CN110582867B - 用于电动车辆的电池盒 - Google Patents

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Abstract

一种用于电动或混合动力机动车辆的电池盒，包括：具有大体上凸多边形形状的***框架、底部部件和顶盖；所述底部部件接合到所述***框架的下表面，所述***框架至少包括铝挤出元件，所述铝挤出元件在沿挤出纵向方向上的至少一个位置中在单个方向上根据一个角弯曲，其中所述弯曲的铝挤出元件在所述位置处具有至少两个不同的内曲率半径。

Description

用于电动车辆的电池盒
技术领域
本发明涉及电动或混合动力机动车辆的领域。
本发明更具体地涉及这种电动或混合动力机动车辆的电池盒，所述电池盒包括在平面视图中具有大体上凸多边形形状的***框架、与由铝合金制成的***框架的下表面接合的底部部件、以及用于封闭的顶盖。
背景技术
电池盒可以包括容纳电能存储单元元件装置的腔室，使得能够产生用于驱动电动或混合动力车辆的电能。将电能存储单元元件的装置放置在电池盒中，在这之后将电池盒安装在电动或混合动力机动车辆中。
电动机动车辆或混合动力车辆(设置有内燃机的车辆)需要大量的电池来驱动电动机。在参考文献EP 1939026、US 2007/0141451、US 2008/0173488、US 2009/0236162、EP2623353中可以是用于电动车辆的常规电池的电池盒的一些实施例。
要求这种电池盒具有即使在车辆发生事故时也能防止容器容易变形的坚固性以及即使在变形到达容器时也能使电池的破损最小化的保护功能。因此，要求电池盒具有足以应对冲击事故的强度。CN106207044公开了一种由碳纤维夹层制成、PVC泡沫层压的碳纤维复合材料电池盒，允许增加刚度和侧面冲击性能。CN205930892公开了使用蜂窝状挡板结构代替底部部件以提高碰撞安全性能的一种实用新型设计。EP2766247提出使用壳和在电池子隔间的侧壁与车身纵梁之间的自由变形空间。
还要求电池盒具有水密性，以避免任何流体进入到电池盒的腔室内或避免包含在电能存储单元元件中的任何电解质从电池盒的腔室泄漏。当电池盒固定在车辆底板下方以防止水或泥浆进入时，水密性是特别强制的。
还有意义的是具有对电能存储单元元件的温度控制以确保恒温***从而增加电池里程。CN204885367实用新型公开了在电池盒的顶部使用冷却风扇。CN204516872实用新型提出了一种电池盒，该电池盒的侧壁设置有多个外部延伸部以允许空气流动。CN104795611公开了一种温度控制模块，该温度控制模块包括用于传输导热流体介质的循环管线。
为了改善车辆的行驶性能，必须优化电池盒的重量，同时要提供最大的耐碰撞性、水密性、适应温度控制的能力以及容纳最大数量的电能存储单元元件的能力。实际上，对于电池盒的给定的重量和体积，腔室的容纳最大数量的单元元件的容量是本发明旨在解决的问题。
电池盒包括：底部部件以及外部的***框架，所述***框架形成为定位在所述底部部件的外部的***边缘部分上，所述外部的***框架通常通过诸如焊接、粘接的组装方式接合到底部部件，以确保组件的抵抗力以及底部部件和***框架之间的边缘的水密性。优选在底部部件和***框架之间的交界面处还使用密封装置。顶板或顶盖从上方放置在***框架上。顶盖通过诸如铆钉或螺钉的组装方式被组装至***框架。也可以将顶盖密封以确保***框架和顶盖之间的水密性。
***框架和/或顶盖和/或底部部件通常由铝制成以减轻结构的重量。它们可以是片材或型材。中空型材对于***框架是尤其优选的，以提高耐碰撞性。中空型材在以下方面也是有意义的：允许流体循环以用于温度控制或封装冷却装置，例如允许限制温度升高的相变材料，如US 20160111761中所描述的。
电能存储单元元件通常是矩形的。因此，电池盒最合适的几何形状是矩形盒。例如DE102014226566和US87739909描述了这种矩形电池盒。
为了确保矩形电池盒的最大体积容量，重要的是要确保***框架的角为90°或接近该值。除非如此，如果获得较小或较大的角(通常小于85°或大于95°)，会导致电池盒的外壳的空间损失。
如果将挤出产品用于***框架，则可以通过在确保两个相邻型材之间的90°角、+/-5°的情况下彼此连接来获得矩形***框架。
为了实现这种几何形状，DE 102012200350 A1公开了一种用于将至少一个电能存储器紧固在混合动力或电动车辆中的布置。能量存储器的壳体由框架构件制成，所述框架构件与拐角连接器连接。JP5552109还公开了一种电池壳体的框架，所述框架利用角型材连接。与DE 10 2012 200 350 A1相比，拐角型材呈U形，框架构件***所述U形型材中。拐角型材和框架构件借助于螺纹连接和焊接接合元件连接。DE102014226566公开了一种电池壳体或电池外壳，其中电池外壳的至少侧壁由支柱结构构成，其中支柱结构的***通过节点元件连接。
另一种可能性是也通过在四个拐角部分处焊接来接合框架构件。此解决方案遇到一些问题，特别是焊接变形，这不利于***框架到底部和/或顶板的密封。另一个缺点是由焊接操作引起的热影响区的存在，这降低了框架的抵抗力及其吸收碰撞能量的能力。
US8739909公开了一种外部框架，该外部框架具有一对框架构件，所述框架构件具有相同的矩形截面形状，并且分别由铝合金中空挤出材料制成，并且在纵向方向上的两个位置处弯曲90°并彼此接合，从而使得一个框架构件的端部面对另一框架构件的端部。
US8739909提出的解决方案是获得电池盒的大容量体积存储的合适解决方案，因为它允许获得90°角。该解决方案避免了在拐角处的焊接，这有利于减少焊接变形并增加抗碰撞性。但是因为由于弯曲变形而在拐角的上侧和下侧上的非平坦区域，该解决方案仍然不利于密封。另外，由于在拐角处存在变形区域，由于缺乏钻孔的空间，不可能用铆钉将顶盖固定在该区域中，并且可能仍然难以实现密封。
考虑到这种情况本发明已进行研发，因此本发明的目的是提供一种用于将电池安装到电动车辆或混合动力车辆上的结构，以提高安装在电动车辆上的电池的耐碰撞能力同时防止增加重量和成本，并且例如通过将***框架与底部部件和/或顶盖容易地固定来确保密封。本发明的另一个目的是提出一种制造这种电池盒的方法。
发明内容
本专利申请公开了一种用于电动或混合动力机动车辆的电池盒，所述电池盒包括***框架、底部部件和顶盖。
***框架具有大体上凸多边形形状。底部部件接合到***框架的下表面。***框架包括至少一个铝挤出元件，所述铝挤出元件在沿挤出纵向方向上的至少一个位置中在单个方向上根据角α弯曲。所述弯曲的铝挤出元件在所述位置处具有至少两个不同的内曲率半径。
所述***框架由至少一个弯曲的铝挤出元件构成。铝挤出元件的弯曲区域位于非弯曲区域之间，以形成至少一个拐角。通过接合所述弯曲的铝挤出元件的端部获得***框架。可以通过粘结、焊接或经由US8739909中描述的接头构件或任何其他适当的方式来实现所述接合。优选地，***框架被获得为具有四个挤出元件，并且更优选地具有两个铝挤出元件。
优选地，所述两个内曲率半径中的一个比另一个内曲率半径大2(两)倍以上，优选比另一个内曲率半径大10(十)倍以上，更优选地比另一个内曲率半径大30(三十)倍以上。
为了使电池盒的空间最大化，有意义的是使内部半径尽可能小。然而，为了保证上部区域和下部区域的平坦度，发明人提出将铝挤出元件弯曲为具有拐角，所述拐角具有至少两个不同的内曲率半径。优选地，所述两个内半径之一在1mm至10mm之间。所述两个内半径之一优选等于5mm+/-3mm。
然后，通过利用弯曲进行小程度的变形，因为腔室处的大半径同时使弯曲的挤出铝元件的上部和下部具有最小的内半径，可以获得令人满意的平坦度，从而优化电池盒的体积。
这种构造改进了底部部件到***框架的组装，因为其允许获得***框架的下表面的更好的平坦度。它确保了密封后***框架和底部部件之间更好的紧密性。
根据本发明，在一个优选实施方案中，铝挤出元件包括至少三个壁W1、W2、W3和至少一个中空腔室，壁W1和W3的长度分别为L1和L3，其中
-所述壁W2在另外两个壁W1和W3的末端处至少与这两个壁W1和W3连接。
-所述两个壁W1或W3中的至少一个连接在所述壁W2的一个末端处，
-所述两个壁W1和W3大致上垂直于所述壁W2，并定位在包含作为前沿(frontier)的所述壁W2的相同半空间中，
-所述壁W2的一部分形成所述中空腔室的壁，
-所述中空腔室位于所述两个壁W1和W3之间，并沿所述壁W1和W3的方向延伸长度L2，其中长度L2小于L1和/或L3。
在一个优选的实施方案中，所述两个壁W1和W3具有相同的长度；所以L1等于L3。
底部部件和顶盖部件优选地经由壁W1和W3连接到***框架。可以在壁W1和W3上钻孔以允许连接。
在另一个优选的实施方案中，壁W2在其两个末端处与壁W1和W3连接，大致上形成为U形。
在一个实施方案中，壁W1和W3中的至少一个构成中空腔室的壁。
在优选的实施方案中，铝挤出元件在单个方向上根据90°角弯曲。
本专利申请还公开了一种用于制造具有***框架的电池盒的方法。
所述方法至少包括以下步骤：
a)提供铝合金的挤出元件，其中所述挤出元件包括至少三个壁W1、W2、W3和至少一个中空腔室，所述壁W1和W3的长度分别为L1和L3，其中
-所述壁W2在另外两个壁W1和W3的末端处至少与这两个壁W1和W3连接，
-所述两个壁W1或W3中的至少一个连接在所述壁W2的一个末端处，
-所述两个壁W1和W3大致上垂直于所述壁W2，并定位在包含作为前沿的所述壁W2的相同半空间中，
-所述壁W2的一部分形成所述中空腔室的壁，
-所述中空腔室位于所述两个壁W1和W3之间，并沿所述壁W1和W3的方向延伸长度L2，其中长度L2小于L1和/或L3，
b)至少在所述挤出元件的两个壁W1和W3中的每个上形成一个切口，每个切口具有对称轴线和不变点，每个切口的两个不变点沿挤出纵向方向位于相同位置，并且这两个不变点经过的轴线平行于壁W2，
c)在一个弯曲方向上使所述挤出元件根据角α弯曲至少一次，所述弯曲方向对应于两个切口的不变点经过的所述轴线(∏)以形成***框架的一部分，***框架的所述部分具有至少两个不同的内曲率半径。
优选地，所述切口具有正弦形状或梯形形状或三角形形状或矩形形状或正方形形状或具有对称轴线的任何其他形状。
优选地，通过旋转牵引弯曲或压弯来执行弯曲。
优选地，以大致90°的角α执行弯曲。
优选地，铝挤出元件的壁W2在其两个末端处与壁W1和W3连接，大致上形成为U形。
在另一优选实施方案中，所述两个壁W1或W3的一个末端不连接在壁W2的一个末端处，大致上形成为F形。有意义的是提出F形以创建装配到底部部件的形式。在一个优选实施方案中，在步骤c)之前，将壁W2的一部分切除，以允许将底部部件的拐角装配到弯曲的挤出铝元件上。壁W2的所述切割部分具有与弯曲轴线相对应的对称轴线，并且所述切割部分在壁W2的位于壁W1和W3的外侧的部分中延伸。
附图说明
图1是根据现有技术的电池盒的框架的一部分的透视图。
图2是根据本发明的电池盒的一部分的透视图。
图3是用于形成图2示出的电池盒的框架的挤出元件的横截面。
图4是电池盒的挤出元件的透视图，该挤出元件在弯曲之前被切口。
图5对应于图2示出的框架的透视图。该透视图是从电池盒的内部所视。
图6对应于与图5相同的框架的透视图；该透视图是从电池盒的外部所视。
图7至图12是根据本发明的挤出件的其他典型横截面。
图13a和图13b是具有切口的挤出元件的上部的俯视图截面。图13a呈现了正弦切口，并且图13b呈现了梯形切口。
图14a是具有梯形切口的挤出元件的横截面，并且图14b是其透视图。
图15a是挤出元件的透视图，并且图15b表示具有切口的挤出元件的透视图。
图16a和图16b表示使框架弯曲的方法的两个步骤。
图17a至图17c表示通过辊弯曲来使框架弯曲的方法的三个步骤。
图18表示框架。
图19是图12呈现的挤出元件的切口部分的透视图。
具体实施方式
图1表示根据现有技术的电池盒的框架的一部分，所述部分由通过焊接组装的两个挤出元件2a、2b构成。元件2a和2b是两个相似的挤出元件，每个挤出元件具有两个中空腔室3a1、3a2、3b1、3b2，呈现垂直于挤出方向的整体截面S。元件2a和2b经由表面S2彼此成90°定位。通过以45°切割每个元件2a和2b的末端而获得表面S2；相对于挤出件纵向方向限定45°的角。两个元件2a和2b倚靠至表面S2并且形成大致成90°的角；90°的角定义为由两个元件2a和2b的挤出方向形成的角。最后，通过焊接，通常是电弧焊接或激光焊接来组装两个元件。焊缝4定位在两个元件1a和1b的拐角处。框架在不同的位置处钻孔，以允许固定盖(未示出)。
图2表示根据本发明的电池盒1的一部分的透视图，该电池盒由顶盖5、***框架6和底部部件7构成。底部部件7通常由基板或挤出部件制成。根据底部部件的几何形状或尺寸，底部部件可能通过底板或挤出部件的组件制成。底部部件7优选地允许控制电池盒内部的温度。为此目的，通道7a优选地位于底部部件7中，以允许流体循环。利用如在图2中表示的具有中空腔室的挤出元件是有意义的，因为它允许通道7a以容易和节约的操作工序集成到底部部件内，而如果使用基板或片材，冷却设施可以通过使片材结构起皱或通过添加冷却管获得。***框架6围绕底部部件7的***。***框架6包括挤出元件2，所述挤出元件的截面呈现在图3处。挤出元件包括两个中空腔室3a3、3b3，构成所述中空腔室的壁的壁W2、两个壁W1和W3，所述两个壁在它们的末端连接到壁W2、垂直于W2。W1连接在壁W2的一个末端。W3连接在距壁W2的另一末端的给定距离处，大致上形成为F形。壁W1和W3的不与W2连接的末端定位在包含作为前沿的所述壁W2的相同半空间中。两个中空腔室定位在壁W1和壁W3之间。两个中空腔室在垂直于挤出方向的方向上延伸距离L2。壁W1和W3分别具有长度L1和长度L3。壁W1和W3具有相同的长度。长度L2比L1和/或L3要小。
如图4所例示，在两个壁W1和W3中执行切口101和103。切口包含梯形形状，所述梯形形状具有对称轴线Δ1、Δ3。定位在这些对称轴线上的两个不变点I1和I3定位在垂直于挤出方向D的同一轴线Π上。除切口之外，优选的是以宽度C切除壁W2的一部分以增强弯曲。切除在壁W2的位于壁W1和W3的外侧的部分中执行，即，切除不是在两个壁W1和W3之间。
带切口的并且优选被切除的挤出元件然后根据本发明弯曲，以形成***框架(图5和图6)的一部分。所述部分具有至少两个不同的内半径。框架的所述部分在中空腔室区域中具有内曲率半径R2，高于位于壁W1和W3的区域中的内曲率半径R1和R3。典型地，R2是R1或R3的2倍，优选是R1或R3的10倍，更优选是R1或R3的30倍。
顶盖5优选地定位在***框架6的顶部，并允许封闭电池盒。顶盖经由图5和图6中例示的孔，例如通过铆钉或螺栓固定至***框架。
图7至图12表示可用于形成电池盒的***框架6的挤出元件2的不同横截面。它对应于不同的几何形状，其中壁W1和W3具有不同的长度(图7、图8、图9)或具有相同的长度(图10、图11、图12)，具有一个中空腔室(图7、图8、图10)，两个中空腔室(图9、图11)或四个中空腔室(图12)。图10呈现了挤出元件2，对于该挤出元件，壁W2和W3的一部分也是中空腔室的壁。图12呈现了具有4个中空腔室的挤出元件2，对于该挤出元件，壁W1、W2和W3也是中空腔室的壁。
为此方面，图19呈现了带切口的挤出元件2。在这种情况下，切口10H1和10H3呈梯形形状。该梯形形状在中空腔室3c12和3d12的整个高度上延伸，在此W1和W3构成一个完整的壁。
图13a和图13b表示壁W1的俯视图。切口101被表示。切口101在图13a处呈现正弦形状，在图13b处呈现梯形形状。在每种情况下，切口101的形状具有对称轴线Δa、Δb和不变点Ila、I1b。切口的形状可以是三角形形状、圆形形状、矩形形状或具有对称轴线的任何形状。
图14a以横截面表示挤出元件2，该挤出元件在壁W1和W3中分别具有切口101、103。这两个切口分别具有不变点I1、I3，所述不变点定位在垂直于挤出纵向方向的轴线∏上。图14b是图14a的透视图。
图15a是具有两个中空腔室的挤出元件的透视图，其中壁W1和W3连接在壁W2的每个末端。图15b表示具有切口的挤出元件的透视图，所述挤出元件具有与图14b处呈现的切口相似的形状。两个切口分别具有不变点I1、I3，所述不变点定位在垂直于挤出方向的轴线∏上。
图16a和图16b呈现根据一个弯曲轴线弯曲以制造根据本发明的框架的一种替代方案。所述弯曲是推弯。图15b处呈现的所述带切口的挤出元件被放置在弯曲模12和压力模13之间。所述弯曲模具有曲率半径。此曲率半径大致上类似于最终框架的一个曲率半径。挤出元件的切口被定位成使得轴线∏(连接切口的两个不变点的轴线)对应于弯曲轴线。力经由弯曲模施加到挤出元件上。模将挤出件推到压力模13上，迫使挤出件以角α弯曲。优选地，角α大致上为90°。弯曲模12和压力模13具有特定的设计以与挤出元件2的形状适配。弯曲完成后，力被释放并且弯曲的挤出元件可以被移除。弯曲允许获得在位置∏处具有至少两个不同曲率半径(R1，R2，R3)的框架；如图18所例示，所述两个曲率半径之一比另一个曲率半径大2倍以上。
图17表示弯曲的另一种替代方案。所述弯曲是旋转牵引弯曲。图15b处呈现的所述带切口的挤出元件2被放置在压力模13、夹紧模14和旋转弯曲模15之间。挤出元件的切口被定位成使得轴线∏(连接两个不变点的轴线)对应于弯曲轴线。带切口的挤出元件通过夹紧模固定到弯曲形式(图17a)。弯曲模旋转时，它将元件牵引抵靠压力模(图17b)。压力模13、夹紧模14和旋转弯曲模15具有特定的设计以与挤出元件2的形状适配。压力模可以保持固定或与元件一起移动以消除滑动接触的摩擦。弯曲完成后，旋转弯曲模通过返回其初始位置释放了施力，并且可以移除弯曲的挤出元件。与弯曲的其他替代方案一样，此方法允许在位置∏处具有至少两个不同曲率半径(R1，R2，R3)的框架；如图18所例示，所述两个曲率半径之一比另一个曲率半径大2倍以上。
尽管这里参考本发明的一个实施方案对本发明进行了说明和描述，所述实施方案目前被认为是实际实践中实施这种发明的最佳方式，但是应该理解，在不脱离本文所公开的和所附权利要求书所理解的更广泛的发明构思的情况下，可以进行各种改变以使本发明适应不同的实施方案。

Claims (14)

1.一种用于电动或混合动力机动车辆的电池盒，所述电池盒包括：具有大体上凸多边形形状的***框架、底部部件和顶盖；所述底部部件接合到所述***框架的下表面，所述***框架包括至少一个铝挤出元件，所述铝挤出元件在沿挤出纵向方向上的至少一个位置(∏)中在单个方向上根据角α弯曲，其中
在所述铝挤出元件的中空腔室处形成大半径同时使弯曲的挤出铝元件的上部和下部具有最小的内半径，使得弯曲的所述铝挤出元件在所述位置(∏)处具有至少两个不同的内曲率半径(R1，R2，R3)。
2.根据权利要求1所述的电池盒，其中所述两个内曲率半径中的一个比另一个的内曲率半径大2倍以上。
3.根据权利要求1或2所述的电池盒，其中所述铝挤出元件包括至少三个壁W1、W2、W3以及至少一个中空腔室，所述壁W1和W3的长度分别为L1和L3，并且其中
-所述壁W2在另外两个壁W1和W3的末端处至少与这两个壁W1和W3连接，
-所述两个壁W1或W3中的至少一个连接在所述壁W2的一个末端处，
-所述两个壁W1和W3垂直于所述壁W2，并定位在包含作为前沿的所述壁W2的相同半空间中，
-所述壁W2的一部分形成所述中空腔室的壁，
-所述中空腔室位于所述两个壁W1和W3之间，并沿所述壁W1和W3的方向延伸长度L2，其中长度L2小于L1和/或L3。
4.根据权利要求3所述的电池盒，其中L1等于L3。
5.根据权利要求3所述的电池盒，其中所述壁W2在其两个末端处与壁W1和W3连接，形成为U形。
6.根据权利要求1或2所述的电池盒，其中所述铝挤出元件在单个方向上根据90°角弯曲。
7.一种用于制造具有***框架的电池盒的方法，至少包括以下步骤：
a)提供铝合金的挤出元件，其中所述挤出元件包括至少三个壁W1、W2、W3和至少一个中空腔室，所述壁W1和W3的长度分别为L1和L3，
-所述壁W2在另外两个壁W1和W3的末端处至少与这两个壁W1和W3连接，
-所述两个壁W1或W3中的至少一个连接在所述壁W2的一个末端处，
-所述两个壁W1和W3垂直于所述壁W2，并定位在包含作为前沿的所述壁W2的相同半空间中，
-所述壁W2的一部分形成所述中空腔室的壁，
-所述中空腔室位于所述两个壁W1和W3之间，并沿所述壁W1和W3的方向延伸长度L2，其中长度L2小于L1和/或L3，
b)在所述挤出元件的两个壁W1和W3中的每个上形成一个切口，每个切口具有对称轴线(△)和不变点，每个切口的两个不变点沿挤出纵向方向位于相同位置，并且这两个不变点经过的轴线(∏)平行于壁W2，
c)在一个弯曲方向上使所述挤出元件根据角α弯曲至少一次，所述弯曲方向对应于所述两个切口的不变点经过的所述轴线(∏)以形成所述***框架的一部分，其中在所述铝挤出元件的中空腔室处形成大半径同时使弯曲的挤出铝元件的上部和下部具有最小的内半径，使得所述***框架的一部分具有至少两个不同的内曲率半径。
8.根据权利要求7所述的用于制造电池盒的方法，其中所述切口具有正弦形状或梯形形状或三角形形状或矩形形状或正方形形状。
9.根据权利要求7或8所述的用于制造电池盒的方法，其中通过旋转牵引弯曲或压弯来执行弯曲。
10.根据权利要求7或8所述的用于制造电池盒的方法，其中以90°执行弯曲。
11.根据权利要求7或8所述的用于制造电池盒的方法，其中铝挤出元件的所述壁W2在其两个末端处与所述壁W1和W3连接，成为U形。
12.根据权利要求7或8所述的用于制造电池盒的方法，其中所述两个壁W1或W3的一个末端在所述壁W2的一个末端处不被连接，形成为F形。
13.根据权利要求12所述的用于制造电池盒的方法，其中在步骤c)之前，将所述壁W2的一部分切除。
14.根据权利要求12所述的用于制造电池盒的方法，其中所述壁W2的切割部分具有与所述弯曲轴线相对应的对称轴线，并且所述切割部分在壁W2的位于所述壁W1和W3外侧的部分中延伸。
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