本发明涉及一种电池载体，其设置用于固定在电驱动的机动车的支承结构的底部区域中，其中，电池载体利用底部区段和围绕底部区段的侧壁区段限定出用于在该处待定位的电池元件的容纳空间。本发明同样涉及一种用于制造这样的电池载体的方法。
背景技术：
1、在专业术语中也称为“battery tray(电池托盘)”的在此所述类型的电池载体容纳存储器，在该存储器中存储驱动机动车所需的电能。这些通常可再充电的能量存储器在一般的语言应用中同义地被称为“电池”或“蓄电池”。因此，在本文中为了简单起见，对于相关能量存储器的名称一贯使用术语“电池”。在此，这种类型的电池通常由多个单格式的电池元件组成。
2、与在具有内燃机的机动车中使用的、通常以12v或24v的电压运行的电池不同，在其中储存用于驱动电动车的电能的电池中存在高压，其通常在300-1000v的范围中。现有技术是锂离子电池，其能够实现高的能量密度并且同时特征在于相对长的使用寿命。然而，这种锂离子电池对机械和热负载敏感。电池元件的损坏可能导致火灾并且导致有毒成分的逸出。如果这些有毒成分不受控制地到达自由的周围环境中，那么它们可能构成巨大危险。例如，如果锂离子电池的高反应性锂金属与水接触，则水分子分解成其组成部分氢气和氧气，它们形成高爆炸危险的气体混合物。
3、出于这些原因，这里所讨论类型的电池载体必须如此设计，即，不仅在正常的行驶运行中以及在发生事故时，布置在电池载体中的电池元件能够被保护以免受到机械损坏，而且也能够可靠地防止在泄漏时电池元件的成分进入周围环境中。
4、ep 2 468 609 a2描述了一种应满足这些要求的电池载体的示例。在那里提出的用于电动车辆的支承结构包括底部件，该底部件具有以导体的方式构造的矩形框架并且该框架在支承结构的纵向方向上延伸。可以分别将板形的电池置入到框架格层中。框架在其窄侧上具有各一个耦联区段，通过该耦联区段，电池壳体连接至支承结构的其他部件，例如用于连接至车轴总成或车辆外蒙皮的型材。为了保护电池免受由于碎石撞击等造成的损坏，框架在其下侧上用板覆盖。同样地，在框架上放置盖子，以便在电池故障的情况下保护车辆乘客免受从电池逸出的蒸汽等。
5、在de 10 2019 101 637 a1中描述的用于电动车的电池载体的构造能够实现相对于该现有技术简化的制造。具有该发明的形成类属的特征的电池载体按照盆的形式利用其底部以及围绕底部的侧壁限定出容纳空间，在该容纳空间中为了使用而布置有电池元件。在此，盆的至少一个部段、优选整个盆作为折叠部件一件式地并且材料统一地由板坯制造。同时，在盆的底部中构造有至少一个在宽度或长度上成型的凹槽，使得该凹槽用作成型的横梁或纵梁并且用作加固部或用于装配电池元件的连接面。为了制造如此设计的电池载体，提供平坦的、适当成形的板裁切件，其中，在待产生的凹槽的区域中，将切口切入到之后形成电池载体的侧壁区段的区段中。由这样准备的裁切件通过不同的折叠操作沿着电池载体的预设棱边线成形，使得所述凹槽构造在底部中并且所述侧壁区段垂直地从底部突出。在接合部位上，各两个侧壁区段或一个侧壁区段和所述凹槽之一的一个端部彼此相会，这些接合部位最后彼此接合，其中，在彼此接合的部件之间的连接优选实施为材料配合的连接、尤其实施为焊接。
技术实现思路
1、在上述现有技术的背景下，本发明的目的在于，提供一种电池载体，其满足对气体及液体密封的屏蔽及防止电池受到机械损伤的最严格的要求，同时可简单地制造。
2、同样应当提出一种用于制造这样的电池载体的方法。
3、本发明通过一种电池载体实现该目的，该电池载体至少具有在权利要求1中给出的特征。
4、本发明还通过权利要求8中所述的方法实现了该目的。
5、本发明的有利的设计方案在从属权利要求中给出，并且如一般的发明构思那样在下面详细地阐述。
6、因此，根据本发明的设置用于固定在电驱动的机动车的支承结构的底部区域中的电池载体利用底部区段和围绕底部区段的侧壁限定用于至少一个在该处待定位的电池元件的容纳空间。在此，侧壁包括至少两个侧壁区段，所述侧壁区段以大于0°的角度相对于底部区段成角度地取向并且在角区域中彼此相会。
7、根据本发明，现在在这种电池载体中，电池载体的底部区段由第一铝材料一件式形成。同时，侧壁的至少分别在角区域之一中彼此相会的侧壁区段、连同相应的角区域一件式地由第二铝材料成形，该第二铝材料具有比第一铝材料更高的断裂伸长率a。
8、典型地，根据本发明用于底部区段的第一铝材料具有至少170mpa的抗拉强度rm(rm≥170mpa)、例如至少220mpa的抗拉强度rm(rm≥220mpa)、尤其至少240mpa的抗拉强度rm(rm≥240mpa)，和最高10％的断裂伸长率a(a≤10％)、尤其最高8％的断裂伸长率a(a≤8％)。具有这种特性范围的铝材料在本领域中以及在本文中被称为“高强度的铝材料”。
9、相反，一件式成形在角区域内彼此相会的侧壁区段和相关角区域本身的第二铝材料的断裂伸长率a典型地为至少10％(a≥10)，特别是至少15％(a≥15％)。具有这样高的断裂伸长率a的铝材料在专业术语中以及在本文中被称为“延展性的铝材料”。
10、因此，在这个意义上，根据本发明的电池载体的底部区段由高强度的铝材制成，而至少在角区域中彼此相会的侧壁区段和相关的与该侧壁区段一件式成形的角区域由延展性的铝材料制成。
11、因此，根据本发明的电池载体的特征在于，其完全由铝材料制成。这使得其相对于传统的钢板结构具有明显更小的重量。
12、在此，本发明从如下考虑出发，即，对于在使用中承受由于碎石撞击等造成的最大负荷并且此外必须支承电池元件重量的底部区段，使用具有高强度的铝材料，并且作为这样的铝材料可以可靠地承受作用到其上的机械负荷。与此相反，额外的复杂成形的或在变形技术上难以产生的形状元素移置到电池载体的这样的侧壁区段的区域中，所述侧壁区段由具有比底部区段材料更高的延展特性以及相应优化的可变形性的铝材料制成。以这种方式成功实现了，尽管由高强度铝材料制成的底部区段对于复杂造型来说不具有足够的可变形性，仍旧通过变形而由适当成形的板裁切件一件式地成形根据本发明的电池载体。
13、该做法的特别的优点在于，为了制造电池载体不再需要在单独的工作步骤中彼此分开地预成型电池载体的特定区段并且之后将其后续地彼此接合、尤其焊接或粘接。取而代之，为了制造按照本发明的电池载体可以使用板坯，其由不同铝材料构成的区段利用对此已证实可靠的接合技术、尤其焊接或粘接技术相互连接，使得即使在板坯变形成电池载体之后也确保这些区段的牢固且紧密的结合。
14、本发明在这方面利用基于使用所谓的拼焊板、在实践中证明可靠的构件制造原理，对该构件具有局部不同的要求(例如参见de 102011 101 586b4)。在此，利用本发明不仅成功地提供一种重量轻的电池载体，该电池载体可靠地满足对其负荷能力提出的要求。更确切地说，在根据本发明的电池载体中，始终确保各个区段彼此连接的密封性。这一点尤其通过以下方式实现，即，所述电池载体的在赋形和裂纹形成方面特别关键的角区域仅仅位于侧壁区段中，所述侧壁区段由延展性的、能够良好变形的铝材料制成。以这种方式，尽管在使用中不可避免地出现变形和由此引起的在电池载体中出现的应力，仍确保了布置在电池载体中的电池元件相对于环境的持久密封的屏蔽。
15、与上述阐述相应地，在根据本发明的用于制造电池载体的方法中，该电池载体设置用于固定在电驱动机动车的支承结构的底部区域中，其中，具有底部区段和围绕底部区段的侧壁的电池载体限定了用于在该处待定位的电池元件的容纳空间，并且其中，侧壁包括至少两个侧壁区段，这些侧壁区段以大于0°的角度β相对于底部区段成角度地定向并且在角区域中彼此相会，该方法包括以下工作步骤：
16、a)提供板坯，该板坯包括由第一铝材料构成的中央区段和至少两个侧区段，这些侧区段以它们的分别对应的边缘接合到中央区段的彼此相对的边缘上并且至少部分地由第二铝材料构成，其中，第一铝材料的断裂伸长率a小于第二铝材料的断裂伸长率a；
17、b)在构造电池载体的底部区段和围绕底部区段的侧壁的情况下，将板坯变形为电池载体，其中在变形过程中，侧壁的两个侧壁区段在其中彼此相会的角区域仅仅由板坯的由第二铝材料构成的区段成形；
18、c)可选地切割围绕的侧壁的边缘区域；
19、d)可选地附加地使侧壁或底部区段变形以形成至少一个附加的形状元素；
20、e)可选地将开口引入到电池载体中。
21、根据本发明的电池载体的由较高强度的铝材料构成的中央的底部区段例如基本上平坦地构造，从而该底部区段在电池载体赋形时最多以小的变形程度变形。在此，底部区段当然必要时可以设有尽管构成底部区段的较高强度的材料的可变形性有限、但仍可形成的凹槽和类似的形状元素。这种形状元素例如可以改善底部区段的形状刚性或者使待布置在电池载体中的电池元件的固定和定向变得容易。
22、同样地，板坯的中央区段可以设计为，使得其不仅形成按照本发明的电池载体的底部区段，而且也形成侧壁的至少一个例如应该具有特别的强度的区段。这尤其在如下情况下适用，即，当相关的壁区段形状简单、即例如仅具有直的平行延伸的侧壁或棱边时。它们应当以最佳的方式以这样大的弯曲半径过渡到各自相邻的侧壁区段或底部区段中，使得可靠地避免裂纹形成。对此合适的几何形状可以以已知的方式根据用于底部区段的铝材料的强度和延展特性来确定。
23、相应地，本发明的实践合理的、优化地利用两个按照本发明加工的、强度不同并且延展性不同的铝材料的潜力的实施方式规定，所述电池载体在两个对置的侧上分别具有较高强度的侧壁区段，所述侧壁区段与所述底部区段一件式地由所述底部区段的较高强度的铝材料成形，其中，在其之间具有电池载体的一个角区域的延展性侧壁区段之一分别形成相应的较高强度的侧壁区段的延长部，所述延长部尤其是可以沿着所述底部区段延伸。
24、因此，根据本发明的电池载体的底部区段在俯视图中观察例如可以具有矩形的基本形状，其中在底部区段的彼此对置的纵向侧上分别延伸有较高强度侧壁区段，其中较高强度侧区段在其与电池载体的角区域对应的侧上分别通过与其接合的、尤其是焊接的、延展性的侧壁区段延长。
25、在本发明的实施形式中，电池载体的侧壁具有至少一个侧壁区段，该侧壁区段与底部区段一件式地由较高强度的铝材构成，在这种实施形式中，以这种方式将在变形性能、尤其是裂纹形成风险方面关键的角区域移置到由可良好变形的延展性铝材料构成的电池载体区段中或者制造其所用的板坯中。
26、为了将由较高强度的第一铝材料构成的底部区段与由延展性的第二铝材料构成的侧壁区段接合，可以使用所有从实践中对于该目的已知的接合方法。对此尤其包括焊接方法，如激光焊接或摩擦搅拌焊接方法，但也包括粘接方法或其它已知的方法，借助这些方法，彼此待接合的、由不同材料构成的区段可以通过材料配合、力配合和/或形状配合而持久密封且固定地彼此连接。
27、在实现根据上述说明形成电池载体的板坯中，在根据本发明的方法的工作步骤a)中提供的板坯的中央区段在板坯的整个宽度上延伸，但仅在板坯长度的一部分上延伸，其中，在根据本发明的方法的工作步骤b)中的变形过程中，中央区段的彼此对置的、在板坯的延展性侧区段之间延伸的边缘区段分别变形为电池载体的较高强度的侧壁区段。
28、特别是，所有已知的、对于成形拼焊板坯被证实可靠的深拉方法适合于将根据本发明构造的板坯变形为根据本发明的电池壳体，如其例如也在由已经提到的de 10 2011101 586 b4中公开的现有技术中使用。
29、如果在本文中给出铝材料的机械特性，如抗拉强度rm或断裂伸长率a，则它们分别符合标准地根据din en iso 6892-1：2020-06和din 50125：2016-12确定。
30、在根据本发明的电池载体的底部区段和围绕的侧壁之间围成的角度β分别大于0°，这意味着，底部区段和围绕的侧壁区段在彼此成角度取向的平面中延伸。典型地，角度β处于80°至135°、尤其85°至120°的范围中，其中从制造技术的角度看≥90°的角度β特别针对实践。在此，不言而喻，这里针对角度β所做的说明不应理解为严格的数学意义，而应理解为技术意义，即应设计成具有在制造技术上不可避免的、在实践中通常允许的公差。
31、作为用于底部区段的较高强度的第一铝材料，例如所有按照铝业协会开发的命名法归入到6000系列、7000系列或8000系列铝材料中的铝合金都是合适的。在此6000系列的材料被证明是特别合适的。其中例如包括材料en aw-6101、en aw-6101a、en aw-6101b、enaw-6201、en aw-6401、en aw-6003、en aw-6005、en aw-6005a、en aw-6005b、en aw-6106、en aw-6008、en aw-6110a、en aw-6011、en aw-6012、en aw-6012a、en aw-6013、en aw-6014en、aw-6015、en aw-6016、en aw-6018、en aw-6023、en aw-6025、en aw-6026、en aw6050、en aw-6351、en aw-6351a、en aw-6951、en aw-6056、en aw-6060、en aw-6360、enaw-6061a、en aw-6261、en aw-6262、en aw-6262a、en aw-6063、en aw-6063a、en aw-6463、en aw-6064a、en aw-6065、en aw-6081、aw-6181、en aw-6082、en aw-6182、en aw-6082a。
32、根据本发明，上述合金满足了对底部区段的高强度铝材料提出的要求，即，其抗拉强度rm为至少170mpa(rm≥170mpa)、特别是至少220mpa(rm≥220mpa)，并且断裂伸长率a为小于10％(a≤10％)、特别是小于9％(a<10％)、例如最高8％(a≤8％)或最高7％(a≤7％)。在此，这样的高强度的铝材料证明是特别有效的，其抗拉强度rm为至少240mpa，尤其至少250mpa。
33、通常适用的是，随着抗拉强度rm的增加，断裂伸长率a和随之而来的可变形性降低。因此，根据本发明优选为底部区段所使用的铝材料在抗拉强度rm为至少250mpa的情况下典型地仅还具有最高7％(a≤7％)的断裂伸长率a。规定用于根据本发明的电池载体的较高强度底部区段的高强度铝材料的最高250mpa的抗拉强度(rm≥250mpa)和最高7％的断裂伸长率a(a≤7％)，鉴于对其强度和延展性所提出的要求，被证实特别适合于依据本发明的目的。满足本发明对中央底部区段的材料提出的要求的铝材料的例子例如是名称为en aw-6003、en aw-6005、en aw-6005a、en aw-6005b、en aw-6060、en aw-6061a、en aw-6063、enaw-6063a的那些材料。
34、相反，对于由延展性的第二铝材料构成的根据本发明的电池载体的侧壁区段和侧壁的角区域，使用具有至少10％(a≥10％)的、尤其至少15％(a≥15％)的、优选至少20％(a≥20％)的断裂伸长率a的材料。这些材料的抗拉强度rm典型地处于最高240mpa(rm≤240mpa)、尤其最高230mpa(rm≤230mpa)，其中180mpa至240mpa(180mpa≤rm≤240mpa)、尤其最高230mpa(rm≤230mpa、尤其180mpa≤rm≤230mpa)的抗拉强度和13％至28％的断裂伸长率a(13％≤a≤28％)特别适合于实际应用。
35、根据铝协会的命名法，满足本发明对侧壁区段所提出要求的延展性铝材料属于3000、4000或5000系列的铝材料。特别地，5000系列的材料在此已经证明是可靠的。该系列包括材料en aw-5005、en aw-5005a、en aw-5305、en aw-5505、en aw-5605、en aw-5006、enaw-5010、en aw-5110、en aw-5210、en aw-5310、en aw-5018、en aw-5018b、en aw-5019、enaw-5119、en aw-5119a、en aw-5026、en aw-5040、en aw-5042、en aw-5049、en aw-5149、enaw-5249、en aw-5449、en aw-5449a、en aw-5050、en aw-5050a、en aw-5051a、en aw-5251、en aw-5052、en aw-5252、en aw-5352、en aw-5154a、en aw-5154b、en aw-5354、en aw-5454、en aw-5554、en aw-5654、en aw-5654a、en aw-5754、en aw-5356、en aw-5356a、enaw-5456、en aw-5456a、en aw-5456b、en aw-5556a、en aw-5556b、en aw-5657、en aw-5058、en aw-5059、en aw-5070、en aw-5082、en aw-5182、en aw-5083、en aw-5183、en aw-5183、en aw-5283a、en aw-5383、en aw-5086、en aw-5186、en aw-5087、en aw-5187、enaw-5088。其中，例如铝材料en aw-5005、en aw-5005a、en aw-5083、enaw-5654a、en aw-5754尤其适用于本发明的目的。
36、由延展性的铝材料构成的侧壁区段同样分别成形为，使得在变形和形成裂纹方面关键的区域远离可较差变形的底部区段。为此，延展性的侧壁区段可具有底侧的第一侧壁区，所述第一侧壁区按照侧向延长部的方式连接到所述底部区段的分别对应的边缘上并且在与所述可较差变形的底部区段的一定间距之后才过渡到角区域中，所述侧壁的关于所述底部区段以较大的角度取向的区通过所述角区域连接到所述底部区段上。该设计方案尤其对于那些延展性的侧壁区段是适宜的，所述侧壁区段沿着接缝延伸，通过所述接缝，根据本发明的电池载体的相应的由延展性材料制成的区段连接到所述电池载体的由较高强度的材料制成的区段上。通过延展性的侧壁区段的这种设计方案，可以使在电池壳体赋形时或使用中可能出现的负载远离接合连接。这同样有助于使在相关的接合连接区域内形成裂纹的风险最小化。
37、在根据本发明的方法中对根据本发明获得的板坯进行变形(工作步骤a)和b))之后，获得的电池载体构件可以以本身已知的方式分别经历其他的变形步骤，以便例如在侧壁或底部区段上构造其他的形状元素。这些形状元素可以例如是可用于将电池载体固定到车身上的法兰、用于加固相应侧壁区段的凹槽或其他结构、或者可以用于固定、止挡或定位待布置在电池载体中的电池元件的凹陷部、凸起等。
38、同样可选地，在变形过程之后获得的电池载体可以以本身同样已知的方式在围绕的侧壁的边缘区域中被切边，以便移除多余的板材。
39、在需要时，最后同样也可以可选地在电池载体中成型、尤其冲压或者钻孔形成开口，为了将电池载体固定在车辆车身上或者对于用于将电池元件固定在电池载体中的辅助装置而言需要所述开口。
1.一种电池载体，其设置用于固定在电驱动机动车的支承结构的底部区域中，其中，所述电池载体(b)通过底部区段(9)和围绕所述底部区段(9)的侧壁(12)限定用于至少一个在该处待定位的电池元件的容纳空间(ar)，并且其中，所述侧壁(12)包括至少两个侧壁区段(13、14、20-25)，这些侧壁区段以大于0°的角度(β)相对于所述底部区段(9)成角度地定向并且在角区域(11a-11d)中彼此相会，
2.根据权利要求1所述的电池载体，其特征在于，所述第一铝材料具有至少170mpa的抗拉强度rm和小于10％的断裂伸长率a。
3.根据权利要求1或2所述的电池载体，其特征在于，所述第二铝材料具有至少10％的断裂伸长率a。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电池载体，其特征在于，所述电池载体(b)在两个彼此对置的侧(l1、l2)上分别具有侧壁区段(13、14)，所述侧壁区段与所述底部区段(9)一件式地由第一铝材料形成，并且在其之间具有所述电池载体(b)的一个角区域(11a-11d)的侧壁区段(20-23)中的各一个侧壁区段形成由所述底部区段(9)的第二铝材料制成的侧壁区段(20-23)之一的延长部。
5.根据权利要求4所述的电池载体，其特征在于，所述底部区段(9)在俯视图中观察具有矩形的基本形状，在所述底部区段(9)的彼此对置的纵向侧(l1、l2)上分别延伸有由所述第一铝材料制成的侧壁区段(13、14)，并且由所述第一铝材料制成的侧壁区段(13、14)在其对应于所述电池载体(b)的角区域(11a-11d)的侧上分别通过与其接合的由所述第二铝材料制成的侧壁区段延长。
6.根据权利要求5所述的电池载体，其特征在于，较高强度的侧壁区段(13、14)彼此平行地延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电池载体，其特征在于，所述第一材料是6000、7000或8000系列的铝合金(almgsi)并且所述第二铝材料是3000、4000或5000系列的铝合金(almg)。
8.一种用于制造电池载体(b)的方法，所述电池载体设置用于固定在电驱动的机动车的支承结构的底部区域中，其中，所述电池载体(b)利用底部区段(9)和围绕所述底部区段(9)的侧壁(12)限定用于在该处待定位的电池元件的容纳空间(ar)，并且其中，所述侧壁(12)包括至少两个侧壁区段(13、14、20-23、24、25)，这些侧壁区段以大于0°的角度β相对于所述底部区段(9)成角度地定向并且在角区域(11a-11d)中彼此相会，所述方法包括以下工作步骤：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述工作步骤a)中提供的板坯(1)的中央区段(2)在板坯(1)的整个宽度(w)上延伸，但仅在板坯(1)的长度(l)的一部分上延伸，并且在所述工作步骤b)中变形时，将中央区段(2)的彼此对置的、在板坯(1)的延展性的侧区段(3、4)之间延伸的边缘区段变形为电池载体(b)的各一个更高强度的侧壁区段(13、14)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，由第一铝材料制成的侧壁区段(13、14)彼此平行地延伸。
