CN109546025B - 用于将电池模块固定在电池壳体中的固定系统 - Google Patents

Abstract

本发明建议了一种用于将电池模块(12)固定在电池壳体(100)中的固定系统(10)，其具有用于将电池模块(12)固定在电池壳体(100)的壳体底部(101)处的固定元件(19)。该固定元件(19)包括第一臂(23)和第二臂(26)，其用于固定在壳体底部(101)处。

Description

用于将电池模块固定在电池壳体中的固定系统

技术领域

本发明涉及一种固定系统以及一种电池壳体。此外，本发明包括一种用于将电池模块固定在电池壳体中的方法。

背景技术

用于固定电池模块的装置是基本上已知的。例如，DE 10 2012 007 317 A1描述了一种这样的固定装置，电池模块利用该固定装置可被夹紧在头部部件与基底部件之间。

然而除了电池模块的唯一的固定之外，电池壳体开发的另一目的是：尽可能大地设计用于电池单池(或称为电池单体，即Batteriezellen)的容积且尽可能小地设计壳体，其中，所有的机械负荷情况在无火灾的情形中且尽可能在无短路的情形中应被承受。因此致力于如下，即，将负荷路径(Lastpfade)安置在电池壳体内，应力可在不损伤单池(或称为单电池，即Zellen)的情形中消除。

发明内容

本发明的目的是如此地继续开发一种用于将电池模块固定在电池壳体中的固定系统，即，固定系统在其中一方面将电池模块可靠地且牢固地紧固在壳体中且在另一方面同时创建或者闭合负荷路径，以便于消除负荷。

上述目的通过一种用于将电池模块固定在电池壳体中的固定系统来实现。该固定系统具有用于将电池模块固定在电池壳体的壳体底部处的固定元件。在此，固定元件具有第一臂和第二臂，其相应地用于固定在电池壳体的壳体底部处。

电池模块优选相应地借助于电池模块壳体被包围，从而固定系统用于将电池模块壳体固定在电池壳体中。电池模块充当用于车辆的驱动器。该车辆尤其是电动车，其使用电池单元用于驱动。电池模块包括大量电池单元。“电池单元”的概念尤其被理解为电池单池、尤其锂离子蓄电池。其可例如包括袋式单池(Pouchzellen)或棱柱形单池(prismatischeZellen)。电池单池优选呈方形地构造。在此，电池模块尤其被理解为多个电池单池，其尤其呈方形地布置在一个块体(Block)中。因此，电池单池被联合成电池模块。

固定系统尤其被理解为一种用于紧固电池模块的紧固系统。尤其地，该固定系统是一种夹紧系统。换而言之，电池模块借助于夹紧系统被驱使(或称为迫使，即gezwungen)到保持在压紧情形下的位置中，其紧固该电池模块。由此阻止电池模块在电池壳体内的运动。

固定元件尤其是一种夹紧元件。夹紧元件尤其构造用于对着电池壳体的壳体底部施加夹紧力。第一臂以及第二臂相应地用于固定在壳体底部处。有利地，固定元件的第一臂和第二臂直接与电池壳体的壳体底部相连接。该连接主要借助于焊接或螺钉实现。

因此，第一臂和第二臂相应优选地具有用于固定在电池壳体的壳体底部处的固定区域。相应的固定区域尤其处在第一臂和第二臂的相应的敞开端部处。

固定元件的第一臂和第二臂可构造成支架(Bock)。尤其地，第一臂和/或第二臂具有第一壁、第二壁和第三壁。第一和第二壁平行地布置，而第三壁相对其它两个壁处在垂直中。因此，第一和/或第二臂的构造呈U形。

第一臂和第二臂有利地具有相应地与连接接片相连接的第一端部，以及用于固定在壳体底部处的敞开的第二端部。固定元件在第一臂与第二臂之间尤其具有连接接片，其中，该连接接片借助于铰链被固定在第一臂处。尤其地，铰链布置在第一臂的第一端部处。因此，连接接片在第一臂处借助于尤其单侧铰接的支承(Lagerung)被安装，从而使得连接接片围绕该铰链可单侧摆动。借助于铰链，第一臂可被调整到平行于第二臂延伸且在其中固定元件总的来说具有呈U形的构造的位置中。连接接片尤其是锁销(或闩销，即Riegel)。尤其地，连接接片构造成压板(Niederhalter)且可借助于固定元件的臂将压力施加到壳体底部上。

在第二臂的第一端部处，固定元件优选具有螺钉。通过将第一臂带到平行于第二臂的位置，施加夹紧力。固定元件且因此固定系统以该方式被锁闭，且电池模块因此对着电池壳体的壳体底部被夹紧。对此必要的压紧力通过固定元件、尤其连接接片来施加。在放下单侧铰接支承的连接接片之后、这也就是说在闭合(或称为锁合，即Schließen)固定元件之后，连接接片可借助于螺钉被牢固地连接在第二臂的第一端部处且因此其位置且所以压紧力由此被确保。

固定系统包括用于将负荷由电池壳体的第一侧传递至电池壳体的相对而置的第二侧的至少一个支杆(或称为支撑、横梁，即Strebe)。尤其地，电池壳体包括框架，其中，该支杆用于将负荷由电池壳体的一个框架侧传递至电池壳体的相对而置的框架侧。这些侧尤其是X平行(或称为平行于X，即X-parallel)的框架侧。在此，X方向与车辆纵向相符。Y轴线与车辆横向相符，而Z轴线由车辆来看是向上指向。轴线的该定义由如下的位置产生，在该位置中电池壳体与固定系统一起被装入到车辆中。因此，用于将负荷由电池壳体的第一侧传递至电池壳体的相对而置的第二侧的支杆尤其在Y方向上延伸。换而言之，其是Y支杆。

支杆优选由拉挤的纤维复合塑料(Faserverbundkunststoff)制成。支杆尤其具有呈梯形的(trapezförmig)横截面。为了传递负荷，支杆在X平行的壳体框架侧中经由形状配合被紧固且在壳体中间的方向上沿着电池模块壳体的外壁伸延。除了带有呈梯形的横截面的构造之外，支杆同样可更宽地构造，其中，该支杆可具有用于贯穿螺钉(Durchgangsschraube)的穿过的拧穿点(Durchschraubpunkte)，其用于进一步紧固和固定在壳体底部处。

尤其地，支杆构造用于楔入地紧固电池模块壳体。在此，电池模块壳体以至少两排的多数布置在电池壳体底部上。有利地，两个在Y方向上依次布置的电池模块壳体构成一排。在此，电池模块被如此地安放，即，其联接板在壳体中间相对而置。在这些排之间是缝隙。至少一个支杆布置在排之间的缝隙中。优选地，在一个缝隙中的支杆与限制缝隙的一排中的电池模块同样多。支杆的长度优选大约为电池模块的长度。

尤其地，至少一个支杆构造用于接合到在电池模块的至少一个电池模块壳体的外壁处的阶级(或称为台级，即Stufe)中。在电池模块壳体的外壁处尤其构造有阶级，至少一个支杆为了负荷传递可抓握(或称为接合，即greifen)到该阶级中。通过接合到阶级中，支杆可呈直线地在Z方向上加载电池模块壳体的外壁，这引起电池模块到经冷却的壳体底部上的明显改善的压紧且又因此引起必要的热贴片(Thermopads)或热膏(Thermopasten)的减少。有利地，每个电池模块壳体具有用于容纳电池模块的容纳元件，其尤其具有呈U形的横截面。容纳元件可在至少一个外壁处具有空心轮廓，通过其创造在外壁处的阶级，支杆可抓握到阶级中。尤其地，支杆抓握到相对其相邻布置的两个电池壳体的相应的阶级中。

有利地，固定系统包括用于将负荷由电池壳体的第一侧传递至相对而置的第二侧的第一支杆和第二支杆，其中，固定系统具有用于负荷在第一支杆与第二支杆之间的传递的负荷传递元件。尤其地，用于负荷传递的支杆如此地构造，即，其长度大约与由电池壳体框架的一侧相对壳体中间的距离相符。为了因此建立由电池壳体的第一侧至相对而置的第二侧的连续的负荷路径、也就是说用于减少在碰撞情况中的力的途径，因此两个支杆、更确切地说上述第一支杆和第二支杆是必要的。因此，第一支杆和第二支杆尤其依次布置，从而使得它们的两个纵面相对而置，其借助于负荷传递元件相连接，从而使得负荷传递元件可在第一支杆与第二支杆之间、且因此由电池壳体的第一侧至相对而置的第二侧传递负荷。借助于第一支杆和第二支杆以及负荷传递元件，尤其在Y方向上、由电池壳体的第一侧至相对而置的第二侧构建连续的负荷路径。

负荷传递元件尤其由玻璃纤维增强的注塑件(Spritzguss)、例如GF30 PA6构成。这尤其用于负荷传递元件的增加的抗压强度。

负荷传递元件尤其具有两个相对而置的用于容纳两个支杆的各一个纵向端部的容纳区域。在容纳区域中，负荷传递元件具有凹槽(Ausnehmung)，其宽度优选与支杆的宽度相符。尤其地，凹槽的内壁同样呈梯形地构造，从而可建立在支杆与负荷传递元件之间的最佳的形状配合。为了支杆的最佳紧固，容纳区域具有突出的壁区段，其沿着待容纳的支杆精确匹配地沿着该支杆延伸。

有利地，固定元件构造用于包握(umgreifen)负荷传递元件。以该方式，与负荷传递元件相连接的支杆借助于负荷传递元件和固定元件被紧固在壳体底部处。通过支杆与电池模块壳体的共同作用以及在支杆与负荷传递元件之间以及在负荷传递元件与固定元件之间的共同作用由此确保了在电池壳体中的可靠的夹紧。在此，负荷传递元件构造用于在其中一侧上闭合在Y负荷路径中在支杆之间的存在的空隙且因此产生连贯的Y负荷路径，而且在固定元件方面将夹紧在Z方向上传递到支杆上且因此到电池模块壳体上。“包握”的概念尤其作如下理解，即，固定元件在至少三个侧面处围绕负荷传递器件。

尤其地，负荷传递元件具有用于容纳固定元件的连接接片的槽。固定元件的连接接片可布置到该槽中，更确切地说优选如此，即，负荷传递元件处在固定元件的第一臂和第二臂的敞开端部与连接接片之间。槽尤其构造用于如下，即，固定系统的连接接片可接合到该槽中且因此由固定元件所施加的夹紧力可传递到负荷传递元件上。

尤其地，固定系统具有大量支杆，更确切地说优选在两排电池模块之间的每个缝隙有两个。此外，固定系统优选每两个支杆具有一个负荷传递元件和一个固定元件。

该固定系统的特别的优点由此得出，即，仅以一个元件、更确切地说以仅一个螺纹接合(Verschraubung)可可靠地固定大量、优选四个电池模块或者电池模块侧。有利地，电池壳体的框架、支杆、至少一个负荷传递元件和至少一个固定元件不被彼此拧紧或焊接，而是其结合仅通过形状配合来确保。仅朝向电池底部优选实现借助于螺钉或焊接的连接。

在另一方面中，本发明包括包括了上面所描述的用于将电池模块固定在电池壳体中的固定系统的电池壳体。在此，电池壳体优选包括电池壳体底部和/或框架和/或电池模块。固定系统的支杆尤其如此地布置，即，这些支杆抓握到在相邻电池模块壳体的外壁中的阶级中且借助于负荷传递元件相连接。经由负荷传递元件抓握各一个固定元件，其第一臂和第二臂与壳体底部相连接。

在另一方面中，本发明涉及一种用于将电池模块固定在电池壳体中的方法，其中，该方法如上面所描述的那样包括使用固定系统。该方法尤其包括如下步骤：

•将电池模块布置成至少两排，其中，在两排之间保留缝隙。

•将用于负荷由电池壳体的一侧至相对而置的一侧的传递的第一支杆和第二支杆安放在电池模块壳体的两排之间的缝隙内，尤其如此，使得支杆可抓握到在电池模块的外壁中的阶级中，更确切地说在电池模块中，支杆直接相邻于这些电池模块布置。

•借助于负荷传递元件连接第一和第二支杆。

•借助于两个支杆和负荷传递元件建立在电池壳体的两个相对而置的侧或者其框架之间的形状配合且因此建立Y负荷路径。

•借助于构造成夹紧元件的固定元件包握负荷传递元件、闭合夹紧元件且因此构建在电池壳体底部的方向上的夹紧力，其借助于固定元件和负荷传递元件以及支杆被传递到电池模块壳体上。

附图说明

其中示意性地：

图1 显示了根据本发明的固定系统的分解图示；

图2 显示了图1的固定系统的支杆的透视视图；

图3 显示了图1的固定系统的负荷传递元件的透视视图；

图4 显示了图1的固定系统的固定元件的透视视图；

图5 显示了在固定元件的闭合位置中图1的固定系统的负荷传递元件以及固定元件的透视视图；

图6 显示了在组装状态中的图1的固定系统、电池模块以及壳体底部和框架的透视视图；

图7 显示了在图1的电池壳体的Y方向上的负荷路径；且

图8 显示了在图1的电池壳体的X方向上的负荷路径。

附图标记列表

10 固定系统

11 夹紧系统

12 电池模块

13 电池模块壳体

14 外壁

15 容纳元件

17 排

17a 第一排

17b 第二排

18 缝隙

18a 较宽的缝隙

19 固定元件

20 夹紧元件

21 压板

22 支架

23 第一臂

23a 第一壁

23b 第二壁

23c 第三壁

24 第一臂的第一端部

25 第一臂的第二端部

26 第二臂

26a 第一壁

26b 第二壁

26c 第三壁

27 第二臂的第一端部

28 第二臂的第二端部

29 固定区域

30 连接接片

30a 连接接片的宽度

31 锁销

32 铰链

33 螺钉

34 支杆

35 第一支杆

36 第二支杆

37 较宽的支杆

38 拧穿点

38a 拧穿套管

39 纵向端部

40 负荷传递元件

41 槽

41a 槽的宽度

42 顶面

43 底面

44 容纳区域

45 凹槽

46 壁区段

50 坐标系

100 电池壳体

101 壳体底部

102 框架

103 第一侧

104 第二侧

105 X平行的框架侧

106 Y平行的框架侧

107 结构空间

108 X负荷路径

109 Y负荷路径。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的固定系统(10)、电池模块(12)的组件和壳体底部(101)以及电池壳体(100)的框架(102)的分解图示。此外，在图1中显示了坐标系(50)，其说明了不同的空间方向，根据这些空间方向电池壳体(100)如在图1中所显示的那样与固定系统(10)一起被装入到车辆中。在此，Y轴线与车辆横向相符，而X轴线与车辆纵向相符且Z轴线由车辆看是向上指向。

电池壳体(100)的框架(102)具有第一侧(103)和第二侧(104)。第一和第二侧(103,104)是X平行的框架侧(105)，其相对而置。此外，框架(102)具有两个Y平行的框架侧(106)。

此外，在图1中可见电池模块(12)的组件。电池模块(12)相应地被电池模块壳体(13)包围。电池模块(12)成排(17)布置，更确切地说两个电池模块(12)相应地依次在Y方向上布置且因此构成排(17)。在此，电池模块(12)的纵向与Y方向相符。在两个排(17)之间保留有缝隙(18)。示例地，第一排(17a)和第二排(17b)和处在其间的缝隙(18)被显示。电池模块(12)的长度略小于在电池壳体(100)的第一侧(103)与电池壳体(100)的相对而置的第二侧(104)之间的长度的一半。

电池模块(12)布置在电池壳体(100)的壳体底部(101)上。在电池模块(10)的排(17)之间的缝隙(18)中布置有固定系统(10)的支杆，该固定系统优选构造成夹紧系统(11)。示例地，示出了第一支杆(35)和第二支杆(36)。在较宽构造的缝隙(18a)中可布置有较宽的支杆(37)，其具有用于拧穿套管(38a)的拧穿点(38)。

为了创造连续的Y负荷路径(109)，相应地两个支杆(34)依次布置，从而使得纵向端部(39)贴靠在框架(102)处、更准确地说第一侧(103)和第二侧(104)或者X平行的框架侧(105,106)处，而另一纵向端部(39)布置在壳体中间。在该处，依次布置的支杆(34)借助于各一个负荷传递元件(40)彼此相连接。负荷传递元件(40)在Y方向上闭合负荷路径(109)。

经由负荷传递元件(40)，各一个构造成夹紧元件(20)的固定元件(19)被罩上。固定元件(19)构造用于对着壳体底部(101)施加夹紧力。借助于固定系统(10)，电池模块(12)被可靠地紧固在电池壳体(100)中。在此，电池模块壳体(13)相应地具有外壁(14)，尤其相应的电池模块壳体(13)的容纳元件(15)的外壁(14)，其包括支杆(34)可抓握到其中的阶级，以便于因此可借助于负荷传递元件(40)和固定元件(19)将在负Z方向上指向的夹紧力施加到电池模块(12)上。

在图2中示出了根据图1的固定系统(10)的支杆(34)的透视视图。支杆(34)具有两个纵向端部(39)。此外，支杆具有呈梯形的横截面。

图3显示了根据图1的固定系统(10)的负荷传递元件(40)的透视视图。在左半图中示出了负荷传递元件(40)的顶面(42)，而在右半图中显示了底面(43)。在顶面(42)上，负荷传递元件(40)具有用于容纳固定系统(10)的固定元件(19)的连接接片(30)的槽(41)。连接接片(30)优选地构造成压板(21)。在此，槽的宽度(41a)如此地构造，即，其大约与连接接片(30)的宽度(30a)相符。

负荷传递元件(40)具有两个相对而置的用于容纳支杆(34)的容纳区域(44)。更准确地说，容纳区域(44)可相应地容纳用于负荷引入的支杆(34)的纵向端部(39)。在容纳区域(44)中，负荷传递元件(40)具有凹槽(45)，支杆(34)的纵向端部(39)可被带入到其中。在此，凹槽(45)的内侧被适配于支杆(34)的形状。尤其地，凹槽(45)的内侧构成呈梯形的形状，从而使得呈梯形构造的支杆(34)最佳地在其纵向端部(39)处可被包括(或包绕，即umfasst)。凹槽(45)通过在负荷传递元件(40)的纵向上突出的壁区段(46)被增大。壁区段(46)呈钳口式地(backenförmig)包围支杆(34)。

在图4中示出了根据图1的固定系统(10)的固定元件(19)的透视视图。固定元件(19)包括第一臂(23)以及第二臂(26)。第一臂(23)具有第一端部(24)以及第二端部(25)。相同的适用于带有第一端部(27)和第二端部(28)的第二臂(26)。第二端部(25,28)敞开地构造，而第一端部(24,27)面对固定元件(19)的连接接片(30)。更准确地说，第一臂(23)和第二臂(26)在第一端部(24,27)处与连接接片(30)相连接。

在第二端部(25,28)处，第一臂(23)和第二臂(26)具有用于与电池壳体(100)的壳体底部(101)固定的固定区域(29)。第一臂(23)和第二臂(26)相应地尤其是支架(22)。第一臂(23)以及第二臂(26)相应地具有第一壁(23a,26a)、第二壁(23b,26b)以及第三壁(23c,26c)，其中，第一壁(23a,26a)平行于第二壁(23b,26b)构造且第三壁(23c,26c)将另两个壁垂直地彼此连接。因此，第一臂(23)和第二臂(26)呈U形地构造。

连接接片(30)构造成锁销(31)。连接接片(30)与第一臂(23)借助于布置在第一臂(23)的第一端部(24)处的铰链(32)相连接。连接接片(30)与第二臂(26)同样在第二臂(26)的第一端部(27)处相连接，然而不经由铰链。因此，连接接片(30)单侧铰接地经由铰链(32)可摆动，从而使得固定元件(19)因此可最佳地被放置到负荷传递元件(40)上。固定元件(19)被以如下方式闭合，即，固定元件(19)被带到在图4中示出的位置中，从而使得第一臂(23)和第二臂(26)彼此平行地伸延且两个固定区域(29)面对电池壳体(100)的壳体底部(101)。固定元件(19)的该位置借助于布置在第二臂(26)的第一端部(27)处的螺钉(33)被持久地确保且因此还有固定元件(19)的压紧力被持久地确保。

图5以透视视图形式显示了在固定元件(19)的闭合位置中的图1的固定系统(10)的负荷传递元件(40)以及固定元件(19)。连接接片(30)被放到负荷传递元件(40)的槽(41)中。负荷传递元件(40)将两个支杆(34)彼此连接，这两个支杆形状配合地被保持在电池壳体(100)的框架(102)的两个X平行的框架侧(105)之间。构造成夹紧元件(20)的固定元件(19)可在固定区域(29)的方向上、也就是说在负Z方向上且因此在壳体底部(101)的方向上施加夹紧力。其因此夹紧借助于支杆(34)被紧固的电池模块(12)。

在图6中以透视视图形式示出了在组装状态中的根据图1的固定系统(10)、电池模块(12)以及壳体底部(101)和电池壳体(100)的框架(102)。在Y平行的框架侧(106)处设置有用于电气系统的结构空间(107)。支杆(34)满足两个功能。在创造额外的Y负荷路径(109)时，电池模块(12)在Z方向上被紧固。负荷传递元件(40)闭合在Y方向上的负荷路径(109)以及在X方向上的负荷路径(108)且此外用于支杆(34)在电池壳体(100)的框架(102)处的连结。

图7示出了在Y方向上的图1的电池壳体(100)的负荷路径(109)。为了该目的，朝向根据图1的壳体底部(101)和框架(102)以及朝向根据图1的电池模块(12)和固定系统(10)的顶视图被示出。在Y方向上的负荷的情形中，力撞击到其上的X平行的第一框架侧(105)充当力分配器且将负荷部分传导到Y平行的框架侧(106)上。未被引开的部分经由支杆(34)和负荷传递元件(40)被传导到相对而置的X平行的框架侧(105)处。负荷的另一部分直接经由壳体底部(101)在Y方向上被传导。

图8显示了图1的电池壳体(100)的X负荷路径(108)，重新借助于朝向根据图1的壳体底部(101)和框架(102)以及朝向根据图1的电池模块(12)和固定系统(10)的顶视图。力首先撞击到其上的Y平行的框架侧(106)充当在X平行的框架侧(105)上的力分配器，其将负荷进一步传导至相对而置的Y平行的框架侧(106)。此外，在X方向上的负荷路径(108)借助于负荷传递元件(40)在壳体中间被实现。负荷通过负荷传递元件(40)和电池模块(12)的构成电池模块壳体(13)的端面的联接板来实现。

Claims (8)

1.一种用于将电池模块(12)固定在电池壳体(100)中的固定系统(10)，其特征在于，所述固定系统(10)具有用于将电池模块(12)固定在所述电池壳体(100)的壳体底部(101)处的固定元件(19)，其中，所述固定元件(19)包括第一臂(23)和第二臂(26)，且其中，所述第一臂(23)和所述第二臂(26)用于固定在所述壳体底部(101)处，其中所述固定系统(10)具有用于将负荷由所述电池壳体(100)的第一侧(103)传递至所述电池壳体(100)的相对而置的第二侧(104)的至少一个支杆(34)，且其中所述固定系统(10)具有用于将负荷由所述电池壳体(100)的第一侧(103)传递至相对而置的第二侧(104)的第一支杆(35)和第二支杆(36)，其中，所述固定系统(10)具有用于在所述第一支杆(35)与所述第二支杆(36)之间传递负荷的负荷传递元件(40)。

2.根据权利要求1所述的固定系统(10)，其特征在于，所述固定元件(19)构造成夹紧元件(20)。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的固定系统(10)，其特征在于，所述固定元件(19)具有在所述第一臂(23)与所述第二臂(26)之间的连接接片(30)，其中，所述连接接片(30)借助于铰链(32)被固定在所述第一臂(23)处。

4.根据权利要求1或2所述的固定系统(10)，其特征在于，所述至少一个支杆(34)构造用于接合到在电池模块(12)的至少一个电池模块壳体(13)的外壁(14)处的阶形部中。

5.根据权利要求1或2所述的固定系统(10)，其特征在于，所述固定元件(19)构造用于包握所述负荷传递元件(40)。

6.根据权利要求1或2所述的固定系统(10)，其特征在于，所述负荷传递元件(40)具有用于容纳所述固定元件(19)的连接接片(30)的槽(41)。

7.一种电池壳体(100)，其包括根据权利要求1至6中任一项所述的固定系统(10)。

8.一种用于将电池模块(12)固定在电池壳体(100)中的方法，其特征在于，所述方法包括使用根据权利要求1至6中任一项所述的固定系统(10)。

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