具有距离保持器的电池壳体的制作方法

具有距离保持器的电池壳体
1.本发明涉及一种用于机动车的电池壳体，其包括具有底板的底部部件和具有顶盖板的顶盖部件，其中，底部部件和顶盖部件限定出用于容纳至少一个电池模块的容纳容积，并且其中，两个板通过至少一个布置在容纳容积内部的、支撑在两个板上的距离保持器相间隔，并且其中，在至少一个支撑部的区域中，相应的板具有穿孔，其中，距离保持器具有插入区段，所述插入区段伸入穿孔中，并且其中，所述距离保持器固定在这些板上，并且插入区段最大伸入到穿孔中这么远，使得其终结面与板的外侧齐平地终结。
2.电池壳体用于电动车和混合动力车，以便在其中容纳为了电气地驱动车辆所需的电池或者电池模块。这些电池通常是大功率电池并且划分为多个模块。由于较高的能量密度，需要注意在电池壳体在机动车上的固定方面的特别的安全标准以及电池壳体的强度和刚性的特别的安全标准。与之相关的要求特别是鉴于有待容纳的700kg的重量是相当多的。
3.优选地，电池模块由于其较高的重量布置在机动车的底板下的区域中，其中，平面的布置对于均匀的重量分布是优选的，以便不影响车辆的行驶特性。在这种布置中，多个电池模块在扁平的设计方案中并排地布置。在很多情况下，电池壳体占据机动车的底板下的区域的大部分。
4.这种电池壳体由底部部件和顶盖部件组成。两个部件分别包括板，所述板是电池壳体的基面并且确定电池容积的容纳容积的面状延伸。两个板在其边缘处通过侧壁相互连接，其中，这些侧壁可以是底部部件和/或顶盖部件的部分。这种具有侧壁的板形成槽。所述槽结构可以通过板坯的成型并且因此单构件式地提供。在其它的设计方案中，槽由板和框架型材、通常由挤压型材组成。两个部件、即底部部件和顶盖部件在周边上密封地相互连接，例如通过螺纹连接或者也可以通过将两个部件相互粘接而连接。为了连接，所述部件通常具有环绕的、向外指向的安装法兰。密封通常是气密、水密和防尘的。
5.由底部部件和顶盖部件组成的电池壳体包围容纳容积，电池模块能够容纳在所述容纳容积中。这个容纳容积通过底板、顶盖板以及侧壁的内侧面限定。
6.在电池模块的较高重量、电池壳体的通常较大的面状延伸和电池壳体的刚性要求的背景下，偶尔需要相对于顶盖板支撑底板并且将两个板彼此夹紧，以避免方向相反的振动并且均匀地分配导入的力。
7.de 10 2017 100 612 a1公开了一种用于电池壳体的套筒形的距离保持器。这个距离保持器布置在由电池壳体包围的容纳容积中并且支撑在底板与顶盖板之间。底板和顶盖板在距离保持器的支撑部区域中分别具有穿孔，因此螺栓可以插入穿过底板、套筒形的距离保持器以及顶盖板。距离保持器具有插入区段，所述插入区段穿过底板中的穿孔。螺栓的螺栓头支撑在插入区段的与底板的外侧相间隔的端面或者终结面上。螺栓头在此支撑在插入穿过底板的距离保持器的远端的端部上。延伸穿过底板的距离保持器与底板在内侧和外侧上焊接。螺栓杆以其另一个端部通过螺纹区段从顶盖板的穿孔伸出。这个螺纹区段用于在车辆侧固定电池壳体。通过将螺栓夹紧在车辆侧的锚固装置中，将顶盖板夹紧在距离保持器上。在此，距离保持器用于防止底部在螺栓拧紧时变形。为了防止底部在螺栓拧紧时变形，距离保持器设计具有从底部部件伸出的区段，螺栓头支撑在所述区段上，以使得通过
螺栓头导入的力只作用在距离保持器上。
8.在这个预先已知的设计方案中形成多个问题范围：一方面如果电池壳体没有装配在车辆上，则顶盖在距离保持器的区域中是松弛的并且因此不密封。另一方面，期望底板下的设计结构尽可能平坦，以使得在车辆触地的情况下可能突伸出的构件不会受损或者甚至被撞掉。
9.de 10 2016 214 289 a1公开了一种具有权利要求1的前序部分的特征的电池壳体。在这个电池壳体中，距离保持器通过至少一个连接两个侧壁的杆形成。这种杆具有环形的突起，所述突起分别啮合到底板的通孔中并且在外侧与底板的外侧齐平地终结。这种杆通过在其整个纵向延伸上的焊缝连接在底板上。此外，所述杆通过焊接连接方式与侧壁连接，所述侧壁通过杆相互连接。
10.de 10 2018 211 471 b3公开了一种电池壳体，其中设置有套筒作为距离保持器，所述套筒在端侧支撑在底板或者顶盖板上。所述套筒通过贯穿套筒的螺栓固持在其处于电池容积内部的按规定的位置上。
11.de 10 2015 907 960 a1公开了一种与de 10 2018 211 471 b3类似的设计方案。在这种现有技术中，间隔套筒与底板的连接部突伸超出底板的下侧。
12.基于如在de 10 2016 214 289 a1中公开的电池壳体，在本发明所要解决的技术问题在于，建议一种电池壳体，其也可以通过其它的距离保持器而不使用杆地实现并且还简化了制造。
13.该技术问题通过本文开头所述的、按本发明所述类型的用于机动车的具有距离保持器的电池壳体解决，其中，插入区段的终结面与板材料接合式地连接并且焊缝的中心布置在所述距离保持器的插入区段的终结面上。
14.在这些说明的范围内使用的术语插入区段是距离保持器的从板内侧的平面出发伸入穿孔中的区段。
15.布置在电池壳体中的距离保持器在外侧不从底板或者顶盖板的穿孔伸出。由此有利地实现，通过距离保持器的材料形成的终结面布置在穿孔的内部，其中，同时避免了距离保持器的部件从设计有这种支撑布置结构的板中伸出电池壳体。
16.所述插入区段以其外部的周向面优选至少部分区段地贴靠在所述穿孔的周向面上。通过两个周向面的接触，在距离保持器与底板之间形成在板的平面中作用的形状配合连接。通过穿孔提供了止挡。由此简化了距离保持器在待支撑的板上的定位。插入区段优选具有与穿孔相同的横截面几何形状。插入区段的周向面由此可以在周边上贴靠在穿孔的周向面上。在也可以考虑的设计方案中，插入区段的周向面在穿孔周向面的至少两个区域中支撑在其上。这种支撑足够用于确保距离保持器的定向，以简化安装。
17.距离保持器固定在板上，以便确保在距离保持器的轴向方向上的抗压和抗拉的支撑。这种固定可以在优选的设计方案中材料接合式或者形状配合式地设计。
18.距离保持器的插入区段的指向板外侧的终结面与板材料接合式地连接。以此方式可以从外侧将距离保持器与板材料接合式地连接。原则上不需要内侧的接合。焊接方法通常设计为mig、mag或者激光焊接方法。通常在更厚实的构件上点燃电弧。在此，在距离保持器的插入区段的终结面上点燃电弧。以此方式在焊接过程期间首先在终结面上、即通过距离保持器的材料的熔化形成焊池。这种熔融物在延伸至穿孔的孔边缘区域时与其连接。孔
边缘区域由此通常也熔融或部分熔化，但不会将电弧对准通常比距离保持器的可用于所规定的焊接的材料更薄的板上。以此方式有效地防止了无意烧穿的风险。对于焊接连接，所形成的焊缝的中心位于终结面上。认识到通过使用由距离保持器提供的材料来形成焊缝，可以减少电池壳体中的、尤其是关于板的可能的焊接翘曲，从而提供更高的工艺可靠性，这也对电池壳体的密封性具有积极的影响。此外，电弧作用在距离保持器的轴向延伸方向上并且因此作用在不会发生无意烧穿的方向上。
19.此外，所述插入区段可以只部分地伸入所述板的穿孔中，因此所述插入区段的终结面不与板的外侧齐平地终结，而是位于穿孔内部。由此，所述插入区段的终结面和所述穿孔的周向面共同形成阶梯部，焊缝可以作为角焊缝置入所述阶梯部中。在这种设计方案中，所述插入区段的终结面与所述穿孔的周向面材料接合式地连接。
20.通过距离保持器与板之间的材料接合式连接，距离保持器沿轴向支撑在板上。如果焊接在周边上实现并且是连续的，则所述连接也是密封的，通常是气密的。
21.为了在焊接过程中实现均匀的热量引入，距离保持器的周向面在从距离保持器向板的过渡区域中与穿孔对齐，而所述距离保持器不具有贴靠在板的内侧上的突起。由此避免了向板中的过高的热量引入。
22.在一种也可以作为对前述设计方案的补充使用的备选设计方案中，距离保持器通过形状配合与板连接，尤其是以螺纹连接的形式与板连接。为此，所述距离保持器具有接触板内侧的支撑面、例如凸肩，并且所述距离保持器具有开设在其终结面中的内螺纹。通过啮合到所述内螺纹中的并且以头部或者凸缘作用在板的外侧上的螺纹连接件将所述距离保持器固定在所述板上。尤其在为了拆卸目的而应该将底部部件与顶盖部件分隔开时，螺纹连接件是有利的。同时，借助与附加装配步骤无关的螺纹连接件确保了电池壳体在运输过程中也可以设计成密封的、尤其也设计成气密的。
23.所述螺纹连接件可以借助套筒实现，所述套筒在其外部周向面的区段中具有与距离保持器的内螺纹啮合的外螺纹和作用在所述板的外侧上的凸缘。不言而喻的是，凸缘至少部分区段地具有大于板的穿孔的最小直径的直径。定位辅助装置可以从车身侧面啮合到套筒中。电池壳体的重量也以这种方式减轻。
24.此外，套筒可以设计为内螺纹套筒，从而电池壳体可以通过啮合在套筒的内螺纹中的螺纹连接件固定在车辆的车身上。这种设计方案开辟了将电池壳体从车身侧面固定在车辆上的可能性。
25.为了确保固定区域的密封性，可以在所述螺纹连接件的作用在板的外侧上的凸缘与所述板之间布置有密封件，从而保护螺纹连接件免受可能的环境影响。这种密封件可以通过密封胶、固体密封件或者也可以通过粘合实现。因此避免了螺纹连接件中的腐蚀问题。也可以在距离保持器的在内侧支撑所述板的端面和板之间布置密封件。在此可以规定，端面具有沟，密封件、例如o形环可以装入所述沟中。通过这种设计方案，在底部部件和顶盖部件之间的连接同样气密地设计的情况下，尽管在电池壳体中开设有穿孔，但电池壳体可以在距离保持器的支撑区域中设计为气密的。
26.原则上，距离保持器可以设计为套筒体。如果距离保持器与板材料接合式地或者通过套筒连接，则距离保持器的内部空腔连通到电池壳体的板的外侧上，由此产生了将螺栓插入穿过距离保持器的可能性，以便将电池壳体固定在车辆上。
27.不言而喻的是，距离保持器也能够以相同的方式支撑在另一块板上。在另一块板上的支撑也完全能够以不同的方式设计。如果所描述的支撑布置结构例如位于顶盖板上，那么在由此对置的底板上的支撑可以由距离保持器本身或者由装入底部部件的槽结构中的杆实现，在所述杆上放置有距离保持元件。因此，由杆和放置在杆的上侧上的距离保持元件形成距离保持器。
28.在一个设计方案中，距离保持器在电池壳体的另一块板上的连接的特征在于，所述距离保持器以其端面支撑在另一块板上，并且在该支撑区域中，该板具有穿孔，其中，距离保持器的端面在端面支撑于所述板上的平面中沿径向向内突出地、在周边上延伸超过穿孔的边缘，并且距离保持器固定在该板上。
29.距离保持器由此以其通过距离保持器的材料形成的端面支撑在板上。因此，距离保持器竖立在待支撑的板的内侧上。在一个设计方案中，所述支撑可以直接进行，因此端面接触所述板。在另一个设计方案中，在端面和板之间布置有密封件、例如o形环。这种密封件可以布置在距离保持器的端面上的沟中，以实现简单的装配。
30.在距离保持器的区域中，支撑在距离保持器的端面上的板具有穿孔。距离保持器的端面的几何形状和穿孔的几何形状相互协调适配，更确切地说，这样相互协调适配，使得支撑在板内侧上的端面延伸超过穿孔的边缘。因此，端面超出穿孔边缘地朝穿孔中心的方向突出于其边缘。因此，距离保持器只以其端面的一部分支撑在板的内侧上。距离保持器以其端面的另一部分突伸出穿孔的边缘。
31.通过这种设计方案实现了距离保持器相对于待支撑的板的极其简单和有效的公差。为了相对于板的平面进行按规定的定位并且因此进行公差补偿，距离保持器可以在一定程度上、例如其端面在其支撑于板上的平面中朝穿孔中心的方向伸入到所述穿孔中地在支撑的平面中移动。因此，距离保持器的端面同时形成关于距离保持器在板上的支撑的公差补偿面。特别的是，由于在周边上的支撑，这可以在不必容忍不密封性或者底切的情况下实现。端面的外部形状优选地相应于穿孔的形状。由此最佳地利用可供使用的面以实现公差补偿。在距离保持器设计具有由套筒区段提供的端面的情况下，端面应理解为由套筒的材料提供的面。
32.如果在该实施例的说明的范围内提到了板在距离保持器的端面的支撑区域中的穿孔，则该穿孔也可以由通常布置成网格的多个穿孔提供。在这种情况下，这些穿孔的包围的周向面可以形成由距离保持器的端面搭接的边缘。
33.距离保持器固定在被支撑的板上。在一个设计方案中，固定通过材料接合式的接合方法进行，例如通过焊接、优选通过mig或者mag焊接方法进行。也可以考虑激光焊接方法。在此利用了通过距离保持器的端面在穿孔的边缘上从板的外侧突出所提供的阶梯部。角焊缝可以设置在所述阶梯部中。如果在穿孔的整个周向上设置焊缝、这在许多情况下应该是规定，则由此同时确保了所需的密封性。
34.在该实施例的也可以作为对前述焊接方法的补充使用的另一个设计方案中，距离保持器与板螺纹连接。为此，距离保持器具有通入其支撑在板上的端面中的内螺纹。螺纹连接器可以拧入该内螺纹中。所述板布置在螺栓头与距离保持器的端面之间，因此在螺纹连接器拧紧时，距离保持器从内侧并且螺栓头从外侧夹紧所述板。在这种设计方案中，可以在板的外侧和螺栓头之间安装密封件、例如形式为o形环的密封件。当然，除了已经提到的固
体密封件之外，在此部位也可以使用密封胶作为密封件。这种外侧密封的优点是，可能的环境影响不仅不会渗透到电池壳体中，而且也不会进入螺纹区域。这有利于可能有待进行的拆卸，因为避免了相互啮合的螺纹之间的腐蚀现象。也可以对螺纹进行密封。
35.螺纹连接器例如可以是螺栓。在另一个设计方案中，螺纹连接器是螺纹套筒。在这种设计方案中，套筒具有径向向外突伸的端侧的支撑法兰，该支撑法兰形成这种螺纹连接器的螺栓头。通过使用套筒产生了附加的可能性：如果距离保持器本身是套筒，则以这种方式产生的可通行性可以用于排出在容纳容积内形成的热量。这种设计为套筒体的螺纹连接器可以具有内螺纹以实现固定。由此可以通过从车辆侧引入的螺栓将电池壳体固定在车辆侧。在这种设计方案中，尽管使用螺纹连接件，但没有元件从底部部件的下侧突出。
36.该实施例的前述距离保持器可以关于所述距离保持器相对于待支撑的板的位置移动，而这不会带来关于承载能力或者安装可能性的缺点。同时可以在距离保持器的位置处在板中提供穿孔，该穿孔可以通过距离保持器以简单和可靠的方式相对于容纳容积密封、尤其是也气密地密封。在电池壳体的交付状态中，距离保持器在底板或者顶盖板上的所述支撑已经是密封的并且被保护以免受可能的环境影响。
37.在这种电池壳体的一种设计方案中，距离保持器和底板和/或顶盖板由同样的材料制成。这并不意味着这些元件由相同的材料制成，而是它们属于一个材料族，例如这些部件是钢构件。这在避免电腐蚀方面是有利的，并且在接合时也带来了优势。
38.以下根据附图示例性地描述本发明。在附图中：
39.图1：示出带有底部部件和顶盖部件的闭合的电池壳体，
40.图2：示出根据图1的电池壳体，其中顶盖部件被移除，
41.图3：示出第一设计方案中的套筒形的距离保持器，所述距离保持器在下部区域中通过焊接连接方式固定在电池壳体上，
42.图4：示出根据另一个设计方案的套筒形的距离保持器，所述距离保持器在下部区域中通过焊接连接方式固定在电池壳体上，并且
43.图5：示出根据其它的设计方案的距离保持器，所述距离保持器通过位于电池壳体的容纳容积中的横杆和距离保持元件固定。
44.图1示出了电池壳体1，其纵向延伸和横向延伸明显大于其高度延伸。电池壳体1具有相对较大的面状延伸，例如可以是1
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2m。电池壳体1具有顶盖部件2。顶盖部件2包括顶盖板3，所述顶盖板3作为电池壳体1的基面在平面中延伸。顶盖部件2连接在底部部件4上。底部部件4包括侧壁5、5.1、5.2、5.3和在该视图中不可见的底板。侧壁5、5.1、5.2、5.3通过由各个单独的挤压型材件制成的壳体框架提供。顶盖部件2在其边缘6、6.1、6.2、6.3处环绕地与侧壁5-5.3螺纹连接。此外，顶盖板3在其中心通过不可见的距离保持器在图1中不可见的底板对面被支撑。顶盖板3通过固定件7与不可见的距离保持器连接。
45.图2示出了图1所示的电池壳体1，其中顶盖部件2已被移除。可以看到底部部件4的底板8，所述底板如顶盖板3那样面状地作为电池壳体1的基面在平面中延伸。在顶盖部件2与底部部件4装配时，由电池壳体1包围的空间在以下称为容纳容积，附图中未示出的电池模块可以装入该容纳容积中。在底部部件4中附加地布置有连接所述侧壁5.1、5.3的横杆9。在横杆9中装入距离保持器10。
46.距离保持器10在图3中详细示出。为了清楚起见，该图中未示出横杆9。套筒形的距
离保持器10与电池壳体1的侧壁5、5.1、5.2、5.3相间隔并且位于容纳容积内，在所示实施例中位于容纳容积的中心。在本实施例中，距离保持器10是与底板8焊接的套筒形体。
47.在距离保持器10布置在底板8上的区域中，底板8具有穿孔11。距离保持器10以插入区段12突伸到穿孔11内。在本实施例中，插入区段12的终结面13与底板8的外侧14齐平。在该实施例中，终结面13是距离保持器10的端面。穿孔11具有比距离保持器10的插入区段12大所需的装配间隙的直径。插入区段12由此以其周向面贴靠在穿孔11的周向面上。穿孔11用作用于将距离保持器10相对于底板8定向的定位孔。
48.为了将距离保持器10固定和支撑在底板8上，距离保持器10从底部部件2的外侧在周边上与底板8焊接。通过在周边上的焊缝也保证了所需的密封性。作为焊接方法使用mig、mag或者激光焊接方法。也可以考虑激光焊接方法。在焊接过程中，通过距离保持器10提供的处于插入区段12或者终结面13的区域中的材料用于提供焊池。为此，在终结面13上点燃电弧。在终结面13上形成的焊池与底板8材料接合式地连接，其中，底板8的包围穿孔11的孔边缘区域优选地只部分地熔化。结果是距离保持器10通过焊缝固定在底板8上，所述焊缝的中心、因此是焊池的起始中心布置在终结面13上。这种焊缝在图3中的距离保持器10的右半部分上用附图标记15以虚线轮廓表示。通过将电弧对准距离保持器10的终结面13上，以巧妙的方式避免了相对薄的底板8被烧穿的风险。因此，距离保持器10在其插入区段12的区域中的纵向延伸部是足够的材料储存器。避免了距离保持器10的套筒外周被无意烧穿，因为电弧指向距离保持器10的材料延伸部的方向。由此形成的热量足以熔化穿孔11的孔边缘区域以实现期望的接合连接。此外，通过该措施和由此减少的底板变热防止了底板的翘曲或者至少将底板的翘曲减至最小。
49.距离保持器10具有穿过它的通道。由此，未详细示出的螺栓可以插入穿过该构件，以将电池壳体1固定在车辆上。
50.图4示出了根据备选的设计方案的另一距离保持器10.1和底板8.1之间的连接。在这种设计方案中，所述插入区段12.1只部分地突伸到穿孔11.1中。因此，插入区段的终结面13.1位于穿孔11.1的内部并且与其周向面16邻接。通过相对于底板8.1的外侧缩进的终结面13.1与穿孔11.1的周向面16共同形成阶梯部，所述阶梯部形成凹口。在该设计方案中，所述凹口用于限定环绕的角焊缝15.1，其示意性轮廓在图4中只在穿孔11.1的右侧以虚线示出。为了确保焊缝的密封性，作为焊接方法在此也可以尤其考虑mig、mag或者激光焊接方法。凹口确保形成可靠的、尤其是环绕地密封的焊接连接，而不会影响距离保持器10.1的内部或者外部的周向面。如果套筒通道用于供螺纹连接器穿过，这对于距离保持器10.1的内部周向面是有利的。角焊缝不会在距离保持器10.1的纵向延伸的方向上突出，因此螺纹连接器的头部可以在底板8.1的穿孔11.1的边缘区域处环绕地面状地贴靠在底板8.1的外侧上。
51.另一个备选设计方案在图5中示出。该实施例的距离保持器10.2由横杆9.1和连接在横杆上的距离保持元件17提供。横杆9.1以与针对实施例1至3的横杆9所描述的完全相同的方式装入电池壳体的底部部件中。距离保持元件17通过焊接方式固定在横杆9.1上。在顶盖板3.1上的连接与前述设计方案之一相应地进行。在所示实施例中，距离保持元件17的终结面13.2与顶盖板3.1的外侧14.1齐平。该距离保持器10.2通过横杆9的向外张开的支撑边脚支撑在底板8.2上。
52.根据实施例阐述了本发明。在不脱离由权利要求描述的有效的保护范围的情况下，对于本领域技术人员来说存在大量其他设计方案来实现本发明的技术方案，而不必在这些说明的范围内更详细地阐述这些设计方案。
53.附图标记清单
54.1 电池壳体
55.2 顶盖部件
56.3、3.1 顶盖板
57.4 底部部件
58.5-5.3 侧壁
59.6-6.3 顶盖部件的边缘
60.7 在距离保持器上的固定部
61.8、8.1、8.2 底板
62.9、9.1 横杆
63.10、10.1、10.2 距离保持器
64.11、11.1 穿孔
65.12、12.1 插入区段
66.13、13.1、13.2 终结面
67.14、14.1 底板的外侧
68.15、15.1 焊缝
69.16 穿孔的周向面
70.17 距离保持元件