DE102017112833A1 - Kühlwassersystem für eine Traktionsbatterie, Verfahren zu dessen Herstellung und Elektroauto - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung stellt ein Kühlwassersystem (10) für eine Traktionsbatterie mit den folgenden Merkmalen bereit: Das Kühlwassersystem (10) weist Anschlussleitungen, elektrohydraulische Elemente und eine Stützstruktur auf; die elektrohydraulischen Elemente verbinden die Anschlussleitungen untereinander; und zumindest die Anschlussleitungen sind integral in die Stützstruktur eingebettet.
Die Erfindung stellt ferner ein entsprechendes Herstellungsverfahren sowie ein Elektroauto (20) bereit.
Die Erfindung stellt ferner ein entsprechendes Herstellungsverfahren sowie ein Elektroauto (20) bereit.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlwassersystem für eine Traktionsbatterie. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein entsprechendes Herstellungsverfahren sowie ein Elektroauto.
- Stand der Technik
- Ein Elektroauto (battery electric vehicle, BEV) nach dem Stand der Technik benötigt ein komplexes Kühlwassersystem, um die Funktionen der Batterietemperierung und des Thermomanagements zu gewährleisten. In diesem Kühlwassersystem sind elektrisch betriebene Ventile und Pumpen miteinander verschaltet, die hinsichtlich ihrer hydraulischen Effizienz höchsten Anforderungen unterliegen. Eine derartige Verschaltung stellt Konstrukteure und Montageplanung gattungsmäßiger Elektroautos vor große Herausforderungen.
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DE112015002468T5 offenbart ein Formgebungsverfahren für ein Kühlsystem, in dessen Aufbereitungsschritt ein für eine Vorgabe-Kühlwasserleitung dienendes Kühlwasserleitungsbauteil in einer sogenannten 3D-Drucktechnik mit mehreren ineinander verbundenen Klebefeldern sowie mehreren Abgangsteilen aufbereitet wird. -
US20160280197A1 offenbart einen Hydraulikblock für die Hydraulikeinheit einer Hydraulikbremse, der additiv gefertigt wird. - Offenbarung der Erfindung
- Die Erfindung stellt ein Kühlwassersystem für eine Traktionsbatterie, ein Herstellungsverfahren sowie ein Elektroauto gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
- Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der eröffneten Möglichkeit zur zentralen Zusammenführung aller Knoten in einem additiv hergestellten, strömungsoptimierten Kunststoffbauteil in der Funktion eines Anschlusskastens (junction box). Ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren trägt somit zur Reduzierung der Montageaufwände bei und begünstigt eine effiziente geometrische und funktionale Anordnung von Bauteilen und verschiedenen Ausstattungsvarianten (package). Das resultierende Kühlwassersystem zeichnet sich dabei durch eine optimierte Strömung, geringes Gewicht, kurze Entwicklungszeit und extrem flexible Konstruktion aus.
- Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ansatzes liegt in seiner besonderen Eignung für Kleinserienanwendungen mit hohem Anspruch an Leichtbau und Funktionsintegration. Obgleich als Urformverfahren einzuordnen, erfordert das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren keinerlei Gussform oder anderweitiges Werkzeug, das die Geometrie des Kühlwassersystems speichern würde. Die Fertigung kann vielmehr unmittelbar auf der Basis von CAD-Datenmodellen der Anschlussleitungen und Stützstruktur aus formlosem oder formneutralem Werkstoff mittels chemischer oder physikalischer Prozesse erfolgen. Das vorgeschlagene Verfahren empfiehlt sich somit nicht nur zur Kleinserienfertigung oder Einzelfertigung von Kühlwassersystemen von hoher geometrischer Komplexität, sondern auch zur parallelen Fertigung dieser Komponenten in größeren Stückzahlen.
- Im Gegensatz zu herkömmlichen Urform-, Umform- oder Trennverfahren erhöht sich die Wirtschaftlichkeit eines erfindungsgemäß hergestellten Kühlwassersystems daher mit steigender Komplexität der Geometrie seiner Anschlussleitungen und derer Verbindungen. Die digitale Schnittstelle einschlägiger Fertigungsmaschinen und deren hoher Automatisierungsgrad ermöglichen dabei auch eine dezentrale, geografisch unabhängig verteilte Produktion von Kühlwassersystemen (cloud producing).
- Durch die weitgehend selektive Materialdichte von Stützstruktur und Anschlussleitungen lässt sich dem Kühlwassersystem hierbei eine gewünschte Elastizität verleihen, um die Montage von Anschlussleitungen verschiedenster Toleranzen zu erlauben. Auch die resultierende Kraftableitung zum Beispiel im Kollisionsfall kann somit unter Einbeziehung fertigungspraktischer Erwägungen auf die konkreten Erfordernisse des Elektroautos ausgelegt werden. Schließlich trägt der generative Ansatz des beschriebenen Verfahrens dazu bei, die durch Werkzeugbereitstellung und Werkzeugpflege verursachten Lebenszykluskosten der jeweiligen Baureihe zu minimieren.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
- Figurenliste
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
-
1 zeigt die Draufsicht des Vorderwagens eines Elektroautos. -
2 zeigt die Draufsicht eines Kühlwassersystems für eine Traktionsbatterie. -
3 zeigt die perspektivische Teilansicht des Vorderwagens eines Elektroautos. - Ausführungsformen der Erfindung
-
1 illustriert schematisch ein Kühlwassersystem (10 ) für eine Traktionsbatterie nach dem Stand der Technik, das sich durch eine große Anzahl elektrohydraulischer Elemente auszeichnet. Dieser komplexen Anordnung stellt2 ein erfindungsgemäßes Kühlwassersystem (10 ) gegenüber, dessen Anschlussleitungen (11 ) und Stützstruktur in einem additiven Verfahren gefertigt wurden. - Der Sammelbegriff des generativen oder additiven Fertigungsverfahrens (additive manufacturing, AM) ist dabei in einem umfassenden Wortsinn zu verstehen, der jedwedes Pulverbett-, Freiraum-, Flüssigmaterial- oder anderweitige Schichtbauverfahren einschließt. In diesem Rahmen mögen auch Hybridmaschinen zum Einsatz kommen, die einen der genannten Ansätze mit Fräsen oder anderweitigen spanabhebenden Verfahren kombinieren.
- Einschlägige Verfahren werden beispielsweise in den Richtlinien VDI 3404 und VDI 3405 dargestellt und umfassen selektives Laserschmelzen (SLM), Lasersintern (SLS) oder Wärmesintern (selective heat sintering, SHS) ebenso wie das Verfestigen von Pulverwerkstoffen mittels eines Binders (binder jetting) oder das sogenannte Elektronenstrahlschmelzen (electron beam melting, EBM). In Betracht kommen auch Schmelzschichten (fused deposition modeling, FDM), Auftragschweißen (cladding), das Aufschmelzen und schichtweise Auftragen von Wachs (wax deposition modeling, WDM), diverse Metallpulver-Auftragsverfahren (MPA), Kaltgasspritzen oder Elektronenstrahlschmelzen (electron beam welding, EBW). Zu denken ist schließlich an Stereolithografie (SLA), digitale Lichtverarbeitung (digital light processing, DLP), Flüssigimprägnierung (liquid composite moulding, LCM) oder anderweitige Schichtbauverfahren wie laminierte Objektherstellung (laminated object modeling, LOM), dreidimensionalen metallischen Siebdruck (3D screen printing) oder lichtgesteuerte elektrophoretische Abscheidung.
- Die Anschlussleitungen (
11 ) wurden auf diese Weise einstückig mit der Stützstruktur aus Polypropylen (PP), Polyphenylensulfid (PPS) oder einem anderweitigen thermoplastischen Polymer in Pulverform gefertigt. Wie die Ansicht gemäß3 veranschaulicht, sind die Anschlussleitungen (11 ) im Ergebnis somit integral in die Stützstruktur eingebettet und werden gegeneinander abgestützt. - Vor allem
2 ist hierbei zu entnehmen, dass vorliegend eine Struktur aus 46 hexagonalen Waben (honeycombs) gewählt wurde. Gleichwohl versteht sich, dass in alternativen Ausgestaltungen anstelle einer Wabenkonstruktion beispielsweise konzentrische Strukturen, archimedische Körper, Hilbert-Kurven oder andere der Strukturbionik entliehene geometrische Figuren zum Einsatz kommen mögen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. - 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
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- DE 112015002468 T5 [0003]
- US 20160280197 A1 [0004]
Claims (10)
- Kühlwassersystem (10) für eine Traktionsbatterie, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Kühlwassersystem (10) weist Anschlussleitungen (11), elektrohydraulische Elemente und eine Stützstruktur auf, - die elektrohydraulischen Elemente verbinden die Anschlussleitungen (11) untereinander und - zumindest die Anschlussleitungen (11) sind integral in die Stützstruktur eingebettet.
- Kühlwassersystem (10) nach
Anspruch 1 , gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - zumindest die Anschlussleitungen (11) und die Stützstruktur bestehen aus einem thermoplastischen Polymer. - Kühlwassersystem (10) nach
Anspruch 2 , gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: - das Polymer umfasst Polypropylen oder - das Polymer umfasst Polyphenylensulfid. - Kühlwassersystem (10) nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Stützstruktur ist eine bionische Struktur. - Kühlwassersystem (10) nach
Anspruch 4 , gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Stützstruktur weist vorzugsweise hexagonale Waben auf. - Kühlwassersystem (10) nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die elektrohydraulischen Elemente umfassen Fluidenergiemaschinen, insbesondere Pumpen. - Kühlwassersystem (10) nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die elektrohydraulischen Elemente umfassen Absperrorgane, insbesondere Ventile. - Verfahren zur Herstellung eines Kühlwassersystems (10) nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - zumindest die Anschlussleitungen (11) und die Stützstruktur werden additiv gefertigt. - Verfahren nach
Anspruch 8 , gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Verfahren ist ein Pulverbettverfahren, insbesondere selektives Lasersintern. - Elektroauto (20), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Elektroauto (20) umfasst eine Traktionsbatterie, Kühlwasserleitungen und ein Kühlwassersystem (10) nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , - die Kühlwasserleitungen verlaufen zumindest abschnittsweise durch die Traktionsbatterie und - das Kühlwassersystem (10) verbindet die Kühlwasserleitungen untereinander.
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