CN111660786A - 用于混合动力机动车辆的电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将车辆电池(200)附接在混合动力机动车辆、特别是部分电动的混合动力机动车辆的车辆座椅(300)的座椅表面下方和车辆地板(350a)上方的电池装置(100)，其中，电池装置(100)包括车辆电池(200)和至少部分地围绕车辆电池(200)的电池罩(160)，并且其中，车辆电池(200)附接在车辆座椅(300)上，以便借助于引导装置(110)沿着车辆的横向方向相对于电池罩(160)和/或车辆座椅(300)以滑动方式可移动。

Description

用于混合动力机动车辆的电池装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于混合动力机动车辆、尤其是部分电动的混合动力机动车辆的电池装置，其中，车辆电池布置在或可以布置在车辆座椅的座椅表面下方和车辆地板上方。
背景技术
混合动力机动车辆的普遍变型是所谓的部分电动或轻度混合动力。对于所谓的部分电动混合动力车辆(也称为“轻度混合动力”或“mHEV”)，尽管也使用电动发动机，但其扭矩和电池功率不足以单独驱动机动车辆。电动驱动仅仅支持内燃发动机以提高性能。部分电动混合动力仍然具有良好的燃料节约潜力，并且可以另外以很小的努力集成在现有车辆设计中，而对于完全混合动力，需要更多的开发。用于这种部分电动混合动力的车辆电池通常被设计为48伏电池。
在这种混合动力机动车辆中，用于安全且同时实用的48伏电池的存储空间是有限的。研究表明，车辆电池的合适位置位于驾驶员座椅下方。然而，这通常带来了进一步的限制，因为在驾驶员座椅下方没有用于伺服电动机的空间，该空间使得能够自动调节驾驶员座椅。因此，车辆电池在驾驶员座椅下方的布置通常限制了驾驶员座椅对机械设备的可调节性。
在机动车辆中一个重要的方面是在事故中乘员的安全性，这由可供使用的变形区或溃缩区的构造和效率决定性地确定。然而，有效的溃缩区不仅用于保护乘员免受直接的机械撞击，而且还用于保护车辆的电子器件，并且在混合动力车辆的情况下，尤其用于保护车辆电池。通常利用侧面冲撞测试来测试驾驶员和车辆电池在驾驶员座椅的区域中的安全性。这里，模拟侧面碰撞，其中车辆被侧向抛向刚性的物体，例如树或柱子，或者可移动的物体，例如其它车辆。
通过车身的期望变形，对驾驶员和位于其下方的车辆电池的撞击被最小化。在这种期望的变形期间，车辆地板在驾驶员座椅下方向下弯曲。如果车辆电池位于车辆地板上，则其也将下沉或被向下拉，这增加了车辆电池变形或损坏的风险。此外，在车辆的横向方向上在驾驶员座椅和车辆地板的区域中提供有加强横杆，用于保护驾驶员。
在现有技术中，提出了用于在车辆碰撞的情况下保护驾驶员和/或车辆电池的不同解决方案。
JP2014-88068A公开了一种电池装置，其中车辆电池装置成在驾驶员座椅下方升高，从而保护电池免受液体(例如溢出的饮料)的影响。结果，可以省略防水电池壳体，由此可以降低车辆电池的生产成本。为此目的，车辆电池以底侧平放在保持设备的保持部分上，该保持设备可以构造为弯曲的金属板或者由具有U形横截面的硬塑料铸造成。U形的臂的端部悬挂在驾驶员座椅的下侧或悬挂在座椅导轨上，作为用于附接目的附接部分。在行驶期间的振动和冲击被缓冲材料吸收，该缓冲材料布置在保持部分和电池壳体之间。
DE102010045997A1公开了一种电池装置，其中车辆电池以梯形形式布置在车辆的中心通道中，即具有侧面斜面。在车辆电池的顶侧上提供同样倾斜的加强件，由此车辆电池与加强件一起适应于中心通道的内部的几何形状。以这种方式从内支撑的中心通道在发生侧面碰撞的情况下形成抵靠车辆座椅的横杆的支撑件或邻接件，该横杆具有预定断裂点。通过预定断裂点，横杆向上弯曲，并且将车辆座椅的座椅框架升高或推动到中心通道上方。
根据US2014/0136863A1，电池单元的三个电池模块被放置在驾驶员座椅下方，其中电池模块位于支撑板的顶部上。电池单元另外通过侧面附接凸缘与车辆车身的纵向支柱连接。在车辆电池的上方提供了用于驾驶员座椅的托架式支撑设备，该托架式支撑设备在车辆电池的相对于车辆方向的前侧和后侧上被旋拧到车辆车身的横支柱上。
在US8,556,016B2中，车辆电池装置成位于车辆地板上的中间空间中，该中间空间在顶侧由驾驶员座椅限制，通过横支柱朝向相对于行驶方向的前方，并通过车辆地板的升高朝向后方。气罐布置在后立面。或者，车辆电池位于车辆地板的凹陷中。
根据所示的现有技术，在车辆碰撞的情况下对车辆电池的安全保障因此仍然存在改进的空间。尽管刚性外壳或支柱构件可以保护车辆电池免受直接的机械撞击，但是它们也同时降低了变形区的有效性，这对车辆乘员的安全具有负面影响。然而，通过变形过程不会对车辆电池造成损坏。
发明内容
本发明的目的是保护混合动力机动车辆的车辆电池，并且同时优化机动车辆的变形区，以便改善乘员安全性，特别是在发生侧面撞击的情况下。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的用于混合动力机动车辆、特别是用于部分电动混合动力机动车辆的电池装置来实现，其中车辆电池布置在或可以布置在车辆座椅下方和车辆地板上方。从属权利要求进一步公开了本发明的特别有利的实施例。
应当注意，在以下描述中单独呈现的特征和措施可以以具有技术意义并示出本发明的进一步构造的任何方式彼此组合。说明书另外特别结合附图表征和说明了本发明。术语“上方”和“下方”和“在顶侧上”和“在底侧上”应相对于车辆的操作位置来理解。“车辆的纵向方向”或X方向是指沿着车辆的纵向轴线的基本上水平的方向。“车辆的横向方向”或Y方向是指垂直于车辆的纵向轴线的基本水平的方向。“车辆竖直”或Z方向是指相对于地面基本竖直的方向。本发明优选地应用于驾驶员座椅；然而，根据本发明，车辆电池也可布置在车辆中的任何其它车辆座椅下方。当主要以简化的方式提及车用电池时，总是要理解由至少一个电池壳体和布置在其中的电池模块、电池单元或其它电池子单元组成的电池单元。
本发明涉及一种用于将车辆电池附接在混合动力机动车辆、特别是部分电动的混合动力机动车辆的车辆座椅的座椅表面下方和车辆地板上方的电池装置，其中电池装置包括车辆电池和至少部分地围绕车辆电池的电池罩，并且其中车辆电池附接在车辆座椅上，以便通过引导装置沿着车辆的横向方向相对于电池罩和/或车辆座椅以滑动方式可移动。
通过车辆电池沿车辆横向方向的可动性，在混合动力机动车辆与树木或其它障碍物发生侧面碰撞的情况下，动能可以被耗散，而不会使车辆电池变形或损坏。在大多数车辆类型中，车辆车身的中心通道或者中心通道周围的区域可用于车辆电池的这种补偿运动。因此，车辆电池可以通过车辆电池的可滑动移动的附接或悬架从侧面碰撞侧移动到中心通道，即在车辆的正Y方向上移动。替代地或附加地，车辆电池可以被附接以便在车辆的相反的负Y方向上可移动，即远离中心通道。由此，电池也可以在车辆的相对侧上发生车辆碰撞的情况下执行补偿运动。
在一个可选的、有利的实施例中，车辆电池可以以滑动的方式沿着车辆的横向方向(特别是朝向中心通道)可移动一段距离，该距离基本上对应于车辆电池与中心通道之间的距离。
车辆电池可以在此安装成首先相对于电池罩在电池罩内可移动。此外，电池罩可以相对于车辆座椅或相对于机动车辆可移动，使得车辆电池的滑动运动的距离作为电池罩和车辆电池相对于电池罩的滑动运动的和而产生。
在电池装置的优选的构造中，电池罩或保护罩或电池保护罩构造有或包括碰撞保护部，用于在混合动力机动车辆发生侧面碰撞时在撞击区域中保护车辆电池。
在混合动力机动车辆发生侧面碰撞时，该侧面冲力例如通过门槛的运动可以将冲击传递到车辆电池或电池罩的侧壁上。因此，电池罩在车辆电池的朝向门槛的侧壁上构造有碰撞保护部或构造为碰撞保护部。碰撞保护部防止车辆电池或电池壳体上的损坏性应力。通过将碰撞保护部局部限制在那些在横向碰撞的情况下实际上受到机械应力的位置，电池罩不必完全包围整个车辆电池。在碰撞的情况下不经受应力的区域不必以连续的方式构造。除了碰撞区域之外，首先，所有角和边也将被保护。根据车辆类型，也可以增加保护区域。通过限制到局部脆弱区域，可以节省材料并且最小化车辆的必要附加重量。
特别地，引导装置可以有利地构造在车辆电池和电池罩之间，用于车辆电池和电池罩之间的相对运动。
在侧面碰撞电池罩的情况下，电池罩变形，但基本上保持在固定的位置中。同时，电池罩释放车辆电池，以便沿着车辆的横向方向朝向中心通道运动。由此，车辆电池相对于受到强变形的区域获得了附加的距离。因此，可以避免电池壳体本身和位于其中的车辆电池的损坏。
优选地，引导装置包括至少一个构造在车辆电池上的引导槽或引导导轨和至少一个以与其互补的方式构造在电池罩上的突出部，突出部用于在引导槽或引导导轨中滑动接合。
这种引导装置可以特别容易地制造。在发生侧面碰撞的情况下，电池罩上的突出部或一些其它突起与引导槽和/或引导导轨滑动接合。突出部和引导槽两者都平行于车辆的横向方向定向，以便能够沿该方向滑动运动。引导装置可以另外具有防止无意的滑动运动的锁定机构或固定机构。
在一种可选的实施例中，电池罩布置在保持设备上，其中，保持设备能够与车辆座椅以固定的方式连接。
优选地，保持设备连接到或者可以连接到车辆座椅的横杆和/或车辆座椅的座椅导轨。为了保持侧面碰撞的撞击远离车辆座椅的乘员，横杆和座椅导轨被设计成自身被加强或相对于彼此处于适当位置。为此目的，用于以固定方式附接的电池罩的保持设备特别优选与这些车辆部件连接。
车辆电池优选地通过悬架在车辆地板上方的电池罩保持。
“悬架”尤其应理解为，车辆电池与车辆地板间隔一定距离地布置，或者直接或间接地与车辆地板接触。因此，附接布置可以说是悬架布置。通过这种悬架布置，不仅确保车辆电池免于移位，而且车辆电池的总重量完全或基本完全由构造为悬架装置的附接装置承担。悬架装置的典型特征在于，它们在振动或其它冲击的情况下具有一定的运动间隙，以便补偿振动。通过这种方式，可以防止例如当在鹅卵石上行驶时的振动或其它冲击的传递，由此车辆电池或车辆电池周围的额外填料变得不必要，并且降低了复杂性。电池以实际上可移动的方式被附接。
在本发明的特别优选的实施例中，保持设备具有用于与电池罩连接的两个第一部分和用于与第一横杆或前横杆和与第二横杆或后横杆连接的两个第二部分。
此外，车辆电池优选地通过将保持设备附接在连接部分上而保持在两个相对侧壁上和/或保持在顶侧上和/或底侧上。第一横杆优选地设计成相对于第二横杆被额外地加强。在本发明的可选实施例中，保持设备包括两个第一部分和两个第二部分，两个第一部分将与车辆电池连接，两个第二部分将与第一横杆的第一横向支撑部和/或第二横杆的第二横向支撑部连接。通过横向支撑部，横杆的顶部限制壁也将被理解。第二连接部分在安装期间可以简单地放置在横杆的横向支撑部上，并且随后通过在车辆构造中使用的所有已知的附接装置固定。通过这种方式，使得电池装置的特别容易和快速的安装成为可能。位于第一部分和第二部分之间的连接区域是纵长的，优选地构造为弹簧弹性连接线或弹簧弹性金属片，并且在车辆电池的顶部或顶侧上延伸。
车辆电池还可配备有布置在车辆电池的顶侧上或顶部区域中的偏转斜面，用于车辆电池的改进的安全保障。
特别地，围绕车辆电池的壳体包括该偏转斜面。通过偏转斜面，可以避免由于击打或碰撞或撞击邻近车辆电池的座椅导轨而损坏车辆电池或电池壳体。座椅导轨将沿着偏转斜面在车辆电池或电池壳体上滑动，而不是与电池壳体的侧壁碰撞。在车辆(例如，与障碍物、柱子、其它车辆……)发生侧面碰撞的情况下，相应的动能可传递到车辆座椅的座椅导轨，于是座椅导轨沿中心通道的方向在车辆的纵向轴线的区域中滑动。如果合适，横向支柱构件提供在邻近车辆电池的两个座椅导轨之间，其保持座椅导轨相对于彼此处于固定的距离。在这种情况下，两个导轨都以固定距离并相对于车辆电池移动。然而，通过在座椅导轨的区域中的偏转斜面，不形成可能导致例如电池壳体的变形或损坏的撞击表面。相反，当座椅导轨沿着车辆电池的电池壳体的上侧或顶侧上的偏转斜面滑动时，动能被耗散，并且车辆的结构可以使用所获得的空间用于额外的变形，即，通过结构变形耗散动能，而不损坏电池。车辆电池和座椅导轨也通过车辆电池在电池罩内的滑动运动而在另一个内部滑动或嵌套。通过将偏转斜面集成在电池壳体中，不需要附加的部件，由此减轻了车辆重量并且降低了组件的复杂性。
附图说明
附图1示出了现有技术的电池装置的部分截面正视图。本发明的其它有利构造在从属权利要求和附图的以下描述中公开。其他附图以示例性实施例的形式示出
附图2是本发明的示例性实施例的透视图，
附图3是根据本发明的电池装置的示例性实施例的侧视图，
附图4a是根据本发明的电池装置在车辆碰撞之前的示例性实施例的侧视图，
附图4b是根据本发明的电池装置在车辆碰撞之后的示例性实施例的侧视图。
具体实施方式
在不同的附图中，等同的组件总是提供有相同的附图标记，这就是为什么这些部件通常仅描述一次的原因。特别地，为了更清楚起见，应当在以简化的方式省略或表示不同部件的意义上理解附图。
图1的正视图示出了电池装置100，其包括车辆电池200和车辆座椅300。示出了根据现有技术车辆侧面碰撞500(即，在车辆的横向方向上的碰撞)对车辆电池200的影响，车辆电池200布置在车辆地板350a、350b和车辆座椅300之间。用虚线绘出的是未变形的车辆地板350a，在车辆地板350a上，车辆电池200a在碰撞500前的位置用虚线绘出。在侧面碰撞500的情况下，车辆车身400(参见图2)变形，并且因此车辆电池200所位于的或其所附接的车辆地板350b也变形。车辆地板350b向下弯曲，由此车辆电池200也在由绘出的箭头表示的运动方向120上执行向下的运动。车辆电池200通过其自身重量和/或通过与弯曲的车辆地板350b的附接而被向下拉。在此存在的风险是，车辆电池200或围绕它的壳体变形或以其他方式损坏。
另一方面，图2示出了根据本发明的电池装置100，用于将车辆电池200附接到车辆车身400，其中未示出车辆座椅300(参见图1)。车辆电池200布置在电池壳体中，该电池壳体又在区域中由电池罩160包围。这尤其适用于在车辆碰撞500(参见图1)的情况下受到变形的车辆车身400的机械撞击影响的那些区域。因此，车辆电池200的面向门槛的侧壁包括碰撞保护部161，其中不是整个侧壁都被碰撞保护部161覆盖，而是仅侧壁的边缘区域被覆盖。实质上，电池罩160被构造为用于车辆电池200的侧边缘的边缘保护部162。除了面向门槛的侧边缘之外，特别是与车辆电池的底侧230(参见图3)接界的侧边缘配备有边缘保护部162，用于在车辆地板350b(参见图1)变形的情况下进行保护。电池罩160包括用于与保持设备111连接的附接部分163。保持设备111具有两个第一部分111a，它们在两个位置上与电池罩160的附接部分163以固定方式连接。保持设备111还具有两个第二部分111b，它们分别在一个位置上与第一或前横杆390和第二或后横杆380以固定的方式连接。车辆电池200由保持设备111保持，并且保持在电池罩160中，以便悬架在第一横杆390和第二横杆380之间。保持设备111构造有一体式连接金属板112，其平放在车辆电池200的顶侧210上的中间区域中，并且围绕车辆电池200侧面弯曲，使得优选构造为平端部部分的两个第二部分111b平放在第一或前横向支撑部391和第二或后横向支撑部381上。在混合动力机动车辆的操作过程中，保持设备111以固定的方式连接到电池罩160和车辆车身400。相反，在车辆电池200和电池罩160之间提供引导装置110，其操作原理将在下面更详细地描述。
图3示出了根据本发明的电池装置100的侧视图。引导装置110至少包括在电池壳体中的外部壁上的引导槽113。引导槽113沿着车辆的横向方向定向，以用于车辆电池200在车辆的横向方向上的运动。在电池罩160上构造为突起的突出部114接合在该引导槽113中。车辆电池200因此被安装为能够以滑动方式可移动，以便在+y方向164上即朝向车辆的中心通道420运动，并且在-y方向165上即朝向门槛的方向上运动。在机动车辆的正常操作期间，不一定提供车辆电池200在引导装置110中来回移动。例如，固定设备因此可以提供在引导槽113和突出部114之间，其防止在行驶期间发生简单冲击的情况下车辆电池200和电池罩160之间的运动。为了车辆电池200朝向中心通道420(参见图2)的滑动运动，车辆电池200的面向中心通道420的一侧配备有偏转斜面250，使得例如刚性安装的座椅导轨不会打击车辆电池200，而是在电池壳体上滑动。应注意，引导装置110不仅可以侧向地布置在车辆电池200上，而且可以布置在其顶侧210和/或底侧230上。
图4a示出了在车辆的侧面碰撞500(参见图4b)之前处于静止初始位置430的电池装置100和中心通道420，其中车辆电池200布置在由横杆380、390(参见图2)和保持设备111确定的位置。如果合适的话，车辆电池200布置在未变形的车辆地板350a上方的较小距离处，而不将重量放置在其上。通过初始位置430，保持到中心通道420的距离431，使得该距离420可用于变形空间，以用于在车辆的侧面碰撞500的情况下车辆电池200在+y方向164上的运动。车辆电池200的撞击区域220尤其通过电池罩160的碰撞保护部161来保护以免(例如门槛的)碰撞。
图4b示出了在车辆的侧面碰撞500之后处于最终位置440的电池装置100和中心通道420，其中车辆电池200已经相对于电池罩160动态地滑动。如果车辆电池200由于车辆在车辆的横向方向(y方向)上的侧面侵入而经受通过载荷路径的应力，则车辆电池200在电池罩160内侧在+y方向164上滑动。滑动运动以受控的方式实施，使得各个部件滑动到彼此中并且利用自由变形空间，而尤其是车辆电池200的电池壳体不经受附加的机械撞击。因此，能够降低车辆电池200的电池壳体变形的风险。在本发明的优选实施例中，连接到电池罩160的保持设备111，特别是连接金属板112，可以以预定方式变形。另外，车辆电池200在电池罩160中滑动由虚线绘出的相对滑动运动441的量。特别地，未示出的第二部分111b连接到横杆380、390，其中横杆380、390中的一个或两个(参见图2)可以被设计成被加强。另一方面，连接金属板112本身在电池罩160运动的情况下可变形，特别是借助于电池罩160与电池壳体200的碰撞保护部161和边缘保护部162协作而弹性可变形，在侧面碰撞500的情况下车辆电池200损坏的风险可保持较低。
附图标记列表：
100电池装置
110引导装置
111保持设备
111a第一部分
111b第二部分
112连接金属板
113引导槽
114突出部
120运动方向
160电池罩
161碰撞保护部
162边缘保护部
163附接部分
164+y方向
165-y方向
200车辆电池
200a碰撞前车辆电池的位置
210顶侧
220撞击区域
230底侧
300车辆座椅
350a车辆地板(不变形)
350b车辆地板(变形)
380第二或后横杆
381第二或后横向支撑部
390第一或前横杆
391第一或前横向支撑部
400车辆车身
420中心通道
430初始位置
431变形空间的距离
440最终位置
441相对滑动运动
500侧面碰撞/车辆碰撞

Claims (9)

1.一种电池装置(100)，用于将车辆电池(200)附接在混合动力机动车辆的车辆座椅(300)的座椅表面下方并且附接在车辆地板(350a)上方，所述混合动力机动车辆特别是部分电动的混合动力机动车辆，其中所述电池装置(100)包括所述车辆电池(200)和至少部分地围绕所述车辆电池(200)的电池罩(160)，
其特征在于，
所述车辆电池(200)附接在所述车辆座椅(300)上，以便借助于引导装置(110)沿着车辆的横向方向相对于所述电池罩(160)和/或所述车辆座椅(300)以滑动方式可移动。
2.根据权利要求1所述的电池装置(100)，
其特征在于，
所述车辆电池(200)可沿车辆的横向方向特别是朝向中心通道(420)以滑动方式移动一距离，所述距离基本上对应于所述车辆电池(200)与所述中心通道(420)之间的距离(431)。
3.根据权利要求1或2所述的电池装置(100)，
其特征在于，
所述电池罩(160)形成或具有碰撞保护部(161)，用于在所述混合动力机动车辆发生侧面碰撞(500)的情况下在撞击区域(220)中保护所述车辆电池(200)。
4.根据前述权利要求中的一项所述的电池装置(100)，
其特征在于，
所述引导装置(110)被构造在所述车辆电池(200)和所述电池罩(160)之间，用于所述车辆电池(200)和所述电池罩(160)之间的相对滑动运动(441)。
5.根据前述权利要求中的一项所述的电池装置(100)，
其特征在于，
所述引导装置(110)包括至少一个构造在所述车辆电池(200)上的引导槽(113)或引导导轨和至少一个以与其互补的方式构造在所述电池罩(160)上的突出部(114)，所述突出部(114)用于滑动接合在所述引导槽(113)或所述引导导轨中。
6.根据前述权利要求中的一项所述的电池装置(100)，
其特征在于，
所述电池罩(160)布置在保持设备(111)上，其中，所述保持设备(111)能够与所述混合动力机动车辆固定地连接。
7.根据前述权利要求中的一项所述的电池装置(100)，
其特征在于，
所述车辆电池(200)通过悬架在车辆地板(350a)上方的所述电池罩(160)保持。
8.根据权利要求6或7所述的电池装置(100)，
其特征在于，
所述保持设备(111)具有用于与所述电池罩(160)连接的两个第一部分(111a)和用于与第一或前横杆(390)和第二或后横杆(380)连接的两个第二部分(111b)。
9.根据前述权利要求中的一项所述的电池装置(100)，
其特征在于，
所述车辆电池(200)配备有布置在所述车辆电池(200)的顶侧上或顶部区域(210)中的偏转斜面(250)。
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