用于车辆的轻质的单件吸能和防侵入电池托盘的制作方法

1.本公开涉及一种用于车辆的轻质的单件吸能和防侵入的电池托盘。


背景技术：

2.该介绍大体上呈现了本公开的背景。在本介绍中描述的范围内，当前署名的发明人的工作、以及在提交时可能没有另外构成现有技术的描述的方面，均未明确或隐含地承认为针对本公开的现有技术。
3.常规的电池电动车辆（bev）包括电池组，该电池组包括位于电池外壳内的电池模块。电池外壳为电池模块提供支撑，也可以提供一定程度的保护以防冲击和/或侵入。这些电池外壳可包括形成电池外壳的下部的电池托盘。电池托盘通常由多个部件，诸如例如刚性固定至环绕电池托盘的外围的支撑结构的平板底板形成。支撑结构可以包括例如挤出的金属通道，其结合、铆接、紧固或以其他方式固定至平板底板。因此，用于bev的常规电池托盘由需要手动组装的多个部件组成。


技术实现要素：

4.在一个示例性方面，一种用于车辆的电池外壳的单件式、轻质、吸能且抗冲击的电池托盘包括：下部底板，该下部底板包括抗冲击结构，与该下部底板一体形成的向上倾斜的侧壁，以及与向上倾斜的侧壁一体形成并包括吸能结构的外围凸缘。
5.以这种方式，车辆可以包含电池外壳，该电池外壳包括由单件形成的轻质电池托盘，并且该电池托盘兼具抗冲击性和吸能特性，同时为布置在电池外壳内的电池模块提供实质性的结构支撑。
6.在另一个示例性方面，向上倾斜的侧壁限定至少一对凹槽。
7.在另一个示例性方面，一对凹槽中的每个凹槽由向上倾斜的侧壁的相对壁限定。
8.在另一个示例性方面，至少一对凹槽被配置为容纳至少一个加强横向构件。
9.在另一个示例性方面，抗冲击结构包括：第一层，该第一层包括嵌入聚合物基体中的连续纤维；第二层，该第二层附接至第一层的第一侧并且包括阻燃纤维；以及第三层，该第三层附接至第一层的与第一侧相对的第二侧，并且包括纤维增强的聚合物（frp）波纹状结构。
10.在另一个示例性方面，电池托盘还包括断裂检测电路，该断裂检测电路附接至第一层或第三层并且被配置为检测冲击保护结构中的断裂。
11.在另一个示例性方面，断裂检测电路包括层压到或嵌入在第一层中的电线的工程图案。
12.在另一个示例性方面，第三层包括frp波纹状结构，该frp结构包括一系列细长的、相互平行的脊。
13.在另一个示例性方面，一系列细长的、相互平行的脊具有正弦波形轮廓或多边形波形轮廓。
14.在另一个示例性方面，吸能结构包括壳体，该壳体包括第一壁和第二壁，第一壁和第二壁彼此间隔开以至少部分地限定内部隔室，以及第一多个分立吸能元件，每个吸能元件包括聚合物和多个增强纤维，第一多个吸能元件至少部分地布置在内部隔室内并固定至壳体，第一多个吸能元件中的每个吸能元件包括在第一端和第二端之间延伸的细长的中空结构，该细长的中空结构限定了不平行于第一壁和第二壁中的至少一者延伸的纵向轴线。
15.在另一个示例性方面，第一多个吸能元件的各个纵向轴线基本上正交于第一壁和第二壁中的至少一个延伸。
16.在另一个示例性方面，第一多个吸能元件中的每个吸能元件的细长中空结构在垂直于各自纵向轴线的方向上限定了基本上圆形的横截面。
17.在另一个示例性方面，第一多个吸能元件中的每个吸能元件的细长中空结构的外围壁限定了沿着纵向轴线变化的厚度。
18.在另一个示例性方面，第一多个吸能元件中的每个吸能元件的细长中空结构的外围壁在第一端处限定第一厚度，并且第一多个吸能元件中的每个吸能元件的细长中空结构的外围壁在第二端处限定第二厚度，第二厚度小于第一厚度，并且第二端相对于车辆布置在第一端的外侧。
19.本发明提供以下技术方案：1. 一种用于车辆的电池外壳的电池托盘，所述电池托盘包括：包括抗冲击结构的下部底板；与所述下部底板一体形成的向上倾斜的侧壁；以及与所述向上倾斜的侧壁一体形成并包括吸能结构的外围凸缘。
20.2. 根据方案1所述的电池托盘，其中，所述向上倾斜的侧壁限定至少一对凹槽。
21.3. 根据方案2所述的电池托盘，其中，所述一对凹槽中的每个凹槽由所述向上倾斜的侧壁的相对壁限定。
22.4. 根据方案2所述的电池托盘，其中，所述至少一对凹槽被配置为容纳至少一个加强横向构件。
23.5. 根据方案1所述的电池托盘，其中，所述抗冲击结构包括：第一层，所述第一层包括嵌入聚合物基体中的连续纤维；第二层，所述第二层附接至所述第一层的第一侧并包括阻燃纤维；以及第三层，所述第三层附接至所述第一层的与所述第一侧相反的第二侧，并包括纤维增强聚合物（frp）波纹状结构。
24.6. 根据方案5所述的电池托盘，还包括断裂检测电路，所述断裂检测电路附接至所述第一层或所述第三层并且被配置为检测所述冲击保护结构中的断裂。
25.7. 根据方案6所述的电池托盘，其中，所述断裂检测电路包括层压到或嵌入在所述第一层内的电线的工程图案。
26.8. 根据方案5所述的电池托盘，其中，所述第三层包括所述frp波纹状结构，所述frp结构包括一系列细长的、相互平行的脊。
27.9. 根据方案8所述的电池托盘，其中，所述一系列细长的、相互平行的脊具有正弦波形轮廓或多边形波形轮廓。
28.10. 根据方案1所述的电池托盘，其中，所述吸能结构包括：
壳体，所述壳体包括第一壁和第二壁，所述第一壁和所述第二壁彼此间隔开以至少部分地限定内部隔室；以及第一多个分立吸能元件，每个吸能元件包括聚合物和多个增强纤维，所述第一多个吸能元件至少部分地布置在所述内部隔室内并固定至所述壳体，所述第一多个吸能元件中的每个吸能元件包括在第一端和第二端之间延伸的细长的中空结构，所述细长的中空结构限定了不平行于所述第一壁和所述第二壁中的至少一个延伸的纵向轴线。
29.11. 根据方案10所述的电池托盘，其中，所述第一多个吸能元件的各自纵向轴线基本上正交于所述第一壁和所述第二壁中的至少一个延伸。
30.12. 根据方案10所述的电池托盘，其中，所述第一多个吸能元件中的每个吸能元件的所述细长的中空结构在垂直于各自纵向轴线的方向上限定基本上圆形的横截面。
31.13. 根据方案10所述的电池托盘，其中，所述第一多个吸能元件中的每个吸能元件的所述细长的中空结构的外围壁限定沿着所述纵向轴线变化的厚度。
32.14. 根据方案13所述的电池托盘，其中：所述第一多个吸能元件中的每个吸能元件的所述细长的中空结构的所述外围壁限定所述第一端处的第一厚度；以及所述第一多个吸能元件中的每个吸能元件的所述细长的中空结构的所述外围壁在所述第二端处限定第二厚度，所述第二厚度小于所述第一厚度，并且所述第二端相对于所述车辆布置在所述第一端的外侧。
33.15. 一种包括具有电池托盘的电池外壳的车辆，所述电池托盘包括：包括抗冲击结构的下部底板；与所述下部底板一体形成的向上倾斜的侧壁；以及与所述向上倾斜的侧壁一体形成并包括吸能结构的外围凸缘。
34.16. 根据方案15所述的车辆，其中，所述向上倾斜的侧壁形成至少一对凹槽。
35.17. 根据方案16所述的车辆，其中，所述一对凹槽中的每个凹槽形成在所述向上倾斜的侧壁的相对壁中。
36.18. 根据方案16所述的车辆，其中，所述至少一对凹槽被配置为容纳至少一个加强横向构件。
37.19. 根据方案15所述的车辆，其中，所述抗冲击结构包括：第一层，所述第一层包括嵌入聚合物基体中的连续纤维；第二层，所述第二层附接至所述第一层的第一侧并包括阻燃纤维；以及第三层，所述第三层附接至所述第一层的与所述第一侧相反的第二侧，并包括纤维增强聚合物（frp）波纹状结构。
38.20. 根据方案15所述的车辆，其中，所述吸能结构包括：壳体，所述壳体包括第一壁和第二壁，所述第一壁和所述第二壁彼此间隔开以至少部分地限定内部隔室；以及第一多个分立吸能元件，每个吸能元件包括聚合物和多个增强纤维，所述第一多个吸能元件至少部分地布置在所述内部隔室内并固定至所述壳体，所述第一多个吸能元件中的每个吸能元件包括在第一端和第二端之间延伸的细长的中空结构，所述细长的中空结构限定不平行于所述第一壁和所述第二壁中的至少一个延伸的纵向轴线。
39.根据以下提供的详细描述，本公开的其他应用领域将变得显而易见。应当理解，详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
40.当结合附图考虑时，根据包括权利要求书和示例性实施例的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将显明白易懂。
附图说明
41.从详细描述和附图将更加全面地理解本公开，其中：图1示出了车辆的透视图；图2示出了根据本公开的示例性电池托盘700的透视图；图3为沿线iii
‑
iii截取的电池托盘700的横截面视图，其示出了第一示例性能量吸收器；图4为沿线iv
‑
iv截取的电池托盘700的横截面视图，其示出了第二示例性能量吸收器400；图5示出了电池托盘700的一部分500的平面图；图6为沿线vi
‑
vi截取的部分500的片段600的特写横截面视图；图7为根据本公开的某些方面的包括多个分立的吸能元件的吸能组件的透视图；以及图8示出了根据本公开的某些方面的另一吸能组件260的一部分。
具体实施方式
42.现在将详细参考在附图中示出的本公开的几个示例。只要有可能，在附图和说明书中使用相同或相似的附图标记表示相同或相似的部件或步骤。这些附图是简化的形式，并且没有精确的比例。仅仅为了方便和清楚起见，可以相对于附图使用诸如顶、底、左、右、向上、上面、上方、下方、下面、后部和前部的方向性术语。这些和类似的方向性术语不应解释为以任何方式限制本公开的范围。
43.图1示出了包括乘客室102和下部104的车辆100的透视图，其中电联接至一个或多个电动机的电池位于包括电池托盘（未示出）的电池外壳内。车辆100可以为例如混合动力电动车辆或电池电动车辆（bev）。图2示出了根据本公开的示例性电池托盘700的透视图。电池托盘700对可用于操作车辆的电池模块（未示出）提供支撑和保护。电池托盘700是单件的，包括下部底板702、向上倾斜的侧壁704和外围凸缘706。侧壁704还形成至少一对凹槽708，加强横向构件（未示出）可以放置在凹槽中以加强电池托盘700的结构并且还提供水平支撑以保持电池模块在电池托盘700内的位置。一对凹槽708可以形成在侧壁704的相对部分中。电池模块可以搁置在下部底板702上，并且彼此分离并通过由一对凹槽708容纳的加强横向构件相对于电池托盘定位。尽管电池托盘700仅包括一对凹槽708，但是应当理解，根据本技术的电池托盘可以包括多对凹槽708。
44.图3为沿线iii
‑
iii截取的电池托盘700的横截面视图，其示出了第一示例性能量吸收器300。第一能量吸收器300沿着电池托盘700的外围凸缘706的横向侧定位。能量吸收器300包括被封闭在第一吸能壳体面板304和306内的吸能部分302。图4为沿线iv
‑
iv截取的电池托盘700的横截面视图，其示出了第二示例性能量吸收器400。第二能量吸收器400沿着
电池托盘700的外围凸缘206的纵向侧定位。第二能量吸收器400包括第一吸能部分402和第二吸能部分404，它们被封闭在第二吸能壳体面板406和408内。第一吸能部分402和第二吸能部分404中的每者可以被配置为提供不同或相似水平的渐进吸能特性。由于第二能量吸收器400可以包括多个吸能部分，因此，在车辆碰撞的情况下，至少一个吸能部分可以保持完好无损，并且电池托盘300可以仅需要修理和/或更换吸能部分402或404中的一者，从而降低了维修成本。
45.在包含电池托盘700的车辆受到碰撞的情况下，第一能量吸收器300和第二能量吸收器400中的每个都提供抗冲击性。能量吸收器300和400被配置为吸收碰撞事件的能量。能量吸收器300和400中的每个可以为类似于共同待决的美国专利申请序列号15/907,036中描述的能量吸收器，其全部公开内容并入本文。例如，能量吸收器300和400中的每个可以由吸能组件形成，该吸能组件包括多个由聚合物和多个增强纤维形成或包括聚合物和多个增强纤维的吸能元件。每个吸能元件可以限定多个脊或峰以形成波纹状或波形结构。吸能元件的厚度可以在每个吸能元件的端部之间变化，以促进在另一个端部上的一个端部处的压扁或失效的引发。在一个示例性实施例中，吸能元件的厚度可以在一侧上从约一毫米到三毫米之间以及在相对侧上从约三毫米到五毫米之间逐渐变细。以这种方式，吸能元件可以在碰撞事件期间提供渐进的吸能特性。如在美国专利申请序列号15/907,036的全部并入的描述中充分描述的，吸能元件可包括限定内部隔室的壳体和吸能部件，该吸能部件包括聚合物和多个增强纤维，其布置在内部隔室内并固定在壳体上。在一个示例性实施例中，吸能部件可以形成细长的中空结构，该细长的中空结构限定了不平行于形成壳体的至少一个壁延伸的纵向轴线。
46.图5示出了电池托盘700的一部分500的平面图。部分500包括纵向前边缘502和纵向后边缘504。图6为沿线vi
‑
vi截取的部分500的片段600的特写横截面视图。片段600具有顶表面602和底表面604。尽管图6仅示出了电池托盘200的一部分500的片段600，但是本文描述的片段600的构造在电池托盘700的整个下部底板702上可以是一致的。下部底板片段600包括上层606和下层608。上层606大体上为平的，并且可以由一层或多层形成。例如，上层606可以包括由诸如例如玻璃纤维、kevlar（r）和normax纤维的材料组成的第一层非易燃织物，以及由诸如例如均嵌入基体中的玻璃纤维和碳纤维的材料组成的第二层的连续纤维。下层608具有波纹状结构，该波纹状结构包括一系列具有多边形波几何形状的脊。以这种方式，片段600形成抗冲击结构。在一个示例性实施例中，在共同待决的美国专利申请序列号16/741,242中描述了形成片段600的抗冲击结构，其全部公开内容通过引用并入本文。在一个示例性实施例中，形成片段的抗冲击结构可以包括包覆成型的波纹层，该波纹层具有形成上层606的连续碳/玻璃纤维加强件和形成下层608的非连续碳/玻璃纤维加强件。下层608中的波纹状结构的几何形状可以适合于特定应用，以提供期望水平的吸能、冲击保护和/或抗侵入性。如在美国专利申请序列号16/741,242中所描述的（其公开的全部内容通过引用并入本文），上层606可以由第一（非冲击侧）层以及第二层构成，该第一（非冲击侧）层包括嵌入聚合物基体中的连续纤维，以及该第二层附接至第一层的第一侧（内侧）并包括弹性体聚合物，并且下层可以由第三（冲击侧）层形成，该第三层附接至第一层的与第二层的一侧相对的第二侧（外侧），并且包括纤维增强的聚合物蜂窝结构和/或frp波纹状结构。尽管所参考的公开内容指的是第二层是可压缩的，但是对于本公开而言，第二层不需要是可
压缩的。此外，可以在与第一（内面板）层相对的一侧上附接至第三层的可选的第四（外面板）层包括嵌入聚合物基体中的连续碳纤维和/或玻璃纤维。
47.可选地，上层606还可以包括一个或多个断裂和/或温度传感器610，以监测嵌入在上层606内以提供电磁屏蔽的结构和/或金属线612的完整性。
48.图7为根据本公开的某些方面的包括多个分立的吸能元件的吸能组件的透视图。吸能组件10可以包括壳体12。壳体12可以包括第一壁14和第二壁16（以骨架示出）。第一壁14可与第二壁16间隔开以至少部分地限定内部隔室18。壳体12可包括在接缝或接头24处接合的包括第一壁14的第一部件20和包括第二壁16的第二部件22。第一部件20和第二部件22可以协作以至少部分地限定内部隔室18。第一部件20和第二部件22仅是示例性的，并且在各种替代实施例中，壳体12可以包括其他数量的部件。
49.第二壁16可以相对于车辆布置在第一壁14的外侧（即，外侧）。吸能组件的第一壁14可以布置成比第二壁16更靠近车辆的中心（即，在车辆的前部和后部之间延伸的中心平面）。第一壁14可以比第二壁16更靠近车辆的后部。第二壁16可以比第一壁14更靠近车辆的前部。
50.如图所示，第一壁14可以是基本上平面的，或者第一壁14可以可替代地被轮廓成型。如图所示，第二壁16可以是基本上平面的，或者第二壁16可以基于吸能组件10的期望的性能或外观特征来替代地被轮廓成型。第一壁14可以基本上平行于第二壁16延伸。在各个替代方面，第一壁14和第二壁16可以彼此不平行地延伸。作为非限制性示例，第一部件20和第二部件22可以包括不同的或附加的特征，诸如凸缘、肋和附加的壁。吸能组件10还可以包括多个分立的吸能元件30。吸能元件30可以是不连续的，使得它们彼此不共享壁。因为吸能元件30是不同的部件，所以吸能元件30的构造和放置可以针对预期的挤压或负荷条件进行优化。可以通过改变吸能元件30的尺寸、形状和/或分布来优化吸能元件30。每个吸能元件30可以包括限定纵向轴线34的细长的中空结构32。细长的中空结构32可在吸能元件30的第一端35与吸能元件30的与第一端35相反的第二端36之间延伸。第一端35和第二端36可以为开口的。在各个方面，吸能元件30可以关于纵向轴线34对称。吸能元件30可以固定至壳体12。吸能元件30可以固定至第一壁14和第二壁16中的至少一者。在一个示例中，吸能元件30的相应的第一端35固定至第一壁14。吸能元件30的相应的纵向轴线34可基本上垂直于第一壁14延伸。在第一壁14被轮廓成型或弯曲的情况下，纵向轴线34可基本上正交于曲线的切面延伸。在某些变型中，吸能元件30的相应的纵向轴线34基本上彼此平行地延伸。
51.图8示出了根据本公开的某些方面的另一吸能组件260的一部分。吸能组件260可以包括具有第一壁264的壳体262。尽管仅示出了第一壁264，但是壳体262。吸能组件260可以包括多个吸能元件266。每个吸能元件266可以由聚合物和多个增强纤维形成或包括聚合物和多个增强纤维。每个吸能元件266可包括横向壁268，其横越壳体262的至少一部分延伸。在各个方面，相应的横向壁266可以延伸穿过壳体262的内部隔室。每个相应的吸能元件266的横向壁268可以包括中心平面271。横向壁268的中心平面271可以基本上正交于第一壁264延伸。横向壁268的中心平面271可以基本平行于地面延伸。每个吸能元件266的横向壁268可限定多个细长的脊或峰270。多个细长脊中的每个细长脊270可以以预定间隔与多个细长脊中的其他细长脊270间隔开。每个吸能元件266的横向壁268可以限定波纹状结构。每个细长脊270可基本上垂直于第一壁264延伸。可以布置多个细长的底板或谷部272，该多
个细长的底板或谷部272可以布置在多个细长脊270之间，使得细长脊270和细长的底板272彼此交替。在各个方面，细长的脊270和细长的底板272可以限定波形形状。多个细长脊207可限定周期性轮廓。然而，在各种替代方面，细长脊270可以不规则的间隔重复。相邻吸能元件260的取向可以是镜像的，从而在两个吸能元件266之间形成细长隔间274。更特别地，多个吸能元件中的第一吸能元件266
‑
1可以包括第一细长脊270
‑
1和第一细长底板272
‑
1。第二吸能组件266
‑
2可包括第二细长脊270
‑
2和第二细长底板272
‑
2。第一吸能元件266
‑
1的第一细长脊270
‑
1可以与第二吸能元件266
‑
2的第二细长底板272
‑
2对准，以限定细长隔间274。类似地，第一吸能元件266
‑
1的第一细长底板272
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1可以与第二吸能元件266
‑
2的第二细长脊270
‑
2对准。第一细长底板272
‑
1可接合第二细长脊270
‑
2。
52.每个吸能元件266可以在第一端276和第二端278之间延伸。第二端278可相对于车辆布置在第一端276的外侧。每个吸能元件266的横向壁268可以限定厚度280。如图8所示，厚度280可以是均匀的。在各种替代方面，厚度280可以在第一端276和第二端278之间变化。更具体地，在第一端276处的第一厚度可以大于在第二端278处的第二厚度，以促进在第一端276之前的第二端278处的压扁或失效的引发。如本领域技术人员所理解的，吸能元件的横向壁可以限定替代的或附加的几何形状。作为非限制性示例，横向壁可以限定平板或平滑波形（例如，正弦波）。替代地，横向壁可以完全省略细长的脊和细长的底板，以限定基本上平面的几何形状。多个吸能元件也可以不同地布置在壳体内。例如，可以布置吸能元件，使得细长脊与多个其他吸能元件的相应的细长脊对准。此外，吸能元件可以间隔开或嵌套以增加厚度。吸能元件可以包括不同的或附加的特征，诸如用于将吸能元件安装到壳体的凸缘。
53.根据本技术的电池托盘的形成可以包括例如压缩模制，树脂传递模制（rtm），高压树脂传递模制（hp
‑
rtm），真空辅助树脂传递模制（vartm），真空辅助树脂灌注（vari），注模，湿法铺层成型，高压釜成型或对于本领域技术人员已知的任何其他合适的复合材料制造方法，而不限于此。
54.本描述本质上仅是说明性的，绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以多种形式实现。因此，尽管本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应受到如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求之后，其他修改将变得显而易见。