CN110001387A - 用于混合动力电动车辆的混合动力能量存储和输送装置 - Google Patents

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哈里·克里希南·阿丹克
帕特里克·丹尼尔·马圭尔
基思·科尔尼
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Abstract

本公开提供了“用于混合动力电动车辆的混合动力能量存储和输送装置”。一种混合动力能量存储和输送装置包括塑料外壳，所述塑料外壳建立第一密封室和第二密封室。所述第一密封室被配置为用于存储液体燃料的燃料箱，并且所述第二密封室被配置为用于存储电能的电池组。因此，所述燃料箱和所述电池组可以一起集成在单个外壳内，以便提高车辆包装效率。

Description

用于混合动力电动车辆的混合动力能量存储和输送装置
技术领域
本公开涉及可以存储和输送液体燃料和电能两者的混合动力电动车辆能量存储装置。
背景技术
降低汽车燃料消耗和排放的愿望已有详细记载。因此，正在开发减少或完全消除对内燃发动机的依赖的车辆。目前正在为此目的开发电气化车辆。一般来说，电气化车辆与传统的机动车辆不同，因为它们由一个或多个电池供电的电机选择性地驱动。相比之下，传统的机动车辆完全依靠内燃发动机来推进车辆。
混合动力电动车辆为常见类型的电气化车辆。混合动力电动车辆包括由高压电池组供电的电动马达和由存储在燃料箱内的液体燃料提供动力的内燃发动机。电池组和燃料箱通常在混合动力电动车辆上彼此分开包装。分开包装这些部件使可用载货量减少，并且可能对乘客舒适性产生负面影响。
发明内容
一种根据本公开的示例性方面的混合动力能量存储和输送装置除其他之外包括塑料外壳，该塑料外壳建立第一密封室和第二密封室。第一密封室被配置为用于存储液体燃料的燃料箱，并且第二密封室被配置为用于存储电能的电池组。
在前述混合动力能量存储和输送装置的另外的非限制性实施例中，第二密封室设置在第一密封室的至少一部分下方。
在任一前述混合动力能量存储和输送装置的另外的非限制性实施例中，第二密封室设置在第一密封室的至少一部分上方。
在任一前述混合动力能量存储和输送装置的另外的非限制性实施例中，第二密封室轴向地设置在第一密封室的第一段和第二段之间。
在任一前述混合动力能量存储和输送装置的另外的非限制性实施例中，交叉段(crossover section)连接在第一密封室的第一段和第二段之间。
在任一前述混合动力能量存储和输送装置的另外的非限制性实施例中，第一密封室和第二密封室共用塑料外壳的公共壁。
在任一前述混合动力能量存储和输送装置的另外的非限制性实施例中，第二密封室容纳电池阵列和电池电子部件。
在任一前述混合动力能量存储和输送装置的另外的非限制性实施例中，第一密封室的底壁是平坦的并且建立用于形成第二密封室的覆盖区(footprint)。
在任一前述混合动力能量存储和输送装置的另外的非限制性实施例中，混合动力电动车辆包括混合动力能量存储和输送装置。
在任一前述混合动力能量存储和输送装置的另外的非限制性实施例中，混合动力能量存储和输送装置悬挂于混合动力电动车辆的车身底部。
在任一前述混合动力能量存储和输送装置的另外的非限制性实施例中，混合动力能量存储和输送装置水平地安装在第一车架纵梁和第二车架纵梁之间并且垂直地安装在地板底盘和排气管之间。
一种根据本公开的另一示例性方面的方法除其他外包括将混合动力电动车辆的燃料箱和电池组一起包装在单个塑料外壳内。
在前述方法的另外的非限制性实施例中，单个塑料外壳包括用作燃料箱的第一密封室和用作电池组的第二密封室。
在任一前述方法中的另外的非限制性实施例中，该方法包括：将第一塑料件和第二塑料件焊接在一起以建立第一密封室；以及将第三塑料件焊接到第二塑料件以建立第二密封室。
在任一前述方法中的另外的非限制性实施例中，第一塑料件建立燃料箱的上表面，第二塑料件建立燃料箱的下表面和电池组的上表面，并且第三塑料件建立电池组的下表面。
在任一前述方法中的另外的非限制性实施例中，该方法包括：使用第一塑料件形成第一密封室；以及将第二塑料件焊接到第一塑料件以建立第二密封室。
在任一前述方法中的另外的非限制性实施例中，第一塑料件建立燃料箱的上表面、燃料箱的下表面和电池组的上表面，并且第二塑料件建立电池组的下表面。
在任一前述方法中的另外的非限制性实施例中，燃料箱至少部分地定位在电池组上方。
在任一前述方法中的另外的非限制性实施例中，燃料箱至少部分地定位在电池组下方。
在任一前述方法中的另外的非限制性实施例中，燃料箱定位在电池组的每个外侧面上。
可以独立地或任意组合地使用上述段落、权利要求或下列说明书和附图中的实施例、示例以及替代方案，包括它们任意的各方面或各自的独立特征。关于一个实施例所描述的特征可以应用于所有的实施例，除非这样的特征是不兼容的。
从以下具体实施方式中，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。随附于具体实施方式的附图可以如下简要地描述。
附图说明
图1示意性地示出了混合动力电动车辆的动力传动***。
图2示出了根据本公开的第一实施例的混合动力能量存储和输送装置。
图3示出了根据本公开的第二实施例的混合动力能量存储和输送装置。
图4示出了根据本公开的第三实施例的混合动力能量存储和输送装置。
图5示出了根据本公开的第四实施例的混合动力能量存储和输送装置。
图6是又一示例性混合动力能量存储和输送装置的底视图。
具体实施方式
本公开详述了可以在混合动力电动车辆内存储和输送液体燃料和电能两者的示例性混合动力能量存储和输送装置。示例性混合动力能量存储和输送装置包括塑料外壳，该塑料外壳建立第一密封室和第二密封室。第一密封室被配置为用于存储液体燃料的燃料箱，并且第二密封室被配置为用于存储电能的电池组。因此，燃料箱和电池组在单个塑料外壳内集成在一起，以便提高车辆包装效率。以下更详细地描述本公开的这些和其他特征。
图1示意性地示出了用于电气化车辆12的动力传动***10。在一个实施例中，电气化车辆12为混合动力电动车辆(HEV)。在另一实施例中，电气化车辆为插电式混合动力电动车辆(PHEV)。本公开的教导可以扩展到任何类型的电气化车辆，其使用两个或更多个能量源(例如，液体燃料、电池等)来为车辆推进提供动力。
在一个实施例中，动力传动***10为使用了第一驱动***和第二驱动***的功率分流动力传动***。第一驱动***包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动***至少包括马达22(即，第二电机)、发电机18以及混合动力能量存储和输送装置24。在该示例中，第二驱动***被认为是动力传动***10的电动驱动***。第一驱动***和第二驱动***各自能够产生扭矩以驱动电气化车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管图1中描绘了功率分流配置，但本公开扩展到任何混合动力或电动车辆，包括全混合动力***、并联混合动力***、串联混合动力***、轻度混合动力***或微混合动力***。
发动机14(其可以为内燃发动机)和发电机18可以通过诸如行星齿轮组的动力传递单元30来连接。当然，其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)可以用于将发动机14连接到发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传递单元30为包括环形齿轮32、中心齿轮34和齿轮架总成36的行星齿轮组。
发电机18可以通过动力传递单元30而由发动机14驱动以使动能转化为电能。替代地，发电机18可以起马达的作用以使电能转化为动能，由此向连接到动力传递单元30的轴38输出扭矩。由于发电机18可操作地连接到发动机14，因此发动机14的转速可以由发电机18控制。
动力传递单元30的环形齿轮32可以连接到轴40，该轴通过第二动力传递单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传递单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递单元也可以是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48，从而最终为车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括能够向车辆驱动轮28传递扭矩的多个齿轮。在一个非限制性实施例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地联接到车桥50，从而向车辆驱动轮28分配扭矩。
也可以使用马达22来通过向轴52输出扭矩而驱动车辆驱动轮28，该轴也连接到第二动力传递单元44。在一个实施例中，马达22和发电机18配合作为再生制动***的一部分，在该***中，马达22和发电机18两者都可以作为马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自向混合动力能量存储和输送装置24输出电力。
混合动力能量存储和输送装置24存储用于为电气化车辆12提供动力的至少两个不同的能量源。在一个实施例中，混合动力能量存储和输送装置24存储用于为发动机14提供动力的液体燃料(例如，汽油)和用于为马达22、发电机18和/或电气化车辆12的其他电负载提供动力的电能(例如，电池电力)。
在一个实施例中，电气化车辆12具有两种基本的操作模式。电气化车辆12可以在使用马达22(通常没有来自发动机14的辅助)推进车辆的电动车辆(EV)模式下操作，由此消耗混合动力能量存储和输送装置24的存储电能至其在特定行驶模式/周期的最大可容许放电率。EV模式为电气化车辆12的电荷消耗操作模式的示例。在EV模式期间，混合动力能量存储和输送装置24的存储电能在一些情况下可以增加，例如由于一段时间的再生制动。发动机14在默认EV模式下通常是关闭的，但可以在必要时基于车辆***状态或如驾驶员容许而进行操作。
电气化车辆12可以另外以混合动力(HEV)模式操作，在HEV模式中发动机14和马达22两者都被用于实现车辆推进。HEV模式为电气化车辆12的电荷维持操作模式的示例。在HEV模式期间，为了将混合动力能量存储和输送装置24的存储电能的量保持为恒定或近似恒定的水平，电气化车辆12可以通过增加发动机14的推进来降低马达22的推进使用。在本公开的范围内，电气化车辆12可以以除了EV模式和HEV模式以外的其他操作模式操作。
图2示出了可由电气化车辆12使用的示例性混合动力能量存储和输送装置24。混合动力能量存储和输送装置24使用任何传统的安装技术来安装到电气化车辆12的车身底部54。一旦安装，混合动力能量存储和输送装置24就悬挂于车身底部54并定位在电气化车辆12的乘客舱的外部。
混合动力能量存储和输送装置24可以安装在通常为电气化车辆12的燃料箱而保留的空间中。在一个实施例中，混合动力能量存储和输送装置24水平地设置在车身底部54的第一车架纵梁56和第二车架纵梁58之间。第一车架纵梁56和第二车架纵梁58纵向地延伸(即，进入图2中的页面)以建立车身底部54的长度。混合动力能量存储和输送装置24也可以垂直地设置在车身底部54的地板底盘60和排气管道62之间。排气管道62可以为电气化车辆12的排气***的一部分。在另一实施例中，混合动力能量存储和输送装置24安装在电气化车辆12的后座椅64(示意性地示出)下方。也可以设想其他安装位置，并且应该理解，混合动力能量存储和输送装置24的所示安装位置不旨在限制本公开。
混合动力能量存储和输送装置24包括容纳多个能量源的塑料外壳66。塑料外壳66可以由各种聚合物材料构造成。在第一实施例中，塑料外壳66由高密度聚乙烯(HDPE)制成。在第二实施例中，塑料外壳66由聚丙烯制成。在第三实施例中，塑料外壳66由聚酰胺制成。在又一实施例中，塑料外壳66由填充有增强物(诸如像，连续或不连续的玻璃纤维或碳纤维)的塑料材料制成。
混合动力能量存储和输送装置24可以包括第一密封室68和与第一密封室68流体地隔离的第二密封室70。在该实施例中，第一密封室68存储液体燃料72且因此用作混合动力能量存储和输送装置24的燃料箱，并且第二密封室70存储电能且因此用作混合动力能量存储和输送装置24的电池组。也就是说，混合动力能量存储和输送装置24将燃料箱和电池组一起集成在单个塑料外壳单元内。
尽管未在图2的示意图中示出，但第一密封室68还可以容纳燃料传送单元以及用于液体燃料72的燃料液位感测和输送的所有其他必要部件。
多个电池部件可以容纳在第二密封室70内。例如，第二密封室70可以容纳一个或多个电池阵列74(例如，电池单元组，包括任何阵列结构诸如阵列框架、间隔件、导轨、壁、板、粘合物、热交换器板等)和一个或多个电池电子部件76(例如，电池电控模块(BECM)、总线电气中心(BEC)、伺服断开开关等)。
在一个实施例中，塑料外壳66为通过将第一塑料件78、第二塑料件80和第三塑料件82焊接或以其他方式粘合在一起(即，三件式设计)而形成的单一整体式结构。例如，第一塑料件78和第二塑料件80可以通过第一焊缝84连接在一起，并且第三塑料件82可以通过第二焊缝86连接到第二塑料件80。
一旦粘合，第一塑料件78和第二塑料件80就建立第一密封室68，并且第二塑料件80和第三塑料件82建立第二密封室70。更具体地，在该实施例中，第一塑料件78建立燃料箱上表面，第二塑料件80建立燃料箱下表面和电池组上表面，并且第三塑料件82建立电池组下表面。值得注意的是，第二塑料件80的部分88(为清楚起见用阴影线绘出)用作混合动力能量存储和输送装置24的燃料箱和电池组部分之间的共用壁。因此，在混合动力能量存储和输送装置24的燃料箱和电池组部分之间未设置间隙、机械紧固装置或单独的壁。也就是说，第一密封室68和第二密封室70共用公共壁以提高包装效率。
在图3所示的替代实施例中，塑料外壳66为通过将第一塑料件79和第二塑料件81焊接或以其他方式粘合在一起(即，两件式设计)而形成的单一整体式结构。第一塑料件79和第二塑料件81可以通过单个焊缝83连接在一起。
一旦粘合，第一塑料件79就建立第一密封室68，并且第一塑料件79和第二塑料件81两者建立第二密封室70。更具体地，在该实施例中，第一塑料件79建立燃料箱上表面、燃料箱下表面和电池组上表面中的每一个，并且第二塑料件81建立电池组下表面。值得注意的是，第一塑料件79的部分89(为清楚起见用阴影线绘出)用作混合动力能量存储和输送装置24的燃料箱和电池组部分之间的共用壁。因此，在混合动力能量存储和输送装置24的燃料箱和电池组部分之间未设置间隙、机械紧固装置或单独的壁。
在图2和图3中，混合动力能量存储和输送装置24的电池组部分(即，第二密封室70)安装在燃料箱部分(即，第一密封室68)的至少一部分下方。然而，在本公开的范围内另外设想其他的配置。例如，参考图4，塑料外壳66的第二密封室70可以定位在第一密封室68的至少一部分上方，使得电池组部分至少部分地位于混合动力能量存储和输送装置24的燃料箱部分上方。在该实施例中，燃料箱上表面的部分90(为清楚起见用阴影线绘出)用作第二密封室70和第一密封室68之间的共用壁。将混合动力能量存储和输送装置24的燃料箱的部分定位在电池组下方使得将燃料箱定位得更靠近排气管道62。液体燃料72具有相对大的热容量，且因此使容纳在第二密封室70中的电池部件与由排气***产生的任何辐射热量有效地绝缘。
在又一实施例中，如图5所示，塑料外壳66的第二密封室70轴向地定位在第一密封室68的第一段S1和第二段S2之间，使得燃料箱部分设置在混合动力能量存储和输送装置24的电池组部分的任一外侧面上。第一密封室68的第三段S3可以连接在第一段S1和第二段S2之间。因此，第三段S3用作允许液体燃料72在第一段S1和第二段S2之间移位的交叉部分。该特定实施例允许柔性塑料外壳66和容纳在第一密封室68内的可移位液体燃料72屈服于任何侧面碰撞变形结构，而不会对容纳在第二密封室70内的电池部件施加任何集中负载。
图6示出了用于在单个塑料外壳166内存储多个能量源的另一示例性混合动力能量存储和输送装置124。塑料外壳166可以建立第一密封室168和与第一密封室168流体地隔离的第二密封室170。在该实施例中，第一密封室168存储液体燃料且因此用作混合动力能量存储和输送装置124的燃料箱，并且第二密封室170存储电能且因此用作混合动力能量存储和输送装置124的电池组。
在一个实施例中，塑料外壳166的第一密封室168的底壁94为基本平坦的表面。底壁94提供用于适应不同尺寸的电池组部分的安装表面。例如，与PHEV相比，可能需要不同尺寸的电池组部分以适应HEV需要的不同电能存储要求。在一个实施例中，可以将附加的塑料件96A焊接或以其他方式粘合到底壁94以建立第一尺寸的第二密封室170A，并且可以将附加的塑料件96B焊接或以其他方式粘合到底壁94以建立第二尺寸的第二密封室170B。因此，底壁94提供了建立混合动力能量存储和输送装置124的不同尺寸的电池部分的必要覆盖区。
本公开的混合动力能量存储和输送装置通过将燃料箱和电池一起集成在单个外壳内来提高混合动力电动车辆内的包装效率。通过消除混合动力装置的电池和燃料箱部分之间的间隙来提高包装效率。所提出的设计还降低了重量、成本以及成品零部件复杂性。另外，由于所提出的混合动力能量存储和输送装置可以包装在通常为燃料箱指定的区域中，因此乘员舒适性和载货量不会受到负面影响。
尽管不同的非限制性实施例被示出为具有特定部件或步骤，但本公开的实施例并不限于那些特定的组合。将来自非限制性实施例中的任一个的部件或特征中的一些与来自其他非限制性实施例中的任一个的特征或组件结合使用是可能的。
应理解，贯穿若干附图，相同附图标记标识对应或相似的元件。应理解，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其他布置也可以受益于本公开的教导。
以上描述应被解释为说明性的而不是以任何限制意义解释。本领域普通技术人员可以理解，在本公开的范围内可以出现一些变化。出于这些原因，应研究以下权利要求书以确定本公开的真正范围和内容。
根据本发明，提供了一种混合动力能量存储和输送装置，其包括：塑料外壳，其建立第一密封室和第二密封室；第一密封室被配置为用于存储液体燃料的燃料箱；并且第二密封室被配置为用于存储电能的电池组。
根据一个实施例，第二密封室设置在第一密封室的至少一部分下方。
根据一个实施例，第二密封室设置在第一密封室的至少一部分上方。
根据一个实施例，第二密封室轴向地设置在第一密封室的第一段和第二段之间。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于交叉段，其连接在第一密封室的第一段和第二段之间。
根据一个实施例，第一密封室和第二密封室共用塑料外壳的公共壁。
根据一个实施例，第二密封室容纳电池阵列和电池电子部件。
根据一个实施例，第一密封室的底壁是平坦的并且建立用于形成第二密封室的覆盖区。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于一种混合动力电动车辆，其包括混合动力能量存储和输送装置。
根据一个实施例，混合动力能量存储和输送装置悬挂于混合动力电动车辆的车身底部。
根据一个实施例，混合动力能量存储和输送装置水平地安装在第一车架纵梁和第二车架纵梁之间并且垂直地安装在地板底盘和排气管之间。
根据本发明，一种方法包括将混合动力电动车辆的燃料箱和电池组一起包装在单个塑料外壳内。
根据一个实施例，单个塑料外壳包括用作燃料箱的第一密封室和用作电池组的第二密封室。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于：将第一塑料件和第二塑料件焊接在一起以建立第一密封室；以及将第三塑料件焊接到第二塑料件以建立第二密封室。
根据一个实施例，第一塑料件建立燃料箱的上表面，第二塑料件建立燃料箱的下表面和电池组的上表面，并且第三塑料件建立电池组的下表面。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于：使用第一塑料件形成第一密封室；以及将第二塑料件焊接到第一塑料件以建立第二密封室。
根据一个实施例，第一塑料件建立燃料箱的上表面、燃料箱的下表面和电池组的上表面，并且第二塑料件建立电池组的下表面。
根据一个实施例，燃料箱至少部分地定位在电池组上方。
根据一个实施例，燃料箱至少部分地定位在电池组下方。
根据一个实施例，燃料箱定位在电池组的每个外侧面上。

Claims (15)

1.一种混合动力能量存储和输送装置，其包括：
塑料外壳，所述塑料外壳建立第一密封室和第二密封室；其中
所述第一密封室被配置为用于存储液体燃料的燃料箱；并且
所述第二密封室被配置为用于存储电能的电池组。
2.如权利要求1所述的混合动力能量存储和输送装置，其中所述第二密封室设置在所述第一密封室的至少一部分的上方或下方。
3.如权利要求1所述的混合动力能量存储和输送装置，其中所述第二密封室轴向地设置在所述第一密封室的第一段和第二段之间，并且可选地包括交叉段，所述交叉段连接在所述第一密封室的所述第一段和所述第二段之间。
4.如任一前述权利要求所述的混合动力能量存储和输送装置，其中所述第一密封室和所述第二密封室共用所述塑料外壳的公共壁。
5.如权利要求1至3中任一项所述的混合动力能量存储和输送装置，其中所述第二密封室容纳电池阵列和电池电子部件。
6.如权利要求1至3中任一项所述的混合动力能量存储和输送装置，其中所述第一密封室的底壁是平坦的，并且建立用于形成所述第二密封室的覆盖区。
7.一种包括如权利要求1所述的混合动力能量存储和输送装置的混合动力电动车辆。
8.如权利要求7所述的混合动力电动车辆，其中所述混合动力能量存储和输送装置悬挂于所述混合动力电动车辆的车身底部。
9.如权利要求7所述的混合动力电动车辆，其中所述混合动力能量存储和输送装置水平地安装在第一车架纵梁和第二车架纵梁之间并且垂直地安装在地板底盘和排气管之间。
10.一种方法，其包括：
将混合动力电动车辆的燃料箱和电池组一起包装在单个塑料外壳内。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述单个塑料外壳包括用作所述燃料箱的第一密封室和用作所述电池组的第二密封室。
12.如权利要求11所述的方法，其包括：
将第一塑料件和第二塑料件焊接在一起以建立所述第一密封室；以及
将第三塑料件焊接到所述第二塑料件以建立所述第二密封室。
13.如利要求12所述的方法，其中所述第一塑料件建立所述燃料箱的上表面，所述第二塑料件建立所述燃料箱的下表面和所述电池组的上表面，并且所述第三塑料件建立所述电池组的下表面。
14.如权利要求11所述的方法，其包括：
使用第一塑料件形成所述第一密封室；以及
将第二塑料件焊接到第一塑料件上以建立所述第二密封室。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述第一塑料件建立所述燃料箱的上表面、所述燃料箱的下表面和所述电池组的上表面，并且所述第二塑料件建立所述电池组的下表面。
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