轻量化电池包托盘集成结构的制作方法

专利查询2022-05-27  3



1.本实用新型涉及新能源汽车领域,尤其涉及一种轻量化电池包托盘集成结构。


背景技术:

2.对于新能源汽车整车的轻量化,行业内往往使用新型轻质合金材料或碳纤维材料等进行集结构、工艺、性能于一体的再设计与制造。然而,针对电池包,因受工作环境限制及国家法规限制,轻量化时将会面临一系列巨大的问题。其中,结构强度刚度引起了广泛的关注。因此,高强高刚性轻量化电池包托盘结构现已有诸多技术方案。然而,这些技术方案在解决该问题时,均未同时兼顾制造公差要求、制造成本及装配难度等设计需求,以及线束、控制器和冷却回路等集成时的结构及其性能约束。现有同时满足上述要求的电池包,大多将电池包托盘结构设计成整体式结构,通过铝型材一体挤压成形+机加工来满足实际需求。
3.现有的轻量化电池包托盘结构的研究难以使用整体式结构及其挤压成形为期待的特定集成结构,因此,亟需一种同时满足强度刚度、制造成本、密封性、隔热散热以及可靠耐久等产品性能的结构设计。与传统电池包托盘结构的区别是,实现该目标结构设计的关键就在于,在保障强度刚度的同时,要如何降低制造安装难度和集成高可靠的冷却散热隔热功能。


技术实现要素:

4.鉴于上述,本实用新型旨在提供一种轻量化电池包托盘集成结构,以满足上述对电池包托盘结构的特定需求。
5.本实用新型采用的技术方案如下:
6.一种轻量化电池包托盘集成结构,其中包括:
7.固定框架、以及设置于固定框架的电池模组冷却与保护装置;
8.其中,固定框架用于布设电池模组,且固定框架与车辆底盘固定,所述固定框架为独立设置或者与车辆底盘集于一体;
9.电池模组冷却与保护装置位于电池模组的下方,电池模组冷却与保护装置包括薄板、通道板和保护板;其中薄板、通道板和保护板自上而下依次布置,薄板的材质为金属,通道板的材质为塑料,且保护板为独立设置或者与通道板集于一体。
10.在其中至少一种可能的实现方式中,固定框架包括第一模组固定板、第四模组固定板、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板;其中,前侧板和后侧板的两端分别与左侧板和右侧板连接;
11.第一模组固定板和第四模组固定板均固定于左侧板和右侧板之间,且第一模组固定板和第四模组固定板的上表面均与左侧板和右侧板的上表面形成预设的高度差;
12.电池模组冷却与保护装置设置于左侧板和右侧板之间。
13.在其中至少一种可能的实现方式中,第一模组固定板的截面为异型结构,具体包括:第一模组固定板左竖直板,第一模组固定板上水平板、第一模组固定板右侧板,第一模
组固定板右水平板;其中,第一模组固定板右水平板的端部侧面为第一模组固定板的第一右表面,第一模组固定板右侧板上部竖直面为第一模组固定板的第二右表面;第一模组固定板左竖直板的下底面和第一模组固定板右水平板的下底面之间设有既定的高度差,第一模组固定板的第一右表面和第一模组固定板的第二右表面设有既定的间距;第一模组固定板右水平板上设有第一模组固定板支撑表面,用于支撑电池模组;
14.第四模组固定板与第一模组固定板的结构相同。
15.在其中至少一种可能的实现方式中,左侧板和右侧板的截面形状均为日字型,且在左右两个侧板的下表面均开有两道凹槽,并在左右两个侧板的上表面分别开设有若干个用于左右侧板与电池包上盖连接的第一安装孔,以及左右侧板与车体连接的第二安装孔。
16.在其中至少一种可能的实现方式中,前侧板和后侧板的截面形状均为倒u型槽,前侧板和后侧板的上表面均开设有若干个用于前后侧板与电池包上盖连接的第三安装孔。
17.在其中至少一种可能的实现方式中,固定框架两侧还设有用于封闭电池模组冷却与保护装置的前端和后端的前密封板和后密封板,且在前密封板和后密封板上分别设有冷却介质的进出口。
18.在其中至少一种可能的实现方式中,冷却介质的进出口直接与通道板连通;或者,冷却介质的进出口分别与固定框架上的中空侧板连通,中空侧板与通道板连通。
19.在其中至少一种可能的实现方式中,固定框架、前密封板以及后密封板的材质均为铝合金。
20.在其中至少一种可能的实现方式中,在薄板的上表面与电池模组的下表面之间的间隙填充有耐高温导热胶。
21.在其中至少一种可能的实现方式中,保护板设置有金属材质的加强纵梁和加强横梁,加强横梁和加强纵梁组成的间隔区域设置有塑料材质的保护辅板。
22.本实用新型的设计构思在于,在考虑为轻量化电池包托盘集成结构进行多样化集成以及提升其通用性的基础上,将电池包进行梯度化布局,主要采用固定框架及电池模组冷却与保护装置构造该电池包托盘结构,其中固定框架用于布设电池模组以及与车辆底盘连接,电池模组冷却与保护装置则设置在电池模组的下方;电池模组冷却与保护装置主要由自上而下布置的薄板、通道板和保护板组成;当冷却介质流经通道板时,对电池模组进行冷却,而保护板既可以与通道板合二为一也可以独立设置。本实用新型提出的电池模组冷却与保护装置采用不同材质的多层次结构,降低了制造公差要求、制造成本及装配难度,同时兼顾电池包满足高强度刚度、良好的隔热散热性以及低成本轻量化的市场需求,可以为电池包的轻量化和提高其能量密度提供助力。
附图说明
23.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本实用新型作进一步描述,其中:
24.图1为本实用新型的轻量化电池包托盘集成结构的整体结构示意图。
25.图2为本实用新型的轻量化电池包托盘集成结构的爆炸图。
26.图3为本实用新型的轻量化电池包托盘集成结构的保护板结构示意图。
27.图4为本实用新型的轻量化电池包托盘集成结构的保护板局部放大图。
28.图5为本实用新型的轻量化电池包托盘集成结构的前侧板和第一模组固定板的安装示意图。
29.图6为本实用新型的轻量化电池包托盘集成结构的第一模组固定板的示意图。
30.图7为本实用新型的轻量化电池包托盘集成结构的第一模组固定板的 a向断面示意图。
31.图8为本实用新型的轻量化电池包托盘集成结构的左侧板的示意图。
32.图9为本实用新型的轻量化电池包托盘集成结构的左侧板的a向断面示意图。
33.图10为本实用新型的轻量化电池包托盘集成结构的前侧板的示意图。
34.图11为本实用新型的轻量化电池包托盘集成结构的前侧板的a向断面示意图。
35.图12为本实用新型的轻量化电池包托盘集成结构组成局部截面示意图。
具体实施方式
36.下面详细描述本实用新型的实施例,实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本实用新型,而不能解释为对本实用新型的限制。
37.本实用新型提出了一种轻量化电池包托盘集成结构的实施例,具体结合图1~图12所示,包括固定框架100、电池模组冷却与保护装置,固定框架100上布设电池模组32(图1中虚线框示意),固定框架100与车辆底盘固定,图示中示意的是独立设置的固定框架100,而在其他实施例中也可以考虑预先将固定框架10与车辆底盘集于一体,例如但不限于与底盘一体成型。并且,固定框架100可以采用金属材料(优选较为轻质的金属,例如但不限于铝合金);前述电池模组冷却与保护装置包括薄板11、通道板12和保护板13;其中薄板11、通道板12和保护板13自上而下依次布置,冷却介质流经通道板12,进而实现对电池模组32的冷却。本实施例中,电池模组冷却与保护装置并非整体设计,而是提出将电池模组冷却与保护装置设置为多层结构,由此还可以说明的是,前述薄板11、通道板12 和保护板13三者所用的材质可以各不相同,例如薄板11的材质为金属(如轻质金属),通道板12的材质则可以采用塑料(如塑料基复合材料),而保护板13则可以如图所示采用独立设置,或者与通道板12集于一体。当保护板13采用独立设置时,其还可以采用多种材料搭配构造的方式,具体后文将做说明。
38.如图示意,固定框架包括左侧板4、右侧板10、前侧板2、后侧板8、前密封板1、后密封板9、第一模组固定板3、第二模组固定板5、第三模组固定板6、第四模组固定板7、薄板11、通道板12和保护板13,需指出的是,图示中的第二模组固定板5、第三模组固定板6非必选,即,当只配合一个电池模组时,仅用相对较短的第一模组固定板3和第四模组固定板7便可以支撑,而图示为搭载4块电池模组的示例(电池模组32共有四个,第一模组固定板3和第二模组固定板5之间搭载两个,第三模组固定板6和第四模组固定板7搭载两个),由此,本领域技术人员可以理解的是,在其他实施例中,如果需要搭配多块电池模组,则模组固定板的长度和数量可以按需调整;薄板11、通道板12和保护板13三者之间的连接方式为胶接或铆接,但如前文所述,由于本实用新型考虑的是多层次构造电池模组冷却与保护装置,各层所用材质可以各不相同,因此各层之间的连接方式可以结合每层材质进行选择;前侧板2和后侧板8左右两侧分别与左侧板4和右侧板10连接,连接方式可以为焊接;所述前密封板1和后密
封板9均固定于左侧板4、右侧板10、薄板11、通道板12和保护板13之上,连接方式可以为焊接;图示中,所述第一模组固定板3、第二模组固定板5、第三模组固定板6和第四模组固定板7均固定于左侧板4和右侧板10之间,连接方式可以为焊接。
39.所述左侧板4、右侧板10、前侧板2、后侧板8、前密封板1、后密封板9、第一模组固定板3、第二模组固定板5、第三模组固定板6、第四模组固定7和薄板11的材质为铝合金。
40.如图8~图9所示,所述左侧板4和右侧板10结构相同。左侧板4的截面形状为日字型,左侧板下表面开有两道凹槽17,左侧板上表面25开有九个左侧板与电池包上盖(未画出)之间的第一安装孔16、两个左侧板与车体连接的第二安装孔15。设置凹槽有利于减重,以及电池包与车体之间的定位和连接。
41.如图10~图11所示,所述前侧板2和后侧板8结构相同。前侧板2的截面形状为倒u型槽,前侧板上表面26开有七个前侧板2与电池包上盖(未画出)之间的第三安装孔18。
42.如图2、图5所示,在前侧板2和第一模组固定板3之间,第二模组固定板5和第三模组固定板6之间,第四模组固定板7和后侧板8之间,它们中间的间隙除了可以放置电池包的采集板、传感器、can总线等之外,还可以放置泡沫铝等这类结构功能一体化材料,以实现在加强电池包本体的强度刚度的同时,进一步的提高电池包的阻尼减振和冲击吸能性能。
43.如图5所示,所述第一模组固定板3的上表面27比左侧板4和右侧板 10的上表面高2mm间隙,第二模组固定板5、第三模组固定板6和第四模组固定板7的上表面与左侧板4和右侧板10的上表面距离同第一模组固定板3。即所述前侧板上表面26和与左侧板上表面25、右侧板10的上表面平行,后侧板8的上表面与前侧板上表面26的平行关系一致。前侧板2、后侧板8、左侧板4和右侧板10用于与上壳体和车体连接,第一模组固定板3、第二模组固定板5、第三模组固定板6和第四模组固定板7则用于电池模组32连接。
44.上述安装高度差2mm的设置的目的是为了将各零部件间的尺寸链分割开,以降低各零部件间累积公差,减少再制造加工成本,简化电池包安装工艺。与此同时,第一模组固定板3、第二模组固定板5、第三模组固定板6、第四模组固定板7、前侧板2和后侧板8还起到电池包刚度强度加强的作用。
45.如图2所示,薄板11的材质为铝合金,主要作用为传热。所述薄板 11为长方体结构,高度为0.5mm,薄板开有二十四个矩形通孔。如图2所示,所述通道板12的材质为塑料基复合材料,通道板12内设冷却通道(冷却通道可与冷却介质进出口直接连通,或者还可以参考如下:冷却介质进口设于前密封板1、出口设于后密封板9,冷却介质经由前密封板1通入固定框架100上的中空侧板,这里的中空侧板可以是指前述左侧板4或右侧板10,而中空侧板的至少一个侧面可以与所述冷却通道连通,举例来说,冷却介质由前密封板1流入左侧板4,再从左侧板4经通道板12的冷却通道流入右侧板10,最后由右侧板10经后密封板9排出)。
46.所述第一模组固定板3、第二模组固定板5、第三模组固定板6和第四模组固定板7结构相同。如图6和图7所示,第一模组固定板3的截面形状为异型,其包括第一模组固定板左竖直板20,第一模组固定板上水平板 27、第一模组固定板右侧板33,第一模组固定板右水平板21;其中,第一模组固定板右水平板21的端部侧面为第一模组固定板的第一右表面23,第一模组固定板右侧板上部竖直面为第一模组固定板的第二右表面22。
47.第一模组固定板上水平板27开有四个电池模组安装孔14,第一模组固定板左竖直板20下底面和第一模组固定板右水平板21的下底面高度差为5mm,第一模组固定板的第一
右表面23和第一模组固定板的第二右表面22相距4mm。结合前侧板2和第一模组固定板3之间的间隙,如图9 所示,更有利于电池包安装和集成采集板、传感器、can总线和泡沫铝等必要结构。
48.上述第一模组固定板3的异型结构需与薄板11、通道板12集成,第一模组固定板右水平板21、第一模组固定板第一右表面23、第一模组固定板支撑表面28所形成的六个支座与薄板11上的矩形通孔、通道板12上的直孔道连接,电池模组32分别与第一模组固定板上水平板27、第一模组固定板支撑表面28贴合,电池模组32通过螺栓固定在第一模组固定板3 上,第一模组固定板3和薄板11、通道板12的连接方式均为胶接,起到密封连接作用。薄板11的上表面与电池模组32的下表面中间有微小的间隙,用于填充耐高温导热胶。第二模组固定板5、第三模组固定板6和第四模组固定板7分别与电池模组32、薄板11、通道板12三者之间的连接关系同第一模组固定板3。
49.上述塑料基通道板12设于薄板11之下,在低温隔热的同时,还可在高温时利用内部液体流动迅速带走热量。再结合第一模组固定板的第一右表面23和第一模组固定板的第二右表面22相距4mm,以及电池模组32、第一模组固定板3与薄板11、通道板12四者之间的连接关系,在薄板11 的上表面与电池模组32的下表面中间的微小间隙填充耐高温导热胶,如图 5所示,可以防止过重的电池包模组(电池模组)直接压至薄板11和通道板12上,该4mm的伸出结构可将承载电池包模组总重的重心调节到电池包左侧板和右侧板上来,从而使得铝合金薄板及以下的塑料基通道板基本不承载几百公斤中的电池模组。第二模组固定板5、第三模组固定板6和第四模组固定板7也具有同第一模组固定板3一样的结构。
50.如图2所示,薄板11和通道板12可组成电池包散热时所需的兼具散热隔热的冷却板。因薄板11为铝合金材质,导热性好,电池包散热性得以保障。因通道板12为塑料基复合材料,电池包更加轻质且保温性能好。
51.如图2~图4所示,所述保护板13分别由12块保护辅板35、6根加强横梁30和5根加强纵梁31组成;保护辅板35材质为塑料基复合材料,厚度为2mm,均填充在加强横梁30和加强纵梁31组成的空心区域;加强横梁30和加强纵梁31材质为金属(优选铝合金),厚度均为8mm。保护板 13的设置可以最大程度的加强电池包整体的强度刚度,同时防止车辆行驶过程中遇到路面石子等异物撞击。所述薄板11和通道板12位于保护板13 与第一模组固定板3、第二模组固定板5、第三模组固定板6、第四模组固定板7之间。
52.所述左侧板4、右侧板10、前侧板2和后侧板8的外表面还可涂覆有一层1mm厚的塑料基复合材料,进一步用于电池包与外界环境隔热。
53.最后需指出的是,前述各实施例中涉及的数值和具体材质均为实施参考,而非绝对限定。
54.综上所述,本实用新型的设计构思在于,在考虑为轻量化电池包托盘集成结构进行多样化集成以及提升其通用性的基础上,将电池包进行梯度化布局,主要采用固定框架及电池模组冷却与保护装置构造该电池包托盘结构,其中固定框架用于布设电池模组以及与车辆底盘连接,电池模组冷却与保护装置则设置在电池模组的下方;电池模组冷却与保护装置主要由自上而下布置的薄板、通道板和保护板组成;当冷却介质流经通道板时,对电池模组进行冷却,而保护板既可以与通道板合二为一也可以独立设置。本实用新型提出的电池模组冷却与保护装置采用不同材质的多层次结构,降低了制造公差要求、制造成本及
装配难度,同时兼顾电池包满足高强度刚度、良好的隔热散热性以及低成本轻量化的市场需求,可以为电池包的轻量化和提高其能量密度提供助力。
55.本实用新型实施例中,“至少一个”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,a和/或b,可以表示单独存在a、同时存在a和b、单独存在b的情况。其中a,b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达,是指的这些项中的任意组合,包括单项或复数项的任意组合。例如,a,b和c 中的至少一项可以表示:a,b,c,a和b,a和c,b和c或a和b和c,其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。
56.以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果,但以上仅为本实用新型的较佳实施例,需要言明的是,上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征,本领域技术人员可以在不脱离、不改变本实用新型的设计思路以及技术效果的前提下,合理地组合搭配成多种等效方案;因此,本实用新型不以图面所示限定实施范围,凡是依照本实用新型的构想所作的改变,或修改为等同变化的等效实施例,仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时,均应在本实用新型的保护范围内。

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