DE102009037138A1

DE102009037138A1 - Batteriekasten

Info

Publication number: DE102009037138A1
Application number: DE102009037138A
Authority: DE
Inventors: Norbert Stötzner; Mark Berlin
Original assignee: WEBER MOTOR GmbH
Current assignee: WEBER MOTOR GmbH
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-08-01
Also published as: DE102009037138B4

Abstract

Es wird ein Batteriekasten (10), insbesondere für eine Batterie in einem Kraftfahrzeug vorgestellt. Dieser weist eine Oberschale (12) und eine Unterschale (14) sowie eine Schale (16) aus einem metallischen Material auf, die die Unterschale (14) zumindest abschnittsweise umgibt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Batteriekasten, insbesondere für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, wie bspw. eines elektrisch oder teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugs.
In Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen müssen verwendete Batterien bzw. die Zellen elektrochemischer Speicher geeignet verwahrt werden, so dass ein sicherer Betrieb gewährleistet ist.
Herkömmliche Batteriekästen bzw. Batteriegehäuse weisen eine Trennung zwischen eingebauten Funktionen und der lasttragenden Struktur auf. Dabei sind die Einzelfunktionen durch separate Bauteile bzw. Baugruppen und wieder gesonderte Verbindungen dargestellt. Der Aufbau besteht in der Regel aus einem die Zellen vollständig oder teilweise umschließenden Gehäuse und einer Kühlung bzw. Temperierung oder einfacher Belüftung. Die Anbindung an das Fahrzeug erfolgt üblicherweise über eine gesonderte und aufgrund der Anforderungen sehr massive Trägerstruktur. Bedingt durch die Vielfalt der eingesetzten Teile und die vornehmliche Verwendung metallischer Elemente weisen bekannte Lösungen ein hohes Eigengewicht auf.
Die Druckschrift US 5 390 754 beschreibt einen Batteriekasten, der zur Verwendung in einem Elektrofahrzeug geeignet ist und einen Kastenkörper und ein Verstärkungselement umfasst.
Die Druckschrift US 5 534 364 zeigt einen weiteren Batteriekasten, an dem ein Schaltkreisunterbrecher angebracht ist.
Die beiden Druckschriften beschreiben vollständig luftgekühlte Batteriesysteme, die aus vielen, jeweilige Einzelfunktionen abbildenden Elementen bestehen.
Aus der Druckschrift DE 41 16 253 C1 ist ein Batteriekasten für mehrere Zellen elektrochemischer Speicher bekannt, die baulich in Reihe hintereinander angeordnet sind. Bei diesem ist zwischen den Gehäusen benachbarter Zellen jeweils ein durch einen Abstand der Zellen zueinander gebildeter und von einem Fluid durchströmbarer Umströmungskanal angeordnet. Die Seitenwände des Batteriekastens sind im Bodenbereich mit einem treppenförmigen Sims zum gestaffelten Aufstellen der darauf jeweils mit einer ihrer Bodenseitenkante abgestellten und hintereinander angeordneten Zellen versehen.
Die Druckschrift zeigt einen integrativen Ansatz eines Batteriekastens aus Kunststoff, der die einzelnen Zellen in bestimmter Weise ausrichtet. Die Struktur wird als leicht und selbsttragend bezeichnet und umfasst durch doppelte Zwischenwände aktive Kühlkanäle. Eine Anbindung an ein Gesamtsystem und ein ausreichender Schutz im Schadensfall sowie eine elektromagnetische Abschirmung werden nicht berücksichtigt. Es liegt somit eine Einzelkomponente und kein System vor.
Bislang ist keine integrative Verbundstruktur bekannt, die neben der notwendigen Ausrichtung der Zellen ein komplettes Mikroklima für eine optimale Batterietemperierung, thermische und elektrische Isolation sowie eine elektromagnetische Abschirmung des Systems gewährleistet und zugleich einen ausreichenden Schutz im Schadensfall bietet und darüber hinaus eine deutliche Gewichtsreduktion mit sich bringt.
Der vorgestellte Batteriekasten bzw. Batterieträger dient insbesondere für eine Batterie in einem Kraftfahrzeug, wie bspw. einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Dabei weist der Batteriekasten eine Oberschale, eine Unterschale und eine Schale aus einem metallischen Material, wie bspw. ein Metallblech, auf, die die Unterschale zumindest teilweise bzw. abschnittsweise umgibt.
Die Oberschale und/oder die Unterschale ist bzw. sind aus einem Kunststoff, wie bspw. einem faserverstärktem Kunststoff, gefertigt.
Die Schale aus einem metallischen Werkstoff kann formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der Unterschale verbunden sein.
In Ausgestaltung ist die Oberschale mit einem leitenden Zusatz und/oder mit elektrisch leitenden Fasern versehen. Alternativ oder ergänzend kann die Oberschale von einem Blech zumindest teilweise umschlossen sein.
In einer weiteren Ausführung ist eine weitere Schale vorgesehen. In diesem Fall bietet es sich an, wenn die Oberschale und die Unterschale als nicht lösbare Struktur ausgebildet sind.
Der beschriebene Batteriekasten bzw. das Batteriegehäuse besteht üblicherweise aus mindestens zwei schalenförmigen Strukturelementen, der Oberschale und der Unterschale, die die Batterie vollständig umschließen und diese vor Witterungseinflüssen, Fremdspannungen sowie unvorhergesehenen Beschädigungen schützen und elektromagnetisch abschirmen.
Im Schadensfall, bspw. bei einem Zusammenstoß, hält der Batteriekasten bzw. Träger das Batteriesystem zurück und schützt es vor äußeren mechanischen Belastungen. Weiterhin verhindert dieser anschließende schädliche Wechselwirkungen mit der Umwelt, wie Überspannungen, auslaufende Flüssigkeiten und Brand.
Der vorgestellte Batteriekasten weist durch das strukturelle Trägersystem ein hohes Maß an Funktionsintegration auf. Die Formgebung des Kunststoffs wird typischerweise dem Batteriesystem angepasst, wodurch die Fixierung und Ausrichtung des Systems sowie einzelner Komponenten und Anbauelemente durch die Strukturschale ermöglicht wird. Trennelemente, wie bspw. ein Kammeraufbau, können mit dargestellt werden. Ebenso können Schnittstellen für die benötigte Peripherie, z. B. Leistungselektronik, Batterieüberwachung und die externen Anschlüsse, realisiert werden. Zudem bietet sich die Möglichkeit, die Kühlung bzw. die Kühlkanäle sowie deren Verlauf, Anbindungspunkte, Zu- und Ablauf, in den Strukturschalen, d. h. der Oberschale und der Unterschale, mit abzubilden.
Aufgrund der Isolationswirkung der verwendeten Kunststoffmatrix entsteht eine abgeschlossene klimatische Einheit, die separat temperiert werden kann und somit einen Optimalen Batteriebetrieb gewährleistet.
Die einzelnen Bauteile bzw. Bestandteile des beschriebenen Batteriekastens erfüllen unterschiedliche Funktionen. So dient die Unterschale einer Funktionsintegration, der Abbildung von Zusatzfunktionen, der thermischen Isolation des Batteriesystems, der elektrischen Isolation, der Gewichtsreduktion durch Stoff- und Strukturleichtbau, der Kraftaufnahme und Kraftübertragung im Schadensfall und der Dichtheit bzw. Leckagevermeidung. Die Oberschale wirkt entsprechend.
Die Schale aus einem metallischen Material bzw. die Blechunterschale dient der elektromagnetischen Abschirmung, ggf. der Gewichtsreduktion durch Stoff- und Strukturleichtbau, der Kraftaufnahme und Kraftübertragung im Schadensfall und der Dichtheit bzw. Leckagevermeidung.
Der elektrisch leitende Zusatz bzw. das Blech der Oberschale dient der elektromagnetischen Abschirmung und ggf. der Gewichtsreduktion durch Stoff- und Strukturleichtbau.
In einer besonderen Ausführung besteht der Batteriekasten aus der Oberschale, der Unterschale und einer dritten Schale, die die beschriebene Funktionsintegration sowie die Seitenschalen inkludiert. In diesem Fall sind die Oberschale und die Unterschale typischerweise als nicht lösbare, stoffschlüssige Struktur zur besseren Kraftübertragung in Fahrtrichtung ausgeprägt. Die dritte Schale ist dann lösbar. Das Batteriesystem wird daher seitlich in die Struktur, d. h. den Batteriekasten, eingeführt.
Der beschriebene Batteriekasten ermöglicht somit, zumindest in einigen der Ausführungen eine Integration verschiedener Funktionen, nämlich:

– Anbindung an das Fahrzeug
– elektromagnetische Abschirmung
– Temperierung
– Eigenstabilität

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine Ausführung des beschriebenen Batteriekastens.
2 zeigt mögliche weitere Ausführungen des Batteriekastens.
In 1 ist ein Batteriekasten, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet, dargestellt. Der Batteriekasten 10 besteht aus zwei schalenförmigen Strukturelementen aus faserverstärktem Kunststoff, nämlich einer Oberschale 12 und einer Unterschale 14, die im Bodenbereich 15 eine Rippenstruktur aufweist. Diese bilden die vorstehen beschriebenen Integrationsansätze ab.
Die Unterschale 14 wird zusätzlich von einer Schale 16 aus einem metallischen Material, in diesem Fall einem dünnen metallischen Blech, umschlossen. Dieses Blech ist fixiert und form- oder stoffschlüssig befestigt, verklebt, hinterpresst und/oder hinterspritzt. Die Schale 16 bietet während des Betriebs eine elektromagnetische Abschirmung und im Schadensfall eine Unterstützung der Kunststoffstruktur und eine nachträgliche Abgrenzung von der Umwelt. Zur Gewichtsreduktion ist die metallische Schale 16 bzw. das Blech so dünn wie möglich ausgeprägt. Lediglich der sich ergebende Gesamtverbund nimmt alle geforderten Kräfte auf und verhindert unkontrollierte lokale Zerstörungen, wie bspw. Risse, des Kunststoffs sowie übergroße Deformationen des Blechs und eine eventuell daraus resultierende Leckage des Gesamtsystems. Das Blech bzw. Stahlblech kann im montierten Zustand ein Karosserieteil, z. B. den Fahrzeugboden, abbilden.
Die Oberschale 12 besteht ebenfalls aus einem faserverstärktem Kunststoff mit den beschriebenen Möglichkeiten der Funktionsintegration.
In 2 sind weitere mögliche Ausführungen dargestellt. Die einzelnen Abbildungen zeigen jeweils eine Oberschale 20 und eine Unterschale 22.
2a zeigt die Oberschale 20, die mit einem leitenden Zusatz oder mit elektrisch leitenden Fasern versehen ist. Die Unterschale 22 ist von einem Blech 24 umschlossen. Die Oberschale 20 umgreift die Unterschale 22.
In 2b ist die Oberschale 20 mit einem leitfähigen Gewebe hinterpresst, hinterspritzt oder geklebt. Die Unterschale 22 ist von einem Blech 26 umgeben.
In 2c ist die Oberschale 20 ist von einem integrierten Stahlblech 28 umschlossen. Dieses ist mit dem Blech 30 der Unterschale 22 verbunden.
2d zeigt eine mögliche Verbindung der Oberschale 20 mit der Unterschale 22. Diese erfolgt vollflächig, lösbar über Form- und Kraftschluss mittels Verschraubungselementen 30, die auch das Blech 32 der Unterschale 22 mit einbeziehen.
In 2e ist die Fahrtrichtung mit Pfeil 34 verdeutlicht. Die Oberschale 20 ist flächig mit der Unterschale 22 verklebt oder verschweißt, ggf. über eine Innenstruktur. Das Batteriesystem (nicht dargestellt) wird seitlich, quer zur Fahrtrichtung mit Anschlussdeckel, Kühlung usw. eingeschoben. Es ist somit eine feste Struktur mit einfacher Demontage der Aggregatträger verwirklicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5390754 [0004]
- US 5534364 [0005]
- DE 4116253 C1 [0007]

Claims

Batteriekasten für eine Batterie, insbesondere für eine Batterie in einem Kraftfahrzeug, die aufweist eine Oberschale (12, 20), eine Unterschale (14, 22), und eine Schale (16) aus einem metallischen Material, die die Unterschale (14, 22) zumindest abschnittsweise umgibt.
Batteriekasten nach Anspruch 1, bei dem die Oberschale (12, 20) und/oder die Unterschale (14, 22) aus einem Kunststoff gefertigt ist bzw. sind.
Batteriekasten nach Anspruch 2, bei der die Oberschale (12, 20) und/oder die Unterschale (14, 22) aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist bzw. sind.
Batteriekasten einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Schale (16) aus einem metallischen Material formschlüssig mit der Unterschale (14, 22) verbunden ist.
Batteriekasten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Schale (16) aus einem metallischen Material stoffschlüssig mit der Unterschale (14, 22) verbunden ist.
Batteriekasten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Oberschale (12, 20) mit einem leitenden Zusatz versehen ist.
Batteriekasten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Oberschale (12, 20) mit elektrisch leitenden Fasern versehen ist.
Batteriekasten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Oberschale (12, 20) von einem Blech (28) zumindest teilweise umschlossen ist.
Batteriekasten nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem eine weitere Schale vorgesehen ist.
Batteriekasten nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Oberschale (12, 20) und die Unterschale (14, 22) als nicht lösbare Struktur ausgebildet sind.