CN114502401A - 用于车辆电池包框架的混合能量吸收 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于车辆的车辆电池包框架，包括：具有长度和宽度的基部；位于基部的相对两侧上的侧构件，其沿着基部的长度延伸，并附接到基部的周边；横梁，其横跨基部的宽度在侧构件之间延伸；其中每个侧构件包括：异型体，其包括侧壁，该侧壁具有面向横梁的第一表面和相对的第二表面；以及聚合物加强件，其附接到异型体并且面向异型体的侧壁的第二表面。

Description

用于车辆电池包框架的混合能量吸收
技术领域
本发明涉及用于车辆电池包框架的混合能量吸收。
背景技术
由于严格的全球二氧化碳排放法规，人们更加关注开发和使用电动车辆，例如全电动车辆(“EV”)、插电式混合动力车辆(“PHEV”)和混合动力车辆(“HEV”；即，使用多个推进源的车辆，其中一个推进源是电力驱动系统)。减轻重量是电动车辆生存能力的关键，因为减轻电动车辆的重量可以延长其续航里程。
减轻重量的一个重点领域是车辆电池包组件，其例如包括电池模块和车辆电池包框架。目前大多数车辆电池包框架使用铝或高强度钢设计。这些设计在撞击期间提供结构完整性和保护，但它们很重。
期望提供一种用于电池模块的轻型车辆电池包框架，其能够在侧面碰撞撞击期间保护电池模块。
发明内容
本文提供用于车辆的车辆电池包框架、包括车辆电池包框架和电池模块的车辆电池包组件以及包括车辆电池包组件的电动车辆。
在一个实施例中，车辆电池包框架可以包括：具有长度和宽度的基部；位于基部的相对两侧上的侧构件，其沿基部的长度延伸，并附接到基部的周边；横梁，其横跨基部的宽度在侧构件之间延伸；以及覆盖物，其将多个电池模块封闭在车辆电池包框架中。每个侧构件包括：框架，其具有从第一侧延伸的凸缘和在第二侧上的通道，其中基部在侧构件之间延伸并在每个侧构件的凸缘上延伸；以及位于通道中的聚合物加强件。
附图说明
以下的附图是示例性实施例，其中相同的元件用相同的数字表示。
图1是用于电动车辆的代表性电池包的透视图，其包括电池模块和具有图5的侧构件的车辆电池包框架。
图2是包括车辆电池包组件的车辆的代表性侧视图。
图3是沿图2的线A-A截取的局部横截面侧视图，示出了附接到车辆地板门槛(rocker)的车辆电池包组件。
图4是示出了附接到车辆电池包组件的侧构件的横梁的侧视图。
图5是包括混合结构的侧构件的实施例的局部透视图。
图6是包括框架和聚合物加强件的侧构件的另一个实施例的透视放大前视图。
图7A是聚合物加强件的另一个实施例的局部透视图。
图7B是沿线7B-7B截取的图7A的聚合物加强件的横截面图。
图7C是包括图7A和7B的聚合物加强件和框架的另一个实施例的侧构件的侧视图。
图8A是侧构件的另一个实施例的透视图，该侧构件包括具有结构加强元件的聚合物加强件的另一个实施例。
图8B是图8A的实施例的横截面侧视图。
图9是侧构件的另一个实施例的放大透视图，示出了框架与聚合物加强件的组装。
图10是侧构件的另一个实施例的局部透视图。
图11是示出了在碰撞测试之前的比较例和示例1-3的四个电池包的俯视示意图，每个电池包具有不同的侧构件。
图12是示出了图11的四个电池包在进行以每小时30公里(km/h)的速度撞向杆的侧面碰撞测试之后的俯视图。
图13A-13C示出了对图8A和8B中所示的侧构件实施例的碰撞测试的渐进细节。
图14是比较例和示例1-3的力(千牛顿(kN))对侵入量(毫米(mm))的图示，示出了碰撞测试的结果。
图15A是示例4的力(千牛顿(kN))对侵入量(毫米(mm))的图示，示出了低温碰撞测试的结果。
图15B是示例4的以焦耳(J)为单位的吸收能量对温度(℃)的图示。
图16A是示例5的力(kN)对侵入量(mm)的图示，示出了低温碰撞测试的结果。
图16B是示例5的吸收能量(J)对温度(℃)的图示。
具体实施方式
提供了一种能量吸收和分配的车辆电池包框架。车辆电池包框架包括侧构件、横梁、基部、可选的覆盖物、可选的隔板、可选的后部外部支撑件和可选的次级电池支撑区域。侧构件包括异型体，车辆横梁附接到该异型体上。侧构件在与车辆的长度方向(“L”)平行的方向上(沿长度方向)延伸，而横梁在侧构件之间延伸，横跨车辆的宽度(“W”)(沿宽度方向)。例如，横梁可以沿着在侧构件之间且垂直于侧构件并且平行于车辆的宽度方向的方向延伸。侧构件被配置为使得根据联邦机动车辆安全标准214，在30km/h的刚性杆碰撞期间，车辆电池包框架保持结构完整性。保持结构完整性是指在碰撞之后，刚性杆不会侵入车辆电池包组件的内部空间，并且车辆电池包组件内的电池模块不被压缩。
车辆电池包组件中的侧构件可以执行多个功能。通过提供保持和支撑车辆电池包组件(该车辆电池包组件可以包括一个或多个电池模块)的横梁的结构，侧构件可以有助于车辆电池包组件的结构完整性，例如刚度。期望的是，侧构件可被设计成在发生侧面碰撞的情况下也吸收和分配能量并且最小化或防止侵入和碰撞到电池模块。本申请侧构件包括聚合物加强件。
在本申请设计中，侧面撞击器将在接触后壁和可选的箱体结构之前，且因此在接触横梁之前，首先接触聚合物加强件。期望的是，碰撞器的侵入小于聚合物加强件的深度(“D”)。侧构件(聚合物加强件，以及聚合物加强件上方的壁和前方的可选的壁)可以在侧面碰撞器接触横梁所附接的壁的表面之前提供能量吸收。异型体可以限制聚合物加强件的变形，但可以提供最小量的轴向加强。侧构件可以提供弯曲刚度，使得车辆电池包组件可以安装到电动车辆。由于这种设计，与被布置成形成坚硬的保护性支撑的多件式金属构件相比，侧构件提供了部件的集成和重量的减轻。
当安装在车辆中时，车辆电池包框架可定位在前后车辆悬架组件之间，并且安装在位于车辆任一侧的车辆结构构件(例如，门槛面板)之间并机械地联接到该车辆结构构件。车辆电池包框架可以安装在车辆地板下方并附接到车辆地板。
车辆电池包组件横向于车辆宽度的至少一部分，即从门槛面板到门槛面板，并且还在前悬架和后悬架之间延伸。车辆电池包组件的尺寸没有特别限制，并且取决于车辆的尺寸且取决于期望的电池容量和电池模块的尺寸。例如，车辆电池包组件可以长达3米(m)(例如，大约2.7m长)且宽达1.5米。因此，侧构件的长度可达3m，例如大于1至3m，或1.5m至2.0m。车辆电池包组件的厚度可以在0.1米到0.18米之间变化，较厚的尺寸适用于车辆电池包组件的其中电池模块一个在另一个顶部叠置定位的那些部分。
可以通过参考附图获得对本文公开的车辆电池包组件的更完整的理解。这些附图(在本文中也称为“图”)仅仅是基于方便和易于展示本公开的示意性表示，因此，并不旨在指示装置或其部件的相对大小和尺寸和/或限定或限制示例性实施例的范围。尽管为了清楚起见在以下描述中使用了特定术语，但是这些术语旨在仅指代在附图中进行说明而选择的实施例的特定结构，并不旨在限定或限制本公开的范围。在下面的附图和以下描述中，应当理解，相同的附图标记指代具有相同功能的部件。
图1是用于电动车辆的车辆电池包组件10的代表性图示，其包括电池模块12和车辆电池包框架11，该车辆电池包框架包括侧构件30、隔板构件18和横梁16。单个电池模块12可以定位在车辆电池包组件10的由侧构件30、横梁16和基部14限定的部段内。侧构件30沿着车辆电池包组件10的长度L延伸。横梁16在侧构件之间延伸，并且具有可以从基部14跨越到覆盖物20(见图3)的高度，从而形成封闭的分隔装置。在车辆电池包组件10中，分隔装置可以至少部分地由横梁16、隔板构件18和可选的侧构件30限定。可选地，隔板构件18可以在相邻的横梁16之间延伸，并且可以在相邻的电池模块12之间延伸。电池模块12可以设置在车辆电池包组件10的基部14上。(在相邻的横梁16之间的)每个部段可以容纳一个或多个电池模块12，例如一对电池模块12。可选地，可以存在备用电池模块(也称为次级电池模块)。
图3是沿图2的线A-A截取的局部横截面图，示出了车辆22中的车辆电池包组件10。车辆电池包组件10包括具有凸缘52的侧构件30，该凸缘从一个侧构件30朝向相对的侧构件30延伸。基部14设置在凸缘52上并附接到凸缘。基部14可以设置在侧构件30的凸缘52上，横梁16可以设置在基部14上。基部14在侧构件30之间延伸且在横梁16下方延伸。车辆电池包组件10的前端部和后端部可具有额外的横梁16以提高车辆电池包组件10的结构完整性。基部14可以实现电池模块12的热传递，例如冷却。例如，基部14可以包括用于热传递流体(例如，诸如空气或液体(例如水或其它热传递流体)的介质，其不进入车辆电池包组件10的内部)以从电池模块去除热的导管80。除了导管80之外或作为导管80的替代，基部可具有热传递翅片82以允许向周围环境传热。当车辆电池包组件10附接到车辆22时，基部14的背离电池模块12的一侧暴露于环境。
理想地，电池模块12和周围环境之间的屏障例如由覆盖物20、侧构件30和基部14形成。换言之，基部14、侧构件30和覆盖物20形成用于容纳电池模块12的外壳。此外，车辆电池包组件10的前侧和后侧可以形成有两个额外的横梁16。外壳可以设置有一个或多个用于气流的开口。覆盖物20可以通过机械紧固件和/或化学附件附接到侧构件30。机械紧固件的示例包括卡扣、钩、螺钉、螺栓(例如，螺纹螺栓)、铆钉、焊缝、卷边(例如，卷曲的金属壁)。化学附接件可以包括粘接剂，例如胶水、粘合剂等。理想地，覆盖物20可以可移除地附接到侧构件30，例如，使用可以在不损坏侧构件30的情况下进行拆卸的机械附接件。可移除附接简化了电池模块12的更换，并且允许电池模块12互连装置、车辆电池包组件10的部件、冷却系统部件和车辆电池包组件10的其它部件能够进行修理和/或更换。
基于侧构件30、基部14和覆盖物20之间的密封，车辆电池包组件10可以被配置为基本上气密的外壳。
如图3所示，车辆电池包组件10联接到车辆22。车辆电池包组件10可以利用各种机械紧固件(例如上述那些)附接到车辆22。图示的是利用机械紧固件28附接到车辆22的地板门槛26的侧构件30。因此，车辆电池包组件10可以位于车辆22下方、车辆地板84下方，并且附接到地板门槛26并在地板门槛26之间延伸。
车辆电池包组件10可以包括隔板构件18，该隔板构件在平行于侧构件的方向上延伸并且将电池模块12分开。每个隔板构件18可以包括与基部14相对的部分24，该部分通过与电池模块12的至少一部分叠置来帮助将电池模块12固定在车辆电池包组件10内。
图4示意性地示出了侧构件30和横梁16可以是如何附接的。例如，侧构件30可以包括凸缘52，并且横梁16可以邻近地或经由基部14或经由其它方式附接到凸缘52。基部14可以支撑在凸缘52上，例如在凸缘52和横梁16之间。
图5示出了混合侧构件30，即，包括异型体32和位于其中的聚合物加强件60。聚合物加强件60可以可选地机械或化学附接到异型体32。例如，聚合物加强件60可以包覆成型在异型体32上。替代地或另外地，可以采用机械紧固件和/或化学附接件，例如上述那些。摩擦配合也可用于将聚合物加强件60保持在异型体32中。由于聚合物加强件60与异型体32的横梁16所附接到的表面相对，因此聚合物加强件60不直接附接到横梁16。
聚合物加强件60可以锁定到异型体32，以在不使用粘合剂的情况下在异型体32和聚合物加强件60之间产生机械结合。任选地，壁可以包括穿过壁的开口50，使得当形成聚合物加强件60时，熔融聚合物可以从腔体内部通过、穿过开口并固化，以进一步将聚合物加强件60固定在异型主体32内。
混合侧构件允许获得复杂的几何形状，否则仅使用金属或复合材料可能难以实现这样复杂的几何形状。聚合物加强件可以包括肋结构。例如，肋可以延伸跨过在顶壁34和底壁36之间并且由顶壁34和底壁36限定的通道35，和/或沿着在顶壁34和底壁36之间并且由顶壁34和底壁36限定的通道35的长度朝向侧壁42或后壁40延伸。各种肋设计都是可能的，包括三角形、矩形、对角线、交叉等。肋可以形成构成蜂窝状结构(例如，蜂窝几何形状)的柱阵列，例如具有大于或等于3边的形状，例如三角形、五边形、六边形、七边形和八边形等等，优选地具有六边形几何形状。其它几何形状，例如包括通道的几何形状，也是可能的。几何形状的柱和/或通道可以具有一个或多个开口端部。
任选地，聚合物加强件以及因此聚合物加强件的肋，可以从顶壁34的端部边缘37延伸到后壁40，即延伸过限定顶壁34的宽度的距离d，或距离d的至少一部分，并且如果不存在后壁40，则延伸到侧壁42，即延伸超过距离d或超过顶壁34的宽度。距离D不为零。肋可以被挤出、单独形成并结合在一起以形成期望的结构、注射成型或以其它方式形成。任选地，可以通过使用注射成型工艺将塑料加强件包覆成型到异型体32中来形成聚合物加强件(例如，诸如图5、8A和10的设计)。聚合物加强件60可以与异型体32共挤出，形成单件式结构。聚合物加强件60可以使用模具与金属共挤出，该模具可以结合多种材料。例如，模具可以包含在周边挤出金属的装置，而内部塑料材料的挤出速率与金属的挤出速率相同。或者，聚合物加强件60可以形成然后插入异型体32中(见图5、6、7A、9和10)。预成型聚合物加强件60允许通道和/或柱33在任何期望方向上取向，例如在顶壁34和底壁36之间延伸(见图6、7A)，例如垂直于这些壁。结构的通道和/或柱33可以朝向侧壁42延伸(见图5、8A、9)，例如，垂直于侧壁42并平行于顶壁34和底壁36。结构的柱和/或通道33可以沿着侧构件30的长度延伸(例如，见图10)，例如平行于侧壁42。可以选择通道和/或柱33相对于壁34、36、42的取向，以获得期望的能量吸收特性。例如，开口端部可以指向顶壁34和/或底壁36。
聚合物加强件60的尺寸可设计成在车辆电池包组件的侧面碰撞期间吸收能量。例如，不相邻的肋之间的距离可以从20mm变化到40mm，肋厚度可以从1.5mm变化到5.0mm。
聚合物加强件60可以包括以下材料中的至少一种：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)；聚碳酸酯；丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)；苯醚；聚苯醚；聚碳酸酯(PC)；聚酰胺；聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)；聚酰胺；苯硫醚；聚氯乙烯(PVC)；(高抗冲)聚苯乙烯；聚烯烃(例如聚丙烯(PP)(例如，膨胀聚丙烯(EPP))或聚乙烯)；聚硅氧烷；聚氨酯；或热塑性烯烃(TPO)。
聚合物加强件60可以包括填料，例如纤维。可能的纤维材料可以包括玻璃、碳、芳族聚酰胺或塑料中的至少一种，优选为玻璃。纤维长度可以是短切的、长的、短的或连续的。因此，聚合物加强件60可以包括纤维填充的热塑性材料。例如，可以使用纤维填充的聚烯烃。具体地，可以使用长玻璃纤维填充的聚丙烯。在短玻璃纤维填充聚合物的情况下，初始纤维长度可以从1.5mm变化到小于3mm，成型后的纤维长度可以从0.2mm变化到0.5mm。长纤维被限定为在模制之前具有至少3mm例如10mm至15mm的初始纤维长度，具有比上述短玻璃纤维更长的模制后长度。
可选地，在侧构件30上可以存在美观的覆盖物，特别是在聚合物加强件上。覆盖物可以防止碎屑进入聚合物加强件。
如图6所示，聚合物加强件60可以设置在由异型体32形成的通道35中。通道35可由顶壁34、底壁36以及后壁40或侧壁42形成。后壁40可以在顶壁34的一端处在顶壁34和底壁36之间延伸。在后壁40的与通道35相对的一侧上，异型体可以包括由后壁40、第一连接壁44、第二连接壁46和侧壁42形成的箱体结构38(例如，四侧箱体结构；参见例如图7C)。第一连接壁44例如在后壁40处在侧壁42和顶壁34之间延伸，而第二连接壁46例如在后壁40处在侧壁42和底壁36之间延伸。侧壁42的高度大于通道35的高度，和/或大于后壁40的高度，因此在箱体结构38的位置处增加了通道35的高度。优选地，侧壁42的至少一个纵向边缘延伸超过后壁的纵向边缘。更优选地，侧壁42的纵向边缘以对称方式延伸超过后壁的纵向边缘，即延伸部的长度是均匀分布的。第一连接壁44和第二连接壁46可以从侧壁42朝向通道35以90度的角度Θ延伸。或者，第一连接壁44和第二连接壁46可以从侧壁42朝向通道35以小于90度的角度Θ延伸，例如，以30至75度的角度延伸，优选以40至50度的角度延伸。箱体结构38可以具有矩形或梯形几何形状。连接壁44、46也可以具有其它几何形状，例如圆形或弯曲的，或者甚至是阶梯状的。
从侧壁42沿与通道35相反的方向延伸的可以是凸缘52。凸缘52可从侧壁42的端部延伸或从距侧壁的端部的距离不同于零的位置延伸。优选地，凸缘52从侧壁42的下半部延伸，下半部被定义为侧壁42的与异型体32的上壁34相比更靠近底壁36的部分。基部14可以经由凸缘52和/或侧壁42附接到侧构件30，并且横梁16可以安装在基部14和凸缘52的顶部上。附接可以是如上所述的各种机械紧固件和/或化学附接件。
异型体32可为车辆电池包组件10提供结构完整性。车辆电池包组件10的结构完整性可基于车辆电池包组件10在运输和使用期间的弯曲和扭转刚度。确切的厚度取决于壁的特定材料和期望的结构完整性。例如，对于钢异型体32，壁厚可以为0.5mm至2mm，而对于铝，壁厚可以为1.0mm至8.0mm。因此，可以基于期望的结构完整性来选择壁、顶壁34、底壁36、后壁40、侧壁42、第一连接壁44和第二连接壁46中的每一个的厚度。例如，由于聚合物加强件60旨在吸收侧面碰撞能量，因此顶壁34和底壁36的厚度可以小于后壁40、侧壁42、第一连接壁44、和第二连接壁46的厚度。例如，顶壁34和底壁36具有的厚度可以为0.5mm到1.6mm，具体地，为1.0mm到1.5mm，并且更具体地为1.3mm到1.4mm。后壁40具有的厚度可以为0.5mm至4.0mm、优选1mm至1.5mm。侧壁42具有的厚度可以为0.5mm至4.0mm、优选1.00mm至1.5mm。第一连接壁44和/或第二连接壁46具有的厚度可以为0.5mm至3.00mm、优选1.0mm至1.5mm。
异型体32、基部14、覆盖物20和横梁16可以各自单独地为金属和/或复合材料。复合材料可以包括聚合物(例如纤维加强聚合物(例如，热塑性或热固性聚合物))，异型体32、基部14、覆盖物20和横梁16可以各自单独地包括金属和复合材料。例如，异型体32可以是挤出或冲压的金属板件。异型体32可以是复合材料的，例如纤维加强层压板或片材。例如，异型体32、基部14、覆盖物20和横梁16可以各自单独地包括铝、钢、连续玻璃纤维复合材料层压板或带、连续碳纤维层压板或带、纤维填充的热塑性树脂，和/或高度取向的聚合物材料连续体。
图6和7A-7C示出了一个实施例，其中聚合物加强件60被单独地模制，并插入到挤出的异型体32中。聚合物加强件60的拉伸方向或加工运动可以是在竖直方向上的。图6示出了被插入到异型体32的通道35中的聚合物加强件60。图7A-7C示出了具有方波肋设计的聚合物加强件60(参见图7B，其示出了沿图7A的线7B-7B截取的聚合物加强件60的横截面图)。如图所示，聚合物加强件60可以包括在方波谷中的附加肋62(参见图7A；例如，示出了在方波的每个谷中彼此平行的肋)。谷中的肋在垂直于碰撞方向的方向上，例如在长度方向(参见图1)上，从谷的一侧延伸到相对侧。图7C示出了包括图7A和7B的聚合物加强件60的异型体32的侧视图。
图8A和8B示出了异型体32'的另一种设计，其包括延伸到第一支撑壁54的顶壁34、延伸到第二支撑壁56的底壁36以及在第一和第二支撑壁54、56的位置处在顶壁34和底壁36之间延伸的加强支撑元件70。第一支撑壁54可以从顶壁34垂直延伸，远离通道35。第二支撑壁56可以从底壁36垂直延伸，远离通道35。加强支撑元件70可以可选地包括第一支撑臂72和第二支撑臂74，每个支撑臂从加强支撑元件70的侧壁76的端部延伸，以在支撑臂之间形成连接部段。加强支撑元件70的厚度可以大于第一支撑壁54、第二支撑壁56、顶壁34和底壁36的总厚度。基于刚度要求和所使用的材料，加强支撑元件70的厚度可以例如从0.5mm变化到2.00mm。例如，如果加强支撑元件70包括钢，则厚度可以是约1.00mm或更小，并且如果加强支撑元件70包括铝，则厚度可以是约2.00mm。第二聚合物加强件64可以附接(例如，包覆成型)到第一支撑壁54和/或第二支撑壁56。第二聚合物加强件64可以与第一和/或第二支撑壁54、56相邻。此外，第二聚合物加强件64可以分别与顶壁和/或底壁34、36相邻，即第二聚合物加强件64可以设置在顶壁34和第一支撑壁54之间形成的角部中，和/或设置在底壁36和第二支撑壁56之间形成的角部中。第二聚合物加强件64可提供额外的抗压性，这可有助于提高异型体32的能量吸收效率。第二聚合物加强件64的厚度可在1.5mm至4.00mm之间变化，并且第二聚合物加强件64可以包括热塑性材料。第二聚合物加强件64可具有如上文针对聚合物加强件60所描述的几何形状，并且被插入到通道35中。聚合物加强件60和第二聚合物加强件64的几何形状可以相似或不同。当方波几何形状用于第二聚合物加强件64时，第二聚合物加强件64的交替侧壁之间的距离可以从25mm变化到50mm，并且第二聚合物加强件64可以包括交替的顶面和底面，如图7A所示。交替的顶面和底面可提供额外的抗压性，这可有助于提高能量吸收效率。
图9示出了一个实施例，其中注射成型的聚合物加强件60可以滑入到挤出成型的异型体32中。聚合物加强件60可以包括肋和/或蜂窝状结构，例如蜂窝，其将在通道35中延伸，并且进一步包括将在侧壁42和后壁40'之间延伸的较短的肋。在该实施例中，后壁40'从通道35的端部延伸，但不延伸跨过通道35。与其它设计一样，凸缘52从侧壁42延伸，远离通道35。
图10示出了一个实施例，其中聚合物加强件60具有在侧构件30的长度上延伸(与垂直于侧构件30的长度相反)的开口。在该设计中，聚合物加强件60可与由金属或复合层压板或带制成的异型体32共挤出。或者，聚合物加强件60可单独形成并插入到异型体32中。聚合物加强件60可以包括平行和垂直于异型体32的壁34、36延伸的肋。
在图10的设计中，没有后壁40。第一连接壁44从顶壁34延伸到侧壁42，第二连接壁46从底壁36延伸到侧壁42，即连接壁44、46从侧壁42延伸到通道35，因此在异型体32中形成箱体结构(例如，四边箱体结构)。第一连接壁44和/或第二连接壁46可以分别以90度或更小的角度Θ从侧壁42延伸至顶壁或底壁，例如，以30至75度的角度延伸，优选以40到50度的角度延伸。
示例
根据联邦机动车辆安全标准214，以每小时30公里(km/h)的速度对包括图5(示例1)、图7A-C(示例2)和图8A-B(示例3)中所示的侧构件在内的车辆电池包框架进行刚性杆碰撞。比较例包括不具有聚合物加强件60的挤出铝侧构件。比较例包括具有130毫米(mm)×25mm附接部分和145mm×60mm突出矩形截面的矩形通道。厚度从1mm变化到8mm，附接部分的厚度为8mm。比较例中包括为单一挤出金属的多个肋条。比较例包括挤出的铝壁。整体设计代表了T形结构，T形结构的腿部解决了能量吸收壁，顶部水平壁提供弯曲刚度。示例1-3的整体尺寸对应于比较例的整体尺寸，示例1-3中的附接部分的厚度为5mm。比较例的挤出铝侧构件的重量均约为15千克(kg)，而示例1-3中的每个侧构件的重量约为12kg，从而提供了约20％的重量减轻。因此，对于1.5吨的车辆，已经证明可以在重量减轻20％的情况下获得类似的电池模块保护。
从图11-14中可以看出，示例1-3中的侧构件表现出与比较例相当的侵入量。侵入量是沿着垂直于碰撞方向的车辆宽度测量的。具体地，图11示出了碰撞测试之前的比较例(#90)和示例1-3(分别为92、94、96)，图12示出了比较例和示例1-3在30公里/小时(km/h)杆碰撞之后的最大侵入量。图13A-13C示出了对图8A和8B所示实施例的碰撞测试的渐进细节。具体地，图13A示出了在与刚性杆140碰撞开始时的聚合物加强件60，图13B示出了在与刚性杆140碰撞期间的聚合物加强件60，并且图13C示出了在与刚性杆140碰撞结束时的聚合物加强件60。
图14是比较例(C线)和示例1-3(分别为1、2和3线)的力(千牛顿(kN))对侵入量(毫米(mm))的曲线图，示出了碰撞测试的结果。从这些测试中可以看出，示例1的结果与比较例的可比性最高，曲线下面积基本相同。从曲线下方的下部区域可以看出，示例3没有完全压坏，特别是在100mm侵入量下，以及在大于100mm时的侵入和高力下。示例3具有聚合物加强件60的设计，其中有顶壁、底壁和在它们之间延伸的肋以形成具有肋的(四边)开口和在碰撞方向上延伸的开口(例如，远离加强支撑元件70的侧壁76)。
对具有由XENOYTM(由SABIC出售的PC/PBT共混物)(示例4)制成的或由具有30wt.％玻璃纤维的STAMAXTM(由SABIC出售的长玻璃纤维填充聚丙烯)(示例5)制成的聚合物加强件60的侧构件在各种低温下(即低于零摄氏度)进行了进一步的测试。示例4(图15A)和示例5(图16A)的力(千牛顿(kN))对侵入量(毫米(mm))的曲线图示出了低温碰撞测试的结果。
图15A示出了，对于XENOYTM加强件，曲线下面积在负10摄氏度(测试12)、负20摄氏度(测试13)和负30摄氏度(测试14)的温度下几乎相似。在图15B的柱中可以看到类似的特性，其中在负10摄氏度、负20摄氏度和负30摄氏度时，类似于吸收能量的量的柱几乎相等，或者至少没有显著变化。图15B中在负40摄氏度(测试15)下的测试的曲线和柱示出了XENOYTM加强件不能吸收与较高温度下相似的能量的量。这是由于XENOYTM材料在负30摄氏度以下脆化，导致XENOYTM加强件在负40摄氏度时完全失效。
图16A示出了，对于STAMAXTM加强件，曲线下方的面积在负10摄氏度、负20摄氏度、负30摄氏度和负40摄氏度的温度下几乎相似。在图16B中的柱中可以看到类似的特性，其中在负10摄氏度(测试37)、负20摄氏度(测试40)、负30摄氏度(测试41)和负40摄氏度(测试27)下，类似吸收能量的量的柱几乎相等，或者至少没有显著变化。因此，STAMAXTM加强件60在每次测试的低温下都具有稳定的性能，并且在负40摄氏度时不会变脆。此外，当比较XENOYTM和STAMAXTM的最大载荷与侵入量以及吸收的能量总量时，STAMAXTM加强件显示出在相同温度下承受更高载荷和吸收更多能量的能力。
本公开进一步涵盖了以下方面。
方面1：一种用于车辆的车辆电池包框架，包括：具有长度和宽度的基部；位于基部的相对两侧上的侧构件，其沿着基部的长度延伸，并附接到基部的周边；以及横梁，其横跨基部的宽度在侧构件之间延伸；其中每个侧构件包括：异型体，其包括侧壁，该侧壁具有面向横梁的第一表面和相对的第二表面；聚合物加强件，其附接到异型体并且面向异型体的侧壁的第二表面。
方面2：一种用于车辆的车辆电池包框架，包括：具有长度和宽度的基部；位于基部的相对两侧上的侧构件，其沿着基部的长度延伸，并附接到基部的周边；横梁，其横跨基部的宽度在侧构件之间延伸；以及覆盖物，其在侧构件之间延伸，其中横梁设置在覆盖物和基部之间，并且优选地，其中覆盖物被配置为将多个电池模块封闭在车辆电池包框架中；其中侧构件包括：异型体，其具有用于附接横梁的附接表面；和聚合物加强件，其位于与异型体的附接表面相对的位置。
方面3：一种用于车辆的车辆电池包框架，包括：具有沿长度方向的长度和沿宽度方向的宽度的基部；位于基部的相对两侧上的侧构件，其沿着基部的长度延伸，并附接到基部的周边；横梁，其横跨基部的宽度在侧构件之间延伸；以及覆盖物，其在侧构件之间延伸，其中横梁设置在覆盖物和基部之间，并且优选地，其中覆盖物被配置为将多个电池模块封闭在车辆电池包框架中；其中每个侧构件包括：框架，横梁附接到该框架上；聚合物加强件，其位于与横梁附接的框架表面相对的位置。
方面4：一种用于车辆的车辆电池包框架，包括：具有长度和宽度的基部；位于基部的相对两侧上的侧构件，其沿着基部的长度延伸，并附接到基部的周边；横梁，其横跨基部的宽度在侧构件之间延伸；以及覆盖物，其在侧构件之间延伸，其中横梁设置在覆盖物和基部之间，并且优选地，其中覆盖物被配置为将多个电池模块封闭在车辆电池包框架中；其中每个侧构件包括：异型体，其具有从第一侧延伸的凸缘和在第二侧上的通道，其中基部在侧构件之间延伸并在凸缘上延伸；以及位于通道中的聚合物加强件。
方面5：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其还包括在侧构件之间延伸的覆盖物，其中横梁设置在覆盖物和基部之间，并且优选地，其中基部、侧构件和覆盖物将多个电池模块封闭在车辆电池包框架中。
方面6：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中聚合物加强件与侧壁的第二表面相邻。
方面7：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中聚合物加强件接触异型体的附接有横梁的表面。
方面8：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中异型体包括金属，优选铝或钢，更优选铝。
方面9：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中每个侧构件包括包覆成型到异型体的聚合物加强件。
方面10：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中聚合物加强件包括在远离横梁的方向上延伸的肋。
方面11：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中聚合物加强件的刚度小于异型体的刚度。
方面12：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中聚合物加强件包括泡沫、蜂窝状结构(例如蜂窝)、肋，或包括前述至少一个的组合。
方面13：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中蜂窝状结构的柱具有20至40毫米的不同直径和1.5至5.0毫米的壁厚。
方面14：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中侧构件被配置为使得每个聚合物加强件在根据联邦机动车辆安全标准214以每小时30公里的速度进行刚性杆碰撞期间吸收碰撞能量，使得每个异型体和车辆电池包框架在刚性杆碰撞后保持结构完整性。
方面15：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中异型体包括远离横梁延伸的通道；并且其中聚合物加强件设置在该通道中。
方面16：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中：异型体包括与异型体的附接有横梁的表面相对的通道；聚合物加强体处于该通道中。
方面17：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中异型体包括与通道相邻的箱体结构，其中箱体结构包括与通道间隔开的侧壁，并且其中箱体结构由在侧壁和通道的顶壁之间延伸的第一连接壁以及在侧壁和通道的底壁之间延伸的第二连接壁形成。
方面18：根据方面17的车辆电池包框架，其中箱体结构由通道的侧壁、连接壁和后壁形成，或者其中箱体结构通向所述通道。
方面19：根据方面17或18的车辆电池包框架，其中侧壁的高度大于通道的高度和/或大于后壁的高度，使得箱体结构的高度大于通道的高度。
方面20：根据方面17-19中任一项的车辆电池包框架，其中第一连接壁和第二连接壁从侧壁朝向通道以90度或更小的角度θ延伸，优选地以30度至75度的角度延伸，优选地以40到50度的角度延伸。
方面21：根据方面1-16中任一项的车辆电池包框架，其中异型体包括顶壁、底壁以及在顶壁和底壁之间延伸的加强支撑元件，顶壁和底壁之间形成通道，其中第一支撑壁从顶壁远离通道延伸，第二支撑壁从底壁远离通道延伸，其中加强支撑元件设置在第一支撑壁和第二支撑壁的位置处。
方面22：根据方面21的车辆电池包框架，其中第二聚合物加强件附接到第一和/或第二支撑壁，优选地分别与第一和/或第二支撑壁相邻和/或与顶壁和/或底壁相邻。
方面23：根据前述方面中任一项的车辆电池包框架，其中聚合物加强件包括蜂窝状结构，该蜂窝状结构具有与通道的纵向轴线垂直地取向的柱。
方面24：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中加强结构包括垂直于通道的主轴取向的蜂窝，并且其中通道的主轴是长度方向。
方面25：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中侧构件的长度大于1至3米，优选地在1.5至2.0米之间。
方面26：根据任一前述方面的车辆电池包框架，其中：每个异型体还包括凸缘；其中一个侧构件的凸缘从侧壁朝向另一个侧构件的凸缘延伸；基部在侧构件之间延伸并设置在各侧构件的凸缘上。
方面27：一种车辆电池包组件，包括：根据方面1-26中任一项的车辆电池包框架；以及车辆电池包框架中的多个电池模块。
方面28：一种车辆，包括根据方面27的车辆电池包组件。
方面29：一种形成根据方面1-26中任一项的车辆电池包框架的方法，该方法包括：结合聚合物加强件和异型体以形成侧构件；以及将横梁和异型体相互附接。
方面30：根据方面29的方法，包括在与异型体的附接有横梁的表面相对的通道中注射成型聚合物加强件60。
方面31：根据方面29-30中任一项的方法，包括共挤出聚合物加强件60和异型体。
方面32：根据方面29-31中任一项的方法，包括：模制聚合物加强件60；通过挤出或冲压金属板形成异型体；以及将聚合物加强件60插入到异型体中。
如本文所用，术语“电池模块”可以指多种不同的电池类型、化学和配置中的任一种，包括但不限于锂离子(例如磷酸铁锂、钴酸锂、其它锂金属氧化物等)、锂离子聚合物、镍金属氢化物、镍镉、镍氢、镍锌、银锌或其它电池类型/配置。如本文所用，术语“电池包”是指包含在单件式或多件式壳体内的多个单独的电池模块，单独的电池模块电互连以实现特定应用的期望电压和容量。
组合物、方法和制品可替代地包含本文公开的任何合适的组分或步骤、由其组成或基本上由其组成。组合物、方法和制品可以另外地或替代地被配制为不含或基本上不含对于实现组合物、方法和物品的功能或目的而言不是必需的任何步骤、组分、材料、成分、佐剂或种类。
本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以独立地彼此组合(例如，“高达25wt.％，或更具体地，5wt.％至20wt.％”的范围，是包括端点和“5wt.％至25wt.％”范围内的所有中间值等)。“组合物”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则术语“一”和“一个”和“该”不表示数量限制，应解释为涵盖单数和复数。“或”是指“和/或”，除非另有明确说明。在整个说明书中对“一个实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定元素被包括在本文描述的至少一个实施例中，并且可以存在于或可以不存在于其它实施例中。此外，应当理解，在各种实施例中，所描述的元件可以以任何合适的方式组合。
除非本文有相反规定，所有测试标准都是截至本申请的申请日有效的最新标准，或者，如果要求优先权，则为测试标准出现的最早优先权申请的申请日。
除非另外定义，否则本文使用的技术和科学术语具有与本申请所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。所有引用的专利、专利申请和其它参考文献均通过引用整体并入本文。然而，如果本申请中的术语与并入参考文献中的术语矛盾或冲突，则来自本申请的术语优先于来自并入参考文献的冲突术语。
虽然已经描述了特定实施例，但是申请人或本领域的其它技术人员可能会出现目前无法预见或可能无法预见的替代、修改、变化、改进和实质等同物。因此，所提交的和可以修改的所附权利要求旨在包括所有这样的替代、修改变化、改进和实质等同物。

Claims (15)

1.一种用于车辆的车辆电池包框架(11)，其包括：
基部(14)，其具有长度和宽度；
侧构件(30)，其位于基部的相对两侧，沿着基部的长度延伸，并且附接到基部的周边；以及
多个横梁(16)，其横跨基部的宽度在侧构件之间延伸；
其中每个侧构件包括
异型体(32)，其包括侧壁(42)，该侧壁具有面向横梁的第一表面和相对的第二表面；和
聚合物加强件(60)，其附接到异型体并且面向异型体的侧壁的第二表面。
2.根据权利要求1所述的车辆电池包框架，其还包括在侧构件之间延伸的覆盖物(20)，其中横梁设置在覆盖物和基部之间，并且优选地，其中基部、侧构件和覆盖物将多个电池模块封闭在车辆电池包框架中。
3.根据权利要求1或2所述的车辆电池包框架，其中聚合物加强件与侧壁的第二表面相邻。
4.根据前述权利要求中任一项所述的车辆电池包框架，其中异型体包括远离横梁延伸的通道(35)，该通道包括顶壁(34)和底壁(36)，通道处于顶壁和底壁之间；并且其中聚合物加强件设置在通道中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的车辆电池包框架，其中异型体包括与通道相邻的箱体结构(38)，其中箱体结构由与通道间隔开的侧壁(42)、在侧壁(42)和通道的顶壁之间延伸的第一连接壁(44)以及在侧壁和通道的底壁之间延伸的第二连接壁(46)形成。
6.根据权利要求4所述的车辆电池包框架，其中箱体结构由侧壁、连接壁和通道的后壁(40)形成，其中后壁在顶壁和底壁之间延伸；或者其中箱体结构通向通道。
7.根据权利要求4或5所述的车辆电池包框架，其中侧壁的高度大于通道的高度和/或大于后壁的高度，使得箱体结构的高度大于通道的高度。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的车辆电池包框架，其中第一连接壁和第二连接壁从侧壁朝向通道以90度或更小的角度Θ延伸，优选地以30度至75度的角度延伸，优选地以40到50度的角度延伸。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的车辆电池包框架，其中异型体包括顶壁(34)、底壁(36)以及在顶壁和底壁之间延伸的加强支撑元件(70)，顶壁和底壁之间形成通道(35)，其中第一支撑壁(54)从顶壁远离通道延伸，第二支撑壁(56)从底壁远离通道延伸，其中加强支撑元件设置在第一支撑壁和第二支撑壁的位置处。
10.根据权利要求9所述的车辆电池包框架，其中第二聚合物加强件(64)附接到第一支撑壁(54)和/或第二支撑壁(56)，优选地分别与第一支撑壁(54)和/或第二支撑壁(56)相邻和/或与顶壁(34)和/或底壁(36)相邻。
11.根据前述权利要求中任一项所述的车辆电池包框架，其中：
每个异型体还包括凸缘(52)；
其中一个侧构件的凸缘从侧壁朝向另一个侧构件的凸缘延伸；并且
基部在侧构件之间延伸并设置在每个侧构件的凸缘上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的车辆电池包框架，其中聚合物加强件包括蜂窝状结构，该蜂窝状结构具有与通道的纵向轴线垂直地取向的柱(33)。
13.一种车辆电池包组件(10)，其包括：
根据权利要求1-12中任一项所述的车辆电池包框架(11)；和
多个电池模块(12)，其处于车辆电池包框架中。
14.一种车辆，其包括根据权利要求12所述的车辆电池包组件。
15.一种形成根据权利要求1-12中任一项所述的车辆电池包框架(11)的方法，该方法包括：
将聚合物加强件(60)和异型体(32)组合以形成侧构件(30)；和
将横梁(16)和异型体彼此附接。
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