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Die Erfindung betrifft eine Unterschale für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie bzw. eine Traktionsbatterieunterschale. Die Erfindung betrifft ferner eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug.
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Eine Traktions- bzw. Antriebsbatterie für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug weist für gewöhnlich ein dichtes Batteriegehäuse (Batteriekasten) und im Inneren dieses Batteriegehäuses angeordnete Batteriezellen auf, die in geeigneter Weise elektrisch verschaltet sind. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Bauarten für Batteriegehäuse bekannt. Bei einer gängigen Bauart ist das Batteriegehäuse aus einer wannenartigen Unterschale und einer Oberschale (Deckel) gebildet, wobei die Unterschale in einzelne Fächer unterteilt ist, in denen die Batteriezellen angeordnet sind. (Die Batteriezellen können hierbei auch zu Zellenblöcken bzw. Batteriemodulen zusammengefasst sein, die in den Fächern angeordnet werden.) Die Fächer können durch strebenartige Einsätze gebildet werden, die zugleich das Batteriegehäuse versteifen und Crashsicherheit bieten.
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Die
AT 515 129 A4 beschreibt ein Batteriemodul mit einem Gehäuseteil, in dem eine Trägerstruktur mit einer Vielzahl von Versteifungselementen angeordnet ist. Diese Versteifungselemente verlaufen im Wesentlichen parallel sowie gebündelt rechtwinklig zueinander und werden über Befestigungselemente, die klammerartig ausgeführt sind, in ihrer Position innerhalb des Gehäuseteils fixiert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unterschale für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie anzugeben, die stabil ist und die einfach herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Unterschale mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf eine Traktionsbatterie. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
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Die erfindungsgemäße Unterschale umfasst eine Wanne, die einen Boden und diesen Boden umgebende Seitenwände aufweist, und eine Vielzahl von Einsätzen, welche die Wanne in einzelne Fächer unterteilen. Die Einsätze sind als sich kreuzende längs- und querverlaufende Stege ausgebildet, die sich in unterschiedlichen Ebenen durchgängig zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden der Wanne erstrecken bzw. die durchgängig zwischen den sich gegenüberliegenden Seitenwänden angeordnet sind und an den/ihren Kreuzungspunkten bzw. -stellen verkämmungsfrei (d. h. ohne Kämmeingriff) aufeinander liegen. Die sich an den Kreuzungspunkten kreuzenden Stege sind außerdem durch am Wannenboden befestigte Bolzen verbunden.
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Ein Steg ist ein langgestrecktes gerades Bauteil, das gegenüberliegende Seitenwände der Wanne verbindet und zwischen diesen Seitenwänden Druckkräfte übertragen kann. Ein Steg kann auch als Strebe bezeichnet werden. Vorzugsweise handelt es sich um ein Profil (Profilbauteil) und insbesondere um ein Hohlprofil (Hohlprofilbauteil), das z. B. aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, Kunststoff oder Faserkunststoffverbund (z. B. CFK oder GFK) gebildet sein kann. Bspw. handelt es sich um ein Blechprofil (das auch aus gefügten Einzelblechen gebildet sein kann) oder um ein (abgelängtes) Strangpress- oder Pultrusionsprofil. Die Stege können auch Gussteile sein.
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Die längsverlaufenden Stege bzw. Profile können sich in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs erstrecken und die querverlaufenden Stege quer und insbesondere senkrecht (d. h. im 90°-Winkel) hierzu. Längs- und querverlaufend kann aber bspw. auch anhand von Lang- und Kurzseiten der Wanne definiert werden.
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Die längsverlaufenden Stege und die querverlaufenden Stege bilden jeweils eine Anordnungsebene. Die erfindungsgemäße Unterschale weist somit wenigstens zwei Anordnungsebenen auf. In einer ersten bodennahen Ebene sind bspw. die längsverlaufenden Stege parallel zueinander angeordnet. Darüber sind in einer zweiten Ebene die querverlaufenden Stege parallel zueinander angeordnet. An den Kreuzungspunkten verlaufen die Stege ohne Kämmeingriff übereinander hinweg, liegen also quasi nur aufeinander. Ohne dass es an den Kreuzungspunkten zur Bauraumkollision kommt können die Stege somit durchgängig und ohne Schwächung ausgebildet werden und ein optimaler durchgehender Kraftfluss kann dargestellt werden. Über der zweiten Ebene können in einer dritten Ebene wieder längsverlaufende Stege, die kongruent über den Stegen der ersten Ebene verlaufen, angeordnet sein und so weiter. Die Anzahl der Ebenen (= Anzahl der an einem Kreuzungspunkt übereinander angeordneten Stege) kann beim Konstruieren der Unterschale frei gewählt werden und kann gegebenenfalls auch noch beim Zusammenbau variiert werden.
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Bevorzugt sind Stege innerhalb der Ebenen parallel und insbesondere auch äquidistant (abstandsgleich) angeordnet.
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Die sich an den Kreuzungspunkten kreuzenden Stege sind durch am Wannenboden befestigte Bolzen verbunden. Dies ist zumindest an einigen, bevorzugt jedoch an allen Kreuzungspunkten der Fall. Dadurch werden die Stege nicht nur an den Seitenwänden, sondern auch an den Kreuzungspunkten festgehalten, wodurch sich ein steiferer Aufbau der Unterschale ergibt. Außerdem wird im Belastungsfall, insbesondere bei einem Crash, das Ausknicken der Stege unterbunden oder wenigstens erschwert. Bevorzugt sind die Stege auch an den Bolzen fixiert, bspw. mithilfe eines Sicherungsrings, einer Kontermutter oder dergleichen.
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Die Stege können direkt oder indirekt (mittels Einsatz) mit den Seitenwänden verklebt sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Seitenwände der Wanne (innenseitig) mit angespritzten Aufnahmen aus Kunststoff ausgebildet sind, in denen die Stege an ihren Enden formschlüssig befestigt werden können bzw. befestigt sind. Die Aufnahmen ermöglichen ohne Verschweißen, Verschrauben, Vernieten und dergleichen eine sehr stabile und belastbare Verbindung zwischen den Stegen und den Seitenwänden sowie auch eine einfache Montage. Die angespritzten Aufnahmen können ferner auch eine Versteifung bzw. Verstärkung der Seitenwände bewirken. Das Anspritzen der Aufnahmen erfolgt in einem Spritzgießprozess, wozu die Wanne in ein entsprechend ausgebildetes Spritzgießwerkzeug eingelegt wird.
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Die Wanne kann aus Blech, insbesondere aus einem Aluminiumblech, gebildet sein. Bevorzugt handelt es sich um ein Biege- oder Tiefziehbauteil. Die Wanne kann auch aus Faserkunststoffverbund (FKV) gebildet sein.
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Die mit dem nebengeordneten Patentanspruch beanspruchte Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug weist ein Batteriegehäuse (Batteriekasten) 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 bzw. Zellenblöcke gehören, die in den durch die Stege gebildeten Fächern der Unterschale aufgenommen und insbesondere auch an der Unterschale befestigt sind. Ferner können im oder am Batteriegehäuse Kontaktelemente und eine Elektronik bzw. Leistungselektronik angeordnet sein. Bevorzugt handelt es sich um eine sogenannte Unterflurbatterie, die unterm oder gegebenenfalls auch im Fahrzeugboden angeordnet wird.
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Die Erfindung weist ferner folgende Vorteile auf (keine abschließende Aufzählung):
- - Die Komponenten der Unterschale können ohne Verschweißen, insbesondere ohne Schweißpunkte, Verschrauben, Vernieten und dergleichen gefügt werden, insbesondere durch formschlüssige Verbindungen, wodurch eine schnelle und einfache Montage ermöglicht und insbesondere Wärmeverzüge vermieden werden.
- - Die Stege können einfach hergestellt werden; für die Montage ist kein weiteres Segmentieren erforderlich.
- - Die Komponenten der Unterschale können aus verschiedenen Materialien gebildet sein (Materialmix).
- - Es bestehen keine besonders hohen Toleranzanforderungen.
- - Es werden Leichtbau- und Kosteneinsparungspotentiale geschaffen.
- - Verringerung der erforderlichen Anlageninvestitionen, der Fertigungszeiten und der Stückkosten.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen können die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
- 1 zeigt eine Unterschale gemäß Stand der Technik.
- 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung längs- und querverlaufende Stege an einem Kreuzungspunkt in einer erfindungsgemäßen Unterschale.
- 3 zeigt in einer Schnittansicht die Anordnung der Stege aus 2 am selben Kreuzungspunkt.
- 4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Befestigung der Stege an ihren Enden.
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Die in 1 gezeigte Unterschale 100 für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie weist eine Wanne 110, welche mit einem Boden 111 und diesen Boden 111 umgebende Seitenwände 112 ausgebildet ist, und eine Vielzahl von quer- und längsverlaufenden Einsätzen 120 und 130, welche die Wanne 110 in einzelne Fächer 140 unterteilen, auf. Die jeweils parallelen Einsätze 120 und 130 bilden auch eine innere Verstärkungsstruktur mit quer- und längsverlaufenden Lastpfaden, insbesondere zur Aufnahme von Crashkräften (bspw. bei einem Seitenaufprall). Die Einsätze 120 und 130 müssen also eine Mindestdruckfestigkeit aufweisen und dürfen nicht ausknicken.
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Erfindungsgemäß sind die Einsätze 120 und 130 als sich kreuzende quer- und längsverlaufende Stege 125 und 135 ausgebildet, die sich in unterschiedlichen Ebenen (E1, E2 und E3, s. 3) durchgängig bzw. durchgehend zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden 112 der Wanne 110 erstrecken und an den Kreuzungspunkten K verkämmungsfrei aufeinander liegen, wie in 2 veranschaulicht. Zwischen den sich in einem Kreuzungspunkt K kreuzenden Stegen 125 und 135 besteht also kein formschlüssiger Eingriff oder dergleichen. Bei den Stegen 125 und 135 handelt es sich um Hohlprofile, die beispielhaft mit einem Ovalquerschnitt ausgebildet sind. Die Stege 125 und 135 weisen eine hohe Druckfestigkeit auf. Die Stege 125 und 135 können auch einen Rundquerschnitt, Rechteckquerschnitt oder dergleichen aufweisen und können außerdem mit unterschiedlichen Querschnitten ausgebildet sein.
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Die sich an einem Kreuzungspunkt K kreuzenden und zueinander gewinkelten Stege 125 und 135 können miteinander verklebt und/oder durch ein zusätzliches Montageteil miteinander verbunden sein. In 3 ist veranschaulicht, wie die sich an dem in 2 gezeigten Kreuzungspunkt K kreuzenden Stege 125 und 135 mittels eines am Wannenboden 111 befestigten Bolzens 150 verbunden sind. Bei dem Bolzen 150 handelt es sich beispielhaft um einen Gewindestift, der z. B. in den Boden 111 eingestanzt oder angeschweißt ist. Die Stege 125 und 135 sind mit entsprechenden Bohrungen ausgebildet. Mithilfe einer Mutter 160 können die Stege 125 und 135 auf dem Bolzen 150 fixiert und gegebenenfalls auch verspannt werden.
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4 veranschaulicht, wie die Stege 125 an einer Seitenwand 112 befestigt sind. Hierzu weist die Seitenwand 112 eine aus Kunststoff, insbesondere thermoplastischem Kunststoff, oder gegebenenfalls auch aus FKV gebildete und durch Anspritzen erzeugte Aufnahme 115 auf, in der die axialen Enden der übereinanderliegenden Stege 125 formschlüssig aufgenommen werden.
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In gleicher Weise werden die Stege 125 und 135 auch an den anderen Seitenwänden 112 befestigt. Optional kann zusätzlich eine Verklebung erfolgen. Derartige Aufnahmen 115 zum formschlüssigen Befestigen der Stege 125 und 135 an den Seitenwänden 112 können auch anders gestaltet sein.
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Eine erfindungsgemäße Unterschale kann ohne Schweiß-, Klebe- und Nietoperationen wie folgt hergestellt werden:
- - Bereitstellen der Wanne 110, die bereits angespritzte Aufnahmen 115 und gesetzte Bolzen 150 aufweist. Die Wanne 110 kann bspw. eine Tiefe von 60 mm bis 120 mm aufweisen.
- - Die in entsprechender Länge bereitgestellten Stege 125 und 135 werden nun in die Wanne 110 eingesetzt, wobei die Stege 125 und 135 auf die Bolzen 150 aufgesteckt und mit ihren Enden in die Aufnahmen 115 eingesteckt werden, so dass diese sich schließlich im Wesentlichen parallel zum Wannenboden 111 und zu den Seitenwänden 112 erstrecken. Zuerst wird die unterste Ebene E1 mit den querverlaufenden Stegen 125 gebildet (die bodennahen Stege 125 der untersten Ebene E1 müssen nicht mit dem Wannenboden 111 verklebt oder verschweißt werden - d. h. Fügeflansche sind nicht erforderlich), gefolgt von der darüber liegenden Ebene E2 mit den längsverlaufenden Stegen 135 und so weiter, bis alle Stege 125 und 135 ebenen- bzw. lagenweise und mit alternierender Ausrichtung montiert sind. Die gezeigte Anzahl von drei Ebenen E1, E2 und E3 ist lediglich beispielhaft.
- - Fixieren der Stege 125 und 135 an den Bolzen 150 mithilfe von Gewindemuttern 160, Sicherungsringen oder dergleichen.
