CN110816276A - 一种车用电池碰撞安全装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车用电池碰撞安全装置，包括吊装梁和电池包，电池包通过吊装梁连接在车身上，在吊装梁上预埋脱开机构，脱开机构包括在吊装梁上设置的孔和设置在孔中的填充材料，填充材料的膨胀比与吊装梁所用材料的膨胀比不同。吊装梁包括板Ⅰ和板Ⅱ，板Ⅰ与板Ⅱ连接构成“L”型结构，板Ⅰ连接在电池包上，板Ⅱ与车身连接。板Ⅱ上设有孔和用于与车身连接的安装孔，孔设置在板Ⅱ上靠近电池包的一侧，安装孔设置在板Ⅱ上远离电池包的一侧。孔位于相邻两安装孔之间的位置，孔与安装孔异线布置。碰撞时板Ⅰ与板Ⅱ连接构成的弯折部为断裂起始区域，断裂起始点与孔的连线构成应力传递路径，应力传递路径呈直线沿板Ⅰ与板Ⅱ之间的弯折部延伸。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车安全技术领域，具体涉及一种车用电池碰撞安全装置及其使用方法。
背景技术
受全球范围内能源危机和环境污染的影响，各国都在不断推进新能源汽车产业的发展，尤其在近10年内，纯电动汽车和混合动力汽车取得了长足的进步，产品技术不断进步和完善。但同时，电动车辆的安全性也成为人们关注的焦点，到目前为止，电动汽车因碰撞引发的人员伤害较为严重。因此提升电动车辆的碰撞安全成为电动汽车领域研究热点之一。
汽车轻量化一直以来都是汽车的研究热点，由于现有的电池技术在能量密度方面的发展速度远低于行业的需求和人们的期望，导致电动车辆中电池系统的总质量占比一直居高不下，使得车辆高速运行时发生碰撞产生能量变高，因此在主动碰撞时降低碰撞能量，对维护车身刚性，提高乘员生存条件都有很大的意义。
此外，碰撞时车辆地板发生形变，金属异物侵入到电池系统中，造成电芯及模组出现穿刺及挤压的情况，引起电池电气火灾，甚至爆炸。造成的人员伤害案例较多。如比亚迪E6车型在深南大道上遭受碰撞，车辆侧翻，引起电池起火，乘员无法脱身，最终导致司机在内的3人丧生，同样，特斯拉model S也曾出现多起此类事故。
有效避免车体形变带来的金属异物侵入和主动降低碰撞能量，都能有效的保护乘员安全，降低电池系统起火的风险，也能为后续救援及处理带来很大的便利。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种车用电池碰撞安全装置及其使用方法，用于解决碰撞时产生的碰撞能高以及碰撞时车体发生变形金属异物侵入到电池系统中，造成电芯及模组出现穿刺及挤压的情况，引起电池电气火灾的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种车用电池碰撞安全装置，其特征在于：包括吊装梁和电池包，所述电池包通过吊装梁连接在车身上，在吊装梁上预埋脱开机构，脱开机构包括在吊装梁上设置的孔和设置在孔中的填充材料，填充材料的膨胀比与吊装梁所用材料的膨胀比不同。
进一步的，所述吊装梁包括板Ⅰ和板Ⅱ，板Ⅰ与板Ⅱ连接构成“L”型结构，板Ⅰ连接在电池包上，板Ⅱ与车身连接。
进一步的，所述板Ⅱ上设有孔和用于与车身连接的安装孔，所述孔设置在板Ⅱ上靠近电池包的一侧，安装孔设置在板Ⅱ上远离电池包的一侧。
进一步的，所述孔位于相邻两安装孔之间的位置，孔与安装孔异线布置。
进一步的，碰撞时所述板Ⅰ与板Ⅱ连接构成的弯折部为断裂起始区域，断裂起始点与孔的连线构成应力传递路径，应力传递路径沿板Ⅰ与板Ⅱ之间的弯折部延伸。
进一步的，所述板Ⅰ与板Ⅱ连接处设有楔形缺口，楔形缺口为断裂起始区域。
进一步的，所述电池碰撞安全装置还包括传感器和上位机，传感器与上位机电连接，填充材料与上位机电连接，上位机中预先设置冲击载荷的阀值。
进一步的，所述填充材料为硝酸铵。
本发明还提供了一种车用电池碰撞安全装置的使用方法，所述使用方法包括如下步骤：
步骤1.将所述的吊装梁安装在电池包与车身之间，吊装梁的板Ⅰ与电池包连接，板Ⅱ与车身连接；
步骤2.在吊装梁上设置脱开机构，脱开机构的孔设置在板Ⅱ上靠近电池包的一侧，孔要避开安装孔的位置，孔与安装孔不在同一条直线上；
步骤3.在上位机中预先设置冲击载荷的阀值；
步骤4.车辆受到碰撞，当碰撞产生的冲击载荷达到上位机中设置的阀值时，上位机给出信号控制填充材料的膨胀比上涨，填充材料膨胀将孔撑开，断裂面会延应力传递路径贯穿电池系统的吊装梁，在重力作用下，使电池包与吊装梁完全脱离；当冲击载荷未达到上位机中设置的阀值时，脱开机构不工作，电池包与吊装梁不脱离
采用本发明技术方案的优点为：
1、本发明通过特殊设计的吊装梁结构，将电池包与车身做连接固定。根据电动车辆遭受的不同冲击形态，在受到工况载荷及低速冲击时无作用，在受到严重冲击，超过材料及结构特征的临界点时，电池包吊装梁结构通过预先设计的脱开机构发生主动或被动脱落，避免车辆发生严重碰撞时外界金属异物侵入到电池包，造成电芯及模组出现穿刺及挤压，引发燃烧爆炸等严重的问题，同时降低车辆此时自重，减弱碰撞能量，防护车辆及乘员安全。
2、本发明采用电池碰撞安全装置能够明显改善电动车辆在高速碰撞下的安全性能。分析整车性能参数得出，电池包在整车整备质量的1/3，满载质量的1/4。高速行驶的车辆出现碰撞时，电池包所占据的碰撞总能量为整车的1/3～1/4，由于电池包脱离了整车，使得整车的碰撞能量大幅下降。在车辆刚性不变的条件下，提高了车辆被动安全可承受的极速能力，也增加了同等车速下车内乘员的生存条件。因此，电池包主动脱离对提高车辆被动安全十分有效，采用本发明所述的电池碰撞安全装置后，能有效提高电动车辆的被动安全和极速安全，增加乘员生存。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的局部放大示意图。
上述图中的标记分别为：1、吊装梁；2、电池包；3、脱开机构；4、断裂起始区域；5、应力传递路径。
具体实施方式
在本发明中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“平面方向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1、图2所示，一种车用电池碰撞安全装置，包括吊装梁1和电池包2，所述电池包2通过吊装梁1连接在车身上，在吊装梁1上预埋脱开机构3，脱开机构3包括在吊装梁1上设置的孔31和设置在孔31中的填充材料32，填充材料32的膨胀比与吊装梁1所用材料的膨胀比不同。
吊装梁1包括板Ⅰ11和板Ⅱ12，板Ⅰ11与板Ⅱ12连接构成“L”型结构，板Ⅰ11连接在电池包2上，板Ⅱ12与车身连接。板Ⅱ12上设有孔31和用于与车身连接的安装孔13，所述孔31设置在板Ⅱ12上靠近电池包2的一侧，安装孔13设置在板Ⅱ12上远离电池包2的一侧。孔31位于相邻两安装孔13之间的位置，孔31与安装孔13异线布置，即孔31与安装孔13不在同一条直线上，孔31要避开安装孔13的位置，避免安装孔13对断裂产生影响。
碰撞时板Ⅰ11与板Ⅱ12连接构成的弯折部为断裂起始区域4，断裂起始区域4为电池包箱体侧壁与板Ⅱ12的连接处，具体的，板Ⅰ11与电池包箱体固定连接，加工时在板Ⅰ11与板Ⅱ12连接处设有楔形缺口14，楔形缺口14即为断裂起始区域4，受到冲击时楔形缺口14最先断裂，即为断裂起始点，断裂起始点与孔31的连线构成应力传递路径5，应力传递路径5沿板Ⅰ11与板Ⅱ12之间的弯折部延伸，应力传递路径5为一条直线。本发明在板Ⅱ12上开设三个孔31，开设的孔31要与碰撞时吊装梁1的断裂起始点在同一条直线上，这样才能保证应力传递路径5是一条直线。
本发明通过特殊设计的吊装梁结构，将电池包与车身做连接固定。根据电动车辆遭受的不同冲击形态，在受到工况载荷及低速冲击时无作用，在受到严重冲击，超过材料及结构特征的临界点时，电池包吊装梁结构通过预先设计的脱开机构3发生主动或被动脱落，避免车辆发生严重碰撞时外界金属异物侵入到电池包，造成电芯及模组出现穿刺及挤压，引发燃烧爆炸等严重的问题，同时降低车辆此时自重，减弱碰撞能量，防护车辆及乘员安全。
填充材料32为硝酸铵。电池碰撞安全装置还包括传感器和上位机，传感器与上位机电连接，填充材料32与上位机电连接，在上位机与填充材料32之间设有火花塞，火花塞靠近填充材料32，火花塞与上位机通过导线连接，上位机接收到碰撞信号后，通过导线发送脉冲电流到火花塞，火花塞产生火花引爆硝酸铵，上位机中预先设置冲击载荷的阀值，优选的上位机为PLC传感器或电池管理系统。本发明脱开机构3的工作方式(即填充材料32的引爆)也可借用现有技术中安全气囊的工作方式。
车辆受到碰撞，当碰撞产生的冲击载荷达到上位机中设置的阀值时，上位机给出信号控制填充材料32的膨胀比上涨，填充材料32膨胀将孔31撑开；即上位机接收到碰撞信号后，通过导线发送脉冲电流到火花塞，火花塞产生火花引爆硝酸铵，引爆的硝酸铵使孔31裂开，断裂面会延应力传递路径5贯穿电池系统的吊装梁1，在重力作用下，使电池包2与吊装梁1完全脱离；当冲击载荷未达到上位机中设置的阀值时，脱开机构3不工作，电池包2与吊装梁1不脱离。
当整车传递过来的振动及冲击载荷较小时，脱开机构3未起作用，应力传递路径5不会造成电池包2与车辆脱离，不会发生形变、寿命异常等现象。
当冲击载荷达到一定的阈值，传感器采集信号反馈至脱开机构的上位机处，判断需要启动时，整套系统会在极短时间(100ms)内起作用，完成定向脱离要求。
基于上述电池碰撞安全装置本发明还涉及一种车用电池碰撞安全装置的使用方法，该使用方法包括如下步骤：
步骤1.将所述的吊装梁1安装在电池包2与车身之间，吊装梁1的板Ⅰ11与电池包2连接，板Ⅱ12与车身连接；
步骤2.在吊装梁1上设置脱开机构3，脱开机构3的孔31设置在板Ⅱ12上靠近电池包2的一侧，孔31要避开安装孔13的位置，孔31与安装孔13不在同一条直线上；
步骤3.在上位机中预先设置冲击载荷的阀值；
步骤4.车辆受到碰撞，当碰撞产生的冲击载荷达到上位机中设置的阀值时，上位机给出信号控制填充材料32的膨胀比上涨，填充材料32膨胀将孔31撑开，断裂面会延应力传递路径5贯穿电池系统的吊装梁1，在重力作用下，使电池包2与吊装梁1完全脱离；当冲击载荷未达到上位机中设置的阀值时，脱开机构3不工作，电池包2与吊装梁1不脱离。
本发明采用电池碰撞安全装置能够明显改善电动车辆在高速碰撞下的安全性能。分析整车性能参数得出，电池包在整车整备质量的1/3，满载质量的1/4。高速行驶的车辆出现碰撞时，电池包所占据的碰撞总能量为整车的1/3～1/4，由于电池包脱离了整车，使得整车的碰撞能量大幅下降。在车辆刚性不变的条件下，提高了车辆被动安全可承受的极速能力，也增加了同等车速下车内乘员的生存条件。因此，电池包主动脱离对提高车辆被动安全十分有效。
综上所述，采用本发明所述的电池碰撞安全装置后，能有效提高电动车辆的被动安全和极速安全，增加乘员生存。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种车用电池碰撞安全装置，其特征在于：包括吊装梁(1)和电池包(2)，所述电池包(2)通过吊装梁(1)连接在车身上，在吊装梁(1)上预埋脱开机构(3)，脱开机构(3)包括在吊装梁(1)上设置的孔(31)和设置在孔(31)中的填充材料(32)，填充材料(32)的膨胀比与吊装梁(1)所用材料的膨胀比不同。
2.如权利要求1所述的一种车用电池碰撞安全装置，其特征在于：所述吊装梁(1)包括板Ⅰ(11)和板Ⅱ(12)，板Ⅰ(11)与板Ⅱ(12)连接构成“L”型结构，板Ⅰ(11)连接在电池包(2)上，板Ⅱ(12)与车身连接。
3.如权利要求2所述的一种车用电池碰撞安全装置，其特征在于：所述板Ⅱ(12)上设有孔(31)和用于与车身连接的安装孔(13)，所述孔(31)设置在板Ⅱ(12)上靠近电池包(2)的一侧，安装孔(13)设置在板Ⅱ(12)上远离电池包(2)的一侧。
4.如权利要求3所述的一种车用电池碰撞安全装置，其特征在于：所述孔(31)位于相邻两安装孔(13)之间的位置，孔(31)与安装孔(13)异线布置。
5.如权利要求2至4任意一项所述的一种车用电池碰撞安全装置，其特征在于：碰撞时所述板Ⅰ(11)与板Ⅱ(12)连接构成的弯折部为断裂起始区域(4)，断裂起始点与孔(31)的连线构成应力传递路径(5)，应力传递路径(5)沿板Ⅰ(11)与板Ⅱ(12)之间的弯折部延伸。
6.如权利要求5所述的一种车用电池碰撞安全装置，其特征在于：所述板Ⅰ(11)与板Ⅱ(12)连接处设有楔形缺口(14)，楔形缺口(14)为断裂起始区域(4)。
7.如权利要求5所述的一种车用电池碰撞安全装置，其特征在于：所述电池碰撞安全装置还包括传感器和上位机，传感器与上位机电连接，填充材料(32)与上位机电连接，上位机中预先设置冲击载荷的阀值。
8.如权利要求6所述的一种车用电池碰撞安全装置，其特征在于：所述填充材料(32)为硝酸铵。
9.如权利要求1至7任意一项所述的一种车用电池碰撞安全装置的使用方法，其特征在于：所述使用方法包括如下步骤：
步骤1.将所述的吊装梁(1)安装在电池包(2)与车身之间，吊装梁(1)的板Ⅰ(11)与电池包(2)连接，板Ⅱ(12)与车身连接；
步骤2.在吊装梁(1)上设置脱开机构(3)，脱开机构(3)的孔(31)设置在板Ⅱ(12)上靠近电池包(2)的一侧，孔(31)要避开安装孔(13)的位置，孔(31)与安装孔(13)不在同一条直线上；
步骤3.在上位机中预先设置冲击载荷的阀值；
步骤4.车辆受到碰撞，当碰撞产生的冲击载荷达到上位机中设置的阀值时，上位机给出信号控制填充材料(32)的膨胀比上涨，填充材料(32)膨胀将孔(31)撑开，断裂面会延应力传递路径(5)贯穿电池系统的吊装梁(1)，在重力作用下，使电池包(2)与吊装梁(1)完全脱离；当冲击载荷未达到上位机中设置的阀值时，脱开机构(3)不工作，电池包(2)与吊装梁(1)不脱离。
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