CN116749746A - 新能源汽车的车身电池一体化结构及新能源汽车 - Google Patents

新能源汽车的车身电池一体化结构及新能源汽车 Download PDF

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CN116749746A CN202310629918.1A CN202310629918A CN116749746A CN 116749746 A CN116749746 A CN 116749746A CN 202310629918 A CN202310629918 A CN 202310629918A CN 116749746 A CN116749746 A CN 116749746A
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张龙
赵震
张羽
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Abstract

本申请公开了一种新能源汽车的车身电池一体化结构及新能源汽车，车身电池一体化结构，包括下车体平台和处于密封状态的电池包；下车体平台包括前舱模块、前地板模块以及后地板模块；电池包包括上盖和下壳体，下壳体的多个侧面设有安装部，下壳体通过多个安装部分别与前舱模块、前地板模块以及后地板模块连接；上盖分别与前舱模块、前地板模块以及后地板模块密封，上盖形成前地板模块的前地板蒙皮。本申请将处于密封状态的电池包的上盖作为前地板蒙皮，并且将电池包与下车体平台之间采用安装点和密封点分离，在保证电池包的密封性能的情况下，同时确保安装和密封的有效性。

Description

新能源汽车的车身电池一体化结构及新能源汽车
技术领域
本申请涉及车辆制造领域，更具体地，涉及一种新能源汽车的车身电池一体化结构及新能源汽车。
背景技术
随着新能源汽车的续驶里程的不断增加以及人们对新能源汽车安全性要求的不断提升，新能源汽车的整备质量也随着不断增加。新能源汽车企业加大了新能源汽车轻量化力度，纷纷开展轻质合金材料在车身上的应用、车身电池一体化等技术研究，旨在降低车身重量的同时，增大动力电池舱的尺寸；同时，动力电池企业也在不断革新，涌现出了CTP(Cell to Pack，电芯到电池包)、CTC(Cell to Chassis，电池底盘一体化)、CTB(Cell toBody电池车身一体化)等先进封装技术，实现了动力电池的电量大幅提升。
目前，新能源汽车的车身电池一体化结构主要分为如下三大类：
第一类为电芯或模组直接装配到下车体内，下车体即为动力电池包壳体，其具体做法为下车体中段(安装电芯或模组的区域)分为下底板、中段框架及上盖板3部分，其中：下底板可以焊接在中段框架也可安装在中段框架上，上盖板集成座椅安装横梁后安装到中段框架上。该类型的下车体结构为钢制焊接结构或者一体式压铸结构。当采用钢制焊接结构时，因下车体中段内部为安装电芯或模组而呈现中空结构，其中段框架的焊接稳定性不足，进而导致中段焊接精度不高，最终导致上盖板与中段框架的密封不良。同时因上盖板集成了座椅横梁，在侧面碰撞时座椅横梁的变形会对电芯或模组带来损伤。当采用一体式压铸结构方案时，因一体式压铸件的韧性远低于钢，碰撞时会对电池带来较大损伤。
第二类为具有单独完整的动力电池包，电池包通过装配的方式安装到下车体，下车体采用前地板平整化设计(也可不含前地板蒙皮)，前地板位于两侧门槛梁中上部，动力电池包安装后主体隐藏在门槛梁内。动力电池上盖均集成了座椅安装横梁，在动力电池安装时，座椅安装横梁与左右门槛存在一定间隙，座椅横梁与左右门槛的连接强度不足，导致在侧面碰撞过程中会出现载荷传递中断，进而导致结构变形失稳的问题。外，因上盖集成座椅横梁，侧面碰撞时座椅横梁变形也会导致电芯或模组的损伤。
第三类，动力电池包开口无上盖形式，电芯或模组先装配到下壳体，再装配到下车体，下车体充当动力电池包的上盖。下车车体通过众多冲压件焊接而成，其密封面精度较低，同时此类结构采用安装密封一体化设计，更加剧了电池包的密封难度，因此下壳体与下车体的密封性能较差。
综上所述，目前行业内的车身电池一体式结构，主要存在如下问题：
1、动力电池包自身的密封和动力电池包与下车体之间的密封性能较差。
2、下车体的性能(特别是侧面碰撞性能)较差。
另外，现有新能源汽车的车身电池一体化结构的平台拓展性能较差，导致车身电池一体化设计的通用性较差。
发明内容
本申请提供一种新能源汽车的车身电池一体化结构及新能源汽车，将处于密封状态的电池包的上盖作为前地板蒙皮，并且将电池包与下车体平台之间采用安装点和密封点分离，在保证电池包的密封性能的情况下，同时确保安装和密封的有效性。
本申请提供了一种新能源汽车的车身电池一体化结构，包括下车体平台和处于密封状态的电池包；
下车体平台包括前舱模块、前地板模块以及后地板模块；
电池包包括上盖和下壳体，下壳体的多个侧面设有安装部，下壳体通过多个安装部分别与前舱模块、前地板模块以及后地板模块连接；上盖分别与前舱模块、前地板模块以及后地板模块密封，上盖形成前地板模块的前地板蒙皮。
优选地，前舱模块包括左前纵梁、右前纵梁、左A柱下内板、右A柱下内板以及前围下横梁，左前纵梁和右前纵梁的后端分别与前围下横梁连接，前围下横梁两端分别与左A柱下内板和右A柱下内板连接。
优选地，前围下横梁的底部呈平面状，前围下横梁的底部的前端中部与下壳体的前安装部连接，前围下横梁的底部与前安装部之间的安装点位于左前纵梁和右前纵梁之间，前围下横梁的底部的后端与上盖上的第一密封条贴合。
优选地，前地板模块包括左门槛梁、右门槛梁以及平行架设在左门槛梁与右门槛梁之间的第一座椅横梁和第二座椅横梁，左A柱下内板与左门槛梁连接，右A柱下内板与右门槛梁连接。
优选地，左门槛梁和右门槛梁的内侧分别设置有门槛密封面和安装面，相对于门槛密封面，安装面更靠近对应的门槛梁的外侧；
下壳体两侧的侧安装部分别与对应的安装面连接，门槛密封面与上盖上对应的第二密封条贴合。
优选地，第一座椅横梁和第二座椅横梁分别与上盖间隙配合。
优选地，后地板模块由前至后依次包括前段、中段以及储物盒，前段的中部对称设有多个电池包安装组，每个电池包安装组包括多个安装点，每个电池包安装组中的一个安装点与下壳体上位置对应的后安装部连接；
前段的底面上靠近第二座椅横梁的端部与上盖的第三密封条贴合。
优选地，第一密封条、两个第二密封条以及第三密封条形成封闭的密封环。
优选地，左门槛梁和右门槛梁的长度由下车体平台的轴距确定。
本申请还提供一种新能源汽车，包括上述的新能源汽车的车身电池一体化结构。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请提供的新能源汽车的车身电池一体化结构中下车体平台的整体结构；
图2为本申请提供的新能源汽车的车身电池一体化结构中下车体平台的分解图；
图3为本申请提供的前舱模块的主视图；
图4为本申请提供的前舱模块的局部俯视图；
图5为图4中的细节a的放大图；
图6为图4中的A-A剖视图；
图7为本申请提供的前地板模块的结构图；
图8为图7中细节b的放大图；
图9为图7中的B-B剖视图；
图10为本申请提供的拆除后地板蒙皮后的后地板模块的结构图；
图11为图10中细节c的放大图；
图12为本申请提供的电池包的结构图；
图13为本申请提供的新能源汽车的车身电池一体化结构的主视图；
图14为图13中的C-C剖视图；
图15为图13中的D-D剖视图；
图16为图13中的E-E剖视图。
图中标示如下：
100-下车体平台110-前舱模块120-前地板模块130-后地板模块
1101-左前纵梁1102-右前纵梁1103-左A柱下内板1104-右A柱下内板11052-密封区11051-安装点1105-前围下横梁12011-门槛密封面1201-左门槛梁12012-安装面 12013-门槛下底面1202-右门槛梁
12021-顶面 13012-左小纵梁1203-第一座椅横梁1204-第二座椅横梁1301-前段13011-右小纵梁12022-门槛密封面13013-前段前横梁13017-安装点210-上盖 13016-前段左纵梁13014-前段后横梁1302-中段 2101-密封条 13022-中段左纵梁1304-安装点
1303-储物盒 200-电池包 13015-前段右纵梁13021-中段右纵梁220-下壳体2201-前安装部2202-侧安装部 2203-后安装部
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
本申请提供一种新能源汽车的车身电池一体化结构及新能源汽车，将处于密封状态的电池包的上盖作为前地板蒙皮，并且将电池包与下车体平台之间采用安装点和密封点分离，在保证电池包的密封性能的情况下，同时确保安装和密封的有效性。本申请中，将电池包安装在前围下横梁上并位于左前纵梁与右前纵梁之间，由此，左前纵梁和右前纵梁的正面碰撞能量通过前围下横梁向左A柱下内板和右A柱下内板转移，避免正面碰撞对电池包的损伤。本申请中，第一座椅横梁和第二座椅横梁分别与上盖间隙配合，在侧面碰撞时，第一座椅横梁和第二座椅横梁在有效传递由左门槛梁和右门槛梁传递来的载荷的同时，减小了第一座椅横梁和第二座椅横梁的变形对电池包的损伤。另外，本申请的其下车体平台采用模块化设计，整体通用化水平高，且可实现平台的轴距及前后悬长的变化，平台拓展柔性高。
需要说明的是，本申请的车身电池一体化结构适用于CTM、CTP、CTC、CTB多种封装形式的电池包。
本申请提供的新能源汽车的车身电池一体化结构包括下车体平台100和处于密封状态的电池包200，如图1和12所示。
如图1所示，下车体平台100包括前舱模块110、前地板模块120以及后地板模块130。如图12所示，电池包200为独立完整的电池包结构，即电池包的密封良好。电池包200包括上盖210和下壳体220，下壳体220的多个侧面设有安装部，包括前侧面上的前安装部2201、两侧的侧安装部2202和后侧面上的后安装部2203。下壳体220内设有电芯或模组。
下壳体220通过多个安装部分别与前舱模块110、前地板模块120以及后地板模块130连接。上盖210分别与前舱模块110、前地板模块120以及后地板模块130密封，上盖210形成前地板模块120的前地板蒙皮。
具体地，上盖210上设有与前舱模块110进行密封的第一密封条，上盖210与前地板模块120的两个门槛梁分别密封的第二密封条，上盖210与后地板模块130进行密封的第三密封条。
前舱模块110采用通用化设计。具体地，如图3-5所示，前轮心O到踏板安装点P的距离L是固定的，踏板安装点P位于前围下横梁1105内，且位置固定。并采用短前纵梁设计，前悬长由各个车型的前防撞梁吸能盒长度决定。
如图2所示，前舱模块110包括左前纵梁1101、右前纵梁1102、左A柱下内板1103、右A柱下内板1104以及前围下横梁1105，左前纵梁1101和右前纵梁1102的后端分别与前围下横梁1105连接，前围下横梁1105两端分别与左A柱下内板1103和右A柱下内板1104连接。
作为一个实施例，前围下横梁1105采用双空腔结构(高刚性)，左前纵梁1101和右前纵梁1102的上端面垂直于前围下横梁1105的上部空腔并与其上、下面连接，左前纵梁1101和右前纵梁1102向下延伸至前围下横梁1105的下部空腔，并与前围下横梁1105的下部空腔的上、下面连接，确保了前部碰撞载荷经前围下横梁1105有效传递到A柱及门槛，进而保证了电池包的正面碰撞安全性。
如图6所示，前围下横梁1105的底部呈平面状(即采用平整化设计)，前围下横梁1105的底部的前端(靠近左前纵梁1101和右前纵梁1102的一端)中部与下壳体220的前安装部2201连接，前围下横梁1105的底部与前安装部2201之间的安装点11051位于左前纵梁1101和右前纵梁1102之间，前围下横梁1105的底部的后端形成密封区11052，其与上盖210上的第一密封条贴合，如图12-14所示。由此，电池包200前部的安装点与前部的密封面分离设计，确保电池包前部的安装与密封的有效性。
如图2所示，前地板模块120无前地板蒙皮。前地板模块120包括结构相同的左门槛梁1201和右门槛梁1202以及平行架设在左门槛梁1201与右门槛梁1202之间的第一座椅横梁1203(更靠近前舱模块110)和第二座椅横梁1204(更靠近后地板模块130)，左A柱下内板1103与左门槛梁1201连接，右A柱下内板1104与右门槛梁1202连接。第二座椅横梁1204与上车身的B柱的位置对应，其与B柱、顶盖中横梁等结构件构成环状结构(B环)，提升车身框框架的结构强度。
如图7-9所示，左门槛梁1201和右门槛梁1202的内侧分别设置有门槛密封面(请见图8中右门槛梁1202的门槛密封面12022和图9中左门槛梁1201的门槛密封面12011)和用于电池包200的安装面(请见图9中左门槛梁1201的安装面12012)，相对于门槛密封面，安装面更靠近对应的门槛梁的外侧。如图15所示，下壳体220两侧的侧安装部2202分别与对应的安装面(例如12012)连接，门槛密封面12022/12011与上盖210上对应的第二密封条贴合。
左门槛梁1201和右门槛梁1202采用挤压铝合金一体成型。作为一个实施例，如图9所示，左门槛梁1201和右门槛梁1202为多腔封闭截面，门槛密封面12011的悬长为55-85mm，门槛密封面12011与门槛下底面12013的距离H≥145mm，左门槛梁1201的内壁与右门槛梁1202的内壁的最小间距为1420mm，最大可以兼容宽度为1400mm，高度为140mm的电池包200。
如图7和8所示，第一座椅横梁1203和第二座椅横梁1204的两端分别与左门槛梁1201和右门槛梁1202连接，具体地，第一座椅横梁1203和第二座椅横梁1204的端部与左门槛梁1201或右门槛梁1202采用五面搭接连接结构，其通过顶部的连接耳与门槛梁的顶面(请见右门槛梁1202的顶面12021)有一处搭接，通过两侧的连接耳与门槛梁上部的内壁有两处搭接，通过底部两侧的连接耳与门槛密封面(请见右门槛梁1202的门槛密封面12022)有两处搭接，通过五面搭接连接，增加了座椅横梁与门槛梁连接的结构强度，同时提升了悬臂结构的门槛密封面的Z向刚度。由此，第一座椅横梁1203和第二座椅横梁1204的底面与门槛密封面12022/12011的顶面贴合，电池包200的上盖210的顶面通过第二密封条与门槛密封面12022/12011的底面贴合，因此，第一座椅横梁1203和第二座椅横梁1204分别与上盖210间隙配合。在侧面碰撞时，座椅横梁在有效传递由门槛梁传递的载荷的同时，减小了座椅横梁的变形对电池包的损伤。
优选地，前地板模块120采用通用化设计，左门槛梁1201和右门槛梁1202的长度由每个车型的下车体平台100的轴距确定，第一座椅横梁1203和第二座椅横梁1204与左门槛梁1201和右门槛梁1202为X向滑动搭接，实现座椅横梁的通用化。
如图2所示，后地板模块130由前至后依次包括前段1301、中段1302以及储物盒1303。前段1301两侧的前段右纵梁13015和前段左纵梁13016分别与左门槛梁1201和右门槛梁1202连接，前段1301的后端(形成前段后横梁13014)的两端分别与中段右纵梁13021和中段左纵梁13022连为一体。前段1301的底面上靠近第二座椅横梁1204的端部形成前段前横梁13013。中段右纵梁13021和中段左纵梁13022设计有后副车架的安装点1304及后减震弹簧安装结构。由此，前段1301整体呈竖体的“四”字形，并与中段1302形成多个环状框架结构，使得后地板模块130具备极高的整体结构稳定性，同时“四”字形前段1301为电池包后部安装提供了较高的连接强度。
前段1301的中部对称设有多个电池包安装组，每个电池包安装组包括多个安装点。具体地，前段1301的中间对称设计有右小纵梁13011和左小纵梁13012。如图11所示，右小纵梁13011和左小纵梁13012上分别设有若干个电池包的安装点13017，相邻安装点13017的间距L1为50mm，形成电池包安装组，用于安装电池包200。
如图16所示，装配状态下，每个电池包安装组中的一个安装点13017与下壳体220上位置对应的后安装部2203的安装点连接，每个电池包安装组中包括多个安装点的设计对下车体平台的轴距变化进行补充，用于实现下车体平台的通用化。前段前横梁13013的底面与上盖210的第三密封条贴合。
优选地，前围下横梁1105的底部、左右门槛梁上的门槛密封面的底面以及前段前横梁13013的底面在同一水平面上，在此基础上，第一密封条、两个第二密封条以及第三密封条形成封闭的密封环2101，如图12-16所示。由此，密封环与下车体平台之间形成了平面密封，确保电池包与下车体平台的密封性良好。
优选地，后地板模块130采用通用化设计，前段1301、中段1302的结构通用，储物盒1303的长度由各个车型的结构确定。
基于上述，本申请还提供一种新能源汽车，其包括上述的车身电池一体化结构。
本申请的有益效果如下：
1、本申请的下车体平台采用模块化设计，整体通用化水平高，且可实现下车体平台的轴距及前后悬长的变化，平台拓展柔性高。
2、本申请采用下车体与动力电池包一体化设计，电池包上盖替代了前地板蒙皮，消除了现有技术中带前地板蒙皮的下车体的安装间隙，提升了乘员舱的空间利用率，同时实现了下车体平台轻量化。
3、本申请中，电池包与下车体平台采用安装和密封分离的设计，以及周圈平密封面设计，实现了电池包与下车体平台安装和密封的有效性。
4、本申请的前舱模块中，前围下横梁采用双腔设计，前纵梁上端与前围下横梁的上部空腔搭接、下端至前围下横梁的下部空腔连接，前围下横梁的双腔结构两端与A柱下内板连接设计，确保了下车体平台具备高正面碰撞性能。
5、本申请中，门槛梁采用高抗弯刚度的多腔结构设计，座椅横梁两端与门槛梁五面搭接连接，接头连接强度高，同时座椅横梁与电池包之间设计一定间隙，并且第二座椅横梁与B柱、顶盖中横梁等形成环状结构，因此，下车体平台具备高侧面碰撞性能。
虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种新能源汽车的车身电池一体化结构，其特征在于，包括下车体平台和处于密封状态的电池包；
所述下车体平台包括前舱模块、前地板模块以及后地板模块；
所述电池包包括上盖和下壳体，所述下壳体的多个侧面设有安装部，所述下壳体通过多个所述安装部分别与所述前舱模块、所述前地板模块以及所述后地板模块连接；所述上盖分别与所述前舱模块、所述前地板模块以及所述后地板模块密封，所述上盖形成所述前地板模块的前地板蒙皮。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车的车身电池一体化结构，其特征在于，所述前舱模块包括左前纵梁、右前纵梁、左A柱下内板、右A柱下内板以及前围下横梁，所述左前纵梁和所述右前纵梁的后端分别与所述前围下横梁连接，所述前围下横梁两端分别与所述左A柱下内板和所述右A柱下内板连接。
3.根据权利要求2所述的新能源汽车的车身电池一体化结构，其特征在于，所述前围下横梁的底部呈平面状，所述前围下横梁的底部的前端中部与所述下壳体的前安装部连接，所述前围下横梁的底部与所述前安装部之间的安装点位于所述左前纵梁和所述右前纵梁之间，所述前围下横梁的底部的后端与所述上盖上的第一密封条贴合。
4.根据权利要求3所述的新能源汽车的车身电池一体化结构，其特征在于，所述前地板模块包括左门槛梁、右门槛梁以及平行架设在所述左门槛梁与右门槛梁之间的第一座椅横梁和第二座椅横梁，所述左A柱下内板与所述左门槛梁连接，所述右A柱下内板与所述右门槛梁连接。
5.根据权利要求4所述的新能源汽车的车身电池一体化结构，其特征在于，所述左门槛梁和所述右门槛梁的内侧分别设置有门槛密封面和安装面，相对于所述门槛密封面，所述安装面更靠近对应的门槛梁的外侧；
所述下壳体两侧的侧安装部分别与对应的安装面连接，所述门槛密封面与所述上盖上对应的第二密封条贴合。
6.根据权利要求5所述的新能源汽车的车身电池一体化结构，其特征在于，所述第一座椅横梁和所述第二座椅横梁分别与上盖间隙配合。
7.根据权利要求5所述的新能源汽车的车身电池一体化结构，其特征在于，所述后地板模块由前至后依次包括前段、中段以及储物盒，所述前段的中部对称设有多个电池包安装组，每个电池包安装组包括多个安装点，每个所述电池包安装组中的一个安装点与所述下壳体上位置对应的后安装部连接；
所述前段的底面上靠近所述第二座椅横梁的端部与所述上盖的第三密封条贴合。
8.根据权利要求7所述的新能源汽车的车身电池一体化结构，其特征在于，所述第一密封条、两个所述第二密封条以及所述第三密封条形成封闭的密封环。
9.根据权利要求4所述的新能源汽车的车身电池一体化结构，其特征在于，所述左门槛梁和所述右门槛梁的长度由所述下车体平台的轴距确定。
10.一种新能源汽车，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的新能源汽车的车身电池一体化结构。
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