一种车身一体式冷却管路及车辆的制作方法

1.本发明涉及一种车辆热管理系统及对应的车辆，更具体地说，涉及一种车身一体式冷却管路及车辆。


背景技术：

2.伴随现代汽车行业电动化、智能化的推进，汽车尤其是新能源汽车对高压元件、高算力控制器的需求日益加大，相应地，如何结合这些部件的冷却需求，设计更优的热管理方案成为各个车企尤其重视的课题。新能源汽车作为近些年高速发展的行业，围绕高压电池包开展的白车身开发还处在探索阶段，白车身与冷却系统，高压系统等其他系统的一体化整合方案较少，创新不足。
3.针对车辆后方的部件，需要从前舱引出冷却水管分支，经下地板连至后方。这样做不仅管道冗长，而且针对新能源汽车，为保证动力电池模组排布的最大化和碰撞安全，地板下方一般铺满动力电池，上方保证乘员空间及人机舒适性，因而开发过程中必须考虑两者兼顾的问题。
4.目前纯电动车型一般为主后驱或四驱，在后舱区域还可能布置车载充电机，dcdc等高压器件，而低温散热器等热管理模块均布置于前机舱区域，为了实现对后部区域逆变器，电机，充电机等高压器件的冷却，冷却管路需从前舱铺设到后舱，一般车型从前到后需铺设两路直径25mm，总长约6米的冷却管路，且冷却需求越大，管径越大，所需成本越高。
5.冷却管路一般铺设在地板和电池之间，大致有两种方案：1.铺设在中央通道下方方案。该方案地板中部需做凸起通道，供管路通行，此方案导致地板不平整，牺牲部分人机舒适性，影响用户感知，同时地板中部突起特征会打断座椅横梁横向贯通的结构，影响整车碰撞尤其是侧碰性能。
6.2.高压电池两侧方案。该方案管路铺设与高压电池和门槛之间，受制于整车宽度、门槛结构等因素，在两侧铺设管路势必牺牲部分侧围，门槛等结构件强度，导致整车碰撞，特别是侧碰性能下降，另一方面，管路铺设在高压电池和门槛之间，电池的模组空间会被压缩，影响整车电池带电量，整车续航里程下降。
7.如图1a和1b所示为传统冷却水道布置，电池9位于车身地板位置处，高压电池包的两侧分别设置水管4，水管4的外侧为门槛。门槛由门槛内板8和门槛外板7构成，并且门槛内板8和门槛外板7中间区域由挤出梁5提供强度，水管4为独立实体流道，布置于电池9和门槛之间，侵占了电池9的横向空间。
8.无论上述哪种方案，冷却管路需从前铺设到后，长度较长，在整个管路路径上需避让其他整车部件，弯折区域多，导致冷却液流阻上升。另一方面，冷却管路需从车头铺设到车尾，整个路径需布置诸多管路固定卡箍，系统失效风险大，容易导致nvh等问题出线，且长管道铺设，造成产线装配困难，影响生产节拍。


技术实现要素：

9.针对现有技术存在的车载冷却管路铺设长度较长、装配困难，并且导致冷却液流阻较高等问题，本发明提供一种车身一体式冷却管路及车辆，至少解决了冷却管路长度、流阻等问题。
10.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种车身一体式冷却管路，包括挤出梁，挤出梁为空心结构，其内部包括多个支撑壁；一体式水道，多个支撑壁的一部分互相接合以形成一体式水道，一体式水道沿挤出梁长度方向延伸，且在挤出梁的端部附近具有水道开口；水管密封接头，水管密封接头密封连接水道开口。
11.作为本发明的一种实施方式，还包括门槛内板和门槛外板，其中门槛内板和门槛外板互相接合以形成车辆侧面的门槛，且门槛内板和门槛外板限定长条形的内部中空区域，挤出梁设置于中空区域内。
12.作为本发明的一种实施方式，还包括快插水管，快插水管连接水管密封接头，且快插水管的至少一部分沿车辆门槛长度方向布置。
13.作为本发明的一种实施方式，挤出梁的端部密封，水道开口设置于挤出梁端部附近的侧面，且水道开口位于门槛内板与挤出梁的交界面。
14.作为本发明的一种实施方式，水管密封接头为直管，其第一端包括螺纹和密封圈，螺纹与水道开口相匹配，密封圈和门槛内板密封。
15.作为本发明的一种实施方式，水道开口设置于挤出梁的端部，且水道开口位于门槛内板与挤出梁的交界面。
16.作为本发明的一种实施方式，水管密封接头为直管，其第一端包括螺纹和密封圈，螺纹与水道开口相匹配，密封圈和门槛内板密封。
17.作为本发明的一种实施方式，门槛内板包括凸出部，凸出部抵靠在电池包的延伸梁上，且快插水管还连接机舱区域、车尾区域的外部部件和电机冷却管路。
18.作为本发明的一种实施方式，支撑壁在挤出梁内部一体成型构成一体式水道，一体式水道的侧壁由支撑壁构成。
19.为实现上述目的，本发明还采用如下技术方案：一种车辆，该车辆包括本发明的一体式冷却管路。
20.在上述技术方案中，本发明将冷却管路与车身结构一体式设计，利用车身铝挤压成型特性，直接实现冷却管路，取消传统冷却软管，降低冷却液流阻，优化整车布置空间，简化产线装配，优化车身刚度强度，提升人机舒适性。
附图说明
21.图1a和1b是现有的冷却管路与车身的结构示意图；图2是本发明一体式冷却管路应用于车辆的示意图；图3是图2中挤出梁部分的具体结构示意图；图4是图2中a-a方向的剖视图；图5是图2中b-b方向的剖视图；图6是水管密封接头的结构示意图。
22.图中：1-散热器，2-水壶，3-电机，4-水管，5-挤出梁，51-支撑壁，6-一体式水道，7-门槛外板，8-门槛内板，9-电池，10-水管密封接头，11-快插水管，12-螺纹，13-密封圈，14-螺栓，15-螺栓。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例，对本发明实施例中的技术方案进一步作清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例用来作为解释本发明技术方案之用，并非意味着已经穷举了本发明所有的实施方式。
24.所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
25.本发明旨在提出一种在布置集成、密封、装配等方面的创新方案，在其他如车身结构，材料等方面技术成熟，技术风险小，方案可实施性强。
26.参照图2，本发明首先将车辆所在的立体空间定义为xyz空间，其中x轴为车头朝向的方向，其定义了车辆的前后方向，y轴为车门朝向的方向，其定义了车辆的左右方向，z轴为车顶朝向的方向，其定义了车辆的上下方向。在xyz空间中，为xy平面为从上往下俯视的平面，即车辆所在的、与地面平行的水平面，本发明的技术方案可以仅参考xy平面。此外，为了便于说明，本发明以x轴正方向，即车头所在方向为“前方”，相应地车尾所在方向为“后方”。
27.本领域的技术人员可以理解，上述定义只是本发明用作说明之用，而并非本发明的限制。在本发明的其他实施方式中，本发明还可以对车辆所在空间做其他定义，均可以实现本发明的技术目的、达到本发明的技术效果。为便于说明，本发明后述的说明均以上述定义为参照。
28.参照图2，本发明的一体式冷却管路可以应用于车辆，尤其是应用于新能源车辆。新能源车的冷却循环一般包括散热器1、水壶2、电机3、水管4等，不同车型冷却部件有差异，根据总体冷却需求确定所需管径，并根据周边空间确定进出口位置。在本发明所述的车辆中包括散热器1、水壶2、电机3、水管4、门槛、挤出梁5、一体式水道6等部件。
29.如图2所示，散热器1、水壶2、门槛、电机3依次设置并通过水管4互相连接，以此形成闭环的制冷剂管路，并且在门槛的内部设置带有一体式水道6的挤出梁5。具体来说，散热器1设置在车头位置，其后方设置水壶2，水壶2的后方设置门槛。门槛沿车身的长度方向布置，即沿x轴方向延伸。门槛有左右两根，分别位于车辆底盘的左右两侧。门槛的后方设置电机3，水管4将上述各个部件依次连接。
30.本领域的技术人员可以理解，本发明所述的“水管”、“一体式水道”代表了制冷剂管路，“水管”、“一体式水道”是一种统称，其内部流动的并不仅限于水，还可以是其他的制冷剂液体等，本发明并不以此为限。
31.本发明一体式冷却管路的整体设计构思为：在车身结构件中整合冷却管路，利用门槛内部铝挤出梁5结构，在挤出梁5内直接挤压出所需直径的冷却管路通道，前后端出口用螺纹12水管4接头连接，同时实现密封。传统的水管、水道单独铺设、固定，存在易脱落的
问题（即与挤出梁5相分离），在碰撞时也容易受到挤压等失效。本发明的一体式水道6已集成到门槛大梁（挤出梁5）里面，此处的车身刚度，强度都很强，本身已具备很高的安全性和可靠性。下面对上述整体设计构思做进一步的阐述。
32.如图3所示，门槛包括门槛内板8和门槛外板7，门槛外板7为门槛朝向车辆外侧的部分，门槛内板8为门槛朝向车辆内侧的部分。门槛内板8和门槛外板7分别是带有内凹空间的部件，两者互相接合以形成车辆侧面的门槛，且门槛内板8和门槛外板7限定长条形的内部中空区域。挤出梁5通过螺栓14与门槛外板7预装配，然后门槛外板7与门槛内板8拼焊，完成后再用螺栓15再次紧固挤出梁5。水管密封接头10通过螺纹与挤出梁5连接，并通过密封圈与门槛内板8形成密封。
33.图4为图2所示的a-a方向的剖视图。结合图3和图4，挤出梁5设置于上述中空区域内，且挤出梁5的左右两侧分别抵靠在门槛内板8和门槛外板7的内壁上。图4所示的结构为车辆左侧的挤出梁5，挤出梁5左侧至少一部分抵靠在门槛外板7的内壁上，挤出梁5右侧至少一部分抵靠在门槛内板8的内壁上。作为本发明的一种优选实施方式，门槛内板8包括凸出部，凸出部抵靠在电池9包的延伸梁上。车辆右侧的挤出梁5与图4所示呈镜像结构，这里不再赘述。
34.继续参照图4，挤出梁5为空心结构，其内部包括多个支撑壁51。挤出梁5内部的支撑壁51可以是多种形状的，如图4所示，支撑壁51包括多根水平设置的直壁和多根竖直设置的直壁，但本发明并不以此为限。本领域的技术人员可以理解，支撑壁51不仅可以是其他角度设置的直壁，还可以是其他形态的，例如弧形的或者其他任意曲线形状的。
35.结合图2-图4，在挤出梁5内部，多个支撑壁51的一部分互相接合以形成一体式水道6。具体而言，支撑壁51在挤出梁5内部一体成型构成一体式水道6，一体式水道6的侧壁直接由支撑壁51构成，而并非在挤出梁5内部、或者支撑壁51之间额外布置水道。由于门槛沿车身的长度方向布置，因此位于门槛内部中空区域的挤出梁5同样沿车身的长度方向布置。
36.对比图1a、1b和图2-图4，本发明的一体式水道6直接集成到门槛挤出梁5内部，充分释放整车横向空间，电池包可用空间增加，有利于提升整车电池包带电量。
37.作为本发明的一种优选实施方式，挤出梁5及其内部的支撑壁51材质为铝，支撑壁51通过铝挤出成型工艺来直接构成一体式水道6。铝挤出成型工艺，即铝型材挤压是对放在容器（挤压筒）内的金属坯料施加外力，使之从特定的模孔中流出，获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加工方法。因此，本发明通过铝挤出成型工艺来直接制成如图4所示的内部带有多个支撑壁51、且带有一体式水道6的挤出梁5。
38.作为本发明的另一种优选实施方式，本发明可根据挤压铝型材牌号增加流道研磨工艺流程，用以进一步降低流阻。如有必要，可在支撑壁51内壁涂附铝合金防腐涂层。本发明利用支撑壁51直接构成一体式水道6是流阻最小的方案，对流量的控制，在保持流道截面积不变的条件下，本发明通过水管接头的选型，如采用具有电控功能的电磁阀水管接头等实现流量的控制。
39.与现有技术不同的是，本发明采用在门槛的加强梁（挤出梁5）内设置冷却通道（即一体式水道6）的技术方案，提供了一种新型的（水）通道形式，既节省了水管4，又避免了在地板和电池9的夹缝中布置水管4的困难，不影响动力电池9和乘员舱空间。
40.在门槛内部，挤出梁5可以根据冷却需求挤出对应大小的水路通道，这样便不需要
额外增加水管4。一般为了兼顾车辆前后的冷却需求，传统形式为用两条连接管过渡形成水路循环，一般方案要么地板避让出中通道空间，要么电池9避让出空间，必然有一定结构上的牺牲。而本发明的的方案能从根本上解决这一问题，利用现有车身结构构造水路（一体式水道6），实现整个冷却循环。
41.另一方面，本发明利用铝挤出成型工艺直接形成一体式水道6，而不额外采用水管4铺设在挤出梁5内部。相比于现有技术，本发明的一体式水道6可以增加冷却液流速（降低冷却液流阻），并且增加冷却液在挤出梁5内部的换热。这是由于现有的水管4通常是软管，并且管壁带有一定的褶皱。一方面，这样的褶皱会降低冷却液流速，另一方面，额外增设的水管4必然不能紧贴支撑壁51，因此在热交换方面不如一体成型的一体式水道6。
42.参照图5，由于挤出梁5沿车身的长度方向布置，其内部的一体式水道6沿挤出梁5长度方向延伸，因此一体式水道6也沿车身的长度方向布置，即沿x轴方向延伸。一体式水道6的出入口设置于挤出梁5的端部附近，即挤出梁5的端部附近具有水道开口。水道开口连接水管密封接头10，并且水管密封接头10对水道开口进行密封。
43.由于且挤出梁5至少一部分抵靠在门槛内板8的内壁上，因此门槛内板8在挤出梁5的水道开口处同样具有开口，且在水道开口位置处，挤出梁5和门槛内板8互相抵靠成为一体。因此，如图4所示，通过水管密封接头10对水道开口进行密封时，水管密封接头10从门槛内板8的外侧进行密封，以此同时密封住挤出梁5和门槛内板8处的水道开口。
44.本发明所选择的水管密封接头10本身技术成熟，可直接选用成熟产品，或在具体车型研发时，接口安装螺纹、密封圈、接头本体、水口朝向等也可根据车身结构做必要的适应性开发，技术风险小，可靠性强。
45.作为本发明的第一种优选实施方式，如图5和图6所示，水道开口设置于挤出梁5端部附近的侧面，此时挤出梁5的（顶端）端部密封，且水道开口位于门槛内板8与挤出梁5的交界面。换言之，在铝挤出梁5内部加工出一体式水道6供冷却液通行，两端用堵盖密封，并在铝挤出梁5的侧面根据合适位置开螺纹12孔，配合水管密封接头10作为冷却液进出口。这种方式将水道开口开在挤出梁5的侧面，使得冷却液的流速在这里能得到一个“缓冲”，便于系统整体控制冷却液的流速，也更有利于冷却液在挤出梁5内部进行热交换。在该实施例中，如图5所示，水管密封接头10为直管，其第一端包括螺纹12和密封圈13，螺纹12与水道开口相匹配，密封圈13对门槛内板8进行密封。
46.作为本发明的第二种优选实施方式，水道开口设置于挤出梁5的端部，且水道开口位于门槛内板8与挤出梁5的交界面（未在图中示出）。这种方式将水道开口开在挤出梁5的（顶端）端面，并且水管密封接头10也相应地采用直管，以此使得冷却液在挤出梁5的内部具有更高的流速。在该实施例中，水管密封接头10为直管（未在图中示出），其第一端包括螺纹12和密封圈13，螺纹12与水道开口相匹配，密封圈13和门槛内板8密封。
47.本领域的技术人员可以理解，上述实施方式只是本发明众多实施方式的举例，而并非本发明的限制。在本发明的其他实施例中，水道开口的位置、水管密封接头10的形态可以是多变的。例如，水道开口开在挤出梁5侧面时可以搭配直管形式的水管密封接头10，或者水道开口开在挤出梁5端面时可以搭配直管形式的水管密封接头10，或者其他位置的水道开口和其他形状的水管密封接头10，等等。上述实施方式均可以实现本发明的技术目的、达到本发明的技术效果。
48.结合图5和图6所示，水管密封接头10的第二端，即其顶端为齿状结构，该结构用以连接快插水管11。快插水管11连接水管密封接头10，快插水管11的至少一部分沿车辆门槛长度方向布置，且快插水管11还连接电机3冷却管路。水管密封接头10一端通过螺纹12与铝挤出梁5螺接安装，并利用密封圈13与门槛内板8密封，防止冷却液泄露，另一端连接车辆前后的快插水管11，从而保证了整个冷却水路的有效循环。
49.本发明在挤出梁5的两端侧面加工螺纹12孔，并利用水管密封接头10的螺纹12进行密封。在一体式水道6进出口位置需要连接来自车辆前后的冷却水管4，用水管密封接头10作为转接管螺接到车身，另一端提供适配水管4的结构（即快插水管11），这样能增加密封垫保证密封效果。此外，本发明采用快插水管11能够便于水管4和水管密封接头10的分离，一方面便于维修，另一方面在一体式水道6内部压力过大时能提供一定的保护。
50.综上所述，本发明至少具有以下的有益效果：1.本发明提供了一种新型的冷却通道，将冷却管路整合到车身两侧门槛内部的铝挤出梁内，利用铝挤出成型工艺特性，设计前后贯通的规则特征，直接加工出冷却液通道，代替原有水管，极大节省所需物料；2.区别于传统独立实体流道的铺设方式，本发明冷却通道一体成型，无独立实体流道，无需额外流道安装工序，系统安全性高，且有利于提升整车生产节拍；3.本发明冷却通道一体成型，流道规则，可降低整体冷却液流阻，热管理系统中水泵功率等要求可适当降低，整个热管理系统成本及能耗均可降低；4.本发明打破了传统的管路布局方式，取消独立实体流道，既保证了动力电池对地板下方空间的最大化利用，同时借助此方案有可能实现平地板设计，提高人机舒适性；5.本发明取消独立实体流道，可消除中央通道凸起特征对整车结构的影响，消除了独立实体流道在铺设及固定时对门槛，侧围，梁结构等整车框架结构部件的影响，提高整车刚度强度及侧碰性能；6.本发明适用性强，适用于轿车，suv，mpv等各种车型形式。传统独立实体管路一般有离地高度要求，且布置在较低位置时还需额外防护措施。本发明是集成于车身部件中，没有离地高度限制，且无需额外的管路防护措施；7.本发明拓展性强，尤其是对需要从前到后铺设气液管路的系统，如空调管路、制动管路、空气悬架气道等。
51.本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。