CN204845501U - 分段式底盘安装的电动交通工具电池组 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种底盘安装的电池组，其包括脚部凹坑腔，该脚部凹坑腔与对应于交通工具座椅中一个或多个交通工具座椅，例如交通工具后座，的脚部凹坑对齐。电池组的一部分位于脚部凹坑腔的前方，而第二部分位于脚部凹坑腔的后方，其中通过使用导管将这两个部分耦接在一起。电池组的底部表面的形状可被调整成使得阻力最小化并且增强交通工具下方的空气流动。电池组可包括横向构件，其被插在电池子组件之间或被结合在子组件盒中，以增强侧方碰撞抵抗力并向电池组内的电池以及交通工具的乘坐者提供进一步的保护。

Description

分段式底盘安装的电动交通工具电池组
技术领域
本实用新型大体上涉及电动交通工具，并更尤其涉及用于在电动交通工具的乘客车厢内提供更大占用空间的系统。
背景技术
响应于由不断上涨的燃料价格和全球变暖的可怕后果驱动的消费者要求，汽车工业慢慢地开始接受对于排放极低、效率很高的汽车的需求。尽管在该行业中的某些企业尝试通过制造更高效的内燃机来达到这些目标，但其他企业在他们的交通工具项目安排(line-up)中结合混合驱动或全电力驱动的系列。然而，为了满足消费者的期望，汽车行业必须不仅要实现更绿色的传动系列，还必须在这样做的同时将性能、范围(range)、可靠性、安全性和成本维持在合理的水平。
在具有大型电池组的常规交通工具中，这种大型电池组例如是具有相对较长的纯电动活动范围的全电力式或混合动力式交通工具中典型需要的，电池组(batterypack)通常被安装在交通工具的下方。这种安装位置从包装(packaging)的角度以及从交通工具性能的角度来看，就提供低重心和期望重量分布而论，通常都被认为是最佳的。令人遗憾地，由于典型的电动交通工具的电池组的厚度，将电池组安装在交通工具下方会显著地影响乘客可用的空间。如图1所示，这些影响在后座中最为明显，这是因为顶篷轮廓线101是倾斜的，并且在后座前方的腿部空间(legspace)有限。在典型的具有底盘安装式电池组103的交通工具中，在后座的乘客的净空高度(headroom)105有限。此外，由于地板升高了，乘客的脚被置于比期望位置更高的位置，这导致乘客在坐下时他们的腿会处于半抬高、不舒服的姿势。虽然为了提供更多的腿部空间(legroom)以及更高的净空高度可以改变和升高顶篷轮廓线101，但是除了SUV与类似风格的车辆以外，这样的改变通常在美观上将不会令人满意并且是不期望的。更重要的是，为了达到期望的交通工具空气动力性，通常需要顶篷轮廓线是倾斜的，电动交通工具的一个极为重要的特征在于，增大的阻力直接转变成效率较低，因此为了获得同样的交通工具性能则需要更大型的电池组。
据此，需要一种电池组系统，尤其是为腿部空间和净空高度相当有限的在后座的乘坐者，提供改进的符合人体工学的乘坐方式。本实用新型提供了一种电池组设计，其克服了常规电池组的缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种电池组设计，其能够克服常规电池组的缺陷，具体而言，这种电池组设计能够提供改进的符合人体工学的乘坐方式。
一方面，本实用新型提供了一种电动交通工具，其特征在于，包括：至少交通工具第一座椅和交通工具第二座椅，其中，所述第一和交通工具第二座椅位于所述电动交通工具的客舱内，以及其中第一脚部凹坑对应于所述交通工具第一座椅且第二脚部凹坑对应于所述交通工具第二座椅；被安装在所述电动交通工具下方的电池组，所述电池组被配置成容纳多个电池，其中，所述多个电池在所述电池组内被划分成多个电池组分段，以及在所述电池组内形成的脚部凹坑腔，其中，所述脚部凹坑腔与所述第一脚部凹坑对齐，其中，第一电池分段在所述电池组内位于所述脚部凹坑腔前方，并且第二电池组分段在所述电池组内位于所述脚部凹坑腔后方。
本实用新型的系统为电动交通工具的一个或多个乘坐者提供了增大的的脚部空间。依据本实用新型，在底盘安装式的电池组内形成的脚部凹坑腔(footwellcavity)与对应于至少一个交通工具座位(例如一个后座或一对后座)的脚部凹坑对齐。优选地，脚部凹坑腔延伸通过电池组到达被安装在电池组和道路表面之间的底板。包含在第一电池组分段中的电池组的电池的一部分被放置在脚部凹坑腔的前方，同时包含在第二电池组分段中的电池组的电池的第二部分被放置在脚部凹坑腔的后方。包含在第一和第二电池组分段中的电池被电气互联，以便获得期望的电池组输出。优选地，底盘安装的电池组基本延伸跨越电动交通工具的宽度，并基本上在前悬挂组件与后悬挂组件之间。
另一方面，该电池组包括底板。底板的后部优选地倾斜远离道路表面，并更优选地是倾斜成使得所述后部的后边缘比前边缘离道路表面更远，由此前边缘比后边缘距汽车的最前部更近。多个空气扩散器特征，例如叶片，可结合在底板后部的外表面中。
另一方面，该电池组可包括在电池组第一侧与电池组第二侧之间与宽度同方向地延伸的多个横向构件，电池组第一侧对应于交通工具第一侧，电池组第二侧对应于交通工具第二侧。该横向构件可被插在电池子组件之间或被结合在电池子组件盒中。
另一方面，多个导管可用于将第一电池组分段耦接至第二电池组分段，其中这些导管可包括冷却剂导管和/或电互连件，并可被封装或部分封装在导管盒内。
利用以上特征，本实用新型实现了以下有益效果：本实用新型提供的系统克服了常规电池组的缺陷，并且尤其为腿部空间和净空高度相当有限的在后座的乘坐者，提供了改进的符合人体工学的乘坐方式，同时还可以改善交通工具的美感和空气动力性。
参考本说明书和附图的剩余部分可实现对本实用新型的本质和优点的进一步理解。
附图说明
图1提供了横截面视图，示出由于包含常规的底盘安装电池组而导致的人体工学方面的缺陷。
图2提供了图1所示的交通工具的横截面视图，其改用本实用新型的电池组以便为后座乘坐者提供额外的腿部空间和净空高度。
图3提供了利用本实用新型的分段式电池组设计的示例性电池组的透视图。
图4提供了备选电池组的透视图，除了另有额外的电池组被置于电池组后部的上方以外，该备选电池组与图3所示的电池组类似。
图5提供了备选电池组的透视图，除了另有额外的电池组被置于电池组前部的上方以外，该备选电池组与图3所示的电池组类似。
图6提供了备选电池组的透视图，该备选电池组与图3所示的电池组类似，除了另有额外两个电池组以外，其中一组被置于电池组后部上方而另一组被置于电池组前部上方。
图7提供了除增加第二脚部凹坑腔以外，与图3所示的电池组类似的备选电池组的透视图。
图8提供了类似于图3所示的电池组的分段式电池组的一部分的透视图，其使用暴露的耦接导管。
图9提供了图8所示的分段式电池组的一部分的透视图，其中耦接导管被部分包封。
图10提供了图8所示的分段式电池组的一部分的透视图，其中耦接导管被全部包封。
图11示出了适于本实用新型使用的示例性电池组的一部分的横截面视图。
图12示出了适于本实用新型使用的备选电池组配置的一部分的横截面视图。
图13示出了图3所示的分段式电池组的俯视图，其包括电池组横向构件；
图14示出了图3所示的分段式电池组的俯视图，其中在每个电池子组件中结合了内部横向构件。
图15提供了图3所示的分段式电池组的俯视图，其具有附加的高压线。
图16提供了常规的EV电池组的俯视图，该视图示出了在遍及电池组的多个位置处的电势的较大差异。
图17提供了图16所示的常规EV电池组的俯视图，该视图示出了备选布线方案，该方案仍导致在遍及电池组的多个位置处存在较大的电势差异。
图18提供了在实施例中电池组顶部的透视图，其中电池组的底部表面成形为使得阻力最小化并增强了车下的空气流动，以及
图19提供了图18所示的电池组的底部的透视图。
具体实施方式
在下文中，术语“电池组”和“电池组盒”(batterypackenclosure)可互换使用，并且可以指包含了一个或多个电气互连的电池以实现期望的电压和负载能力(capacity)的盒。术语“电池”、“原电池”(cell)，以及“电池组电池”(batterycell)可互换地使用，并且可以指多种不同的电池配置和化学组成。典型的电池化学组成包括，但不限于，锂离子、锂离子聚合物、镍金属氢化物、镍镉、镍氢、镍锌，和银锌。术语“电动交通工具”和“EV”可以互换使用，并可以指全电动交通工具、插入式混合式交通工具(也被称为PHEV)，或混合式交通工具(也被称为HEV)，其中混合式交通工具利用多个动力源，包括电力驱动系统。
图2提供了图1中示出的交通工具的横截面视图，其被修改成包括本实用新型的分段式电池组。如图所示，交通工具200中的电池组分成两部分201和203。电池组分段201和203依一定尺寸制成并被定位成使得在电池组内形成脚部凹坑(footwell)205，该脚部凹坑位于前座和后座之间。脚部凹坑带来的结果是，坐在后车座中的乘坐者能够以更佳放松的姿势就坐，他们的脚相对于座位可被放置得比在具有常规底盘电池组的同样的交通工具中可放置得更低。备选地，由于由脚部凹坑205提供的额外的脚部空间，后座207可被放置得更低，从而在保持交通工具的外壳和空气动力性不变的同时产生额外的净空高度209。而且，在一些示例中，交通工具的顶篷轮廓线可更加倾斜，潜在地改善交通工具的美感和空气动力性，同时与使用常规电池组的电动交通工具相比仍提供改善的净空高度和腿部空间。
图3至图7提供了一些示例性电池组的透视图，其为底盘安装式的电池组使用了分段式配置。将体会到的是，为了符合特定交通工具配置对电池组提出的包装约束可使用其它设计，并且这些实施例仅是要示出一些通用的变形，其中共同的特征是包括在电池组内形成的至少一个脚部凹坑腔。电池组300的大小调整成横贯交通工具的宽度并基本上在前和后悬挂组件之间延伸。脚部凹坑腔305位于前电池组分段301和后电池组分段303之间。注意在优选实施例中，腔305延伸遍及整个电池组，即，在电池组的该区域中没有电池组壁或板，从而使得可用空间最大化。在所示出的实施例中，一对耦接构件307将电池组301和303连接起来。下面提供了对这些电池组耦接构件的进一步说明。
如图4所示，除了添加了位于后电池组部分303上方的另一组电池401以外，电池组400与电池组300相似。将电池组的一部分加倍，如电池组400中所示，这可用于增加电池组的负载能力(kW-h)，通常也被称为电池组大小，从而改进交通工具行驶的范围，同时有效地利用可用的交通工具空间。除了位于前电池组部分301上方的附加电池群501以外，图5所示的电池组500与电池组300相似。如图6所示，电池组600通过包括附加的电池群401和501增加了电池组大小。图7中所示的电池组700除了添加第二脚部凹坑腔701以外，与电池组300相似，第二脚部凹坑腔701优选地设置成使前座乘坐者的脚部空间增加。应该理解的是，在典型的交通工具中，由于在仪表板下空间提供的腿部空间，并不需要脚部凹坑腔701提供的额外的空间。
图3至图7中，电池组的不同分段，即，电池组部分301和303，经由耦接构件307连接。耦接构件307提供了在不同电池组分段之间的必要连接，因此将不同分段组合起来形成单个电池组。其中一个主要的连接是供电耦接(powercoupling)，其使得包含在电池组的不同分段内的电池被电连接在一起，从而获得期望的电池组输出。虽然不同的电池组分段可分别连接至热管理系统，但是一般在分段之间的这些导管中的一个或多个对应于冷却导管。其它连接可包括将电池组内包含的各种检测器耦接至交通工具监控系统的电连接。电池组内的检测器可被用于监测不同电池特性(例如，充电状态、温度，等)以及热管理系统特性(例如，冷却剂温度、冷却剂流速，等)。
图8至图10示出了耦接电池组分段中的三个主要器件。在图8所示的实施例中，多个导管801被密封至每个电池组分段803，导管801被用于冷却、电连接等，如以上所提到的。在图9中，导管801被导管罩907部分地封装起来。在图10中，导管801(虚线所示)被导管罩1001完全封装起来。将体会到的是，虽然除去导管罩会使得将多个电池组分段(例如，电池部分301和303)结合至不同型号的交通工具平台中更简化，但是将导管罩，如图9中的部分壳体或如图10中的完全壳体包括在内，为整体电池组结构增添了结构整体性，还增强了导管保护性。
将体会到的是，取决于期望的电池组负载能力以及被用于构成电池组的各个电池的类型和负载能力，本实用新型的电池组内的电池可被并联地、串联地，或以串并联的方式连接。示例性的互连配置在共同转让的提交于2013年3月11日的序列号第13/794,535号美国专利申请中有所揭示，在此结合其所揭示的内容以用于任意的以及所有的目的。类似地，电池组的电池可以任意不同的结构堆放，以及使用任意各种不同的热管理系统进行冷却。图11和图12提供了适于用于本实用新型的电池组中的示例性电池配置的横截面视图。为了清楚的目的，电池互连件和电池安装件并不包括在这些示图中的任一图中。在这些附图中可见的是上部电池组封装板1101的一部分、下部电池组封装板1103的一部分，以及多个电池1105。注意，在该视图中看不到封装侧板。虽然本实用新型并不限于以上提到的特定的电池堆叠模式或电池外形，但是，在图11和图12中示出的配置中使用了圆柱形电池，例如，使用18650外形(form-factor)的电池。在典型的配置中，每个电池的轴线，例如圆柱的轴线，都基本垂直于下封装板1103和道路表面1107。在电池组配置1100中，在每个圆柱形电池1105与下部面板1103之间插入了多个冷却导管1109，液体冷却剂(即，传热介质)被泵送通过该多个冷却导管1109。备选地，并且如电池组配置1200中所示，冷却导管1201被插入相邻电池1105的侧面之间。在两个示出的配置中，冷却导管与下板1103对齐，这导致在通道1111/1203中的冷却剂沿基本垂直于圆柱形电池的轴线的方向流动。通过调节在导管207内的冷却剂流量以及/或者调节从冷却剂到另一个温度控制系统的热量传递，可以调节原电池(cell)205的温度使得原电池维持在其优选工作范围内。因为通常期望限制热能在电池/冷却导管和电池组盒之间的非有意传递，优选地将一个或多个隔热层1113插入电池/冷却导管和电池组盒之间，如图所示。隔热层1113可包括空气或一些其它隔热材料，其优选地在25℃下具有小于1.0Wm-1K-1的导热性，并且更优选地在25℃下具有小于0.2Wm-1K-1的导热性。
优选地，本实用新型的电池组内的电池被组装成多个电池群，在此也称为电池分段，因此简化了电池组的制造、组装、测试和修理。在至少一个实施例中，优选地使用相同的配置分别包装每个电池群。例如，在图13中所示的电池组1300中，使用如图3所示的总体设计的电池组包括五个电池组子组件1301至1305。注意，子组件1301至1304是相同的，但1305稍小，这是由于1305在电池组中的位置。在本实施例中，每个电池组子组件延伸过电池组的整个宽度。在该附图中还可见电池组横向构件1307，其优选地被定位在相邻的子组件之间，如图所示。横向构件1307不仅增加了电池组的结构整体性，这些横向构件还显著增加了电池组对于侧方撞击损坏的抵抗力，这类损坏可能发生在另一个交通工具与并入了电池组1300的电动交通工具相撞的时候。除了保护电池组内的电池防止损坏以外，将体会到的是，横向构件还通过改善整体交通工具侧方撞击抵抗力而改善了乘客的安全性。应该理解的是，虽然横向构件1307被示出为被插入在每个电池子组件之间，但是电池组可利用比该横向构件的个数更少的横架构件。类似地，所有横向构件并不需要具有相同的宽度、厚度或甚至包括相同的材料。
虽然在电池组中所使用的横向构件优选地如图13中所示的与电池组子组件是分开的，从而简化了电池组制造和组装同时还减轻了子组件的重量，但是在至少一个实施例中，横向构件是被整合在每一个子组件中的。优选地，整合的横向构件例如环绕每个子组件的周边被结合在子组件盒中。如图14中所示，电池组1400示出了这种配置。被整合在每个电池子组件盒中的横向构件1401以虚线示出。与在电池组1300中一样，被结合在每个电池子组成件中的横向构件可具有不同的特性，例如，从一侧延伸至另一侧的横向构件可比那些与交通工具纵轴线并行延伸的横向构件更厚且结构上更强健。
使用例如电池组1300和1400示出的延伸过电池组整个宽度的电池子组件的其中一个优点在于，该子组件可用导线连接在一起以使相邻的高电压线缆中的电势差异最小化。结果是，可减少在交通工具发生碰撞时生成电弧的风险。图15示出了基于图3和图13中示出的设计在电池组1500中延伸的高压线缆。如本领域技术人员已知的，并在提交于2013年3月11日的序列号第13/794,535号共同未决的美国专利申请中说明的，虽然原电池可并联连接，但是原电池的群典型地会被串联连接，以便获得期望的组输出。假设是这样的串联连接，则在高压线1501上任意两点之间的电势差异相对较小。相对而言，在使用如图16和图17中所示的一对(或更多)电池子组件延伸过电池组宽度的电池组中，在高压线上相邻点之间的电势差异可能相当大。例如，在电池组1600中的位置1601处，以及在电池组1700的位置1701处，可预期到电势差异会相当大，这增加了交通工具碰撞时生成电弧的风险。此外应注意到的是，在这些位置处的物理距离相比于例如电池组1500中的1503的位置来说相对较小。
在例如图1所示的常规的底盘安装的电池组中，电池组典型地具有较大的、相对较薄的箱体的形式，具有几乎没有区别特性的平坦底部表面。在本实用新型的至少一个实施例中，将电池组底部表面的形状制成使得阻力最小化并且增强交通工具下方的空气流动。图18和图19说明了本实用新型的这一方面，且图18提供了电池组顶部，即最接近于乘客车厢的部分的透视图，而图19提供了电池组底部，即最接近于道路表面的部分的透视图。从电池组顶部观察，可看到脚部凹坑腔1804。如在图3至图6中，脚部凹坑腔1801对应于客舱后部的脚部凹坑，因此被配置成为交通工具后座的乘坐者提供了额外的脚部空间。如图19所示，底板1901覆盖了电池组1800的下侧。在本实施例中，底板1901的后部1903倾斜背离道路表面，优选地使得部分1903的后边缘1905比前边缘1907距离道路表面更远。优选地在底部电池组板的倾斜部分1903内具有若干特征1909，其进一步增强了在汽车下方经过的空气流。在优选实施例中，特征1909包括叶片，其背离电池组的底部表面延伸并位于电池组的部分1903内。
应理解的是，附图仅意味着展示，而不限制本实用新型的范围，附图并不应被认为是按比例描绘的。
为了帮助理解本实用新型的细节，已经在一般意义上说明了一些系统和方法。在一些示例中，为具体示出或详细说明熟知的结构、材料，和/或操作，以避免模糊本实用新型的各方面。在其它示例中，为了提供对本实用新型的详尽理解，已给出具体的细节。本领域技术人员将认识到，本实用新型可以其它的具体形式来实施，例如，采用特定的系统或装置或情况或材料或组件，而不背离其精神或基本特征。因此，本揭示内容和本文中的说明旨在展示，而非限制，本实用新型的范围。

Claims (12)

1.一种电动交通工具，其特征在于，包括
至少交通工具第一座椅和交通工具第二座椅，其中，所述交通工具第一座椅和交通工具第二座椅位于所述电动交通工具的客舱内，以及其中第一脚部凹坑对应于所述交通工具第一座椅且第二脚部凹坑对应于所述交通工具第二座椅；
被安装在所述电动交通工具下方的电池组，所述电池组被配置成容纳多个电池，其中，所述多个电池在所述电池组内被划分成多个电池组分段，以及
在所述电池组内形成的脚部凹坑腔，其中，所述脚部凹坑腔与所述第一脚部凹坑对齐，其中，第一电池组分段在所述电池组内位于所述脚部凹坑腔前方，并且第二电池组分段在所述电池组内位于所述脚部凹坑腔后方。
2.如权利要求1所述的电动交通工具，其特征在于，所述交通工具第一座椅是所述客舱内的后座椅。
3.如权利要求1所述的电动交通工具，其特征在于，所述交通工具第一座椅是所述客舱内的第一后座椅，所述交通工具第二座椅是所述客舱内的第二后座椅，其中，所述第一脚部凹坑位于所述第二脚部凹坑旁边，以及其中，所述脚部凹坑腔与所述第一和第二脚部凹坑对齐。
4.如权利要求1所述的电动交通工具，其特征在于，进一步包括被安装在所述电池组下面且在所述电池组和道路表面之间的底板，其中，所述脚部凹坑腔延伸通过所述电池组到达所述底板。
5.如权利要求1所述的电动交通工具，其特征在于，所述电池组进一步包括底板，其中，所述底板的后部倾斜远离所述电动交通工具下面的道路表面，其中，所述底板的所述后部的后边缘比所述底板的所述后部的前边缘距离所述道路表面更远，其中，所述前边缘比所述后边缘距离所述电动交通工具的最前部更近。
6.如权利要求5所述的电动交通工具，其特征在于，进一步包括多个空气扩散特征，其被结合在所述底板的所述后部的外表面中。
7.如权利要求6所述的电动交通工具，其特征在于，所述多个空气扩散特征包括被设置成与交通工具纵向轴线平行的多个叶片。
8.如权利要求1至7中任一项所述的电动交通工具，其特征在于，所述电池组进一步包括在电池组第一侧和电池组第二侧之间沿宽度方向延伸的多个横向构件，其中，所述电池组第一侧对应于交通工具第一侧，所述电池组第二侧对应于交通工具第二侧。
9.如权利要求8所述的电动交通工具，其特征在于，所述多个电池组分段中的每一个包括多个电池子组件中的一个，以及其中，所述多个横向构件中的每一个被插在一对所述电池子组件之间。
10.如权利要求1至7中任一项所述的电动交通工具，其特征在于，进一步包括将所述第一电池组分段耦接至所述第二电池组分段的多个导管。
11.如权利要求10所述的电动交通工具，其特征在于，进一步包括被插在所述第一电池组分段和所述第二电池组分段之间的导管盒，所述导管盒至少部分地封装所述多个导管。
12.如权利要求10所述的电动交通工具，其特征在于，所述多个导管包括至少一个冷却剂导管，以及其中，在所述第一电池组分段内的所述多个电池经由电互连件被电连接至所述第二电池组分段内的所述多个电池，该电互连件被封装在将所述第一电池组分段耦接至所述第二电池组分段的所述多个导管中的至少一个内。
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