相關申請的交叉引用

本申請要求于2014年12月18日遞交的美國專利申請序列no.14/574,583的優(yōu)先權。上述申請的公開內容通過引用以其整體并入本文中。

本發(fā)明通常涉及一種混合動力車輛，并且更具體地，涉及一種用于混合動力車輛的緊湊型集成電池組。

背景技術：

輕度混合動力車輛是一種類型的混合動力車輛，其包括配置用于推進的發(fā)動機和配置以輔助發(fā)動機的電動馬達。一種類型的輕度混合動力車輛包括皮帶驅動的啟動發(fā)電機(bsg)單元。所述bsg單元利用電動馬達，以選擇性地將動力提供給發(fā)動機的曲軸(例如，經由皮帶)。該bsg還代替了傳統(tǒng)交流發(fā)電機，因此可用于所述發(fā)動機的啟動-停止、動力輔助、和/或再生制動、以及給其它車輛部件供電。該bsg單元由電池組供電，例如48伏電池組。

傳統(tǒng)的電池組具有外部或板外(off-board)控制器和/或直流(dc)到dc轉換器。這增加了電池組的包裝大小(size)和/或重量。能夠處理電池組的冷卻需要的傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)，例如加熱、通風和空調(hvac)系統(tǒng)或另一種基于制冷劑的系統(tǒng)也可以增加包裝大小和/或重量。此外，所有這些不同的組件的傳統(tǒng)的包裝浪費了額外的車輛空間。因此，雖然這樣的電池組為了其所意在的目的而工作，但仍需要相關技術的改進。

技術實現要素：

根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于混合動力車輛的緊湊型集成電池組。在一個示例性實施方式中，所述電池組包括：殼體，多個電池單元，設置在所述殼體內并且被配置為共同輸出用于給所述混合動力車輛的電動馬達供電的主電壓，直流(dc)到dc轉換器電路，設置在所述殼體內并且被配置為將所述主電壓降低到輔助電壓，以用于給所述混合動力車輛的低電壓組件供電，以及控制電路，設置在所述殼體內并且被配置為控制：(i)所述多個電池單元的再充電，(ii)所述主電壓的輸出，以及(iii)所述輔助電壓的輸出，以及集成冷卻系統(tǒng)，設置在所述殼體內并且被配置為冷卻所述電池組。

在一些實施方式中，所述dc到dc轉換器電路和所述控制電路均在設置在所述殼體內的單個公共電路板上被實現。在一些實施方式中，所述dc到dc轉換器還被配置為將輔助電壓或另一所接收到的輔助電壓提升到所述主電壓或另一提升的主電壓，用于以下至少一個：(i)給所述多個電池單元再充電以及(ii)給所述混合動力車輛的電動馬達供電。

在一些實施方式中，所述冷卻系統(tǒng)為空氣冷卻系統(tǒng)，設置在所述殼體內并且被配置為利用來自所述混合動力車輛內部的空氣來冷卻所述電池組。在一些實施方式中，所述混合動力車輛為轎車或轎跑并且所述殼體的大小和形狀被設定成限定對應于以下空間的尺寸：(i)在所述轎車或所述轎跑的行李箱中或(ii)在所述行李箱的底板下方，所述多個電池單元和所述控制電路被布置在所述殼體中的第一組件層中，并且所述dc到dc轉換器和所述空氣冷卻系統(tǒng)被布置在所述殼體內的、接近并且平行于所述第一組件層的第二不同組件層中。在其他實施方式中，所述混合動力車輛為小型卡車，并且所述殼體的大小和形狀被設定成限定對應于以下空間的尺寸：(i)在所述小型卡車的駕駛室中的座椅的后方或(ii)在所述駕駛室的所述座椅的下方，以及所述多個電池單元、所述控制電路、所述dc到dc轉換器、以及所述空氣冷卻系統(tǒng)中的每一者被布置在所述殼體中的單個組件層中。

在其他實施方式中，所述冷卻系統(tǒng)為液體冷卻系統(tǒng)，設置在所述殼體內，并且被配置為利用液體冷卻劑來冷卻所述電池組。在一些實施方式中，所述混合動力車輛為運動型多用途車輛并且所述殼體的大小和形狀被設定成限定對應于所述運動型多用途車輛下方的空間的尺寸。在一些實施方式中，所述多個電池單元、所述控制電路、所述dc到dc轉換器、以及所述液體冷卻系統(tǒng)中的每一者被布置在所述殼體中的單個組件層中。在一些實施方式中，所述電池組還包括：一個或更多個密封件，被配置為防止?jié)駳膺M入所述殼體，使得所述電池組能夠定位在可暴露至水的區(qū)域中的所述混合動力車輛的下方，以及一個或更多個冷卻管線，被配置為將來自所述殼體的外部的所述液體冷卻劑提供到所述液體冷卻系統(tǒng)。

從在下文中所提供的詳細描述、權利要求書和附圖，本公開的教導的另外的應用領域將變得顯而易見，其中，貫穿附圖的多個視圖，相同的附圖標記指代相同特征。應當理解的是，該詳細描述，包括本文中所引用的公開的實施方式和附圖，在本質上僅僅是示例性的而旨在僅用于說明的目的，并且不旨在限制本公開、其應用或用途的范圍。因此，不背離本公開的要旨的多種變型意在本公開的范圍之內。

附圖的簡要說明

圖1為根據本公開的原理的包括電池組的混合動力車輛的示例功能性框圖；以及

圖2a至圖2c為根據本公開的原理的電池組的各種配置的示例圖。

描述

如前面所討論的，仍然需要一種用于混合動力車輛的改進的電池組結構和包裝。因此，提出了一種用于混合動力車輛的緊湊型集成電池組。這些電池組完全集成具有多個電池組和直流(dc)到dc轉換器兩者，多個電池組用于供應主電壓，例如，用于給皮帶驅動的啟動發(fā)電機(bsg)單元供電，直流(dc)到dc轉換器用于將主電壓下降到較低的輔助電壓，以用于給低電壓車輛組件供電和/或給鉛酸或其他合適的車輛電池再充電(recharging)。具有板上(on-board)dc到dc轉換器減小了包裝大小并且消除了交流發(fā)電機的需要。在一個示例性實施方式中，用于電池組的dc到dc轉換器電路和控制電路在單個公共電路板上被實現，由此進一步減小了包裝大小。主電壓和輔助電壓輸出端口也可以在電池組中或在電池組上被實現用于快速且容易地連接到其他組件。

完全集成的電池組的各種配置提供了緊湊尺寸(dimension)，這允許電池組被置于發(fā)動機室(其通常具有非常小的空間或無自由空間)的外部以及在其他通常未使用的車輛的空間中。這些緊湊配置的多個示例包括放置在小型卡車(pickuptruck)的駕駛室的座椅的后方或下方的氣冷型單層配置以及用于放置在運動型多用途車輛(sportutilityvehicle)(包括冷卻管道和密封件)下方的液冷型單層配置。這些緊湊配置的另一示例包括用于放置在轎車(sedan)、轎跑(coupe)或其他傳統(tǒng)的乘客車輛的行李箱的底板下方的氣冷型雙層配置。在電池組的殼體內的組件的具體布置可以取決于組件(例如，共享單個公共電路板)和/或冷卻需求(例如，位置更接近于冷卻系統(tǒng)的熱敏電池單元)之間的相互作用。

現在參照圖1，示出了車輛100的示例功能性框圖。在一個示例性實施方式中，車輛為輕型混合動力車輛。車輛100包括發(fā)動機104和bsg單元108，其包括電動馬達112和電池組116。盡管在本文中示出并且描述了用于車輛100的bsg混合動力配置，但是可以理解的是，車輛100可以為任何合適的電氣化車輛，例如，車輛100具有集成式啟動發(fā)電機(isg)混合動力配置或者另一種形式的電動馬達112。在一個示例性實施方式中，車輛100可以為電池電動車輛(bev)或插入式混合動力電動車輛(phev)，其利用至少部分地用于推動車輛100的電動馬達112和電池組116以及用于給電池組116再充電的發(fā)動機104。車輛100還包括傳動裝置(transmission)120、傳動系統(tǒng)(drivetrain)124、控制器128以及被配置為測量電池組116的溫度的溫度傳感器132。

發(fā)動機104為任何合適的內燃機(汽油、柴油等)，被配置為產生驅動扭矩。驅動扭矩經由傳動裝置120被傳遞到傳動系統(tǒng)124。在某種操作條件下，控制器128命令發(fā)動機104停止。這些操作條件的示例為車輛100停止一段時間，例如，在紅燈時。一旦操作條件改變，控制器124通過命令bsg單元108重啟動發(fā)動機104而命令發(fā)動機104重啟動。用于檢測這些操作條件的輸入的示例包括車速、加速度計踏板位置、以及制動踏板位置。發(fā)動機104的該啟動和重啟動還被熟知為“啟動-停止操作”。bsg單元108提供對發(fā)動機104的更快的重啟動，并因此車輛100的駕駛員未意識到或者不太意識到發(fā)動機104曾經停止過。

具體地，bsg單元108被配置為選擇性地將動力提供給發(fā)動機104的曲軸136。因此，bsg單元108替代車輛104的傳統(tǒng)的交流發(fā)動機(未示出)而布置。bsg單元108因此還包括直流(dc)到dc轉換器140。dc-dc轉換器104被配置為將電池組116的主電壓(vp)降低到較低的輔助電壓(vs)，輔助電壓(vs)適于給車輛100的組件供電和/或給12v的鉛酸電池再充電。電池組116包括多個電池單元152，其共同地輸出主電壓(例如，接近于48v)，例如經由電池組116的主電壓輸出端口156。輔助電壓還可以經由電池組116的類似的輔助電壓輸出端口160被輸出。類似地，電壓可以經由這些端口156、160被輸入。在一個示例性實施方式中，dc到dc轉換器140還被配置為將輔助電壓vs或另一接收到的輔助電壓提升到主電壓(vp)或另一提升的主電壓，用于以下至少一個：(i)對多個電池單元152再充電以及(ii)給車輛100的電動馬達112供電。

因為電池單元152為溫度敏感的，故電池組116還包括熱管理系統(tǒng)(“tms”)或冷卻系統(tǒng)164。依賴于電池組116在車輛100中的配置和/或放置，冷卻系統(tǒng)164可以為空氣冷卻系統(tǒng)或液體冷卻系統(tǒng)。用于冷卻系統(tǒng)164的空氣配置可以利用車輛100內(在車輛100的駕駛室內、在車輛100的行李箱內等)的空氣用于冷卻電池組116。類似地，用于冷卻系統(tǒng)164的液體配置可以使用液體冷卻劑或其他調節(jié)或不可調節(jié)的冷卻液體(例如，乙二醇或水/乙二醇混合物)。由于有限的車輛空間，例如，有限的發(fā)動機艙空間，故上面所討論的所有的這些組件的布置還產生了包裝問題。在一個示例性實施方式中，冷卻系統(tǒng)164的配置可以使用由電池組116的殼體限定的一個或更多個通道(例如，見圖2a至圖2c)以冷卻電池組116的各種組件(例如，通過從多個組件中去除熱)，這在下文中將進行詳盡地討論。

現在參照圖2a至圖2c，示出了電池組116的各種配置。電池組116的每一配置包括殼體200，殼體200的大小和形狀被設定成限定電池組116的具體尺寸。用于殼體200的一種示例性材料為輕量材料，例如鋁。殼體200還可以包括將電池組116與濕氣和/或熱隔絕的材料。對于電池組116的每一配置，dc到dc轉換器電路140、控制電路144、多個電池單元152、主電壓輸出端口156、輔助電壓輸出端口160以及冷卻系統(tǒng)164都被設置在殼體200內。盡管主電壓端口156和輔助電壓端口160通常用于放電(即，將電力提供到其他組件)，將可以理解的是，多個電池單元152的再充電可以經由主電壓端口156和輔助電壓端口160中的一者或兩者而發(fā)生。

在圖2a中，組件204a至204f(統(tǒng)稱為“組件204”)分別設置在殼體200內的第一層208a和第二層208b中。這些層208a和208b通常平行，因此呈現了堆疊的組件204。在一個示例性實施方式中，第一層208a和第二層208b為不同的層。在一個示例性實施方式中，在第二層208b中的組件204e和204f分別表示dc到dc轉換器電路140和冷卻系統(tǒng)164。在該一個示例性實施方式中，組件204b和204c可以分別為控制電路144(例如，可選地在具有dc到dc轉換器電路140的單個公共電路板148上被實現)和多個電池單元152。組件204a和204d然后可以表示主電壓輸出端口156和輔助電壓輸出端口160。

還可以使用該示例性配置的其他合適的布置，例如，將多個電池單元152布置為第二層208b中的組件204e，以提供改進的冷卻效果，這因為多個電池單元152可以比dc到dc轉換器電路140更具溫度敏感。層208a中的組件204b和組件204c然后可以為dc到dc轉換器電路140和控制電路144(例如，可選地在具有dc到dc轉換器電路140的單個公共電路板148上被實現)，例如，如圖2b所示。在一個示例性實施方式中，冷卻系統(tǒng)164可以定位為一個或更多個通道，該一個或更多個通道在第二層208b中，或者在第二層208中且跨越或延伸到第一層208a。在該示例性配置中，殼體200的大小和形狀被設定成限定這樣的尺寸，該尺寸對應于車輛100的轎車或轎跑配置中的行李箱下方的空間。盡管本文中所使用的術語轎車、轎跑和傳統(tǒng)的乘客車輛不包括小型貨車或運動型多用途車輛，該配置也可以由小型貨車或運動型多用途車輛使用(例如，在運動型多用途車輛的行李箱中或行李箱下方)。通過將電池組116包裝成其可以適配在車輛100的行李箱中或在行李箱的底板下方，使得車輛空間得以保持并且發(fā)動機艙空間被減小。在該示例性配置中，可以將空氣從行李箱、從車輛100的車廂、從車輛100的外部、和/或從車輛100的加熱、通風和空調(hvac)系統(tǒng)提供到給冷卻系統(tǒng)164。

在圖2b中，組件204以通常平行的方式(例如，以單層方式)被設置在殼體200內。在一個示例性實施方式中，相鄰對的組件204，例如組件204b和組件204c，可以為dc到dc轉換器電路140和控制電路144(例如，可選地在單個公共電路板148上被實現)。多個電池單元152還可以位于接近于dc到dc轉換器電路140和/或接近于冷卻系統(tǒng)164(例如，組件204f)用于改善的冷卻效果。在該示例性配置中，殼體200的大小和形狀被設定成限定對應于以下空間的尺寸：(i)在車輛100的小型卡車配置的駕駛室中的座椅的后方或者(ii)在車輛100的小型卡車配置的駕駛室中的座椅的下方。通過將電池組116包裝成其可以適配在車輛100的座椅的后面或下方，使得車輛空間得以保持并且發(fā)動機艙空間被減小。在該示例性配置中，可以將空氣從車輛100的駕駛室或從車輛100的外部提供到冷卻系統(tǒng)164。

在圖2c中，組件204再次以通常平行的方式(例如，以單層方式)被設置在殼體200內。在一個示例性實施方式中，相鄰對的組件204，例如組件204b和組件204c，可以為dc到dc轉換器電路140和控制電路144(例如，可選地在單個公共電路板148上被實現)。多個電池單元152還可以位于接近于dc到dc轉換器電路140和/或接近于冷卻系統(tǒng)164(例如，組件204f)用于改善的冷卻效果。在該示例性配置中，殼體200的大小和形狀被設定成限定對應于車輛100的運動型多用途配置的下方的空間中。通過將電池組116包裝成其可以適配在車輛100的下方，車輛空間得以保持并且發(fā)動機艙空間被減小。

在該示例性配置中，液體冷卻劑可以從電池組116的外部分別經由具有密封件216a和216b(統(tǒng)稱為“密封件216”)的冷卻管線212a和212b(統(tǒng)稱為“冷卻管線212”)被提供至冷卻系統(tǒng)164(再次表示為204f)。盡管密封件216a和216b針對冷卻管線212a和212b被顯示，將可以理解的是，通?？梢詫⒁粋€或更多個密封件應用到電池組116以防止?jié)駳膺M入殼體200，使得電池組116可以經受車輛100下方的環(huán)境，包括暴露至或者至少部分地浸入到水或另一液體中。

盡管針對具體類型的車輛(轎車、小型卡車、運動型多用途車輛等)討論了圖2a-2c的配置，將可以理解的是，這些配置或其他類似的配置可以應用到這些車輛或其他類型的車輛中。僅僅例如，如前面所提到的，圖2a中的配置可以在運動型多用途車輛的行李箱或貨物區(qū)域中被實現。而且，盡管這些配置作為示例而提供，但是如本文中所討論的用于布置組件204的技術基于用于將殼體200適配到某種類型的車輛中的大小和空間需求而可以應用來獲得其他配置。

應當理解的是，在本文中可以明確考慮各個示例之間的特征、元件、方法論和/或功能的混合和匹配，使得本領域的技術人員可以從本教導中考慮到，一個示例的特征、元件和/或功能如果適當可以并入到另一示例中，除非在上面另有描述。