CN105189167A - 用于保持至少一个用于机动车的能量模块的装置以及对应的装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于保持至少一个用于机动车的能量模块、尤其是用于保持至少一个用于混合动力车或电动车的高压能量模块的装置，其中，所述装置具有通过一个或多个安装区段可安装在车体结构侧的保持元件，用以保持所述至少一个能量模块，保持元件具有至少一个用于保持所述至少一个能量模块的保持区段和至少一个变形区段。按照本发明规定，变形区段设计成，使得在施加预先确定的力到保持元件上时，所述变形区段在变形的情况下允许在保持元件的保持所述至少一个能量模块的保持区段和所述一个或所述多个安装区段之间的预定的由所述变形造成的相对运动。

Description

用于保持至少一个用于机动车的能量模块的装置以及对应的装配方法
技术领域
本发明涉及一种用于保持至少一个用于机动车的能量模块的装置，其尤其是用于保持至少一个用于混合动力车或电动车的高压能量模块。
此外，本发明涉及一种包括这样的装置的车辆。
此外，本发明涉及一种用于装配这样的装置的方法。
背景技术
这样的用于保持一个或多个能量模块、例如能量存储模块或能量转换模块的装置在机动车中完成装配的状态下广泛地作为蓄能器或者说能量存储装置已知。
通常，这样的装置另外用于保持能量模块结合例如混合动力车或电动车使用。为此目的，常规的装置通常具有通过安装区段在车体结构侧或车身侧可安装的用于保持相应能量模块的元件或构件。
被保持的能量模块通常通过相互耦联的能量单元构成。作为能量存储模块构成的能量模块的示例可以是多个蓄电池单元的布置结构；例如由电化学存储电池、例如锂离子存储电池组成的蓄电池、双层电容器等。作为能量转换模块构成的能量模块的示例是燃料电池堆，所述燃料电池堆具有一系列相互耦联的燃料电池。
上面提到类型的常规的装置例如使用结构强度高的紧固在车体结构侧的壳体，所述壳体设置用于不仅接纳而且保持这样的能量模块。与此对应地，这些壳体一方面承受全部的作用到能量模块上或直接作用到壳体上的力(例如在事故或相撞、在出现振动时等)并且另一方面保护能量模块以防外部的环境影响；尤其是通过在相应的壳体部分之间设置对应的密封装置用以构成(对水)密封的壳体等。
然而在这样的常规的装置中，在壳体中的对应的安装区段和保持的能量模块之间的力传导不在最短的可能的行程上进行，而是很大程度上在几乎整个壳体结构上进行，这基于对应要进行的壳体尺寸确定而对壳体重量产生不利的作用。但壳体的质量除了所述一个或多个能量模块的质量之外正好构成所述装置的总重量的最大份额。
这导致，所述装置的高的重量减少机动车的有效功率并且提高机动车的能量需求。
此外，在这样的装置中，所述能量模块的装配、线缆敷设和管路敷设基于壳体之内有限的进入可能性而极其耗费。这导致提高的装配时间，因为对应的装配工作与提高的花费关联，由此总体上产生提高的装配成本。
这样的用于保持能量模块的装置的由现有技术已知的另一个示例在文献DE102011000693A1中说明，其中，该示例部分地考虑上面提到的问题。
该属于现有技术的装置设立用于保持在混合动力车或电动车中设置的电能量模块(高压能量模块)，所述能量模块可以在混合动力车或电动车的电机的电动机式运行中放电和在对应的发电机式运行中被充电。
此外，由文献DE102011000693A1已知的装置除了用于保持对应能量模块的保持元件之外还具有壳体，相应的电能量模块可以接纳在所述壳体中。为了保持相应的能量模块，仅设置以承载框架形式的保持元件，其中，包括壳体上部分和壳体下部分的壳体至少包围由承载框架保持的能量模块。尤其是承载框架在此通过安装区段与机动车的车体结构连接。承载框架另外形成壳体区段并且尤其是设置用于承受作用到电能量模块上的全部的力和力矩。
虽然借助该属于现有技术的装置可以减小所述装置的重量，因为仅承载框架要被确定尺寸用以主要承受由能量模块造成的力和力矩并且壳体部分可以针对相应较小的负载设计。
不过，文献DE102011000693A1的装置绝没有设置特别的机构或措施，所述机构或措施在机动车事故时为保持的昂贵的能量模块提供保护以防损坏。
发明内容
因此，本发明的任务是，这样进一步改进同类的装置，使得可以为保持的能量模块提供相比于现有技术提高的保护以防损坏。此外，应该相比于现有技术降低这样的装置的装配成本。
该任务通过独立权利要求的特征解决。
本发明有利的设计方案和进一步改进方案由从属权利要求得出。
按照本发明的装置设置用于保持至少一个用于机动车的能量模块、尤其是用于保持至少一个用于混合动力车或电动车的高压能量模块，其中，按照本发明的装置具有至少一个通过一个或多个安装区段可安装在车体结构侧的保持元件，用以保持所述至少一个能量模块，其中，保持元件具有至少一个用于保持所述至少一个能量模块的保持区段和至少一个变形区段，所述变形区段设计成，使得在施加预先确定的力到保持元件上时，所述变形区段在变形、优选塑性变形的情况下允许在保持元件的保持所述至少一个能量模块的保持区段和所述一个或多个安装区段之间的预定的由所述变形造成的相对运动。
由此例如在碰撞或事故时(例如在正面碰撞、尾部碰撞或侧向碰撞时)出现的运行和碰撞负荷或载荷可以针对性地由保持元件承受，所述保持元件优选作为一种“承载的骨架结构”构成，而密封所述至少一个能量模块或屏蔽所述至少一个能量模块以防外部环境影响的功能可以通过所述装置的以塑料包套形式的壳体实现。为此目的，所述保持元件优选力流优化地作为承载或保持结构构成，所述承载或保持结构绝大部分设置在所述装置的壳体之内并且将所述至少一个能量模块对应地保持或支承在壳体之内。
按照本发明的装置可以以有利的方式这样进一步改进，即，保持元件具有至少两个用于分别保持至少一个能量模块的保持区段和至少一个在其间设置的变形区段，所述变形区段构成为，使得在施加预先确定的力到保持元件上时，所述变形区段允许保持区段朝向变形区段的预定的由所述变形造成的运动。优选，沿保持元件的纵向方向将力施加到保持元件上，从而在承载结构或保持区段上的相应的能量模块在碰撞时沿碰撞方向相对于安装区段移动。
此外，按照本发明的装置可以这样实现，即，保持元件构成为，使得所述保持元件的通过变形区段间隔开的保持区段沿保持元件的纵向方向处于一条轴线上或几乎处于一条轴线上，和/或变形区段至少局部成形为，使得变形区段能至少局部地包围车辆中间底槽。尤其是，变形区段可以构成为有角的和/或圆形的或弯曲的。
此外，按照本发明的装置可以这样实现，即，保持元件构成为，使得所述至少一个保持区段这样保持所述至少一个能量模块，即，保持区段延伸通过能量模块的质量重心。由多个能量单元组成的能量模块构成质量重心，保持区段基本上延伸通过所述质量重心，从而在所述装置中产生改善的力传导。在保持多个能量模块的情况下，保持区段优选延伸通过由能量模块的整体确定的质量重心。因为力路径由此延伸通过保持的一个能量模块或保持的多个能量模块的重心，所以可以很大程度上阻止“系统的摇晃(aufschaukeln)”或者说由于振动引起的负载的升高，从而所述装置的对应的安装区段不被过度加载。此外可以减小保持元件或承载结构的质量，如果保持的一个能量模块或保持的多个能量模块处于保持元件的力路径中的话。尤其是可以利用所述一个能量模块或所述多个能量模块的能量模块刚度用以提高保持元件的刚度。
此外，按照本发明的装置可以这样实现，即，保持元件设立用于通过所述一个或所述多个安装区段沿车辆横向或车辆纵向紧固在车体结构侧，和/或构成为，使得在沿车辆横向或车辆纵向施加预先确定的力到保持元件上时，变形区段允许保持元件的保持所述至少一个能量模块的保持区段相对于所述一个或所述多个安装区段的沿车辆横向或车辆纵向的由所述变形造成的相对运动。
此外，按照本发明的装置可以构成为，使得所述变形区段设立用于在施加预先确定的力到保持元件上时在塑性和/或弹性变形的情况下作为能量吸收元件起作用或在施加力到保持元件上时在塑性和/或弹性变形的情况下引起保持区段朝向车体结构侧的能量吸收元件的预定的运动。例如，车辆的中间底槽以及处于其后的构件、例如特别为此设置的能量吸收元件、车辆的万向轴、例如车辆排气设备的管道等可以用作车体结构侧的能量吸收元件。
此外，按照本发明的装置可以这样实现，即，保持区段的变形阻力和变形区段的变形阻力选择为，使得变形区段在施加在预定的力范围内的预先确定的力时变形，而作为变形区段变形的结果而运动的保持区段不塑性变形或几乎不塑性变形。
此外，按照本发明的装置可以这样进一步改进，即，所述装置还具有壳体元件，所述壳体元件构成为，使得所述壳体元件包围保持元件的所述至少一个保持区段、优选保持元件的保持区段和变形区段，并且至少与保持元件在所述一个或所述多个安装区段处连接。优选，壳体元件完全包围保持元件，从而很大程度上屏蔽保持元件以防外部的环境影响。备选地，保持元件可以超过壳体延伸至一个或多个对应的车体结构侧的连接点。
优选，按照本发明的装置设计成，使得能量模块具有一个或多个相互耦联的能量单元。例如，每个能量模块具有一个或多个相互耦联的、优选电耦联的能量单元，所述能量单元尤其是可以通过常规的蓄电池、例如电化学存储电池如锂离子存储电池、双层电容器等、燃料电池等形成。
此外，按照本发明的装置可以这样进一步改进，即，所述保持元件这样保持所述至少一个能量模块，使得在施加力到装置上时，所施加的力的一个力分量由保持元件传递并且所施加的力的另一个力分量由能量模块传递。与此对应地，所述至少一个能量模块承受对应的力分量，从而保持元件可以针对较小的负载设计。此外，以这种方式经由通过所述至少一个能量模块的附加的力传递可以提高装置的总刚度。
此外，按照本发明的装置可以这样实现，即，在装置的壳体外侧上在安装区段的区域中设置有能量吸收元件。例如能量吸收元件可以在壳体元件的外侧上设置在安装区段的支架上方，从而所述能量吸收元件设置在壳体元件和车体结构之间。
按照本发明的车辆、尤其是机动车、优选混合动力车或电动车具有上述按照本发明的装置。
按照本发明的方法涉及装配用于保持至少一个用于机动车的能量模块的装置，尤其是装配按照本发明的装置，并且具有如下步骤：
将至少一个能量模块紧固在装置的保持元件上；
至少部分地调整所述至少一个能量模块；
将保持元件连同至少部分调整的所述至少一个能量模块一起设置在装置的壳体中。
因此，保持元件或承载结构可以以特别有利的方式用作预装配载体。这样，例如构成高压能量模块的能量模块的大部分在承载结构上紧固、线缆敷设和管路敷设，然后保持元件或承载结构装到可以实施为系统外套的壳体元件上。因此改善装配可接近性并且减少装配时间。此外，显著简化能量模块装配并且与此关联地减少装配时间。此外，可以更灵活地利用车辆中的结构空间。
此外，以相同的或类似的方式对于按照本发明的方法产生结合按照本发明的装置解释的特性和优点，因此为了避免重复请参阅结合按照本发明的装置的对应的说明。如在前面已经解释的，借助所述至少一个能量模块在保持元件或承载结构上的装配，所述至少一个能量模块在车辆侧向碰撞、车辆正面碰撞或车辆尾部碰撞时沿碰撞方向与保持区段一起移动，由此提高整个系统的安全性。
附图说明
接着借助附图示例性地解释本发明优选的实施形式。
图中：
图1示出按照本发明的用于保持用于机动车的能量模块的装置的正视图；
图2示出图1的按照本发明的装置的另一个视图，其中，未示出装置的在图1中示出的壳体；
图3示出图1的按照本发明的装置的俯视图；
图4示出图1的按照本发明的装置的透视图；以及
图5示出图1的按照本发明的装置的安装区段的放大图。
具体实施方式
图1示出用于保持用于机动车的在该情况下六个能量模块12、例如能量存储模块和/或能量转换模块的按照本发明的装置10的正视图。保持的能量模块12的数量尤其是可从图4得出，该图示出图1的按照本发明的装置10的透视图。然而，按照本发明的装置10可以设计用于保持任意数量的能量模块12，只要机动车中的结构空间关系允许这一点。
在示出的情况下，所述装置10设置用于保持用于混合动力车或电动车的六个能量模块12，所述六个能量模块分别通过高压能量模块形成。每个能量模块12具有多个未单独示出的相互耦联的能量单元。例如能量模块12可以通过由一个或多个蓄电池单元、例如电化学存储电池、例如锂离子存储电池、双层电容器、燃料电池等的布置结构形成。
如由图1可看出的，按照本发明的装置10具有一个通过在该情况下两个安装区段14在车体结构侧可安装的用于保持所述六个能量模块12的保持元件16。
此外，按照本发明的装置10具有一个在该情况下包括两个壳体部分的壳体元件22，该壳体元件如在图1和4中示出的那样构成，即，壳体元件22在安装的状态下完全包围或接纳保持元件16。尤其是壳体元件22接纳保持元件16的接下来进一步解释的保持区段18和保持元件16的接下来进一步解释的变形区段20。
如尤其是在图1中可看出，壳体元件22与保持元件16在多个安装区段14处相连接，这些安装区段结合图5接下来进一步解释。
图2示出图1的按照本发明的装置10的另一视图，其中，省略了壳体或壳体元件22，其中，图3以俯视图示出图1的按照本发明的装置10的另一视图。
如由图1至4可看出的，保持元件16在该情况下具有两个用于保持所述六个能量模块12的保持区段18和三个变形区段20。尤其是，保持元件16构成这样，即，所述保持元件具有两个用于分别保持各三个能量模块12的保持区段18和一个在其间设置的中间的或者说第一变形区段20。此外，保持元件16具有两个侧向的或者说第二变形区段20，所述侧向的或者说第二变形区段分别设置在对应的保持区段18和对应的安装区段14之间。但如接下来更详细解释的，保持元件16备选地也可以超过壳体元件22延伸直到对应的车体结构侧的安装区段或安装点，从而对应的安装区段与壳体元件22间隔开距离。
在示出的情况下，保持元件16构成为，使得所述保持元件的通过中间的变形区段20间隔开的保持区段18沿保持元件16的纵向方向处于一条轴线上或几乎处于一条轴线上，如尤其是在图1或2中可看出的，其中，中间的或者说第一变形区段20至少局部地这样弯曲，使得中间的或者说第一变形区段20可以至少局部地包围车辆中间底槽，如尤其是在图1和4中可看出的。尤其是，保持元件16在该情况下设立用于通过安装区段14沿车辆横向方向(常规车辆坐标系的y-轴)紧固在车体结构侧。
如此外尤其是从图1和4可以得出的，保持元件16此外构成为，使得保持区段18这样保持相应的能量模块12，使得它们延伸通过由相应保持区段18的各三个能量模块12确定的质量重心。
以特别有利的方式，保持元件16的变形区段20设计成这样，即，在施加在预先确定的力范围内的预先确定的力到保持元件16上时，变形区段20在变形、优选塑性变形的情况下允许在保持元件16的相应的保持能量模块12的保持区段18和两个安装区段14之间的预定的由所述变形造成的相对运动。换句话说，变形区段20构成为这样，即，在施加预先确定的力时，所述变形区段在变形、尤其是塑性变形的情况下引起相应的保持区段18相对于安装区段的预定的运动过程。
尤其是保持元件16构成为，使得在施加预先确定的沿车辆横向方向作用的力到保持元件16上时，中间的或者说第一变形区段20允许保持区段18朝向中间的或者说第一变形区段20的由所述变形造成的运动。如尤其是由图1至4可看出的，保持元件16构成为，使得在施加预先确定的沿车辆横向方向作用的力到保持元件16上时，中间的或者说第一变形区段20允许保持元件16的保持相应能量模块12的保持区段18相对于安装区段14朝向车辆中心的由所述变形造成的相对运动；例如当外部的朝向车辆中心指向的或作用的力沿车辆横向方向作用到机动车上时便是如此，所述力在事故、如侧向冲撞或侧向碰撞时可能出现。但同样也可设想中间的或者说第一变形区段20基于作用到能量模块12上的惯性力变形。
为了能量吸收，中间的或者说第一变形区段20以及侧向的或者说第二变形区段20设立用于在施加预先确定的力到保持元件16上时在塑性变形的情况下作为能量吸收元件起作用。在此，相应的变形区段20可以设计成，使得所述变形区段接收由力施加造成的能量的最大部分或全部的由力施加造成的能量，或者备选地在施加力到保持元件16上时在塑性变形和/或弹性变形的情况下引起保持区段18朝向车体结构侧的能量吸收元件运动。在该情况下，车体结构侧的能量吸收元件可以例如通过车辆的中间底槽以及处于其后的构件或元件构成。
在两种情况下，保持区段18的变形阻力和中间的和侧向的变形区段20的变形阻力选择成，使得变形区段20在施加在预定的力范围内的预先确定的力时变形，而作为变形区段20变形的结果而运动的保持区段18不塑性变形或几乎不塑性变形。
未示出的按照本发明的车辆具有上面详细说明的按照本发明的装置10并且在本优选的实施例中构成为前述的混合动力车或电动车。
装置10的按照本发明的装配如下进行：
首先将所述六个能量模块12紧固在保持元件16、尤其是保持元件16的相应的保持区段18上。随后至少部分地调整紧固在相应的保持区段18上的这六个能量模块12，该调整尤其是包括相应能量模块12的线缆敷设和管路敷设。最后，保持元件16连同保持的这六个能量模块12一起嵌入其中一个壳体部分中，然后将该壳体部分与另一个壳体部分闭锁。
图5示出图1的按照本发明的装置的一个安装区段14的放大的示例性视图。如由图5可看出的，侧向的变形区段20此外设置有一个安装区段14，其中，侧向的变形区段20在其一个端部上与相应的保持区段18连接并且在其另一个端部上通过用于与壳体元件22的壳体上部分和壳体下部分连接的壳体连接元件30与车体结构侧的支架26连接，例如通过螺纹连接装置28。
当然，安装区段14的该具体的在图5中示出的设计方案的变型是可能的，只要在施加力到保持元件18上时在最小化支架26和壳体元件22之间的力流的情况下取得侧向的变形元件20和支架26之间的占优势的力流。
可选地可以设置，安装区段14也至少局部地连同侧向的变形区段20一起变形并且借此至少局部地本身构成一个变形区段。
此外要说明，保持元件16可以超过壳体元件22延伸直到安装区段、尤其是车体结构侧的安装点。在该情况下，保持元件16具有侧向的变形区段，所述变形区段从保持区段18经由壳体元件22延伸直到车体结构侧的安装点。
此外可以可选地在装置10和例如车体结构之间设置能量吸收元件；例如这样的能量吸收元件可以通过支架26安装在壳体元件22的壳体上部分的外侧上。
本发明的在前述的说明中、在附图中以及在权利要求中公开的特征可以不仅单独地而且以任意的组合对于实现本发明是重要的。

Claims (13)

1.用于保持至少一个用于机动车的能量模块(12)、尤其是用于保持至少一个用于混合动力车或电动车的高压能量模块的装置(10)，其中，所述装置(10)具有通过一个或多个安装区段(14)可安装在车体结构侧的保持元件(16)，用以保持所述至少一个能量模块(12)，保持元件(16)具有至少一个用于保持所述至少一个能量模块(12)的保持区段(18)和至少一个变形区段(20)，所述变形区段设计成，使得在施加预先确定的力到保持元件(16)上时，所述变形区段(20)在变形的情况下允许在保持元件(16)的保持所述至少一个能量模块(12)的保持区段(18)和所述一个或所述多个安装区段(14)之间的预定的由所述变形造成的相对运动。
2.按照权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述保持元件(16)具有至少两个用于分别保持至少一个能量模块(12)的保持区段(18)和至少一个在其间设置的变形区段(20)，所述变形区段构成为，使得在施加预先确定的力到保持元件(16)上时，所述变形区段(20)允许保持区段(18)朝向变形区段(20)的由所述变形造成的运动。
3.按照权利要求2所述的装置(10)，其特征在于，所述保持元件(16)构成为，使得所述保持元件的通过变形区段(20)间隔开的保持区段(18)沿保持元件(16)的纵向方向处于一条轴线上，和/或所述变形区段(20)至少局部地成形为，使得变形区段(20)能至少局部地包围车辆中间底槽。
4.按照上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，保持元件(16)构成为，使得所述至少一个保持区段(18)这样保持所述至少一个能量模块(12)，即，保持区段(18)延伸通过所述至少一个能量模块(12)的质量重心。
5.按照上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，所述保持元件(16)设立用于通过所述一个或所述多个安装区段(14)沿车辆横向或车辆纵向紧固在车体结构侧，和/或构成为使得在沿车辆横向或车辆纵向施加预先确定的力到保持元件(16)上时，变形区段(20)允许保持元件(16)的保持所述至少一个能量模块(12)的保持区段(18)相对于所述一个或所述多个安装区段(14)的沿车辆横向或车辆纵向的由所述变形造成的相对运动。
6.按照上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，所述变形区段(20)设立用于在施加预先确定的力到保持元件(16)上时在塑性变形和/或弹性变形的情况下作为能量吸收元件起作用或在施加力到保持元件(16)上时在塑性变形和/或弹性变形的情况下引起保持区段(18)朝向车体结构侧的能量吸收元件运动。
7.按照上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，所述保持区段(18)的变形阻力和变形区段(20)的变形阻力选择成，使得变形区段(20)在施加在预定的力范围内的预先确定的力时变形，而作为变形区段(20)变形的结果而运动的保持区段(18)不塑性变形或几乎不塑性变形。
8.按照上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)还具有壳体元件(22)，所述壳体元件构成为，使得所述壳体元件(22)包围保持元件(16)的所述至少一个保持区段(18)、优选保持元件(16)的保持区段(18)和变形区段(20)，并且至少与保持元件(16)在所述一个或所述多个安装区段(14)处连接。
9.按照上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，所述至少一个能量模块(12)具有一个或多个相互耦联的能量单元。
10.按照上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，所述保持元件(16)保持所述至少一个能量模块(12)，使得在施加力到装置(10)上时，所施加的力的一个力分量由保持元件(12)传递并且所施加的力的另一个力分量由能量模块(12)传递。
11.按照上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，在所述装置(10)的壳体外侧上在安装区段(14)的区域中设置有能量吸收元件。
12.车辆、尤其是机动车、优选混合动力车或电动车，包括按照上述权利要求之一所述的装置(10)。
13.用于装配用于保持至少一个用于机动车的能量模块(12)的装置(10)的方法，尤其是用于装配按照权利要求1至11之一所述的装置，其特征在于，所述方法具有如下步骤：
将至少一个能量模块(12)紧固在所述装置(10)的保持元件(16)上；
至少部分地调整所述至少一个能量模块(12)；
将保持元件(16)连同至少部分调整的所述至少一个能量模块(12)一起设置在装置(10)的壳体中。
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