CN107963133A - 用于机动车的结构部件和机动车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于机动车的结构部件（20），所述结构部件包括至少近似平坦的基础板材（22）以及用于机械加固的支撑部（24），所述支撑部被施加在所述基础板材（22）上。在此，槽状的凹部（26）被构造在所述支撑部（24）之间。在此，至少一个电蓄能器（30）被布置在所述凹部（26）中的至少一个凹部中。本发明也涉及一种机动车，所述机动车包括至少一个根据本发明的结构部件（20）。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的结构部件，所述结构部件包括至少近似平坦的基础板材以及用于机械加固的支撑部，所述支撑部被施加在所述基础板材上，其中，槽状的凹部被构造在所述支撑部之间。本发明也涉及一种机动车，所述机动车包括至少一个根据本发明的结构部件。
背景技术
机动车通常具有自承载式的车身，所述车身包括多个彼此连接的、尤其是彼此焊接的结构部件。此外，所述机动车具有其它的结构部件（例如：发动机罩、门以及后盖板），所述结构部件被紧固在所述机动车的所述车身处，并且，尤其是相对于所述车身能够摆动地被支承。
根据前序部分的、构造为发动机罩的结构部件从DE 10 2005 044 818 A1中已知。所述发动机罩包括平坦的板材，多个支柱被布置在所述板材上，所述支柱星形地朝向彼此伸展。所述支柱在紧固位置处与所述板材连接，并且，提高了所述发动机罩的机械刚度。凹槽被形成在所述支柱之间。
机动车也具有电蓄能器。就具有内燃机的机动车而言，所述电蓄能器除其他外用作起动器电池。例如，常规的铅蓄电池或者铅-酸-电池、然而也包括锂-离子-电池也被用作电蓄能器。所述电蓄能器被布置在机动车中，例如，在发动机舱之内或者在行李舱之内。
从US 5 793 603 A中已知一种超级电容器，所述超级电容器除其他外用作在机动车中的电蓄能器。在此，所述超级电容器以板的形式被设计，所述板具有多个电池。多个这样的板被安装在例如机动车的结构部件处。
从US 2014/0284124 A1中得知一种车辆部件，所述车辆部件具有三明治状的结构。所述车辆部件包括两个平坦的支承板，平坦的电化学电池作为电蓄能器被布置在所述支承板之间。在此，除其他外，所述车辆部件能够作为用于机动车的结构部件被使用，例如作为发动机罩。
发明内容
提出了一种用于机动车的结构部件。在此，所述结构部件包括至少近似平坦的基础板材以及用于机械加固所述结构部件的支撑部，所述支撑部被施加在所述基础板材上。在此，槽状的凹部被构造在所述支撑部之间。
例如，所述结构部件能够是所述机动车的发动机罩、门或者后盖板。所述结构部件的、所施加的支撑部优选与所述结构部件的所述基础板材材料闭合地连接，尤其是焊接。所述支撑部能够被实施为单独的支柱，或者，形成共同的支撑元件的部分。
所述结构部件也包括至少一个电蓄能器。根据本发明，所述结构部件的所述至少一个电蓄能器在此被布置在所述凹部中的至少一个凹部中，所述凹部在所述结构部件的所述支撑部之间。
根据本发明的、有利的改型方案，所述结构部件的所述电蓄能器被构造为混合型-超级电容器。这种混合型-超级电容器例如从来自维基百科的文章“超级电容器”中已知。混合型-超级电容器也被称作Hybrid-Super-Cap（HSC）。
除了众所周知的锂-离子-电池（LIB），电化学电容器起着越来越重要的作用，所述电化学电容器也被称作超级电容器（SC）。电化学电容器能够根据它的能量密度以及它的功率密度被描述特征。一般而言，超级电容器具有比锂-离子-电池高得多的功率密度以及比锂-离子-电池低的能量密度。因此，锂-离子-电池被优选用于能量密集型的应用，并且，超级电容器被优选用于功率密集型的应用。
一般而言，超级电容器（SC）被分成“电气双层电容器”（EDLC）、“准电容器”和混合型-超级电容器（HSC）。“电气双层电容器”（EDLC）和“准电容器”具有高的功率密度，但是也具有低的能量密度。反之，混合型-超级电容器具有高的功率密度和高的能量密度，并且，因此具有锂-离子-电池（LIB）的以及超级电容器（SC）的特性。
除其他外，混合型-超级电容器也以相对高的能量密度和相对高的功率密度为特征。因此，尤其与常规的铅-酸-电池相比，混合型-超级电容器具有显著降低的重量。此外，混合型-超级电容器能够在相对大的温度范围中被运行。
混合型-超级电容器通常具有两个电极，所述电极分别包括电流导体（Stromableiter）并且通过分隔体彼此分离。在所述电极之间的电荷的传输通过电解质或者电解质组合物被确保。通常，所述电机包括作为活性材料的、传统的超级电容器材料（所述超级电容器材料也被称作静态电容的活性材料）以及下述材料，所述材料能够与所述电解质的载流子进行氧化还原-反应并且由此形成嵌入化合物（Interkalationsverbindung）。下面，这样的材料也被称为电化学的氧化还原活性材料。因此，所述混合型超级电容器的蓄能器原理基于电化学的双层的构造结合法拉第式的锂-嵌入化合物的形成。在同时具有高的功率密度和高的使用寿命的情况下，这样获得的蓄能器系统具有高的能量密度。
在可能的实施方式中，所述结构部件的、构造为混合型-超级电容器的所述电蓄能器包括粘性的电解质。所述粘性的电解质例如是碳酸盐（Carbonat）、离子液体或者凝胶电解质。
通过所述粘性的电解质，所述混合型-超级电容器达到相对高的温度稳定性。在适当地选择了相应的、粘性的电解质时，对于将所述混合型-超级电容器安装在所述发动机舱来说所需要的、高的温度抗性能够被实现。利用相应的电解质，所述混合型-超级电容器能够承受高于100°C的温度。
在另一种可能的实施方式中，所述结构部件的、构造为混合型-超级电容器的所述电蓄能器包括固体的电解质。所述固体的电解质例如是聚合物-电解质。
在适当地选择了相应的、固体的电解质时，同样对于将所述混合型-超级电容器安装在所述发动机舱来说所需要的、高的温度抗性能够被实现。利用相应的电解质，所述混合型-超级电容器能够承受高于100°C的温度。
在另一种可能的实施方式中，所述混合型-超级电容器包括电解质组合物，所述电解质组合物包括至少一种质子惰性的（aprotisch）有机溶剂、至少一种导电盐和至少一种能够聚合的电解质添加剂。所述质子惰性的有机溶剂在下述条件下是液态的：所述条件通常在电化学的蓄能器系统中在运行期间占主导地位，即，在温度在-40°C至100°C（尤其是在0℃至60℃）的范围中时，并且，在压力在0.5bar至5bar（尤其是在0.8bar至2bar）的范围中时。
在这种背景下，“液态”意味着所述溶剂具有小于或者等于100mPa·s（尤其是小于或者等于10mPa·s）的粘度。优选地，所述粘度在从0.01mPa·s至8mPa·s的范围中，尤其是在0.1mPa·s至5mPa·s的范围中。
适当的溶剂具有足够的极性，以便溶解所述电解质组合物的、其它的组成部分，尤其是所述导电盐或者多种导电盐。能够提及的例子是：乙腈、四氢呋喃、碳酸二乙酯或者γ-丁内酯以及环状的和无环的碳酸酯，尤其是碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙基甲酯（Ethylenmethylcarbonat），碳酸乙基甲酯（Ethylmethylcarbonat）以及其混合物。特别优选的是乙腈、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙基甲酯、碳酸乙基甲酯以及其混合物。
作为所述电解质组合物的导电盐，尤其是具有空间上高要求的阴离子以及必要时具有空间上高要求的阳离子的盐是合适的。
构造为混合型-超级电容器的所述电蓄能器包括至少一个正电极和至少一个负电极。所述电极分别包括导电的电流导体（也被称作集电器）以及施加在其上的活性材料。所述电流导体包括例如作为导电材料的铜或者铝。在一种优选的实施方式中，所述电极的所述电流导体由铝制成。
负的活性材料被施加在所述负电极上。所述负的活性材料包括静态电容的活性材料、电化学的氧化还原活性材料或者其混合物。
正的活性材料被施加在所述正电极上。所述正的活性材料包括静态电容的活性材料、电化学的氧化还原活性材料或者其混合物。
构造为混合型-超级电容器的、所述结构部件的电蓄能器包括分隔体，所述分隔体具有下述任务：保护所述电极免于彼此直接接触并且这样阻止短路。同时，所述分隔体必须确保将离子从一个电极转移至另一个电极。
用于所述分隔体的、适当的材料由具有多孔的结构的绝缘材料形成。适当的材料尤其是聚合物，如纤维素、聚烯烃、聚酯和氟化聚合物。特别优选的聚合物是是纤维素、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚四氟乙烯（PTFE）和聚偏氟乙烯（PVdF）。此外，所述分隔体能够包括陶瓷材料或者由这些陶瓷材料构成，只要确保了广泛的离子-转移。尤其是陶瓷能够作为材料被提到，所述陶瓷包括MgO或者Al2O3。所述分隔体能够由来自前面提到的材料中的一种或者多种材料的一层构成，或者也能够由多层构成，所提到的材料中的一种或者多种材料在所述多层中分别彼此组合。
根据本发明的、一种优选的方案，所述结构部件的所述电蓄能器被布置在所述结构部件的基础板材的、面向所述机动车的内部空间的侧处。那么，所述基础板材也向外转动，并且，因此保护所述电蓄能器例如免受在所述结构部件上的、外部的、机械的作用。
优选地，所述结构部件的所述电蓄能器被构造为相对平坦的构件，所述构件具有最大为15mm、优选最大为10mm的厚度。因此，所述电蓄能器比所述结构部件的所述支撑部更薄地被构造，并且，因此没有超过所述支撑部伸入至所述机动车的所述内部空间中。
根据本发明的、有利的改型方案，所述结构部件包括至少一个功率电子模块。在此，所述至少一个功率电子模块被布置在所述结构部件的凹部中的至少一个凹部中。
所述功率电子模块是所述电蓄能器的中心控制元件。所述功率电子模块通过所建造的、双向的H-桥实现了所述电蓄能器的充电和放电，所述电蓄能器尤其被构造为混合型-超级电容器。
所述功率电子模块为所述车辆产生了恒定的、最佳的电压水平。通过所述功率电子模块的、相应的控制逻辑，所述电蓄能器能够被放电至它的、低的电压限度，并且，因此就同时用于所述车辆的、恒定的、最佳的电压而言能够使用的能量含量被最大化地利用。所述功率电子模块具有集成的电池管理器，所述电池管理器监控各个电蓄能器的载荷状态，并且，在需要时通过主动的或者被动的平衡（Balancing）来调节相应的电池的、最佳的载荷状态，以便提高所述电池的使用寿命。
此外，所述功率电子模块实现了用于不同的温度范围的电压窗口的变化。根据温度范围，电压自动地被适配并且因此所述电压被用作用于上升的以及下降的温度的补偿元件。因此，所述电压必须在下降的温度时上升，并且，在更高的温度时下降，从而功率保持恒定。这种适配过程对所述电蓄能器的使用寿命具有积极的影响，因为：在高的电压时，对于电解质来说，在高的温度时的分解率（Zersetzungsrate）比在低的温度时高得多。此外，通过所述电压窗口的这种适配，所述高温电解质的、低的离子传导能力被补偿。
当所述结构部件是所述机动车的发动机罩、门或者后盖板时，那么，所述结构部件例如也包括至少一个铰链。借助所述铰链，所述结构部件能够相对于所述机动车的车身摆动。在此，优选地，至少一条电线从所述机动车的所述车身沿着所述至少一个铰链被引导至所述结构部件的所述功率电子模块。借助所述至少一条电线，所述电蓄能器以及所述功率电子模块与所述机动车的车载电网连接。
也提出了一种机动车，所述机动车包括至少一个根据本发明的结构部件。
发明的优点
通过所述电蓄能器在所述结构部件的所述凹部中的、根据本发明的布置并且通过常规的铅-酸-电池的取消，在所述机动车的发动机舱中的或者行李舱中的、附加的结构空间是空着的。在此，在结构部件处的、必需的结构空间是相对小的。通过功率电子模块在所述结构部件的所述凹部中的布置，在所述机动车的发动机舱中的或者行李舱中的、其它的结构空间被省去。最佳地，所述电蓄能器以及所述功率电子模块仅仅要求下述结构空间，所述结构空间不能够被用于其它的目的。此外，设置在所述结构部件处的绝缘件能够被省去。
当所述电蓄能器被构造为混合型-超级电容器时并且因此适用于高温（例如：至105°C）时，关于通过太阳辐射以及通过所述机动车的内燃机的热量输入的问题能够不被预期。
附图说明
参照附图和下面的描述，本发明的实施方式被更详细地阐述。
附图示出：
图1无蓄能器的结构部件的立体图，以及
图2具有插入的蓄能器的、沿着在图1中的剖面线A-A通过结构部件的截面图。
具体实施方式
在本发明的实施方式的、下面的描述中，相同的或者类似的元件以相同的附图标记表示，其中，在个别情况中放弃了对这些元件的、重复的描述。附图仅仅示例性地示出本发明的对象。
图1示出了机动车的结构部件20的立体图，所述机动车具有内燃机。除其他外，结构部件20包括多个电蓄能器30，所述电蓄能器在这里在图1中未被示出。
在这里示出的结构部件20是发动机罩。当前，结构部件20被紧固在机动车的车身18处，并且，借助两个铰链28能够相对于机动车的车身18摆动。在这里示出的图示中，发动机罩由车身18摆动开。在车辆的日常的运行时，发动机罩在车身18上并且向上限制机动车的发动机舱。在此，发动机舱能够被视为机动车的内部空间。
结构部件20包括近似平坦的基础板材22。支撑部24被施加在基础板材22上。支撑部24用于结构部件20的机械加固。当前，支撑部24与基础板材22材料闭合地连接，尤其是焊接。
槽状的凹部26被构造在支撑部24之间。除其他外，凹部26用于接受电蓄能器30（在这里未示出）。因此，凹部26平面地通过基础板材22以及侧向地通过支撑部24被限定。如果结构部件20（即，发动机罩）在车辆的日常的运行时放置在车身18上，凹部26因而处于机动车的发动机舱和基础板材22之间。
结构部件20也包括功率电子模块32。功率电子模块32被布置在结构部件20的凹部26中的一个凹部中。在此，功率电子模块32被构造为相对平坦的构件。尤其地，功率电子模块32比支撑部24薄。因此，功率电子模块32没有超过支撑部24伸入至机动车的内部空间中。
功率电子模块32借助电线34与机动车的车载电网连接。在此，电线34被从功率电子模块32沿着两个铰链28中的一个铰链引导至机动车的车身18。在此，电线34能够具有多条芯线。
图2示出沿着在图1中的剖面线A-A通过结构部件20（即，通过发动机罩）的截面图。在此，配属于结构部件20的电蓄能器30被插入至结构部件20的凹部26中。
如果结构部件20（即，发动机罩）在机动车的日常的运行时放置在车身18上，那么，电蓄能器30被布置在结构部件20的基础板材22的、面向机动车的发动机舱的侧处。因此，基础板材22位于电蓄能器30的、背离发动机舱的侧上。
结构部件20的电蓄能器30被构造为相对平坦的构件，并且，具有当前约为10mm的厚度D。在这种背景下，电蓄能器30在垂直于基础板材22的方向上的延伸被称为厚度D。
为了将电蓄能器30紧固在基础板材22处，不同的固定类型是能够设想的。例如，这里提到了粘合剂连接、凸缘、形状配合的铆钉、螺钉、磁性连接以及焊接，所述焊接借助在蓄能器30的壳体表面和基础板材22之间的焊缝或者焊点进行。
当前，结构部件20的支撑部24被构造为成型的板材并且具有凸缘25。支撑部24的凸缘25齐平地被放在基础板材22上，并且与基础板材22焊接。在此，支撑部24比电蓄能器30厚地被实施，并且，超过电蓄能器30伸入至机动车的发动机舱中。
当前，结构部件20的电蓄能器30被构造为混合型-超级蓄能器，并且，具有例如按重量的能量密度，所述能量密度在30Wh/kg至50Wh/kg之间的范围中。在下文中，以具有40Wh/kg的重量能量的电蓄能器30为出发点。
结构部件20（即，机动车的发动机罩）具有例如约为1.5m2的面积。支撑部24占据其中的约30%的范围，即，大约0.45 m2的面积。因此，约为1.05m2的面积留给凹部26，电蓄能器30能够被插入至所述面积中。
就电蓄能器30的、当前约为10mm的厚度D而言以及就通过凹部26提供的、约为1.05m2的面积而言，得到能够使用的、约为11L的总体积。因此，具有约11L的总体积的电蓄能器30（尤其是混合型-超级电容器）能够被插入至结构部件20中。
本发明不限于在这里所描述的实施例以及其中所强调的方面。更确切地说，在由权利要求所说明的范围之内，多种变型是可能的，所述变型处于本领域技术人员能够处理的框架中。
Claims (10)
1.用于机动车的结构部件（20），所述结构部件包括至少近似平坦的基础板材（22）以及用于机械加固的支撑部（24），所述支撑部被施加在所述基础板材（22）上，其中，槽状的凹部（26）被构造在所述支撑部（24）之间，其特征在于，至少一个电蓄能器（30）被布置在所述凹部（26）中的至少一个凹部中。
2.根据权利要求1所述的结构部件（20），其特征在于，所述电蓄能器（30）被构造为混合型-超级电容器。
3.根据权利要求2所述的结构部件（20），其特征在于，所述电蓄能器（30）包括粘性的电解质。
4.根据权利要求2所述的结构部件（20），其特征在于，所述电蓄能器（30）包括固体的电解质。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的结构部件（20），其特征在于，所述电蓄能器（30）包括电解质组合物，所述电解质组合物包括至少一种质子惰性的有机溶剂、至少一种导电盐和至少一种能够聚合的电解质添加剂。
6.根据前述权利要求中任一项所述的结构部件（20），其特征在于，所述电蓄能器（30）被布置在所述基础板材（22）的、面向所述机动车的内部空间的侧处。
7.根据前述权利要求中任一项所述的结构部件（20），其特征在于，所述电蓄能器（30）被构造为相对平坦的构件，所述构件具有最大为15mm、优选最大为10mm的厚度（D）。
8.根据前述权利要求中任一项所述的结构部件（20），其特征在于，至少一个功率电子模块（32）被布置在所述凹部（26）中的至少一个凹部中。
9.根据权利要求8所述的结构部件（20），其特征在于，所述结构部件（20）借助至少一个铰链（28）能够相对于所述机动车的车身（18）摆动，其中，至少一条电线（34）沿着所述至少一个铰链（28）被引导至所述功率电子模块（32）。
10.机动车，所述机动车包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的结构部件（20）。
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