DE102013013752B4 - Hochvoltbatterie für einen elektrischen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Herstellen einer Hochvoltbatterie - Google Patents

Hochvoltbatterie für einen elektrischen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Herstellen einer Hochvoltbatterie Download PDF

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Abstract

Hochvoltbatterie (10) für einen elektrischen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Batteriegehäuse (12), in welchem mehrere von jeweiligen Zellgehäusen (14) umgebene Batteriezellen (16) angeordnet sind, wobeijedes der Zellgehäuse (14) für sich in einer wasserdichten Einhausung (18) angeordnet ist, welche einen ersten Behälterteil (20) und einen zweiten Behälterteil (22) umfasst,dadurch gekennzeichnet, dassdie Behälterteile (20, 21) mittels zumindest einem Dichtelement (24) formschlüssig und zerstörungsfrei voneinander lösbar miteinander verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie für einen elektrischen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Hochvoltbatterie der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Art.
  • Die US 5411818 A zeigt eine Hochvoltbatterie für einen elektrischen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs, welche ein Batteriegehäuse umfasst, in welchem mehrere von jeweiligen Zellgehäusen umgebene Batteriezellen angeordnet sind.
  • Die DE 10 2009 005 124 A1 , die DE 10 2010 012 928 A1 sowie die DE 10 2008 010 824 A1 zeigen ebenfalls Hochvoltbatterien für elektrische Fahrantriebe von Kraftfahrzeugen.
  • Ein Problem bei derartigen Hochvoltbatterien besteht darin, die Zellgehäuse der jeweiligen Batterien selbst vor Korrosion zu schützen. Üblicherweise wird dafür ein entsprechendes Batteriegehäuse, welches die Zellgehäuse umgibt, abgedichtet. Derartige Batteriegehäuse sind normalerweise verhältnismäßig groß, wodurch es relativ schwierig sein kann, diese prozesssicher und insbesondere für die gesamte Lebensdauer der Hochvoltbatterie abzudichten.
  • Die US 2005/0069759 A1 zeigt eine Batterie für einen elektrischen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Batteriegehäuse, in welchem mehrere Batteriezellen angeordnet sind. Die Batteriezellen selbst sind von zwei Laminatschichten umschlossen, wobei die Laminatschichten jeweils eine thermoplastische Schicht aufweisen, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  • Die DE 196 07 970 A1 zeigt ein Batteriepack, welches eine obere und eine untere Gehäusehälfte aufweist, die miteinander verbunden sind. Die obere Gehäusehälfte umfasst eine elastische Gummidichtung, die einstückig in die obere Gehäusehälfte eingeformt ist.
  • Die DE 10 2010 034 543 A1 zeigt eine elektrochemische Zelle, die einen Elektrodenstapel und zwei mit diesen verbundene Stromableiter umfasst, wobei eine Umhüllung den Elektrodenstapel zumindest teilweise umhüllt.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Korrosionsschutz für Zellgehäuse von Hochvoltbatterien bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Hochvoltbatterie sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer Hochvoltbatterie mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie für einen elektrischen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs umfasst ein Batteriegehäuse, in welchem mehrere von jeweiligen Zellgehäusen umgebene Batteriezellen angeordnet sind. Um einen verbesserten Korrosionsschutz der jeweiligen Zellgehäuse zu ermöglichen, ist es bei der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie vorgesehen, dass jedes der Zellgehäuse für sich in einer wasserdichten Einhausung angeordnet ist, welche einen ersten Behälterteil und einen zweiten Behälterteil umfasst, die mittels zumindest eines Dichtelements formschlüssig und zerstörungsfrei voneinander lösbar miteinander verbunden sind.
  • Die beiden Behälterteile sind dabei gerade nicht stoffschlüssig miteinander verbunden, so dass, falls notwendig, die jeweiligen Einhausungen zerstörungsfrei geöffnet werden können, indem das jeweilige erste Behälterteil von dem jeweiligen zweiten Behälterteil getrennt wird. Es erfolgt also gerade kein Verkleben oder anderweitiges stoffschlüssiges Fügen der Behälterteile, wodurch das miteinender Verbinden der Behälterteile besonders prozesssicher erfolgen kann.
  • Die jeweiligen ersten und zweiten Behälterteile sind also erfindungsgemäß zerstörungsfrei voneinander lösbar miteinander verbunden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung geht es also gerade nicht darum, die Zellgehäuse der Batteriezellen selbst abzudichten, so dass kein Elektrolyt von einer Batteriezelle in die andere gelangen kann. Im vorliegenden Fall wird vielmehr davon ausgegangen, dass die Zellgehäuse selbst dicht sind und es geht vielmehr darum, die Zellgehäuse selbst vor Korrosion zu schützen. Dadurch, dass die Zellgehäuse erfindungsgemäß in einer wasserdichten Einhausung angeordnet sind, bestehen wesentlich geringere Anforderungen an die Abdichtung des Batteriegehäuses selbst. Das Batteriegehäuse selbst ist nämlich im Gegensatz zu den jeweiligen Zellgehäusen von seinen Abmessungen her wesentlich größer, so dass die Abdichtung durch die erfindungsgemäßen Einhausungen wesentlich einfacher und zuverlässiger bewerkstelligt werden kann.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Dichtelemente aus Gummi oder einem Schaumstoff ausgebildet sind. Dadurch können die jeweils ersten Behälterteile und die jeweils zweiten Behälterteile auf besonders zuverlässige und dichte Weise formschlüssig miteinander verbunden werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Dichtelemente jeweilige Dichtlippen aufweisen, mittels welchen die formschlüssige Verbindung hergestellt wird. Durch das Vorsehen entsprechender Dichtlippen wird auf besonders effektive Weise ein wasserdichter Formschluss erzielt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Einhausung aus einem Kunststoff ausgebildet ist. Dadurch kann die Einhausung selbst nicht rosten, so dass eine dauerhafte und zuverlässige wasserdichte Einhausung für die jeweiligen Zellgehäuse bereitgestellt werden kann. Die jeweiligen ersten und zweiten Behälterhälften sowie die Dichtelemente sind also vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet. Alternativ ist es auch möglich, dass die Einhausung beispielsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff oder aus anderen Materialien ausgebildet ist, so lange diese korrosionsbeständig sind.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass entweder an den ersten Behälterteil oder an den zweiten Behälterteil jeweilige Dichtelemente angeordnet sind, welche formschlüssig mit einem korrespondierenden Verbindungsbereich des ersten oder zweiten Behälterteils verbunden sind. Somit müssen insgesamt relativ wenige Dichtelemente vorgesehen werden, um die wasserdichten Einhausungen mit den formschlüssig miteinander verbundenen Behälterteilen bereitstellen zu können.
  • Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass an den ersten Behälterteil und an den zweiten Behälterteil jeweilige Dichtelemente angeordnet sind, welche formschlüssig miteinander verbunden sind. Somit wird der jeweilige Formschluss zwischen den jeweils korrespondierenden Dichtelementen hergestellt, wodurch eine besonders wasserdichte Einhausung bereitgestellt werden kann.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Einhausungen undurchlässig für Wasserdampf sind. Wasserdampfmoleküle sind wesentlich kleiner als Wassermoleküle, so dass durch die undurchlässig für Wasserdampf ausgebildeten Einhausungen erst gar kein Wasserdampf in die Einhausungen eindringen und anschließend in den Einhausungen kondensieren kann. Dadurch wird ein besonders zuverlässiger Korrosionsschutz für die jeweiligen Zellgehäuse ermöglicht.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Dichtelemente an die entsprechenden Behälterteile angespritzt sind. Dadurch sind die Behälterteile mit den jeweiligen Dichtelementen einstückig ausgebildet, wodurch ein Eindringen von Wasser oder auch von Wasserdampf in die Einhausung besonders sicher verhindert werden kann. Zudem können die entsprechenden Behälterteile, insbesondere wenn diese aus einem Kunststoff hergestellt sind, in einem einzigen Arbeitsschritt gemeinsam mit den Dichtelementen als Spritzgussteile ausgebildet werden, wodurch die Behälterteile sehr schnell und kostengünstig herstellbar sind.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Behälterteile wannenförmig ausgebildet sind und die Zellen jeweils in einem durch die korrespondierenden Behälterteile ausgebildeten Hohlraum aufgenommen sind.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass paarweise jeweils eines der ersten Behälterteile mit seiner Rückseite an jeweils einer Rückseite von einem der zweiten Behälterteile angeordnet ist, wobei jeweilige Behälterteilhohlräume, in welchen die Zellgehäuse teilweise aufgenommen sind, voneinander abgekehrt ausgerichtet sind. Vorzugsweise können die jeweils paarweise aneinander angeordneten ersten und zweiten Behälterteile einstückig ausgebildet sein, was zum einen die Herstellung dieser Behälterteile erleichtert und zum anderen die Abdichtung der jeweiligen Zellgehäuse nochmals verbessert.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Hochvoltbatterie für einen elektrischen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs werden mehrere von jeweiligen Zellgehäusen umgebende Batteriezellen in einem Batteriegehäuse angeordnet, wobei sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnet, dass jedes der Zellgehäuse für sich in einer wasserdichten Einhausung angeordnet wird, welche aus einem ersten Behälterteil und einem zweiten Behälterteil hergestellt wird, die mittels zumindest einem Dichtelement formschlüssig und zerstörungsfrei voneinander lösbar miteinander verbunden werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie sind dabei als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Hochvoltbatterie für einen elektrischen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs, welche ein Batteriegehäuse umfasst, in welchem mehrere von jeweiligen Zellgehäusen umgebene Batteriezellen angeordnet sind, die wiederum in jeweiligen Einhausungen angeordnet sind;
    • 2 eine schematische Perspektivansicht auf ein Behälterteil, aus welchem die Einhausungen ausgebildet werden;
    • 3 eine schematische Seitenansicht auf zwei Behälterteile, welche aneinander angeordnet sind, wobei an einem der Behälterteile ein Dichtelement angeordnet ist;
    • 4 eine alternative Ausführungsform von zwei aneinander angeordneten Behälterteilen, wobei an den beiden Behälterteilen ein jeweiliges Dichtelement angeordnet ist; und in
    • 5 eine schematische Seitenansicht auf eine alternative Ausführungsform einer Hochvoltbatterie während ihrer Herstellung, wobei in diesem Fall das Batteriegehäuse nicht dargestellt ist.
  • In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Eine insgesamt mit 10 bezeichnete Hochvoltbatterie für einen elektrischen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs ist in einer schematischen Seitenansicht in 1 gezeigt. Die Hochvoltbatterie 10 umfasst ein Batteriegehäuse 12, in welchem mehrere von jeweiligen Zellgehäusen 14 umgebene Batteriezellen 16 angeordnet sind. Unter einer Batteriezelle ist dabei ein galvanisches Element zu verstehen. In den Zellgehäusen 14 ist somit jeweils ein hier nicht dargestelltes Elektrolyt aufgenommen, wobei die Zellgehäuse 14 derart ausgebildet sind, dass kein Elektrolyt aus den Zellgehäusen austreten kann.
  • Jedes der Zellgehäuse 14 ist für sich in einer wasserdichten Einhausung 18 angeordnet, welche jeweils einen ersten Behälterteil 20 und einen zweiten Behälterteil 22 umfassen. Die jeweiligen Behälterteile 20, 22 sind dabei jeweils mit einem Dichtelement 24 formschlüssig miteinander verbunden. Des Weiteren sind an den jeweils linken und rechten äußeren Enden der Hochvoltbatterie 10 weitere Behälterteile 21 innerhalb der Batteriegehäuses 12 angeordnet.
  • Die wasserdichten Einhausungen 18 sind aus einem Kunststoff ausgebildet, folglich sind also die Behälterteile 20, 22 ebenfalls aus einem Kunststoff ausgebildet. Die Dichtelemente 24 sind aus Gummi oder aus einem Schaumstoff ausgebildet. Ferner weisen die Dichtelemente 24 jeweilige, hier nicht dargestellte Dichtlippen auf, mittels welchen die formschlüssige Verbindung zwischen den Behälterteilen 20, 22 hergestellt wird.
  • Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform der Hochvoltbatterie 10 ist jeweils nur an dem ersten Behälterteil 20 das entsprechende Dichtelement 24 angeordnet, wobei die Dichtelemente 24 jeweils mit einem korrespondierenden Verbindungsbereich 26, welcher in 1 nicht dargestellt ist, formschlüssig verbunden sind.
  • Zur Herstellung der Hochvoltbatterie 10 werden zunächst die jeweiligen Zellgehäuse 14 in den Behälterteilen 20 und 22 angeordnet.
  • In 2 ist in einer schematischen Perspektivansicht eines der Behälterteile 20, 22 dargestellt, wobei im vorliegend gezeigten Fall das Dichtelement 24 nicht dargestellt ist.
  • Die Behälterteile 20, 22 sind wannenförmig ausgebildet, wobei die Zellgehäuse 14 jeweils in einem durch die korrespondierenden Behälterteile 20, 22 ausgebildeten Hohlraum 26 angeordnet werden. Sobald die jeweiligen Zellgehäuse 14 in den entsprechenden Behälterteilen 20, 22 angeordnet worden sind, werden diese gemäß den in 1 dargestellten Richtungspfeilen 28 miteinander verpresst, wodurch die Dichtelemente 24 auf die korrespondierenden Verbindungsbereiche 26 gedrückt werden und somit eine jeweils formschlüssige und wasserdichte Verbindung unter Ausbildung der Einhausungen 18 ausgebildet wird. Vorzugsweise können die Einhausungen 18 dabei auch sogar undurchlässig für Wasserdampf ausgebildet sein, so dass auch kein Wasserdampf an die Zellgehäuse 14 eindringen und gegebenenfalls kondensieren kann.
  • In 3 ist in einer schematischen Seitenansicht eine mögliche Ausführungsform der Behälterteile 20, 22 dargestellt. Wie zu erkennen, ist lediglich an einem der Behälterteile 20 das Dichtelement 24 angeordnet und angespritzt. Die Behälterteile 20, 22 sind dabei jeweils paarweise mit ihren Rückseiten 28 aneinander angeordnet, wobei die besagten, hier nicht näher bezeichneten Behälterteilhohlräume 26, in welchen die Zellgehäuse 14 zumindest teilweise aufgenommen werden, voneinander abgekehrt ausgerichtet sind. Der aus den beiden Behälterteilen 20, 22 ausgebildete Verbund kann beispielsweise als einstückig ausgebildetes Spritzgussteil hergestellt werden.
  • In 4 ist eine alternative Anordnung der Behälterteile 20, 22 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt. Die Behälterteile 20, 22 sind wiederum mit ihren Rückseiten jeweils aneinander anliegend angeordnet, wobei die jeweiligen, hier nicht näher bezeichneten Behälterhohlräume 26 wiederum voneinander abgekehrt ausgerichtet sind. Die in 4 gezeigte Anordnung kann ebenfalls als einstückiges Spritzgussteil ausgebildet sein, wobei die beiden Dichtelemente 24 ebenfalls integriert im Zuge eines Spritzgussprozesses an die jeweiligen Behälterteile 20, 22 angespritzt werden können. Im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Ausführungsform sind dabei an beiden Behälterteilen 20, 22 die jeweiligen Dichtelemente 24 angeordnet.
  • In 5 ist eine alternative Ausführungsform einer Hochvoltbatterie 30 für einen elektrischen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs während ihrer Herstellung gezeigt. Im Wesentlichen weist die Hochvoltbatterie 30 denselben Aufbau wie die Hochvoltbatterie 10 auf, wobei im vorliegen gezeigten Fall an den jeweils beiden Behälterteilen 20, 22 die Dichtlippen 24 angespritzt sind, wie bereits in 4 gezeigt. Um die hier nicht bezeichneten und noch nicht hergestellten wasserdichten beziehungsweise wasserdampfdichten Einhausungen 18 auszubilden, werden die entsprechend der vorliegenden Abbildung angeordneten Behälterteile 20, 22 wiederum in die mit den Pfeilen 28 bezeichnete Richtung miteinander verpresst, wobei im vorliegenden Fall die jeweils gegenüberliegend angeordneten Dichtelemente 24 aufeinander gepresst und formschlüssig miteinander verbunden werden.
  • In beiden erläuterten Ausführungsformen der Hochvoltbatterie 10, 30 erfolgt somit eine Abdichtung der Zellgehäuse 14 nach außen dadurch, dass diese von jeweils wasserdichten oder auch sogar wasserdampfdichten Einhausungen 18 umgeben werden. Dadurch bestehen geringere Anforderungen an eine Abdichtung des Batteriegehäuses 12 selbst, da die Zellgehäuse 14 ja bereits durch die entsprechenden Einhausungen 18 vor einem Wassereintritt geschützt und somit auch vor Korrosion geschützt werden können.

Claims (11)

  1. Hochvoltbatterie (10) für einen elektrischen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Batteriegehäuse (12), in welchem mehrere von jeweiligen Zellgehäusen (14) umgebene Batteriezellen (16) angeordnet sind, wobei jedes der Zellgehäuse (14) für sich in einer wasserdichten Einhausung (18) angeordnet ist, welche einen ersten Behälterteil (20) und einen zweiten Behälterteil (22) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterteile (20, 21) mittels zumindest einem Dichtelement (24) formschlüssig und zerstörungsfrei voneinander lösbar miteinander verbunden sind.
  2. Hochvoltbatterie (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (24) aus Gummi oder einem Schaumstoff ausgebildet sind.
  3. Hochvoltbatterie (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (24) jeweilige Dichtlippen aufweisen, mittels welchen die formschlüssige Verbindung hergestellt wird.
  4. Hochvoltbatterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung (18) aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
  5. Hochvoltbatterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entweder an den ersten Behälterteilen (20) oder an den zweiten Behälterteilen (22) die jeweiligen Dichtelemente (24) angeordnet sind, welche formschlüssig mit einem korrespondierenden Verbindungsbereich (26) des ersten oder zweiten Behälterteils (20, 22) verbunden sind.
  6. Hochvoltbatterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den ersten Behälterteilen (20) und an den zweiten Behälterteilen (22) die jeweiligen Dichtelemente (24) angeordnet sind, welche formschlüssig miteinander verbunden sind.
  7. Hochvoltbatterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausungen (18) undurchlässig für Wasserdampf sind.
  8. Hochvoltbatterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (24) an die entsprechenden Behälterteile (20, 22) angespritzt sind.
  9. Hochvoltbatterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterteile (20, 22) wannenförmig ausgebildet sind und die Zellgehäuse (14) jeweils in einem durch die korrespondierenden Behälterteile (20, 22) ausgebildeten Hohlraum (26) aufgenommen sind.
  10. Hochvoltbatterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass paarweise jeweils eines der ersten Behälterteile (20) mit seiner Rückseite an jeweils einer Rückseite (30) von einem der zweiten Behälterteile (22) angeordnet ist, wobei jeweilige Behälterteilhohlräume (26), in welchen die Zellgehäuse (14) aufgenommen sind, voneinander abgekehrt ausgerichtet sind.
  11. Verfahren zum Herstellen einer Hochvoltbatterie (10) für einen elektrischen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs, bei welchem mehrere von jeweiligen Zellgehäusen (14) umgebene Batteriezellen (16) in einem Batteriegehäuse (12), angeordnet werden, wobei jedes der Zellgehäuse (14) für sich in einer wasserdichten Einhausung (18) angeordnet wird, welche aus einem ersten Behälterteil (20) und einen zweiten Behälterteil (22) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterteile (20, 21) mittels zumindest einem Dichtelement (24) formschlüssig und zerstörungsfrei voneinander lösbar miteinander verbunden werden.
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