專利名稱：使用塑料復(fù)合材料的用于電動車的電池組殼體組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用塑料復(fù)合材料的用于電動車的電池組殼體組件。更特別地，本發(fā)明涉及一種用于電動車的電池組殼體組件，其由輕質(zhì)復(fù)合材料形成以降低重量，并且配置成具有通過復(fù)合成型形成的、帶有封閉橫截面區(qū)域的雙層結(jié)構(gòu)，以吸收沖擊能。
背景技術(shù)：
通常，電動車中使用的電池組殼體組件典型地包括電池組、電池管理系統(tǒng)、吹風(fēng)機(jī)、上部罩、下部殼體、結(jié)構(gòu)加強(qiáng)部件等，并且被安裝到車體的底部(參考圖1)。上部罩不要求大載荷并且因此可以使用典型塑料復(fù)合成型工藝來形成。下部殼體和結(jié)構(gòu)加強(qiáng)部件使用加壓成型由鋼形成以承受電池載荷，或者由嵌入有鋼加強(qiáng)部件的塑料復(fù)合材料形成。典型地，用于電池組殼體組件的下部殼體和結(jié)構(gòu)加強(qiáng)部件的鋼具有大約0. 7至 2. 5mm的厚度以確保剛度和耐久性，從而增大了電池組殼體組件的總重量。同時，考慮到冷卻效率而將多個電池組布置在電池組殼體中。電池組通過螺栓連接或者通過安裝在特別設(shè)計的支架上，而被安裝在焊接在下部殼體上的鋼安裝托架上，然后相應(yīng)地安裝在分隔壁之間。電池組殼體組件典型地安裝在車輛地板上，并且因此需要抗碎性、不透水性和耐蝕性。因此，分立的下部罩典型地安裝在電池組殼體組件上以獲得抗碎性。將電池組殼體組件安裝在車輛地板底部的這種安裝結(jié)構(gòu)的實(shí)例包括EP 1950070、 EP 1939028、EP 1939027、EP 1939025、US 2009/0236162、US 7，610，978、JP 2009-137408 等，它們使用嵌入有鋼架的塑料復(fù)合材料或者由鋼形成的橫梁來增強(qiáng)剛度，并且被安裝在車輛橫梁和側(cè)梁上。然而，常規(guī)電池組殼體組件的總重量非常重，這繼而增大了車輛的總重量，因此降低了車輛的燃料效率。本背景技術(shù)部分中公開的上述信息只是為了增強(qiáng)對本發(fā)明的背景的理解，并且因此可能包含不構(gòu)成在該國對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及使用塑料復(fù)合材料的用于電動車的電池組殼體組件，其包括由纖維強(qiáng)化塑料復(fù)合材料形成的下部殼體，來代替鋼或代替由鋼架和塑料復(fù)合材料構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)以降低車輛重量，并且配置成具有由纖維強(qiáng)化塑料復(fù)合材料形成的、帶有封閉橫截面區(qū)域的雙層結(jié)構(gòu)以吸收沖擊能，而不使用簡單的平板，從而提高結(jié)構(gòu)剛度和沖擊性能。此外，本發(fā)明提供了用于電動車的電池組殼體組件，其中結(jié)構(gòu)加強(qiáng)橫梁、結(jié)構(gòu)加強(qiáng)側(cè)梁、安裝托架等外圍部件與使用具有優(yōu)秀成型加工性的塑料材料的下部殼體一體地形成，從而降低車重和生產(chǎn)成本。在一個方面中，本發(fā)明提供了使用塑料復(fù)合材料的用于電動車的電池組殼體組件，該電池組殼體組件具有安裝在車體的底部的上部罩，下部殼體，以及收容并安裝在下部殼體中的電池組。另外，下部殼體具有通過將分別由纖維強(qiáng)化塑料復(fù)合材料構(gòu)成的上部板和下部板結(jié)合在一起而形成的、帶有封閉橫截面區(qū)域的雙層結(jié)構(gòu)，以吸收沖擊能，從而提高結(jié)構(gòu)剛度。在一個實(shí)施例中，封閉橫截面區(qū)域可以具有由上部板的突出部和下部板圍成的內(nèi)部空間。在另一實(shí)施例中，可以通過從振動焊接、超聲波焊接、熱板焊接、激光焊接、熱焊接和紅外線焊接所組成的一組焊接工藝中選出的焊接工藝或使用粘結(jié)劑來將上部板和下部板結(jié)合在一起。在另一實(shí)施例中，封閉橫截面區(qū)域可以具有選擇性地嵌入該封閉橫截面區(qū)域中的沖擊吸收部件以提高沖擊能吸收性能。在另一實(shí)施例中，沖擊吸收部件可以是從聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯 (PP)、聚氯乙烯(PVC)和聚乙稀(PE)所組成的一組材料中選出的泡沫。在另一實(shí)施例中，纖維強(qiáng)化塑料復(fù)合材料可以通過將原料樹脂和強(qiáng)化纖維混合來制備。在該實(shí)施例中，原料樹脂可以是從聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚對苯二甲酸丁二酯 (PBT)和聚對苯二甲酸乙二酯(PET)所組成的一組材料中選出的熱塑性樹脂，或者是從不飽和聚酯(UP)、環(huán)氧樹脂和聚氨酯(PU)所組成的一組材料中選出的熱固性樹脂，并且強(qiáng)化纖維可以是玻璃纖維、碳纖維、火山巖纖維和天然纖維中的任何一種。在另外的實(shí)施例中，上部板和下部板各自可以具有至少一個加強(qiáng)肋以提高剛度。在另一實(shí)施例中，下部殼體可以具有與該下部殼體一體地形成的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)橫梁、 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)側(cè)梁和/或安裝托架中的任何一種或其組合。在另一實(shí)施例中，上部板可以具有形成在該上部板的邊緣上的多個安裝孔，以將下部殼體安裝在車體的底部。在另一實(shí)施例中，下部殼體可以具有包括插入部的電池組安裝部，用于安裝電池組的預(yù)埋螺栓和埋植螺母一體地嵌入所述插入部中。應(yīng)該理解的是，本文中使用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或其它類似術(shù)語包括一般的機(jī)動車輛(諸如包括運(yùn)動型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛在內(nèi)的客車)、 包括各種艇和船在內(nèi)的水運(yùn)工具、飛行器等，并且包括混合動力車、電動車、插電式混合電動車、氫動力車以及其它代用燃料車(例如從除石油以外的資源中取得的燃料)。如本文中所述，混合動力車是具有兩個或更多個動力源的車輛，例如既有汽油動力又有電動力的車輛。
現(xiàn)在將參考通過附圖示出的本發(fā)明的某些示例性實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明的上述及其它特征，其中附圖將在下文中僅通過例證的方式給出，并且因此并非對本發(fā)明進(jìn)行限制，其中圖1是示出典型電池組殼體組件的示例性安裝位置的示意圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池組殼體組件的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的下部殼體的透視圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的下部殼體的俯視圖和側(cè)視圖；圖5是沿圖4的線A-A截取的橫截面視圖；圖6是沿圖4的線B-B截取的橫截面視圖；圖7是沿圖4的線C-C截取的橫截面視圖；并且圖8是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，一體地設(shè)置有用于安裝電池組的預(yù)埋螺栓和埋植螺母的下部殼體的上部板的部分橫截面視圖。附圖中陳列的附圖標(biāo)記包括對下面進(jìn)一步討論的以下元件的引用
S封閉橫截面區(qū)域110:上部罩
200下部殼體210:上部板
211加強(qiáng)肋212:安裝孔
213 & 216:突出部214:插入用突出部
215插入部217:電池組安裝部
218沖擊吸收部件300:電池組應(yīng)該理解的是，附圖不一定要依比例，而是呈現(xiàn)出說明本發(fā)明的基本原理的各種優(yōu)選特征的稍微簡化的表示。本文中公開的本發(fā)明的特定設(shè)計特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形狀，將部分地由期望的特定應(yīng)用和使用環(huán)境來確定。在附圖中，附圖標(biāo)記在附圖的幾幅圖中始終指代本發(fā)明的相同或等效部分。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將在下文中詳細(xì)參考本發(fā)明的各種實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出并在下面描述。雖然將結(jié)合示例性實(shí)施例來描述本發(fā)明，但應(yīng)理解的是，本說明并非旨在將本發(fā)明限于那些示例性實(shí)施例。相反，本發(fā)明旨在不僅涵蓋這些示例性實(shí)施例，而且涵蓋可包括在所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種替代形式、改型、等效形式和其它實(shí)施例。本發(fā)明提供了用于電動車的電池組殼體組件，其由纖維強(qiáng)化塑料復(fù)合材料形成以降低車輛的重量，并且配制成具有帶封閉橫截面區(qū)域的雙層結(jié)構(gòu)(或雙重結(jié)構(gòu))以吸收沖擊能，從而提高結(jié)構(gòu)剛度和沖擊性能。參考圖2，典型的電池組殼體組件包括安裝在車體的底部的上部罩100，下部殼體 200，以及收容并安裝在下部殼體200中的電池組300。在本發(fā)明中，電池組殼體組件的下部殼體200由纖維強(qiáng)化塑料復(fù)合材料通過注入成型或壓縮成型等成型工藝形成。下部殼體200的上部板210和下部板220的纖維強(qiáng)化塑料復(fù)合材料可以通過將原料樹脂和強(qiáng)化纖維混合來制備。原料樹脂可以是例如從聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)和聚對苯二甲酸乙二酯(PET)所組成的一組材料中選出的熱塑性樹月旨，或者是從不飽和聚酯(UP)、環(huán)氧樹脂和聚氨酯(PU)所組成的一組材料中選出的熱固性樹脂。強(qiáng)化纖維可以是例如玻璃纖維、碳纖維、火山巖纖維(volcanic fiber)和/或天然纖維或其組合。下部殼體200由具有帶封閉橫截面區(qū)域S的雙層結(jié)構(gòu)的纖維強(qiáng)化塑料復(fù)合材料構(gòu)成，并通過將上部板210和下部板200結(jié)合在一起而形成以吸收沖擊能，從而提高下部殼體 200的剛度。S卩，當(dāng)具有帶封閉橫截面區(qū)域S的雙層結(jié)構(gòu)的下部殼體200通過將纖維強(qiáng)化塑料復(fù)合材料所構(gòu)成的上部板210和下部板220結(jié)合在一起而形成時，對外部沖擊的沖擊能吸收性能得到了提高。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，封閉橫截面區(qū)域S可以形成在下部殼體200的四個邊緣和底部上。更具體地，封閉橫截面區(qū)域S形成在用于容納電池組300的電池組安裝部217 的四個邊緣上以及電池組安裝部217的底面上。為了形成封閉橫截面區(qū)域S，如圖6和7所示，從底面突出的突出部213沿著電池組安裝部217的邊緣形成在下部殼體200的上部板210上，并且從電池組安裝部217的底面突出的網(wǎng)格突出部216形成在下部殼體200的上部板210上。插入每個插入端口 221中的插入用突出部214形成在突出部213和216的底部。具有用于插入每個插入用突出部214的槽的插入端口 221形成在下部殼體200的下部板220上。因此，當(dāng)插入用突出部214插入插入端口 221中時，并且當(dāng)上部板210和下部板220通過(稍后描述的)焊接工藝相互固定地結(jié)合在一起時，形成具有由突出部213 和216以及下部板220圍成的內(nèi)部空間的封閉橫截面區(qū)域S。S卩，封閉橫截面區(qū)域S形成為具有由上部板210的突出部213和216以及下部板 220圍成的內(nèi)部空間的結(jié)構(gòu)。此外，如果必要，沖擊吸收部件218可以部分地或完全地嵌入封閉橫截面區(qū)域S中以提高下部殼體200的沖擊能吸收性能。另外，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，沖擊吸收部件218可以是可在碰撞過程中吸收沖擊能的，從聚氨酯(Pu)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和聚乙稀(PE)所組成的一組材料中選出的泡沫。此外，至少一個加強(qiáng)肋211可以部分地或完全地形成在上部板210和下部板220 上以提高剛度。加強(qiáng)肋211可以具有彎曲狀、格子狀、網(wǎng)狀、十字形狀、六邊形蜂窩狀等各種形狀，或者可以具有設(shè)置有對角地穿過網(wǎng)格加強(qiáng)部件的內(nèi)部的肋的結(jié)構(gòu)或其組合。結(jié)構(gòu)加強(qiáng)橫梁(cross member)、結(jié)構(gòu)加強(qiáng)側(cè)梁(side member)、電池安裝托架等外圍部件可以設(shè)置在下部殼體200周圍。下部殼體200的上部板210和下部板220可以通過復(fù)合成型工藝來形成從而利用塑料復(fù)合材料的成型加工性的益處，并且同時，這些外圍部件中的至少一個可以與下部殼體200 —體地形成。在外圍部件與下部殼體200 —體地形成的實(shí)施例中，可以消除緊固外圍部件和下部殼體200的需要，并且因此可以更進(jìn)一步降低重量和生產(chǎn)成本。此外，多個安裝孔212以規(guī)則間隔形成在下部殼體200的上部板210的邊緣上以便將下部殼體200安裝在車體的底部。此外，用于安裝電池組300的預(yù)埋螺栓(insert bolt) 11和埋植螺母(insert nut) 12 一體地形成在下部殼體200的電池組安裝部217上。S卩，預(yù)埋螺栓11和埋植螺母12 —體地嵌入到在預(yù)定位置從電池組安裝部217突出的插入部215中，并且因此可以消除電池安裝托架，從而進(jìn)一步降低重量和生產(chǎn)成本。由于本發(fā)明使用基于熱塑性樹脂的纖維強(qiáng)化塑料組合材料，所以可以通過用焊接工藝將上部板210和下部板220結(jié)合在一起來形成雙層結(jié)構(gòu)而不使用粘結(jié)劑。根據(jù)測試結(jié)果，熱焊接表面的界面強(qiáng)度高于用粘結(jié)劑結(jié)合在一起的表面的界面強(qiáng)度，并且焊接工藝可以最小化由于熱收縮和膨脹而引起的焊接表面的強(qiáng)度的降低。用于將下部殼體200的上部板210和下部板220結(jié)合在一起的焊接工藝可以包括振動焊接、超聲波焊接、紅外線焊接、熱板焊接、激光焊接或熱焊接或其組合。此外，下部殼體200的上部板210和下部板220可以用粘結(jié)劑結(jié)合在一起。在本發(fā)明中使用的注入成型或壓縮成型的情況下，可以通過模具設(shè)計來自由地實(shí)現(xiàn)三維肋圖案，因此可以在下部殼體200的預(yù)定位置形成至少一個具有期望的厚度、高度和外形的加強(qiáng)肋211。加強(qiáng)肋211的結(jié)構(gòu)可以提高下部殼體200的結(jié)構(gòu)剛度和沖擊性能。根據(jù)本發(fā)明的電池組殼體組件的下部殼體200，與常規(guī)裝置中使用的常規(guī)鋼板相比，可以將重量降低大約30%。另外，由于外圍部件與下部殼體200 —體地形成，所以可以提高生產(chǎn)率并降低生產(chǎn)成本。此外，通過使用塑料復(fù)合材料，可以從根本上解決腐蝕問題。此外，由于下部殼體 200具有能夠吸收沖擊能的、帶有封閉橫截面區(qū)域S的雙層結(jié)構(gòu)，所以即使當(dāng)下部殼體200 的下部板220被外部沖擊部分地?fù)p壞時，也可以獲得抗碎性和不透水性，并且因此不必要安裝分立的下部罩來保護(hù)下部殼體200。有利地，本發(fā)明的上述電池組殼體組件可以應(yīng)用于混合動力車以及電動車等使用電池的所有車輛。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，與常規(guī)電池組殼體組件相比，可以降低電池組殼體組件的重量。另外，還可以通過將外圍部件與下部殼體一體地形成來提高結(jié)構(gòu)剛度和沖擊性能，提高生產(chǎn)率并降低重量和生產(chǎn)成本。已經(jīng)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，可以在這些實(shí)施例中做出變更而不脫離本發(fā)明的原理和精神，其中本發(fā)明的范圍在所附權(quán)利要求及其等價形式中限定。
權(quán)利要求
1.一種使用塑料復(fù)合材料的用于電動車的電池組殼體組件，其包括安裝在車體的底部的上部罩，下部殼體，以及收容并安裝在所述下部殼體中的電池組，其中所述下部殼體具有通過將分別由纖維強(qiáng)化塑料復(fù)合材料構(gòu)成的上部板和下部板結(jié)合在一起而形成的、帶有封閉橫截面區(qū)域的雙層結(jié)構(gòu)，以吸收沖擊能，從而提高結(jié)構(gòu)剛度。
2.如權(quán)利要求1所述的電池組殼體組件，其中所述封閉橫截面區(qū)域具有由所述上部板的突出部和所述下部板圍成的內(nèi)部空間。
3.如權(quán)利要求1所述的電池組殼體組件，其中通過從振動焊接、超聲波焊接、熱板焊接、激光焊接、熱焊接和紅外線焊接所組成的一組焊接工藝中選出的焊接工藝或使用粘結(jié)劑來將所述上部板和所述下部板結(jié)合在一起。
4.如權(quán)利要求1所述的電池組殼體組件，其中所述封閉橫截面區(qū)域包括選擇性地嵌入所述封閉橫截面區(qū)域中的沖擊吸收部件以提高沖擊能吸收性能。
5.如權(quán)利要求4所述的電池組殼體組件，其中所述沖擊吸收部件包括從聚氨酯(PU)、 聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和聚乙稀(PE)所組成的一組材料中選出的泡沫。
6.如權(quán)利要求1所述的電池組殼體組件，其中所述纖維強(qiáng)化塑料復(fù)合材料通過將原料樹脂和強(qiáng)化纖維混合來制備，所述原料樹脂包括從聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)和聚對苯二甲酸乙二酯(PET)所組成的一組材料中選出的熱塑性樹脂，或者從不飽和聚酯(UP)、環(huán)氧樹脂和聚氨酯(PU)所組成的一組材料中選出的熱固性樹脂，并且所述強(qiáng)化纖維包括從玻璃纖維、碳纖維、火山巖纖維和天然纖維所組成的一組材料中選出的至少一種。
7.如權(quán)利要求1所述的電池組殼體組件，其中所述上部板和所述下部板各自包括至少一個加強(qiáng)肋以提高剛度。
8.如權(quán)利要求1所述的電池組殼體組件，其中所述下部殼體包括從以下部件所組成的一組部件中選出的至少一種與所述下部殼體一體地形成的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)橫梁、結(jié)構(gòu)加強(qiáng)側(cè)梁和安裝托架。
9.如權(quán)利要求1所述的電池組殼體組件，其中所述上部板包括形成在所述上部板的邊緣上的多個安裝孔，以將所述下部殼體安裝在車體的底部。
10.如權(quán)利要求1所述的電池組殼體組件，其中所述下部殼體具有包括插入部的電池組安裝部，用于安裝電池組的預(yù)埋螺栓和埋植螺母一體地嵌入所述插入部中。
全文摘要
本發(fā)明提供了使用塑料復(fù)合材料的用于電動車的電池組殼體組件，其由輕質(zhì)復(fù)合材料形成以降低重量，并且配置成具有通過復(fù)合成型形成的、帶有封閉橫截面區(qū)域的雙層結(jié)構(gòu)以吸收沖擊能。為此，本發(fā)明提供了使用塑料復(fù)合材料的用于電動車的電池組殼體組件，該電池組殼體組件具有安裝在車體的底部的上部罩，下部殼體，以及收容并安裝在下部殼體中的電池組，其中下部殼體具有通過將分別由纖維強(qiáng)化塑料復(fù)合材料構(gòu)成的上部板和下部板結(jié)合在一起而形成的、帶有封閉橫截面區(qū)域的雙層結(jié)構(gòu)，以吸收沖擊能，從而提高結(jié)構(gòu)剛度。
文檔編號H01M2/02GK102468454SQ201110065599
公開日2012年5月23日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者咸要瀚, 姜鉉旻, 崔致勛 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社