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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Batterie nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Gemäß Anspruch 8 der Erfindung betrifft dieselbe ferner ein Fahrzeug mit zumindest einer, ein derartiges Gehäuse aufweisenden Batterie. Schließlich betrifft die Erfindung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 ein Verfahren zur Herstellung besagten Gehäuses.
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Elektro- oder Hybridfahrzeuge werden mittels eines nachladbaren Batteriesystems, insbesondere HV-Batteriesystems (Hochvolt-Batteriesystems) mit beispielsweise Lithium-Ionen- Batterien, betrieben. Im Fahrbetrieb des Fahrzeugs sowie in der Ladephase derartiger Batteriesysteme wird durch elektrische Verlustleistung in stromführenden Bauteilen Wärme in das Batteriesystem eingetragen, die zu einer hohen thermischen Belastung der Batterien führen kann. Durch den Betrieb der Batterie bei hohen Zellentemperaturen ist bekanntermaßen eine beschleunigte Alterung der Batteriezellen zu verzeichnen, welches mit einer verkürzten Lebensdauer des Batteriesystems einhergeht. In extremen Fällen kann eine zu hohe Zelltemperatur zum sogenannten Durchbrennen der Batteriezellen und somit zu einem Defekt des Batteriesystems führen. Um diesem nachteiligen Umstand zu begegnen, kann beispielsweise bei einer Überschreitung einer Batteriebetriebsgrenztemperatur eine systemeigene Leistungsreduzierung vorgesehen sein. Darüber hinaus ist es bekannt, bei einem Aufheizen der Batteriezellen des Batteriesystems die Wärme aus den Batteriezellen abzuführen, indem aktive, kühlmittelabhängige Kühlvorrichtungen in Form von mittels Kühlmittel durchströmten Kühlplatten im Batteriesystem respektive in einem die Batteriezellen aufnehmenden Batteriegehäuse verbaut werden (z. B.
DE 10 2008 059 947 A1 ,
DE 10 2008 059 969 A1 ). Die Kühlvorrichtungen sind dabei in einen Kühlkreislauf einer Klimaanlage des Fahrzeugs eingebunden. Durch die Anordnung der Kühlmittel durchströmten Kühlplatten sowie zugeordneter Kühlmittelleitungen im Batteriegehäuse sind ein erhöhtes Gewicht des Batteriesystems sowie ein erhöhtes Leckage-Risiko im Hinblick auf Koppelstellen der Kühlmittelleitungen zu verzeichnen. Ferner resultieren daraus erhöhte Komponentenkosten. Aus der Praxis ist es weiterhin bekannt, Kühlmittel bzw. Wärmeleitmittel durchströmte Wärmetauscherplatten als Wandung des Batteriegehäuses einzusetzen, wodurch die vorbeschriebenen Kühlplatten entbehrlich sein können. So beschreibt die
US 2010/0151300 A1 ein Batteriegehäuse, in deren Wandung wenigstens ein rohrförmiger Hohlraum vorgesehen ist, der wiederum mit einem Wärmeleitmittel gefüllt und in einen Fluidkreislauf eingebunden ist, um die Batterie in einem bestimmten Temperaturbereich betreiben zu können. D.h., die Batterie soll sowohl gekühlt als auch erwärmt werden können. Die
DE 10 2013 210 932 A1 beschreibt des Weiteren ein Batteriegehäuse zur Aufnahme von Batteriezellen, dessen Wandung zur bedarfsgerechten Kühlung oder Beheizung der Batteriezellen einen Kanal zur Aufnahme eines Temperierungsmittels aufweist. Wie besagter Hohlraum bzw. Kanal in die Wandung des Batteriegehäuses eingebracht bzw. innerhalb derselben ausgebildet wurde, darüber schweigen sich die Druckschriften
US 2010/0151300 A1 und
DE 10 2013 210 932 A1 aus. Aus der
DE 10 2008 059 967 B4 ist eine Wärmeleitplatte für eine Batterie bekannt, welche Wärmeleitplatte durch ein Gussteil aus einem wärmeleitenden, vorzugsweise metallischen Werkstoff, gebildet ist. In besagtes Gussteil ist eine Kühlmittel führende, beispielsweise ein Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage führende Kühlschlange bzw. ein Kühlrohr aus einem Wärme leitenden Werkstoff mit einem mäanderförmigen Verlauf vergossen. Die besagte Wärmeleitplatte bildet dabei eine Bodenplatte der Batterie aus.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein im Hinblick auf den Stand der Technik alternatives Gehäuse für eine Batterie mit einer ein Wärmeleitmittel führenden Kanalstruktur zur Temperierung von innerhalb des Gehäuses angeordneten oder anordbaren Zellmodulen und/oder Batteriezellen zu schaffen, welches Gehäuse insbesondere einfacher und kostengünstiger herstellbar ist. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Fahrzeug mit zumindest einer, ein derartiges Gehäuse aufweisenden Batterie bereitzustellen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung besagten Gehäuses anzugeben.
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Ausgehend von einem Gehäuse für eine Batterie, insbesondere Hochvolt-Batterie, zur Halterung von Zellmodulen und/oder Batteriezellen, wenigstens aufweisend einen Gehäuse- Boden sowie eine Gehäuse-Wandung, wobei zumindest ein Abschnitt besagten Gehäuses ein Gussteil umfasst, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass das Gussteil über eine im Querschnitt gesehen offene Kanalstruktur verfügt, die durch zumindest eine langgestreckte nutenförmige Ausnehmung gebildet ist, wobei die nutenförmige Ausnehmung mittels wenigstens eines Abdeckelements derart abgedeckt ist, dass eine im Querschnitt gesehen geschlossene Kanalstruktur zur Führung eines Temperierungsmittels innerhalb derselben ausgebildet ist.
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Diese Lösung hat im Hinblick auf Batteriegehäuse bzw. Abschnitte desselben nach dem Stand der Technik, die eine gegossene Wärmeleitplatte mit eingegossener Kühlschlage bzw. eingegossenem Kühlrohr favorisieren (
DE 10 2008 059 967 B4 ) vielfältige Vorteile. So muss ein eingegossenes Rohr aus einem Werkstoff bestehen, welches einen höheren Schmelzpunkt hat, als der Werkstoff der besagten Wärmeleitplatte bzw. des die Wärmeleitplatte aufweisenden Gehäuses. Wird beispielsweise ein Stahlrohr in ein Batteriegehäuse aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eingegossen besteht das Risiko, dass sich zwischen diesen beiden nachteilige Lufteinschlüsse bilden und/oder dass sich Kontaktkorrosion einstellt. Des Weiteren sind die Biegeradien von Rohren beschränkt, so dass etwaige erforderliche enge Radien in der Kanalstruktur nicht realisierbar sind. Die geometrischen Freiheitsgrade sind somit eingeschränkt, was zur Folge haben kann, dass zusätzliche Anschlüsse zum Zu- und Abführen des Temperierungsmittels erforderlich werden, die wiederum zu einem höheren Gewicht und zu einem höheren Leckage-Risiko des Batteriesystems führen. Demgegenüber ist die Gestaltung der Kanalstruktur bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse frei wählbar, da das Gießen der zunächst im Querschnitt offenen Kanalstruktur hohe geometrische Freiheitsgrade ermöglicht. Bei maßgeblicher Reduzierung der Teileanzahl und auch des Leckagerisikos lässt sich ein weitestgehend beliebiger Verlauf der Kanalstruktur im Gießprozess abbilden. Des Weiteren ist festzustellen, dass die Wandstärke eines Batteriegehäuses mit beispielsweise einem eingegossenen Stahlrohr höher ist als bei der Kanalstruktur des erfindungsgemäßen Gehäuses, da zusätzlich zur Rohrwandstärke mit beispielsweise 1 mm, bedingt durch den Gießprozess neben dem Rohr 3 bis 5 mm Material des Gussgehäuses vorhanden sein müssen. Hieraus resultiert im Verhältnis zum im Rede stehenden Batteriegehäuse ein höheres Gewicht. Gleichzeitig ist der Wirkungsgrad des Temperierungssystems nach dem vorbeschriebenen Stand der Technik schlechter, da die Wärme sowohl bei Kühlung als auch bei Erwärmung der Batteriezellen oder Zellmodule eine größere Distanz durch den Gusswerkstoff, wie beispielsweise Aluminium, zurücklegen muss. Das Stahlrohr weist darüber hinaus eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit als Aluminium auf. Im Gegensatz zur Kanalstruktur des erfindungsgemäß ausgebildeten Gehäuses ist der Wärmedurchgangskoeffizient insgesamt niedriger, welches zusätzliche Rohrleitungen und/oder größere Rohrquerschnitte erforderlich machen kann. Darüber hinaus kann es nach dem Stand der Technik je nach Temperierung erforderlich sein, kälteres oder wärmeres Temperierungsmittel einzusetzen, woraus erhöhter Energiebedarf resultiert. Demgegenüber ist bei einer Kanalstruktur des erfindungsgemäßen Gehäuses die Beabstandung zwischen benachbarten Kanälen minimiert, woraus Material-, Gewichts- und Kosteneinsparungen bei erhöhter Temperierungseffizienz resultieren.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach besteht das zumindest eine Gussteil und/oder das wenigstens eine Abdeckelement aus einem wärmeleitenden Werkstoff. Bevorzugt besteht dabei zumindest der Teil des Gehäuses aus besagtem wärmeleitenden Werkstoff, der unmittelbar oder mittelbar über etwaige vorgesehene thermische Kontaktierungsmittel mit den Zellmodulen und/oder Batteriezellen in wärmeleitenden Kontakt steht.
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Weiter bevorzugt bestehen das zumindest eine Gussteil und/oder das wenigstens eine Abdeckelement aus einem metallenen Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, da Aluminium aufgrund seiner besonders guten Wärmeleitungseigenschaften den Wärmeaustausch zwischen den Zellmodulen und/oder Batteriezellen und dem Temperierungsmittel vorteilhaft unterstützt.
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Bevorzugt ist das wenigstens eine Abdeckelement mit dem zumindest einen Gussteil durch Stoffschluss, insbesondere durch Kleben oder Schweißen fluiddicht verbunden, wodurch Leckagen wirkungsvoll vermieden sind. Als besonders vorteilhaftes Fügeverfahren hat sich im Falle, beide Fügepartner bestehen aus einem metallenen Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium, das Rührreibschweißen erwiesen. Das Rührreibschweißverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein rotierendes Werkzeug mit einem weitestgehend verschleißfesten Schweißstift verwendet wird, welcher Schweißstift sich teilweise auf der Werkstückoberfläche und teils im Werkstück während des Fügens befindet. Durch die Relativbewegung des Werkzeugs zum Werkstück wird Reibwärme erzeugt, die zur Prozesstemperatursteigerung und somit zum Abbau von Fließspannungen im zu fügenden Werkstückmaterial führt. Durch eine gleichzeitige Rotations- und Vorschubbewegung des Werkzeuges werden Schweißverbindungen entlang einer definierbaren Fügelinie erzielt.
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Wie bereits vorstehend angedeutet, kann das wenigstens eine Abdeckelement eine Außen- oder eine Innenkontur des Gehäuses oder einen Abschnitt besagter Außen- oder Innenkontur des Gehäuses bilden, wodurch die Batteriezellen entweder am Gussteil oder am Abdeckelement anliegen, je nachdem, auf welcher Seite des Gussteils die offene Kanalstruktur ausgebildet und demgemäß das Abdeckelement angeordnet ist. Es ist somit die Möglichkeit eröffnet, einen der beiden Fügepartner auch aus einem nicht-metallenen und/oder nicht wärmeleitenden Werkstoff, beispielsweise aus einem Kunststoff herzustellen, wogegen jedoch der Fügepartner, der mit den Zellmodulen und/oder Batteriezellen in Kontakt steht, in jedem Fall aus einem wärmeleitenden Werkstoff, bevorzugt aus einem metallenen Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium auszubilden ist.
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In Fortbildung der Erfindung ist die gebildete geschlossene Kanalstruktur vorteilhaft derart gestaltet, dass in Bezug auf die bestimmungsgemäße Temperierung der Zellmodule und/oder Batteriezellen nach Bedarf eine Reihen- oder Parallelschaltung derselben bewirkt ist.
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Wie bereits oben ausgeführt, sind im Hinblick auf den Stand der Technik geometrische Beschränkungen bezüglich der Gestaltung der Kanalstruktur bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse nicht zu verzeichnen.
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Vorteilhaft ist die gebildete geschlossene Kanalstruktur in einen Temperierungsmittel-Kreislauf einer Klimaanlage eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, eingebunden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit zumindest einer, ein derartiges Gehäuse aufweisenden Batterie.
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Das Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Batterie, insbesondere Hochvolt- Batterie, zur Halterung von Zellmodulen und/oder Batteriezellen, wobei das Gehäuse wenigstens aufweist einen Gehäuse-Boden sowie eine Gehäuse-Wandung, zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
- a) Bereitstellung eines Gussteils, welches zumindest einen Abschnitt besagten Gehäuses umfasst, wobei das Gussteil über eine im Querschnitt gesehen offene Kanalstruktur verfügt, die durch zumindest eine langgestreckte nutenförmige Ausnehmung gebildet ist, und
- b) Abdecken der zumindest einen nutenförmigen Ausnehmung mittels wenigstens eines Abdeckelements derart, dass eine im Querschnitt gesehen geschlossene Kanalstruktur zur Führung eines Temperierungsmittels innerhalb derselben ausgebildet wird.
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In Weiterbildung des Verfahrens wird im Hinblick auf den Schritt a) ein Gussteil bereitgestellt, welches trogförmig ausgebildet sowohl den Gehäuse-Boden als auch die Gehäuse-Wandung einstückig umfasst. Durch diese Maßnahme ist vorteilhaft der Material- und Montageaufwand gemindert.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Es zeigen:
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1 äußerst schematisch ein Kraftfahrzeug, welches mit einer Batterie ausgestattet ist,
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2 eine Schnittdarstellung einer als Gehäuse-Boden der Batterie fungierenden Wärmeleitplatte nach dem Stand der Technik,
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3 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Batterie-Gehäuses,
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4 eine Schnittdarstellung eines Gehäuse-Bodens des Batterie-Gehäuses nach 3,
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5 ein erfindungswesentliches Gussteil des besagten Gehäuse-Bodens gemäß einer ersten Ausführungsvariante, und
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6 das erfindungswesentliche Gussteil des besagten Gehäuse-Bodens gemäß einer zweiten Ausführungsvariante.
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1 zeigt zunächst ein Fahrzeug 1, vorliegend Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor 2 als Antriebsmotor und mit einer eine Traktionsbatterie ausbildenden Batterie 3. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel handelt sich somit um ein rein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug 1. Durch die Erfindung mit erfasst ist auch ein sogenanntes Hybridfahrzeug, welches neben einem oder mehreren Elektromoren 2 auch einen Verbrennungsmotor aufweist (nicht zeichnerisch dargestellt). Die Batterie 3 weist eine Gehäuse 4 auf, welches durch einen Gehäuse-Boden 5, eine Gehäuse-Wandung 6 und einen Gehäuse-Deckel 7 gebildet ist. Das Gehäuse 4 ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Innerhalb des Gehäuses 4 sind in 3 dargestellte Zellmodule 8 angeordnet und elektrisch zusammengeschaltet. Die Zellmodule 8 sind ihrerseits aus einzelnen Batteriezellen 9 zusammengesetzt. Die Zellmodule 8 sind am Gehäuse-Boden 5 abgestützt und mittels mechanischer Befestigungselemente 10, insbesondere mittels Schraubelementen, an demselben befestigt. Die Zellmodule 8 respektive Batteriezellen 9 stehen unmittelbar oder wie vorliegend mittelbar über ein thermisches Kontaktierungsmittel 11 mit dem Gehäuse-Boden 5 in Kontakt. Das thermische Kontaktierungsmittel 11 kann, wie aus 3 ersichtlich ist, durch eine besonders gut Wärme leitende Folie, beispielsweise Metallfolie, durch eine Wärmeleitpaste oder dgl. mehr gebildet sein.
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2 zeigt einen Gehäuse-Boden 5 respektive eine Bodenplatte eines gattungsgemäßen Batterie-Gehäuses 4 nach dem Stand der Technik, welche/r durch eine sogenannte Wärmeleitplatte gebildet ist. Besagte Wärmeleitplatte ist durch ein Gussteil 12 aus einem wärmeleitenden, vorzugsweise metallischen Werkstoff, gebildet. In besagtes Gussteil 12 ist ein Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage führendes Kühlrohr 13 aus einem Wärme leitenden Werkstoff mit einem nicht zeichnerisch dargestellten mäanderförmigen Verlauf vergossen. Die Nachteile einer derartig ausgebildeten Wärmeleitplatte sind einleitend ausführlich diskutiert.
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3 zeigt ein erfindungsgemäß ausgebildetes Batterie-Gehäuse 4´, welches ebenfalls ein Gussteil 12´ umfasst. Das Gussteil 12´ besteht gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einem wärmeleitenden, metallenen Werkstoff, bevorzugt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Dieses Gehäuse 4´ unterscheidet sich zum Gehäuse 4 nach dem Stand der Technik insbesondere dadurch, dass das Gussteil 12´ zunächst über eine im Querschnitt gesehen offene Kanalstruktur 14 verfügt, die durch zumindest eine langgestreckte nutenförmige Ausnehmung 15 gebildet ist (vgl. insbes. 5 und 6). Besagte nutenförmige Ausnehmung 15 wird bevorzugt bereits während der Herstellung des Gussteils 12´ nach einem an sich bekannten Gießverfahren, wie beispielsweise einem Druckguss-, Kokillenguss- oder Sandgussverfahren, im Gussteil 12´ ausgebildet. Die nutenförmige Ausnehmung 15 weist lediglich beispielgebend einen halbkreisförmigen Querschnitt auf, der sich während des besagten Gießverfahrens einfach und kostengünstig ausbilden lässt. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diesen konkreten Querschnitt, sondern erfasst jedweden geeigneten und einseitig offenen Querschnitt. So kann besagter Querschnitt auch ein Polygon nachbilden (nicht zeichnerisch dargestellt). Die Erfindung beschränkt sich auch nicht auf das bevorzugte Herstellungsverfahren, sondern erfasst auch ein Verfahren, bei dem die Kanalstruktur 14 bzw. Ausnehmung/en 15 nach Erstellung des Gussteils 12´ beispielsweise spanabhebend im Gussteil 12´ ausgebildet wird/werden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Gussteil 12´ sozusagen einstückig sowohl den Gehäuse-Boden 5 als auch die Gehäuse-Wandung 6 aus und ist somit trogförmig ausgebildet. Die zunächst offene Kanalstruktur 14 ist auf der dem Innenraum des Gehäuses 4´ abgewandten Seite des Gehäuse-Bodens 5 ausgebildet.
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Die besagte Kanalstruktur 14 ist in Anlehnung an den Stand der Technik vorgesehen, unter Zuhilfenahme von Temperierungsmittel die Zellmodule 8 bzw. Batteriezellen 9 zu temperieren. Hierzu ist es erforderlich, den noch offenen Querschnitt der offenen Kanalstruktur 14 zu schließen. Erfindungsgemäß erfolgt dies mittels zumindest eines vorliegend plattenförmigen Abdeckelements 16 respektive einem Abdeckblech. Das Abdeckelement 16 besteht gemäß diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls aus einem wärmeleitenden, metallenen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Durch diese Maßnahme ist eine im Querschnitt gesehen geschlossene Kanalstruktur 17 zur Führung des Temperierungsmittels innerhalb derselben ausgebildet, um die Zellmodule 8 bzw. Batteriezellen 9 bedarfsgerecht kühlen oder erwärmen zu können (vgl. insbes. 4).
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Im Hinblick auf den Anwendungsfall der Batterie 3 als Traktionsbatterie eines Fahrzeugs 1 respektive Kraftfahrzeugs, ist die gebildete geschlossene Kanalstruktur 17 in einen nicht zeichnerisch dargestellten Temperierungsmittel-Kreislauf einer Klimaanlage des Fahrzeugs 1 eingebunden. Hierzu verfügt die Kanalstruktur 17 über einen, zwei oder mehr Zu- und Abläufe 18, 19. Die besagten Zu- und Abläufe 18, 19 können, wie in den 5 und 6 gezeigt im Gussteil 12 ausgebildet oder durch das Abdeckelement 16 bereitgestellt sein (nicht zeichnerisch dargestellt). Das Temperierungsmittel ist bevorzugt ein Fluid, insbesondere ein Gas, wie Kohlendioxyd, ein Gasgemisch, wie Luft, eine Flüssigkeit, wie Öl, oder ein Flüssigkeitsgemisch aus beispielsweise Wasser und Ethylenglycol.
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Die fluiddichte Verbindung zwischen dem Gussteil 12´ und dem Abdeckelement 16 wird/ist bevorzugt durch Stoffschluss, insbesondere Kleben oder Schweißen, bewirkt. Wie bereits oben dargestellt, hat sich im Falle, beide Fügepartner bestehen aus einem metallenen Werkstoff, wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, das Rührreibschweißen als besonders vorteilhaft erwiesen. Die 5 und 6 zeigen insoweit Fügebereiche 20 auf dem Gussteil 12´ unmittelbar benachbart zu der/den offenen Kanalstruktur/en 14 bzw. der/n sich letztlich ergebenden geschlossenen Kanalstruktur/en 17. Zur besseren Kenntlichmachung wurden die besagten Fügebereiche 20 in den 5 und 6 mit einer sich kreuzenden Schraffur versehen. Hieraus resultiert, dass das Abdeckelement 16 nicht die gesamte Fläche des Gussteils 12 abdecken muss, sondern auch derart dimensioniert werden kann, dass lediglich die besagten Fügebereiche 20 unmittelbar benachbart zu der/n Kanalstruktur/en 14 bzw. 17 erfasst werden. Das Abdeckelement 16 kann demgemäß geringere Abmessungen aufweisen als der Gehäuse-Boden 5, woraus Material- und Gewichtseinsparungen resultieren können.
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Es hat sich herausgestellt, dass bei vergleichender Betrachtung des Standes der Technik mit der in Rede stehenden erfindungsgemäßen Lösung die Wandstärke „s1“ der als Gussteil 12 ausgebildeten und den Gehäuse-Boden 5 bildenden Wärmeleitplatte des Gehäuses 4 nach dem Stand der Technik (2) größer der Wandstärke „s2“ des Gehäuse-Bodens 5 des erfindungsgemäßen Gehäuses 4´ ist (4). So beträgt die Wandstärke „s1“ nach dem Stand der Technik 15 mm (2) und ergibt sich aus je 5 mm Gussmaterial beidseitig des Kühlrohrs 13, aus 1 mm Rohrwandung sowie aus einem Innendurchmesser des Kühlrohres 13 von 8 mm. Demgegenüber weist der Gehäuse-Boden 5 des erfindungsgemäßen Gehäuses 4´ bei vergleichbarer Temperierungsleistung zum Stand der Technik eine Wandstärke „s2“ von 12 mm auf, die sich ergibt aus lediglich auf einer Seite der offenen Kanalstruktur 14 angeordnetem Gussmaterial von 4 mm über der vorliegend im Querschnitt gesehen halbrunden nutenförmigen Ausnehmung 15, aus einem Radius der nutenförmigen Ausnehmung 15 von 6 mm und einer Materialstärke des Abdeckelements 16 bzw. Deckbleches von 2 mm. D. h., nach dem Stand der Technik ist weit mehr die Kühlrohre 13 umschließendes Gussmaterial erforderlich, als bei der erfindungsgemäßen Kanalstruktur 14, 17.
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Die erfindungsgemäße Lösung eröffnet im Hinblick auf den Stand der Technik neben den Material- und Gewichtseinsparungen des Weiteren auch Bauraumvorteile. Diese resultieren insbesondere aus der Tatsache, dass bei Verwendung von im Gussteil 12 eingebetteten Kühlrohren 13 und insbesondere bei mäanderförmiger Anordnung derselben im Gussteil 12 eine Grenze bezüglich der Ausbildung minimaler Radien zu verzeichnen ist. Eine derartige Beschränkung ist im Hinblick auf das erfindungsgemäße Gehäuse 4´ mit der im Gussteil 12´ integral ausgebildeten Kanalstruktur 14, 17 nicht zu verzeichnen.
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Die 5 und 6 zeigen beispielgebend zwei Varianten der Ausbildung der offenen Kanalstruktur 14 des Gussteils 12´ des Gehäuse-Bodens 5. So zeigt 5 eine Kanalstruktur 14, welche nach dem Schließen und Beschicken derselben mit Temperierungsmittel sozusagen eine Reihenschaltung der zu temperierenden Zellmodule 8 bzw. Batteriezellen 9 abbildet, indem vorliegend zwei fortlaufende Kanäle in Form nutenförmiger Ausnehmungen 15 ausgebildet sind, welche mäanderförmig angeordnet sich jeweils vom Zulauf 18 zum Ablauf 19 erstrecken, wodurch eine Temperierung der Zellmodule 8 in Reihe nacheinander bewirkt wird. Das in Reihe verschaltete Kühlsystem arbeitet gemäß diesem Ausführungsbeispiel nach dem Gegenlaufprinzip, um eine gute Homogenität der Gehäuse-Temperatur zu erreichen. D.h., es sind somit zwei Kreisläufe geschaffen, die gegenläufig durchströmt werden (vgl. Richtungspfeile). Im Mittel ergibt sich dadurch unter den jeweiligen Zellmodulen 8 eine homogene Temperaturverteilung ohne hierbei einen Gradienten durch bereits aufgeheiztes Kühlmedium zu erhalten.
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Demgegenüber zeigt 6 eine Kanalstruktur 14, welche sozusagen eine Parallelschaltung der zu temperierenden Zellmodule 8 bzw. Batteriezellen 9 abbildet, indem zunächst sowohl für den Zu- als auch für den Ablauf 18, 19 Sammelkanäle 14a, 14b ausgebildet sind/werden, zwischen denen sich je zugeordnetem Zellmodul 8 mehrere, gemäß diesem Ausführungsbeispiel je vier zueinander parallel verlaufende Temperierungskanäle 14c erstrecken. Diese Variante hat den Vorteil, dass sämtliche Zellmodule 8 eine weitestgehend einheitliche Temperierung erfahren.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die offenen Kanalstruktur 14 auf der dem Innenraum des Gehäuses 4´ abgewandten Seite des Batterie-Bodens 5 gebildet und zur Ausbildung der geschlossenen Kanalstruktur 17 somit von außen mittels des Abdeckelements 16 fluiddicht abgedeckt. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf dieses konkrete Ausführungsbeispiel, sondern erfasst auch eine nicht zeichnerisch dargestellte Ausführungsform, bei welcher die offene Kanalstruktur 14 auf der dem Innenraum des Gehäuses 4´ zugewandten Seite des Batterie-Bodens 5 gebildet und zur Ausbildung der geschlossenen Kanalstruktur 17 somit von innen mittels des Abdeckelements 16 fluiddicht abgedeckt ist.
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Des Weiteren ist die Kanalstruktur 14 bzw. 17 nicht auf den Gehäuse-Boden 5 beschränkt, sondern kann sowohl in Alleinstellung als auch in Kombination mit dem Gehäuse-Boden 5 auch an der Gehäuse-Wandung 6 vorgesehen sein. Bei besagter Kombination ist eine weiter verbesserte respektive wirkungsvollere Temperierung ermöglicht. Hierbei können für den Gehäuse-Boden 5 und die Gehäuse-Wandung 6 separate Zu- und Abläufe 18, 19 vorgesehen sein, oder die Kanalstrukturen 14 bzw. 17 sind untereinander strömungstechnisch verbunden und weisen einen gemeinsamen Zu- und Ablauf 18, 19 auf (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Es besteht die Möglichkeit und ist durch die Erfindung demgemäß mit erfasst, den Gehäuse- Deckel 7 in die besagte Temperierung mit einzubeziehen. Dieser wird üblicherweise unter Vermittlung eines umlaufenden Dichtungsmittels 21, insbesondere einer Ringdichtung oder/oder eines Klebstoffs, auf die freie Stirnseite 22 der Gehäuse-Wandung 6 aufgesetzt und gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von mechanischen Befestigungselementen, wie Schrauben, mit der Gehäuse-Wandung 6 fluiddicht verbunden. Wird der Gehäuse-Deckel 7 ebenfalls mit einer erfindungsgemäßen geschlossenen Kanalstruktur 17 ausgebildet, kann diese beispielsweise zumindest in die Kanalstruktur 17 der Gehäuse-Wandung 6 eingebunden sein. Demgegenüber kann der Gehäuse-Deckel 7 bezüglich seiner Temperierungsfunktion auch autark ausgebildet sein und somit einen eigenen Zu- und Ablauf 18, 19 aufweisen (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel stellt des Weiteren auf ein Gussteil 12´ ab, welches trogförmig ausgebildet ist und einstückig sowohl den Gehäuse-Boden 5 als auch die Gehäuse-Wandung 6 umfasst. Der Gehäuse-Boden 5 kann auch von der Gehäuse-Wandung 6 bzw. Wandungsteilen derselben separat ausgebildet und nach einem Gießverfahren hergestellt sein. In diesem Fall ist der Gehäuse-Boden 5 in einem nachgeschalten Montageverfahren mit der Gehäuse-Wandung 6 zu komplettieren. Das Abdeckelement 16 kann dabei vor oder nach besagter Komplettierung am betreffenden Gussteil 12´ angebracht werden (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Darüber hinaus stellt das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel auf ein metallenes Gussteil 12´ und ein mit demselben fluiddicht verbundenes metallenes Abdeckelement 16 ab. Wie bereits vorstehend ausgeführt, kann das eine Abdeckelement 16 eine Außen- oder eine Innenkontur des Gehäuses 4´ oder einen Abschnitt der besagte Außen- oder Innenkontur des Gehäuses 4´ bilden, wodurch die Zellmodule 8 bzw. Batteriezellen 9 entweder mit dem Gussteil 4´ oder mit dem Abdeckelement 16 unmittelbar oder mittelbar über besagtes Kontaktierungsmittel 11 in einem wärmeleitenden Kontakt stehen, je nachdem, auf welcher Seite des Gussteils 12´ die offene Kanalstruktur 14 ausgebildet und demgemäß das Abdeckelement 16 angeordnet ist. Hierdurch ist die Möglichkeit eröffnet, entweder das Gussteil 12´ oder das Abdeckelement 16 aus einem nicht-metallenen und/oder nicht oder nicht ausreichend wärmeleitenden Werkstoff, beispielsweise aus einem Kunststoff herzustellen, welches somit durch die Erfindung ebenfalls mit erfasst ist. Der Fügepartner, der mit den Zellmodulen 8 oder Batteriezellen 9 in wärmeleitenden Kontakt steht, ist jedoch dabei in jedem Fall aus einem wärmeleitenden Werkstoff, insbesondere aus einem metallenen Werkstoff, wie beispielsweise aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung zu fertigen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung (nicht dargestellt) sieht vor innerhalb des Fahrzeugs 1 mehrere Batterien 3 derart anzuordnen, dass die geschlossene Kanalstruktur 17 zwischen wenigstens zwei Batterien 3 liegt und der Temperierung der anliegenden und sich an der geschlossenen Kanalstruktur 17 befindlichen Batterien 3 dient.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Elektromotor
- 3
- Batterie
- 4
- Gehäuse
- 4´
- Gehäuse
- 5
- Gehäuse-Boden
- 6
- Gehäuse-Wandung
- 7
- Gehäuse-Deckel
- 8
- Zellmodul
- 9
- Batteriezelle
- 10
- Befestigungselement
- 11
- Kontaktierungsmittel
- 12
- Gussteil
- 12´
- Gussteil
- 13
- Kühlrohr
- 14
- offene Kanalstruktur
- 14a
- Sammelkanal
- 14b
- Sammelkanal
- 14c
- Temperierungskanal
- 15
- Ausnehmung
- 16
- Abdeckelement
- 17
- geschlossene Kanalstruktur
- 18
- Zulauf
- 19
- Ablauf
- 20
- Fügebereich
- 21
- Dichtungsmittel
- 22
- Stirnseite (Gehäuse-Wandung 6)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008059947 A1 [0002]
- DE 102008059969 A1 [0002]
- US 2010/0151300 A1 [0002, 0002]
- DE 102013210932 A1 [0002, 0002]
- DE 102008059967 B4 [0002, 0005]
