CN110537267B - 蓄电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别地用于机动车辆(2)的蓄电池装置(1)，该蓄电池装置(1)具有包括第一壳体部分(4)和第二壳体部分(5)的蓄电池壳体(3)，该蓄电池壳体(3)具有用于容纳至少一个电池模块(7)的容纳空间(6)。在此对本发明必要的是，布置在蓄电池壳体(3)上的至少一个横梁(8)将容纳空间(6)至少局部地分成第一区域(9)和第二区域(10)并且至少一个电池模块(7)布置在第一区域(9)或第二区域(10)中。

Description

蓄电池装置
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的特别是用于机动车辆的蓄电池装置，该蓄电池装置具有包括第一壳体部分和第二壳体部分的蓄电池壳体，该蓄电池壳体具有用于容纳至少一个电池模块的容纳空间。
在今天的电动机动车辆中，所谓的牵引电池用于存储电能。牵引电池通常由彼此电连接的多个电池模块形成，这些电池模块布置在为此设置的优选地密封的蓄电池壳体中。这些蓄电池壳体用于保护电子器件免受外部影响，并且通常由壳体上壳和壳体下壳组成。通常，由于各个电池模块的局部非常高的电压，这种蓄电池壳体尤其在密封性方面具有高要求。因为通常电池模块本身必须与蓄电池壳体一起拆卸以便能够完全打开所述蓄电池壳体，所以这种电池模块的更换同时构成了很大的安装工作量。
根据DE 10 2012 012 891 A1，已知一种用于连接在车辆的电池盒中布置成至少一排的至少两个电池模块的装置，该通过连接板的插入使得电池模块彼此邻接。为此，连接板在模块侧具有定心元件，该定心元件在彼此邻接的电池模块的对应的定心开口中突出。另外，特别地在相对的模块侧，设置在功能上与连接板解耦的连接元件，该连接元件将两个彼此相邻的电池模块在该相对的模块侧彼此连接。由上壳和下壳形成的电池盒在此插入车身底板的中央通道中。
在当前现有技术中不利的一方面是，例如为了维护各个电池模块，通常必须拆卸整个牵引电池，即包括布置在其中的电池模块的整个蓄电池壳体。由于牵引电池相对较大并且非常重，因此安装和拆卸的工作非常费力，此外成本很高。另一方面，当前的蓄电池壳体根本不，或者仅在非常有限的范围内用于增加车身的结构强度。已知的结构使用单独的电池壳体，电池壳体由于运输规定本身必须具有一定的强度。在安装时，电池壳体的强度特性与车身的强度相结合。这需要两个技术小组之间的大量协调工作，并导致对单独的电池壳体的过度要求。另外，针对在车辆生命周期后将电池用作例如缓冲存储器而言，对于电池壳体所需的强度要求是过度且不必要的。
因此，本发明关注于前面针对提到的类型的蓄电池装置的问题的改进或至少替代实施方案，特别地至少部分克服了上述缺点，并且此外能够通过简化制造来以有利的成本进行生产。
根据本发明，该问题通过独立权利要求的主题解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。
本发明基于这样的总体构思：在具有包括第一壳体部分和第二壳体部分的蓄电池壳体的蓄电池装置中，将至少一个横梁布置在蓄电池壳体的容纳空间内，以增加车身结构强度。基本上，蓄电池壳体由第一壳体部分和第二壳体部分沿Z方向可分开或可拆卸的构造形成。该构造简化了设置的至少一个电池模块的安装和拆卸。沿着横梁的纵向轴线，例如沿机动车的Y方向，能够通过布置至少一根横梁增加抗扭刚度。此外，通过根据本发明的横梁的布置，能够提高例如围绕机动车辆纵向轴线抗弯曲刚度，即围绕机动车辆的X轴线的抗弯曲刚度。为此，根据本发明的蓄电池装置具有由第一壳体部分和第二壳体部分形成的蓄电池壳体，该蓄电池壳体限定了用于容纳至少一个电池模块的这种容纳空间。布置在蓄电池壳体上的至少一个横梁将容纳空间至少部分地分成第一区域和第二区域。设置至少一个这种电池模块布置在容纳空间中的第一区域或第二区域中。应当说明，任意数量的横梁都能够在蓄电池壳体的容纳空间中使用，由此能够形成任意数量的至少部分分开的区域。
在根据本发明构思的有利实施方案中，至少一个横梁部分地一体形成在第一壳体部分上和/或一体形成在第二壳体部分上。因此可以将至少一个横梁视为整个蓄电池壳体的一部分。从制造技术和技术成本的角度来看，横梁结构的整体构造是有利的。
在有利的改进中，设置横梁具有至少一个肩部，至少一个电池模块抵靠该肩部。横梁上的肩部优选地沿机动车辆的Y方向延伸，使得与肩部对应成形的电池模块优选地具有在肩部区域中形成的增厚部，该增厚部抵靠肩部。在电池模块上沿机动车辆的Y方向形成的增厚部能够因此在沿机动车辆的Z方向可分开的蓄电池壳体之间夹紧，由此能够固定电池模块。
在有利的实施方案中，肩部形成在面向第一壳体部分的一侧或者面向第二壳体部分的一侧，并且至少一个电池模块在第一壳体部分和/或第二壳体部分与横梁之间夹紧。这意味着肩部使至少一个电池模块被夹持在第一壳体部分和第二壳体部分之间，使得沿Z方向的力配合和优选带公差的形状配合至少在X方向上出现。
另一个有利的实施方案设置横梁在第一壳体部分和第二壳体部分之间的连接部位的区域中具有定位装置。定位装置主要用于简化和引导蓄电池壳体的第一壳体部分与第二壳体部分的连接。另外，定位装置用于将两个壳体部分沿机动车的X方向和沿机动车的Y方向彼此局部固定。
在有利的实施方案中，横梁由第一横梁部分和第二横梁部分形成，其中第一横梁部分形成在第一壳体部分上，并且第二横梁部分形成在第二壳体部分上。第一横梁部分和/或第二横梁部分能够分别一体地形成在第一壳体部分上或者第二壳体部分上。特别优选地，前述肩部布置在两个横梁部分的连接区域中。另外，定位装置优选地布置为在这种横梁的相应的第一横梁部分和相应的第二横梁部分之间的连接构件。
有利的改进设置定位装置形成为齿状部，其中横梁至少在一侧具有齿元件，所述齿元件与在第一壳体部分或第二壳体部分上与其对应的容纳元件接合。借助于定位装置，沿机动车的X方向以及沿机动车的Y方向将第一壳体部分固定到第二壳体部分。
在有利的实施方案中，第一壳体部分和第二壳体部分借助于保持装置在至少一个横梁的区域中彼此固定。借助于保持装置将两个壳体部件固定在至少一个横梁的区域中增加了整个蓄电池壳体的结构刚度。
在有利的实施方案中，保持装置形成为螺纹连接件。在此，例如第一壳体部分或者第二壳体部分有利地具有螺纹，该螺纹与将两个壳体部分彼此旋合的螺钉互补。
在根据本发明构思的有利实施变型中，螺纹连接件的螺钉沿Z方向至少部分地穿过横梁。将蓄电池壳体的两个壳体部分固定在至少一个横梁的区域中构成了结构空间优化的解决方案。
本发明的有利的改进设置至少一个横梁在安装状态下，在其相应的纵向端部处借助于C形型材在两侧与机动车辆的相应的纵梁连接。通过在两侧布置C形型材，一方面能够在相应的纵梁上传递扭转力和弯曲力，另一方面，能够通过C形型材对由制造决定的横梁长度的不同进行补偿或调整。
在有利的实施方案中，C形型材由强度低于至少一个横梁的材料制造。通过有利地选择具有不同强度特性的不同材料，能够有利地补偿横向冲击能量。通过C形型材具有比横梁更低的强度的事实，在沿机动车辆的Y方向施加力的情况下，C形型材而不是横梁变形，由此电池模块得到保护。
有利的实施方案设置第一壳体部分和/或第二壳体部分借助于密封材料密封。蓄电池壳体和布置在该蓄电池壳体上的至少一个横梁能够由多个单独部件组成，这些部件部分地例如逐点彼此焊接。根据对紧密蓄电池壳体的要求，设置借助于密封材料对第一壳体部分和/或第二壳体部分的密封。例如可以对第一壳体部分和/或第二壳体部分施加或喷涂粘合剂。
有利地，密封轮廓设置在第一壳体部分和第二壳体部分之间。密封基本上用于保护容纳空间区域中的电子器件。周向环密封件的布置构成了对要保护的电子器件的成本有利和高效的密封。
在有利的实施方案中，密封轮廓包括双密封线并且形成为封闭的周向环密封件。双密封线的构造具有能够通过测试两条密封线之间的空间来确定第一壳体部分和第二壳体部分之间的紧密性的优点。
根据本发明的机动车辆具有这种前述蓄电池装置。在此，机动车辆的底座保护装置能够与蓄电池壳体的第一壳体部分或第二壳体部分一体地或整体地形成。因此，机动车辆底座保护装置同时构成蓄电池壳体的壳体下壳，使得能够完全省去其他通常附加的单独保护罩。替代地或此外，第一壳体部分或第二壳体部分能够与机动车辆的车辆底部一体地或整体形成。因此，机动车辆的车辆底部同时构成壳体上壳，使得能够省去其他通常附加的单独部件。
有利地，还可以设置至少一个电池模块可拆卸地直接固定在第一壳体部分上或第二壳体部分上。在本文中，“直接固定”意指至少一个电池模块能够固定在一个壳体部分中而无需其他壳体部分，并且能够从该壳体部分拆卸。至少一个电池模块可以例如夹紧或形状配合地或通过另一个可拆卸的连接件固定在第一壳体部分上或第二壳体部分上。因此，能够将多个电池模块单独地直接固定在车辆底部或固定到固定在车辆底部的第一壳体部分上，并能够从其上拆卸。例如，如果第一壳体部分安装在车辆底部，则能够在不从车辆底部拆卸第一壳体部件的情况下对固定到第一壳体部分的电池模块进行维护，并且能够从第一壳体部分上拆卸电池模块。以这种有利方式，能够简化蓄电池装置中的至少一个电池模块的维护和拆卸。
本发明的其他重要特征和优点将从从属权利要求、附图和借助附图的相关附图说明中得出。
应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上面描述和下面将进一步解说明的特征不仅能够以相应指示的组合使用，而且能够以其他组合或单独地使用。
在附图中示出了本发明的优选实施例，并且在以下描述中进一步说明，其中相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。
分别示意性地示出，
图1是根据本发明的具有包括第一壳体部分和第二壳体部分的蓄电池壳体的蓄电池装置的截面图，
图2是电池模块插入由蓄电池壳体限定的容纳空间中的图1的示图，
图3是图2的示图，其中第二壳体部分示出为沿机动车辆的Z方向与第一壳体部分间隔开，
图4是横梁区域中的蓄电池装置的等距细节图，
图5是图2的示图，其中第一壳体部分和第二壳体部分通过保持装置彼此固定，
图6是根据本发明的在安装状态下并且在两侧布置有C形型材的横梁的示意图，该C形型材分别布置在机动车辆的纵梁上，
图7是沿机动车辆的Y方向施加力之后在变形状态下的图6的示图。
图1示出了根据本发明的具有蓄电池壳体3的蓄电池装置1的截面图，该蓄电池壳体3具有第一壳体部分4和第二壳体部分5。蓄电池装置1特别地设置用于机动车辆2，该机动车辆2未进一步详细示出。蓄电池壳体3围绕或独自地限定形成用于容纳至少一个电池模块7的容纳空间6，该电池模块7在此未示出。在蓄电池壳体3上布置有横梁8，该横梁将容纳空间6分成第一区域9和第二区域10。蓄电池装置1能够具有任意数量的横梁8，并且因此可以具有由相应的横梁8限定的任意数量的区域9、10。相应的区域9、10优选地在蓄电池壳体3的安装状态下在横截面具有封闭的轮廓。相应的区域9、10的轮廓可以优选地是具有圆角的矩形形状。通过前述的相应区域9、10的轮廓的有利构造，可以沿着机动车辆的Y轴获得增加的抗扭刚度。该至少一个横梁8可以具有I形构造，由此可以围绕机动车辆的X轴获得增加的抗弯曲刚度。此外，横梁8能够部分地一体形成在第一壳体部分4上和/或部分地一体形成在第二壳体部分5上。应当说明，横梁8和相应区域9、10的轮廓都可以具有所有可设想的形状。必要的仅仅是，通过将至少一个横梁8布置在蓄电池壳体3上来将容纳空间6至少分成两个或更多个区域9、10。
图2示出了电池模块7插入蓄电池壳体3的容纳空间6中的图1的示图。如前所述，通过横梁8的布置将容纳空间6分成第一区域9和第二区域10。从示图中能够看到电池模块7插入第一区域9中。另一方面，第二区域10是空置的或者没有配备这种电池模块7。该至少一个电池模块7可以由锂离子电池的集合形成。优选地，能够将该至少一个横梁8实现得特别窄，使得相邻的电池模块7沿机动车辆的X方向彼此间具有尽可能小的距离。对于多个电池模块7，这种构造能够尽可能优化对蓄电池装置1的安装空间的利用。另外，横梁8的I形结构能够使得孔在机动车辆的X方向上仅有很小的抗弯曲刚度损失。在安装状态下，这种电池模块7在机动车辆的Z方向上由第一壳体部分4和第二壳体部分5限定。在机动车辆的X方向上，这种电池模块7在至少一侧或甚至在两侧与这种横梁8相邻接。
另外，所述至少一个横梁8可以具有肩部11，所述至少一个电池模块7抵靠在肩部11或者相应地被夹持在肩部11。在机动车辆的Z方向上，肩部11可以布置在第一壳体部分4和第二壳体部分5之间的连接部位12的区域中。
图3示出了图2的示图，其中，第二壳体部分5示出为在机动车辆的Z方向上与第一壳体部分4间隔开或从第一壳体部分4上拆卸。可以将蓄电池壳体3有利地构造，使其水平地，即在机动车辆的Z方向上，被划分开，使得能够将所述至少一个电池模块7安装在蓄电池壳体3的内部并且能够从蓄电池壳体3中拆卸。肩部11可以形成在面向第一壳体部分4的一侧或者面向第二壳体部分5的一侧。所述至少一个电池模块7可以被夹持在第一壳体部分4和/或第二壳体部分5与横梁8之间的肩部11区域中。为此，电池模块7能够具有例如珠状增厚部29，该珠状增厚部29延伸到肩部11的区域中。电池模块7的珠状增厚部29可以在机动车辆的Z方向上被夹持在在第一壳体部分4和第二壳体部分5之间的连接部位12的区域中。
此外，横梁8在第一壳体部分4和第二壳体部分5之间的连接部位12的区域中可以具有定位装置13。在此，横梁8可以由第一横梁部分14和第二横梁部分15形成。可以将第一横梁部分14布置在例如第一壳体部分4上，而第二横梁部分15可以布置在第二壳体部分5上。第一横梁部分14和第二横梁部分15可以分别一体形成在第一壳体部分4上或第二壳体部分5上。
图4示出了横梁8的区域中的蓄电池装置1的等距细节图。特别地，细节图示出了第一壳体部分4和第二壳体部分5之间的连接部位12的区域，或者第一横梁部分14和第二横梁部分15之间的连接部位12，或者横梁8本身与第一壳体部分4或第二壳体部分5之间的连接部位12。在下文中，为了简单起见，描述一种蓄电池装置1的构造，其中，横梁8一体地布置在第一壳体部件4上，并且用于完成蓄电池壳体3的连接部位12位于横梁8和第二壳体部分5之间。在连接部位12的所述区域中布置定位装置13。定位装置13可以如所示形成为齿状部16，其中，横梁8可以具有至少一个齿元件17，该齿元件17可以接合到在第二壳体部件5上的与其对应的至少一个容纳元件18。有利地，齿状部16可以具有多个齿元件17和与其对应的多个容纳元件18。基本上，定位装置13能够具有任何形状，使得可以将第二壳体半部5在机动车辆的X方向上和/或在机动车辆的Y方向上和/或在机动车辆的Z方向上至少部分地定位或甚至固定到第一壳体半部4上。
图5再次示出了图2的示图，其中，第一壳体部分4和第二壳体部分5通过保持装置19彼此固定。保持装置19可以布置在横梁8的区域中。另外，保持装置19可以形成为螺纹连接件21。然而在本发明的范围内，所有可设想的用于固定蓄电池壳体3的两个壳体部分4、5的保持装置19都受到保护。在保持装置19形成为螺纹连接件20的示例性实施例中，螺钉21能够沿机动车辆的Z方向至少部分地穿过这种横梁8。在所示的示例中，螺钉21能够拧入第二壳体部分5并且穿过横梁8与设置在第一壳体部分4上的螺纹部28建立操作连接，该螺纹部布置在第一壳体部分4上的面向第二壳体部分5的一侧。
具有布置在其上的至少一个横梁8的整个蓄电池壳体3可以由多个单独的部件制成，这些部件仅通过焊点或可渗透的焊缝部分地彼此连接。在这方面，可以将密封材料24设置在相应的边界表面上。特别地，能够借助于密封材料24将第一壳体部分4和/或第二壳体部分5密封。另外，水平连接部位12因此在机动车辆的Z方向上可以在第一壳体部分4和第二壳体部分5之间具有密封轮廓25，该密封轮廓25未进一步详细示出。密封轮廓25可以包括双密封线并且能够形成为封闭的周向环密封件26。通过布置周向环密封件26，可以保护蓄电池壳体3内部的至少一个电池模块7免受外部环境影响。
除了第二壳体部分5之外，可以在机动车辆底板上布置所谓的机动车辆防撞保护装置27。如果第二壳体部分5布置在车辆底板而不是第一壳体部分4上，则该机动车辆防撞保护装置27可以与第二壳体部分5接触或者可以相应地与第二壳体部件5牢固地连接。类似地，取决于两个壳体部件4、5中的哪一个与车辆底板对齐，机动车辆防撞保护装置27可以与第二壳体部件5或第一壳体部件4一体地或单独地形成。
图6和图7分别示出了根据本发明的具有布置在两侧的C形型材22的横梁8的示意图，该C形型材22分别以不同的状态布置在机动车辆2的纵梁23上。图6示出了在安装状态下的横梁8，图7示出了由于沿机动车辆的Y方向施加力而变形状态下的横梁8。通过型材22的C形构造，可以将扭转力和弯曲力传递到相应的纵梁23，并且能够补偿由于制造引起的根据本发明的至少两个横梁8的长度差异。能够将C形型材22配置成优选地具有比蓄电池壳体3的至少一个横梁8或者整个蓄电池壳体3更低的强度。在对机动车辆2侧向冲击的情况下C形型材22首先变形，由此冲击能量在作用在至少一个横梁8上或者作用在整个蓄电池壳体3上并使横梁8或整个蓄电池壳体3变形之前减少。

Claims (16)

1.一种用于机动车辆(2)的蓄电池装置(1)，
-具有蓄电池壳体(3)，该蓄电池壳体(3)具有第一壳体部分(4)和第二壳体部分(5)，并具有用于容纳至少一个电池模块(7)的容纳空间(6)，
-其中，蓄电池壳体(3)形成为能够在机动车辆的Z方向上被所述第一壳体部分(4)和所述第二壳体部分(5)划分开，并且所述壳体部分(4、5)之一被提供以布置在所述机动车辆的车辆底部，
-其中，布置在蓄电池壳体(3)上的至少一个横梁(8)将容纳空间(6)至少部分地分成第一区域(9)和第二区域(10)，
-其中，所述至少一个电池模块(7)布置在第一区域(9)或第二区域(10)中，
其特征在于，
-在第一壳体部分(4)和所述第二壳体部分(5)之间的连接部位(12)的区域中，所述横梁(8)具有定位装置(13)，所述定位装置(13)用于简化和引导蓄电池壳体(3)的所述第一壳体部分(4)与所述第二壳体部分(5)的连接，
-所述第一壳体部分(4)和所述第二壳体部分(5)借助保持装置(19)在所述至少一个横梁(8)的区域中彼此固定。
2.根据权利要求1所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述至少一个横梁(8)部分地一体形成在所述第一壳体部分(4)上和/或一体形成在所述第二壳体部分(5)上。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述横梁(8)具有至少一个肩部(11)，所述至少一个电池模块(7)抵靠所述至少一个肩部(11)。
4.根据权利要求3所述的蓄电池装置，其特征在于，
-所述肩部(11)形成在面向所述第一壳体部分(4)的一侧或面向所述第二壳体部分(5)的一侧，
-所述至少一个电池模块(7)被夹持在所述第一壳体部分(4)和/或所述第二壳体部分(5)与所述横梁(8)之间。
5.根据权利要求1或2所述的蓄电池装置，其特征在于，
-所述横梁(8)由第一横梁部分(14)和第二横梁部分(15)形成，并且
-所述第一横梁部分(14)形成在所述第一壳体部分(4)上，并且所述第二横梁部分(15)形成在所述第二壳体部分(5)上。
6.根据权利要求1或2所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述定位装置(13)形成为齿状部(16)，其中，所述横梁(8)至少在一侧具有齿元件(17)，所述齿元件(17)接合到在所述第一壳体部分(4)或第二壳体部分(5)上的与该齿元件对应的容纳元件(18)。
7.根据权利要求1所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述保持装置(19)形成为螺纹连接件(20)。
8.根据权利要求7所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述螺纹连接件(20)的螺钉(21)在Z方向上至少部分地穿过所述横梁(8)。
9.根据权利要求1或2所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述至少一个横梁(8)在安装状态下在其相应的纵向端部处借助两侧上的C形型材(22)与机动车辆(2)的相应纵梁(23)连接。
10.根据权利要求9所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述C形型材(22)由强度低于所述至少一个横梁(8)的材料制成。
11.根据权利要求1或2所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述第一壳体部分(4)和/或所述第二壳体部分(5)借助密封材料(24)密封。
12.根据权利要求1或2所述的蓄电池装置，其特征在于，
在所述第一壳体部分(4)和所述第二壳体部分(5)之间设置密封轮廓(25)。
13.根据权利要求12所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述密封轮廓(25)包括双密封线并且形成为封闭的周向环密封件(26)。
14.一种具有蓄电池装置(1)的机动车辆(2)，其特征在于，
所述蓄电池装置(1)根据前述权利要求之一构造。
15.根据权利要求14所述的机动车辆，其特征在于，
-所述第一壳体部分(4)或所述第二壳体部分(5)与机动车辆防撞保护装置(27)一体地或单独地形成；和/或
-所述第一壳体部分(4)或所述第二壳体部分(5)与机动车辆(2)的车辆底部一体地或单独地形成。
16.根据权利要求14或15所述的机动车辆，其特征在于，
所述至少一个电池模块(7)可拆卸地直接固定在所述第一壳体部分(4)上或所述第二壳体部分(5)上。
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