CN110254198A - 用于电气化车辆电池组的保护性保持架组件 - Google Patents

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卢克·艾伦·庞茨
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Abstract

本公开提供了“用于电气化车辆电池组的保护性保持架组件”。一种保护性保持架组件，包括：框架；托架组件，所述托架组件安装到所述框架的第一管状构件；所述托架组件的角板，所述角板在所述托架组件与所述框架的第二管状构件之间延伸；以及所述框架的第三管状构件，所述第三管状构件由所述托架组件可移除地接收。所述保护性保持架组件可安装在电气化车辆的货物空间内，以用于保护电池组并建立货物空间的承重性地板两者。

Description

用于电气化车辆电池组的保护性保持架组件
技术领域
本公开涉及用于在撞击事件期间保护电气化车辆电池组的保持架组件。
背景技术
减少汽车燃料消耗和排放的期望已有详细记录。因此，正在开发减少或完全消除对内燃发动机的依赖的电气化车辆。通常，电气化车辆不同于常规的机动车辆，因为它们是由一个或多个电池供电的电机选择性地驱动。相比之下，常规的机动车辆完全依靠内燃发动机来推进车辆。
高压牵引电池组通常向电气化车辆的电机和其他电负载供电。电池组包括多个能量存储装置(诸如电池单元)，所述多个能量存储装置存储用于向这些电负载供电的能量。电池单元和各种其他电池部件通常一起封装在外罩组件内部。根据其安装在车辆上的位置，电池组在车辆撞击事件期间可能易于损坏。
发明内容
根据本公开的示例性方面的保护性保持架组件，除其他部件之外还包括：框架；托架组件，所述托架组件安装到所述框架的第一管状构件；所述托架组件的角板，所述角板在所述托架组件与所述框架的第二管状构件之间延伸；以及所述框架的第三管状构件，所述第三管状构件由所述托架组件可移除地接收。
在前述组件的另一个非限制性实施例中，所述第一管状构件是纵向延伸的管状构件，所述第二管状构件是竖直延伸的管状构件，并且所述第三管状构件是横向延伸的管状构件。
在任一前述组件的另一个非限制性实施例中，所述框架包括连接在一起以形成矩形形状的多个管状构件。
在任何前述组件的另一个非限制性实施例中，承重底板固定到所述第三管状构件。
在任何前述组件的另一个非限制性实施例中，所述框架包括下部框架部分、上部框架部分和中间框架部分。
在任何前述组件的另一个非限制性实施例中，承重底板的第一底板固定到所述上部框架部分，并且承重底板的第二底板固定到所述中间框架部分。
在任何前述组件的另一个非限制性实施例中，所述上部框架部分和所述中间框架部分建立所述框架的阶梯状上段。
在任何前述组件的另一个非限制性实施例中，所述上部框架部分在所述下部框架部分上方延伸第一高度，并且所述中间框架部分在所述下部框架部分上方延伸第二较短高度。
在任何前述组件的另一个非限制性实施例中，所述托架组件包括U形托架，并且所述第三管状构件滑动地接收在所述U形托架内。
在任何前述组件的另一个非限制性实施例中，所述角板从所述U形托架延伸到所述第二管状构件。
根据本公开另一示例性方面的电气化车辆，除其他部件之外还包括：驱动轮；货物空间；电池组，所述电池组位于所述货物空间内，并且适于选择性地供电以用于推进所述驱动轮；以及保护性保持架组件，所述保护性保持架组件被配置为保护所述电池组并建立所述货物空间的承重底板。
在前述电气化车辆的另一个非限制性实施例中，所述电气化车辆是货车(van)。
在任一前述电气化车辆的另一个非限制性实施例中，所述电池组安装到所述电气化车辆的底板的上表面。
在任何前述电气化车辆的另一个非限制性实施例中，所述电池组容纳至少一个电池阵列。
在任何前述电气化车辆的另一个非限制性实施例中，所述保护性保持架组件围绕并部分地包围所述电池组。
在任何前述电气化车辆的另一个非限制性实施例中，所述保护性保持架组件包括由多个纵向延伸的管状构件、多个横向延伸的管状构件和多个竖直延伸的管状构件构成的框架。
在任何前述电气化车辆的另一个非限制性实施例中，所述多个横向延伸的管状构件中的至少一个可从所述框架移除。
在任何前述电气化车辆的另一个非限制性实施例中，所述保护性保持架组件包括下部框架部分、上部框架部分和中间框架部分。
在任何前述电气化车辆的另一个非限制性实施例中，所述承重底板包括固定到所述上部框架部分的第一底板和固定到所述中间框架部分的第二底板。
在任何前述电气化车辆的另一个非限制性实施例中，所述上部框架部分延伸到第一高度，所述第一高度等于位于连接到所述货物空间的乘客舱内的折叠座椅的第二高度。
前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、实例和替代方案，包括它们的各个方面或相应的每个特征中的任一个，可以独立地或以任何组合方式进行。结合一个实施例描述的特征可适用于所有实施例，除非此类特征不兼容。
参考以下具体实施方式部分，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。随附于具体实施方式的附图可如下简要描述。
附图说明
图1示意性地示出了电气化车辆的动力传动系统。
图2示出了可采用图1的动力传动系统的电气化车辆。
图3是图2的电气化车辆的货物空间的放大视图。电池组和保护性保持架组件安装在货物空间内。
图4示出了用于在撞击事件期间保护电池组的示例性保护性保持架组件。
图5示出了图4的保护性保持架组件的承重底板。
图6A和图6B示出了图4和图5的保护性保持架组件的托架组件。
图7是图3的货物空间、电池组和保护性保持架组件的前透视图。
图8是图3的货物空间、电池组和保护性电池保持架的顶视图。
具体实施方式
本公开详述了配备有用于在车辆撞击事件期间保护电池组的保护性保持架组件的电气化车辆。示例性保护性保持架组件包括框架和固定到框架的托架组件。框架的管状构件可由托架组件可移除地接收。保护性保持架组件可安装在电气化车辆的货物空间内，以用于保护电池组并建立货物空间的承重底板两者。在本具体实施方式的以下段落中更详细地讨论了这些和其他特征。
图1示意性地示出用于电气化车辆12的动力传动系统10。虽然被描绘为混合动力电动车辆(HEV)，但是应当理解，本文描述的概念并不限于HEV并且可延伸到其他电气化车辆，包括但不限于：插电式混合动力电动车辆(PHEV)、电池电动车辆(BEV)、燃料电池车辆等。
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动力分配动力传动系统。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和电池组24。在此示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统各自能够产生扭矩以驱动电气化车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管图1中描绘了动力分配构型，但是本公开扩展到任何混合动力或电动车辆，包括完全混合动力车辆、并联式混合动力车辆、串联式混合动力车辆、轻度混合动力车辆或微型混合动力车辆。
发动机14可以是内燃发动机，发动机14和发电机18可以通过动力传递单元30(诸如行星齿轮组)连接。当然，其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)可以用于将发动机14连接到发电机18。在非限制性实施例中，动力传递单元30是行星齿轮组，其包括环形齿轮32、中心齿轮34和齿轮架组件36。
发电机18可以由发动机14通过动力传递单元30驱动，以将动能转换成电能。发电机18可以替代地用作马达以将电能转换成动能，从而将扭矩输出到轴38，轴38连接到动力传递单元30。因为发电机18可操作地连接到发动机14，所以发动机14的转速可由发电机18控制。
动力传递单元30的环形齿轮32可以连接到轴40，轴40通过第二动力传递单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传递单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递单元也可以是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48，以最终向车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括多个齿轮，所述齿轮使得能够将扭矩传递到车辆驱动轮28。在非限制性实施例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地联接到车桥50，以将扭矩分配到车辆驱动轮28。
马达22还可以用于通过将扭矩输出到轴52来驱动车辆驱动轮28，轴52也连接到第二动力传递单元44。在非限制性实施例中，马达22和发电机18协作作为再生制动系统的一部分，其中马达22和发电机18都可以用作马达以输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自向电池组24输出电力。
电池组24是示例性电气化车辆用电池。电池组24可以是高压牵引电池，其包括多个电池阵列25(即，电池组件或电池单元组)，所述多个电池阵列25能够输出电力以操作马达22、发电机18和/或电气化车辆12的其他电负载，以用于提供动力来推进车轮28。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可用于向电气化车辆12供电。
在一个实施例中，电气化车辆12具有两种基本操作模式。电气化车辆12可以在电动车辆(EV)模式下操作，其中马达22(通常没有来自发动机14的辅助)用于车辆推进，从而在某些驾驶模式/循环下消耗电池组24的荷电状态直至其最大允许放电率。EV模式是电气化车辆12的电荷消耗操作模式的示例。在EV模式期间，电池组24的荷电状态在某些情况下可以增加，例如由于一段时间的再生制动。发动机14在默认EV模式下通常是关闭的，。但是可以根据需要基于车辆系统状态或在操作员允许的情况下操作。
电气化车辆12还可以在混合动力(HEV)模式下操作，其中发动机14和马达22都用于车辆推进。HEV模式是电气化车辆12的电荷维持操作模式的示例。在HEV模式期间，电气化车辆12可减小马达22的推进使用，以便通过增加发动机14的推进力将电池组24的电荷状态保持在恒定或近似恒定的水平。在本公开范围内，除了EV和HEV模式之外，电气化车辆12还可在其他操作模式下操作。
图2示出了可采用图1所示的动力传动系统10或任何其他电气化或混合动力传动系统的电气化车辆12。在一个实施例中，电气化车辆12是货车。然而，电气化车辆12可以是汽车、卡车、运动型多功能车辆或任何其他车辆类型。尽管在本公开的附图中示出了特定部件关系，但是这些图示不旨在限制本公开。电气化车辆12的各种部件的放置和定向被示意性地示出并且可在本公开的范围内变化。此外，伴随本公开的各种附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的某些细节。
电气化车辆12包括用于在电气化车辆12的后部位置处存储和拖运货物的货物空间54。在此实施例中，货物空间54位于电气化车辆12的乘客舱56的后部。
现在参考图2和图3，电池组24可安装到在货物空间54内延伸的底板58。底板58是电气化车辆12的结构体的一部分。在一个实施例中，电池组24安装到底板58的上表面60。电池组24可使用包括但不限于螺栓连接、捆扎、焊接等的任何紧固方法固定到底板58。
电池组24可容纳多个电池单元，所述多个电池单元存储用于为电气化车辆12的各种电负载(例如像马达22(参见图1))供电的能量。电池单元可在一个或多个电池阵列(在图1中示意性地示出为特征25)中分组在一起。在一个实施例中，电池组24容纳棱柱式锂离子电池。然而，在本公开的范围内，可以替代地使用具有其他几何结构(圆柱形、软包等)、其他化学物质(镍-金属氢化物、铅酸等)或两者的电池单元。电池组24可另外容纳各种其他部件，包括但不限于总线式电气中心(bussed electrical center，BEC)、电池电气控制模块(battery electric control module，BECM)、线束、布线、I/O连接器等。
保护性保持架组件62可另外安装到底板58的上表面60。保护性保持架组件62被定位成围绕并部分地包围电池组24，从而在撞击事件(诸如车辆碰撞)期间保护电池组24免于变形。例如，在车辆撞击事件(例如，前面、侧面、后面、侧杆等)期间，一个或多个力F可作用在电气化车辆12上。保护性保持架组件62被设计成使在车辆撞击事件期间传递到电池组24的能量的量最小化。
图4和图5示出了示例性保护性保持架组件62的附加特征。从这些图中移除了电池组24以更好地示出保护性保持架组件62的各种特征。
保护性保持架组件62可包括框架64，框架64由多个管状构件66构成。多个管状构件66可相对于底板58纵向布置(参见例如管状构件66-LON)、横向布置(参见例如管状构件66-LAT)以及竖直布置(参见例如管状构件66-VER)，并且可连接在一起以建立框架64。在一个实施例中，多个管状构件66焊接在一起。在另一个实施例中，使用机械紧固件将多个管状构件66固定在一起。
框架64可以是大致矩形的形状，并且管状构件66中的每一个可由金属材料或金属材料的组合构成。然而，框架64的实际大小、形状和材料构成不旨在限制本公开。
框架64可包括下部框架部分68、上部框架部分70和中间框架部分72。竖直延伸的管状构件66-VER中的两个或更多个在下部框架部分68与上部框架部分70和中间框架部分72中的每一个之间延伸。在一个实施例中，上部框架部分70定位在下部框架部分68上方的第一高度H1处，并且中间框架部分72定位在下部框架部分68上方的第二较短高度H2处。因此，上部框架部分70和中间框架部分72建立框架64的阶梯状上段。
在另一个实施例中，上部框架部分70的高度H1约等于电气化车辆12的乘客座椅(或多个座椅)74的折叠位置的高度H3。以这种方式，一个或多个折叠的乘客座椅74和框架64的上部框架部分70协作以提供用于在货物空间54内存储货物的水平表面。
下部框架部分68建立保护性保持架组件62的基部，并且可包括两个或更多个纵向延伸的管状构件66-LON和两个或更多个横向延伸的管状构件66-LAT。下部框架部分68可另外包括用于将框架64固定到底板58的一个或多个安装托架76。在一个实施例中，在下部框架部分68的每个角落设置一个安装托架76。
上部框架部分70和中间框架部分也可各自包括两个或更多个纵向延伸的管状构件66-LON和两个或更多个横向延伸的管状构件66-LAT。用于构造框架64的管状构件66-LON、66-LAT和66-VER的总数可变化，并且其变化取决于货物空间54的大小和电池组24的大小以及其他设计标准。
现在主要参考图5，保护性保持架组件62可另外包括可固定到框架64的承重底板78。在一个实施例中，承重底板78包括多个底板80，多个底板80可固定到在电池组24上方的位置处用于存储货物的框架64的部分。底板80可由层板或具有在保护性保持架组件62的顶部上支撑货物的足够强度的任何其他材料制成。
在一个实施例中，承重底板78包括：第一底板80A，其固定到上部框架部分70；第二底板80B，其固定到在与中间框架部分72相邻的上部框架部分70的一侧，在下部框架部分68与上部框架部分70之间延伸的竖直延伸的管状构件66-VER；第三底板80C，其固定到中间框架部分72；以及第四底板80D，其固定到在框架64的最后部位置处，在下部框架部分68与中间框架部分72之间延伸的竖直延伸的管状构件66-VER。在本公开的范围内可设想其他构型。
可使用一个或多个紧固件82(诸如螺纹紧固件)将底板80固定到框架64的各种管状构件66。在一个实施例中，管状构件66的至少一部分包括用于接收紧固件82的埋入式接收螺母84(参见图4)。
可能需要移除保护性保持架组件62的框架64的部分以便修理或更换电池组24。为了实现此目的，可选择性地将管状构件66中的一个或多个从框架64移除。例如，如图6A和图6B所示，横向延伸的管状构件66-LAT中的一个或多个可使用托架组件86可移除地固定到框架64。每个托架组件86可包括U形托架88和角板90。在一个实施例中，U形托架88可固定到纵向延伸的管状构件66-LON，并且角板90(可以是三角形形状的加强件)可在U形托架88与竖直延伸的管状构件66-VER之间延伸。当组装框架64的上部框架部分68和中间框架部分72时，可将横向延伸的管状构件66-LAT(参见图6B)向下滑动到U形托架88中。可通过将横向延伸的管状构件66-LAT向上滑出U形托架88容易地移除管状构件66-LAT。
现在参考图7和图8，保护性保持架组件62可另外保护与电池组24相关联的热管理系统的部分。例如，上部框架部分70可覆盖在通风孔盖板94与保护性保持架组件62的前部之间延伸的进风道92的部分(参见例如图7)，并且中间框架部分72可覆盖延伸穿过靠近保护性保持架组件62后部的框架64的一侧的出风道96的部分(参见例如图8)。在所示实施例中，在乘客舱56内循环的空气可通过通风孔盖板94进入进风道92，穿过电池组24从电池组24移除热量，然后通过出风道96排出到车辆外部。
尽管不同的非限制性实施例被示出为具有特定的部件或步骤，但是本公开的实施例不限于那些特定组合。可以将来自任何非限制性实施例的一些部件或特征与来自任何其他非限制性实施例的特征或部件进行组合使用。
应当理解，在若干附图中，相似的附图标记标识对应或类似的元件。应当理解，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其他布置也可受益于本公开的教导。
前面的描述应被解释为是说明性的而不是具有任何限制意义。本领域普通技术人员将理解，某些修改可落入本公开的范围内。出于这些原因，应研究以下权利要求来确定本公开的真实范围和内容。
根据本发明，提供了一种保护性保持架组件，所述保护性保持架组件具有：框架；托架组件，所述托架组件安装到所述框架的第一管状构件；所述托架组件的角板，所述角板在所述托架组件与所述框架的第二管状构件之间延伸；以及所述框架的第三管状构件，所述第三管状构件由所述托架组件可移除地接收。
根据一个实施例，所述第一管状构件是纵向延伸的管状构件，所述第二管状构件是竖直延伸的管状构件，并且所述第三管状构件是横向延伸的管状构件。
根据一个实施例，所述框架包括连接在一起以形成矩形形状的多个管状构件。
根据一个实施例，上述发明的进一步特征在于承重底板，所述承重底板固定到所述第三管状构件。
根据一个实施例，所述框架包括下部框架部分、上部框架部分和中间框架部分。
根据一个实施例，上述发明的进一步特征在于固定到所述上部框架部分的承重底板的第一底板和固定到所述中间框架部分的第二底板。
根据一个实施例，所述上部框架部分和所述中间框架部分建立所述框架的阶梯状上段。
根据一个实施例，所述上部框架部分在所述下部框架部分上方延伸第一高度，并且所述中间框架部分在所述下部框架部分上方延伸第二较短高度。
根据一个实施例，所述托架组件包括U形托架，并且所述第三管状构件滑动地接收在所述U形托架内。
根据一个实施例，所述角板从所述U形托架延伸到所述第二管状构件。
根据本发明，提供一种电气化车辆，所述电气化车辆具有：驱动轮；货物空间；电池组，所述电池组位于所述货物空间内，并且适于选择性地供电以用于推进所述驱动轮；以及保护性保持架组件，所述保护性保持架组件被配置为保护所述电池组并建立所述货物空间的承重底板。
根据一个实施例，所述电气化车辆是货车。
根据一个实施例，所述电池组安装到所述电气化车辆的底板的上表面。
根据一个实施例，所述电池组容纳至少一个电池阵列。
根据一个实施例，所述保护性保持架组件围绕并部分地包围所述电池组。
根据一个实施例，所述保护性保持架组件包括由多个纵向延伸的管状构件、多个横向延伸的管状构件和多个竖直延伸的管状构件构成的框架。
根据一个实施例，所述多个横向延伸的管状构件中的至少一个可从所述框架移除。
根据一个实施例，所述保护性保持架组件包括下部框架部分、上部框架部分和中间框架部分。
根据一个实施例，所述承重底板包括固定到所述上部框架部分的第一底板和固定到所述中间框架部分的第二底板。
根据一个实施例，所述上部框架部分延伸到第一高度，所述第一高度等于位于连接到所述货物空间的乘客舱内的折叠座椅的第二高度。

Claims (15)

1.一种保护性保持架组件，其包括：
框架；
托架组件，所述托架组件安装到所述框架的第一管状构件；
所述托架组件的角板，所述角板在所述托架组件与所述框架的第二管状构件之间延伸；以及
所述框架的第三管状构件，所述第三管状构件由所述托架组件可移除地接收。
2.如权利要求1所述的组件，其中所述第一管状构件是纵向延伸的管状构件，所述第二管状构件是竖直延伸的管状构件，并且所述第三管状构件是横向延伸的管状构件。
3.如权利要求1或2所述的组件，其中所述框架包括连接在一起以形成矩形形状的多个管状构件。
4.如前述任一项权利要求所述的组件，其包括固定到所述第三管状构件的承重底板。
5.如前述任一项权利要求所述的组件，其中所述框架包括下部框架部分、上部框架部分和中间框架部分。
6.如权利要求5所述的组件，其包括固定到所述上部框架部分的承重底板的第一底板和固定到所述中间框架部分的第二底板，并且可选地，其中所述上部框架部分和所述中间框架部分建立所述框架的阶梯状上段，并且进一步可选地，其中所述上部框架部分在所述下部框架部分上方延伸第一高度，并且所述中间框架部分在所述下部框架部分上方延伸第二较短高度。
7.如前述任一项权利要求所述的组件，其中所述托架组件包括U形托架，并且所述第三管状构件滑动地接收在所述U形托架内，并且可选地，其中所述角板从所述U形托架延伸到所述第二管状构件。
8.一种电气化车辆，其包括：
驱动轮；
货物空间；
电池组，所述电池组位于所述货物空间内，并且适于选择性地供电以用于推进所述驱动轮；以及
保护性保持架组件，所述保护性保持架组件被配置为保护所述电池组并建立所述货物空间的承重底板。
9.如权利要求8所述的电气化车辆，其中所述电气化车辆是货车。
10.如权利要求8或9所述的电气化车辆，其中所述电池组安装到所述电气化车辆的底板的上表面。
11.如权利要求8至10中任一项所述的电气化车辆，其中所述电池组容纳至少一个电池阵列。
12.如权利要求8至11中任一项所述的电气化车辆，其中所述保护性保持架组件围绕并部分地包围所述电池组。
13.如权利要求8至12中任一项所述的电气化车辆，其中所述保护性保持架组件包括框架，所述框架由多个纵向延伸的管状构件、多个横向延伸的管状构件和多个竖直延伸的管状构件构成，并且可选地，其中所述多个横向延伸的管状构件中的至少一个可从所述框架移除。
14.如权利要求8至13中任一项所述的电气化车辆，其中所述保护性保持架组件包括下部框架部分、上部框架部分和中间框架部分，并且所述承重底板包括固定到所述上部框架部分的第一底板和固定到所述中间框架部分的第二底板。
15.如权利要求14所述的电气化车辆，其中所述上部框架部分延伸到第一高度，所述第一高度等于位于连接到所述货物空间的乘客舱内的折叠座椅的第二高度。
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