本发明用于高压电池，涉及用于接纳和分隔若干个电池单元的单元载具支柱、单元载具复合系统、以及电池载具和电池外壳。
背景技术：
1、由现有技术已知的是，在电池供电的电动车辆中，为推进力所需的高压电池的电池单元通常被容置在驾驶室下方的区域中。结构设计通常被选择为是扁平的，以便保持车辆高度尽可能低，并且车辆重心尽可能低。因为待接纳的电池具有低机械负荷能力这一事实，上述位于车辆前后碰撞区之外的位置是最佳位置。然而，这种处在车辆底部的位置与电池单元的低机械负荷能力结合，又导致对用以接纳和包围电池单元的电池载具和电池外壳的安全性方面的要求。
2、由于电池中所用材料例如镍、铜等的密度高，电池单元通常非常重，而这反过来又对必需的电池载具和电池外壳的负荷能力和动态负荷构成了挑战。
3、为了在单元混合物水平上增加电池单元的能量密度，这些单元被尽可能紧密地封装，而没有降低封装密度的、各个电池单元的额外的封闭件。在现有技术中，这种安装通常被称为“cell to pack(单元到封装)”(c2p)。与被称为“cell to module(单元到模块)”(c2m)的各个电池单元最初被组合在各个模块中的先前结构相比，采用c2p结构，能够最终在与c2m相比相同的安装空间内显著提高车辆的行驶里程。
4、c2p结构通常需要分别形成非常刚性的电池载具和非常刚性的电池外壳，这是因为结构刚性不必由单元混合物或各个电池单元提供。
5、对于较小的单元，特别是构成电池外壳的各个部件必须具有足够的刚性和强度。此外，单元需要有电池单元载具，以将这些单元接纳在正确的位置、间隔开并且电绝缘。
6、在现有技术的单元载具中，单元载具特别被构造为接纳圆形单元，以使得各个单元被轴向地插入为此目的而提供的单元载具中的开口。在装配过程中，电池单元需要得到非常精确的引导。对于径向冷却单元的情况，冷却管线还必须在各电池单元之间穿入这种单元载具内。迄今为止，现有技术的单元载具结构组装起来非常复杂。此外，在现有技术中，单元载具的先前构造主要用于定位单元。结构-机械性能，例如受荷功能(load-bearingfunction)，由实际的电池外壳实现，其中，电池单元通常被罐装或粘合。
7、棱柱形的单元的问题在于，单元在充电过程中会变形或膨胀，由此在得自现有技术的单元载具上导致凸出是不利的，这是因为变形会导致电池单元相对于单元载具和/或电池外壳移位。
8、因为电池单元是罐装或粘合至单元载具，所以后续回收也将非常困难或甚至不可能。此外，如上所述，为了分别实现所需的刚度和强度，用于安装单元载具的装配工作量非常大。特别是在先前的单元载具结构中，电池外壳或电池载具还被要求确保电池单元的适当碰撞安全性。
技术实现思路
1、基于上述现有技术，本发明的目的是提供改进的单元载具和改进的单元载具复合系统，其显著地减少装配工作，简化后续的回收，并且还增加单元布置的刚性和碰撞安全性，而无需将电池单元粘合或罐装。
2、根据本发明，上述目的是通过用于接纳和分隔若干个电池单元的单元载具支柱、包括若干个单元载具支柱的单元载具复合系统、电池载具、以及电池外壳来实现的。
3、根据第一方案，本发明涉及一种用于接纳和分隔若干个电池单元的单元载具支柱，该单元载具支柱包括沿从第一端到相对的第二端的延伸方向延伸的载具本体，以及与延伸方向正交的叠置方向。载具本体包括用于在叠置方向上形成分隔段的分隔腹板(web)，该分隔腹板具有在叠置方向上彼此相对的第一和第二侧表面。第一和/或第二侧表面沿延伸方向包括若干个隆起部，这些隆起部适配于待接纳的电池单元以定位和接纳电池单元。
4、根据本发明，术语“隆起部的适配”应被理解为，隆起部适应于待接纳的电池单元的形状和尺寸，由此，包含相应地适配的隆起部的、第一和/或第二侧表面的至少一部分，为待接纳的电池单元提供接触表面或相接表面。
5、由于在第一和/或第二侧表面的区域中设有隆起部，相应的凹陷当然也可依据本发明形成于第一和/或第二侧表面的区域中。换言之，第一和/或第二侧表面均可包括适配于待接纳的电池单元的若干个隆起部和/或还有适配于待接纳的电池单元的若干个凹陷。
6、分隔腹板形成与延伸方向正交的横截面，且形成载具本体的“i”形横截面轮廓，其中，该横截面轮廓具有叠置方向上的宽度尺寸、以及与延伸方向正交并与叠置方向正交的高度尺寸，而且其中，高度尺寸比宽度尺寸大许多倍。宽度尺寸可因为形成了适配于待接纳的电池单元的若干个凹陷和/或隆起部，而沿延伸方向改变。
7、若干个电池单元可被设置为在单元载具支柱的沿第一和/或第二侧表面的至少部分区域中，沿延伸方向彼此有一定距离。在此，电池单元在部分区域中与单元载具的相应侧表面接触，其中，隆起部和/或凹陷形成于该侧表面上，用于在单元载具支柱的载具本体中至少部分地接纳和分隔电池单元。
8、根据本发明，可设置的是，沿单元载具支柱设置的若干个电池单元分别通过单元载具的隆起部和凹陷被彼此分隔开且彼此密封，使得电池单元不会彼此接触。载具本体在第一和/或第二侧表面具有隆起部和/或凹陷，这是为了在精确的位置接纳单元，此外用于各个单元的电绝缘，并为了有利地将作用在各单元上的力传递到结构上，且最小化或完全地避免力或负荷传递到实际的电池单元。
9、在单元载具支柱的进一步的可选实施例中，隆起部和/或凹陷的不同几何构造允许混合安装、或交替地接纳和设置棱柱形的与圆柱形的电池单元，以在单元载具支柱的载具本体的区域中接纳单元。混合安装可(但是通过几何变化)既在一排叠置结构内亦即沿单元载具支柱的延伸方向实现，又优选地在叠置方向上实现。
10、上述叠置方向或一叠置方向与单元载具支柱的延伸方向正交，沿叠置方向，若干个单元载具支柱与被接纳在单元载具支柱之间的电池单元一起可被叠置或封装且接合在一起，以形成单元载具复合系统。在此，各个电池单元成比例地被接纳在第一单元载具支柱的第一侧表面与第二单元载具支柱的第二侧表面之间，以形成单元载具复合系统。通过在第一和第二这两个侧表面上设置凹陷和/或隆起部，任何数量的具有各个电池单元的单元载具支柱均可通过模块化方式接合在一起。因此，根据本发明的单元载具支柱提供一种模块化系统，其中，若干个单元载具支柱和各个电池单元可被接合在一起，以形成紧凑的单元载具复合系统。
11、根据本发明，可设置的是，第一和/或第二侧表面的区域中的隆起部被形成为接纳棱柱形和/或圆柱形的电池单元。
12、载具本体还可包括上部横向凸缘，该上部横向凸缘邻接分隔腹板的上端表面以形成载具本体的l形或t形横截面轮廓、且形成用于待接纳的电池单元的上部接触表面，该上部接触表面邻接相应的第一和/或第二侧表面。
13、此外，可设置的是，载具本体额外地包括下部横向凸缘，该下部横向凸缘邻接分隔腹板的下端表面以形成载具本体的c、z或双t形横截面轮廓、且形成用于待接纳的电池单元的下部接触表面，该下部接触表面与相应的第一和/或第二侧表面相邻。
14、下部和/或上部接触表面基本上分别与相应的第一和第二侧表面正交。下部和/或上部横向凸缘可分别邻接或居中地附接至分隔腹板的相应端表面，使得下部和/或上部腹板在第一和第二侧表面的区域中在分隔腹板的两侧上突出，而且还形成对这两个侧表面的上部和/或下部接触表面。然而，根据本发明，还可替换地设置的是，将下部和/或上部横向凸缘偏心地附接至或连接至分隔腹板的相应端表面，使得下部和/或上部腹板也仅在第一或第二侧表面的区域中在分隔腹板的一侧上突出，且仅对这两个侧表面中的一个侧表面形成下部和/或上部接触表面。根据本发明，在下部或上部横向凸缘为居中设置的情况下，横截面可因此形成t形轮廓或双t形轮廓，而在偏心设置的情况下，可形成示例性的l形、c形或z形轮廓。
15、根据本发明，还可设置的是，构成载具本体的元件、且因此特别是分隔腹板以及至少一个上部和/或下部横向凸缘(例如作为单个注射成型件)被成比例地和集成式地制造。
16、此外，可设置的是，若干个间隔开的凹部或孔沿延伸方向形成于上部和/或下部横向凸缘中，例如用于待接纳的电池单元的电触点和/或安全阀通过。
17、载具本体可包括混合材料结构，该混合材料结构包括至少由塑料形成的第一组件和由强化材料形成的第二组件，以增加机械性能。
18、用于增加机械性能的材料可在最高负荷的区域中被局部地引入，使得这些材料承受主要负荷。然而，根据本发明，载具本体也可由单一类型的材料形成。
19、沿延伸方向延伸的多个增强纤维可被嵌入载具本体中。可设置的是，增强纤维优选沿延伸方向被单向地嵌入，例如作为载具本体中的单向的或作为若干个单向的纤维层、或以受荷方式连接至载具本体。然而，根据本发明，还可设置的是，由增强纤维形成的织物或无纬稀松布(laid scrim，非编织型网格布)被嵌入载具本体中、或以受荷方式连接至载具本体。
20、增强纤维可优选地嵌入上部和/或下部横向凸缘中和/或分隔腹板中。
21、增强纤维例如可以是碳纤维、玻璃纤维或金属丝。
22、在一优选实施例中，载具本体可按比例由热塑性短或长玻璃纤维增强塑料制成，也可按比例由连续纤维增强热塑性塑料制成。
23、此外，可设置的是，载具本体包括至少一个端部元件，该端部元件在延伸方向的方向上位于第一和/或第二端处，以形成用于待接纳的电池单元的端部接触表面，该端部接触表面与相应的第一和/或第二侧表面相邻。
24、在第一和/或第二端的区域中，载具本体可包括用于将单元载具支柱或载具本体紧固至电池载具或电池外壳的紧固装置。
25、可压缩衬垫元件可被优选地设置在第一和/或第二侧表面的区域中。可压缩衬垫元件通常也被称为压缩垫或膨胀垫，举例来说，其中，可压缩衬垫元件可优选地由泡沫或气凝胶制成。可压缩衬垫元件可被设置在第一和/或第二侧表面的区域中，特别是隆起部或凹陷的区域中。可压缩衬垫元件可被预先固定至第一和/或第二表面，或与棱柱形的单元的组装件一起被安装或设置在单元载具本体中。
26、至少一个凹部可形成于分隔腹板中，以在载具本体的区域中接纳优选的有源温度控制元件。此外，根据本发明，可设置的是，至少一个冷却元件、例如冷却通道，可在单元载具支柱的制造过程中、例如使用注射成型工艺而被直接地嵌入或引入。该冷却元件、特别是通道可用塑料来再成型(overmolded，包覆成型)，且因此而牢固地和积极地连接至单元载具支柱的载具本体。注射成型工艺中的集成消除了组装中的工艺步骤。类似地，如果冷却元件是由金属型材、例如铝质型材制成的，则其将会变成增强单元载具支柱的结构的一部分。可设置为，将冷却元件引入单元载具支柱的每个载具本体中，且因此沿叠置方向在每个待接纳的电池单元的前侧和后侧提供冷却。
27、此外，根据本发明，可设置的是，至少由两个部分来形成多层的单元载具支柱或载具本体，其中，各个部分优选由相同的材料组成，且例如通过焊接或其它接合工艺连接或接合在一起。
28、通过接合各个部分，可在单元载具支柱或载具本体中形成空腔。一般来说，载具本体可包括空腔，该空腔被引入单元载具本体的第一与第二侧表面之间的区域中，且形成例如冷却或温度控制介质可在其中被输送的空腔。限定空腔的各壁又至少部分地与待接纳的电池单元相邻，使得电池单元到温度控制介质仅有小距离，且因此能够以特别有效的方式进行有源的温度控制。上述实施例的优点在于，载具本体自身或者说载具本体的实际材料被直接地用于冷却，且同时还形成用于接纳电池单元的受荷结构。上述实施例的一个特别优点在于所用材料的纯度，这使得根据本发明的单元载具支柱或相应的载具本体(还包括温度控制装置)仍然能够被容易地回收。
29、根据本发明，可设置的是，载具本体被构造为沿叠置方向叠置或排列若干个单元载具支柱。
30、载具本体可优选地包括在下部和/或上部横向凸缘的区域中彼此适配的第一和第二闭锁或锁定元件，用于载具本体对至少一个另外的单元载具支柱、或另外的单元载具支柱的至少一个另外的载具本体的受荷连接(load-bearing connection)。
31、闭锁元件可被构造为，使得在单元或支柱的组装方向上执行闭锁。
32、还可设置的是，闭锁元件被设置为使得圆柱形的电池单元可通过将支柱旋转180°而以曲折形的方式与相同的组件一起安装。
33、包括至少一个上部横向凸缘和/或一个下部横向凸缘的载具本体还可包括单件连续式、或在至少一个横向凸缘的背对分隔腹板的侧表面上分成多段的多件式突起部，用于将载具本体与电池载具的或电池外壳的接触表面间隔开。
34、根据本发明，可设置的是，分隔腹板在横截面上呈箱形，以在第一与第二侧表面之间形成中间空间。
35、此外，根据本发明，可设置的是，将一结构型材(structural profile)设置在中间空间中，该结构型材以受荷方式连接至单元载具支柱的载具本体、或至少部分地嵌入和封闭在载具本体的材料中。
36、用于载具本体对电池载具或电池外壳的受荷连接的至少一个附接点可形成于中间空间中。附接点可包括用于紧固螺钉的螺纹插件(螺钉从外壳的外侧穿过盖或底部被拧入螺纹插件)。附接点可包括载具本体中的至少一个模制孔，以使得自攻螺钉能够被用来将载具本体紧固至电池载具或电池载具外壳。
37、当使用来自外壳或电池载具的外部的螺钉连接时，附接点还可包括用于封装电池载具或电池外壳的周缘密封件。
38、根据第二方案，本发明涉及一种单元载具复合系统，其包括多个根据本发明的第一方案的用于接纳和分隔若干个电池单元的单元载具，且优选地包括至少一个张力带。
39、对于单元载具系统的构造，单元载具可接纳多个单个的电池单元，且在叠置方向上彼此连接，使得多个单个的电池单元总被接纳在第一单元载具支柱与第二单元载具支柱之间。通过提供被设置为在叠置方向上一个接一个并彼此连接的多个单元载具支柱，来形成单元载具复合系统，其中，优选地多个单元载具支柱借助至少一个张力带在叠置方向上彼此连接，或通过张力带在叠置方向上承受张力。
40、至少一个张力带可由抗张材料形成，且优选地包括至少一层单向纤维带，其中纤维的纵向与张力带的纵向对齐。
41、根据第三方案，本发明涉及一种电池载具，其包括多个根据本发明第一方案的单元载具支柱、或至少一个根据本发明第二方案的单元载具复合系统，以及电池载具框架和电池载具下部。电池载具下部适配于连接至电池载具框架，以形成一侧开口的接纳空间，该接纳空间用于设置单元载具复合系统或多个叠置的单元载具支柱。
42、根据第四方案，本发明涉及一种电池载具外壳，其包括至少一个电池载具和电池外壳上部，其中，电池载具下部与电池外壳上部适配于连接至电池载具框架，以形成用于设置单元载具复合系统或多个叠置单元载具支柱的所有各侧上封闭的接纳空间。
1.一种用于接纳和分隔若干个电池单元(2)的单元载具支柱(1)，包括沿从第一端(11)至第二端(12)的延伸方向(10)延伸的载具本体(14)，以及与所述延伸方向(10)正交的叠置方向(16)；
2.根据权利要求1所述的单元载具支柱(1)，其中，所述隆起部(143)形成于所述第一侧表面(141)和/或所述第二侧表面(142)的用于接纳棱柱形的电池单元(2p)和/或圆柱形的电池单元(2z)的区域中。
3.根据权利要求1或2所述的单元载具支柱(1)，其中，所述载具本体(14)还包括上部横向凸缘(144)，该上部横向凸缘邻接所述分隔腹板(140)的上端表面以形成所述载具本体(14)的“γ”或“t”形横截面轮廓，且形成用于待接纳的所述电池单元(2)的上部接触表面，该上部接触表面邻接相应的所述第一侧表面(141)和/或第二侧表面(142)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的单元载具支柱(1)，其中，所述载具本体(14)还包括下部横向凸缘(145)，该下部横向凸缘邻接所述分隔腹板(140)的下端表面以形成所述载具本体(14)的“c”、“z”或“双t”形横截面轮廓，且形成用于待接纳的所述电池单元(2)的下部接触表面，该下部接触表面与相应的所述第一侧表面(141)和/或第二侧表面(141)相邻。
5.根据权利要求3或4所述的单元载具支柱(1)，其中，若干个间隔开的凹部(147)或孔沿所述延伸方向(10)形成于所述上部横向凸缘(144)和/或所述下部横向凸缘(145)中，用于待接纳的所述电池单元(2)的电触点(21)和/或安全阀(23)通过。
6.根据前述权利要求中任一项所述的单元载具支柱(1)，其中，所述载具本体(14)包括混合材料结构，该混合材料结构至少包括由塑料形成的第一组件和由强化材料形成的第二组件，以增加机械性能。
7.根据前述权利要求中任一项所述的单元载具支柱(1)，其中，沿所述延伸方向(10)延伸的多个增强纤维被嵌入所述载具本体(14)中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的单元载具支柱(1)，其中，所述载具本体(14)包括在所述延伸方向(10)的方向上位于所述第一端(11)和/或所述第二端(12)处的至少一个端部元件(146)，以形成用于待接纳的所述电池单元(2)的端部接触表面，该端部接触表面与相应的所述第一侧表面(141)和/或第二侧表面(142)相邻。
9.根据前述权利要求中任一项所述的单元载具支柱(1)，其中，所述载具本体(14)包括紧固装置(148)，该紧固装置位于所述第一端(11)和/或所述第二端(12)的区域中，用于将所述单元载具支柱(1)紧固至电池载具(3)或电池外壳(4)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的单元载具支柱(1)，其中，可压缩衬垫元件(5)被设置在所述第一侧表面(141)和/或所述第二侧表面(142)的区域中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的单元载具支柱(1)，其中，至少一个凹部(1402)形成于所述分隔腹板(140)中，以接纳所述载具本体(14)中的优选的有源温度控制元件(6)，用于所述电池单元(2)的传导温度控制。
12.根据前述权利要求中任一项所述的单元载具支柱(1)，其中，所述载具本体(14)被构造为用于沿所述叠置方向(16)叠置或排列若干个单元载具支柱(1)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的单元载具支柱(1)，其中，所述载具本体(14)，优选地在所述下部横向凸缘(144)和/或所述上部横向凸缘(145)的区域中，包括彼此适配的第一和第二闭锁元件(149)，用于所述载具本体(14)对至少一个另外的单元载具支柱(1)的受荷连接。
14.根据前述权利要求中任一项所述的单元载具支柱(1)，其中，所述载具本体(140)至少包括根据权利要求3所述的上部横向凸缘(144)和/或根据权利要求4所述的下部横向凸缘(145)，其中，至少一个横向凸缘(144、145)包括单件连续式或在背对所述分隔腹板(140)的表面上被分成多段的多件式突起部(1441、1451)，用于将所述载具本体(140)与电池载具(3)的或电池外壳(4)的接触表面间隔开。
15.根据前述权利要求中任一项所述的单元载具支柱(1)，其中，所述分隔腹板(140)在横截面上呈箱形，以在所述第一侧表面(141)与所述第二侧表面(142)之间形成中间空间(1401)。
16.根据权利要求15所述的单元载具支柱(1)，其中，一结构型材(7)被设置在所述中间空间(1401)中且以受荷方式连接至所述载具本体(14)。
17.根据权利要求16所述的单元载具支柱(1)，其中，所述结构型材(7)包括u形横截面区域或由封闭中空型材形成的横截面区域，且在所述延伸方向(10)上伸长，并优选地包括在所述延伸方向(10)上间隔开的多个肋条以强化所述结构型材(7)。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的单元载具支柱(1)，其中，用于所述载具本体(14)对电池载具(3)或电池外壳(4)的受荷连接的至少一个附接点(1402)被设置在所述中间空间(1401)中。
19.一种单元载具复合系统(20)，包括：
20.根据权利要求19所述的单元载具复合系统(20)，其中，所述至少一个张力带由抗张材料制成，优选地包括至少一层单向纤维带，其中纤维的纵向与所述张力带的纵向对齐。
21.一种电池载具(3)，包括：
22.一种电池外壳(4)，包括：
