CN114008840A - 蓄电电池和车辆 - Google Patents

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Abstract

一种电池(1)，包括：‑在内部界定用于接收蓄电电池单体(3)的容积体(7)的外壳(5)；‑热交换器(11)，其包括限定外壳(5)的底部的金属顶板(13)、与顶板(13)界定用于传热流体的循环容积体(17)的底板(15)以及被接收在循环容积体(17)中并被布置为在顶板和底板(13、15)之间传递力的多个上翅片(19)；‑覆盖底板(15)并与底板(15)限定下部容积体(25)的保护板(23)；‑被接收在下部容积(25)中并被布置为在保护板(23)与底板(15)之间传递力的加固用下翅片(27)，底板(15)与下翅片(27)和保护板(23)形成吸收电池(1)所受到的大部分力的刚性框架(28)。

Description

蓄电电池和车辆
技术领域
本发明总体上涉及蓄电电池、特别是用于机动车辆的蓄电电池。
背景技术
在由电动马达驱动的车辆中或在混合动力车辆中，这样的电池包含大量的蓄电电池单体(cell)。因此电池沉重而复杂。
可以将这样的电池安装在车辆下方。
在这种情况下，电池的底部必须遵守大量的约束条件。它必须能够冷却蓄电电池单体，支撑电池单体的重量并保护电池单体免受来自下方的可能侵入，例如由于从道路上抛起的物体或与道路上的障碍物的碰撞。
由于蓄电电池单体的重量非常重，这些约束条件特别难以满足。
发明内容
在此背景下，本发明旨在提供满足上述约束条件的电池。
为此，本发明在第一方面涉及一种用于车辆的蓄电电池，包括：
-多个蓄电电池单体；
-外壳，其在内部限定用于接收蓄电电池单体的容积体；
-热交换器，其包括限定外壳的底部的金属顶板、与顶板一起限定用于传热流体的流动容积体的底板以及位于流动容积体中的多个上翅片，上翅片在第一方向上延伸，上翅片被布置为在顶板与底板之间传递力；
-保护板，其覆盖底板并与底板限定下部容积体；
-被容纳在下部容积体中的加固用下翅片，下翅片在第二方向上延伸并被布置为在保护板与底板之间传递力，底板与下翅片和保护板形成刚性框架，刚性框架吸收电池所受到的大部分力。
电池的结构允许满足上述要求。
蓄电电池的冷却是通过传热流体在顶板与底板之间的容积体中循环来实现的。形成外壳的底部的金属顶板允许在电池单体与传热流体之间进行有效的热传递。
上翅片和下翅片的存在使形成电池的底部的夹层结构(即，顶板、底板、保护板、上翅片和下翅片)具有高度的刚性。这种夹层结构可以支撑非常重的蓄电电池单体。
此外，当电池受到来自下方的冲击时，部分冲击能量会通过保护板和/或下翅片和/或上翅片的变形而被吸收。底板的变形也有助于吸收一些冲击能量。
此外，下翅片有助于增加冲击面积，从而减小单位面积的残余力。上翅片也是如此。
因此，三个板和两组翅片的夹层防止任何外部元件损坏蓄电电池单体，这种损坏可能导致电池起火。
上翅片和下翅片有助于蓄电电池抵抗沿第一或第二方向的侧向力。
有利地，容易使蓄电电池单体的支撑结构的性能适应任何情况：
-蓄电电池单体的质量；
-对保护板的冲击能量；
-发生侧面冲击时所需的侧向刚度。
可调参数为：
-下翅片的高度；
-上翅片的高度；
-翅片设计；
-制造翅片的材料；
-保护板的材料；
-上述板之间或上翅片和下翅片与板之间提供的连接。
重要的是强调，夹层结构非常轻并且具有非常吸引人的性能，因为所有功能都是相关联和共享的。换句话说，夹层结构的所有元件都提供入侵保护、抗弯折和抗侧面冲击。
蓄电电池还可以具有单独或以技术上可行的任何组合采取的以下特征中的一个或多个：
-外壳包括下托盘和盖子，下托盘包括顶板和朝向盖子的直立边缘；
-电池具有***在下托盘的直立边缘与保护板的外周边缘之间的外部机械增强件；
-直立边缘包括与第一方向平行的两个第一部分和与第二方向平行并将两个第一部分彼此连接的两个第二部分，外部机械增强件包括两个第三板和两个第四板，第三板被弯折成平行于第一方向的狭槽并被贴靠在第一部分上，第四板被弯折成平行于第二方向的狭槽并被贴靠在第二部分上；
-保护板包括中央底部，外周边缘包括两个第一段和两个第二段，第一段平行于第一方向并由第一材料制成，第二段平行于第二方向并由刚性低于第一材料的第二材料制成；
-第一方向和第二方向形成60°到120°之间的角度；
-电池包括：
*围绕外壳的整个周边延伸的上角形物，该上角形物包括压靠在框架上并与框架成一体的第一上凸缘和与直立边缘相对地延伸的第二上凸缘；
*围绕外壳的周边延伸的下角形物，该下角形物包括压靠在框架上并与框架成一体的第一下凸缘和与直立边缘相对地延伸的第二下凸缘；
-上角形物的第一上凸缘和下角形物的第一下凸缘相隔一定距离重叠，并且各自具有大于30mm的宽度；
-上角形物的第二上凸缘和下角形物的第二下凸缘压靠在彼此上并彼此刚性地附接；
-下翅片相对于基本垂直于第一方向和第二方向的法线方向形成30°到60°之间的角度；
-框架包括覆盖保护板并与保护板限定附加容积体的附加保护板，以及被容纳在附加容积体中的附加翅片，附加翅片沿第三方向延伸并被布置为在保护板与附加保护板之间传递力；
-第三方向与第二方向形成60°到120°之间的角度。
根据第二方面，本发明涉及一种配备有具有上述特征的蓄电电池的车辆，该电池被放置在车辆下方，使得保护板位于与行驶表面相对的位置。
根据第三方面，本发明涉及一种配备有具有上述特征的蓄电电池的车辆，该车辆具有正常的纵向行驶方向，该第三方向相对于该纵向方向形成30°到60°之间的角度。
附图说明
从下面以指示的方式而非任何限制方式参照附图给出的详细描述，本发明的进一步特征和优点将是清楚的，在附图中：
[图1]图1是根据本发明的第一实施方式的蓄电电池在沿图2中的箭头I的入射方向考虑的包含第一方向的平面中截取的剖视图；
[图2]图2是图1的蓄电电池在沿图1中的箭头II的入射方向考虑的包含第二方向的平面中截取的剖视图；
[图3]图3是图1和图2中的电池的分解立体图；
[图4]图4是本发明的第一实施方式的变型的电池的底部的剖视图；
[图5]图5是示出图1至图5的电池的上翅片和下翅片的布置的立体图；
[图6]图6是类似于图1的本发明的第二实施方式的剖视图，
[图7]图7是图6的电池的详细立体图；
[图8]图8是第二实施方式的变型的框架的立体图，其中剖视图示出了内部结构；
[图9][图10]图9和图10是图8的下翅片和附加翅片的立体图；并且
[图11]图11是配备有根据第二实施方式的变型的电池的车辆的俯视示意图。
具体实施方式
图1至图3所示的电池1旨在用于车辆，通常是机动车辆，例如汽车、公共汽车或卡车。
车辆例如是由电动马达提供动力的车辆，该马达由电池供电。在一个变型中，车辆是混合动力型的，因此包括内燃机和由电池供电的电动马达。在又一个变型中，车辆由内燃机提供动力，电池被提供用于为其他车辆设备(例如起动器、灯等)供电。
图1至图3所示的电池是根据本发明的第一实施方式。
电池1包括多个蓄电电池单体3和在内部限定用于容纳蓄电电池单体3的容积体7的外壳5。
电池1通常包括大量的蓄电电池单体3，通常为几十个蓄电电池单体3。
蓄电电池单体3具有任何合适的类型：锂离子聚合物(Li-Po)、磷酸铁锂(LFP)、钴酸锂(lithium cobalt，LCO)、锰酸锂(lithium manganese，LMO)、镍锰钴(NMC)类型的锂电池单体，以及典型的电池单体(NiMH或镍金属氢化物)。
蓄电电池单体3分布在一个或多个模块9中，通常分布在多个模块9中。在图示的例子中，电池1包括四个模块9。替代地，电池具有不同数量的模块9，例如八个、十二个或任何其他数量。
模块9的数量取决于电池1的所需容量。
蓄电电池1还包括热交换器11。热交换器11包括限定外壳5的底部的金属顶板13、与顶板13界定用于传热流体的循环容积体17的底板15以及容纳在循环容积体17中的多个上翅片19。
上翅片19在第一方向D1上延伸并被布置为在顶板13与底板15之间传递力。
蓄电电池单体3搁置在顶板13上。
具体地，模块9与顶板13直接或通过一层热膏21接触，热膏21在模块9与顶板13之间提供热接触。
通常，顶板13由铝或铝合金制成。这确保了电池单体3与传热流体之间的有效热交换。
替代地，顶板13由钢、高强度钢或不锈钢制成。
电池1还包括保护板23，保护板23覆盖底板15并与底板15限定下部容积体25。
电池1还包括被容纳在下部容积体25中的加固用下翅片27。
下翅片27在第二方向D2上延伸。它们被布置为在保护板23与底板15之间传递力。
底板15与下翅片27和保护板23一起形成刚性框架28，刚性框架28吸收电池所受到的大部分力。框架28吸收至少80％的力，优选吸收至少90％的力，更优选吸收至少95％的力。
第二方向D2有利地不平行于第一方向D1。通常，第一方向D1和第二方向D2形成的角度在60°到120°之间，优选在80°到100°之间，并且优选为90°。
换言之，下翅片27和上翅片19优选彼此垂直。
顶板13、底板15和保护板23分别具有彼此相对且彼此基本平行的主要区域29、31、33。它们垂直于如图所示的相同的法线方向N。第一方向D1和第二方向D2通常基本上垂直于法线方向N。
主要区域29、31、33基本上覆盖对应的板13、15、23的至少80％。
主要区域29和31基本上是平坦的。它们在法线方向N上彼此间隔的高度与上翅片19的高度对应。通常，该高度在2到10mm之间，优选在3到5mm之间，并且例如为4mm。
在循环容积体17中循环的传热流体是任何合适的类型。例如，这种流体是乙二醇水。
热交换器11具有未被示出的传热流体入口和传热流体出口，它们通向循环容积体17。传热流体入口和传热流体出口被设计为连接至传热流体回路，该传热流体回路通常包括循环装置(例如泵)以及用于将通过传热流体从蓄电电池单体3吸收的热量排出的装置。
上翅片19被布置为限定传热流体的从入口到出口的循环通道。
上翅片19由弯折成狭槽的第一金属板35形成。
因此，上翅片19通过靠在顶板13上的第一上平面37和靠在底板15上的第一下平面39彼此连接。上翅片19并置，并且基本上彼此平行。每个上翅片19在包含第一方向D1且包含法线方向N的平面中延伸，或在包含第一方向D1且相对于法线方向N略微倾斜的平面中延伸。略微倾斜是指小于20°的角度。上翅片19沿第二方向D2彼此均匀地间隔开。每个翅片19因此由两个邻接翅片构成。
每个上翅片19具有在第一方向D1上延伸的上边缘41和下边缘43(图5)。
每个翅片19的上边缘41通过一个上平面37连接至两个相邻翅片中的一个相邻翅片。下边缘43通过下平面39连接至另一个相邻的翅片。
第一上平面37刚性附接至顶板13。通常，它们通过焊接或胶合来附接。通过焊接或胶合，基本上第一上平面37的整个表面刚性地连接至顶板13。
类似地，第一下平面39刚性附接至底板15。它们通常各自基本上在其整个表面上被钎焊或胶合。
此外，第一上平面37在顶板13上的法向投影中覆盖了第一金属板35在顶板13上的法向投影的表面的至少30％。优选地，第一上平面37的法向投影一起覆盖了第一金属板35的法向投影的41％到48％之间。
换言之，翅片19实际上平行于法线方向N，使得第一上平面37覆盖第一金属板35的法向投影的比例接近50％。因此，第一金属板35的刚性附接至顶板13的表面面积非常高，从而不需要昂贵的紧固装置。不必在第一上平面37与顶板13之间实现极高的胶合或焊接力。每单位面积的粘合或焊接力随上翅片19的机械强度而变。
此外，第一下平面39在底板15上的法向投影中覆盖了第一金属板35在底板15上的法向投影的表面的至少30％。第一下平面39的法向投影一起通常覆盖第一金属板35的法向投影的41％到48％之间。
同样，第一金属板35与底板15的这种大面积附接意味着在第一金属板35与底板15之间不需要昂贵的紧固装置。
通常，第一金属板35由铝或铝合金制成。替代地，第一金属板35由钢或高或极高屈服强度的钢或双相钢(具有马氏体和铁素体形式的晶粒的两个互锁相的钢)制成
例如，上翅片19的高度在3到5mm之间，通常为4mm，并且节距(即沿第二方向D2的间隔)在3到5mm之间，通常为3mm。板通常具有约0.2mm的壁厚。
因此，顶壁和底壁通过大量间隔3至5mm的垂直壁彼此连接。这使热交换器具有优异的刚性。
在图1至图3所示的实施方式中，底板15具有围绕主要区域31的边缘45，该边缘朝向顶板13突出并通过突出凸缘47延伸。突出凸缘47压靠在顶板13上。它以传热流体密封的方式固定在顶板13下方。
换言之，底板15朝向顶板13略微凹入。
底板15通常由铝或铝合金制成。替代地，底板15由钢、高强度钢或不锈钢制成。
有利地，下翅片27由弯折成狭槽的第二金属板49形成。
下翅片27通过靠在底板15上的第二上平面51和靠在保护板23上的第二下平面53彼此连接。
下翅片27基本上彼此平行。它们各自在包含第二方向D2和法线方向N的平面中延伸，或在包含第二方向D2且相对于法线方向N略微倾斜的平面中延伸。这里的略微倾斜是指小于20°的角度。
下翅片27沿第一方向D1彼此均匀地间隔开。
每个下翅片27具有在第二方向D2上延伸的上边缘55和在第二方向D2上延伸的下边缘57。每个下翅片27由沿第一方向D1布置在两侧的另外两个相邻下翅片27构成。下翅片27的上边缘55通过一个上平面51连接至两个相邻翅片中的一个相邻翅片。下边缘57通过一个下平面53连接至另一个相邻翅片。
第二上平面51刚性附接至底板15。每个第二上平面都在其基本整个表面上刚性附接至底板15。它们通常各自通过焊接或胶合来附接。
类似地，第二下平面53刚性附接至保护板23。每个第二下平面几乎在其整个表面上附接至保护板23。它们各自通过焊接或胶合来附接。
因此，附接至底板15或保护板23的面积非常大，从而不需要昂贵的紧固装置。
第二上平面51在底板15上的法向投影中覆盖了第二金属板49在所述底板15上的法向投影的表面的至少30％。优选地，第二上平面51的法向投影一起覆盖了第二金属板49的法向投影的面积的41％至48％。
此外，第二下平面53在保护板23上的法向投影中覆盖了第二金属板49在保护板23上的法向投影的表面的至少30％。第二下平面53的法向投影一起优选覆盖第二金属板49的法向投影的面积的41％到48％之间。
在法线方向上获得的下翅片27的高度在4到14mm之间，优选在5到10mm之间，并且例如为7mm。节距通常在3到8mm之间，例如4.5mm。
因此，由于它们的尺寸，下翅片27比上翅片19相对更具刚性。
第二金属板49的厚度在0.5到2.5mm之间，优选在0.7到1.5mm之间，甚至更优选为大约1mm，并且有利地等于1mm。
它由钢或高或极高屈服强度的钢或双相钢或铝或铝合金制成。
保护板23通常由树脂传递模塑(Resin Transfer Molding，RTM)复合材料或钢或高或极高屈服强度的钢或铝或铝合金制成。
RTM复合材料优选包括热塑性或热固性材料和增强体。举例来说，该增强体可包括纤维，大部分纤维是长度大于100mm的连续纤维。优选地，至少50重量％的纤维是连续纤维。这些纤维有利地布置成若干层，根据应力选择取向以获得优异的机械抗性。热固性材料例如是聚酯、乙烯基酯、环氧树脂、丙烯酸树脂或生物基树脂。热塑性材料例如是合成或生物基热塑性树脂。
增强体例如是玻璃、玄武岩、碳、芳族聚酰胺或HMPP(高分子量聚丙烯)。替代地，增强体由亚麻、***或另一种生物基纤维制成。
保护板23的厚度在2到5mm之间，优选在2.5到3.5mm之间，甚至更优选为大约3mm，并且理想地等于3mm。
替代地，复合材料是SMC(片状模塑料，Sheet Molding Compound)类型。它优选包括热塑性或热固性材料和增强体。举例来说，这些增强体是纤维，其中大部分纤维是长度小于51mm(两英寸)的短纤维。这些短纤维通常是短切纤维。
如果需要，长纤维有利地被布置在某些点处以局部增强结构。这些长纤维的长度超过100mm。这些长纤维也称为连续纤维。
在另一个实施方式中，保护板23由泡沫铝或铝板、泡沫铝和铝板的夹层制成，这三个厚度通过熔合而原子结合。
在又一个实施方式中，保护板23由钢制成，特别是由高屈服强度的钢制成。
上翅片19的功能主要是将顶板13机械连接至底板15。特别地，它们允许力在两个板之间在法线方向N上传递。另外，上翅片19允许热量从顶板13传递到传热流体。
在顶板13上的法向投影中考虑的第一金属板35覆盖顶板13的尽可能大的表面，并且优选覆盖顶板13的表面的至少80％。
在底板15上的法向投影中考虑的第二金属板49覆盖底板15的尽可能大的表面，并且优选覆盖底板15的表面的至少80％。
根据本发明的另一个方面，外壳5包括下托盘63和盖子65。除了顶板13之外，下托盘63还包括朝向盖子65的直立边缘67，其具有完全包围顶板13的闭合轮廓。
下托盘63有利地是一体的，优选是深拉的。因此，它被完美地密封，使得来自一个蓄电电池单体3的任何液体泄漏都将被下托盘63容纳。当然，下托盘63由与顶板29相同的材料制成。因此，下托盘63通常由铝或铝合金制成，或者由钢、高屈服强度的钢或不锈钢制成。
下托盘的深度约为45mm。该深度取决于所选材料的深拉能力。对于不易深拉的材料，高度较低。但是，如果材料可以轻松拉伸，则可以超过该值。
在图中可以看出，直立边缘67通过突出凸缘69从外壳5向外延伸。
盖子65朝向下托盘63凹入。盖子65具有自由边缘71，自由边缘71形成与下托盘63的凸缘69具有完全相同的几何形状和宽度的突出凸缘。凸缘69和71限定了盖子65和下托盘63的共同的接合线。
盖子65和下托盘63通过任何合适的方式在该接合线处彼此刚性连接。
盖子65的深度对应于模块9的高度减去下托盘63的深度加上功能间隙。
盖子65优选由铝或铝合金制成。替代地，出于耐火原因，它由钢制成。有利地，它由既耐火又耐腐蚀的不锈钢制成。然后它优选通过深拉获得。在另一个变型中，盖子65由塑料或复合材料制成。在这种情况下，它是SMC(片状模塑料)类型。
如果盖子65由钢制成，则它优选通过镀锌、电泳或任何其他方法而涂覆有耐腐蚀涂层。
电池1还包括***在下托盘63的直立边缘67与保护板23的外周边缘75之间的外部机械增强件73。该外部增强件73的目的是承受外壳5在事故中或当车身撞击外壳5的下部时经受的外部侧向力。
在图1至图3中看出，直立边缘67包括平行于第一方向D1的两个第一部分77和平行于第二方向D2并将两个第一部分77彼此连接的两个第二部分79。
外部机械增强件73包括被弯折成平行于第一方向D1的狭槽并被贴靠在第一部分77上的两个第三板81。它还包括被弯折成平行于第二方向D2的狭槽并被贴靠在第二部分79上的两个第四板83。第三板81和第四板83像第一板和第二板一样弯折。
第三板81和第四板83通过任何合适的方式刚性地固定到直立边缘67上：胶合、钎焊、激光焊接、点焊、电弧焊、钉紧等。
在任何情况下，出于防漏的原因，第三板81和第四板83附接至直立边缘67而不产生穿过下托盘的孔。
外部机械增强件73允许在外部侧面碰撞的情况下将力分布在大的表面上，导致施加在外壳上的每单位面积的压力降低。
外部机械增强件73通过弯折起作用。
此外，电池1具有至少一个内部加强板85，该内部加强板85布置在下托盘63内部并刚性附接至下托盘63。
该内部加强板85或每个内部加强板85平行于第一方向D1。
该内部加强板85或每个内部加强板85通常设置在两个蓄电电池单体模块9之间。
该内部加强板85或每个内部加强板85从两个第二部分79中的一个延伸到另一个第二部分79。它在两个端部刚性附接至两个第二部分79。
该内部加强板85或每个内部加强板85通常在包含第一方向D1和法线方向N的平面中延伸。
该内部加强板85或每个内部加强板85由铝或铝合金制成，并由折叠的片材或挤压型材制成。替代地，该内部加强板85或每个内部加强板85是弯折的钢板，例如高屈服强度、极高屈服强度或双相型的钢。
优选地，如果下托盘63本身由铝或铝合金制成，则该内部加强板85或每个内部加强板85由铝或铝合金制成。如果下托盘由钢制成，则该内部加强板85或每个内部加强板85由钢制成。这使得可以将一个或多个内部加强板85焊接到下托盘63上。
替代地，在焊接连接困难或不可能的情况下，该内部加强板或每个内部加强板被胶粘或钉紧到下托盘63。
如图3所示，模块9被布置成沿第二方向D2延伸的一排或多排。内部加强板85被放置在每对邻接模块9之间。
一个或多个内部加强板的存在使***在机械上非常协调，并能抵抗弯折、扭转和压缩(侧面冲击)以及侵入。
有利地，保护板23包括中央底部87，外周边缘67包括平行于第一方向D1并与中央底部87成一体的两个第一段89，以及平行于第二方向D2的两个第二段91。第二段91尚未与中央底部87和第一段89合并。
中央底部87和两个第一段89由第一材料制成，如上文所述。第二段91由刚性低于第一材料的第二材料制成。
第二段91没有结构功能，主要用于防止污垢或液体在下部容积体25中积聚。第二段91可由比第一材料更便宜的材料制成，例如薄金属板。
中央底部87基本上对应于主要区域33。它由构成中央底部87的材料制成的浮雕92加强。
从图2中可以看出，第三板81被夹在第一部分77与第一段89之间。第四板83被夹在第二部分79与第二段91之间(图1)。
在第一方向上发生冲击或侧向侵入的情况下，在直立边缘67的第二部分79的水平处，电池的刚度主要由一个或多个内部加强板85确保。这些板具有高度的刚性。力首先通过第四板83，这允许力在大面积上分布。然后力被传递到上翅片19和该内部加强板85或每个内部加强板85。保护板23和第二段91也提供结构的刚度。
在第二方向D2上受到冲击或侧向侵入的情况下，刚度主要由下翅片27提供。
事实上，由于它们的尺寸，这些翅片具有特别大的刚度。
力首先通过第三板81，这允许力在大面积上分布。然后力被传递到第四板83和下翅片27。在这种情况下，中央底部87和保护板23的第一段89也提供电池的刚度。
现在将参照图4描述本发明的第一实施方式的变型。
下面将仅详细说明该变型与图1至图3不同的点。在两个变型中相同或执行相同功能的元件将用相同的附图标记表示。
在图4所示的实施方式中，底板15不朝向顶板凹入。相反，它非常平坦。
顶板13没有集成到图1至图3所示的类型的整体下托盘63中。顶板13而是朝向底板15凹入。顶板13的主要部分29因此以朝向底板15突出的边缘95延伸。突出边缘95通过突出凸缘97延伸，突出凸缘97压靠在底板15上。突出凸缘97密封地附接至底板15。
已经以上翅片和下翅片由弯折成狭槽的板形成而描述了本发明。替代地，下翅片不是由弯折成狭槽的板形成。它们由若干弯折板形成，每块板限定一个或多个翅片。一个或多个弯折板不需要弯折成狭槽，而是可以弯折成任何其他轮廓，只要它允许在保护板与底板之间传递力。上翅片的情况相同。
现在将参照图6和图7描述本发明的第二实施方式。
下面将仅详细说明该变型与图1至图3不同的点。在两个实施方式中相同或执行相同功能的元件将由相同的附图标记表示。
在第二实施方式中，电池1包括：
-围绕外壳5的整个周边延伸的上角形物101，上角形物101包括压靠在框架28上并与框架28刚性地连接的第一上凸缘103和与直立边缘67相对地延伸的第二上凸缘105；
-围绕外壳5的整个周边延伸的下角形物107，下角形物107包括压靠在框架28上并与框架28刚性地连接的第一下凸缘109和与直立边缘67相对地延伸的第二下凸缘111；
通常，电池1不包括外部机械增强件73。
上角形物101的横截面为L形，第一上凸缘103和第二上凸缘105基本上彼此垂直。
更具体地，第一上凸缘103基本上垂直于法线方向N。第二上凸缘105基本上平行于法线方向N。
类似地，下角形物107的横截面为L形，第一下凸缘109和第二下凸缘111基本上彼此垂直。
更具体地，第一下凸缘109基本上垂直于法线方向N。第二下凸缘111基本上平行于法线方向N。
底板15具有基本平坦的外边缘113(图7)。它不包括朝向顶板突出的边缘45，也不包括突出凸缘。
第一上凸缘103压靠在底板15的上表面115上，面向顶板13。它压靠在底板15的平坦外边缘113上。
下托盘63的底部(即，顶板13)具有朝向底板15略微凹入的中央区域117，该中央区域117被密封地附接至第一上凸缘103上的周边区域119围绕。
因此，循环容积体17在其周边被上角形物101密封。
保护板23的外周边缘75基本上是平坦的(图7)，并且在与主要区域33相同的平面中延伸。
第一下凸缘109被压靠在保护板23的背向底板15的下表面121上。它压靠在保护板23的平坦的外周边缘75上。
第二下凸缘111和第二上凸缘105压靠在彼此上并且彼此刚性地附接。第二下凸缘111位于第二上凸缘105的外侧。
第一上凸缘103和第一下凸缘109在法线方向N上相隔一定距离彼此上下重叠。它们各自的宽度都大于30mm，优选在30到70mm之间，通常为50mm。换言之，第一上凸缘103和第一下凸缘109沿法线方向N在至少30mm、优选在30到70mm之间的宽度L上重叠。
上角形物101和下角形物107优选由具有900MPa到2,000MPa之间的极限抗拉强度(在下文中标注为Rm)的马氏体钢制成。下翅片例如由Rm为1,000MPa的两相钢(铁素体和马氏体)或Rm为1,200至1,700MPa的纯马氏体钢制成。
通常，上角形物101和下角形物107的厚度为2mm。底板15和保护板23各自约为1mm厚。下翅片27的高度在4mm到20mm之间，通常为14mm。
上角形物101和下角形物107用于在四周加固框架28。特别地，它们被设计为赋予电池1良好的抗侧面冲击性。
侧面冲击是指物体从侧面撞击车辆的情况。通常，直径约为150mm的杆被认为以约50公里/小时的速度撞击车辆。根据情况，可以考虑100至200kN的准静态力或能量为10kJ的冲击。
在这种情况下，特别强调了角形物。
结构的最大刚性区域是角形物101和107附接至框架28的区域。因此，重要的是角形物重叠足够的宽度L，例如约50mm。该规定值取决于应力。在这个区域中，有两个3mm厚的水平板，它们由1mm的翅片横跨宽度L连接。
第二下凸缘111和第二上凸缘105显著加强了结构并且还有助于防止倾翻。
在宽度L之外，由底板15、保护板23、上翅片19和下翅片27组成的整个结构有助于将力分布在框架的其余部分中。
使用上述设计，在静态载荷为200kN的情况下杆的穿透仅为4mm。
此外，下翅片27相对于法线方向N形成30°到60°之间的角度。该角度通常在40°到50°之间，并且优选为45°。
在从下方侵入的情况下，这种倾斜是特别有利的。这是因为电池框架28暴露于来自行驶表面上的岩石、树枝或任何其他物体的冲击。
这些冲击是通过所谓的“落锤”测试来模拟的，例如，对应于180mm直径的球体或半球体的200J的冲击。在此冲击之后，不得侵入模块(这是可能导致电池损坏和可能导致电池起火的短路的形成的严重情况)。
在这种情况下，下翅片27的作用尤其重要。如果下翅片27是竖直的，它们在法线方向N上具有最大刚度。在冲击过程中，它们倾向于将球体产生的全部力传递到底板15。结果，保护板23/下翅片27/底板15的夹层的压碎被减少，并且从冲击中吸收很少能量或不吸收能量。结构弯折，不吸收能量。在这种情况下，上翅片19必须完全吸收23/27/15夹层的弯折。这些散热片不是为此目的而设计的。
假设下翅片27相对于法线方向N成30°到60°之间的角度，则增加了结构吸收来自下方的冲击的能力。在不影响侧面冲击性能的情况下，翅片27具有比90°角情况下低得多的垂直刚度。在200J的冲击下，保护板23被压下5mm，底板15被压下2mm，顶板7不变形。
在有利地上翅片19相对于法线方向N形成的角度在30°到60°之间，优选在40°到50°之间，并且例如为45°时，进一步增强了这种效果。
如上所述，下托盘63的直立边缘67包括基本上笔直的两个第一部分77和基本上笔直的两个第二部分79，两个第一部分77基本上平行且彼此相对，两个第二部分79基本上彼此平行且将两个第一部分77彼此连接。
通常，当电池安装在车辆中时，第一部分77沿车辆的横向轴线定向，而第二部分79沿纵向轴线(即，沿车辆正常行驶的方向)定向。
根据有利的方面，第二方向D2相对于第二上凸缘105形成的角度在30°到60°之间，优选在40°到50°之间，并且例如为45°。
这确保了下翅片27沿车辆的纵向轴线和沿车辆的横向轴线以侧向侵入的方式做出反应。
通常，结构被设计为优先垂直于车辆的纵向轴线进行响应。然而，这些结构在纵向冲击的情况下表现不佳。
根据图8至图10所示的变型，框架28有利地包括附加保护板121，附加保护板121覆盖保护板23并与保护板23界定附加容积体123(图8)。它还具有容纳在附加容积体123中的附加翅片125。
附加翅片125在第三方向D3上延伸并且被布置为在保护板23与附加保护板123之间传递力。
第三方向D3与第二方向D2形成的角度在60°到120°之间，优选在75°到105°之间，例如为90°。
通常，附加保护板121与保护板23由相同的材料制成并且具有相同的厚度。
附加翅片125由弯折成凹口的金属板127形成(图10)。它们通常与下翅片27由相同的材料制成并且具有相同的厚度。它们与下翅片具有相同的几何形状，并且特别是相对于法线方向N形成的角度在30°到60°之间，优选在40°到50°之间，例如为45°。它们在法线方向上与下翅片27具有大致相同的高度。
由于翅片相对于第二部分79的取向小于45°，因此上文参照图7和图8描述的框架28不是扭转对称的。然而，这种设计在用于混合动力车辆的电池的情况下是令人满意的。电池的大小通常为1m×70cm，其质量约为150kg。在专门用于电动车辆的电池的情况下，电池具有大约3m的纵向长度、1.4m的横向宽度和600kg的质量。另外，这种电池是车辆底盘的一部分，因此必须具有较高的弯折和扭转机械特性。
这些机械特性通过附加保护板123和附加翅片125的添加以及附加翅片125的定向来实现。下翅片27相对于车辆的纵向轴线和横向轴线急剧倾斜。附加翅片125也相对于车辆的纵向轴线和横向轴线急剧倾斜，并且还几乎垂直于下翅片27。这确保了框架28在扭转、弯折和冲击方面在所有方向上都以相同的方式表现。
在该实施方式中，上角形物101附接至保护板23，而下角形物107附接在附加保护板121下方。
图7示出了配备有根据上述实施方式的电池的机动车辆。
下翅片27由虚线示意性表示。看起来第三方向D3与纵向方向L形成30°到60°之间的角度。
第二方向D2也与纵向方向L形成30°到60°之间的角度，并且与第二方向D2形成30°到60°之间的角度。
因此，本发明提出一种电池，包括：
-基本平坦的框架28，框架28被角形物101、107围绕；
-容纳蓄电电池单体3的外壳5；
-以及两者之间的热交换器11。
这些不同的元件相互机械连接，这使得组件具有在机械上更强。
框架28的上方(底板15)和下方(保护板23)是平坦的。
现有的电池在道路侧通常是平底的，但在电池单体侧在下托盘65内侧的水平处具有侧导轨和横杆，这使得电池的内侧底板不平整，因此与热交换器的构造不兼容。出于这个原因，该热交换器通常容纳在电池单体所在的容积体内，存在发生泄漏时用冷却剂填充该容积体的风险。
下托盘63和盖子65被深拉并因此被完全密封。仅在下托盘63与盖子65之间的接合线处以及在电缆套管处需要密封。
在通常的结构中，框架由多个焊接部分制成，存在很大的密封泄露风险。
电池的各种结构元件、特别是框架28和热交换器11优选由钢制成，使其强度适应应力。使用高屈服强度的钢可以在保持相同的机械性能的情况下减小厚度。
在这种情况下，优选激光焊接，以减少变形。可以考虑电弧焊。软钎焊(低温)也可用于接合某些钎焊面积大且应力集中小于钎焊接头的机械能力的部分。也可以使用胶合，例如，将上翅片19粘合到顶板13和底板15。不推荐钎焊，因为它的高温会破坏钢的机械特性(退火)
替代地，电池的各种结构元件由铝或铝合金制成。在这种情况下，必须调整结构部分的厚度以获得相同的机械性能。
在这种情况下，可以使用激光焊接、胶合、软钎焊或硬钎焊，甚至电弧焊。
在另一个变型中，钢用于框架元件和角形物，而铝用于结构的受力较小的其余部分。
在又一个变型中，盖子由SMC或具有所需特性的任何其他塑料制成。
视情况而定，保护板23和附加保护板123由RTM制成。
应当注意，关于两个实施方式描述的各种技术方面可以相互组合。
因此，可以在第一实施方式中在电池上布置角形物，并且可以在第二实施方式中布置外部金属增强件。
可以将附加保护板和附加翅片添加到第一实施方式中。

Claims (13)

1.一种用于车辆的蓄电电池，该电池(1)包括：
-多个蓄电电池单体(3)；
-外壳(5)，其在内部界定用于接收所述蓄电电池单体(3)的容积体(7)；
-热交换器(11)，其包括限定所述外壳(5)的底部的金属顶板(13)、与所述顶板(13)界定用于传热流体的循环的容积体(17)的底板(15)以及被容纳在循环容积体(17)中的多个上翅片(19)，所述上翅片(19)在第一方向(D1)上延伸，所述上翅片(19)被布置为在所述顶板(13)与所述底板(15)之间传递力，
-保护板(23)，其覆盖所述底板(15)并与所述底板(15)限定下部容积体(25)；
-被容纳在所述下部容积体(25)中的加固用下翅片(27)，所述下翅片(27)在第二方向(D2)上延伸并被布置为在所述保护板(23)与所述底板(15)之间传递力，所述底板(15)与所述下翅片(27)和所述保护板(23)形成刚性框架(28)，所述刚性框架(28)吸收所述电池(1)所受到的大部分力。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，所述外壳(5)包括下托盘(63)和盖子(65)，所述下托盘(63)包括所述顶板(13)和朝向所述盖子(65)的直立边缘(67)。
3.根据权利要求2所述的电池，其中，所述电池(1)包括***在所述下托盘(63)的所述直立边缘(67)与所述保护板(23)的外周边缘(75)之间的外部机械增强件(73)。
4.根据权利要求3所述的电池，其中，所述直立边缘(67)包括与所述第一方向(D1)平行的两个第一部分(77)和与所述第二方向(D2)平行并将所述两个第一部分(77)彼此连接的两个第二部分(79)，所述外部机械增强件(73)包括两个第三板(81)和两个第四板(83)，所述第三板(81)被弯折成平行于所述第一方向(D1)的狭槽并被贴靠在所述第一部分(77)上，所述第四板(83)被弯折成平行于所述第二方向(D2)的狭槽并被贴靠在所述第二部分(79)上。
5.根据权利要求3或4所述的电池，其中，所述保护板(23)包括中央底部(87)，所述外周边缘(75)包括两个第一段(89)和两个第二段(91)，所述第一段(89)平行于所述第一方向(D1)并与由第一材料制成的所述中央底部(87)成一体，所述第二段(91)平行于所述第二方向(D2)并由刚性低于所述第一材料的第二材料制成。
6.根据前述任一项权利要求所述的电池，其中，所述第一方向(D1)和所述第二方向(D2)彼此形成60°到120°之间的角度。
7.根据前述任一项权利要求结合权利要求2所述的电池，其中，所述电池(1)包括：
*围绕所述外壳(5)的整个周边延伸的上角形物(101)，所述上角形物(101)包括压靠在所述框架(28)上并与所述框架(28)刚性地连接的第一上凸缘(103)和与所述直立边缘(67)相对地延伸的第二上凸缘(105)；
*围绕所述外壳(5)的周边延伸的下角形物(107)，所述下角形物(107)包括压靠在所述框架(28)上并与所述框架(28)刚性地连接的第一下凸缘(109)和与所述直立边缘(67)相对地延伸的第二下凸缘(111)。
8.根据权利要求7所述的电池，其中，所述上角形物(101)的所述第一上凸缘(103)和所述下角形物(107)的所述第一下凸缘(109)相隔一定距离上下重叠，并且各自具有大于30mm的宽度。
9.根据权利要求7或8所述的电池，其中，所述上角形物(101)的所述第二上凸缘(105)和所述下支架(107)的所述第二下凸缘(111)压靠在彼此上并且彼此刚性地附接。
10.根据前述任一项权利要求所述的电池，其中，所述下翅片(27)相对于基本垂直于所述第一方向(D1)和所述第二方向(D2)的法线方向(N)形成30°到60°之间的角度。
11.根据前述任一项权利要求所述的电池，其中，所述框架(28)包括覆盖所述保护板(23)并与所述保护板界定附加容积体(123)的附加保护板(121)，以及被容纳在所述附加容积体(123)中的附加翅片(125)，所述附加翅片(125)沿第三方向(D3)延伸并被布置为在所述保护板(23)与所述附加保护板(121)之间传递力。
12.根据权利要求11所述的电池，其中，所述第三方向(D3)与所述第二方向(D2)形成60°到120°之间的角度。
13.一种车辆，其包括根据权利要求11或12所述的蓄电电池(1)，所述车辆具有正常行驶的纵向方向(L)，所述第三方向(D3)相对于所述纵向方向(L)形成30°到60°之间的角度。
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