CN102917900A - 具有用于容纳至少一个蓄能模块的壳体的供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尤其是用于汽车的供电装置，其包括用于容纳至少一个蓄能模块（40）和/或其它元件、尤其是带电元件的壳体（10），所述蓄能模块（40）和/或其它元件从壳体内部（200）被固定到壳体面（11）上。所述壳体（10）由第一种材料制成。螺纹连接通过由第二种材料制成的压紧螺栓（20、30）构成，该压紧螺栓至少具有一个连接区段（22、32）和一个设有外螺纹的固定区段（21、31）。压紧螺栓（20、30）从壳体面（11）外部以固定区段（21、31）在先穿过相配的缺口（13、14）并且在连接区段（22、32）的区域中与壳体面（11）的材料压紧，从而形成连接副的密封的且具有最小接触电阻的接触面。此外，蓄能模块（40）和/或所述其它带电元件通过拧到连接区段（22、32）上的螺母（45）被固定在壳体面（11）上。

Description

具有用于容纳至少一个蓄能模块的壳体的供电装置

技术领域

本发明涉及一种尤其是用于汽车的供电装置，其包括用于容纳至少一个蓄能模块和/或其它带电元件的壳体，所述蓄能模块和/或其它带电元件从壳体内部被固定到壳体面上。

背景技术

在通常被称为电池的汽车供电装置中，大多使用多个蓄能模块来驱动汽车、例如电动汽车或混合动力汽车。每个蓄能模块通常包括多个堆叠的棱柱状或圆柱状的存储单元。各存储单元包括电池的电化学电池。一个蓄能模块的各存储单元彼此电连接，以便能够向该蓄能模块的触点接头提供规定的总电压。另外，多个蓄能模块在供电装置的壳体内电连接，从而能够提供电驱动装置所需的电压和电流。除蓄能模块之外通常在供电装置的壳体内还设置其它带电元件，它们例如用于控制和监测蓄能模块。

蓄能模块以及其它带电元件的固定通常通过插接或螺纹连接进行。通过蓄能模块和带电元件的固定一方面实现了供电装置的壳体内的定义的设置，另一方面也确保各元件的机械固定。由于蓄能模块的重量大，所以人们希望将供电装置尽可能深地设置在汽车中。因此，供电装置也可能安装在汽车面临天气、污物和水的区域中。为了避免技术故障如短路，供电装置的壳体必须构造成防水的。

对供电装置结构的另一要求在于：所有可从外部接触的导电元件必须处于相同电位上，从而在接触装置壳体时不对接触的人造成危险。如果两个元件在其使用寿命中在25A的电流时具有10mΩ的接触电阻，则这两个元件处于相同的电位上。为满足该要求，两个可被人接触的元件通常通过材料锁合的连接（例如熔焊或钎焊）彼此连接。

由于必须在供电装置的壳体的外侧上通过结构措施使尽可能少的部件具有相同的电位，至今，用于将蓄能模块和/或元件固定在壳体内部中的元件从壳体内侧与壳体连接，因而不可从外部被接触。这种元件例如是螺栓或螺母，因此可通过使用相应的配合件来形成螺纹连接。从壳体内部设置用于固定的元件的另一原因在于壳体的前面所述的防水性要求。固定元件穿过壳体面将提高用于形成防水性的费用。

如使用钢作为壳体材料，则可通过熔焊或钎焊将用于固定的元件在壳体内部中固定在壳体上。但在汽车的供电装置中，出于重量原因优选使用铝作为壳体材料。但铝制壳体无法与钢制固定元件（螺栓或螺母）焊接在一起。因此需要额外的固定构件，其可焊接在铝制壳体上并且随后与本来的固定元件连接。作为替换方案，也可在铸造壳体时就已集成螺纹。但所有这些措施都增大壳体制造的难度并且提高制造费用。

发明内容

因此本发明的任务在于，提出一种尤其是用于汽车的电源的装置，其中，要设置在壳体中的蓄能模块和/或其它带电元件能以更简单且节省空间的方式与壳体和固定元件所使用的材料无关地进行固定。

该任务通过根据权利要求1的特征的供电装置得以解决。有利的方案由从属权利要求给出。

本发明提供一种尤其是用于汽车的供电装置，其包括用于容纳至少一个蓄能模块和/或其它元件、尤其是带电元件的壳体，所述蓄能模块和/或其它带电元件从壳体内部被固定到壳体面上。该装置的特征在于，所述壳体由第一种材料制成，并且螺纹连接通过由第二种材料制成的压紧螺栓构成，其至少具有一个连接区段和一个设有外螺纹的固定区段。压紧螺栓从壳体面外部以固定区段在先穿过相配的缺口并且在连接区段的区域中与壳体面的材料压紧，从而形成连接副的密封的且具有最小接触电阻的接触面。蓄能模块通过拧到连接区段上的螺母被固定在壳体面上。

通过压紧螺栓与壳体的壳体面的压紧，不仅形成用于固定蓄能模块或其它带电元件的稳定的固定点，而且因接触面彼此密封地紧贴也避免了水和湿气进入壳体内部。壳体面和压紧螺栓的压紧通过压紧区域中的面状接触确保在这两个元件之间产生较小的接触电阻，由此壳体和压紧螺栓都根据开头的定义处于相同的电位上。

通过使用压紧螺栓——其从外部可接触但却是防水且电位平衡的——可放弃在壳体内部中额外设置的固定元件或壁厚变化的制造方法、如壳体的铸造。由此构件和制造步骤可低成本地提供或实现。壳体可低成本地例如由多个可彼此连接的壳体面制成。

压紧螺栓的制造及加工原则上由现有技术已知，因此供电装置可过程可靠地制造。同时还产生安装空间的优点，因为压紧螺栓没有以其全部长度构造在壳体内部中。

在一种合乎目的的方案中，压紧导致壳体面材料的塑性变形。由此一方面确保了压紧螺栓的机械稳定性以便在后来固定蓄能模块和/或其它带电元件。另一方面通过压紧确保了在压紧螺栓和壳体面的相配的缺口之间没有间隙，水或湿气可能通过间隙进入壳体内部。此外，连接副的面状接触也确保了小的接触电阻。

在另一种方案中，壳体的第一种材料是铝或铝合金并且压紧螺栓或固定元件的第二种材料是钢或钢合金。为壳体使用铝带来重量优点，由此可提供相对于钢制壳体重量减少的供电装置。钢制压紧螺栓具有高强度并且可低成本地作为标准化构件由不同制造商提供。由此可降低供电装置的成本。

根据另一种方案，连接区段具有一个环绕的凹槽或多个彼此间隔开的凹陷，壳体面的材料通过压紧或塑性变形嵌入其中。通过环绕的凹槽或多个彼此间隔开的凹陷可进一步改善压紧螺栓和壳体面之间的机械连接和电连接，因为接触面扩大。尤其是在压紧螺栓的两个相对于壳体面的潜在的运动方向上产生形锁合和力锁合。尤其是在设置环绕的凹槽的情况下，通过嵌入凹槽的材料和接触表面的迷宫式走向，进一步增大了水进入壳体内部的难度。

根据另一种方案，压紧螺栓设有耐腐蚀的和/或降低与壳体面的接触电阻降的涂层。优选该涂层以锌镍涂层为基础。尤其是使用ZNNISI（锌镍硅）作为涂层。通过该涂层确保了开头所述的要求，即压紧螺栓和壳体面在其使用寿命中在25A的电流时具有10mΩ的接触电阻。根据该定义，所述两个元件处于相同的电位上，因此根据本发明的装置在从壳体外部被触摸时不对人造成危险。

在另一种方案中，压紧螺栓在其与连接区段相反的端部上具有头部，该头部从壳体外部与壳体面贴靠。一方面可由此确保压紧螺栓相对于壳体面的定义的位置。尤其可由此确保在内部构造在固定区段上的外螺纹相对于壳体的内表面处于定义的位置中。另一方面，头部的存在也进一步改善了密封。为了更加优化压紧螺栓在壳体面中的连接区域的密封，可规定，头部在其朝向壳体面的贴靠面上具有密封装置、尤其是O形环。

另外合乎目的的是，这样选择压紧螺栓的连接区段的外直径和壳体面的相配的缺口的内直径，使得形成连接区段和缺口的压配合。由此可确保开头所提的要求，即可靠的固定、用于平衡与壳体面的电位的小接触电阻以及密封。

合乎目的的是，安装有压紧螺栓的壳体面是壳体的底部。这种安装位置确保水从压紧螺栓的头部流走。从而降低了水或湿气进入壳体内部的可能性。

附图说明

下面借助附图中的实施例来说明本发明。附图如下：

图1为汽车的供电装置的壳体的一部分的示意性横截面图；

图2为两个安装在相配的缺口中的压紧螺栓的示意性横截面图；

图3为在安装在壳体中的压紧螺栓的区域中形成塑性变形的放大示意图；

图4为壳体在压紧螺栓区域中的产生的塑性变形；

图5为供电装置的固定在压紧螺栓上的蓄能模块的局部图。

具体实施方式

图1以示意性横截面图示出壳体10的一部分，该壳体用于容纳至少一个蓄能模块以及可选的其它带电元件、例如用于控制和监测所述至少一个蓄能模块的带电元件。作为壳体面示出壳体底部11和壳体侧壁12的一部分，该侧壁连接到壳体底部11上。壳体10出于重量原因由铝或铝合金制成。壳体底部11以及壳体侧壁12可一体地、例如通过铸造过程制造。作为替换方案，底部11和壁12也可由分开的部件相互连接而成。

在壳体底部11上仅示例性设置两个缺口13、14，压紧螺栓20、30从底部11之外（附图标记200）穿过所述缺口。这示例性地在图2的横截面图中示出。原则上这种缺口也可替换或附加地构造在壳体壁上。在下面还将被详细说明的压紧螺栓20、30上可固定要设置在壳体内部100中的蓄能模块和其它带电元件。

压紧螺栓20、30具有头部23、33、固定区段22、32和连接区段21、31，其中，连接区段21、31和头部23、33构造在固定区段22、32的相对的两侧上。连接区段21、31分别设有米制外螺纹，内直径相对应的用于固定蓄能模块和其它带电元件的螺母可拧到外螺纹上。

钢制的压紧螺栓20、30从壳体底部11之外借助固定区段22、32在先穿过壳体底部11中相配的缺口13、14并且在连接区段的区域中与底部11的材料压紧。为了压紧，从壳体10外部向相关压紧螺栓20、30的相应头部23、33施加力F，与此同时从壳体内侧部100向头部23的肩部区域施加力。通常该力约为70kN，在此进行力－位移监测，以便监测壳体底部11材料的符合规定的压紧。图3示出压紧的开始，其引起底部11材料的塑形变形。如图3所示，相应的压紧螺栓在其固定区段22的区域中具有优选环绕的凹槽25，在壳体底部11材料塑形变形时该材料嵌入所述凹槽中，这例如在图4中示出。同时在壳体内部区域中围绕固定区段22的邻接于壳体底部11内表面的区段形成环状的凸缘15。通过底部11的嵌入到环绕的凹槽25中的材料，在压紧螺栓的轴向上产生力锁合和形锁合，因此压紧螺栓刚性固定在壳体底部11上。

由于头部23以其肩部贴靠在底部11的外表面上以及由于嵌入凹槽25中的材料，形成壳体内部100相对于出现在壳体外侧200上的液体的密封。虽然图4所示“迷宫”、即压紧螺栓20和壳体底部11的边界面或接触面的走向已足以提供可靠的密封，但可选地在头部23的朝向壳体面的贴靠面（即其肩部）上设置密封装置密封装置、例如由橡胶制成的O形环。

为了确保压紧螺栓20、30和壳体10位于相同的电位上，压紧螺栓设有耐腐蚀的和降低与壳体面的接触电阻的涂层。优选涂层以锌镍为基础，尤其是使用ZNNISI。

这样选择相应压紧螺栓20、30的固定区段22、32的外直径和底部11的相配的缺口13、14的内直径，使得形成固定区段22、32和缺口13、14的压配合。以这种方式一方面可确保压紧螺栓很好地锚固在壳体面11上，从而也确保密封性。另一方面由此确保在钢制压紧螺栓20、30和铝制壳体面11之间产生接触电阻。通过所述涂层的辅助可由此确保这两种元件的相同电位。

连接区段22、32的长度根据具有缺口13、14的壳体面11的厚度来选择。尤其是须确保，套在相应固定区段21、31上的构件（蓄能模块或其它带电元件）可平面地贴靠在壳体面11的内侧上，从而确保固定且可靠的连接。

在图5的横截面图中局部示出的示例性的蓄能模块40的固定以下述方式进行：将蓄能模块的法兰41中的缺口42套到连接区段21上，在连接区段21的超出法兰的部分上拧上螺母45。

为了能够同时确保从外部穿过壳体面的压紧螺栓的防水性和电位平衡的功能，需要将包含压紧螺栓的表面涂层、所用的压紧力F、缺口13和14的内直径以及壳体面11的厚度在内的系统彼此协调。这些参数通常由压紧螺栓的制造商规定。

代替在实施例中描述的在固定区段22、23区域中的环绕的凹槽，也可设置多个在圆周侧分布的凹口。在壳体面11塑形变形中壳体面11的材料可嵌入所述凹口或凹陷中，从而实现对稳定性和密封性而言优选的形锁合和/或力锁合。通过增大的表面也减小了接触电阻。

在该实施例中，设有缺口13、14的壳体面是壳体10的底部。原则上任意其它侧壁也可设有用于压紧螺栓的缺口。但压紧螺栓在壳体10底部上的设置具有这样的优点，即出现在壳体上的水因重力从压紧螺栓流走，因此可仅通过安装位置避免水进入壳体内部。

附图标记列表

10  壳体                      30  压紧螺栓

11  壳体面或底部              31  连接区段

12  壁                        32  固定区段

13  缺口                      33  压紧螺栓的头部

14  缺口                      34  连接区段中的螺纹

15  材料积聚部                35  固定区段中的凹槽

20  压紧螺栓                  40  蓄能模块

21  连接区段                  41  法兰

22  固定区段                  42  缺口

23  压紧螺栓的头部            45  螺母

24  连接区段中的螺纹          100 壳体内部

25  固定区段中的凹槽          200 壳体外侧

Claims (10)

1.供电装置，其尤其是用于汽车，其包括壳体（10），所述壳体用于容纳至少一个蓄能模块（40）和/或其它元件、尤其是带电元件，所述蓄能模块（40）和/或所述其它元件从壳体内部（200）被固定到壳体面（11）上，其特征在于，所述壳体（10）由第一种材料制成；通过由第二种材料制成的压紧螺栓（20、30）构成螺纹连接，该压紧螺栓至少具有一个连接区段（22、32）和一个设有外螺纹的固定区段（21、31）；压紧螺栓（20、30）从壳体面（11）外部以固定区段（21、31）在先穿过相配的缺口（13、14）并且在连接区段（22、23）的区域中与壳体面（11）的材料压紧，使得形成连接副的密封的且具有最小接触电阻的接触面；并且蓄能模块（40）和/或所述其它带电元件通过拧到连接区段（22、32）上的螺母（45）被固定在壳体面（11）上。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于，压紧导致壳体面（11）的材料的塑性变形。

3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，第一种材料是铝或铝合金并且第二种材料是钢或钢合金。

4.根据上述权利要求之一的装置，其特征在于，所述连接区段（22、32）具有一个环绕的凹槽（25、35）或多个彼此间隔开的凹陷，壳体面（11）的材料通过压紧或塑性变形嵌入凹槽或凹陷中。

5.根据上述权利要求之一的装置，其特征在于，所述压紧螺栓（20、30）设有耐腐蚀的和/或降低与壳体面（11）的接触电阻的涂层。

6.根据权利要求5的装置，其特征在于，所述涂层以锌镍涂层为基础。

7.根据上述权利要求之一的装置，其特征在于，所述压紧螺栓（20、30）在其与连接区段（22、32）相反的端部上具有头部（23、33），该头部从壳体（10）外部与壳体面（11）贴靠。

8.根据权利要求7的装置，其特征在于，所述头部（23、33）在其朝向壳体面（11）的贴靠面上具有密封装置、尤其是O形环。

9.根据上述权利要求之一的装置，其特征在于，选择压紧螺栓（20、30）的连接区段（22、32）的外直径和壳体面（11）的相配的缺口（13、14）的内直径，使得形成连接区段（22、32）和缺口（13、14）的压配合。

10.根据上述权利要求之一的装置，其特征在于，所述壳体面（11）是壳体（10）的底部。

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