形变、穿透或制造缺陷引起的内部/外部短路），能够对电池的正确运转能力造成负面影响。在任一情况的极端形式中，此类温度能够完全损坏电池。特别是关于长期暴露在高温下，副作用可包括过早老化和加速功率和能量衰减，此外这两者都是不期望的。在一种形式中，组成电池包的各个电池单元配置成限定被称为电池壳的刚性外壳体的矩形（即，棱柱形）罐。与其形状相似的棱柱形袋状电池单元对应物一样，棱柱形罐式电池单元能够沿着由排列的平行板状表面形成的堆叠轴线放置成面对布置（很像一副纸牌）。位于电池壳外部上的一个边缘上的正负端子相对于堆叠轴线彼此侧向间隔开，且作为电接触用于连接（例如经由母线）至外部负载或电路。在电池壳内，多个单独交替的正和负电极沿堆叠方向彼此间隔开，且由非导电的分离器保持电隔离。来自每个负电极的引线一起聚集在电池壳内部以供给负端子，而来自每个正电极的引线也同样聚集在一起以供给正端子。为了帮助避免过量的热积累，冷却系统可以集成到电池包中。在上述构型中（其中电池单元以大体重复的方式中堆叠或布置）此类冷却系统可包括用于在各电池单元之间引入冷却介质的装置。此类冷却系统的运转可响应于温度升高的电池单元的膨胀和相关的压缩作用而被阻碍，如在较低的包温度期间可存在的冷却通道倾向于响应单个电池单元膨胀而尺寸减少（或整个被切断）。为了防止温度相关的问题，用于保持、安装或以其它方式固定邻接-堆叠的电池单元的框架状构件可用来保持在其间形成的通道或相关的体积空间。如此，这些框架通常对于保持邻接电池单元之间的尺寸一致性及相关的密封完整性是关键的，其是作为防止引入通道的或相关体积间隙的冷却介质意外释放的方式。尽管如此，与将框架联接到电池单元相关联的接头和密封需要复杂的制造工艺。采用棱柱形罐式电池单元构型（尤其将冷却框架放置成邻接电池单元）能够具有相互排斥的益处。例如，通过紧密尺寸公差来试图确保适当高的水平的密封完整性阻碍高速组装操作，但是大的组装生产量留出较大的制造公差，这反过来引起在电池单元与框架之间的间隙，而这些间隙是包内大多数冷却剂损耗的原因。
技术实现思路
本专利技术通过下列来解决上述问题：允许在高速自动组装期间在邻接的冷却框架与电池单元之间的空隙（即间隙），而当框架和电池单元已经连接在一起且放置于电池单元保持架或相关壳体结构中时闭合此间隙。单个棱柱形罐式电池单元的此类高速自动组装成较大模块或包结构的示例可以在由本专利技术的受让人拥有并且通过引用并入本文的一对同族专利申请中找到；这些是2013年3月15日提交的名称为LARGEFORMATCELLHANDLINGFORHIGHSPEEDASSEMBLY（用于高速组装大号电池操作）的美国申请No.13/835,858和2013年8月21日提交的名称为HorizontalHighSpeedStackingforBatterieswithPrismaticCans（用于棱柱形罐式电池的水平高速堆叠）的美国申请No.13/972,224。本专利技术的联接是有益的在于，它避免必须使用外来成形冷却板或可压碎的部件来影响气流密封，且同样避免了减少每个电池单元和冷却框架之间的间隙至对于例程模块组装操作而言过小的尺寸。根据本专利技术的教导，公开了用于将一个或更多个棱柱形罐式电池单元固定成较大的电池组件（例如电池模块或电池包）的模块设计。在本文中，保持架或相关壳体可限定由沿一个轴线的两个相对支架和沿正交轴线的两个相对的端部板组成的开口箱，所有这些都可以被放置在托盘上或与其一起形成，以作为模块主要支撑结构。而且在本文中，电池包被认为是该包设计用于车辆的推进的所需部件的大致完整的组件或系统，而电池模块和单个电池单元（如上所述的）被认为是随后组装到总体系统的包或其它较大部分的子部件。同样地，用于车辆应用的电池包的部件的组件可以包括（除了多个电池单元）冷却板、框架、托盘、固定机构以及虽然不促进电力产生却是形成整个电池系统组装和组装的重要部分的其它设备。传统上，所有这些部件以此方式堆叠和连接在一起，使得重量、成本和复杂性都增加了。以示例的方式，单独的框架可高达整体电池包组件或系统的总重量的10％，而包含冷却和密封功能可显著增加组装操作的复杂性。多个棱柱形罐式电池单元沿堆叠轴线布置，使得相对应的多个冷却框架中的每个都能够面对地穿插在邻近的一对电池单元之间以限定带有冷却路径的电池单元-框架组件。每个框架包括一个或更多??个弹性偏压的密封构件，使得当形成电池单元-框架组件且随后放置至配置来包含电池单元-框架组件的壳体中时，所述密封构件的突起远端（在其正常、未变形状态中，其被偏压远离与电池单元的接触接合且因此在由所述电池单元的板状表面限定的印迹外）由刚性壳体内壁的作用力压缩。然后远端的相对表面（由于远离其悬臂表面的枢轴点）移动到与电池单元的边缘的相对应表面处于接触接合中。因为这些接触表面限定大体线性的扁平结构，其接触沿着重要的各个部分部件，它们形成的密封表面使得引入的冷却空气从在接合的电池和框架之间形成的冷却路径中更难逸出。根据本专利技术的再另一个方面，公开了一种组装冷却框架至汽车电池包的棱柱形罐式电池单元的方法。本方法包括提供带有一个或更多个弹性偏压的密封构件形成在其上的框架。在此之后，所述冷却框架放置成邻接电池单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交通工具电池包的组件，其包括：沿堆叠轴线布置的多个棱柱形罐式电池单元；多个冷却框架，其每个面对地穿插在邻近的一对所述电池单元之间且联接到至少一个电池单元以限定在其间带有冷却路径的电池单元‑框架组件，每个所述框架限定形成在其上的至少一个弹性偏压的密封构件；以及壳体，其配置来容纳所述电池单元‑框架组件，使得在所述电池单元‑框架组件放置至所述壳体中之前，所述密封构件被偏压远离与所述各自的一个所述电池单元的接触接合，且当所述电池单元‑框架组件由此放置至所述壳体中以形成所述接触接合时，所述密封构件由于所述壳体的表面而从其偏压的位置变形，所述接触接合在相对应的所述电池单元‑框架组件内的每个所述框架和所述电池单元之间限定冷却路径密封表面。

【技术特征摘要】
2014.06.20 US 14/3099371.一种交通工具电池包的组件，其包括：
沿堆叠轴线布置的多个棱柱形罐式电池单元；
多个冷却框架，其每个面对地穿插在邻近的一对所述电池单元之间且联接到至少一个电池单元以限定在其间带有冷却路径的电池单元-框架组件，每个所述框架限定形成在其上的至少一个弹性偏压的密封构件；以及
壳体，其配置来容纳所述电池单元-框架组件，使得在所述电池单元-框架组件放置至所述壳体中之前，所述密封构件被偏压远离与所述各自的一个所述电池单元的接触接合，且当所述电池单元-框架组件由此放置至所述壳体中以形成所述接触接合时，所述密封构件由于所述壳体的表面而从其偏压的位置变形，所述接触接合在相对应的所述电池单元-框架组件内的每个所述框架和所述电池单元之间限定冷却路径密封表面。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述密封构件限定与所述框架整体形成的悬臂结构。
3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述悬臂结构限定用于所述密封构件的枢轴点，使得所述密封构件的远端的运动响应于由所述壳体施加的压缩力围绕所述枢轴点在圆弧路径中移动。
4.根据权利要求3所述的组件，其中，在相对应的所述电池单元-框架组件内的每个所述框架和所述电池单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：BW麦克劳林，CW麦克卢尔，AP欧里，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US