DE102008034861A1

DE102008034861A1 - Mehrteiliges Batteriegehäuse

Info

Publication number: DE102008034861A1
Application number: DE200810034861
Authority: DE
Inventors: Norbert Bachmann; Rainer Dr. Kaufmann; Jens Dr. Ing. Meintschel; Martin Righi; Dirk Dipl.-Ing. Dr. Schröter
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-07-26
Filing date: 2008-07-26
Publication date: 2009-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Batterie, insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend ein erstes Gehäuseteil (1) mit einem ersten Rand (1.1) und ein zweites Gehäuseteil (2) mit einem zweiten Rand (2.1). Erfindungsgemäß ist an dem ersten Rand (1.1) und/oder an dem zweiten Rand (2.1) eine Ausnehmung (9) zur Aufnahme eines Adapterelementes (11) einer Durchführung angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Batterie, insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend ein erstes Gehäuseteil mit einem ersten Rand und ein zweites Gehäuseteil mit einem zweiten Rand.
Eine Batterie zur Anwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen mit einem Hybridantrieb oder Brennstoffzellen-Fahrzeugen, weist üblicherweise mehrere elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltete Batteriezellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, sowie eine Elektronikeinrichtung auf.
Die Batteriezellen müssen gekühlt werden, um die entstehende Verlustwärme abzuführen. Dazu wird in der Regel eine indirekte Kühlung durch einen Kühlmittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage oder eine direkte Kühlung mittels vorgekühlter Luft, die zwischen die Zellen geleitet wird, eingesetzt. Bei aus Bauraumgründen vorzugsweise verwendeter Kühlung mit einem Klimamittel wird dieses durch eine mit Kanälen versehene Verdampferplatte geleitet, wo es gespeicherte Wärme abgibt. In der Batterie wird das Klimamittel durch kopfseitig und/oder fußseitig der Batteriezellen angeordnete Kühlplatten geleitet, die mittels Vergussmasse oder mittels Wärmeleitfolie mit den Batteriezellen verbunden sind. In Achsrichtung der Batteriezellen wird die Wärme entweder über Bauraum sparend partiell verdickte metallische Wandungen der Batteriezellen oder über separate Kühlstäbe zu den Kühlplatten geleitet.
Derartige Batterien, insbesondere Hochvoltbatterien, die auch als HV-Batterien bezeichnet werden, weisen üblicherweise ein geschlossenes, in der Regel metallisches Gehäuse zum Schutz vor eindringendem Wasser oder Staub auf, das meist mehrteilig ist und ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil aufweist.
Für erforderliche Durchführungen durch derartige Gehäuse, beispielsweise für Klima- oder Kühlmittel, HV-Strom oder elektrische Leitungen zur Batteriesteuerung, für das Bordnetz oder für auch als CAN bezeichnete Datenbussysteme sind in Wandungsbereichen dieser Gehäuse Öffnungen, insbesondere Durchbrüche oder Bohrungen, angeordnet.
Bei der Montage einer Durchführung durch ein herkömmliches Gehäuse einer Batterie muss bei der Herstellung der Batterie zunächst von der Innenseite der Batterie oder des Gehäuses das durchzuführende System mit einem zu verbindenden Ende zur Innenseite des Gehäuses an die Stelle der für die jeweilige Durchführung vorgesehene Öffnung geführt werden. Anschließend wird das mit dem von innen herangeführten Ende des durchzuführenden Systems korrespondierende Gegenstück des durchzuführenden, zu verbindenden Systems, beispielsweise ein Anschlussteil oder ein Geräteteil eines Steckers, von der Außenseite durch die Öffnung geschoben oder gesteckt und mit dem von innen herangeführten Ende verbunden.
Nachteilig ist bei den bekannten Gehäusen, dass die Anordnung und die Montage von Durchführungen sehr aufwändig und damit teuer sind. Besonders nachteilig ist dabei, dass ein derartiger Montageprozess schlecht automatisierbar ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Gehäuse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gehäuse mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Gehäuse für eine Batterie, insbesondere für ein Fahrzeug, weist ein erstes Gehäuseteil mit einem ersten Rand und ein zweites Gehäuseteil mit einem zweiten Rand auf. Erfindungsgemäß ist an dem ersten Rand und/oder an dem zweiten Rand eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Adapterelementes einer Durchführung angeordnet. Als Adapterelement ist dabei ein Element eines durchzuführenden Systems, beispielsweise für ein Klima- oder Kühlmittel, für HV-Strom oder für elektrische Leitungen zur Batteriesteuerung, Bordnetz CAN, dessen Querschnittsform mit der Form der durch die Ausnehmung oder Ausnehmungen gebildeten Öffnung korrespondiert, zu verstehen.
Durch die Anordnung einer Ausnehmung am Rand des Gehäuseteils kann ein mit der Form dieser Ausnehmung korrespondierendes Adapterelement für ein durchzuführendes System, das heißt für ein durch das Gehäuse zu führendes System, einfach und insbesondere automatisierbar in die Ausnehmung eingelegt werden. Durch das Aufsetzen des zweiten Gehäuseteils auf das erste Gehäuseteil wird das Gehäuse geschlossen. Dadurch, dass die Querschnittsform des Adapterelementes mit der Form der Ausnehmung korrespondiert, ist das Gehäuse allein durch das Aufsetzen des zweiten Gehäuseteils auf das erste Gehäuseteil abgedichtet. Gemäß einer besonderen Ausbildung korrespondiert die Querschnittsform des Adapterelementes mit der Form einer Öffnung, die durch eine erste Ausnehmung an dem ersten Rand des ersten Gehäuseteils und einer korrespondierenden Ausnehmung an dem zweiten Rand des zweiten Gehäuseteils bildbar ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Ausnehmung konkav, also nach unten verjüngend, ausgestaltet und/oder im Wesentlichen polygonal berandet ist, also zumindest bereichsweise gerade berandet ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Dichtung zwischen einer Ausnehmung und dem korrespondierenden Adapterelement anbringbar ist. Dadurch ist bei einfacher Montierbarkeit des Gehäuses die Durchführung auf einfache Weise dicht herstellbar. Bevorzugt ist die Dichtung mit einer außenseitig umlaufenden Nut, die mit einer Wandung des ersten Gehäuseteils und/oder einer Wandung des zweiten Gehäuseteils korrespondiert, versehen, so dass das Adapterelement mit der Dichtung besonders einfach in eine Ausnehmung steckbar ist.
Vorzugsweise sind die Gehäuseteile auf einfache Weise kraftschlüssig, insbesondere durch Verspannung mit Schrauben, mittels Spannbänder oder Nieten, oder stoffschlüssig, zum Beispiel durch Verklebung, oder formschlüssig, zum Beispiel durch Umbördelung, miteinander verbindbar oder verbunden.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine erste perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses,
2 eine zugehörige zweite perspektivische Ansicht,
3 eine zugehörige dritte perspektivische Ansicht in Explosionsdarstellung,
4 eine zugehörige vierte perspektivische Ansicht in Explosionsdarstellung,
5 eine perspektivische Ansicht eines ersten Adapterelementes,
6 eine zugehörige perspektivische Ansicht mit einem Gehäuseteil,
7 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Adapterelementes,
8 eine zugehörige perspektivische Ansicht mit Gehäuseteil und
9 eine Schnittdarstellung einer Batterie mit erfindungsgemäßem Gehäuse.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein geschlossenes Gehäuse einer elektrischen Batterie, das aus einem unteren ersten Gehäuseteil 1 und einem oberen, als Deckel ausgebildeten, zweiten Gehäuseteil 2 gebildet ist. Das erste Gehäuseteil 1 weist einen oberen ersten Rand 1.1 auf, der in einer Ebene verläuft; das zweite Gehäuseteil 2 weist einen ebenfalls in einer Ebene verlaufenden unteren zweiten Rand 2.1 auf, der in seinem Verlauf mit dem ersten Rand 1.1 korrespondiert. An der rechts dargestellten Seitenwand ist ein HV-Stecker 3 dargestellt, wobei die zugehörige elektrische HV-Leitung erfindungsgemäß, jedoch nicht gesondert dargestellt, durch das Gehäuse nach außen geführt ist. Der HV-Stecker 3 dient der späteren Verbindung mit einer hier nicht gezeigten elektrischen Leitung.
2 zeigt die zu 1 gehörende Rückansicht. An der hier frontal gezeigten Stirnseite des Gehäuses ist ein Kühlmittelanschluss 4 gezeigt, wobei die zugehörige Kühlmittelleitung erfindungsgemäß durch das Gehäuse nach außen geführt ist. Der Kühlmittelanschluss 4 dient der späteren Verbindung mit einem Vorlauf und einem Rücklauf einer nicht dargestellten Kühlmittelleitung.
3 zeigt die in 1 und 2 dargestellte Batterie in Explosionsdarstellung von drei Elementen, nämlich dem unteren, ersten Gehäuseteil 1, einer Gruppe weiterer vormontierter Bauteile und dem oberen, zweiten Gehäuseteil 2. An dem ersten Gehäuseteil 1 sind innenseitig vertikale Bohrungen 1.2 angeordnet, in denen hier nicht gezeigte Schrauben zur Verbindung des ersten Gehäuseteils 1 mit dem zweiten Gehäuseteil 2 einsetzbar sind. Im Gehäuse ist eine Vielzahl miteinander verbundener Batteriezellen 5 mit partiell am Umfang aufgedickten Zellbechern angeordnet. An der Oberseite der Batteriezellen 5 befindet sich eine Kühlplatte 6. Die Elektronik der Batterie ist aus Bauraumgründen zweiteilig ausgeführt, und zwar als eine oben angeordnete erste Elektronikeinrichtung 7 zur Zellspannungsüberwachung mit einer Balance-Funktion und eine stirnseitig, hier rechts dargestellte, zweite Elektronikeinrichtung 8 mit einem Batterie-Management-System.
An der rechts dargestellten Stirnseite der Wandung des ersten Gehäuseteils 1 und des zweiten Gehäuseteils 2 sind jeweils korrespondierende Ausnehmungen 9 erfindungsgemäß angeordnet. Im zusammengebauten Zustand des Gehäuses korrespondiert die Form der von den genannten beiden Ausnehmungen 9 gebildeten Öffnung mit den Abmessungen der für diese Stelle vorgesehenen HV-Durchführung. Die genannten Ausnehmungen 9 sind konkav und abschnittsweise gerade berandet, wobei zwischen den jeweils drei geraden Abschnitten der Berandung Ausrundungen angeordnet sind.
An der links dargestellten Stirnseite der Wandung des ersten Gehäuseteils 1 ist eine Ausnehmungen 9 erfindungsgemäß angeordnet. Der mit dieser Ausnehmung 9 korrespondierende zweite Rand 2.1 ist durchgängig gerade, also ohne eine Ausnehmung ausgebildet. Im zusammengebauten Zustand des Gehäuses korrespondiert die Form der unteren Ausnehmung 9 mit den Abmessungen der für diese Stelle vorgesehenen Durchführung für den Kühlmittelanschluss 4.
Zur Montage der Batterie wird die hier dargestellte vormontierte Einheit, die die Batteriezellen 5 mit der Kühlplatte 6, der ersten Elektronikeinrichtung 7, der zweiten Elektronikeinrichtung 8, dem HV-Stecker 3 und dem Kühlmittelanschluss 4 umfasst, in das untere erste Gehäuseteil 1 abgesenkt und dort befestigt oder zumindest vorläufig fixiert. Anschließend wird das zweite Gehäuseteil 2 aufgesetzt. Dabei werden in den Bereichen der Durchführungen respektive im Bereich des HV-Steckers 3 und des Kühlmittelanschlusses 4 Dichtungen 10 zunächst eingeführt und beim Verspannen der Gehäuseteile 1,2 in die durch die Ausnehmungen 9 gebildeten Öffnungen gepresst.
Die im zusammengebauten Zustand des Gehäuses von zwei Ausnehmungen 9 jeweils des ersten Gehäuseteils 1 und des zweiten Gehäuseteils 2 gebildete Öffnung ist besonders für runde oder ovale Konturen einer Durchführung geeignet. Die im zusammengebauten Zustand des Gehäuses von einer Ausnehmung 9 des ersten Gehäuseteils 1 gebildete Öffnung ist besonders für rechteckige Konturen einer Durchführung geeignet.
4 zeigt die Rückansicht der in 3 dargestellten Batterie in Explosionsdarstellung von drei Elementen, dem unteren, ersten Gehäuseteil 1, der Gruppe weiterer vormontierter Bauteile und dem oberen, zweiten Gehäuseteil 2. An der vorn dargestellten Stirnseite der Wandung des ersten Gehäuseteils 1 ist die Ausnehmungen 9 angeordnet. Der mit dieser Ausnehmung 9 korrespondierende zweite Rand 2.1 ist durchgängig gerade. Im zusammengebauten Zustand des Gehäuses korrespondiert die Form der unteren Ausnehmung 9 mit den Abmessungen der für diese Stelle vorgesehenen Durchführung für den Kühlmittelanschluss 4 mit zugehöriger Dichtung 10.
5a zeigt den HV-Stecker 3 mit zugehöriger Dichtung 10, die auf einem Adapterelement 11 angeordnet ist, das Bestandteil des HV-Steckers 3 ist.
5b zeigt den HV-Stecker 3 mit dem Adapterelement 11 ohne zugehörige Dichtung 10. Das Adapterelement 11 ist nahezu oval ausgebildet und weist an seinem Umfang sechs ebene Abschnitte mit dazwischen liegenden Ausrundungen auf.
5c zeigt die separate, elastische Dichtung 10, die auf das Adapterelement 11 aufschiebbar ist. An der Außenseite der Dichtung 10 ist eine umlaufende Nut 10.1 angeordnet, deren Breite geringfügig kleiner ist als die Dicke der korrespondierenden Wandung des hier nicht gezeigten Gehäuses, so dass die Dichtung 10 in eine hier nicht gezeigte Öffnung einpressbar ist.
6 zeigt den in den vorherigen Figuren erläuterten HV-Stecker 3 mit zugehöriger Dichtung 10, die auf das Adapterelement 11 aufgesteckt ist, in in das untere erste Gehäuseteil 1 eingesteckter Lage.
7a zeigt den Kühlmittelanschluss 4 mit zugehöriger Dichtung 10, die auf einem Adapterelement 11 angeordnet ist, das Bestandteil des Kühlmittelanschlusses 4 ist.
7b zeigt den Kühlmittelanschluss 4 mit dem Adapterelement 11 ohne zugehörige Dichtung 10. Das Adapterelement 11 ist nahezu rechteckig ausgebildet und weist an seinem Umfang vier ebene Abschnitte mit dazwischen liegenden Ausrundungen auf.
7c zeigt die separate, elastische Dichtung 10, die auf das Adapterelement 11 aufschiebbar ist. An der Außenseite der Dichtung 10 ist eine umlaufende Nut 10.1 angeordnet, deren Breite geringfügig kleiner ist als die Dicke der korrespondierenden Wandung des hier nicht gezeigten Gehäuses, so dass die Dichtung 10 in eine hier nicht gezeigte Öffnung einpressbar ist.
8 zeigt den in den vorherigen Figuren erläuterten Kühlmittelanschluss 4 mit zugehöriger Dichtung 10, die auf das Adapterelement 11 aufgesteckt ist, in in das untere erste Gehäuseteil 1 eingesteckter Lage. Auf das untere Gehäuseteil 1 ist die Kühlplatte 6 aufgelegt.
9 zeigt eine Schnittdarstellung der vollständig montierten, in 1 und 2 gezeigten Batterie mit den Batteriezellen 5, der Kühlplatte 6, der ersten Elektronikeinrichtung 7, der zweiten Elektronikeinrichtung 8, dem HV-Stecker 3 mit zugehöriger Dichtung 10 und dem Kühlmittelanschluss 4, ebenfalls mit einer zugehörigen Dichtung 10. An der linken Wandung und an der rechten Wandung des Gehäuses ist im Bereich der durch die Ausnehmungen 9 gebildeten Öffnungen in den Wandungen mittels einer Strichlinie die Lage einer Trennebene zwischen dem unteren ersten Gehäuseteil 1 und dem aufgesetzten oberen Gehäuseteil 2 dargestellt. Analog zu den Darstellungen der vorhergehenden Figuren ist dabei erkennbar, dass die links dargestellte Öffnung allein durch eine im ersten Gehäuseteil 1 angeordnete Ausnehmung 9 gebildet ist, während die rechts dargestellte Öffnung durch eine im ersten Gehäuseteil 1 und eine korrespondierende, im zweiten Gehäuseteil 2 angeordnete Ausnehmung 9 gebildet ist.

1: erstes Gehäuseteil
1.1: erster Rand
1.2: Bohrung
2: zweites Gehäuseteil
2.1: zweiter Rand
3: HV-Stecker
4: Kühlmittelanschluss
5: Batteriezelle
6: Kühlplatte
7: erste Elektronikeinrichtung
8: zweite Elektronikeinrichtung
9: Ausnehmung
10: Dichtung
10.1: Nut
11: Adapterelement

Claims

Gehäuse für eine Batterie, insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend ein erstes Gehäuseteil (1) mit einem ersten Rand (1.1) und ein zweites Gehäuseteil (2) mit einem zweiten Rand (2.1) dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Rand (1.1) und/oder an dem zweiten Rand (2.1) eine Ausnehmung (9) zur Aufnahme eines Adapterelementes (11) einer Durchführung angeordnet ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausnehmung (9) zur ein Adapterelement (11) einer Durchführung für Kühlmedium oder ein Adapterelement (11) einer Stromdurchführung anbringbar ist angeordnet ist, wobei die geometrische Form des Umfangs des Adapterelements (11) einerseits entweder mit der Form der Ausnehmung (9) an dem ersten Rand (1.1) oder an dem zweiten Rand (2.1) andererseits oder mit der Form der Ausnehmung (9) korrespondiert, die durch eine erste Ausnehmung (9) an dem ersten Rand (1.1) und eine zugehörige zweite Ausnehmung (9) am zweiten Rand (2.1) korrespondiert.
Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (9) konkav und/oder im Wesentlichen polygonal berandet ist.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (9) zumindest abschnittsweise vertikale Seitenränder aufweist.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (9) Ausrundungen in den Ecken aufweist.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (10) zwischen einer Ausnehmung (9) und einem korrespondierenden Adapterelement (11) anbringbar ist.
Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (10) mit einer außenseitig umlaufenden Nut (10.1), die mit einer Wandung des ersten Gehäuseteils (1) und/oder einer Wandung des zweiten Gehäuseteils (2) korrespondiert, versehen ist.
Gehäuse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (10) als separates, auf ein Adapterelement (11) aufschiebbares Bauteil oder als auf das Adapterelement (11) aufgespritztes Bauteil ausgebildet ist.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein drittes Gehäuseteil mit einem dritten Rand, an dem eine Ausnehmung (9) zur Aufnahme des Adapterelementes einer Durchführung angeordnet ist.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (1, 2) kraftschlüssig oder stoffschlüssig oder formschlüssig miteinander verbindbar oder verbunden sind.