CN115642354A - 一种高压电池包及包括高压电池包的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高压电池包，包括：壳体、若干组电池模组、线束和冷却系统；其中，壳体包括容置部和盖部，容置部与盖部连接以形成前腔室和后腔室，前腔室用于放置单层布置的电池模组，后腔室用于放置双层布置的电池模组；壳体沿其长度方向从后往前具有缩窄过渡部，缩窄过渡部限定前腔室和后腔室的分界；容置部由侧壁和底板围合形成，容置部内设置有支撑梁，支撑梁沿壳体的宽度方向抵接在侧壁上，并且支撑梁的与侧壁抵接的末端设置有缓冲支撑结构。本发明的高压电池包，其壳体的设计具有较高的机械强度和安全保护性，其线束的布局能够在很大程度上减少电池包外部线束的用量，其冷却系统的布局具有流动均匀性和温度分布均匀性。

Description

一种高压电池包及包括高压电池包的车辆
技术领域
本发明总的涉及车辆技术领域，更具体地，涉及一种高压电池包及包括该高压电池包的车辆。
背景技术
动力电池包是纯电动汽车唯一的高压电能储存与供应系统，通过内部电化学反应和电气控制，储存电网或车载能量回收系统的能量，向整车电驱动系统和其他用电系统提供电能。
现有设计中，动力电池包体积大、重量重，很难在整车上找到非常完美的安装空间。在动力电池包的布置上，需要考虑以下几点：尽可能地在有限的空间内布置更多的电量，以达到更大的续航里程并减少充电的频次；要充分考虑动力电池包的位置对整车安全性能的影响，尤其是在发生碰撞、翻滚、跌落等极端情况下，动力电池包是否会因为很大的加速度或严重的挤压变形，发生起火和爆炸，或者是否会有电池包的部件进入乘客舱，引起附加伤害；要充分考虑动力电池包的重量和形状对整车结构寿命的影响，因为动力电池包的重量会给整车的底盘和悬挂带来很大的静态载荷和动态载荷，在长时间的振动、冲击条件下，很容易引起整车机械部分的疲劳损伤；要充分考虑动力电池包的散热条件，尤其是在高温工作条件和高电气载荷工作条件下，动力电池包会产生大量的热量，如果散热条件不理想，或者靠近热源，会引起动力电池包的寿命加速衰减；动力电池包在整车的安装位置，还会影响到整车的轴荷分配和重心，进而影响到整车的驾乘体验和舒适性。
可以看到，动力电池包的设计需要综合考虑多种因素，现有设计中的动力电池包通常采用冲压钢板以激光焊接方式形成电池包壳体，存在强度不够的缺陷。另外，电气连接器和液体连接器通常设置在同一区域，这可能导致电池包壳体外部线束过长并且进一步增加了外部线束在车身上定位的步骤。并且，电池包通常采用口琴管结构冷却板，冷却板采用超大型或超小型冲压板，不利于提高冷却效率和降低成本。
该背景技术部分中描述的内容不因在背景技术部分中被提及或与背景技术相关联而被认为是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出一种高压电池包及包括该高压电池包的车辆，其中，高压电池包的壳体设计、电池模组布局、线束布置以及冷却系统的设计旨在提供一种在任何不利情况下都安全且稳固的动力电池包。
为此，根据本发明的第一方面，提出一种高压电池包，包括：
壳体、若干组电池模组、线束和冷却系统；
其中，所述壳体包括容置部和盖部，所述容置部与盖部连接以形成前腔室和后腔室，所述前腔室用于放置单层布置的电池模组，所述后腔室用于放置双层布置的电池模组；
所述壳体沿其长度方向从后往前具有缩窄过渡部，所述缩窄过渡部限定所述前腔室和后腔室的分界；
所述容置部由侧壁和底板围合形成，所述容置部内设置有支撑梁，所述支撑梁沿所述壳体的宽度方向抵接在所述侧壁上，并且所述支撑梁的与所述侧壁抵接的末端设置有缓冲支撑结构。
根据上述技术构思，本发明可进一步包括任何一个或多个如下的可选形式。
在一些可选形式中，所述支撑梁包括第一支撑梁和第二支撑梁，所述第一支撑梁位于所述前腔室内，所述第二支撑梁抵接于所述缩窄过渡部，所述第二支撑梁具有适配所述缩窄过渡部形状的缓冲支撑结构。
在一些可选形式中，所述第一支撑梁设置有朝向所述盖部突出的支撑件。
在一些可选形式中，所述侧壁、底板和支撑梁的材质为铝，并且所述侧壁、底板和支撑梁通过焊接连接。
在一些可选形式中，所述侧壁包括前侧壁和后侧壁，所述前侧壁设置有电机驱动连接器和液体连接器，所述后侧壁设置有充电连接器。通过将电机驱动连接器和充电连接器布置在壳体的不同位置，有利于减少电池包外部线束的用量。
在一些可选形式中，还包括配电盒，所述配电盒邻近所述电机驱动连接器布置，所述线束包括低压线束和高压线束，所述高压线束包括连接所述充电连接器和所述配电盒的汇流排。
在一些可选形式中，所述冷却系统包括若干冷却板、进液管和出液管，所述冷却板的数量与所述电池模组的组数相对应，每一冷却板布置在对应的电池模组的下方，每一冷却板设置有连接至所述进液管的入口以及连接至所述出液管的出口，以在各冷却板内提供方向一致的流动。本发明的高压电池包所采用的冷却系统为每组电池模组设置了冷却板，并且各冷却板内具有方向一致的冷却液流动，温度分布均匀且冷却效率高。
在一些可选形式中，所述侧壁设置有液体连接器，所述进液管、出液管均与所述液体连接器连接。
在一些可选形式中，所述盖部的后侧设置有排气孔，并且所述盖部设置有若干加强部。
根据本发明的另一方面，还提供一种车辆，包括驱动电机、充电接口和动力电池包，其中，所述动力电池包为根据本发明第一方面所述的高压电池包。
本发明的高压电池包用于新能源车辆，考虑到高压电池包对车辆内部空间以及重心等方面的影响，其壳体具有不同的高度设计并且壳体内设置了多重缓冲结构，保证了电池模组的安全性。
附图说明
本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的可选实施方式更好地理解，其中相同的附图标记标识相同或相似的部件，附图中：
图1示出了根据本发明一种实施方式的高压电池包的前视立体示意图；
图2示出了图1中高压电池包的后视立体示意图；
图3示出了高压电池包的壳体的容置部的俯视立体示意图；
图4示出了图3中A-A截面处的剖视示意图；
图5示出了高压电池包的壳体的分解示意图；
图6a示出了第一支撑梁的立体示意图，图6b示出了第二支撑梁的立体示意图；
图7a示出了未置入壳体的容置部的电池模组的布局示意图，图7b示出了电池模组置入壳体的容置部后的示意图；
图8a示出了高压电池包内电池模组与线束布置的立体示意图，图8b示出了高压电池包内电池模组与线束布置的俯视示意图；
图9a示出了电池模组与低压线束布置的立体示意图，图9b示出了电池模组与高压线束布置的立体示意图；
图10a示出了一个角度的冷却系统的立体示意图，图10b示出了另一个角度的冷却系统的立体示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。在描述时各个部件的结构位置例如前、后、左、右、上、下、顶、底等方向的表述不是绝对的，而是相对的。当各个部件如图中所示布置时，这些方向表述是恰当的，但图中各个部件的位置改变时，这些方向表述也相应改变。
在本发明中，长度方向和宽度方向在水平方向上彼此垂直，高度方向在竖直方向上。另外，在高压电池包的长度方向上区分前和后。
参照图1、图2、图3、图5、图7a-7b、图9a-图9b和图10a-图10b所示，高压电池包10包括壳体11、若干组电池模组12、线束13和冷却系统14。其中，壳体11包括容置部111和盖部112，容置部111与盖部112连接以形成前腔室1101和后腔室1102，前腔室1101和后腔室1102共同形成高压电池包10的具有连续空间的容纳腔。结合图7b所示，前腔室1101用于放置单层布置的电池模组，后腔室1102用于放置双层布置的电池模组。因此，在高压电池包的高度方向上，后腔室1102具有高于前腔室1101的高度，除此之外，壳体11沿其长度方向从后往前具有缩窄过渡部113(如图1至图2所示)，该缩窄过渡部113限定前腔室1101和后腔室1102的分界，因此，在高压电池包的宽度方向上，后腔室1102还具有大于前腔室1101的宽度。可以看到，高压电池包10具有特殊的形状设计，以适应安装空间的限制并保证在有限的空间内尽可能多地布置电池模组。
更进一步地，结合图3和图5所示，壳体11的容置部111由侧壁1112和底板1114围合形成，侧壁1112包括首尾相接的前侧壁1112a、左侧壁1112b、后侧壁1112c和右侧壁1112d，其中，左侧壁1112b和右侧壁1112d设置有相应于缩窄过渡部113的弯折部，例如右侧壁1112d设置有弯折部1110(图5中示出)，并且在可选的实施方式中，左侧壁1112b和右侧壁1112d构造为内部设置有加强肋的空心结构，既能够减重又能够提供所需的强度，并且，在高压电池包的宽度方向遭受撞击时，左侧壁1112b和右侧壁1112d的形变会吸收部分的撞击能量，对壳体内部的电池模组起到保护作用。进一步地，壳体11上还设置有连接梁114，该连接梁114分别位于容置部111的左右两侧，并分别与左侧壁1112b、右侧壁1112d连接，进一步可选地，对于同一侧的连接梁114，其位置及数量根据高压电池包10在其长度方向上的重量分布设置。通过设置连接梁114，可以将高压电池包10附接到车辆的下车体(未示出)。
为了保证高压电池包10的整体强度，容置部111内设置有支撑梁115，在图5所示的示例性实施方式中，为适配容置部111的形状，支撑梁115包括沿壳体11的宽度方向布置且抵接在侧壁1112上的第一支撑梁1151和第二支撑梁1152，其中，第一支撑梁1151位于前腔室1101内，第二支撑梁1152位于后腔室1102内且抵接于缩窄过渡部113，进一步地，第二支撑梁1152抵接于左侧壁1112b和右侧壁1112d的弯折部处。因此，第一支撑梁1151和第二支撑梁1152在壳体11的宽度方向上提供了强有力的支撑，除此之外，如图7b所示，第一支撑梁1151和第二支撑梁1152之间的间隔以及第二支撑梁1152与后侧壁1112c之间的间隔适配若干组电池模组12的布局，每一组电池模组限定在一个支撑梁115与侧壁1112或两个支撑梁115与侧壁1112所围合形成的空间内，因此，支撑梁115的位置以及数量可根据电池模组的组数进行调整。
在可选的实施方式中，参照图6a至图6b所示，第一支撑梁1151和第二支撑梁1152的与侧壁1112抵接的末端分别设置有第一缓冲支撑结构1150a和第二缓冲支撑结构1150b，第一缓冲支撑结构1150a、第二缓冲支撑结构1150b分别相对于第一支撑梁1151、第二支撑梁1152的其他部分具有增大的截面，以保证第一支撑梁1151和第二支撑梁1152的与侧壁1112抵接的部分具有较大的接触面积，以分散施加在壳体11的侧壁1112上的外力。另外，第一缓冲支撑结构1150a和第二缓冲支撑结构1150b具有溃缩结构(例如空心结构)，该第一缓冲支撑结构1150a和第二缓冲支撑结构1150b可用于吸收公差并改进壳体11的侧面撞击结果，具体地，第一缓冲支撑结构1150a和第二缓冲支撑结构1150b通过形变吸收施加在其上的外力。值得注意的是，第二缓冲支撑结构1150b的形状适配缩窄过渡部113的形状，更具体地，第二缓冲支撑结构1150b与侧壁1112的弯折部接触的面具有大致弧形的形状。
在可选的实施方式中，参照图5所示，容置部111的底板1114包括第一层底板1114a和第二层底板1114b，其中，第一层底板1114a由多块板焊接而成并形成容置部111的底部，结合图3至图4所示，第二层底板1114b位于第一层底板1114a的上方并位于后腔室1102，该第二层底板1114b及其下方的第一层底板1114a提供了双层布置的电池模组中各层电池模组的支撑。
在可选的实施方式中，如图5所示，位于前腔室1101的第一支撑梁1151设置有朝向壳体11的盖部112突出的支撑件116，图6a示出了未设置支撑件的第一支撑梁1151，其中支撑件116可通过螺钉与第一支撑梁1151连接，以在第一支撑梁1151与盖部112之间，进一步地，在壳体11的前腔室1101内提供在壳体11的高度方向上的空间，以用于布置线束。同时，支撑件116具有一定的刚度，在壳体11的高度方向上对电池模组进行保护。
根据上述对壳体11的描述，壳体11优选地由铝材质制成，特别地，至少壳体11的容置部111及其内设置的支撑梁115的材质为铝，容置部111的侧壁1112和底板1114通过焊接工艺连接，优选地通过搅拌摩擦焊(FSW焊)或熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)工艺进行连接，实现较轻的质量具有较高的机械强度。
如前文所描述的，容置部111的侧壁1112包括前侧壁1112a、左侧壁1112b、后侧壁1112c和右侧壁1112d。结合图1至图2所示的示例性实施方式，前侧壁1112a设置有电机驱动连接器15和液体连接器16，后侧壁1112c设置有充电连接器17。值得注意的是，电机驱动连接器15和充电连接器17位于壳体11的相反侧，通过这样的设置，减少了壳体11外部线束的长度。现有设计中，电机驱动连接器和充电连接器通常位于动力电池包同一区域并且相邻设置，一般而言，当高压电池包10的长度方向大致上平行于车辆的长度方向布置时，由于驱动电机以及充电接口位于车辆的不同位置，若充电连接器设置在车辆的充电接口附近，那么驱动电机与电机驱动连接器之间将不可避免地采用绕过高压电池包10外部的长线束。为了避免高压电池包10外部的线束过长且避免增加固定该外部长线束的步骤，本申请采用电机驱动连接器15和充电连接器17布置于高压电池包10的相反侧。
进一步地，参照图8a至图8b所示，高压电池包10还包括配电盒18和电池管理系统19(BMS)，该配电盒18和电池管理系统19具有现有设计中已知的配电盒和电池管理系统的功能。结合图9a至图9b所示，配电盒18和电池管理系统19均邻近电机驱动连接器15布置于壳体11的前腔室1101内。线束13包括图9a所示的低压线束131和图9b所示的高压线束132，特别地，高压线束132包括连接充电连接器17和配电盒18的汇流排1320，以适配充电连接器17的布置位置。其中，相比于在高压电池包10外部具有绕过壳体11的线束，用于连接充电连接器17和配电盒18的汇流排1320避免了线束的额外固定及缠绕，在很大程度上节约了车辆的制造成本。
如图10a至图10b所示，高压电池包10还包括冷却系统14。冷却系统14包括若干冷却板141、进液管142和出液管143，其中，冷却板141的数量与电池模组12的组数相对应，每一冷却板141布置在对应的电池模组12的下方，每一冷却板141设置有连接至进液管142的入口1411以及连接至出液管143的出口1412，以在各冷却板141内提供方向一致的流动，确保了液体流量分布的均匀性。从图中可以看到，进液管142和出液管143分别沿着壳体11的长度方向在壳体11内的两侧布置，各冷却板141的入口1411位于进液管142所在侧，各冷却板141的出口1412位于出液管143所在侧，这样设置有利于在壳体11内提供均匀的温度分布，尤其是在各冷却板141的入口1411处提供大致相同的进液温度，使得冷却系统14整体上具有较高的冷却效率。相比于超大型冷却板，本申请的冷却系统14提供了均匀的温度分布，相比于超小型冷却板，本申请的冷却系统14提供了简单的冷却管路(包括进液管、出液管)布置。
在可选的实施方式中，进液管142和出液管143均与液体连接器16连接，该液体连接器16将总的液体供给口和总的液体排出口集成在一起，降低了壳体11漏气的风险。
在图7a至图7b所示的示例性实施方式中，示出了四组电池模组12，其中，两组包括四个电池模块的电池模组单层布置在前腔室1101内，两组包括五个电池模块的电池模组上下叠置在后腔室1102内，因此，四组电池模组共提供了十八个电池模块，并且为这四组电池模组提供了四个冷却板。应当理解的是，本申请不限于如上所述的电池模组以及电池模块的数量。
参照图2所示，壳体11的盖部112的后侧设置有排气孔1120，且排气孔1120可设置有多个，对应该排气孔1120的位置，壳体11内设置有排气阀，以将壳体11内的高温气体从高压电池包10的后部及时排出，进而从车辆后部排出，避免高压电池包10超温对车内乘员造成伤害。
结合图1和图2所示，壳体11的盖部112设置有若干加强部，其中，盖部112可选地由钢材质制成，若干加强部通过冲压工艺形成，以提高盖部112的强度。
根据本发明的另一方面，提供了一种车辆(未示出)，包括驱动电机、充电接口和动力电池包，其中，动力电池包为上文所描述的高压电池包10。车辆中布置本申请所描述的高压电池包10，具有接线简单、安全可靠的优势。
从以上概述不难看出，本发明的高压电池包10结构紧凑，与车辆具有很好的适配性。本发明的高压电池包10，其壳体的设计具有较高的机械强度和安全保护性，其线束的布局能够在很大程度上减少电池包外部线束的用量，其冷却系统的布局具有流动均匀性和温度分布均匀性，冷却效果好且冷却系统连接简单。
这里应当理解的是，图中所示实施方式仅显示了根据本发明的高压电池包的各个可选部件的可选形状、尺寸和布置方式，然而其仅为示意而非限制，在不背离本发明的思想和范围的情况下，亦可采取其他形状、尺寸和布置方式。
以上已揭示本发明的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的构思作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。

Claims (10)

1.一种高压电池包，包括：
壳体、若干组电池模组、线束和冷却系统；
其特征在于，所述壳体包括容置部和盖部，所述容置部与盖部连接以形成前腔室和后腔室，所述前腔室用于放置单层布置的电池模组，所述后腔室用于放置双层布置的电池模组；
所述壳体沿其长度方向从后往前具有缩窄过渡部，所述缩窄过渡部限定所述前腔室和后腔室的分界；
所述容置部由侧壁和底板围合形成，所述容置部内设置有支撑梁，所述支撑梁沿所述壳体的宽度方向抵接在所述侧壁上，并且所述支撑梁的与所述侧壁抵接的末端设置有缓冲支撑结构。
2.根据权利要求1所述的高压电池包，其特征在于，所述支撑梁包括第一支撑梁和第二支撑梁，所述第一支撑梁位于所述前腔室内，所述第二支撑梁抵接于所述缩窄过渡部，所述第二支撑梁具有适配所述缩窄过渡部形状的缓冲支撑结构。
3.根据权利要求2所述的高压电池包，其特征在于，所述第一支撑梁设置有朝向所述盖部突出的支撑件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的高压电池包，其特征在于，所述侧壁、底板和支撑梁的材质为铝，并且所述侧壁、底板和支撑梁通过焊接连接。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的高压电池包，其特征在于，所述侧壁包括前侧壁和后侧壁，所述前侧壁设置有电机驱动连接器和液体连接器，所述后侧壁设置有充电连接器。
6.根据权利要求5所述的高压电池包，其特征在于，还包括配电盒，所述配电盒邻近所述电机驱动连接器布置，所述线束包括低压线束和高压线束，所述高压线束包括连接所述充电连接器和所述配电盒的汇流排。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的高压电池包，其特征在于，所述冷却系统包括若干冷却板、进液管和出液管，所述冷却板的数量与所述电池模组的组数相对应，每一冷却板布置在对应的电池模组的下方，每一冷却板设置有连接至所述进液管的入口以及连接至所述出液管的出口，以在各冷却板内提供方向一致的流动。
8.根据权利要求7所述的高压电池包，其特征在于，所述侧壁设置有液体连接器，所述进液管、出液管均与所述液体连接器连接。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的高压电池包，其特征在于，所述盖部的后侧设置有排气孔，并且所述盖部设置有若干加强部。
10.一种车辆，包括驱动电机、充电接口和动力电池包，其特征在于，所述动力电池包为根据权利要求1至9中任一项所述的高压电池包。
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