具有底部防冲击护罩的电动车辆电池组

引言

本公开涉及电动车辆电池组。更具体地讲，本公开涉及具有底部防冲击护罩的电动车辆电池组。

相关申请的交叉引用

本公开要求2018年11月13日提交的美国临时专利申请号62/760635的权益，该临时申请的公开内容据此全文以引用方式并入本文。

发明内容

当前电动车辆的重要部件是电池组。常规电池组执行多种功能，包括提供保护性封装以抵挡碰撞、地面冲击或其他撞击，电线的布线，以及抑制电池火灾。

抵挡地面冲击的能力对于某些车辆诸如电动越野车辆而言是特别关注的。此类车辆通常穿越的不平坦地形在行驶期间导致地面冲击的高风险。这些车辆的电池组必须抵抗此类地面冲击，而不会刺穿、压碎或以其他方式在结构上损害其中的电池或其他部件。

因此，本文描述了附连到电池组底部的防冲击护罩，该防冲击护罩提供结构支撑以抵抗地面冲击而不损坏电池组内的电池和其他部件。防冲击护罩是混合材料夹心底板结构，该混合材料夹心底板结构具有顶层(例如，复合层)、具有粘接性地连接或焊接在一起的多个中空构件的中间芯、或具有细长加强件和/或带细长通道的基部构件以用于刚度的单个集成结构，以及底层(例如，复合层或金属层诸如钢)。

在一些实施方案中，中空构件可为例如高强度铝挤出件，并且也可各自具有基本上矩形的横截面。该横截面可具有任何尺寸，包括例如介于约10mm和约20mm之间的高度、和/或介于约75mm和约125mm之间的宽度、和/或介于约1.5mm和约3.5mm之间的壁厚度。设想了任何高度值、宽度值和壁厚度值。作为具体的但非限制性的示例，横截面可具有约15mm的高度、约100mm的宽度和约2.5mm的壁厚度。

顶层可例如由任何复合材料制成，诸如具有一个或多个纤维层的碳纤维或芳族聚酰胺纤维复合体。这些纤维层可具有任何厚度，诸如介于约1mm和约3mm之间的厚度。

类似地，底层也可例如由任何复合材料制成。作为一个示例，底层可被构造成与复合顶层相同或类似。作为另一个示例，底层可以是碳纤维或芳族聚酰胺纤维复合结构，并且可另外或另选地具有钢层。该钢层可具有任何厚度，诸如介于约0.4mm和约0.8mm之间的厚度。

附图说明

通过结合附图考虑以下具体实施方式，本公开的上述和其他目的和优点将显而易见，其中类似的参考字符始终指代类似的部分，并且其中：

图1示出了根据本公开的一些实施方案的示例性电池组和示例性防冲击护罩的等轴分解图；

图2是沿图1的示例性防冲击护罩的虚线截取的剖视图；

图3是示出根据本公开的一些实施方案的另一个示例性防冲击护罩及其与示例性电池组的附接的细节的剖视图；以及

图4示出了根据本公开的一些实施方案的示例性防冲击护罩的示例性加载状况。

具体实施方式

在一个实施方案中，本公开涉及电动车辆电池组，该电动车辆电池组具有附连到其底部的防冲击护罩。该防冲击护罩提供结构支撑以抵抗地面冲击而不损坏该电池组内的电池。该防冲击护罩是混合材料夹心底板结构，该混合材料夹心底板结构具有顶层、具有粘接性地连接或焊接在一起的一个或多个中空构件的中间芯、或具有细长加强件和/或带细长通道的基部构件以用于刚度的单个集成结构，以及底层。

在图1的左侧示出了示例性电池组的分解图。此处，防冲击护罩20是电池组10的底板或下层，并且附连到电池组框架30的底部。在图1的右侧示出了防冲击护罩20的分解图。防冲击护罩20的顶层120最靠近框架30并且在电池组10被组装时附连到该框架。中间芯110通过粘合剂附接到顶层120，并且底层100也通过粘合剂(例如，相同的粘合剂)粘接性地附接到中间芯110。可使用任何粘合剂将防冲击护罩20的层粘结在一起。例如，可使用结构性2部分环氧树脂。在采用如下所讨论的金属底层的实施方案中，中间芯110和底层100可被点焊而不是通过粘合剂彼此附连。

在一些实施方案中，顶层120是复合层。复合层可以是环氧树脂基体中的双向斜纹织造碳纤维层片。另选地，复合层可以是环氧树脂基体中的芳族聚酰胺纤维层片。基体也可以是酚基基体。顶层120可具有介于1mm和3mm之间的任何厚度，但更具体地可具有2mm的厚度。也可使用多个层片。在其他实施方案中，复合层可包括环氧树脂或其他基体中的玻璃纤维。玻璃纤维可用于例如减小成本并且防止碳纤维和铝中间芯110之间可能发生的电偶腐蚀。然而，可采用任何纤维或纤维和任何基体的组合。

在一些实施方案中，底层100也可以是复合层。作为一个示例，底层100可具有单向碳纤维层和一个或多个芳族聚酰胺层片，以及环氧树脂基体。与顶层120一样，可使用具有任何类型的纤维的任何数量的层片以及任何基体。另选地，底层100可以是钢层，例如0.4mm至0.8mm厚度的钢层。作为更具体的示例，钢层可以是0.6mm厚的钢层。钢层可以是冲压钢层。

中间芯110包括胶合或焊接在一起以形成单个层的若干平行细长中空构件。图2是沿图1的虚线截取的防冲击护罩20的层的剖视图。每个中空构件130可具有矩形横截面，并且相邻构件130粘结(例如，胶粘或焊接)在一起以形成彼此相邻放置的矩形单元的单层，如图2的视图中所见。当被构造成具有矩形横截面时，细长构件130可具有介于10mm和20mm之间的高度、介于75mm和125mm之间的宽度，以及介于1.5mm和3.5mm之间的壁厚度。作为更具体的示例，细长构件可为约15mm的高度和100mm的宽度，具有2.5mm的壁厚度，但设想了任何尺寸。还需注意，细长中空构件130可具有任何横截面形状，并且不限于所示的矩形轮廓。下面结合图3示出了具有不同轮廓的替代设计。细长构件130可为挤出铝构件，并且可例如由挤出成图2所示的矩形构件130的6082铝合金构造，但可使用任何材料。具体地讲，可采用任何可挤出的铝合金。

图3是示出根据本公开的一些实施方案的另一个示例性防冲击护罩50及其与示例性电池组的附接的细节的剖视图。图3的防冲击护罩50包括底层300、中间芯310和顶层320。底层300、中间芯310和顶层320可由与上述对应的底层100、中间芯110和顶层120相同的材料制成。例如，底层300可以是复合层诸如碳纤维或芳族聚酰胺纤维复合层，中间芯310可以是挤出铝层，并且顶层320可以是复合层诸如碳纤维或芳族聚酰胺纤维复合层。层300、310、320可以任何方式彼此附连，诸如通过可移除紧固件、不可移除紧固件、粘合剂等。如下文进一步所述，图3的防冲击护罩50被构造为可移除结构以用于容易地移除，从而便于修理或替换。

此处，防冲击护罩50被示为通过多个紧固件200附接到框架30的底表面。类似地，底层300和顶层320通过多个紧固件210彼此附接，如图所示。紧固件200和210可各自为任何紧固件，诸如螺钉、钉子、螺栓、铆钉、粘合剂、或用于将两个结构彼此附连的任何其他合适设备。在其中不存在中间芯310的区域中，紧固件210延伸通过底层300和顶层320，以将顶层320附连到底层300并将中间芯310附连在它们之间。紧固件200延伸通过防冲击护罩50的所有三个层300、310、320并延伸到电池组框架30中，以用于将防冲击护罩50可移除地附接到电池组框架30。因此，可通过紧固件200将防冲击护罩50附接到框架30，并且通过移除紧固件200将该防冲击护罩从该框架移除。因此，如果需要，可使用紧固件200来容易地移除和重新附接图3的防冲击护罩50。这样，可更容易地修理和替换防冲击护罩50，或者该防冲击护罩可以是可移除的以便更容易地触及电池组10内的部件。

可添加多个特征220以充当防冲击护罩50和底层300的定位特征，并且增加防冲击护罩50的刚性和强度。特征220可由任何材料制成，诸如结构粘合剂、金属、塑料等。另外，可添加特征230以抑制或防止复合顶层320与金属中间芯310之间可能发生的咔嗒声或振动。特征230可由适合于阻尼或防止振动的任何材料制成，诸如粘合剂、塑料等。

图3示出了某些实施方案，其中中间芯310不是由彼此附连的单独平行构件构成的，而是具有从基部构件360垂直延伸的多个细长加强件构件350的单个整体结构。基部构件360可形成为具有不同高度的区域以在其中形成多个细长通道370。细长通道370和加强件构件350可沿中间芯310的主轴(垂直于通过其截取图2的横截面的平面)延伸以增加中间芯310的刚性和强度。设想了任何数量和尺寸的通道370和加强件构件350。此外，可以观察到，相邻的加强件构件350和基部构件360在其间的部分形成单个整体结构，在图3的实施方案中，该单个整体结构可被认为是向中间芯310提供结构刚性和强度的刚性、细长且大致U形的构件。因此，中间芯310可被认为包括任何数量的此类U形构件，其各自以大致平行的布置方式连接到另一者并从另一者连续延伸以形成单个整体结构。这些U形构件可具有相同或不同的几何形状。图3的实施方案示出了如图所示的两个不同尺寸的U形构件，其中较小U形构件以交替方式靠近较大U形构件。也就是说，基部构件360可形成为具有多个不同的高度以用于添加的刚度、潜在的空气动力学有益效果等。

还应当理解，中间芯310也可被认为是相邻I形梁，其具有形成单个整体结构的细长且连接的底部凸缘。设想了这些构件的任何几何形状和形状。例如，代替U形构件，中间芯310可具有提供增加的刚性和/或强度的多个V形构件、完全封闭的构件、或具有一种或多种任何其他横截面形状的构件。另外，虽然示出了单个防冲击护罩50，但其他实施方案可利用共同覆盖电池组框架30的底部的多个较小防冲击护罩50。例如，当防冲击护罩50的仅一部分被损坏或应当被替换时，此类配置允许移除和/或替换防冲击护罩50的较小部分。这些较小防冲击护罩50中的每一者可以本文所公开的任何方式配置以覆盖电池组框架30的部分。

图4示出了防冲击护罩的示例性加载状况。针对重量为3470kg的车辆总重额定值(GVWR)的一半的越野车辆，已经模拟了到大致锥形的静止物体400上的地面冲击。已经发现的是，如上构造的防冲击护罩防止物体压碎护罩并突出到电池组中，并且还防止显著到足以导致内部电池模块的损坏的电池组变形。因此，本公开的防冲击护罩构造为越野电动车辆提供足够的防地面冲击保护，同时还具有比常规钢防冲击护罩更低的重量并且具有比常规整体式高强度碳纤维复合材料防冲击护罩更低的成本。

出于解释的目的，前述描述使用特定命名来提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是，不需要具体细节来实践本公开的方法和系统。因此，本公开的具体实施方案的前述描述是出于说明和描述的目的而呈现的。它们并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。鉴于上述教导内容，许多修改和变型是可能的。例如，中间芯可具有任何横截面、任何铝合金和任何尺寸的挤出构件。选择和描述实施方案以便最好地解释本公开的原理及其实际应用，由此使得本领域的其他技术人员能够最好地利用本公开的方法和系统以及具有适合于所设想的特定用途的各种修改的各种实施方案。另外，所公开的或其他方式的各种实施方案的不同特征可被混合和匹配或以其他方式组合以便形成本公开设想的其他实施方案。所有尺寸值均为近似值，并且可变化。