CN111434563A - 高压电池组安装系统 - Google Patents

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CN111434563A CN202010024069.3A CN202010024069A CN111434563A CN 111434563 A CN111434563 A CN 111434563A CN 202010024069 A CN202010024069 A CN 202010024069A CN 111434563 A CN111434563 A CN 111434563A
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伊哈卜·格雷斯
大卫·爱德华·保罗
阿赫特兰·汗
布拉德·沃伦·普罗伯特
阿尼尔·雷迪·普勒拉雷武
迈克·波波夫斯基
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Abstract

本公开提供了“高压电池组安装系统”。本公开详述了用于将电池组安装到电动化车辆的安装系统和相关联的方法。示例性的电动化车辆可以包括车架、电池组和用于将所述电池组安装到所述车架的安装系统。所述安装系统可以包括一个或多个侧梁。每个侧梁可以包括预限定的压溃启动器，所述预限定的压溃启动器被构造为在车辆冲击载荷事件期间塑性变形以吸收和传递能量。

Description

高压电池组安装系统
技术领域
本公开总体上涉及电动化车辆电池组，并且更特定地涉及用于在冲击载荷事件期间有效地管理载荷路径的电池组安装系统。
背景技术
已有文献详细记载了对减少汽车燃料消耗和排放的期望。因此，正在开发减少或完全消除对内燃发动机的依赖的电动化车辆。通常，电动化车辆与常规的机动车辆不同，因为电动化车辆是通过一个或多个电池供电的电机选择性地驱动的。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载荷供电。电池组可能容易受各种车辆载荷影响，其包括在电动化车辆的操作期间在车辆冲击载荷事件(例如，前部、侧部、侧杆、后部等)期间施加的载荷。
发明内容
根据本公开示例性方面的电动化车辆包括车架、电池组和用于将电池组安装到车架的安装系统等。所述安装系统包括侧梁，所述侧梁包括预限定的压溃启动器，所述预限定的压溃启动器被构造为塑性变形，从而使冲击载荷到所述电池组中的传递最小化。
在前述电动化车辆的另一个非限制性实施例中，车架包括第一纵梁、第二纵梁以及在第一纵梁和第二纵梁之间延伸的横向构件。电池组至少部分地在第一纵梁和第二纵梁之间。
在任一前述电动化车辆的另一个非限制性实施例中，其包括用于将侧梁安装到车架的第一多个紧固件，并且包括用于将电池组安装到侧梁的第二多个紧固件。
在任一前述电动化车辆的另一个非限制性实施例中，侧梁包括安装到电池组的第一安装部段、安装到车架的第二安装部段以及在第一安装部段和第二安装部段之间延伸的多个壁部段。
在任一前述电动化车辆的另一个非限制性实施例中，多个壁部段包括两个壁部段。
在任一前述电动化车辆的另一个非限制性实施例中，多个壁部段包括三个壁部段。
在任一前述电动化车辆的另一个非限制性实施例中，多个壁部段包括四个壁部段。
在任一前述电动化车辆的另一个非限制性实施例中，多个壁部段中的每一个都包括至少一个预限定的压溃启动器。
在任一前述电动化车辆的另一个非限制性实施例中，多个壁部段中的每一个都包括至少两个预限定的压溃启动器。
在任一前述电动化车辆的另一个非限制性实施例中，安装系统包括第二侧梁，所述第二侧梁安装到电池组的与所述侧梁相对的侧面，其中所述第二侧梁包括第二预限定的压溃启动器。
在任一前述电动化车辆的另一个非限制性实施例中，预限定的压溃启动器包括形成在侧梁的壁部段中的凹口。
在任一前述电动化车辆的另一个非限制性实施例中，预限定的压溃启动器包括形成在侧梁的壁部段中的厚度减小的区域。
在任一前述电动化车辆的另一个非限制性实施例中，预限定的压溃启动器包括形成在侧梁的壁部段中的穿孔。
在任一前述电动化车辆的另一个非限制性实施例中，预限定的压溃启动器延伸跨过侧梁的壁部段的整个长度。
在任一前述电动化车辆的另一个非限制性实施例中，纵梁加强件固定在侧梁的凹部(pocket)内或固定到侧梁的外表面。
根据本公开的方法的另一个示例性方面包括：用安装系统将电池组安装到电动化车辆的车架，所述安装系统包括具有至少一个预限定的压溃启动器的侧梁；以及响应于车辆冲击载荷事件使至少一个预限定的压溃启动器塑性变形，从而使冲击载荷到所述电池组中的传递最小化；等等。
在任一前述方法的另一个非限制性实施例中，安装电池组包括使用第一紧固件将电池组安装到侧梁，以及使用第二紧固件将侧梁安装到车架。
在任一前述方法的另一个非限制性实施例中，使至少一个预限定的压溃启动器塑性变形包括沿着至少一个预限定的压溃启动器弯曲或剪切侧梁。
在任一前述方法的另一个非限制性实施例中，所述至少一个压溃启动器由形成在所述侧梁中的凹口、所述侧梁的厚度减小的区域、或形成在所述侧梁中的穿孔来建立。
在任一前述方法的另一个非限制性实施例中，所述方法包括用纵梁加强件加固侧梁的分立部分。
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(包括它们的各种方面或相应的单独特征中的任何一个)可以独立地或以任何组合来采用。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非这种特征是不兼容的。
根据以下详细描述，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。附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化车辆。
图2示出了图1的电动化车辆的底侧。
图3示出了电动化车辆的示例性电池组。
图4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5是电池组安装系统的示例性侧梁的透视图。
图6是图5的侧梁的端视图。
图7示出了电池组安装系统的另一个示例性侧梁。
图8示出了电池组安装系统的又一示例性侧梁。
图9示出了电池组安装系统的又一示例性侧梁。
图10示出了电池组安装系统的侧梁的预限定的压溃启动器。
图11示出了电池组安装系统的侧梁的另一个预限定的压溃启动器。
图12示出了与电池组安装系统的侧梁一起使用的示例性加强构造。
图13示出了与电池组安装系统的侧梁一起使用的另一个示例性加强构造。
图14示出了与电池组安装系统的侧梁一起使用的又一示例性加强构造。
图15示意性地示出了电池组安装系统在第一车辆冲击载荷事件期间的行为。
图16示意性地示出了电池组安装系统在第二次车辆冲击载荷事件期间的行为。
图17示出了电池组安装系统的又一示例性侧梁。
具体实施方式
本公开详述了用于将电池组安装到电动化车辆的安装系统和相关联的方法。示例性的电动化车辆可以包括车架、电池组和用于将电池组安装到车架的安装系统。安装系统可以包括一个或多个侧梁。每个侧梁可以包括预限定的压溃启动器，所述预限定的压溃启动器被构造为在车辆冲击载荷事件期间塑性变形以吸收和传递能量。在本具体实施方式的以下段落中更详细地讨论这些和其他特征。
图1和图2示意性地示出了电动化车辆10。电动化车辆10可以是汽车、卡车、厢式货车、运动型多用途车、跨界车或包括电动化动力传动系统的任何其他类型的车辆。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，尽管在该实施例中未具体示出，但是电动化车辆10可以装备有内燃发动机，所述内燃发动机可以单独采用或者与其他能量源组合采用来推进电动化车辆10。
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。另外，附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一些细节。
在示出的实施例中，电动化车辆10是仅通过电力、诸如通过一个或多个电机12推进的全电动化车辆，而无需内燃发动机的任何辅助。电机12可以作为电动马达、发电机或两者来操作。电机12接收电力，并向电动化车辆10的一个或多个驱动轮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是示例性的电动化车辆电池。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的其他电气载荷的多个电池阵列20(即，电池总成或可充电电池单元的群组)。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可用于给电动化车辆10供电。
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的后部的货物空间24(例如，行李厢)。底盘26可以将乘客舱22与车辆车架28分开，所述底盘26通常建立车辆车身底部。电池组18可从车辆车架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不占用原本可用于运载乘客或货物的空间。
至少部分由于其车身底部安装位置，电池组18可能容易受到各种车辆载荷的影响，所述各种车辆载荷包括但不限于冲击载荷(例如，在碰撞和行驶净空事件期间施加的载荷)、耐久性载荷和惯性载荷。如果未被隔离，这些冲击载荷可直接传递到电池组18中，这又可产生很大的可能损坏电池组18的相对敏感的内部部件的力。
因此，在本公开中提出了用于将电池组18安装到电动化车辆10的车辆车架28上的新型安装系统30。如下文更详细讨论的，安装系统30能够吸收和分配可能在车辆冲击载荷事件(例如，前部、侧部、侧杆、后部等)期间施加的冲击载荷，从而显著地使冲击载荷到电池组18的传递最小化。
图3是图1的电池组18的横截面视图。例如，电池组18可以容纳多个电池单元32，所述多个电池单元32存储用于为电动化车辆10的各种电气负载(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，可以替代地使用具有其他几何形状(圆柱形、袋形等)、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)、电池电气控制模块(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可以被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，在电池组18内采用的电池单元32和电池阵列20的总数不意图限制本公开。
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被容纳在外壳总成36内，因此这些部件被认为是电池组18的电池内部部件。电池内部部件是敏感部件类型的示例，在车辆冲击载荷事件期间，如果冲击载荷被传递到电池组18中，则可能会损坏所述敏感部件。
尽管在图3中示出了电池阵列20和电池电子部件34的示例放置，但是该特定放置并不意图限制本公开。电池组18的电池内部部件可以以任何构造布置在外壳总成36内部。
在实施例中，外壳总成36是密封的外壳。在本公开的范围内，外壳总成36可以包括任何尺寸、形状和构造。
外壳总成36可以包括托盘38和覆盖件40。托盘38和覆盖件40协作以包围和围封电池阵列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，覆盖件40可以被安置并密封到托盘38以围封电池阵列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和覆盖件40可由铝或钢构造而成。然而，包括基于聚合物的材料的其他材料也可以适用于构造外壳总成36的部件。
图2和图4示出了用于将电池组18安装到车辆车架28的示例性安装系统30。安装系统30可以包括一个或多个侧梁44，所述一个或多个侧梁44用于将电池组18连接到车辆车架28并且在电动化车辆10的操作期间吸收和传递可施加到车辆车架28上的冲击载荷两者。在实施例中，安装系统30包括两个侧梁44，其中一个所述侧梁44被安装到电池组18的每个相对侧面46。然而，也可以想到其他构造，因此侧梁44的总数和安装位置不打算限制本公开。
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，各种部件直接地或间接地附接到所述主要支撑结构。车辆车架28可以包括单体构造，其中电动化车辆的底盘和车身彼此集成在一起，或者可以是车身在车架上构造的一部分。作为非限制性示例，车辆车架28可由金属材料(诸如钢、碳钢或铝合金)制成。
车辆车架28包括多个纵梁48(有时称为“车架纵梁”或“梁”)。图2示出了两个这种纵梁48。纵梁48彼此间隔开并且纵向延伸以建立车辆车架28的长度。多个横向构件50可以在车辆车架28的纵梁48之间延伸。横向构件50大体上可以相对于纵梁48横向地延伸，以用于建立车辆车架28的宽度。
侧梁44可以安装到侧梁48、横向构件50或两者。在图2所示的实施例中，侧梁44中的一个安装到侧梁48中的每一个。在电池组18的安装位置中，侧梁44可以轴向定位在侧梁48和电池组18的侧面46之间。
安装系统30的多个紧固件52可用于将侧梁44固定地安装到车辆车架28的侧梁48。安装系统30的第二多个紧固件54可用于将电池组18固定地安装到侧梁44。紧固件52、54可以是相对刚性的螺栓或螺钉。在本公开的范围内还可以使用其他类型的紧固件。安装系统30所采用的紧固件52、54的总数可根据设计而变化，并且因此不意图限制本公开。
图5至图6示出了安装系统30的示例性侧梁44。在实施例中，侧梁44是挤压成的金属部件。例如，侧梁44可由铝或钢构造而成。在本公开的范围内，可以替代地或另外地使用其他材料和制造技术来制造侧梁44。
侧梁44可以沿着长度L延伸。长度L的实际尺寸可以根据车辆设计而变化。在实施例中，长度L基本上与电池组18的侧面46的长度L2相同(例如，在10％以内)(例如，参见图4)。
侧梁44可以包括第一或电池侧安装部段56、第二或车架侧安装部段58以及多个壁部段60，所述多个壁部段60在电池侧安装部段56和车架侧安装部段60之间横向地延伸。在其他实施例中，多个壁部段60可以横向邻近电池侧安装部段56和车架侧安装部段58设置，它们可以彼此并排(例如，参见图17)。电池侧安装部段56是侧梁44的可安装到电池组18的部分，并且车架侧安装部段58是侧梁44的可安装到车架28的侧梁48的部分。在实施例中，电池侧安装部段56包括第一高度H1，所述第一高度大于车架侧安装部段58的第二高度H2(参见图6)。
侧梁44可以包括两个或更多个壁部段60。在实施例中，侧梁44包括三个壁部段60A、60B和60C(参见图6)。在另一个实施例中，侧梁44包括两个壁部段60A、60B(参见图7)。在又一个实施例中，侧梁44包括四个壁部段60A、60B、60C和60D(参见图8)。设置在侧梁44上的壁部段60的总数是设计相关的，并且可以取决于电池组18的重量，以及各种其他设计标准。
侧梁44的每个壁部段60可以包括一个或多个预限定的压溃启动器62。在图6所示的实施例中，壁部段60A、60B、60C各自包括单个预限定的压溃启动器62。在另一个实施例中，壁部段60A、60B、60C各自包括多个(例如，两个或更多个)预限定的压溃启动器62(参见图9)。设置在每个侧梁44上的预限定的压溃启动器62的总数可以根据车辆设计而变化。
在实施例中，每个预限定的压溃启动器62延伸跨过侧梁44的整个长度L(参见例如图5)。然而，在替代实施例中，预限定的压溃启动器62中的一个或多个可以被设计成仅延伸跨过长度L的分立部分。
每个预限定的压溃启动器62可以通过刻划、切割或以其他方式在壁部段60的表面中形成浅凹口64而形成在壁部段60中。凹口64在壁部分60中产生弱化区域。如果来自车辆冲击载荷事件的力超过预限定的压溃启动器62的预限定的载荷阈值，则壁部段60可以诸如通过屈曲或剪切而在预限定的压溃启动器62处塑性变形。例如，预限定的载荷阈值可以是拉伸、压缩、剪切、屈曲或弯曲载荷阈值。通过在预限定的压溃启动器62处塑性变形，能量被吸收并沿着侧梁44的长度L传递，从而使冲击载荷向敏感电池内部部件所在的电池组18中的侵入最小化。
侧梁44的一些壁部段60的预限定的压溃启动器62可以相对于侧梁44的其他壁部段60的预限定的压溃启动器62倒置。在相邻的预限定的压溃启动器62之间提供这种倒置关系可以大大降低在车辆冲击载荷事件期间侧梁44旋转的可能性。在图6的实施例中，例如，壁部段60B和60C的预限定的压溃启动器62相对于壁部段60A的预限定的压溃启动器62倒置。在实施例中，这可以通过将壁部段60A的预限定的压溃启动器62布置成包括凹形构造并将壁部段60B和60C的预限定的压溃启动器62布置成包括凸形构造来实现。当然，在本公开的范围内还设想了预限定的压溃启动器62的其他布置。
可由不同于图6至图9中所示的凹口64或除了图6至图9中所示的凹口64以外的特征来建立预限定的压溃启动器62。例如，如图10所示，壁部段60可以包括具有厚度T1的区域和具有减小的厚度T2的另一个区域。减小的厚度T2的区域建立了壁部段60的预限定的压溃启动器62。
在另一个实施例中，如图11所示，预限定的压溃启动器62可以通过在壁部段60中形成穿孔66而形成。穿孔66在壁部段60中形成弱化区域，在所述弱化区域处，如果冲击载荷超过预限定的压溃启动器62的预限定的载荷阈值，壁部段60可以塑性变形。
对于在车辆冲击载荷事件期间塑性变形不利的情况，可以加强侧梁44的各部分。图12示出了纵梁加强件68，所述纵梁加强件可以固定到侧梁44，用于加固侧梁44的长度L的分立部分，从而基本上防止沿着分立部分的压溃启动。在实施例中，纵梁加强件68可以定位于在侧梁44的壁部段60A和壁部段60B之间延伸的凹部70A内。可以使用紧固件72将纵梁加强件68安装到壁部段60A。在另一个实施例中，另外的纵梁加强件68可以定位于在壁部段60B和壁部段60C之间延伸的凹部70B内(参见图13)。可以使用另外的紧固件72将另外的纵梁加强件68安装到壁部段60C。可以在侧梁44内定位任何数量的纵梁加强件68以用于加固侧梁44的分立部段。
图14示出了另一个纵梁加强件74，所述另一个纵梁加强件可用于在侧梁44的分立位置加固侧梁44。在实施例中，纵梁加强件74安装(例如，经由焊缝75焊接)到一个或多个壁部段60的外表面76。可以将任何数量的纵梁加强件74安装到侧梁44的外部，用于加固侧梁44的分立部段。
图15示意性地示出了在第一车辆冲击载荷事件LE1期间的图5和图6的侧梁44的行为。在实施例中，第一车辆冲击载荷事件LE1是侧杆冲击事件，其中电动化车辆10在方向D1上移动到静止对象或杆78中。当电动化车辆10移动到杆78中时，侧梁44的壁部段60可以在预限定的压溃启动器62处塑性变形，以使冲击载荷到电池组18中的传递最小化，从而保护电池内部部件80免受损坏。
图16示意性地示出了在第二车辆冲击载荷事件LE2期间的图12的侧梁44的行为。在实施例中，第二车辆冲击载荷事件LE2是侧面冲击载荷事件，其中移动壁障82在方向D2上移动到电动化车辆10的侧面中。当移动壁障82侵入电动化车辆10时，纵梁加强件68(或纵梁加强件74)帮助阻止移动壁障82的侵入与电池内部部件80相互作用。
本公开的示例性电池组安装系统提供了用于在车辆冲击载荷事件期间对电池结构进行载荷路径管理的有效策略。安装系统并入有侧梁，所述侧梁具有预限定的压溃启动器，所述预限定的压溃启动器被设计成在冲击事件期间塑性变形，从而使冲击载荷到电池组的传递最小化。本公开的示例性侧梁的使用还可提供用于跨过多个车辆平台共用电池组设计的低成本解决方案。
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。可以将来自非限制性实施例中的任一个的一些部件或特征与来自其他非限制性实施例中的任一个的特征或部件组合使用。
应理解，贯穿若干图示，相似的附图标记标识对应或类似的元件。应理解，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，但是其他布置也可以受益于本公开的教导。
前述描述应被解释为说明性的而不是以任何限制性意义来解释。本领域普通技术人员将理解，在本公开的范围内可以发生一些修改。出于这些原因，应研究所附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；
电池组；和
安装系统，其用于将所述电池组安装到所述车架，
其中所述安装系统包括侧梁，所述侧梁包括预限定的压溃启动器，所述预限定的压溃启动器被构造为塑性变形，从而使冲击载荷到所述电池组中的传递最小化。
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向构件，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，其包括用于将所述侧梁安装到所述车架的第一多个紧固件，以及用于将所述电池组安装到所述侧梁的第二多个紧固件。
4.如任一前述权利要求所述的电动化车辆，其中所述侧梁包括安装到所述电池组的第一安装部段、安装到所述车架的第二安装部段、以及在所述第一安装部段和所述第二安装部段之间延伸的多个壁部段，并且可选地其中所述多个壁部段包括两个壁部段、三个壁部段或四个壁部段。
5.如权利要求4所述的电动化车辆，其中所述多个壁部段中的每一个都包括至少一个或至少两个预限定的压溃启动器。
6.如任一前述权利要求所述的电动化车辆，其中所述安装系统包括第二侧梁，所述第二侧梁安装到电池组的与所述侧梁相对的侧面，其中所述第二侧梁包括第二预限定的压溃启动器。
7.如任一前述权利要求所述的电动化车辆，其中所述预限定的压溃启动器包括形成在所述侧梁的壁部段中的凹口。
8.如任一前述权利要求所述的电动化车辆，其中所述预限定的压溃启动器包括厚度减小的区域或形成在所述侧梁的壁部段中的穿孔。
9.如任一前述权利要求所述的电动化车辆，其中所述预限定的压溃启动器延伸跨过所述侧梁的壁部段的整个长度。
10.如任一前述权利要求所述的电动化车辆，其包括纵梁加强件，所述纵梁加强件固定在所述侧梁的凹处内或固定到所述侧梁的外表面。
11.一种方法，其包括：
用安装系统将电池组安装到电动化车辆的车架，所述安装系统包括具有至少一个预限定的压溃启动器的侧梁；和
响应于车辆冲击载荷事件使所述至少一个预限定的压溃启动器塑性变形，从而使冲击载荷到所述电池组的传递最小化。
12.如权利要求11所述的方法，其中安装所述电池组包括：
使用第一紧固件将所述电池组安装到所述侧梁；和
使用第二紧固件将所述侧梁安装到所述车架。
13.如权利要求11或12所述的方法，其中使所述至少一个预限定的压溃启动器塑性变形包括：
沿着所述至少一个预限定的压溃启动器弯曲或剪切所述侧梁。
14.如权利要求11至13中任一项所述的方法，其中所述至少一个压溃启动器由形成在所述侧梁中的凹口、所述侧梁的厚度减小的区域、或形成在所述侧梁中的穿孔来建立。
15.如权利要求11至14中任一项所述的方法，其包括：
用纵梁加强件加固所述侧梁的分立部分。
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