用于电动车辆的电池结构的保护构件的制作方法

本发明涉及一种用于包括混合动力车辆的电动车辆的电池结构的保护构件，以及包括这样的保护构件的电池结构。

背景技术：

1、de102015101096a1在2016年7月以porsche ag的名义首次公布。该申请涉及电池承载结构。电池设施包括在底部板与地板之间的车身底部电池。至少一个变形区被预设(foreseen)以避免对车身底部电池的不期望的损坏。该变形区包括多个变形元件，该多个变形元件布置在底部板上方和车身底部电池下方，使得底部板可向上变形而不会损坏电池设施。变形元件可为在沿车辆的长度的方向上延伸的中空型材。

2、wo2015/077000a1在2015年5月以atieva inc.的名义首次公布。该申请涉及用于与电动车辆一起使用的电池组保护系统，在该电池组保护系统中，电池组安装在汽车下方。该系统利用位于电池中的每一个的下表面与下电池组封壳面板之间的多个可变形的冷却导管。隔热件插设在导管与下封壳面板之间。可包括热传导材料的层，该热传导材料的层插设在冷却导管与隔热件之间，并与冷却导管中的每一个的下表面接触。冷却导管构造成当诸如道路碎片的物体撞击下电池组封壳面板的下表面时变形并吸收冲击能量。通过将防护罩(ballistic shield)单独定位在电池组的底部表面下方或者与可压缩材料的层一起定位在电池组的底部表面下方，可实现进一步的保护。防护罩可由金属或高密度塑料制造，并且可压缩材料的层可由硅树脂或氨基甲酸酯的开孔或闭孔泡沫制成，并插设在电池组与防护罩之间。

3、fr2977554a1在2013年1月以fior concept的名义首次公布。该申请涉及具有包括形成板的蜂窝形状的结构的框架的车辆。上板的表面刚性地连接到该板的上表面。底部板的表面刚性地连接到该板的下表面。阻力结构突出于车轮凹口之上，并通过完整的且刚性的连接与凹口附接。将外部阻力带通过完整的且刚性的连接附接到板的外部周缘，并且将外部阻力带部分地放置在车轮的通道的结构之间。板、上板和下板由例如基于铝的轻金属合金材料制成。

4、用于地板下的电池组的现有技术保护系统通常需要相对大的变形路径来吸收产生的能量。因此，已知的保护系统需要在车辆的底部与待保护的零件之间的大量的空间来满足安全要求，即在没有向待保护的零件显著地引入力的情况下消耗引入的能量。根据车辆的类型，这可能对以下参数中的至少一项具有显著的影响：离地间隙、通道高度、头部间隙、车辆高度、截面积。

5、从现有技术中已知的电池保护系统通常还由金属材料或复合材料制成，并且不太适于吸收高瞬息性的冲击载荷，或者为此目的，这些电池保护系统需要附加的防护罩。它们的构造涉及必须组装在一起的多个零件，并且因此增加了汽车制造过程的复杂性。

6、wo2018/149762a1在2018年8月以本技术人mubea carbo tech gmbh的名义首次公布。该申请涉及具有保护器的电池结构，该保护器具有布置在波形的顶部带和底部带之间的芯部。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供用于电动(包括混合动力)车辆的电池结构的改进的保护构件，该保护构件是相对轻质的，在竖直方向(z方向)上需要较少的空间来吸收冲击能量，易于制造并且易于安装在车辆中。本发明的另一方面针对改进的保护构件，该保护构件在制造方面没那么昂贵。

2、这些目的通过用于例如电动(混合动力)车辆的电池结构的保护构件来实现，该保护构件包括具有在第一方向上的波形(或者(respectively)，波状形状)的顶部带、底部带以及芯部，该芯部布置在顶部带与底部带之间并将顶部带与底部带互连。该芯部至少部分地由第一芯部材料制成，该第一芯部材料包括嵌入在泡沫中的失去网络的纤维(losenetwork of fibers)。第一芯部材料的泡沫可由聚氨基甲酸酯制成并且/或者第一芯部材料的纤维可为玻璃纤维。该纤维还可具有12mm-100mm、特别是12mm-75mm、更特别地是12mm-25mm的长度。至少部分地由第一芯部材料制成的芯部可为纤维注射部件、特别是长纤维注射部件。在该过程期间，将聚氨基甲酸酯泡沫和切碎的纤维倒入开放的模具中。然后使用低压缩压力以产生呈各种尺寸的复杂零件。聚氨基甲酸酯中增强纤维的存在导致刚度增加，这也使得可用总体较少的材料产生较薄的壁。这伴随着成本方面的相对应的降低，即使对于更大和更复杂的零件也是如此。因此，根据本公开的保护构件具有优于已知系统的各种优点。该结构提供保护构件的芯部的高性能的机械特性，该高性能的机械特性包括：良好的塑性变形或不可逆变形和断裂性能，用于例如在诸如可伸缩的系柱(bollard)的较大物体撞击电池结构的下表面时吸收冲击能量；良好的侵入保护性能，用于例如在诸如道路碎片的较小物体试图穿透保护构件时吸收高瞬息性的载荷。与已知的具有可压缩的结构或可压缩的材料和防护罩的保护系统相比，本发明的保护构件具有更简单的结构，并且在吸收冲击能量方面仍然是高效的。

3、具有波形的顶部带可包括凸起部和与其交替的凹陷部。由此限定在第一方向上的波形，使得凸起部和凹陷部垂直于所述第一方向并垂直于竖直方向延伸。波形可为连续的(例如正弦曲线形的)。然而，变型也是可能的，其中凸起部包括基本上平坦的顶部平台(deck)并且/或者凹陷部包括基本上平坦的底部，并且在凸起部与凹陷部之间具有圆形过渡部。然而，变型也是可能的，由此例如凸起部包括基本上平坦的顶部平台，并且凹陷部形成为凹形的。

4、在一些实施例中，如果合适的话，波形可在两个方向上延伸。因此，顶部带还可具有在第二方向上的波形，该在第二方向上的波形与在第一方向上的波形重叠。优选地，第二方向由此垂直于第一方向和竖直方向。根据应用，可在保护构件、或者车辆的纵向方向(y方向)上限定第一方向。因此，可在保护构件、或者车辆的横向方向(x方向)上限定第二方向。在第二方向上的波形可优选地仅在第一方向上的波形的凸起部的区域中(例如，在一个或多个凸起部的顶部平台的区域中)覆盖在第一方向上的波形。在该情况下，顶部平台可具有基本上平坦的表面的特征，该基本上平坦的表面具有在第二方向上的波形的局部凸起部。

5、在第一方向和/或第二方向上的波形可为连续的和/或阶梯式的。在阶梯式波形的情况下，一个或多个梯级可形成相应的凸起部和/或相应的凹陷部。梯级优选地为基本上相对于竖直方向正交的区域。过渡区域可布置在两个相邻的梯级之间。过渡区域可为倾斜的或在竖直方向上延伸。优选地，在(形成凸起部的顶部的)顶部梯级与(形成凹陷部的底部的)底部梯级之间形成至少一个中间梯级。该至少一个中间梯级可用于将保护构件刚性地安装到电池结构。因此，在底部梯级与相应的中间梯级之间形成变形空间。该变形空间在导致保护构件的弹性或非弹性(即破坏性)变形的高冲击事件的情况下提供可变形区。备选地，(或另外，)顶部梯级也可用于安装保护构件。在这种情况下，在底部梯级与顶部梯级(和/或中间梯级)之间形成变形空间。

6、顶部带(和/或底部带)可包括一层或多层纤维增强复合材料。顶部带或底部带中的任一个的一层或多层可在厚度方面(在竖直方向上)变化。根据应用，顶部带和/或底部带可至少部分地由选自由以下组成的组的材料制成：玻璃纤维增强塑料(gfk)；碳纤维增强塑料(cfk)；玄武岩纤维增强聚合物复合材料；芳纶纤维增强聚合物复合材料；金属，诸如金属板；天然纤维增强聚合物复合材料；以及其组合。这种材料选择赋予顶部带和底部带非常高的刚度，该非常高的刚度与芯部的柔性相结合，在所有类型的高冲击事件中为保护构件提供出色的能量吸收和损坏性能。作为备选或另外，顶部带和/或底部带至少部分地或完全地由包含天然纤维的材料制成，该天然纤维特别地为选自由以下组成的组的纤维：亚麻纤维、大麻纤维、黄麻纤维、苎麻纤维、红麻纤维、剑麻纤维、赫纳昆纤维、竹、丝绸、棉以及其组合。

7、在实施例中，芯部包括具有基本上平面的上表面和基本上平面的下表面的基部板。这样的平面芯部进一步简化了制造，并且仍然提供了柔性芯部连同较刚硬的顶部带和底部带的有利特征。优选地，基部板由第一芯部材料制成。

8、附加地，或备选地，芯部可包括至少一个梁。该至少一个梁可在竖直方向上布置在基部板与顶部带之间。由此，该至少一个梁可布置在基部板的上表面上，特别是用粘合剂胶合，使得芯部设有波状增强结构。由此，波形结构在竖直截面中可见，即在沿保护构件的或者处于安装状态的电动车辆的竖直方向(垂直于纵向方向和横向方向)延伸的截平面中可见。芯部的波状形状还用于使保护构件(在梁的外部区域中)与电池结构的下侧隔开，以提供变形空间，在冲击事件的情况下，保护构件可扩展到该变形空间中，而不损坏电池结构。至少一个梁还为放置紧固装置(诸如螺钉)提供机械强制(enforcement)，用于将保护构件紧固在地板下的电池结构的下方。

9、在一些实施例中，至少一个梁可由第一芯部材料制成。备选地，该至少一个梁可由包括聚合材料、特别是聚氨基甲酸酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯的第二芯部材料制成。根据应用，该至少一个梁可至少部分地或完全地由泡沫材料、特别是诸如例如聚氨基甲酸酯泡沫(pu泡沫)、聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫(pet泡沫)或其他的聚合物泡沫材料制成。泡沫材料可有益于能量吸收。

10、在实施例中，芯部可包括布置在基部板与芯部的至少一个梁之间的至少一个中间层。在这种情况下，芯部(包括基部板、至少一个中间层和至少一个梁)也提供了波状增强结构，如上文解释的。该至少一个中间层优选地为纤维增强塑料的层。如果至少一个中间层具有与顶部带相同的材料，则可为更有利的。在相邻于至少一个梁的区域中，顶部带和中间层(或者多个中间层的上层)可彼此直接连接，例如胶合。

11、在其中芯部提供波状结构的实施例中，顶部带的波形具有与芯部的波状结构的至少部分的或完全的形状锁定(form-locking)配合。作为备选，顶部带具有类似于芯部的波状增强结构并至少在若干个连结区域中支撑其的波形。保护构件的波状形状或至少其上部分通过弹性变形和/或塑性变形的组合将优化的冲击能量的分布提供到保护构件中，并由此进一步提高其吸收冲击能量的能力。

12、在实施例中，至少两个梁彼此平行和/或平行于保护构件的边缘布置。保护构件原则上可具有任何形状或轮廓。例如，两个或更多个梁可平行于保护构件的(在横向方向上延伸的)横向边缘布置，该保护构件适于或设计成平行于电动车辆的横向延伸被安装。作为备选或另外，一个或多个梁也可平行于保护构件的(在纵向方向上延伸的)纵向边缘布置，该保护构件适于或设计成平行于电动车辆的长度延伸被安装。

13、在实施例中，至少一个梁包括若干个梁，该若干个梁形成用于基部板的框架(例如矩形框架)；特别是沿或靠近基部板的一些边缘或所有边缘延伸的开放或封闭的框架。在实施例中，至少一个梁是或包括在相对于基部板的边缘的角度下延伸横跨基部板的至少一个横梁。实施例还涵盖以下的任意组合：(一个或多个)横梁、以框架状方式延伸的梁、沿(一个或多个)边缘或靠近(一个或多个)边缘延伸的(一个或多个)梁。所公开的梁布置可为芯部的基部板提供有利的增强结构。

14、在实施例中，用于将保护构件安装到电动车辆的电池结构的安装孔被机加工穿过保护构件。优选地，沿保护构件或电动车辆的竖直方向机加工(例如钻取或铣削)安装孔。如果安装孔被机加工穿过至少一个梁，则可为有利的。然而，如果不存在基部板，并且芯部仅包括多个梁，则将安装孔相邻于梁放置具有这样的优点，即芯部是完全封闭的并且被保护而不受环境影响。

15、在实施例中，顶部带和底部带在侧向突出于芯部之上的边缘区域中和/或在保护构件中的安装孔区域中直接连结在一起。顶部带与底部带的直接连结允许刚性的安装以及保护构件向电池结构高力传递，使得在高冲击事件期间也可维持保护构件与电池结构之间的可变形区。在其他实施例中，安装孔的区域仍然可包含具有非零局部厚度的芯部，并插入有例如金属套筒或铝套筒的套筒以用于接纳诸如螺钉的安装装置。

16、在实施例中，顶部带和底部带在侧向突出于芯部之上的那些边缘区域中形成凸起部。这也允许以简单且高效的方式提供可变形区所需的保护构件与电池结构之间的距离。

17、在实施例中，顶部带和/或底部带各自具有小于1.5mm或等于1mm的厚度；并且/或者芯部在基部板的区域中具有小于10mm的第一芯部厚度，并且在其中安装增强梁的区域中具有小于30mm的第二芯部厚度。

18、在实施例中，芯部具有楔形边缘，芯部在该楔形边缘处逐渐变细。这允许使顶部带和底部带与芯部之间的力传递均匀化，并改进芯部的弯曲性能，并因此整体上改进保护构件的弯曲性能。

19、上文所公开的保护构件特别适用于保护电动(包括混合动力)车辆中的电池结构(特别是地板下的电池结构)。然而，本发明的保护构件也适用于本文也涵盖的其他应用，诸如在汽车或航空航天应用中用于增强和吸收冲击能量的轻质结构元件。在第二方面，本发明涉及电动车辆的电池结构，其中，该电池结构包括如之前所公开的保护构件。

20、应当理解，前面的一般描述和以下的详细描述二者都呈现了具有任选特征的实施例，并且旨在提供用于理解本公开的性质和特征的概述或框架。包括附图以提供进一步的理解，并且附图被结合到本说明书中并构成本说明书的一部分。附图图示了各种实施例，并且与描述一起用于解释所公开的概念的原理和操作。