CN112477572A - 具有支撑支柱的电池总成和电池模块支撑方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供“具有支撑支柱的电池总成和电池模块支撑方法”。一种电池总成，除其他外，包括上层托盘、支撑在上层托盘上的上电池模块以及支撑所述上层托盘的支柱。根据本公开的另一个示例性方面的电池模块支撑方法，除其他外，包括：用支柱支撑上层托盘；以及用所述上层托盘支撑上电池模块。

Description

具有支撑支柱的电池总成和电池模块支撑方法

技术领域

本公开总体上涉及在牵引电池内支撑电池模块，并且特别地涉及使用至少一个支柱来在外壳内支撑上层电池模块。

背景技术

电动化车辆不同于常规的机动车辆，因为电动化车辆使用由牵引电池供电的一个或多个电机来选择性地驱动。电机可以代替内燃发动机或附加于内燃发动机来驱动电动化车辆。示例性电动化车辆包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、燃料电池车辆(FCV)和电池电动车辆(BEV)。

牵引电池是相对高压的电池，其选择性地为电动化车辆的电机和其他电负载供电。牵引电池可以包括电池模块，每个电池模块都包括多个互连的电池单元。电池模块可在牵引电池内分层布置。在过去，电池模块的上层已经由冲压金属板支撑托架支撑。

发明内容

根据本公开的示例性方面，一种电池总成，除其他外，包括上层托盘、支撑在上层托盘上的上电池模块以及支撑上层托盘的支柱。

前述总成的另一个示例包括在下层的下电池模块。下电池模块竖直地在上层托盘和上电池模块下方。

任一前述总成的另一个示例包括外壳和在外壳的内部内的横向构件。支柱安装在横向构件上。

在任一前述总成的另一个示例中，支柱是安装在横向构件上并且支撑上层托盘的多个支柱中的一个。

任一前述总成的另一个示例包括支柱的第一附接凸缘和支柱的第二附接凸缘。第一附接凸缘固定到横向构件的第一水平面向侧。第二附接凸缘固定到横向构件的相对的第二水平面向侧。

任一前述总成的另一个示例包括支柱的塔形部分。第一凸缘和第二凸缘从塔形部分竖直向下延伸。

在任一前述总成的另一个示例中，塔形部分随着支柱竖直向上延伸而逐渐变细。

在任一前述总成的另一个示例中，塔形部分包括第一外壁、第二外壁和在第一外壁和第二外壁之间延伸的多个腹板。

在任一前述总成的另一个示例中，多个腹板至少包括第一腹板和第二腹板。第一腹板水平取向并且抵靠横向构件的竖直面向表面放置。第二腹板沿着竖直成角度的平面取向。

在任一前述总成的另一个示例中，第一附接凸缘是第一外壁的延伸部，并且第二附接凸缘是第二外壁的延伸部。

在任一前述总成的另一个示例中，第一附接凸缘的厚度大于第一外壁的厚度，并且第二附接凸缘的厚度大于第二外壁的厚度。

在任一前述总成的另一个示例中，第一外壁和第二外壁竖直延伸到平台。平台被构造为联接到机械紧固件以将上层托盘固定到支柱。

在任一前述总成的另一个示例中，平台包括螺纹孔。

在任一前述总成的另一个示例中，第一水平面向侧相对于相关联车辆的取向面向前方。此外，第二水平面向侧相对于相关联车辆的取向面向后方。

根据本公开的另一个示例性方面，一种电池模块支撑方法，除其他外，包括：用支柱支撑上层托盘；以及用上层托盘支撑上电池模块。

在前述方法的另一个示例中，支柱在牵引电池内固定到横向构件。

任一前述方法的另一个示例包括将支柱的第一附接凸缘固定到横向构件的第一水平面向侧，并且将支柱的第二附接凸缘固定到横向构件的相对的第二水平面向侧。

在任一前述方法的另一个示例中，第一水平面向侧相对于相关联车辆的取向面向前方，并且第二水平面向侧相对于相关联车辆的取向面向后方。

在任一前述方法的另一个示例中，支柱朝向竖直上端逐渐变细。

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各个特征中的任何一个)可独立地或以任何组合形式采用。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非此类特征是不相容的。

附图说明

根据具体实施方式，所公开的示例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以简要地描述如下：

图1示意性地示出了电动化车辆的动力传动系统。

图2示出了图1的牵引电池的选定部分的透视图，其中外壳的盖被移除以露出牵引电池内的电池模块的各层。

图3示出了图2的牵引电池的区域的特写视图，其中电池模块被移除，以示出牵引电池内用于支撑上层电池模块的各种支柱。

图4示出了从牵引电池的横向构件延伸的图2的牵引电池的支柱。

图5示出了图4的支柱的前视图。

图6示出了图4的支柱的侧视图。

图7示出了来自图2的牵引电池的另一个支柱的前视图。

图8示出了图7的支柱的侧视图。

图9示出了来自图2的牵引电池的另一个支柱的前视图。

图10示出了图9的支柱的侧视图。

具体实施方式

电动化车辆的牵引电池可以包括分层布置的电池模块。本公开详细描述了用于支撑在上层内的电池模块的总成和方法。

总成和方法利用支柱。支柱可以便于分配施加到牵引电池的载荷，诸如碰撞载荷。用支柱分配载荷可以帮助防止电池模块的上层及其相关联的部件响应于所施加的载荷而倾翻和屈曲。与具有单层的牵引电池组相比，具有多层电池模块的牵引电池可以具有增加的竖直高度和更高的重心，这使得载荷吸收更加困难。

图1示意性地示出了电动化车辆的动力传动系统10的选定部分。尽管被描绘为混合动力电动化车辆(HEV)，但是应理解，本文描述的概念不限于HEV并且可以延伸到其他电动化车辆，包括但不限于插电式混合动力电动化车辆(PHEV)、燃料电池车辆(FCV)和电池电动化车辆(BEV)。

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12和发电机14(即，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达16(即，第二电机)、发电机14和至少一个牵引电池18。在该示例中，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产生扭矩来驱动电动化车辆的一组或多组车辆驱动轮20。

在该示例中为内燃发动机的发动机12和发电机14可以通过动力传递单元22连接。在一个非限制性实施例中，动力传递单元22是行星齿轮组，其包括环形齿轮24、中心齿轮26和齿轮架总成28。当然，包括其他齿轮组和变速器的其他类型的动力传动单元可以用于将发动机12连接到发电机14。

发电机14可由发动机12通过动力传递单元22驱动，以将动能转化成电能。发电机14可以替代地用作马达以将电能转化成动能，从而向连接到动力传递单元22的轴30输出扭矩。由于发电机14可操作地连接到发动机12，因此发动机12的速度可由发电机14控制。

动力传递单元22的环形齿轮24可以连接到轴32，所述轴32通过第二动力传递单元34连接到车辆驱动轮20。第二动力传递单元34可以包括具有多个齿轮36的齿轮组。其他动力传递单元也可以是合适的。齿轮36将扭矩从发动机12传递至差速器38，以最终向车辆驱动轮20提供牵引力。差速器38可以包括多个齿轮，多个齿轮能够将扭矩传递到车辆驱动轮20。在该示例中，第二动力传递单元34通过差速器38机械地联接到车桥40，以将扭矩分配到车辆驱动轮20。

马达16(即，第二电机)也可以用于通过向也连接到第二动力传递单元34的轴42输出扭矩来驱动车辆驱动轮20。在一个实施例中，马达16和发电机14作为再生制动系统的一部分协作，其中马达16和发电机14两者都可以用作马达以输出扭矩。例如，马达16和发电机14可以各自向牵引电池18输出电力。

牵引电池18具有能够输出电力以操作马达16和发电机14的高压电池的形式。牵引电池18是牵引电池，因为牵引电池18提供动力来驱动车辆驱动轮20。

在示例性实施例中，牵引电池18是包括多个电池模块44的电池组。电池模块44中的每一个都包括多个单独的电池单元。

在示例性实施例中，牵引电池18包括多个下电池模块44L和多个上电池模块44U。上电池模块44U竖直地在下电池模块44L的上方。出于封装原因和出于其他设计原因，诸如增加牵引电池18的能量密度，可能需要将电池模块44分层布置。

出于本公开的目的，竖直是参考地面和在操作期间电动化车辆及其牵引电池18的法线取向而言的。

现在参考图2，牵引电池18包括外壳50，外壳50容纳电池模块44和其他部件。外壳50，除其他外，包括外壳托盘52、乘客侧导轨54P、驾驶员侧导轨54D和后端导轨56。

外壳50还包括盖，盖在图2中已经被移除以露出电池模块44U、44L。在组装的牵引电池18中，盖可以固定到外壳托盘52，以围封电池模块44。

在外壳50的内部内，横向构件62在横向车辆方向上从驾驶员侧导轨54D延伸到乘客侧导轨54P。例如，当碰撞载荷施加到具有牵引电池18的车辆的一侧时，横向构件62可以加强牵引电池18。横向构件62增加了支撑并且帮助控制牵引电池18响应于施加的载荷的运动学。

在外壳50的内部内，下电池模块44L被支撑在外壳托盘52上。上电池模块44U被支撑在上层托盘64上。

现在参考图3并且继续参考图2，牵引电池18利用支柱100、200、300在外壳50内将上层托盘64支撑在竖直提升位置。支柱100和200从横向构件62延伸到上层托盘64。支柱100和200提供从上层托盘64直接到横向构件62的载荷路径。支柱300从后端导轨56延伸到上层托盘64。支柱300提供从上层托盘直接到后端导轨56的载荷路径。值得注意的是，支柱300完全定位在牵引电池18的外壳50的内部内。

支柱100、200、300可以被挤压而成或铸造而成。支柱100、200、300可以是金属或金属合金材料。在特定示例中，支柱100、200、300全部都是挤制铝材。

如图4至图6中示出的，支柱100包括第一附接凸缘166、第二附接凸缘168、塔形部分170和平台部分174。第一附接凸缘166和第二附接凸缘168从塔形部分170竖直向下延伸。

当安装在牵引电池18内时，第一附接凸缘166抵靠横向构件62的第一水平面向侧76设置，并且第二附接凸缘168抵靠横向构件62的第二水平面向侧78设置(图4)。第一附接凸缘166和第二附接凸缘168可以直接地固定到横向构件62，以相对于横向构件62固定支柱100。

附接可以包括将第一附接凸缘166和第二附接凸缘168焊接到横向构件62。例如，焊接可以是熔化极惰性气体保护(MIG)焊接。可以使用除焊接之外的技术将第一附接凸缘166和第二附接凸缘168固定到横向构件62。例如，第一附接凸缘166和第二附接凸缘168可以用螺栓附接到横向构件62或者利用自冲铆钉附接。

支柱100的塔形部分170随着塔形部分170远离第一附接凸缘166和第二附接凸缘168朝向平台部分174竖直向上延伸而逐渐变细。也就是说，塔形部分170的基部区域比基部区域竖直上方的区域宽。

塔形部分170包括第一外壁182、第二外壁184和从第一外壁182延伸到第二外壁184的多个腹板186。一个腹板186A基本上水平设置并且被构造为直接接触横向构件62的竖直面向上的表面80。另外两个腹板186B相对于水平方向成一定角度，但角度不同。

当牵引电池18安装到车辆时，第一外壁182向前面向车辆的前部。第二外壁184面向后。腹板186因此沿着车辆的纵向轴线或Y轴延伸。

当与具有基本上实心且连续的塔形区段的支柱相比时，腹板186可以减小支柱100的重量。与没有腹板或锥形部的设计相比，腹板186和支柱100的锥形部可以增加支柱100的弯曲刚度并且可以增加与支柱100相关联的正常频率。

增强的弯曲刚度可以帮助解决噪声、振动和粗糙性(NVH)问题，以及与上层托盘64响应于所施加的载荷而挠曲相关联的问题。锥形部和腹板186因此可以帮助改善牵引电池18响应于载荷的运动学。

第一附接凸缘166和第二附接凸缘168可以各自具有沿着Y轴的厚度T1，Y轴是车辆的纵向轴线。第一外壁182和第二外壁184可以各自具有小于T1的厚度T2。第一附接凸缘166和第二附接凸缘168的增加的厚度可以帮助固化支柱100和横向构件62之间的连接。

平台部分174继续从塔形部分170竖直向上逐渐变细。平台部分174的逐渐变细还可以帮助改善牵引电池18响应于载荷的运动学。

在示例性实施例中，平台部分174提供螺纹孔188。机械紧固件可以延伸穿过上层托盘64中的孔口，以接合螺纹孔188，从而相对于支柱100固定上层托盘64。在另一个示例性实施例中，可以省略孔88，并且螺纹杆可以从支柱100的平台部分174向上延伸。

支柱100还包括在第一外壁182内的孔口192。孔口192可以用作用于固定布线、管道等的锚接位置。孔口192可以例如接收推入式铆钉或圣诞树紧固件，所述推入式铆钉或圣诞树紧固件用于锚接延伸到下模块44L或牵引电池18的其他区域的电线。

现在参考图7和图8，另一个示例性支柱200用于相对于横向构件62固定上层托盘64。例如，可以使用支柱200而不是支柱100来适应封装要求。

支柱200包括第一附接凸缘266和第二附接凸缘268。第一附接凸缘266和第二附接凸缘268在设计上类似于支柱200的第一附接凸缘266和第二附接凸缘268。

支柱200还包括塔形部分270和平台274。除其他外，塔形部分270与支柱100的塔形部分170的不同处为锥形部。通常，塔形部分270向上逐渐变细到塔形部分270的沿着Y轴具有减少的尺寸的区域，然后沿着Y轴向外扩展。这导致当从侧面观察时，塔形部分270具有沙漏型样式。

塔形部分270包括从第一外壁282和第二外壁284延伸的腹板286。腹板286全部都基本上水平对准。像支柱100一样，第一附接凸缘266和第二附接凸缘268沿着Y轴的厚度大于对应的第一外壁282和第二外壁284的厚度。

现在参考图9和图10，其余的示例性支柱300用于将上层托盘64附接并且固定到后端导轨56。支柱300包括附接凸缘366，附接凸缘366可以焊接或以其他方式附接到后端导轨56的水平面向侧90。

支柱300包括沿着相对于水平成角度的平面延伸的腹板386。支柱300的平台部分374提供螺纹孔388，螺纹孔388被构造为接收延伸穿过上层托盘64中的孔口的机械紧固件。

尽管在本公开的附图中示出了特定的部件关系，但图示并不意图限制本公开。换句话说，所示的各种部件的放置和取向可以在本公开的范围内变化。此外，随附于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。

前面的描述在本质上是示例性的而非限制性的。对所公开的示例作出的变化和修改对于本领域技术人员而言可能变得显而易见，所述变化和修改不一定脱离本公开的本质。因此，赋予本公开的法律保护范围只能通过研究所附权利要求来确定。

Claims (15)

1.一种电池总成，其包括：

上层托盘；

上电池模块，其被支撑在所述上层托盘上；以及

支柱，其支撑所述上层托盘。

2.如权利要求1所述的电池总成，其还包括在下层的下电池模块，所述下电池模块竖直地在所述上层托盘和所述上电池模块下方。

3.如权利要求1所述的电池总成，其还包括外壳和所述外壳的内部内的横向构件，所述支柱安装在所述横向构件上，并且可选地，其中所述支柱是安装在所述横向构件上并且支撑所述上层托盘的多个支柱中的一个。

4.如权利要求3所述的电池总成，其还包括所述支柱的第一附接凸缘和所述支柱的第二附接凸缘，所述第一附接凸缘固定到所述横向构件的第一水平面向侧，所述第二附接凸缘固定到所述横向构件的相对的第二水平面向侧，并且可选地，所述电池总成还包括所述支柱的塔形部分，所述第一凸缘和所述第二凸缘从所述塔形部分竖直向下延伸。

5.如权利要求4所述的电池总成，其中所述塔形部分随着所述支柱竖直向上延伸而逐渐变细。

6.如权利要求4所述的电池总成，其中所述塔形部分包括第一外壁、第二外壁和在所述第一外壁和所述第二外壁之间延伸的多个腹板。

7.如权利要求6所述的电池总成，其中所述多个腹板至少包括第一腹板和第二腹板，所述第一腹板水平取向并且抵靠所述横向构件的竖直面向表面放置，所述第二腹板沿着竖直成角度的平面取向。

8.如权利要求6所述的电池总成，其中所述第一附接凸缘是所述第一外壁的延伸部，并且所述第二附接凸缘是所述第二外壁的延伸部，并且可选地，其中所述第一附接凸缘的厚度大于所述第一外壁的厚度，并且所述第二附接凸缘的厚度大于所述第二外壁的厚度。

9.如权利要求6所述的电池总成，其中所述第一外壁和所述第二外壁竖直延伸到平台，所述平台被构造为联接到机械紧固件以将所述上层托盘固定到所述支柱，并且可选地，其中所述平台包括螺纹孔。

10.如权利要求4所述的电池总成，其中所述第一水平面向侧相对于相关联车辆的取向面向前方，其中所述第二水平面向侧相对于所述相关联车辆的所述取向面向后方。

11.一种电池模块支撑方法，其包括：

用支柱支撑上层托盘；以及

用所述上层托盘支撑上电池模块。

12.如权利要求11所述的电池模块支撑方法，其中所述支柱在牵引电池内固定到横向构件。

13.如权利要求12所述的电池模块支撑方法，其还包括将所述支柱的第一附接凸缘固定到所述横向构件的第一水平面向侧，并且将所述支柱的第二附接凸缘固定到所述横向构件的相对的第二水平面向侧。

14.如权利要求13所述的电池模块支撑方法，其中所述第一水平面向侧相对于相关联车辆的取向面向前方，其中所述第二水平面向侧相对于所述相关联车辆的所述取向面向后方。

15.如权利要求11所述的电池模块支撑方法，其中所述支柱朝向竖直上端逐渐变细。

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