CN105591045A - 包括结构泡沫材料的电池总成 - Google Patents

Abstract

根据本发明的示例性方面，一种电池总成，除了别的以外包括，电池阵列和围绕电池阵列的泡沫壳体。

Description

包括结构泡沫材料的电池总成

技术领域

本发明涉及一种用于电动车辆的电池总成。电池总成包括电池阵列、定位在电池阵列周围的泡沫壳体、和固定到泡沫壳体的防护部。泡沫壳体和防护部被配置为吸收碰撞能量和使电池阵列与外部温度热隔绝。

背景技术

降低机动车的燃料消耗量和排放量的需要是众所周知的。因此，正在开发降低或完全消除依赖内燃发动机的车辆。电动车辆是为此目的正在被开发的车辆的一种类型。通常，电动车辆不同于传统机动车辆，因为它们被一个或多个电池供电的电机选择性地驱动。相比之下，传统机动车辆完全依赖内燃发动机来驱动车辆。

高电压电池总成为电动车辆的电机供电。电池总成典型地包括多个电池阵列，多个电池阵列包括多个电池单元和总体围绕电池单元以构建电池阵列的支撑结构(即，端壁和侧壁)。电池阵列被典型地封装在包括钢托盘和钢盖的金属板结构内。

发明内容

根据本发明的示例性方面，一种电池总成，除了别的以外包括，电池阵列和围绕电池阵列的泡沫壳体。

在前述总成的又一非限制性实施例中，泡沫壳体由聚丙烯或聚乙烯制成。

在任一前述总成的又一非限制性实施例中，防护部被固定到泡沫壳体。

在任意前述总成的又一非限制性实施例中，防护部由尼龙6、尼龙6.6、高密度聚乙烯、或聚丙烯制成。

在任意前述总成的又一非限制性实施例中，防护部包括从防护部可移除以接近电池总成的电子部件的维修盖。

在任意前述总成的又一非限制性实施例中，防护部的边缘是弯曲的。

在任意前述总成的又一非限制性实施例中，防护部包括在泡沫壳体的周围延伸以将泡沫壳体固定在电池阵列的周围的多个条带。

在任意前述总成的又一非限制性实施例中，防护部的内表面包括凸肋。

在任意前述总成的又一非限制性实施例中，防护部包括在电池单元通气装置的周围形成通气管道的向内突出的壁。

在任意前述总成的又一非限制性实施例中，泡沫壳体包括第一泡沫部和抵靠着第一泡沫部安置的第二泡沫部。

在任意前述总成的又一非限制性实施例中，泡沫材料设置在电池阵列和泡沫壳体之间的空间中。

在任意前述总成的又一非限制性实施例中，泡沫壳体容纳电池总成的电子部件。电子部件被容纳在与电池阵列不同的泡沫壳体的隔室中。

在任意前述总成的又一非限制性实施例中，第二电池阵列邻近电池阵列。泡沫壳体容纳电池阵列和第二电池阵列。

在任意前述总成的又一非限制性实施例中，条带在防护部和泡沫壳体的周围延伸。

在任意前述总成的又一非限制性实施例中，条带包括闭合环和附接到闭合环的延伸部。

根据本发明的另一个示例性方面，一种方法，除了别的以外包括，将电池阵列容纳在泡沫壳体内且将防护部固定到泡沫壳体。

在前述方法的又一非限制性实施例中，方法包括将泡沫材料注射在泡沫壳体和电池阵列之间。

在任一前述方法的又一非限制性实施例中，容纳步骤包括将电池阵列定位在泡沫壳体的托盘上且抵靠着托盘安置泡沫壳体的盖。

在任意前述方法的又一非限制性实施例中，固定步骤包括将防护部的多个条带定位在泡沫壳体的周围以将泡沫壳体固定在电池阵列的周围。

在任意前述方法的又一非限制性实施例中，方法包括将条带定位在防护部和泡沫壳体的周围，且将条带固定到车辆车身。

前述段落、权利要求、或下面的说明书和附图中的实施例、示例和替代物，包括任何它们的各种方面或各自单独的特征，可以独立地或以任何组合使用。与一个实施例结合描述的特征适用于所有实施例，除非这些特征是不相容的。

从下面具体实施方式中，对于本领域技术人员而言，本发明的示例的各种特征和优点将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可以简要描述如下。

附图说明

图1示意性地示出了电动车辆的动力传动系统；

图2示出了电动车辆的电池总成；

图3示出了图2的电池总成的剖视图；

图4示出了电池总成的防护部；

图5示出了根据本发明的另一个实施例的电池总成的剖视图；

图6示出了根据本发明的又一实施例的电池总成；

图7示出了图6的电池总成的剖视图；

图8示出了图6的电池总成的仰视透视图；

图9示出了电池总成的条带；

图10示出了电池总成的泡沫壳体的托盘部分。

具体实施方式

本发明详细说明了用于电动车辆的电池总成。电池总成可以包括容纳在泡沫壳体内的电池阵列和固定到泡沫壳体的防护部。在一些实施例中，泡沫壳体是包括盖和托盘的两件式壳体。在其它实施例中，电池总成包括多个条带以将总成固定到车身。本发明的示例性电池总成采用表现出相对高的碰撞能量吸收和分布以及提高的隔热的低重量的支撑结构。这些和其他特征在下面的段落中更详细地被讨论。

图1示意性地示出了用于电动车辆12的动力传动系统10。尽管描述为混合动力电动车辆(HEV)，但应当理解的是，本文描述的构思不局限于混合动力电动车辆，且可以扩展到其它的电动车辆，包括但不限制于，插电式混合动力电动车辆(PHEV)、纯电动车辆(BEV)、和燃料电池车辆。

在一个实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的功率分流动力传动系统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统包括至少马达22(即，第二电机)、发电机18、和电池总成24。在本示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电力驱动系统。第一和第二驱动系统产生扭矩来驱动一组或多组电动车辆12的车辆驱动轮28。尽管示出了功率分流配置，但是本发明可以扩展到包括完全混合动力、并联混合动力、串联混合动力、轻度混合动力或微混合动力的任意混合动力或电动车辆。

发动机14——其在一个实施例中是内燃发动机——和发电机18可以通过动力传输单元30——比如行星齿轮组——连接。当然，其它类型的动力传输单元——包括其它齿轮组和变速器——可以用来将发动机14连接到发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传输单元30是包括环形齿轮32、中心齿轮34、和行星齿轮架总成36的行星齿轮组。

发电机18可以通过动力传输单元30被发动机14驱动以将动能转换成电能。发电机18可以选择地作为马达运行以将电能转换成动能，从而输出扭矩到连接到动力传输单元30的轴38上。因为发电机18可操作地连接到发动机14，所以发动机14的速度可以通过发电机18控制。

动力传输单元30的环形齿轮32可以连接到轴40上，轴40通过第二动力传输单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其它动力传输单元也可以使用。齿轮46将扭矩从发动机14传递给差速器48以最终提供牵引力给车辆驱动轮28。差速器48可以包括多个使扭矩能够传递给车辆驱动轮28的齿轮。在一个实施例中，第二动力传输单元44通过差速器48机械地连接到车桥50来将扭矩分配到车辆驱动轮28。

马达22也可以通过输出扭矩给也连接到第二动力传输单元44的轴52来用于驱动车辆驱动轮28。在一个实施例中，马达22和发电机18合作作为再生制动系统的一部分，其中马达22和发电机18都可以用作马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自输出电力给电池总成24。

电池总成24是电动车辆电池的示例类型。电池总成24可以包括高电压牵引电池组，该高电压牵引电池组包括能够输出电力来操作马达22和发电机18的多个电池阵列。其它类型的能量存储设备和/或输出设备也可以用来电力地给电动车辆12供电。

在一个非限制性的实施例中，电动车辆12具有两个基本的操作模式。电动车辆12可以以电动车辆(EV)模式操作，其中马达22用于(通常没有来自发动机14的协助)车辆推进，从而消耗电池总成24的荷电状态直到某些驾驶模式/循环下的最大容许放电率。EV模式是用于电动车辆12的电荷消耗操作模式的示例。在EV模式过程中，电池总成24的荷电状态可以在某些情况下增加，例如由于再生制动的一段时间。在默认EV模式下，发动机14通常是关闭的但可以基于车辆系统状态或通过操作员所允许在必要时操作。

电动车辆12可以额外地以混合动力(HEV)模式操作，其中发动机14和马达22都用于车辆推进。HEV模式是用于电动车辆12电荷维持操作模式的示例。在HEV模式过程中，电动车辆12可以降低马达22的推进使用，以便通过增加发动机14的推进使用将电池总成24的荷电状态保持在恒定的或接近恒定的水平。在本发明的范围内，电动车辆12可以以除了EV和HEV模式以外的其它操作模式操作。

图2和3示出了可以并入到电动车辆中的电池总成54。例如，电池总成54可以被使用在图1的电动车辆12内。电池总成54包括将电力供给到电动车辆的部件的电池阵列56(见图3)。尽管在图2和3中示出了单个电池阵列56，但是在本发明的范围内电池总成54可以包括多个电池阵列56(见，例如，图5和图7，在下面更详细地讨论)。换句话说，本发明不限制于在图2和3中所示的具体配置。

电池阵列56包括可以沿电池阵列56的跨度长度L并排地堆叠的多个电池单元58(见图3)。尽管未示出，但是电池单元58可以使用汇流条总成彼此电力地连接。在一个实施例中，电池单元58是棱柱形锂离子电池。然而，其它的电池单元——包括但不限制于镍金属氢化物或铅酸电池——可以在本发明的范围内可选择地使用。

电池总成54可以额外地包括泡沫壳体60和可选择的防护部62。泡沫壳体60和防护部62是电池总成54的支撑结构。泡沫壳体60可以被定位在电池阵列56的周围以容纳电池单元58。在一个实施例中，泡沫壳体60围绕电池阵列56，以便电池阵列56被容纳在泡沫壳体60内。泡沫壳体60可以部分地或全部地围绕电池阵列56。防护部62可以被固定到泡沫壳体60，以保护被暴露或没有被泡沫壳体60充分保护的电池阵列56的任何表面。在一个实施例中，防护部62大体沿泡沫壳体60的上表面延伸。在其它实施例中，电池总成54可以完全地排除防护部62(见，例如，图7的实施例)。

泡沫壳体60可以由结构性微孔泡沫材料制成。在本发明中，术语“泡沫”指的是包含许多小室的任何材料，该小室是特意地引入的、互相连接的或不互相连接的并贯穿整体分布的。合适的泡沫材料的非限制性示例包括发泡聚丙烯(EPP)或发泡聚乙烯(EPE，交联的或非交联的)。在一个实施例中，这些材料可以以蒸汽室成型过程或注射成型过程被使用以制造具有任何期望的形状的泡沫壳体60。

在另一个非限制性实施例中，泡沫壳体60是包括第一泡沫部64和第二泡沫部66的两件式壳体。第一泡沫部64可以围绕电池阵列56的第一部分，而第二泡沫部66可以围绕电池阵列56的第二部分。第一泡沫部64可以抵靠第二泡沫部66以总体上围绕电池阵列56。在一个实施例中，第一泡沫部64被配置为盖且第二泡沫部66被配置为托盘。电池阵列56被定位在第一泡沫部64的顶部上，且第二泡沫部66随后被定位在电池阵列56上。防护部62被接收抵靠第一泡沫部64，在本实施例中第一泡沫部64被配置为盖。

泡沫壳体60可以围绕除了电池阵列56之外的各种额外的电池总成54的部件。例如，如图3中所示，一个或多个电子部件70可以被容纳在泡沫壳体60内。电子部件70可以包括除其它部件之外的一个或多个电池电子控制模块(BECM)、总线电气中心(BEC)和紧急断电开关。在一个实施例中，电池阵列56被定位在泡沫壳体60的第一隔室72内，且一个或多个电子部件70被容纳在泡沫壳体60的第二隔室74内，第二隔室74与第一隔室72分离。壁76可以使第一隔室72与第二隔室74分开。壁76是泡沫壳体60的模内成型的部件，且可以使容纳在第一隔室72中的部件与容纳在第二隔室74中的部件电隔离。

在另一个实施例中，电池总成54的部分可以原位发泡以使这些部件固定在泡沫壳体60内。泡沫材料78——比如聚氨酯(PU)——可以被注射在电子部件70的周围，用于一旦被固化就固定在泡沫壳体60内。泡沫材料78也可以被注入到空间80中，该空间80在电池阵列56和泡沫壳体60之间延伸，用于增加的结构支撑。在一个实施例中，泡沫材料78可以是如果电池阵列56或电子部件70需要维修则容易地可移除的袋装泡沫包装的一部分。

泡沫壳体60的部分可以被构形为匹配车辆车身68的形状。例如，在一个非限制性的实施例中，第二泡沫部66的底部表面69包括接收从车辆车身68向上延伸的突出部73的多个凹部71。在一个实施例中，车辆车身68是电动车辆的底盘。电池总成54可以凭借匹配的轮廓被牢固地定位并安装到车辆车身68。

防护部62可以被定位在泡沫壳体60的顶部上。防护部62针对碰撞事件或由于接触电池总成的尖锐物体导致的刺穿事件对容纳在泡沫壳体60内的部件提供额外的保护。防护部62可以由塑料材料制成。合适的塑料材料的非限制性示例包括尼龙6(PA6)、尼龙6.6(PA6.6)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)等。在另一个实施例中，两个或多个塑料材料可以被共注射成型或共挤压为形成防护部62的多层结构。在又一实施例中，防护部62可以由被加强材料填充的塑料材料制成，比如连续的或不连续的玻璃或碳纤维。在又一实施例中，防护部62包括用塑料材料包覆成型的金属板。在又一实施例中，防护部62由金属制成，比如冲压钢或铸铝。

防护部62还可以包括从防护部62可移除以接近电池总成54的电子部件70中的一个的维修盖82。在一个实施例中，电子部件70是紧急断电开关。维修盖82可以卡合到防护部62的开口83中。维修盖82可以被拴系到防护部62，以在它被暂时地移除之后避免位移。如果没有提供维修盖82，则整个防护部62可以被移除以接近一个或多个电子部件70。

在另一个实施例中，凹进部85在靠近开口83的防护部62中形成(见图2)。凹进部85利于水排放远离维修盖82，并因此远离容纳在维修盖82下面的部件。防护部62的边缘84可以是弯曲的，以利于水排放远离电池总成54。边缘84确保水不会在防护部62的顶上汇集。

现在参照图2、3和4，保持立柱86可以从防护部62的每个角落88向下突出。保持立柱86可以是模内成型的部件，用于将电池总成54保持到车辆车身68。在一个非限制性实施例中，电池总成54可以通过保持立柱86中开口87用螺栓固定到车辆车身68。开口87可以包括包覆成型或插入到保持立柱86中的加强件。

防护部62可以进一步包括外部表面90和内部表面92。内部表面92可以包括加强防护部62的凸肋94(见图4)。在一个实施例中，凸肋94是蜂巢状的。内部表面92的凸肋94可以安置到泡沫壳体64的顶部上的蜂巢状的凹进部中以阻挡防护部62和泡沫壳体60之间的运动。

在另一个实施例中，防护部62包括从防护部62的相对侧面95、97延伸的多个条带96。多个条带96可以在泡沫壳体60的周围延伸，以将第一泡沫部64和第二泡沫部66固定在电池阵列56的周围。侧面95的条带96A可以紧固到侧面97的条带96B(见，例如，图4)。条带96A、96B可以使用紧固件、夹子、焊接、粘合剂等连在一起。

图5示出了另一个示例性电池总成154。在本发明中，在适当的情况下相同的附图标记代表相同的元件，且增加100或其倍数的附图标记代表被理解为包含相应的原始元件的相同特征和益处的改进元件。

在本实施例中，电池总成154包括被泡沫壳体160围绕的第一电池阵列156A和第二电池阵列156B。防护部162被附接到泡沫壳体160。每个电池阵列156A、156B包括电池单元158。电池单元158包括可以在某些条件下排出排放气体G的单元通气装置159。单元通气装置159可以通过泡沫壳体160揭开。防护部162可以包括从内部表面192向内延伸的壁163。壁163可以延伸到泡沫壳体160的开口165中。开口165在单元通气装置159的周围延伸。壁163形成通气管道167，该通气管道167在电池单元158排气事件过程中引导排放气体G到电动车辆的外部的期望的位置。

图6、7和8示出了又一示例性电池总成254。电池总成254可以包括泡沫壳体260和连接到泡沫壳体260的防护部262。电池阵列256被容纳在泡沫壳体260内(见图7)。

电池总成254可以使用一个或多个条带298固定到车辆车身268(图6中所示)。在一个非限制性的实施例中，条带298由编织的尼龙带制成，比如安全带中使用的。然而，其它材料也可以考虑，包括但不限制于，连续的玻璃纤维带等。

条带298可以环绕防护部262和泡沫壳体260，且因此使用金属夹299被固定到车辆车身268以大体上防止电池总成254的横向运动。在一个实施例中，条带298延伸穿过防护部262的外部表面290、沿泡沫壳体260的侧面281延伸、且在泡沫壳体260的底部表面269中形成的凹槽275内延伸(见图6和图8)。金属夹299被附接到条带298，并且可以用电池总成254的两侧的紧固件277固定到车辆车身268。

主要参照图7，泡沫壳体260可以包括安置在一起以围绕电池阵列256的盖264和托盘266。在一个实施例中，盖264和托盘266粘合在一起，以将泡沫壳体260固定在电池阵列256的周围。防护部262在图7中被移除以更好地图示泡沫壳体260。在另一个实施例中，热交换器279——比如冷却板——被定位在电池阵列256和托盘266之间。热交换器279运行以在一定条件下移除由电池阵列256产生的热，或者可选择地在其它条件下加热电池阵列256。

图9示出了可以用来将电池总成254固定到车辆车身268的示例性条带298(比如图7中所示)。条带298可以包括闭合环201和附接到闭合环201的延伸部203。在一个实施例中，延伸部203被缝合到闭合环201。延伸部203可以在闭合环201的边缘205的内侧的位置被附接到闭合环201。延伸部203包括可以接收金属夹299的套筒207。

图10示出了泡沫壳体260的示例性托盘266。托盘266可以包括多个模内成型的壁209。壁209形成托盘266内的多个隔室272。电池总成254的不同部件——包括电池阵列256和电子元件270——可以被定位在隔室272内。壁209充当能量吸收屏障以保护这些部件。在一些实施例中，托盘266(和图7中的盖264)可以包括穿过模内成型的壁209形成的通道，用于包含隔室272之间的冷却和电力布线。

尽管不同的非限制性实施例示出为具有特定的部件或步骤，但是本发明的实施例不限制于这些特定的组合。可能结合使用来自于任何非限制性实施例的部件或特征以及来自于任何其他非限制性的实施例的特征和部件。

应当理解的是，相同的附图标记在所有几个附图中标示相应的或类似的元件。应当理解的是，尽管特定的部件设置在这些示例性实施例中被公开和说明，但是其它设置也可以从本发明的教导中受益。

前面的描述应该解释为说明性而非任何限制意义的。本领域技术人员将会理解，某些修改可能发生在本发明的范围之内。由于这些原因，应该研究下面的权利要求来确定本发明的真实范围和内容。

Claims (15)

1.一种电池总成，包含：

电池阵列；以及

围绕所述电池阵列的泡沫壳体。

2.如权利要求1中所述的总成，其中所述泡沫壳体由聚丙烯或聚乙烯制成。

3.如权利要求1中所述的总成，包含固定到所述泡沫壳体的防护部。

4.如权利要求3中所述的总成，其中所述防护部由尼龙6、尼龙6.6、高密度聚乙烯、或聚丙烯制成。

5.如权利要求3中所述的总成，其中所述防护部包括从所述防护部可移除以接近所述电池总成的电子部件的维修盖。

6.如权利要求3中所述的总成，其中所述防护部的边缘是弯曲的。

7.如权利要求3中所述的总成，其中所述防护部包括在所述泡沫壳体的周围延伸以将所述泡沫壳体固定在所述电池阵列的周围的多个条带。

8.如权利要求3中所述的总成，其中所述防护部的内表面包括凸肋。

9.如权利要求3中所述的总成，其中所述防护部包括在电池单元通气装置的周围形成通气管道的向内突出的壁。

10.如权利要求1中所述的总成，其中所述泡沫壳体包括第一泡沫部和抵靠着所述第一泡沫部安置的第二泡沫部。

11.如权利要求1中所述的总成，包含设置在所述电池阵列和所述泡沫壳体之间的空间中的泡沫材料。

12.如权利要求1中所述的总成，其中所述泡沫壳体容纳所述电池总成的电子部件，所述电子部件容纳在与所述电池阵列不同的所述泡沫壳体的隔室中。

13.如权利要求1中所述的总成，包含邻近所述电池阵列的第二电池阵列，且所述泡沫壳体容纳所述电池阵列和所述第二电池阵列。

14.如权利要求1中所述的总成，包含在防护部和所述泡沫壳体周围延伸的条带。

15.如权利要求14中所述的总成，其中所述条带包括闭合环和附接到所述闭合环的延伸部。