一种具有第一构件和第二构件的组件以及制造这种组件的方法

摘要

本发明涉及一种具有第一构件和第二构件(1，2)的组件(10)，所述第一构件和第二构件(1，2)由至少一个固定元件(3)相互固定，其特征在于：固定元件(3)延伸进入或穿过所述第一构件和第二构件(1,2)之间的空间(9)，其中所述固定元件(3)被填充有可硬化的填充材料(61)，其中所述固定元件(3)是中空可变形的且至少在填充材料(61)硬化前若内部加压则可至少在径向上膨胀的元件。本发明也涉及制造具有第一构件和第二构件的组件的方法。

说明书

本发明涉及根据权利要求1所述的一种具有第一构件和第二构件的组 件。本发明也涉及根据权利要求8所述的制造具有第一构件和第二构件的组 件的方法。

在一些技术领域，存在提供用于将第一构件和第二构件相互固定的固定 件的需要。已知的固定装置诸如螺钉和法兰或特定成型的夹持器需要适应第 一构件和第二构件的尺寸以及他们的相对定位的特定设计。在许多情况下， 无需特定的形状及设计的可广泛使用的固定装置更有优势。现已有可广泛使 用的固定装置，例如胶粘剂、灌封合成料或焊接装置形式的固定装置。但 是，此类固定装置的缺点是，待固定的装置会被固定构件所污染、损伤或者 损害。同时，更不容易拆卸组件，这使维修或回收加工更加困难。

本发明的一个目的为提供一种具有第一构件和第二构件的组件，所述第 一构件和第二构件由至少一个固定元件相互固定，所述固定元件可以广泛灵 活地应用，同时允许简易的维修以及回收加工。

根据权利要求1所述，本发明的目的通过一种具有第一构件和第二构件 的组件实现，其中所述第一构件和第二构件由至少一个固定元件相互固定， 其特征在于：固定元件延伸进入或穿过所述第一构件和第二构件之间空间， 其中所述固定元件被填充可硬化的填充材料，其中所述固定元件是中空可变 形的、且至少在填充材料硬化前若内部加压则至少在径向上可膨胀的元件。 本发明的优点是，组件的第一构件和第二构件不会因与可硬化的填充材料的 直接接触而被污染或损伤，因为固定元件位于第一第二构件和可硬化的材料 之间，且充当屏障。这就允许使用任何合适的填充材料，而与填充材料与第 一构件和/或第二构件的外表面的化学相容性无关。本发明的另一个优点 是，填充材料不会粘附于第一构件和第二构件，这就允许简易的拆卸被装配 在一起的第一构件和第二构件。使用充满可硬化的填充材料的固定元件的固 定可用于多种应用，而无需专门适应第一构件和第二构件的尺寸，因为固定 元件能够以灵活的方式适应空间的形状以及适应第一构件和第二构件的外部 尺寸。此外，第一构件和第二构件尺寸的公差不成问题。

本发明的进一步优点是，可通过固定元件控制填充材料流向何处。这可 以避免填充材料流向不希望的位置。

本发明的进一步优点是，一些可商业获取的构件可用作固定元件。例 如，标准硅胶管可用作固定元件。

简而言之，此方案即为，用灌注料填充管状体(例如吹塑成型塑料件) 并将其用作蓄电池单元和/或蓄电池模块壳体之间的单元接合器。

本发明的进一步优点是，当固定电池时，泡沫材料无需获取公差补偿， 因此避免任何可能因这种泡沫中的湿度引起的问题。更进一步的，电池模块 内无需额外的挠性部件。模块壳体和蓄电池单元之间不产生间隙；因此可避 免或至少减少由振动引起的问题。可避免因振动产生破损的模块部件。无需 固定单元。通过使用本发明，坚固的蓄电池模块可具有极少的部件，例如只 有五个部件。相同的蓄电池模块可用于空气冷却系统及液体冷却系统。

根据本发明的一个有利的实施例，所述固定元件通过填充材料被压在第 一构件和第二构件上。这只能发生在填充材料已呈现出其硬化状态之前的阶 段，或亦可能发生在当填充材料处于硬化状态时。

所述固定元件可以在一个空间维度或二个空间维度或三个空间维度中为 第一构件和第二构件提供相互固定。这就给使用者很大的自由度去应用此项 发明。

所述固定元件是可变形的、且可至少在径向上膨胀的元件。本发明的一 个有利实施例中，固定元件包括薄壁非弹性材料、薄壁弹性材料和/或厚壁 弹性材料。例如，固定元件可被形成为像管状体、软管或像气球或袋。固定 元件可以是吹塑成型塑料件或是由两片塑料薄膜或深冲塑料板焊接而成。

根据本发明的一个有利实施例，所述固定元件的外部轮廓至少在一定区 域内与第一构件和第二构件的外部轮廓相反。在这些区域中，固定元件与第 一构件和第二构件接触，从而呈现他们的相反外部轮廓。这样，固定元件可 至少在一定区域内适应第一构件和第二构件之间的空间的形状。

任何合适的可硬化的材料都可用作填充材料，或者是自硬化型材料，或 者是通过应用外部影响(例如红外线辐射或紫外线辐射或加热)而可硬化的 材料。例如，填充材料可以是灌注料，如用于将电子元件固定在印刷电路板 上或电子设备的壳体内的灌注料。例如，可以用环氧树脂。也可以用聚亚安 酯泡沫、硅树脂或橡胶。

一般而言，可以使用在硬化状态为挠性的或非挠性的填充材料。也可以 使用在硬化状态为弹性的或非弹性的填充材料。要根据特定的应用选择合适 的填充材料。倘若需要在固定状态下的第一构件和第二构件之间具有一些挠 性，则所述挠性可以通过使用具有所需挠性的固定元件和/或使用在其硬化 状态下具有所需挠性的填充材料来提供。

根据本发明的一个有利实施例，所述填充材料在其硬化前为液体材料， 尤其是低粘度的液体材料。这就允许能够容易的将填充材料注入固定元件， 同时使得填充材料在固定元件内均匀分布。特别的，这就有可能在固定元件 的任何地方获得几乎相同的填充材料压力，由此产生相等的压力，通过所述 压力，固定元件被压在第一构件和第二构件上。

根据本发明的一个有利的实施例，所述固定元件内的填充材料大体上无 气孔。避免此类气孔或气泡的优点是填充材料在固定元件的任何位置提供了 几乎相同的压力，因此提供了均匀分配的安装力。在初期阶段，即在将填充 材料注入固定元件的过程中，避免气泡的产生是很有益的。

根据本发明的一个有利的实施例，所述固定元件连接至设置用于冷却或 加热组件的热交换器。也可将所述固定元件与热交换器一体制成为一个构 件。例如，也可以生产具有薄壁的吹塑成型塑料件形式的用于多个蓄电池单 元的热交换器，所述薄壁适应于蓄电池单元的布置的外部轮廓。这种吹塑成 型塑料件也是一种可变形的、且若内部加压则至少在径向上可膨胀的元件。 因此，如果所述吹塑成型塑料件中仅填充有热交换液(如冷却液)，则其可 用作热交换器，或者如果填充有如权利要求1所述的可硬化的材料时，则可 用作固定元件。也可以制造具有两个独立腔室或通道的热交换器或吹塑成型 塑料件。在此情况下，其中一个腔室或者通道可用于填充热交换液，另一个 腔室或通道可用于填充可硬化的填充材料。作为另外一个例子，可以有两个 连接在一起或布置在同一个壳体内的独立的管状体。在此情况下，其中一个 管状体可以用作固定元件并填充有可硬化的材料。另外一个管状体可用作热 交换器装置并填充有热交换液。这对于需要冷却或加热的组件(例如，混合 动力车辆和电动车辆的蓄电池组)尤其有利。

根据本发明的一个有利的实施例，第一构件为一个蓄电池单元或多个蓄 电池单元，每个蓄电池单元拥有各自的单元壳体，并且其中第二构件为蓄电 池组件的外部壳体，其中所述一个蓄电池单元或多个蓄电池单元位于外部壳 体的内部。通过这种方式，能够方便地实现用于混合动力车辆或电动车辆的 蓄电池模块。蓄电池单元可以具有例如棱柱形的和/或圆柱形的单元壳体。

根据本发明的一个有利的实施例，所述固定元件固定于承载构件，其中 第一构件至少部分地被置于承载构件内，并且其中承载构件至少部分地被置 于第二构件内。将第一构件全部置于承载构件内和/或将承载构件全部置于 第二构件内会很有益。通过使用承载构件，固定元件可被容易地配备在用于 制造组件的所需的方案中。因为固定元件已经被固定于承载构件，其不能在 接下来的装配操作步骤中被误调节。如果固定元件是根据预先确定的方案沿 着承载构件铺设的一个相对长的管状体或软管，这将会非常有利。例如，承 载构件可以是金属板，在固定元件已固定于承载构件后，该金属板被围绕第 一构件折叠。当然，当固定元件被固定于承载构件时，固定元件仍然处于可 变形且可膨胀的状态。

根据权利要求8所述，本发明的目的由用于生产一种具有第一构件和第 二构件的组件的方法实现，其特征在于：第一构件和第二构件配备有固定元 件，其中所述固定元件为中空可变形的、且若内部加压则至少在径向上可膨 胀的元件，固定元件被引导进入或穿过第一构件和第二构件之间的空间，其 中固定元件最初未填充填充材料，之后可硬化的填充材料被填充入固定元 件，直至固定元件被填充材料压在第一构件和第二构上，且之后填充材料硬 化或被硬化。这就允许能够快速且容易的将第一构件相对于第二构件固定。 在填充过程期间，或者至少在填充过程的开始阶段，可以将固定元件的排出 口对着空气打开。所述排出口被置于远离固定元件的注入开口，在所述注入 开口处填充材料被填充入固定元件。固定元件内的气体可通过打开的排出口 被排放出去。当填充材料到达排出口时，应当关闭排出口，以避免气体被限 制在固定元件中，同时减少填充材料对外界的不必要污染。

根据本发明的一个有利的实施例，填充材料在超负荷压力下被填充入固 定元件。这就提供了快速的填充过程以及坚固稳定的固定，因为通过超载压 力，可以增加固定元件施加于第一构件和第二构件的压力。

根据本发明的一个有利的实施例，在将填充材料填充入固定元件的过程 中，填充材料改变了固定元件的外部轮廓。尤其是，所述改变以这种方式进 行：固定元件使其外部轮廓至少在一定区域内适应第一构件和第二构件的外 部轮廓，从而结果是固定元件在一定区域内与第一构件和第二构件的外部轮 廓相反地成形。

根据本发明的一个有利的实施例，固定元件首先连接于承载构件，之后 以如下方式将第一构件插入承载构件：第一构件至少部分地被固定元件包 围，之后以如下方式将承接构件连同插入的第一构件固定在第二构件之上或 者之内：承载构件至少部分地被第二构件包围。之后可以实施根据权利要求 8所述的步骤，即将填充材料填充入固定元件的过程。

根据本发明的一个有利的实施例，所述固定元件包括设置用于将填充材 料注入固定元件中的注入开口，且固定元件包括远离注入开口的排出口，其 中所述排出口设置用于在填充过程期间将气体从固定元件中排出。例如，排 出口可置于固定元件的一端，而注入开口可置于固定元件的另一端。

根据本发明的一个有利的实施例，承载构件从初始形状被弯曲或折叠成 适于插入第一构件的形状，其中固定构件在承载构件处于其初始形状时被固 定于承载构件。这就提供了固定元件到承载构件的容易的连接，尤其是如果 承载构件在其初始形状时为平的部件。这使得将固定元件安装至承载构件的 例如由自动机械手完成的自动操作更容易。可以通过胶粘剂将固定元件固定 于承载构件。

本发明的一个有利的实施例涉及棱柱形和圆形电池在模块内的连接。更 具体的讲，本发明包括管状体，所述管状体被置于蓄电池单元与模块壳体之 间并具有两个开口。在将单元和模块壳体装配在一起后，管状体将会填充灌 封合成料。在此，在密封合成料通过一个开口被压入时，管状体内部的气体 通过另一开口逸出。一旦气体逸出，所述另一开口将关闭，而密封合成料仍 然通过前述一个开口被压入。这就增加了软管内的压力。软管沿一个方向向 下延伸至单元，沿另一个方向向下延伸至模块壳体。关闭剩下的开口，从而 保持压力。密封合成料之后会慢慢硬化。

所述管状体可以用塑料件代替，所述塑料件可以例如通过吹塑成型提供 中空空间。所述塑料件用作其它两项功能之用。具有两个开口的第二个管状 体可以输送冷却剂并冷却电池。此外，吹塑成型部件的被挤压的塑料表面用 作电绝缘和绝热。

卡扣钩合连接在其闭合过程中仅沿一个方向一致地用作刚性固定。这归 结于闭合的过程。如果模块壳体部件之间的卡扣配合连接被闭合，且之后管 状体被填充灌封材料，卡扣钩合连接可在两个闭合方向出现。

现通过示范性实施例和附图更进一步地描述本发明。

附图示出：

附图1和附图2为组件的第一实例，以及

附图3和附图4为组件的第二实例，以及

附图5为热交换器，以及

附图6为具有填充设置的固定元件，以及

附图7为固定元件的填充工序的步骤，以及

附图8至附图19为在其不同制造步骤中的多单元式蓄电池模块，以及

附图20至附图21为机械连接布置，以及

附图22为多单元式蓄电池模块的另一实例

在附图中，同一编号指代同一元件。

附图1及附图2示出了具有四个元件1的组件10，元件1为圆形且位于 例如正方形的共同壳体2中。例如，从上方观察，元件1可以是位于共同壳 体2中的圆形的蓄电池单元。中空可变形的且至少在径向上可膨胀的固定元 件3被置于元件1之间的空间9中。附图1示出了被填充填充材料前的固定 元件3，附图2示出了处于充胀状态的固定元件3，其被填充有可硬化的填 充材料。从附图2中可看出，固定元件3改变其形状以适应元件1之间的空 间9的某些区域。通过填充材料，固定元件3被压在被保持于壳体2中的元 件1上。因此，元件1被相互固定，并且元件1也被固定在壳体2之内，因 为固定元件3也将元件1压在壳体壁上。

在如附图1和附图2所示的实例中，就权利要求1而言，组件的第一构 件可以是左上方的元件1，第二构件可以是右上方的元件1。

附图3和附图4示出了组件10的另一实例，其中8个圆形的元件1被 置于矩形壳体2内。元件1同样可以是从上方观察呈圆形的蓄电池单元。壳 体2可为用于蓄电池单元的共同壳体。此外，管状体或软管形式的固定元件 3以曲折形状从点4被引导穿过壳体2到达终点5。固定元件3可以为例如 硅胶管。起点4包括一个注入开口，在所述注入开口处，填充材料被注入固 定元件3。在终点5处，固定元件包括一个排出口，用于在向固定元件填充 入填充材料时将气体排出固定元件3。附图3示出了在填充入填充材料前的 固定元件3。附图4示出了在填充材料被填充后具有确定的超负荷压力的最 终状态。可以看出，固定元件3在例如区域9中沿径向膨胀，由此将固定元 件1相互固定并夹紧且使其被固定并夹紧于壳体2内。

附图5示出了热交换器50，所述热交换器由塑料材料被制成吹塑成型部 件。所述热交换器具有适于与蓄电池模块的圆形或圆柱形蓄电池单元整齐排 列的曲折形状。总体而言，热交换器50用于热交换。当可硬化的材料取代 冷却剂填充其中时，也可将其用于蓄电池单元的安装和固定。因此，热交换 器50包括以曲折形状被引导穿过热交换器50的管状体3。管状体3用作固 定元件。可以将填充材料通过注入开口4填充入管状体3，直至填充材料抵 达排出口5。管状体内的所有气体经由排出口5被排出。以这种方法，所述 热交换器50也可用作蓄电池单元和蓄电池模块壳体之间的蓄电池单元接合 器(adapter)。这样所述热交换器本身可用作固定元件，以提供第一构件 和第二构件(即蓄电池单元和/或蓄电池模块壳体)之间的固定。通过附图5 所示的实施例描述的原理可适用于棱柱形及圆柱形蓄电池单元。

附图6示出了将可硬化的填充材料填充入固定元件3的过程。固定元件 3被引导穿过如前面通过附图1至附图4所述的壳体。固定元件3的注入开 口4由一个非弹性管道64被连接至包括填充材料61的容器60。容器60可 以是例如活塞/气缸装置。活塞被施加压力62。在压力62作用下，填充材料 61被活塞压入固定元件3中。在排出口5的区域处，例如节流阀形式的流量 调节器63由非弹性管道65连接于固定元件3。流量调节器63允许在排出口 5的区域处打开和关闭固定元件。

附图7示出了将填充材料61填充入固定元件3中的一些步骤。在第一 步骤1)中，流量调节器63处于打开状态。当将填充材料压入固定元件3中 的过程开始后，气体因填充材料61的注入而被移除。从步骤2)可看出，固 定元件已被填充材料61填充了大约一半，此时流量调节器仍然打开。在步 骤3)中，填充材料61已抵至固定元件3的不用于固定的区域，即靠近排出 口5和流量调节器63的区域。在此步骤3)中，流量调节器(63)关闭。之 后，在步骤4)中，由于闭合的流量调节器，通过进一步将填充材料61压入 固定元件3使得固定元件内的压力增加。这样，固定元件3在径向上膨胀。

附图8至附图19示出了具有由本发明的固定元件固定的第一构件和第 二构件的组件的另一实施例。在此实施例中，承载构件7用作固定元件3的 承载架。通过将两片深冲塑料焊接在一起或通过吹塑成型，可将固定元件3 和承载构件7由塑料制成一个部件。固定元件3也可以用胶粘剂固定于承载 构件。固定元件3优选由塑料制成，以提供电绝缘。同样固定于承载构件7 的第二管状体33可用作热交换器。

从附图9可以看出，承载构件7被翻转到了另一侧，且多个棱柱形蓄电 池单元1被置于承载构件7的背面上。应注意的是，不能在此视角下看到固 定元件3，因为它位于承载构件7的底部。

如附图10和附图11所示，通过将承载构件7的所有四个侧面向上弯 曲，承接构件7的侧壁被折叠至单元1的侧面。此外，可以在角落110处提 供承载构件7侧壁的固定。附图11显示附图10底侧的布置。

从附图12中可以看出，承载构件7连同单元1被放置于一个用作蓄电 池模块壳体的下壳体部件2中。下壳体部件可以由例如铁制成。下壳体部件 2包括多个夹持钩20，其在固定过程结束时将蓄电池单元模块保持在一起。 附图12所示的固定步骤中，固定钩20需要如箭头所指示的向外部弯曲。

附图13示出了将夹持条30安装于模块。这些夹持条30优选由塑料制 成。夹持条30通过从夹持钩20获取力而将单元1压向单元1下方的固定元 件3。所述夹持条也对电连接于蓄电池单元1的汇流条(未图示)提供电绝 缘以及机械保护。

附图14示出了一个上壳体部件40被置于上述布置上，即夹持条30之 上。上壳体部件40可由例如铁制造。可以从附图15中看出，夹持钩20此 时被卡扣在上壳体部件40上。

附图16示出了将在组件10即蓄电池模块内的多个蓄电池单元1固定的 最终步骤。填充材料被填充入在固定过程的最开始已被固定于承载构件7的 固定元件3的注入开口4中。气体通过排出口5逸出。此过程按附图7所述 而进行。从附图17可以看出，固定元件3膨胀，并且将承载构件7连同蓄 电池单元1相对于壳体2而固定。

从附图18中可以看出，也通过固定元件3对蓄电池模块10的电池1的 纵向(沿Y轴方向)进行固定。

如附图19所示，可进一步的将多个蓄电池模块10安装在一起成为更大 的蓄电池装置。对于如附图19所示的更大的电池装置，额外的壳体是不必 要的，因为附图8至附图18所述的组件已经提供了坚固稳定的蓄电池承载 架，这在将多个蓄电池模块10机械连接在一起时形成稳定的框架。可以视 需要对整个装置提供任意另外的外部壳体，使其免受诸如潮湿的环境影响。 但是无需进一步的机械稳定。

附图19所示的更大的电池装置可以进一步配备外部电池固定及减振元 件25,26。所述电池固定元件25,26可连接于蓄电池模块10，即其上壳体部 件和/或下壳体部件2,40。这样的优势是，承接构件7不必承载电池的重 量。因此，承载构件7被制成相对便宜的塑料部件。

附图20和附图21示出了将多个蓄电池模块10安装在一起成为如附图 19所示的更大的蓄电池装置的例子。上壳体部件和/或下壳体部件2,40可以 配备在壳体的第一侧16上的钩18和在壳体的第二相对侧17上的夹套13。 在第一侧16上的钩18与在相邻壳体部件的第二侧17上的夹套13相互作 用。进一步地，螺钉14可被固定入与相邻壳体部件相重叠的纵向延伸的壁 部分15,19，用以实现侧面固定。附图20示出了具有此类钩18和夹套13以 及纵向延伸的壁部分18，19的电池模块10的等距视图。附图21示出了两 个相邻蓄电池模块之间的连接，其中，蓄电池模块只部分地显示。可以看 出，夹套13与钩18相互作用。另外的螺钉14穿过纵向延伸的壁部分15,19 及重叠的壳体部件被拧入。

从附图20可以看出，类似的钩和夹套以及纵向延伸的壁部分也可以被 提供在壳体的另一侧。

附图22示出了多单元蓄电池模块的另一实施例，所述实施例由六个用 前述方式机械连接在一起的蓄电池模块10组成。

在如附图22所示的多单元蓄电池模块装置的两个相对侧上具有承载元 件，所述承载元件具有电池固定及减振延伸件25,26。用这些电池固定及减 振延伸件25，26，附图22所示的整个装置可以被安装在例如电动或混合动 力车上。