CN113972429A - 用于电动车辆的电池托架及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动车辆的电池托架(1)及其制造方法，电池托架具有包括框架(2)的槽和/或在槽中伸延的梁(4、5)，其中，框架(2)和/或梁(4、5)由空心构型、尤其经挤出的轻金属构型(3)制成，轻金属构型借助材料连接的接合连接。至少一个轻金属构型(3)在一端部区段处在几何结构方面被校准，尤其在上侧(11)具有倒棱(13)，其中，热接合缝(12)布置在倒棱(13)中。

Description

用于电动车辆的电池托架及其制造方法
技术领域
本发明涉及电动车辆的技术领域，尤其涉及一种电动车辆的电池托架及其制造方法。
背景技术
如今为了制造电池托架，为此对底部和壁部使用由铝或钢合金作为材料的构型，壁部彼此接合，因此提供用于容纳电池的内部空间。该内部空间通过顶盖和密封件流体密封地封闭。每一个或多个构型的底部和壁部也流体密封地彼此连接，例如通过摩擦接触焊接或冷压接合连接。
由于电池托架为几平方米的大尺寸，在制造时的挑战是挤压工艺中构型的制造公差(壁厚、外部尺寸等)或在钢材料的情况下辊压成型工艺中构型的制造公差也相当大，因此难以彼此耦联。
对接合区域、尤其框架构型进行成本密集地切削加工，以便降低或补偿大的公差。在此，构型所需的加工余量也引起较高的总重量，因为壁厚比运行强度所需选择的更高。
替代地，已知构型尤其在接合之前在夹紧装置或框夹具中相对彼此定向并且定位到接合方位中，然后接合。对此不利的是，引入了高的固有应力，固有应力会不利于电池容器的耐久性和碰撞性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池托架，该电池托架能够成本有利地制成，同时在各个构件的连接部位处具有高度的几何精确性以及可选地满足更好的密封特性。
本发明提供一种用于电动车辆的电池托架，所述电池托架具有包括框架的槽和/或在所述槽中伸延的梁，其中，所述框架和/或所述梁由空心构型、尤其经挤出的轻金属构型制成，所述轻金属构型借助材料连接的接合连接，至少一个轻金属构型在一端部区段处在几何结构方面被校准，并且在上侧至少局部地具有倒棱，其中，热接合缝布置在所述倒棱中。
在一实施例中，在所述框架的角区域中，两个相邻的轻金属构型对接地彼此贴靠，其中，至少在一个轻金属构型上在上侧构造有倒棱，在所述倒棱中焊缝凹陷地设置。
在一实施例中，所述轻金属构型的框架的侧壁在所述端部区域中变形。
在一实施例中，所述轻金属构型的上壁和下壁在端部区域中变形。
在一实施例中，在端部区域中，通过校准，相对于所述侧壁的垂线的定向不同于在与所述端部区段邻接的长度区段中的侧壁的定向。
在一实施例中，在俯视图中轻金属构型具有矩形的凹口，将相邻的轻金属构型置入所述凹口中。
在一实施例中，两个相邻的轻金属构型具有彼此不同的横截面。
在一实施例中，倒棱构造在端部区段的端棱边和/或外部的纵向棱边上。
本发明还提供一种制造用于电动车辆的的电池托架的方法，所述托架具有在外部至少部分环绕的框架，所述框架由彼此热接合的轻金属构型制成，所述方法具有以下方法步骤：
提供轻金属构型，
可选地将所述轻金属构型截取成期望的长度，
通过塑性变形对至少一个轻金属构型在端侧进行校准，
其中，在挤出期间、在端侧校准之前或优选地在端侧校准期间产生倒棱，
布置两个彼此相邻的轻金属构型并且在端部区段中进行热接合。
在一实施例中，所述校准借助内模具和外模具执行，所述内模具和外模具沿纵向方向被引入到所述轻金属构型中。
根据本发明的电池托架也可称为电池座盘或电池壳。该电池托架优选布置在电动车辆的底板区域中，下面电动车辆也可称为电动车。这种电池托架的内部空间适用于容纳大量的电池，电池存储电能以使得电动车辆向前运动。电池也可称为电动车电池。就俯视图的面而言，这种电池托架可能具有大于一平方米或大于两平方米的尺寸。
电池托架称为经构造的电池托架。这意味着，电池托架不是由槽、例如板构件一件式深冲而成或者作为塑料构件制成。而是电池托架具有在外部、至少部分优选地完全环绕的框架。该框架由不同的空心构型制成。空心构型可由钢材料构成并且例如通过变形或尤其辊压成型制成。但是特别优选地，电池托架由轻金属构型构成。轻金属构型尤其作为经挤出的挤压型材制成。十分特别优选地由铝合金制成。该轻金属构型的横截面本身可由多腔空心构型构成。因此下面将空心构型称为轻金属构型，但是也可称为钢构型。
本发明还提出，在电池托架内布置梁。梁可构造成横梁或纵梁。梁一方面用于在运行期间加固，但是也刚好应用在碰撞情况中。尤其梁作为横梁或纵梁布置在电池托架中。梁也可用于划分相应车辆电池的各个容纳空间。
在下面使用术语轻金属构型。但是在本公开中也包括由钢制成的构型构件。无需再重复或者区分这些术语就可替换。
根据本发明，至少一个轻金属构型在至少一个端部区域中的几何结构被校准。
几何结构被校准理解为，在稍后的接合过程中轻金属构型在端部区域中持续性塑性变形。由此实现，需要与另一构件接合的相应端部区域针对其横截面几何结构方面以及其方位公差方面精确地布置，使得以较高的精度进行安装。由此可避免构件本身中的固有应力，因为可能用于接合构件的框夹具没有额外地使可借助其接合的各个构件承受应力，因为已经通过校准实现了更好的方位公差以及在横截面几何结构中的公差。
根据本发明的另一优点通过以下方案实现，也可通过在端部区域中在上侧制造倒棱来实施校准。因此倒棱尤其可通过压入或压紧以变形技术制成。但是倒棱也可通过铣削方法切削加工地制成。在稍后的热接合过程中，在倒棱本身中可制造部分地设置接合缝。因此可将两个彼此邻接构件的接合缝构造成凹陷的并且在使用足够精确的热接合方法、例如激光焊接时需要很少的和/或可忽略的再加工。必要时，可对接合缝进行精磨削，但是无需麻烦的切削加工，例如首先通过铣削过程加工。
通过制造轻金属构型的倒棱以及对整个端部区段的几何结构校准，同时也改进了待建立的焊接连接的品质，因为可以更高的精确度建立焊接连接并且必要时无需补偿待接合的两个构件的方位公差。通过降低或避免移除大的接合突出部，总体上明显提高了缝隙的承载能力。
因此尤其根据本发明在待连接的端部区域处校准轻金属构型并且更为优选地，在其上侧、但是也可在其他侧设置倒棱，使得在稍后的热接合过程中可实现更高的几何结构精度以及焊缝的更好效果，同时减少了再加工的必要性。
同样地，借助本发明例如也可补偿两个相邻轻金属构型在相应端部区域中的过渡区域中的高度偏移。
为此例如尤其在校准过程期间对上侧进行冲压，例如抬高或压下，使得在外部环绕的框架的上侧、尤其在两个相邻的轻金属构型的过渡区域中提供平坦的过渡部。但是在轻金属构型的另一纵向伸延中由此决定的始终产生的高度偏移是流动地或递进地或递减地伸延。但是在两个相邻的轻金属构型之间的对接棱边的区域中，该高度偏移构造成阶梯偏移，这可通过根据本发明的校准过程避免。
因此使得轻金属构型的端部区域相对于剩余纵向伸延具有不同的横截面几何结构。这由校准过程期间的塑形变形引起。
因此，根据本发明可取消公差补偿元件。同样地，无需使用焊接框架或焊接夹具使得构件彼此对准以及使其夹紧来补偿公差。
因此，根据本发明轻金属构型尤其可通过在至少一个壁区段中有针对性地引入的局部塑性变形在接合区域中被校准。
因此侧壁关于垂线的定向或角方位与侧壁在相同的轻金属构型的邻接角区域的纵向区段中的定向不同。
在轻金属构型的端部区域中的横截面形状也与同一轻金属构型的紧随的纵向区段的横截面形状不同。
在周边可使用轻金属构型的相同横截面。但是也可使用具有彼此不同横截面的不同轻金属构型。例如框架构型可具有与梁的横截面不同的、尤其更大的横截面。
也可使得该框架的两个轻金属构型的横截面彼此不同。相对于电池托架的侧壁的轻金属构型，例如在一个头部侧上可安装横截面更大的横截面构型。
本发明的另一组成部分是用于制造具有至少部分地在外部环绕的框架的电池托架的方法，该框架由彼此热接合的轻金属构型制成。优选地，制造具有前述特征的电池托架。
该方法包括以下步骤：
提供轻金属构型，
可选地将轻金属构型截取成期望的长度，
通过塑性变形对至少一个轻金属构型在端侧进行校准，
其中，在挤出期间、在端侧校准之前或优选地在端侧校准期间产生倒棱，
布置两个彼此相邻的轻金属构型并且在端部区段中进行热接合。
优选借助内模具和外模具进行校准。优选地，内模具为此沿纵向方向至少在端部区域中引入到轻金属构型中。于是，外模具优选作为压紧模具侧面地或从上方和下方接近，使得横截面塑性成型或变形。
在变形期间也可通过变形技术或冲压技术构造倒棱。替代地也可通过切削加工过程制造倒棱。替代地，也可在挤出期间一起制造倒棱。
经校准的面此时尤其是接合区域。这是焊接面，但是也可是粘结面，例如可在侧壁上。接合区域此时尤其可与相邻的轻金属构型对接地布置和接合。
经校准的区域可向外或向内塑性变形，使得例如在横截面中有变窄的构型横截面。但是根据生产的轻金属构型的实际尺寸也可扩宽端部区段。
在本发明中也可校准构造在轻金属构型的中间区域的纵向区段。这例如需要用于连接梁。但是在这种情况下没有借助内模具作为配对保持模具。因此该校准仅借助一个外模具进行。
附图说明
本发明的其他优点、特征、特性和方案是下面描述的对象。优选的设计方案在示意图中示出。附图用于简单地理解本发明。其中示出：
图1示出了根据本发明的电池托架的立体图，
图2a和2b示出了现有技术中的两个不同的耦联方案，
图3示出了根据本发明的在轻金属构型的端部区域中的校准过程，
图4示出了两个相邻的轻金属构型的耦联部的侧视图，
图5a和5b示出了根据图4的具有倒棱的侧视图和俯视图，
图6a和6b示出了具有倒棱的不同变型方案，
图7a、7b和7c示出了对轻金属构型的端部区域的不同校准，
图8示出了两个相邻的轻金属构型的端部区域的俯视图，
图9示出了轻金属构型的立体图，
图10示出了轻金属构型的替代变型设计的立体图，
图11示出了轻金属构型的端部区域的端面视图，
图12示出了框架的立体图，
图13a和13b示出了根据图4的具有底部和顶盖以及结合成一体的密封件的变型方案的横截面视图以及俯视图，以及
图14a和14b示出了图13的替代变型方案。
具体实施方式
在附图中，对于相同的或类似的构件使用相同的附图标记，出于简化的目的不再重复描述。
图1示出了根据本发明的电池托架1的立体图。电池托架1具有在外部环绕的框架2。框架2由四个轻金属构型3构成，即前部的轻金属构型、后部的轻金属构型和分别在侧面的轻金属构型3。两个横梁4在侧面的轻金属构型3之间延伸。一个纵梁5从前部的轻金属构型至后部的轻金属构型3延伸。由此在电池托架1内显示出用于未详细示出电池的不同容纳空间。在外部环绕地示出了机械接口6，电池托架1可借助机械接口固定在机动车中。是否存在纵梁以及纵梁的数量或横梁的数量在本发明中是可变的并且尤其与待容纳的电池数量和结构形状相关。
根据本发明还在上侧设有安装点7，以便将未详细示出的顶盖与电池托架1或电池托架1的槽耦联。两个彼此相邻的轻金属构型3在相应的端部区域8中彼此耦联，这尤其借助热接合实施。关于绘图平面在前部的横向伸延的轻金属构型3对接地耦联到两个侧面的轻金属构型3上。为了在此能够使得侧面的轻金属构型3的侧壁9或前部的轻金属构型3的端壁10彼此邻接，校正相邻轻金属3的至少一个、优选两个端部区域8。
在热接合时如果没有校准会出现如在图2a或2b中所示的错误状态。在此前侧壁作为前部的轻金属构型3与侧面的轻金属构型3的部分伸出部示出。例如如在图3a中在侧面的轻金属构型3的端部区域中获得角错位。因此侧面的轻金属构型3的侧壁9相对于前部的轻金属构型3的端壁10突出，因此尤其侧壁9的方位相对于垂线V偏移。在图2b中示出了相应的高度偏移。前部的轻金属构型3的上侧11比侧面构型的上侧11布置得更高。如果此时根据图2a沿着侧壁9进行焊接过程或在上侧11进行焊接过程，则在此获得相应的高度偏移，该高度偏移在安装未详细示出的顶盖时以及在其之间的在过渡区域中的密封件时产生不利作用。
在此开始本发明。相应的轻金属构型3在其端部区域8中被校准，这用实线示出。虚线用于表示交付状态、即在挤出之后的交付状态。在校准时，在轻金属构型3的纵向伸延中在此端部区域8向上或向下或向内或向外塑性变形，使得相对于相邻的轻金属构型3在彼此贴靠时提供尽可能无缝隙的过渡部。右侧的轻金属构型的角方位被补偿。
在所有公开内容中，端部区域8涉及轻金属构型3的总长度的尤其小于百分之20的区域。优选地，端部区域8主要涉及另一轻金属构型3对接耦联的区域。
因此根据图4可制造特别高的精度。尤其在此在横截面中外部的轻金属构型3作为L形的三腔空心构型，此时前部的轻金属构型3对接地贴靠在三腔空心构型上。侧壁9以及端侧10在此彼此对齐或有角度方位等。因此，可特别精确地引入未详细示出的热接合缝12。还示出了上侧的和下侧的热接合缝12。但是上侧的热接合缝12相比于上侧11突出。
因此，未详细示出的顶盖在接合缝12的区域中在上部区域轻微地抬升。必须有额外的措施，例如使用更多的密封材料和/或对上接合缝12进行切削加工，使得形成基本上平坦的表面。
对此，在本发明的根据5a和5b的另一有利变型方案中，部分地构造倒棱13，尤其压入倒棱。此时在倒棱13中布置接合缝12。由此根据本发明实现的优点是，接合缝12已经向内错位或看向上侧11时向下错位。这使得接合缝12不再或以可忽略的程度伸出到上侧11上。因此在施加密封件或密封材料来安装顶盖时可在很少的或没有精加工的情况下安装相应的顶盖。
根据图5a和5b的构造，在此倒棱13在轻金属构型3的端部区域8中。倒棱13构造在上侧11以及下侧14。根据图6a和6b，倒棱13在图6a中可构造在轻金属构型3的端侧10上。替代地，根据图6b也可构造在相应的轻金属构型3的侧壁9以及端壁上。也可如在图6b所示的下侧上，倒棱13仅布置在构型的端侧上，其中，在相应的轻金属构型3的上侧11以及侧壁9和端侧10上布置相应的倒棱13来容纳相应的热接合缝12。
图7a、7b和7c示出了轻金属构型3的相应侧视图和横截面视图。在图7a中上侧11在端部区段中被校准，这通过使上侧11向上变形实现。此时在此相应的过渡区域15可构造成向下倾斜的。因此在对接耦联时，该过渡区域如在图2中没有作为阶梯凸肩伸出。在根据图7a的横截面中，根据实线仅部分地在一个区域中向上成型。根据图7b几乎在横截面的整个宽度上都向上成型。根据图7c，端部区段的上侧11按压得更加平整，使得横截面减小。在待安装的顶盖的可能的支承面方面又获得以下优点，在至未详细示出的另一构型的过渡部15处有阶梯凸肩。在根据图7的示例中没有示出倒棱，但是例如可如图6额外地构造。
因此，根据图8在两个彼此邻接的轻金属构型3的上侧11处构造相应的热接合缝12，但是该热接合缝没有突出到上侧11上。因此获得了基本上连续的平面来支承未详细示出的顶盖。在此同样适用于下侧。也可看出，倒棱13作为局部冲压部仅构造在端部区域8中。替代地，在本发明中倒棱13也可在制造初始构型时连续地同时挤出，而不是仅局部冲压。
根据图9至图10，轻金属构型3可在其纵向伸延16中具有其他的接合法兰或凹口。中间区域18如例如在图9中所示也可被校准。该中间区域此时优选仅从外部校准，但是在其方位方面为例如待安装的中间梁等提供相应的几何结构精确性，使得能够焊接。
图11示出了端部区域或端侧10作为相应的轻金属构型3。在此倒棱13仅构造在端侧10的区域中。额外地在侧壁9中进行另一冲压。该冲压例如也可在校准过程期间引入，例如以便在轻金属构型3中固紧内部增强部或其他的安装构件。
图12示出了用于制造电池托架1的框架的组件。在此设有前侧的轻金属构型3。在该轻金属构型中装入纵梁5以及两个侧面的轻金属构型3。对此将前部的轻金属构型3的端部区域8以矩形横截面切断，使得前部的侧面轻金属构型3装入该端部区域8中。在此也进行相应的校准，然后实现未详细示出的热接合。
图13a和13b示出了类似于图4的纵截面视图以及俯视图。在上侧11安置顶盖20。在下侧14安置底部21。将密封件19分别结合到其中，密封件例如呈密封条或密封块的形状。在此可再次看出本发明的优点。在环绕的框架耦联之后，在倒棱13中下沉的接合缝12基本上无需再加工。可安装底部21和顶盖20并且其随着密封件19的置入几乎平面地置于上侧11或下侧14上，使得在大批量生产中也确保对电池盒或电池托架密封性的足够精确性。底部位置本身例如也可紧密地焊接。图13b示出了俯视图。在此示出了相应的螺旋部24，以便例如依据俯视图可安置顶盖20。
图14a和14b示出了与图13a和13b类似的变型方案。在对图13的补充中构造有冷却底部。底部21构造成底板。在底板上安装包括加强筋或冲压部的叠片22。由此在底部21和叠片22之间形成冷却通道23。叠片22和底板可钎焊或紧密地焊接，使得形成有通道的双板层。
附图标记列表
1 电池托架
2 框架
3 轻金属构型
4 横梁
5 纵梁
6 接口
7 安装点
8 3的端部区域
9 3的侧壁
10 3的端侧
11 上侧
12 接合缝
13 倒棱
14 下侧
15 过渡区域
16 纵向伸延
17 法兰
18 中间区域
19 密封件
20 顶盖
21 底部
22 叠片
23 冷却通道
24 螺旋部
V 竖向方向/垂线

Claims (10)

1.一种用于电动车辆的电池托架(1)，所述电池托架具有包括框架(2)的槽和/或在所述槽中伸延的梁(4、5)，其中，所述框架(2)和/或所述梁(4、5)由空心构型、尤其经挤出的轻金属构型(3)制成，所述轻金属构型借助材料连接的接合连接，其特征在于，至少一个轻金属构型(3)在一端部区段处在几何结构方面被校准，并且在上侧(11)至少局部地具有倒棱(13)，其中，热接合缝(12)布置在所述倒棱(13)中。
2.根据权利要求1所述的电池托架(1)，其特征在于，在所述框架(2)的角区域中，两个相邻的轻金属构型(3)对接地彼此贴靠，其中，至少在一个轻金属构型(3)上在上侧(11)构造有倒棱(13)，在所述倒棱中焊缝凹陷地设置。
3.根据权利要求1或2所述的电池托架(1)，其特征在于，所述轻金属构型(3)的框架(2)的侧壁(9)在所述端部区域(8)中变形。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池托架(1)，其特征在于，所述轻金属构型(3)的上壁和下壁在端部区域(8)中变形。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池托架(1)，其特征在于，在端部区域(8)中，通过校准，相对于所述侧壁(9)的垂线(V)的定向不同于在与所述端部区段(8)邻接的长度区段中的侧壁(9)的定向。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池托架(1)，其特征在于，在俯视图中轻金属构型(3)具有矩形的凹口，将相邻的轻金属构型(3)置入所述凹口中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池托架(1)，其特征在于，两个相邻的轻金属构型(3)具有彼此不同的横截面。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池托架(1)，其特征在于，倒棱(13)构造在端部区段的端棱边和/或外部的纵向棱边上。
9.用于制造根据权利要求1所述的电池托架(1)的方法，所述托架具有在外部至少部分环绕的框架(2)，所述框架由彼此热接合的轻金属构型(3)制成，所述方法具有以下方法步骤：
提供轻金属构型(3)，
可选地将所述轻金属构型(3)截取成期望的长度，
通过塑性变形对至少一个轻金属构型(3)在端侧进行校准，
其中，在挤出期间、在端侧校准之前或优选地在端侧校准期间产生倒棱(13)，
布置两个彼此相邻的轻金属构型(3)并且在端部区段中进行热接合。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述校准借助内模具和外模具执行，所述内模具和外模具沿纵向方向被引入到所述轻金属构型(3)中。
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