蓄电池装置、车辆或固定设施和制造蓄电池装置的方法与流程

[0001]
本发明涉及一种蓄电池装置，具有蓄电池壳体，所述蓄电池壳体具有空心型材管和至少一个端侧的装载开口，所述空心型材管具有管状的内部空间，其中，在所述内部空间中布置有多个电化学单元。本发明还涉及一种具有前述蓄电池装置的车辆或固定设施。本发明还涉及一种制造前述蓄电池装置的方法。


背景技术：

[0002]
由专利文献de 2011 104 499 a1已知一种用于车辆的蓄电池，该蓄电池具有多个单元，这些单元构成堆。在每两个单元之间布置有由防水材料制成的隔板，该隔板将这些单元彼此电气隔离。通过多个隔板可以构成用于蓄电池单元的堆的防水或防潮的壳体。
[0003]
由专利文献de 10 2013 021 400 a1已知一种蓄电池、尤其具有电池组的车辆蓄电池，该蓄电池具有多个彼此堆叠的单个电池单元。这些单个电池单元具有与固持元件相适配的定向结构，因此，单个电池单元在电池组中被机械地固定。固持元件要么布置在两个单个电池单元之间要么包围单个电池单元。在电池组内，固持元件压在单个电池单元的密封接缝上，其中，固持元件在该区域中具有弹性元件。该弹性元件用于将力均匀地导入单个电池单元的密封接缝中。此外，电池组在每个端侧上包括压板以及贯穿固持元件和压板的拉紧装置，以便将固持元件和压板沿轴向压紧。
[0004]
由专利文献wo 20157113858 a2已知一种具有优选多个蓄电池单元的电池模块，蓄电池单元基本上设计为板状并且被泡沫结构包围，其中，该泡沫结构具有至少两个泡沫层，这两个泡沫层具有相同或不同的机械特性、物理特性和/或化学特性。
[0005]
由最接近本申请技术方案的专利文献de 10 2017 201 354 a1已知一种尤其用于车辆的蓄电池组件，其具有方形的电池壳体，在该电池壳体的同样方形的内部空间中布置有至少一个长条形的、方形的蓄电池，该蓄电池具有多个并排布置和依次布置的以及彼此间电连接的蓄电池单元(单个电池单元)。蓄电池单元也具有方形形状并且因此构成上述的方形的电池组。这些蓄电池单元借助包围它们的优选由塑料构成的隔离材料包围，该隔离材料可以说构成壳体。蓄电池壳体自身由具有闭合的型材横截面(管横截面)的空心型材管构成，该空心型材管在两端各配有至少一个用于封闭空心型材管的壳体盖元件。空心型材管优选是挤压型材或挤拉型材。


技术实现要素：

[0006]
本发明所要解决的技术问题是提供一种蓄电池装置，该蓄电池装置相对于现有技术、尤其最接近的专利文献de 10 2017 201 354 a1进一步改良并且在保留现有技术的优点的同时能简单且廉价地制造，以及确保电化学单元可靠地支承在蓄电池装置的蓄电池壳体中。本发明所要解决的技术问题还在于提供一种具有这种蓄电池装置的车辆。本发明所要解决的技术问题还在于提供一种制造这种蓄电池装置的方法。
[0007]
基于一种具有蓄电池壳体的蓄电池装置，所述蓄电池壳体具有空心型材管和至少
一个端侧的装载开口，所述空心型材管具有管状的内部空间，其中，在所述内部空间中布置有多个电化学单元，所述技术问题通过如下方式解决，即，所述多个电化学单元分别具有板状的单元壳，所述单元壳具有端面和环绕的壳体边缘，并且所述多个电化学单元通过以端面向前经由所述装载开口插入蓄电池壳体的内部空间中构成单元堆。
[0008]
该蓄电池装置与现有技术的有利的不同之处在于，单独的电化学单元直接安装在蓄电池壳体中并且安装不使用额外的紧固材料，由此尤其可以在制造和装配方面节省材料和成本以及减轻重量。
[0009]
从属权利要求描述本发明的优选的扩展设计和设计方案。
[0010]
据此优选地规定，每个电化学单元的单元壳借助于至少一个布置在环绕的壳体边缘上的弹性的补偿型材支撑在管状的内部空间的内周面上，由此有利地确保了对电化学单元的可靠且低振动的支承。
[0011]
本发明进一步规定，所述内部空间相对于每个电化学单元的单元壳设计为具有过盈，使得所述单元壳借助于弹性的补偿型材在预应力下支撑在管状的内部空间的内周面上。也就是说，电化学单元以其横截面轮廓在定义的公差范围内通过至少一个弹性的补偿型材适应于内部空间的横截面，并且电化学单元横向于蓄电池壳体的内部空间的纵向延伸观察压紧地支承在蓄电池壳体中。
[0012]
根据优选的实施方式，所述至少一个弹性的补偿型材在所述壳体边缘上整周地布置。替代地，所述至少一个弹性的补偿型材也可以布置在所述壳体边缘的部分区段上。后描述的措施尤其产生最小化的压入力，该压入力用于将相关的电化学单元定位在蓄电池壳体的内部空间中。
[0013]
所述至少一个弹性的补偿型材优选设计为具有敞开或闭合的型材横截面的空心型材或者设计为实心型材并且在此可以具有任何合适的型材横截面、但尤其具有多边形、圆形、至少在部分区段呈圆形或梳状的型材横截面。这种型材横截面的任意组合当然也被本发明所涵盖。
[0014]
在本发明的扩展设计中，所述至少一个弹性的补偿型材具有型材横截面，沿电化学单元插入蓄电池壳体的内部空间中的插入方向观察，所述型材横截面设计为至少在部分区段缩小。由此有利地在开始将电化学单元插入蓄电池壳体的内部空间中时实现单元在蓄电池壳体的装载开口的区域中的定中心和/或减小的插入力。在此，所述缩小可以设计为连续的或不连续的或分级的。
[0015]
为了进一步改善电化学单元与蓄电池壳体之间的接合连接并且确保电化学单元在蓄电池壳体中的可靠的装配，至少一个补偿型材和蓄电池壳体具有彼此适配的形状接合件。
[0016]
为了简化单元堆中的电化学单元的电接触，单元壳在相应的端面的区域中具有至少一个单元电极，所述单元电极用于与相邻的单元壳的单元电极电气接触。由此优选地，单元堆中的相关单元电气地串联连接。
[0017]
本发明还涉及具有前述类型的蓄电池装置的车辆或固定设施、如电化学的存储设施。
[0018]
本发明还涉及一种制造前述类型的蓄电池装置的方法。所述方法主要特征在于包括如下步骤：
[0019]
a)提供具有空心型材管和至少一个端侧的装载开口的蓄电池壳体，所述空心型材管具有管状的内部空间；
[0020]
b)提供多个电化学单元，所述单元分别具有板状的单元壳，所述单元壳具有端面和环绕的壳体边缘；
[0021]
c1)给所述蓄电池壳体装载所述电化学单元，方式是将每个单元以一端面向前经由所述装载开口插入蓄电池壳体的内部空间中并且这些单元的全体构成单元堆，或
[0022]
c2)构造单元堆，方式是首先将多个电化学单元在其端面的区域中堆叠，并且将所述单元堆以其第一个电化学单元的端面向前插入蓄电池壳体的内部空间中；和
[0023]
d)必要时通过至少一个壳体盖元件在端侧封闭蓄电池壳体。
[0024]
由于这种方法，这种蓄电池装置的制造特别简单，因为不需要额外的固定材料。
附图说明
[0025]
以下根据在附图中示意性地示出的实施例详细阐述本发明。然而本发明并不局限于所述实施例，而是包含所有由权利要求定义的设计方案。针对本说明书，机动车的通常的行驶方向用
“-
x”(“负x”)表示，与通常行驶方向相反的方向用“+x”(“正x”)表示，基于通常的行驶方向(-x)，横向于x方向的水平线向右的方向用“+y”表示，基于通常的行驶方向(-x)，横向于x方向的水平线向左的方向用
“-
y”表示，横向于x方向的竖直线向上的方向用“+z”表示，并且横向于x方向的竖直线向下的方向用
“-
z”表示。空间方向在直角坐标系中的这种表示方式与在机动车工业中一般使用的坐标系相一致。另外，诸如“前”、“后”、“上”、“下”的术语以及包括“右”和“左”在内的具有类似含义的术语的使用方式与它们关于机动车上的方向表示通常的使用方式一样。在附图中：
[0026]
图1极示意性地示出配备有按照本发明设计的蓄电池装置的车辆，
[0027]
图2示出蓄电池装置的立体视图，该蓄电池装置包括由多个电化学单元构成的单元堆和容纳该单元堆的蓄电池壳体，
[0028]
图3示出根据图2的放大图，
[0029]
图4示出电化学单元的单独的立体图，
[0030]
图5示出根据图4的侧视图，和
[0031]
图6示出装备有电化学单元的蓄电池壳体的有利的扩展设计。
具体实施方式
[0032]
图1首先示出车辆1、在此为机动车，车辆1具有作为驱动马达的电动机2和构成牵引用蓄电池，尤其是高压蓄电池的蓄电池装置3。因此，根据该实施例涉及一种纯电驱动的车辆1。当然，本发明也涵盖所谓的混合动力车辆和其它具有或可具有以下描述的蓄电池装置3的任何车辆1，混合动力车辆除了一个或者多个电动机2之外还具有内燃机(在图中未示出)。
[0033]
根据图2，蓄电池装置3首先具有蓄电池壳体4，该蓄电池壳体4由具有闭合的型材横截面的空心型材管4a构成，该空心型材管4a可以根据当前需要的能量需求和可用的安装空间任意地定长切割。空心型材管4a由能简单且廉价地制造的挤压型材或挤拉型材构成。挤压型材尤其用于构造金属的蓄电池壳体4、例如由铝或铝合金制成的蓄电池壳体4，而挤
拉型材尤其用于构造由塑料或复合材料、尤其纤维增强塑料制成的蓄电池壳体4。蓄电池壳体4或空心型材管4a的端侧的型材开口5优选在两端分别配有在图中未示出的壳体盖元件。
[0034]
根据该实施例，蓄电池壳体4固持在车辆1的两个纵梁6之间并且沿车辆纵向(x方向)延伸。但本发明不限于所述纵梁6，而是涵盖车辆1的任何合适的承载结构、例如未在图中示出的横梁。替代地，蓄电池壳体4也可以沿车辆横向(y方向)延伸，这也被本发明所涵盖(在图中未示出)。
[0035]
蓄电池壳体4具有方形形状。该蓄电池壳体4沿其纵向观察，仅示例性地构造有两个平行地并排地布置的管状的内部空间7，分别用于容纳多个电化学单元8。蓄电池壳体4还可以设置为，其仅具有一个内部空间7或者两个以上的平行地并排布置和/或上下重叠布置的内部空间7(在图中未示出)。
[0036]
根据在图2至图6中可见的电化学单元8的方形形状，内部空间7具有方形的横截面。也就是说，所涉及的内部空间7的内轮廓因此设计为尽可能与电化学单元8的外轮廓形状互补。
[0037]
电化学单元8分别具有具备上述方形形状的板状的单元壳9并且例如由金属或塑料构成。板状的单元壳9基本上指其深度选为远小于其宽度和高度的单元壳9。
[0038]
单元壳9具有两个端面10、11和环绕的壳体边缘12。每个电化学单元8的单元壳9的端面10、11具有至少一个在图中未示出的单元电极或者构成用于与相邻的电化学单元8的单元壳9的端面10、11电气接触的单元电极。
[0039]
根据图2和图3，根据图3中的方向箭头13，多个电化学单元8以其端面10、11之一向前经由端侧的型材开口5之一插入蓄电池壳体4的相关的内部空间7中，型材开口5同时是装载开口14，并且所述多个电化学单元8优选串联连接地彼此堆叠，由此构成单元堆15。所述内部空间7可以如下地装载电化学单元8，即，要么将电化学单元8分别单独地插入内部空间7中并且在内部空间7中才构成单元堆15，要么将电化学单元8预先在其端面10、11的区域中彼此堆叠并且此后作为单元堆15以该单元堆15的第一个电化学单元8的端面10或11向前插入蓄电池壳体4的内部空间7中。为了封闭装备有电化学单元8的蓄电池壳体4，可以设置在图中未示出的壳体盖元件。
[0040]
如从图2至图6中还可知的那样，每个电化学单元8的单元壳9借助于至少一个布置在环绕的壳体边缘12上的弹性的补偿型材16支撑在管状的内部空间7的内周面17(尤其参见图6)上。补偿型材可以例如由橡胶或弹性体塑料构成。内部空间7相对于每个电化学单元8的单元壳9虽然设计具有过盈量，但仅使得单元壳9借助于弹性的补偿型材16在预应力下支撑在管状的内部空间7的内周面17上。从图2至图6还可以看出，弹性的补偿型材16在所述壳体边缘12上整周地布置。
[0041]
替代地，弹性的补偿型材16也可以布置在壳体边缘12的部分区段上(在图中未示出)。即，单元壳9仅在壳体边缘12的预先确定的区段中支撑在蓄电池壳体4的管状的内部空间7的内周面17上。这尤其产生用于将相关的电化学单元8定位在蓄电池壳体4的内部空间7中的最小化的压入力。
[0042]
弹性的补偿型材16可以设计为具有敞开或闭合的型材横截面的空心型材或者设计为实心型材并且在此可以具有任何合适的型材横截面、但尤其具有多边形、圆形、至少在部分区段呈圆形或梳状的型材横截面。这种型材横截面的任意组合当然也被本发明所涵
盖。因此，图5仅示例性地示出具有上述梳状的型材横截面的补偿型材16。根据该实施例，补偿型材16具有五个在单元壳9的壳体边缘12上环绕的型材唇边16a，这五个型材唇边16a沿蓄电池壳体4的内部空间7的纵向观察彼此间隔距离地布置并且在其外周的区域中支撑在蓄电池壳体4的内部空间7的内周面17上。通过补偿型材16设计为具有上述类型的单独的型材唇边16a还产生用于将相关的电化学单元8定位在蓄电池壳体4的内部空间7中的尤其最小化的压入力。
[0043]
压入力的最小化还可以尤其在装载过程开始时通过如下方式产生，即，根据图5，补偿型材16具有这样的型材横截面，该型材横截面设计为沿电化学单元8插入蓄电池壳体4的内部空间7中的插入方向13观察至少在部分区段缩小。由此，还有利地实现了在开始将电化学单元8插入蓄电池壳体4的内部空间7中时，电化学单元8在蓄电池壳体4的装载开口14的区域中定中心。在此，型材横截面的缩小可以设计为连续的或不连续的或分级的。在图3中极示意性地用点划线示出型材横截面的这种缩小。因此，在本实施例中，部分型材唇边16a、即在插入方向观察两个前方的型材唇边16a在其远离单元壳9的延伸部中要缩小地设计。
[0044]
为了进一步改善电化学单元8与蓄电池壳体4之间的接合连接并且确保电化学单元8在蓄电池壳体4中的可靠、尤其自动化的装配，至少一个补偿型材16和蓄电池壳体4具有彼此适配的形状接合件18、19。图6示出补偿型材16，该补偿型材16沿蓄电池壳体4的内部空间7的纵向观察具有形式为凹空的第一形状接合件18，当电化学单元8和蓄电池壳体4装配在一起时，第一形状接合件18形状接合地容纳管状的内部空间7的内周面17上的形式为凸起的第二形状接合件19。在此优选地，单元堆15的全部电化学单元8一起构成长形的槽，该长形的槽形状接合地容纳在管状的内部空间7的内周面17上的形式为长形的接板状凸起的第二形状接合件19。
[0045]
上述实施例适应于车辆1的蓄电池装置3。但本发明不局限于这种应用，而是还适用于作为固定设施、如未图示的电化学存储设施的组成部分的蓄电池装置3，固定设施例如用于中间存储由风力设施和/或太阳能设施获得的电能。
[0046]
附图标记列表
[0047]1ꢀꢀꢀ
车辆
[0048]2ꢀꢀꢀ
电动机
[0049]3ꢀꢀꢀ
蓄电池装置
[0050]4ꢀꢀꢀ
蓄电池壳体
[0051]
4a
ꢀꢀ
空心型材管
[0052]5ꢀꢀꢀ
型材开口
[0053]6ꢀꢀꢀ
纵梁
[0054]7ꢀꢀꢀ
内部空间
[0055]8ꢀꢀꢀ
单元
[0056]9ꢀꢀꢀ
单元壳
[0057]
10
ꢀꢀ
端面
[0058]
11
ꢀꢀ
端面
[0059]
12
ꢀꢀ
壳体边缘
[0060]
13
ꢀꢀ
插入方向的方向箭头
[0061]
14
ꢀꢀ
装载开口
[0062]
15
ꢀꢀ
单元堆
[0063]
16
ꢀꢀ
补偿型材
[0064]
16a 型材唇边
[0065]
17
ꢀꢀ
内周面
[0066]
18
ꢀꢀ
形状接合件
[0067]
19
ꢀꢀ
形状接合件