CN110651377A - 电池壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电动的车辆，尤其是机动车辆的电池壳体，其具有由第一扁钢产品制成的电池容纳空间和由第二扁钢产品制成的壳体框架，其中，这两种扁钢产品在屈服极限(Rp0.2)，抗拉强度(RM)或伸长率(A50)这些特性中的至少一方面不同。

Description

电池壳体
技术领域
本发明涉及一种用于电动车辆，尤其是用于机动车辆的电池壳体，以及一种电动车辆，尤其是机动车辆，其具有本发明的电池壳体。
背景技术
汽车的持续电气化以及对此类车辆的高续航里程的期望要求开发高性能的电池设计方案，这些设计方案必须在重量，稳定性和用于容纳电池模块的结构空间方面满足复杂的要求。还必须相应考虑其他方面，例如冷却，防腐和组装。最后，期望能够简单且廉价地制造电池壳体。
发生碰撞时用于加固的组件的结构空间与电池模块的结构空间以及用于冷却装置的结构空间竞争。有利的解决方案在不占用其他组件结构空间的情况下，提供了针对潜在的碰撞的更高级别的保护。
在基于深冲部件的构造方式中，挑战在于非常高强度的材料的成形。在现有技术中已知的深冲部件中，角部具有大的半径，这劣化了结构空间的利用。在可热成形的结构部件中，成形情况有所改善，但在此，角部的半径也是必需的。
在一种基于型材的构造方式中，虽然可以更好地利用结构空间，但是相应的外壳具有多个接合位置，其在密封性，焊接扭曲和公差方面都要求很高。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种与现有技术相比改进的电池壳体。
该目的通过具有权利要求1的特征的电池壳体来解决。
在从属权利要求和以下说明中给出了本发明的有利设计方案和变体方案。
根据本发明设定，该电池壳体用于电动车辆，尤其是电动汽车(E-Auto)，其具有由第一扁钢产品制成的电池容纳空间和由第二扁钢产品制成的壳体框架，其中两种扁钢产品在屈服极限(Rp0.2)，抗张强度(RM)或伸长率(A50)这些特性中至少一项方面不同。
两种不同的扁钢产品的组合令人惊讶地提供了一种电池壳体，其一方面具有高的碰撞变形抗性，另一方面具有改善的结构空间利用率。
两种扁钢产品优选由Q&P钢组成。Q&P钢特征首先在于高强度(至少1000MPa，更优选为1200MPa)，其次与相似强度的钢相比具有良好的加工特性。
在一个优选的变体方案中，两种扁钢产品都具有这样的组成，其除铁和不可避免的杂质外还包含(以重量％计)0.1-0.35的C，更优选0.15-0.35的C；0.5-1.8的Si，更优选为0.8-1.8的Si；1.4-3.2的Mn；最多1.0的Al，更优选最多0.04的Al；最多0.015的P；最多0.0025的S；最多0.0075的N；以及选择性地选自Mo，V，Ti和/或Nb，B和Cr的一至四种元素，其含量为0.1-0.5的Cr，更优选为0.2-0.35的Cr；0.05-0.25的Mo，更优选为0.20-0.25的Mo；0.05-0.15的V，更优选为0.06-0.07的V；0.0005至0.005的B；0.005-0.135的Ti和/或Nb。通过特殊的工艺过程，在钢中调整得到这样的组织结构，其具有少于30％，更优选少于5％的铁素体，少于10％的贝氏体，5-70％的未退火马氏体，5-30％的残余奥氏体和25-80％的退火马氏体(以面积％计)。此外，存在于退火马氏体中的碳化铁的至少99％具有小于500nm的尺寸。
优选这样选择第一扁钢产品，使得其除了具有高强度之外还具有良好的材料可成形性，从而使得电池容纳空间具有高碰撞变形抗性和良好的可成形性的结合。
壳体框架沿电池壳体的边缘延伸并且优选具有四边形或五边形的横截面。电池壳体可以通过壳体框架与车辆的车身连接。为此目的，壳体框架优选具有开口，从而可以通过螺栓将其拧紧到车身上。替代地，壳体框架也可以通过形状配合或材料配合与车身连接。相应的技术是本领域技术人员已知的。
壳体框架优选由Q&P钢的高强度变体制成，使得壳体框架在侧向作用的碰撞载荷的情况下对防止侵入做出了重大贡献。
根据一个优选的变体方案，壳体框架由至少4个轮廓元件组成。轮廓元件可以通过斜接或对接在角部处连接。
轮廓元件优选具有布置在内部的加强元件，以防止在发生碰撞时壳体框架的塌陷。加强元件是布置在内部的隔板，帽形型材或曲折形型材。加强元件优选由第二扁钢产品制成。
第一扁钢产品优选具有至少650MPa的屈服极限，至少1250MPa的抗拉强度和/或至少18％的伸长率，并且第二扁钢产品优选具有至少1000MPa的屈服极限，至少1400MPa的抗拉强度和/或至少12％的伸长率。
根据一个优选的实施方案，电池容纳空间构造成具有环绕的凸缘的槽的形式。
在优选基于深冲部件的构造方式中，电池模块以优化结构空间的方式位于槽中，因为通过使用具有良好可成形性的Q&P变型可以实现较小的角半径。根据本发明的一个优选变体方案，可以通过匹配的盖部来封闭槽。盖部优选同样被构造为深冲部件并且具有环绕的凸缘，在该环绕的凸缘处进行与槽的螺纹连接和/或粘合以及密封。这种构造方式的优点是，在密封凸缘上没有焊缝，并且将槽中向外的间隙焊接在一起–由此大大降低了不密封的风险。
该槽优选一件式形成，并且具有在5-15mm，优选5-12mm范围内的下部半径Ru，和/或在4-12mm，优选4-10mm范围内的上部半径Ro，和/或在2-6°，优选为2-5°范围内的冲制坡度α。
因此，在一个实施例中，槽优选一件式形成，并且具有在5-15mm，优选地在5-12mm的范围内的下部半径Ru。在另一个实施例中，槽优选一件式形成，并且具有在4-12mm，优选地在4-10mm的范围内的上半径Ro。在另一个实施例中，槽优选一件式形成，并且具有在2-6°，优选地2-5°范围内的冲制坡度α。在另一个实施例中，槽优选一件式形成，并且具有在5-15mm的范围内，优选5-12mm的下部半径Ru和在4-12mm，优选4-10mm范围内的上部半径Ro。在另一个实施例中，槽优选一件式形成，并且具有在5-15mm，优选在5-12mm范围内的下部半径Ru以及在2-6°，优选在2-5°范围内的冲制坡度α。在另一个实施例中，槽优选一件式形成，并且具有在4-12mm，优选在4-10mm的范围内的上部半径Ro和在2-6°，优选在2-5°范围内的冲制坡度α。
在特别优选的实施例中，槽优选一件式形成，并且具有在5-15mm，优选5-12mm范围内的下部半径Ru，在4-12mm，优选4-10mm范围内的上部半径Ro以及在2-6°范围内，优选在2-5°范围内的冲制坡度α。
在本发明的意义中，半径Ru是电池容纳空间的底板和外壁之间的半径，半径Ro是其外壁和凸缘之间的半径。
作为替代，槽优选由至少4个框架轮廓件和底板组成。这种构造方式提供了更好的结构空间利用率，因为角部没有或只有很小的半径。
框架轮廓件优选彼此焊接。通过Q&P钢的使用使相同类型或几乎相同类型的接合连接成为可能。相同类型的接合连接通常可以特别过程可靠地建立，从而减少了用于确保密封性的检测成本和后续加工。
根据另一个优选的变体方案，电池壳体还具有由第一或第二扁钢产品制成的车底保护板。
车底保护板布置在槽下方，并且优选可拆卸地固定在壳体框架上。车底保护板保护电池单元免受从下方出现的碰撞应力的影响。这里有不同的应力类型：钝的、大面积的物体或小、尖的物体，其对材料有不同的要求。由于车底保护板受到严重的腐蚀，因此优选涂有阴极腐蚀保护层。这里，阴极腐蚀保护层选自热镀锌，电解镀锌，合金化热镀锌的锌镁，锌铝。
在另一种优选的变体方案中，电池容纳空间具有布置在内部和/或外部的纵向承载件和/或横向承载件，其由第二扁钢产品制成。
纵向和/或横向承载件可以优选地布置在槽内和/或槽与车底保护装置之间。其具有优选有着帽子形或矩形横截面的型材式的几何形状。在与槽的连接处设置凸缘是有利的。纵向和横向承载件对防止侧面和下方的碰撞应力起着决定性的作用。
盖部承担很少的碰撞作用，并且也可以由可良好成形的深冲钢或钢-塑料夹心材料制成。铝，钢-塑料夹心材料或塑料也是可能的。
根据另一方面，本发明涉及一种电动的车辆，尤其是机动车辆，其具有根据本发明的电池壳体。
附图说明
下面将借助于附图进一步说明本发明。图中：
图1示出了根据本发明的第一实施形式的电池壳体的剖面图，
图2示出了根据本发明的第一实施形式的电池壳体的俯视图，
图3示出了根据本发明的第一实施形式的电池容纳空间的局部视图，以及
图4示出了根据本发明的第二实施形式的电池壳体的剖面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施形式的电池壳体10的剖面图。电池壳体10设置用于电动的车辆(未示出)，尤其是电动的机动车辆(E-Auto)，该电池壳体具有呈一件式形成的槽12形式的电池容纳空间11。槽12具有环绕的凸缘13，槽通过该环绕的凸缘与壳体框架20相连。壳体框架20沿着电池壳体10的边缘延伸并且具有五边形的横截面。电池壳体10可以借助于壳体框架20与车辆的车身(未示出)连接。为此，壳体框架20具有多个开口21，通过这些开口可以将其拧紧在车身上。此外，电池壳体具有盖部14，通过该盖部可以封闭槽12。盖部12同样具有环绕的凸缘15。通过在各个凸缘13、15中和壳体框架20中彼此对应的开口16，槽12可以通过螺栓在壳体框架处与盖部14相连。此外，电池壳体10具有车底保护板17，其布置在槽12的下方并且通过凸缘19可拆卸地，例如借助于螺栓固定在壳体框架20上。车底保护板17保护电池单元30免受从下面出现的冲击应力的作用。在电池容纳空间11的内部和外部，即在槽12和车底保护板17之间，布置有纵向和横向承载件18，其在电池壳体10中提供额外的刚度。纵向和横向承载件18可具有横截面优选帽形或矩形的型材式的几何形状。在与槽的连接处设置凸缘也可以是有利的。
图2示出了电池壳体10的俯视图，从中可以更详细地看到壳体框架20的结构。壳体框架20包括四个单独的轮廓元件22，其在相应的角部彼此对接焊接。此外，壳体框架20具有布置在内部的加强元件23，并且可以构造为布置在内部的隔板，帽形或曲折形的型材。
图3示出了电池容纳空间11的局部，其具有由电池单元30和槽12的外壁之间的间隔形成的变形区域31。半径Ru，即槽12的底板和外壁之间的半径优选在5-15mm的范围内，并且半径Ro，即外壁与凸缘15之间的半径，优选在4-12mm的范围内。槽12的外壁优选具有在2-6°范围内的冲制坡度α。
在本发明的意义中，半径Ru是电池容纳空间的底板和侧壁之间的半径，而半径Ro是其侧壁和凸缘之间的半径。
图4示出了根据第二实施形式的电池壳体的剖面图。与图1至3的实施形式不同，电池容纳空间11由四个框架轮廓件40和底板41组成。由于角部不具有或仅具有非常小的半径，这种构造方式提供了对结构空间的更好利用。
盖部在碰撞中承担很小的作用，并且也可以由可良好成形的深冲钢或钢-塑料夹心材料制成。铝，钢-塑料夹心材料或塑料也是可能的。
附图标记说明
10 电池壳体
11 电池容纳空间
12 槽
13 凸缘
14 盖部
15 凸缘
16 开口
17 车底保护板
18 纵向和横向承载件
19 凸缘
20 壳体框架
21 开口
22 轮廓元件
23 加强元件
30 电池单元
31 变形区域
40 框架轮廓件
41 底板

Claims (12)

1.用于电动的车辆，尤其是机动车辆的电池壳体，所述电池壳体具有
-由第一扁钢产品制成的电池容纳空间和
-由第二扁钢产品制成的壳体框架，其中，这两种扁钢产品在屈服极限(Rp0.2)，抗拉强度(RM)或伸长率(A50)这些特性中的至少一方面不同。
2.根据权利要求1所述的电池壳体，其中所述第一扁钢产品具有至少650MPa的屈服极限，至少1250MPa的抗拉强度和/或至少18％的伸长率，并且所述第二扁钢产品具有至少1000MPa的屈服极限，至少1400MPa的抗拉强度和/或至少12％的伸长率。
3.根据权利要求1或2所述的电池壳体，其中两种扁钢产品都由这样的钢组成，其除铁和不可避免的杂质外还包含(以重量％计)
C：0.1-0.35，
Si：0.5-1.8，
Mn：1.4-3.2，
Al：最多1.0，
P：最多0.015，
S：最多0.0025，
N：最多0.0075，
以及选择性地选自Mo，V，Ti和/或Nb，B和Cr的1至4种元素，其含量为
Cr：0.1-0.5，
Mo：0.05-0.25，
V：0.05-0.15，
B：0.0005至0.005，
Ti和/或Nb：0.005-0.135，
并且具有这样的组织结构，所述组织结构按面积％计具有少于30％的铁素体，少于10％的贝氏体，5-70％的未退火马氏体，5-30％的残余奥氏体和25-80％的退火马氏体，其中存在于退火马氏体中的碳化铁的至少99％具有小于500nm的尺寸。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电池壳体，其中所述电池容纳空间构造成具有环绕的凸缘的槽的形式。
5.根据权利要求4所述的电池壳体，其中所述槽一件式形成，并且具有在5-15mm范围内的半径Ru，和/或在4-12mm范围内的半径Ro，和/或在6-8°范围内的冲制坡度α。
6.根据权利要求4所述的电池壳体，其中所述槽由至少4个框架轮廓件和一个底板组成。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的电池壳体，此外还具有由第一或第二扁钢产品制成的车底保护板。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的电池壳体，其中电池容纳空间具有布置在内部和/或外部的纵向承载件和/或横向承载件，其由第二扁钢产品制成。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的电池壳体，此外还具有盖部。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的电池壳体，其中所述壳体框架由至少4个轮廓元件组成。
11.根据权利要求10所述的电池壳体，其中所述轮廓元件具有布置在内部的加强元件。
12.电动的车辆，尤其是机动车辆，其具有根据权利要求1至11中任意一项所述的电池壳体。
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