CN105324264B - 用于容纳汽车的至少一个能量模块的装置和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于容纳汽车的至少一个能量模块的装置，该装置包括壳体，该壳体具有用于容纳至少一个能量模块的第一和第二容纳部段以及将第一和第二容纳部段相互连接的连接部段，所述能量模块能被这样容纳使得该能量模块得到保护免受外部环境影响，连接部段设计为使得该连接部段能设置在汽车的中间底槽上方并且使得该连接区段在壳体受到预设的力上时通过变形而允许在第一和第二容纳区段之间的预定地由该变形引起的相对运动，壳体具有壳体下部和壳体盖，并且连接部段包括壳体下部的连接部段和壳体盖的连接部段，壳体下部的连接部段和壳体盖的连接部段分别具有借助于可松脱的夹具彼此面状压紧的端部部段。本发明还涉及一种具有所述装置的机动车。

Description

用于容纳汽车的至少一个能量模块的装置和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于容纳汽车的至少一个能量模块的装置，该装置特别是用于容纳混合动力或电动汽车的高电压能量模块。
此外，本发明涉及一种具有这种装置的机动车。
背景技术
这样的用于容纳一个或多个能量模块、如能量存储模块或能量转换模块的装置在完善安装在机动车中的状态下作为蓄能器或能量存储装置广为人知。
能量模块大多通过彼此联接的能量单元构成。
例如对于构成为能量存储模块的能量模块，可以布置多个电池单元，例如由电化学存储单元构成的电池、如锂离子存储单元、双层电容器、等。对于构成为能量转换模块的能量模块的示例有燃料电池堆栈，其具有一排彼此联接的燃料电池。各个单元能够例如压成模块，这些模块能够螺纹连接在壳体上。
通常，这样的装置尤其是用于容纳例如与混合动力或电动汽车关联的能量模块。为此目的，常规的装置通常包括结构固定的壳体，该壳体包括借助于螺钉连接的壳体下部和壳体盖，并且该壳体围住能量模块。另外，在壳体上通常设置装配部段，通过该装配部段能够将壳体利用在车身侧或车厢侧设置的用于保持壳体的元件或构件与该机动车连接。
例如在发生事故或碰撞时或者在汽车中出现振动时等，这种常规的装置的壳体一方面承受所有从外部作用的力。另一方面，该壳体也保护能量模块免受外部环境影响，例如防止水进入该壳体中。为此设有在壳体下部与壳体盖之间设置的密封装置，这些密封装置也防止在能量模块中设置的电解液从壳体中排出；这在安全技术方面越来越重要，因为电解液在排出时点燃并且因此可能导致该机动车发生火灾。
特别是在燃料箱的结构空间内使用用于容纳能量模块的两件式装置，其包括用于容纳能量模块的第一和第二容纳部段，该第一和第二容纳部段借助于设置在排气设备和转向或驱动轴上方的连接部段或桥形件连接。
在发生从侧向撞击机动车纵侧的事故时，例如能量吸收元件和其他构件(例如机动车的纵梁)首先通过弹性和/或塑性变形承受从外部作用的力，并且进一步将至少一部分从外部作用的力传递到用于容纳能量模块的装置上，由此该装置在连接部段的区域内或在桥形件区域内可由于杠杆力而折断或变形。
为了在壳体受到外部的力时避免能量模块的损坏，壳体通常由刚性金属材料、例如钢或钢板或铝制成并且在后一种情况下例如借助于铝压铸法制成为整块构件。然而，该壳体的质量除了一个或多个能量模块的质量以外占所述装置总重量的绝大部分。
这导致所述装置的重量大、汽车的运输能力减小并且汽车的能量需求增加。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用于容纳至少一个能量模块的装置，利用该装置保护能量模块在发生事故时免受损坏并且同时能够实现重量减小。
该目的通过如下所述的特征实现。
根据本发明的装置用于容纳汽车的至少一个能量模块，特别是用于容纳混合动力或电动汽车的至少一个高电压能量模块，其中，该装置包括壳体，该壳体具有用于容纳至少一个能量模块的第一和第二容纳部段以及将第一和第二容纳部段相互连接的连接部段，所述能量模块能被这样容纳使得该能量模块得到保护免受外部环境影响，并且连接部段设计为使得该连接部段能设置在汽车的中间底槽上方并且使得该连接部段在预设的力施加到壳体上时通过变形而允许在第一和第二容纳部段之间进行预定的由所述变形引起的相对运动，壳体具有壳体下部和壳体盖，并且连接部段包括壳体下部的连接部段和壳体盖的连接部段，壳体下部的连接部段和壳体盖的连接部段分别具有借助于可松脱的夹具彼此面状压紧的端部部段。
由此能够有针对性地由连接部段承受在碰撞或事故的情况下(例如在发生车头、车尾或侧向碰撞时)出现的运行或碰撞负荷或者说运行或碰撞应力，而受外部环境影响的所述至少一个能量模块的密封功能或所述至少一个能量模块的屏蔽功能在容纳区段的区域内可至少部分地维持。
容纳部段的变形阻力和连接部段的变形阻力可选择为，使得连接部段当施加有在预定力值范围内的预设的力时变形，而因连接部段的变形而运动的容纳部段不会或几乎不经历塑性变形。
因此，连接部段能够具有比容纳部段小的变形阻力、特别是在塑性变形方面小的变形阻力。另外，连接部段能够具有比容纳部段小的刚性。
为此，连接部段的壁厚能够被选择为小于所述至少一个容纳部段的壁厚。
对此附加地或替代地，连接部段和容纳部段能够由不同材料构成。例如，连接部段可包括聚丙烯，并且容纳部段包括纤维增强的聚酰胺。
按照有利的方式，根据本发明的装置可进一步构造为，使得壳体具有壳体下部和壳体盖，并且连接部段包括壳体下部的连接部段和壳体盖的连接部段，其分别具有借助于可松脱的夹具彼此面状压紧的端部部段。
壳体下部的连接部段和/或壳体盖的连接部段可具有至少一个斜坡，该斜坡构造为，使得夹具的端部在第一和第二容纳部段中的一个容纳部段朝第一和第二容纳部段中的另一容纳部段相对运动时与斜坡接触，并且在这两个容纳部段之间达到预设的间距时夹具借助于由斜坡施加的力松脱。
优选地，夹具借助于锁止装置固定在壳体的连接部段上，其中，壳体盖和/或壳体下部的连接部段具有锁止凸鼻和锁止槽中的一个，而夹具具有锁止凸鼻和锁止槽中的另一个，并且锁止凸鼻锁止在锁止槽中。
根据本发明的机动车、特别是汽车、优选混合动力或电动汽车包括如上所述的根据本发明的装置。
附图说明
本发明的一个优选事实形式在下文中借助附图示例性阐述。
附图如下：
图1为根据本发明的用于容纳汽车的能量模块的装置的立体图；
图2为图1所示的装置的中间区域的放大图；
图3为图1的根据本发明的装置的俯视图；
图4为该装置的中间区域的剖视图；
图5为图1至4所示的夹具的立体图；并且
图6为图5所示的夹具的横截面图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于容纳汽车的能量模块(未示出)、例如能量存储模块和/或能量转换模块的装置10的立体图。装置10可例如用于容纳混合动力或电动汽车的六个能量模块，这些能量模块分别通过高电压能量模块构成。在其它实施例中，装置10也可用于容纳任意数量的能量模块，只要相应汽车的结构空间允许的话。每个能量模块可包括多个彼此联接的能量单元。例如，能量模块可通过布置一个或多个电池单元、例如电化学存储单元(如锂离子存储单元、双层电容器、燃料电池等)形成。
装置10包括壳体11、13，其具有壳体下部11以及壳体盖或者说壳体上部13。优选地，壳体下部11和壳体上部13都构造为一件式的。壳体下部11的第一或者说向汽车正面看位于右侧的容纳部段11-1和第二或者说位于左侧的容纳部段11-2构造为用于容纳能量模块，其中所述能量模块例如与壳体11、13螺纹连接或者能够固定在设置在壳体11、13中的保持部上。壳体盖或壳体上部13对应地具有第一和第二容纳部段13-1、13-2，其对应地遮盖壳体下部11的第一和第二容纳部段11-1、11-2。
壳体下部11的第一容纳部段11-1与壳体盖13的第一容纳部段13-1共同构成壳体11、13的第一容纳部段，而壳体下部11的第二容纳部段11-2与壳体盖13的第二容纳部段13-2共同构成壳体11、13的第二容纳部段。
壳体下部11的第一容纳部段11-1和第二容纳部段11-2经由壳体下部11的连接部段11-3连接，该连接部段设置在汽车的中间底槽上方，在该中间底槽中可设置汽车的排气设备和转向或驱动轴，从而壳体下部11的第一容纳部段11-1和第二容纳部段11-2分别沿汽车的横向侧向地设置在中间底槽旁边。
壳体盖13的第一容纳部段13-1和第二容纳部段13-2同样经由壳体盖13的连接部段13-3连接，该连接部段设置在壳体下部11的连接部段11-3上方并因此也设置在中间底槽上方。
壳体下部11的连接部段11-3与壳体盖13的连接部段13-3共同构成壳体11、13的连接部段。
优选地，壳体11、13设计为，使得其可布置为与中间底槽间隔开距离，以便避免或至少减小由转向或驱动轴传递到壳体上的振动。此外，为了保护壳体11、13免受由排气设备发出的热量，可以在排气设备与壳体11、13之间设置防热板和/或作为壳体11、13的材料使用对应的耐热材料。
壳体11、13可以经由未示出的装配部段连接在车身侧或车厢侧并利用其固定。
按照特别优选的方式，壳体11、13的连接部段11-3、13-3设计为，使得壳体11、13的连接部段11-3、13-3当在预定力值范围内的预设的力施加到壳体11、13上时通过变形、优选塑性变形而允许在壳体11、13的第一容纳部段11-1、13-1和第二容纳部段11-2、13-2之间进行预定的由所述变形引起的相对运动。
特别是，壳体11、13构造为，使得壳体11、13的连接部段11-3、13-3在沿汽车横向作用的预设的力施加到壳体11、13上时允许壳体下部11和壳体盖13的设置在力作用点附近的容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2进行由变形引起的朝壳体下部11和壳体盖13的其他容纳部段的方向的相对运动；例如当可在发生事故(例如侧向撞击或侧向碰撞)时出现的朝汽车中央定向或作用的外力沿汽车横向作用到汽车上时既是如此。
为了吸收能量，连接部段11-3、13-3用于在预设的力施加到壳体上时通过塑性变形而作为能量吸收元件作用。在此，连接部段11-3、13-3设计为，使得自身承受绝大部分由施加的力引起的能量或者所有由施加的力引起的能量，或者替代地在力施加到壳体11、13上时通过塑性和/或弹性变形而使壳体下部11和壳体盖13的各个容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2朝车身侧的能量吸收元件的方向运动，所述能量吸收元件与包围壳体下部11和壳体盖13的容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2的汽车结构一起承受绝大部分由施加的力引起的能量。在该情况下，车身侧的能量吸收元件例如通过汽车的中间底槽以及位于其下方的构件或元件构成。
在这两种情况下，壳体下部11和壳体盖13的容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2的变形阻力和壳体下部11和壳体盖13的连接部段11-3、13-3的变形阻力选择为，使得壳体下部11和壳体盖13的连接部段11-3、13-3当施加有在预定力值范围内的预设的力时变形，而壳体下部11和壳体盖13的容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2在同时或几乎同时施加应力时不会或几乎不会经历塑性变形。
通过该方式，在力作用到汽车纵侧上时、例如汽车如在打滑之后纵侧撞击到柱子时或者在与另一机动车发生事故或者说碰撞(该另一机动车例如撞击到汽车的左或右纵侧)时，可出现的是：壳体下部11和壳体盖13的、经由汽车的其他构件将从外部作用的力传递到的各个左侧或右侧容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2相对于壳体下部11和壳体盖13的各个其他容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2运动，即，运动到壳体下部11和壳体盖13的其他容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2上，其方式是，壳体下部11和壳体盖13的连接部段11-3、13-3首先弹性变形然后可能塑性变形，而容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2不会或几乎不会经历塑性变形。
由此，额外的能量经由周围的车身构件卸除，并且壳体下部11和壳体盖13的容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2明显较晚地用于能量吸收中。换言之，通过根据本发明构造壳体11、13，作用到壳体下部11和壳体盖13的容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2上的力值以及要由其承受的能量显著减小。通过该方式避免物体进入壳体11、13中的危险以及因此避免损坏所容纳的能量模块以及电解液排出的危险。
不同的变形阻力(特别是刚性)可例如通过为容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2和连接部段11-3、13-3使用不同的材料和/或经由为容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2和连接部段11-3、13-3规定不同的壁厚而实现。例如，作为用于壳体11、13的材料可使用塑料，其中，对于连接部段11-3、13-3可选择聚丙烯，对于容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2可选择具有30％玻璃纤维增强的聚酰胺。
为了在力作用到壳体11、13上的情况下使连接部段11-3、13-3有针对性地变形，壳体下部11和壳体盖13的连接部段11-3、13-3借助于可松脱的夹具14连接，该夹具可松脱地压紧壳体下部11和壳体盖13的连接部段11-3、13-3，而壳体下部11和壳体盖13的容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2可借助于螺钉连接。
为了使夹具14在侧向力作用的情况下、如图3所示、在沿汽车横向作用的力F作用到壳体下部11和壳体盖13的容纳部段11-1、13-1上时松脱，壳体下部11的连接部段11-3和/或壳体盖13的连接部段13-3如图2和3所示具有斜坡15。在容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2朝向彼此运动的情况下，斜坡15使力沿汽车纵向(见图3中的短箭头)作用到夹具14上，由此该夹具沿汽车纵向挤压和松脱。特别是，斜坡15构造为，使得夹具14的端侧端部在壳体11、13的容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2之一朝向壳体1、13的其他容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2的方向相对运动时与斜坡15接触，在进一步运动时沿着该斜坡滑动并且在壳体11、13的第一容纳部段11-1、13-1和第二容纳部段11-2、13-2之间达到预定的间距时夹具14与壳体11、13松脱。
通过该方式可进一步减小作用到壳体的容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2中的力值，这是因为壳体下部11和壳体上部13的连接部段11-3、13-3在夹具14松脱时能够远离彼此运动或者说壳体下部11的连接部段11-3和壳体上部13的连接部段13-3都能够打开。通过该低的力值能够节省材料以及因此能够节省结构的重量(与铝壳体相比约8kg)、成本和结构空间。此外，为此可使用不同于铝的材料，其适于低载荷。在汽车的其他自由结构空间内能够使用其他变形元件，其一方面吸收能量并且另一方面支持壳体下部11和壳体盖13的容纳部段11-1、11-2、13-1、13-2朝向彼此移动。
如图4所示，设置在壳体下部11的容纳部段11-1、11-2中的能量模块经由管线17、例如电导线或用于冷却能量模块的冷却管线连接。优选地，在连接部段11-3、13-3中的管线曲折形或Ω形地延伸，这是因为相比于直线形的管线，这种形状能容忍变形，由此减小在连接部段11-3、13-3变形的情况下损坏管线的危险。在一种实施方式中，冷却管线能够在连接部段11-3、13-3的区域中也构造为软管，其同样在一定程度上能容忍变形。为了确定管线在容纳部段12中的长度，管线17可以经由固定在壳体11、13上的连接元件16连接到朝能量模块的方向延伸的管线上。
在图5和6所示的夹具14借助于其形状和/或借助于用于其的材料设计为能够提供对于密封壳体所需的力。例如，夹具14可由玻璃纤维增强的塑料或由弹簧钢构成。在夹具14的贴靠在壳体下部或壳体盖的连接部段11-3、13-3上的表面16上可以设置锁止凸鼻(未示出)，其锁止到对应的、在壳体下部11或壳体盖13的连接部段11-3、13-3上设置的槽中，以便防止夹具14例如由于出现的振动而不经意地松脱。

Claims (13)

1.一种用于容纳汽车的至少一个能量模块的装置(10)，该装置包括壳体，该壳体具有用于容纳至少一个能量模块的第一和第二容纳部段(11-1、13-1，11-2、13-2)以及将第一和第二容纳部段(11-1、13-1，11-2、13-2)相互连接的连接部段(11-3、13-3)，其中，所述能量模块能被这样容纳使得该能量模块得到保护免受外部环境影响，连接部段(11-3、13-3)设计为，使得该连接部段能设置在汽车的中间底槽上方并且使得连接部段(11-3、13-3)在预设的力施加到壳体上时通过变形而允许在第一和第二容纳部段(11-1、13-1，11-2、13-2)之间进行预定的由所述变形引起的相对运动，壳体具有壳体下部(11)和壳体盖(13)，并且连接部段(11-3、13-3)包括壳体下部(11)的连接部段(11-3)和壳体盖(13)的连接部段(13-3)，壳体下部的连接部段和壳体盖的连接部段分别具有借助于可松脱的夹具(14)彼此面状压紧的端部部段。
2.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，容纳部段(11-1、13-1，11-2、13-2)的变形阻力和连接部段(11-3、13-3)的变形阻力选择为，使得连接部段(11-3、13-3)当施加有在预定力值范围内的预设的力时变形，而因连接部段(11-3、13-3)的变形而运动的容纳部段不会或几乎不会经历塑性变形。
3.根据权利要求1或2所述的装置(10)，其特征在于，连接部段(11-3、13-3)具有比第一和第二容纳部段(11-1、13-1，11-2、13-2)小的刚性。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，连接部段(11-3、13-3)的壁厚小于所述至少一个容纳部段(11-1、13-1，11-2、13-2)的壁厚。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，连接部段(11-3、13-3)和容纳部段(11-1、13-1，11-2、13-2)由不同的材料构成。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，连接部段(11-3、13-3)包括聚丙烯，并且容纳部段(11-1、13-1，11-2、13-2)包括纤维增强的聚酰胺。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，壳体下部(11)的连接部段(11-3)和/或壳体盖(13)的连接部段(13-3)具有至少一个斜坡(15)，所述斜坡构造为，使得夹具(14)的端部在第一和第二容纳部段(11-1、13-1，11-2、13-2)中的一个容纳部段朝向第一和第二容纳部段中的另一容纳部段的方向相对运动时与斜坡(15)接触，并且在这两个容纳部段之间达到预定的间距时夹具(14)借助于由斜坡(15)施加的力松脱。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，夹具(14)借助于锁止装置固定在壳体的连接部段(11-3、13-3)上。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，壳体盖(13)和/或壳体下部(11)的连接部段(11-3、13-3)具有锁止凸鼻和锁止槽中的一个，并且夹具(14)具有锁止凸鼻和锁止槽中的另一个，并且锁止凸鼻锁止在锁止槽中。
10.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置用于容纳混合动力车或电动汽车的至少一个高电压能量模块。
11.一种机动车，具有根据权利要求1至10中任一项所述的装置(10)。
12.根据权利要求11所述的机动车，其特征在于，所述机动车是汽车。
13.根据权利要求11或12所述的机动车，其特征在于，所述机动车是混合动力车或电动汽车。
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