CN112693331B - 用于能量存储装置的包括变形区域的框架结构 - Google Patents

Abstract

本公开总体上涉及一种用于将车辆的能量存储装置维持就位的框架结构，其在侧面撞击的情况下以受控方式变形，以避免变形到车辆座椅的位置中。所提出的框架结构适于在与车辆座椅之间的位置对准的中心位置中可控地变形。以这种方式使车辆的乘员保持安全，因为在车辆座椅位置中没有发生或几乎不发生变形。上述优点由包括变形区域的框架横向支撑构件提供，该变形区域适于响应于被施加在横向支撑构件上的横向力而变形。变形区域定位成使得当框架结构安装在车辆中时，变形区域与车辆的座椅之间的位置对准。

Description

用于能量存储装置的包括变形区域的框架结构

技术领域

本公开涉及用于将车辆的能量存储装置保持就位的框架结构。本公开还涉及一种能量存储模块，并且涉及一种包括能量存储模块的车辆。

背景技术

随着车辆变得电气化，电池的尺寸增加。用于为车辆提供推进力的所谓牵引电池因此相对大且重，并且必须由牢固的机械结构支撑以便在车辆行驶时保持就位。牵引电池通常布置在车辆地板下方的位置中，其创造性地导致牵引电池经常被布置在车辆中的座椅下方。

为了在碰撞的情况下保护电池，牵引电池周围的结构必须能够处理大的力，特别是在侧面撞击的情况下，因为牵引电池通常位于相对靠近车辆的外侧结构处。电池周围的结构通常适于以预定方式变形，从而吸收来自碰撞的能量并且避免该能量由牵引电池自身吸收。

但是，所述结构的变形可能以不期望的方式影响车辆的其他部分，甚至对于车辆的乘员可能是危险的。因此，存在对在侧面撞击车辆的情况下保护车辆的牵引电池的改进方式的需求。

发明内容

本公开总体上涉及一种用于使车辆的能量存储装置维持就位的框架结构，其在侧面撞击的情况下以受控方式变形。所述框架结构以避免变形到车辆座椅的位置中的方式变形。

所提出的框架结构适于在与车辆座椅之间的位置对准的中心位置中可控地变形。以这种方式使车辆的乘员保持安全，因为在车辆座椅位置中没有发生或几乎不发生变形。

上述优点通过所述框架结构的横向支撑构件包括变形区域来提供，其中所述变形区域适于响应于施加在所述横向支撑构件上的横向力而变形。所述变形区域定位成使得当所述框架结构安装在车辆中时，所述变形区域与车辆的座椅之间的位置对准。因此，框架结构变形穿透到乘员可能位于的车辆座椅中的风险因本文提出的框架结构而显著降低，从而更好地保护乘员。

所述变形区域可以调整以根据特定的负载情况在预定的力处变形。

此外，所提出的框架结构的横向支撑构件适于沿着车辆的横向方向布置，从而能够吸收来自侧面撞击的能量。所述横向支撑构件限定用于保持能量存储装置的至少一个凹部(pocket)。换句话说，所述框架结构可以是保持能量存储装置的能量存储模块的一部分。

在一个实施例中，所述变形区域可以被配置为沿着所述横向支撑构件的纵向轴线可伸缩地变形。由此，进一步减小了使横向支撑构件变形穿透从所述横向支撑构件竖向地定位的车辆舱室的风险。

当研究所附权利要求和以下描述时，本公开的实施例的其它特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以组合本公开的不同特征以创建除以下描述的那些实施例之外的实施例。

附图说明

现在将参照示出本发明的示例性实施例的附图更详细地描述本公开的这些和其他方面，其中：

图1是根据本公开的实施例的框架结构的透视图；

图2概念性地示出了根据本公开的实施例的布置在车辆中的包括框架结构的能量存储模块；

图3概念性地示出了根据本公开的实施例的布置在车辆中的包括框架结构的能量存储模块；

图4概念性地示出了根据本公开的实施例的布置在侧梁之间的横向支撑构件；和

图5概念性地示出了根据本公开的实施例的局部横向支撑构件。

具体实施方式

在本详细说明中，描述了根据本发明的框架结构的各种实施例。但是，本公开的框架结构可以以许多不同的形式实施，并且不应当被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性，并且将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。在全文中，相同的附图标记指代相同的元件。

图1概念性地示出了根据本公开的实施例的框架结构100。框架结构100配置成用于将车辆的电能存储装置维持就位。框架结构100包括适于沿着车辆的横向方向布置的一组横向支撑构件102。横向支撑构件102限定用于保持电能存储装置(未显示)的至少一个凹部104。横向支撑构件102中的至少一个包括变形区域106，变形区域106适于响应被施加在横向支撑构件上的横向力112(例如由与车辆侧向相撞的物体110引起的横向力)而变形。横向支撑构件102被配置为使得当车架结构100安装在车辆中时，变形区域106与车辆的座椅之间的位置对准。

发明人认识到，包括电能存储装置和支撑框架结构的电能存储模块应当能够在侧面撞击的情况下吸收碰撞能量，同时不会对车辆乘员造成不必要的伤害风险。因此，发明人基于上述认识，明白为容纳电能存储装置的框架结构的横向支撑构件提供变形区域。所述变形区域适于在碰撞的情况下变形，将能量沿着横向支撑构件的主纵向轴线传递到横向支撑构件中。当变形区域变形时，它们吸收碰撞能量。此外，由于变形区域的具体构造和位置，所述变形以受控方式发生。特别地，发明人认识到，为了降低对车辆乘员造成的伤害风险，所述变形区域应当与车辆的座椅之间的位置对准。

仅仅作为示例，图1概念性地示出的框架结构100具有四个横向支撑构件102。相邻的横向支撑构件限定了凹部104，电能存储装置可以布置在该凹部中并维持就位。一种这样的电能存储装置可以包括多个单元，例如，多个电池元。

横向支撑构件102在这里示出为在横向支撑构件的端部部分处通过纵向支撑构件114连接。框架结构100可以附接到车身结构116a-b，车身结构116a-b可以是侧面摇臂梁(side rocker beams)或地板支撑梁，有时也称为槛梁(sill beams)。因此，横向支撑构件102可以适于从车辆的一个侧梁116a到达另一个侧梁116b。

仅仅作为示例，横向支撑构件102可以是与纵向支撑构件114焊接在一起的横向金属梁，纵向支撑构件114也提供为金属梁。横向支撑构件102可以例如包括铝并且通过挤出成型来制造。不过，任何韧性强的材料都可以用于横向支撑构件102和纵向支撑构件114。

优选地，变形区域位于横向支撑构件的中心部分中，以便更容易地确保变形区域对准车辆的座椅之间。

优选地，每个横向支撑构件102包括变形区域106。由此，来自碰撞的更多能量可以沿着框架结构的整个侧面被变形区域吸收。此外，每个横向支撑构件可以以这种方式可控地变形，即，车辆中的更多乘员可能暴露于降低的因正在变形的框架结构而产生的伤害风险。

图2概念性地示出了车辆200，这里为小汽车，其具有布置在车辆200中的电能存储模块202。车辆200优选是至少部分地电力驱动的车辆，例如是混合动力车辆或完全电动车辆。电能存储模块202包括框架结构100，框架结构100包括布置在车辆200的横向方向204上的一组横向支撑构件102。横向方向204是在车辆的侧到侧(side-to-side)方向上，垂直于车辆的行进方向上的轴线206。

能量存储模块202包括电能存储装置，为了清楚起见，这里仅示出了一个电能存储装置210。能量存储装置210布置在由两个相邻的横向支撑构件102a和102b形成的凹部中。能量存储装置210在横向支撑构件102a-b之间交错布置(interleaved)。

优选地，能量存储装置210包括用于向车辆提供电推进能量的电池。能量存储模块200可包括多个电池，每个电池包括多个电池元，诸如锂离子电池元。

图3示出了具有布置在车辆地板下方的框架结构100的车辆200的俯视图。在图3中省略了电能存储装置。在车辆内部中有四个车辆座椅216a、216b、216c、216d。车辆座椅216a和216b是前排座椅，并且车辆座椅216c和216d是后排座椅，后排座椅沿着与车辆200的大致行进方向平行的轴线206布置在前排座椅216a、216b的后方。

框架结构100布置成使得变形区域106对准横向设置的车辆座椅之间。换句话说，包括在车辆200内横向布置的横向支撑构件102中的变形区域106对准前排座椅216a-b之间或后排座椅216c-d之间，例如，至少一个变形区域106对准前排座椅216a-b之间。

因此，横向支撑构件102的变形发生在车辆座椅之间的位置中，从而降低变形伤害车辆乘员的风险。因此，因为变形区域对准车辆座椅之间，与其他变形位置相比，所述变形更远离乘员地发生。

图4概念性地示出了横向支撑构件102的侧视图，例如如图中所示1的框架结构的横向梁102。横向支撑梁102布置为到达纵向支撑梁114之间，纵向支撑梁114通过例如焊接或使用螺钉或螺栓附接到车辆的侧梁116a-b。纵向支撑梁114在此例示为具有L形横截面，但其它可能的纵向支撑梁构造是可能的并且在本公开的范围内。L形纵向支撑梁114提供在肩部114a-b到达侧梁116a-b下方处从下方附接框架结构100。

横向支撑梁102包括适于在被施加足够强的力402时变形的变形区域106。作为力402的结果，所述变形区域优选被配置为沿着横向支撑梁102的纵向轴线404可伸缩地变形。当框架结构布置在车辆中使用时，纵向轴线404与车辆200的横向方向204平行。

横向支撑构件102的伸缩变形被理解为引起横向支撑构件102沿着纵向轴线404的压缩。所述压缩是不可逆的，因此变形区域106沿着纵向轴线404塌缩，使得横向支撑构件沿着纵向轴线404的长度减小。当变形区域106受到足够大的力402时，变形区域106可以不可逆地变形。

变形区域106在结构上比横向支撑构件102的相邻部分107和109弱。以这种方式，确保变形区域106在相邻部分107和109之前变形。因此，结构较弱的变形区域106被设计成，当在变形区域106上施加的力低于使相邻部分107和109变形所需的力时，变形区域106沿着纵向轴线404塌缩。因此，与结构较弱的变形区域106相比，所述相邻部分可以承受沿着纵向轴线404的更大的力402。

变形区域106被设计成当横向力402超过阈值时变形。因此，变形区域106的结构弱化部被制造为使得当施加的力402处于从经验测试或从碰撞情景的模拟已知的范围内时通过良好适配的构型来变形以吸收能量。

变形区域106可以以各种方式实现。在一个实施例中，所述变形区域可以包括横向支撑构件102中的孔406。换句话说，在横向支撑构件102中可以形成孔，而横向支撑构件102可以是中空梁。例如，在中空梁的材料中可以形成通孔，使得在中空梁102的中空内部空间中形成通透孔。孔在垂直于纵向轴线404的方向上形成。在其他可能的实施方式中，代替孔404或除了孔404之外还形成凹槽。与梁的相邻部分107和109相比，形成凹槽是提供结构较弱的变形区域106的另一种可能的方式。

在多个实施例中，变形区域106沿着横向梁102的长度比在变形区域106外侧的每个横向梁部分107、109的长度小。换句话说，变形区域106沿纵向轴线404的长度比相邻的横向梁部分107、109中的每一个短。但是，变形区域106的长度仍然足够长，以提供允许足够能量吸收的横向梁的伸缩变形。

所述孔的形状可以是例如细长的，或者在其他可能的实施方式中，所述孔的形状是圆形的，例如图4-5中所示的，或正方形，或多边形形状。

在多个实施例中，变形区域可以包括横向支撑构件102中的孔的阵列408。例如，如图5中概念性地示出的，孔406的阵列408可以围绕横向支撑构件的整个周边延伸。孔的阵列的布局可以适应特定的实施方式。

在一个实施例中，变形区域在横向梁102的每侧具有六个圆形孔。在一个实施例中，变形区域具有的孔的中心轴线与凹部114相交。当安装在车辆中时，所述孔可以各自具有沿着车辆的行进方向206的中心轴线。在一个实施例中，所述变形区域仅具有中心轴线与凹部114相交的孔。当所述框架结构安装在车辆中并且车辆立于水平地面上时，与凹部114相交的中心轴线可以是大致水平的。

在多个实施例中，横向支撑构件和相应的变形区域制成一体件。这允许成本有效的制造处理。例如，横向支撑构件可以通过挤压来制造，并且用于形成变形区域106的孔406可以通过冲孔或机加工所述孔穿过横向支撑构件102的材料而制成。

制造根据本公开实施例的横向支撑构件的另一种可能方式是与相邻部分107和109相比以不同的材料和/或在不同的挤出方向上制造变形区域106，并且随后在变形区域的相反侧上附接相邻的梁部分107和109。

本领域技术人员认识到，本发明决不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变型是可能的。

例如，横向支撑构件的材料选择可以选自适合将能量存储装置保持就位并且能够提供在材料中制造变形区域的其它材料。用于横向支撑构件的材料的非穷尽列表包括铝、铝合金、钢、可3D打印的聚合物。在一个优选实施例中，后面的支撑构件由挤出铝制成。

车辆可以是各种类型的，例如诸如小汽车的轻型车辆，尽管卡车也是适用的。

横向支撑构件的示例尺寸是在宽度(即沿着图2中的轴线206)上是20-30mm，在高度上是100-150mm。此外，例如以中空梁形式提供的横向支撑构件的材料的厚度是约3-6mm。

变形区域适合的典型负载情况可以是直径为250mm的杆从侧面撞击在车辆上。

所述能量存储装置可以在横向支撑构件之间交错。

所述能量存储装置可以是用于向车辆提供电推进能量的电池。

所述能量存储模块可适于布置在车辆的座椅下方。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定代词“一个”或“一种”不排除多个。单个处理器或其它单元可实现权利要求中叙述的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实不表示这些措施的组合不能用于优点。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

已描述各种实例。这些及其它实例都在所附权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种用于将车辆的电能存储装置维持就位的框架结构，所述框架结构包括：

成组的横向支撑构件，适于沿着所述车辆的横向方向布置，所述横向支撑构件限定用于所述电能存储装置的至少一个凹部，使得所述电能存储装置在横向支撑构件之间交错布置，

其中至少一个所述横向支撑构件包括变形区域，所述变形区域适于响应于被施加在所述横向支撑构件上的横向力而变形，所述横向支撑构件被配置为使得当所述框架结构被安装在所述车辆中时，所述变形区域与所述车辆的座椅之间的位置对准。

2.根据权利要求1所述的框架结构，其中所述变形区域被配置为沿着所述横向支撑构件的纵向轴线可伸缩地变形。

3.根据权利要求1或2所述的框架结构，其中所述变形区域位于所述横向支撑构件的中心部分中。

4.根据权利要求1或2所述的框架结构，其中所述横向支撑构件中的每一个均包括变形区域。

5.根据权利要求1或2所述的框架结构，其中所述横向支撑构件和相应的变形区域被制成一体。

6.根据权利要求1或2所述的框架结构，其中所述变形区域在结构上比所述横向支撑构件的相邻部分弱。

7.根据权利要求1或2所述的框架结构，其中所述变形区域包括位于所述横向支撑构件中的孔。

8.根据权利要求7所述的框架结构，其中所述变形区域包括所述横向支撑构件中的孔的阵列，所述孔的阵列围绕所述横向支撑构件的整个周边延伸。

9.根据权利要求1或2所述的框架结构，其中所述横向支撑构件适于从所述车辆的一个侧梁到达另一个侧梁。

10.根据权利要求1或2所述的框架结构，其中所述横向支撑构件在所述横向支撑构件的端部部分处通过纵向支撑构件连接。

11.根据权利要求1或2所述的框架结构，其中，横向支撑构件由挤出制成。

12.根据权利要求1或2所述的框架结构，其中所述横向支撑构件由包括铝的材料制成。

13.根据权利要求1或2所述的框架结构，其中所述变形区域的沿着相应横向梁的长度比在所述变形区域外侧的每个横向梁部分的长度短。

14.根据权利要求7所述的框架结构，其中所述孔是圆形的。

15.一种用于车辆的能量存储模块，包括：

根据前述权利要求中任一项所述的框架结构；和

布置在所述框架结构的凹部中的成组电能存储装置。