用于电动车辆的结构电池及制造方法技术

用于在电动车辆中使用的电池组(4)，包括：沿长度方向L延伸的两个纵槛构件(6，7)，所述纵槛构件在前侧通过横向前片(15)互连并且在距前片一距离处通过横向构件(16、21、42)互连。两排或更多排(11、12、13、14；17、18、19、20)的电池单元(9)并排放置在槛构件(6、7)之间。前片(15)和横向构件(16、21、42)沿长度方向对电池单元(9)施加在20到200kN/m2之间的压缩力。之间的压缩力。之间的压缩力。

【技术实现步骤摘要】
用于电动车辆的结构电池及制造方法


[0001]本专利技术涉及在电动车辆中使用的电池组，具有沿长度方向延伸的两个纵槛构件，在前侧通过横向前片并且在距前片一距离处通过横向构件互连，前片和横向构件沿宽度方向延伸，多个矩形电池单元放置在槛构件、前片以及横向构件之间，电池单元沿长度方向相互邻近。
[0002]本专利技术还涉及包括这种电池组的电动车辆及制造方法。

技术介绍

[0003]电动车辆(也称为电池电动车辆，简称BEV)使用电池组来向最常位于白车身(body
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white)结构下方中央的传动系/电机提供电力。直到最近，电池组被视为独立单元，其主要功能是成为围绕电池单元和模组的保护笼，其在发生事故时防止入侵，同时从外部环境中保护内部敏感电子件。进一步深入电池组设计，电池单元和模组已被视为子系统，带有其自己的单独的机械结构，诸如模组端板和扎带。但是，如果将输入部分集成以形成更大的单元，作为一个系统运行，则有改进的机会。从自下而上的方法，电池集成以形成具有高容积效率的强电池组；电池组安装到白车身上时用作结构部件并且在也可如此被利用。这样的设计能够移除冗余的结构，增加电池容量并降低整车重量，因为电池单元被包装得更接近车辆重心，同时通过降低的极惯性矩提供的更轻、更灵活的车辆，全面提高续航里程(range)、耐撞性和驾驶员体验。
[0004]当前技术正在通过使用更大的单元占地(或由于轴距限制而简单地选择更低的组能量)来补偿更低的容积效率和集成水平。目前开发的目标是通过使用顶部布局的策略来改善容积效率。单元集成到组中，而组集成到白车身中。这样做，目的在于减少的单元占地，创造并允许单元之间中以及车辆的外部尺寸更加可形变的结构和停止距离(stopping distance)。
[0005]较短的停止距离在道路上具有两个影响。能量吸收是停止距离以及随着溃缩在中间的结构产生的力的函数。
[0006]给定上述能量函数，增加车本体(也称为“白车身”或BiW)与单元之间的允许停止距离，可使得结构减量变为可能；减轻重量，降低成本，减少环境影响。
[0007]已知提供结构电池，其中，电池壳形成车辆本体的底部并且移除传统的前地板。电池单元阵列借助于浇注在电池单元之间的间隙中的树脂保持在电池组壳内的位置。
[0008]本申请旨在围绕电池单元构建组(其中，单元被认为是基础构建块)，扩展提供能够替代传统白车身中心地板结构的结构电池组，同时全面改善组容积效率。固有的组结构强度将在正面和侧面碰撞载荷情况下在整车水平上被利用。随着容积效率的改善，组和单元占地可做得更窄，有利于侧面碰撞，因为更长的停止距离为平衡范围、重量和耐撞性打开了更多的选项。最后，更强的组设计被利用以交付和改善重要的驾驶员动态属性，如噪音、振动和声振粗糙度(NVH)以及操控性。靠近车辆重心包装的单元将减少极惯性矩，使车辆更灵活并且响应更快。
[0009]本申请的另一目的是提供制造在电动车辆中使用的电池组并将电池组组装到电动车辆的框架部分的有效方法。

技术实现思路

[0010]根据本公开的在电动车辆中使用的电池组包括：沿长度方向L延伸的两个纵槛构件，所述纵槛构件在前侧处通过横向前片并且在距前片一距离处通过横向构件互连，前片和横向构件沿宽度方向W延伸，多个矩形电池单元放置在槛构件、前片和横向构件之间，单元沿长度方向L相互邻近，前片和横向构件沿长度方向对单元施加在20到200kN/m2之间的压缩力，两排或更多排的电池单元沿宽度方向W并排放置。
[0011]根据本公开的电池组通过压缩相互邻近的单元，在前和后横梁之间形成堆叠，而在单元之间无需更多的内部支撑部件，减轻了重量并改善了容积效率。这允许在电动车辆中移除一层结构(BiW)，并让电池在一旦安装到车辆中后成为BiW的结构部分。由根据本公开的电池组实现的改善的容积效率可用于使组更窄并且通过产生更长的停止距离拓展减轻重量。
[0012]棱柱形电池单元在安装到模组或单元
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组解决方案时需要在寿命开始(BOL)时的预压缩力。这由于其矩形形式。前片和横向构件将槛构件互连，并起到作为压缩端板同时提供将组集成到电动车辆的机械接口的双重目的。
[0013]电池组的一实施方式包括：压缩构件，该压缩构件位于沿长度方向L邻近的电池单元之间。压缩构件可包括在沿长度方向的每对邻近电池单元之间或者可放置在仅一些邻近单元之间，并沿长度方向保持单元上的弹性压缩。压缩构件可包括在框架内部具有气凝胶化合物的橡胶框架。橡胶是可压缩的并且适合达到初始压缩力。气凝胶作为热障，防止热失控。可替代地，压缩构件包括聚合物泡沫垫或框架。用于压缩构件的另一选项是纤维材料垫。
[0014]外部电池单元的纵向侧可定位靠近纵槛构件或可紧密抵靠槛构件以沿宽度方向为槛构件提供结构支撑。在后一情况下，单元用作备用结构。可替代地，取决于所使用的侧面碰撞原则，单元和槛构件之间沿宽度方向的距离可在5cm到25cm之间。间隙将导致不使用单元作为备用结构。在这种情况下，允许外部电池结构向内溃缩到侧面柱在严重的电池侵入之前停止的特定点。主要载荷由白车身区段(即摇臂(rockers)和摇臂加强件)与电池顶的横向横构件以及电池槛构件本身的某些部分一起承载。后一设计，其特征在于电池内部气隙，允许取决于具体需要布线；例如可容纳的内部冷却系统。
[0015]在一实施方式中，前片包括：横向部分，该横向部分具有与电池单元的高度基本上对应的高度，以及搁板部分，该搁板部分在由电池单元的顶侧限定的上平面处或附近的上平面中沿长度方向延伸远离单元。
[0016]前片和横向部分在电池单元上提供压缩力，同时经由搁板部分提供电池组到电动车辆的前和后副框架的刚性连接。
[0017]在一个实施方式中，横向构件可包括：通过底板互连的、距槛构件的后端一距离的两个横梁，所述两个横梁限定足部容纳空间，后横梁在槛构件的后端处延伸。这种结构特别适用于制成具有非常低的足部位置的轿车。
[0018]可替代地，横向构件可包括位于槛构件的后端处的后横梁。
[0019]在一实施方式中，前片和/或后横梁具有沿长度方向延伸的厚度并且具有接触电池单元的内侧和背离电池单元的外侧，具有电导体的一个或多个通道从内侧到外侧延伸通过前片和/或后横梁。
[0020]后端梁可允许母线、传感线和其他低压应用的穿通路。由于端片与电池单元接触以施加压缩力，电池单元侧上的用于电源线和数据线的布线的空间被有效地封闭。通过将多穿通路集成到前和/或后端片中，可有效地容纳电源线和信号线。
[0021]根据本专利技术的电池组可通过以下形成：
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形成两排或更多排的矩形电池单元，其沿长度方向相互邻接，
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用与沿宽度方向W延伸的横向构件接触前和后单元，并在横向构件上施加在20到200kN/m2之间的压缩力，以及
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通过将槛构件的端区段附接到横向构件同时保持压缩力，由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于在电动车辆中使用的电池组(4)，包括：沿长度方向L延伸的两个纵槛构件(6、7)，所述纵槛构件在前侧处通过横向前片(15)互连并且在距前片(15)一距离处通过横向构件(16、21、42)互连，前片(15)和横向构件(16、21)沿宽度方向W延伸，多个矩形电池单元(9)放置在槛构件(6、7)、前片(15)和横向构件(16、21、42)之间，单元(9)沿长度方向L相互邻近，前片(15)和横向构件(16、21、42)沿长度方向对单元(9)施加在20到200kN/m2之间的压缩力，两排或更多排(11、12、13、14；17、18、19、20)的电池单元(9)沿宽度方向W并排放置。2.根据权利要求1所述的电池组(4)，包括：压缩构件(8)，所述压缩构件位于沿长度方向L邻近的电池单元之间。3.根据权利要求1或2所述的电池组(4)，其中，在宽度方向W上，单元和槛构件之间的距离(d)在5cm和25cm之间。4.根据前述权利要求中任一项所述的电池组(4)，其中，前片(15)包括：横向部分(36)，所述横向部分具有与电池单元(9)的高度基本上对应的高度H；以及搁板部分(37)，所述搁板部分在由电池单元(9)的顶侧限定的上平面处或附近的上平面中沿长度方向L延伸远离单元(9)。5.根据前述权利要求中任一项所述的电池组(4)，其中，横向构件(16)包括：通过底板(26)互连的、距槛构件(6、7)的后端一距离的两个横梁(25、27)，所述两个横梁限定足部容纳空间，后横梁(21)在槛构件的后端处延伸。6.根据权利要求1至4中任一项所述的电池组(4)，其中，横向构件(42)包括梁(45)。7.根据权利要求1或2所述的电池组(4)，其中，横向构件包括：后横梁(21)，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：沃尔沃汽车公司，
类型：发明
国别省市：