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Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse zur Aufnahme einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Aus der
US 2008/0318119 A1 ist eine Batterieanordnung bekannt, welche ein Batteriegehäuse aufweist, welches aus wenigstens zwei Teilelementen aufgebaut ist. Diese Teilelemente weisen jeweils Flansche auf, über welche diese miteinander verbunden sind. Um die Anordnung elektromagnetisch verträglich auszugestalten, ist es notwendig, dass die Teilelemente des Batteriegehäuses elektrisch leitend sind. Diese werden typischerweise aus einem Stahl- oder Aluminiummaterial hergestellt. Sie müssen dementsprechend elektrisch leitend miteinander verbunden werden, was bei dem genannten Stand der Technik durch eine Vielzahl von Schrauben erfolgt, welche die beiden Flansche und zusätzlich eine Aufnahmeeinheit für die Batterieeinzelzellen miteinander verbinden. Dies ist hinsichtlich der Montage vergleichsweise aufwändig, da die einzelnen Schrauben montiert und definiert angezogen werden müssen. Außerdem müssen die Flansche eine entsprechend große Ausdehnung aufweisen, da diese trotz der zur Aufnahme der Schrauben erforderlichen Öffnungen eine ausreichend große Stabilität aufweisen müssen. Außerdem müssen sie genug Platz bereitstellen, sodass die Schrauben bei der Montage des Batteriegehäuses montierbar sind. All dies stellt einen erheblichen Nachteil dar.
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Alternative Ausgestaltungen sind prinzipiell bekannt und denkbar. So könnten die Flansche beispielsweise untereinander verklebt werden. Um die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit zu gewährleisten, müssten hierfür elektrisch leitende Kleber verwendet werden. Diese sind prinzipiell bekannt. Allerdings sind sie sehr teuer. Außerdem stellt sich das Problem, dass die elektrisch leitenden Partikel in den elektrisch leitenden Klebern und das Material der Gehäuseteile sich typischerweise sehr stark unterscheiden. Damit weisen diese Materialien im Allgemeinen auch stark unterschiedliche Elektronegativitäten auf. Kontaktkorrosion zwischen den Flanschen und dem Klebstoff ist daher zumeist nicht zu vermeiden. Dies stellt einen erheblichen Nachteil hinsichtlich der Lebensdauer des Aufbaus dar.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Batteriegehäuse anzugeben, welches diese Nachteile vermeidet, welches eine gute elektromagnetische Verträglichkeit sicherstellt, einfach und effizient montiert werden kann, und welches darüber hinaus hinsichtlich des Bauraums und des Gewichts optimiert ausgeführt ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Batteriegehäuse mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Lösung, bei welcher die Flansche zweier benachbarter Teilelemente durch elektrisch leitende, die Flansche umgreifende Klammern miteinander verbunden sind, ist besonders einfach und effizient in der Montage, da die Klammern einfach aufgeschoben werden können und nicht wie Schrauben vergleichsweise aufwändig montiert werden müssen. Außerdem gewährleisten die elektrisch leitenden Klammern eine leitende Verbindung zwischen den beiden Teilelementen des Batteriegehäuses, sodass diese elektrisch miteinander verbunden sind und damit eine Abschirmung ausbilden, welche die elektromagnetische Verträglichkeit der in dem Batteriegehäuse angeordneten Batterieeinzelzellen gegenüber der Umgebung sicherstellt.
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Die Flansche können außerdem vergleichsweise klein und einfach ausgebildet werden, da diese, nicht wie beim Stand der Technik notwendig, entsprechende Öffnungen zur Aufnahme der Schrauben aufweisen müssen. Damit lassen sie sich hinsichtlich des benötigten Bauraums und des durch die Flansche verursachten Gewichts des Batteriegehäuses optimiert ausführen.
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In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses ist es ferner vorgesehen, dass zwischen den Flanschen eine Dichtmasse angeordnet ist. Der Aufbau, bei dem die elektrisch leitenden Klammern die Flansche von außen umgreifen, ermöglicht es zwischen den Flanschen eine Dichtmasse einzusetzen, welche elektrisch nicht leitend ist. Diese isoliert dann zwar die beiden Teilelemente gegeneinander, aufgrund der elektrischen Verbindung durch die Klammern ist die elektromagnetische Verträglichkeit aber dennoch sichergestellt. Der Aufbau kann daher sehr einfach und effizient abgedichtet werden, insbesondere durch die Verwendung einer verfügbaren handelsüblichen Dichtmasse. Die Dichtmasse muss insbesondere nicht elektrisch leitend sein.
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Bei höheren mechanischen Anforderungen kann die Dichtmasse bei Bedarf auch durch einen Kleber ersetzt oder mit einem Kleber kombiniert werden. In idealer Weise liegen die einander zugewandten Oberflächen der Flansche zweier benachbarter Teilelemente dabei in einer Ebene. Die Klammern selbst können entsprechend demontiert werden, vorzugsweise nur durch ein geeignetes Werkzeug, um das unbefugte Öffnen des Batteriegehäuses zu verhindern. Um das Batteriegehäuse komplett demontieren zu können ist es dann notwendig, die Dichtmasse und/oder den Kleber zwischen den Flanschen entsprechend zu entfernen beziehungsweise zu durchtrennen, um in das Innere des Batteriegehäuses zu kommen. Wenn die Flansche gemäß der beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltung in einer Ebene ausgebildet sind, dann kann dies beispielsweise mittels eines erhitzten Drahts, welcher Dichtmasse und/oder Kleber durchtrennt, sehr einfach und effizient erfolgen, sodass eine Demontage vergleichbar einfach wie beim Einsatz von Schrauben bei den Aufbauten gemäß des Standes der Technik möglich ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann es ferner vorgesehen sein, dass die Flansche frei von Dichtnuten ausgebildet sind. Bei den Aufbauten gemäß dem Stand der Technik sind in den Flanschen häufig Dichtnuten angeordnet, um eine Dichtheit zu gewährleisten, obwohl keine Dichtmasse verwendet werden kann. Eine solche Dichtmasse würde die elektrische Verbindung zwischen den Flanschen beeinträchtigen. Der erfindungsgemäße Aufbau, welcher die elektrische Verbindung mit den die Flansche von außen umgreifende Klammern realisiert, kann eine Dichtmasse einsetzen. Die Flansche selbst können daher entsprechend einfach ausgebildet werden und es kann auf komplexe und teure Dichtnuten und dergleichen gänzlich verzichtet werden.
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Das Batteriegehäuse kann dabei aus einer Mehrzahl von derartigen Teilelementen aufgebaut werden, welche jeweils über Flansche und diese umgreifende Klammern miteinander verbunden sind. Besonders bevorzugt ist das Batteriegehäuse jedoch lediglich aus zwei schalenförmigen Teilelementen ausgebildet, welche an ihrer einzigen Montagefläche die Flansche aufweisen, sodass lediglich in einem einzigen Bereich umlaufend um das Batteriegehäuse die Montage mittels der aufgeschobenen Klammern erfolgen muss. Die beiden Teilelemente können beispielsweise tiefgezogen werden oder aus geeigneten metallischen Spritzgusselementen hergestellt sein.
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Ein derartiges Batteriegehäuse eignet sich prinzipiell für jede Art von Batterien, insbesondere ist es jedoch für Traktionsbatterien in zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen von besonderer Eignung. Dementsprechend kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses die Ausbildung der Batterieeinzelzellen jeweils in Lithium-Ionen-Technologie erfolgen, da diese Technologie eine vergleichsweise hohe Speicherdichte bei guter Performance der Batterieeinzelzellen gewährleistet, und somit für Elektro- oder Hybridfahrzeuge ideal geeignet ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses werden anhand der restlichen Unteransprüche deutlich und ergeben sich ferner aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.
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Dabei zeigen:
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1 einen Querschnitt durch ein Batteriegehäuse; und
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2 eine Vergrößerung des Bereichs II in 1.
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In der Darstellung der 1 ist eine Batterie 1 in einer schematischen Schnittdarstellung zu erkennen. Diese Batterie 1 soll in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Traktionsbatterie für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug, also ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein Brennstoffzellen-Batterie-Hybrid-Fahrzeug sein. Unter Fahrzeug kann dabei jedes Fahrzeug oder Transportmittel auf dem Land oder im Wasser verstanden werden. Die Batterie 1 soll als Hochleistungsbatterie beziehungsweise Hochvoltbatterie ausgebildet sein. Sie umfasst einen Stapel von mehreren hier beispielsweise prismatisch ausgebildeten Batterieeinzelzellen 2, welche jeweils in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet sein sollen. Beispielhaft ist auf dem Stapel der Batterieeinzelzellen 2 ein Elektronikmodul 3 angedeutet. Eine typischerweise auch vorhandene Kühlung ist hier nicht dargestellt, diese soll jedoch vorhanden sein.
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Der Stapel aus der Vielzahl der Batterieeinzelzellen 2 ist von einem Batteriegehäuse 4 umgeben, welches in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Teilelementen 5, 6 aufgebaut ist. Diese Teilelemente 5, 6 sind in sich schalenförmig geschlossen und können gegebenenfalls Durchführungen für elektrische Leitungen, Kühlmittelanschlüsse oder dergleichen aufweisen. Die beiden schalenförmigen Teilelemente 5, 6 des Batteriegehäuses 4 sind aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus Aluminiumdruckguss, aus tiefgezogenem Stahlblech oder ähnlichem hergestellt. Sie erfüllen neben dem mechanischen Schutz für den Stapel der Batterieeinzelzellen 2 durch das Batteriegehäuse 4 außerdem die Aufgabe der Abschirmung, um die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Batterie 1 sicherzustellen.
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Die beiden Teilelemente 5, 6 des Batteriegehäuses 4 sind dabei entlang eines Flanschs 7 beziehungsweise 8 an den jeweiligen Teilelementen 5, 6 miteinander verbunden. Dies ist in der vergrößerten Darstellung der 2 besser zu erkennen. Die beiden Flansche 7, 8 der Teilelemente 5, 6 werden über Klammern 9 gegeneinander gepresst und so mechanisch miteinander verbunden. Die Klammern 9 sind außerdem elektrisch leitend ausgebildet und stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Flanschen 7, 8 und damit zwischen den Teilelementen 5, 6 des Gehäuses sicher. Um eine Abdichtung des Batteriegehäuses 4 zuverlässig zu gewährleisten, kann zwischen den beiden Flanschen 7, 8 eine Dichtmasse 10 eingebracht werden, welche in der Darstellung der 2 beispielhaft angedeutet ist. Eine solche Dichtmasse kann die Abdichtung der Flansche 7, 8 und damit der Teilelemente 5, 6 des Batteriegehäuses 4 gegeneinander deutlich verbessern, ohne dass hierfür aufwändige Dichtnuten oder dergleichen im Bereich der Flansche 7, 8 notwendig wären. Da die Dichtmasse 10 typischerweise eine elektrische Isolierung darstellt, ist dies bei Aufbauten gemäß dem Stand der Technik sehr aufwändig. Durch die elektrisch leitenden Klammern 9 ist dies bei dem erfindungsgemäßen Aufbau des Batteriegehäuses 4 jedoch vollkommen unkritisch, da die elektrische Kontaktierung der Teilelemente 5, 6 über die aufgeschobenen Klammern 9 realisiert wird. Die elektrische Isolierung durch die zwischen die Flansche 7, 8 eingebrachte Dichtmasse 10 ist damit unkritisch.
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Bei der Montage kann die Dichtmasse 10 sehr einfach auf einen der Flansche 7, 8 aufgebracht werden, bevor die Teilelemente 5, 6 aufeinandergesetzt und über mehrere über den Umfang des Batteriegehäuses 4 verteilte Klammern 9 miteinander verbunden werden. Die Klammern 9 stellen dann die mechanische Verbindung und die Abdichtung sicher und gewährleisten außerdem eine elektrische Kontaktierung der beiden Teilelemente 5, 6 des Batteriegehäuses 4 miteinander.
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Die Klammern 9 können insbesondere so ausgebildet werden, dass diese nur mit einem Spezialwerkzeug aufgesteckt und wieder entfernt werden können. Dadurch wird verhindert, dass Personen, welche dieses Spezialwerkzeug nicht haben, das Batteriegehäuse 4 öffnen. Der unbefugte Zugriff auf die Batterie 1 lässt sich somit deutlich erschweren. Dem mit dem geeigneten Werkzeug ausgestatteten Fachpersonal ist eine Demontage der Teilelemente 5, 6 des Batteriegehäuses 4 jedoch problemlos möglich, sodass zu Wartungsarbeiten die Batterieeinzelzellen 2 leicht zugänglich sind.
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Um die Festigkeit zu erhöhen ist es selbstverständlich auch denkbar, alternativ oder ergänzend zu dem Dichtmaterial 10 an derselben Stelle einen Klebstoff einzusetzen. Dieser kann bei der Montage vergleichbar aufgetragen werden. Durch die Fixierung der Flansche 7, 8 durch die Klammern 9 gegeneinander kann auf spezielle Vorrichtungen zum Aushärten des Klebers verzichtet werden, da bei nur geringer mechanischer Belastung des Batteriegehäuses 4 die Klammern in jedem Fall ausreichen, um die Flansche bis zur Aushärtung des Klebers in Position zu halten.
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Um trotz des Klebers eine Demontage der Teilelemente 5, 6 des Batteriegehäuses 4 problemlos gewährleisten zu können ist es sinnvoll, die einander zugewandten Oberflächen der Flansche 7, 8 in einer Ebene anzuordnen. Dann kann mittels eines thermisch beheizten Drahts, beispielsweise eines elektrisch beheizten Widerstandsdrahts, welcher in diese Ebene eingeführt und zwischen den Flanschen 7, 8 hindurchgezogen wird, der Kleber aufgelöst beziehungsweise thermisch zersetzt werden, sodass die Teilelemente 5, 6 problemlos demontiert werden können, nachdem die Klammern 9 entfernt worden sind. Um das Batteriegehäuse 4 wieder zu montieren, kann wie bei der ursprünglich vorgesehenen Montage verfahren werden und ein Abdichten beziehungsweise Verkleben der Teilelemente 5, 6 mit anschließendem seitlichem Aufschieben der Klammern 9 kann die Montage zu einem dichten und elektrisch verbundenen Batteriegehäuse 4 problemlos gewährleisten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/0318119 A1 [0002]
