DE102016209853A1

DE102016209853A1 - Unterschale für ein Batteriegehäuse und Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016209853A1
Application number: DE102016209853.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Reinsch; Jens Bernhart; Oliver Mende
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2017-12-21
Also published as: CN107464898A; CN107464898B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Unterschale (100) für ein Batteriegehäuse einer Traktions- bzw. Antriebsbatterie, mit: – einer aus gefaltetem Metallblech gebildeten Wanne (110), die ein Bodenblech (111) und durch Abkantung aufgestellte Seitenwände (112) aufweist, und – mehreren aus Metallblech gebildeten Einsätzen (120, 130, 140), die die Wanne (110) in einzelne Fächer unterteilen, wobei die Einsätze (120, 130, 140) sowohl mit dem Bodenblech (111) als auch mit den Seitenwänden (112) gefügt sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, mit einem Batteriegehäuse, das eine solche Unterschale (100) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Unterschale für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie. Die Erfindung betrifft ferner eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug.
Eine Traktions- bzw. Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder auch Hybridantrieb weist für gewöhnlich ein dichtes Batteriegehäuse und im Inneren dieses Batteriegehäuses aufgenommene Batteriezellen auf. Ferner können im Batteriegehäuse Kontaktelemente und eine Elektronik bzw. Leistungselektronik untergebracht sein.
Die DE 10 2012 019 922 A1 derselben Anmelderin beschreibt eine Batterieanordnung mit einem Batteriegehäuse, bestehend aus einer Oberschale und einer Unterschale. Die Oberschale ist bspw. aus einem Kunststoffmaterial gefertigt, während die Unterschale aus einem Metallblech geformt ist. Innerhalb des Batteriegehäuses sind am Gehäuseboden Querschienen angeschweißt. Die Querschienen dienen insbesondere der Halterung der im Batteriegehäuse aufgenommenen Batteriezellen.
Zum Stand der Technik wird außerdem auf die DE 10 2011 052 515 A1 hingewiesen, die ein aus Kunststoffmaterial bestehendes Batteriegehäuseteil für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs und ein Verfahren zur Herstellung des Batteriegehäuseteils beschreibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unterschale für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie anzugeben, die einfach herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer erfindungsgemäßen Unterschale entsprechend dem Patentanspruch 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf eine Traktionsbatterie. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
Die erfindungsgemäße Unterschale für das Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie weist auf:

– eine aus gefaltetem Metallblech gebildete Wanne, die ein Bodenblech bzw. einen Boden und durch Abkantung aufgestellte Seitenwände bzw. Zargen aufweist, und
– mehrere aus Metallblech gebildete Einsätze, welche die Wanne in einzelne Fächer bzw. Sektionen unterteilen, wobei diese Einsätze sowohl mit dem Bodenblech als auch mit den Seitenwänden gefügt sind.

Die erfindungsgemäße Batteriegehäuse-Unterschale ist demnach ein Blechbauteil, das bspw. aus Stahlblech (auch festes und höchstfestes Stahlblech), Edelstahlblech und/oder Aluminiumblech mit einer Blechdicke von 0,5 mm bis 3,0 mm gefertigt werden kann. Die Kombination aus äußerer Wanne und innerer Abstützung durch mehrfach gefügte Einsätze führt zu einer sehr stabilen und crashsicheren Konstruktion. Das Metallblech gewährleistet ferner eine gute Abschirmung vor elektromagnetischer Strahlung. Durch das Metallblech kann ferner auch die Dichtheit der Unterschale gewährleistet werden. Die erfindungsgemäße Unterschale für ein Batteriegehäuse ist nicht auf eine bestimmte Baugröße oder Batterieart (bspw. für MHEV, PHEV, HEV oder BEV) beschränkt.
Die Wanne der erfindungsgemäßen Unterschale ist nicht tiefgezogen oder dergleichen. Die vorzugsweise einstückige Wanne wird kostengünstig aus einem ebenen Blechzuschnitt durch Umklappen bzw. Aufstellen der Seitenwände, bspw. durch Schwenkbiegen, gegenüber dem verbleibenden Bodenblech hergestellt (einfaches Blech-Kant-Bauteil). Der Blechzuschnitt kann durch einfache Abwicklung ermittelt werden. Das Abkanten erfolgt bspw. auf einer Abkantpresse bzw. Biegemaschine (bspw. einer Universalbiegemaschine oder einer CNC-Biegemaschine), wobei solche Abkantpressen bzw. Biegemaschinen in der Regel universell einsetzbar und dadurch z. B. auch für die Herstellung verschiedener Unterschalentypen verwendbar sind.
Ein Vorteil dieser Herstellweise ist darin zu sehen, dass teure Tiefziehwerkzeuge oder dergleichen nicht erforderlich sind und die Seitenwände bezüglich dem Bodenblech rechtwinklig aufgestellt werden können und dann bezüglich dem Boden bzw. der Bodenfläche einen Flächenwinkel von 90° einnehmen. Beim Tiefziehen oder auch beim Gießen (bspw. beim Aluminium-Druckguss) von Unterschalen bzw. Wannen sind Ausformschrägen vorzusehen, was sich nachteilig auf den erforderlichen Bauraum auswirkt. Die erfindungsgemäße Unterschale weist demnach einen verhältnismäßig kleinen Bauraum auf.
Die Eckbereiche der Wanne an den Stoßkanten der aufgestellten Seitenwände sind bevorzugt durch aufgesetzte oder eingesetzte Eckkappen verschlossen. Bei diesen Eckkappen handelt es sich bevorzugt um Blechformteile, die zwecks Abdichtung der Wanne von außen oder von innen aufgebracht sind. Die Blechformteile können auch als Schließbleche bezeichnet werden. Bevorzugt sind die Eckkappen durch Kleben und/oder Punktschweißen, wie nachfolgend noch näher erläutert, mit den Seitenwänden und/oder dem Bodenblech gefügt. Alternativ kann eine direkte Verschweißung oder Verlötung der Seitenwände an den Stoßkanten vorgesehen sein, was allerdings zu einem starken Wärmeverzug führen kann. Außerdem sind Schweißnähte nur schwer prozesssicher dicht zu bekommen.
Die Einsätze und/oder die Eckkappen sind bevorzugt durch Kleben bzw. Verklebung mit dem Bodenblech und/oder den Seitenwänden gefügt. Der verwendete Klebstoff bewirkt zugleich auch die Abdichtung. Die Einsätze und/oder die Eckkappen können auch durch Schweißpunkte bzw. mittels Punktschweißen mit dem Bodenblech und/oder den Seitenwänden gefügt sein. Beim Punktschweißen wird nur geringe Wärme eingebracht, so dass keine Gefahr eines Wärmeverzugs besteht. Besonders bevorzugt werden die Einsätze und/oder die Eckkappen durch sogenanntes Punktschweißkleben, d. h. durch eine Kombination aus Verkleben und Punktschweißen, mit der Wanne gefügt. Um das Fügen zu vereinfachen, sind die Einsätze bevorzugt mit entsprechenden Fügeflanschen ausgebildet.
Die Einsätze können kostengünstig aus gefaltetem Metallblech gebildet sein. Die Einsätze werden bevorzugt einstückig aus einem ebenen Blechzuschnitt hergestellt, z. B. mithilfe einer Abkantpresse oder Biegemaschine. Die Einsätze können bspw. gefalzt sein. Die Einsätze können bspw. aber auch zu einem Profil gefaltet sein. Die Fügeflansche können durch Abkanten erzeugt werden. Nach dem Umformen sind keine weiteren Bearbeitungsschritte, insbesondere keine Schneidoperationen, mehr vorgesehen (selbiges gilt für die Wanne).
Die Einsätze können mit einem Stecksystem ausgebildet sein, bspw. in Form von Schlitzen bzw. Nuten, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass die Einsätze über Kreuz ineinander oder übereinander steckbar sind.
Bevorzugt sind die Seitenwände an ihren oberen, vom Bodenblech entfernten Enden mit nach außen weisenden Montageflanschen ausgebildet, an denen eine Oberschale des Batteriegehäuses befestigt werden kann. Die Montageflansche können, bspw. durch Verwendung eines sogenannten Etagenbiegewerkzeugs, gleichzeitig mit dem Aufstellen der Seitenwände erzeugt werden.
Eine gemäß den vorausgehend erläuterten Merkmalen ausgebildete Unterschale kann in einfacher und kostengünstiger Weise bspw. wie folgt hergestellt werden:

– Bereitstellen eines Blechzuschnitts und Erzeugen der Wanne durch Aufstellen der Seitenwände;
– Bereistellen von Blechzuschnitten und Erzeugen der Einsätze durch Falten und durch Abkanten der Fügeflansche;
– Einsetzen der Einsätze in die Wanne;
– Ein- oder Aufsetzen der Eckkappen;
– Fügen der Einsätze und der Eckkappen mit der Wanne durch Kleben (nach vorherigem Klebstoffauftrag) und/oder Punktschweißen.

Die einzelnen Schritte können manuell, teilautomatisiert oder vollautomatisiert ausgeführt werden. Die Reihenfolge der Schritte ist veränderbar. Bevorzugt werden unterschiedliche Einsätze erzeugt, die bspw. auch für andere Unterschalentypen verwendbar sind (Baukastenprinzip).
Die mit dem nebengeordneten Patentanspruch beanspruchte Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, wobei es sich insbesondere um eine HV-Batterie handelt, weist ein Batteriegehäuse auf, das eine erfindungsgemäße Unterschale umfasst. Zum Batteriegehäuse gehört bevorzugt auch eine mit der Unterschale verbundene oder verbindbare Oberschale. Zur Traktionsbatterie können ferner im Inneren des Batteriegehäuses angeordnete Batteriezellen gehören, die in den durch die Einsätze gebildeten Fächern der Unterschale aufgenommen und insbesondere auch an der Unterschale befestigt sind.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung weiterbilden.
1 zeigt eine Unterschale in einer perspektivischen Ansicht.
2 zeigt einen Ausschnitt der Unterschale aus 1.
3 zeigt einen Eckbereich der Unterschale aus 1.
Die in 1 gezeigte Unterschale 100 eines Batteriegehäuses weist eine einstückige rechteckige Wanne bzw. einen rechteckigen Kasten 110 und darin angeordnete Einsätze 120, 130 und 140 auf. Die längs- und querverlaufenden Einsätze 120, 130 und 140 unterteilen die Wanne 110 setzkastenartig in einzelne Fächer zur Aufnahme jeweils einer Batteriezelle. Im mittleren Bereich der Wanne 110 sind die querverlaufenden Einsätze 140 als Profile ausgebildet, die über ein hohes Lastaufnahmevermögen (bspw. bei einem Crash) verfügen.
Sowohl die Wanne 110 als auch die Einsätze 120, 130 und 140 sind aus gefaltetem Metallblech bzw. Blechmaterial gebildet. Die Wanne 110 weist vier Seitenwände 112 auf, die sich bezüglich dem Bodenblech bzw. der im Wesentlichen ebenen Bodenfläche 111 rechtwinklig erstrecken und an ihren oberen Enden mit nach außen weisenden Montageflanschen 113 zur Befestigung einer Gehäuseoberschale ausgebildet sind. Die Einsätze 120, 130 und 140 sind mit Fügeflanschen 125, 135 und 145 ausgebildet, mit denen diese am Bodenblech bzw. der Bodenfläche 111 und an den Seitenwänden 112 der Wanne 110 abgestützt und gefügt sind. Die Eckbereiche der Wanne 110 sind mit angefügten, vorzugsweise metallischen Eckkappen 150 verschlossen.
2 zeigt vergrößert einen Ausschnitt der Unterschale 100. Die Einsätze 120 und 130 sind jeweils einstückig aus gefaltetem Metallblech gebildet und weisen obenliegende Falzkanten 121 und 131 auf. Die anderen Einsätze 140 (s. 1) sind hingegen zu einem Rechteckprofil gefaltet.
In der Darstellung der 2 sind die Fügeflansche 125 und 135 der Einsätze 120 und 130 gut zu erkennen. Das Fügen an diesen Fügeflanschen 125 und 135 erfolgt durch Verklebung und zusätzliche Punktverschweißung 160 mit den Seitenwänden 112 der Wanne 110, wobei auch an den bodenseitigen Fügeflanschen Punktverschweißungen bzw. Schweißpunkte vorgesehen sein können. Die profilartigen Einsätze 140 (s. 1) sind in gleicher Weise gefügt. Mit 170 sind Einpressmuttern bezeichnet, die einer Schraubbefestigung der in den Fächern aufzunehmenden Batteriezellen dienen. Der Darstellung in 2 ist auch zu entnehmen, dass der Boden bzw. das Bodenblech 111 mit Verprägungen ausgebildet sein kann (s. auch 3), bspw. derart, dass jedes der Fächer am Boden einen umlaufenden Prägerand aufweist.
Der Darstellung in 2 ist ferner zu entnehmen, dass die längsverlaufenden Einsätze 120 mit nach unten (d. h. zum Bodenblech 111) geöffneten Schlitzen 127 ausgebildet sind, die die querverlaufenden Einsätze 130 (und 140; s. 1) übergreifen, wodurch die Montage erleichtert und eine gegenseitige Abstützung und Stabilisierung erreicht wird. Ergänzend können auch die querverlaufenden Einsätze 130 und/oder 140 mit nach oben geöffneten Schlitzen ausgebildet sein, so dass die Einsätze 120, 130 und 140 ein Stecksystem mit korrespondierend bzw. komplementär ausgebildeten Schlitzen bilden, derart, dass die Schlitze an den Kreuzungsstellen zwischen den Einsätzen 120, 130 und/oder 140 formschlüssig ineinandergreifen bzw. ineinander gesteckt werden können. Zusätzlich können übergreifende Klammern bzw. Bügel 180 vorgesehen sein, wie in 1 gezeigt.
3 zeigt vergrößert einen Eckbereich der Unterschale 100. Der Eckspalt zwischen den nach oben geklappten Seitenwänden 112 der Wanne 110 ist durch eine von innen eingesetzte (oder alternativ von außen aufgesetzte) Eckkappe 150 verschlossen. Die aus Blech geformte Eckkappe 150 ist mit beiden benachbarten Seitenwänden 112, einschließlich den nach außen abstehenden Montageflanschen 113, und mit dem Boden bzw. der Bodenfläche 111 verklebt und mittels mehrerer Schweißpunkte 160 auch punktschweißgefügt. Die Schweißpunkte 160 können unterschiedlich groß ausfallen (dies gilt für alle Schweißpunkte 160). Die Abdichtung im Eckbereich wird durch den Klebstoff bzw. die Klebeverbindung bewerkstelligt.
Die Unterschale 100 kann wahlweise mit und ohne Kühleinrichtung ausgelegt werden. Eine Kühleinrichtung kann bspw. als Einlegeteil ausgebildet und Bestandteil der Unterschale 100 sein.
Bezugszeichenliste

100: Unterschale
110: Wanne
111: Bodenblech
112: Seitenwand
113: Montageflansch
120: Einsatz
121: Falzkante
125: Fügeflansch
127: Schlitz
130: Einsatz
131: Falzkante
135: Fügeflansch
140: Einsatz
145: Fügeflansch
150: Eckkappe
160: Schweißpunkt
170: Einpressmutter
180: Klammer

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

DE 102012019922 A1 [0003]
DE 102011052515 A1 [0004]

Claims

Unterschale (100) für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie, mit: – einer aus gefaltetem Metallblech gebildeten Wanne (110), die ein Bodenblech (111) und durch Abkantung aufgestellte Seitenwände (112) aufweist, und – mehreren aus Metallblech gebildeten Einsätzen (120, 130, 140), die die Wanne (110) in einzelne Fächer unterteilen, wobei die Einsätze (120, 130, 140) sowohl mit dem Bodenblech (111) als auch mit den Seitenwänden (112) gefügt sind.
Unterschale (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (112) der Wanne (110) bezüglich dem Bodenblech (111) rechtwinklig aufgestellt sind.
Unterschale (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eckbereiche der Wanne (110) durch aufgesetzte oder eingesetzte Eckkappen (150) verschlossen sind.
Unterschale (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (120, 130, 140), und insbesondere auch die Eckkappen (150), durch Verkleben mit dem Bodenblech (111) und/oder den Seitenwänden (112) der Wanne (110) gefügt sind.
Unterschale (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche und insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (120, 130, 140), und insbesondere auch die Eckkappen (150), durch Punktschweißen mit dem Bodenblech (111) und/oder den Seitenwänden (112) der Wanne (110) gefügt sind.
Unterschale (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (120, 130, 140) aus gefaltetem Metallblech gebildet sind.
Unterschale (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (120, 130, 140) gefalzt und/oder zu Profilen geformt sind.
Unterschale (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (120, 130, 140) mit einem Stecksystem ausgebildet sind.
Unterschale (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (112) der Wanne (110) an ihren oberen Enden mit nach außen weisenden Montageflanschen (113) ausgebildet sind.
Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, mit einem Batteriegehäuse, das eine Unterschale (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche aufweist.