用于车辆部件的压力均衡结构


技术实现要素：

1.暴露于外部环境的车辆部件(例如，电动发动机组件、变速箱、电池模块等)可被设计成经受宽范围的条件，例如由于环境条件和/或由车辆部件本身产生的热而造成的宽范围的温度。如果车辆部件的内部容积在宽范围的温度内保持恒定，则内部容积内的气压可能发生显著变化，从而对任何密封部件施加巨大压力。因此，使车辆部件通风以允许内部容积中的气压与环境压力均衡是有利的。
2.在一些实施例中，提供这样的通风解决方案是有利的：该通风解决方案允许车辆部件浸没在水中(例如，当车辆行进通过深水时)，而不需要在水线上方延伸的任何车辆特定部件或通气管组件来允许浸没的车辆部件排出空气并且与环境压力均衡。
3.本公开有利地提供了一种均衡结构，其允许浸没的车辆部件与环境压力均衡，而无需在水线上方延伸也不需要复杂的车辆特定组件。为了实现这一点，提供了一种压力均衡结构。该压力均衡结构包括车辆部件，该车辆部件包括具有第一容积的内腔、联接到内腔的第一通道，以及用于使内腔中的气压与环境压力均衡的均衡结构。该均衡结构包括联接到第一通道的第一端、暴露于环境压力的第二端、以及在第一端与第二端之间的第二通道，该第二通道具有第二容积。该均衡结构具有其中第一端布置在第二端上方的安装定向。
4.在本公开的一些实施例中，第二容积可大于在由于车辆部件至少部分地浸没在处于第二温度的水中而使内腔中的空气的温度从对应于车辆部件的最大预期操作温度的第一温度冷却到对应于车辆部件的最小预期操作温度的第二温度时使内腔中的气压与环境压力均衡所需的预期空气体积。
5.在本公开的一些实施例中，第二容积与第一容积的比率可以是至少0.39。
6.在本公开的一些实施例中，车辆部件可以是组合式电机、母线和逆变器组件。
7.在本公开的一些实施例中，车辆部件可以是变速箱。
8.在本公开的一些实施例中，车辆部件可以是电池模块。
9.在本公开的一些实施例中，压力均衡结构还可包括输入密封件，该输入密封件包括半透膜。输入密封件可设置在第一部件的第一通道中且将内腔与第二通道分开。
10.在本公开的一些实施例中，压力均衡结构还可包括输入密封件，该输入密封件包括半透膜。该输入密封件可在均衡结构的第一端处设置在第二通道中，并且将内腔与第二通道的从输入密封件到第二端的一部分分开。
11.在本公开的一些实施例中，均衡结构可包括圆柱形中间部段，该圆柱形中间部段位于包括第一端的第一端部段与包括第二端的圆柱形第二端部段之间，并且该均衡结构可连接到车辆部件的外表面。
12.在本公开的一些实施例中，圆柱形中间部段的直径可大于圆柱形第二端部段的直径。
13.在本公开的一些实施例中，均衡结构可包括矩形横截面。
14.在本公开的一些实施例中，均衡结构可包括圆形横截面。
15.在本公开的一些实施例中，均衡结构可附接到车辆部件的外表面。
16.在本公开的一些实施例中，内腔可包括容纳第一部件的第一内腔和容纳第二部件的第二内腔，并且第一内腔和第二内腔可通过第三通道彼此联接。
17.在本公开的一些实施例中，第一部件可以是电机，并且第二部件可以是变速箱。
18.在本公开的一些实施例中，压力均衡结构还可包括输入密封件，该输入密封件包括半透膜。输入密封件可设置在第三通道中且将第一内腔与第二内腔分开。
19.在本公开的一些实施例中，均衡结构和车辆部件可以是机械联接在一起的不同部件。
20.在本公开的一些实施例中，均衡结构和车辆部件可以一体地形成为单个部件。
21.在本公开的一些实施例中，压力均衡结构包括车辆部件，该车辆部件包括具有第一容积的第一内腔、联接到第一内腔的第一通道、具有第二容积的第二内腔，以及联接到第二内腔的第二通道。第一内腔与第二内腔分开。压力均衡结构还包括用于使第一内腔中的气压与环境压力均衡的第一均衡结构，该第一均衡结构包括联接到第一通道的第一端、暴露于环境压力的第二端，以及在第一端与第二端之间的第三通道，该第三通道具有第三容积。第一均衡结构具有其中第一端布置在第二端上方的安装定向。压力均衡结构还包括用于使第二内腔中的气压与环境压力均衡的第二均衡结构，该第二均衡结构包括联接到第二通道的第三端、暴露于环境压力的第四端，以及在第三端与第四端之间的第四通道，该第四通道具有第四容积。第二均衡结构具有其中第三端布置在第四端上方的安装定向。
22.在本公开的一些实施例中，车辆部件可以是组合式电机、母线、逆变器和变速箱组件，第一内腔可容纳电机、母线和逆变器，并且第二内腔可容纳变速箱。
附图说明
23.在结合附图考虑以下详细描述时，本公开的上述和其它目的及优点将显而易见，其中相似的附图标记始终指代相似的部分，并且其中：
24.图1示出根据本公开的一些实施例的压力均衡结构的视图；
25.图2示出根据本公开的一些实施例的图1的压力均衡结构的分解视图；
26.图3a和图3b示出根据本公开的一些实施例的浸没在水中的压力均衡结构的示例；
27.图4示出根据本公开的一些实施例的压力均衡结构的视图；
28.图5a-5f示出根据本公开的一些实施例的均衡结构的视图。
29.图6示出根据本公开的一些实施例的压力均衡结构的视图；
30.图7示出根据本公开的一些实施例的压力均衡结构的剖面图；
31.图8示出根据本公开的一些实施例的压力均衡结构的视图；
32.图9示出根据本公开的一些实施例的安装在车辆上的压力均衡结构的示例；以及
33.图10示出根据本公开的一些实施例的压力均衡结构的简化剖面图。
具体实施方式
34.鉴于前述内容，并且根据本公开的一些实施例，提供这样的均衡结构将是有利的：该均衡结构允许车辆部件快速地使内部气压与环境压力均衡，即使在热车辆部件浸入冷水中时，也不允许水进入车辆部件或不需要在水线上方延伸的车辆特定排气管结构。例如，当热车辆部件浸入冷水中时，车辆部件中的气压由于车辆部件浸入冷水中引起的温度下降而
下降。在这种情况下，需要向车辆部件的内部容积添加空气，以使气压与环境压力均衡。为此，本文中所描述的压力均衡结构可使用具有联接到进入车辆部件的内腔中的通道的第一端和暴露于环境压力的第二端的均衡结构。通过提供具有其中第一端布置在第二端上方的安装定向的均衡结构，并且在第一端与第二端之间的通道内提供足够容积，滞留在均衡结构中的空气可使车辆部件的内腔中的气压均衡，而不允许任何水到达进入车辆部件的内腔中的通道。
35.图1示出根据本公开的一些实施例的压力均衡结构100的视图。如图所示，压力均衡结构可包括车辆部件101和均衡结构102。在一些实施例中，车辆部件可以是用于电动车辆的电机组件。如图所示，车辆部件101可包括第一壳体结构104和第二壳体结构106。在一些实施例中，第一壳体结构104容纳电动机、母线和逆变器。在一些实施例中，第一壳体结构104容纳多个电动机、多根母线和多个逆变器。在一些实施例中，第一壳体结构104容纳用于电动机(多个电动机)、母线(多根母线)和逆变器(多个逆变器)中的每一者的子壳体。在一些实施例中，第二壳体结构106容纳一个或多个变速箱。尽管本文中提及了两个不同的壳体结构，但应理解，车辆部件101的部件中的每一个都可容纳在单个壳体、多个壳体或组合壳体中。在一些实施例中，不同的壳体或子壳体可以彼此内部通风，以便使车辆部件101的不同壳体或子壳体内的气压均衡，如图10中更详细地示出的。在一些实施例中，不使不同的壳体或子壳体彼此通风可能是有利的(例如，在一些布置中，当部件之间的内部压力均衡时，使变速箱与逆变器通风可能使油滴进入逆变器)。
36.在一些实施例中，第一壳体结构104可具有第一内部容积，并且第二壳体结构106可具有第二内部容积。如本文所述，壳体(或车辆部件)的内部容积是指当部件安装在壳体中时壳体填充有空气的量(即，壳体中空气的体积)。第一壳体结构104和第二壳体结构106中的空气的最高温度可对应于安装在相应壳体中的部件的最大操作温度。例如，在一些实施例中，当第一壳体结构104容纳电动机/母线/逆变器组件且第二壳体结构106容纳变速箱时，在下面的表1显示了第一壳体结构104和第二壳体结构106的内部容积和操作温度。
[0037][0038]
表1
[0039]
如上文表1中所示，第一壳体结构104可包括用于安装部件中的每一个的多个子壳
体。在一些实施例中，这些子壳体中的每一个都彼此内部通风。在一些实施例中，第一壳体结构104和第二壳体结构106彼此内部通风。
[0040]
如图1中所示，均衡结构102安装在第一壳体结构104的外表面上。均衡结构102可包括联接到第一壳体结构104的第一端108和暴露于外部(环境压力)的第二端110。均衡结构102可包括在第一端108与第二端110之间延伸的通道112。也就是说，均衡结构102可以是中空的，在第一端108和第二端110处具有开放端。均衡结构102具有其中第一端108布置在第二端110上方的安装定向，如图9中更详细地示出的。在一些实施例中，相对于车辆部件101的安装取向，将均衡结构102安装在第一壳体结构104上尽可能高的位置处是有利的。
[0041]
图2示出根据本公开的一些实施例的图1的压力均衡结构100的分解图。如图所示，第一壳体结构104可包括联接到第一壳体结构104的内腔的通道114。也就是说，通道114可以是第一壳体结构104中的通孔(例如，通风孔)。均衡结构102的第一端108可以在通道114处联接到第一壳体结构104，使得通道112和通道114结合以形成从第一壳体结构104的内腔穿过第二端110的通道，由此允许第一壳体的内腔的气压与环境压力均衡。
[0042]
在本公开的一些实施例中，通道114可包括输入密封件116(例如，通风密封件)，该输入密封件将第一壳体结构104的内腔与均衡结构102的通道112分开。输入密封件116可以是允许空气通过但对低于一定压力(例如，7磅每平方英寸(psi))的液态水具有抵抗力的膜。因此，即使部件浸没在水中且液态水到达通道114，输入密封件116也将防止液态水进入第一壳体结构104的内部容积。尽管输入密封件116示出为设置在通道114中，但输入密封件116也可在通道114中设置在均衡结构102的第一端108处。
[0043]
图3a和图3b示出根据本公开的一些实施例的浸没在水中的压力均衡结构100的示例。当车辆部件101在操作期间浸没在水中时，车辆部件101的温度和车辆部件101内部(即，第一壳体结构104的内腔中和第二壳体结构106的内腔中)的空气快速冷却，从而导致气压相应地下降。由于空气是理想气体，因此这种气压下降通常可以通过理想气体定律建模(pv＝nrt，其中p、v和t是压力、体积和温度，n是物质的量，并且r是理想气体常数)。因此，为了补偿该压力下降并且使第一壳体结构104的内腔和第二壳体结构106的内腔中的压力与环境压力均衡，必须添加空气。取决于环境空气温度和从车辆部件101辐射的热，均衡结构102的通道114内部的空气在浸没在水中时也可快速冷却。
[0044]
如图3a中所示，当压力均衡结构100首次浸没在水中且车辆部件101内部(和均衡结构102中)的空气的温度还未下降时，只有少量的水将由于静水压进入均衡结构102的通道114，以使气压与环境压力均衡。
[0045]
如图3b中所示，在压力均衡结构100已浸没在水中足以冷却车辆部件101(和均衡结构102)内部的空气的时间段之后，滞留在均衡结构102内部的空气将被抽吸到车辆部件101中，以使气压与环境压力均衡。
[0046]
在一些实施例中，可能有利的是设计具有充足内部容积(即，通道114的内部容积)的均衡结构102以补偿压力均衡结构100可能预期暴露于的最极端条件，使得水永远不会到达均衡结构102的第一端108。因此，在下面的示例中，假设车辆部件101内部的空气的温度在车辆部件101浸没在0℃的海水中较长时间段时从上面的表1中指定的最大操作温度下降到0℃。在此情况下，必须添加以使气压均衡的空气量对应于温度变化以及静水压,该静水压取决于浸没深度并且还可通过理想气体法则建模。在下面的表2中显示了此计算的环境
条件的示例。
[0047]
环境条件
[0048]
环境大气压力14.7psi海水密度1030kg/m3理想气体常数8.314j/mol*k环境水温度0℃浸没深度1.0m由于水和大气而在一定深度处的绝对压力16.2psi浸没深度处的静水压1.5psi
[0049]
表2
[0050]
因此，基于理想气体法则，将需要将大约5.22升空气(处于大气压下)添加到第一壳体结构104的内腔(参见下面的表3)，并且将2.48升空气(处于大气压下)添加到第二壳体结构106的内腔(参见下面的表4)。
[0051][0052]
表3
[0053][0054]
表4
[0055]
因此，在上面的示例中，如图3b中所示，为了确保水不会到达通道114中的输入密封件116，均衡结构102的通道112的容积应大于大约7.70升。当然，这仅仅是一个示例，并且均衡结构102的容积可以例如基于预期的最大温度和最小温度来适用于特定应用。
[0056]
在一些实施例中，如上所述，输入密封件116可以对低于一定压力的液态水具有抵抗力。因此，在一些情况下，出于节省空间的目的，设计容积小于7.70升的均衡结构102可能是有利的。例如，均衡结构102可被设计成具有在大多数情况下防止水到达通风密封件的容积。在一些实施例中，即使在车辆部件101完全浸没时，通风密封件也可对液态水具有抵抗力。在这种情况下，仍可提供均衡结构102。
[0057]
在一些实施例中，根据均衡结构102的设计和应用，可以使容积大于最小计算容积。例如，当均衡结构102用于车辆部件并且车辆处于斜坡上时，均衡结构102的有效容积可能较小。因此，可以向均衡结构102增加额外容积(例如，除最小计算容积之外)以补偿此情况。
[0058]
在本公开的一些实施例中，不同的均衡结构可用于第一壳体结构104和第二壳体结构106中的每一个，如图4中所示。
[0059]
图4示出根据本公开的一些实施例的压力均衡结构400的视图。压力均衡结构400类似于图1中的压力均衡结构100，不同之处在于压力均衡结构400可另外包括第二均衡结
构404(例如，除了第一均衡结构402之外)。因此，基于以上示例，第一均衡结构402的容积为至少5.22升，且第二均衡结构404的容积为2.48升。
[0060]
图5a-5f示出根据本公开的一些实施例的不同均衡结构的视图。如图所示，均衡结构可包括对应于与压力均衡结构相关联的要求的任何合适形状。应理解，均衡结构的形状可具有不同优点，且可基于各种因素选择针对特定应用选择的特定形状。如图所示，图5a的均衡结构502a在第一端508a和第二端510a处具有窄圆柱形形状，并且在中间部段512a处具有宽圆柱形形状。图5b的均衡结构502b具有矩形横截面。然而，这仅仅是一个示例，并且均衡结构502b可具有任何横截面。例如，均衡结构502b可具有圆形横截面，如图1中所示。图5c的均衡结构502c可类似于均衡结构502a，但具有矩形横截面。例如，均衡结构502c可具有窄第一端508c、窄第二端510c和宽中间部段512c。图5d的均衡结构502d具有圆柱形横截面。然而，均衡结构502d的轮廓可对应于其待安装到的车辆部件的外表面。图5e的均衡结构502e具有圆柱形横截面的“拐杖糖”形状。均衡结构502e可用于具有低轮廓的车辆部件(例如，电池模块)，以提供较高通道(例如，以存储更大量的空气以用于均衡)。在一些实施例中，第一端508e可联接到车辆部件的顶表面。在一些实施例中，通风密封件514可在安装取向的最高点处设置在均衡结构502e中。图5f的均衡结构502f可在第一端508f和第二端510f处具有窄圆柱形形状，并且在中间部段512f处具有半球形状。
[0061]
图6示出根据本公开的一些实施例的压力均衡结构600的视图。压力均衡结构600类似于图1中的压力均衡结构100，不同之处在于均衡结构602和车辆部件601可以一体地形成为执行相同功能的单个部件而不是不同部件。例如，如图所示，均衡结构602和第一壳体结构604可一体地形成为单个部件。然而，这仅仅是一个示例，并且均衡结构602可以任意方式完全或部分地与第一壳体结构604集成。例如，第一壳体结构604可包括在组装时形成第一壳体结构604和均衡结构602两者的多个部件。
[0062]
图7示出根据本公开的一些实施例的压力均衡结构700的剖面图。压力均衡结构700类似于图1中的压力均衡结构100，不同之处在于均衡结构702和车辆部件701可以一体地形成为执行相同功能的单个部件而不是不同部件。例如，均衡结构702和第一壳体结构704可一体地形成为单个部件(例如，以如上文参考图6所描述的类似方式)。然而，这仅仅是一个示例，并且均衡结构702可以任意方式完全或部分地与第一壳体结构704集成。例如，第一壳体结构704可包括在组装时形成第一壳体结构704和均衡结构702两者的多个部件。例如，如图所示，第一壳体结构704的部件布置可以自然地形成起到均衡结构702作用的通道。
[0063]
图8示出根据本公开的一些实施例的压力均衡结构800的视图。除了车辆部件801是电池模块之外，压力均衡结构800类似于图1中的压力均衡结构100。如图所示，压力均衡结构800包括安装在电池模块的外表面上的均衡结构802。均衡结构802可包括联接到电池模块的顶表面的第一端804和暴露于外部(环境压力)的第二端806。在一些实施例中，均衡结构802可类似于图5e中所示的均衡结构，且可包括安装在均衡结构802内部的通风密封件。均衡结构802可以与例如上文所述的均衡结构102类似的方式操作，并且因此将不再详细描述。
[0064]
图9示出根据本公开的一些实施例的安装在车辆900上的压力均衡结构的示例。如图所示，车辆900可包括图1的压力均衡结构100和图8的压力均衡结构800。如图所示，压力均衡结构100和800可以安装成使得均衡结构102具有其中第一端108布置在第二端110上方
的安装取向，并且均衡结构802具有其中第一端804布置在第二端806上方的安装取向。在本公开的一些实施例中，第一端108可竖直地布置在第二端110上方或基本上竖直地布置在第二端上方，且第一端804可竖直地布置在第二端806上方或基本上竖直地布置在第二端上方。然而，这仅仅是一个示例，并且均衡结构102和802可具有其中第一端108位于第二端110上方(即，相对于重力较高)，并且第一端804位于第二端806上方(即，相对于重力较高)的任何安装取向。
[0065]
图10示出根据本公开的一些实施例的压力均衡结构1000的简化剖面图。如图所示，压力均衡结构1000可包括车辆部件1001和压力均衡结构1002。如图所示，车辆部件1001可包括具有第一内腔1005的第一壳体结构1004和具有第二内腔1007的第二壳体结构1006。在一些实施例中，一个或多个电动机、母线和逆变器可安装在第一内腔1005中。在一些实施例中，一个或多个变速箱可安装在第二内腔1007中。如图所示，第一内腔1005可通过通道1008在内部向第二内腔1007通风，以便使第一内腔1005和第二内腔1007内的压力均衡。在一些实施例中，通风密封件1010可安装在通道1008中。通风密封件1010可以是允许空气通过但对低于一定压力(例如，7磅每平方英寸(psi))的液态水(例如，油、水等)具有抵抗力的膜。因此，通风密封件1010可防止任何液体在第一内腔1005与第二内腔1007之间通过。
[0066]
前述内容仅是对本公开的原理的说明，并且本领域的技术人员可以在不脱离本公开的范围的情况下进行各种修改。给出上述实施例是为了说明而不是限制。本公开还可以采取除本文明确描述的那些形式之外的许多形式。因此，要强调的是，本公开不限于明确公开的系统和装置，而是旨在包括以下权利要求精神之内的本发明的变型和修改。