AT510815B1 - Befestigungseinrichtung für zumindest ein batteriemodul - Google Patents

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AT510815B1 ATA1901/2010A AT19012010A AT510815B1 AT 510815 B1 AT510815 B1 AT 510815B1 AT 19012010 A AT19012010 A AT 19012010A AT 510815 B1 AT510815 B1 AT 510815B1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Befestigungseinrichtung (3) für zumindest einBatteriemodul (7), insbesondere für zumindest ein Batteriemodul (7) einesElektrofahrzeuges, mit einer Trägerstruktur (2) mit zumindest einem dasBatteriemodul (7) untergreifenden Tragteil (4, 5, 6), wobei das Batteriemodul (7)fest mit der Trägerstruktur (2) verbunden ist wobei die Trägerstruktur (2)zumindest einen ersten und zumindest einen zweiten Tragteil (4, 5, 6; 14, 15, 16),aufweist, wobei die an unterschiedlichen Seiten des Batteriemoduls (7)angeordneten Tragteile (4, 5, 6; 14, 15, 16) durch zumindest einen Zuganker (8),vorzugsweise zumindest zwei Zuganker (8), besonders vorzugsweise zumindestdrei Zuganker (8), miteinander verbunden sind, und wobei das Batteriemodul (7) ineinem Batteriegehäuse (1) angeordnet ist. Um eine leichtbauende, kostengünstigeund sichere Befestigung der Batterie im Fahrzeug zu gewährleisten, ist vorgesehen,dass zumindest ein Zuganker (8) das Batteriegehäuse (1) durchdringt.

Description

österreichisches Patentamt AT510 815B1 2014-06-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Befestigungseinrichtung für zumindest ein Batteriemodul, insbesondere für zumindest ein Batteriemodul eines Elektrofahrzeuges, mit einer Trägerstruktur mit zumindest einem das Batteriemodul untergreifenden Tragteil, wobei das Batteriemodul fest mit der Trägerstruktur verbunden ist wobei die Trägerstruktur zumindest einen ersten und zumindest einen zweiten Tragteil, aufweist, wobei die an unterschiedlichen Seiten des Batteriemoduls angeordneten Tragteile durch zumindest einen Zuganker, vorzugsweise zumindest zwei Zuganker, besonders vorzugsweise zumindest drei Zuganker, miteinander verbunden sind, und wobei das Batteriemodul in einem Batteriegehäuse angeordnet ist.
[0002] Es ist bekannt, Batteriezellen bzw. Batteriemodule auf Profilträgern zu montieren. Weiters ist es bekannt, Batteriemodule auf durchgängigen metallischen Trägerplatten zu befestigen.
[0003] Die US 2009/226 806 A offenbart eine Befestigungseinrichtung für Batterien in einem Fahrzeug, wobei eine Batteriepackung über Schrauben am Fahrzeugboden befestigt ist. Eine ähnliche Anordnung ist aus der EP 1 850 407 A1 bekannt.
[0004] Niederspannungsbatterien werden üblicherweise über Klemmeinrichtungen mit der Karosserie des Fahrzeuges verbunden, wie beispielsweise aus den Veröffentlichungen KR 2001-0093501 A, KR 100 680 543 B1 oder der DE 10 2006 026 619 A1 bekannt ist. Derartige Klemmeinrichtungen sind aus Sicherheitsgründen für Hochspannungsbatterien nicht geeignet.
[0005] Die KR 2001-0092493 A offenbart eine Befestigungseinrichtung für eine Fahrzeugbatterie, wobei die Befestigung über die Batterie durchsetzende Befestigungsstangen erfolgt, welche formschlüssig mit fahrzeugfesten Laschen verbunden werden können. Diese Befestigungsart ist allerdings aus Sicherheitsgründen für Hochspannungsbatterien eines Elektrofahrzeuges weniger geeignet.
[0006] Weiters ist es bekannt, die Befestigung der Batterien am Fahrzeug über rahmenartige Strukturen vorzunehmen, siehe beispielsweise CN 101 710 613 A oder KR 2006-0091948 A. Derartige Trägerstrukturen weisen allerdings den Nachteil eines hohen Gewichtes auf, was dem Bestreben, möglichst hohe gewichtsbezogene Energiedichten zu erreichen, entgegensteht.
[0007] Die Druckschriften US 6,189,635 B1 und US 6,102,356 A offenbaren jeweils eine Befestigungseinrichtung für eine Batterie an einem Fahrzeug, wobei zwei an gegenüberliegenden Seiten der Batteriemodule angeordnete Tragteile über Zuganker miteinander verbunden sind. Bei der US 6,189,635 B1 ist das Batteriemodul in einem Gehäuse angeordnet.
[0008] Aus keiner dieser Veröffentlichungen ist es bekannt, dass zumindest ein Zuganker das Batteriegehäuse durchdringt.
[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und Batterien, insbesondere Hochspannungsbatterien, auf einfache und sichere Weise an der Karosserie eines Fahrzeuges zu befestigen, wobei möglichst hohe gewichtsbezogene Energiedichten erreicht werden sollen.
[0010] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zumindest ein Zuganker das Batteriegehäuse durchdringt.
[0011] Eine besonders sichere Befestigung lässt sich erzielen, wenn jeder vorzugsweise durch eine Befestigungsschraube gebildete Zuganker mit den beiden Tragteilen, formschlüssig-und/oder kraftschlüssig verbunden, vorzugsweise verschraubt ist, wobei besonders vorzugsweise der Zuganker überwiegend innerhalb des Batteriemoduls angeordnet ist.
[0012] Zum Schutz des Batteriemoduls kann vorgesehen sein, dass zumindest einer der beiden Tragteile, vorzugsweise beide Tragteile, mit einem die Batterie umgebenden Batteriegehäuse fest verbunden ist. 1 π österreichisches Patentamt AT510 815B1 2014-06-15 [0013] Eine besonders sichere Befestigung wird ermöglicht, wenn zumindest ein Tragteil, vorzugsweise jeder Tragteil, zwischen dem Batteriemodul und dem Batteriegehäuse angeordnet ist, wobei vorzugsweise zumindest ein erster Tragteil in einem Bodenbereich des Batteriegehäuses und zumindest ein zweiter Tragteil in einem Deckenbereich der Batterie und/oder des Batteriegehäuses angeordnet ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Batteriegehäuse über zumindest eine Mutter oder einen Schraubekopf des Zugankers fest mit zumindest einem Tragteil verbunden ist.
[0014] Eine kostengünstige Befestigung lässt sich bewerkstelligen, wenn zumindest ein Tragteil durch einen langgestreckten Profilteil, vorzugsweise durch ein geschlossenes Hohlprofil, besonders vorzugsweise durch ein Strangpressprofil, vorzugsweise aus Aluminium gebildet ist. Es ist aber auch möglich, als Werkstoff für den profilierten Tragteil Kunststoff, vorzugsweise Polyamid, einzusetzen. Durch ein beispielsweise trapezförmiges Hohlprofil lässt sich eine hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht erzielen.
[0015] Das Batteriemodul ist vorteilhafterweise von der Trägerstruktur thermisch entkoppelt, wobei vorzugsweise zwischen dem Batteriemodul und dem Batteriegehäuse zumindest ein wärmeisolierender Teil, vorzugsweise ein geschäumter Teil, angeordnet ist. Eine weitere Verbesserung der thermischen Isolierung kann erzielt werden, wenn zwischen zumindest einem Tragteil und dem Batteriegehäuse und/oder zwischen dem Tragteil und dem Batteriemodul zumindest eine Dichteinrichtung angeordnet ist.
[0016] Eine sehr sichere und stabile Lagerung des Batteriemoduls kann erreicht werden, wenn die Trägerstruktur jeweils zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei, besonders vorzugsweise parallel zueinander angeordnete, erste und zweite Tragteile aufweist, wobei vorzugsweise das Batteriegehäuse im Bereich zumindest eines Tragteils, zumindest eine vorzugsweise parallel zum Tragteil verlaufende Versteifungsrippe aufweisen kann.
[0017] Zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit ist es von Vorteil, wenn das Batteriegehäuse aus zumindest zwei Gehäuseteilen besteht, welche vorzugsweise an überlappenden Flanschflächen fest miteinander verbunden, besonders vorzugsweise verklebt sind.
[0018] Eine besonders sichere Befestigung lässt sich erzielen, wenn der Tragteil und/oder die Ausnehmung ein trapezförmiges - oder keilförmiges Profil aufweist. Durch den trapez- oder keilförmigen Querschnitt kann das Batteriemodul samt dem Batteriegehäuse spielfrei mit der Trägerstruktur verbunden werden, so dass eine stabile und unfallsichere Befestigung im Fahrzeug gewährleistet ist.
[0019] Eine sichere Anbindung der Trägerstruktur an die Karosserie lässt sich erzielen, wenn zumindest ein Tragteil an zumindest einem das Batteriemodul überragenden Ende mit der Karosserie des Fahrzeuges fest verbunden, vorzugsweise verschraubt ist.
[0020] Um das Gewicht möglichst gering zu halten und um hohe gewichtsbezogene Energie-dichten zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Tragteil aus Aluminium oder Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid, besteht.
[0021] Eine besonders gute Wärmeentkopplung zwischen den Batteriemodulen und dem Batteriegehäuse bzw. der Karosserie lässt sich erreichen, wenn das Batteriemodul von der Trägerstruktur thermisch entkoppelt ist, wobei vorzugsweise zwischen dem Batteriemodul und dem Batteriegehäuse zumindest ein wärmeisolierender Teil, vorzugsweise ein geschäumter Teil, angeordnet ist.
[0022] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
[0023] Es zeigen [0024] Fig. 1 eine Batterieeinheit mit einer erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung mit entferntem Gehäuseoberteil, in einer Schrägansicht, [0025] Fig. 2 die Batterieeinheit in einem Schnitt gemäß der Linie II - II in Fig. 1, [0026] Fig. 3 die Batterieeinheit in einem Schnitt gemäß der Linie III - III in Fig. 1 und 2/7 österreichisches Patentamt AT510 815B1 2014-06-15 [0027] Fig. 4 ein Batteriemodul mit einer Befestigungseinrichtung im Detail in einer Schrägan sicht.
[0028] Fig. 1 zeigt eine Batterieeinheit 20 mit einem Batteriegehäuse 1, welches fest mit einer eine Trägerstruktur 2 aufweisenden Befestigungseinrichtung 3 verbunden ist, sowie mit einem oder mehreren Batteriemodulen 7. Die Trägerstruktur 2 weist mehrere parallel zueinander angeordnete erste Tragteile 4, 5, 6 und zweite Tragteilen 14, 15, 16 auf, welche beispielsweise durch Strangpressprofile aus Aluminium gebildet sein können. Alternativ dazu können die Tragteile 4, 5, 6; 14, 15, 16 auch aus Kunststoff, beispielsweise Polyamid, ausgeführt sein.
[0029] Innerhalb des Batteriegehäuses 1 ist zumindest ein eine Vielzahl an Batteriezellen 7' aufweisendes Batteriemodul 7 angeordnet, welches über eine Mehrzahl an durch Befestigungsschrauben 8a aufweisende Zuganker 8 direkt kraftschlüssig mit den ersten und zweiten Tragteilen 4, 5, 6; 14, 15, 16 fest verbunden ist. Die langgestreckten ersten Tragteile 4, 5, 6 sind dabei zwischen dem Batteriegehäuse 1 in dessen Bodenbereich 1 a und/oder im Bodenbereich 7a des Batteriemoduls 7 und die zweiten Tragteile 14, 15, 16 im Deckenbereich 1b, 7b des Batteriegehäuses 1 und/oder des Batteriemoduls 7 und angeordnet, wobei das Batteriegehäuse 1 im Bereich der Tragteile 4, 5, 6; 14, 15, 16 parallel zum Tragteil verlaufende Versteifungsrippen 9 aufweist.
[0030] Die zum Beispiel durch einen Gewindebolzen gebildete Befestigungsschraube 8a des Zugankers 8, deren Achse mit 8' bezeichnet ist, durchdringt den ersten Gehäuseteil 10 des Batteriegehäuses 1, einen ersten Tragteil 4, 5, 6, das Batteriemodul 7, den zweiten Tragteil 14, 15 bzw. 16 und den zweiten Gehäuseteil 11 des Batteriegehäuses 1 und weist an das Batteriemodul 7 und ist an den Enden über zumindest eine Mutter 8b verschraubt, wobei das andere Ende der Befestigungsschraube 8a einen Schraubenkopf oder eine weitere Mutter 8b' aufweisen kann. Durch den solcherart vorgespannten Zuganker 8 werden die Gehäuseteile 10,11 fest an die Tragteile 4, 5, 6; 14, 15, 16 gepresst und die Tragteile 4, 5, 6; 14, 15, 16 fest in Stapelrichtung der Batteriezellen an den Batteriemodul gedrückt. Die Befestigungsschrauben 8a sind dabei durch Bohrungen des Batteriemoduls 7 und durch Öffnungen des Batteriegehäuses 1 geführt und mit den Muttern 8b, 8b' fest verschraubt.
[0031] Zur thermischen Entkoppelung des Batteriemoduls 7 von der Trägerstruktur 2 sind zwischen jedem Tragteil 4, 5, 6; 14, 15, 16 und dem Batteriegehäuse 1 und/oder zwischen jedem Tragteil 4, 5, 6; 14, 15, 16 und dem Batteriemodul 7 Dichteinrichtungen 13 vorgesehen, welche durch O-Ringe, Silikoneinlagen, EPTM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer), oder dergleichen gebildet sein können. Die Dichtkraft entsteht durch die Verspannung der Tragteile 4, 5, 6; 14, 15, 16 zum Batteriegehäuse 1 bzw. zum Batteriemodul 7. Gegebenenfalls kann die thermische Entkoppelung noch durch Einsatz von wärmeisolierenden Material, zum Beispiel durch einen geschäumten Teil, zwischen Batteriemodul 7 und dem Batteriegehäuse 1 verbessert werden, ohne das die Anbindung an die Trägerstruktur 2 nachteilig beeinflusst wird.
[0032] Zur Erhöhung der Steifigkeit können die beiden Gehäuseteile 10, 11 an einem speziell dafür geformten Flansch miteinander verklebt sein.
[0033] Der Verbund aus Batteriemodulen 7, Trägerstruktur 2 und dem Batteriegehäuse 1 bildet zusammen eine leichte und kostengünstige tragende Struktur.
[0034] Durch die beschriebene Trägerstruktur 2 lässt sich eine hohe gewichtsbezogene Energiedichte erreichen, da der Einsatz an tragenden Metallteilen auf ein Mindestmaß reduziert werden kann. Trotzdem ist eine sichere Befestigung des relativ hohen Batteriegewichts im Fahrzeug unter den üblichen Betriebsbedingungen, insbesondere im Falle eines Crashs, gewährleistet. Die Trägerstruktur 2 ist sehr einfach und kostengünstig herzustellen und kann direkt an der Karosserie des Fahrzeuges verschraubt werden.
[0035] Ein wesentlicher Vorteil ist die gute thermische Isolation der Batteriemodule 7 nach außen, was insbesondere bei Kaltstart und Betrieb bzw. Stillstand bei heißen Temperaturen von großer Bedeutung ist. 3/7

Claims (17)

  1. österreichisches Patentamt AT510 815B1 2014-06-15 Patentansprüche 1. Befestigungseinrichtung (3) für zumindest ein Batteriemodul (7), insbesondere für zumindest ein Batteriemodul (7) eines Elektrofahrzeuges, mit einer Trägerstruktur (2) mit zumindest einem das Batteriemodul (7) untergreifenden Tragteil (4, 5, 6), wobei das Batteriemodul (7) fest mit der Trägerstruktur (2) verbunden ist wobei die Trägerstruktur (2) zumindest einen ersten und zumindest einen zweiten Tragteil (4, 5, 6; 14, 15, 16), aufweist, wobei die an unterschiedlichen Seiten des Batteriemoduls (7) angeordneten Tragteile (4, 5, 6; 14, 15, 16) durch zumindest einen Zuganker (8), vorzugsweise zumindest zwei Zuganker (8), besonders vorzugsweise zumindest drei Zuganker (8), miteinander verbunden sind, und wobei das Batteriemodul (7) in einem Batteriegehäuse (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zuganker (8) das Batteriegehäuse (1) durchdringt.
  2. 2. Befestigungseinrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zuganker (8) normal zur Stapelrichtung der Batteriezellen (7') angeordnet ist.
  3. 3. Befestigungseinrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder vorzugsweise eine Befestigungsschraube aufweisende gebildete Zuganker (8) mit dem ersten und zweiten Tragteil (4, 5, 6; 14, 15, 16) formschlüssig- und/oder kraftschlüssig verbunden, vorzugsweise verschraubt ist, wobei besonders vorzugsweise der Zuganker (8) überwiegend innerhalb des Batteriemoduls (7) angeordnet ist.
  4. 4. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Tragteile (4, 5, 6; 14,15, 16), vorzugsweise beide Tragteile (4, 5, 6; 14, 15, 16), mit dem den Batteriemodul (7) umgebenden Batteriegehäuse (1) fest verbunden ist.
  5. 5. Befestigungseinrichtung (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Tragteil (4, 5, 6; 14, 15, 16), vorzugsweise jeder Tragteil (4, 5, 6; 14, 15, 16), zwischen dem Batteriemodul (7) und dem Batteriegehäuse (1) angeordnet ist.
  6. 6. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Tragteil (4, 5, 6) in einem Bodenbereich (1a) des Batteriegehäuses (1) und zumindest ein zweiter Tragteil (14, 15, 16) in einem Deckenbereich (1b, 7b) des Batteriegehäuses (1) und/oder des Batteriemoduls (7) angeordnet ist.
  7. 7. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (1) über zumindest eine Mutter (8b) oder einen Schraubenkopf des Zugankers (8) fest mit zumindest einem Tragteil (4, 5, 6; 14,15, 16) verbunden ist.
  8. 8. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Tragteil (4, 5, 6; 14, 15, 16) durch einen langgestreckten Profilteil, vorzugsweise durch ein geschlossenes Hohlprofil, besonders vorzugsweise durch ein Strangpressprofil gebildet ist.
  9. 9. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest einem Tragteil (4, 5, 6; 14, 15, 16) und dem Batteriegehäuse (1) und/oder zwischen dem Tragteil (4, 5, 6; 14, 15, 16) und dem Batteriemodul (7) zumindest eine Dichteinrichtung (13) angeordnet ist.
  10. 10. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (2) jeweils zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei, besonders vorzugsweise parallel zueinander angeordnete, erste und zweite Tragteile (4, 5, 6; 14, 15, 16) aufweist.
  11. 11. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (1) vorzugsweise im Bereich zumindest eines Tragteils (4, 5, 6; 14, 15, 16), zumindest eine vorzugsweise parallel zum Tragteil (4, 5, 6; 14, 15, 16) verlaufende Versteifungsrippe (9) aufweist. 4/7 österreichisches Patentamt AT510 815B1 2014-06-15
  12. 12. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Tragteil (4, 5, 6; 14, 15, 16) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.
  13. 13. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Tragteil (4, 5, 6; 14, 15, 16) aus Aluminium oder Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid, besteht.
  14. 14. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Tragteil (4, 5, 6, 14, 15, 16) an zumindest einem das Batteriemodul (7) überragenden Ende mit einer Karosserie eines Fahrzeuges fest verbunden, vorzugsweise verschraubt ist.
  15. 15. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (7) von der Trägerstruktur (2) thermisch entkoppelt ist, wobei vorzugsweise zwischen dem Batteriemodul (7) und dem Batteriegehäuse (1) zumindest ein wärmeisolierender Teil, vorzugsweise ein geschäumter Teil, angeordnet ist.
  16. 16. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (1) aus zumindest zwei Gehäuseteilen (10, 11) besteht, welche vorzugsweise an überlappenden Flanschflächen eines Flansches (17) fest miteinander verbunden, besonders vorzugsweise verklebt sind.
  17. 17. Batterieeinheit (20) mit zumindest einem in einem Batteriegehäuse (1) angeordneten Batteriemodul (7), insbesondere für ein Elektrofahrzeug, mit einer Befestigungseinrichtung (3) für zumindest einen Batteriemodul (7), nach einem der Ansprüche 1 bis 16. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 5/7
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