CN102802982A - 电池在机动车辆中的固定布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池(14)在机动车辆(10)中的布置，该机动车辆包括：用于电池(14)的凹部(12)，该凹部布置在所述车辆(10)中；电池(14)，该电池旨在沿着第一安装方向竖直地插入到所述凹部(12)中直至其安装位置；其特征在于，所述凹部(12)包括至少一个阻止表面(32)，该阻止表面相对于所述凹部(12)固定并与位于安装位置的所述电池(14)的外周接触，从而使所述电池(14)在水平所有方向上固定不动。

Description

电池在机动车辆中的固定布置
技术领域
本发明涉及蓄电池在机动车辆中的布置(安排，配置，装置)。
更具体地说，本发明涉及电池在这样的机动车辆中的布置，该机动车辆包括：
-用于电池的容纳部，该容纳部布置在所述车辆中；
-电池，该电池旨在被沿着安装方向竖直地引入所述容纳部内直到安装位置。
背景技术
由电动马达提供动力的车辆需要大量的电功率、例如在15和20kWh之间的电功率以行驶100到150km的距离。
电功率源通常由至少一组蓄电池形成。下文中，术语“电池”应理解为是指一组蓄电池。
传统电功率源例如室内壁装电源插座可以供给3到4kW，从而可以在约5小时内完成这样一组蓄电池的再充电。在该再充电时间过程中，车辆是不可用的。
为了解决该问题，已知的作法是使用充好电的备用电池替换需要再充电的电池。因此将已放电的电池从车辆取出并替换为备用电池。因此可以使用机动车辆，而无需等待用过的电池再充电。该服务例如可以由与用于内燃机车辆的现有服务站类似的服务站提供。
然而，这种电池非常重，例如重量在200和300kg之间，并且非常庞大，例如呈现为宽高为800mm、长为1000m的板块。这些特征给用于将电池固定在车辆的简单有效的系统的设计带来了问题。现有固定装置的复杂性使得更换电池的操作费时且费力。
而且，当车辆急剧制动时，例如在高速正面撞击的情况下，电池可能经受水平加速度，通常是纵向加速度，该加速度可能高达由于重力引起的加速度的50倍。在这种情况下，存在电池从容纳部脱出并且从车辆脱离的危险。
在现有的布置中，电池锁定机构承担电池的至少一些水平锁定。这种锁定机构制造起来复杂且昂贵，特别是因为在发生事故的情况下电池可能施加至锁定机构的水平负载。
发明内容
为解决这些问题，本发明提出一种如上所述的电池在车辆中的布置，其特征在于，所述容纳部包括至少一个楔入面，该楔入面相对于所述容纳部固定并与位于安装位置的所述电池的外周接触，从而使所述电池在水平所有方向上固定不动。
根据本发明的其他特征：
-所述楔入面由形成水平围绕所述电池的刚性围缘的环形内表面形成，并且沿着其整个长度与位于安装位置的电池的外周接触，从而阻止所述电池沿着所有方向的水平运动；
-至少一个由可弹性变形的材料制成的垫预加负载地水平插置在所述环形内表面和位于安装位置的电池之间，从而吸收所述电池和所述环形内表面之间的任何安装间隙，以确保在水平所有方向上所述电池相对于所述车辆的底盘固定不动；
-每个楔入面都由固定至机动车辆的底盘的刚性框架的内表面形成；
-所述布置包括竖直缓冲装置，所述电池在其安装位置时抵靠所述竖直缓冲装置；
-所述环形楔入面具有截头锥体的形状，该截头锥体的形状与水平围绕所述电池的配对部配合(协作)，从而当所述电池位于安装位置时阻止所述电池在安装方向上的竖直运动；
-所述配对部形成为所述电池的一体部分；
-所述配对部由从所述电池的竖直表面水平向外伸出的凸缘的截头锥形的外表面形成；
-所述布置包括用于将所述电池锁定在安装位置的锁定装置，该锁定装置阻止所述电池在与所述安装方向相反的方向上的竖直运动；
-所述锁定装置包括至少一个钩形卡子，该卡子安装成在释放位置和锁定位置之间枢转，在该释放位置中所述电池自由地竖直滑动，在该锁定位置中所述电池以安装位置被束缚在所述容纳部中；
-在其锁定位置，该钩形卡子旨在卡合在所述凸缘的自由唇缘的下面；
-在其锁定位置，该钩形卡子旨在卡合在由所述电池承载的环上；
-所述卡子的枢转轴线在重力方向上与位于所述锁定位置的卡子和所述电池之间的接触点成一直线。
附图说明
通过阅读随后的详细说明，其他特征和优点将变得清楚，为了理解如下说明可以参照附图，在附图中：
-图1是描绘了包括根据本发明的教导制造的电池容纳部的机动车辆的俯视图；
-图2是描述了图1的机动车辆以及布置在车辆下方安装之前的电池的侧视图；
-图3是图2的描述了车辆中的电池及其容纳部的放大细节图；
-图4是与图3类似的详细图，描绘了通过根据本发明的第一实施方式的固定装置安装在其容纳部中并固定的电池；
-图5是与图4类似的视图，描述了通过根据本发明的第二实施方式的固定装置安装在其容纳部中并固定的电池；
-图6是与图4类似的视图，描绘了在其安装之前的电池；
-图7是图6的侧视图；
-图8是与图6类似的视图，描绘了位于安装位置的电池；
-图9是图8的侧视图。
具体实施方式
在本说明书的其余部分中，将不加限制地采用由附图中的“L、V、T”三面体表示的纵向、竖向和横向。这里，竖直方向指向与重力相反的方向。
在本说明书的其余部分中，由相同的附图标记表示具有相似、相同或类似功能的元件。
图1示出由电动马达(未示出)或由混合推进装置提供动力的机动车辆10，该混合推进装置部分地利用电动马达操作。
机动车辆10包括容纳部12，该容纳部12用于容纳一组蓄电池14。容纳部12布置在机动车辆10的下面，基本与该车辆10的重心成一直线，并向下敞开。因而，往往在安装方向上将电池14竖直向上引入到容纳部12中直至安装位置。
该组蓄电池14由容纳诸如蓄电池、超级电容器或等价物之类的电能存储元件(未示出)的外壳形成。除非另有说明，否则在本说明书的其余部分中，电池14将关联至电池外壳。
电池14具有矩形平行六面体形状。它在竖向上由水平顶面16和水平底面18界定，在水平方向上由一对竖直横向面20和一对竖直纵向面22界定。
根据本发明的教导，容纳部12包括相对于该容纳部12固定的至少一个楔入面32，所述容纳部12与处于安装位置的电池14的外周接触，以便在所有方向上使电池14水平固定不动。
这里，容纳部12包括刚性水平框架24，该框架24固定至机动车辆10的底盘26。框架24具有与电池14的水平轮廓大致互补的矩形形状。
框架24例如由四个金属梁(工字梁)，即两个纵向构件28和两个横向构件30制成。所述纵向构件和横向构件彼此抵靠在一起并且以直角固定至彼此，其中每个构件都形成了框架24的一侧。
如图3所示，这里框架24通过其顶面牢固地固定至车辆10的底盘26。框架24和底盘26因而形成整体组件，该整体组件能承受非常猛烈的撞击，例如车辆10发生高速迎面碰撞时所经历的撞击。
这里，楔入面由框架24的环形内表面32形成，该环形内表面形成旨在水平地围绕位于安装位置的电池14的刚性围缘。更具体地说，楔入面32将在其整个长度上直接或间接地与处于安装位置的电池14的竖直外周面20、22接触，以便牢固地阻止电池14在所有方向上的水平运动。
根据本发明的未示出的另选形式，所述容纳部包括四个不相交的楔入面，每个楔入面都旨在与电池的四个竖直面中的一个接触。
该布置还包括用于阻止位于其安装位置的电池14的向上竖直运动的竖直缓冲装置。
该竖直缓冲装置由容纳部12的固定面形成。
有利地，框架24的环形楔入面32是截头锥形的，在该例中是朝向底部加宽的棱锥形，该楔入面32与水平围绕电池14的配对部34配合，从而当电池位于安装位置时阻止电池14在安装方向上的竖直运动，同时执行水平阻止功能。
所述配对部由水平地围绕电池14的一凸缘36的截头锥形的外表面34形成。在本例中，凸缘36基本位于电池14的高度的中间位置，并且从电池14的竖直面20、22水平向外伸出。
这里，凸缘36形成为电池14的一体部分。
根据电池的未示出的另选形式，该凸缘由围绕电池装配并且然后通过任何适当的固定装置刚性地固定至电池的第二框架形成。
凸缘36具有与容纳部12的框架24的楔入面32互补的截头锥形的外表面34。
由可弹性变形的材料制成的至少一个垫38预加负载地水平插置在框架24的环形楔入面32和位于安装位置的电池14之间，从而吸收电池14和环形楔入面32之间的安装间隙，以使电池14相对于车辆10的底盘16在所有方向上水平地固定不动。
另外，该垫38能够非常迅速地衰减例如由车辆10在不平坦的路面上行驶引起的电池14的任何振动。
该布置例如包括四个垫38，每个垫都沿着凸缘36的外表面34的相关侧的整个长度固定。
根据本发明的在图6至9中示出的另选形式的实施方式，垫38固定至框架24的楔入面32。
为提高凸缘36承受电池14的重量的能力，如图3所示，在此设置竖直肋40，以将凸缘36的一个相关侧的底表面连接至电池14的相关竖直面20。
因而，可能由电池施加的竖直向上指向或在水平所有方向上指向的负载全部由框架24吸收。
另外，容纳部12内设置有与电池14的端子(未示出)电连接的电连接装置(未示出)。
为防止水与电连接装置接触，在凸缘36和框架24之间插设密封垫44。
为此，框架24具有水平底面46，该水平底面46与围绕凸缘36的外表面34的自由水平环形唇缘48面对地布置。密封垫44例如固定至水平唇缘48的顶面。因而，当电池14位于其安装位置时，密封垫44被竖直地压缩在电池14的唇缘48的顶面和框架24的底面46之间。
凸缘36的自由唇缘48从凸缘36的外表面34的底部基座水平向外延伸一直到自由环形边缘。
而且，刚性框架24承载与电池14相连的电连接装置。该电连接装置例如由托架形成，该托架包括从框架24的侧面28、30中的一个竖直向上延伸的支柱和承载电连接器的臂。
所述电连接装置相对于框架24固定，从而当将电池14竖直地插入在容纳部12中时电池14被电连接。为此，电连接器与电池14的对应端子竖直相对地布置。
另外，如图4所示，该布置包括用于将电池14锁定在安装位置的锁定装置，该锁定装置阻止电池14在与安装方向相反的方向—在如图所示的实施方式中为与重力方向相反的方向—上的竖直运动。该锁定装置仅阻止电池14的向下竖直运动。电池14的水平运动实际上已经由固定框架24阻止。
所述锁定装置包括至少一个钩形卡子50，该卡子50安装成围绕水平轴线A—在此为纵向轴线—在自由角位置和角度锁定位置之间枢转，在该自由角位置中该卡子50向外移开使得电池14自由竖直滑动，在该角度锁定位置中电池14以安装位置被束缚在容纳部12中。这里，卡子50通过由例如弹簧形成的弹性复位装置52弹性地返回其锁定位置。
卡子50的自由下端在该卡子50的枢转平面内朝向框架24的内侧弯曲成钩形。
枢转轴线A由框架24的纵向构件28的外竖直面承载。枢转轴线A定位成位于处于安装位置的电池14的相对的自由唇缘48的竖直上方。
卡子50旨在卡在位于安装位置的电池14的对置的自由唇缘48的下面，以便克服电池14的重量作用而保持该电池。
车辆10包括多个锁定装置，例如四个，从而电池14以稳定方式搁在数个卡子50上，由此将电池14的重量分布在数个卡子50上。
有利地，卡子50的弯曲端部包括成形为斜坡的底面54，从而在安装电池14时，卡子50通过在电池14的插入时与电池14的唇缘48接触而被自动地推向其释放位置，从而可以进行卡合。
在该锁定装置的第一实施方式中，卡子50的枢转轴线A相对于电池14的对置的唇缘48朝向外侧水平地—在本示例中横向地—偏移。
该水平轴线A的布置使得可以在水平平面上实现紧凑的锁定装置。
然而，电池14的重量很可能使卡子50产生抵抗弹簧52的弹性恢复力的转矩。因此需要相应地确定弹簧52的等级。
图5中示出将电池14锁定在安装位置的锁定装置的第二实施方式。该实施方式与前一个实施方式类似，因此下面将仅描述不同之处。
在该第二实施方式中，卡子50的枢转轴线A位于电池14的与该卡子50相关的唇缘48竖直上方并与该唇缘48成一直线。更具体地说，枢转轴线A定位成与电池14搁在卡子50上的点在竖直方向上成直线。这样，由电池14的重量产生的负载通过竖直轴线A，从而避免在电池14锁定在安装位置中时在卡子中产生转矩。
根据在图6至9中示出的卡锁装置的第三实施方式，卡子50旨在卡合到环56上，该环56从位于安装位置的电池14的唇缘48的顶面竖直向上延伸。
该第三实施方式允许设计者自由地围绕竖直轴线定向卡子50及其枢转轴线A。因而，卡子50的枢转轴线A这里以直角指向电池14的相关侧。
在安装时，电池14布置在容纳部12下面。然后在安装方向上以竖直向上的平移运动安装电池14，直到将电池14布置在容纳部12中。
卡子50由于与电池14的唇缘48接触而被推回到其释放位置。然后，当电池14继续被安装直至其安装位置时，卡子50弹性地恢复到其锁定位置，从而卡合在电池14的唇缘48上。
因此，垫38和密封垫44被压缩在电池14的凸缘36的外表面34和容纳部12的框架24的楔入面32之间。
电池14因而由刚性框架24在水平所有方向上牢固且没有游隙地保持。
框架24由足够坚固从而在车辆10上发生强烈碰撞时不会由于电池14的惯性而变形的材料制成。即使在大多数极端条件下，并且尽管电池的重量非常大，框架14因而也可以将电池14保持在其容纳部12中。因而框架24防止电池14在紧急停车情况下或发生事故时被水平弹出。
另外，卡子50足够坚固，从而不会在车辆在不平坦路面上行驶时断裂。
由于本发明的布置，卡子50仅必须承受竖直向下指向的负载，即电池的重量，其他水平指向或竖直向上指向的负载由框架24吸收。锁定装置50的设计因此简单。
另外，锁定装置有可能暴露于例如范围仅在电池重量的十倍以内的力，但框架有可能暴露于范围在高达电池重量的50倍的力。因而，锁定装置的制造成本较为廉价。

Claims (13)

1.电池(14)在机动车辆(10)中的布置，该机动车辆(10)包括：
-用于电池(14)的容纳部(12)，该容纳部布置在该车辆(10)中；
-电池(14)，该电池旨在沿着安装方向竖直地引入到所述容纳部(12)中直至其安装位置；
其特征在于，所述容纳部(12)包括至少一个楔入面(32)，该楔入面相对于所述容纳部(12)固定并与位于安装位置的所述电池(14)的外周接触，从而使所述电池(14)在水平所有方向上固定不动。
2.根据权利要求1所述的布置，其特征在于，所述楔入面由形成水平围绕所述电池(14)的刚性围缘的环形内表面(32)形成，并且沿着其整个长度与位于安装位置的电池(14)的外周接触，从而阻止所述电池(14)沿着所有方向的水平运动。
3.根据权利要求2所述的布置，其特征在于，至少一个由可弹性变形的材料制成的垫(38)预加负载地水平插置在所述环形内表面(32)和位于安装位置的电池(14)之间，从而吸收所述电池(14)和所述环形内表面(32)之间的任何安装间隙，以确保所述电池(14)在水平所有方向上相对于车辆(10)的底盘(26)固定不动。
4.根据前述权利要求中任一项所述的布置，其特征在于，所述楔入面(32)由固定在机动车辆(10)的底盘(26)上的刚性框架(24)的内表面形成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的布置，其特征在于，该布置包括竖直缓冲装置(32，34)，所述电池(14)在其安装位置抵靠所述竖直缓冲装置。
6.根据权利要求5并结合权利要求2至4中任一项所述的布置，其特征在于，所述环形楔入面(32)具有截头锥体的形状，它与水平地围绕所述电池(14)的配对部(34)配合，从而当所述电池(14)位于安装位置时阻止所述电池(14)在安装方向上的竖直运动。
7.根据权利要求6所述的布置，其特征在于，所述配对部(34)形成为所述电池(14)的一体部分。
8.根据权利要求6或7所述的布置，其特征在于，所述配对部(34)由从所述电池(14)的竖直表面(20，22)水平向外伸出的凸缘(36)的截头锥形的外表面形成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的布置，其特征在于，该布置包括用于将所述电池(14)锁定在安装位置的锁定装置(50)，该锁定装置阻止所述电池(14)在与安装方向相反的方向上的竖直运动。
10.根据权利要求9所述的布置，其特征在于，所述锁定装置包括至少一个钩形卡子(50)，该卡子安装成释放位置和锁定位置之间枢转，在该释放位置中所述电池(14)自由地竖直滑动，在该锁定位置中所述电池(14)位于安装位置并被束缚在所述容纳部(12)中。
11.根据权利要求10并结合权利要求8所述的布置，其特征在于，在其锁定位置，所述钩形卡子(50)旨在卡合在所述凸缘(36)的自由唇缘(48)的下面。
12.根据权利要求10所述的布置，其特征在于，在其锁定位置，所述钩形卡子(50)旨在卡合在由所述电池(14)承载的环(56)上。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的布置，其特征在于，所述卡子(50)的枢转轴线(A)设置成在重力方向上与电池(14)和位于锁定位置的卡子(50)之间的接触点成一直线。
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