具有電池的車輛的制作方法
【專利摘要】本發(fā)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(fā)明的特征在于，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，并且經(jīng)由該支架直接或者經(jīng)由另一設計為空心型材的支架（3、4）與所述車輛（1）的環(huán)境連接。
【專利說明】具有電池的車輛
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)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(xiàn)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)，其存儲用于車輛的牽引的電功率。該電池必須可靠、穩(wěn)定并且盡可能節(jié)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(xiàn)高的蓄能密度的蓄能技術中、例如在鋰離子技術中實現(xiàn)。原則上在這樣的技術中存在的風險在于，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(huán)境遭受損壞之前逐漸消除這樣的過壓，典型地規(guī)定，在電池單元的區(qū)域中和/或在整個電池的環(huán)繞這些電池單元的電池殼體的區(qū)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(qū)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。如果例如由于短路引起電池單元內部的過壓，則過壓保護裝置打開并且放出過壓。在此可以產生比較大量的氣體，從而環(huán)繞電池單元的電池殼體按照一般的現(xiàn)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(xiàn)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并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(guī)定，電池的放氣開口(其典型地設置在環(huán)繞整個電池的電池殼體的區(qū)域中)經(jīng)由相應的管路元件與車輛的周圍環(huán)境連接。該管路元件必須密封地與放氣開口連接并且這樣敷設在車輛中，從而在過壓情況下安全并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(xiàn)有技術此外已知的是，將電池設置在車輛的支承結構的區(qū)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(qū)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并且用于不經(jīng)由電化學結構單元地對碰撞的情況下的力進行傳遞。由此提高了安全性并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(qū)域中，其中保留有自由空間。由此可以節(jié)省空間地將用于蓄能的相應的裝置集成到車輛的支承結構中并且不占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(fā)明內容】

[0009]在此本發(fā)明的任務現(xiàn)在在于，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(fā)明該任務通過在權利要求1的特征部分中所述的特征解決。按照本發(fā)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(fā)明的車輛中還規(guī)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，并且經(jīng)由該支架直接或者經(jīng)由另一設計為空心型材的支架與車輛的周圍環(huán)境連接。所述典型地設計為空心型材的支架(其經(jīng)常設計為具有圓的或者矩形的橫截面的管)按照本發(fā)明用作用于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(qū)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(qū)域連接并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于將氣體導出到周圍環(huán)境，而無需危害車輛的乘員。在此可以省去現(xiàn)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(qū)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、需要的構件并且特別是裝配和密封費用方面相對于現(xiàn)有技術的車身是更合適的。
[0012]此外，在依據(jù)本發(fā)明的車輛的一個有利的設計方案中規(guī)定，所述電池設置在所述支承結構的區(qū)域中。所述電池在支承結構的區(qū)域中的這樣的設置對于按照本發(fā)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(fā)明的車輛的另一非常有利的設計方案中相應地規(guī)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(fā)明的車輛的該特別優(yōu)選的結構中，由于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(xiàn)密封的連接。在所述結構中那么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(fā)明的車輛的一個特別有益的并且有利的改進中規(guī)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(yōu)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(jié)省結構空間，因為可以省去常規(guī)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(xiàn)了穩(wěn)定的和堅硬的支承結構并且另一方面允許以常規(guī)的方式和方法(相對軟地)實現(xiàn)所述電池的電化學結構，其典型地以棱柱形的電池單元的一個或多個堆疊的形式構成。因此可以在電池的制造中節(jié)省費用并且在電池中節(jié)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(wěn)定的構件。
[0018]此外，在本發(fā)明的一個非常有利的改進中規(guī)定，所述電池殼體具有至少一個特別是以用于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于，足夠穩(wěn)定并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(guī)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(jīng)常作為棱柱形的電池單元堆疊為一個或多個電池單元堆并且組合成所述電池。為了能確保電池單元的可靠且均勻的冷卻，經(jīng)常設計為，存在至少一個用于電池單元的調溫和冷卻的冷卻裝置，該冷卻裝置經(jīng)常以板或者以管的形式構成并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)典型地非常堅硬并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于作為車輛的支承結構的構件，并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(jié)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(fā)明的車輛的一個非常有利的改進中規(guī)定，所述電池作為用于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于例如用于電動車輛或者特別是用于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，并且因此非常節(jié)省空間地可集成到具有內燃機的當前的驅動方案中。借此可以簡單而且高效地實現(xiàn)車輛的混合動力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]按照本發(fā)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并且根據(jù)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(tài)(a)和第二狀態(tài)(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示出了類似于在圖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?！揪唧w實施方式】
[0029]在圖1的圖示中非常簡化地并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(xù)編號。因此縱梁3.1位于車輛I的所謂的前端，縱梁3.2位于車輛I的中間，而縱梁
3.3位于在車輛的角區(qū)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表示中間的橫梁并且以4.3表示沿行駛方向在最后面布置的橫梁。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布置在車輛的后部的區(qū)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，該電池殼體在這里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。在這里所示出的實施例中電池單元10各自設計為棱柱形的電池單元10并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中并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(tǒng)。此外電池單元10的主動冷卻應該是可能的。這在這里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于電池堆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建造的冷卻回路和/或空調裝置得到主動冷卻。而且冷卻的結構在本發(fā)明中不占有重要的地位并且由一般的現(xiàn)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于導入并且導出冷卻介質的兩個冷卻管路14不意O
[0031]現(xiàn)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并且可以例如實現(xiàn)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(xiàn)在在電池單元10的一個或多個中發(fā)生過壓，例如由于短路或者由于未計劃的過充，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逸出并且在電池殼體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(xiàn)在在電池殼體7中發(fā)生過壓，那么氣體16通過放氣開口 17逸出，并且經(jīng)由孔18到達橫梁4.3的區(qū)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，并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(huán)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(huán)境的安全并且可靠的導出，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)沒有污物經(jīng)由橫梁4.3的內部空間19滲透到電池殼體7中。如果發(fā)生了氣體16的流出，那么所述閥片一如在圖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。在此補充于或者備選于重力，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的圖示中類似于在圖1的圖示可以看到一個備選的實施形式。
[0035]電池6在此以隨后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?？赡茉陔姵?的區(qū)域中在過壓下產生的氣體16于是通過橫梁4.2的部件被引導并且經(jīng)由一布置于縱梁3.2之一中的開口 21到達該縱梁3.2的內部并且相應于在此示出的箭頭經(jīng)由該縱梁3.2的端側進入到車輛I的周圍環(huán)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(yōu)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(jīng)由螺栓24可松脫地與橫梁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，以便在盡可能輕的重量下盡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并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(qū)域中或者在接收部23的區(qū)域中這樣被安裝到電池6的底板22上，使得氣體安全并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(huán)境。如在圖4的圖示中已經(jīng)描述的那樣，氣體然后通過縱梁3.2到達到車輛I的周圍環(huán)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)，其特征在于，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，并且經(jīng)由該支架直接或者經(jīng)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(huán)境連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的車輛(I)，其特征在于，所述電池(6)設置在所述支承結構(2)的區(qū)域中。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的車輛(I)，其特征在于，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(jù)權利要求1至3之一所述的車輛(I)，其特征在于，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(jù)權利要求1至4之一所述的車輛(1)，其特征在于，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(jù)權利要求1至5之一所述的車輛(I)，其特征在于，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(huán)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(jù)權利要求4、5或6所述的車輛(1)，其特征在于，所述至少一個封閉元件(15)根據(jù)壓力打開。
8.根據(jù)權利要求1至7之一所述的車輛(I)，其特征在于，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(jù)權利要求8所述的車輛(1)，其特征在于，所述電池殼體(7)具有至少一個一特別是用于所述電池(6)的冷卻裝置(13)形式的——加強元件。
10.根據(jù)權利要求1至9之一所述的車輛(I)，其特征在于，所述電池(6)作為用于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(yōu)先權日:2011年5月5日
【發(fā)明者】J·海爾博 申請人:戴姆勒股份公司