CN110182034B - 具有滚压成形构件的汽车电池托盘 - Google Patents

Abstract

一种用于电池驱动车辆的电池托盘包括具有侧壁的电池托盘。撞击吸收结构连接到侧壁。该撞击吸收结构包括至少一个固定到侧壁上的滚压成形构件。该至少一个滚压成形构件由单个金属板制成，并且包括第一板部分，该第一板部分滚压成形，以形成第一空腔，并且具有在第一板部分的构件中心壁中形成的第一凸缘。第一凸缘固定到第一板部分。第二板部分滚压成形，以形成第二空腔，并且在固定到构件中心壁的第二板部分的端部处具有第二凸缘。滚压成形的U形附接构件固定到该至少一个滚压成形构件。

Description

具有滚压成形构件的汽车电池托盘

技术领域

本公开总体上涉及用于电池驱动汽车的电池托盘中的能量吸收结构。

背景技术

本节中的陈述仅提供了与本公开相关的背景信息，并且可以构成或可以不构成现有技术。

包括电动和混合动力车辆在内的至少部分地依靠电池动力推进的汽车创造出独有的状况；由于电池单元中的能量和流体，所以必须考虑到这些状况，以吸收结构撞击，而不会损坏电池单元。已知的电池驱动和混合动力或电池发动机驱动的车辆(以下统称为“电池驱动”车辆)的电池托盘提供了从电池托盘的下方和侧面吸收撞击负荷的特征，以最小化对内部电池单元的损坏，然而，这种电池托盘的结构设计通常需要在发生轻微的结构损坏之后完全更换电池托盘，并且大大增加了电池托盘的成本来适应撞击负荷。

因此，虽然当前电池驱动的车辆托盘设计达到了预期的目的，但是需要一种新型改进的系统和方法来吸收电池托盘能量负荷，同时降低设计和构造成本。

发明内容

根据几个方面，一种用于电池驱动车辆的电池托盘包括具有周边侧壁的电池托盘主体。每个侧壁连接有撞击吸收结构。该撞击吸收结构包括至少一个固定到侧壁上的滚压成形构件。该至少一个滚压成形构件由单个金属板制成并且包括第一板部分，该第一板部分滚压成形以形成第一空腔，并且具有在第一板部分的构件中心壁中形成的第一凸缘。第一凸缘固定到第一板部分。第二板部分滚压成形以形成第二空腔，并且在第二板部分的固定到构件中心壁的端部处具有第二凸缘。滚压成形的U形附接构件固定到该至少一个滚压成形构件。

在本公开的另一方面，在滚压形成第二板部分之前，使用多个点焊固定第一凸缘。

在本公开的另一方面，在第一凸缘中形成多个凹口。

在本公开的另一方面，防撞轨相对于地面限定电池托盘的最低面，该防撞轨由形状记忆合金材料提供。

在本公开的另一方面，防撞轨相对于地面限定电池托盘的最低面，防撞轨使用至少一个形状记忆合金材料的夹子支撑到撞击吸收结构。

在本公开的另一方面，U形构件包括相对的第一壁和第二壁，第一壁具有指向第二壁的第一凸起肋，第二壁具有指向第一壁的第二凸起肋。第一凸起肋和第二凸起肋彼此直接对准。

在本公开的另一方面，提供了一种连接到机动车辆中的电池托盘的侧轨组件。侧轨组件包括由单个金属板制成的滚压成形构件，该滚压成形构件具有可连接到电池托盘的第一板部分、第二板部分、第三板部分、第一端壁、第二端壁和中心壁，其中，第一板部分、第二板部分、第一端壁和中心壁限定了第一纵向空腔，并且其中，第一板部分、第三板部分、第二端壁和中心壁限定了第二纵向空腔。第一纵向空腔与第二纵向空腔平行。

另一方面，滚压成形构件包括从中心壁延伸的第一凸缘。

在又一方面，第一凸缘包括形成在其中的凹口。

在又一方面，凹口不含材料。

在又一方面，凹口延伸到中心壁中。

在又一方面，第一凸缘邻接并连接到第一板部分的内表面。

在又一方面，提供了大致与滚压成形构件相同的第二滚压成形构件，该第二滚压成形构件相对于滚压成形构件定向成90度。

在又一方面，提供了侧面防撞构件，该侧面防撞构件连接到滚压成形构件的第三板部分和第二滚压成形构件。

在又一方面，提供了防撞轨，该防撞轨相对于地面限定电池托盘的最低面，防撞轨连接到第二滚压成形构件。

在又一方面，第一板部分、第二板部分和第三板部分彼此平行，并且第一端壁、第二端壁和中心壁彼此平行。

在又一方面，第一板部分、第二板部分和第三板部分均大致垂直于第一端壁、第二端壁和中心壁。

在又一方面，第一端壁和中心壁在横向上比第二端壁宽。

根据本文提供的描述，进一步的适用范围将变得显而易见。应该理解的是，描述和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据示例性实施例的具有电池托盘的汽车的仰视图；

图2是图1的电池托盘的仰视图；

图3是图2的区域3的侧面透视图；

图4是图3的B形滚压成形构件的端部透视图；

图5是从图4的B形滚压成形构件修改的滚压成形构件的端部透视图；

图6是从图2修改为包括图5的滚压成形构件的侧面透视图；

图7是具有可调肋的U形可偏转构件的端部透视图；

图8是从图2修改为包括图7的U形可偏转构件的侧面透视图；

图9是从图5修改为包括多个可调槽的滚压成形构件的端部透视图；

图10是图4的部分滚压成形B形构件的端部透视图；

图11是图5的部分滚压成形构件的端部透视图；

图12是具有图9的槽的部分滚压成形构件的端部透视图；

图13是从图4的B形滚压成形构件修改的部分滚压成形构件的端视图；

图14是从图5的方形滚压成形构件修改的部分滚压成形构件的端视图；

图15是描述缺少中心壁的示例性结构的力对位移的曲线图；以及

图16是描述提供中心壁的示例性结构的力对位移的曲线图。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或使用。

参考图1，车辆电池系统10包括在结构上安装到车辆14的电池单元或电池托盘12。电池托盘12包括盆13，用于在盆13内容置至少一个电池单元，并且根据几个方面，容置多个单独的电池单元，这些电池单元提供电荷，作为推进车辆14的唯一动力，或者除了发动机之外，还可以提供补充动力。盆13优选地形成为整体式单一结构，例如，通过冲压金属片或从金属片拉伸，以形成整个盆13。盆13还包括上凸缘15，上凸缘15从盆13的上端向外延伸，用于将盆13附接到盖(未示出)或附接到盆13的侧构件。

参考图2，并且再次参考图1，电池托盘12还包括设置在盆13外侧面的可折叠框架(collapsible frame)16。盆13由可折叠框架16支撑作为结构单元，并限定能量吸收部分。可折叠框架16可由例如一种或多种材料制成，例如包括钢或铝的轧制金属板、诸如金属和聚合材料等材料的组合、复合材料和材料合金。可折叠框架16可提供一个或多个侧壁撞击吸收结构或侧轨组件18，以将可折叠框架16连接到车辆14的结构。侧壁撞击吸收结构18均可以包括多个孔20，这些孔分别容置多个紧固件(未示出)中的一个，以将电池托盘12可释放地固定到车辆14的结构上。防撞轨(impact rail)22可以进一步沿着每个侧壁撞击吸收结构18的面向地面侧的大部分长度安装。防撞轨22通常形成电池托盘12相对于地面的最低面，因此，如果车辆14横穿电池托盘12接触的地面特征，则防撞轨22提供第一接触的撞击面。

参考图3，并且再次参考图1，示出了侧壁撞击吸收结构18中的一个示例性结构。相对定位的侧壁撞击吸收结构18相似，因此，本文不再进一步描述。每个侧壁撞击吸收结构18包括固定到电池托盘12的侧壁26的第一B形滚压成形构件24和大致垂直于第一B形滚压成形构件24定向的第二B形滚压成形构件28。第一B形滚压成形构件24和第二B形滚压成形构件28中的每一个大致在电池托盘12的侧壁26的整个长度上延伸。滚压成形的U形附接构件或侧面防撞构件30也大致在电池托盘12的侧壁26的整个长度上延伸，并且包括凸缘32，该凸缘32例如使用诸如激光焊缝34等焊接接头固定到第一B形滚压成形构件24的面向外的壁36。U形附接构件30还包括大致垂直于面向外的壁36延伸的第一壁38、面向外的第二壁40和大致平行于第一壁38定向的第三壁42。第三壁42部分地与第二B形滚压成形构件28的面向上的壁44重叠，并且使用诸如激光焊缝46等焊接方式固定到面向上的壁44。U形附接构件30可以包括穿过第一壁38和第三壁42的孔20，以容置紧固件(未示出)，从而将电池托盘12可释放地固定到车辆14的结构上。

第一壁38、第二壁40和第三壁42之间形成有纵向空腔48。多个挡板或加强板50位于空腔48内，其中，加强板50的数量由第二壁40预期接收的预期撞击负荷预先确定。加强板50和U形附接构件30将挤压或挠曲，以吸收朝向电池托盘12的侧壁26的撞击负荷，从而有助于防止损坏侧壁26，并因此防止损坏位于电池托盘12内的部件，例如，电池单元。为了进一步增强加强板50的抗挠曲性，每个加强板50还可以包括具有任何期望形状的冲压或预制凸起特征52。第一B形滚压成形构件24、第二B形滚压成形构件28、加强板50和U形附接构件30例如通过焊接(例如，通过MIG或激光焊接)固定在一起，并且共同形成撞击吸收结构54。撞击吸收结构54也附接到盆13，优选地，通过焊接，例如，MIG或激光焊接。

防撞轨22沿着第二B形滚压成形构件28的面向地面侧的长度安装并延伸，并且可以例如通过焊接或通过使用紧固件来固定。防撞轨22通常形成电池托盘12相对于地面的最低面。因此，防撞轨22的撞击面56位于电池托盘12的托盘或盆的最低面58下方(如图3所示)。如果车辆14横穿电池托盘12所接触的地面特征，则撞击面56限定第一接触面。防撞轨22滚压成形，类似于参考图4更详细地描述的第一B形滚压成形构件24和第二B形滚压成形构件28。

根据几个方面，防撞轨22可以是类似于用于滚压成形构件的板材的钢材料，或者可以使用形状记忆合金材料制成，包括但不限于镍和钛的合金。众所周知，形状记忆合金是一种“记忆”其原始形状的合金，这样，如果变形，材料在加热时会恢复到变形之前的形状。如果撞击负荷使防撞轨22变形，则可以执行防撞轨22的后续加热，以使防撞轨22的形状恢复到其原始形状，从而不需要移除和/或更换防撞轨22。根据其他方面，形状记忆合金材料也可用于形成安装夹59，该安装夹59用于将钢(或其他)材料防撞轨22安装到撞击吸收结构54或本公开的任何其他撞击吸收结构，使得移动防撞轨22并使安装夹59变形的撞击负荷允许在不更换钢(或其他材料)防撞轨22的情况下修复变形的安装夹59。根据其他方面，形状记忆合金材料也可用于本公开的任何滚压成形构件或U形构件，以提供相同的修复益处而无需更换。

参考图4，并且再次参考图1和2，第二B形滚压成形构件28大致与第一滚压成形B形滚压成形构件24相同，但是相对于滚压成形构件24定向成90度。每个B形构件均由如下滚压成形并且焊接的一个金属板(例如，钢)制成。第一板部分60滚压成形，以产生大致垂直于第一板部分60的第一端壁62。在第一端壁62中形成下一个弯曲，以产生大致平行于第一板部分60定向的第二板部分64。通过在第二板部分64中产生弯曲，然后形成第一凸缘68，来形成构件中心壁66。构件中心壁66加强了第二B形滚压成形构件28的中心部分，以抵抗壁折叠并吸收撞击能量。为了简化结构和降低部件成本，第一凸缘68使用多个电阻焊接(也称为点焊)固定到第一板部分60的内表面70，从而限定纵向第一空腔72。点焊是一种为壁间隔或壁的整个长度形成MIG、TIG或激光焊接的更快、更便宜的替代方法。

第一板部分60与第三板部分74共面，该第三板部分74在点焊操作完成后滚压成形，以形成第二端壁76，该第二端壁76大致垂直于第三板部分74，因此大致平行于第一端壁62。然后，在第二端壁76中滚压形成下一个弯曲，以形成大致平行于第三板部分74定向的第四板部分78。滚压成形第二凸缘80，从而限定了第四板部分78的端部。然后，将第二凸缘80固定到构件中心壁66上，从而限定纵向第二空腔82。第二凸缘80可以通过焊接固定，例如，在可接近的地方使用激光焊缝84和短角焊缝86。应当理解，第一板部分60和第三板部分74可以被认为是单个板部分。

参考图5，并且再次参考图4，可折叠滚压成形构件88也由单个钢板材料滚压成形，类似于上述B形滚压成形构件，但是是从B形构件(例如，第二B形滚压成形构件28)修改而得，以提供矩形第一部分90和大致为方形的第二部分92。在形成第二凸缘96之前，使用多个点焊固定类似于第一凸缘68的第一凸缘94，然后，类似于第二凸缘80，焊接第二凸缘96。第一部分90的宽度98小于第二部分92的宽度100。第一部分90的高度102可以等于、大于或小于第二部分的高度104，允许将滚压成形构件88调整或设计成吸收不同位置处的不同量的负荷力。

参考图6，并且再次参考图5和图3，形成了类似于撞击吸收结构54的撞击吸收结构105，该撞击吸收结构105具有参考图5描述的一对可折叠的滚压成形构件88、88’，该对滚压成形构件88、88’相对于彼此定向成大致90度。具有宽度98的可折叠滚压成形构件88’的窄的第一部分90’邻接电池托盘12的侧壁26。可折叠滚压成形构件88的窄的第一部分90邻接大致与滚压成形U形附接构件30相同的滚压成形U形附接构件106的面向底部的壁。滚压成形U形连接构件106的凸缘108例如使用类似于激光焊缝34的焊接接头固定到可折叠滚压成形构件88’的窄部分90’的面向外的壁上。滚压成形U形附接构件106还可以包括多个加强板110，加强板110的设计和功能类似于加强板50。用于撞击吸收结构105的防撞轨22沿着可折叠滚压成形构件88的窄部分90的面向地面侧的大部分长度安装。U形附接构件106还可以包括孔20，以容置紧固件(未示出)，从而将电池托盘12可释放地固定到车辆14的结构上。

参考图7，并且再次参考图3和6，滚压成形U形附接构件112由滚压成形U形附接构件30和滚压成形U形附接构件106修改而成。滚压成形U形附接构件112包括第一壁114、面向外的第二壁116和大致平行于第一壁114定向的第三壁118。第一壁114和第三壁118具有大致相等的长度。第一壁114还包括延伸第一壁114的整个长度的第一凸起肋120，第三壁118还包括延伸第三壁118的整个长度的第二凸起肋122。如图7所示，第一凸起肋120向下定向，而第二凸起肋122向上定向，使得用于折叠滚压成形U形附接构件112的第二壁116在负荷方向124上接收的撞击负荷将允许折叠，直到第一凸起肋120直接接触第二凸起肋122。为了确保由第二壁116以不垂直于第二壁116的角度接收的撞击负荷仍然允许壁受控地折叠以及凸起肋120、122之间直接接触，第二凸起肋122可以包括大于第一凸起肋120的宽度的宽度126。第一凸起肋120和第二凸起肋122在U形附接构件112的中心区域中示出，并与孔20向内间隔开。然而，可以设想，第一凸起肋120和第二凸起肋122可以设置得更靠近U形附接构件112的任一端，或者甚至在孔20的外侧。

第一凸缘128在第一壁114的自由端滚压成形，第二凸缘130在第二壁118的自由端滚压成形。如图7所示，第一凸缘128向上定向，与图7所示的向下定向的第二凸缘130相反。

参考图8，并且再次参考图3、4和7，撞击吸收结构133由撞击吸收结构54、105修改而成。撞击吸收结构133包括参考图7描述的滚压成形U形附接构件112，该构件提供第一凸缘128和第二凸缘130到可折叠矩形滚压成形构件132的面向外的壁的固定附接。滚压成形构件132与第一和第二B形滚压成形构件24、28的不同之处可能在于省略了构件中心壁66，从而对撞击负荷从滚压成形U形附接构件112的壁传递到滚压成形构件132时接收的压缩力产生较小的阻力。为了清楚起见，省略了防撞轨22。

参考图9，并且再次参考图4和5，通过在点焊凸缘中添加一个或多个凹口，可折叠滚压成形构件134由B形构件(例如，第二B形滚压成形构件28和可折叠的滚压成形构件88)修改而成。根据几个方面，滚压成形构件134包括矩形第一部分136和大致为方形的第二部分138，然而也可以提供两个矩形部分，类似于第二B形滚压成形构件28。在形成第二凸缘141之前，使用多个点焊固定类似于第一凸缘68的第一凸缘140，然后，类似于第二凸缘80，对第二凸缘141进行缝焊或激光焊接。第一凸缘140包括至少一个凹口，并且根据几个方面，包括多个凹口，例如，包括第一凹口142、第二凹口144和第三凹口146。例如，在滚压成形操作之前，通过冲压或模切操作来形成凹口。切口没有材料。凹口可以延伸到中心壁66中。

连续凹口之间的间距148可以是恒定的或可以变化，并且凹口宽度150也可以保持恒定或变化，以允许第一凸缘140的柔性根据需要变化或“调整”，以衰减不同的撞击负荷。根据几个方面，凹口的长度可以保持恒定，或者也可以根据需要变化，以进一步调整第一凸缘140的响应。第二凸缘141明显短于第一凸缘140，因此，如果在第二凸缘141中设置凹口，则第二凸缘141可能不会提供那么大的柔性，然而，如果需要，第二凸缘141也可以设置有一个或多个凹口。

总体上参考图10、11和12，示出了在初始滚压成形步骤之后形成第一凸缘的部分滚压成形构件，该第一凸缘在下一滚压成形步骤之前电阻焊接或点焊到构件的基板上，以形成第二凸缘。具体参考图10并再次参考图4，部分滚压成形的第二B形滚压成形构件28包括：第一板部分60，该第一板部分60滚压成形，以形成第一端壁62；下一个弯曲，该下一个弯曲形成在第一端壁62中，以形成第二板部分64；通过在第二板部分64中形成弯曲而形成的构件中心壁66，以及形成第一凸缘68。然后，在图4所示的第三板部分74继续滚压成形之前，添加多个电阻焊接或点焊152，以将第一凸缘68固定到第一板部分60。

参考图11，并且再次参考图5，在完成方形第二部分92之后，示出了部分滚压成形构件88。然后，在图5所示的矩形第一部分90继续滚压成形之前，添加多个电阻焊接或点焊154，以将第一凸缘94固定到第一板部分92上。

参考图12，并且再次参考图9，在完成示出了第一凹口142和第二凹口144中的示例性凹口的方形第二部分138之后，示出了部分滚压成形构件134。然后，在图9所示的矩形第一部分90继续滚压成形之前，添加多个电阻焊接或点焊156，以将由凹口分开的第一凸缘140的各个部分固定到第二部分138的板上。

参考图13，并且再次参考图4，滚压成形构件158由图4的第二B形滚压成形构件28修改而成。滚压成形构件158提供第一凸缘160，该第一凸缘160在设计上类似于在滚压成形第二凸缘164之前点焊到第一板部分162上的第一凸缘68。为了进一步增强焊接的可操作性，第二凸缘164在第二板部分166上重叠，该第二板部分166在位置上类似于第二板部分64，并且焊接到第二板部分166上，而不是焊接到构件中心壁168上。

参考图14，并且再次参考图5，滚压成形构件170由图5的方形滚压成形构件88修改而成。滚压成形构件170提供了类似于第一凸缘94的第一凸缘172，该第一凸缘172在滚压成形第二凸缘176之前点焊到第一板部分174。为了进一步增强焊接的可操作性，第二凸缘176向外(如图14所示向右)定向，因此相对于第二凸缘96相反地定向，并且焊接到构件中心壁178上。

参考图15，并且再次参考图8，曲线图180呈现了示例性测试数据，显示了结构的力182与变形184的关系。图15示出了撞击吸收侧结构的撞击数据，该撞击吸收侧结构具有缺少构件中心壁66的D形或矩形滚压成形构件132。在曲线186中，观察到该结构的最大力188约为79.81kN。

参考图16，并且再次参考图15，曲线图190呈现了示例性测试数据，显示了示例性结构的力192与变形194的关系。图16示出了具有B形轮廓的结构的数据，例如，具有提供更大力的构件中心壁66。在曲线196中，观察到该结构的最大力198约为156.75kN。与图15的数据相比，图16的数据进一步示出了B形侧构件在屈服之前吸收明显更大的力和变形。对于电池托盘12的示例性应用，减少侧构件的变形是有利的。

具有本公开的撞击吸收结构和滚压成形构件的电池托盘提供了几个优点。这些优点包括包含生产成本低廉的滚压成形构件，尽可能使用点焊固定连接，并在有效的空间封壳中吸收撞击能量。电池托盘还可以在各种位置包括形状记忆合金材料，这些位置允许在不移除或更换部件或更换整个电池托盘的情况下就地修复受损部件。在诸如连接凸缘等位置中选择性地设置凹口使得可以“调整”撞击负荷，以改变撞击负荷，可以在不显著改变撞击吸收结构的空间封壳的情况下容纳这些撞击负荷。

此外，在权利要求书和说明书中，某些构件命名为“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”和“第七”等。这些名称是任意的，旨在仅在这些构件出现的部分中保持一致，即，在说明书或权利要求书或摘要中保持一致，并且在说明书、权利要求书和摘要之间不一定保持一致。从这个意义上来说，这些名称并不旨在以任何方式限制这些构件，并且在权利要求中如此标记的“第二”构件可以指代或不指代在说明书中如此标记的“第二”构件。相反，可以通过其布置、描述、连接和功能来区分这些构件。

本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且不背离本公开的主旨的变化旨在落入本公开的范围内。这种变化不应被视为背离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种侧轨组件，其连接到机动车辆中的电池托盘，所述侧轨组件包括：

由单个金属板制成的滚压成形构件，该滚压成形构件具有可连接到电池托盘的第一板部分、第二板部分、第三板部分、第一端壁、第二端壁和中心壁，其中，所述第一板部分、第二板部分、第一端壁和中心壁限定了第一纵向空腔，并且其中，所述第一板部分、第三板部分、第二端壁和中心壁限定了第二纵向空腔，并且

其中，所述第一纵向空腔与所述第二纵向空腔平行，所述滚压成形构件包括从所述中心壁延伸的第一凸缘，且所述第一凸缘包括形成在其中的凹口。

2.根据权利要求1所述的侧轨组件，其中，所述凹口不含材料。

3.根据权利要求1所述的侧轨组件，其中，所述凹口延伸到所述中心壁中。

4.根据权利要求1所述的侧轨组件，其中，所述第一凸缘邻接并连接到所述第一板部分的内表面。

5.根据权利要求1所述的侧轨组件，还包括基本与所述滚压成形构件相同的第二滚压成形构件，所述第二滚压成形构件相对于所述滚压成形构件定向成90度。

6.根据权利要求5所述的侧轨组件，还包括侧面防撞构件，所述侧面防撞构件连接到所述滚压成形构件的第三板部分和所述第二滚压成形构件。

7.根据权利要求6所述的侧轨组件，还包括防撞轨，所述防撞轨相对于地面限定所述电池托盘的最低面，所述防撞轨连接到所述第二滚压成形构件。

8.根据权利要求1所述的侧轨组件，其中，所述第一板部分、第二板部分和第三板部分彼此平行，并且所述第一端壁、第二端壁和中心壁彼此平行。

9.根据权利要求1所述的侧轨组件，其中，所述第一板部分、第二板部分和第三板部分均基本垂直于所述第一端壁、第二端壁和中心壁。

10.根据权利要求1所述的侧轨组件，其中，所述第一端壁和所述中心壁在横向上比所述第二端壁宽。

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