CN117413409A - 壳体元件、能量存储器壳体以及用于制造壳体元件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于能量存储器壳体的壳体元件，该壳体元件包括布置区域，所述布置区域设计用于布置多个能量存储器单体，其中，所述壳体元件在布置区域中构造为双壁的，该壳体元件包括外壁和内壁，所述外壁由轻金属板、尤其是铝板形成，并且所述内壁由布置在所述外壁上的加强元件形成。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于能量存储器壳体的壳体元件、一种能量存储器壳体以及一种用于制造壳体元件的方法。
背景技术
为了满足所要求的行程距离，部分电驱动的和完全电驱动的机动车具有大的能量存储器，所述能量存储器需要相应大的能量存储器壳体。在载客汽车中，这种能量存储器壳体经常占据相应车辆底部的大的区域。这种壳体的制造带来一系列挑战。就此而言，重量尤其是有问题的。此外，由于构件的尺寸，在可供使用的制造方法方面产生一定的限制。因此，例如在设备技术上不可能无问题地制造任意尺寸的压铸构件。此外，由于经常暴露的安装位置(参见前述底部)，关于碰撞特性或其它机械作用以及防腐蚀保护的要求是重要的主题。在能量存储器内部本身发生热事件的情况下，也对这种壳体提出高的要求。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种用于能量存储器壳体的壳体元件、一种能量存储器壳体以及一种用于制造壳体元件的方法，其中，应消除前述缺点并且尤其应提供一种能在机械特性优化的情况下成本有利地制造的壳体元件。
该任务通过一种根据权利要求1所述的壳体元件、一种根据权利要求11所述的能量存储器壳体以及一种根据权利要求12所述的方法来解决。其它优点和特征由从属权利要求以及说明书和附图得出。
根据本发明，一种用于能量存储器壳体的壳体元件包括布置区域，所述布置区域设计用于布置多个能量存储器单体，其中，壳体元件在该布置区域中至少局部地、优选全面地构造为双壁的(包括一个外壁和一个内壁)，所述外壁由轻金属板、尤其是铝板形成，并且所述内壁由布置在外壁上的加强元件形成。适宜地，使用轻金属板、例如铝板带来以下优点，即能省去耗费的防腐蚀保护。此外，例如铝板的特征在于其比重低。所述加强元件可明确地设计用于加强布置区域中的外壁，其中，一方面是指加强以防止“外部”的机械作用，以及也指加强以防止在能量存储器中发生热事件的情况下的“内部”的机械作用。在此，在能量存储器中会出现爆炸式的压力上升，所述压力上升对能量存储器壳体以及其组成部分的热/机械负荷能力提出高的要求。在此，通过加强元件能有利地有针对性地满足这些要求，而壳体元件本身、尤其是在布置区域的区域中成本有利地由铝板制成。
根据一个特别优选的实施方式，所述加强元件是钢板。使用钢作为材料是有利的，因为这种材料是相对便宜的并且在功能上提供许多优点，例如在碰撞负荷的情况下。就此而言尤其要强调的是钢材的高抗拉强度以及高韧度。有利地，钢层或钢片在热事件的情况下能实现非常好的热保护，如刚才所描述的那样。在高电压存储器内短路的情况下，可产生高达1000℃和更高的温度，所述温度会使铝熔化。钢板能有利地实现对壳体元件的有针对性的并且持久的加强。
根据一个实施方式，将高强度的钢用作钢材。例如，利用这种钢材能实现下面提及的低至0.3mm的薄的壁厚。
根据一个优选的实施方式，加强元件在一侧或在两侧设有防腐蚀保护层。钢板优选被KTL或PVC涂覆(KTL-阴极浸漆，PVC-聚氯乙烯)。
根据一个实施方式，加强元件作为单个部件被涂覆、尤其是KTL涂覆(单个部件KTL)。替代地，加强元件由单侧或双侧——尤其是有机地——涂覆的带材材料获得或产生。(有机的)带材涂覆方法或卷材涂覆方法能实现方法简化，因为能通过相应地截断带材材料来快速且高效地产生加强元件。
优选地，上述涂层尤其构造在加强元件的朝向布置能量存储器单体的一侧上。这能实现能量存储器单体的间接或直接的布置，例如借助粘接。
根据一个优选的实施方式，加强元件、即尤其是根据一个优选的实施方式被KTL涂覆的钢板构造为扁平的或平面的或者说平坦的。这种设计方案带来如下优点，即很少浪费结构空间。此外，根据壳体元件安装位置的情况，能降低机动车的重心位置。在此，表述“扁平的”或“平面的”或者说“平坦的”不应理解为加强元件/钢板不能具有用于有针对性地机械加固的加强筋或边缘。但加强元件或钢板优选不具有型材结构、腔室结构、空心结构或类似结构。
所述内容类似地且相应地适用于布置区域中的外壁，所述外壁也优选在上述意义中构造为扁平的或平面的或者说平坦的。
根据一个优选的实施方式，在布置区域中的内壁的壁厚与外壁的壁厚的比例为0.08至0.9、尤其是0.1至0.6亦或0.2至0.5。试验已经表明，在上述比例的范围内能达到优化的功率重量比(Leistungsgewicht)。这意味着，在制造壳体元件时考虑到上述比例的壳体元件承受极高的机械负荷并且在此具有小的重量。
根据一个实施方式，加强元件/钢板具有0.5mm至1.2mm的壁厚。根据一个实施方式，铝板在布置区域中具有1.5mm至3.5mm的壁厚。在其之间构造的粘接剂层具有优选0.3mm至0.7mm的厚度。
根据一个实施方式，加强元件、尤其是钢板具有优选0.8mm至1.2mm、特别优选地约1mm的壁厚。在此，铝板在布置区域中具有优选在1.5mm至2.5mm的范围内、特别优选在1.7mm至2.3mm的范围内、完全特别优选约2mm的壁厚。
根据一个实施方式，加强元件具有0.5mm至0.9mm、特别优选0.7mm的厚度。铝板在布置区域中具有优选1.5mm至2.5mm、特别优选在1.7mm至2.3mm的范围内、完全特别优选2mm的壁厚。
根据一个实施方式，加强元件/钢板具有0.5mm至0.9mm、特别优选0.7mm的壁厚。根据一个实施方式，铝板在布置区域中具有2.5mm至3.5mm、特别优选2.7mm至3.3mm、完全特别优选3mm的壁厚。
尤其是在使用高强度的钢材的情况下，上述下限可降低到0.3mm。
在上述三个实施方式中适用的是，根据一个实施方式用于连接外壁和内壁的粘接剂层优选为0.3mm至0.7mm或者特别优选为0.5mm。
根据一个实施方式，加强元件至少局部形状锁合地和/或力锁合地和/或材料锁合地固定在外壁上。适宜地，加强元件抗扭转地和/或抗剪地固定在外壁上。这种固定可面状地亦或局部地、例如点状地构造。
根据一个实施方式，加强元件借助粘接带、借助粘接剂、借助冲压铆钉和/或压接固定在外壁上。
根据一个实施方式，借助粘接剂全面地固定外壁和内壁，参见上述示例。
根据一个实施方式，布置区域中的外壁具有整体构造的铆钉或铆钉元件。它们适宜地设计用于插入到加强元件或者说钢板的对应开口中并且相应地变形。铆钉的整体成型带来如下优点，即外壁不会例如由于引入孔或类似结构而被“破坏”。如果在外壁中引入孔，则应适宜地保护这些孔免受腐蚀，例如借助PVC涂覆等。
根据一个实施方式，壳体元件包括形成或至少部分地形成布置区域的中间部件或者说具有这样的中间部件，其中，在该中间部件上分别在端侧固定有端部部件。适宜地，壳体元件本身具有适宜的三件式的结构，即上述中间部件以及相应两个端部部件。
壳体元件本身适宜地具有盆状形状。通过该盆状形状有利地产生布置区域的必要的体积，所述体积对于布置尽可能大数量的能量存储器单体是必要的。在当前情况中优选使用棱柱形单体、完全特别优选地使用圆形单体，所述圆形单体根据一个实施方式尤其竖立地布置在布置区域中。
根据一个优选的实施方式，端部部件是铸造构件、尤其是铝压铸构件。替代地，涉及板材构件、尤其是铝板构件，中间部件也适宜地由所述板材构件形成。
根据一个优选的实施方式，中间部件构造为成型的、例如折边的铝板盆(Aluminiumblechwanne)，所述铝板盆具有布置区域以及两个侧壁。这种形状适宜地通过端部部件得以继续，从而在整体上构造盆形的壳体元件。
适宜地，壳体元件环绕地具有法兰区域，所述法兰区域尤其是设计用于形状锁合地和/或力锁合地固定另一个壳体元件、例如盖元件。根据一个实施方式，法兰区域平行于布置区域取向。盖元件可由金属材料或非金属材料制成。在此，使用复合材料也可以是有利的。
适宜地，形状锁合地和/或力锁合地和/或材料锁合地在中间部件上固定端部部件。
根据一个优选的实施方式，所述连接/固定借助熔焊、尤其是MIG焊接(MIG-金属惰性气体焊接)来进行。
由于铝基本结构，能通过MIG焊接根据要求和复杂性构成以铝板和铝铸件方式的端部部件。正好在使用铸造技术的情况下，其它集成潜力能起作用。尤其是能将例如其它功能集成到端部部件中，如保持件(元件)、固定点等。
根据一个优选的实施方式，壳体元件是电能量存储器壳体的壳体下部。
本发明还涉及一种电能量存储器壳体，该电能量存储器壳体包括根据本发明的壳体元件，其中，该壳体元件是壳体下部，壳体上部尤其以能松脱的方式固定在所述壳体下部上。
本发明还涉及一种用于制造壳体元件的方法，该方法包括以下步骤：
——制造壳体元件，该壳体元件包括用于布置多个能量存储器单体的布置区域，该布置区域由轻金属板、尤其是铝板制成；
——通过布置加强元件、尤其是由钢板制成的加强元件来加强布置区域。
适宜地，钢板或者说钢层构成轻金属结构/铝结构的功能上的加强部。钢层在电池单体短路时具有好的热保护，在所述电池单体短路时可达到1000℃和更高的温度。此外，这种结构方式提供关于前部和后部的端部部件的其它潜力。由于铝基本结构，能通过MIG焊接根据要求和复杂性构成以铝板和铝铸件方式的连接构件。正好在使用铸造技术的情况下，其它集成潜力能有利地起作用。
优选地，该方法包括以下步骤：
——使中间部件成形；
——将端部部件布置在中间部件上以用于制造壳体元件；
——插入加强元件。
根据一个优选的实施方式，壳体元件本身构造为三件式的，该壳体元件包括中间部件以及两个端部部件。优选地，在接合端部部件之后插入并且固定加强元件。三件式的结构是有利的，因为它例如能实现中间部件作为成型的或折边的轻金属板的非常简单的设计方案。端部部件例如可借助铸造、尤其是以压铸来制造。适宜地，使用与中间部件相同的材料，其中，在此不必精确地是相同的合金。
优选地，能量存储器单体材料锁合地、尤其是借助粘接剂固定在加强元件上。优选地，加强元件指向能量存储器单体地具有涂层，所述涂层用作粘接面。该涂层例如是KTL涂层、尤其是用于防腐蚀保护的涂层，例如也是锌层或前面提及的结合被涂覆的带材材料提及的有机涂层。
根据一个实施方式，在加强元件上——根据一个实施方式材料锁合地——布置有中间元件，其中，能量存储器单体优选材料锁合地布置/固定在该中间元件上。根据一个实施方式，优选板形地构造的中间元件由塑料、例如由发泡塑料、如EPP(发泡聚丙烯)成形或形成。
附图说明
其它优点和特征由以下参照附图对壳体元件的实施方式的描述得出。
在附图中：
图1示出壳体元件的一个实施方式的示意性俯视图；
图2示出如在图1中所示的剖面A-A；
图3示出如在图1中所示的剖面B-B。
具体实施方式
图1示意性地并且以俯视图示出壳体元件1，在当前情况中尤其示出能量存储器壳体(如机动车的高电压存储器壳体)的壳体下部，所述壳体下部具有中间部件10以及两个端部部件20。壳体元件1具有布置区域3，在所述布置区域中布置或固定有加强元件40、特别优选地布置或固定有钢板。在当前情况中，仅部分地示出在布置区域3中形成内壁40的加强元件40，从而能至少在右下方区域中看见壳体元件1的外壁30。在壳体元件1上环绕地构造有法兰区域4，尤其是用于布置在此未示出的壳体上部。其它特征结合图2和3来阐释。
图2示出如在图1中所勾画的剖面A-A。可看到中间部件10，所述中间部件在布置区域中具有内壁40以及外壁30。在该视图中尤其可看出中间部件的盆形的构型，其中，相应的侧壁基本上垂直于布置区域3——在当前情况中向上——延伸离开(没有附图标记)。环绕地可看到法兰区域4。
图3示出视图B-B。在当前情况中从侧面示出壳体元件1。在此，也可看到布置区域3中的外壁30以及内壁40(虚线示出)。可看出，端部部件20构造成，使得它们至少部分地一起形成布置区域3。附图标记2表示壳体上部，所述壳体上部适宜地形状锁合和/或力锁合地固定在壳体元件1上，所述壳体元件优选构造为壳体下部。
附图标记列表
1 壳体元件，壳体下部
2 壳体上部
3 布置区域
4 法兰区域
10 中间部件
20 端部部件
30 外壁
40 内壁，加强元件。
Claims (13)
1.用于能量存储器壳体的壳体元件(1)，
该壳体元件包括布置区域(3)，所述布置区域设计用于布置多个能量存储器单体，
其中，所述壳体元件(1)在该布置区域(12)中构造为双壁的，
该壳体元件包括外壁(30)和内壁(40)，
所述外壁(30)由轻金属板、尤其是铝板形成，并且
所述内壁(40)由布置在所述外壁(30)上的加强元件(40)形成。
2.根据权利要求1所述的壳体元件，其中，所述加强元件(40)是钢板。
3.根据权利要求1或2所述的壳体元件，其中，所述加强元件(40)是扁平的或平面的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的壳体元件，其中，所述内壁(40)的壁厚与所述外壁(30)的壁厚的比例为0.2至0.6。
5.根据前述权利要求中任一项所述的壳体元件，其中，所述加强元件(40)至少局部地形状锁合地和/或力锁合地和/或材料锁合地固定在所述外壁(30)上。
6.根据权利要求5所述的壳体元件，其中，所述加强元件(40)借助粘接带、借助粘接剂、借助冲压铆钉和/或压接固定在所述外壁(30)上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的壳体元件，
其中，所述壳体元件(1)具有形成所述布置区域(12)的中间部件(10)，并且
在所述中间部件(10)上分别在端侧固定有端部部件(12)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的壳体元件，其中，所述壳体元件(1)构造为盆形的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的壳体元件，其中，所述端部部件(12)是铸造构件、尤其是铝压铸构件。
10.根据前述权利要求中任一项所述的壳体元件，其中，所述壳体元件(1)是电能量存储器壳体的壳体下部。
11.能量存储器壳体，该能量存储器壳体包括根据前述权利要求中任一项所述的壳体元件(1)，
其中，所述壳体元件(1)是壳体下部，壳体上部(2)固定、尤其是以能松脱的方式固定在所述壳体下部上。
12.用于制造壳体元件(1)的方法，该方法包括以下步骤：
——制造壳体元件(1)，该壳体元件包括用于布置多个能量存储器单体的布置区域(3)，该布置区域由轻金属板、尤其是铝板制成；
——通过布置加强元件(40)、尤其是由钢板制成的加强元件来加强所述布置区域(3)。
13.根据权利要求12所述的方法，该方法包括以下步骤：
——使中间部件(10)成形；
——将端部部件(20)布置在所述中间部件(10)上以用于制造壳体元件(1)；
——插入所述加强元件(40)。
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