具有電池的車輛的製作方法

2023-07-27 05:04:21

具有電池的車輛的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種具有電池（6）和車輛支承結構（2）的車輛（1），所述車輛支承結構具有多個設計為空心型材的支架（3、4），其中所述電池（6）具有至少一個放氣開口（17）。本發明的特徵在於，所述電池（6）的至少一個放氣開口（17）與所述設計為空心型材的支架（3、4）中至少之一的內部空間（19、25）連接，並且經由該支架直接或者經由另一設計為空心型材的支架（3、4）與所述車輛（1）的環境連接。
【專利說明】具有電池的車輛
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種根據在權利要求1中進一步限定的類型的具有電池和車輛支承結構的車輛。
【背景技術】
[0002]由一般的現有技術已知至少部分電驅動的車輛。所述車輛需要電池(其也被稱為牽引用電池/動力電池)，其存儲用於車輛的牽引的電功率。該電池必須可靠、穩定並且儘可能節省空間地安置在車輛中，以便例如不減少或者僅僅稍許地減少車輛中的載重容積。
[0003]由文獻DE102007063193A1已知一種具有過壓保護的電池。作為牽引用電池應用在車輛中的電池典型地在實現高的蓄能密度的蓄能技術中、例如在鋰離子技術中實現。原則上在這樣的技術中存在的風險在於，在電池短路或者過充時導致在整個電池中或者在單個電池單元中的過壓，所述整個電池典型地由所述電池單元構成。為了在緊急情況下在電池和電池的周圍環境遭受損壞之前逐漸消除這樣的過壓，典型地規定，在電池單元的區域中和/或在整個電池的環繞這些電池單元的電池殼體的區域中設有在損壞情況下打開的封閉元件。提及的德國公開文獻示例地描述了一種這樣的在電池單元的殼體的區域中的過壓保護裝置。該過壓保護裝置由一破裂元件組成，其例如設計為具有額定破裂點的殼體的一部分或膜片。如果例如由於短路引起電池單元內部的過壓，則過壓保護裝置打開並且放出過壓。在此可以產生比較大量的氣體，從而環繞電池單元的電池殼體按照一般的現有技術典型地具有放氣開口，其同樣通過破裂元件等或者打開或者封閉。現在，在車輛中應用這樣的電池時重要的是，將比較大的氣體量(其可以在電池過充時產生)可靠地從車輛導出，而這些氣體量不會到達車輛的內部空間中，乘員通常坐在該內部空間中並且特定情況下可能被這些氣體傷害。
[0004]因此在一般通常的設計中規定，電池的放氣開口(其典型地設置在環繞整個電池的電池殼體的區域中)經由相應的管路元件與車輛的周圍環境連接。該管路元件必須密封地與放氣開口連接並且這樣敷設在車輛中，從而在過壓情況下安全並且可靠地防止流出的氣體滲透到車輛的內部空間中。在管路元件、管路引導以及接口的設計和密封方面的花費因此比較高。
[0005]由另外的一般的現有技術此外已知的是，將電池設置在車輛的支承結構的區域中。
[0006]在文獻US2010/0213741A1中例如描述了一種電化學構件，在這種情況下將燃料電池設置在車輛的中間底槽中，亦即設置在車輛的支承結構的區域中。為了在碰撞情況下不使電化學單元不必要地被加載，中間底槽具有相應的加強件，其設置在電化學單元之間並且用於不經由電化學結構單元地對碰撞的情況下的力進行傳遞。由此提高了安全性並且減少了電化學結構單元的可能的損壞的危險。
[0007]由文獻FR2942764A1還已知的是，蓄能裝置、例如也就是電池設置在車輛的支承結構的區域中，其中保留有自由空間。由此可以節省空間地將用於蓄能的相應的裝置集成到車輛的支承結構中並且不佔去其他的需要的結構空間。
[0008]兩個所述的文獻也各自描述了燃料電池或電池集成到在車輛的支承結構中存在的空腔中。

【發明內容】

[0009]在此本發明的任務現在在於，提出一種具有電池的車輛，其中可以最小化所需要的結構空間。
[0010]按照本發明該任務通過在權利要求1的特徵部分中所述的特徵解決。按照本發明的解決方案的另外的有利的設計方案由各從屬權利要求得出。
[0011]在按照本發明的車輛中還規定，電池的至少一個放氣/通風開口與設計為空心型材的支架中至少之一的內部空間連接，並且經由該支架直接或者經由另一設計為空心型材的支架與車輛的周圍環境連接。所述典型地設計為空心型材的支架(其經常設計為具有圓的或者矩形的橫截面的管)按照本發明用作用於導出在損壞情況下從電池的放氣開口出來的氣體的管路元件。典型地，所述支架的空心型材具有相應大的橫截面，從而使得比較大量的氣體(其在損壞情況下在電池的區域中形成)可以通過所述支架無問題地導出。所述設計為空心型材的支架在其端側上典型地與車輛車身的外部區域連接並且不具有到車輛的內部空間的連接。因此，所述支架理想的適合於將氣體導出到周圍環境，而無需危害車輛的乘員。在此可以省去現有技術中所必要的附加的管路元件。僅需要將一個開口在適合的位置設置在支架的區域中或者如果必要設置在從一個支架至另一個支架的過渡部上。因此該結構在結構空間、需要的構件並且特別是裝配和密封費用方面相對於現有技術的車身是更合適的。
[0012]此外，在依據本發明的車輛的一個有利的設計方案中規定，所述電池設置在所述支承結構的區域中。所述電池在支承結構的區域中的這樣的設置對於按照本發明構造的車輛是理想的，因為由此可以最小化或者省略放氣開口與支承結構的空心型材的入口之間的可能的管路元件。
[0013]在按照本發明的車輛的另一非常有利的設計方案中相應地規定，所述電池具有帶有至少一個放氣開口的電池殼體，其中所述至少一個放氣開口直接與在至少一個支架中的至少一個開口共同作用。
[0014]在按照本發明的車輛的該特別優選的結構中，由於所述電池的電池殼體的放氣開口直接與所述支架連接，所以也可以省去全部的管路元件。在此可以存在固定的連接、例如材料鎖合或者形鎖合的連接，或者可以通過密封件實現密封的連接。在所述結構中那麼僅僅在所述電池殼體與所述支架之間的唯一的密封件是必要的，或者可以完全省略材料鎖合的連接。
[0015]此外，在按照本發明的車輛的一個特別有益的並且有利的改進中規定，所述電池具有電池殼體，其中所述電池殼體或所述電池殼體的一部分、特別是所述電池殼體的底板(底槽部)設計為所述支承結構的構件。
[0016]在該特別優選的改進中，所述電池殼體或者所述電池殼體的一部分可以不僅承擔作為電池殼體的功能而且承擔作為在車輛的支承結構中的構件的支承功能。通過所述電池殼體一方面作為電池殼體另一方面作為車輛的支承結構的構件的雙重功能性，可以進一步節省結構空間，因為可以省去常規的支承結構的部件，該部件被所述電池殼體或者所述電池殼體的一部分代替。
[0017]所述電池殼體或者所述電池殼體的一部分作為支承結構的構件的應用一方面實現了穩定的和堅硬的支承結構並且另一方面允許以常規的方式和方法(相對軟地)實現所述電池的電化學結構，其典型地以稜柱形的電池單元的一個或多個堆疊的形式構成。因此可以在電池的製造中節省費用並且在電池中節省結構重量，而同時總歸需要的電池殼體的至少一部分可以構成為支承結構的高度穩定的構件。
[0018]此外，在本發明的一個非常有利的改進中規定，所述電池殼體具有至少一個特別是以用於所述電池的冷卻裝置的形式的加強元件。
[0019]在所述電池殼體中的這樣的加強元件可以用於，足夠穩定並且堅硬地將電池殼體設計為支承結構的構件，在此無需不必要地重地構成整個電池殼體。
[0020]電池的典型的結構(如所述電池例如作為牽引用電池應用在至少部分電驅動的車輛中)規定，應用需要主動冷卻的電池單元。該電池單元例如以鋰離子技術經常作為稜柱形的電池單元堆疊為一個或多個電池單元堆並且組合成所述電池。為了能確保電池單元的可靠且均勻的冷卻，經常設計為，存在至少一個用於電池單元的調溫和冷卻的冷卻裝置，該冷卻裝置經常以板或者以管的形式構成並且設置在電池堆的一個或多個側上。該冷卻裝置(其特別是設計為金屬板，所述金屬板主動地由冷卻介質例如空調裝置的冷卻介質流過)典型地非常堅硬並且可以除了冷卻的功能外理想地也承擔在電池殼體中的加強元件的功能。因此，該結構可以提供非常堅硬的電池殼體，所述電池殼體理想地適用於作為車輛的支承結構的構件，並且所述電池殼體通過把加強元件設計為冷卻裝置可以進一步節省獨立的冷卻裝置或者獨立的加強元件的結構空間和重量。
[0021]此外，在按照本發明的車輛的一個非常有利的改進中規定，所述電池作為用於存儲電驅動功率的牽引用電池設置在至少部分電驅動的車輛中。所述電池特別地適用於例如用於電動車輛或者特別是用於混合動力車輛的牽引用電池，因為所述電池可以基本不需要附加結構空間地集成到所述車輛的支承結構的目前的結構中，並且因此非常節省空間地可集成到具有內燃機的當前的驅動方案中。藉此可以簡單而且高效地實現車輛的混合動力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]按照本發明的車輛的另外的有利的設計方案由其他的從屬權利要求得出並且根據實施例是顯著的，下面參照附圖對所述實施例進行進一步詳細闡明。
[0023]其中:
[0024]圖1示出了車輛的支承結構的示意性視圖；
[0025]圖2示出了已安裝的電池的截面圖；
[0026]圖3示出在第一狀態(a)和第二狀態(b)下支承結構的支架的端側的端部的可能的實施形式；
[0027]圖4示出了類似於在圖1中的具有集成的電池的車輛的支承結構的示意性視圖；以及
[0028]圖5示出了在一個來自圖4的放大地示出的截面中的電池到車輛的支承結構中的集成。【具體實施方式】
[0029]在圖1的圖示中非常簡化地並且按照原理地表明了車輛I或者這樣的車輛I的支承結構2。所述支承結構主要由縱梁3以及橫梁4組成。此外，在圖1的圖示中可以看到車輛I的車輪5。部分示出的車輛I的行駛方向以F表示，從而車輛I在向前行駛中沿箭頭F的方向行駛。在此，為了更好的定向，沿行駛方向由車輛I的前面開始為縱梁3和橫梁4連續編號。因此縱梁3.1位於車輛I的所謂的前端，縱梁3.2位於車輛I的中間，而縱梁
3.3位於在車輛的角區域。同樣為橫梁4進行編號，從而以4.1表示緊接著前端的橫梁4，以4.2表示中間的橫梁並且以4.3表示沿行駛方向在最後面布置的橫梁。在此，在圖1中示出了橫梁4.3的截面。在此，支承結構2的結構應理解為純示意性的，自然可以在這樣的支承結構中使用更多或者更少的縱梁3和橫梁4。
[0030]在車輛I的在圖1中示出的實施例中電池6布置在車輛的後部的區域中。電池6(其在圖2的截面圖中可以更詳細地看到)具有電池殼體7，該電池殼體在這裡所示出的實施例中由底部件8和頂部件9組成。在電池殼體7中以自身已知的方式和方法設有多個電池單元10。在這裡所示出的實施例中電池單元10各自設計為稜柱形的電池單元10並且堆疊為一個電池堆11。例如具有圓柱形的電池單元的備選的實施形式自然也可以考慮。各
電池單元10的集合-在此處示出的實施例中電池單元堆9-通過示意性標出的接收
元件12接收在電池殼體7中並且可以具有合適的電子構件，例如在此未示出的電池管理系統。此外電池單元10的主動冷卻應該是可能的。這在這裡所示出的實施例中通過冷卻裝置13示意，該冷卻裝置以冷卻板的形式布置於電池堆11的一側上。冷卻裝置13可以以自身已知的方式和方法由車輛I的特意為電池6建造的冷卻迴路和/或空調裝置得到主動冷卻。而且冷卻的結構在本發明中不佔有重要的地位並且由一般的現有技術是已知的，從而不作進一步深入研究。主動的冷卻僅僅通過用於導入並且導出冷卻介質的兩個冷卻管路14不意O
[0031]現在，電池單元10中的每一個都具有一封閉元件15，其構成為過壓保護裝置並且可以例如實現為破裂元件。同樣可以考慮的是，封閉元件15被設計為彈簧加載的(止回/RUckchlag)閥或者諸如此類的形式。如果現在在電池單元10的一個或多個中發生過壓，例如由於短路或者由於未計劃的過充，則該封閉元件15將在特定的壓力下打開，從而氣體可以從所涉及的電池單元10逸出。這在此處在電池單元10中之一作為示例示出。以16表示的箭頭表明的氣體從電池單元10逸出並且在電池殼體7中產生相應的過壓。電池殼體7具有一放氣開口 17，其或者可以設計為開口或者可以通過以電池單元10的封閉元件15的類型的在此未示出的封閉元件封閉。如果現在在電池殼體7中發生過壓，那麼氣體16通過放氣開口 17逸出，並且經由孔18到達橫梁4.3的區域中。在此，電池殼體7的底部件8這樣與橫梁4連接或者被壓向該橫梁，以便在放氣開口 17打開時在電池殼體7的內部與橫梁
4.3的內部19之間產生密封的連接。氣體16由此由電池殼體7流入到設計為空心型材的橫梁4.3的內部19中，並且可以由該內部典型地在其打開的端側(如其在圖1的圖示中可看到的那樣)上相應的流出。
[0032]因為橫梁4.3的打開的端側典型地僅僅與車輛I的周圍環境而不與車輛的內部空間連接，所以確保了可能的產生的氣體16從電池6到周圍環境的安全並且可靠的導出，而不會有車輛I的乘員與氣體16的接觸以及由此可能受到的危害。
[0033]在圖3的圖示中可以看到一種可能，即通過作為止回元件的閥片20相應地封閉橫梁4的端側。這在正常的運行中確保了，(例如在持久地打開的放氣開口 17的情況下)沒有汙物經由橫梁4.3的內部空間19滲透到電池殼體7中。如果發生了氣體16的流出，那麼所述閥片一如在圖3b的圖示中可看到的那樣一在這種情況下克服閥片的重力被打開。在此補充於或者備選於重力，同樣可以設有彈簧。自然也可以考慮，應用主動控制的閥片20或膜片作為破裂元件。
[0034]在圖4的圖示中類似於在圖1的圖示可以看到一個備選的實施形式。
[0035]電池6在此以隨後還要進一步描述的方式和方法形成一個集成到支承結構2的支承構件，在此其在示出的實施例中設計為橫梁4.2的部件。該部件在此連同縱梁3.2在截面圖中可以看到。電池6或者電池殼體7也具有放氣開口 17，其僅在圖5的圖示中示出。可能在電池6的區域中在過壓下產生的氣體16於是通過橫梁4.2的部件被引導並且經由一布置於縱梁3.2之一中的開口 21到達該縱梁3.2的內部並且相應於在此示出的箭頭經由該縱梁3.2的端側進入到車輛I的周圍環境中。在圖4中示出的結構除了通過橫梁4.2和縱梁3.2將可能的氣體導出的可能外附加地具有重要的優點，即電池6或者電池殼體7的一部分是支承結構2的構件。如在圖5的圖示中更好地可看到的那樣，例如具有設計為底板22的底部件8的、電池6的電池殼體7這樣設計，即電池殼體7具有例如可以與電池6的底板22焊接在一起的接收部23。接收部23經由螺栓24可鬆脫地與橫梁4.2的兩個部段連接。底板22可以在此特別地設計為空心空間結構，以便在儘可能輕的重量下儘可能好地將力從橫梁4.2的一個部分傳送到其另一部分。此外，底板22可以具有支持其的加強元件。在圖5的圖示中在橫截面上可以看到兩個在電池堆11之間的冷卻板形式的冷卻裝置13。因為該冷卻裝置典型地由金屬材料構成並且具有相應高的剛度，該冷卻裝置以理想的方式形成加強元件。該冷卻裝置可以將力從底板22的一側傳送到另一側，從而對此附加的構件不是必要的。
[0036]在圖5的圖示中可以看到放氣開口 17，其例如設計為在電池6的底板22中的持久的開口。該放氣開口與橫梁4.2的一個部分的內部25連接。橫梁4.2可以為此通過在此未示出的密封件在其端側的區域中或者在接收部23的區域中這樣被安裝到電池6的底板22上，使得氣體安全並且可靠地從放氣開口 17流入到橫梁4.2的內部25中，不會到達周圍環境。如在圖4的圖示中已經描述的那樣，氣體然後通過縱梁3.2到達到車輛I的周圍環境中，不會危害在車輛的內部空間中的車輛的乘員。
【權利要求】
1.一種具有電池(6)和車輛支承結構(2)的車輛(I)，所述車輛支承結構具有多個設計為空心型材的支架(3、4)，其中所述電池(6)具有至少一個放氣開口(17)，其特徵在於，所述電池(6)的至少一個放氣開口(17)與所述設計為空心型材的支架(3、4)中至少之一的內部空間(19、25)連接，並且經由該支架直接或者經由另一設計為空心型材的支架(3、4)與所述車輛(I)的周圍環境連接。
2.根據權利要求1所述的車輛(I)，其特徵在於，所述電池(6)設置在所述支承結構(2)的區域中。
3.根據權利要求1或2所述的車輛(I)，其特徵在於，所述電池(6)具有帶有所述至少一個放氣開口(17)的電池殼體(7)，其中所述至少一個放氣開口(17)直接與在至少一個支架(4.3,4.2)中的至少一個開口(18)共同作用。
4.根據權利要求1至3之一所述的車輛(I)，其特徵在於，所述至少一個放氣開口( 17)具有閥裝置、止回元件、破裂元件或諸如此類的形式的封閉元件。
5.根據權利要求1至4之一所述的車輛(1)，其特徵在於，所述電池(6)由多個電池單元(10 )構成,所述電池單元各自具有過壓閥或者破裂元件形式的封閉元件(15)。
6.根據權利要求1至5之一所述的車輛(I)，其特徵在於，所述至少一個設計為空心型材的支架(3、4)與所述車輛(I)的周圍環境的連接具有防止侵入介質的封閉元件，特別是止回元件(20)。
7.根據權利要求4、5或6所述的車輛(1)，其特徵在於，所述至少一個封閉元件(15)根據壓力打開。
8.根據權利要求1至7之一所述的車輛(I)，其特徵在於，所述電池(6)具有電池殼體(7)，其中所述電池殼體(7)或所述電池殼體的一部分(8、22)、特別是所述電池殼體(7)的底板(22)設計為所述支承結構(2)的構件。
9.根據權利要求8所述的車輛(1)，其特徵在於，所述電池殼體(7)具有至少一個一特別是用於所述電池(6)的冷卻裝置(13)形式的——加強元件。
10.根據權利要求1至9之一所述的車輛(I)，其特徵在於，所述電池(6)作為用於存儲電驅動功率的牽引用電池設置在至少部分電驅動的車輛中。
【文檔編號】B62D21/17GK103502032SQ201180070651
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年12月9日 優先權日:2011年5月5日
【發明者】J·海爾博 申請人:戴姆勒股份公司