CN114616715A - 用于接收电池单元的支撑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在混合动力或电动车辆的电池系统中接收电池单元(11)的支撑结构(1)，所述支撑结构(1)包括底板(2)和布置在所述底板上的两个侧板(31、32)，其中，所述两个侧板(31、32)和底板(2)的内侧限定用于接收电池单元(11)的内部容积(3)，每个侧板(31、32)在其外侧均包括凸缘(41、42)，并且每个凸缘分别包括用于将所述支撑结构紧固到毗邻的支撑结构(1)的固定装置(7)。

Description

用于接收电池单元的支撑结构
技术领域
本发明涉及一种用于接收电池单元的支撑结构，更特别地涉及一种可用于组装模块化电池系统作为混合动力或电动车辆的牵引电池的支撑结构。
背景技术
由电动机驱动的电动汽车或由电动机和内燃机驱动的混合动力汽车，搭载具有多个电池模块的电池，这些电池模块通过电气和机械连接形成电池系统作为牵引电池。已知由放置在模块外壳内的多个电池单元组成每个电池模块。为了形成牵引电池，电池模块通常包含在电池外壳中。
对更大的电池系统的需求不断增加，一方面使车辆行驶里程更长，另一方面为卡车、公共汽车或工程车辆等更大的车辆提供电力驱动。通常电池模块放置在电池外壳的承载板上，该承载板必须足够坚固以承载模块的重量。电池模块数量的增加也要求电池系统的稳定性增加，尤其是承载板的稳定性，这反过来导致整个系统的重量增加，这是不利的。
除了电池模块的数量不断增加之外，还希望电池系统结构保持适应性，从而使电池系统的形状适应其可容纳的空间。这对于电池系统的预定空间通常非常有限和/或形状不规则的车辆来说尤其有利。
此外，必须相应地解决电池单元的温度控制以确保良好的电池性能。有利的是，已经将用于温度控制的流体通道结合在电池模块的外壳中，以避免附加的构建部件和安装要求以及附加的重量。电池单元与冷却和/或加热板直接接触以最大化热传递也是有利的。
所有这些不同的观点在过去已经单独讨论过。DE 102011077330 A1描述了将电池单元直接放置且固定在基板上，其中基板也可以同时是冷却板。DE 102012205810 A1公开了一种用于电池模块的外壳，该外壳具有应用在其基板中的用于温度控制的流体通道。DE102016213832 A1涉及电池包外壳的底壳，该底壳通过挤压成型并且内置有用于电池单元的温度控制的流体通道。US 2014287292 A1描述了一种温度调节元件，其用作在其上直接容纳电池单元的基板。
EP 3331055 A1描述了一种电池模块载体，其由底板和两个侧壁以及容纳多个电池模块载体的载体框架组成，其中，每个电池模块载体可以单独地附接到载体框架或从载体框架分离。电池模块载体还包括用于散发由电池单元产生的热量的冷却通道。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的模块化支撑结构，其用于接收电池系统中、优选地混合动力或电动车辆中的电池系统中的电池单元。
该目的通过如权利要求1中定义的支撑结构来解决。优选实施例在从属权利要求、本发明的一般描述以及特定实施例的描述和附图中限定。
用于在电池系统中、优选地在混合动力或电动车辆中的电池系统中接收电池单元的支撑结构包括底板和布置在底板上的两个侧板，其中，两个侧板的内侧和底板限定了用于接收电池的内部容积。每个侧板在其外侧均包括凸缘并且每个凸缘包括用于将支撑结构固定到毗邻的支撑结构的固定装置。
通过提供凸缘和固定装置，可以通过将至少两个毗邻的支撑结构彼此连接来组装模块化电池系统并实现结构上合理的布置。根据不同特定车辆的实际需求，可以在使用相同构件的同时调整所得电池系统的尺寸，特别是可以为更多数量的不同车辆和电池系统使用相同的支撑结构。
通过使用支撑结构的侧板的凸缘，支撑结构还可以直接附接到底盘或任何其他接收框架或另一个支撑结构。
优选地，支撑结构是自支撑的，这意味着不需要附加的承载板或外壳来实现机械稳定的电池系统。通过这种措施，可以仅在支撑结构的基础上构建机械完整的模块化电池系统。
优选地，底板和/或侧板由挤压材料提供、优选地由挤压型材提供和/或底板和侧板一体成型。使用挤压材料、特别是挤压型材，支撑结构可以以成本有效的方式提供并且沿挤压方向的尺寸不受限制。
在另一优选的实施例中，侧板可以通过形状锁定连接或螺纹连接紧固到底板，或者可以胶合或焊接到底板。
优选地，至少一个凸缘从其相应的侧板以一定角度、优选垂直地延伸。通过以一定角度特别是以直角布置凸缘，支撑结构可以容易地组装到毗邻的支撑结构或任何其他相邻的结构。
优选地，一侧板的凸缘与另一侧板的凸缘布置在距底板的不同距离处，其中凸缘距底板的距离优选地因凸缘的材料厚度而不同。通过将支撑结构的凸缘布置在不同的高度，可以连接两个相邻的支撑结构，使得它们各自的毗邻凸缘重叠而不发生碰撞。
优选地，两侧板上的凸缘位于不同的高度，使得毗邻的支撑结构的两个凸缘在对应的底板相互连接时紧密接触。
优选地，每个凸缘大致定位在沿着侧板的中间。这造成结构上稳定的布置。
优选地，每个凸缘分别从其相应的侧板在平行于由底板限定的平面的方向延伸得比底板更远，优选地用于在两个毗邻的支撑结构的两个毗邻凸缘之间形成重叠。
优选地，底板包括用于接收温度控制流体的流体通道，以用于控制内部容积的温度、优选地用于控制接收在内部容积内的电池单元的温度。这样，冷却/加热系统被整合到支撑结构中，不需要外部温度控制系统，从而减少了重量、组装时间和生产成本。
为了最大化流体通道和电池单元之间的热传递，在一个优选实施例中，支撑结构形成模块外壳的一部分，使得电池单元直接放置在底板上及侧板之间。这再次简化了电池组装并降低了维护成本。
优选地，电池单元直接定位在支撑结构的内部容积中、优选地直接定位在底板上且在侧板之间以形成电池模块。
优选地，底板包括用于接收从电池单元释放的气体的通风通道。通风通道连接到公共通风道，其中，通风道连接容纳在支撑结构上的所有电池单元的通风出口，并将释放的气体输送到通风通道并通过它输送到电池系统之外。
优选地，底板包括至少一个边缘，该至少一个边缘具有能够与毗邻的支撑结构形成形状锁定和/或卡扣连接的连接装置、优选地连接几何结构。通过不仅在凸缘处而且在底板处将一个支撑结构连接到毗邻的支撑结构，可以实现非常稳定的模块化电池系统。特别地，由于两个底板之间与两个凸缘之间发生连接的平面彼此间隔开，所以可以增强连接的结构和机械稳定性。
上述目的还通过具有权利要求14的特征的电池系统来解决。优选实施例在从属权利要求、本发明的一般描述以及特定实施例的描述和附图中限定。
因此，电池系统包括至少两个用于接收电池单元的支撑结构，其中，支撑结构以上面已经讨论的形式提供，并且支撑结构在相应的毗邻底板以及相应的毗邻凸缘处相互连接。
优选地，每个底板包括用于实现两个毗邻底板的形状锁定和/或卡扣连接的连接装置。优选地，用于形状锁定和/或卡扣连接的适当几何形状已经结合到底板中。
底板的机械连接确保连接的支撑结构在由底板限定的平面内的稳定性。通过将两个毗邻的支撑结构的侧板经由各自的凸缘机械连接，进一步增强了电池系统的稳定性，因为这样也抑制了垂直于底板的运动。此外，实现了在彼此间隔开的两个平面中的连接。
附图说明
当结合附图考虑并通过参考以下详细描述将更容易理解本公开，其中：
图1示出了用于接收电池单元的支撑结构的示意性透视图；
图2示出了电池系统的一部分的示意性透视图，该电池系统包括在耦接过程中的两个毗邻的支撑结构；
图3示出了图2中所示的电池系统的那部分的示意性透视图，其中两个毗邻的支撑结构已经耦接；以及
图4示出了具有插入的0电池单元的支撑结构的示意性透视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图更详细地解释本发明。在附图中，相同或类似的元件由相同的附图标记表示并且可以省略对其的重复描述以避免冗余。
图1示出了支撑结构1的示意图，包括底板2、左侧板31和右侧板32、在左侧板31外侧延伸的凸缘41和在右侧板31外侧延伸的凸缘42以及流体通道5。在底板2和侧板31、32之间限定了内部容积3。
术语“左”和“右”将被理解为仅与附图相关并且旨在用于更容易地识别不同的侧板。然而，这些术语不应被解释为绝对意义上的，使得在支撑结构1的不同视角或方向上，“左侧”侧板也可以在右侧或在后部或在前部或在顶部或底部。
同样，术语“侧面”和“底部”将相对于示出一个优选示例的定向的附图来理解。然而，构件也可以在支撑结构的不同视角或方向位于不同位置。
多个电池单元可以接收在底板2与侧板31、32的内侧之间的内部容积3中。支撑结构1连同电池单元(以及任何接线/接触杆和/或控制电子设备)可以构成电池模块。
多个电池模块100可以组合成用于混合动力或电动车辆的电池系统10。这将在图4中更详细地示出。电池系统10优选地用作为混合动力或电动车辆的电驱动提供电力的牵引电池。
回到图1，支撑结构1的底板2优选地是自支撑的，这样在使用期间不需要附加的承载板或外壳来保持包括接收在内部容积3中的构件的支撑结构1的重量。这种自支撑底板2可以通过挤压工艺生产。
底板2因此可以由挤压铝型材、铝铸件、增强塑料挤压型材或铸件或铝或钢深冲件制成。
此外，底板2优选地包括用于接收温度控制流体的至少一个流体通道5，以用于控制内部容积3的温度，从而控制接收在其中的电池单元的温度。
原则上，借助温度控制流体对电池模块或电池外壳中的电池进行温度控制是已知的。如果需要冷却电池构件，则温度控制流体通常被处理为具有比内部容积3中的温度更低的温度。如果需要加热电池构件，温度控制流体通常被处理以具有壁内部容积3中的温度更高的温度。使温度控制流体流过流体通道5以便能够通过温度交换对内部容积3进行温度控制。
图1中示出了两个流体通道5，它们是形成底板2的挤压型材的一部分。在本发明的示例性实施方式中，流体通道5彼此平行延伸。然而，流体通道的数量和实现方式可以在本发明的不同实施方式中改变。流体通道5是挤压型材的特征。
底板2还可以包括用于在热失控的情况下接收从电池单元释放的气体的通风通道9。通风开口8将公共通风装置连接到通风通道9。公共通风装置布置成使得接收在支撑结构1的内部容积3中的多个或所有电池单元的通风出口被组合和连接，使得一个或多于一个电池单元释放的气体被输送到通风通道9并通过它到达电池系统之外。换言之，公共通风装置用作各个电池单元的通风出口的歧管。
底板2的平行于流体通道5并且也平行于侧板31、32延伸的两个相反边缘61、62具有互补的几何形状，以使至少两个这样的毗邻底板2之间能够直接连接，这将参考图2作进一步解释。
在附图和优选实施例中，毗邻底板2之间的直接连接形成为卡扣连接，使得每两个底板2可以牢固地彼此连接而不需要任何附加的紧固装置。因此，底板2的左边缘61形成为卡扣连接的公头部分，而右边缘62形成为卡扣连接的母头部分。
侧板31、32布置在底板2上以形成支撑结构1并限定内部容积3。
底板2和侧板31、32可以一体成型、例如通过挤压成型。
在一个不同的实施例中，侧板31、32可以通过螺纹连接或通过形状锁定连接或通过提供足够稳定性的任何其他合适的连接固定到底板2。侧板31、32也可以胶合或焊接到底板2。
优选地，底板2和侧板31、32由相同的材料、优选为铝或具有相似温度系数的不同材料制成，以避免因不同的温度变形而损坏。
每个侧板31、32在其外侧包括相应的凸缘41、42。术语“外侧”旨在指代侧板31、32的未限定内部容积3的一侧。换言之，凸缘41、42延伸远离内部容积3。
在示例性实施方式中，凸缘41、42大致位于沿侧板31、32的中间并且沿着侧板31、32的整个长度延伸。然而，凸缘41、42的其他实现方式也是可能的。
每个凸缘41、42具有用于放置螺钉或其他紧固装置的孔，以将单个支撑结构1的凸缘41、42紧固到毗邻的支撑结构1的毗邻凸缘41、42，如下面参照图2所述。凸缘41、42也可以紧固到底盘或任何其他接收框架。
图2示出了包括两个支撑结构1A和1B的电池系统10的示意图，所述两个支撑结构1A和1B示出在相互连接的过程中。
各个支撑结构1A和1B的彼此附接发生在相对于底板2A位于两个不同平面中的两个单独的连接部位处。第一连接部位通过底板2A和2B彼此连接实现，并位于由底板2A、2B限定的平面内，如图3所示。第二连接部位通过将对应侧板32A、31B的凸缘42A、41B彼此连接来实现，并且在与由底板2A、2B限定的平面平行但间隔开的平面中实现。
底板2A和2B沿边缘62A和61B通过卡扣连接而连接。边缘62A和61B具有互补的几何形状，使得在将边缘62A和62B朝向彼此倾斜和挤压之后，两个底板2A和2B之间的紧密连接发生在由底板2A、2B限定的平面中。
如果相应的底板2A、2B在挤压过程中制成，则底板2A、2B的边缘61A、61B、62A、62B沿着挤压方向延伸。
在将毗邻底板2A和2B倾斜连接起来后，毗邻凸缘42A、41B自动紧密接触并相互对正，如图3所示。
为此，左侧板31A、31B上的凸缘41A、41B和右侧板32A、32B上的凸缘42A、42B相对于底板2A、2B位于稍微不同的高度，大约沿着侧板的中间位置。高度差优选地大致对应于凸缘41A、41B、42A、42B的材料厚度，使得任何相应的两个毗邻凸缘42A、41B不碰撞而是平滑地重叠。
在这个过程中，相应的毗邻凸缘42A、41B的孔7也滑动到彼此对准，使得凸缘42A和41B上的孔7最终定位，使得在连接底板2A和2B之后，孔重叠。可以将螺钉放入孔7中以将凸缘42A和41B彼此紧固。
通过支撑结构1A、1B的这种双重连接、特别是在彼此间隔开的两个平面中的双重连接，可以提供特别稳定和自支撑的电池系统10。通过在电池系统10的外侧使用凸缘41A和42B，电池系统10可以另外地紧固到底盘或任何其他接收框架，而不使用承载板或附加的外壳。
此外，在侧板32A和31B的外侧之间形成的空间可用于例如安装附加的温度控制措施、用于插入电缆等。
在图3中，示出了两个支撑结构1A、1B的情况、例如图2中已知的支撑结构最终被连接起来。然而，多于两个的支撑结构1A、1B可以组合形成用于相应目的所需尺寸的模块化电池系统。
图4示出了由两个支撑结构2A、2B组成并且电池单元插入底板2A与侧板31A和32A之间的内部容积3A中的电池系统10。
电池单元11可以与底板2A直接接触并且因此热耦合到结合在底板2A中的流体通道5。支撑结构1和电池单元11与前板12、背板(图中未示出但与前板12相似)和模块盖13一起形成电池模块100。电池模块100可以连接在一起，以形成所需尺寸的电池系统10。
对于本领域的技术人员来说显而易见的是，这些实施例和项目仅描述了多种可能性的示例。因此，此处所示的实施例不应被理解为形成对这些特征和配置的限制。可以根据本发明的范围选择所描述的特征的任何可能的组合和配置。
附图标记列表
1、1A、1B 支撑结构
2、2A、2B 底板
3 内部容积
31、32、31A、32A、31B、32B 侧板
41、42、41A、42A、41B、42B 凸缘
5 流体通道
6 卡扣连接
61、61A、61B 卡扣连接的公头部分
62、62A、62B 卡扣连接的母头部分
7 用于螺钉的孔
8 用于通风系统的开口
9 通风通道
10 电池系统
11 电池单元
12 前板
13 模块盖
100 电池单元

Claims (15)

1.一种用于在混合动力或电动车辆的电池系统中接收电池单元(11)的支撑结构(1)，所述支撑结构(1)包括底板(2)和布置在所述底板上的两个侧板(31、32)，其中，所述两个侧板(31、32)和底板(2)的内侧限定出用于接收电池单元(11)的内部容积(3)，每个侧板(31、32)在其外侧均包括凸缘(41、42)，并且每个凸缘包括用于将所述支撑结构紧固到毗邻的支撑结构(1)的固定装置(7)。
2.根据权利要求1所述的支撑结构(1)，其中，所述支撑结构是自支撑的。
3.根据权利要求1或2所述的支撑结构(1)，其中，所述底板(2)和/或所述侧板(31、32)由挤压材料提供、优选地由挤压型材提供和/或所述底板(2)与侧板(31、32)一体成型。
4.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构(1)，其中，每个凸缘(41、42)分别从其相应的侧板(31、32)以一定角度、优选垂直地延伸。
5.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构(1)，其中，一个侧板(31)的凸缘(41)与所述底板(2)的距离布置为不同于另一侧板(32)的凸缘(42)与所述底板(2)的距离，其中，所述凸缘(31、32)与底板(2)的距离优选地因凸缘(31、32)的材料厚度而不同。
6.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构，其特征在于，两侧板上的凸缘(41、42)定位在略微不同的高度，使得毗邻的支撑结构(1A、1B)的两个凸缘(42A、41B)在对应的底板(2A、2B)相互连接时紧密接触。
7.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构(1)，其中，每个凸缘(41、42)大致定位在沿着所述侧板的中间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构(1)，其中，每个凸缘(41、42)分别从其相应的侧板(31、32)沿平行于由所述底板(2)限定的平面的方向延伸得比底板(2)更远，优选地用于在两个毗邻的支撑结构(1)的两个毗邻凸缘之间形成重叠。
9.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构(1)，其中，所述底板(2)包括用于接收温度控制流体的流体通道(5)，以用于控制所述内部容积(3)的温度、优选地用于控制接收在所述内部容积(3)内的电池单元的温度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构(1)，其中，所述底板(2)包括用于在热失控的情况下接收从电池单元释放的气体的通风通道(9)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构(1)，其中，所述电池单元(11)直接定位在所述支撑结构(1)的内部容积(3)中、优选地直接定位在所述底板(2)上且位于所述侧板(31、32)之间以形成电池模块。
12.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构(1)，其中，所述侧板(31、32)被焊接或粘合到所述底板(2)上，或者，所述侧板(31、32)通过形状锁定连接或螺纹连接而紧固到所述底板(2)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构(1)，其中，所述底板(2)包括至少一个边缘(61、62)，所述至少一个边缘(61、62)具有能够与毗邻的支撑结构实现形状锁定和/或卡扣连接的连接装置、优选地连接几何结构。
14.一种电池系统(10)，包括至少两个根据前述权利要求中任一项所述的用于接收电池单元(11)的支撑结构(1A、1B)，其中，所述支撑结构(1A、1B)在相应的毗邻底板(31、32)以及相应的毗邻凸缘(41、42)处相互连接。
15.根据权利要求14所述的电池系统(10)，其中，每个底板(2A、2B)分别包括用于实现两个毗邻底板(2)的卡扣连接(6)的连接装置(61A、62A、61B、62B)。
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