带有集成燃料箱安装系统的推进电池组技术方案

本发明专利技术涉及带有集成燃料箱安装系统的推进电池组。提出了具有集成燃料箱的电池组件、用于制造/使用此类电池组件的方法以及具有带集成纤维复合氢燃料箱的可充电牵引电池组的燃料电池电动车辆。可充电能量存储系统（RESS）组件包括电池组外壳，其具有位于两个箱安装腔之间的内部电池模块隔室。每个安装腔凹入到电池组外壳的相应侧向侧中。多个可充电电池模块彼此电互连并且被安装在电池模块隔室内部。每个电池模块容纳多个电池单元，诸如一堆串联连接锂离子袋状单元电池。燃料箱被安装在电池组外壳的侧向侧上的箱安装腔中的每个中。每个燃料箱（其可以由碳纤维增强聚合物制成）存储并选择性分配燃料，诸如富氢压缩气体燃料。诸如富氢压缩气体燃料。诸如富氢压缩气体燃料。

【技术实现步骤摘要】
带有集成燃料箱安装系统的推进电池组


[0001]本公开大体涉及用于将燃料（通常是富氢流体）转换成电力的燃料电池（fuel cell）系统。更具体地，本公开的各方面涉及用于燃料电池车辆的推进电池组（battery pack）和燃料箱安装架构。

技术介绍

[0002]目前生产机动车辆（诸如现代车辆）最初配备有操作成推进车辆并给车辆车载电子器件提供动力的动力传动系。在汽车应用中，例如，车辆动力传动系通常以原动机作为典型，该原动机通过自动或手动换档的动力变速器向车辆的最终驱动系统（例如差速器、轮轴、车轮等）输送驱动扭矩。历史上，由于往复活塞型内燃发动机（ICE）组件的易于获得和相对便宜的成本、轻的重量和整体效率的原因，汽车由其提供动力。作为一些非限制性示例，这样的发动机包括压缩点火（CI）柴油发动机、火花点火（SI）汽油发动机、二、四和六冲程架构和旋转发动机。另一方面，混合电动和全电动（统称为“电驱动”）车辆利用替代能源来推进车辆且因此最小化或消除牵引动力对基于化石燃料的发动机的依赖。
[0003]HEV和FEV动力传动系采用各种架构，其中一些利用燃料电池系统供应电力以用于给车辆的牵引马达提供动力。燃料电池是电化学装置，其通常由接收氢气（H2）的阳极电极、接收氧气（O2）的阴极电极和介于阳极和阴极之间的电解质构成。电化学反应被诱发以便氧化阳极处的氢气分子以产生自由质子（H+），之后这些质子通过电解质以便在阴极处用氧化剂进行还原。具体地，在富氢燃料中的氢气分子在阳极催化剂层中的氧化半电池反应中被催化分解，以生成自由氢质子和电子。这些氢质子穿过电解质到阴极，在此氢质子与氧气和阴极中的电子反应以形成包括水的堆副产品。然而，来自阳极的电子不能穿过电解质；这些电子在被发送到阴极之前被重新定向成通过负载，诸如车辆的牵引马达或可充电电池组。
[0004]通常使用在汽车应用中的燃料电池设计利用固体聚合物电解质膜（PEM）（也被称为“质子交换膜”）来提供在阳极和阴极之间的离子运输。质子交换膜燃料电池（PEMFC）通常使用固体聚合物电解质（SPE）质子传导膜，诸如全氟磺酸膜，以分离产品气体并提供动力极的电绝缘，以及质子的传导。阳极和阴极通常包括精细分散的催化颗粒，诸如铂，其被支撑在碳颗粒上并与离聚物混合。这种催化混合物被沉积在膜的侧面上，以形成阳极层和阴极层。阳极催化层、阴极催化层和电解质膜的组合限定膜电极组件（MEA），其中阳极催化剂和阴极催化剂被支撑在离子导通固体聚合物膜的相对面上。
[0005]许多商业上可获得的燃料电池车辆（FVC）使用可充电牵引电池组来存储和供应必需的动力以操作动力传动系的牵引马达单元。为了产生具有足够的车辆行驶里程和速度牵引动力，牵引电池组比标准的12伏起动、照明和点火（SLI）电池显著更大、功率更大且容量（Amp
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hr）更大。与12V SLI电池的6单元电池（cell）构造相比，现代牵引电池组将成百上千个堆叠的电池单元（battery cell）聚集到单独电池模块上，所述单独电池模块安装到车辆底盘上，例如通过电池组外壳或支撑托盘。标准锂离子电池（LiB）单元由两个导电电极、电解质材料和可渗透分离器构成，所有这些都被封装在电绝缘包装内部。可充电LiB单元电池
通过锂离子在配合的负和正工作电极之间且通过可渗透分离器来回可逆穿过而操作。堆叠的电化学电池单元可以通过使用电互连板（ICB）被串联或并联连接。专用电子电池控制模块（EBCM）通过与动力传动系控制模块（PCM）和牵引动力逆变器模块（TPIM）协同操作来调节电池组接触器的打开和闭合以管理电池组的操作。

技术实现思路

[0006]本文中提出了具有集成燃料箱的电化学电池组件、用于制造此类电池组件的方法和用于使用此类电池组件的方法以及具有带集成纤维复合氢燃料箱的可充电牵引电池组的燃料电池电动车辆（FCEV）。例如，可充电能量存储系统（RESS）将一对碳纤维增强聚合物（CFRP）氢箱组合到多模块电池组的组外壳中。每个高压CFRP氢箱位于组外壳的相应侧向侧上；两个箱在电池组的前后长度上延伸以同时闭合外壳的左侧和右侧。CFRP氢箱可以被套在可压缩隔离垫中并且经由紧固带被刚性地固定到电池组外壳的中央模块隔室。带的内侧部段被锚固到带安装托架，而带的外侧端经由蜗轮夹具、T形螺栓夹具或刚性背板被固定在一起。电池模块的矩形阵列（例如，12个模块，每个模块包含15
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30个Li离子单元电池）可以被夹在CFRP氢箱之间、被堆叠在中央模块隔室的底部和中心支撑板上。顶板闭合模块隔室的上部并且两个端板闭合电池组外壳的纵向端。一组纵向轨可以被楔入每个箱及其邻接电池模块之间。
[0007]至少一些公开概念的附带好处包括推进电池和箱结构安装架构，其利用燃料箱的刚性和形状锁定并密封RESS电池模块，同时增加组的稳健性和结构刚性。箱的圆柱形形状也可以被锁定在电池组外壳的顶板和底板中，而RESS的中心支撑板维持箱与箱的间距同时增强箱之间的刚性。刚性横梁构件的侧向端可以成轮廓为箱的弧形周边以便将箱锁定就位。除了增强组外壳的结构完整性并且优化RESS的侧面碰撞性能之外，公开的电池组外壳配置还减小了RESS的系统体积和质量。通过减小包装空间和RESS总重量，公开的概念也有助于增加行驶里程、燃料经济性和车辆性能。
[0008]本公开的各方面涉及具有集成燃料箱的电化学电池组件。在示例中，RESS组件包括电池组外壳，其具有位于两个箱安装腔之间的内部电池模块隔室。每个安装腔凹入到电池组外壳的相应侧向侧中。多个可充电电池模块彼此电互连并且被安装在电池模块隔室内部。每个电池模块容纳多个电池单元，例如一堆串联连接锂离子袋状单元电池。燃料箱被安装在电池组外壳的侧向侧上的每个箱安装腔中。每个燃料箱可以全部或部分地由CFRP材料或类似适当纤维增强聚合物（FRP）材料制成。这些燃料箱存储并选择性分配燃料，诸如富氢压缩气体燃料。
[0009]本公开的各方面涉及配备有具有集成燃料箱的电化学电池组件的机动车辆。如本文中所使，术语“车辆”和“机动车辆”可以被互换且同义地使用以包括任何相关的车辆平台，诸如乘用车辆（ICE、HEV、FEV、FCEV、全自主和部分自主等）、商用车辆、工业车辆、履带车辆、越野和全地形车辆（ATV）、摩托车、农用设备、船艇、飞机等。对于非汽车应用，公开的概念可以用于所有逻辑上相关的用途，包括独立发电站、便携式电源组、备用发电机系统、泵送设备、机床、电器等。在示例中，机动车辆包括具有乘客舱、安装到车身的多个车轮和其他标准原始设备的车身。具有发动机组件（例如，对于基于ICE的动力传动系）、电牵引马达（例如，对于全电力动力传动系）或发动机组件和牵引马达二者（例如，对于混合动力传动系）性
质的原动机选择性地驱动车轮中的一个或多个，从而推进车辆。
[0010]继续对上面示例的讨论，车辆也包括具有燃料电池堆的燃料电池系统，其可操作成将富氢燃料转换成电力。由燃料电池系统生成的电力被存储在驻留的RESS组件中。RESS组件包括电池组外壳，其被附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可充电能量存储系统（RESS）组件，包括：电池组外壳，在其中限定位于第一箱安装腔和第二箱安装腔之间的电池模块隔室，所述第一箱安装腔和第二箱安装腔凹入到所述电池组外壳的第一侧向侧和第二侧向侧中；被安装在所述电池模块隔室内部的多个电池模块，所述电池模块中的每个容纳一堆电池单元；以及第一燃料箱和第二燃料箱，所述第一燃料箱和第二燃料箱分别被安装在所述电池组外壳的所述第一侧向侧和第二侧向侧上的所述第一箱安装腔和第二箱安装腔中，所述第一燃料箱和第二燃料箱中的每个被配置成存储并选择性地分配燃料。2.根据权利要求1所述的RESS组件，其中所述第一燃料箱和第二燃料箱中的每个包括使用纤维增强聚合物（FRP）材料形成的细长圆柱形壳体。3.根据权利要求2所述的RESS组件，其中所述细长圆柱形壳体具有纵向箱长度，所述纵向箱长度基本等于所述电池组外壳的纵向组长度。4.根据权利要求2所述的RESS组件，其中所述燃料是氢基流体，并且其中所述第一燃料箱和第二燃料箱中的每个包括位于所述圆柱形壳体内部并且在其中容纳有所述氢基流体的高密度聚合物衬里。5.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
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：