КОЖУХ ДЛЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УДАРОПОГЛОЩАЮЩЕГО КОЖУХА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ДЛЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ)
CASING FOR ACCUMULATOR BATTERY OF TRACTION ELECTRIC MOTOR FOR ELECTRIC VEHICLES AND METHOD FOR PROVIDING IMPACT ABSORBING CASING OF ACCUMULATOR BATTERY FOR ACCUMULATOR BATTERY OF VEHICLES (OPTIONS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к защитным конструкциям для кожухов аккумуляторной батареи для аккумуляторных батарей электрических транспортных средств.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Электрические транспортные средства используют аккумуляторные батареи, которые заключены в кожухе или корпусе, который установлен на кузов транспортного средства. Аккумуляторная батарея может быть установлена на кузов транспортного средства в месте, которое расположено на определенном расстоянии от передней части, задней части и боковых сторон транспортного средства. Например, аккумуляторная батарея может быть установлена под пассажирским отделением, в багажнике, в передней части пассажирского отделения или в продолжающемся продольно туннеле.
Аккумуляторная батарея должна быть защищена от повреждения при столкновении. Корпус аккумуляторной батареи может быть плотно упакован пакетами литий-ионных аккумуляторов или другими типами элементов аккумуляторной батареи. Деформация корпуса аккумуляторной батареи должна избегаться, чтобы предотвращать проникновение корпуса в зону, вмещающую элементы аккумуляторной батареи. Проникновения в корпус аккумуляторной батареи могут проламывать элементы аккумуляторной батареи и разливать содержимое элементов аккумуляторной батареи.
Когда корпус аккумуляторной батареи установлен в центральном расположении в транспортном средстве, например, под пассажирским отделением, ограниченное пространство для смятия имеется в распоряжении между бортом кузова транспортного средства и кожухом аккумуляторной батареи. Большее пространство для смятия имеется в распоряжении между кожухом аккумуляторной батареи и передней или задней частями транспортного средства. В любой ситуации, есть длительно ощутимая и неудовлетворенная потребность в эффективной и действенной легкой конструкции для поглощения энергии от столкновения, которая минимизирует деформацию кожуха аккумуляторной батареи. Конструкция должна иметь ограниченные потребности в компоновочном пространстве, тем временем, обеспечивая добавочную жесткость узлу кожуха аккумуляторной батареи, включающему ударопоглощающую конструкцию.
В некоторых подходах для защиты кожуха аккумуляторной батареи предложены дополнительные балки и поперечные элементы на кожухе аккумуляторной батареи, или продолжающиеся за пределами кожуха аккумуляторной батареи. Эти подходы увеличивают вес транспортного средства и требуют дополнительного пространства для компоновки балок и поперечных элементов. Дополнительный вес должен избегаться, так как дополнительный вес оказывает неблагоприятное влияние на экономию топлива. Увеличение потребностей в компоновочном пространстве оказывает неблагоприятное влияние на свободу проектирования транспортного средства.
Вышеприведенные проблемы и другие проблемы решаются изобретением как описано ниже.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному аспекту изобретения предложен кожух для аккумуляторной батареи тягового электродвигателя для электрического транспортного средства, содержащий множество внутренних стенок, прикрепленных друг к другу вокруг множества сторон аккумуляторной батареи, множество наружных стенок, и множество цилиндрических трубчатых ударопоглощающих элементов, которые включают множество внутренних усиливающих стенок, при этом ударопоглощающий элемент прикреплены к одной из внутренних стенок и одной из наружных стенок.
Ударопоглощающие элементы предпочтительно разнесены от смежных ударопоглощающих элементов с обеспечением промежутка, чтобы ударопоглощающий элемент сминались к внутренней стенке и смежным ударопоглощающим элементам при ударе.
Усиливающие стенки ударопоглощающих элементов предпочтительно контактируют с внутренней поверхностью цилиндрической стенки ударопоглощающих элементов в трех разнесенных местах и пересекаются в центральном месте внутри ударопоглощающих элементов.
Усиливающие стенки ударопоглощающих элементов предпочтительно контактируют с внутренней трубчатой стенкой ударопоглощающих элементов в разнесенных местах, при этом усиливающие стенки расположены в параллельной ориентации.
Усиливающие стенки ударопоглощающих элементов предпочтительно контактируют с внутренней трубчатой стенкой ударопоглощающих элементов в четырех разнесенных местах и пересекаются в центральном месте внутри ударопоглощающих элементов.
Усиливающие стенки ударопоглощающих элементов предпочтительно могут быть расположены между внутренней стенкой и наружной стенкой для регулирования жесткости кожуха посредством расположения усиливающих стенок ударопоглощающих элементов в соответствующей ориентации.
Внутренняя стенка, ударопоглощающий элемент и наружная стенка предпочтительно сформированы в едином выдавленном профиле.
Ударопоглощающие элементы предпочтительно приварены к внутренней стенке и к наружной стенке.
Ударопоглощающие элементы на вертикальных сторонах кожуха предпочтительно имеют ось цилиндра, которая ориентирована вертикально, ударопоглощающие элементы на горизонтальных сторонах кожуха предпочтительно имеют ось цилиндра, которая ориентирована горизонтально, при этом оси цилиндров продолжаются в направлении, которое параллельно внутренней стенке и наружной стенке, к которой прикреплен ударопоглощающий элемент.
Согласно одному аспекту изобретения предложен способ обеспечения ударопоглощающего кожуха аккумуляторной батареи для аккумуляторной батареи транспортного средства, имеющего тяговый электродвигатель с питанием от аккумуляторной батареи, включающий выдавливание внутренней стенки, наружной стенки и множества разнесенных цилиндрических трубчатых ударопоглощающих элементов для образования стороны кожуха, сборку множества боковых сторон кожуха друг с другом, и прикрепление множества боковых сторон кожуха друг к другу для образования кожуха аккумуляторной батареи.
Способ предпочтительно дополнительно включает выдавливание множества внутренних усиливающих стенок внутри цилиндрических трубчатых ударопоглощающих элементов.
Внутренние усиливающие стенки ударопоглощающих элементов предпочтительно контактируют с внутренней трубчатой стенкой трубчатых ударопоглощающих элементов в трех разнесенных местах и пересекаются в центральном месте внутри ударопоглощающих элементов.
Усиливающие стенки ударопоглощающих элементов предпочтительно контактируют с внутренней трубчатой стенкой трубчатых ударопоглощающих элементов в разнесенных местах, при этом усиливающие стенки расположены в параллельной ориентации.
Усиливающие стенки ударопоглощающих элементов предпочтительно контактируют с внутренней трубчатой стенкой трубчатых ударопоглощающих элементов в четырех разнесенных местах и пересекаются в центральном месте внутри ударопоглощающих элементов.
Согласно еще одному аспекту изобретения предложен способ обеспечения ударопоглощающего кожуха аккумуляторной батареи для аккумуляторной батареи транспортного средства, имеющего тяговый электродвигатель с питанием от аккумуляторной батареи, включающий выдавливание множества разнесенных цилиндрических трубчатых ударопоглощающих элементов, обеспечение внутренней плоской стенки и наружной плоской стенки, установку цилиндрических трубчатых ударопоглощающих элементов между внутренней плоской стенкой и наружной плоской стенкой для образования стороны кожуха, и прикрепление множества сторон кожуха для образования кожуха.
Способ предпочтительно дополнительно включает выдавливание множества внутренних усиливающих стенок внутри цилиндрических трубчатых ударопоглощающих элементов.
Внутренние усиливающие стенки ударопоглощающих элементов предпочтительно контактируют с внутренней трубчатой стенкой трубчатых ударопоглощающих элементов в трех разнесенных местах и пересекаются в центральном месте внутри ударопоглощающих элементов.
Усиливающие стенки ударопоглощающих элементов предпочтительно контактируют с внутренней трубчатой стенкой трубчатых ударопоглощающих элементов в разнесенных местах, при этом усиливающие стенки расположены в параллельной ориентации.
Усиливающие стенки ударопоглощающих элементов предпочтительно контактируют с внутренней трубчатой стенкой трубчатых ударопоглощающих элементов в четырех разнесенных местах и пересекаются в центральном месте внутри ударопоглощающих элементов.
Вышеприведенные аспекты настоящего изобретения и другие аспекты будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой схематический вид снизу транспортного средства, иллюстрирующий кожух аккумуляторной батареи, расположенный на каркасе транспортного средства под пассажирским отделением.
Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе первого варианта осуществления кожуха аккумуляторной батареи, включающего множество усиленных изнутри цилиндрических ударопоглощающих элементов, расположенных вокруг четырех боковых сторон кожуха.
Фиг. 3 представляет собой частичный увеличенный вид в перспективе части кожуха аккумуляторной батареи, проиллюстрированного на фиг. 2.
Фиг. 4 представляет собой частичный вид сверху кожуха аккумуляторной батареи, показанного на фиг. 2.
Фиг. 5 представляет собой частичный вид сверху кожуха аккумуляторной батареи, показанного на фиг. 2 после поглощения удара в переднем/заднем направлении.
Фиг. 6 представляет собой схематический вид сверху трех цилиндрических ударопоглощающих элементов, имеющих Y-образный внутренний усилитель, до удара.
Фиг. 7 представляет собой схематический вид сверху трех цилиндрических ударопоглощающих элементов, имеющих Y-образный внутренний усилитель, после удара.
Фиг. 8 представляет собой вид сверху цилиндрического ударопоглощающего элемента, имеющего три параллельных стенки, которые формируют внутренний усилитель.
Фиг. 9 представляет собой вид сверху цилиндрических ударопоглощающих элементов, имеющих X-образный внутренний усилитель.
Фиг. 10 представляет собой график моделирования испытаний деформации оболочки аккумуляторной батареи, сравнивающий базовую стальную оболочку аккумуляторной батареи без ударопоглощающих элементов с алюминиевой оболочкой аккумуляторной батареи, сделанной согласно варианту осуществления по фиг. 2 с усиленными изнутри цилиндрическими ударопоглощающими элементами на всех сторонах.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Проиллюстрированные варианты осуществления раскрыты со ссылкой на чертежи. Однако, следует понимать, что раскрытые варианты осуществления являются только примерами, которые могут быть воплощены в различных и альтернативных формах. Чертежи не обязательно должны определять масштаб, и некоторые элементы могут быть увеличены или уменьшены, чтобы показать подробности конкретных компонентов. Раскрытые конкретные конструктивные и функциональные детали должны интерпретироваться не в качестве ограничивающих, а в качестве представляющих основу для обучения специалиста в данной области техники, каким образом осуществить раскрытые концепции на практике.
Со ссылкой на фиг. 1, электрическое транспортное средство 10 схематически проиллюстрировано с аккумуляторной батареей 12. Транспортное средство 10 включает кузов 14, который поддерживается на каркасе 16. Тяговый электродвигатель 18 установлен на каркас 16, который является тяговым электродвигателем с питанием от аккумуляторной батареи, питаемым аккумуляторной батареей 12, чтобы приводить в движение колеса 20. Кузов 14 включает боковую часть 22 кузова, передний бампер 24 и задний бампер 26. Аккумуляторная батарея 12 показана расположенной центрально под пассажирским отделением транспортного средства 10. Должно быть отмечено, что есть существенно большее количество пространства между аккумуляторной батареей и передним и задним бампером 24 и 26 по сравнению с относительно более плотным расстоянием от боковой части 22 кузова до аккумуляторной батареи 12. Столкновения с боковым ударом, которые приводят к забиванию боковой части 22 кузова в направлении аккумуляторной батареи 12, представляют собой большую проблему при проектировании ударопоглощающих элементов для аккумуляторной батареи 12 вследствие уменьшенного количества пространства для смятия, имеющегося в распоряжении между боковой частью 22 кузова и аккумуляторной батареей 12.
Со ссылкой на фиг. 2 и 3, кожух 30 аккумуляторной батареи проиллюстрирован во всей своей полноте на фиг. 2 и частично проиллюстрирован на фиг. 3. Кожух 30 аккумуляторной батареи включает множество цилиндрических трубчатых ударопоглощающих элементов 34, которые расположены вокруг передней стороны 36, задней стороны 38, правой стороны 40 и левой стороны 42. Верхняя сторона также покрыта трубчатыми элементами 34, также как нижняя сторона 32 (показанная на фиг. 1). Цилиндрические трубчатые ударопоглощающие элементы 34 на верхней стороне 44 и нижней стороне 32 приняты внутри внутренней стенки 48 боковых стенок 36-42.
В альтернативном варианте осуществления, трубчатые элементы 34 на верхней стороне 44 и нижней стороне 32 могут быть расположены, чтобы находиться поверх трубчатых элементов 34 на других сторонах 36-42. Трубчатые элементы 34 на сторонах 36-42 имеют ось цилиндра, которая продолжается в вертикальном направлении. Показано, что трубчатые элементы 34 на верхней и нижней сторонах 44 и 32 должны продолжаться в горизонтальном направлении. Трубчатые элементы 34 на правой стороне 40 и левой стороне 42, как проиллюстрировано, продолжаются в вертикальном направлении. В качестве альтернативы, они могут быть расположены, чтобы продолжаться в горизонтальном направлении. Цилиндрические ударопоглощающие элементы 34 прикреплены между внутренней стенкой 48 и наружной стенкой 50. Наружная стенка 50 формирует наружную поверхность кожуха 30 аккумуляторной батареи. Трубчатые элементы 34 разнесены от смежных трубчатых элементов 34.
Трубчатые элементы 34 включают внутреннюю поверхность 54 цилиндрической стенки. Внутренние усиливающие стенки 56 сформированы в пределах внутренней поверхности 54 цилиндрической стенки. Внутренние усиливающие стенки в варианте осуществления, показанном на фиг. 2, встречаются на пересечении 58, которое в целом выровнено с осью цилиндра трубчатых элементов 34. Трубчатые элементы 34 предпочтительно формируются в процессе выдавливания и сформированы как целая часть с внутренними усиливающими стенками 56, соединяющими внутреннюю поверхность 54 цилиндрической стенки. Трубчатые элементы 34 могут выдавливаться в качестве трубчатого выдавленного профиля и обрезаются по длине. В качестве альтернативы, трубчатые элементы 34 могут быть выдавлены вместе с внутренней стенкой 48 и наружной стенкой 50. Если бы трубчатые элементы 34, внутренняя стенка 48 и наружная стенка 50 выдавливались в едином выдавленном профиле, никакая последующая сборка не требовалась бы для формирования каждой из сторон кожуха 30 аккумуляторной батареи. Стороны кожуха аккумуляторной батареи прикрепляются друг к другу пригодными крепежными деталями или клейкими веществами.
В качестве альтернативы, трубчатые элементы 34 могут выдавливаться отдельно и впоследствии прикрепляться к внутренней стенке 48 и наружной стенке 50 сваркой, крепежными деталями или клейкими веществами, которые используются для присоединения внутренней стенки 48 и наружной стенки 50 к трубчатым элементам 34.
Со ссылкой на фиг. 4 и 5, часть кожуха 30 аккумуляторной батареи показана на фиг. 4 в своем произведенном состоянии с передней стороной 36 и задней стороной, показанными частично, и левой стороной 42, продолжающейся между соответственной передней стороной 36 и задней стороной 38. Фиг. 5 - подобный вид, показывающий результат удара, нанесенного по транспортному средству (показанному на фиг. 10). При ударе, трубчатые элементы 34' на передней стороне 36 и задней стороне 38 поглощают удар, сминаясь в направлении внутренней стенки 48. Наружная стенка 50 загоняется ударом в цилиндрические трубчатые ударопоглощающие элементы 34. Трубчатые элементы 34' сминаются в направлении внутренней стенки 48 и, к тому же, поперечно расширяются в направлении смежных трубчатых элементов 34'. Внутренние усиливающие стенки 56' деформируются с трубчатыми элементами 34'. Материал, размер, толщина и компоновка внутренних усиливающих стенок 56 могут быть изменены для увеличения или уменьшения степени, с которой удары поглощаются кожухом 30 аккумуляторной батареи.
Со ссылкой на фиг. 6 и 7, набор трубчатых элементов 34 показан на фиг.6 в своем спроектированном состоянии, а на фиг. 7 показаны после или во время удара. Трубчатые элементы 34 включают внутренние усиливающие стенки 56 внутри внутренней поверхности 54 цилиндрической стенки, которые делят внутреннее пространство на три части и встречаются на пересечении 58. После удара, внутренние усиливающие стенки 56' деформированы наряду с трубчатым элементом 34', и пересечение 58' перемещается с внутренними усиливающими стенками 56'.
Со ссылкой на фиг. 8, показано, что альтернативный вариант осуществления трубчатого элемента 60 будет включать - в этом примере - три усиливающих стенки 62, которые продолжаются поперек трубчатого элемента 60 и предпочтительно сформированы как целая часть с внутренней поверхностью 64 цилиндрической стенки трубчатого элемента 60. В этом варианте осуществления, нагрузки, поглощаемые в направлении, в котором продолжаются параллельные усиливающие стенки, были бы большими, чем нагрузки, поглощаемые трубчатым элементом в направлении, которое перпендикулярно направлению, в котором продолжаются параллельные усиливающие стенки 62. Как будет принято во внимание, ориентация трубчатого элемента 60 может быть скомпонована в угловой ориентации под углом между 0° и 90°, чтобы поглощать большие или меньшие нагрузки при ударе в зависимости от ударов при столкновении, которые должны поглощаться кожухом 30 аккумуляторной батареи.
Со ссылкой на фиг. 9, показан еще один альтернативный вариант осуществления трубчатого элемента 70, который включает X-образную усиливающую стенку. Трубчатый элемент 70 включает перекрещивающиеся усиливающие стенки 72, которые продолжаются между от внутренней поверхностью 74 цилиндрической стенки до центрального пересечения 76. Ориентация перекрещивающихся усиливающих стенок 72 оказывает влияние на характеристики поглощения удара трубчатого элемента 70. Нагрузки, приложенные между перекрестными усиливающими стенками 72, расходуются, чтобы быть меньшими, чем нагрузки, приложенные к усиливающим стенкам 72, если усиливающая стенка 72 выровнена с ударом.
Со ссылкой на фиг. 10, показан график испытания, сравнивающий базовую высокопрочную низколегированную (HSLA) оболочку 450 аккумуляторной батареи, имеющую толщину стенки 1,5 мм и вес 52 кг. Базовая стальная оболочка аккумуляторной батареи сравнивается с алюминиевой оболочкой аккумуляторной батареи (как показано на фиг. 2), сделанной из алюминиевого сплава AL6061-T6 и имеющей вес 55 кг. В этом примере, толщина стенки трубчатых элементов 30 имеет значение 0,7 мм с внутренними усиливающими стенками 56, имеющими толщину 0,8 мм. Внутренняя стенка имеет толщину 0,7 мм, а наружная стенка 50 имеет толщину 0,5 мм. При ударе, как проиллюстрировано на фиг. 10, базовая оболочка аккумуляторной батареи деформировалась на 440 мм в течение периода 80 мс наряду с тем, что оболочка аккумуляторной батареи, сделанная согласно варианту осуществления по фиг. 2, имела максимальную деформацию 80 мм за период 10 мс. Обратите внимание, что деформация оболочки аккумуляторной батареи имела приблизительно 5 мм отскакивания от 10 мс до 15 мс при испытании. Испытание являлось моделированным испытанием, основанным на данных моделирования испытаний компьютерного конструирования.
Варианты осуществления, описанные выше, являются конкретными примерами, которые не описывают все возможные формы изобретения. Признаки проиллюстрированных вариантов осуществления могут комбинироваться для формирования дополнительных вариантов осуществления раскрытых концепций. Термины, использованные в описании изобретения, являются терминами описания, а не ограничения. Объем следующей формулы изобретения является более широким, чем конкретно раскрытые варианты осуществления, и также включают модификации проиллюстрированных вариантов осуществления.