CN102666166A - 用于保护机动车辆中电池的安全装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有电池(4)的机动车辆(1)中的安全装置。所述装置设计为保护电池(4)在车辆(1)发生事故时免受损伤，该装置尤其适于电动车辆或所谓的混合动力车辆。所述装置包括可充气单元(8)，所述可充气单元包括：彼此固定的基本上刚性的壁状构件(9)和片状材料的柔性层(17)，用以在所述壁状构件和所述柔性层之间限定可充气的室(27)。所述壁状构件(9)安装为与电池(4)间隔开，所述柔性层(17)插在壁状构件(9)和电池(4)之间，从而使所述室(27)的充气(例如通过气体发生器或类似物)起到将所述柔性层(17)推向所述电池(4)的作用。

Description

用于保护机动车辆中电池的安全装置
技术领域
本发明涉及机动车辆的安全装置。本发明尤其涉及带有电池的机动车辆(例如电动车辆或所谓的混合动力车辆)的安全装置。
背景技术
鉴于人们越来越关注由内燃机驱动的机动车辆对环境的影响，对提供所谓的“更加清洁的”机动车辆的兴趣和重视程度逐渐提高，这些车辆产生较少的被视为对环境有害的气体形式的污染物。因此，提供至少在其运行期间由电力驱动的机动车辆变得越来越普遍。例如，人们已经提出了由从可再充电电池获取能量的大型电动机驱动的电动车辆。
人们还提出了通常将小型、高效且“清洁的”内燃机与电动机结合的所谓的“混合动力”机动车辆。将这种混合动力车辆设置为随时或方便地由电动机驱动，而当由电动机提供的牵引功率不足以满足即时性能需求时由内燃机驱动，例如由于所述需求仅仅是超出了电动机的性能限定，或由于电池(电动机从其中获取能量)含有不充足的电量。在这样的装置中，电动机通常从大容量的可再充电电池获取电能，所述大容量的可再充电电池设置为当内燃机运行时从与所述内燃机连接的交流发电机充电。然而，人们还提出了提供电力驱动装置，其中电动机从串联的高容量电容器而不是从上述电化学电池获取电能。因此，在本专利说明书中使用的术语“电池”旨在涉及任何合适的电能储存装置，包括但不限于电化学电池、电容器、超级电容器等。
正如将会理解的，上述一般类型的电力驱动的车辆和所谓的混合动力车辆因此需要相对大的电池，用于为牵引电动机提供充足的电力。因此，这样的电池通常设置为，具有非常高的电压(通常大约300V)并储存极大量的电能(通常为2-10kWh)，因而具有高的电气隐患，尤其是在车辆遭到碰撞或在电池中发生内部短路的情况下。另外，一种适用于电动或混合动力车辆的电池目前占据整个车辆成本非常大的比例。例如，对于此类车辆的电池单元来说，占据所述车辆的总成本的10-30％并不罕见。因此希望保护所述电池单元在车辆发生事故时免受损伤，从而便于车辆的较低成本的维修。
通常将电动或混合动力车辆的相对大的电池放置在所述车辆的浅盘形地板(floor pan)的区域，在该处其大的尺寸可以最易于被容纳并且其质量保持相对小，以便对所述车辆的整体重心不会造成不良影响。同时，由于很多这样的电池是相对大的，其通常会占据所述车辆宽度相当大的部分。这意味着，在撞击过程中，外部物体的冲击可能导致侵入电池隔室和对电池的局部穿透损伤，其可能导致爆炸、燃烧或触电的重大危险。
因此，需要一种解决这些危险的安全装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于带有电池的机动车辆的改进的安全装置。
尽管在此描述的本发明尤其适用于带有驱动牵引电动机的大容量电池的车辆，然而应该注意，其也可以用于带有设置为启动内燃机的相对小容量电池的机动车辆中。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于保护机动车辆中的电池在所述车辆发生事故时免受损伤的安全装置，所述装置包括可充气单元，所述可充气单元包括彼此固定的基本上刚性的壁状构件和片状材料的柔性层，用以在所述壁状构件和所述柔性层之间限定可充气的室；所述壁状构件安装为与所述电池间隔开，并且所述柔性层基本上插在所述壁状构件和所述电池之间，从而所述室的充气起到将所述柔性层推向所述电池的作用。
根据本发明的另一个方面，在带有电池的机动车辆中提供了一种安全装置，所述装置包括可充气单元，所述可充气单元包括彼此固定的基本上刚性的壁状构件和片状材料的柔性层，用以在所述壁状构件和所述柔性层之间限定可充气的室；所述壁状构件安装为与所述电池间隔开，并且所述柔性层基本上插在所述壁状构件和所述电池之间，从而所述室的充气起到将所述柔性层推向所述电池的作用。
优选地，所述壁状构件安装至所述机动车辆的结构部件。
方便地，所述壁状构件安装至所述机动车辆的通常邻近于所述电池的侧梁。
所述壁状构件优选由金属形成。在优选的装置中，所述壁状构件由金属板形成。
有利地，所述壁状构件为可塑性变形的。
优选地，所述安全装置设置为，在所述壁状构件没有朝向所述电池做任何移动的情况下，当所述室充气时在所述柔性层和所述电池之间限定了缝隙。
有利地，所述缝隙不超过5mm宽。
方便地，所述安全装置设置为，所述壁状构件朝向所述电池的变形或移动起到关闭所述缝隙的作用，从而所述柔性层撞击到所述电池的至少一部分上。
优选地，所述柔性层由机织织物材料形成。
有利地，所述安全装置包括一对所述可充气单元，所述单元设置在所述电池的相对两侧。
方便地，所述安全装置包括两对所述可充气单元，一对所述单元分别沿着所述车辆的两侧设置，并且另一对所述单元分别设置在所述电池的前面和后面。
优选地，一对所述单元中的每一个都连接在另一对的两个单元之间。
有利地，所述安全装置包括以阵列形式设置在所述电池周围的多个所述可充气单元，以便基本上围住所述电池。
优选地，所述机动车辆是设置为从所述电池获取牵引动力的电动或混合动力车辆。
所述安全装置优选包括至少一个充气机，如气体发生器或类似物，设置为在收到来自碰撞传感器的启动信号时使所述或每个所述单元充气。
附图说明
为了可以更容易理解本发明，并可以理解其更多的特征，下面将参照附图以示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1为示出了与另一车辆碰撞的电动或混合动力车辆的示意图；
图2为示出了邻近于车辆电池的车辆结构的梁区域的横向剖视图；
图3为基本对应于图2的视图，但其示出了依照本发明的实施例的安全装置；
图4为示出了所述安全装置的壁状构件的立体图；
图5为示出了片状材料的柔性层的立体图；
图6为示出了图4的壁状构件和图5的柔性层固定在一起的纵向剖视图；
图7为安装至机动车辆的梁并装有柔性层的壁状构件的端部区域的放大立体图；
图8为沿着图7所示装置的端部的纵向剖视图；
图9为示出了邻近于所述电池的安全装置启动的纵向剖视图；
图10为示出了由撞击引发变形后的安全装置的水平剖视图；
图11为示出了依照本发明的另一实施例的安全装置的立体图；
图12为示出了图11的部分安全装置与电池结合的水平剖视图；以及
图13为基本对应于图12的视图，但其示出了启动状态下的安全装置。
具体实施方式
现在更详细地参照图1，图中示出了与另一机动车辆2在斜侧面发生碰撞的电动或混合动力车辆1。特别地，将看到所述另一机动车辆2示出为与所述电动或混合动力车辆1碰撞，从而在车辆1的下侧面区域发生撞击，大体在3处示出。
所述电动或混合动力车辆1包括安装在车辆1的地板区域的相对大的推进电池4，并且更加清晰地如图2所示，优选地恰好安装在所述车辆的内部地面5的下方。正如本领域技术人员将会理解的，所述车辆1的底盘结构通常构造为包括一对侧梁(side sill)6(只有其中一个示于图2中)，每个侧梁6分别沿着所述机动车辆的侧面设置并构成所述车辆底盘的构件。如图2所示，所述电池4通常位于两个间隔开的侧梁6之间，并由于其尺寸，仅以相对小的缝隙7与所述侧梁间隔开。因此正如将会理解的，在图1示意性所示的那种侧面撞击的情况下，通过与碰撞车辆2的撞击，所述侧梁6可能产生凹陷或变形，并因此可能向前移动并可能与车辆电池4接触。由于上面基本已经讨论过的原因，所述梁结构6侵入电池4的外壳中将是相当危险的。
因此转而考虑图3，图中示出了机动车辆底盘的侧面结构的区域，所述机动车辆1设有依照本发明的安全装置，以便在冲撞(例如图1所示的那种侧面撞击)情况下，提高了对车辆电池4的保护水平。更特别地，所述安全装置包括可充气单元8，其基本位置如图3中的虚线示意性所示。所述可充气单元8设置为，在检测到即将发生或实际发生的冲撞状况时进行充气，以便以下面更加详细描述的方式提高对电池4的保护水平。
所述可充气单元8包括基本上刚性的壁状构件9，其优选的构造如图4示意性所示。示出的壁状构件9具有大体是细长且呈矩形的形状，其具有一对相对短的端部边缘10、相对长的顶部边缘11和长度基本等于顶部边缘11的相对长的底部边缘12。所述壁状构件9优选地由相对厚的金属板形成。例如，可以想到所述壁状构件可以由不锈钢板，如所谓的高速钢(HSS)或超高速(UHSS)钢形成。可选择地，所述壁状构件可以由铝板形成，或者实际由其它适宜的合金形成。所建议的是所述金属板将具有足够的厚度，用以在没有局部弯曲的变形过程中承受典型的撞击载荷。容易通过示例想到，在带有由UHSS板形成的壁状构件9的装置中，其可以具有大约0.8mm的厚度。
沿着顶部边缘11和底部边缘12的中心区域设置了各自的细长通道13。所述通道13为两端开放的，并优选地与壁状构件9的金属板整体形成，例如通过弯曲或折叠制造所述壁状构件的片状金属。然而要理解，所述通道可以经由挤压整体地形成，例如，尤其是在所述壁状构件由铝或其合金所形成的情况下。
如图4所示，每个通道13都限定了细长的内部凹槽14，每个凹槽14在其端部是开放的，而沿着狭窄的细长的狭缝15也是开放的，所述狭缝15大体限定为分别邻近于所述壁状构件的边缘11、12。
所述壁状构件9限定了一对在所述壁状构件的对端、位于端部边缘10和通道13的端部之间的基本平坦的端部区域16。
充气机G安装在壁状构件9上，其优选地采用一种本身已知的气体发生器形式。在图4所示的特定装置中，所述充气机安装在两个通道13之间大致中心的位置。然而要理解，在本发明的变型中，所述充气机G可以安装在可替换的位置。
图5示出了柔性层17，其由片状材料形成，例如，最优选地为机织织物(涂覆或未涂覆的)或其它适宜的织物材料。所述柔性层17通常是细长的形状，具有大体与壁状构件9的总长度可比的长度L，但是其具有显著大于壁状构件9的高度(由端部边缘10限定)的宽度W。所述柔性层17的每个长侧边缘18设有细长的套筒19，在套筒19内设置各自的细长的固定棒20。每个固定棒20具有基本等于或稍小于设置在壁状构件9上的通道13的长度。已经插入各自的套筒19的固定棒20示出于图5中，从而每个棒20位于各自套筒大致中心的位置。
通过将每个固定棒20分别以滑动方式插入壁状构件9的通道13中，将柔性层17以及与其相关的固定棒20固定到壁状构件9，从而固定棒9将容纳在凹槽14内。如图6所示，柔性层17的边缘区域21(大体邻近于固定棒20)因此容纳在各自的狭缝15内，从而柔性层17的主要部分会出现皱褶，例如通过起伏或以其它方式装入紧凑的包装22中，所述包装22可以容纳并承接在两个通道13之间限定的空间内。
正如将会理解的，在以上面描述的和图6示意性示出的方式将固定棒20插入各自的通道13中之后，柔性元件17的端部区域将是松散的并且不与壁状构件9连接。因此，经由各自的夹板23(在图7中仅示出了一个夹板)，柔性元件17的端部区域抵靠壁状构件9平坦的端部区域16而被夹紧。每个夹板23分别通过适宜的固定装置固定至壁状构件9的端部区域16，所述固定装置例如，多个固定铆钉24(在图8中最清晰地示出)，所述铆钉24插入各自的安装孔25(安装孔穿过夹板23形成)。所述铆钉24穿孔经过限制在壁状构件9的端部区域16和夹板23之间的柔性层17的织物。
在以上述方式制造所述可充气单元8之后，如图6和7所示，所述单元8则可以安装至所述机动车辆的侧梁6。然而如图8所示，可以想到铆钉24或其它适宜的固定件(其用于将夹板23固定至所述壁状构件的端部区域16)也可以用于将可充气单元8安装至所述机动车辆的侧梁6。例如，如图8所示，所述铆钉24可以继续穿过所述壁状构件的端部区域16，以便随后延伸经过形成在侧梁6中的各自的安装孔26。
正如将会理解的，当以上述方式将柔性元件17固定至壁状构件9时，可充气的室27限定在壁状构件9和柔性层17之间。
图9示出了紧贴所述机动车辆的侧梁6安装到位的可充气单元8，所述侧梁6与所述车辆电池4间隔开。图9实际上示出了所述安全装置启动之后的可充气单元8，从而气体发生器G已经在收到来自碰撞传感器的启动信号时启动，以便在可充气的室27内形成大体积的充气气体。正如将要看到的，由于可充气单元8安装到位，从而所述柔性层17基本上插在壁状构件9和电池4之间，因此随着最初装好的包装22在充气过程中打开，可充气的室7的充气起到将柔性元件17推向电池4的作用。
同时如图9所示，随着可充气的室27内压力的积累，所述柔性层17的侧边缘区域21(其大体邻近于套筒19并因此也邻近于固定棒20伸展)被拉过细长的狭缝15，从而所述固定棒20紧靠狭缝15而被拉动，因此以基本上气密的方式有效密封所述狭缝。
图9示出了在可充气单元8刚刚启动并充气之后的本发明的安全装置。在这种情况(在所述机动车辆的侧梁6发生任何移动或变形之前示出)下，所述柔性层17优选地通过小缝隙28与车辆电池4间隔开。所述缝隙优选地为5mm或更小的规格。
可充气元件8以上述方式的充气提供了大体邻近于电池4的加压的气垫，在位于所述机动车辆的电池4和结构侧梁6之间。图10以水平截面示出了在包括机动车辆1的侧面撞击过程中较晚阶段的状态。在这种情况下，撞击车辆2已经导致所述机动车辆的侧面结构6显著的变形。由于壁状构件9由金属板形成，尽管其基本上是刚性的，但当遭到如那些可能在侧面撞击中产生的重度的力时也会发生塑性变形。因此，所述壁状构件9能够变形，从而吸收了由事故状况引发的能量相当大的部分，并防止变弯的梁6侵入车辆电池4中。所导致的壁状构件9的变形关闭了柔性层17和电池4之间最初的缝隙28，因此柔性层17撞击到电池4的侧面区域上并顺应电池的轮廓。由室27的充气产生充好气的垫子因此起到了使得撞击产生的力在可充气单元8内更加均匀地分布。
现在转而考虑图11-13，其中示出了本发明的可选择实施例，其包括四个可充气单元8，每个可充气单元8都具有基本类似于上面描述的构型。在这个装置中，所述可充气单元8以大体呈方形阵列的方式设置在中心电池4的周围，从而当从上方观看时基本上围住所述电池。更特别地，将看到所述装置有效地包括两对可充气单元，一对单元8分别沿着所述车辆的两侧设置，并因此分别邻近于所述电池的两侧，同时另一对单元8分别设置在所述电池的前面和后面。更具体地，可以看到每个可充气单元8构造为，使得其端部区域16中的一个弯曲90°，并以夹紧的方式固定到相邻单元邻近的平坦的端部区域16。在这种方式中，一个单元8的弯曲的端部区域16可以有效替换上述参照图3-10描述的实施例的夹板23，并因此有效地起到将将相邻单元8的柔性层17的端部区域夹紧固定到位。
图12示出了以上述方式连接在一起的两个相邻的可充气单元，每个可充气单元示出为处于充气之前的未启动状态。相反地，图13示出了启动之后的装置并因此示出了已充气状态的各个单元，从而其柔性层17已经被推向所述车辆电池4。
尽管已经参照本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但应该理解，在不脱离要求保护的发明范围的情况下可以做出各种修改或替换。例如，可以想到气体发生器G可以含有爆燃的弦(deflagrating chords)或类似物，其可以固定至壁状构件9。
当用于本说明书和权利要求中时，术语“包括”和“含有”以及其各种变形是指含有特定的特征、步骤或整体。该术语不理解为排除其它特征、步骤或整体的存在。
在上面的说明书或下面的权利要求或附图中公开，以其特定的形式表示，或者根据用于执行所公开的功能的手段或根据用于获得所公开的结果的方法或过程而表示的特征，可以根据需要单独地或以这些特征任意组合的方式，用于以其各种形式实现本发明。
尽管已经结合上述示例性的实施例描述了本发明，但当给出这种公开时，很多等同的修改和变形对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本发明的上述示例性的实施例是解释说明性的并不是限制性的。可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对所描述的实施例做出各种变形。

Claims (15)

1.一种用于保护机动车辆(1)中的电池(4)在车辆(1)发生事故时免受损伤的安全装置，该装置包括可充气单元(8)，所述可充气单元(8)包括彼此固定的基本上刚性的壁状构件(9)和片状材料的柔性层(17)，用以在所述壁状构件(9)和所述柔性层(17)之间限定可充气的室(27)；所述壁状构件(9)安装为与所述电池(4)间隔开，并且所述柔性层(17)基本上插在所述壁状构件(9)和所述电池(4)之间，从而所述室(27)的充气起到将所述柔性层(17)推向所述电池(4)的作用。
2.根据权利要求1所述的安全装置，其特征在于，所述壁状构件(9)安装至所述机动车辆(1)的结构部件(6)。
3.根据权利要求2所述的安全装置，其特征在于，所述壁状构件(9)安装至所述机动车辆(1)的通常邻近于所述电池(4)的侧梁(6)。
4.根据上述任一权利要求所述的安全装置，其特征在于，所述壁状构件(9)由金属形成。
5.根据权利要求4所述的安全装置，其特征在于，所述壁状构件(9)由金属板形成。
6.根据上述任一权利要求所述的安全装置，其特征在于，所述壁状构件(9)为可塑性变形的。
7.根据上述任一权利要求所述的安全装置，其特征在于，构造为在所述壁状构件(9)没有朝所述电池(4)做任何移动的情况下，当所述室(27)充气时在所述柔性层(17)和所述电池(4)之间限定缝隙(28)。
8.根据权利要求7所述的安全装置，其特征在于，所述缝隙(28)不超过5mm宽。
9.根据权利要求7或8所述的安全装置，其特征在于，构造为所述壁状构件(9)朝向所述电池(4)的变形或移动起到关闭所述缝隙(28)的作用，从而所述柔性层(17)撞击到所述电池(4)的至少一部分上。
10.根据上述任一权利要求所述安全装置，其特征在于，所述柔性层(17)由机织织物形成。
11.根据上述任一权利要求所述的安全装置，其特征在于，包括一对所述可充气单元(8)，所述单元(8)设置在所述电池(4)的相对两侧。
12.根据权利要求11所述的安全装置，其特征在于，包括两对所述可充气单元(8)，一对所述单元(8)分别沿着所述车辆(1)的两侧设置，并且另一对所述单元分别设置在所述电池(4)的前面和后面。
13.根据权利要求12所述的安全装置，其特征在于，一对所述单元(8)中的每一个都连接在另一对两个单元(8)之间。
14.根据上述任一权利要求所述的安全装置，其特征在于，包括以阵列设置在所述电池(4)周围的多个所述可充气单元(8)，以便基本上围住所述电池(4)。
15.根据上述任一权利要求所述的安全装置，其特征在于，所述机动车辆(1)是设置为从所述电池(4)获取牵引动力的电动或混合动力车辆。
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