电池壳体及其应用的制作方法

本发明涉及一种用于容纳一个或多个电池模块的电池壳体，尤其是用于电动车辆或具有混合驱动的车辆，该电池壳体包括具有框架和底部的箱体，其提供用于容纳该一个或多个电池模块的内部空间；还包括至少一个至少区段性地在该框架背离内部空间的一侧上连接至箱体的框架的安装支架，其用于将电池壳体可释放地连接到车辆上；以及包括用于封闭箱体的盖。

背景技术：

车辆，尤其是汽车的日益电气化或持续电气化，以及同时消费者对此类车辆的长续航里程的期望，需要开发高性能的电池设计。尤其是容纳电池模块或内部容纳有电池模块的电池壳体通常在车辆纵向和横向方向上具有相当大的延伸范围并且通常在中央，尤其在乘客舱下方安装在车辆(底板)下方。电池壳体尤其用于保护电池模块免受损坏并用于散发在车辆行驶时由电池模块产生的热量。这导致对安装空间、碰撞性能、重量、密封性等因素的复杂要求。

电池壳体必须保护电池模块免受水的影响，因此必须是防水的。该要求需要通常可达1m水深的密封性。在车辆(底板)下方，电池壳体暴露于喷溅水，喷溅水也可能带有融雪盐。为此，必须防止电池壳体锈穿。

为了能够经济地制造具有高碰撞安全性的电池壳体，所述壳体优选由超高强度钢制成。例如，de102016110330a1公开了由多个钢部件构成的这种电池壳体，以及使用可拆卸的连接装置，优选使用螺钉将电池壳体安装或固定到车辆上。

所使用的钢材应该是可涂层和可焊接的。所使用的、优选经覆层的钢或由其制造的部件尤其通过焊缝相互连接以形成用于容纳电池模块的电池壳体的内部空间，其中需确保，焊缝封闭内部空间，并由此是密封的。这里存在目标的冲突，因为在焊接或焊接连接中，具有高保护作用的腐蚀保护覆层会降低工艺可靠性。此外，所用钢材还应具有一定的抗变形能力，以满足发生碰撞时的必要需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电池壳体，尤其用于电动车辆或具有混合驱动的车辆，该电池壳体设计为防水和耐腐蚀的并且尤其具有高的抗变形性。

该目的通过具有权利要求1的特征的电池壳体来实现。

电池壳体的组件，例如电池壳体的框架、底部、安装支架或盖，由金属制成。根据本发明，组件(框架、底部、安装支架、盖)中的至少一个由钢板制成，该钢板具有包括铁素体和马氏体的组织结构并且在一侧或两侧设有锌基覆层。铁素体和马氏体的组合赋予相应组件高的变形抗性，同时具有非常好的涂层适用性。具有相应组织结构或性能的钢板的生产在现有技术和本技术领域中是已知的。根据本发明，钢板具有包括至少65％的铁素体和马氏体的组织结构，在此至少有20％的铁素体和至少5％的马氏体，其中可存在最多35％的贝氏体、珠光体、渗碳体和/或残余奥氏体。

通过调整马氏体，很明显，用于制造相应组件的钢板仅经受冷成型操作或温控成型操作，在此期间不发生组织结构转变，以便也能够在随后制造的部件中有利地利用已经在钢板中设定的有利特性。根据本发明，在制造和组装组成部件以形成电池壳体之前，钢板在一侧或两侧设有锌基覆层，其提供优异的防腐蚀保护，并且由此防止快速锈穿。

组织结构可以尤其包括至少70％的铁素体和马氏体，优选至少80％的铁素体和马氏体，优选至少85％的铁素体和马氏体，其中可以存在尤其最多30％，优选最多20％，优选最多15％的贝氏体、珠光体、渗碳体和/或残余奥氏体。

本发明的有利设计方案和变型从从属权利要求和随后的说明中得出。

根据一种设计方案，电池壳体还包括底盘保护装置，其布置在箱体的底部下方，尤其是与底部相距一定距离，其中底盘保护装置由钢板制成，该钢板具有包括铁素体和马氏体的组织结构并且在一侧或两侧具有锌基覆层。如果箱体的底部尺寸不够大或不能形成得足够大，底盘保护装置尤其可以确保额外地保护电池模块免受从下方侵入的异物的影响。底盘保护装置尤其布置在与箱体的底部相距一定距离处，从而首先可以充分利用可用空间来容纳例如用于冷却和/或加热电池模块的温度控制装置，和/或其他用于运行电池模块/向电池模块供电的装置，其次，该间距使得可以将侵入的异物在它们到达并因此损坏敏感电池模块之前从下方减速，否则这可能导致严重短路，最坏的情况是火灾。根据优选的设计方案，为了在损坏时能够更换并且为了确保从下方进行一定维护的可能性，底盘保护装置应该可拆卸地连接到电池壳体。可拆卸地这一概念被理解为是指例如机械连接方法，例如通过夹持和/或螺纹连接，和/或通过粘合结合。如果没有(额外的)底盘保护装置，则箱体底部承担底盘保护装置的功能。在替代的设计方案中，底部可以实施为深拉的槽。

根据优选的设计方案，钢板具有包含至少60％的铁素体和至少5％的马氏体的组织结构，其中可存在最多35％，尤其最多30％，优选最多25％的贝氏体、珠光体、渗碳体和/或残余奥氏体。特别优选地，钢板具有包括70至90％的铁素体和10至30％的马氏体的组织结构，其中可存在最多20％的残余奥氏体。钢板中调整得到的组织结构的这种组合允许高变形抗性，同时具有高涂层适用性。由于组织结构中马氏体的比例为最大30％，因此仍然可以使用传统的技术设备对钢板进行冷成型。

根据替代的设计方案，钢板具有包含至少65％的铁素体和马氏体的组织结构，在此存在20％到95％的铁素体和5％到80％的马氏体，尤其是40％到80％的铁素体和20％到60％的马氏体，其中可存在最多35％，尤其最多30％，优选最多25％的贝氏体、珠光体、渗碳体和/或残余奥氏体。

此处给出的％为单位的组织结构比例，除通常由x射线衍射确定并且因此以体积％给出的(残余)奥氏体含量的数字外，其余这些数字均基于在磨片中观察到的面积。

根据进一步优选的设计方案，钢板在一侧或两侧具有锌基覆层，该覆层除了锌和不可避免的杂质之外，还有来自铝和镁的组中的至少一种元素。特别优选地，锌基覆层组成为0.5至4重量％的铝和/或0.5至4重量％的镁，其余为锌和不可避免的杂质，该覆层与由纯锌组成的覆层相比具有改进的防腐蚀保护。如果覆层中同时存在铝和镁，则腐蚀保护得到进一步改进，从而根据进一步优选的设计方案，锌基覆层组成为1至2.5重量％的铝和1至2.5重量％的镁，其余为锌和不可避免的杂质。改进的防腐蚀保护具有显著的优势，即在腐蚀保护仍然足够的情况下，可以采用比传统(热浸镀)锌覆层更薄的覆层，由此在优选进行焊接的情况下可以提高工艺可靠性，这对于确保大批量制造中接缝/焊接连接的密封性至关重要。

为了实现足够的腐蚀保护，根据一个设计方案，用于制造至少一个组件(框架、底部、安装支架、盖)的钢板的锌基覆层具有在钢板上单侧或两侧每侧至少为30g/m²的涂覆量，涂覆量尤其是单侧或两侧每侧40g/m²至90g/m²。在使用底盘保护装置的情况下，根据一种设计方案，用于制造底盘保护装置的钢板的锌基覆层具有在钢板上单侧或两侧每侧至少为30g/m²，尤其至少60g/m²，优选至少90g/m²的涂覆量，涂覆量优选是单侧或两侧每侧120g/m²至300g/m²。

根据一个设计方案，至少框架和箱体的底部设有附加的阴极浸漆覆层，涂覆量为一侧或两侧每侧至少10μm。阴极浸漆覆层形成屏障并减缓锌基覆层的降解，并可提供特别有效的针对含盐喷溅水的保护。在使用底盘保护装置的情况下，根据一个设计方案，底盘保护装置设置有额外的阴极浸漆覆层，涂覆量一侧或两侧每侧至少15μm，尤其是一侧或两侧每侧至少20μm，优选一侧或两侧每侧至少30μm。在作为单个部件制造后，底盘保护装置额外涂有阴极浸漆覆层，从而提供防止锌基覆层降解的屏障作用，从而延长对基底金属腐蚀的保护，尤其是当底盘保护装置暴露于(含盐)喷溅水时。该覆层还可以补充其它的后续施加的防腐蚀涂层/覆层。

尤其是与其他组件相比，底盘保护装置优选具有更高的锌基覆层涂覆量，因为该部件在防腐蚀方面的要求特别高，只要当底盘保护装置通过夹子和/或螺钉和/或粘合剂接合或连接时涂覆量对连接的密封性没有影响。如果底盘保护装置通过焊接接合或连接，则尤其可以使用如针对底部所述的、锌基覆层和阴极浸漆覆层的涂覆量。

根据第二教导，本发明涉及根据前述设计方案之一的电池壳体用于可拆卸地连接至轿车、商用车、专用车，尤其是公交车或公共汽车，或有轨车辆，尤其是有轨电车或客运车厢或内燃机车的应用。

附图说明

下面参照附图更详细地解释本发明。相同的部件具有相同的附图标记。图中

图1a)示出了电池壳体的示意性侧视图，

图1b)显示了图1a)中所示的电池壳体的示意性俯视图，和

图1c)示出沿图1b)中a-a的示意性局部剖视图。

具体实施方式

用于容纳一个或多个电池模块(未示出)的电池壳体(1)可以具有不同的构造。根据本发明，电池壳体(1)包括箱体(2)，该箱体(2)具有带框架(2.1)的底部(2.2)、尤其具有环绕的框架(2.1)作为壁，其限定出用于容纳一个或多个未示出的电池模块的内部空间，并且具有用于关闭箱体(2)的盖(未示出)。此外，至少一个安装支架(3)至少区段性地在该框架(2.1)背离内部空间的一侧上连接至箱体的框架(2.1)，其用于将电池壳体(1)通过未示出的装置，例如可引导通过相应开口(3.1)的螺钉，可拆卸地连接至未示出的车辆上。安装支架(3)至少区段性地设置在箱体的框架(2.1)的外侧，尤其是材料配合地连接，优选焊接。如图1a)和1b)所示，安装支架(3)也可以设置为在电池壳体(1)的两侧在车辆纵向(l)上至少连续地沿框架(2.1)布置。替代地或附加地并且在此未示出，安装支架(3)也可以在车辆横向方向(q)上至少区段性地连接到框架(2.1)。安装支架(3)的尺寸可以不同或根据需要设定，例如可以形成为开放或封闭的型材。

箱体可以是构建的箱体(2)，这意味着所述箱体由单独的部件组成，例如由至少一个开放或封闭的、能够成形为环绕的框架(2.1)的型材，或者优选由至少四个具有开放或封闭的横截面并且彼此连接形成环绕的框架(2.1)的型材，以及连接到框架(2.1)并且形成箱体(2)的底部(2.2)的板组成，尤其材料配合地连接而成。在替代的、未示出的设计方案中，箱体的底部可以实施为深拉槽。

电池壳体(1)还可以包括底盘保护装置(2.3)，其布置在箱体(2)的底部(2.2)下方，尤其是与底部(2.2)间隔开，见图1a)和1c)。在图1b)中，以虚线形式示出了在箱体(2)的内部空间中延伸布置的在车辆纵向方向(l)上的至少一个加强元件，在该实施例中例如示出了正好一个加强元件，和/或在车辆横向方向(q)上的至少一个加强元件，在该实施例中例如示出了四个加强元件。可以根据需要提供所述加强元件并因此形成用于接收电池模块的隔室。在该实施方案中例如可以容纳最多八个电池模块。

根据本发明，至少一个组件和/或部件，例如框架(2.1)、底部(2.2)、底盘保护装置(2.3)、安装支架(3)、一个或多个加强元件(参见图1b))或盖(未示出)分别由钢板制成，该钢板具有包括铁素体和马氏体的组织结构，该组织结构优选包括至少60％的铁素体和至少5％的马氏体，在此可存在最多35％，尤其最多30％，优选最多25％的贝氏体、珠光体、渗碳体和/或残余奥氏体，该组织结构特别优选包含70％至90％的铁素体和10％至30％的马氏体，在此可以存在最多20％的残余奥氏体。

根据本发明，用于制造至少一个组件(框架、底部、底盘保护装置、安装支架、加强元件、盖)的钢板在一侧或两侧设有锌基覆层，其中尤其地，除了锌和不可避免的杂质之外，至少一种来自铝和镁的组中的元素也可以存在于覆层中，特别优选地，基于锌的覆层的组成为0.5至4重量％的铝和/或0.5至4重量％的镁，其余为锌和不可避免的杂质，更优选地，锌基覆层的组成为1至2.5重量％的铝和1至2.5重量％的镁，其余为锌和不可避免的杂质。钢板或由其制造的组件上的涂覆量为在钢板上一侧或两侧每侧至少为30g/m²。对于底盘保护装置(2.3)，涂覆量可以为在钢板上一侧或两侧每侧至少90g/m²。在制成组件之前，将锌基覆层例如以常规方式连续地在带涂工艺中，优选在连续熔融浸涂工艺中施加到钢板上。

优选地，框架(2.1)或用于形成框架(2.1)的部件、底部(2.2)、安装支架(3)和底盘保护装置(2.3)均由具有包含铁素体和马氏体的组织结构的钢板制成，其一侧或两侧具有锌基覆层。

在优选构建而成的箱体(2)的情况下，各个部件，例如用于形成框架(2.1)的部件、底部(2.2)和可选的安装支架(3)，通过材料配合彼此连接，其中使用焊接工艺，尤其是激光焊接工艺或选择性的激光混合焊接工艺(使用填充材料)。组织结构、覆层和接合方法的结合确保了通过焊缝连接的组件(2.1、2.2)的高质量，从而确保了电池壳体(1)的密封性。因此，尤其可以在带有或不带有安装支架(3)的箱体(2)制造完成后，至少将箱体(2)送入阴极浸涂工艺，使得至少框架(2.1)和箱体(2)的底部(2.2)设置额外的阴极浸漆覆层，其涂覆量为一侧或两侧每侧至少10μm。

底盘保护装置(2.3)优选可拆卸地连接到电池壳体(1)或箱体(2)并且优选设有附加的阴极浸漆覆层，其涂覆量为一侧或两侧每侧至少15μm。如果不使用焊接来连接底盘保护装置(2.3)，则锌基覆层和/或阴极浸漆覆层可以以高的涂覆量施加，尤其是以与其他组件(2.1,2.2,3)相比更高的涂覆量施加，这可以促成特别好的防腐蚀保护。为了以优选紧密的方式实施底盘保护装置(2.3)与箱体(2)或电池壳体(1)之间的连接，连接区域或接触区域另外设有粘合剂和/或密封装置，这样也可以确保水密性和针对过早锈穿的防腐蚀保护。如果底盘保护装置(2.3)通过焊接接合或连接，则尤其可以使用针对基底所述的、锌基覆层和阴极浸漆覆层的施加量。

未示出的盖可以由具有上述特性的钢板制成。替代地，盖也可以由另一种钢材料、轻金属、(纤维增强的)塑料制造或以其混合物制成复合件。出于维护目的，尤其是为了确保可触及箱体(2)的内部空间，盖优选可拆卸地与箱体(2)连接。

本发明不限于所示的实施形式，而是可以在技术上可行的范围内将各个特征任意地彼此组合。