CN116565417A - 车用动力电池系统、车辆底盘和车辆 - Google Patents

车用动力电池系统、车辆底盘和车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及车用动力电池系统、车辆底盘和车辆。所述车用动力电池系统包括：支撑部，其包括车身底板、车架和车身底盘横梁，所述车身底板与所述车架相连，所述车身底盘横梁装设在所述车架上；罩盖，其与所述支撑部相连以形成容纳腔；多个电池模组，其布置在所述容纳腔内且吊装在所述支撑部上，所述多个电池模组经互连后用于至少向车辆上的动力装置提供电能；以及热交换部，其布置在所述容纳腔内，并且设置成用于与所述多个电池模组的至少一部分表面进行热交换，使得所述多个电池模组被冷却或加热。采用本发明能有效提升整车组装效率，促进实现电池系统整体轻量化，降低电池系统的维修成本。

Description

车用动力电池系统、车辆底盘和车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及车用动力电池系统、车辆底盘和车辆。
背景技术
对于可使用电机来提供驱动力的各类电动车辆而言，电池系统是其核心储能部件，也是作为例如纯电动车辆整车的唯一动力来源。增加电动车辆续航、降低电池系统成本始终是各大电动车辆厂商的目标，在众多措施中，提升电池能量密度、开发轻量化的动力电池系统是实现上述目标的一项有效方法。
对于例如传统的纯电动车辆的驱动系统而言，可以分为几个层级：电芯（Cell）集成到模组（Module），模组集成到电池包（Pack），电池包集成到整车（Vehicle）。随着集成层级的增加，电池系统的能量密度、体积利用率逐渐降低，制造成本也逐渐提升。因此，降低电芯到整车之间的集成层级，优化集成结构，是提升动力电池系统集成效率、增加电动车辆续航里程、降低电池系统成本的一种有效手段。
目前，较多企业在开发电芯直接集成到电池包的电池系统产品（CTP），例如中国专利文献CN112224003A公开了一种电动车，其在电动车辆上形成至少一个容纳装置，在容纳腔内组成了由电芯直接集成到电池包的电池系统，通过单体电池本身来起到横梁或纵梁的作用。此外，中国专利文献CN112397828A公开了一种软包无模组化动力电池系统，将自身无强度的软包电芯通过结构胶和横梁压接固定在电池箱体上，省去了模组外壳、模组端板并更改了热交换路径，提升了热传递的效率。以上两个专利文献中提及的方案均省略了中间集成至模组的环节，有效地减少了电池包零件，提升了系统的集成效率。但是，这些方案对电池系统的零件质量和制造质量要求较高，电芯集成至电池包的CTP方案存在维修性差甚至无法返修的劣势，在生产制造以及用户使用过程中若出现产品质量缺陷，更换成本高昂，变相提升了制造和使用成本。
另外，中国专利文献CN112038517A公开了一种MTC动力电池系统，其技术方案要点是包括一体化车架和并列设置于一体化车架内的若干电池模组，该方案虽然省去了模组集成到电池包的环节，但是车架上方为乘客舱，动力电池系统集成至车辆后返修困难，维修成本相较于电芯集成至电池包的方案更高，且一体化车架需在底板上承受电池模组的重力，车架重量较高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了车用动力电池系统、车辆底盘和车辆，从而可以解决或者至少缓解了现有技术中存在的上述问题和其它方面的问题中的一个或多个。
首先，根据本发明的一个方面，它提供了一种车用动力电池系统，其包括：
支撑部，其包括车身底板、车架和车身底盘横梁，所述车身底板与所述车架相连，所述车身底盘横梁装设在所述车架上；
罩盖，其与所述支撑部相连以形成容纳腔；
多个电池模组，其布置在所述容纳腔内且吊装在所述支撑部上，所述多个电池模组经互连后用于至少向车辆上的动力装置提供电能；以及
热交换部，其布置在所述容纳腔内，并且设置成用于与所述多个电池模组的至少一部分表面进行热交换，使得所述多个电池模组被冷却或加热。
在根据本发明的车用动力电池系统中，可选地，所述多个电池模组中的每一个电池模组包括：
多个电芯，其形成阵列布置，并且所述多个电芯的底部的至少一部分与所述热交换部进行热交换；
模组端板，其设置在所述多个电芯的端部；
模组侧板，其设置在所述多个电芯的侧部，所述模组侧板与所述模组端板相连以包围所述多个电芯，并且所述模组侧板被可拆卸地吊装连接到所述支撑部上；以及
模组上盖，其设置在所述多个电芯的上方并且采用绝缘材料制成，所述模组上盖与所述模组端板和/或所述模组侧板相连。
在根据本发明的车用动力电池系统中，可选地，所述热交换部包括液冷板，所述液冷板设置有液体流道、进口和出口，所述液体流道与所述进口和所述出口之间形成流体连通，并且所述液体流道被布置成抵靠所述多个电芯的底部的至少一部分。
在根据本发明的车用动力电池系统中，可选地，所述热交换部还包括导热结构胶层，其设置在所述液冷板与所述多个电芯的底部之间。
在根据本发明的车用动力电池系统中，可选地，所述模组侧板和所述模组端板均采用铝合金材料制成并通过激光焊接进行连接，并且/或者每一个电池模组中设置有24个电芯。
在根据本发明的车用动力电池系统中，可选地，所述多个电池模组通过电气汇流排形成电压串联连接，并且所述车用动力电池系统还包括电池断路单元和电池系统接口，所述电池断路单元被可拆卸地连接到所述车身底盘横梁上并且与所述多个电池模组串联连接用于开启或关闭所述车用动力电池系统向外输出电能，所述电池系统接口集成于所述电池断路单元内用于对外输出高压电流和低压信号。
在根据本发明的车用动力电池系统中，可选地，所述车身底板、所述车架和所述车身底盘横梁通过焊接连接形成一体，并且/或者所述车身底板、所述车架和所述车身底盘横梁当中的任何两个之间填充有密封介质。
在根据本发明的车用动力电池系统中，可选地，所述罩盖被可拆卸地连接到所述车架和/或所述车身底盘横梁上，并且在所述罩盖与所述车架和所述车身底盘横梁之间形成密封连接。
此外，根据本发明的另一方面，还提供了一种车辆底盘，所述车辆底盘带有如以上任一项所述的车用动力电池系统。
另外，根据本发明的又一方面，进一步提供了一种车辆，所述车辆包括如以上任一项所述的车用动力电池系统，或者所述车辆包括如以上所述的车辆底盘。
从与附图相结合的以下详细描述中，将会清楚地理解根据本发明各技术方案的原理、特点、特征以及优点等。与现有技术相比，采用根据本发明的技术方案具有以下这些技术优势和突出效果：
(1) 通过将电池模组直接集成于车身底盘，可以省去传统电池安装工艺中普遍采用的先将电池模组组装至电池壳体组成电池系统，然后再将电池系统整体组装至车身底盘的方式，从而能显著提升整车组装效率；
(2) 通过将电池模组吊装于例如车身底盘横梁上，可以省去传统电池系统中电池壳体内的横纵梁，因此能够有效降低整个电池组的重量，促进实现电池系统轻量化；
(3) 通过将电池模组吊装于例如车身底盘横梁上，可以在维修和更换电池系统内零件时，只需吊起车辆后拆卸罩盖即可进行操作，因此非常便于进行电池系统维修和更换零件，有利于降低了维修成本。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图只是出于解释目的来进行设计，其仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1是一个根据本发明的车用动力电池系统实施例的结构爆炸示意图。
图2是图1所示的车用动力电池系统实施例的立体结构示意图，其中省略或简化显示了车身底板等结构。
图3是图1所示的车用动力电池系统实施例的侧视结构示意图。
图4是图1所示的车用动力电池系统实施例中的一个单独的电池模组的侧视结构示意图，其中同时显示出了该电池模组的附近结构。
图5是图1所示的车用动力电池系统实施例中的电池模组的立体结构示意图。
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来说明根据本发明的车用动力电池系统、车辆底盘和车辆的结构、组成、特点和优点等，但是应当理解的是，所有描述仅是为了举例说明而给出的，因此不应理解为对本发明形成任何的限制。在本文中，技术用语“连接（或相连等）”涵盖了部件直接地和/或间地接连接至另一部件，技术术语“前”、“后”、“内”、“外”、“上”、“下”及其派生词等应联系附图中的定向，除非明确指出以外，本发明可以采取多种替代定向。
此外，对于在本文所提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本发明仍然允许在这些技术特征（或其等同物）之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，由此获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其它实施例。另外，在本文中不再赘述已被本领域技术人员公知的一般事项。
根据本发明的设计思想，首先提供了一种车用动力电池系统，例如可将其集成于纯电动乘用车底盘用来作为车辆的动力来源。如图1和图2所示，该车用动力电池系统可以包括支撑部、热交换部、多个电池模组300和罩盖800，下面就对这些组成部分做出具体说明。
对于支撑部，它在车用动力电池系统中主要是为其他零部件起到支撑作用，在给出的图1实施例中可以包括车身底板100、车架200和多个车身底盘横梁201，这些零部件通常也是车辆上的组成部分，在本发明方案中可以直接使用它们用作支撑部。作为示例性说明，车身底板100可以采用无过孔设计，并且可将它与车架200之间可选地采用满焊连接，还可进一步考虑根据实际需求而在它们之间填充密封介质以求达到密封效果；此外，可以在车身底盘横梁201和车架200之间采用焊接连接以增强整车刚度，同样也可以可选地在车身底盘横梁201和车架200之间、车身底盘横梁201和车身底板100之间填充密封介质以求达到密封效果。车身底盘横梁201的具体设置数量可以根据电池模组的数量等情况确定，横梁的壁厚和型面设计等可以根据整车碰撞需求确定，从而实现电池模组在车辆底盘上的更紧凑安装布局，能够有效降低整车重量，提升电池组的集成效率。
罩盖800是与支撑部连接在一起，一般可以使用诸如可拆卸螺栓等连接件将它与支撑部进行固定连接（例如连接到车架200和/或车身底盘横梁201上），从而形成容纳腔用来将电池模组、热交换部等零部件放置于其中，并且通过罩盖800和支撑部二者结合可阻隔外界尘土、水汽等，以便保护、整个电池系统不会遭受到此类不利影响。在一些应用情形下，也可以采用诸如焊接、铆接等方式将罩盖800和支撑部固连在一起。此外，作为可选情形，可以考虑在罩盖800与车架200和车身底盘横梁201之间形成密封连接，使得它们的安装面达到密封不泄漏的效果。
继续结合参考图3至图5，在车用动力电池系统中可根据实际需求情况来设置所需数量的电池模组300，其中单个电池模组300可以包括模组端板301、模组侧板302、模组上盖303和电芯304。
在单个电池模组300中，电芯304是用于提供电能，可以按需同时配置多个（如24个等）并形成阵列布置，模组端板301和模组侧板302分别设置在电芯阵列的端部和侧部，它们可使用诸如铝合金材料等任何适宜材料制成，可以通过激光焊接等连接方式将模组端板301和模组侧板302连接成组以包围所有的电芯304起到预紧和固定作用。如图4所示，作为示例性说明，可以通过可拆卸的紧固件400将模组侧板302固定连接到车身底盘横梁201上，从而将电池模组300吊装到支撑部上。
对于模组上盖303，可以将其设置在这些电芯304的上方，它可以采用绝缘材料来加工制成，以此可用来对电芯304的极耳等起到绝缘保护的作用。在实际应用场合下，可以按照需要选择将模组上盖303以可拆卸或者不可拆卸方式连接到模组端板301和/或模组侧板302上。
作为可选情形，车用动力电池系统中的这些电池模组300可以通过电气汇流排501进行串联连接，以此满足整车电压要求来驱动车辆上的动力装置（如驱动电机等）进行工作，当然车辆上的其他一些零部件也可以利用从电池模组300输出的电能。
此外，如图1所示，还可以在车用动力电池系统中可选地设置电池断路单元500和电池系统接口600。可以将电池断路单元500串联在整个高压回路上用来控制开启或关闭车用动力电池系统向外输出电能，同时还可以保护整个高压回路。对于电池系统接口600，可以将它可选地集成在电池断路单元500内，用于对外输出高压电流和低压信号。应当理解，在本文中使用的技术用语“高压”和“低压”等在电动车辆领域具有确定性含义，它们是相对于业界内惯用的常规电压值而言，并且为本领域普通技术人员所公知，因此它们在不同应用场合下可能会被选择设定为不同的具体数值，本发明不对此做出限制性的设定。
车用动力电池系统的热交换部被布置在由罩盖800和支撑部一起形成的容纳腔内，用来与电池模组300的一部分或全部表面进行热交换来达到促使电池模组300的温度被降低或升高的效果，以便保证或改善电池使用性能。热交换部可采用多种实现方式，例如单独地或者结合使用液冷、风冷（如风机等）等方式，下面就结合图1和图2给出的示范例进行举例说明。
具体来讲，在这个给出的示例中，热交换部可包括液冷板900和导热结构胶层700。液冷板900可设置液体流道以及与该液体流道形成流体连通的进口和出口（这在图4中以附图标记902进行示意性标示），上述进口和出口与液冷板900之间可以采用焊接连接并确保焊接接口处密封。如图可以通过管路901将液冷板900与车辆上的液体供应装置（如水箱、泵等）相连用来向液冷板900循环供应作为换热介质的液体（如水等）。在实际应用时，可以将
通过将液冷板900的液体流道布置成抵靠在电池模组300中的这些电芯304的底部的至少一部分上，由此可以借助流经液体流道的液体与电芯304等进行热量交换，从而能够对电池模组300实施冷却或加热处理以改善电池使用性能。
在图1中，还图示出了被可选地设置在液冷板900与电芯304的底部之间的导热结构胶层700，例如可将具有导热特性的胶材涂覆在电芯304的底部与液冷板900粘接，以此同时起到导热和粘接固定液冷板900的作用。导热结构胶层700的具体使用材料、厚度、涂覆面积和位置等，本发明允许根据具体应用需求情况进行选择设置。
作为进一步说明，当需要将如上所述的根据本发明的车用动力电池系统集成至例如纯电动乘用车底盘时，可以可选地采用以下示例性组装方式：
预先将车身底板100、车架200、车身底盘横梁201焊接连接，并将它们形成为一个整体；将预先集成完成的电池模组300，通过可拆卸的紧固件400吊装于车身底盘横梁201上；接着，使用可拆卸的紧固件400安装已集成电池系统接口600的电池断路单元500到车身底盘横梁201上，再次使用电气汇流排501连接所有电池模组300的正负极和电池断路单元500，由此即组成整个高压回路；接下来，将管路901和液冷板900上的进口和出口902连接，即组成整个液冷系统水路；最后，将罩盖800通过可拆卸螺栓安装于车架200和车身底盘横梁201总成上，并保证安装面密封不泄漏。
此外，当需要对该车用动力电池系统内的相关零件进行维修或更换时，其拆卸方式可以是：
首先，拆除固定于车身底盘横梁201和车架200上的罩盖800；然后，定位到需要维修或更换的电池模组300或电池断路单元500等，接着拆除需要维修或更换的零件周围的电气汇流排501和管路901，然后拆除可拆卸紧固件400，即可取出上述已定位的需要维修或更换的零件。
如前所述，根据本发明方案，采用将电池模组直接集成于车身底盘的方式，解决了现有车用电池系统存在的诸多问题，例如在电池系统组装时需先将电池模组组装至电池壳体再将整个电池壳体组装至整车从而导致组装效率较低，现有电池系统的电池壳体内含保护电池组的横纵梁而造成重量大且优化空间有限，现有纯电动车辆电池维修需先拆卸整个电池系统，再将电池系统拆解寻找失效零件，从而导致可维修性差、维修成本高且效率低等。与此对比，应用本发明方案能够有效提升电动车辆电池系统的安装效率，并且有助于降低电池壳体的重量，促进电池系统乃至整车轻量化，而且与直接将电池模组从上到下安装至车辆底盘的方式相比，通过采用吊装电池模组的方式，能够更便于维修和更换零件，降低整车维修成本。
此外，根据本发明的技术方案，还提供了一种车辆底盘，该车辆底盘可以带有根据本发明的车用动力电池系统，从而形成如上所述的这些明显优于现有技术的这些优势。
进一步地，本发明还提供了一种车辆，可以该车辆上设置例如以上举例说明的根据本发明的车用动力电池系统或者车辆底盘，由此将有利于通过上述这些显著且突出的技术优势来提升车辆产品竞争力。
以上仅以举例方式来详细阐明根据本发明的车用动力电池系统、车辆底盘和车辆，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种车用动力电池系统，其特征在于，包括：
支撑部，其包括车身底板、车架和车身底盘横梁，所述车身底板与所述车架相连，所述车身底盘横梁装设在所述车架上；
罩盖，其与所述支撑部相连以形成容纳腔；
多个电池模组，其布置在所述容纳腔内且吊装在所述支撑部上，所述多个电池模组经互连后用于至少向车辆上的动力装置提供电能；以及
热交换部，其布置在所述容纳腔内，并且设置成用于与所述多个电池模组的至少一部分表面进行热交换，使得所述多个电池模组被冷却或加热。
2.根据权利要求1所述的车用动力电池系统，其中，所述多个电池模组中的每一个电池模组包括：
多个电芯，其形成阵列布置，并且所述多个电芯的底部的至少一部分与所述热交换部进行热交换；
模组端板，其设置在所述多个电芯的端部；
模组侧板，其设置在所述多个电芯的侧部，所述模组侧板与所述模组端板相连以包围所述多个电芯，并且所述模组侧板被可拆卸地吊装连接到所述支撑部上；以及
模组上盖，其设置在所述多个电芯的上方并且采用绝缘材料制成，所述模组上盖与所述模组端板和/或所述模组侧板相连。
3.根据权利要求2所述的车用动力电池系统，其中，所述热交换部包括液冷板，所述液冷板设置有液体流道、进口和出口，所述液体流道与所述进口和所述出口之间形成流体连通，并且所述液体流道被布置成抵靠所述多个电芯的底部的至少一部分。
4.根据权利要求3所述的车用动力电池系统，其中，所述热交换部还包括导热结构胶层，其设置在所述液冷板与所述多个电芯的底部之间。
5.根据权利要求2所述的车用动力电池系统，其中，所述模组侧板和所述模组端板均采用铝合金材料制成并通过激光焊接进行连接，并且/或者每一个电池模组中设置有24个电芯。
6.根据权利要求1所述的车用动力电池系统，其中，所述多个电池模组通过电气汇流排形成电压串联连接，并且所述车用动力电池系统还包括电池断路单元和电池系统接口，所述电池断路单元被可拆卸地连接到所述车身底盘横梁上并且与所述多个电池模组串联连接用于开启或关闭所述车用动力电池系统向外输出电能，所述电池系统接口集成于所述电池断路单元内用于对外输出高压电流和低压信号。
7.根据权利要求1所述的车用动力电池系统，其中，所述车身底板、所述车架和所述车身底盘横梁通过焊接连接形成一体，并且/或者所述车身底板、所述车架和所述车身底盘横梁当中的任何两个之间填充有密封介质。
8.根据权利要求1所述的车用动力电池系统，其中，所述罩盖被可拆卸地连接到所述车架和/或所述车身底盘横梁上，并且在所述罩盖与所述车架和所述车身底盘横梁之间形成密封连接。
9.一种车辆底盘，其特征在于，所述车辆底盘带有如权利要求1-8中任一项所述的车用动力电池系统。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-8中任一项所述的车用动力电池系统，或者所述车辆包括如权利要求9所述的车辆底盘。
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