具有伸長的弧形沖擊吸收肋的電池外殼的制作方法
【專利摘要】公開了一種具有伸長的弧形沖擊吸收肋的電池外殼。用于車輛的牽引馬達(dá)電池的外殼，包括位于外殼的外部的多個沖擊吸收構(gòu)件。沖擊吸收構(gòu)件具有限定多個部分圓柱凹腔的弧形或部分圓筒壁和平直壁。在沖擊中，弧形壁向平直壁塌陷以吸收沖擊力。
【專利說明】
具有伸長的弧形沖擊吸收肋的電池外殼
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開涉及用于電動車輛電池的電池外殼的保護(hù)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動車輛使用被包圍在裝配到車身的外殼或外罩內(nèi)的電池。可在與車輛的前部、后部和側(cè)部分隔開的位置將電池裝配到車身上。例如，可將電池裝配在乘客艙下方、行李艙內(nèi)、乘客艙的前方或縱向延伸的通道內(nèi)。
[0003]在碰撞中必須保護(hù)電池免受損壞。電池外罩可緊固地封裝有鋰離子電池包或其它類型的電池單元。需要避免電池外罩的變形以防止外殼侵入到容納電池單元的區(qū)域。
[0004]當(dāng)將電池外罩裝配到車輛的中央位置(例如在乘客艙下方)，在車身側(cè)部和電池外殼之間可獲得有限的擠壓(crush)空間。在電池外殼和車輛前端或后端之間可獲得更多的擠壓空間。在任何一種情況中，對從碰撞中吸收能量以使電池外殼變形最小的有效且輕量的結(jié)構(gòu)存在長期未實現(xiàn)的需要。該結(jié)構(gòu)的封裝空間需求必須是有限的，同時該結(jié)構(gòu)為包括沖擊吸收結(jié)構(gòu)的電池外殼組件提供額外的剛度。
[0005]已提出一些保護(hù)電池外殼的方法:在電池外殼上增加梁和橫向構(gòu)件或擴(kuò)展電池外殼的外部。這些方法增大了車輛的重量并需要額外空間以封裝梁和橫向構(gòu)件。需要避免重量增大，因為重量增大對燃料經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不利影響。封裝空間增大對車輛設(shè)計自由度產(chǎn)生不利影響。
[0006]本公開著手解決上述問題以及下文概述的其它問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本公開一方面，公開了一種用于電池的外殼，包括圍繞電池設(shè)置的多個側(cè)壁，每個側(cè)壁包括限定被圍住的半圓柱形凹腔(pocket)的多個弧形外壁段以及平直內(nèi)壁。
[0008]根據(jù)本公開其它方面，每個側(cè)壁可包括被設(shè)置為單片式一體結(jié)構(gòu)的弧形外壁以及平直內(nèi)壁。所述側(cè)壁可包括作為單片擠壓結(jié)構(gòu)的弧形外壁以及平直內(nèi)壁。通過隨著弧形外壁向平直內(nèi)壁塌陷而變形，弧形外壁吸收施加到外殼的沖擊。
[0009]弧形外壁是繞豎直延伸的軸線生成的部分圓筒?；⌒瓮獗诳梢允抢@豎直延伸的軸線生成的半圓筒。或者，弧形外壁可以是部分圓筒。施加到弧形外壁的沖擊最初引起弧形外壁形成為在大體上沿與平直內(nèi)壁正交的方向延伸的兩個側(cè)邊緣之間延伸的平直面。
[0010]施加到弧形外壁的沖擊可通過驅(qū)使平直面與平直內(nèi)壁接合而被繼續(xù)吸收。施加到弧形外壁的沖擊可通過擠壓所述兩個側(cè)邊緣以使其向平直內(nèi)壁塌陷而被繼續(xù)吸收?；⌒瓮獗诙卧谄街眱?nèi)壁的任何變形之前先(pref erentially)被擠壓。
[0011]根據(jù)本公開的另一方面，公開一種為具有電池供電式牽引馬達(dá)的車輛的電池設(shè)置沖擊吸收電池外殼的方法。所述方法包括設(shè)置多個豎直延伸側(cè)部，每個豎直延伸側(cè)部都具有一個平壁和與平壁分開的多個沖擊吸收弧形壁，以形成多個部分圓柱凹腔。所述方法還包括將所述多個豎直延伸側(cè)部圍繞電池裝配在一起以在電池外部形成沖擊吸收組件。
[0012]所述方法的其它方面可進(jìn)一步包括擠壓豎直延伸側(cè)部以形成平壁和所述多個沖擊吸收弧形壁的步驟。豎直延伸側(cè)部可由鋁合金形成。豎直延伸側(cè)部可單獨(dú)形成并在外殼的四個角處裝配在一起。
[0013]下面將參照附圖描述本公開的上述方面和其它方面。
【附圖說明】
[0014]圖1是車輛的示意的仰視圖，示出了被設(shè)置在乘客艙下方的車架上的電池外殼；
[0015]圖2是包括設(shè)置在外殼側(cè)部和頂部的半圓筒形沖擊吸收構(gòu)件的電池外殼的透視圖；
[0016]圖3是圖2中示出的電池外殼的局部透視圖；
[0017]圖4是圖2中顯示的電池外殼的俯視圖；
[0018]圖5是在吸收前/后方向上的沖擊之后，圖2中顯示的電池外殼的俯視圖；
[0019]圖6A-圖6E是兩個半圓筒形沖擊吸收構(gòu)件的示意性CAD圖，示出了從如所設(shè)置的沖擊吸收元件的視圖開始的吸收振動的進(jìn)程，并且示出了元件如何吸收沖擊直至元件完全塌陷；
[0020]圖7是在不具有沖擊吸收構(gòu)件的鋼基電池箱和根據(jù)圖2制造的在其所有側(cè)面、頂部和底部上都具有沖擊吸收構(gòu)件的鋁電池箱之間進(jìn)行比較的電池箱變形測試模擬曲線圖。
【具體實施方式】
[0021]根據(jù)附圖公開所示實施例。然而，應(yīng)理解公開的實施例僅為可采用各種形式和替代形式實施的示例。附圖不一定按比例繪制并且一些特征會被夸大或最小化，以顯示特定部件的細(xì)節(jié)。在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限定，而僅作為教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員如何使用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
[0022]參考圖1，示意性示出的車輛10具有用于電池供電式牽引馬達(dá)的電池12。車輛10包括被支撐在車架16上的車身14。牽引馬達(dá)18也被裝配到車架16。牽引馬達(dá)18是電池供電式牽引馬達(dá)，其通過電池12供電以驅(qū)動車輪20。車身14包括側(cè)部車身22、前保險杠24和后保險杠26。示出的電池12放置在車輛10的乘客艙下方的中間處。應(yīng)該注意的是與側(cè)部車身22到電池I 2的相對較近的間距相比，在電池與前保險杠24和后保險杠26之間有顯著(substantially)更大的間距。由于在側(cè)部車身22和電池12之間可用的擠壓空間量減小，在為電池12設(shè)計沖擊吸收元件時，導(dǎo)致側(cè)部車身22向電池12推進(jìn)的側(cè)部沖擊碰撞提出更大的挑戰(zhàn)。
[0023]參考圖2和3，示出了通常由序號30指示的電池外殼30。電池外殼30由多個部分圓筒形沖擊吸收構(gòu)件32包圍。沖擊吸收構(gòu)件32包括圍繞圖3中軸線A形成的弧形外壁34。沖擊吸收構(gòu)件32還包括平直內(nèi)壁36?；⌒瓮獗?4在它的兩個相對端處連接到平直內(nèi)壁36并形成部分圓柱形口 37。
[0024]弧形外壁34和平直內(nèi)壁36優(yōu)選地在擠壓操作中成型。電池外殼可以圍繞電池12裝配并包括位于電池外殼30前部上的前壁38和位于電池外殼30后部上的后壁40。在外殼30的右側(cè)和左側(cè)設(shè)置右側(cè)壁42和左側(cè)壁44。在圖2和3中示出的頂壁46封住電池外殼30頂部表面。應(yīng)理解底壁(未示出)在圖2和圖3中不可見，但在圖1中是可見的。如果電池外殼30被形成為圍繞電池12連接在一起的多個壁，則壁38-44在角50處連接。還應(yīng)理解能夠預(yù)期同時擠壓四個壁，但這樣的擠壓對多數(shù)外殼設(shè)計來說可能太大了。頂壁46和底壁48被裝配到電池的頂部表面和底部表面。
[0025]參考圖4和5，以前后順序示出了電池外殼30，在圖4中以其原設(shè)計情況示出了圍繞電池12的電池外殼30。圖5示出了在對車輛前部或后部(未示出)沖擊之后的電池外殼30。對車輛前部或后部的沖擊可引起前部和后部上的沖擊吸收構(gòu)件塌陷。在一側(cè)對外殼的沖擊可位于相對側(cè)的沖擊吸收構(gòu)件塌陷。
[0026]參考圖4，電池外殼30包括位于前壁38、后壁40、右側(cè)壁42和左側(cè)壁44上的部分圓筒形沖擊吸收構(gòu)件32。如在圖4中所示，頂壁46是橫跨在壁38-44之間的平直平面構(gòu)件。沖擊吸收構(gòu)件32包括弧形壁34和平直內(nèi)壁36。壁38-44在角50處連接到相鄰的壁。
[0027]參考圖5，示出在前/后方向上沖擊后的電池外殼30。圖5右側(cè)的箭頭代表了在前端碰撞中施加到電池外殼30的沖擊力。應(yīng)該注意的是前方?jīng)_擊力可引起位于前壁38和后壁40上的沖擊吸收構(gòu)件32塌陷。如果在碰撞沖擊過程中向后驅(qū)動電池外殼30，則后壁40上的沖擊吸收構(gòu)件32可以塌陷。如在下文中將參考圖6A-圖6E詳細(xì)描述的，在平直內(nèi)壁36顯著變形之前沖擊吸收構(gòu)件32塌陷。
[0028]參考圖6A，示出的兩個沖擊吸收構(gòu)件32包括弧形外壁34和平直內(nèi)壁36。
[0029]參考圖6B，在沖擊的初期或如果沖擊相對較小，示出的沖擊吸收構(gòu)件32輕微塌陷而形成橫跨圖6A中所示的每個沖擊吸收構(gòu)件32兩個側(cè)邊緣54之間的平直面52。
[0030]參考圖6C，示出了隨著平直面52(在圖6B中示出)向著平直內(nèi)壁36驅(qū)動而建立凹形表面56的沖擊過程。在此時，側(cè)邊緣54進(jìn)一步變形，但仍然留在大體上與平直內(nèi)壁36正交的方向上。
[0031]參考圖6D和6E，顯示了沖擊進(jìn)一步行進(jìn)甚至使得凹形表面56被驅(qū)使撞到平直內(nèi)壁36，但側(cè)邊緣54現(xiàn)在進(jìn)一步變形并變成塌陷部58。圖6E中的描繪與上面的圖5示出的塌陷的沖擊吸收構(gòu)件32對應(yīng)。
[0032]參考圖7，提供電池箱變形曲線圖，將不具有沖擊吸收構(gòu)件的鋼基電池箱與根據(jù)本公開制造的包括沖擊吸收構(gòu)件的鋁電池箱作比較。在約80毫秒的時間內(nèi)，在所示的模擬測試中基本電池箱變形約為450毫米。相比之下，在圖2-5中示出的包括沖擊吸收構(gòu)件的電池外殼的電池箱變形在變形量方面減小了80%，其在10毫秒的沖擊時間內(nèi)的變形約為90毫米。在測試中，在本申請中公開的電池外殼的變形比被指示的用于擠壓的變形少100毫米。
[0033]上面描述的是并未描述出本發(fā)明的所有可能的形式的實施例。可組合所示實施例的特征以形成本發(fā)明進(jìn)一步的實施例。說明書中使用的詞語為描述性詞語而非限制性詞語。下列權(quán)利要求的范圍要比特別公開的實施例更廣泛并且包括所示實施例的修改。
【主權(quán)項】
1.一種用于電池的外殼，包括: 圍繞電池設(shè)置的多個側(cè)壁，每個側(cè)壁均包括限定被圍住的半圓柱形凹腔的多個弧形外壁段和平直內(nèi)壁。2.如權(quán)利要求1所述的外殼，其中，每個側(cè)壁均包括被設(shè)置作為單片式一體結(jié)構(gòu)的弧形外壁和平直內(nèi)壁。3.如權(quán)利要求1所述的外殼，其中，每個側(cè)壁均包括作為單片擠壓結(jié)構(gòu)的弧形外壁和平直內(nèi)壁。4.如權(quán)利要求1所述的外殼，其中，通過使弧形外壁向平直內(nèi)壁變形塌陷，弧形外壁吸收施加到外殼的沖擊。5.如權(quán)利要求1所述的外殼，其中，弧形外壁是繞豎直延伸的軸線生成的部分圓筒。6.如權(quán)利要求1所述的外殼，其中，弧形外壁是繞豎直延伸的軸線生成的半圓筒。7.如權(quán)利要求1所述的外殼，其中，弧形外壁是繞豎直延伸的軸線生成的部分圓筒，其中，施加到弧形外壁的沖擊最初引起弧形外壁形成為在大體上沿與平直內(nèi)壁正交的方向延伸的兩個側(cè)邊緣之間延伸的平直面。8.如權(quán)利要求7所述的外殼，其中，施加到弧形外壁的沖擊能夠通過驅(qū)使平直面與平直內(nèi)壁接合而被繼續(xù)吸收，其中，平直面變成凹形表面。9.如權(quán)利要求7所述的外殼，其中，施加到弧形外壁的沖擊能夠通過擠壓所述兩個側(cè)邊緣向平直內(nèi)壁塌陷而被繼續(xù)吸收，其中，所述兩個側(cè)邊緣變成沖擊吸收構(gòu)件的塌陷部分。10.如權(quán)利要求1所述的外殼，其中，在沖擊中弧形外壁段在平直內(nèi)壁的任何變形之前被擠壓。11.一種為具有電池供電式牽引馬達(dá)的車輛的電池設(shè)置沖擊吸收電池外殼的方法，包括: 設(shè)置多個豎直延伸側(cè)部，每個豎直延伸側(cè)部均具有限定多個部分圓柱凹腔的平壁和與平壁分開的多個沖擊吸收弧形壁； 將所述多個豎直延伸側(cè)部圍繞電池裝配在一起，以在電池外部形成沖擊吸收組件。12.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括擠壓豎直延伸側(cè)部以形成平壁和所述多個沖擊吸收弧形壁的步驟。13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，豎直延伸側(cè)部由鋁合金形成。14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，豎直延伸側(cè)部單獨(dú)形成，并在外殼的四個角處裝配在一起。
【文檔編號】B60K1/04GK105870370SQ201610084932
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月14日
【發(fā)明人】賽爾德·紐希爾, 威廉·L·斯坦科, 薩伊德·大衛(wèi)·巴貝特, 穆罕默德·里達(dá)·巴庫什
【申請人】福特全球技術(shù)公司