CN110920372A - 用于电动化车辆的高压电池组支撑和隔离 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于电动化车辆的高压电池组支撑和隔离”。本公开详述了用于支撑和隔离车辆车身安装的电池组与各种车辆负载的系统和方法。一种示例性电动化车辆可以包括车架、安装到所述车架的电池支撑结构、电池组以及一个或多个隔离器。所述电池组由所述电池支撑结构支撑，但却未机械联接到所述车架。所述隔离器安装在所述电池组和所述电池组支撑结构之间用于隔离所述电池组与可能赋予在所述车架和/或所述电池支撑结构上的负载。

Description

用于电动化车辆的高压电池组支撑和隔离
技术领域
本公开涉及电动化车辆电池组，并且更特别地涉及支撑和隔离车辆车身安装的电池组与各种车辆负载。
背景技术
降低汽车燃料消耗和排放的期望已有详细记录。因此，正在开发降低或完全消除对内燃发动机的依赖的电动化车辆。一般而言，电动化车辆与常规的机动车辆不同，因为它们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赖内燃发动机来推进车辆。
高压电池组通常为电动化车辆的电机和其他电气负载供电。
发明内容
根据本公开的示例性方面的一种电动化车辆除其他之外包括车架、安装到所述车架的电池支撑结构、由所述电池支撑结构支撑的电池组以及安装在所述电池组和所述电池支撑结构之间的隔离器。
在前述电动化车辆的又一个非限制性实施例中，所述车架包括第一纵梁、第二纵梁以及在所述第一纵梁和所述第二纵梁之间延伸的横梁，并且所述电池组至少部分地在所述第一纵梁和所述第二纵梁之间。
在前述电动化车辆中的任一种的又一个非限制性实施例中，所述电池支撑结构是金属平台，所述金属平台是与所述电池组的外壳总成完全分离的部件。
在前述电动化车辆中的任一种的又一个非限制性实施例中，间隙在所述外壳总成的托盘和所述电池支撑结构之间延伸。
在前述电动化车辆中的任一种的又一个非限制性实施例中，所述金属平台包括外框架以及在所述外框架的构件之间连接的多个梁。
在前述电动化车辆中的任一种的又一个非限制性实施例中，所述电池支撑结构由多个紧固件机械地联接到所述车辆车架。
在前述电动化车辆中的任一种的又一个非限制性实施例中，所述多个紧固件是螺栓或螺钉。
在前述电动化车辆中的任一种的又一个非限制性实施例中，所述电池组、所述隔离器以及所述电池支撑结构由多个紧固件联接在一起。
在前述电动化车辆中的任一种的又一个非限制性实施例中，第一紧固件延伸通过所述电池支撑结构并且通过所述隔离器，以及随后进入所述电池组，以及第二紧固件延伸通过所述隔离器的安装凸缘并且进入所述电池支撑结构。
在前述电动化车辆中的任一种的又一个非限制性实施例中，所述第一紧固件和所述第二紧固件在相反的方向上延伸。
在前述电动化车辆中的任一种的又一个非限制性实施例中，所述电动化车辆包括用于将所述电池支撑结构安装到所述车架的第一紧固件，用于将所述电池组、所述隔离器以及所述电池支撑结构联接在一起的第二紧固件，以及用于将所述隔离器安装到所述电池支撑结构的第三紧固件。
在前述电动化车辆中的任一种的又一个非限制性实施例中，所述隔离器包括外衬套、内衬套以及在所述外衬套和所述内衬套之间的阻尼部分。
在前述电动化车辆中的任一种的又一个非限制性实施例中，所述阻尼部分包括橡胶。
在前述电动化车辆中的任一种的又一个非限制性实施例中，多个隔离器安装在所述电池组和所述电池支撑结构之间。
在前述电动化车辆中的任一种的又一个非限制性实施例中，所述电动化车辆是电池电动皮卡车。
根据本公开的另一个示例性方面的一种方法除其他之外包括将隔离器安装在电池组和电池支撑结构之间，以及将所述电池支撑结构安装到电动化车辆的车架。一旦安装，所述电池支撑结构支撑所述电池组，并且所述隔离器隔离所述电池组与车辆负载。
在前述方法的又一个非限制性实施例中，安装所述隔离器包括插入第一紧固件通过所述电池支撑结构，随后通过所述隔离器，并且随后进入所述电池组。
在前述方法中的任一种的又一个非限制性实施例中，安装所述隔离器包括插入第二紧固件通过所述隔离器并且进入所述电池支撑结构。
在前述方法中的任一种的又一个非限制性实施例中，安装所述电池支撑结构包括插入多个紧固件通过所述电池支撑结构并且进入所述车架。
在前述方法中的任一种的又一个非限制性实施例中，安装所述隔离器是在将所述电池支撑结构安装到所述车架之前执行的。
前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代方案，包括其各个方面或相应单独特征中的任何一个，可以独立地或以任何组合方式被采用。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非这些特征不兼容。
根据以下具体实施方式，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得明显。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化车辆。
图2示出了电动化车辆的示例性电池组。
图3示出了用于将电池组安装到电动化车辆的电池组安装系统。
图4是图3的电池组安装系统的通过截面4-4的横截面视图。
图5是图3的电池组安装系统的分解图。
图6A和图6B示出了图3、图4和图5的电池组安装系统的示例性隔离器。
具体实施方式
本公开详述了用于支撑和隔离车辆车身安装的电池组与各种车辆负载的系统和方法。一种示例性电动化车辆可以包括车架、安装到所述车架的电池支撑结构、电池组以及一个或多个隔离器。电池组由电池支撑结构支撑，但却未直接联接到车架。隔离器安装在电池组和电池组支撑结构之间用于隔离电池组与可能赋予在车架和/或电池支撑结构上的负载。在下面的具体实施方式的段落中更详细地讨论这些和其他特征。
图1示意性地示出了电动化车辆10。电动化车辆10可以包括任何类型的电动化动力传动系统。在实施例中，电动化车辆10是电池电动车辆(BEV)。然而，本文描述的概念不限于BEV并且可以扩展到其他电动化车辆，包括但不限于混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、燃料电池车辆等。因此，尽管未在这个实施例中具体示出，但电动化车辆10也可以配备有可单独采用或与其他能源组合使用以推进电动化车辆10的内燃发动机。
在所示的实施例中，电动化车辆10是仅通过电力推进的全电动车辆，诸如通过一个或多个电机12推进，而无需内燃发动机的任何帮助。电机12可以作为电动马达、发电机或两者进行操作。电机12接收电力并且向一个或多个驱动轮14提供旋转输出扭矩。
电压总线16将电机12电连接到电池组18。电池组18是示例性电动化车辆电池。电池组18可以是高压牵引电池组，其包括能够输出电力以操作电机12和/或电动化车辆10的其他电气负载的多个电池阵列20(即，电池总成或可再充电电池单元组)。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可用于对电动化车辆10电力地提供动力。
在实施例中，电动化车辆10是皮卡车。然而，电动化车辆10也可以是轿车、篷车、运动型多功能车或任何其他类型的车辆。尽管在本公开的附图中示出了特定的部件关系，但是这些图示并不意图限制本公开。电动化车辆10的各种部件的放置和取向被示意性地示出并且可以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。
电池组18可以安装在电动化车辆10的各个位置处。在实施例中，电动化车辆10包括乘客舱22和位于乘客舱22后部的货物空间24(例如，卡车货厢)。地板26可以分离乘客舱22与车辆车架28，车辆车架28通常建立车辆底部。电池组18可以从车辆车架28悬挂或以其他方式安装到车辆车架28，使得其远离乘客舱22和货物空间24两者。因此，电池组18不占用否则可用于运载乘客或货物的空间。
由于底部安装位置，电池组18可能易受各种车辆负载(包括但不限于冲击负载(例如，在例如碰撞和运行间隙事件期间赋予的)、耐久性负载、扭转负载、弯曲负载以及噪声、振动和粗糙性(NVH)负载)的影响。因此，在本公开中提出了一种用于将电池组18安装到电动化车辆10的新颖的安装系统30。如下面更详细讨论的，安装系统30能够支撑电池组18并且隔离电池组18与各种负载两者，各种负载可能是在电动化车辆10的操作期间赋予在车辆车架28上的。
图2是图1的电池组18的横截面视图。电池组18可以容纳多个电池单元32，其存储用于为电动化车辆10的各种电气负载(例如，诸如图1的电机12)供电的能量。在实施例中，电池组18容纳棱柱形锂离子电池单元。然而，在本公开的范围内可以替代性地使用具有其他几何形状(圆柱形、袋状等)、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18可以另外容纳一个或多个电池电子部件34。电池电子部件34可以包括总线电气中心(BEC)、电池电控制模块(BECM)、线束、布线回路、I/O连接器等或这些电池电子部件的任何组合。
电池单元32可以一起分组在一个或多个电池阵列20中。在实施例中，电池组18包括两个电池阵列20。然而，电池组18内采用的电池单元32和电池阵列20的总数不旨在限制本公开。
外壳总成36可以容纳电池组18的每个电池阵列20和电池电子部件34。由于电池阵列20和电池电子部件34容纳在外壳总成36的内部，因此这些部件被认为是电池组18的电池内部部件。尽管图2中示出了电池阵列20和电池电子部件34的示例放置，但是这种特定放置不旨在限制本公开。电池组18的电池内部部件可以以任何配置布置在外壳总成36的内部。
在实施例中，外壳总成36是密封的外壳。外壳总成36可以包括本公开范围内的任何大小、形状和配置。
外壳总成36可以包括托盘38和盖子40。托盘38和盖子40配合以围绕并包围电池阵列20和电池电子部件34。托盘38可以提供用于保持电池阵列20和电池电子部件34的开放区域42。在将电池阵列20和电池电子部件34定位在开放区域42内之后，可以安放盖子40并且将其密封到托盘38以包围电池阵形20和电池电子部件34。
在实施例中，外壳总成36是基于金属的部件。例如，托盘38和盖子40可以由铝或钢构造。
在另一个实施例中，外壳总成36是基于聚合物的部件。例如，托盘38和盖子40可以由基于膨胀聚合物的材料、基于固态聚合物的材料或这些材料的组合构造(例如，模制成)。示例性的基于膨胀聚合物的材料可以包括但不限于膨胀聚丙烯、膨胀聚苯乙烯和膨胀聚乙烯。示例性的基于固态聚合物的材料可以包括但不限于片状模塑料(例如，玻璃纤维加强的聚酯)、聚丙烯和聚胺。
在又一个实施例中，外壳总成36可以由基于金属的部件和基于聚合物的部件两者构造。例如，托盘38可以是基于金属的部件，并且盖子40可以是基于聚合物的部件。在本公开的范围内也可设想其他配置。
图3、图4和图5示出了用于将电池组18安装到电动化车辆诸如图1的电动化车辆10的示例性安装系统30。在实施例中，安装系统30包括车辆车架28、电池支撑结构44、一个或多个隔离器46以及多个紧固件48A、48B和48C。
车辆车架28(有时简称为“车架”)是电动化车辆10的主要支撑结构，各种部件直接或间接地附接到所述主要支撑结构。车辆车架28可以包括一体式构造，其中电动化车辆的底盘和车身彼此集成，或可以是非承载式车身构造的一部分。作为非限制性示例，车辆车架28可以由金属材料诸如钢、碳钢或铝合金制成。
车辆车架28包括多个纵梁50(有时称为“车架纵梁”或“梁”)。图3至图5示出了两个这样的纵梁50。纵梁50彼此间隔开并且纵向延伸以建立车辆车架28的长度。多个横梁52可以在车辆车架28的纵梁50之间延伸。横梁52通常可以相对于纵梁50横向延伸以建立车辆车架28的宽度。
电池支撑结构44可以是与电池组18的外壳总成36分离且不同的部件。例如，外壳总成36的托盘38可以分离电池组18的电池内部部件以免与电池支撑结构44直接接触。间隙G可以在托盘38和电池支撑结构44之间延伸(参见图4)。
电池支撑结构44可以是相对刚性的金属平台，当电池组18相对于电动化车辆10处于其安装位置时，所述金属平台支撑电池组18(参见例如图3)。在实施例中，电池支撑结构44由钢制成。然而，在本公开的范围内，也可以设想其他相对刚性的材料。
在实施例中，电池支撑结构44包括外框架45和在外框架45的构件之间横向连接的多个梁47。梁47可以定位成增加电池支撑结构44的强度和刚度。外框架45和梁47的特定布置不旨在限制本公开。
除了支撑电池组18之外，电池支撑结构44还可以增强车辆车架28以减少扭转扭绕，并且可以帮助防止车辆车架28的纵梁50在侧面碰撞事件期间朝向彼此塌缩。因此，电池支撑结构44可以基本上防止各种负载被赋予至电池组18。
电池支撑结构44可以使用多个紧固件48A机械地附着到车辆车架28。在实施例中，车辆车架28的纵梁50包括大量的支架54，支架54被配置为接收紧固件48A。例如，每个支架54可以包括接收部件56，其被配置为固定地接受紧固件48A中的至少一个。在实施例中，接收部件56包括可嵌入每个支架54的表面内的接收螺母或销钉。在另一个实施例中，接收部件56包括形成在支架54中的螺纹开口。
紧固件48A可以是相对刚性的螺栓或螺钉。在本公开的范围内也可以使用其他刚性紧固件。紧固件48A提供高强度连接器，用于将电池支撑结构44直接固定地安装到车辆车架28。
在如图3中所示的电池组18的安装位置中，电池组18至少部分地位于车辆车架28的纵梁50之间，但却没有机械地联接到车辆车架28。而是，电池组18与车辆车架28机械地分离。在本公开中，术语“机械联接”表示固定连接，而术语“机械分离”表示不存在任何直接的固定连接，使得车辆车架28和电池支撑结构44而非电池组18在车辆加载事件期间基本上吸收了任何动量。
隔离器46中的一个或多个可以定位在电池组18和电池支撑结构44之间。隔离器46(可以称为衬套)被配置为减弱传输到车辆车架28和/或电池支撑结构44的能量。换句话说，隔离器46充当隔离点，用于隔离电池组18与可能作用于车辆车架28和/或电池支撑结构44上的振动和其他高加速度负载。
隔离器46可以允许在电池组18和电池支撑结构44之间发生相对少量的移动。例如，隔离器46可以允许电池组18相对于电池支撑结构44在多个自由度上稍微移动，以便在电池组18和电池支撑结构44之间产生模态偏差。这种模态偏差有效地隔离了电池组18与可能作用于车辆车架28上的负载中的至少一些。
现在主要参考图4，电池组18、隔离器46和电池支撑结构44可以使用紧固件48B和48C连接在一起。安装系统30采用的紧固件48B和48C的总数可以根据设计而变化，并且因此不旨在限制本公开。在实施例中，紧固件48B中的一个可以延伸通过电池支撑结构44，然后通过隔离器46中的一个，并且随后进入电池组18，以便将每个隔离器46牢固地安装在电池组18和电池支撑结构44之间，并且紧固件48C中的两个或更多个可以延伸通过隔离器46中的每一个以将每个隔离器46安装到电池支撑结构44。通常，在使用紧固件48A将电池支撑结构44固定地安装到车辆车架28之前，可以使用紧固件48B、48C将电池组18、隔离器46和电池支撑结构44联接在一起。在另一个实施例中，紧固件48A、48B和48C各自包括不同的大小。
紧固件48C的插入方向可以与紧固件48A、48B的插入方向相反。在实施例中，紧固件48C的插入方向在从电池组18朝向电池支撑结构44的方向上延伸，而紧固件48A、48B的插入方向则在从电池支撑结构朝向电池组18的方向上延伸。
继续参考图4，图6A(侧视图)和图6B(顶视图)示出了可在安装系统30中使用的示例性隔离器46，其用于减弱车辆负载，从而防止这些负载赋予至电池组18中。隔离器46可以包括外衬套58、内衬套60和通常在外衬套58和内衬套60之间的阻尼部分62。阻尼部分62将外衬套58固定到内衬套60。内衬套60可以是大致圆柱形的并且接收紧固件48B的轴(参见图4)。外衬套58可以包括与内衬套60大致同心的圆柱形部分64和从圆柱形部分64向外突出的安装凸缘66。紧固件48C可以通过形成在安装凸缘66中的开口68接收。
隔离器46可以另外包括位于阻尼部分62的第一端的第一盖板70和位于阻尼部分62的第二相对端的第二盖板72。因此，阻尼部分62可以在第一盖板70和第二盖板72之间互连。在隔离器46的安装位置中(参见图4)，第一盖板70与电池组18对接，并且第二盖板72与电池支撑结构44对接。
阻尼部分62可以是例如高碳橡胶，其既是弹性体的，又任选地是导电的。在其他示例中，阻尼部分62是不导电的。阻尼部分62可以由其他弹性体材料(包括聚氨酯、硅树脂、金属填充的硅树脂等)制成。阻尼部分62可以通过弹性体材料相对于外衬套58和内衬套60压缩，这允许外衬套58相对于内衬套60移动和弯曲。虽然已经描述了一个示例性隔离器46，但是本公开扩展到其他隔离器配置。
本公开的示例性电池组安装系统提供了用于相对于电动化车辆支撑电池组以及隔离电池组与各种车辆负载两者的独特的安装解决方案。安装系统的一个或多个隔离器可以基本上隔离电池组与车辆负载，并且安装系统的单独电池支撑结构可以支撑电池组，同时增加车辆车架的刚性和刚度，从而大大降低了作用在车辆车架上的扭转负载或冲击负载可传递到电池组18的可能性。
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，但本公开的实施例不限于那些特定的组合。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。
应理解，在几个附图中，相同的附图标记标识对应或相似的元件。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具有任何限制意义。本领域普通技术人员将理解，在本公开的范围内可以出现一些修改。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。

Claims (15)

1.一种电动化车辆，其包括：
车架；
安装到所述车架的电池支撑结构；
由所述电池支撑结构支撑的电池组；以及
安装在所述电池组和所述电池支撑结构之间的隔离器。
2.如权利要求1所述的电动化车辆，其中所述车架包括第一纵梁、第二纵梁以及在所述第一纵梁和所述第二纵梁之间延伸的横梁，并且所述电池组至少部分地在所述第一纵梁和所述第二纵梁之间。
3.如权利要求1或2所述的电动化车辆，其中所述电池支撑结构是金属平台，所述金属平台是与所述电池组的外壳总成完全分离的部件，并且任选地，其中间隙在所述外壳总成的托盘和所述电池支撑结构之间延伸。
4.如权利要求3所述的电动化车辆，其中所述金属平台包括外框架以及在所述外框架的构件之间连接的多个梁。
5.如任何前述权利要求所述的电动化车辆，其中所述电池支撑结构由多个紧固件机械地联接到所述车辆车架，并且任选地，其中所述多个紧固件是螺栓或螺钉。
6.如任何前述权利要求所述的电动化车辆，其中所述电池组、所述隔离器以及所述电池支撑结构由多个紧固件联接在一起。
7.如任何前述权利要求所述的电动化车辆，其中第一紧固件延伸通过所述电池支撑结构并且通过所述隔离器，以及随后进入所述电池组，以及第二紧固件延伸通过所述隔离器的安装凸缘并且进入所述电池支撑结构，并且任选地，其中所述第一紧固件和所述第二紧固件在相反的方向上延伸。
8.如任何前述权利要求所述的电动化车辆，其包括用于将所述电池支撑结构安装到所述车架的第一紧固件，用于将所述电池组、所述隔离器以及所述电池支撑结构联接在一起的第二紧固件，以及用于将所述隔离器安装到所述电池支撑结构的第三紧固件。
9.如任何前述权利要求所述的电动化车辆，其中所述隔离器包括外衬套、内衬套以及在所述外衬套和所述内衬套之间的阻尼部分，以及任选地，其中所述阻尼部分包括橡胶。
10.如任何前述权利要求所述的电动化车辆，其包括安装在所述电池组和所述电池支撑结构之间的多个隔离器。
11.如任何前述权利要求所述的电动化车辆，其中所述电动化车辆是电池电动皮卡车。
12.一种方法，其包括：
将隔离器安装在电池组和电池支撑结构之间；以及
将所述电池支撑结构安装到电动化车辆的车架，
其中，一旦安装，所述电池支撑结构支撑所述电池组，并且所述隔离器隔离所述电池组与车辆负载。
13.如权利要求12所述的方法，其中安装所述隔离器包括：
插入第一紧固件通过所述电池支撑结构，随后通过所述隔离器，并且随后进入所述电池组；以及
任选地插入第二紧固件通过所述隔离器并且进入所述电池支撑结构。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中安装所述电池支撑结构包括：
插入多个紧固件通过所述电池支撑结构并且进入所述车架。
15.如权利要求12至14中的任一项所述的方法，其中安装所述隔离器是在将所述电池支撑结构安装到所述车架之前执行的。
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