CN113302075A - 具有电池结构的电动商用车辆 - Google Patents

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Abstract

一种商用车辆，包括底盘，该底盘沿着纵向方向(X)邻接驾驶室，该商用车辆是至少部分电动的，其中，该商用车辆具有至少一个电池结构(30)，该至少一个电池结构刚性地附接到底盘以容纳电池，该电池结构(30)包括第一支架(31)和第二支架(32)，该第一支架和第二支架沿着纵向方向(X)彼此相距一定距离地沿横向方向(Y)延伸，其中，该电池结构(30)包括至少一个可弹性变形布置(50)和至少一个固定布置(60)，其中电池(21)通过该至少一个可弹性变形布置安装在第一支架(31)上，并且电池(21)通过该至少一个固定布置(60)刚性地安装在第二支架(32)上。

Description

具有电池结构的电动商用车辆
技术领域
本发明涉及一种具有电池结构的电动商用车辆。
背景技术
部分或完全电动的商用车辆(例如，混合动力、插电式混合动力或全电动商用车辆)使用一个或多个大尺寸电池，该一个或多个大尺寸电池沿着相反的第一端壁和第二端壁之间的延伸方向可能长达2m或更长。
电池容纳在一个或多个电池结构中，这些电池结构刚性地附接到车辆的底盘上，该底盘沿着纵向方向邻接驾驶室。更具体地，电池结构包括第一支架和第二支架，该第一支架和第二支架沿着纵向方向彼此相距一定距离地沿横向方向延伸。每个电池安装在第一支架和第二支架上以水平延伸，即电池的延伸方向平行于车辆的纵向方向。
这种布置的问题在于底盘的柔性。特别地，该底盘经受扭转，这导致第一支架和第二支架连同底盘一起绕纵向方向旋转。例如，在操作期间，该底盘通常可能经受沿着中心线每米高达1°到1.5°的扭转。当将电池安装在底盘旁边时，该电池会由于底盘的这一扭转而经受变形。在电池刚性地安装到底盘的情况下，电池的第一端壁和第二端壁之间的变形可以是30mm到50mm的大小。
存在解决这一问题的解决方案：
-电池可以刚性地安装在底盘上并且由能够相对于彼此移动的电池组构成，以经受高变形，例如由PVI在Maxity和Midlum卡车上所实施的那样，
-电池可以竖直地安装在底盘上(例如在驾驶室后方)，以缩短附接件之间到底盘的距离，由此减小变形，例如由PVI在C-less上所实施的那样，
-电池可以利用条带安装在底盘上，这些条带允许电池略微旋转，例如由Mitsubishi Fuso在Canter Eco-Hybrid上所实施的那样，
-电池可以由诸如弹性体之类允许极高变形的材料悬挂，例如文献WO 2007/045365中所实施的那样。
但是，上述解决方案在例如发生正面碰撞(沿纵向方向减速)、侧面碰撞(沿横向方向加速)或翻车(沿纵向方向和横向方向以及竖直方向加速和减速)的情况下，没有对电池提供合适的保护。
发明内容
本发明旨在解决前述问题。
为此，本发明提出一种商用车辆，该商用车辆包括驾驶室和底盘，该驾驶室具有用于驾驶员的驾驶位，并且该底盘沿着纵向方向邻接该驾驶室，该商用车辆是至少部分电动的并包括电动发动机和至少一个电池，以向电动发动机供应电能，
其中，该车辆具有至少一个电池结构，该至少一个电池结构刚性地附接到底盘以容纳电池，该电池结构包括第一支架和第二支架，该第一支架和第二支架沿着纵向方向彼此相距一定距离地沿横向方向延伸，
其中，该电池结构包括至少一个可弹性变形布置和至少一个固定布置，该电池通过该至少一个可弹性变形布置安装在第一支架上，并且该电池通过该至少一个固定布置刚性地安装在该第二支架上。
因此，利用本发明，电池在一侧上刚性地固定到底盘，同时在另一侧上由于用作过滤系统的可弹性变形布置而可动地安装。以下电池结构在底盘和电池之间提供扭转解耦效果，同时确保足够的刚度和强度来承受碰撞情况下的应变，该电池结构使得电池能够在一个特定侧(unique side)处、在可弹性变形布置上浮动。
可弹性变形布置可以包括叶片，该叶片能够弹性变形并且沿横向方向延伸，并且该叶片具有中心部和相反的自由端，其中该中心部固定到第一支架，并且电池安装在该相反的自由端上。
叶片可以适配成，使得该叶片的自由端在水平端平面中延伸，该水平端平面相对于包括中心部的水平中心平面偏移。对于给定的强度的叶片，这种构造提供了紧凑性并且增加了叶片的灵活性。
水平端平面可以对于水平中心平面朝向商用车辆所安置的地面偏移。
电池可以具有平行六面体形状，该平行六面体形状具有两个相反的第一端壁和第二端壁，该第一端壁和第二端壁沿纵向方向彼此隔开，并且该第一端壁和第二端壁中的每一个均具有两个下角部，这两个下角部沿横向方向彼此隔开，并且该第一端壁的下角部可以安装在叶片的自由端上，并且该第二端壁的下角部可以安装在第二支架上。
电池结构具有三个刚性安装点，即第一支架上用于叶片的中心部的一个刚性点，以及第二支架上用于电池的两个刚性点，由此提供三点式解耦系统。同时，叶片设计成通过经受沿着叶片轴线挠曲而吸收一部分扭转，其中该叶片轴线沿横向方向延伸。这实现了底盘和电池之间部分但充足的解耦。特别地，在正面碰撞的情况下，该电池不仅通过第二端壁的两个角部，而且还通过叶片以及通过与安装到底盘的支架的接触点来以刚性方式保持。在侧向碰撞的情况下，该三点式解耦系统与四点式解耦方案相比影响很小。在翻车的情况下，纵向方向和横向方向上的行为如上所述，而竖直方向上的行为导致叶片挠曲。
电池结构可以具有两个第一安装部和第二安装部，该第一安装部沿着纵向方向从第一端壁的下角部延伸，并且该第二安装部沿着纵向方向从第二端壁的下角部延伸，该第一安装部固定到叶片的自由端，并且该第二安装部固定到第二支架。
电池可以具有两个相反的侧壁，这两个相反的侧壁沿横向方向彼此间隔开，每个侧壁均具有侧边缘，该侧边缘在第一端壁的其中一个下角部和第二端壁的其中一个下角部之间延伸，并且电池结构可以具有两个纵向支撑件，这两个纵向支撑件沿着纵向方向延伸并且沿着横向方向彼此间隔开，每个纵向支撑件均包括第一安装部中的一个第一安装部和第二安装部中的一个第二安装部，每个侧边缘均安置在其中一个纵向支撑件上。
电池结构可以包括至少一个水平框架，该至少一个水平框架包括纵向支撑件和至少两个横向连接构件，该至少两个横向连接构件将纵向支撑件彼此连接。
水平框架在底侧上提供具有纵向刚度的碰撞结构，该碰撞结构限制了总体变形并且由此在正面碰撞中提供高水平的保护。
电池结构可以包括阻尼装置，该阻尼装置被构造成阻尼竖直振动，该阻尼装置插置在叶片的中心部和第一支架之间。
叶片的中心部和第一支架可以具有沿竖直方向彼此面对的相应支撑表面，阻尼装置包括由可弹性变形的材料制成的至少一个垫，该至少一个垫与叶片的中心部的支撑表面和第一支架的支撑表面相接触。
电池结构可以被构造成容纳彼此叠置的至少两个电池，并且该电池结构包括两个可弹性变形布置和两个固定布置，该两个可弹性变形布置在第一支架上彼此叠置，该两个固定布置在第二支架上彼此叠置。
底盘可以包括至少两个梁，该至少两个梁沿着纵向方向彼此平行，这些梁具有彼此面对的相应内表面和与这些内表面相反的相应外表面，电池结构附接到其中一个梁的外表面。
电池结构还可以包括侧面碰撞保护构件，该侧面碰撞保护构件附接到第一支架和第二支架的与梁的外表面相反的端部。
这样的侧面碰撞保护构件被构造成在侧面碰撞的情况下限制对电池的侵入。
附图说明
本发明的其它目的和优点将从作为非限制示例给出的本发明特定实施例的以下公开中显而易见，该公开参照附图作出，附图中：
-图1是根据本发明一个实施例的商用车辆的侧视图，该商用车辆具有电池结构，该电池结构被构造成容纳彼此叠置的电池，并且该电池结构包括第一支架和第二支架，该第一支架和第二支架附接到商用车辆的底盘的梁的外表面，
-图2是图1所示商用车辆的电池结构的立体图，每个电池均通过可弹性变形布置可动地安装在第一支架上，并且通过固定布置刚性地安装在第二支架上，
-图3是从第一支架观察到的图2所示电池结构的立体图，
-图4是从第二支架观察到的图2所示电池结构的立体图，
-图5是沿着图4上的标为V-V的定向的第一支架的平面图，示出了可弹性变形布置，每个可弹性变形布置均包括叶片，该叶片能够弹性变形并且沿横向方向延伸，并且该叶片具有固定到第一支架的中心部和电池安装在其上的相反的自由端，
-图6是两个电池结构的立体图，该两个电池结构旨在附接到商用车辆的底盘的两个平行梁的外表面。
具体实施方式
在附图中，相同的附图标记指代相同或相似的元件。
图1示出了根据本发明一个实施例的商用车辆1。在所示出的实施例中，该商用车辆1是卡车的牵引车(但是不限于此)，该牵引车包括框架2，该框架沿着纵向方向X延伸，该纵向方向与车辆1在地面S上向前或向后移动所沿的方向相对应。框架2包括驾驶室3和底盘5，该驾驶室限定舱室，该舱室具有驾驶员可以就座的驾驶位，并且该底盘沿纵向方向X邻接驾驶室3。
驾驶室3包括：
-底板10和车顶11，该底板和车顶沿竖直方向Z界定舱室，其中该竖直方向垂直于地面S并且垂直于纵向方向X，
-相反的前壁12和后壁13，该相反的前壁和后壁沿纵向方向X界定舱室4，该前壁12靠近于车顶11在上部上设置有挡风玻璃15，并且在方向盘后方、靠近于底板11在下部上设置有前控制面板，
-侧壁18，这些侧壁沿横向方向Y界定舱室，其中该横向方向垂直于纵向方向X和竖直方向Z，这些侧壁18设置有相应的驾驶员车门和乘客车门19。
底盘5优选地包括两个梁6，这两个梁沿着纵向方向X彼此平行。梁6具有彼此面对的相应内表面和与内表面相反的相应外表面。
驾驶室3和底盘5安装在由马达系统驱动的车轮6上。
在这方面，商用车辆1是至少部分电动的，例如是混合动力、插电式混合动力或全电动商用车辆。马达系统则包括电动发动机和一个或多个电池21，以向电动发动机供应电能。
根据本发明，商用车辆1具有电池结构30，该电池结构30刚性地附接到其中一个梁6的外表面。
如图2所示，电池结构30被构造成容纳两个电池盒20，这两个电池盒沿竖直方向Z彼此叠置。每个电池盒20均包括两个电池21，这两个电池沿竖直方向Z彼此搁置。
每个电池21具有平行六面体形状，该平行六面体形状具有两个相反的第一端壁22和第二端壁23、两个相反的侧壁24以及两个相反的下壁25和上壁26，其中这两个相反的第一端壁和第二端壁沿延伸方向E彼此间隔开，这两个相反的侧壁沿垂直于延伸方向E的第一方向D1彼此间隔开，并且这两个相反的下壁和上壁沿垂直于延伸方向E和第一方向D1的第二方向D2彼此间隔开。该电池21在下壁25上具有四个下角部，该四个下角部中的两个下角部布置在第一端壁22的下边缘处，并且另外两个下角部布置在第二端壁23的下边缘处。第一端壁22和第二端壁23中的每一个的两个下角部则沿着第一方向E1彼此间隔开。此外，每个侧壁24均具有侧边缘，该侧边缘沿延伸方向E延伸，以连结第一端壁22的其中一个下角部和第二端壁23的其中一个下角部。
电池21是大尺寸的，该电池21沿着第一端壁22和第二端壁23之间的延伸方向E可能长达2m或更长。
电池结构30包括第一支架31和第二支架32，该第一支架和第二支架沿着纵向方向X彼此相距一定距离地沿横向方向Y延伸。在所示的实施例中，第一支架31布置在前方，并且第二支架32沿着纵向方向X布置在后方。
在所示的实施例中，第一支架31和第二支架32中的每一个均适配成矩形框架，该矩形框架包括下横杆33和上横杆34以及两个支柱35，该下横杆和上横杆沿横向方向Y延伸并且沿竖直方向Z间隔开，这两个支柱沿竖直方向Z延伸并连接下横杆33和上横杆34的端部。
对于第一支架31和第二支架32中的每一个，下横杆33和上横杆34中的每一个的端部刚性地附接到(尤其是螺接到)梁6的外表面。第一支架31和第二支架32的下横杆33和上横杆34的相反端由侧面碰撞保护构件40连接，该侧面碰撞保护构件被构造成，在侧面碰撞的情况下，保护电池21免受侵入。特别地，该侧面碰撞保护构件40被构造成屏障(barrier)，该屏障包括彼此以直角交叉的纵向杆41和竖直杆42。
如图3中所示，电池结构30还包括下水平框架和上水平框架45，该下水平框架和上水平框架沿竖直方向Z叠置。下水平框架和上水平框架45中的每一个均在XY平面中延伸，该XY平面平行于纵向方向X和横向方向Y并且垂直于竖直方向Z。下水平框架和上水平框架45中的每一个包括：
-两个纵向支撑件46，这两个纵向支撑件沿着纵向方向X延伸并且沿着横向方向Y彼此间隔开，以及
-至少两个横向连接构件49，该至少两个横向连接构件将纵向支撑件46彼此连接。
每个纵向支撑件46均具有L形截面，其中水平部47在平行于纵向方向X和横向方向Y的XY平面中延伸，并且侧向部48在平行于纵向方向X和竖直方向Z的XZ平面中延伸。
在上水平框架45中，横向连接构件49形成彼此交叉的杆桁架。在下水平框架45中，横向连接构件49由第一支架31和第二支架32的下横杆33形成。
电池结构30包括可弹性变形布置50和固定布置60，该可弹性变形布置在第一支架31的下横杆33和上横杆34中的每一个上，并且该固定布置在第二支架32的下横杆33和上横杆34中的每一个上。两个可弹性变形布置50则沿竖直方向Z在第一支架31上彼此叠置，并且两个固定布置60沿竖直方向Z在第二支架32上彼此叠置。
每个可弹性变形布置50均包括叶片51，该叶片能够弹性变形并且沿横向方向Y延伸。优选地由钢制成的叶片51具有中心部和在中心部的两侧上的相反的自由端54。该叶片51被构造成使得该叶片51的自由端54在水平端平面Pe中延伸，该水平端平面相对于包括中心部的水平中心平面Pc偏移。水平端平面Pe可以相对于水平中心平面Pc朝向地面S偏移。该中心部包括水平区域52，该水平区域由彼此扩开的倾斜连接区域53连接到自由端54。
叶片51的中心部通过阻尼装置55固定到第一支架31，该阻尼装置被构造成衰减竖直振动。下横杆33和上横杆34中的每一个均配备有支撑表面，这些支撑表面布置成沿竖直方向Z面向叶片51的中心部的倾斜连接区域53上的对应支撑表面。阻尼装置55包括由可弹性变形的材料制成的一个或多个垫56，该一个或多个垫插置在叶片51的中心部以及第一支架31的下横杆33和上横杆34中的一个横杆之间。特别地，在每个阻尼装置55中，一个垫56与叶片51的中心部的倾斜连接区域53的支撑表面以及第一支架31的支撑表面相接触。
固定布置60由水平支撑表面形成，这些水平支撑表面从第二支架32的下横杆33和上横杆34延伸。
下水平框架和上水平框架45的纵向支撑件46中的每一个具有被构造为第一安装部46a的一端和被构造为第二安装部46b的相反端，其中该第一安装部固定到第一支架31的其中一个叶片51的其中一个自由端54，并且该第二安装部固定到第二支架32的其中一个支撑表面。
电池21水平地安装在电池结构30中，以使得延伸方向E平行于纵向方向X，第一方向D1平行于横向方向Y，并且第二方向D2平行于竖直方向Z。特别地，电池21放置在下水平框架和上水平框架45上，其中侧边缘安置在纵向支撑件46上。每个电池21的第一端壁22的下角部通过对应的纵向支撑件46的第一安装部46a安装在其中一个叶片51的自由端54上，这些第一安装部沿着纵向方向X从这些下角部延伸。第二端壁23的下角部通过对应的纵向支撑件46的第二安装部46b安装在第二支架32的支撑表面上，这些第二安装部沿着纵向方向X从这些下角部延伸。电池21则以可动的方式安装在第一支架31上，同时以刚性的方式安装在第二支架32上，由此在底盘5和电池21之间提供扭转解耦效果，同时确保足够的刚度和强度来承受碰撞情况下的应变。
如图6中所示，两个类似的电池结构30可以布置在底盘5的两个梁6的外表面上。
本发明不限于所公开的实施例。在其它实施例中，具有可弹性变形布置50的第一支架31可以布置在后方，而具有固定布置60的第二支架32可以布置在前方。第一支架31和第二支架32可以包括仅仅一个横杆或者沿竖直方向Z叠置的两个以上横杆，每个横杆均包括选自可弹性变形布置50和固定布置60中的一个布置。因此，电池结构30可以包括一个或两个以上的水平框架45。

Claims (13)

1.一种商用车辆(1)，所述商用车辆(1)包括驾驶室(3)和底盘(5)，所述驾驶室(3)具有用于驾驶员的驾驶位，并且所述底盘(5)沿着纵向方向(X)邻接所述驾驶室(3)，所述商用车辆(1)是至少部分电动的并且包括电动发动机和至少一个电池(21)，以向所述电动发动机供应电能，
其中，所述商用车辆(1)具有至少一个电池结构(30)，所述至少一个电池结构(30)刚性地附接到所述底盘(5)以容纳所述电池(21)，所述电池结构(30)包括第一支架(31)和第二支架(32)，所述第一支架(31)和所述第二支架(32)沿着所述纵向方向(X)彼此相距一定距离地沿横向方向(Y)延伸，
其中，所述电池结构(30)包括至少一个可弹性变形布置(50)和至少一个固定布置(60)，其中所述电池(21)通过所述至少一个可弹性变形布置(50)安装在所述第一支架(31)上，并且所述电池(21)通过所述至少一个固定布置(60)刚性地安装在所述第二支架(32)上。
2.根据权利要求1所述的商用车辆(1)，其中，所述可弹性变形布置(50)包括叶片(51)，所述叶片(51)能够弹性变形并且沿所述横向方向(Y)延伸，并且所述叶片(51)具有中心部和相反的自由端(54)，所述中心部固定到所述第一支架(31)，并且所述电池(21)安装在所述自由端(54)上。
3.根据权利要求2所述的商用车辆(1)，其中，所述叶片(51)适配成使得所述叶片(51)的自由端(54)在水平端平面(Pe)中延伸，所述水平端平面(Pe)相对于包括所述中心部的水平中心平面(Pc)偏移。
4.根据权利要求3所述的商用车辆(1)，其中，所述水平端平面(Pe)相对于所述水平中心平面(Pc)朝向所述商用车辆(1)所安置的地面(S)偏移。
5.根据权利要求2到4中任一项所述的商用车辆(1)，其中，所述电池(21)具有平行六面体形状，所述平行六面体形状具有两个相反的第一端壁(22)和第二端壁(23)，所述第一端壁(22)和第二端壁(23)沿所述纵向方向(X)彼此间隔开，所述第一端壁(22)和第二端壁(23)中的每一个具有沿所述横向方向(Y)彼此间隔开的两个下角部，并且其中，所述第一端壁(22)的下角部安装在所述叶片(51)的自由端(54)上，并且所述第二端壁(23)的下角部安装在所述第二支架(32)上。
6.根据权利要求5所述的商用车辆(1)，其中，所述电池结构(30)具有两个第一安装部(46a)和第二安装部(46b)，所述第一安装部(46a)沿着所述纵向方向(X)从所述第一端壁(22)的下角部延伸，并且所述第二安装部(46b)沿着所述纵向方向(X)从所述第二端壁(23)的下角部延伸，所述第一安装部(46a)被固定到所述叶片(51)的自由端(54)，并且所述第二安装部(56b[l1])被固定到所述第二支架(32)。
7.根据权利要求6所述的商用车辆(1)，其中，所述电池(21)具有两个相反的侧壁(24)，所述两个相反的侧壁(24)沿所述横向方向(Y)彼此间隔开，每个侧壁(24)均具有侧边缘，所述侧边缘在所述第一端壁(22)的一个下角部和所述第二端壁(23)的一个下角部之间延伸，并且其中，所述电池结构(30)具有两个纵向支撑件(46)，所述两个纵向支撑件(46)沿着所述纵向方向(X)延伸并且沿着所述横向方向(Y)彼此间隔开，每个纵向支撑件(46)均包括所述第一安装部(46a)中的一个和所述第二安装部(46b)中的一个，每个侧边缘均安置在其中一个所述纵向支撑件(46)上。
8.根据权利要求7所述的商用车辆(1)，其中，所述电池结构(30)包括至少一个水平框架(45)，所述至少一个水平框架(45)包括所述纵向支撑件(46)和至少两个横向连接构件(49)，所述至少两个横向连接构件(49)将所述纵向支撑件(46)彼此连接。
9.根据权利要求2到8中任一项所述的商用车辆(1)，其中，所述电池结构(30)包括阻尼装置(55)，所述阻尼装置(55)被构造成阻尼竖直振动，所述阻尼装置(55)插置在所述叶片(51)的中心部和所述第一支架(31)之间。
10.根据权利要求9所述的商用车辆(1)，其中，所述叶片(51)的中心部和所述第一支架(51)具有沿竖直方向(Z)彼此面对的相应支撑表面，所述阻尼装置(55)包括由可弹性变形的材料制成的至少一个垫(56)，所述至少一个垫(56)与所述叶片(51)的所述中心部的支撑表面和所述第一支架(31)的支撑表面相接触。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的商用车辆(1)，其中，所述电池结构(30)被构造成容纳彼此叠置的至少两个电池(21)，并且所述电池结构(30)包括两个可弹性变形布置(50)和两个固定布置(60)，所述两个可弹性变形布置(50)在所述第一支架(31)上彼此叠置，并且所述两个固定布置(60)在所述第二支架(32)上彼此叠置。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的商用车辆(1)，其中，所述底盘(5)包括至少两个梁(6)，所述至少两个梁(6)沿着所述纵向方向(X)彼此平行，所述梁(6)具有彼此面对的相应内表面和与所述内表面相反的相应外表面，所述电池结构(30)附接到一个所述梁(6)的外表面。
13.根据权利要求12所述的商用车辆(1)，其中，所述电池结构(30)还包括侧面碰撞保护构件(40)，所述侧面碰撞保护构件(40)附接到所述第一支架(31)和所述第二支架(32)的与所述梁(6)的外表面相反的端部。
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