CN105939877A - 具有结构集成的电池元件的机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车(1)，该机动车具有多个电池元件(2)，所述电池元件存在于分别具有多个电池元件(2)的第一类型的模块(3)和第二类型的模块(4)中，其中，在第一类型的模块(3)中电池元件以组合的形式根据力作用成组变形地、能够彼此相对移动地设置而在第二类型(4)的模块中电池元件(2)的布置结构能够根据力作用无破坏地、仅仅保持形状地移动，其中，机动车(1)的第一区域相比于机动车(1)的第二区域具有较小的刚性，在该第一区域中机动车(1)的车身针对在事故时产生消除力的变形而设计，电池元件(2)作为第一类型的模块(3)安装；以及机动车(1)的第二区域相比于机动车(1)的第一区域具有提高的刚性，在该第二区域中机动车(1)的车身针对在事故时保持形状而设计，电池元件(2)作为第二类型的模块(4)安装，以便提高机动车(1)的运行安全性并且降低重量。

Description

具有结构集成的电池元件的机动车
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的具有多个电池元件的机动车。
背景技术
电能的存储在机动车中起到越来越大的作用。在机动车中用于存储能量的电池元件经常设置在大的电池系统中。这些电池系统大多具有多个电池元件并且在车辆中安装在力作用小的区域中。如此或者电池大小是受限的或者电池元件必须通过结实的防护措施保护。这则导致极大的超重。描述所谓的防碰撞的电池系统的解决方案是已知的。这些电池系统包括具有例如梯形形状的模块并且因此允许消除力的、成组变形的移动，其中不破坏电池元件。通过附加的碰撞型材可以减小另外的能量。
如此例如文献FR 2 961 442描述了一种电池装置，该电池装置在事故时在变形的情况下吸收能量。在那儿楔形的电池元件相互移动。由文献DE10 2008 059 973A1中已知一种电池装置，其中电池单池设置在双套结构中。能量吸收在此通过外套的变形同时电池单池的移动中发生，该电池单池设置在内套中。文献DE 10 2008 010 822A1也公开了一种可变形的电池壳体，该电池壳体设计为，在力作用于电池壳体时在保持各个电池元件的形状的情况下，电池壳体是可变形的。
在文献DE 10 2010 033 806A1中提出一种电池组，该电池组具有多个电池元件，在各电池元件之间设置变形元件。这些变形元件位于在电池元件之间的间隙中，从而在外部力作用的情况下电池元件在变形元件变形的情况下移动。该变形吸收动能。
文献DE 10 2011 106 090A1涉及一种电池模块在车辆的车底部中的布置结构。至少两个相邻的电池模块在此具有相应的滑动面，沿着滑动面两个相邻的电池模块由于力作用可以彼此相对地移动。由此电池模块可以在碰撞时移位，而不会破坏这些电池模块。文献DE 10 2010 034 925A1也涉及一种在车辆底部区域中的蓄能器布置结构。在此底部装配板固定蓄能器支承件并且因此将蓄能器固定在车辆的底部结构上。在车辆底部区域中的覆盖板朝车辆内部空间介质密封地覆盖至少蓄能器支承件。
发明内容
本发明的任务在于，提高具有多个电池元件的机动车的运行安全性并且同时相比于现有的解决方案节省重量。
该任务按照本发明通过独立权利要求的主题解决。有利的实施形式产生于从属权利要求、说明书以及附图。
按照本发明的机动车具有多个电池元件，所述电池元件存在于分别具有多个电池元件的第一类型的模块和第二类型的模块中。在此，在第一类型的模块中电池元件以组合的形式根据力作用成组变形地、彼此相对可移动地设置。电池元件的移动在消除力的情况下并且在不破坏各个电池元件的情况下实现。这可以例如通过一个或多个已知的、如开始所述的方式实现。第一类型的模块也可以包含多个、特别是相同形状的具有各自的壳体和多个电池元件的模块元件的布置结构。在第二类型的模块中电池元件的布置结构根据力作用可以无破坏地、仅仅保持形状地移动。也就是说，第二类型的模块可以仅仅总体上、亦即作为整体移动。模块那么按照尽可能大的稳定性设计。尽管如此如果很大的力作用于模块上，使得模块变形，则破坏该模块，亦即模块的壳体和/或至少一个包含在模块中的电池元件被破坏。
为了提高机动车运行安全性并且同时节省重量，在此设定，在机动车的第一区域中，该第一区域具有相比于机动车的第二区域较小的刚性，其中机动车的车身针对在事故时产生消除力的变形而设计，电池元件作为第一类型的模块安装；以及在机动车的第二区域中，该第二区域具有相比于机动车的第一区域提高的刚性，其中机动车的车身针对在事故时保持形状而设计，电池元件作为第二类型的模块安装。电池系统那么由两个不同的子系统组成。由此在第一区域——该第一区域针对在力施加时最大的能量吸收而设计——中特别是例如通过所谓的能量吸收元件的存在允许电池模块的移动，并且用于在机动车的第二区域中作为结构加强，该第二区域设计为具有最大的刚性而并且特别是位于机动车的车架件附近或者位于在安全舱即客舱中或上。第一区域那么也可以是所谓的碰撞区域，该碰撞区域也称为“变皱区”或变形区域。
这具有如下优点，即在车身与电池元件之间产生协同作用，使得车身的功能可以由电池元件的第一类型模块和第二类模块部分地承担。由此电池元件明显有助于车辆安全性，其方法是电池元件一方面可以吸收能量而另一方面以其作为第二类型模块的形式用于机动车的结构强化。通过协同作用再者还可以节省重量。也可以提高机动车的总内能，亦即总地在机动车中可存储的电能的量，这是因为在如下区域中也可以设置电池元件，该区域特别是出于安全原因迄今不适用于电池元件。
特别是在此每个体积的存储能力在第一类型的模块中相比于在第二类型的模块中可以更小。这具有如下优点，在第一类型模块中的电池元件之间可以设有变形元件或诸如此类。
优选地，电池元件是高电压电池元件。特别是也可以是如下电池元件，该电池元件给机动车唯一的驱动电机供以对于运行需要的能量。这具有如下优点，可以防止电池元件的在高电压电池元件中特别危险的损坏，并且因此保持确保乘客的安全。
在本发明的一实施形式中设定，第二类型的模块设置在机动车的车架上和/或是车架的一部分。因为车身的车架的突出之处在于特别的刚性，所以因此在车身的刚性与如上所述的第二类型的电池模块之间的协同作用特别是突出。在设置在机动车车架上的情况下电池元件被特别好地保护并且同时该电池元件有助于车身的刚性。特别是模块可以与车架力锁合地连接。如果模块是车架的一部分，那么这首先产生重量节省。
在此可以设定，第二类型的模块沿着车辆纵向承载件设置和/或根据横向承载件的形式连接两个车辆纵向承载件。这沿车辆的纵向或横向的带来特别加强的优点。因为车辆纵向承载件非常长，所以特别多的电池元件可以安装在车辆纵向承载件上并且有助于车辆的运行安全性。通过两个车辆纵向承载件由根据横向承载件形式的模块连接，相应的横向承载件可以设计为较弱的或者在横向承载件保持相同的设计的情况下提高沿横向方向的稳定性，并且因此节省重量。
此外可以设定，第二类型的模块特别是在至少一个沿或逆机动车的行驶方向定向的面上与车辆纵向承载件连接并且自身在一区域中用作纵向承载件替代/备用件。电池模块那么自身是车身的承载部件。这形成重量节省和空间节省。
此外可以设定，特别是横向于机动车的行驶方向与第二类型的模块相邻地设置两个第一类型的模块。这具有如下优点，第二类型的模块通过第一类型的模块根据缓冲的形式被保护。因此电池元件不太可能在第一类型的模块中损坏。
在本发明的另一实施形式中设定，第一类型的模块在两个对置侧与第二类型的模块邻接。这特别是沿横向于行驶方向的方向设定。这具有的优点在于，在力作用于第二类型的模块中之一时该力大面积地分配到第一类型的模块上，从而两个第二类型的模块中之一的移动导致由第一类型的模块实现的尽可能大的力消耗。而且如此通过第二类型的模块提高在空间范围中的安全性。
在另一有利的实施形式中设定，至少一个模块与车辆底部力锁合地连接。这具有如下优点，车辆底部的特性关于其在特别是事故时的情况下可以通过模块支持。特别是在与第二类型的模块的连接时提高了在涉及的区域中车辆底部的稳定性，特别是在于与第一类型的模块的连接时提高了车辆底部的能量吸收能力。两者都有助于提高机动车的运行安全性。
在一有利的实施形式中设定，在机动车的座位区域之下设置第二类型的模块。这具有如下优点，附加地强化座位区域的稳定性，从而在事故情况下还更好地保持机动车的乘客的活动空间。
在另一有利的实施形式中设定，在在机动车的两个座位区域之间的通道区域之下设置第一类型的模块。这具有如下优点，客舱可以吸收附加的能量，然而座位区域不必为了附加的吸收而变形。因此在由客舱附加进行能量吸收的情况下也可以完全保持乘客的活动空间。
在一优选的实施形式中设定，第一类型的模块和第二类型的模块设置在前车厢中，并且特别是第一类型的模块位于在机动车的变形区域中。这具有如下优点，提高在前车厢中特别是在变形区域中机动车的能量吸收能力并且因此提高运行安全性。此外在维护乘客安全性或者遵循相关安全规章的情况下电池元件、特别是高电压电池元件安装在前车厢中是可能的。正是电池元件在前车厢中的设置在此带来极大提高安装在机动车中的内能的优点。类似地第一类型模块和第二类型模块也可以设置在后车厢中。
附图说明
本发明另外的特征由本发明优选实施例的以下描述以及根据附图得到。其中：
图1示出按照本发明的机动车的一实施例的示意图的俯视图；以及
图2示出按照本发明的机动车的另一实施例的示意图的俯视图。
相同或功能相同的构件在此设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出按照本发明的机动车的一实施例的示意图的俯视图。机动车1在此具有两个纵向承载件5，在两个纵向承载件之间设置多个第一类型的电池模块3和多个第二类型的电池模块4。连接在车辆纵向承载件5上的是第二类型的模块4。第二类型的模块4是电池元件2亦、即电池单池的紧凑的设置，电池单池通过模块的框架11嵌入到纵向承载件和横向承载件结构中。框架11主要用于实现第二类型的模块4的刚性，使得该模块在力施加的情况下可以作为整体移动并且各个电池元件2不受损坏。通过稳定的设计第二类型的模块4可以同时用作车辆的结构强化。为此例如可能的是，框架11的纵向支承件和横向支承件与车辆底部螺纹连接，纵向支承件和横向支承件在示出的例子中相互垂直并且形成第二类型的模块4的壳体。
在本例子中在机动车1的座位区域6中或之下第二类型的模块4位于在车辆纵向承载件5上。该第二类型的模块在此直接与纵向承载件5相邻地设置并且在机动车1的座位区域6之下与行驶方向F平行地延伸。在经典的车辆设计中车辆结构在座位之下应设计得非常刚硬，以便获得用于乘客的活动空间。通过第二类型的模块4集成到该区域中可以附加地强化该区域。在第二类型的模块4与车辆纵向承载件5之间在本例子中还分别设有一个或多个吸收能量的元件8。为了实现附加的强化，在本例子中也可能的是，横向于行驶方向伸长、亦即延长第二类型的模块4的框架11的横向支承件，从而在两个纵向承载件5之间根据车身横向承载件的形式产生附加的支撑。
在示出的例子中，在安装在纵向承载件5上的两个第二类型的模块4之间设置第一类型的模块3。第一类型的模块3的单个构件的成组变形的可移动性在该情况下由所述单个构件或模块元件的梯形形状得到。第一类型的模块3主要位于在客舱的所谓的通道区域7之下。通道区域7在经典的车辆设计中用作变形区域。因此模块3、4在底部中的性能相应于位于底部上的车辆结构。在侧碰撞、也就是侧面碰撞的情况下第二类型的模块4作为整体被移动并且使位于在中间的第一类型的模块3变形。在此通过第一类型的模块3吸收能量，否则该能量必须由车身的其他构件截获。为了提高在座位区域6中的刚性，第二类型的模块4的框架11的纵向支承结构或横向支承结构与车身、例如底部力锁合地连接，特别是螺纹连接。对于螺纹连接在此谈及，第二类型的模块4可以无破坏地拆卸。
除了实现在客舱或安全舱之下的底部中，在后车厢区域10或在前车厢9中设置第一类型的模块3和第二类型的模块4也可以提高机动车1的运行安全和稳定性。在示出的例子中分别一第二类型的模块4和一第一类型的模块3设置在纵向承载件5之间。在示出的实施方案中，第二类型的模块4、亦即更紧凑的电池元件布置结构横向于行驶方向F定向，从而例如相应根据横向承载件的形式使两个纵向承载件5机械地相互耦合。第一类型的模块3在此平行于第二类型的模块4设置，而且布置在第二类型的模块4之后的后部区域10中及在第二类型的模块4之前的前车厢9中。第二类型的模块4那么相应定为在客舱与第一类型的模块之间。在沿或逆行驶方向F的事故的情况下，第一类型的模块3可以首先消除力地并且成组变形地移动并且随后将残留的力传递给第二类型的模块4。根据机动车1的车身性能的调整也可能的是交换这种布置结构。则一第一类型的模块3相应设置在第二类型的模块4与客舱之间。自然也可能的是，电池元件2仅仅安置在客舱之下或在后车厢10中或者在前车厢9中以及不同区域的每个组合中。
图2示出机动车的另一实施形式的示意图的俯视图。电池元件2或第一类型的模块3和第二类型的模块4在前车厢9和后车厢10中的布置结构在此如在图1中所示和所述。在机动车的中间区域中，亦即在客舱的区域中，该结构在此然而显著不同于前述实施例。因为车辆纵向承载件5部分通过第二类型的模块4代替。在此总共四个纵向承载件5中之一沿行驶方向F和逆行驶方向F指向的侧上分别固定两个第二类型的模块4。这在机动车1的客舱的区域中的两侧上实现，并且这两个第二类型的模块4通过其相应框架11的延长的横向支承结构——如其已经在图1的描述中标明——相互根据横向承载件的形式连接。因此提高在纵向承载件5之间的稳定性和刚性。在两个第二类型的模块4之间在此又如从图1已知的那样设置第一类型的模块3。除了这种中央的第一类型的模块3，这种模块也设置在两个座位区域6之间的通道区域7中，然而两个第二类型的模块4也在其外侧上、亦即沿横向于行驶方向F的方向分别与第一类型的模块3相邻。该第一类型的模块3那么相应位于在所述第二类型的模块4与车门槛12之间，该车门槛设置在机动车1的外侧上。
在侧面碰撞的情况下那么车门槛12被压入第一类型的模块3中，该模块在此成组变形地移动并且转化动能。作用的力那么部分通过车门槛12以及机动车1另外的车身件的变形并且通过电池元件2的移动转化为形变，该电池元件2设置在第一类型的模块3中。如果作用的力超过车门槛12和第一类型的模块3的吸收能力，那么力也作用到位于第一类型的模块后的第二类型的模块4上。该第二类型的模块相应地在纵向承载件5变形的情况下总体上移动，这是因为第二类型的模块4的框架11设计得非常稳定。结果中央的第一类型的模块3又在两个第二类型的模块4之间变形。如此又吸收能量。如果可能残余的能量也在此传递给两个相邻的第二类型的模块4并且在此转化为形变。因为第二类型的模块4分别设置在座位区域6之下，所以乘客的活动区域在此通过第二类型的模块4的稳定性尽可能好地受到保护。

Claims (10)

1.一种机动车(1)，具有多个电池元件(2)，所述电池元件存在于分别具有多个电池元件(2)的第一类型的模块(3)和第二类型的模块(4)中，其中，在第一类型的模块(3)中电池元件以组合的形式根据力作用成组变形地、能够彼此相对移动地布置，而在第二类型的模块(4)中电池元件(2)的布置结构能够根据力作用无破坏地、仅仅保持形状地移动，其特征在于，
-机动车(1)的第一区域相比于机动车(1)的第二区域具有较小的刚性，在该第一区域中机动车(1)的车身针对在事故时产生消除力的变形而设计，电池元件(2)作为第一类型的模块(3)安装；以及
-机动车(1)的第二区域相比于机动车(1)的第一区域具有提高的刚性，在该第二区域中机动车(1)的车身针对在事故时保持形状而设计，电池元件(2)作为第二类型的模块(4)安装。
2.根据权利要求1所述的机动车(1)，其特征在于，第二类型的模块(4)设置在机动车的车架上和/或是车架的一部分。
3.根据权利要求2所述的机动车(1)，其特征在于，第二类型的模块(4)沿着车辆纵向承载件(5)设置和/或根据横向承载件的形式将两个车辆纵向承载件(5)连接。
4.根据权利要求2或3所述的机动车(1)，其特征在于，第二类型的模块(4)特别是在至少一个沿或逆机动车(1)的行驶方向(F)定向的面上与车辆纵向承载件(5)连接并且自身在一区域中用作纵向承载件替代。
5.根据上述权利要求之一所述的机动车(1)，其特征在于，特别是横向于行驶方向(F)与第二类型的模块(4)相邻地设置两个第一类型的模块(3)。
6.根据上述权利要求之一所述的机动车(1)，其特征在于，第一类型的模块(3)在两个对置侧与第二类型的模块(4)邻接。
7.根据上述权利要求之一所述的机动车(1)，其特征在于，至少一个模块(3、4)与车辆底部力锁合连接。
8.根据上述权利要求之一所述的机动车(1)，其特征在于，在机动车(1)的座位区域(6)之下设置第二类型的模块(4)。
9.根据上述权利要求之一所述的机动车(1)，其特征在于，在机动车(1)的两个座位区域(6)之间的通道区域(7)之下设置第一类型的模块(3)。
10.根据上述权利要求之一所述的机动车(1)，其特征在于，第一类型的模块(3)和第二类型的模块(4)设置在前车厢(9)中，特别是第一类型的模块(3)位于在机动车(1)的变形区域中。
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