CN114843689A - 用于车辆的电池包的保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的电池包的保护系统，至少包括：高度调节机构，构造为液压驱动的活塞机构并且具有：缸筒，被配置成适于与车辆的车身固定连接，缸筒在沿重力方向的上部设有第一开口并且在沿重力方向的下部设有第二开口；活塞，具有接收在缸筒中的活塞头和至少部分从缸筒伸出的活塞杆，其中，活塞杆被配置成适于与电池包固定连接；检测单元，被配置成适于检测车辆的碰撞信号；控制单元，被配置成适于根据碰撞信号相应地控制经由第一开口向缸筒的液体输入，以便使与活塞杆固定连接的电池包下降。能够有效地降低电池包的损坏风险并且避免电池起火或爆炸，并且电池包沿重力方向下降后可以使车辆重心降低，减小车辆的翻转风险，提高乘员安全性。

Description

用于车辆的电池包的保护系统
技术领域
本发明涉及车辆领域，尤其是涉及一种用于车辆的电池包的保护系统。
背景技术
近年来，由于零排放、效率高等众多优点，以动力电池为动力源的电动车辆或混合动力车辆受到越来越多的关注，其中，车辆的碰撞安全性成为研究热点。
目前，在现有的具有动力电池的车辆中，电池包与车辆的车身固定连接并且在重力方向上与车身存在一定的重叠部分。当车辆在行驶过程中发生碰撞时，碰撞产生的外力会通过车身、尤其是车身门槛梁和电池包的周边零件传递至电池包壳体上，过大的载荷造成电池包壳体发生过度变形或破损，从而导致电池包的内部电芯和高压元件暴露。此外，车辆的碰撞向电池包的周边零件施加扭矩并且导致严重变形，由此使得所述周边零件挤压电池包，造成电芯及模组出现刺穿的情况，引起电池电气起火，甚至引起爆炸。这严重影响车辆的安全性能，甚至会危害车辆乘员的生命。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种改进的用于车辆的电池包的保护系统，所述保护系统能够在车辆发生碰撞时主动地降低电池包的高度，从而减小甚至消除电池包与车辆车身的重叠部分，由此从根本上避免碰撞外力通过车身传递到电池包上并且防止发生变形的周边零件挤压电池包，这能够有效地降低电池包的损坏风险并且避免电池起火或爆炸，从而提升车辆的安全性能，并且电池包沿重力方向下降后可以使车辆的重心一定程度地降低，由此可以减小车辆在碰撞过程中的翻转风险，从而提高乘员安全性。此外，还能够一定程度上优化或减少针对电池包的加固结构，从而减小车身重量和成本。
根据本发明的第一方面，提出一种用于车辆的电池包的保护系统，其中，所述保护系统至少包括：
-至少一个高度调节机构，所述高度调节机构构造为液压驱动的活塞机构并且至少具有：缸筒，所述缸筒被配置成适于与所述车辆的车身固定连接，其中，所述缸筒在沿重力方向的上部设有第一开口并且在沿重力方向的下部设有第二开口；活塞，所述活塞具有接收在所述缸筒中的活塞头和至少部分从所述缸筒伸出的活塞杆，其中，所述活塞杆被配置成适于与所述电池包固定连接；
-检测单元，所述检测单元被配置成适于检测所述车辆的碰撞信号；
-控制单元，所述控制单元被配置成适于根据所述碰撞信号相应地控制经由所述第一开口向所述缸筒的液体输入，以便使与所述活塞杆固定连接的所述电池包下降。
不同于现有技术，根据本发明的保护系统具有用于电池包的高度调节机构，所述高度调节机构构造为液压驱动的活塞机构。当基于检测单元检测的碰撞信号评估出车辆发生碰撞时，控制单元将液体通过设置在缸筒上部的第一开口输入到缸筒中，从而使接收在缸筒中的活塞头的上表面受到压力，所述压力使活塞下移，由此带动与活塞的活塞杆固定连接的电池包整体下降。因此能够有效地减小或消除电池包与车身沿重力方向的重叠部分，从而使电池包脱离碰撞力的传递路径，由此从根本上避免碰撞力通过车身传递到电池包上并且防止变形的周边零件挤压电池包，这能够有效地提升电池安全性并且降低电池的修复成本。在这种情况下，不再需要车身中的专门用于保护电池包的加固结构，由此能够取消或轻量化设计所述加固结构，从而降低车身重量和制造成本。此外，可以在一定程度上优化电池包壳体的设计，尤其是减少用于传递碰撞力的纵横梁设计，从而增大电池包内部的电芯容积，由此增加电池容量。
根据本发明的示例性实施例，所述检测单元包括以下组中的一个或多个：布置在所述车辆的前部和/或侧部的至少一个力传感器；加速度传感器；和/或，所述碰撞信号由作用到所述车辆上的力信号和/或所述车辆的加速度信号得出。
根据本发明的示例性实施例，当所述检测单元获取的所述碰撞信号超过预设定的阈值时，所述控制单元控制液体经由所述第一开口输入到所述缸筒中。
根据本发明的示例性实施例，所述缸筒通过焊接与所述车身固定连接，其中，所述缸筒设有凸缘法兰，在所述凸缘法兰上设置有用于焊接的凸焊部；和/或，所述活塞杆通过螺栓与所述电池包固定连接，所述活塞杆在背离所述活塞头的端部处设有相应于所述螺栓的螺纹孔。
根据本发明的示例性实施例，所述保护系统具有多个高度调节机构，所述高度调节结构分别布置在所述电池包的相对置的端部处。
根据本发明的示例性实施例，经由所述第一开口向所述缸筒的液体输入量根据所述电池包与所述车辆的车身沿重力方向的重叠尺寸以及所述缸筒的内直径确定。
根据本发明的示例性实施例，所述保护系统还包括交互单元，所述交互单元被配置成适于将所述电池包下降的信息通知给所述车辆的用户。
根据本发明的示例性实施例，所述缸筒在所述下部设有至少一个止挡突出部，所述止挡突出部沿所述重力方向至少部分地超出所述第二开口。
根据本发明的示例性实施例，所述缸筒和所述活塞头基本上圆柱形地构造；和/或，所述活塞头在沿所述重力方向的下端面上设有接收凹槽，所述接收凹槽构造用于接收止挡突出部；和/或，所述缸筒设有两个止挡突出部，所述止挡突出部关于所述缸筒的中心轴线轴对称地布置。
根据本发明的示例性实施例，所述控制单元还被配置成适于在达到预设定的恢复条件时控制经由所述第二开口向所述缸筒的液体输入，以使与所述活塞杆固定连接的所述电池包上升至正常工作位置。
根据本发明的示例性实施例，所述预设定的恢复条件包括以下组中的一个或多个：接收到所述车辆的用户的恢复指令；所述电池包未受到损坏；所述车辆的用于所述电池包的接收空间未发生变形。
根据本发明的示例性实施例，所述液体是液压油；和/或，所述保护系统还包括油泵单元，所述油泵单元通过管路与所述缸筒的所述第一开口和所述第二开口连接并且与所述控制单元电连接。
附图说明
下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的电池包的保护系统的示意性框图；
图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的电池包的保护系统的高度调节机构的详细视图；
图3示出了图2的沿A-A截面的视图；
图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的具有保护系统的车辆的示意性视图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不用于限定本发明的保护范围。
在本实施例的描述中，“上”、“下”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。
在本说明书中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，或可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或通过中间件间接相连，或两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据情况理解上述术语在本公开中的含义。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的电池包的保护系统100的示意性框图。图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的电池包的保护系统100的高度调节机构10的详细视图。图3示出了图2的沿A-A截面的视图。在此，所述车辆尤其是纯电动车辆。但也可以考虑，所述车辆是具有电池包的混合动力车辆。
如图1所示，保护系统100具有至少一个高度调节机构10，所述高度调节机构构造为液压驱动的活塞机构。如图2所示，高度调节机构10具有缸筒11和活塞12，其中，活塞12具有活塞头13和活塞杆14，其中，活塞头13布置在缸筒11中并且将缸筒11划分成上腔和下腔，在所述上腔和所述下腔中分别接收有液体、尤其是液压油，通过所述液压油将液压力传递到活塞头13的表面上，活塞杆14与活塞头13固定连接并且至少部分从缸筒11伸出，由此当活塞头13移动时带动活塞杆14沿竖直方向运动。在此，缸筒11在沿重力方向G的上部设有第一开口1并且在沿重力方向G的下部设有第二开口2，所述第一开口配属于上腔，所述第二开口配属于下腔，其中，活塞头13在第一开口1和第二开口2之间运动，所述活塞头13的运动方向取决于缸筒11的液体供应情况。示例性地，如图2所示，当液体通过第一开口1输入到缸筒11的上腔中时，由液体产生的液压力施加到活塞头13的上表面上，由此压迫活塞头13沿重力方向G向下运动，这导致下腔中的液体通过第二开口2从缸筒11流出，同时活塞杆14也向下运动。相反地，当液体通过第二开口2输入到缸筒11的下腔中时，由液体产生的液压力施加到活塞头13的下表面上，由此压迫活塞头13沿重力方向G向上运动，从而使得上腔中的液体通过第一开口1从缸筒11流出并且活塞杆14向上运动。
在此，高度调节机构10的缸筒11安装在车辆的车身中并且与车身200固定连接。示例性地，如图2所示，缸筒11设有凸缘法兰16，在所述凸缘法兰上设置有用于焊接的凸焊部6，利用凸焊技术将凸缘法兰16经由所述凸焊部与车身200的相应部件固定连接。当然也可以考虑本领域技术人员认为有意义的其它连接方式，例如卡锁连接。
在此，活塞杆14与电池包300固定连接，由此通过高度调节机构10能够降低电池包300的高度，以便减小电池包300与车辆的车身200的重叠尺寸。示例性地，如图2所示，活塞杆14通过螺栓15与电池包300固定连接，并且活塞杆14在背离活塞头13的端部处设有相应于螺栓15的螺纹孔5，螺栓15能够拧入到所述螺纹孔中并且实现螺纹连接。
示例性地，如图2所示，高度调节机构10的缸筒11在沿重力方向G的下部在缸筒内壁上设有至少一个止挡突出部3，所述止挡突出部从缸筒内壁向内伸出并且沿重力方向G至少部分地、尤其完全地超出第二开口2。在此，止挡突出部3能够在液体从第一开口1输入到缸筒11的上腔中并且活塞12沿重力方向G向下运动时对活塞头13进行止挡，由此限制活塞头13的下行位置并且防止活塞头13向下运动至遮挡第二开口2，以避免发生液体无法从第二开口2流出或者活塞头13无法再次向上运动的情况。在此，可以考虑设置两个止挡突出部3，所述止挡突出部关于缸筒11的中心轴线轴对称地布置。当然也可以考虑设置更多个止挡突出部3，这些止挡突出部在周向上均匀地布置在缸筒11的内壁上。
示例性地，如图2和图3所示，活塞12的活塞头13在沿重力方向G的下端面上设有接收凹槽4，所述下端面面向止挡突出部3，并且缸筒11和活塞头13基本上圆柱形地构造。在此，接收凹槽4构造成用于接收止挡突出部3，由此使止挡突出部3卡入接收凹槽4中并且防止活塞12在螺栓15拧入到螺纹孔5中时发生旋转，以避免螺栓15无法正常拧入到螺纹孔15中。在此，通过缸筒11的止挡突出部3和活塞12的活塞头13的接收凹槽4的配合实现限位防转的功能。当然也可以考虑，缸筒11和活塞头13基本上方柱形地构造，在这种构型中可以取消用于止挡突出部3的接收凹槽4。
如图1所示，保护系统100具有控制单元20，所述控制单元构造成用于在车辆发生碰撞时控制经由第一开口1向缸筒11的液体输入，以便使与活塞杆14固定连接的电池包300下降。示例性地，保护系统100还具有油泵单元30，所示油泵单元分别通过管路与缸筒11的第一开口1和第二开口2连接，并且与控制单元电连接20。在此，控制单元20通过控制油泵单元30的运行状态来控制向缸筒11的液体输入量，从而控制高度调节机构10的活塞杆14的下降高度。但也可以考虑，缸筒11的第一开口1和第二开口2与车辆本身的液体输送系统连接，控制单元20通过控制在缸筒11与所述液体输送系统之间的阀装置来控制经由第一开口1向缸筒11的液体输入。
如图1所示，保护系统100具有检测单元40，所述检测单元构造成用于检测所述车辆的碰撞信号并且将所述碰撞信号发送给控制单元20，所述控制单元根据所述碰撞信号相应地控制经由第一开口1向缸筒11的液体输入。在此，检测单元40可以包括多个传感器，所述传感器例如是布置在所述车辆的前部和侧部的力传感器，所述力传感器能够在车辆前部或侧部受到撞击时检测作用到车辆上的力信号并且将所述力信号作为碰撞信号发送给控制单元20。但也可以考虑，检测单元40包括加速度传感器，所述加速度传感器能够持续地检测车辆的加速度并且在加速度发生剧烈变化时将加速度信号作为碰撞信号发送给控制单元20。在此，碰撞信号可以由作用到所述车辆上的力信号和所述车辆的加速度信号共同得出。此外还可以考虑另外的传感器，例如安全气囊传感器。
示例性地，当检测单元40获取的碰撞信号超过预设定的阈值时，控制单元20判断出当前的碰撞强度会损坏车辆的电池包300并且控制液体经由第一开口1输入到缸筒11中，以便使电池包300下降并且减小电池包300与车身200的重叠尺寸。在此，所述预设定的阈值可以通过实验数据获取并且存储在控制单元20中。
示例性地，如图1所示，保护系统100还具有交互单元50，所述交互单元与控制单元20电连接并且构造成用于将电池包300下降的信息通知给所述车辆的用户。由此车辆的用户能够更快地判断车辆在碰撞后的状态。
图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的具有保护系统100的车辆的示意性视图。在此，实线表明车辆的保护系统100和电池包300在碰撞前的状态，而虚线表明车辆的保护系统100和电池包300在碰撞后的状态。
如图4所示，车辆的电池包300在正常工作位置中至少部分地布置在车身200的区域中并且在重力方向G上与车身200具有第一重叠尺寸L1，所述第一重叠尺寸占据电池包300的大部分高度。
如图4所示，保护系统100的高度调节机构10的缸筒11与车身200固定连接，例如焊接到车身200中。在此，高度调节机构10的活塞12的活塞杆14从缸筒11伸出并且与电池包300固定连接。示例性地，通过活塞15将活塞杆14与电池包300固定连接。但也可以考虑本领域技术人员认为有意义的其它固定方式，例如卡锁连接。
如图4所示，当车辆发生碰撞时，检测单元40将检测到的碰撞信号发送给控制单元20，所述控制单元根据接收到的碰撞信号相应地控制经由第一开口1向缸筒11的液体输入，由此使活塞杆14和与活塞杆14固定连接的电池包300下降，如虚线示出的那样。在这种情况下，车辆的电池包300在重力方向G上与车身200具有第二重叠尺寸L2，所述第二重叠尺寸明显小于第一重叠尺寸L1，由此能够减小车身200与电池包300的接触面积，由此降低碰撞力的传递。此外，在电池包300和车身200之间产生自由空间，所述自由空间能够接收电池包300的变形的周边零件，以避免这些周边零件挤压甚至刺破电池包300，由此能够防止电池包300受损坏并且提升安全性。
示例性地，保护系统100具有多个高度调节机构10，所述高度调节结构分别布置在电池包300的相对置的端部处。在此，保护系统100例如具有四个高度调节机构10，这四个高度调节机构分别布置在方形的电池包300的四个角部处。由此能够实现电池包300的均匀下降并且避免电池包300发生倾斜。
示例性地，当碰撞发生时经由第一开口1向缸筒11的液体输入量根据电池包300与车辆的车身200沿重力方向G的重叠尺寸以及缸筒11的内直径确定。由此能够有针对性地调节电池包300的下降高度并且防止电池包300直接掉落。在此，经由第一开口1向缸筒11的液体输入量尤其设定成，使得活塞杆14降低直至电池包300与车辆的车身200沿重力方向G的第二重叠尺寸L2为零，由此能够完全避免碰撞力从车身200传递到电池包300上。
示例性地，控制单元20还构造成用于在达到预设定的恢复条件时控制经由第二开口2向缸筒11的液体输入，以使与活塞杆14固定连接的电池包300上升至正常工作位置。由此能够在碰撞结束后方便地使电池包300复位并且尤其在紧急情况下使车辆恢复行驶能力，例如在高速道路中需要移动到紧急行车道时。在此，预设定的恢复条件示例性地包括电池包300未受到损坏和车辆的用于电池包300的接收空间未发生变形。但也可以考虑，预设定的恢复条件是接收到车辆用户的恢复指令，所述恢复指令例如通过保护系统100的交互单元50发送给控制单元20。
前面对于实施方式的阐释仅在所述示例的框架下描述本发明。当然，只要在技术上有意义，实施方式的各个特征能够自由地相互组合，而不偏离本发明的框架。
对于本领域的技术人员而言，本发明的其他优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施例。相反，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。

Claims (10)

1.一种用于车辆的电池包(300)的保护系统(100)，其特征在于，所述保护系统(100)至少包括：
-至少一个高度调节机构(10)，所述高度调节机构构造为液压驱动的活塞机构并且至少具有：缸筒(11)，所述缸筒被配置成适于与所述车辆的车身(200)固定连接，其中，所述缸筒(11)在沿重力方向(G)的上部设有第一开口(1)并且在沿所述重力方向(G)的下部设有第二开口(2)；活塞(12)，所述活塞具有接收在所述缸筒(11)中的活塞头(13)和至少部分从所述缸筒(11)伸出的活塞杆(14)，其中，所述活塞杆(14)被配置成适于与所述电池包(300)固定连接；
-检测单元(40)，所述检测单元被配置成适于检测所述车辆的碰撞信号；
-控制单元(20)，所述控制单元被配置成适于根据所述碰撞信号相应地控制经由所述第一开口(1)向所述缸筒(11)的液体输入，以便使与所述活塞杆(14)固定连接的所述电池包(300)下降。
2.根据权利要求1所述的保护系统(100)，其特征在于，
所述检测单元(40)包括以下组中的一个或多个：布置在所述车辆的前部和/或侧部的至少一个力传感器；加速度传感器；和/或
所述碰撞信号由作用到所述车辆上的力信号和/或所述车辆的加速度信号得出。
3.根据权利要求1或2所述的保护系统(100)，其特征在于，
当所述检测单元(40)获取的所述碰撞信号超过预设定的阈值时，所述控制单元(20)控制液体经由所述第一开口(1)输入到所述缸筒(11)中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的保护系统(100)，其特征在于，
所述缸筒(11)通过焊接与所述车身(200)固定连接，其中，所述缸筒(11)设有凸缘法兰(16)，在所述凸缘法兰上设置有用于焊接的凸焊部(6)；和/或
所述活塞杆(14)通过螺栓(15)与所述电池包(300)固定连接，其中，所述活塞杆(14)在背离所述活塞头(13)的端部处设有相应于所述螺栓(15)的螺纹孔。
5.根据前述权利要求中任一项所述的保护系统(100)，其特征在于，
所述保护系统(100)具有多个高度调节机构(10)，所述高度调节结构分别布置在所述电池包(300)的相对置的端部处，和/或
经由所述第一开口(1)向所述缸筒(11)的液体输入量根据所述电池包(300)与所述车辆的车身(200)沿所述重力方向(G)的重叠尺寸以及所述缸筒(11)的内直径确定，和/或
所述保护系统(100)还包括交互单元(50)，所述交互单元被配置成适于将所述电池包(300)下降的信息通知给所述车辆的用户。
6.根据前述权利要求中任一项所述的保护系统(100)，其特征在于，
所述缸筒(11)在所述下部设有至少一个止挡突出部(3)，所述止挡突出部沿所述重力方向(G)至少部分地超出所述第二开口(2)。
7.根据权利要求6所述的保护系统(100)，其特征在于，
所述缸筒(11)和所述活塞头(13)基本上圆柱形地构造；和/或
所述活塞头(13)在沿所述重力方向(G)的下端面上设有接收凹槽(4)，所述接收凹槽构造用于接收所述止挡突出部(3)；和/或
所述缸筒(11)设有两个止挡突出部(3)，所述止挡突出部关于所述缸筒(11)的中心轴线轴对称地布置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的保护系统(100)，其特征在于，
所述控制单元(20)还被配置成适于在达到预设定的恢复条件时控制经由所述第二开口(2)向所述缸筒(11)的液体输入，以使与所述活塞杆(14)固定连接的所述电池包(300)上升至正常工作位置。
9.根据权利要求8所述的保护系统(100)，其特征在于，
所述预设定的恢复条件包括以下组中的一个或多个：接收到所述车辆的用户的恢复指令；所述电池包(300)未受到损坏；所述车辆的用于所述电池包(300)的接收空间未发生变形。
10.根据前述权利要求中任一项所述的保护系统(100)，其特征在于，
所述液体是液压油；和/或
所述保护系统(100)还包括油泵单元(30)，所述油泵单元通过管路与所述缸筒(11)的所述第一开口(1)和所述第二开口(2)连接并且与所述控制单元(20)电连接。
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