DE102016120850A1

DE102016120850A1 - Batteriegehäuse

Info

Publication number: DE102016120850A1
Application number: DE102016120850.7A
Authority: DE
Inventors: Alexander Günther; Volker Tölle
Original assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Current assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2018-05-03
Anticipated expiration: 2036-11-03
Also published as: DE102016120850B4; CN109844982A; WO2018082898A1; US11108112B2; CN116885375A; US20190259994A1

Abstract

Ein Batteriegehäuse für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug umfasst ein einen Boden 11, 11.1, daran angeformte Seitenwände 10, 10.1 sowie einen von diesen nach außen abragenden Montageflansch 4, 5, 5.1 aufweisendes Wannenteil 2. Der Montageflansch 5, 5.1 zumindest einer Seitenwand 10, 10.1 erreicht seine maximale Breite nur in einigen Abschnitten 6, 6.1. Der Montageflansch 5, 5.1 weist in den übrigen Abschnitten demgegenüber nur eine reduzierte Breite auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug mit einem einen Boden, daran angeformte Seitenwände sowie einen von diesen nach außen abragenden Montageflansch aufweisenden Wannenteil.
Bei elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen, wie beispielsweise bei Personenkraftwagen, Flurförderfahrzeugen oder dergleichen werden Batteriemodule als Stromspeicher eingesetzt. Derartige Batteriemodule sind typischerweise aus einer Vielzahl einzelner Batterien zusammengesetzt. Bei diesen Batterien handelt es sich um so genannte Hochvoltbatterien. An die Unterbringung derartiger, für einen Betrieb eines solchen Fahrzeuges notwendigen Batteriemodule, sind gewisse Anforderungen gestellt. Wesentlich ist, dass das oder die Batteriemodule in ihrem Batteriegehäuse vor äußeren Einflüssen geschützt sind. Zudem ist eine gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtete Unterbringung des oder der Batteriemodule in einem Batteriegehäuse erforderlich, um eine Kondensatbildung innerhalb des Batteriegehäuses zu verhindern. In die Batteriekammer des Batteriegehäuses eindringende Feuchtigkeit kann zu einem Kurzschluss und zu einem dadurch ausgelösten Brand des Batteriemoduls führen.
DE 20 2016 102 223 U1 offenbart ein Batteriegehäuse mit einem Wannenteil und einem lösbar mit dem Wannenteil verbundenen Deckelteil. Beide Teile weisen einen an ihren zueinander weisenden Seiten umlaufenden, nach außen abragenden Montageflansch auf. Zwischen dem Wannenteil und dem Deckelteil ist eine umlaufende Dichtung angeordnet. Beide Teile werden mit Schraubbefestigern miteinander verbunden, sodass das Innere des Batteriegehäuses abgedichtet ist.
Um für ein Elektrofahrzeug genügend Batteriekapazität bereitstellen zu können, werden mehrere Wannenteile zu einer Wannenteilanordnung angeordnet und miteinander verbunden. Gleiches gilt für die Deckelteile. In einer solchen Nebeneinanderanordnung von Wannenteilen grenzen nebeneinander angeordnete Wannenteile mit dem äußeren Abschluss ihres Montageflansches aneinander. Typischerweise umfassen die Batteriegehäuse, um den Sicherheitsanforderungen bei einer Verwendung eines solchen Batteriegehäuses in einem Fahrzeug zu genügen, eine Rahmenstruktur. Jedes Wannenteil ist von einem Teil einer Rahmenstruktur eingefasst. Die Rahmenstruktur selbst wird aus stranggepressten Hochkammerprofilabschnitten zusammengesetzt. Diese sind zur Gewichtseinsparung typischerweise aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Zwischen zwei Wannenteilen, deren Montageflansche aneinandergrenzen, befindet sich ein Abschnitt der Rahmenstruktur. Mit diesem Rahmenstrukturprofilteil sind die Montageflansche der benachbart angeordneten Wannenteile verbunden, typischerweise durch einen Schweißvorgang. Die Montageflansche weisen umlaufend mit einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnete Durchbrechungen auf oder tragen an entsprechender Stelle Befestiger, um diese Wannenteile mit den jeweiligen Deckelteilen verspannen zu können.
Da die Reichweite von Elektrofahrzeugen durch die mitgeführte Batteriekapazität begrenzt ist, ist man bestrebt, das mitgeführte Batterievolumen möglichst zu maximieren. In einem Fahrzeug steht jedoch regelmäßig nur ein definiertes vorgegebenes Einbauvolumen zur Verfügung. Vor diesem Hintergrund wäre es wünschenswert, wenn das Batterievolumen, welches von einer solchen Wannenteilanordnung aufgenommen werden kann, vergrößert werden könnte, und zwar ohne dass hierfür ein kostenträchtiges oder aufwendiges Herstellungsverfahren notwendig wäre.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine solche Verbesserung vorzuschlagen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Batteriegehäuse, bei dem der Montageflansch entlang zumindest einer Seitenwand seine maximale Breite nur in einigen Abschnitten erreicht und der Montageflansch in den übrigen Abschnitten demgegenüber nur eine reduzierte Breite aufweist.
Bei diesem Batteriegehäuse ist der Montageflansch entlang zumindest einer Seite in einer besonderen Weise ausgestaltet. Diese besondere Ausgestaltung befindet sich an derjenigen Seite des Wannenteils, an der dieses im Rahmen einer Wannenteilanordnung benachbart zu einem anderen Wannenteil angeordnet ist. In einer 2er-Anordnung braucht das Wannenteil nur entlang einer Seitenwand einen solchen Montageflansch aufzuweisen. In aller Regel werden Anordnungen aus einer größeren Zahl von Wannenteilen vorgesehen sein, sodass dann der Montageflansch an zwei, drei oder auch vier Seitenwänden diese besondere Auslegung aufweist. Die besondere Auslegung des Montageflansches liegt darin, dass dieser seine maximale Breite nur in einigen Abschnitten erreicht. In den übrigen Abschnitten des Montageflansches weist dieser demgegenüber nur eine reduzierte Breite auf. Die Montageflansche nebeneinander anzuordnender Wannenteile sind bezüglich der Auslegung ihrer zueinander weisenden Montageflansche komplementär ausgeführt, sodass die Abschnitte maximaler Breite des einen Montageflansches in bezüglich ihrer Breite entsprechend reduzierte Abschnitte des Montageflansches des benachbart angeordneten Wannenteils eingreifen. Dieses Verzahnen der Montageflansche benachbart angeordneter Wannenteile erlaubt, dass jeder Montageflansch in den Abschnitten seiner maximalen Breite mit einem Unterlager mit der gewünschten Anlagebreite verbunden werden kann. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Profilabschnitt einer Rahmenstruktur handeln. Möglich ist auch, die Montageflansche lediglich mit einem Verbindungsblech miteinander zu verbinden.
Es hat sich gezeigt, dass es für eine bestimmungsgemäße Befestigung auch unter Berücksichtigung der an das Batteriegehäuse gestellten mechanischen Anforderungen ausreicht, wenn die maximale Breite des Montageflansches nicht über die gesamte Länge desselben entlang einer Seitenwand, sondern nur in einigen Abschnitten gegeben ist. Da beide miteinander in Eingriff zu stellende Montageflansche zweier benachbarter Wannenteile eine solche Ausführung aufweisen, ist die gesamte Breite der beiden aneinandergrenzenden Montageflansche gegenüber der im Stand der Technik notwendigen doppelten Breite der Montageflansche signifikant reduziert. Die Breite der Summe der beiden in Eingriff gestellten Montageflansche kann beispielsweise der Breite eines einzigen herkömmlichen Montageflansches entsprechen. Diese Reduzierung erlaubt eine größere Auslegung der Wannenteile bei gleichbleibendem Einbauvolumen. Bereits bei einer 4er-Anordnung von Wannenteilen in einer 2x2-Anordnung lässt sich durch diese Maßnahme das zur Verfügung zu stellende Batterievolumen um etwa 7 % erhöhen. Dieses entspricht einer Reichweitenverlängerung ebenfalls von etwa 7 %. In vielen Fällen wird man Wannenteilanordnungen mit deutlich mehr als vier Wannenteilen einsetzen. Das gewonnene Batteriemehrvolumen ist dann entsprechend größer.
Der äußere Abschluss eines solchen Montageflansches kann beispielsweise nach Art einer Sinuskurve gewellt ausgeführt sein. Aneinandergrenzende Montageflansche dieser Art weisen eine um eine Halbwelle versetzte Auslegung der Abschnitte maximaler Breite ihrer Montageflansche auf. In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass jeder Montageflansch über die Länge der benachbarten, den Montageflansch tragenden Seitenwand eine Basisbreite aufweist, die beispielsweise der halben Breite eines Montageflansches entspricht, der nicht diese besondere Ausgestaltung aufweist. In den Abschnitten der vorgesehenen maximalen Breite sind an diese Basisbreite Vorsprünge angeformt. An den Stellen, an denen die diesbezüglichen Vorsprünge des benachbarten Montageflansches angeordnet sind, weist der Montageflansch ausgehend von seiner Basisbreite zurückspringende Ausnehmungen auf. Die Vorsprünge und dementsprechend auch die Ausnehmungen sind typischerweise rundlich geformt.
Das vorstehende Konzept führt auch zu einer Reduzierung des Leergewichtes bei gleichem Batterievolumen, da die miteinander in Eingriff zu stellenden Montageflansche einen geringeren Materialeinsatz zur Folge haben.
Hergestellt werden kann die besondere Außenkontur eines solchen Montageflansches bevorzugt durch einen sich an den Umformungsprozess anschließenden oder währenddessen stattfindenden Beschnitt.
Mit dem vorbeschriebenen Konzept ist es möglich, die Anzahl der zum Verspannen der Wannenteile mit entsprechenden Deckelteilen eingesetzten Schrauben nicht unerheblich zu reduzieren. So kann bei einer 2x2-Wannenteilanordnung die Anzahl der zum Anschließen der Deckelteile notwendigen Schrauben beispielsweise von 80 auf 57 reduziert werden. Auch hiermit geht eine nicht zu vernachlässigende Gewichtseinsparung einher.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

1: eine Darstellung nach Art einer Explosionsdarstellung eines aus mehreren Wannenteilen zusammengesetzten Batteriegehäuses mit einer Rahmenstruktur,
2: eine Draufsicht auf die unteren Wannenteile der 1,
3: eine Teilschnittdarstellung entlang der Linie A-B der 2 und
4: eine Draufsicht auf eine Wannenteilanordnung eines Batteriegehäuses gemäß dem Stand der Technik.

Ein Batteriegehäuse 1 umfasst bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in 1 vier Wannenteile 2 und dementsprechend vier Deckelteile 3. Die Wannenteile 2 und die Deckelteile 3 sind jeweils gleichartig ausgeführt. Im Folgenden sind die Wannenteile 2 beschrieben. Die diesbezüglichen Ausführungen gelten gleichermaßen für die Deckelteile 3.
Die Wannenteile 2 sind in einer 2x2-Anordnung bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zusammengestellt. Dieses bedeutet, dass jedes Wannenteil 2 mit den Montageflanschen entlang zweier Seitenwände an benachbarte Wannenteile 2 grenzt. Die Wannenteile 2 sind aus einer Stahlplatine im Wege eines Tiefziehprozesses geformt worden. Vorstellbar ist aber an dieser Stelle auch, dass andere Materialien, wie beispielsweise Leichtmetalle oder Legierungen, zum Einsatz kommen. Von Besonderheit bei den Wannenteilen 2 ist die Formgebung der Montageflansche an den Seitenwänden, die zu den Seitenwänden benachbarter Wannenteile gerichtet sind. Die an den übrigen Seitenwänden angeformten Montageflansche weisen eine herkömmliche Geometrie auf.
In 2 sind an einem der Wannenteile 2 die Montageflansche mit herkömmlicher Auslegung mit dem Bezugszeichen 4 und diejenigen mit der nachfolgend beschriebenen besonderen Ausgestaltung mit den Bezugszeichen 5, 5.1 kenntlich gemacht. Die Montageflansche 5, 5.1. sind miteinander verzahnt, wie dieses nachstehend beschrieben ist. Die besondere Ausgestaltung der Montageflansche 5, 5.1 wird vor allem aus der Darstellung des Batteriegehäuses 1 der 2 und der vergrößerten Teildarstellung durch die Wellenform ihrer äußeren Abschlüsse erkennbar. Die Montageflansche 5, 5.1 weisen ihre maximale Breite nur in einigen Abschnitten 6, 6.1 auf. Diese Abschnitte 6, 6.1 eines Montageflansches 5, 5.1 gehen aus von einer Basisbreite desselben, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der halben Breite der Montageflansche 4 entspricht. Zwischen zwei Abschnitten 6, 6.1 maximaler Breite befindet sich ebenfalls ausgehend von der Basisbreite mittig eine Aussparung 7. In diese greift ein Abschnitt 6.1 maximaler Breite des Montageflansches 5.1 des benachbarten Wannenteils 2 ein. Die Abschnitte 6, 6.1 maximaler Breite und die Ausnehmungen 7 sind bei den miteinander in den Figuren bereits in Eingriff gestellten Montageflanschen 5, 5.1 entsprechend versetzt zueinander angeordnet. Die Draufsicht auf die Anordnung der Wannenteile 2 der 2 macht deutlich, dass die Gesamtbreite der miteinander in Eingriff gestellten Montageflansche 5, 5.1 nicht größer ist als die Breite der Montageflansche 4.
Die miteinander in Eingriff gestellten Montageflansche 5, 5.1 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, wie aus 3 ersichtlich, durch ein unterseitig bezüglich der Montageflansche 5, 5.1 angeordnetes Verbindungsblech 8 miteinander verbunden. Das Verbindungsblech 8 trägt zu seiner Versteifung randliche Abkantungen 9, 9.1. Die Montageflansche 5, 5.1 sind mit dem Verbindungsblech im Bereich ihrer Abschnitte 6 maximaler Breite mit dem ebenfalls aus Stahlblech gefertigten Verbindungsblech 8 durch Punktschweißungen verbunden.
Die Darstellung in der 3 der Wannenteilanordnung zeigt, dass die Seitenwände 10, 10.1 zusammen mit den miteinander in Eingriff gestellten Montageflanschen 5, 5.1 eine U-förmige Kammer einfassen. Diese Kammer ist unterseitig durch ein die beiden Böden 11, 11.1 benachbarter Wannenteile 2 verbindendes Schließblech 12 verschlossen. Auf diese Weise ist ein Kastenprofil unter Ausbildung einer Hohlkammer 13 ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung wird zur Realisierung der gewünschten Stabilisierung durch eine Rahmenstruktur kein zusätzliches Hohlkammerprofil benötigt. Mit dieser Maßnahme kann zusätzlich Gewicht eingespart werden.
Die Reduzierung der Gesamtbreite der Montageflansche 5, 5.1 benachbarter Wannenteile 2 führt zu einer Verkleinerung der Gesamtgröße des Batteriegehäuses 1, wenn die Wannenteile 2 gleiches Volumen aufweisen. Diese Breitenreduzierung der miteinander in Eingriff stehenden Montageflansche 5, 5.1 wird vorzugsweise jedoch benutzt, damit durch dieses Batteriegehäuse bei gleichem zur Verfügung stehenden Einbauvolumen das Wannenteilvolumen größer ausgelegt ist. Ein solches Batteriegehäuse weist eine volumenmäßig größere Batteriekapazität auf als ein herkömmliches Batteriegehäuse.
Dieses wird aus einem Vergleich der Draufsicht der 2 mit der Draufsicht auf eine Wannenteilanordnung in dem Stand der Technik in 4 deutlich. Die vorbekannten Wannenteile 14 tragen einen Montageflansch mit umlaufend gleicher Breite. Der Unterschied zwischen der vorbekannten Wannenteilanordnung mit ihren Wannenteilen 14 und der in 2 gezeigten Wannenteilanordnung wird in dem deutlich verringerten Seitenwandabstand zweier benachbarter Wannenteile 2 bei dem Gegenstand der erfindungsgemäßen Wannenteile deutlich.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungen, die Erfindung umsetzen zu können.
Bezugszeichenliste

1: Batteriegehäuse
2: Wannenteil
3: Deckelteil
4: Montageflansch
5, 5.1: Montageflansch
6: Abschnitt
7: Ausnehmung
8: Verbindungsblech
9, 9.1: Abkantung
10, 10.1: Seitenwand
11, 11.1: Boden
12: Schließblech
13: Hohlkammer
14: Wannenteil
15: Befestiger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202016102223 U1 [0003]

Claims

Batteriegehäuse für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug mit einem einen Boden (11, 11.1), daran angeformte Seitenwände (10, 10.1) sowie einen von diesen nach außen abragenden Montageflansch (4, 5, 5.1) aufweisenden Wannenteil (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Montageflansch (5, 5.1) entlang zumindest einer Seitenwand (10, 10.1) seine maximale Breite nur in einigen Abschnitten (6, 6.1) erreicht und der Montageflansch (5, 5.1) in den übrigen Abschnitten demgegenüber nur eine reduzierte Breite aufweist.
Batteriegehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Abschluss des Montageflansches entlang der zumindest einen Seitenwand nach Art einer Sinuskurve ausgeführt ist.
Batteriegehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Montageflansch (5, 5.1) entlang der zumindest einen Seitenwand (10, 10.1) eine Basisbreite aufweist, in den Abschnitten (6, 6.1) seiner maximalen Breite von der Basisbreite ausgehende Vorsprünge und mit dem halben Abstand zweier Vorsprünge voneinander die Basisbreite zur Aufnahme des Vorsprunges eines Montageflansches (5, 5.1) eines weiteren Wannenteils (2) eine Aussparung (7) aufweist.
Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse zumindest zwei Wannenteile (2) umfasst, die mit ihren zueinander weisenden Montageflanschen (5, 5.1) in Eingriff gestellt sind, und dass die Montageflansche (5, 5.1) im Bereich der Abschnitte (6) ihrer maximalen Breite mit einem an der einer Dichtungsanlage gegenüberliegenden Seite der Montageflansche (5, 5.1) angeordneten Verbindungsblech (8) verbunden sind.
Batteriegehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsprofil Durchbrechungen zum Durchführen eines Befestigers (15) aufweist und/oder mehrere Befestiger (15) trägt.
Batteriegehäuse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine von zwei Wannenteilen (2) mit ihren miteinander verbundenen Montageflanschen (5, 5.1) und den Seitenwänden (10, 10.1) eingefasste Kammer (13) zur Ausbildung einer Rahmenstruktur im Bereich der Böden (11, 11.1) der Wannenteile (2) durch ein Schließblech (13) verschlossen ist.
Batteriegehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließblech (13) an die Außenseite der Böden (11, 11.1) der Wannenteile (2) angeschweißt ist.
Batteriegehäuse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in das Schließblech (13) Verstärkungsstrukturen eingeprägt sind.
Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse neben den zumindest zwei Wannenteilen (2) eine entsprechende Anzahl an Deckelteilen (3) umfasst, wobei die Deckelteile (3) ebenso ausgeführt sind wie die Wannenteile.