CN107672675A - 一种电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构方案。方案在车头部位设置能够承受碰撞巨大撞击的梁体系统，并与吸能泡沫材料结合，形成碰撞防护高效吸能岛结构。当汽车遭遇意外碰撞时，梁体系统支撑着吸能岛承接碰撞车辆的巨大冲击动能，以吸能岛的泡沫结构溃缩为代价，极大地吸收消耗对方车辆动能，在保护自身车辆上乘客安全的同时，梁体系统还能将大为减小的吸能岛后坐力进一步分散均摊到电池壳体上，避免电池箱受力过大变形导致起火爆炸，最大限度地化解碰撞危害。

Description

一种电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构

技术领域

本发明涉及电动汽车碰撞防护技术领域，具体涉及一种电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构。

背景技术

纯电动汽车是新能源汽车的主要形式，与传统燃油汽车相比有以下诸多优势：(1)低污染：几乎是“零排放”。(2)低噪音：纯电动汽车产生的噪音可以忽略不计。(3)低成本：纯电动汽车制造成本低廉，运行成本更低。(4)高效率：纯电动汽车没有余热浪费。(5)易保养：只需定期检查电机电池等组件即可，维修方便。加之电动汽车即将成为低碳化、信息化和智能化的最佳平台。所以世界各国近年来都在大力扶持发展电动汽车，电动汽车产业已成为当今智能制造和物联网最集中的一个蓝海市场。

众所周知，电动汽车的动力来源于动力电池，目前最常用的动力电池是锂离子电池。锂离子电池由于锂自身活泼性极强，电池安全问题一直困扰着电动汽车行业的发展，无论是磷酸铁锂还是三元锂电都普遍存在着易着火爆炸的问题，虽然通过现代智能控制技术，静态环境下电池热失控得到了有效遏制，但都没有从根本上解决电池安全问题。在复杂的交通环境下和动态条件下，电动汽车上路后，车辆彼此碰撞难以避免，碰撞加大了电池的不安全性。锂电池起火不像燃油着火那样可灭可救，电池一旦碰撞造成内部热失控，就会连锁反应，着火会迅速蔓延，任何灭火救助措施几乎不起作用，最终导致爆炸是必然结果。所以未来大量电动汽车上路后车辆碰撞引发电池起火爆炸的隐患很大，如果不提前防范，势必成为电动汽车产业深入发展的拦路虎，无法跨越。电池安全已成为电动汽车产业发展的世界级难题。

传统的汽车安全主要是解决好碰撞时如何加强对人体的保护，而电动汽车安全防护不仅要注重碰撞时如何加强对人体的保护，而且更要加强电池的安全防护，不仅要在静态环境下保证电池不起火爆炸，更要保障复杂的交通条件下和行驶动态过程中，一旦发生碰撞等意外情况，电池必须得到最严格有效的保护，确保不能起火爆炸，这才是对人体的最大最全面保护。

目前燃油汽车碰撞防护，一般人认为是通过防撞梁(保险杠)发挥作用的，实质上汽车防撞梁只是在轻微碰撞中能起到一定的保护作用，一旦车速稍大，汽车防撞梁几乎体现不出防护作用。后来有人试图改进防撞梁，通过在防撞梁与车体主梁之间加装填充了泡沫铝的吸能盒，期望以此来提高保险杠的吸能效果，结果效果并不理想。原因是燃油汽车头部空间几乎被燃油发动机占完，提供给防撞梁安装空间非常有限，使得吸能盒中能填充的泡沫铝量更加少，所以发挥的吸能效果非常有限，例如《汽车吸能盒》(专利号2012205381608)就是这种结构。可以说至今为止燃油汽车真正的剧烈碰撞防护，基本上还是通过车体溃缩吸能和气囊防护来实现对人体的保护。

目前电动汽车电池一般铺满在汽车底盘上，除了车头，车身已经没有任何可溃缩的空间。由于电池的锂离子自身活泼性极强，电池在车辆碰撞时必须得到严格的保护，不能有任何的变形和穿刺危害。所以传统燃油汽车通过车体溃缩来保护人体安全的工艺，不再适合电动汽车碰撞防护，必须改变传统车辆碰撞吸能方案，最大程度地保护车载电池安全，才是对人体最好的保护。换句话来说，未来电动汽车碰撞损坏只能局限于车头部分，车颈以后部分必须严格保护，否则一旦损毁到电池，势必引发着火爆炸，给车辆乘客带来的将是毁灭性的灾害。

有鉴于此，我们研究发现电动汽车与燃油汽车最大差别有两方面：一是电池箱的壳体取代传统汽车的纵梁设计，未来电动汽车逐步走向无梁一体化。以前吸能盒与车体主梁配合安装的结构设计已经不能适应电动汽车新结构变化。二是车头中没有了燃油发动机，腾出了很大空间，这有利于在车头中设置更多吸能材料，增强车头碰撞吸能功能，以此来破解电动汽车碰撞安全的世界性难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提供一种电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构，通过在电动汽车车头空间中增加梁体系统，增大泡沫吸能材料的填充量，来大大提升吸能效果，实现对车辆乘客和车载电池最严格的保护，能够有效避免碰撞导致电池箱的起火、爆炸，从而提高电动汽车安全性和可靠性。该方案设计科学，结构紧凑合理，宜于推广应用。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构，包括设在车体颈部位置上的梁体系统、车头内的吸能岛和车头底部的可溃缩底盘,通过梁体系统、吸能岛和可溃缩底盘配合设置来实现对车体碰撞时的高效吸能。

进一步地，所述梁体系统包括散力套、承力梁和连接机构，所述散力套、承力梁和连接机构自后向前依次设置；所述承力梁与车体的不可溃缩底盘构成为一体结构；所述散力套一端固定在承力梁上，另一端套设在电池箱外；所述连接机构可沿车体长度方向收缩，其一端固定在承力梁上，另一端锚固在吸能岛内。

进一步地，所述吸能岛内嵌于车头内，紧贴设置于承力粱之前，并由若干个吸能泡沫块组合加固而成为一体结构。

进一步地，所述承力梁为高强金属板加工而成的三明治夹芯结构，夹芯内填充支撑泡沫块，来提高承力梁的抗形变能力，同时实现承力梁的轻量化。

进一步地，所述电池箱的前壁紧贴承力梁的后壁，所述电池箱与所述散力套的套接部紧贴，以提高电池箱与梁体系统结合的整体性，来实现承力梁对电池箱后坐力的分散均摊。

进一步地，所述连接机构包括溃缩筒和活塞体；所述溃缩筒为折叠筒，所述溃缩筒内设有泡沫陶球；所述活塞体的腔体内填充有支撑泡沫块。

进一步地，所述吸能岛的外裙边采用若干外壳体间隙设置，所述外壳体的间隙内侧还错位设置支撑壳体，以增大吸能岛被撞击时的受力面积，防止尖锐部件刺入；所述外壳体和支撑壳体用连接组件固定在吸能岛外立面上。

进一步地，所述可溃缩底盘是由若干S形钢带采取纵立设置固定组合而成；所述溃缩底盘上沿车体高度方向设置多组加固绳带用以固定吸能岛。

进一步地，所述吸能泡沫块和支撑泡沫块为金属发泡材料或为金属发泡材料与非金属发泡的复合材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明碰撞防护效果好：通过设置梁体系统，多重防护结构设计，大大增加泡沫材料使用量，同时大大增强吸能效果，实现对碰撞力进行合理分散均摊，同时强化电池防护，最大限度保证了乘客安全。本防撞系统通过组合设计，便于更换、维护，方案结构简单，设计合理巧妙，结构紧凑，具有很好的市场前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的梁体系统安装侧视图；

图2为本发明的梁体系统结构示意图；

图3为本发明的连接机构结构示意图；

图4为本发明的车体底盘仰视图；

图5为本发明的梁体系统剖视图；

图6为本发明的图4中的A部放大示意图；

图7为本发明的车头可溃缩底盘示意图；

图8为本发明的整体结构示意图；

图中标号说明：1、车体；2、电池箱；21、电池组；3、梁体系统；31、散力套；32、承力梁；321、支撑泡沫块；33、连接机构；331、溃缩筒；332、活塞体；4、吸能岛；41、外壳体；42、支撑壳体；5、连接组件；6、加固绳带；7、可溃缩底盘；71、S形钢性金属带；8、不可溃缩底盘；9、吸能泡沫块；10、泡沫陶球；11、车头；12、螺钉。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合附图，对本发明作进一步地说明：

结合附图1、图2、图4、图5和图8，一种电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构，包括设在车体1颈部位置上的梁体系统3、车头11内的吸能岛4和车头11底部的可溃缩底盘7,通过梁体系统3、吸能岛4和可溃缩底盘7配合设置来实现对车体1碰撞时的高效吸能。

车体底盘的不可溃缩底盘8与可溃缩底盘7两部分连为一体，所述梁体系统3的承力粱32设在轿车前部不可溃缩底盘8上，保证梁体系统3与不可溃缩底盘8的整体性结构，同时又与车体前部可溃缩底盘7的连接关系，.同时通过承力梁32的后端设置的散力套31套装在电池箱2外，前端设置的可沿车体长度方向收缩的连接机构33与所述车头11内的吸能岛4复合插接；从而实现对电池箱2的承载，车体前部沿车体长度方向设置的梁体系统3采取可溃缩式设计以及配载的吸能岛，能实现梁体系统3受撞击时可溃缩吸能，从而避免对后部电池箱2的直接冲击。

所述结构梁体3包括散力套31、承力梁32和连接机构33，所述散力套31、承力梁32和连接机构33自后向前依次设置；所述承力梁32与车体的不可溃缩底盘8构成为一体结构；所述散力套31套设在电池箱2的一头，所述连接机构33设置若干个，每个连接机构33一端固定在承力粱32上，另一端插接锚固在吸能岛4内，并通过加固绳带6将所述吸能岛4固定在可溃缩底盘7上；加大了电池箱2前部的碰撞缓冲间距，同时大大增加了吸能岛4上的泡沫块的使用量，提高了对电池箱2的碰撞保护效果。

所述电池箱2的前壁与承力粱32后壁之间进行无间隙设置；所述电池箱2的外侧壁与所述散力套31的套接部紧贴，以提高电池箱与梁体系统结合的整体性，来实现承力梁32对电池箱后坐力的分散均摊；所述电池箱2与散力套31的套接部上设有多个连接组件5，使散力套31与电池箱2成为一体，便于将碰撞冲击力分散均摊到电池箱壳体上，可有效保护电池箱2，避免电池箱2变形损毁；其中，连接组件5可采用铆钉、焊接、卡接或螺纹连接等现有常见的连接方式连接。

结合附图3，所述连接机构33包括溃缩筒331和活塞体332，所述溃缩筒331固定设在所述承力梁32上，所述活塞体332一端插在所述溃缩筒331内，且所述溃缩筒331和活塞体332锚固在所述吸能岛4中；所述连接机构33设置有八组，纵向从上到下依次设置四个连接机构33，并横向分别设置两排的阵列结构。

所述溃缩筒331为增强高分子材料折叠筒，且筒内设有可更换的泡沫陶球10；所述活塞体332内填充有泡沫铝块；且所述活塞体332的一端设在所述溃缩筒331内，并与所述溃缩筒331内的泡沫陶球10抵接；所述溃缩筒331的周向侧可为波纹管状结构。

所述承力梁32为高强金属板成型的三明治结构，夹芯内填充支撑泡沫块321，来提高承力梁32的抗形变能力，实现承力梁32的轻量化。

结合附图6，所述吸能岛4的外裙边采用多个外壳体41间隙设置，泡沫块外裙边要采取高强度材料的整体设计，增大受力面积，减少溃缩深度，提高整体吸能，防止局部冲破泡沫材料的阻挡后撞击电池箱降低吸能效果；所述吸能岛4内嵌于车头11内，并由若干个吸能材料块组合加固而成为一体结构；所述吸能岛4内填充泡沫铝块，泡沫材料可一体或拼装组成需要的形状，所述吸能岛4内内部可根据设计需要预留空间镶嵌相关部件；且泡沫铝块溃缩吸能可较好保护乘客安全，同时防止电池箱2内的电池组受冲击变形引发起火爆炸。

多个所述外壳体41分别通过螺钉12与所述吸能岛4连接；且多个所述外壳体41的间隙内侧还错位设置支撑壳体42，实现对多个外壳体41的间隙的挡护；便于更换，同时减少局部撞击后外壳体41的变形。

结合附图7，所述可溃缩底盘7是由若干S形钢带71采取纵立设置组合焊接而成，所述S形钢带71与所述可溃缩底盘7固定连接；其结构即可承重又能受力溃缩；所述溃缩底盘7上沿车体高度方向设置多组加固绳带6用以将吸能岛4固定在车头内。

优选的，所述散力套31采用高强度轻质材料制成。

本发明在实际的碰撞时，绝大部分碰撞动能会被泡沫体吸收，承载泡沫体冲击的承力梁，必须把巨大冲击力分散均摊给电池箱体的骨架上，避免局部集中受力导致箱体变形。当车头收到碰撞外力后，力量会首先传递给吸能岛并挤压吸能岛，当被分散力量后的撞击挤压力传到连接机构时，会首先挤压溃缩筒内的泡沫陶球，同时溃缩筒也会将力量分散到周向的折叠边缘，将金属折叠筒撑开；当泡沫陶球被充分挤压被压碎后，撞击力会将活塞体挤压并朝向承力梁，吸能后剩余动能由承力梁分散均摊到电池箱外壳，变小了很多，实现了对碰撞的高效吸能；过多重防撞的结构，大大提高了防撞效果，更加安全可靠。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构，其特征在于：包括设在车体(1)颈部位置上的梁体系统(3)、车头(11)内的吸能岛(4)和车头(11)底部的可溃缩底盘(7),通过梁体系统(3)、吸能岛(4)和可溃缩底盘(7)配合设置来实现对车体(1)碰撞时的高效吸能。

2.根据权利要求1所述的电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构，其特征在于：所述梁体系统(3)包括散力套(31)、承力梁(32)和连接机构(33)，所述散力套(31)、承力梁(32)和连接机构(33)自后向前依次设置；所述承力梁(32)与车体的不可溃缩底盘(8)构成为一体结构；所述散力套(31)一端固定在承力梁(32)上，另一端套设在电池箱(2)外；所述连接机构(33)可沿车体长度方向收缩，其一端固定在承力梁(32)上，另一端锚固在吸能岛(4)内。

3.根据权利要求2所述的电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构，其特征在于：所述吸能岛(4)内嵌于车头(11)内，紧贴设置于承力粱(32)之前，并由若干个吸能泡沫块(9)组合加固而成为一体结构。

4.根据权利要求3所述的电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构，其特征在于：所述承力梁(32)为高强金属板加工而成的三明治夹芯结构，夹芯内填充支撑泡沫块(321)，来提高承力梁(32)的抗形变能力，同时实现承力梁(32)的轻量化。

5.根据权利要求2所述的电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构，其特征在于：所述电池箱(2)的前壁紧贴承力梁(32)的后壁，所述电池箱(2)与所述散力套(31)的套接部紧贴，以提高电池箱与梁体系统结合的整体性，来实现承力梁(32)对电池箱后坐力的分散均摊。

6.根据权利要求2所述的电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构，其特征在于：所述连接机构(33)包括溃缩筒(331)和活塞体(332)；所述溃缩筒(331)为折叠筒，所述溃缩筒内设有泡沫陶球(10)；所述活塞体(332)的腔体内填充有支撑泡沫块(321)。

7.根据权利要求1所述的电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构，其特征在于：所述吸能岛(4)的外裙边采用若干外壳体(41)间隙设置，所述外壳体(41)的间隙内侧还错位设置支撑壳体(42)，以增大吸能岛被撞击时的受力面积，防止尖锐部件刺入；所述外壳体(41)和支撑壳体(42)用连接组件(5)固定在吸能岛(4)外立面上。

8.根据权利要求1所述的电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构，其特征在于：所述可溃缩底盘(7)是由若干S形钢带(71)采取纵立设置固定组合而成；所述溃缩底盘(7)上沿车体高度方向设置多组加固绳带(6)用以固定吸能岛(4)。

9.根据权利要求4或6所述的一种电动汽车碰撞防护高效吸能岛结构，其特征在于：所述吸能泡沫块(9)和支撑泡沫块(321)为金属发泡材料或为金属发泡材料与非金属发泡的复合材料。