CN111284317B - 具有环绕的框架和限定调节的粘接间隙的电池托架 - Google Patents

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Abstract

用于电动车辆的电池托架(1)，其具有盆状件，该盆状件由底部(2)以及环绕的与该底部(2)耦联的框架(6)构成，其中，所述框架(6)由挤出的或辊轧成形的空心型材(8)构成并且在框架(6)上设置盖。所述框架(6)在安装位置中具有分别相对于其上侧和/或下侧突出的接片，使得相对于底部和/或盖形成限定的间隙以用于嵌入密封材料和/或粘合剂。

Description

具有环绕的框架和限定调节的粘接间隙的电池托架
技术领域
本发明涉及一种用于电动车辆的电池托架。
背景技术
电动性在机动车的使用中越来越重要。在此，电动车仅由电能驱动。为了将所述电能存储在电动车中而需要电池，也称为蓄电池、高压电池或牵引电池，所述电池具有明显的体积份额和相当高的自重。为了可以存储充足的能量，例如为了一次电池充电就可以获取300km的续驶里程，将这样的蓄电池设置在机动车的底板区域中。电池本身安装在电池托架中，从而一方面保护电池免受外部天气条件的影响，另一方面避免电池中包含的物质泄漏到环境中。
对此，从现有技术已知如下电池托架，所述电池托架由塑料材料、纤维复合材料或者也由金属材料制成。电池托架也被称作“电池托盘”。
这样的电池托架通常从下面装配在机动车上并且决定性地在机动车宽度的大部分上并且也在机动车长度的一部分上延伸。
电池壳体基本上由电池托架和壳体盖组成。
电池托架的特点在于盆状壳体，在该盆状壳体中设置多个电池。为了确保电池托架相应的刚性，在外部环绕地设置由空心型材制成的框架，该框架同时也可以作为盆状件的环绕的壁起作用。电池托架设置在机动车的不可见的底板区域中。在密封性和生产公差方面要求高。但是电池托架的生产成本承受巨大的成本压力。
电池壳体的凹槽状载体有时制成为金属板成型构件。对此，一种同类型的文献是US2016/0263639A1。
然而，在这种情况下，在角部区域中在弯曲成形或深拉时在成型程度以及要实现的紧密性方面存在问题。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种电池托架，与现有技术已知的电池托架相比，该电池托架在其制造耗费方面得到改进。
电池托架用于电动车辆并且具有盆状件。该盆状件由底部以及环绕的与该底部耦联的框架构成，其中，所述框架由挤出的空心型材构成并且在框架上设置有盖。按照本发明，所述框架的特征还在于，该框架在安装位置中具有分别相对于其上侧和/或下侧突出的接片，使得相对于底部和/或盖形成限定的间隙，以用于嵌入密封材料和/或粘合剂。
所述框架尤其是由挤出的或辊轧成形的空心型材、尤其是由轻金属合金、优选铝合金制成，其接下来也被称作框架型材。为此空心型材被定长切断成单个型材件。因此，在俯视图中四边形的电池托架中侧向环绕地设置有框架型材件。替代地，但框架也可以由一个或多个在至少一个角部中弯曲的空心型材构成。
框架型材在横截面中优选构造成矩形的或正方形的。因此，在安装情况下提供了上侧以及下侧。底部、尤其是以底部板材形式的底部与所述下侧耦联。盖、尤其是盖的凸缘与所述上侧耦联。
现在为了产生电池托架的内部空间相对于周围环境的密封性，在首次装配的过程中将框架与底部在嵌入密封材料的情况下耦联。替代地或补充地，也可以在嵌入粘合剂的情况下将框架与底部粘接。也可以同时使用粘合剂以及密封材料。相同的内容适用于框架和盖在上侧的耦联。
现在为了密封材料和/或粘合剂不会不受控制地泄露或者在通过使表面合拢进行装配时无意地挤出，按照本发明规定，在框架型材上构造有分别相对于上侧伸出的接片和/或相对于下侧突出的接片。因此，所述接片用作间隔保持件。所述接片尤其是构造成框架型材的外侧的延长部，因此该接片同时增大向外定向的面并且确保过量的密封材料和/或粘合剂向内流并且密封。通过接片相对于上侧或下侧的高度在一定程度上也限定间隙的高度，因此得到限定的间隙。接片的高度为尤其是0.2mm至5mm、优选0.5mm至4mm、特别优选1mm至3mm。因此如果密封材料被涂敷在框架的下侧上并且框架与底部耦联、例如用螺纹连接，则底部板材贴靠在接片上，但未被进一步挤压成靠在下侧上。密封材料和/或粘合剂保留在由此产生的间隙中并且由于在涂敷时有针对性地添加的过量，粘合剂可以分布在间隙中并且因此生产可靠地导致这样制造的电池壳体的密封性。
所有用于将框架和底部耦联的实施方式与此独立地也适用于将框架和盖耦联。
按照本发明的电池托架尤其是作为模块化的电池托架制造。在此，尤其是模块化构造盆状件并且不像现有技术中已知的那样通过深拉方法或其它方法来制造，而是通过将底部板材与框架耦联，由此形成盆状件。
电池托架这样模块化地构造，使得其它的层、尤其是功能层与盆状件耦联。因此尤其是规定，在安装位置中在底部板材的下方设置有冷却系统。
设置在盆状件中的电池尤其是安置在底部板材上。电池中的可能的热量通过热传导释放到底部板材上并且通过设置在底部板材下方的冷却系统被导出。
为了更好地热传导，在电池与底部板材之间可以面式地设置有导热胶或导热薄膜。
在本发明的范围内，所述冷却系统在某些运行状态下也可以用作加热系统，尤其是在开始行驶之前在外部温度非常低的情况下。冷却系统或加热系统就这点而言是热交换器。
所述冷却系统尤其是这样构造，即在底部板材的下方设置有冷却通道板，使得在底部板材与冷却通道板之间构成冷却通道系统。通过该冷却通道系统便可以引导冷却介质、例如流体介质或冷却气体并且因此导出从电池经由底部导出的热量。
底部板材和冷却板也可以例如通过辊压接合过程以及接着的冷却通道结构内部压力成型而构造成板材复合件。
此外，在框架上可以设置盖，其中，该盖优选具有环绕的侧向突出的凸缘。因此，该凸缘本身优选放置在框架上或框架的上侧上并且尤其是按照本发明放置在接片上，使得密封材料和/或粘合剂也嵌入到框架的上侧与盖的凸缘之间。所述盖例如可以与框架用螺纹连接亦或用其它方式与框架耦联。
所述框架本身优选由多个框架型材构成。优选地，这是至少四个框架型材，一个前侧、一个后侧、一个左侧以及一个右侧。在梯形的亦或多边形的电池托架的情况下，相应地安装有更多的框架型材件。框架型材件在所产生的角部区域中彼此耦联。为此尤其是所述框架型材相互焊接。为此按照本发明两种有利的耦联变型方案已被证明。一方面框架型材可以按斜角接缝截切并且然后例如通过烧熔点焊彼此热接合。
但还有利地示出，框架型材具有槽口，该槽口例如通过切削加工来制造。另一个框架型材则嵌入地插入到所述槽口中。尤其是在外部环绕的壁在两个框架型材的情况下然而构造成直至角部是连续的。两个框架型材因此优选彼此耦联、尤其是通过材料锁合的接合彼此耦联。这尤其是焊接。优选地，整个横截面环绕地在角部区域中相互焊接。
在框架本身中、即朝向电池托架的内部空间，优选地设置有用于与电池耦合的装配支架。该装配支架可以例如自身是挤出的构件并且例如又通过材料锁合的接合与框架耦联。
因此可以首先制造框架，然后将其与底部板材连接并且紧接着将电池装配在得到的盆状件中。所述盆状件然后又可以由盖封闭。
进一步有利的是，至少所述两个侧向地处于外部的框架型材(因此在左边的和右边的车辆侧上)在横截面中这样构造，使得它们具有槽和/或预定折弯位置。因此在侧面碰撞时，框架可以作为碰撞盒起作用。因此，例如在侧面碰撞或柱测试时，框架在横截面中变形并且在此将碰撞能量转化成变形功。
附图说明
本发明的其它优点、特征、特性和方面是以下描述的主题。优选的设计方案用于简单理解本发明。其中：
图1以透视图示出按照本发明的电池托架，
图2示出图1中沿剖面线II-II的纵剖面，
图3示出图1中根据剖面线III-III的横截面视图，
图4至图7示出在用于按照本发明的电池托架的装配过程中相应的分解示图，
图8示出底部板材连同放置在其上的框架以及设置在下方的空心型材的透视的以及组合的剖面图，
图9示出按照本发明的电池托架的边缘区域的细节横截面视图，
图10至图14示出在角部区域中制造具有可选的密封焊道的焊接连接部，
图15示出按照本发明制造的罩，
图16示出按照本发明制造的罩，其在侧壁中具有附加的阶梯部，
图17示出图16中根据剖面线A-A的纵向剖面图，
图18示出按照本发明的罩的一种替代的设计变型方案，
图19a至图19f示出环绕的框架的不同的横截面视图，
图20示出从下方观察电池托架的透视图，
图21示出从下方观察电池托架的细节示图，其具有热防护板，
图22示出制造盆状件作为具有集成于侧壁中的阶梯部的折叠盆状件。
具体实施方式
在附图中，相同的附图标记用于相同或相似的部件，即使出于简化的原因省略重复的描述。
图1以透视图示出按照本发明的电池托架1。电池托架1具有参考机动车竖直方向Z位于上面的罩2。该罩2本身具有底部3以及环绕的侧壁4和相对于该侧壁4伸出的凸缘5。因此，罩2搭接环绕的框架6，其中，该框架6放置在底部板材7上。在底部板材7的下方设置有空心型材8。空心型材8基本上沿机动车横向方向Y延伸并且从下方面式地遮盖电池托架。空心型材8在中间可以同样被中间型材9中断。在中间型材9的下方例如可以在凹陷的区域10中设置有未详细示出的排气管路。侧向地设置有固定舌片11。该固定舌片11本身例如可以制造成挤压型材构件亦或铸件。固定舌片11本身与电池托架1尤其是用螺纹连接并且用于与未详细示出的车辆耦联。为此设置的螺纹连接部12然后与环绕的框架6耦联。
图2示出图1中沿剖面线II-II的纵剖面。在此可看出，罩2构造成具有底部3、环绕的侧壁4以及又从侧壁4环绕地伸出的凸缘5的成型构件。附加地，凸缘5具有阶梯部14或者说弯折部，该阶梯部相对于凸缘5基本上以90°突出定向地构造。在电池托架1的内部空间15中设置有示意性示出的电池16。电池16支撑在底部板材7上。参考机动车竖直方向Z在底部板材7的下方设置有冷却通道板17。该冷却通道板17具有凸出成形部18，使得在底部板材7与冷却通道板17之间构造有用于输送流体的冷却通道19。因此，设置在底部板材7上的电池16将产生的热量释放到底部板材7上，所述热量又由冷却通道19中的冷却介质导出。底部板材7本身与框架6耦联。框架6本身在下面和上面分别具有一个间隔凸起20。因此，在框架6与底部板材7之间产生的间隙21可以用附加的密封材料和/或粘合剂来填充。通过所述间隔凸起20形成在框架6与底部板材7之间的导电接触。同样框架6具有朝向所述罩2的凸缘5的间隔凸起20。在此产生的间隙21也可以用粘合剂和/或密封材料来填充。
参考机动车竖直方向Z在底部板材7或冷却通道板17的下方还设置有空心型材8。空心型材8的空腔23的走向沿机动车横向方向Y延伸。各空心型材8可以通过榫槽插接系统22彼此耦联。因此，空心型材8面式地遮盖近似整个底部。因此，空腔23形成一个空间，以便在安放在底座上的情况下缓冲参考机动车竖直方向Z来自下方的冲击或可选地减少产生的碰撞能量，以保护电池16免受损坏。
图3示出根据图1中的剖面线III-III的横截面视图。在此可看出各单个电池16，这些电池平放在底部板材7上，其中，在底部板材7的下方然后将产生的热量通过冷却通道19导出。空心型材8沿机动车横向方向Y不是连续地延伸，而是被中间型材9中断。在中间型材9的凹陷的区域10中例如可以设置有内燃机的未示出的排气管路。相应地可看出，框架6是在外部环绕的并且将罩2的凸缘5以及底部板材7相互耦联。
图4示出用于按照本发明的电池托架1的装配过程。首先设置沿机动车横向方向Y延伸的空心型材8以及设置中间型材9。然后，在上面安置环绕的框架6。在框架6本身中设置接纳块27形式的固定型材，其用于与未详细示出的电池耦联。
图5示出在进一步的制造步骤中的透视图，其中，在此冷却通道板17被安置并且凸出成形部18线形地或通道形地设置在所述冷却通道板中。
图6示出设置在冷却通道板上的底部板材7，该底部板材形成用于容纳在图7中示出的电池16的平面的底座。可看出，所示出的电池16与接纳块27耦联。
图8为此再次示出剖面图。可看出，在底部板材7与冷却通道板17之间出现的冷却通道19以及设置在该冷却通道19下方的空心型材8。
图9示出细节示图。可看出环绕的框架6，该框架具有其参考机动车竖直方向Z在上面和下面突出的间隔凸起20。在之间产生的间隙21可以利用未详细示出的密封材料和/或粘合剂来填充。空心型材8利用从下方穿过底部板材7以及冷却通道板17的螺钉28与框架6螺纹连接。在此，附加地可以设置有侧向的盖板54，该盖板侧向地封闭空心型材8。
图15从下方示出罩2在产生的角部的区域中的部分视图。因此，一开口参考图平面指向上方。首先提供未示出的金属板坯件并且然后罩2通过该金属板坯件的成形而制成为折叠构件。为此，侧壁4以及凸缘5相应地折叠或者说倒角并且然后在根据图10的角部30的区域中贴靠。然而它们未连接。环绕的侧壁4由四个侧壁4或者说侧壁区段构成，它们相应地在角部区域29中相遇。凸缘5相对于所述侧壁4在外部环绕地侧向伸出。
按照本发明，该盆状件构造或制造成折叠盆状件。图10示出这样的在折叠之后出现的角部区域29。将所述角部区域29以及也尤其是将下面的角部30密封焊接是成问题的，这同样也适用于凸缘5的在外部伸出的部分。
图11在此示出一种按照本发明的解决方案。焊缝32从内部不是在角部30中开始、而是在底部3至侧壁4的过渡区域中在离开角部30的偏移33处开始，连续的焊缝32延伸经过角部30和角部区域29，该焊缝延伸直至凸缘5的外面的部分。焊缝借助于MIG焊接制成。
图12示出本发明的另一种设计变型方案。在此首先两个侧壁4的凸缘5的在外部伸出的区域在角部连接的区域中向外扩大或者说进一步伸出地构造。然后焊缝32一直引导至向外进一步伸出的凸缘5的外端部34。
紧接着，根据图13a和13b，凸缘15沿剖切线35通过分离或其它磨削的或机械的方法被机械加工，使得得到凸缘5的平整的外部环绕的边缘36，该边缘正好也在凸缘5的焊缝的区域中具有高的连接质量。因此按照本发明避免了在焊接过程开始和结束时的焊缝缺陷。
图14示出一种补充的设计变型方案。在此附加地在焊缝32上至少在部分长度区段上从内部补充地加设密封焊道37。
图16示出独立发明构思的另一种设计变型方案。在此示出电池托架1的罩2。所述罩同样制造成折叠构件并且具有底部3以及环绕的侧壁4。所述侧壁4具有四个侧或者说侧壁区段，它们在折叠过程之后在相应的角部区域29中相互接合。按照本发明现在在两个彼此对置的侧壁4上(参考图平面在左边和右边)分别一起成形有一个附加的阶梯部38。这也可以再次在图17中的根据剖面线A-A的剖面图中很好地看出。所述阶梯部38能够实现在罩2或者说盆状件中装配电池模块的可能性。此外，阶梯部38加固相应的侧壁4。
图18示出本发明的另一种设计变型方案。在此，在环绕的侧壁4的三个侧面上构造有阶梯部38。冲压螺母39设置在阶梯部38上或者说引入到所述阶梯部中，使得在图18中可以将未详细示出的电池或者说电池模块固定在盆状件或罩2中。
图19a至图19f示出环绕的框架6的不同的横截面视图。图19a示出框架6的横截面视图。可看出在上方以及在下方设置的间隔凸起20。所述间隔凸起20也可以被称为护板边缘。因此得到处于外部的冲击面40，该冲击面沿机动车横向方向或纵向方向X、Y定向，使得冲击面与碰撞的物体首先接触。在上带41和下带42中构造有预定弯折位置43。在此，该预定弯折位置43指示相应的变形。在朝向电池托盘的内部区域设置的立式带44上能够可选地构造有槽45和榫46。在此也可以构造有另一个未进一步示出的间隔凸起。尤其是框架或用于制造框架的型材通过挤出制成。
图19b示出一种替代的设计变型方案，在该设计变型方案中预定弯折位置43不是设置在内部空腔47的区域中，而是设置在外部。
图19c示出一种替代方案，在该替代方案中空腔47构造得较大并且立式带44在其厚实度方面构造得较小。
图19d示出一种替代的设计变型方案，其具有设置在每个上带41和下带42中的三个预定弯折位置43。两个预定弯折位置43设置在外部，一个预定弯折位置43设置在内部。因此，预定弯折位置43在沿力方向F碰撞时用作触发器，以便能够实现有针对性的变形或者说褶皱。
根据图19e的设计变型方案，空腔47还这样构造，使得两个尖端48朝向冲击面40延伸，利用分别设置在上方和下方的尖端48朝向冲击面40延伸。由此在沿力方向F碰撞的情况下可以有针对性地影响变形。
图19f示出一种替代的设计变型方案，在该设计变型方案中总共五个预定弯折位置43被分别引入到上带41和下带42中。由此可以有针对性地影响折叠特性。因此，框架6按照碰撞盒的原理、尤其是在物体侧向地侵入到电池托盘中时工作。
图20示出从下方观察的电池托架的总系统。因此，在凹陷的区域10中(该区域也可被称为中间底槽49)可以引导有未进一步示出的排气管路。
根据图21，在所述中间底槽49中设置有热防护板50。该热防护板50本身以凸缘51搭接相应的空腔8。热防护板50然后在中间底槽49的区域中构造有两个在横截面中三角形的空腔52以及在中间连接所述空腔的接片53。热防护板50尤其是构造成挤出构件。接片53为此优选具有在4mm至5mm之间、尤其是4.5mm的壁厚，所述三角形的空腔52具有在3.5mm至4.5mm的范围内、尤其是4mm的壁厚，并且凸缘51具有2.5mm至3.5mm、尤其是3mm的壁厚。因此，热防护板50同时用作沿机动车横向方向Y的负载路径。
图22示出按照本发明的盆状件55。盆状件55具有底部板材56和环绕的侧壁4。侧壁4和底部板材56一件式地并且材料一致地通过剪裁板坯件并且随后折叠板坯件而制成。侧壁4的参考图平面前面的侧4v和侧壁4的后面的侧4h分别构造成平整的。侧壁4的参考图平面左边的侧4l和侧壁4的右边的侧4r构造有附加的阶梯部57。该阶梯部57成形并且用作用于设置在盆状件55中的电池模块的支承面和/或用于附加的加固。侧壁4的前面的侧4v在接着的制造步骤中向上折叠并且然后与侧4l和侧4r在形成的角部区域中焊接。此外示出在底部板材56与侧壁4之间的弯曲区域58。所述弯曲区域按照本发明制成有相对于金属板坯件的壁厚特别小的弯曲半径。这基于折叠技术是可能的。
在此示出的盆状件55也可以用作在根据图1的实施例中的罩。在该情况下进一步可设想，所述阶梯部加固罩本身并且在装配状态下也加固电池托架。因此，框架3的空心型材可以实施得更轻和/或更薄或者甚至完全被省去。
附图标记清单
1 电池托架
2 罩
3 底部
4 侧壁
5 凸缘
6 框架
7 底部板材
8 空心型材
9 中间型材
10 凹陷的区域
11 固定舌片
12 螺纹连接部
14 阶梯部
15 内部空间
16 电池
17 冷却通道板
18 17的凸出成形部
19 冷却通道
20 间隔凸起
21 间隙
22 榫槽插接系统
23 空腔
27 接纳块
28 螺钉
29 角部区域
30 角部
31 5的一部分
32 焊缝
33 偏移
34 外端部
35 剖切线
36 外边缘
37 密封焊道
38 阶梯部
39 冲压螺母
40 冲击面
41 上带
42 下带
43 预定弯折位置
44 立式带
45 槽
46 榫
47 空腔
48 尖端
49 中间底槽
50 热防护板
51 凸缘
52 三角形空腔
53 接片
54 盖板
55 盆状件
56 底部板材
57 阶梯部
58 弯曲区域
Z 机动车竖直方向
Y 机动车横向方向
K 力方向

Claims (16)

1.一种用于电动车辆的电池托架(1)，其具有盆状件，该盆状件由底部以及环绕的与该底部耦联的框架(6)构成，其中，所述框架(6)由挤出的或辊轧成形的空心型材(8)构成并且在框架(6)上设置盖，其特征在于，框架(6)在安装位置中具有分别相对于其上侧和/或下侧突出的接片，使得相对于底部和/或盖形成限定的间隙以嵌入密封材料和/或粘合剂。
2.根据权利要求1所述的电池托架，其特征在于，设置底部板材(7)，其具有沿安装方向设置在其下方的冷却系统。
3.根据权利要求2所述的电池托架，其特征在于，在所述底部板材(7)的下方设置冷却通道板(17)，使得在底部板材(7)与冷却通道板(17)之间构成冷却通道系统。
4.根据权利要求2所述的电池托架，其特征在于，在所述底部板材(7)的下方横向于行驶方向延伸地设置空心型材(8)。
5.根据权利要求3所述的电池托架，其特征在于，在冷却通道板(17)的下方横向于行驶方向延伸地设置空心型材(8)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池托架，其特征在于，该盖具有环绕的凸缘并且利用该凸缘放置在框架(6)上。
7.根据权利要求6所述的电池托架，其特征在于，所述盖的凸缘(5)具有向下包围框架(6)的套环或者说阶梯部(14)，盖利用所述套环或者说阶梯部搭接框架(6)。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的电池托架，其特征在于，所述框架(6)在角部区域中通过环绕的焊缝密封地相互焊接。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的电池托架，其特征在于，框架型材至少在一个角部中通过电阻熔焊或电阻压焊密封地接合。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的电池托架，其特征在于，框架型材至少在一个角部中通过闪光对焊密封地接合。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的电池托架，其特征在于，两个相邻的框架型材在至少一个角部区域中具有槽口，使得两个框架型材在角部区域中相互嵌接并且其中一个框架型材的外壁封闭另一个框架型材的端侧。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的电池托架，其特征在于，两个相邻的框架型材在角部区域中具有斜切，使得框架型材的两个端侧彼此对接。
13.根据权利要求1所述的电池托架，其特征在于，在框架(6)中或在框架(6)的内侧上设置有用于与电池耦合的装配支架。
14.根据权利要求2所述的电池托架，其特征在于，所述底部板材从下方由螺栓穿过，其中，该螺栓拧入到框架的空心型材中。
15.根据权利要求3所述的电池托架，其特征在于，所述底部板材和冷却通道板从下方由螺栓穿过，其中，该螺栓拧入到框架的空心型材中。
16.根据权利要求1至5中任一项所述的电池托架，其特征在于，所述框架(6)在横截面中具有槽和/或预定弯折位置，使得在侧向碰撞时框架作为碰撞盒起作用。
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