CN118215618A - 具有动力电池的白车身 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种乘用车(1)的白车身(3)，其包括由在车辆纵向方向上彼此间隔的白车身(3)的横梁(31,33)和在车辆横向方向上彼此间隔的白车身(3)的纵梁(29)组成的环绕封闭的框架结构(27)，所述框架结构界定用于容纳具有电池模块(25)的动力电池(19)的容纳室(23)，并且具有在车辆纵向方向上邻接框架结构(27)的纵梁(7,13)。白车身的特征在于，多个纵梁(35,37)和多个横梁(39,41)设置在用于电池模块(25)的容纳室(23)中，其中纵梁(35,37)使白车身(3)的横梁(31,33)连接在一起，并且横梁(39,41)使白车身(3)的纵梁(29)连接在一起，以及在沿车辆纵向方向(x方向)观看时，邻接框架结构(27)的纵梁(7,13)在其与框架结构(27)的相应横梁(31,33)附接的区域中与设置在容纳室(23)内的对应的纵梁(35,37)具有至少相应的部分重叠，使得当碰撞引起的力输入到纵梁(7,13)中的至少一个纵梁时，在纵梁(7,13)和设置在所述纵梁的正后方的容纳室(23)中的纵梁(35,37)之间形成在车辆横向方向上无偏移的负载路径(L1,L2)。

Description

具有动力电池的白车身

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的乘用车的白车身。

背景技术

在本领域中，DE 10 2019 006 812 A1描述了一种机动车白车身，其具有由在车辆纵向方向上彼此间隔的机动车白车身的横梁和在车辆横向方向上彼此间隔的机动车白车身的纵梁形成的环绕封闭的框架结构，该框架结构界定用于容纳蓄电单元的容纳室。在机动车的前部结构中，设置有主纵梁平面的纵梁，其前端部分安装有保险杠装置的弯曲横梁，并且在其另一端区域至少间接地连接到框架结构。当机动车发生正面碰撞时，碰撞力通过纵梁引入框架结构。因此，为了保证对蓄能单元的保护，框架结构必须进行适当的实心设计，以使其不会变形到临界程度。

发明内容

因此，本发明的目的是创建一种如上所述的白车身，其中与已知的白车身相比，可以实现更轻的重量，同时保持良好的蓄能单元的保护。

根据本发明，通过具有权利要求1的特征的白车身来实现该目的。本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。

在装有动力电池——也称为牵引电池、高压蓄电池或循环电池——的乘用车中，在用于动力电池的电池模块的容纳室中设置有多个纵梁和多个横梁。容纳室以及因此设置在其中的动力电池模块优选地由电池盖从外侧密封地封闭。动力电池用作至少一个电力驱动机器的电力供应，以驱动车辆。

白车身包括在车辆纵向方向上彼此间隔的横梁和在车辆横向方向上彼此间隔的纵梁，其形成环绕封闭的框架结构，框架结构界定用于容纳具有多个电池模块的动力电池的容纳室。在车辆纵向方向上，白车身还包括邻接框架结构的纵梁，这些纵梁延伸到车辆的前部结构和/或后部结构。

根据本发明，多个纵梁和多个横梁设置在用于电池模块的容纳室中，其中，这些纵梁连接白车身的横梁且这些横梁连接白车身的纵梁。此外，在沿车辆纵向方向(x方向)观看时，延伸/连接到框架结构的纵梁在其与框架结构的相应横梁的连接区域中分别与设置在容纳室内的相应纵梁具有至少部分重叠，使得当碰撞引起的力输入到至少一个纵梁中时，在纵梁和设置在其正后方的容纳室中的纵梁之间形成在车辆横向方向中无偏移的负载路径(L1,L2)。

白车身也称车身。电池模块的容纳室中的纵梁和/或横梁由金属制成，特别是由型材。通过纵梁和横梁，特别是在电池模块的容纳室中实现了梯子框架结构，该梯子框架结构还特别地连接到白车身的纵梁。

出于安全考虑，例如，为了避免自燃，在标准碰撞负载情况下，例如在带有桩的侧面碰撞测试中，动力电池不得受到侵入。在现有技术中，这是通过进一步加强白车身来实现的，但这增加了电池电动车辆的重量，从而无法充分利用续航能力。通过本发明的解决方案避免了这一点。

电动车辆的续航里程主要由效率决定，因此由kWh/100km的消耗决定，此外还由可用的电池装机容量决定。特别是对于相对较大和较重的车辆，例如SUV，目标因此是在车辆中容纳尽可能高的电池装机容量。

通过本发明的解决方案，优化了乘用车中的可用电池空间，从而在满足安全要求的同时实现了高电续航里程。

为了避免在乘用车的白车身中在动力电池周围使用沉重的刚性电池外壳和额外的加强结构以确保碰撞性能，电池，更具体地说，根据本发明的由电池模块的容纳室中的纵梁和横梁形成的结构有助于白车身的刚性和强度。纵梁和横梁集成在动力电池中，或者至少集成在其容纳室中。在正面或尾部碰撞或侧面碰撞时，其引导负载路径以最佳的方式或至少优化的方式通过动力电池，从而使所产生的力不影响电池。有利地，所述解决方案实现了无弯曲或至少尽可能无弯曲的负载路径。根据本发明的解决方案允许根据通过其布置而相互提供或调整的负载路径，沿纵梁和横梁优化力流动，该负载路径至少主要，优选完全地施加在容纳室中的纵梁上，以沿其纵轴拉伸或压缩。

例如，本发明的解决方案还允许将用于测量机械应力的传感器——例如DMS(应变片)和/或温度传感器和/或气体传感器，特别是用于检测从动力电池的各个单元中逸出的气体——集成到容纳室中的纵梁和/或横梁中。这将实现所谓的健康监测，特别是对动力电池的状态监测。因此，在一个可能的实施方式中，一个或多个用于测量机械应力的传感器，例如DMS、和/或一个或多个温度传感器和/或一个或多个气体传感器，分别集成在电池模块的容纳室中的至少一个纵梁或多个或所有纵梁和/或至少一个横梁或多个或所有横梁中。

替代地或另外地，根据本发明的解决方案允许例如集成冷却功能，特别是集成到电池盖中，电池盖特别设置在动力电池的下方。为此，电池盖优选地被设计为夹层结构。因此，在一个可能的实施方式中，提供了将冷却功能集成到电池盖中，电池盖有利地被设计为夹层结构。

附图说明

下面将参照附图详细说明本发明的有利实施例。其中：

图1以透视图示出了具有动力电池的乘用车的第一实施例的一部分，以及

图2以示意图示出了具有动力电池的乘用车的另一实施例的白车身的俯视图。

在所有附图中相互对应的部分都用相同的附图标记标示。

具体实施方式

图1以透视图示出了根据本发明的乘用车1的第一实施例的一部分。可以看到乘用车1的白车身(也称为支撑结构或支架体)3的一部分。在乘用车1的前部结构(Vorbaustruktur)5中，设置有主纵梁平面的两个在车辆横向方向上彼此间隔的纵梁7，在乘用车1的完成状态下在纵梁的自由端安装有此处未示出的保险杠装置的弯曲横梁。在纵梁7的端侧上，在所示的实施例中设置有具有凸缘的固定点9。保险杠弯曲横梁可以直接安装在纵梁7上，也可以间接安装在纵梁7和弯曲横梁之间的能量吸收元件上，也称为碰撞箱。在纵梁7上安装有减震器腿支架10。或者，其也可以与纵梁7一体形成，特别是当其形成为铸造部件时。

乘用车1还包括后部结构(Heckwagenstruktur)11，其包括纵梁13和将这些连接在一起的横梁15a至15c。类似的横梁17连接设置在车辆的前部区域中的纵梁7。

在车身的中间区域中，在前部结构5和后部结构11之间，在乘用车1的完成状态下设置的乘客单元区域中，设置有集成到车身中的动力电池19。在本发明的背景下，“动力电池”是指可以存储电能或电流的蓄电单元。在这种情况下，蓄电单元是牵引蓄能单元，即，通过该牵引蓄能单元，至少一个用于驱动乘用车1的电动机被提供电能。为了通过电机对乘用车1进行电力驱动，电机以电动机模式进行操作，因此作为电动机操作。

在将这样的动力电池19集成到车辆1中时，存在各种挑战。例如，旨在实现尽可能大的电池装机容量以及动力电池19的各个单元的保护和动力电池19的承载结构的最佳比例。此外，在乘用车1的白车身中和在动力电池19的电池外壳21中，如果存在这种结构，则不应存在双重结构。此外，还寻求在整个乘用车1中实现轻量化结构、电气和电子设备的冷却优化布置，以及在白车身中集成动力电池19的功能。

下面描述的解决方案解决了这些挑战。根据本发明，提供了一种用于动力电池19的电池模块25的容纳室23，该容纳室23具有一个环绕封闭的框架结构27，该框架结构27包括在车辆横向方向(车辆坐标系中的y方向)上彼此间隔布置的外纵梁29，这些纵梁29通过车辆纵向方向(车辆坐标系中的x方向)上的前横梁31和后横梁33相互连接。外纵梁29不仅向外限制容纳室23，而且同时形成在车身中已知的侧门槛，或者每个侧门槛的一部分，该侧门槛与至少一个其他车身部分，例如车身的侧壁或另一个侧门槛部分形成侧门槛。在这种情况下，相应的侧门槛和侧门槛部分/元件可以形成为挤压型材部分或板壳型材部分。然后，乘用车的一个已知的侧壁结构连接到外纵梁29。

在上述框架结构27内，设置有附加的纵梁35和37；在根据图1的实施例中，正好有两个纵梁，其与外纵梁29间隔开地布置，并且也彼此间隔布置。这些纵梁35、37在端侧连接到框架结构27的前横梁31和后横梁33，即与它们连接。此外，在容纳室23内设置多个横梁39、41，其中根据图1的实施例正好是两个横梁，其与纵梁35、37一样，特别是分别由金属形成。在本实施例中，在车辆纵向方向上彼此间隔布置并且与框架结构27的相邻横梁31、33间隔布置的横梁39、41中的每一个由三个部件组成，其中，第一横梁元件43a连接外纵梁29和相邻纵梁35，第二横梁元件43b连接设置在容纳室23内的两个内纵梁35、37，以及第三横梁元件43c连接内纵梁37和另一个外纵梁29。在这种情况下，横梁元件43a至43c分别连接到相应的纵梁的侧区域。因此，在车辆横向方向上，在外纵梁29之间形成连续连接，在横向碰撞中，通过这些连接形成从车辆的一侧到另一侧的负载路径L3和L4。在一个可选的实施例中，横梁39、41或仅这些横梁中的一个可以连续地形成，即在端侧至少间接地连接到外纵梁29。在这种情况下，相应的内纵梁35、37相应地形成为多个部分，其中，相应的纵梁部分元件也在内部延伸到横梁。

应当注意，在纵梁29、35、37、29和横梁31、33、39、41之间形成的空间中，至少一个电池模块25被容纳在容纳室23内的每个矩形空间中。由于电池模块25设置在纵梁和横梁之间，因此在碰撞时，即在乘用车与障碍物碰撞的情况下，当意外力被施加到白车身中时，其不会受到机械负载。因此，在容纳室23内的负载路径在各个电池模块25之间延伸而不通过这些电池模块25。

在图1中，还可以看到，各个电池模块25具有不同的外部尺寸，并且在容纳室23的纵梁和横梁结构之间为容纳电池模块而设计的自由空间相应地大，因此在此示例中是不同的。优选地，电池模块25及其容纳室以这样的方式彼此匹配，即动力电池19的功率容量尽可能大。为此，优选地，电池模块25尽可能完全或几乎完全地填充由纵梁29、35、37、29和横梁31、39、41、33形成的栅格结构的各个自由空间。

容纳室23通过盖元件或平坦的主地板件(未示出)向上，即在其面向乘客单元的一侧上，优选地密封地封闭。向下地，即在车道方向上，还设置有至少一个用于密封地封闭容纳室23的盖元件和/或用于在电池向下触碰地面时保护电池的冲击保护元件。为了能够在乘用车1的完成状态下，例如用于维护或更换单个电池模块25时，确保容纳室23的可访问性/可接近，优选地，至少一个盖元件可拆卸地，特别是可无损拆卸地固定在白车身3上，例如拧入。也可以在盖元件中设计维护孔。

从图1可以很容易地看出，设置在前部结构5中的纵梁7和设置在后部结构11中的纵梁13——在从车辆纵向方向(x方向)上观看时——在其与框架结构27的相应横梁31和33的连接区域中，分别与设置在容纳室21中的纵梁35和37具有一定的重叠。如已经提过的，相应的纵梁7与设置在其后面的纵梁35或37和在其后面连接的纵梁13在车辆纵向方向上的这种准对齐或部分对齐布置至少在其相互连接区域和相邻连接区域中使得产生了一种准梯子框架结构，否则只有在卡车中才可见。因此，在正面碰撞或后部结构受到碰撞的情况下，根据本发明的白车身3的这种设计允许通过容纳室23但绕过电池模块25进行连续的最佳动力引导。换句话说，电池模块25位于碰撞时形成的负载路径L1、L2之外，这取决于碰撞对象的大小和重叠范围，因此特别好地保护其免受损坏。横梁39、41在侧向冲击时形成通过容纳室23的负载路径L3和L4，其中，负载通过外纵梁29转移到这些横梁。

应当注意，电池模块25的容纳室23中的纵梁35、37被布置成至少在前部区域中连接到纵梁7，并且在图1所示的实施例中，其还连接到白车身3的后部区域中的纵梁13。通过纵梁7、35、37、13的这种布置和设计，实现了白车身3的纵梁结构的延续，该延续从前部延伸超过动力电池19，即越过其电池模块25，甚至更远。这样，在碰撞时，施加到白车身3上的力不被引入动力电池19，而是被引导穿过动力电池19，而不会对电池模块25施加机械负载。

毕竟，很明显，在碰撞(正面冲击和背面冲击)的情况下，设置在框架结构27的容纳室23内的纵梁35和37仅受到拉压负载，这是因为至少在其与框架结构27的连接区域中，其以对准的方式设置在这些前纵梁7和后部纵梁n13上，即负载路径L1和L2在车辆纵向方向(x方向)上分别形成为直线或呈直线形。因此，内纵梁和横梁的弯曲应力被避免，最好是完全避免，至少被减少到无害的程度。

在图1中，还可以看到，在该实施例中，内纵梁35、37和相应的纵梁对7、13也通过连接元件45直接连接在一起，该连接元件45几乎在相对的端部区域上延伸。当然，在本实施方式中，前纵梁7也附加到前横梁31，以及内纵梁35、37。这同样适用于连接到后横梁33的内纵梁35、37的后车厢侧端，其中，后纵梁13也连接到横梁33。

如上所述，电池模块25设置在容纳室23中的纵梁29、35、37、29和横梁31、39、41、33之间，并以这种方式集成到白车身3中。

应当注意的是，在乘用车的完成状态下，前部结构5的纵梁7和后部结构11的纵梁13的自由端部——其中每个连接有保险杠或保险杠装置等的弯曲横梁——在车辆竖直方向(汽车坐标系中的z方向)上位于较高的层级，即与框架结构27在白车身3的中间区域相比，相对于车道的距离较大。然而，为了能够至少部分地将这些纵梁7、13与容纳室23中的纵梁35、37中的一个在其连接区域中覆盖在框架结构27的相应横梁31和33上或在其附近，以便实现通过纵梁7至13向纵梁35、37中的碰撞力的无横向偏移和因此无弯矩的引入，后纵梁13在框架结构27的方向上形成弧形向下倾斜，如图1所示，而在前纵梁7中，其与框架结构27的横梁31的连接区域在车辆垂直方向上具有相应的大延伸范围以补偿高度偏移，或者相应的纵梁7连接到相应的减震器腿支架10，并且该减震器腿支架10在其与框架结构27的横梁31的连接区域中具有相应的高度延伸，使得该减震器腿支架也可以连接到横梁31。重要的是，纵梁7在白车身3内形成和布置成使得，在乘用车正面碰撞的情况下，通过相应的纵梁7可以直接形成到达相应的内纵梁35或37中的直负载路径L1或L2，即在车辆横向方向和优选在车辆垂直方向上没有偏移。这同样适用于位于后车厢侧的纵梁13，在尾部碰撞的情况下，该纵梁将碰撞力以不偏移的方式，即以直线的方式，引入位于容纳室23中的处于对准布置的纵梁35、37中。在这两种情况下，即在正面和尾部冲击中，形成沿车辆纵向方向的直负载路径L1、L2，根据本发明，其延伸绕过电池模块25。

电池模块25的容纳室23中的纵梁35、37和横梁39、41例如被形成为具有例如四角形，特别是正方形横截面的型材，或者被形成为I型材或其他形式的型材。例如，纵梁35、37的宽度为50mm。例如，横梁39、41各自具有40mm至60mm的宽度，其中，可以提供不同的宽度。例如，一个或多个横梁39、41具有40mm的宽度，一个或多个其他横梁39、41具有60mm的宽度。例如，电池模块25与容纳室23中的纵梁35、37和横梁39、41分别间隔布置，例如具有4mm的距离。由此，在通过容纳室23中的纵梁35、37和/或横梁39、41的碰撞相关力传输中，避免了对电池模块25的影响。

图2示出了如图1所描述的具有白车身3的本发明的乘用车1的另一实施例的俯视图。下文仅讨论差异。在此，内纵梁35、37彼此之间的距离相等，并且与构成相应侧门槛的至少一部分的外纵梁29的距离相等。这同样适用于内横梁39、41，其彼此之间具有相同的距离，并且分别与框架结构27的相邻横梁31和33具有相同的距离。因此，在其尺寸上，在容纳室23内产生相同尺寸的部分容纳室，在此，相同尺寸的电池模块25被插入其中。与图1相比的另一个不同之处在于，外纵梁29向前和向后突出于容纳室23中的前横梁31或后横梁33例如5mm，特别是为了实现与前车厢或后车厢的连接，即与白车身的前部区域或后部区域的连接。

此外，在图2中示出了白车身的侧壁47的部分，该侧壁47沿纵梁29延伸并通常附着并固定在纵梁29上。在乘用车1的实施例中，侧壁的一部分或布置在侧壁内侧的与相应纵梁29相对的型材构件构成相应侧门槛的一部分。

所有实施例的共同点是，从白车身3中分离的电池外壳被省略。因此，不提供单独的电池外壳，而是由白车身构成用于电池模块25的容纳室23，从而实现了高度的集成。因此，用于电池模块25的容纳室23中的纵梁35、37和横梁39、41分别是白车身的组成部分。在这里，其也分别针对正面和尾部碰撞和侧面碰撞进行了负载路径优化。电池模块25直接插入至在白车身3中形成的该容纳室23中。

在两个实施方式中，实现了动力电池19或其构成电池外壳21的白车身3的梁承载，其中，避免了电池模块25和各个单元的机械负载。

总之，在两个实施方式中，由用于容纳在容纳室23中的电池模块25的纵梁35、37和横梁39、41以及在车辆的前部结构和后部结构中的纵梁7和13构成梯子框架结构。其中，纵梁35、37和横梁39、41分别被设置为负载路径或作为负载路径L1至L4的一部分，以便动力电池19可以作为共同承载结构集成到白车身中。

容纳室23中的纵梁35、37和横梁39、41是连续或准连续形成的，以实现优化的力引导和优化的无侧偏负载路径。在这种情况下，如图1所述，如果形成一个桁架结构，其中所有的纵梁和横梁几乎都布置在一个平面上，当然不可能连续地形成所有的梁，而是至少一个纵梁，那么相邻的横梁必须相应地是多部分的，或者至少一个横梁，那么相邻的纵梁必须是多部分的。或者，可以设想纵梁和/或横梁作为一个整体形成，但每个梁具有一个凹槽，在该凹槽上梁相互连接。这种连接在木工风格的木梁连接中是众所周知的，特别是在木结构建筑中。重要的是，内纵梁35、37连接框架结构27的横梁31、33，横梁39、41连接框架结构27的外纵梁29。特别是避免了负载路径90°偏转，这通常会导致白车身中的重节点。特别地，从动力电池19中的前车厢出发的纵梁结构的延续，设置在容纳室23中的纵梁35、37之上。电池模块25设置在容纳室23中的纵梁35、37和横梁39、41之间，因此集成到白车身中，但不承受机械负载。容纳室23被电池盖向下密封并封闭。

所描述的解决方案还允许将冷却和/或介质引导集成到电池盖中，电池盖特别被设计成蜂窝夹层结构。因此，在一个可能的实施方式中，提供了该功能集成。

替代地或另外地，所描述的解决方案还允许例如在容纳室23中的纵梁35、37和/或横梁39、41中集成用于测量机械应力的传感器，例如DMS(应变片)和/或温度传感器和/或气体传感器，特别是用于检测例如在所谓热失控(一个或多个电池单元的“热失控”)的情况下从动力电池19的各个单元中逸出的气体。这使得能够对动力电池19进行所谓的健康监测，特别是状态监测。例如，这可以确定各个单元是否在乘用车1的碰撞中以不允许的方式变形。传感器的能量供应可以通过能量采集来实现，例如通过吸收振动的能量并将其转化为电能。因此，在一个可能的实施方式中，提供一个或多个用于测量机械应力的传感器，例如DMS、和/或一个或多个温度传感器和/或一个或多个气体传感器，分别集成到电池模块25的容纳室23中的至少一个纵梁35、37或多个或所有纵梁35、37和/或至少一个横梁39、41或多个或所有横梁39、41中。

Claims (6)

1.一种乘用车(1)的白车身(3)，其具有由在车辆纵向方向上彼此间隔的所述白车身(3)的横梁(31,33)和在车辆横向方向上彼此间隔的所述白车身(3)的纵梁(29)形成的环绕封闭的框架结构(27)，所述框架结构界定用于容纳具有电池模块(25)的动力电池(19)的容纳室(23)，所述白车身还具有在车辆纵向方向与所述框架结构(27)邻接的纵梁(7,13)，

其特征在于，

-多个纵梁(35,37)和多个横梁(39,41)设置在用于所述电池模块(25)的所述容纳室(23)中，

-其中所述纵梁(35,37)连接所述白车身(3)的所述横梁(31,33)，

所述横梁(39,41)连接所述白车身(3)的所述纵梁(29)，以及在沿车辆纵向方向(x方向)观看时，与所述框架结构(27)邻接的所述纵梁(7,13)在其与所述框架结构(27)的相应横梁(31,33)的连接区域中分别与设置在所述容纳室(23)中的相应纵梁(35,37)具有至少部分重叠，使得当碰撞引起的力输入到至少一个纵梁(7,13)中时，在所述纵梁(7,13)和设置在其正后方的所述容纳室(23)中的纵梁(35,37)之间形成在车辆横向方向上无偏移的负载路径(L1,L2)。

2.根据权利要求1所述的白车身，

其特征在于，用于所述电池模块(25)的所述容纳室(23)中的所述纵梁(35,37)布置成邻近在所述白车身的至少前部区域的纵梁(7)和/或邻近在所述白车身的后部区域的纵梁(13)。

3.根据权利要求1或2所述的白车身，

其特征在于，所述纵梁(35,37)在所述容纳室(23)中设置在所述框架结构(27)的所述横梁(31,33)之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的白车身，

其特征在于，所述横梁(39,41)在所述容纳室(23)中设置在所述框架结构(27)的所述纵梁(29)之间。

5.根据前述权利要求中任一项所述的白车身，

其特征在于，所述容纳室(23)中的至少一个纵梁(35,37)和/或一个横梁(39,41)由多个部件(43a至43b)组成，其中，所述多个部件(43a至43b)的总长度小于所述框架结构(27)的所述前横梁(31)和所述后横梁(33)之间的或外部的纵梁(29)之间的距离。

6.根据前述权利要求中任一项所述的白车身，

其特征在于，所述框架结构(27)的所述纵梁(35,37)与在延伸方向上准连接的前部结构(5)的相应的纵梁(7)和/或后部结构(11)的纵梁(13)分别通过用于桥接相应的横梁(31,33)的连接元件(45)而直接连接在一起。