具有多个带的交通工具电池系统的制作方法

本申请要求Kotik等人于2014年8月22日提交的标题为“STRAPS FOR RESTRAINING A BATTERY SYSTEM”的美国临时申请序列号62/040,474的优先权，其公开内容在此以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开大体上涉及汽车系统，并且更加具体地涉及用于电动交通工具的电池系统。

背景技术：

电动交通工具中的电池系统通常遭受两种类型的载荷。交通工具的正常操作（诸如，停止和起动、加速、转弯等）会导致在电池系统上施加标称载荷。许多常规电池安装系统利用刚性底座、刚性框架或者非顺从性带。在这些类型的常规电池安装系统中，标称载荷是由电池安装系统中的标称弹性变形以及电池系统本身所吸收。然而，电池系统还遭受到显著较高的冲击载荷，诸如，在极端制动、交通工具故障或者碰撞或撞击期间。此类冲击载荷能够压倒常规安装系统的底座和带的弹性恢复力，因而电池系统经历塑性变形，这会导致对电池系统的损坏、交通工具的操作中断以及重大的安全风险。

已经研发出包括安装在弹簧上的滑架或者机架的电池安装系统，该弹簧抑制作用在电池系统上的冲击载荷。然而，此类滑架在生产、安装和维护方面是昂贵的，减少接入电池系统，并且给交通工具添加不期望的重量和复杂性。

因此，需要的是一种用于将电池系统安装至电动交通工具的底侧的安装系统，该安装系统充分地吸收来自冲击载荷的能量，而不会给电动交通工具添加不期望的重量、费用或复杂性。

附图说明

图1是根据本公开的安装至具有安装系统的电动交通工具的底侧的电池系统的示例性实施例的侧视图。

图2是图1的电池安装系统的透视图。

图3是图1中描绘的电池安装系统的顶视图。

图4是图1中描绘的电池安装系统的底部透视图。

图5是图1中描绘的电池安装系统的带的透视图。

具体实施方式

为了促进对本文所描述的实施例的原理的理解，现在参照如下书面说明书中的附图和描述。该参照并不旨在限制主题的范围。此公开还包括对所说明的实施例的任何变更和修改并且包括所描述的实施例的原理的其它应用，如本文件所属领域的技术人员所通常将想到的。

图1描绘了根据此公开的用于电动交通工具102的电池安装系统100的侧视图，其中，容纳着电池（未示出）的电池壳体104经由多个带108安装至电动交通工具102的底侧106。带108如此配置，使得当向电池壳体施加冲击载荷时，多个带108在电池壳体104的变形之前发生变形，如下文更加详细描述的。

图2图示了根据本公开的电池安装系统100的透视图。电池系统104具有底面110和一对相对的侧面116和118，该底面110平行于由第一轴线112和第二轴线114所限定的平面，该对相对的侧面116和118平行于由第一轴线112和第三轴线120所限定的平面。多个带108中的每一个配置成围绕电池壳体104延伸，并且包括第一端部部分122和第二端部部分124。第一端部部分122和第二端部部分124配置来附接至如图1中所图示的交通工具102。通常，第一端部部分122沿着第二轴线114与第二端部部分124相对，从而使带108大体上沿着第二轴线114延伸。

在图1至图5中所图示的实施例中，系统100包括四个带108，这四个带108定位为沿着第一轴线112沿着电池壳体104均匀地间隔隔开。在其它实施例中，系统100包括带108的其它数量，例如，以便支撑具有相对较大重量或大小的电池壳体104。带108还能够沿着第一轴线不规则地间隔隔开，例如，以便支撑具有不规则重量分布的电池壳体104。

图3图示了系统100的顶视图。第一端部部分122和第二端部部分124中的每一个限定孔126，该孔126允许端部部分122和124经由任何可接受的连接构件（未示出）附接至交通工具102，例如，螺栓、螺钉、钩等。在其它实施例中，第一端部部分122和第二端部部分124限定附接构件，该附接构件用于以独立于连接构件的方式而附接至交通工具102，诸如，配置来钩挂到交通工具102上的突出部上的环、用于形成焊接连接的焊接凸缘、夹子、夹具、或者任何其它可接受的附接构件。

图4图示了系统100的底侧透视图。在此实施例中，电池壳体104由带108按照未联接的方式所支撑。在其它实施例中，带108通过任何可接受的紧固构件（未示出）附接至电池壳体，诸如，螺栓、销、焊接件等。

额外地，电池壳体104包括多个引导件128，该多个引导件128用于限定带108相对于电池壳体104的位置，并且用于有利于带108与电池壳体104之间的力的传递，如在下文更加详细描述的。多个引导件128中的每一个沿着第二轴线114至少部分地围绕电池壳体104延伸，并且限定垂直于第一轴线112的壁部分130。多个带108中的每一个与多个引导件128中的相应的一个相关联，从而使每个带108至少部分地容纳在多个引导件128中的相关联的一个引导件中。

在图4中所图示的实施例中，多个引导件128中的每一个包括第一通道部分132，该第一通道部分132沿着电池壳体104的底面110延伸。每个引导件128的壁部分130是第一通道部分132的壁部分130。在其它实施例中（未示出），多个引导件128中的每一个进一步包括第二通道部分和第三通道部分，该第二通道部分和该第三通道部分分别沿着横向侧116和118在大体上平行于第三轴线120的方向上延伸。在其它实施例中，其它类型的引导件128也是可接受的，包括：引导环、具有与带108的至少一部分互补的形状的从电池壳体104的突出部等。

图5图示了可与图1至图4中所图示的系统100一起使用的带108的透视图。当沿着第一轴线112观察时，带108限定U型通道134，该U型通道134包括一对侧部部分136和基底部分138，该对侧部部分136大体上平行于第三轴线120延伸，该基底部分138在该对侧部部分136之间延伸并且大体上平行于第二轴线114延伸。每个侧部部分136包括在与基底部分138相对的一端上的端部部分140。U型通道134配置来支撑电池壳体104（图4）。

当图4的电池壳体104容纳在U型通道134中时，基底部分138容纳在相对应的引导件128中，并且尤其是容纳在相对应的引导件128的第一通道部分132中。基底部分138的大小设置为，使得侧部部分136分别邻接电池壳体的横向侧114和116。在多个引导件128中的每一个还包括第二通道部分和第三通道部分的实施例中，当电池壳体104容纳在U型通道134中时，该对侧部部分136额外地分别容纳在第二通道部分和第三通道部分中。侧部部分136的大小还设置为，使得当端部部分140附接至交通工具102时，电池壳体104邻接交通工具102和基底部分138。

U型通道134具有C型通道截面142，至少是一部分，该C型通道截面142包括一对侧壁144和基壁148，该对侧壁144远离U型通道134的内侧146向外延伸，该基壁148在该对侧壁144之间延伸并且包括内侧146。基壁148配置来装配在相对应的引导件128的至少第一通道区域132内，从而使（一个或两个）侧壁144邻接第一通道区域132的壁部分130。（一个或两个）侧壁144还配置来邻接引导件128的第二通道区域和第三通道区域（当存在时）的壁部分。

系统100在交通工具的正常操作期间令人期望地将电池壳体104保持就位。换言之，多个带108配置成在交通工具102的正常操作期间在施加正常载荷的情况下与电池壳体104 一起弹性地变形。

多个带108进一步配置成使得：当第一端部部分122和第二端部部分124中的每一个连接至交通工具102时，带108迫使电池壳体104抵靠交通工具102并且通过交通工具102分别与第一端部部分122和第二端部部分124之间的连接而保持张紧。

在一些实施例中，交通工具102与第一端部部分122和第二端部部分124之间的连接是可调节的，以修改多个带108中的张紧量。例如，在使用螺钉来将带108的第一端部部分122和第二端部部分124附接至交通工具102的实施例中，带108中的张紧量可通过拧紧或者拧松螺钉来进行调节。多个带108中的张力使得保持电池壳体104处于压缩抵靠交通工具102。这样确保了交通工具102和多个带108在交通工具的正常操作期间弹性地支撑电池壳体104。带108中的张力还影响带108的变形行为，这是通过使引起带108屈服超过弹性变形并且将发生塑性变形所需的能量的量减小，如下文更加详细描述的。

令人期望的是，带108配置成在交通工具的正常操作期间在正常载荷的作用下时弹性地变形，并且进一步配置成在冲击载荷的作用下时塑性地变形。在载荷的作用下时，元件基于该元件的刚度和载荷的大小发生变形。该变形是由于施加至元件的应力所引起的，并且对于连续元件而言，由胡克定律来描述：

其中，σ是由所施加的载荷引起的应力，是元件所经历的应变或者形变，Ε是与元件的刚度或者弹性相对应的元件的弹性模量，并且i是作用载荷和形变的方向。应力σ等于作用在方向i上的力F除以沿着方向i所观察到的截面面积A。力F定义为：

其中，m是元件的质量，并且a是元件所经历的加速度，例如，由于交通工具102的加速或者减速引起的加速度。由于不同的电池壳体104能够具有大量不同的质量，所以作用在系统100上的载荷可以加速度来表达，例如，冲击载荷等于至少50 g’s或者约490 m/s²。因此，在交通工具的正常操作期间所经历的正常加速度载荷导致较低的应力，并且冲击载荷的较高加速度载荷导致较高应力。

电池系统104沿着任何方向通常具有比多个带108大的面积A，但也通常具有比多个带108大的质量。由于质量差异通常大于面积差异，所以在给定特定加速度a的情况下，电池壳体104通常经历比多个带108更大的应力σ。

作用在元件上的应力σ越高，该元件经历的形变越大。这意味着，在所有其它因素均相等的情况下，由于电池壳体104的质量通常大于多个带108的质量，所以电池壳体104中的应力将高于带108中的应力。

当所施加的载荷大到足以克服材料的弹性时，该材料不可逆转地会发生塑性变形。每种材料均具有屈服强度，通常定义为材料在不发生塑性变形的情况下可以经由弹性变形所吸收的应力量。当应力σ由于所施加的载荷而超过材料的屈服强度时，该材料将塑性地变形。

为了防止电池壳体104损坏，带108令人期望地配置为在电池壳体104的塑性变形之前塑性地变形。由于向带108和电池壳体104施加了相同的加速度载荷a，所以带108的特征被选择为：当沿着第一轴线112、第二轴线114以及第三轴线120中的至少一个受到冲击载荷的作用时，允许带108在电池壳体104之前塑性地变形。特别地，多个带108配置为：在沿着第一轴线112、第二轴线114以及第三轴线120中的每一个施加至少50 g’s的冲击载荷的情况下，在电池壳体104的变形之前塑性地变形。

多个带108的一个可调节的特征是屈服强度，其是通过选择用于形成带108的材料的性质所确定。换言之，可以将（一种或多种）材料选择为形成具有较低屈服强度的带108，从而使引起带108屈服所需要的应力小于电池壳体104中的应力，其中电池壳体104中的应力由于其高质量而变大。

带108的可调节的另一个特征是带108的截面面积。如上文所讨论的，材料的屈服强度是以应力来表达，即，单位面积上的力。因此，修改带108的厚度会修改分布应力的面积。这反过来会影响力的量，以及因此影响带108在达到屈服强度之前能够承受的加速度载荷。然而，改变带108的厚度会影响带108沿着所有轴线的截面面积。此外，如果带108太薄，其将不能在交通工具102的正常操作期间支撑电池壳体104。进一步地，加厚带108又会令人不期望地增加带108的重量和成本。

通过修改带108的截面的形状，可以调节带108的沿着特定轴线的截面面积。图5中所图示的C型通道截面142配置成沿着至少一个轴线加强带108的刚度。例如，与仅仅具有基底部分134的相同厚度的带相比，侧壁144增加了带108的截面面积，并且因此在给定特定施加载荷的情况下减小了带108所经历的应力。

如上文所描述的，（一个或两个）侧壁144也配置为邻接第一通道区域132的壁部分130。这有利于多个带108与电池壳体104之间的载荷的传递，这允许多个带108在载荷作用于至少第一轴线112上时支撑电池壳体104。当载荷在弹性范围内时，（一个或两个）侧壁144确保多个带108和电池壳体104一起移动以及弹性地变形。当载荷在塑性范围内时，（一个或两个）侧壁144确保作用在电池壳体104上的载荷被传递至多个带108。

也可以通过修改系统100中的带108的数量来调节多个带108的刚度。由于每个带108移独立于其它带108的方式附接至交通工具102，所以带108平行地进行作用，并且因此作用在多个带108上的应力σ总体上被限定为所施加的载荷的总力除以所有带108的在从载荷的作用方向i上所观察到的截面面积的净总和。因此，增加带108的数量会增加多个带108在达到屈服强度之前能够由其所吸收的力，并且减少带108的数量会减少多个带108在达到屈服强度之前能够由其所吸收的力。

可以调节的另一个特征是带108的张力。如上文所讨论的，为了调节带108中的张力的量，可以使带108的第一端部122和第二端部124与交通工具102之间的连接变紧或者变松。张力对应于内部应力。因此，由于带108与交通工具之间的连接在带108中引起的预张力使得带108具有预应力，并且使得带108在屈服之前能够承受的额外应力的量减小。

因此，多个带108可以配置成通过下列各项使得在施加至少50 g’s的冲击载荷的情况下，在电池壳体的塑性变形之前塑性地变形：选择带108的厚度、系统中的带108的数量、带108的截面、带的预张紧；以及选择具有不同屈服强度的材料以形成带108。当然，对于带108的设计冲击载荷将根据电池壳体104的配置（包括材料、质量和结构）而改变。这些特征还可以进行优化以使多个带108的成本和重量最小化。

调节带108的张力还有助于载荷沿着第二轴线114在带108与电池壳体104之间的传递，即，在带108的基底部分138的邻接电池壳体104的侧面114和116的区域之间。当带108保持张紧时，带108的邻接电池壳体104的区域被迫抵靠电池壳体104。类似地，调节张力有助于载荷在带108的基底部分138的邻接电池壳体的底面110的区域之间的传递。

在优选实施例中，通过将带108的第一端部部分122和第二端部部分124连接至交通工具102的底侧106上的连接点来将电池壳体104安装至交通工具102的底侧。为了防止系统100与例如交通工具102下方的道路上的杂物或者其它障碍物发生无意碰撞，交通工具102的底侧106上的连接点可以远离道路从交通工具102的底侧106是凹陷的，从而使得系统100至少部分地容纳在交通工具102的底侧106上的凹部中。在一个实施例中，系统100进一步包括附接至交通工具102的盖板（未示出），从而使得电池壳体104和多个带108由盖板和交通工具102所封闭。

有利地，带108可以通过冲压或者轧制过程来形成，从而使得能够根据需要利用和成形具有均匀厚度的材料。在示例性实施例中，带108沿着第三轴线120为大约1/4英寸厚，沿着第二轴线114为大约2英寸宽，并且沿着第一轴线112为大约6英尺长，而且也设想了其它长度、宽度和厚度，诸如以用于具有不同重量和大小的电池壳体。

在其它实施例中，诸如橡胶底脚等阻尼器构件（未示出）定位在如下元件中的至少一个之间：（i）端部部分122和124，（ii）电池壳体104，（iii）交通工具102的底侧106。在另一个实施例中，阻尼器构件（未示出）定位在（一个或多个）带108的基底部分138与电池壳体104之间。阻尼器构件有利地配置来抑制由于冲击载荷所产生的力，并且缓冲系统100内的电池壳体104。例如，阻尼器构件可以是诸如橡胶等的弹性材料、包括弹簧或者配置成弹性地变形的构件等。

尽管图1中图示的交通工具102被描绘为汽车，但应理解到其也可以是其它交通工具，诸如，货车、卡车、公共汽车、船舶、飞机、火车、推车、施工设备以及拖车。

在其它实施例中，不是将电池系统安装至电动交通工具的底侧，相反，电池安装系统约束电池系统的运动，该电池系统定位在形成交通工具的车身底部的表面的顶部上。在此实施例中，带保持张紧以便使电池系统向下保持在该表面上。在一个实施例中，该表面由固定至交通工具的结构的下托盘或者平板构成。

应理解到，上述以及其它特征和功能的变型、或者其替代物可以令人期望地被组合到许多其它不同的系统、应用或者方法中。本领域的技术人员随后可以作出许多当前未预见或者未预料到的也旨在包含在本公开中的替代、修改、变化或者改进。