帶熱交換器插入特征的用于電池模塊的框架的制作方法
【專利摘要】本發明涉及帶熱交換器插入特征的用于電池模塊的框架。具體而言，涉及一種用于保持多個電池單元的支撐框架組件，其包括：具有多個第一突條的第一端框架，具有多個第二突條的第二端框架，以及具有用于接收多個第一突條和多個第二突條的多個槽的結構框架。第一端框架和第二端框架附接到結構框架以保持第一電池單元、第二電池單元以及位于第一電池單元和第二電池單元之間的泡沫墊。結構框架具有在其中的用于接收冷卻組件的彎曲特征，以及具有用于接收來自冷卻組件的散熱片的斜切槽。支撐框架組件還包括聯鎖特征，所述聯鎖特征與另一個支撐框架匹配，其中在相鄰的支撐框架之間限定有間隙。
【專利說明】帶熱交換器插入特征的用于電池模塊的框架
【技術領域】
[0001 ] 在至少一個方面中，本發明涉及電池模塊組件，并且具體而言，涉及用于在這樣的組件中將電池單元保持在一起的框架。
【背景技術】
[0002]當前正在研宄大容量可再充電電池以便在電動車中使用。電動車的最終可行性依賴于顯著降低相關聯的成本。電池組件成本的降低是特別重要的。
[0003]鋰離子電池是一種重要的電池技術類型。包括鋰離子電池組件的大多數電池組件都包括多個單獨的電化學單元。通常，這樣的電化學單元包括陽極、陰極以及介于陽極和陰極之間的分離器。通常，陽極包括上面涂覆有石墨層的金屬板或箔(常常為銅金屬)。類似地，陰極常常包括上面涂覆有含鋰層的金屬板或箔(常常為鋁金屬)。最后，電化學單元包括介于陽極和陰極之間的電解質。端子允許產生的電被用于外部電路。電化學單元通過電化學反應產生電。
[0004]對于高功率和高能量應用而言，采用多個電池單元并將其組裝成電池模塊。而且，這樣的電池模塊包括散置在并聯有線的電池單元對中的電池單元之間的多個金屬(例如，銅和/或鋁)散熱片，所述金屬散熱片通過循環冷卻液來冷卻。壓縮泡沫墊通常散置在一些電池單元對之間。由于電池模塊需要大量的部件，所以需要高效組裝的配置。
[0005]因此，存在對改進的電池模塊組件以及對構建和組裝這樣的電池模塊組件的方法的需要。
【發明內容】
[0006]本發明通過為電池模塊提供支撐框架組件來解決現有技術中的一個或多個問題。所述支撐框架組件包括:具有多個第一突條的第一端框架；具有多個第二突條的第二端框架；具有用于接收所述多個第一突條和所述多個第二突條的多個槽的結構框架。第一端框架和第二端框架附接到結構框架以保持第一電池單元、第二電池單元以及位于第一電池單元和第二電池單元之間的泡沫墊。結構框架具有第一側壁、第二側壁、第三側壁和第四側壁。第一側壁限定了位于其中的用于接收冷卻組件的彎曲特征，以及限定了用于接收來自冷卻組件的散熱片的斜切槽。支撐框架組件還包括聯鎖特征，所述聯鎖特征與另一個支撐框架匹配，其中在相鄰的支撐框架之間限定有間隙。
[0007]在另一個實施例中，提供了結合支撐框架組件的電池模塊。所述電池模塊包括冷卻組件和多個支撐框架組件。冷卻組件包括入口歧管、出口歧管以及與入口歧管和出口歧管流體連通的多個散熱片。如上所述，所述多個支撐框架組件中的每個支撐框架組件包括:具有多個第一突條的第一端框架；具有多個第二突條的第二端框架；具有用于接收所述多個第一突條和所述多個第二突條的多個槽的結構框架。第一端框架和第二端框架附接到結構框架以保持第一電池單元、第二電池單元以及位于第一電池單元和第二電池單元之間的泡沫墊。結構框架具有第一側壁、第二側壁、第三側壁和第四側壁。第一側壁限定了位于其中的用于接收冷卻組件的彎曲特征，以及限定了用于接收來自所述多個散熱片中的散熱片的斜切槽。支撐框架組件還包括聯鎖特征，所述聯鎖特征與另一個支撐框架匹配，其中在相鄰的支撐框架之間限定有間隙。
[0008]本發明還包括以下解決方案:
[0009]1.一種用于電池模塊的支撐框架組件，所述支撐框架組件包括:
[0010]具有多個第一突條的第一端框架；
[0011]具有多個第二突條的第二端框架；以及
[0012]具有用于接收所述多個第一突條和所述多個第二突條的多個槽的結構框架，所述第一端框架和所述第二端框架附接到所述結構框架以保持第一電池單元、第二電池單元以及位于所述第一電池單元和所述第二電池單元之間的泡沫墊，所述結構框架具有第一側壁、第二側壁、第三側壁和第四側壁，所述第一側壁具有在其中的用于接收冷卻組件的彎曲特征，以及具有用于接收來自所述冷卻組件的散熱片的斜切槽，所述結構框架還包括與另一個支撐框架匹配的聯鎖特征，其中在相鄰的支撐框架之間限定有間隙。
[0013]2.如方案I所述的支撐框架組件，其特征在于，所述第二側壁包括允許電池單元突出部的附接的支撐特征。
[0014]3.如方案2所述的支撐框架組件，其特征在于，所述電池單元突出部通過激光焊接來附接。
[0015]4.如方案I所述的支撐框架組件，其特征在于，所述斜切槽提供了用于引導所述散熱片的導引，并且其中，所述結構框架限定了通道，用于將所述散熱片保持在所述間隙中，而所述散熱片不接觸電池單元。
[0016]5.如方案I所述的支撐框架組件，其特征在于，所述第一端框架和所述第二端框架附接到所述結構框架，以便還保持除所述第一電池單元和所述第二電池單元之外的第三電池單元和第四電池單元。
[0017]6.如方案I所述的支撐框架組件，其特征在于，所述第二電池被定位到所述第二端框架中，所述結構框架被堆疊到所述端框架中，所述第一電池單元位于結構框架的相對一側上，其中所述第一端框架堆疊到所述結構框架的所述相對一側。
[0018]7.如方案I所述的支撐框架組件，其特征在于，所述第一端框架和所述第二端框架各自獨立地包括第一側邊、第二側邊、第三側邊和第四側邊，其中所述多個第一突起從所述第一端框架的第二側邊和第四側邊延伸，并且所述多個第二突起從所述第二端框架的第二側邊和第四側邊延伸。
[0019]8.如方案7所述的支撐框架組件，其特征在于，所述支撐框架的第二側壁和第四側壁各自獨立地具有多個槽，用于接收所述第一端框架的所述多個第一突條和所述第二端框架的所述多個第二突條。
[0020]9.如方案8所述的支撐框架組件，其特征在于，所述第一端框架具有從所述第一端框架的第三側邊延伸的多個第一突出部，所述第二端框架具有從所述第二端框架的第三側邊延伸的多個第二突出部，所述多個第一突出部和所述多個第二突出部接觸所述支撐框架的第三側壁中的接收特征。
[0021]10.如方案I所述的支撐框架組件，其特征在于，所述多個第一突起和所述多個第二突起各自獨立地包括具有卡接部段的突起，所述卡接部段附接到限定在所述支撐框架中的開口。
[0022]11.如方案I所述的支撐框架組件，其特征在于，所述支撐框架還包括位于角部處的用于附接相鄰框架組件的聯鎖特征。
[0023]12.如方案I所述的支撐框架組件，其特征在于，所述第一端框架和所述第二端框架各自獨立地包括彈簧元件，所述彈簧元件允許散熱片在支撐框架組件之間滑動，而不會接觸電池單元表面。
[0024]13.—種電池模塊，包括:
[0025]冷卻組件，其具有入口歧管、出口歧管以及與所述入口歧管和所述出口歧管流體連通的多個散熱片；
[0026]多個支撐框架組件，所述多個支撐框架組件中的每個支撐框架組件包括:
[0027]具有多個第一突條的第一端框架；
[0028]具有多個第二突條的第二端框架；以及
[0029]具有用于接收所述多個第一突條和所述多個第二突條的多個槽的結構框架，所述第一端框架和所述第二端框架附接到所述結構框架以保持第一電池單元、第二電池單元以及位于所述第一電池單元和所述第二電池單元之間的泡沫墊，所述結構框架具有第一側壁、第二側壁、第三側壁和第四側壁，所述第一側壁具有在其中的用于接收所述冷卻組件的彎曲特征，以及具有用于接收來自所述多個散熱片中的散熱片的斜切槽，所述結構框架還包括與另一個支撐框架匹配的聯鎖特征，其中在相鄰的支撐框架之間限定有間隙。
[0030]14.如方案13所述的電池模塊，其特征在于，所述多個支撐框架組件包括2至10個支撐框架組件。
[0031]15.如方案13所述的電池模塊，其特征在于，所述第二側壁包括允許電池單元突出部的附接的支撐特征。
[0032]16.如方案13所述的電池模塊，其特征在于，所述第一端框架和所述第二端框架附接到所述結構框架，以便還保持除所述第一電池單元和所述第二電池單元之外的第三電池單元和第四電池單元。
[0033]17.如方案13所述的電池模塊，其特征在于，所述第一端框架和所述第二端框架各自獨立地包括第一側邊、第二側邊、第三側邊和第四側邊，其中多個第一突起從所述第一端框架的第二側邊和第四側邊延伸，并且多個第二突起從所述第二端框架的第二側邊和第四側邊延伸。
[0034]18.如方案17所述的電池模塊，其特征在于，所述支撐框架的第二側壁和第四側壁各自獨立地具有多個槽，用于接收所述第一端框架的所述多個第一突條和所述第二端框架的所述多個第二突條。
[0035]19.如方案18所述的電池模塊，其特征在于，所述第一端框架具有從所述第一端框架的第三側邊延伸的多個第一突出部，所述第二端框架具有從所述第二端框架的第三側邊延伸的多個第二突出部，所述多個第一突出部和所述多個第二突出部接觸所述支撐框架的第三側壁中的接收特征。
[0036]20.如方案12所述的電池模塊，其特征在于，所述多個第一突起和所述多個第二突起各自獨立地包括具有卡接部段的突起，所述卡接部段附接到限定在所述支撐框架中的開口。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1A是結合支撐框架并位于殼體內的電池模塊的透視圖；
[0038]圖1B是結合支撐框架的電池模塊的前視圖；
[0039]圖2是用于圖1A和圖1B的電池模塊中的支撐框架組件的透視圖；
[0040]圖3是圖2的支撐框架組件的分解透視圖；
[0041]圖4是用于圖2和圖3的框架組件中的端框架的透視圖；
[0042]圖5是用于圖2和圖3的框架組件中的支撐框架的透視圖；
[0043]圖6是附接在一起的兩個支撐框架組件的側視圖。
【具體實施方式】
[0044]現在將詳細參考本發明的目前優選的組成、實施例和方法，這些構成了對于發明人而言目前已知的實踐本發明的最佳模式。附圖不一定按比例繪制。然而，應當理解的是，所公開的實施例僅僅是本發明的示例，本發明可以各種不同且可替代的形式實施。因此，本文中公開的特定細節不應被解釋為限制性的，而應僅僅解釋為關于本發明的任何方面的代表性基礎和/或解釋為用于教導本領域技術人員以各種方式使用本發明的代表性基礎。
[0045]除了在示例中，或當另外明確指示時，本說明書中指示材料的量或者反應和/或使用的條件的所有數值量都應當以對本發明的最廣范圍進行描述的方式被理解為通過措辭“大約”修飾。所聲明的數值限制內的實踐一般是優選的。此外，除非明確聲明為相反的情況，否則:百分比、“部分的”和比率的值都是按照重量的；首字母縮寫詞或其它縮寫的第一定義適用于本文中具有相同縮寫的所有后繼使用，并將必要的修改應用于初始定義的縮寫的正常語法變型；并且，除非明確聲明為相反的情況，否則屬性的測量通過與之前或之后針對相同屬性參考的相同的技術來確定。
[0046]還應理解的是，本發明并不限于下文中描述的特定實施例和方法，這是由于特定的部件和/或條件當然可以變化。而且，本文中所用的術語僅出于描述本發明的特定實施例的目的而使用，并不意在以任何方式進行限制。
[0047]還必須注意的是，如本說明書和所附權利要求中所用，除非上下文明確地另外指示，否則單數形式“一”、“一個”、“一種”和“該”包括復數指示對象。例如，以單數提及的部件也意在包括多個部件。
[0048]遍及引用了出版物的本申請，這些出版物的公開內容由此通過引用整體地結合到本申請中，以更充分地描述本發明涉及的現有技術的水平。
[0049]參考圖1A和圖1B，其提供了結合支撐框架的電池模塊的示意圖。圖1A和圖1B描繪了略微拆開的冷卻歧管。在組裝期間，沿方向Cl1推冷卻歧管16。圖1A是電池模塊的透視圖，而圖1B是電池模塊的前視圖。電池模塊10包括多個支撐框架組件12\122、123、124和125，其中的每一個容納多個電池單元，如下面更詳細闡述的。盡管本發明不限于電池模塊中所用的支撐框架組件的數量，但是典型的電池模塊可以包括2個至10個具有設置在其中的電池單元的這樣的框架組件。電池模塊10還包括冷卻組件14，其具有冷卻歧管子組件16。冷卻歧管子組件16包括用于將液體冷卻劑引入到冷卻組件的入口歧管18，以及用于使冷卻劑從冷卻劑組件離開的出口歧管20。冷卻組件14還包括附接到入口歧管18和出口歧管20的多個散熱片22\222、223、224和22 5。冷卻劑經由入口冷卻歧管18進入散熱片22\222、223、224和22 5，并隨后通過散熱片中的冷卻通道流動。冷卻劑離開散熱片并進入出口歧管20，且隨后通常再循環到入口歧管18。圖1描繪了略微拉回的冷卻歧管。在操作期間，沿方向Cl1推冷卻歧管16。散熱片22 \222、223、224和22 5通過如下所述的支撐框架組件12\122、123、124和12 5上的彎曲特征被保持就位。支撐框架組件12 \ 122、123、124和12 5被殼體24包圍并通過殼體24保持在一起。
[0050]參考圖2、圖3、圖4和圖5，它們提供了圖1中所用的支撐框架組件的示意圖。圖2是所述支撐框架組件的透視圖。圖3是圖2的支撐框架組件的分解透視圖。支撐框架組件12包括第一端框架30、第二端框架32和結構框架34。第一端框架30和第二端框架32具有相同的總體構建，其中每一個獨立地包括側邊36-42。通常，第一端框架30、第二端框架32和結構框架34由熱塑性塑料模制成，例如聚丙烯和聚酰胺。
[0051]參考圖2、圖3、圖4和圖5，它們提供了支撐框架組件的額外的細節。圖4是端框架的透視圖。圖5是支撐框架的透視圖。第一端框架30包括從側邊38突出的多個第一突條44-50，并且第二端框架32包括從側邊42突出的多個第二突條44-50。在特性上，側邊38與側邊42相對。在附圖中描繪的改進方案中，突條44和突條50包括附接到支撐框架34的卡接特征。第一端框架30和第二端框架32還包括用于將電池單元保持就位的多個突起的突出部62。結構框架34包括第一側壁64、第二側壁66、第三側壁68和第四側壁70。結構框架34在第二側壁66和第四側壁70上具有多個槽(即，凹陷部)72-76，用于接收并匹配所述多個第一突條和所述多個第二突條。在附圖中描繪的改進方案中，條44和條50包括有倒鉤的卡接部段78、80，卡接部段78、80接合例如限定在第二側壁66和第四側壁70中的開口 82。在改進方案中，結構框架34具有用于接收突起的突出部62的多個接收特征84。第一端框架30和第二端框架32附接到結構框架34，以保持第一電池單元90、第二電池單元92以及位于第一電池單元和第二電池單元之間的泡沫墊94。在改進方案中，第三電池單元96和第四電池單元98也位于第一端框架30和第二端框架32之間。如圖3中所描繪，電池單元92、98中的一個或兩個被定位到第二端框架32中。結構框架64被堆疊到端框架中。電池單元90、96中的一個或兩個被定位到結構框架64的另一側中，并且第一端框架30堆疊到所述結構框架64的另一側。端框架和結構框架周圍的齒形聯鎖特征允許電池單元被定位到具有端框架的單一設計的兩個部件中。
[0052]參考圖1-6，第一側壁64限定了位于其中的用于接收冷卻組件16的彎曲特征100，以及限定了用于接收來自所述冷卻組件的散熱片2(V(其中i為1-5)的斜切槽104。支撐框架34還包括側壁68上的聯鎖特征106-118，聯鎖特征106-118與另一個支撐框架匹配，其中間隙120限定在相鄰的支撐框架之間用于容納散熱片201。在這方面，聯鎖特征106-112處在相對的邊緣上，并相對于聯鎖特征114-118偏移。如圖6中所描繪的，沿方向(12—起推支撐框架34和支撐框架34’，使得聯鎖特征106-118與接收槽122匹配，接收槽122是第三側壁68中的凹陷部。在本實施例的變型中，第一側壁64包括支撐特征100，其允許將電池單元突出部102附接在一起。在改進方案中，電池單元突出部102通過激光焊接來附接。應當理解的是，支撐框架組件12有利地沿單一方向d2從第二端框架32到第一端框架30來進行組裝。第一端框架30和第二端框架32包括有助于組裝電池模塊的柔性元件123(即，彈簧元件)，使得散熱片沿這些彈簧滑動以避免與電池單元的表面接觸。
[0053]結構框架34還包括角部附接特征126、128，角部附接特征126、128是位于支撐框架34的角部130、132處的突起，角部附接特征126、128通過匹配的槽134、136接收。最后，結構框架34還包括聯鎖特征140、142，聯鎖特征140、142也聯鎖在一起以將兩個結構框架附接在一起。
[0054]雖然上文中描述了示例性實施例，但并不意在通過這些實施例來描述本發明的所有可能的形式。相反，本說明書中所用的措辭是描述性的措辭而非限制性的，并且要理解的是，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下可以做出各種改變。此外，各種實現實施例的特征可以被組合以形成本發明的另外的實施例。
【權利要求】
1.一種用于電池模塊的支撐框架組件，所述支撐框架組件包括: 具有多個第一突條的第一端框架； 具有多個第二突條的第二端框架；以及 具有用于接收所述多個第一突條和所述多個第二突條的多個槽的結構框架，所述第一端框架和所述第二端框架附接到所述結構框架以保持第一電池單元、第二電池單元以及位于所述第一電池單元和所述第二電池單元之間的泡沫墊，所述結構框架具有第一側壁、第二側壁、第三側壁和第四側壁，所述第一側壁具有在其中的用于接收冷卻組件的彎曲特征，以及具有用于接收來自所述冷卻組件的散熱片的斜切槽，所述結構框架還包括與另一個支撐框架匹配的聯鎖特征，其中在相鄰的支撐框架之間限定有間隙。
2.如權利要求1所述的支撐框架組件，其特征在于，所述第二側壁包括允許電池單元突出部的附接的支撐特征。
3.如權利要求2所述的支撐框架組件，其特征在于，所述電池單元突出部通過激光焊接來附接。
4.如權利要求1所述的支撐框架組件，其特征在于，所述斜切槽提供了用于引導所述散熱片的導引，并且其中，所述結構框架限定了通道，用于將所述散熱片保持在所述間隙中，而所述散熱片不接觸電池單元。
5.如權利要求1所述的支撐框架組件，其特征在于，所述第一端框架和所述第二端框架附接到所述結構框架，以便還保持除所述第一電池單元和所述第二電池單元之外的第三電池單元和第四電池單元。
6.如權利要求1所述的支撐框架組件，其特征在于，所述第二電池被定位到所述第二端框架中，所述結構框架被堆疊到所述端框架中，所述第一電池單元位于結構框架的相對一側上，其中所述第一端框架堆疊到所述結構框架的所述相對一側。
7.如權利要求1所述的支撐框架組件，其特征在于，所述第一端框架和所述第二端框架各自獨立地包括第一側邊、第二側邊、第三側邊和第四側邊，其中所述多個第一突起從所述第一端框架的第二側邊和第四側邊延伸，并且所述多個第二突起從所述第二端框架的第二側邊和第四側邊延伸。
8.如權利要求7所述的支撐框架組件，其特征在于，所述支撐框架的第二側壁和第四側壁各自獨立地具有多個槽，用于接收所述第一端框架的所述多個第一突條和所述第二端框架的所述多個第二突條。
9.如權利要求8所述的支撐框架組件，其特征在于，所述第一端框架具有從所述第一端框架的第三側邊延伸的多個第一突出部，所述第二端框架具有從所述第二端框架的第三側邊延伸的多個第二突出部，所述多個第一突出部和所述多個第二突出部接觸所述支撐框架的第三側壁中的接收特征。
10.一種電池模塊，包括: 冷卻組件，其具有入口歧管、出口歧管以及與所述入口歧管和所述出口歧管流體連通的多個散熱片； 多個支撐框架組件，所述多個支撐框架組件中的每個支撐框架組件包括: 具有多個第一突條的第一端框架； 具有多個第二突條的第二端框架；以及 具有用于接收所述多個第一突條和所述多個第二突條的多個槽的結構框架，所述第一端框架和所述第二端框架附接到所述結構框架以保持第一電池單元、第二電池單元以及位于所述第一電池單元和所述第二電池單元之間的泡沫墊，所述結構框架具有第一側壁、第二側壁、第三側壁和第四側壁，所述第一側壁具有在其中的用于接收所述冷卻組件的彎曲特征，以及具有用于接收來自所述多個散熱片中的散熱片的斜切槽，所述結構框架還包括與另一個支撐框架匹配的聯鎖特征，其中在相鄰的支撐框架之間限定有間隙。
【文檔編號】H01M2/10GK104518185SQ201410648700
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月12日 優先權日:2013年9月12日
【發明者】U·施米德, A·G·安德森, R·埃辛格, K·R·斯佩特, R·勒奇 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司