КОЖУХ ДЛЯ АККУМУЛЯТОРА (ВАРИАНТЫ)
BATTERY HOUSING (EMBODIMENTS)

Область техники, к которой относится изобретение
Данное раскрытие относится к защитным конструкциям для кожухов аккумуляторов для аккумуляторов электрических транспортных средств.
Уровень техники
Электрические транспортные средства используют аккумуляторы, которые заключены в кожухе или корпусе, который собран на кузове транспортного средства. Аккумулятор может быть собран на кузове транспортного средства в месте, которое разнесено от передней, задней и боковых сторон транспортного средства. Например, аккумулятор может быть собран ниже пассажирского салона, в багажнике, перед пассажирским салоном или в продольно продолжающемся туннеле.
Аккумулятор должен быть защищен от повреждения при столкновении. Кожух аккумулятора может быть плотно скомпонован блоками литий-ионного аккумулятора или другими типами элементов аккумулятора. Деформация кожуха аккумулятора должна быть исключена для предотвращения внедрения кожуха в область, вмещающую элементы аккумулятора. Внедрения в кожух аккумулятора могут разрушать элементы аккумулятора и разливать содержимое элементов аккумулятора.
Когда кожух аккумулятора собран в центральном месте в транспортном средстве, например, под пассажирским салоном, доступно ограниченное пространство для смятия между боковой стороной кузова транспортного средства и кожухом аккумулятора. Большее пространство для смятия доступно между кожухом аккумулятора и передним или задним концами транспортного средства. В любой ситуации имеется давно испытываемая и неудовлетворенная потребность в эффективной и действенной легковесной конструкции для поглощения энергии от столкновения, которая снижает деформацию кожуха аккумулятора. Конструкция должна соответствовать требованиям ограниченного пространства для компоновки при обеспечении дополнительной жесткости узлу кожуха аккумулятора, включающему в себя ударопоглощающую конструкцию.
Некоторые способы защиты кожуха аккумулятора предлагают добавление балок и поперечных элементов на кожух аккумулятора или продолжающихся за пределы кожуха аккумулятора. Эти способы добавляют вес транспортному средству и требуют дополнительного пространства для компоновки балок и поперечных элементов. Следует избегать дополнительного веса, так как дополнительный вес неблагоприятно влияет на расход топлива. Увеличение требований к пространству для компоновки неблагоприятно влияет на свободу выбора проектных решений транспортного средства.
Вышеуказанные проблемы и другие проблемы решаются посредством данного раскрытия, как обобщено ниже.
Сущность изобретения
Согласно одному аспекту этого раскрытия раскрыт кожух для аккумулятора, который включает в себя множество стенок кожуха из алюминиевого сплава, расположенных вокруг аккумулятора, и множество гофрированных ударопоглощающих элементов, изготовленных из полимера, армированного углеродным волокном (CFRP), прикрепленных к стенкам кожуха. Ударопоглощающие элементы имеют по меньшей мере один гребень и множество борозд, которые образуют множество трапециевидных пространств между ударопоглощающими элементами и стенками кожуха.
Согласно другим аспектам каждый из ударопоглощающих элементов может включать в себя по меньшей мере один гребень, который расположен параллельно стенке кожуха. Первая наклонная поверхность и вторая наклонная поверхность продолжаются от гребня к бороздам на противоположных сторонах гребня и по направлению к стенке кожуха под углом. Кожух может дополнительно содержать крепежный фланец, обеспеченный на первой стороне и второй стороне ударопоглощающих элементов, которые продолжаются параллельно стенкам кожуха. Крепежный фланец на первой стороне соединен с одной из первых наклонных поверхностей, а крепежный фланец на второй стороне соединен с одной из вторых наклонных поверхностей.
Кожух может дополнительно содержать множество T-образных направляющих, прикрепленных к стенкам кожуха, которые образуют приемники для ударопоглощающих элементов между двумя T-образными направляющими. T-образные направляющие продолжаются параллельно друг другу так, что каждый из крепежных фланцев ударопоглощающих элементов расположен между одной из T-образных направляющих и одной из стенок кожуха. Ударопоглощающие элементы поглощают удар, прикладываемый к кожуху, путем сжатия в трапециевидные пространства и по направлению к стенке кожуха.
Согласно другому аспекту этого раскрытия раскрыт кожух для аккумулятора, который содержит множество плоских алюминиевых стенок кожуха, расположенных вокруг аккумулятора, и множество плоских ударопоглощающих элементов, прикрепленных в ориентации торец к торцу, чтобы по существу закрывать стенки кожуха.
Кожух может дополнительно содержать множество T-образных направляющих, прикрепленных к стенкам кожуха, которые образуют приемники для ударопоглощающих элементов между двумя T-образными направляющими, которые продолжаются параллельно друг другу. Плоские ударопоглощающие элементы включают в себя первый крепежный фланец и второй крепежный фланец, которые расположены между одной из T-образных направляющих и одной из стенок кожуха. Плоские ударопоглощающие элементы могут быть прикреплены адгезивом к стенкам кожуха.
Согласно другому аспекту этого раскрытия раскрыт способ обеспечения ударопоглощающего кожуха аккумулятора для аккумулятора транспортного средства, имеющего тяговый электродвигатель, питаемый от аккумулятора. Способ содержит этапы, на которых: обеспечивают множество боковых сторон и верхнюю сторону и нижнюю сторону; собирают все из этих сторон вместе вокруг аккумулятора; и собирают множество ударопоглощающих элементов из полимера, армированного углеродным волокном, на сторонах для образования ударопоглощающего узла, который заключает кожух аккумулятора.
Согласно другим аспектам этого раскрытия, когда оно относится к способу, ударопоглощающие элементы из полимера, армированного углеродным волокном, могут быть гофрированы и иметь по меньшей мере один гребень и множество борозд, которые образуют множество трапециевидных пространств между ударопоглощающими элементами и сторонами кожуха. Каждый из ударопоглощающих элементов из полимера, армированного углеродным волокном, может включать в себя по меньшей мере один гребень, который расположен параллельно стороне кожуха, и первую наклонную поверхность и вторую наклонную поверхность, каждая из которых продолжается от по меньшей мере одного гребня к бороздам на противоположных сторонах по меньшей мере одного гребня. Наклонные поверхности продолжаются по направлению к стороне кожуха под углом, чтобы образовывать трапециевидное пространство со стороной, к которой ударопоглощающий элемент крепится. Ударопоглощающие элементы из полимера, армированного углеродным волокном, поглощают удар, прикладываемый к кожуху, путем сжатия в трапециевидные пространства и по направлению к стороне кожуха.
Согласно другим аспектам способа способ может дополнительно содержать этапы, на которых обеспечивают крепежный фланец на первой стороне и второй стороне ударопоглощающих элементов из полимера, армированного углеродным волокном, которые продолжаются параллельно стороне кожуха, и соединяют крепежный фланец на первой стороне и на второй стороне с одной из сторон кожуха.
Способ может дополнительно содержать этап, на котором обеспечивают множество T-образных направляющих на стороне кожуха, которые образуют приемники для ударопоглощающих элементов из полимера, армированного углеродным волокном, между двумя T-образными направляющими, которые продолжаются параллельно друг другу. Каждый из крепежных фланцев ударопоглощающих элементов из полимера, армированного углеродным волокном, может быть вставлен между одной из T-образных направляющих и одной из сторон кожуха.
Вышеуказанные аспекты этого раскрытия и другие аспекты описаны ниже со ссылкой на приложенные чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематический вид снизу транспортного средства, иллюстрирующий кожух аккумулятора, расположенный на раме транспортного средства под пассажирским салоном.
Фиг.2 представляет собой вид в перспективе первого варианта выполнения кожуха аккумулятора, включающего в себя гофрированные ударопоглощающие материалы из полимера, армированного углеродным волокном, (CFRP), обеспеченные на боковых сторонах и верхней стороне кожуха.
Фиг.3 представляет собой частично увеличенный вид в перспективе участка кожуха аккумулятора, проиллюстрированного на Фиг.2.
Фиг.4 представляет собой вид в частичном сечении участка кожуха аккумулятора, проиллюстрированного на Фиг.2.
Фиг.5 представляет собой вид в перспективе второго варианта выполнения кожуха аккумулятора, включающего в себя плоские ударопоглощающие элементы из полимера, армированного углеродным волокном, (CFRP), обеспеченные на боковых сторонах и верхней стороне кожуха.
Фиг.6 представляет собой частично увеличенный вид в перспективе участка кожуха аккумулятора, проиллюстрированного на Фиг.5.
Фиг.7 представляет собой вид в частичном сечении участка кожуха аккумулятора, проиллюстрированного на Фиг.5.
Фиг.8 представляет собой график деформации корпуса аккумулятора, сравнивающий два различных варианта выполнения корпуса аккумулятора, имеющих ударопоглощающие элементы, изготовленные согласно Фиг.2 и 5, соответственно.
Подробное описание
Проиллюстрированные варианты выполнения раскрыты со ссылкой на чертежи. Однако должно быть понятно, что раскрытые варианты выполнения предназначены, чтобы быть просто примерами, которые могут быть выполнены в различных и альтернативных формах. Фигуры не обязательно выполнены в масштабе, и определенные признаки могут быть преувеличены или минимизированы, чтобы показывать детали конкретных компонентов. Конкретные раскрытые конструктивные и функциональные детали не должны интерпретироваться как ограничивающие, а всего лишь как представляющие основу для изучения специалистом в области техники того, как применять раскрытые замыслы.
На Фиг.1 схематично проиллюстрировано транспортное средство 10 с аккумулятором 12 для тягового электродвигателя, питаемого от аккумулятора. Транспортное средство 10 включает в себя кузов 14, который поддерживается на раме 16. Тяговый электродвигатель 18 также собран на раме 16. Тяговый электродвигатель 18 представляет собой тяговый электродвигатель, питаемый от аккумулятора, который питается от аккумулятора 12 для приведения в движение колес 20. Кузов 14 включает в себя боковую сторону 22 кузова, передний бампер 24 и задний бампер 26. Аккумулятор 12 показан расположенным по центру под пассажирским салоном транспортного средства 10. Следует отметить, что имеется по существу большее количество пространства между аккумулятором и передним и задним бамперами 24 и 26 по сравнению с относительно более близким расстоянием от боковой стороны 22 кузова до аккумулятора 12. Столкновения с боковым ударом, которые приводят к смещению боковой стороны 22 кузова по направлению к аккумулятору 12, представляют большую проблему при выполнении ударопоглощающих элементов для аккумулятора 12 из-за уменьшенной величины пространства для смятия, доступного между боковой стороной 22 кузова и аккумулятором 12.
На Фиг.2-4 показан первый вариант выполнения кожуха аккумулятора, обозначенного в целом ссылочной позицией 28, включающий в себя нижнюю стенку 30 (показанную на Фиг.1) и верхнюю стенку 32. Передняя стенка 36 обращена к переднему бамперу 24 (показанному на Фиг.1), а задняя стенка 38 обращена к заднему бамперу 26 (показанному на Фиг.1). Кожух 28 аккумулятора включает в себя правую боковую стенку 40 и левую боковую стенку 42. Боковые стенки соединены на углах 44.
Ударопоглощающие элементы, обозначенные в целом ссылочной позицией 46, представляют собой ребристые или гофрированные крепления 46 из полимера, армированного углеродным волокном, (CFRP) для кожуха 28 аккумулятора. Гофрированные крепления 46 из CFRP имеют чередующиеся борозды 48 и гребни 50. Борозды 48 представляют собой плоские области, которые являются смежными с одной из стенок кожуха (38 на Фиг.4). Гребни 48 представляют собой плоские области, которые разнесенные от одной из стенок кожуха. Гребни 50 и борозды 48 соединены наклонными поверхностями 52 и 54 на первой и второй сторонах каждого гребня 50. Гребни 50 и борозды 48 образуют трапециевидные пространства 55 между ударопоглощающими элементами и стенками кожуха.
Гофрированные крепления 46 из CFRP включают в себя армирующие волокна из углеродного волокна, которые ориентированы, чтобы продолжаться по существу в направлении, соответствующем длине гофрированных креплений 46 из CFRP. Углеродные волокна ориентированы, чтобы продолжаться параллельно гребням 50 и бороздам 48. Крепления из CFRP по существу закрывают (понимается, как по меньшей мере 90 % покрытие) стороны кожуха. Углеродные волокна заключены в полимерной смоле для образования гофрированных креплений 46 из CFRP. В одном примере гофрированное крепление из CFRP может иметь толщину 2,0 мм.
T-образные направляющие 56 либо собраны на стенках кожуха 28, либо сформованы за одно целое со стенками кожуха 28. T-образные направляющие 56 расположены так, чтобы быть параллельными следующим смежным T-образным направляющим 56. Борозды 48 могут быть частично приняты между стенкой кожуха и T-образными направляющими, как показано на Фиг.4, чтобы удерживать ударопоглощающие элементы 46 на кожухе 28. Участки борозд 48, которые принимаются T-образными направляющими, могут называться крепежными фланцами 58. В одном примере, который был испытан при моделировании, кожух и T-образные направляющие могут быть алюминиевым сплавом 1,0 мм толщиной, таким как AL6061-T6, и имели массу 27 кг.
На Фиг.5-7 показан второй вариант выполнения кожуха аккумулятора, обозначенного в целом ссылочной позицией 60, включающий в себя нижнюю стенку 30 (показанную на Фиг.1) и верхнюю стенку 62. Передняя стенка 66 обращена к переднему бамперу 24 (показанному на Фиг.1), а задняя стенка 68 обращена к заднему бамперу 26 (показанному на Фиг.1). Кожух 60 аккумулятора включает в себя правую боковую стенку 70 и левую боковую стенку 72. Боковые стенки соединены на углах 74.
Ударопоглощающие элементы, обозначенные в целом ссылочной позицией 76, представляют собой плоские крепления 76 из полимера, армированного углеродным волокном, (CFRP) для кожуха 60 аккумулятора. Крепления 76 из CFRP включают в себя армирующие волокна из углеродного волокна, которые ориентированы, чтобы продолжаться по существу в направлении соответствующей длины гофрированных креплений 76 из CRFP. Углеродные волокна заключены в полимерной смоле для образования гофрированных креплений 76 из CRFP. В одном примере гофрированные крепления 46 из CFRP могут иметь толщину 2,0 мм. Крепления 46 из CFRP по существу закрывают (понимается, как 90% покрытие) стороны кожуха.
T-образные направляющие 78 либо собраны на стенках кожуха 60, либо сформованы за одно целое со стенками кожуха 60. T-образные направляющие 78 расположены так, чтобы быть параллельными следующим смежным T-образным направляющим 78. В одном примере кожух и T-образные направляющие могут быть алюминиевым сплавом 1,0 мм толщиной, таким как AL6061-T6, и имели массу 27 кг при испытании.
Ударопоглощающие элементы 76 могут быть частично приняты между стенкой кожуха и T-образными направляющими, как показано на Фиг.7, чтобы удерживать ударопоглощающие элементы 46 на кожухе 28. В одном примере кожух и T-образные направляющие могут быть 1,0 мм толщиной и могут быть образованы из алюминиевого сплава. Альтернативно, плоские ударопоглощающие элементы могут быть прикреплены адгезивом к стенкам кожуха.
На Фиг.8 график иллюстрирует деформацию корпуса аккумулятора в миллиметрах с течением времени. Результаты смоделированного испытания для основного стального кожуха аккумулятора, изготовленного из 1,5 мм стали HSLA 450, имеющей массу 52 кг при испытании, сравнивались с каждым из двух вариантов выполнения, описанных выше. Результаты испытания для варианта выполнения кожуха 28 аккумулятора, проиллюстрированного на Фиг.2-4, с гофрированным CFRP показывают, что деформация корпуса аккумулятора привела к максимальной смоделированной деформации аккумулятора чуть менее 75 мм в течение периода 15 мс. Результаты смоделированного испытания для варианта выполнения, проиллюстрированного на Фиг.5-7, кожуха 60 аккумулятора привели к максимальной деформации приблизительно 85 мм в течение периода около 15 мс. Оба кожуха 28 или 60 аккумулятора привели к значительному уменьшению деформации корпуса аккумулятора по сравнению с основным стальным кожухом аккумулятора без ударопоглощающих элементов 46 (или 76), который предполагает около 440 мм смятия в течение периода 80 миллисекунд.
Варианты выполнения, описанные выше, представляют собой конкретные примеры, которые не описывают все возможные формы раскрытия. Признаки проиллюстрированных вариантов выполнения могут быть объединены для образования дополнительных вариантов выполнения раскрытых замыслов. Формулировки, используемые в описании, являются формулировками описания, а не ограничения. Объем охраны следующей далее формулы изобретения шире, чем в конкретно раскрытых вариантах выполнения, а также включает в себя преобразования проиллюстрированных вариантов выполнения.