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Die Erfindung betrifft einen Batteriemodulträger zum Aufnehmen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriemodulträgers.
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Im Bereich der Elektromobilität sind die Anforderungen an geeignete Trägersysteme für Traktionsbatterien bzw. Batteriemodule relativ hoch. Unter anderem auch aufgrund des relativ hohen Gewichts der aufzunehmenden Traktionsbatterien bzw. Batteriemodule bestehen relativ hohe Anforderungen an den Leichtbau derartiger Batteriemodulträger. Auch im Hinblick auf die Crasheigenschaften der Batteriemodulträger werden relativ hohe Anforderungen gestellt, wobei derartige Batteriemodulträger im Idealfall sowohl besonders leicht als auch besonders steif sein sollten. Ferner sollten sich Batteriemodulträger auch gut in Fahrzeugstrukturen integrieren lassen.
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Zusammenfassend besteht eine Vielzahl von Anforderungen an derartige Batteriemodulträger, insbesondere im Hinblick auf: Leichtbau, Steifigkeit, Noise Vibration Harshness, Crasheigenschaften, Wärmemanagement, Fügekonzepte, Brandschutz, Temperaturstabilität, Reparatureigenschaften, Halbzeugkosten, Lebensdauer, Medienbeständigkeit, Funktionsintegration, Herstellbarkeit, Schadensüberwachung, Materialkosten und Skalierbarkeit.
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Eine besondere Herausforderung bei der Produktion derartiger Batteriemodulträger besteht darin, verschiedene Parameter, welcher die Produktion betreffen, zu überwachen. Ferner besteht während der Verwendung derartiger Batteriemodulträger eine Herausforderung darin, dass die Funktionsweise des Batteriemodulträgers als solchem als auch die mittels diesem aufgenommene Traktionsbatterie gewährleistet werden sollte. Dafür müssen wiederum eine Vielzahl von die Funktionsweise des Batteriemodulträgers betreffende Parameter überwacht werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Batteriemodulträger zum Aufnehmen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Batteriemodulträgers bereitzustellen, mittels welchen auf besonders einfache und zuverlässige Weise eine Vielzahl von Parametern am Batteriemodulträger überwacht und kontrolliert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch einen Batteriemodulträger sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Batteriemodulträgers mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Batteriemodulträger zum Aufnehmen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Gehäusewanne und einen Gehäusedeckel, welche jeweils als Sandwichkonstruktionen ausgebildet sind, die jeweils eine Oberseite und eine Unterseite aus einem Organoblech aufweisen, zwischen denen ein thermoplastischer Kunststoffschaum angeordnet ist, wobei in die Gehäusewanne und/oder in den Gehäusedeckel wenigstens eine Einrichtung integriert ist, welche dazu ausgelegt ist, einen Parameter des Batteriemodulträgers zu erfassen und/oder zu regulieren.
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Durch die Sandwichbauweise kann sowohl eine besonders gute Wärmeisolation als auch eine besonders gute Struktursteifigkeit realisiert werden. Bei dem thermoplastischen Kunststoffschaum kann es sich beispielsweise um einen Polyamid-Schaumstoff handeln. Durch den Sandwichaufbau kann sowohl dem Leichtbaugedanken als auch der Crashsicherheit Rechnung getragen werden. Im Falle von Organoblechen können diese eine Dicke von ca. 1 mm aufweisen, wobei die den Kern der Sandwichkonstruktionen bildende Kunststoffschaumschicht besonders leicht ausgebildet sein kann, beispielsweise mit einer Dichte von 70 g/l.
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Durch die Integrierung der Einrichtung, welche dazu ausgelegt ist, einen Parameter des Batteriemodulträgers zu erfassen und/oder zu regulieren kann die Funktionsweise des Batteriemodulträgers während der Verwendung besonders gut überwacht und/oder reguliert werden. Darüber hinaus ist es mittels der integrierten Einrichtung alternativ oder zusätzlich möglich, die Produktion des Batteriemodulträgers betreffende Parameter zu überwachen und/oder zu beeinflussen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zumindest ein Temperatursensor in die Gehäusewanne und/oder in den Gehäusedeckel integriert ist.
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Die Organobleche der Gehäusewanne und des Gehäusedeckels umfassen jeweilige Gewebe. Der Temperatursensor kann beispielsweise in derartige Gewebe integriert sein. Vorzugsweise ist der Temperatursensor dazu ausgebildet, Temperaturen zumindest in einem Bereich von –45°C bis 125°C zu überwachen. Der Temperatursensor kann zum einen dafür verwendet werden, während der Verwendung des Batteriemodulträgers eine Temperaturüberwachung bezüglich der aufgenommenen Traktionsbatterie vorzunehmen. Zum anderen kann der Temperatursensor dafür verwendet werden, eine passgenaue Erwärmung der Organobleche während der Produktion des Batteriemodulträgers zu überwachen, sodass diese besonders einfach umgeformt werden können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Heizleiteranordnung in die Gehäusewanne und/oder in den Gehäusedeckel integriert ist. Die Heizleiteranordnung kann eine Vielzahl von Heizdrähten aufweisen, welche beispielsweise in die Organobleche der Gehäusewanne und/oder des Gehäusedeckels mit verwoben sein können. Mittels der Heizleiteranordnung ist es möglich, die Organobleche während ihrer Herstellung optimal und gleichmäßig aufzuheizen bzw. zu erwärmen, sodass die Drapierfähigkeit der Organobleche begünstigt wird, infolgedessen die Organobleche an entsprechende Werkzeuge angeschmiegt werden können. Alternativ oder zusätzlich kann die Heizleiteranordnung auch dafür genutzt werden, während des Betriebs des Batteriemodulträgers die aufgenommene Traktionsbatterie zu temperieren. Insbesondere bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen kann dies von Vorteil sein, um so die mittels des Batteriemodulträgers aufgenommene Traktionsbatterie auf einen für die Energieabgabe oder für einen Ladevorgang günstigen Temperaturbereich zu bringen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zumindest ein RFID-Chip in die Gehäusewanne und/oder in den Gehäusedeckel integriert ist. Ein derartiger RFID-Chip kann sowohl während der Produktion des Batteriemodulträgers als auch bei dessen späterem Einsatz zur Funktions- und Schadensüberwachung genutzt werden. Des Weiteren können über derartige RFID-Chips beispielsweise Daten hinsichtlich Logistikprozessen und Qualitätsdaten ausgetauscht werden. Parameter, wie beispielsweise eine bestimmte Seriennummer des Batteriemodulträgers, können dadurch ebenfalls ausgetauscht werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass zumindest ein Überdruckventil in die Gehäusewanne und/oder den Gehäusedeckel integriert ist. Dadurch kann eine Gasüberdruckabsicherung beim Batteriemodulträger realisiert werden. Ein beispielsweise während eines Ladevorgangs der Traktionsbatterie entstehender Überdrück kann dadurch zuverlässig abgebaut werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass mittels des Überdruckventils eine Drucküberwachung im Innenraum des Batteriemodulträgers vorgenommen werden kann. Alternativ ist es auch möglich, dass zusätzlich noch ein Drucksensor in die Gehäusewanne und/oder in den Gehäusedeckel integriert ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zumindest ein elektrothermischer Wandler in die Gehäusewanne und/oder in den Gehäusedeckel integriert ist, welcher dazu ausgelegt ist, basierend auf dem Peltier-Effekt bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz und/oder basierend auf dem Seebeck-Effekt bei Temperaturdifferenz einen Stromfluss zu erzeugen. Dieser elektrothermische Wandler kann zum einen zur Temperierung des Batteriemodulträgers und zum anderen auch zur Temperaturüberwachung des Batteriemodulträgers eingesetzt werden, je nachdem ob dieser gerade den Peltier-Effekt oder den Seebeck-Effekt ausnutzt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Batteriemodulträgers zum Aufnehmen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs werden eine Gehäusewanne und ein Gehäusedeckel jeweils als Sandwichkonstruktionen hergestellt, welche jeweils eine Oberseite und eine Unterseite aus einem Organoblech aufweisen, zwischen denen ein thermoplastischer Kunststoffschaum angeordnet wird, wobei in die Gehäusewanne und/oder in den Gehäusedeckel wenigstens eine Einrichtung integriert wird, welche dazu ausgelegt ist, einen Parameter des Batteriemodulträgers zu erfassen und/oder zu regulieren.
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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 Merkmalskombination sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine Seitenschnittansicht eines Batteriemodulträgers zum Aufnehmen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, wobei der Batteriemodulträger eine Gehäusewanne und einen Gehäusedeckel aufweist, welche jeweils als Sandwichkonstruktionen ausgebildet sind und zwischen denen mehrere Batteriemodule der Traktionsbatterie aufgenommen sind;
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2 eine schematische Draufsicht auf die Unterseite des Gehäusedeckels des Batteriemodulträgers, wobei eine im Gehäusedeckel integrierte Heizdrahtanordnung dargestellt ist; und in
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3 eine schematische Draufsicht auf den Gehäusedeckel des Batteriemodulträgers, wobei mehrere Temperatursensoren, ein RFID-Chip sowie ein Anschlussstecker schematisch dargestellt sind.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein Batteriemodulträger 10 ist in einer Seitenschnittansicht in 1 gezeigt. Der Batteriemodulträger 10 umfasst eine Gehäusewanne 12 und einen Gehäusedeckel 14. Der Batteriemodulträger 10 dient zur Aufnahme einer hier nicht näher bezeichneten Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, wobei die Traktionsbatterie mehrere einzelne Batteriemodule 16 aufweist. Die Gehäusewanne 12 und der Gehäusedeckel 14 sind beide jeweils in Form von Sandwichkonstruktionen ausgebildet.
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Die Gehäusewanne 12 weist jeweilige Organobleche 18 auf, zwischen welchen ein thermoplastischer Kunststoffschaum 20 angeordnet ist. Der Gehäusedeckel 14, welcher wie die Gehäusewanne 12 ebenfalls als Sandwichkonstruktion ausgebildet ist, umfasst ebenfalls zwei Organobleche 22, zwischen denen ebenfalls ein thermoplastischer Kunststoffschaum 24 angeordnet ist.
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Der Batteriemodulträger 10 ist fest mit einer Karosserie 26 eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs über jeweilige Verschraubungen 28 verbunden. Die Karosserie 26 kann oberhalb von den Batteriemodulträger 10 dabei durchgängig bzw. geschlossen ausgebildet sein, sodass die Rohbausteifigkeit der gesamten Anordnung aus Karosserie 26 und Batteriemodulträger 10 erhöht wird. Darüber hinaus ergibt sich bei der geschlossenen Bauweise noch eine verbesserte Wärmeleitung zwischen den Batteriemodulträger 10 und der Karosserie 26.
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In den Bereichen, wo die Batteriemodule 16 innerhalb des Batteriemodulträgers 10 aufgenommen sind, sind zusätzlich noch Brandschutztextilien 30 angeordnet bzw. eingebettet. Darüber hinaus ist in den Batteriemodulträger 10 ein temperierbares Leitungssystem 32 für ein Fluid integriert, wobei ein Teil dieses Leitungssystems 32 in jeweiligen Spritzgussrippen 34 angeordnet ist. Das Leitungssystem 32 kann beispielsweise aus Aluminiumrohren mit kreisrundem oder auch ovalem Querschnitt ausgebildet sein. Das temperierbare Leitungssystem 32 dient sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen der Batteriemodule 16.
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Im Bereich des Gehäusedeckels 14 ist ein weiteres temperierbares Leitungssystem 33 für ein Fluid integriert, wobei dieses Leitungssystem 33 in der bestimmungsgemäßen Einbaulage des Batteriemodulträgers 10 einem hier nicht näher dargestellten Fußraum des betreffenden Kraftfahrzeugs zugewandt ist und somit als Fußbodenheizung dient. Dieses Leitungssystem 33, welches als Fußbodenheizung für den Insassenraum des betreffenden Kraftfahrzeugs dient, kann beispielsweise aus mehreren aluminiumbasierten gebogenen Rohren mit ca. 7 mm Durchmesser ausgebildet sein, die mehrere parallel laufende Kreisläufe bilden.
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Bei beiden Leitungssystemen 32, 33 können statt der Aluminiumrohre oder auch zusätzlich zu den Aluminiumrohren beispielsweise auch Rohre aus einem Faserverbundwerkstoff eingesetzt werden, die gute Wärmeleiteigenschaften aufweisen. Dies kann z. B. dadurch erzielt werden, dass in den Rohren aus Faserverbundwerkstoff Wärmeleitmaterialen, auch als Thermal-Interface-Materialien bezeichnet, integriert sind. Als derartige Wärmeleitmaterialien kommen beispielsweise mikro- und auch nanoskalige Füllstoffe, wie z. B. Bornitride aber auch Kohlenstoff-Nanoröhren, in Betracht.
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Des Weiteren weist der Batteriemodulträger 10 in seinem Gehäusedeckel 14 noch ein Überdruckventil 36 auf, welches als eine Art Einleger in den Gehäusedeckel 14 integriert ist. Ferner weist der Gehäusedeckel 14 noch eine Reihe von Spritzgussrippen 38 auf, welche unter anderem zur mechanischen Stabilisierung des Gehäusedeckels 14 dienen. Ferner weist der Batteriemodulträger 10 zumindest ein Temperatursensor 40 auf, mittels welchem die Batteriemodule 16 überwacht werden können. Darüber hinaus können im Gehäusedeckel 14 noch Heiztextilien 42 integriert sein, welche zur Temperierung des Batteriemodulträgers 10 genutzt werden können.
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In 2 ist der Gehäusedeckel 14 in einer Draufsicht von unten dargestellt. In den Gehäusedeckel 14 ist eine Heizdrahtanordnung 44 integriert. Die Heizdrahtanordnung 44 besteht aus mehreren Drähten, welche während der Herstellung des Gehäusedeckels 14 in diesen integriert worden sind. Bevorzugt wird die Heizdrahtanordnung 44 während der Herstellung von einem der Organobleche 22 integriert, und zwar noch bevor das Organoblech 22 imprägniert und konsolidiert wird. In einen trockenen Textileinleger aus verschiedenen Verstärkungsfasern wird dafür die Heizdrahtanordnung 44 integriert, wonach erst die Imprägnierung und Konsolidierung erfolgt, infolgedessen das betreffende Organoblech 22 hergestellt wird, welches die Unterseite oder Oberseite des Gehäusedeckels 14 bildet. Die Heizdrahtanordnung 44 kann beispielsweise durch Carbonfasern realisiert sein, welche zuvor in ein trockenes Textil aus einem Hybridroving mitintegriert worden ist. Eine oder mehrere Kontaktierungen 46 zur elektrischen Versorgung der Heizdrahtanordnung 44 können ebenfalls mit in den Gehäusedeckel 14 während dessen Herstellung integriert werden.
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Die Heizdrahtanordnung 44 kann beispielsweise zur Temperierung des Batteriemodulträgers 10 und somit auch der aufgenommenen Batteriemodule 16 verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Heizdrahtanordnung 44 während der Herstellung des Gehäusedeckels 14 verwendet wird, indem mittels der integrierten Heizdrahtanordnung 44 das betreffende Organoblech 22 aufgeheizt wird, sodass dieses leichter umgeformt werden kann. Mittels der integrierten Heizdrahtanordnung 44 kann eine gleichmäßige Temperaturverteilung realisiert werden, wobei die Geometrie der Heizdrahtanordnung 44 im Wesentlichen frei wählbar ist.
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In 3 ist der Gehäusedeckel 14, genauer nur eines der Organobleche 22 des Gehäusedeckels 14, in einer schematischen Draufsicht gezeigt. Die zuvor bereits erwähnten Temperatursensoren 40 sind hier nochmals dargestellt, welche an verschiedenen Positionen des Organoblechs 22 integriert worden sind. In das Organoblech 22 sind zudem mehrere Kupferfäden 48 integriert worden, welche der Übersichtlichkeit halber nicht alle mit einem Bezugszeichen versehen worden sind. Die Kupferfäden 48 dienen dazu, die Temperatursensoren 40 mit einem Stecker 50 zu kontaktieren. Dieser Stecker 50 kann beispielsweise durch Spritzguss an das Organoblech 22 angespritzt worden sein. Das Organoblech 22 umfasst selbst ein hier nicht näher dargestelltes Textilgewebe, in welches die Temperatursensoren 40 mitsamt den Kupferfäden 48 noch vor der Imprägnierung und Konsolidierung integriert werden. Erst nach Anordnung der Temperatursensoren 40 und der Kupferfäden 48 erfolgt die Imprägnierung und Konsolidierung des Organoblechs 22
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Des Weiteren ist noch ein RFID-Chip 52 schematisch angedeutet, welcher ebenfalls in das Organoblech 22 integriert worden ist. Der RFID-Chip 52 kann dabei ebenfalls in das Gewebe bzw. in die Textilgewebelage des Organoblechs 22 noch vor der Imprägnierung und Konsolidierung integriert werden. Mittels des RFID-Chips 52 können eine Vielzahl von Daten bzw. Parameter, welche im Hinblick auf die Produktion des Gehäusedeckels 14 relevant sind oder auch welche relevant bezüglich der Verwendung des gesamten Batteriemodulträgers 10 sind, empfangen und ausgetauscht werden.
