CN109649142B - 电池装置和具有这种电池装置的交通工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交通工具(1)上的电池装置，其具有电池壳体(6.1、6.2)以及具有用于所述电池壳体的保护装置(15)，所述保护装置(15)具有至少一个吸收能量的变形元件(16)。有利地规定，所述至少一个变形元件(16)具有至少一个用于与碰撞力”F“的潜在的力导入方向(22)相反地在变形元件(16)中形成预紧的器件(21)。

Description

电池装置和具有这种电池装置的交通工具
技术领域
本发明涉及一种交通工具上的电池装置，其具有电池壳体以及具有用于所述电池壳体的保护装置，所述保护装置具有至少一个吸收能量的变形元件。本发明还涉及一种具有这种电池装置的交通工具、尤其是机动车。
背景技术
电池的制造者尤其在用作牵引电池的交通工具电池、如HV电池(HV＝Hochvolt，高压)方面面临的挑战是，将尤其关于电池的防碰撞和防破裂安全性的最高安全标准与尽可能小的重量相结合。在机动车中存在不同的负载情况，其中包围电池的部件需要保护电池以防侵入、碰撞和/或变形。典型的负载情况是立柱测试，其中电池被静态地(挤压)或者动态地(碰撞)压到立柱上。在此，包围电池的部件必须达到一定的力水平或者能量水平。在此，前提和挑战大多是保持最小的结构空间。用于保护电池的变形元件在受到应力时弹性地和/或塑性地变形。在此，刚性大多取决于几何形状并且要求相应的结构空间。抗弯刚性的结构需要较高的硬质(steinerisch)份额，这在技术上又意味着所使用的型材需要具有一定的宽度。宽度例如在沿机动车的y方向进入的立柱的情况下意味着沿所述y方向的型材横截面积的提高。因此为了提高刚性基本上已知两种途径。一方面改变几何形状并且另一方面更换材料。更高的弹性模量在标准材料中伴随着重量的提高。更高的延伸和屈服极限大多要求成本较高的材料。几何形状的改变要求结构空间，在汽车领域中结构空间恰恰只有限地存在。DE 10 2009 040 598 A1描述了一种具有多个电池组的电池模块，所述电池组本身分别包括多个单个电池并且基本上布置在封闭的壳体中。电池模块包括至少一个形式为吸收碰撞能量的元件的保护装置，所述元件布置在模块壳体之上和/或之中。吸收碰撞能量的元件可以设计为带、条或者杆并且由可塑性变形的材料如铝泡沫制成，或者由可撕裂的、纤维增强的塑料制成。DE 10 2010 050 826 A1描述了一种用于电动车的牵引用电池的保护装置，其在侧面碰撞情况下保护所述牵引用电池以防受损。保护装置具有变形元件，所述变形元件制造为由金属或者塑料或者纤维复合材料制成的三明治式、蜂窝式或者泡沫式结构或者由碰撞盒构成。最后描述的解决方案也意味着它们为了保护电池而需要更大的结构空间，以便实现期望的效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，实现一种不同于现有技术的、可供选用地安装在交通工具上的电池装置，其在碰撞事件的情况下提供对至少一个由电池壳体容纳的电池模块的有效保护。此外，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有这种电池装置的交通工具、尤其是机动车。
由交通工具上的、具有电池壳体以及具有用于所述电池壳体的带有至少一个吸收能量的变形元件的保护装置的电池装置出发，该技术问题按本发明这样解决，即所述至少一个变形元件具有至少一个用于与潜在的或可能的力导入方向，，F“相反地在变形元件中形成预紧的器件。
因此，本发明的技术方案是变形元件，所述变形元件具有预紧力或者与碰撞体的碰撞力，，F“的潜在力导入方向相反地被加载预紧力。这具有的优点是，在碰撞体进入变形元件的情况下，首先必须克服与所述碰撞体的碰撞力，，F“的力导入方向相反地作用的所述预紧，之后在进一步提高的负载水平中实现变形元件的吸收能量的变形。与未加载预紧的传统元件不同，通过这种措施能够相应地在重量和结构空间相同或者甚至最小化的情况下实现提高的力水平，之后在进一步提高的负载水平中实现变形元件的所述吸收能量的变形。
以此优选规定，所述用于形成预紧的器件设计为变形元件的配件或者附件并且一方面支撑在交通工具和/或电池壳体的至少一个车身固定的支撑点上，并且另一方面支撑在变形元件的至少一个支撑点上。由此有利地实现，所述用于形成预紧的器件与当前待记录的负载情况适配并且配置给相应的变形元件或者在当前待记录的负载情况方面，从多个不同地设计并且作用的预紧形成器件中选择并且配置给相关的变形元件。本发明的特别简单并且功能可靠的实施形式通过以下方式实现，即所述至少一个变形元件由弓形元件或者长条形的开放型材或者在横截面中封闭的空心型材构成。本发明进一步规定，至少一个用于形成所述预紧的器件优选由预紧的弹簧元件构成，所述弹簧元件可以简单并且成本低廉地制造。备选地，用于形成预紧的器件也可以由通过热量引入、例如焊接而经受预紧的元件构成，或者由具有形状记忆合金的元件构成。后者例如可以变形地嵌入变形元件中。在超过确定的温度阈值之后，所述形状记忆合金再次具有其原始形状，由此可以作用产生与碰撞力，，F“的所述潜在力导入方向相反的期望预紧。本发明还规定，所述预紧的弹簧元件优选由长条形的板式弹簧构成，所述板式弹簧一方面在两端分别支撑在交通工具和/或电池壳体的车身固定的支撑点上，并且另一方面在板式弹簧的端部之间支撑在变形元件上的至少一个支撑点中。这种板式弹簧的优点在于具有较小的结构空间需求。作为对此的备选，预紧的弹簧元件也可以由开放型材或者在横截面中封闭的空心型材、螺旋压力弹簧、渐屈线弹簧、碟形弹簧、碟形弹簧组或者类似的结构构成，所述弹簧元件一方面支撑在交通工具和/或电池壳体的至少一个车身固定的支撑点上，并且另一方面支撑在变形元件上的至少一个支撑点中。由此可以实现的是，选择性地将预紧集中在变形元件的特定区域上，以便例如有利地影响变形元件的变形特性。用于形成预紧的器件的支撑的特别贴近实际的解决方案通过以下方式实现，即，车身固定的支撑点由用于将电池壳体连接到交通工具的车身上的固定器件构成。优选地，所述变形元件和/或用于形成所述预紧的器件由金属、塑料、纤维增强的塑料或者由前述材料制成的复合材料构成。这些材料允许简单并且成本低廉地制造变形元件和器件以及允许与本发明相关的负载情况适配。本发明还规定，所述至少一个变形元件优选布置在电池壳体的外部。也可以与前述措施相对或者与前述措施相结合地设置按照本发明设计的变形元件，其布置在电池壳体的内部并且例如克服碰撞相关的侵入力地支撑壳体壁。
本发明也涉及一种交通工具、尤其是机动车，其具有至少一个前述类型的电池装置。
附图说明
以下根据在附图中示意性示出的实施例详细阐述本发明。然而，本发明并不局限于这些实施例，而是包括所有通过权利要求书定义的设计方案。为了本说明的目的，机动车的通常行驶方向用“-x”(“负x”)表示，与其通常行驶方向相反的方向用“+x”(“正x”)表示，由通常行驶方向(-x)出发，在水平面中横向于x方向的向右看的方向用“+y”表示，由通常行驶方向(-x)出发，在水平面中横向于x方向的向左看的方向用“-y”表示，横向于x方向向上看的竖直方向用“+z”表示，并且横向于x方向向下看的竖直方向用“-z”表示。这种空间方向在笛卡尔坐标系中的标记方式相应于在机动车工业中普遍使用的坐标系。此外，术语如“前部”、“后部”、“上部”、“下部”以及具有类似含义内容的术语、包括术语“向右”和“向左”以用于在机动车上标记方向而通常使用的方式使用。
在附图中：
图1极为示意性地示出装备有按照本发明设计的电池装置的交通工具；
图2以立体的单独视图示出电池装置，并且示出了按照本发明的第一优选实施变型方案的对于本发明重要的保护装置；
图3以立体的单独视图示出按照图2的保护装置；
图4示出按照图2和图3的保护装置的内部视图；
图5示出所述保护装置的俯视图；
图6示出具有按照本发明的第二有利的实施变型方案的保护装置的电池装置；并且
图7示出按照图6的剖视图“I-I”。
具体实施方式
图1首先示出交通工具1，在此是轿车，其具有作为驱动电机的电动机2和形成牵引用电池的电池组件3。因此，按照本实施例指的是纯电动运行的交通工具1。通过本发明尤其也将所谓的混合动力车包括在内，所述混合动力车除了一个或多个电动机2之外也具有内燃机(附图未示出)。传统上将一个、两个或者多个附图未示出的电池单元在模块壳体4中组合为一个电池模块5。多个电池模块5布置在电池组件3的在图2或者图6所示的电池壳体6.1、6.2中。
按照图2，电池壳体6.1具有盆状的壳体下部7，所述壳体下部配置有或者可以配置附图未显示的用于封闭电池壳体6.1的壳体盖。所述壳体下部7具有壳体底部8和环绕的壳体壁9。壳体底部7优选由塑料或者纤维增强的塑料制成。然而，壳体下部由金属构成或者通过所述材料的组合构成。
壳体壁9具有用于将电池壳体6.1连接在交通工具1的车身12(参见图1)的固定点11上的固定器件10。所述固定点11例如由车身12的中间底槽结构提供。固定器件10在此由套筒13构成，所述套筒在此通过固定或可固定在电池壳体6.1上并且沿交通工具高度方向(Z方向)延伸以及在组装状态下在其上端部区域中支撑在车身12上。套筒13由附图未显示的容纳钻孔或者壳体壁9的空心圆柱形的容纳部容纳(参见图2)。在组装状态下，借助在图2中显示并且贯穿套筒13的固定螺栓14将电池壳体6.1与交通工具车身12螺栓连接。
电池壳体6.1具有至少一个布置在电池壳体外部的保护装置15，优选两个相对置地布置的保护装置15，用于在碰撞事件、按照本实施例在侧面碰撞事件的情况下保护电池组件3。两个保护装置15布置在电池壳体6.1的对置侧上，因此关于所述侧面碰撞事件布置在电池壳体6.1的沿交通工具横向(Y方向)观察对置的侧面上。为了简单，在图2中只示出了优选两个对置布置的保护装置15中的一个保护装置15。
第一实施变型方案(图2至图5)：
按照本发明的第一实施变型方案，每个保护装置15具有形式为弓形元件16.1的、也称为碰撞弓的变形元件16。在碰撞事件的情况下，通过包括弓形元件16.1的变形元件16将作用的碰撞力，，F“经由车身固定的套筒13连同固定螺栓14传递至交通工具1的车身2或者交通工具的承载结构中。图2只示例性地示出所谓的立柱作为碰撞体17或者检验体，所述立柱在本身已知的立柱测试的过程中在典型的负载情况下使用。如果作用在形式为弓形元件16.1的变形元件16上的碰撞力，，F“超过了特定的负载水平，则变形元件16吸收能量地塑性地变形。
每个保护装置15的每个弓形元件16.1通过支撑区段18和在两端分别一体式地连接在支撑区段18的连接区段19构成。支撑区段18优选与电池壳体6.1的壳体壁9间隔地布置，而连接区段19基本上与支撑区段18成直角地设置并且向分别配属的套筒13导引以及支撑和固定在套筒上。
弓形元件16.1按照本实施例由U形型材形式的上方敞开的空心型材构成(参见图4)，其能够借助盖元件20(参见图3)封闭为一个闭合的型材。弓形元件16.1优选由金属构成，进一步优选由钢、铝或者铝合金构成。备选地，弓形元件16.1也可以由塑料、尤其是纤维增强的塑料、或者由前述材料制成的复合材料组成，其中，例如在塑料基质中嵌入金属的或者其它适当的嵌入物(附图未显示)。
设计为弓形元件16.1的变形元件16具有用于与所述碰撞力，，F“的力导入方向22相反地形成预紧的器件21(参见图4和图5)。所述用于形成预紧的器件21是配件或者附件并且布置在变形元件16或者弓形元件16.1的U形型材状的支撑区段18的内部。
特殊地，用于形成预紧的器件21由长条形板式弹簧形式的长条形的预紧的弹簧元件23构成，所述板式弹簧一方面借助其两个端部23a、23b分别间接地通过变形元件16或者弓形元件16.1的朝向电池壳体6.1的第一壁24分别支撑在交通工具1和电池壳体6.1的车身固定的第一支撑点25上。备选地，预紧的弹簧元件23也可以直接支撑在所述固定器件10上(附图未示出)。第一支撑点25通过两个固定器件10构成，所述固定器件形式为壳体下部7的分别由固定螺栓14贯穿的套筒13。
另一方面，所述板式弹簧在其端部23a、23b之间在变形元件16或者弓形元件16.1的背离电池壳体6.1的第二壁26上通过预紧支撑在变形元件或者弓形元件的第二支撑点27上。第二支撑点27在此在很大程度上居中地布置在弓形元件16.1的支撑区段18中(参见图4和图5)。备选地也可以设置多于一个的第二支撑点27，它们优选均匀地布置在弓形元件16.1的支撑区段18上(附图未示出)。
用于形成预紧的器件21以长条形板式弹簧的形式按照本实施例通过平面型材构成并且优选由金属、进一步优选由钢、尤其是弹簧钢构成。备选地，所述平面型材也可以由塑料、尤其是纤维增强的塑料、或者由前述材料构成的复合材料组成，其中例如在塑料基质中嵌入金属的或者其它适当的嵌入物(附图未示出)。
第二实施变型方案(图6和图7)：
图6和图7示出本发明的第二实施变型方案，其中，功能相同的部件以与之前附图相同的附图标记表示，因此关于它们的阐述可以参考之前对本发明的第一实施变型方案的描述。
本发明的第二实施变型方案与第一实施变型方案的区别首先在于，变形元件16由电池壳体6.2的所谓碰撞框架28的长条形的空心型材16.2构成。按照所述实施例，所述碰撞框架28同时构成电池壳体的壳体壁9。按照本实施例，所述空心型材16.2具有多个沿型材纵向布置的型材腔29。空心型材16.2优选由金属、进一步优选由钢、铝或者铝合金构成。备选地，所述平面型材也可以由塑料、尤其是纤维增强的塑料、或者由前述材料构成的复合材料组成，其中例如在塑料基质中嵌入金属的或者其它适当的嵌入物(附图未示出)。
在型材腔29内部布置有器件21，用于与所述碰撞力，，F“的力导入方向22相反地形成预紧。用于形成预紧的器件21作为所谓绷紧的嵌件支撑在交通工具1和电池壳体6.2的两个车身固定的第一支撑点25之间(参见图6)。按照本实施例，用于形成预紧的器件21同样通过弹簧元件23构成。与优选使用由平面型材构成的弹簧元件23的第一实施变型方案的区别在于，所述弹簧元件具有闭合的空心型材横截面，其在此只示例性地设计为L形型材的形式。所述弹簧元件23也优选由金属、进一步优选钢、尤其是弹簧钢构成。备选地，弹簧元件也可以由塑料、尤其是纤维增强的塑料、或者由前述材料构成的复合材料组成，其中例如在塑料基质中嵌入金属的或者其它适当的嵌入物(附图未示出)。
两个第一支撑点25与本发明的第一实施变型方案类似地通过两个固定器件10构成，所述固定器件形式为壳体下部7的分别由固定螺栓14贯穿的套筒13(附图未示出)。此外，用于形成预紧的器件21以在两个车身固定的支撑点25之间绷紧的长条形弹簧元件23的形式在两个第一支撑点25之间、也就是在其端部23a、23b之间在变形元件16或者空心型材16.2的至少一个第二支撑点27中通过预紧支撑在变形元件16或者空心型材16.2的背离电池壳体6.2的壁30上。
为了更进一步地沿交通工具纵向(x-方向)和交通工具横向(y方向)增强所述第一支撑点25并且由此也增强电池壳体6.1、6.2，并且在电池壳体6.1、6.2未变形的情况下将碰撞力，，F“传递至交通工具1的车身12中，电池壳体6.1、6.2具有加强板条31，所述加强板条传递力地将对置布置的第一支撑点25彼此连接(只以按照图6所示的电池壳体6.2为例)。
以下进一步描述本发明的功能。如果在以下情况下，即例如在模拟侧面碰撞事件中，当形式为立柱(立柱测试)的碰撞体17在电池壳体6.1、6.2一侧撞击在保护装置15的布置在该处的弓形元件16.1或者空心型材16.2上时，则首先必须克服用于在相关变形元件16中形成预紧的器件21的与所述碰撞体17的碰撞力，，F“的力导入方向22相反地作用的所述预紧，之后在进一步提高的负载水平中实现变形元件16的吸收能量的变形。如之前已经说明的那样，未加载预紧的传统变形元件16不同，通过这种措施能够在重量和结构空间相同或者甚至最小化的情况下实现提高的力水平，之后在进一步提高的负载水平中实现变形元件的所述吸收能量的变形。
前述实施例阐述了可能需要记录的侧面碰撞事件，保护装置15由此布置在电池壳体6.1、6.2的沿交通工具横向(y-方向)观察对置地布置的侧面上。相应地，在可能需要记录的侧面碰撞事件，保护装置15也可以布置在电池壳体6.1、6.2的沿交通工具纵向(x-方向)观察对置地布置的侧面或者只布置在电池壳体6.1、6.2的一个、优选是交通工具前侧的侧面上(参见图6)，因此其也包括在本发明内。两个变型方案的组合当然也同样包括在本发明以内。
此外，之前描述的实施例阐述了用于在变形元件16中形成预紧的器件21，所述器件通过长条形的弹簧元件23形成，形式为由平面型材构成的板式弹簧或者形式为长条形的敞开型材或者闭合的空心型材。然而，本发明不局限于这种弹簧元件23，而是也包括任何其它本身已知的并且被评价为适合于所述具体应用情况的弹簧元件23。因此为了实现对于本发明重要的变形元件16的预紧，例如也可以应用一个、两个或者更多的螺旋压力弹簧、渐屈线弹簧、碟形弹簧、碟形弹簧组或者类似弹簧(附图未示出)。此外，所述用于在变形元件16中形成预紧的器件21也可以由通过热量引入、例如焊接而经受预紧的元件构成。此外，所述用于在变形元件16中形成预紧的器件21也可以由具有形状记忆合金的元件构成。后者例如可以变形地嵌入变形元件16中。在超过确定的温度阈值之后，所述形状记忆合金再次具有其原始形状，由此可以作用产生与碰撞力，，F“的所述潜在力导入方向22相反的期望预紧。
最后可以确定的是，前述实施例阐述了变形元件16，所述变形元件布置在电池壳体6.1、6.2的容纳电池模块5的空腔的外部。也可以与前述措施相对或者与前述措施相结合地设置按照本发明设计的变形元件16，其布置在电池壳体6.1、6.2的内部、也就是布置在电池壳体6.1、6.2的容纳电池模块5的空腔中并且例如克服碰撞相关的侵入力地支撑壳体壁9(附图未显示)。
附图标记清单
1 交通工具
2 电动机
3 电池组件
4 模块壳体
5 电池模块
6.1 电池壳体
6.2 电池壳体
7 壳体下部
8 壳体底部
9 壳体壁
10 固定器件
11 固定点
12 车身
13 套筒
14 固定螺栓
15 保护装置
16 变形元件
16.1 弓形元件
16.2 空心型材
17 碰撞体
18 支撑区段
19 连接区段
20 遮盖元件
21 用于在变形元件16中形成预紧的器件
22 力导入方向
23 弹簧元件
23a、23b 弹簧元件23的端部
24 (变形元件16的)第一壁
25 第一支撑点
26 (变形元件16的)第二壁
27 第二支撑点
28 碰撞边框
29 型材腔
30 壁
31 加强板条
，，F“ 碰撞力

Claims (10)

1.一种交通工具(1)上的电池装置，具有电池壳体(6.1、6.2)以及具有用于所述电池壳体的保护装置(15)，所述保护装置(15)具有至少一个吸收能量的变形元件(16)，其特征在于，所述至少一个变形元件(16)具有至少一个用于与碰撞力“F”的潜在的力导入方向(22)相反地在变形元件(16)中形成预紧的器件(21)，其中，所述用于形成预紧的器件(21)布置在变形元件(16)的内部，其中，至少一个用于形成所述预紧的器件(21)由预紧的弹簧元件(23)构成，其中，所述预紧的弹簧元件(23)由长条形的板式弹簧构成，所述板式弹簧一方面在两端分别支撑在交通工具(1)和/或电池壳体(6.1、6.2)的车身固定的支撑点(25)上，并且另一方面在板式弹簧的两个端部(23a、23b)之间支撑在变形元件(16)上的至少一个支撑点(27)中。
2.按权利要求1所述的电池装置，其特征在于，所述用于形成预紧的器件(21)设计为变形元件(16)的配件或者附件。
3.按权利要求1或2所述的电池装置，其特征在于，所述至少一个变形元件(16)由弓形元件(16.1)或者长条形的开放型材或者在横截面中封闭的空心型材(16.2)构成。
4.按权利要求1所述的电池装置，其特征在于，至少一个用于形成所述预紧的器件(21)由通过热量引入而经受预紧的元件、或者由具有形状记忆合金的元件构成。
5.按权利要求4所述的电池装置，其特征在于，所述预紧的弹簧元件(23)由长条形的开放型材或者在横截面中封闭的空心型材、螺旋压力弹簧、渐屈线弹簧、碟形弹簧或者碟形弹簧组构成。
6.按权利要求2所述的电池装置，其特征在于，车身固定的支撑点(25)由用于将电池壳体(6.1、6.2)连接到交通工具(1)的车身(12)上的固定器件(10)构成。
7.按权利要求1所述的电池装置，其特征在于，所述变形元件(16)和/或用于形成所述预紧的器件(21)由金属、塑料、纤维增强的塑料或者由前述材料制成的复合材料构成。
8.按权利要求1所述的电池装置，其特征在于，所述至少一个变形元件(16)布置在电池壳体(6.1、6.2)的外部或者内部。
9.一种交通工具(1)，具有至少一个按权利要求1至8之一所述的电池装置。
10.按权利要求9所述的交通工具(1)，其特征在于，所述交通工具是机动车。
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