CN103502032A - 具有电池的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有电池（6）和车辆支承结构（2）的车辆（1），所述车辆支承结构具有多个设计为空心型材的支架（3、4），其中所述电池（6）具有至少一个放气开口（17）。本发明的特征在于，所述电池（6）的至少一个放气开口（17）与所述设计为空心型材的支架（3、4）中至少之一的内部空间（19、25）连接，并且经由该支架直接或者经由另一设计为空心型材的支架（3、4）与所述车辆（1）的环境连接。

Description

具有电池的车辆

技术领域

本发明涉及一种根据在权利要求1中进一步限定的类型的具有电池和车辆支承结构的车辆。

背景技术

由一般的现有技术已知至少部分电驱动的车辆。所述车辆需要电池（其也被称为牵引用电池/动力电池），其存储用于车辆的牵引的电功率。该电池必须可靠、稳定并且尽可能节省空间地安置在车辆中，以便例如不减少或者仅仅稍许地减少车辆中的载重容积。

由文献DE102007063193A1已知一种具有过压保护的电池。作为牵引用电池应用在车辆中的电池典型地在实现高的蓄能密度的蓄能技术中、例如在锂离子技术中实现。原则上在这样的技术中存在的风险在于，在电池短路或者过充时导致在整个电池中或者在单个电池单元中的过压，所述整个电池典型地由所述电池单元构成。为了在紧急情况下在电池和电池的周围环境遭受损坏之前逐渐消除这样的过压，典型地规定，在电池单元的区域中和/或在整个电池的环绕这些电池单元的电池壳体的区域中设有在损坏情况下打开的封闭元件。提及的德国公开文献示例地描述了一种这样的在电池单元的壳体的区域中的过压保护装置。该过压保护装置由一破裂元件组成，其例如设计为具有额定破裂点的壳体的一部分或膜片。如果例如由于短路引起电池单元内部的过压，则过压保护装置打开并且放出过压。在此可以产生比较大量的气体，从而环绕电池单元的电池壳体按照一般的现有技术典型地具有放气开口，其同样通过破裂元件等或者打开或者封闭。现在，在车辆中应用这样的电池时重要的是，将比较大的气体量（其可以在电池过充时产生）可靠地从车辆导出，而这些气体量不会到达车辆的内部空间中，乘员通常坐在该内部空间中并且特定情况下可能被这些气体伤害。

因此在一般通常的设计中规定，电池的放气开口（其典型地设置在环绕整个电池的电池壳体的区域中）经由相应的管路元件与车辆的周围环境连接。该管路元件必须密封地与放气开口连接并且这样敷设在车辆中，从而在过压情况下安全并且可靠地防止流出的气体渗透到车辆的内部空间中。在管路元件、管路引导以及接口的设计和密封方面的花费因此比较高。

由另外的一般的现有技术此外已知的是，将电池设置在车辆的支承结构的区域中。

在文献US2010/0213741A1中例如描述了一种电化学构件，在这种情况下将燃料电池设置在车辆的中间底槽中，亦即设置在车辆的支承结构的区域中。为了在碰撞情况下不使电化学单元不必要地被加载，中间底槽具有相应的加强件，其设置在电化学单元之间并且用于不经由电化学结构单元地对碰撞的情况下的力进行传递。由此提高了安全性并且减少了电化学结构单元的可能的损坏的危险。

由文献FR2942764A1还已知的是，蓄能装置、例如也就是电池设置在车辆的支承结构的区域中，其中保留有自由空间。由此可以节省空间地将用于蓄能的相应的装置集成到车辆的支承结构中并且不占去其他的需要的结构空间。

两个所述的文献也各自描述了燃料电池或电池集成到在车辆的支承结构中存在的空腔中。

发明内容

在此本发明的任务现在在于，提出一种具有电池的车辆，其中可以最小化所需要的结构空间。

按照本发明该任务通过在权利要求1的特征部分中所述的特征解决。按照本发明的解决方案的另外的有利的设计方案由各从属权利要求得出。

在按照本发明的车辆中还规定，电池的至少一个放气/通风开口与设计为空心型材的支架中至少之一的内部空间连接，并且经由该支架直接或者经由另一设计为空心型材的支架与车辆的周围环境连接。所述典型地设计为空心型材的支架（其经常设计为具有圆的或者矩形的横截面的管）按照本发明用作用于导出在损坏情况下从电池的放气开口出来的气体的管路元件。典型地，所述支架的空心型材具有相应大的横截面，从而使得比较大量的气体（其在损坏情况下在电池的区域中形成）可以通过所述支架无问题地导出。所述设计为空心型材的支架在其端侧上典型地与车辆车身的外部区域连接并且不具有到车辆的内部空间的连接。因此，所述支架理想的适合于将气体导出到周围环境，而无需危害车辆的乘员。在此可以省去现有技术中所必要的附加的管路元件。仅需要将一个开口在适合的位置设置在支架的区域中或者如果必要设置在从一个支架至另一个支架的过渡部上。因此该结构在结构空间、需要的构件并且特别是装配和密封费用方面相对于现有技术的车身是更合适的。

此外，在依据本发明的车辆的一个有利的设计方案中规定，所述电池设置在所述支承结构的区域中。所述电池在支承结构的区域中的这样的设置对于按照本发明构造的车辆是理想的，因为由此可以最小化或者省略放气开口与支承结构的空心型材的入口之间的可能的管路元件。

在按照本发明的车辆的另一非常有利的设计方案中相应地规定，所述电池具有带有至少一个放气开口的电池壳体，其中所述至少一个放气开口直接与在至少一个支架中的至少一个开口共同作用。

在按照本发明的车辆的该特别优选的结构中，由于所述电池的电池壳体的放气开口直接与所述支架连接，所以也可以省去全部的管路元件。在此可以存在固定的连接、例如材料锁合或者形锁合的连接，或者可以通过密封件实现密封的连接。在所述结构中那么仅仅在所述电池壳体与所述支架之间的唯一的密封件是必要的，或者可以完全省略材料锁合的连接。

此外，在按照本发明的车辆的一个特别有益的并且有利的改进中规定，所述电池具有电池壳体，其中所述电池壳体或所述电池壳体的一部分、特别是所述电池壳体的底板（底槽部）设计为所述支承结构的构件。

在该特别优选的改进中，所述电池壳体或者所述电池壳体的一部分可以不仅承担作为电池壳体的功能而且承担作为在车辆的支承结构中的构件的支承功能。通过所述电池壳体一方面作为电池壳体另一方面作为车辆的支承结构的构件的双重功能性，可以进一步节省结构空间，因为可以省去常规的支承结构的部件，该部件被所述电池壳体或者所述电池壳体的一部分代替。

所述电池壳体或者所述电池壳体的一部分作为支承结构的构件的应用一方面实现了稳定的和坚硬的支承结构并且另一方面允许以常规的方式和方法（相对软地）实现所述电池的电化学结构，其典型地以棱柱形的电池单元的一个或多个堆叠的形式构成。因此可以在电池的制造中节省费用并且在电池中节省结构重量，而同时总归需要的电池壳体的至少一部分可以构成为支承结构的高度稳定的构件。

此外，在本发明的一个非常有利的改进中规定，所述电池壳体具有至少一个特别是以用于所述电池的冷却装置的形式的加强元件。

在所述电池壳体中的这样的加强元件可以用于，足够稳定并且坚硬地将电池壳体设计为支承结构的构件，在此无需不必要地重地构成整个电池壳体。

电池的典型的结构（如所述电池例如作为牵引用电池应用在至少部分电驱动的车辆中）规定，应用需要主动冷却的电池单元。该电池单元例如以锂离子技术经常作为棱柱形的电池单元堆叠为一个或多个电池单元堆并且组合成所述电池。为了能确保电池单元的可靠且均匀的冷却，经常设计为，存在至少一个用于电池单元的调温和冷却的冷却装置，该冷却装置经常以板或者以管的形式构成并且设置在电池堆的一个或多个侧上。该冷却装置（其特别是设计为金属板，所述金属板主动地由冷却介质例如空调装置的冷却介质流过）典型地非常坚硬并且可以除了冷却的功能外理想地也承担在电池壳体中的加强元件的功能。因此，该结构可以提供非常坚硬的电池壳体，所述电池壳体理想地适用于作为车辆的支承结构的构件，并且所述电池壳体通过把加强元件设计为冷却装置可以进一步节省独立的冷却装置或者独立的加强元件的结构空间和重量。

此外，在按照本发明的车辆的一个非常有利的改进中规定，所述电池作为用于存储电驱动功率的牵引用电池设置在至少部分电驱动的车辆中。所述电池特别地适用于例如用于电动车辆或者特别是用于混合动力车辆的牵引用电池，因为所述电池可以基本不需要附加结构空间地集成到所述车辆的支承结构的目前的结构中，并且因此非常节省空间地可集成到具有内燃机的当前的驱动方案中。借此可以简单而且高效地实现车辆的混合动力。

附图说明

按照本发明的车辆的另外的有利的设计方案由其他的从属权利要求得出并且根据实施例是显著的，下面参照附图对所述实施例进行进一步详细阐明。

其中：

图1示出了车辆的支承结构的示意性视图；

图2示出了已安装的电池的截面图；

图3示出在第一状态（a）和第二状态（b）下支承结构的支架的端侧的端部的可能的实施形式；

图4示出了类似于在图1中的具有集成的电池的车辆的支承结构的示意性视图；以及

图5示出了在一个来自图4的放大地示出的截面中的电池到车辆的支承结构中的集成。

具体实施方式

在图1的图示中非常简化地并且按照原理地表明了车辆1或者这样的车辆1的支承结构2。所述支承结构主要由纵梁3以及横梁4组成。此外，在图1的图示中可以看到车辆1的车轮5。部分示出的车辆1的行驶方向以F表示，从而车辆1在向前行驶中沿箭头F的方向行驶。在此，为了更好的定向，沿行驶方向由车辆1的前面开始为纵梁3和横梁4连续编号。因此纵梁3.1位于车辆1的所谓的前端，纵梁3.2位于车辆1的中间，而纵梁3.3位于在车辆的角区域。同样为横梁4进行编号，从而以4.1表示紧接着前端的横梁4，以4.2表示中间的横梁并且以4.3表示沿行驶方向在最后面布置的横梁。在此，在图1中示出了横梁4.3的截面。在此，支承结构2的结构应理解为纯示意性的，自然可以在这样的支承结构中使用更多或者更少的纵梁3和横梁4。

在车辆1的在图1中示出的实施例中电池6布置在车辆的后部的区域中。电池6（其在图2的截面图中可以更详细地看到）具有电池壳体7，该电池壳体在这里所示出的实施例中由底部件8和顶部件9组成。在电池壳体7中以自身已知的方式和方法设有多个电池单元10。在这里所示出的实施例中电池单元10各自设计为棱柱形的电池单元10并且堆叠为一个电池堆11。例如具有圆柱形的电池单元的备选的实施形式自然也可以考虑。各电池单元10的集合——在此处示出的实施例中电池单元堆9——通过示意性标出的接收元件12接收在电池壳体7中并且可以具有合适的电子构件，例如在此未示出的电池管理***。此外电池单元10的主动冷却应该是可能的。这在这里所示出的实施例中通过冷却装置13示意，该冷却装置以冷却板的形式布置于电池堆11的一侧上。冷却装置13可以以自身已知的方式和方法由车辆1的特意为电池6建造的冷却回路和/或空调装置得到主动冷却。而且冷却的结构在本发明中不占有重要的地位并且由一般的现有技术是已知的，从而不作进一步深入研究。主动的冷却仅仅通过用于导入并且导出冷却介质的两个冷却管路14示意。

现在，电池单元10中的每一个都具有一封闭元件15，其构成为过压保护装置并且可以例如实现为破裂元件。同样可以考虑的是，封闭元件15被设计为弹簧加载的（止回/Rückchlag）阀或者诸如此类的形式。如果现在在电池单元10的一个或多个中发生过压，例如由于短路或者由于未计划的过充，则该封闭元件15将在特定的压力下打开，从而气体可以从所涉及的电池单元10逸出。这在此处在电池单元10中之一作为示例示出。以16表示的箭头表明的气体从电池单元10逸出并且在电池壳体7中产生相应的过压。电池壳体7具有一放气开口17，其或者可以设计为开口或者可以通过以电池单元10的封闭元件15的类型的在此未示出的封闭元件封闭。如果现在在电池壳体7中发生过压，那么气体16通过放气开口17逸出，并且经由孔18到达横梁4.3的区域中。在此，电池壳体7的底部件8这样与横梁4连接或者被压向该横梁，以便在放气开口17打开时在电池壳体7的内部与横梁4.3的内部19之间产生密封的连接。气体16由此由电池壳体7流入到设计为空心型材的横梁4.3的内部19中，并且可以由该内部典型地在其打开的端侧（如其在图1的图示中可看到的那样）上相应的流出。

因为横梁4.3的打开的端侧典型地仅仅与车辆1的周围环境而不与车辆的内部空间连接，所以确保了可能的产生的气体16从电池6到周围环境的安全并且可靠的导出，而不会有车辆1的乘员与气体16的接触以及由此可能受到的危害。

在图3的图示中可以看到一种可能，即通过作为止回元件的阀片20相应地封闭横梁4的端侧。这在正常的运行中确保了，（例如在持久地打开的放气开口17的情况下）没有污物经由横梁4.3的内部空间19渗透到电池壳体7中。如果发生了气体16的流出，那么所述阀片——如在图3b的图示中可看到的那样——在这种情况下克服阀片的重力被打开。在此补充于或者备选于重力，同样可以设有弹簧。自然也可以考虑，应用主动控制的阀片20或膜片作为破裂元件。

在图4的图示中类似于在图1的图示可以看到一个备选的实施形式。

电池6在此以随后还要进一步描述的方式和方法形成一个集成到支承结构2的支承构件，在此其在示出的实施例中设计为横梁4.2的部件。该部件在此连同纵梁3.2在截面图中可以看到。电池6或者电池壳体7也具有放气开口17，其仅在图5的图示中示出。可能在电池6的区域中在过压下产生的气体16于是通过横梁4.2的部件被引导并且经由一布置于纵梁3.2之一中的开口21到达该纵梁3.2的内部并且相应于在此示出的箭头经由该纵梁3.2的端侧进入到车辆1的周围环境中。在图4中示出的结构除了通过横梁4.2和纵梁3.2将可能的气体导出的可能外附加地具有重要的优点，即电池6或者电池壳体7的一部分是支承结构2的构件。如在图5的图示中更好地可看到的那样，例如具有设计为底板22的底部件8的、电池6的电池壳体7这样设计，即电池壳体7具有例如可以与电池6的底板22焊接在一起的接收部23。接收部23经由螺栓24可松脱地与横梁4.2的两个部段连接。底板22可以在此特别地设计为空心空间结构，以便在尽可能轻的重量下尽可能好地将力从横梁4.2的一个部分传送到其另一部分。此外，底板22可以具有支持其的加强元件。在图5的图示中在横截面上可以看到两个在电池堆11之间的冷却板形式的冷却装置13。因为该冷却装置典型地由金属材料构成并且具有相应高的刚度，该冷却装置以理想的方式形成加强元件。该冷却装置可以将力从底板22的一侧传送到另一侧，从而对此附加的构件不是必要的。

在图5的图示中可以看到放气开口17，其例如设计为在电池6的底板22中的持久的开口。该放气开口与横梁4.2的一个部分的内部25连接。横梁4.2可以为此通过在此未示出的密封件在其端侧的区域中或者在接收部23的区域中这样被安装到电池6的底板22上，使得气体安全并且可靠地从放气开口17流入到横梁4.2的内部25中，不会到达周围环境。如在图4的图示中已经描述的那样，气体然后通过纵梁3.2到达到车辆1的周围环境中，不会危害在车辆的内部空间中的车辆的乘员。

Claims (10)

1.一种具有电池（6）和车辆支承结构（2）的车辆（1），所述车辆支承结构具有多个设计为空心型材的支架（3、4），其中所述电池（6）具有至少一个放气开口（17），其特征在于，所述电池（6）的至少一个放气开口（17）与所述设计为空心型材的支架（3、4）中至少之一的内部空间（19、25）连接，并且经由该支架直接或者经由另一设计为空心型材的支架（3、4）与所述车辆（1）的周围环境连接。

2.根据权利要求1所述的车辆（1），其特征在于，所述电池（6）设置在所述支承结构（2）的区域中。

3.根据权利要求1或2所述的车辆（1），其特征在于，所述电池（6）具有带有所述至少一个放气开口（17）的电池壳体（7），其中所述至少一个放气开口（17）直接与在至少一个支架（4.3、4.2）中的至少一个开口（18）共同作用。

4.根据权利要求1至3之一所述的车辆（1），其特征在于，所述至少一个放气开口（17）具有阀装置、止回元件、破裂元件或诸如此类的形式的封闭元件。

5.根据权利要求1至4之一所述的车辆（1），其特征在于，所述电池（6）由多个电池单元（10）构成，所述电池单元各自具有过压阀或者破裂元件形式的封闭元件（15）。

6.根据权利要求1至5之一所述的车辆（1），其特征在于，所述至少一个设计为空心型材的支架（3、4）与所述车辆（1）的周围环境的连接具有防止侵入介质的封闭元件，特别是止回元件（20）。

7.根据权利要求4、5或6所述的车辆（1），其特征在于，所述至少一个封闭元件（15）根据压力打开。

8.根据权利要求1至7之一所述的车辆（1），其特征在于，所述电池（6）具有电池壳体（7），其中所述电池壳体（7）或所述电池壳体的一部分（8、22）、特别是所述电池壳体（7）的底板（22）设计为所述支承结构（2）的构件。

9.根据权利要求8所述的车辆（1），其特征在于，所述电池壳体（7）具有至少一个——特别是用于所述电池（6）的冷却装置（13）形式的——加强元件。

10.根据权利要求1至9之一所述的车辆（1），其特征在于，所述电池（6）作为用于存储电驱动功率的牵引用电池设置在至少部分电驱动的车辆中。

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