CN108878701A - 机动车辆高电压储能器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车辆高电压储能器(10)，其具有壳体(11)，在该壳体的内腔(19)中安装有多个电池模块(18)，壳体(11)具有：位于水平平面中的底壁(17)、位于水平平面中的盖壁(16)、位于竖直的横向平面中的前封闭壁(13)，位于竖直的横向平面中的后封闭壁(12)、位于竖直的纵向平面中的左侧壁(15)、及位于竖直的纵向平面中的右侧壁(14)。壳体的各两个对置安排的且在纵向方向上定向的壁具有形成负载路径的承载结构板和冷却液流经的冷却通道。冷却通道以空腔的形式直接集成到承载结构板中或通过将冷却结构板与承载结构板连接而形成。承载结构板和冷却结构板具有如下结构：该结构总体上用于提高结构稳定性或形成冷却通道。

Description

机动车辆高电压储能器
技术领域
本发明涉及一种机动车辆高电压电能储存器，其用于在电驱动或部分电驱动的车辆中储存电能。
背景技术
用于电驱动的车辆的高电压电能储存器以数百伏的运行电压工作且因此尤其在发生碰撞时原理上会导致起火风险。高电压储能器通常安排在车辆底部中，且因此安置在电池壳体中，这些电池壳体具有高的结构稳定性，更确切地说尤其就侧向碰撞事件而言。由于电池模块在充电时以及在放电时可能很大程度地变热，因此高电压储能器此外配备有液体冷却。
从DE 10 2012 012 663 A1已知一种带有壳体的机动车辆高电压储能器，该壳体的底壁由平坦的板和结构构件形成，该结构构件与平坦的板一起限定冷却液通道。从DE 102014 107 388 A1已知一种机动车辆储能器的类似的底壁。此外，DE 10 2012 218 102 A1公开了一种由具有冷却通道的结构构件形成的壳体槽。前述储能器壳体自身不具有就侧向碰撞事件而言的足够的结构强度，从而为了改善结构强度例如在壳体之内提供了附加的横向接片。
发明内容
相比之下，本发明的目的是，提供一种在横向方向上具有高的结构强度的、经冷却的机动车辆高电压电能储存器。
根据本发明，这个目的通过具有下述1所述的特征的机动车辆高电压储能器来实现。下述2-12为本发明的优选技术方案：
1.一种机动车辆高电压储能器(10；10'；110'；210)，其具有壳体(11；111；211)，在该壳体的内腔(19)中安装有多个电池模块(18)，其中该壳体(11；111；211)具有：位于水平平面中的底壁(17；114'；214)、位于水平平面中的盖壁(16；115'；215)、位于竖直的横向平面中的前封闭壁(13)、位于竖直的横向平面中的后封闭壁(12)、位于竖直的纵向平面中的左侧壁(15；15'；117；217)、以及位于竖直的纵向平面中的右侧壁(14；14'；116；216)，
其特征在于，
该壳体(11；111；211)在两个安排在水平平面中的壁或两个对置地安排在竖直的纵向平面中的壁(14，15；14'，15'；16；17；16'；17'；114'，115'；214，215)处具有形成负载路径的承载结构板(20；20'；120；220)，其中这些形成负载路径的承载结构板(20；20'；120'；220)具有被冷却液流经的冷却通道(34；134；234)，这些冷却通道由该承载结构板(20；20'；120')和冷却结构板(30；30'；130)共同形成或以空腔(224')的形式集成到该承载结构板(220)中。
2.根据上述1所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110')，其中该冷却通道(34；134)通过在该冷却结构板(30；30'；130')中的敞开的通道沟槽(35；135)形成，其中该通道沟槽(35；135)的开口被该承载结构板(20；20'；120')的平坦的表面(37；37'；137)封闭。
3.根据上述1或2所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110；210)，其中该承载结构板的横截面轮廓在整个壁长度上是相同的。
4.根据以上1-3之一所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110'；210)，其中该冷却结构板的横截面轮廓在整个壁长度上是相同的。
5.根据以上1-4之一所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110')，其中该冷却结构板(30；30'；130')具有在纵向方向上延伸的且相互平行的多个通道沟槽(35；135)。
6.根据以上1-5之一所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110')，其中该承载结构板(20；20'；120')在侧向上具有容纳凹槽(42；42'；142')，以用于至少部分地容纳该冷却结构板(30；30'；130')。
7.根据以上1-6之一所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110')，其中未形成负载路径的壁(17’，17；116，117)仅直接地固定在该承载结构板(20；20'；120')处，且仅间接地固定在该冷却结构板(30；30'；130')处。
8.根据以上1-7之一所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110'；210)，其中至少一个封闭壁(12)具有冷却液体接头(50，52)。
9.根据以上1-8之一所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110'；210)，其中封闭壁(13)不具有冷却液体接头。
10.根据以上1-9之一所述的机动车辆高电压储能器(10'；110')，其中该冷却结构板(30'；130')安排在该承载结构板(20'；120')的远侧。
11.根据以上1-10之一所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110；210)，其中该壳体(11；111；211)的形成负载路径的承载结构板(20；20'；120；220)至少基本上具有至少5.0mm的壁厚度和/或相对于该壳体(11；111；211)的未形成负载路径的壁(16，17；116，117；216，217)具有至少基本上两倍的壁厚度。
12.根据以上1-11之一所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110'；210)，其中该壳体(11；111；211)的形成负载路径的承载结构板(20；20'；120'；220)由挤出成型的和/或以连续的制造工艺制造的型材构成。
根据本发明的机动车辆高电压储能器具有壳体，在该壳体的内腔中安装有多个电池模块或电池单元。该壳体基本上为矩形的、即方形的且具有六个壁，即：位于水平平面中的底壁、位于水平平面中的盖壁、位于竖直的横向平面中的前封闭壁、位于竖直的横向平面中的后封闭壁、以及位于竖直的纵向平面中的且左边的侧壁、以及位于竖直的纵向平面中的且右边的侧壁。所有壁一起形成基本上闭合的方形的壳体，电池模块安置在该壳体的内腔中。
壳体的各两个成对地彼此对置安排的且在电池模块的纵向方向上定向的壁相应地具有形成负载路径的承载结构板和冷却通道。冷却通道要么以空腔的形式直接集成到承载结构板中，要么通过将单独的冷却结构板与承载结构板连接而形成。承载结构板和冷却结构板具有如下结构，该结构基本上用于提高结构稳定性和/或形成冷却通道。承载结构板基本上用于整个承载结构壁在车辆横向方向上的结构稳定性和强度。承载结构板在发生碰撞时在车辆横向方向上吸收由壳体吸收的负载的绝大部分并且因此能够不仅在材料方面而且在针对于此的具体的横截面轮廓方面得到优化。
相应地位于水平平面中的这两个壁(即底壁和盖壁)分别具有承载结构板。封闭壁不具有承载结构板。承载结构板与非承载结构板的不同之处在于：由于变形能够吸收非承载结构板的至少两倍大的碰撞能量。
在一种优选的实施方式中，承载结构板具有呈空腔形式的自身的冷却通道。该实施方式的优点尤其是通过省去单独的冷却结构板实现的成本和重量优势。
根据一种替代性的实施方式，大部分的冷却通道结构被单独的冷却结构板所限定，该冷却结构板具有对应的凹口。冷却结构板能够在其主要任务方面(即，对侧壁的高效冷却)在材料和设计或者横截面轮廓方面得到优化，其中在此冷却结构板的结构稳定性不必具有重要作用。
以这种方式，提供在横向方向上具有高的结构强度的高电压储能器。
优选地，承载结构板由与冷却结构板不同的材料制成。承载结构板能够例如由高强度的钢或由其他合适的金属制成。而冷却结构板能够由如下材料制成，该材料可以具有复杂的结构以用于形成冷却通道。冷却结构板能够例如由塑料制成。
承载结构板优选具有至少一个干燥的空腔，该空腔大体上用于减小重量并在减小重量的同时增大平面转动惯量。承载结构板能够例如具有框架式结构，该框架式结构在小的总重量下具有高的结构稳定性。例如承载结构板的远侧的平坦的壁体和近侧的平坦的壁体能够通过空腔相互间隔开。
以这种方式形成的承载结构壁在横向方向上具有高的结构稳定性且此外具有有效率的冷却。与承载结构板连接的冷却结构板也有助于壳体侧壁的结构稳定性，但是不如承载结构板。形成负载路径的两个承载结构壁与壳体的其余四个壁直接刚性地且加固地连接。其余四个壳体壁可以实施为基本上平坦的板。以这种方式能够创造这样的储能器壳体，该储能器壳体具有高的横向稳定性和横向刚性，使得在某些情况下能够完全省去在壳体之内的附加的横向接片。
在本发明中只谈及冷却通道、冷却液和冷却。原则上，利用要求保护的和所描述的涉及冷却的特征还应能够实现储能器的加热。因此原则上本发明能够被理解为由此可以在两个方向上实现热交换：即，从储能器散热以及向储能器供热。
优选地，冷却通道通过在冷却结构板中的敞开的通道沟槽形成，其中该通道沟槽的开口被承载结构板的平坦的表面封闭。因此，冷却结构板(就冷却通道横截面而言)限定冷却通道的三个侧壁且承载结构板形成冷却通道的第四侧壁。因此，为了形成冷却通道不必附加地加工承载结构板。
冷却通道优选地在承载结构板的整个面上延伸，从而承载结构板大面积地且直接地由冷却液冷却。在冷却结构板中的通道沟槽能够相对简单地制造，从而用于承载结构壁的成本能够保持相对小。
根据本发明的一种优选的设计方案，承载结构板的横截面轮廓在车辆纵向方向上在整个壁长度上是相同的和/或冷却结构板的横截面轮廓在整个壁长度上是相同的。承载结构板或冷却结构板能够因此相应地由挤出成型型材形成，例如铝挤压成型型材、或由塑料或纤维-塑料复合物制成的拉挤成型型材。以这种方式能够相对低成本地且可以在没有切削加工的情况下制造结构板。
在一种优选的设计方案中，冷却结构板具有在车辆纵向方向上延伸且相互平行的多个通道沟槽。通道沟槽的敞开侧由承载结构板封闭。通道沟槽能够在流体意义上并行地、串行地或以混合形式相互连接。
优选地，承载结构板在侧向上具有容纳凹槽以用于至少部分地容纳冷却结构板。冷却结构板因此至少部分地进入承载结构板的相对应的容纳凹槽中，并且部分地从容纳凹槽伸出或完全不从容纳凹槽伸出。
根据一种优选的设计方案，邻接侧壁的底壁或邻接的盖壁仅直接地固定在侧壁承载结构板处且因此仅间接地与冷却结构板连接。冷却结构板因此仅直接地与承载结构板连接。由于冷却结构板至多以较小的部分有助于壳体的整体稳定性，因此不必将冷却结构板直接固定在盖壁或者底壁处。此外，以此方式避免了在冷却结构板与承载结构板之间的张紧。当侧壁未形成承载结构壁、而是底壁和盖壁形成承载结构壁时，底壁承载结构板或盖壁承载结构板直接与相关的侧壁连接。
优选地，至少一个处于横向平面中的封闭壁具有冷却液接头，例如冷却液入口和/或冷却液出口。特别优选地，所有冷却液接头安排在单个的封闭壁处，从而另一封闭壁不再具有冷却液接头。以这种方式，将储能器在流体意义上连接至冷却回路是相对简单的。
原则上，冷却结构板能够安排在承载结构板的近侧，即在承载结构板的壳体内部侧。但是特别优选地，冷却结构板安排在承载结构板的远侧，即安排在承载结构板的壳体外侧。以这种方式确保，在承载结构板与冷却结构板之间的对接面处发生泄漏时冷却液无法到达壳体内腔中，由此可能损伤或破坏电池模块。尽管如此，但是通过用冷却液直接润湿承载结构板能够实现高的冷却能力。
根据一种替代性的优选的实施方式，冷却通道以空腔的形式集成到承载结构板中。在此，承载结构板的安排能够不仅侧向地作为侧壁实现和/或还在上水平平面和下水平平面中实现。在此实施方式中，带有集成冷却通道的承载结构板优选由挤出成型的型材或以连续的制造工艺制造的型材构成。
优选地，形成负载路径的承载结构板至少具有5.0mm的壁厚度，而未形成负载路径的壁具有更小的壁厚度。特别优选地，形成负载路径的承载结构板至少具有未形成负载路径的壁的两倍的壁厚度。形成负载路径的承载结构板能够以这种方式以变形能量的形式吸收至少两倍的、但是特别优选地更多倍的碰撞能量。
附图说明
下面借助附图进一步解释本发明的两个实施例。在附图中：
图1示出根据本发明的机动车辆高电压储能器的透视图，
图2以横截面II-II示出图1的机动车辆高电压储能器，
图3以横截面示出根据本发明的机动车辆高电压储能器的第二实施方式，
图4以横截面示出根据本发明的机动车辆高电压储能器的第三实施方式，以及
图5以横截面示出根据本发明的机动车辆高电压储能器的第四实施方式。
具体实施方式
在图1中展示了方形的机动车辆高电压储能器10的透视图，该机动车辆高电压储能器安排在电驱动或部分电驱动的机动车辆9的底部区域中。储能器10由方形的且基本上封闭的壳体11构成，在该壳体的内腔19中安排了多个电池模块18，如在图2中指示的。
方形的壳体11具有六个壁：即，位于水平平面中的底壁17、平行于该底壁且同样位于水平平面中的盖壁16、位于竖直的横向平面中的前封闭壁13、平行于该前封闭壁且同样位于竖直的横向平面中的后封闭壁12、以及位于竖直的纵向平面中且经液体冷却的左侧壁15、和平行于该左侧壁位于竖直的纵向平面中且同样经液体冷却的右侧壁14。在本实施例中，仅两个侧壁14、15是经液体冷却的，其余四个壁12、13、16、17不具有集成的液体冷却。
底壁17、盖壁16和两个封闭壁12、13各自被设计为简单的平坦的金属板体，这些金属板体不具有结构化构造且因此能够相对低成本地提供。在图2和3中展示的实施例中，两个相互平行的侧壁14、15相应地构成形成负载路径的壁，即相应地具有形成负载路径的承载结构板。仅这两个侧壁14、15具有复杂的构造，该复杂的构造在下文解释。
如能够在图2中看出的，每个侧壁14、15相应地具有承载结构板20和冷却结构板30。承载结构板20具有在整个侧壁长度上相同的横截面轮廓且由挤出成型金属体22、例如由铝制成。承载结构板20具有在纵向方向上延伸的且相互平行的多个空腔24，通过这些空腔实现了减小重量，但是减小重量并不表示承载结构板20机械特性的显著削弱。
此外，承载结构板20在近侧具有容纳凹槽42，该容纳凹槽在凹槽底部具有平坦的垂直表面37。冷却结构板30被插入到容纳凹槽42中，使得该冷却结构板在近侧仅仅部分地从容纳凹槽42伸出且伸入到内腔19中。冷却结构板30能够例如与承载结构板20粘接，或能够以其他方式不漏液体地与承载结构板20连接或者固定在该承载结构板处。
冷却结构板30由塑料板体32形成，该塑料板体具有在纵向方向上延伸的多个通道沟槽35，这些通道沟槽彼此平行。塑料板体32在其整个长度上具有相同的横截面轮廓且是挤出成型体。替代性地，塑料板体32还能够为塑料注塑件，该塑料注塑件例如具有曲折式延伸的通道沟槽。
冷却通道34一方面由通道沟槽35形成且另一方面由承载结构板30的平坦的容纳凹槽表面37形成。冷却液39在以此方式形成的冷却通道34中流动，该冷却液经过在后封闭壁12处的冷却液接头50、52流入两个侧壁14、15中且再次从这两个侧壁流出。前封闭壁13不具有冷却液接头。两个封闭壁12、13封闭液体腔，在这些液体腔中进行由冷却通道34形成的冷却管路的合适的成束(Bündelung)或改向。
在图3中示出了机动车辆高电压储能器10'的第二实施方式，该第二实施方式仅在两个侧壁14'、15'的结构方面与根据第一实施例的储能器10不同。在第二实施例中，冷却结构板30'安排在承载结构板20'的远侧。因此，承载结构金属体22'在外侧具有容纳凹槽42'。冷却结构板30'的塑料板体32'从外部插入容纳凹槽42'中。侧壁14'、15'的这个实施例具有如下优点：即，当在承载结构板20'与冷却结构板30'之间的边界面处发生泄漏时，流出的冷却液无法到达内腔19中。尽管如此，但是通过承载结构板20'的直接的液体润湿能够实现高的冷却能力。
在图4中以横截面展示了根据本发明的机动车辆高电压储能器的第三实施方式。相对于图2和3的两个第一实施方式，在图4中展示的实施方式中，底壁114'和盖壁115'被设计为形成负载路径的壁，而其余壁(即，两个侧壁和两个封闭壁)被设计成薄壁且不具有或者仅具有小的负载路径功能。此外，盖壁115'和底壁114'的结构与在图3中展示的侧壁15'、14'的结构和构造相对应。彼此对应的附图标记在图4中相对于图3的附图标记相应地增加了100。因此，图4中的实施方式类似于图3地展示了远侧冷却。在图4中的实施方式的变体中，还能够如在图2中展示的那样使用近侧冷却。
在图5中以横截面展示了根据本发明的机动车辆高电压储能器210的第四实施方式。类似于在图4中展示的实施例，在此盖壁215和底壁214形成负载路径且各自具有形成负载路径的承载结构板220。承载结构板220具有在纵向方向上延伸的通道式空腔224，这些空腔以此方式形成被冷却液流经的冷却通道234。因此，两个形成负载路径的壁214、215由单件式承载结构板220形成，该承载结构板不仅形成冷却通道而且建立结构稳定性。在图5中的实施方式的变体中，代替盖壁215和底壁214，侧壁216、217也可以具有带有在纵向方向上延伸的通道式空腔224的承载结构板220，这些空腔以此方式形成被冷却液流经的冷却通道234。
所有描述的实施方式的共同点是：承载结构板和在适当时还有冷却结构板相应地由挤出成型的型材或者由以连续的制造工艺制造的型材构成。相应的承载结构板分别具有至少5.0mm的最小壁厚度且因此具有为其余未形成负载路径的壁的至少两倍的壁厚度。

Claims (12)

1.一种机动车辆高电压储能器(10；10'；110'；210)，其具有壳体(11；111；211)，在该壳体的内腔(19)中安装有多个电池模块(18)，其中该壳体(11；111；211)具有：位于水平平面中的底壁(17；114'；214)、位于水平平面中的盖壁(16；115'；215)、位于竖直的横向平面中的前封闭壁(13)、位于竖直的横向平面中的后封闭壁(12)、位于竖直的纵向平面中的左侧壁(15；15'；117；217)、以及位于竖直的纵向平面中的右侧壁(14；14'；116；216)，
其特征在于，
该壳体(11；111；211)在两个安排在水平平面中的壁或两个对置地安排在竖直的纵向平面中的壁(14，15；14'，15'；16；17；16'；17'；114'，115'；214，215)处具有形成负载路径的承载结构板(20；20'；120；220)，其中这些形成负载路径的承载结构板(20；20'；120'；220)具有被冷却液流经的冷却通道(34；134；234)，这些冷却通道由该承载结构板(20；20'；120')和冷却结构板(30；30'；130)共同形成或以空腔(224')的形式集成到该承载结构板(220)中。
2.根据权利要求1所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110')，其中该冷却通道(34；134)通过在该冷却结构板(30；30'；130')中的敞开的通道沟槽(35；135)形成，其中该通道沟槽(35；135)的开口被该承载结构板(20；20'；120')的平坦的表面(37；37'；137)封闭。
3.根据权利要求1或2所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110；210)，其中该承载结构板的横截面轮廓在整个壁长度上是相同的。
4.根据权利要求1或2所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110'；210)，其中该冷却结构板的横截面轮廓在整个壁长度上是相同的。
5.根据权利要求1或2所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110')，其中该冷却结构板(30；30'；130')具有在纵向方向上延伸的且相互平行的多个通道沟槽(35；135)。
6.根据权利要求1或2所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110')，其中该承载结构板(20；20'；120')在侧向上具有容纳凹槽(42；42'；142')，以用于至少部分地容纳该冷却结构板(30；30'；130')。
7.根据权利要求1或2所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110')，其中未形成负载路径的壁(17’，17；116，117)仅直接地固定在该承载结构板(20；20'；120')处，且仅间接地固定在该冷却结构板(30；30'；130')处。
8.根据权利要求1或2所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110'；210)，其中至少一个封闭壁(12)具有冷却液体接头(50，52)。
9.根据权利要求1或2所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110'；210)，其中封闭壁(13)不具有冷却液体接头。
10.根据权利要求1或2所述的机动车辆高电压储能器(10'；110')，其中该冷却结构板(30'；130')安排在该承载结构板(20'；120')的远侧。
11.根据权利要求1或2所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110；210)，其中该壳体(11；111；211)的形成负载路径的承载结构板(20；20'；120；220)至少基本上具有至少5.0mm的壁厚度和/或相对于该壳体(11；111；211)的未形成负载路径的壁(16，17；116，117；216，217)具有至少基本上两倍的壁厚度。
12.根据权利要求1或2所述的机动车辆高电压储能器(10；10'；110'；210)，其中该壳体(11；111；211)的形成负载路径的承载结构板(20；20'；120'；220)由挤出成型的和/或以连续的制造工艺制造的型材构成。
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