CN114735081A - 一种铝合金车架和动力电池仓集成结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种铝合金车架和动力电池仓集成结构，包括铝合金车架和动力电池仓，铝合金车架包括左右纵梁和若干个横梁，若干个横梁间隔设置在左右纵梁之间；动力电池仓包括左右支架、底板、框架、上盖和充电口，框架的两侧面、顶部和底部分别安装有左右支架、上盖和底板，动力电池装配在动力电池仓的框架内，框架上开设有与动力电池联接的充电口；动力电池仓的宽度与铝合金车架的左右纵梁之间的内部宽度相一致，通过框架两侧面的左右支架将动力电池仓可拆卸的装配在铝合金车架的左右纵梁之间。该结构可显著降低电动商用车质心高度，改善轴荷分配，更好的保护动力电池系统，提高整车的操纵稳定性和行车安全性，方便充电和换电。

Description

一种铝合金车架和动力电池仓集成结构
技术领域
本发明涉及新能源汽车设计制造技术领域，特别是涉及一种铝合金车架和动力电池仓集成结构。
背景技术
在全球能源紧缺和温室气体排放加剧的大背景下，汽车行业对电动化和低碳化的需求更加迫切，发展电动商用车并实现结构轻量化是我国汽车行业实现双碳目标的重要技术需求。车架作为重要的商用车底盘承载部件和安装基体，目前我国中重型电动商用车车架主要采用抗拉强度为500MPa-750MPa高强度钢，通过辊压或冲压成形工艺来制造车架纵、横梁结构，尽管近年来车架纵梁用钢强度级别从510MPa逐渐提高到700MPa级，但因钢的材料密度大，大幅度实现车架结构轻量化仍然难以达成。铝合金是一种密度低、比强度和比刚度高、成形方式多样化的材料，近年来在轻型货车、半挂车车架结构上已经开始应用，取得了30％左右显著的降重效果。目前一些企业也在为轻量化牵引车、载货车研发铝合金车架并装车展示，尚未投入量产应用，这些展示车型的铝合金车架，完全沿用了钢制车架纵横梁断面结构，属于材料和结构的简单替代，没能根据铝合金材料特性和成形工艺特点设计开发出全新的铝合金商用车车架纵、横梁断面结构。目前国产中重型电动商用车是在传统燃料车上改装而成的电动车型，因动力电池仓体积大，难以找到合理的位置安装动力电池仓，大都将动力电池仓竖立安装在驾驶室后侧车架上或挂接在前轴后面车架左右两侧位置。安装在驾驶室后侧的方案会占据后面车厢的空间，升高车辆的质心位置，降低整车操纵稳定性和行车安全性；挂接在前轴后面车架左右两侧位置的方案，会占据油箱、排气消声器等其他总成的安装空间，给整车的总布置带来挑战，在电动商用车与其他交通工具发生侧面碰撞事故时，会危及动力电池系统安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝合金车架和动力电池仓集成结构，以解决上述现有技术存在的问题，是一种全新架构电动商用车车架和动力电池仓的结构匹配形式，适用于车架前端不需要安装动力传动系统部件的电驱动桥，电传动系统以及分布驱动式电动轮商用车。该结构可显著降低电动商用车质心高度，改善轴荷分配，更好的保护动力电池系统，提高整车的操纵稳定性和行车安全性，方便充电和换电。对促进我国电动商用车从改装搭载式向全新架构发展具有重要的引领作用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种铝合金车架和动力电池仓集成结构，包括铝合金车架和动力电池仓，所述铝合金车架包括左右纵梁和若干个横梁，若干个横梁间隔设置在左右纵梁之间，横梁的数量和结构形状根据各总成部件与车架连接的方式和承载需要而制做成不同的结构形式；所述动力电池仓包括左右支架、底板、框架、上盖和充电口，框架的两侧面、顶部和底部分别安装有左右支架、上盖和底板，动力电池装配在动力电池仓的框架内，所述框架上开设有与动力电池联接的充电口；所述动力电池仓的宽度与铝合金车架的左右纵梁之间的内部宽度相一致，通过所述框架两侧面的左右支架将动力电池仓可拆卸的装配在铝合金车架的左右纵梁之间。
优选地，所述铝合金车架的左右纵梁均为工字形断面；将左右纵梁的前端向外折弯拓宽，使得铝合金车架形成前宽后窄的形状，以便匹配更宽尺寸的电池仓，所述动力电池仓安装在所述铝合金车架的拓宽区。
优选地，当所述动力电池仓需放置在商用车前轴和第二轴中间位置时，需将位于前轴和第二轴中间位置的铝合金车架的左右纵梁向外折弯拓宽，使得铝合金车架形成两端窄中间宽的形状，所述动力电池仓安装在所述铝合金车架的拓宽区。
优选地，对于电动载货汽车，所述铝合金车架的横梁包括前端梁、下横梁、第一横梁、第二横梁、元宝横梁一、元宝横梁二、第三横梁、第四横梁、后端梁和连接件；前端梁为槽形，下横梁为中空加筋板，第一横梁为右上翼缘下移工字形，第二横梁为工字形，元宝横梁一和元宝横梁二为上下板中间加筋下凹形梁，第三横梁和第四横梁为工字梁，后端梁为槽形梁，连接件为槽形件。
优选地，所述铝合金车架的左右纵梁及各横梁均采用铝合金挤压成形制造。
优选地，所述铝合金车架的左右纵梁与各横梁之间采用连接件或直接通过螺接或铆接连接在一起。
优选地，所述动力电池仓放在车架前端时还包括有拉手，所述拉手用于将所述动力电池仓从铝合金车架的左右纵梁之间向前拉出，进行换电。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明中的铝合金车架和动力电池仓集成结构，是一种全新架构电动商用车车架和动力电池仓的结构匹配形式，该结构可显著降低电动商用车质心高度，改善轴荷分配，更好的保护动力电池系统，提高整车的操纵稳定性和行车安全性；方便充电和换电操作，节省了动力电池的换电时间。对促进我国电动商用车从改装搭载式向全新架构发展具有重要的引领作用。
铝合金车架的纵、横梁和连接件全部采用挤压成形制造，可大幅降低车架的成形模具费用，提高制造效率，节约制造成本，实现车架结构轻量化。
铝合金车架左右纵梁与各横梁之间均采用螺栓连接或铆接，避免了铝合金零部件焊接产生热影响区导致零部件结构强度和疲劳寿命降低。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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为实施例一铝合金车架和动力电池仓集成结构示意图；
图2为实施例一中铝合金车架结构；
图3为动力电池仓结构；
图4为铝合金车架纵梁横梁断面、零件结构和连接示意图；
图5为实施例二中铝合金车架和动力电池仓的布置图；
其中，1铝合金车架；101左右纵梁；102前端梁；103下横梁；104第一横梁；105第二横梁；106元宝横梁一；107元宝横梁二；108第三横梁；109第四横梁；110后端梁；111连接件；2动力电池仓；21左右支架；22底板；23框架；24上盖；25拉手；26充电口；3前桥；4传动轴；5驱动桥；6电机与减速器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明的目的是提供一种铝合金车架和动力电池仓集成结构，以解决上述现有技术存在的问题，是一种全新架构电动商用车车架和动力电池仓的结构匹配形式，适用于车架前端不需要安装动力传动系统部件的电驱动桥，电传动系统以及分布驱动式电动轮商用车。该结构可显著降低电动商用车质心高度，改善轴荷分配，更好的保护动力电池系统，提高整车的操纵稳定性和行车安全性，方便充电和换电。对促进我国电动商用车从改装搭载式向全新架构发展具有重要的引领作用。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
本发明提供一种铝合金车架和动力电池仓集成结构，包括铝合金车架1和动力电池仓2。铝合金车架1包括左右纵梁101和若干个横梁，横梁的数量和结构形状根据各总成部件与车架连接和承载需要而设置成不同的结构形式。对于电动载货汽车通常包括前端梁102、下横梁103、第一横梁104、第二横梁105、元宝横梁一106、元宝横梁二107、第三横梁108、第四横梁109、后端梁110和连接件111；动力电池仓2主要包括左右支架21、底板22、框架23、上盖24、拉手25、充电口26。动力电池仓2的宽度与铝合金车架1的左右纵梁101的内部宽度尺寸相一致，框架23两侧面安装有左右支架21，左右支架21上各有5个孔，与铝合金车架1工字形左右纵梁101前端内下翼缘上的螺纹孔相对应，用螺栓将动力电池仓2与铝合金车架1连接固定。
铝合金车架1采用热处理强化铝合金材料(如6082-T6等)制造，左右纵梁101挤压成工字形断面，再折弯成前宽后窄形状；铝合金车架1各横梁根据其安装、支撑和承载需要挤压成不同的断面形状，前端梁102为槽形、下横梁103为双层筋板、第一横梁104为右上翼缘下移工字形梁，第二横梁105为工字形、元宝横梁一106和元宝梁二107为上下板中间加筋下凹形梁、第三横梁108和第四横梁109为工字梁，后端梁110为槽形梁，连接件111为槽形件，再加工成需要的形状，车架各零件均采用T6热处理工艺提高车架纵、横梁和连接件的结构性能。这种电动商用车铝合金车架左右纵梁101与各横梁和连接件111均采用铝合金挤压成形工艺制造，可大幅降低车架的成形模具费用，节约制造成本，实现车架结构轻量化。
将铝合金车架1的左右纵梁101前端向外折弯拓宽，制成前宽后窄现状，以使前端有足够的空间安装更大体积的动力电池仓2；动力电池仓2安装在铝合金车架1前端左右纵梁101中间位置，动力电池仓2的宽度与铝合金车架1的左右纵梁101的内部宽度尺寸相一致，动力电池仓2的框架23两侧面安装有左右支架21，左右支架21上各有5个孔，与工字形左右纵梁101前端内下翼缘上的螺纹孔相对应，用螺栓将动力电池仓2与铝合金车架1连接固定。可以有效保护动力电池系统，均衡整车的轴荷分配，降低整车质心高度，提高整车操纵稳定性和行车安全性。
铝合金车架1的左右纵梁101与各横梁之间均采用连接件111或直接通过螺接或铆接连接在一起，避免了铝合金零部件焊接产生热影响区导致零部件结构强度和疲劳寿命降低。
使用中可以将商用车驾驶室进气格栅打开，穿过铝合金车架1的前端梁102中间的孔将充电头插入到动力电池仓2的充电口26进行充电；或拆下动力电池仓2与铝合金车架1之间的连接螺栓，用手抓住动力电池仓2前端的拉手25将动力电池仓2从铝合金车架1前端拉出进行换电，换电完成后再将动力电池仓2推进去与铝合金车架1连接固定好，即可投入使用，及大地方便了电动商用车的充、换电操作。
实施例一
如图1-4所示，某满载质量为8吨的某电动载货汽车铝合金车架1和动力电池仓2集成结构，因该车型采用电传动系统，传动轴缩短，驱动电机和减速器后移，铝合金车架1前端空出了很大空间，本发明就是利用这一空间把动力电池仓2布置在铝合金车架1前端，为了能安放尽可能多的动力电池，保证电动载货汽车有足够的动力性和续航里程，把铝合金车架1前端向两侧折弯拓宽，以便留出更大集成动力电池仓2的空间。铝合金车架1由左右纵梁101、前端梁102、下横梁103、第一横梁104、第二横梁105、元宝横梁一106、元宝横梁二107、第三横梁108、第四横梁109、后端梁110和各连接件111组成如图2所示；动力电池仓2主要包括左右支架21、底板22、框架23、上盖24、拉手25和充电口26如图3所示。
该电动载货汽车铝合金车架采用热处理强化铝合金6082-T6材料制造，左右纵梁101挤压成工字形断面，再折弯成前宽后窄形状，然后加工成需要的结构尺寸；车架横梁的数量根据各总成部件与车架之间的连接和承载需要确定，并设计成不同的结构形式，前端梁102挤压成槽形、下横梁103挤压成双层筋板、第一横梁104挤压成右上翼缘下移工字形梁，第二横梁105挤压成工字形、元宝横梁一106和元宝梁二107挤压成上下板中间加筋下凹形梁、第三横梁108和第四横梁109挤压成工字梁，后端梁110挤压成槽形梁，连接件111挤压成槽形件，再加工成要求的形状，然后采用T6热处理工艺来提高车架纵、横梁和连接件111的结构性能如图4所示。这种挤压成形制造工艺可大幅降低车架的成形模具费用，以提高制造效率，节约制造成本，实现车架结构轻量化。
车架装配时首先把第二横梁105、元宝横梁一106、元宝横梁二107、第三横梁108、第四横梁109与铝合金车架1左右纵梁101之间的连接件111铆接在车架相应位置上，然后再把下横梁103、第一横梁104、第二横梁105、元宝横梁一106、元宝横梁二107、第三横梁108、第四横梁109、后端梁110直接或通过连接件111与铝合金车架1的左右纵梁101用螺栓连接起来，然后把动力电池仓2从铝合金车架1前端推入左右纵梁101和第一横梁104中间的区域，用螺栓把动力电池仓2的左右支架21与左右纵梁101的内下翼缘连接起来，最后把前端梁102用螺栓连接在铝合金车架1前端左右纵梁101之间，得到铝合金车架1与动力电池仓2集成结构。这种将铝合金车架1纵横梁、以及与动力电池仓2直接通过螺接或铆接连接起来的装配方式，避免了铝合金零部件之间相互焊接产生热影响区导致零部件结构强度和疲劳寿命降低的问题。
使用中可以将载货汽车驾驶室前进气格栅打开，通过前端梁102中间的孔将充电头插入到动力电池仓2的充电口23进行充电；或拆下动力电池仓2与铝合金车架1之间的连接螺栓，用手抓住动力电池仓2前端的拉手25将动力电池仓2从铝合金车架1前端拉出进行换电，换电完成后再将动力电池仓2推进去与铝合金车架1连接固定好，即可投入使用，及大地方便了电动商用车的充、换电操作。
实施例二
如图5所示，本实施例提供一种电动载货汽车铝合金车架和动力电池仓集成结构的另一种集成方案，将动力电池仓2放在载货汽车前轴和第二轴中间铝合金车架1的左右纵梁101之间处，并把前轴和第二轴中间铝合金车架1的左右纵梁101向外折弯拓宽，以便安放更大体积的动力电池仓2。动力电池仓2安装时，从整车侧面把动力电池仓2放在前轴和第二轴中间位置，再移动到车底前轴和第二轴中间，然后自下而上升起将其安装在左右纵梁101中间第一横梁104与第二横梁105之间的位置，接着把动力电池仓2的左右支架21从下面与左右纵梁101的内下翼缘用螺栓连接起来。使用中利用动力电池仓前端下左侧的充电口即可对其充电，换电时把动力电池仓2与铝合金车架1的左右纵梁101间的连接螺栓松开，向下把动力电池仓2拆下，从侧面移出动力电池仓2进行换电。
对于重型电动商用车，当需要更大体积的动力电池仓时，可把实施例一和二的两个动力电池仓同时安装在车架的相应位置上，以满足整车动力性和续航里程要求。
本发明针对我国电动商用车均为在传统燃油车基础上改装搭载而成、动力电池仓布置位置不合理、整车操纵稳定性与行车安全性差，以及商用车铝合金车架沿用钢制车架纵、横梁断面结构，属于材料和结构的简单替代，没有根据铝合金材料和成形工艺特点设计开发出全新的商用车铝合金车架纵、横梁断面结构的问题。发明一种全新架构电动商用车车架和动力电池仓的集成结构形式，适用于装用电驱动桥，电传动系统以及分布驱动式电动轮商用车。该结构可显著降低电动商用车质心高度，改善轴荷分配，更好的保护动力电池系统，提高整车的操纵稳定性和行车安全性，方便充电和换电。对促进我国电动商用车从改装搭载式向全新架构发展具有重要的引领作用。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种铝合金车架和动力电池仓集成结构，其特征在于：包括铝合金车架和动力电池仓，所述铝合金车架包括左右纵梁和若干个横梁，若干个横梁间隔设置在左右纵梁之间，横梁的数量和结构形状根据各总成部件与车架连接的方式和承载需要而制做成不同的结构形式；所述动力电池仓包括左右支架、底板、框架、上盖和充电口，框架的两侧面、顶部和底部分别安装有左右支架、上盖和底板，动力电池装配在动力电池仓的框架内，所述框架上开设有与动力电池联接的充电口；所述动力电池仓的宽度与铝合金车架的左右纵梁之间的内部宽度相一致，通过所述框架两侧面的左右支架将动力电池仓可拆卸的装配在铝合金车架的左右纵梁之间。
2.根据权利要求1所述的铝合金车架和动力电池仓集成结构，其特征在于：所述铝合金车架的左右纵梁均为工字形断面；将左右纵梁的前端向外折弯拓宽，使得铝合金车架形成前宽后窄的形状，所述动力电池仓安装在所述铝合金车架的拓宽区。
3.根据权利要求1所述的铝合金车架和动力电池仓集成结构，其特征在于：当所述动力电池仓需放置在商用车前轴和第二轴中间位置时，需将位于前轴和第二轴中间位置的铝合金车架的左右纵梁向外折弯拓宽，使得铝合金车架形成两端窄中间宽的形状，所述动力电池仓安装在所述铝合金车架的拓宽区。
4.根据权利要求1所述的铝合金车架和动力电池仓集成结构，其特征在于：对于电动载货汽车，所述铝合金车架的横梁包括前端梁、下横梁、第一横梁、第二横梁、元宝横梁一、元宝横梁二、第三横梁、第四横梁、后端梁和连接件；前端梁为槽形，下横梁为中空加筋板，第一横梁为右上翼缘下移工字形，第二横梁为工字形，元宝横梁一和元宝横梁二为上下板中间加筋下凹形梁，第三横梁和第四横梁为工字梁，后端梁为槽形梁，连接件为槽形件。
5.根据权利要求1所述的铝合金车架和动力电池仓集成结构，其特征在于：所述铝合金车架的左右纵梁及各横梁均采用铝合金挤压成形制造。
6.根据权利要求1所述的铝合金车架和动力电池仓集成结构，其特征在于：所述铝合金车架的左右纵梁与各横梁之间采用连接件或直接通过螺接或铆接连接在一起。
7.根据权利要求1所述的铝合金车架和动力电池仓集成结构，其特征在于：当所述动力电池仓位于铝合金车架的前端时，所述动力电池仓还包括有拉手，所述拉手用于将所述动力电池仓从铝合金车架的左右纵梁之间向前拉出并进行换电。
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