CN113036303A - 电动车的动力电池单体排布方法及电池包 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动车的动力电池单体排布方法及电池包。在该电动车的电池包中，相较于电池包壳体底面和/或电池包壳体侧面，动力电池单体倾斜固定在电池包壳体内。通过将动力电池单体倾斜固定在电池包壳体内，可以在不增加成本和整车质量的情况下，降低托底事故中对动力电池单体造成的损伤，提高电池包在托底事故中的安全可靠性。

Description

电动车的动力电池单体排布方法及电池包

技术领域

本发明涉及电动车的动力电池技术领域，特别是涉及电动车的动力电池单体排布方法及电池包。

背景技术

电动车电池(electric-vehicle battery)简称EVB，是用在纯电动车(BEV)或混合动力电动汽车(HEV)上，以供应电动机能量。目前，电动车的电动车电池主要选用锂离子电池，并且一般安放在电动车的底部位置，即主要集成在车身的底板上。其中，为了满足电动车具有更大的续驶里程，通常会通过增大电池包的体积，以容纳更多的动力电池单体，从而可以向电动机持续提供更多的能量，但在此情况下，为了不缩减车内空间以及不增加车辆的整体高度，就会对底板的高度进行降低，即通过减小底板的离地间隙来获得更大空间以容纳更大体积尺寸的电池包。

但是，在通过降低底板以容纳更大体积电池包的情况下，就会导致电动车在行驶时更容易发生托底事故，而托底事故中产生的托底冲击会对电动车电池造成极为严重的损伤，甚至导致电动车电池的热失控而自燃爆炸。

当前，针对电动车托底事故的解决方法主要是对底板的结构进行改造，例如增加护板，以提高底板的抗托底冲击能力，降低托底事故对电动车电池造成的损伤。然而，通过对底板结构改造以降低托底事故对电动车电池造成损伤的方法，不仅需要对电动车的整个底板进行重新设计改造，增加电动车的设计制造成本，而且还会导致电动车的整车质量增加，不利于电动车具有更大的续驶里程。

发明内容

基于此，有必要针对当前通过改造底板方式来降低托底事故对电动车电池造成损伤时存在的成本高和增加整车质量的问题，提供一种电动车的动力电池单体排布方法和电池包，以达到降低托底事故对动力电池单体造成损伤，提高电池包在托底事故中的安全稳定性。

在该电动车的动力电池单体排布方法中，相较于电池包壳体底面和/或电池包壳体侧面，动力电池单体倾斜固定在电池包壳体内。

在其中一个实施例中，沿电动车向前行驶的方向，所述动力电池单体与所述电池包壳体底面之间为前倾关系。

在其中一个实施例中，沿电动车向前行驶的方向，所述动力电池单体与所述电池包壳体底面之间为后倾关系。

在其中一个实施例中，所述动力电池单体与电池包壳体底面和/或电池包壳体侧面之间的倾斜角度为大于0°小于等于45°。

在其中一个实施例中，所述动力电池单体相对于所述电池包壳体底面倾斜而在所述动力电池单体底面与所述电池包壳体底面之间形成的倾斜间隙内设有填充支撑。

在其中一个实施例中，倾斜间隙内的填充支撑采用抗压缓冲材料。

在其中一个实施例中，所述电池包壳体内的所有动力电池单体沿同一方向倾斜设置。

在其中一个实施例中，所述电池包壳体内的所有动力电池单体之间保持相互平行。

在其中一个实施例中，所述电池包壳体内的所有动力电池单体之间设有形变间隙。

在其中一个实施例中，沿电动车向前行驶的方向，所述电池包壳体内的动力电池单体中，靠近电动车中车头部分的动力电池单体与所述电池包壳体底面之间为前倾关系设置，靠近电动车中车尾部分的动力电池单体与所述电池包壳体底面之间为后倾关系设置。

一种电动车的电池包，其中该电池包中的动力电池单体采用以上所述的动力电池单体排布方法进行排布固定。

上述电动车的动力电池单体排布方法，通过将电池包壳体内部的动力电池单体采用倾斜排布的方式固定在电池包内，即在保持电池包壳体结构尺寸不变以及动力电池单体结构尺寸不变的情况下，将动力电池单体以相对于电池包壳体底面和/或电池包壳体侧面倾斜的方式进行排布固定。此时，在发生托底事故时，由于动力电池单体的预先倾斜状态，可以有效缓解惯性作用下动力电池单体的塑性耗能，并且将由电池包壳体承担更多的冲击能量，从而降低动力电池单体发生弯曲形变的程度，减小动力电池单体上变形集中的形变量，使动力电池单体在其容忍的变形极限内发生形变而不引起短路和热失控。这样，就可以在不对电池包、动力电池单体和底板进行任何改动的情况下，即保持成本和整车质量的情况下，达到降低托底事故对动力电池单体造成损伤的技术效果，提高电池包在托底事故中的安全可靠性。

附图说明

图1为当前电动车中现有结构形式电池包的结构示意图；

图2为图1中动力电池单体与电池包壳体连接的局部放大结构示意图；

图3为本发明一实施例中电池包的结构示意图；

图4为图3中动力电池单体与电池包壳体连接的局部放大结构示意图；

图5为本发明另一实施例中电池包的结构示意图；

图6为图5中动力电池单体与电池包壳体连接的局部放大结构示意图；

图7为第一组仿真分析所获得电池包的总塑性耗能比对曲线图；

图8为第一组仿真分析所获得电池包壳体的总塑性耗能比对曲线图；

图9为第一组仿真分析所获得动力电池单体卷芯的塑性耗能比对曲线图；

图10为第一组仿真分析所获得动力电池单体壳体的塑性耗能比对曲线图；

图11为本发明再一实施例中电池包的结构示意图；

图12为第二组仿真分析所获得电池包的总塑性耗能比对曲线图；

图13为第二组仿真分析所获得电池包壳体的总塑性耗能比对曲线图；

图14为第二组仿真分析所获得动力电池单体卷芯的塑性耗能比对曲线图；

图15为第二组仿真分析所获得动力电池单体壳体的塑性耗能比对曲线图。

附图标号说明：

在当前电动车中：10-电池包；101-动力电池单体；102-电池包壳体；

在本发明一实施例中：20-电池包；201-动力电池单体；202-电池包壳体；

在本发明另一实施例中：30-电池包；301-动力电池单体；302-电池包壳体；

在本发明再一实施例中：40-电池包；401-动力电池单体；402-电池包壳体。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1和图2，图1示出了当前电动车中电池包10的结构示意图，图2示出了图1中动力电池单体与电池包壳体连接的局部放大示意图。在当前电动车所使用电动车电池的电池包10中，为了尽可能增加单个电池包壳体102内所容纳动力电池单体101的数量，以及为了便于对动力电池单体101进行安装固定，通常直接采用垂直排布的方式进行动力电池单体101的固定，即将多个动力电池单体101以相互平行的关系插装固定在电池包壳体102的底面，并且将动力电池单体101同时与电池包壳体102的底面和侧面保持垂直关系。其中，电池包壳体的底面，指的是电池包壳体中靠近电动车底板的面；电池包壳体的侧面，指的是电池包壳体中沿电动车宽度方向的面。

在托底事故的研究中发现，当电动车行驶过程中发生托底物与底板的冲击碰撞瞬间，电池单体上会出现朝向电动车行驶方向的惯性作用力，使动力电池单体朝向电动车行驶的方向发生弯曲形变，由于动力电池单体以垂直的方式固定在电池包壳体的底面，那么在惯性作用下动力电池单体中靠近固定点的位置会发生弯曲形变的集中，即在动力单体电池的局部区域出现变形集中，而该变形集中产生的变形量超出动力电池单体可以容忍的变形极限之后，就会造成动力电池单体的短路和热失控。针对该研究发现，本发明提出了一种电动车的动力电池单体排布方法。

参阅图3和图4，图3示出了本发明一实施例中电动车中电池包20的结构示意图，图4示出了图3中动力电池单体与电池包壳体连接的局部放大示意图。在本发明该实施例提供的电池包20中，矩形长方体形式的动力电池单体201采用倾斜排布的方式固定在电池包壳体202内，即多个动力电池单体201以相互平行的关系插装固定在电池包壳体202的底面，但动力电池单体201与电池包壳体202的底面之间为非垂直的关系，并且沿电动车向前行驶的方向存在一个前倾角度α。

此时，通过在动力电池单体与电池包壳体的底面之间预先设置一个沿电动车向前行驶方向的前倾角度α，即与当前常规垂直排布的动力电池相比较，在本实施例中将动力电池单体以一个预倾斜的状态固定在电池包壳体的底面。这样，在电动车行驶过程中发生托底物与底板冲击碰撞的瞬间，由于动力电池单体的预先倾斜状态，可以有效缓解惯性作用下动力电池单体发生弯曲形变的程度，减小变形集中的形变量甚至消除变形集中，从而使动力电池单体在其容忍的变形极限内发生形变而不引起短路和热失控。

进一步，在本实施例中，将动力电池单体201与电池包壳体202的底面之间的前倾角度α控制在大于0°小于等于45°的范围内。这样，在动力电池单体保持前倾状态的情况下，既可以保证动力电池单体与电池包壳体之间固定的稳定性，避免动力电池单体前倾角度过大而可能导致动力电池单体底部与电池包壳体底面之间连接固定稳定性的降低，还可以降低前倾角度过大而对电池包壳体内部空间的占用，即减少动力电池单体相对于电池包壳体底面倾斜而在动力电池单体底面与电池包壳体底面之间所形成倾斜间隙的尺寸，从而保证电池包壳体内部所容纳动力电池单体的数量，保证整个电池包的能量输出。

其中，根据不同电动车中所使用动力电池单体的情况不同，例如动力电池单体的结构形式、高度尺寸和厚度尺寸，可以适当调整动力电池单体的前倾角度，以保证动力电池单体在电池包壳体内部的固定稳定性，避免动力电池单体在长时间前倾状态下发生的自身形变。

与此同时，在本实施例中，将位于电池包壳体内的所有动力电池单体进行前倾设置的情况下，使所有动力电池单体之间保持相互平行的位置关系。这样，可以提高动力电池单体在电池包壳体内部前倾排布的整齐度，减少由于动力电池单体倾斜排布而在电池包壳体内部所形成的多余空隙占据的空间尺寸，提高电池包壳体内部的动力电池单体容纳率。

进一步，在本实施例的所有动力电池单体201之间还设有形变间隙，即在相邻动力电池单体201之间相互平行的表面之间设有间隙，以用于容纳动力电池单体产生的形变。

这样，可以避免托底事故导致动力电池单体发生形变时，由于冲击能量由冲击点向周围逐渐扩散过程中导致不同动力电池单体发生不同形变而使相邻动力电池单体之间出现直接碰撞的情况，从而降低托底事故中动力电池单体之间产生的二次碰撞，提高对动力电池单体的保护。其中，本实施例中的形变间隙还可以作为动力电池单体之间的气流间隙，用于常态下电池包内气流的流动，提高形变间隙的利用率。

在本实施例中，针对动力电池单体201的前倾设置，在动力电池单体201的底面与电池包壳体202的底面之间所形成的倾斜间隙内设有填充支撑，并且根据不同设计和工况情况可以对填充支撑进行调整，以达到不同技术效果。

例如，针对本实施例中的电池包壳体采用与常规电池包壳体相同的结构形式，即电池包壳体的底面采用平面结构形式的情况，就可以采用硬质支撑进行动力电池单体底面与电池包壳体底面之间倾斜间隙的填充，并且借助结构胶进行填充支撑与动力电池单体和电池包壳体之间的固定连接，以可以达到对动力电池单体前倾角度的精准控制，并且此时电池包壳体就可以直接选用常规垂直布设时采用的电池包壳体，从而省去对电池包壳体结构的重新设计和制造，降低整个电池包的制造成本。

此外，用于填充倾斜间隙的填充支撑还可以采用抗压缓冲材料，例如具有阻燃功能的聚丙烯塑料发泡材料(EPP)。这样，不仅便于对倾斜间隙进行快速有效填充，而且还可以借助填充支撑材料自身具备的抗压缓冲性能，提高动力电池单体的抗震效果，提高整个电池包的使用稳定性和使用寿命。

参阅图5和图6，图5示出了本发明另一实施例中电动车中电池包30的结构示意图，图6示出了图5中动力电池单体与电池包壳体连接的局部放大示意图。该实施例中的电池包与上述实施例中电池包之间的区别主要在于，动力电池单体在电池包内的倾斜方向。

其中，在本发明该实施例提供的电池包30中，动力电池单体301同样采用倾斜排布的方式固定在电池包壳体302内，多个动力电池单体301以相互平行的关系插装固定在电池包壳体302的底面，但动力电池单体301与电池包壳体302的底面之间为非垂直的关系，并且沿电动车向前行驶的方向存在一个后倾角度β，即动力电池单体301朝向电动车的车尾方向进行倾斜。

此时，通过在动力电池单体与电池包壳体的底面之间预先设置一个沿电动车行驶方向的后倾角度β，即与当前常规垂直排布的动力电池相比较，在本实施例中动力电池单体同样以一个预倾斜的状态固定在电池包壳体的底面。这样，在电动车行驶过程中发生托底物与底板冲击碰撞的瞬间，由于动力电池单体的预先倾斜状态，可以有效缓解惯性作用下动力电池单体发生弯曲形变的程度，减小变形集中的形变量甚至消除变形集中，从而使动力电池单体在其容忍的变形极限内发生形变而不引起短路和热失控。

接下来，通过采用仿真分析的方式，对上述两个实施例的电池包20、电池包30以及现有常规结构形式的电池包10在托底事故中托底冲击瞬间的塑性耗能进行第一组仿真分析的比对，以验证上述两个实施例中电池包在托底冲击工况的碰撞安全性效益。

在本次仿真分析中，将托底冲击设置在沿电动车向前行驶的方向上，并且电池包10、电池包20和电池包30均采用相同的结构形式，其区别主要就在于电池包10中的动力电池单体采用垂直排布，电池包20中的动力电池单体采用前倾排布，电池包30中的动力电池单体采用后倾排布，同时选取电池包20中前倾角度α为10°、20°和30°以及电池包30中后倾角β为10°、20°和30°三种倾斜结构，以分别对电池包的总塑性耗能、电池包壳体的塑性耗能、动力电池单体卷芯的塑性耗能以及动力电池单体壳体的塑性耗能进行比对分析，达到从更多维度对上述两个实施例中电池包在托底冲击工况中的碰撞安全性效益进行验证。

其中，电池包的总塑性耗能越低，表示电池包整体的托底碰撞之塑性能量耗散越小，从而使整个电池包具备更小的电池热失控可能性。电池包壳体的塑性耗能越高，表示电池包壳体的托底碰撞之塑性能量耗散越大，以达到增加结构吸能效果，从而可以减少其内部动力电池单体的热失控可能性。动力电池单体卷芯的塑性耗能越低，表示动力电池单体卷芯的托底碰撞之塑性能量耗散越小，从而使动力电池单体具备更小的电池热失控风险。动力电池单体壳体的塑性耗能越小，表示动力电池单体壳体的托底碰撞之塑性能量耗散越小，从而使动力电池单体具备更小的电池热失控可能性。

通过第一组仿真分析，分别获得图7至图10所示的相应塑性耗能比对曲线图，以及表1所记载不同结构形式中电池包内不同元件的吸能分配比例数据。

表1

参阅图7，图7示出了通过第一组仿真分析所获得电池包的总塑性耗能比对曲线图。根据该曲线图可知，在托底冲击过程中，相较于电池包10的托底碰撞总塑性耗能，不同倾斜角度下的电池包20和不同倾斜角度下的电池包30的托底碰撞总塑性耗能均更低，即相较于动力电池单体垂直的排布方式，通过将动力电池单体调整为倾斜排布方式，可以有效降低托底冲击过程中电池包的总塑性耗能，达到了降低电池包在托底碰撞后的热失控风险。

参阅图8，图8示出了通过第一组仿真分析所获得电池包壳体的塑性耗能比对曲线图。根据该曲线图可知，在托底冲击过程中，相较于电池包10壳体的塑性耗能，不同倾斜角度下的电池包20壳体和不同倾斜角度下的电池包30壳体的塑性耗能均更高，即相较于动力电池单体垂直的排布方式，通过将动力电池单体调整为倾斜排布方式，可以有效提高托底冲击过程中电池包壳体的塑性耗能，以增加结构吸能而降低动力电池单体的热失控风险，进而达到降低电池包在托底碰撞后的热失控风险。

参阅图9，图9示出了通过第一组仿真分析所获得动力电池单体卷芯的塑性耗能比对曲线图。根据该曲线图可知，在托底冲击过程中，相较于电池包10中动力电池单体卷芯的塑性耗能，不同倾斜角度下的电池包20和不同倾斜角度下的电池包30中动力电池单体卷芯的塑性耗能都有明显降低，即相较于动力电池单体垂直的排布方式，通过将动力电池单体调整为倾斜排布方式，可以大幅度降低托底冲击过程中动力电池单体卷芯的塑性耗能，从而降低动力电池单体在托底碰撞后的热失控风险。

参阅图10，图10示出了通过第一组仿真分析所获得动力电池单体壳体的塑性耗能比对曲线图。根据该曲线图可知，在托底冲击过程中，相较于电池包10中动力电池单体壳体的塑性耗能，不同倾斜角度下的电池包20和不同倾斜角度下的电池包30中动力电池单体壳体的塑性耗能有明显降低，即相较于动力电池单体垂直的排布方式，通过将动力电池单体调整为倾斜排布方式，可以大幅度降低托底冲击过程中动力电池单体壳体的塑性耗能，从而降低动力电池单体在托底碰撞后的热失控风险。

与此同时，结合表1对第一组仿真分析过程中不同电池包内不同元件在冲击碰撞中的吸能分配比例数据可知，相较于常规电池包壳体内动力电池单体的垂直排布，通过将电池包壳体内部的动力电池单体进行倾斜设置，有效改变了冲击碰撞中电池包壳体、动力电池单体卷芯和动力电池单体壳体对冲击产生能量的吸收分配关系。

其中，相较于动力电池单体垂直排布的电池包中电池包壳体26.0％的吸能分配占比，动力电池单体倾斜排布的电池包中电池包壳体的吸能分配占比提升至40％以上，即通过将动力电池单体改进为倾斜式排布，可以在托底碰撞中由电池包壳体分担更多的冲击能量，从而降低传递至动力电池单体的冲击能量。

进一步，相较于动力电池单体垂直排布的电池包中动力电池单体卷芯44.2％的吸能分配占比，动力电池单体倾斜排布的电池包中动力电池单体卷芯的吸能分配占比有所降低，最大降低至35.6％，即通过将动力电池单体改进为倾斜式排布，可以在托底碰撞中降低动力电池单体卷芯承受的冲击能量。

再进一步，相较于动力电池单体垂直排布的电池包中动力电池单体壳体21.6％的吸能分配占比，动力电池单体倾斜排布的电池包中动力电池单体壳体的吸能分配占比降低至15％左右，最大降低至了9.6％，即通过将动力电池单体改进为倾斜式排布，可以将托底碰撞中动力电池单体壳体分担的冲击能量大大降低。

综上，针对相同的电池包壳体，并且在不对动力电池单体和底板进行改变的情况下，通过将动力电池单体的排布方式由垂直排布调整为倾斜排布，就可以借助预先倾斜状态的动力电池单体，减小电动车行驶过程发生托底物与底板冲击碰撞瞬间在惯性作用下使动力电池单体发生的弯曲形变，从而减小动力电池单体上变形集中位置的变形量，同时将更多的冲击能量由动力电池单体转移至电池包壳体上，由电池包壳体进行更多冲击能量的吸收，从而降低动力电池单体在托底冲击中由于变形集中而引起短路和热失控的风险，最终提高整个电池包在托底事故中的安全可靠性。

此外，参阅图7至图10所示的相应塑性耗能比对曲线图可知，针对动力电池单体沿同一倾斜方向的设置，具有不同倾斜角度的动力电池单体在托底事故中表现出了不同的塑性耗能。因此，在其他实施例中，可以通过对动力电池单体的倾斜角度进行调整，甚至在同一电池包中根据动力电池单体分布位置的不同采用不同的倾斜角度设置，即在同一电池包中设置具有不同倾斜方式和倾斜角度的动力电池单体，从而使整个电池包在托底事故中达到不同的性能效果。

进一步，参阅图7至图10所示的相应塑性耗能比对曲线图可知，针对托底冲击位于电动车向前行驶方向上的情况，相较于将动力电池单体进行后倾排布的方式，通过将动力电池单体进行前倾排布可以获得更理想的塑性耗能效果，即前倾排布状态下的电池包总塑性耗能更低、电池包壳体的塑性耗能更高、动力电池单体卷芯的塑性耗能和动力电池单体壳体的塑性耗能更低。

基于此，在本发明的另一实施例中，就可以将电池包壳体内部的动力电池单体进行不同方向的倾斜设置，其中，沿电动车向前行驶的方向，将靠近电动车中车头部分的动力电池单体进行前倾设置，将靠近电动车中车尾部分的动力电池单体进行后倾设置。

这样，在电动车向前行驶过程中，即托底物位于电动车的车头方向时，就可以由靠近电动车中车头部的电池包壳体和前倾状态的动力电池单体进行托底冲击的承受；反之，在电动车向后行驶过程中，即托底物位于电动车的车尾方向时，就可以由靠近电动车中车尾部的电池包壳体和后倾状态的动力电池单体进行托底冲击的承受。此时，在电动车向后行驶过程中，后倾排布的动力电池单体相对于托底物与电动车行驶方向的关系，实质上也为前倾排布状态，从而可以获得更理想的塑性耗能效果，提升电池包在电动车向后行驶托底事故中的安全可靠性

参阅图11所示，图11示出了本发明再一实施例中电动车中电池包40的结构示意图。在该实施例的电池包40中，动力电池单体401采用侧斜排布的方式固定在电池包壳体402内，即多个动力电池单体401以相互平行的关系插装固定在电池包壳体402的底面，但动力电池单体401与电池包壳体402的侧面之间为非垂直的关系，即动力电池单体401以驾驶员侧的一端为旋转点，将位于副驾驶侧的一端向电动车的车尾方向进行旋转，从而在动力电池单体401与电池包壳体402的侧面之间形成一个侧倾角度γ。

通过对电动车行驶过程中发生托底物与底板冲击碰撞瞬间，在电池单体上所形成朝向电动车行驶方向惯性作用力的分析可知，该惯性作用力不仅会使动力电池单体形成相对于电池包壳体底面的前倾弯曲，而且还会出现相对于电池包壳体侧面的侧向弯曲，尤其是当托底物与底板的冲击作用点靠近电池包的侧面位置时，冲击所形成的惯性作用力会使动力电池单体形成相对于电池包壳体侧面的侧向弯曲，而且越靠近电池包侧面，该侧向弯曲程度会越大，变形集中越严重。

基于此，通过将动力电池单体进行侧倾排布，可以降低惯性作用下动力电池单体发生侧向弯曲形变的程度，减小侧向变形集中的形变量甚至消除侧向变形集中，从而使动力电池单体在其容忍的变形极限内发生形变而不引起短路和热失控，提高整个电池包在托底事故中的安全可靠性。

再进一步，在本发明又一实施例中，动力电池单体还可以采用复合倾斜排布的方式固定在电池包壳体内，即动力电池单体同时与电池包壳体的底面和侧面之间为非垂直关系，在动力电池单体与电池包壳体的底面之间存在前倾角度α，以及动力电池单体与电池包壳体的侧面之间存在侧倾角度γ。

接下来，通过第二组仿真分析，对动力电池单体采用复合倾斜排布方式的电池包和现有常规结构形式的电池包在托底事故中托底冲击瞬间的塑性耗能进行比对分析，以验证动力电池单体采用复合倾斜排布方式的电池包在托底冲击工况的碰撞安全性效益。

在本次仿真分析中，同样将托底冲击设置在沿电动车向前行驶的方向上，并且采用复合倾斜排布方式的电池包选取动力电池单体前倾角度α为20°和倾斜角度γ为20°的复合倾斜方式以及后倾角度β为20°和倾斜角度γ为20°的复合倾斜方式，而现有常规结构形式的电池包则继续为动力电池单体垂直排布的方式。同时，分别对电池包的总塑性耗能、电池包壳体的塑性耗能、动力电池单体卷芯的塑性耗能以及动力电池单体壳体的塑性耗能进行比对分析，达到从更多维度对上述两个实施例中电池包在托底冲击工况中的碰撞安全性效益进行验证，最终分别获得图12至图15所示的相应塑性耗能比对曲线图。

参阅图12，图12示出了通过第二组仿真分析所获得电池包的总塑性耗能比对曲线图。根据该曲线图可知，在托底冲击过程中，相较于现有常规电池包的托底碰撞总塑性耗能，动力电池单体采用复合倾斜方式排布的电池包的托底碰撞总塑性耗能更低，即相较于动力电池单体垂直的排布方式，通过将动力电池单体调整为复合倾斜排布方式，同样可以有效降低托底冲击过程中电池包的总塑性耗能，达到了降低电池包在托底碰撞后的热失控风险。

参阅图13，图13示出了通过第二组仿真分析所获得电池包壳体的塑性耗能比对曲线图。根据该曲线图可知，在托底冲击过程中，相较于现有常规电池包壳体的塑性耗能，动力电池单体采用复合倾斜方式排布的电池包壳体的塑性耗能更高，即相较于动力电池单体垂直的排布方式，通过将动力电池单体调整为复合倾斜排布方式，依然可以有效提高托底冲击过程中电池包壳体的塑性耗能，以增加结构吸能而降低动力电池单体的热失控风险，进而达到降低电池包在托底碰撞后的热失控风险。

参阅图14，图14示出了通过第二组仿真分析所获得动力电池单体卷芯的塑性耗能比对曲线图。根据该曲线图可知，在托底冲击过程中，相较于现有常规电池包中动力电池单体卷芯的塑性耗能，动力电池单体采用复合倾斜方式排布的电池包中动力电池单体卷芯的塑性耗能有明显降低，即相较于动力电池单体垂直的排布方式，通过将动力电池单体调整为复合倾斜排布方式，可以大幅度降低托底冲击过程中动力电池单体卷芯的塑性耗能，从而降低动力电池单体在托底碰撞后的热失控风险。

参阅图15，图15示出了通过第二组仿真分析所获得动力电池单体壳体的塑性耗能比对曲线图。根据该曲线图可知，在托底冲击过程中，相较于现有常规电池包中动力电池单体壳体的塑性耗能，动力电池单体采用复合倾斜方式排布的电池包中动力电池单体壳体的塑性耗能有明显降低，即相较于动力电池单体垂直的排布方式，通过将动力电池单体调整为复合倾斜排布方式，同样可以大幅度降低托底冲击过程中动力电池单体壳体的塑性耗能，从而降低动力电池单体在托底碰撞后的热失控风险。

因此，通过将动力电池单体以复合倾斜排布的方式固定在电池包壳体内，就可以在电动车行驶过程中发生托底物与底板冲击碰撞的瞬间，由于动力电池单体的预先复合倾斜状态，可以有效缓解惯性作用下动力电池单体在不同方向上发生弯曲形变的程度，减小整个动力电池单体上变形集中的形变量，从而使动力电池单体在其容忍的变形极限内发生形变而不引起短路和热失控，提高整个电池包在托底事故中的安全可靠性。

其中，动力电池单体与电池包壳体底面之间的倾斜角度大小以及动力电池单体与电池包壳体侧面之间的倾斜方向和角度大小，可以根据不同电动车的情况下进行调整改变，例如根据不同电动车中底板的高度以及电动车的使用工况，以达到电池包在托底事故中的最佳安全可靠性。

此外，在以上实施例的电池包中，动力电池单体均采用的是矩形长方体结构形式。但是，在其他实施例中，根据电池包的设计要求，完全可以将矩形长方体结构形式的动力电池单体替换成圆柱形体结构形式的动力电池单体，并且通过倾斜排布的方式固定在电池包内，以达到在不提高成本和整车质量的情况下，降低托底事故对电池包中动力电池单体造成的损伤，提高整个电池包的安全可靠性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种电动车的动力电池单体排布方法，其特征在于，相较于电池包壳体底面和/或电池包壳体侧面，动力电池单体倾斜固定在电池包壳体内。

2.根据权利要求1所述的电动车的动力电池单体排布方法，其特征在于，沿电动车向前行驶的方向，所述动力电池单体与所述电池包壳体底面之间为前倾关系。

3.根据权利要求1所述的电动车的动力电池单体排布方法，其特征在于，沿电动车向前行驶的方向，所述动力电池单体与所述电池包壳体底面之间为后倾关系。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的电动车的动力电池单体排布方法，其特征在于，所述动力电池单体与电池包壳体底面和/或电池包壳体侧面之间的倾斜角度为大于0°小于等于45°。

5.根据权利要求4所述的电动车的动力电池单体排布方法，其特征在于，所述动力电池单体相对于所述电池包壳体的底面倾斜而在所述动力电池单体的底面与所述电池包壳体的底面之间形成的倾斜间隙内设有填充支撑。

6.根据权利要求5所述的电动车的动力电池单体排布方法，其特征在于，倾斜间隙内的填充支撑采用抗压缓冲材料。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的电动车的动力电池单体排布方法，其特征在于，所述电池包壳体内的所有动力电池单体沿同一方向倾斜设置。

8.根据权利要求7所述的电动车的动力电池单体排布方法，其特征在于，所述电池包壳体内的所有动力电池单体之间保持相互平行。

9.根据权利要求7所述的电动车的动力电池单体排布方法，其特征在于，所述电池包壳体内的所有动力电池单体之间设有形变间隙。

10.根据权利要求1-3中任意一项所述的电动车的动力电池单体排布方法，其特征在于，沿电动车向前行驶的方向，所述电池包壳体内的动力电池单体中，靠近电动车中车头部分的动力电池单体与所述电池包壳体底面之间为前倾关系设置，靠近电动车中车尾部分的动力电池单体与所述电池包壳体底面之间为后倾关系设置。

11.一种电动车的电池包，其特征在于，该电池包中的动力电池单体采用权利要求1-10中任意一项所述的动力电池单体排布方法进行排布固定。

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