电池框、动力电池和车辆的制作方法

1.本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种电池框、动力电池和车辆。


背景技术：

2.纯电汽车的动力电池通常布置在地板下面，前后副车架之间。电池前部和后部由于受副车架的保护，因此前后碰撞对动力电池的损害相对较小。侧面只有门槛梁和电池自身边梁结构的保护，所以侧面碰撞更容易对电池造成较大影响，为了避免侧面碰撞时侧边梁对电池撞击，会使得电芯和侧边梁之间预留空间距离，降低侧碰时碰到电芯的风险。
3.但是为了缓解电动车车主旅程焦虑，现在各大车企都在努力地提升电池电量，其中扩大电芯边界从而提高电池电量是一个有效的解决方案，但是受限于整车宽度的影响，扩大电池边界会进一步缩短整车边界到电池电芯的距离，增大侧碰时碰到电芯的风险。
4.目前解决上述问题普遍通过加强门槛梁和电池边梁来解决问题，虽加强门槛梁和电池边梁的结构强度可以在一定程度上保护电芯，但是一方面使得车辆和电池框的重量增加，不符合轻量化设计的要求；另一方面侧面碰撞时碰到电芯的问题依然存在，并没有很好的解决。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是提供一种电池框，旨在在增加动力电池包的电芯容量的同时，保证侧碰撞时电芯的安全。
6.为实现上述目的，本发明提出的电池框，包括：
7.底板；和
8.侧边梁，所述侧边梁位于所述底板的相对两侧，所述侧边梁包括沿底板高度方向延伸的边梁部、位于所述边梁部内侧且与所述底板相连接的连接部、位于所述边梁部外侧且用以与车辆门槛梁相连接的固定部；
9.其中，所述边梁部包括边梁上部和边梁下部，边梁上部位于边梁下部的上方，边梁下部的外侧与固定部相连接，内侧与连接部相连接，边梁下部设有第一空腔，边梁下部的第一空腔的底壁做减薄处理，所述第一空腔的底壁的厚度小于所述第一空腔的侧壁的厚度。
10.可选地，所述电池框还包括防剐护板，所述第一空腔的底壁设置有安装位，所述防剐护板可拆卸固定于该安装位。
11.可选地，所述防剐护板通过紧固件固定于所述安装位，所述安装位沿所述紧固件的穿设方向形成凹槽，所述紧固件的头部置于所述凹槽内。
12.可选地，所述连接部设置有第二空腔。
13.可选地，所述第二空腔的壁厚大于或等于所述第一空腔的侧壁厚度。
14.可选地，所述边梁上部设置有第三空腔，所述第三空腔内设有加强结构。
15.可选地，所述加强结构包括分布在第三空腔内部的多个加强筋，多个加强筋呈倾斜设置在第三空腔的两侧壁之间，并分隔所述第三空腔形成多个子空腔。
16.可选地，所述第三空腔的侧壁厚度小于所述第一空腔的侧壁厚度。
17.可选地，所述固定部与所述边梁下部的连接处呈倾斜过渡。
18.可选地，所述固定部包括底部凹陷形成的沉槽，紧固件穿过所述固定部与所述车辆门槛梁相固定，所述紧固件的头部位于所述沉槽内。
19.可选地，所述侧边梁为一体挤出成型。
20.本发明还提出一种动力电池，包括电芯模块、安装电芯模块的电池框，所述电池框为如上所述的电池框。
21.可选地，所述动力电池还包括保护层，所述保护层设于所述电芯模块和所述电池框之间。
22.本发明还提出一种车辆，包括车身、如上所述动力电池，两所述固定部分别与一所述车身的门槛梁相连接，所述门槛梁内设有空腔结构。
23.可选地，所述门槛梁为一体挤出成型。
24.本发明技术方案通过采用底板和侧边梁，所述侧边梁位于所述底板的相对两侧，所述侧边梁包括沿底板高度方向延伸的边梁部、位于所述边梁部内侧与所述底板相连接的连接部、位于所述边梁部外侧用以与车辆门槛梁相连接的固定部；其中，所述边梁部包括边梁上部和边梁下部，边梁上部位于边梁下部的上方，边梁下部的外侧与固定部相连接，内侧与连接部相连接，边梁下部设有第一空腔，边梁下部的第一空腔的底壁做减薄处理，所述第一空腔的底壁的厚度小于所述第一空腔的侧壁的厚度。边梁下部的第一空腔的底壁做减薄处理，使得第一空腔底壁的厚度小于第一空腔侧壁的厚度，改变侧边梁的结构，在碰撞变形时，诱导侧边梁在此减薄处弯曲，使得侧边梁在碰撞过程，侧边梁会朝斜向上的方向挤压变形，避免电池框与门槛梁连接位置溃缩时直接往电芯方向挤压，削减冲击力。特别地，电池框应用在本发明改进后车辆门槛梁上，通过门槛梁削弱碰撞力，可进一步保证侧碰撞时电芯的安全，保护效果更好。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
26.图1为本发明动力电池安装于门槛梁上的一实施例的剖面结构示意图；
27.图2为图1中电池框的一实施例的结构示意图；
28.图3为图1中侧边梁一实施例的剖面结构示意图；
29.图4为图1中门槛梁在侧碰时溃缩的结构示意图；
30.图5为图4中侧边梁溃缩的溃缩方向的示意图。
31.附图标号说明：
[0032][0033][0034]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0037]
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0038]
纯电汽车的动力电池通常布置在地板下面，前后副车架之间。电池前部和后部由于受副车架的保护，因此前后碰撞对动力电池的损害相对较小。侧面只有门槛梁和电池自身边梁结构的保护，所以侧面碰撞更容易对电池造成较大影响，为了避免侧面碰撞时侧边梁对电池撞击，会使得电芯和侧边梁之间预留空间距离，降低侧碰时碰到电芯的风险。
[0039]
但是为了缓解电动车车主旅程焦虑，现在各大车企都在努力地提升电池电量，其
中扩大电芯边界从而提高电池电量是一个有效的解决方案，但是受限于整车宽度的影响，扩大电池边界会进一步缩短整车边界到电池电芯的距离，增大侧碰时碰到电芯的风险。
[0040]
目前解决上述问题普遍通过加强门槛梁和电池边梁来解决问题，虽加强门槛梁和电池边梁的结构强度可以在一定程度上保护电芯，但是一方面使得车辆和电池框的重量增加，不符合轻量化设计的要求；另一方面侧面碰撞时碰到电芯的问题依然存在，并没有很好的解决。
[0041]
为此，参照图1至图3，本发明提出一种车辆，该车辆的动力电池200安装在地板下面，动力电池200与车辆的门槛梁100相连接，在车辆发生侧面碰撞时，碰撞力先碰到门槛梁100，碰撞过程中门槛梁100会吸收一部分能量。剩余的能量一部分通过在车身地板的横向的座椅横梁传递到车身其他区域。另一部分主要通过电池框300的侧边梁320传递到电池底部框架，再传递到另一侧的车身结构。
[0042]
参照图1，为了降低侧碰过程的冲击力和保证轻量化，本实施例中，门槛梁100为铝材挤梁构成，即门槛梁100为铝材一体挤出成型。门槛梁100内为空腔结构110，类似于九空格结构，多个空格结构保证碰撞力的吸收，碰撞过程中门槛梁100会产生溃缩变形，降低侧面碰撞力。
[0043]
参照图1至图3，本发明还提出一种动力电池200包括电芯模块400、安装电芯模块400的电池框300，电池框300包括前后边梁底板310以及两侧边梁320，电芯模块400布置在电池框300内，电芯模块400包括电芯组410和冷却组件420，冷却组件420包括液冷板421和水管422，冷却组件420设置在电芯组410和电池框300之间，而动力电池200的碰撞要求：电池框300变形不能碰到电芯组410，使电芯组410产生变形，也不能碰到电池框300内部的冷却组件420，冷却组件420中的冷却液不能流出。
[0044]
结合参照图4和图5，为此，在本发明还对电池框300进行改进，以解决增加动力电池200的电芯容量，同时保证侧面碰撞时的安全问题，具体地，在本发明一实施例中，电池框300包括底板310和位于底板310两侧的侧边梁320，侧边梁320包括沿底板310高度方向延伸的边梁部330、位于边梁部330内侧与底板310相连接的连接部360、位于边梁部330外侧用以与车辆门槛梁100相连接的固定部370，为了增加动力电池200的电芯容量，同时保证侧碰撞时电芯的安全，边梁部330包括边梁上部340和边梁下部350，边梁上部340位于边梁下部350的上方，边梁下部350的外侧与固定部370相连接，内侧与连接部360相连接，边梁下部350设有第一空腔351，边梁下部350的第一空腔351的底壁353做减薄处理，使得第一空腔351的底壁353的厚度小于第一空腔351侧壁的厚度，改变侧边梁320的结构，在碰撞变形时，诱导侧边梁320在此减薄处弯曲，使得侧边梁320在碰撞过程往电池框300的斜向上的方向弯曲，避免电池框300与门槛梁100连接位置溃缩时直接往电芯方向挤压，削减冲击力。特别地，在上文所述的改进后车辆门槛梁100配合削弱碰撞力，进一步保证侧碰撞时电芯的安全。
[0045]
本发明技术方案通过采用底板310和侧边梁320，所述侧边梁320位于所述底板310的相对两侧，所述侧边梁320包括沿底板310高度方向延伸的边梁部330、位于所述边梁部330内侧与所述底板310相连接的连接部360、位于所述边梁部330外侧用以与车辆门槛梁100相连接的固定部370；其中，所述边梁部330包括边梁上部340和边梁下部350，边梁上部340位于边梁下部350的上方，边梁下部350的外侧与固定部370相连接，内侧与连接部360相连接，边梁下部350设有第一空腔351，边梁下部350的第一空腔351的底壁353做减薄处理，
所述第一空腔351的底壁353的厚度小于所述第一空腔351的侧壁的厚度。边梁下部350的第一空腔351的底壁353做减薄处理，使得第一空腔351底壁353的厚度小于第一空腔351侧壁的厚度，改变侧边梁320的结构，在碰撞变形时，诱导侧边梁320在此减薄处弯曲，使得侧边梁320在碰撞过程往电池框300的斜向上的方向弯曲，避免电池框300与门槛梁100连接位置溃缩时直接往电芯方向挤压，削减冲击力。特别地，在上文所述的改进后车辆门槛梁100配合削弱碰撞力，进一步保证侧碰撞时电芯的安全。
[0046]
侧边梁320通过在侧边梁320底部的减薄处发生变形，侧碰撞过程中，使得底部开始变形，从而使得侧边梁320向斜向上的方向发生运动，降低对电芯的冲击力，通过改变侧边梁320的变形方向，可通过扩大电芯边界增大电芯组410在电池框300内的容量。
[0047]
参照图1和图3，进一步地，为了降低电池框300的质量便于轻量化，连接部360设置有第二空腔361。
[0048]
进一步地，为了解决增加动力电池200的电芯容量，同时保证侧面碰撞时的安全问题，第二空腔361的壁厚大于或等于第一空腔351的侧壁厚度，在上文介绍了，在碰撞时，一部分的能量会从侧边梁320传递到电池底部框架，再传递到另一侧的车身结构，通过加强与底板310的连接处的强度，更好地将冲击力进行传递，也保证变形的效果。连接部360设置第二空腔361加强了电池侧边梁320与底板310的连接，底板310通过焊接与连接部360固定，第二空腔361的横向结构的壁厚大于第一空腔351的底壁353，保证侧边梁320在此处不易产生变形，碰撞力可以通过第二空腔361扩散到电池框300的底板310框架上，分散碰撞力。
[0049]
参照图1和图3，进一步地，为了解决增加动力电池200的电芯容量，同时保证侧面碰撞时的安全问题，动力电池200还包括有缓冲材质，缓冲材质构成的保护层500设置电池框300和电芯之间，具体地，在本实施例中，保护层500配置为聚氨酯填充层，电池框300和电芯组410之间布置有用于冷却的液冷板421和水管422，聚氨酯填充层包裹液冷板421和水管422，为了提高冷却效率，在一排排电芯之间增加液冷板421进行冷却，提高电芯的冷却面积。并且为了增大电池内部空间的利用率，液冷板421与水管422的接口设置在侧边梁320与电芯之间。为了保护液冷板421增加了聚氨酯材料，聚氨酯材料一边贴着电芯，一边贴在边梁上，中间镂空避让液冷板421，发生碰撞时，侧边梁320在边梁下部350的第一空腔351减薄处发生变形，从而挤压到聚氨酯材料上的受力面积也会变大，最大限度地减小对电芯的冲击。聚氨酯材料对液冷板421起到保护作用，该聚氨酯材料可承受大于80mpa的冲击，可避免动力电池200发生侧面碰撞时，液冷板421的冷却液流出。
[0050]
参照图1和图3，进一步地，为了对动力电池200进行保护，电池框300还包括防剐护板600，边梁下部350设置有安装位352，防剐护板600可拆卸固定于该安装位352，为了便于更换，在本实施例中，该防剐护板600用螺栓固定在安装位352，在电池发生剐蹭后，可以直接进行更换。在其他实施例中，也可采用其他可拆卸连接方式，如凸焊螺母、卡接等。具体地，所述防剐护板600通过紧固件800固定于所述安装位352，所述安装位352沿所述紧固件的穿设方向形成凹槽，所述紧固件800的头部置于所述凹槽内。
[0051]
在一实施例中，所述第一空腔351的底壁353设置安装位352，安装位352处的凹槽为底壁353自身朝向紧固件800的穿设方向凹陷形成，紧固件800穿设底壁353置于第一空腔351内，紧固件800的头部被凹槽所隐藏，如此，即使得底壁353实现减薄处理，又能防止固定防剐护板600的紧固件800外露，保证美观性和高档感。
[0052]
在另一实施例中，如图1和3所示，所述第一空腔351的底壁353设置安装位352，安装位352处的凹槽由固定部370的右侧壁、底壁353以及连接部360的左侧壁形成。凹槽的设计可以防止防剐护板600的紧固件800的头部外露，保证美观性和高档感。进一步地，凹槽还可以在发生碰撞时，诱导边梁在此处发生变形，并且为了更容易变形，在上文提及了该处的底壁353的厚度也相比于周边侧壁做了减薄处理。保证碰撞时侧边梁320结构不会直接往电芯方向挤压。实际分析过程中，此处变形以后侧边梁320会斜向上的挤压变形，增加了与聚氨酯材料的受力面积，减小对冷却模组和电芯的冲击。
[0053]
参照图1和图3，进一步地，为了降低电池框300的质量，便于轻量化，边梁上部340设置有第三空腔341，进一步地，第三空腔341内设有加强结构分隔所述第三空腔341形成多个子空腔，具体地，加强结构包括分布在第三空腔341内的多个加强筋342，多个加强筋342呈倾斜设置支撑在第三空腔341的两侧壁之间，在增加结构强度的同时，倾斜的多个加强筋342隔断形成的多个子空腔也便于碰撞溃缩，对缓冲吸能有一定的作用。
[0054]
参照图1和图3，为了进一步地降低电池框300的重量，边梁上部340在碰撞中的受力比边梁下部350小，因此边梁上部340的第三空腔341的壁厚小于边梁下部350的第一空腔351的侧壁厚度，为了便于缓冲变形，边梁上部340的第三空腔341的加强筋342也做了倾斜设计，在本实施例中，第三空腔341内设置两个倾斜设置的加强筋342，加强筋342与第三空腔341的侧壁的横截面呈梯形结构，如此在保证碰撞效果的情况下，把侧边梁320结构料厚尽可能地做到了最低，实现轻量化设计要求。
[0055]
进一步地，为了保证与门槛梁100的固定稳定，同时保证碰撞时碰撞力的传递，固定部370与边梁下部350的连接处呈倾斜过渡，方便固定与门槛梁100的连接，同时固定部370与边梁下部350连接处的壁厚大于其他位置的壁厚，增强了边梁下部350与固定部370的连接强度。
[0056]
参照图1和图3，具体地，门槛梁100与固定部370之间通过紧固件800连接，在本实施例中，紧固件800为螺栓，为了避免螺栓凸出固定部370，固定部370朝z向凹陷形成沉槽371，z向为底板310的垂直方向，也即车辆的z向，螺栓从下往上穿过将固定部370与门槛梁100相连接，固定之后，螺栓头位于沉槽371内，避免凸出固定部370的底面。
[0057]
具体地，为了结构的稳定，侧边梁320为一体挤出成型。即边梁部330、固定部370和连接部360为一体设置，为了降低重量，保证轻量化，侧边梁320可采用铝合金一体挤出形成。
[0058]
使用时，将电芯模块400从电池框300的开口放入电池框300内并安装固定，将聚氨酯布置在电芯模块400和电池框300的侧梁之间，将电池上盖700盖合于电池框300的开口处并固定，将组合完毕的动力电池200整体安装至车辆的底板下方，通过电池框300两侧的侧边梁320的固定部370与门槛梁100相连接固定，打上螺栓进行锁紧，将防剐护板600固定在边梁下部350的安装位352，打上螺栓进行锁紧，防剐护板600也可以先装于电池框300上。门槛梁100的螺栓和防剐护板600的螺栓均不会外凸，保证美观性。
[0059]
参照图4和图5，在车辆发生侧面碰撞时，碰撞力先碰到门槛梁100，碰撞过程中门槛梁100的多个空腔会产生溃缩变形，吸收一部分能量。剩余的能量一部分通过在车身地板的横向的座椅横梁传递到车身其他区域。剩余的能量另一部分通过固定部370传递至边梁部330，边梁部330在防剐护板600的安装位352处诱导弯曲，该处变形以后边梁部330会斜向
上的挤压变形，增加了边梁部330与聚氨酯材料的受力面积，降低对冷却组件420和电芯组410的冲击，同时多余的能量通过电池框300的连接部360传递到电池框300的底板310，经由底板310再传递到电池框300另一侧的侧边梁320、再传递到车身结构。
[0060]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。