DE102017209342A1 - Lower shell for a battery housing of a traction battery and traction battery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Unterschale (100) für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie,
- mit einer Wanne, die einen Boden (110) und diesen Boden (110) umgebende Seitenwände (120, 130) aufweist, und
- mit mehreren längs- und querverlaufenden Trennwänden (140, 150), welche die Wanne in einzelne Fächer unterteilen, wobei diese Trennwände (140, 150) aus Faserkunststoffverbund-Profilen gebildet und an ihren Kreuzungsstellen mittels aus Aluminium gefertigter Knotenelemente (160) miteinander verbunden sind.
Die Erfindung betrifft ferner eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, die eine solche Unterschale (100) umfasst.
The invention relates to a lower shell (100) for a battery housing of a traction battery,
- With a trough having a bottom (110) and this bottom (110) surrounding side walls (120, 130), and
- With a plurality of longitudinal and transverse transverse partitions (140, 150), which divide the tub into individual compartments, said partitions (140, 150) formed from fiber-plastic composite profiles and interconnected at their intersections by means of aluminum-made node elements (160) ,
The invention further relates to a traction battery for a motor vehicle, comprising such a lower shell (100).
Description
Die Erfindung betrifft eine Unterschale für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder auch Hybridantrieb.The invention relates to a lower shell for a battery housing of a traction battery according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a traction battery for a motor vehicle with electric or hybrid drive.
Eine Traktions- bzw. Antriebsbatterie für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (wie z. B. ein Elektroauto oder ein Hybridelektrokraftfahrzeug) weist für gewöhnlich ein dichtes Batteriegehäuse und im Inneren dieses Batteriegehäuses angeordnete Batteriezellen bzw. -module auf. Solche Batteriegehäuse sind zumeist auch crashsicher aufgebaut, um Unfälle (wie z. B. Seiten- und Frontalcrashs) ohne größere Beschädigung der Batteriezellen bzw. -module überstehen zu können. Batteriegehäuse mit einer in mehrere Fächer unterteilten Unterschale haben sich u. a. im Hinblick auf die Crashsicherheit als vorteilhaft erwiesen. Solche Batteriegehäuse sind aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere in Fächer unterteilte Unterschale für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie anzugeben, die leicht, stabil und einfach herstellbar ist.The invention has for its object to provide a further divided into compartments lower shell for a battery case of a traction battery, which is lightweight, stable and easy to manufacture.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Unterschale mit den Merkmalen des Patentanspruchs 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 Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.This object is achieved by a lower shell according to the invention with the features of claim 1. With the independent claim, the solution of the problem extends to a traction battery. Preferred developments and embodiments of the invention will become apparent for both subject invention from the dependent claims, the following description of the invention and the drawings.
Die erfindungsgemäße Unterschale umfasst:
- - eine Wanne, die einen Boden und diesen Boden umgebende Seitenwände aufweist; und
- - mehrere längs- und querverlaufende Trennwände, welche die Wanne in einzelne Fächer zur Aufnahme der Batteriemodule unterteilen.
Erfindungsgemäß sind die Trennwände aus Faserkunststoffverbund-Profilen gebildet und an den/ihren Kreuzungsstellen mittels aus einer Aluminiumlegierung gefertigter Knotenelemente miteinander verbunden.The lower shell according to the invention comprises:
- a tub which has side walls surrounding a bottom and floor; and
- - Several longitudinal and transverse partition walls, which divide the tub into individual compartments for receiving the battery modules.
According to the invention, the dividing walls are formed from fiber-reinforced plastic composite profiles and connected to one another at their crossing points by means of knot elements made of an aluminum alloy.
Die längsverlaufenden Trennwände erstrecken sich bezüglich einer vorgesehenen Einbaulage des Batteriegehäuses im Kraftfahrzeug in Fahrzeuglängsrichtung und die querverlaufenden Trennwände in Fahrzeugquerrichtung. Die längs- und querverlaufenden Trennwände bilden innerhalb der Wanne ein besonders stabiles und belastbares Fachwerk, wobei die Fachwerkknoten durch Aluminiumknotenelemente gebildet sind, welche die Trennwände bzw. einzelnen Trennwandelemente miteinander verbinden. Sowohl die FKV- bzw. Faserkunststoffverbund-Profile als auch die Aluminiumknotenelemente haben bei vergleichsweise geringem Gewicht eine hohe Steifigkeit und ein hohes Lastaufnahmevermögen, was der erfindungsgemäßen Unterschale trotz ihres geringen Gewichts eine hohe Stabilität und eine sehr gute Unfall- bzw. Crashsicherheit verleiht, die auch hohen Anforderungen genügt. Die erfindungsgemäße Unterschale kann daher auch vergleichsweise großvolumig, d. h. zur Aufnahme vieler Batteriezellen, ausgebildet sein. Außerdem ergeben sich neue Möglichkeiten zur Bauraumoptimierung (z. B. kann durch geringe Wanddicken der Trennwände zusätzlicher Raum für Batteriezellen und/oder weitere Strukturmaßnahmen freigegeben werden). Die erfindungsgemäße Unterschale ist durch vergleichsweise einfache Montageschritte schnell herstellbar. Ferner ist die Herstellung einer erfindungsgemäßen Unterschale vergleichsweise günstig, d. h. mit geringen Kosten verbunden.The longitudinal partition walls extend with respect to an intended installation position of the battery case in the vehicle in the vehicle longitudinal direction and the transverse partitions in the vehicle transverse direction. The longitudinal and transverse transverse walls form within the tub a particularly stable and resilient framework, the truss nodes are formed by aluminum node elements which connect the partitions or individual partition wall elements together. Both the FKV or fiber-reinforced plastic composite profiles and the aluminum node elements have a high rigidity and high load capacity at a comparatively low weight, which gives the lower shell according to the invention, despite its light weight, high stability and very good crashworthiness or crash safety high requirements. The lower shell according to the invention can therefore also comparatively large volume, d. H. for receiving many battery cells, be formed. In addition, there are new possibilities for optimizing the installation space (for example, additional space for battery cells and / or further structural measures can be released due to small wall thicknesses of the partition walls). The lower shell according to the invention can be produced quickly by comparatively simple assembly steps. Furthermore, the production of a lower shell according to the invention is comparatively favorable, d. H. associated with low costs.
Bevorzugt sind die Trennwände aus abgelängten, d. h. auf entsprechende Länge zugeschnittenen FKV-Pultrusionsprofilen und die Knotenelemente aus abgelängten bzw. zugeschnittenen Aluminium-Strangpressprofilen gebildet. Die erfindungsgemäße Unterschale kann mit vielen Gleichteilen aufgebaut werden. Wirtschaftlich vorteilig können sowohl Pultrusionsprofile als auch Strangpressprofile als (gegebenenfalls auch zugekaufte) Stangenware bereitgestellt und daraus durch einfaches Ablängen mit geringem Verschnitt die Trennwände bzw. Knotenelemente erzeugt werden. Sowohl die FKV-Profile als auch die Aluminiumprofile können wirtschaftlich und mit hohen Fertigungsgeschwindigkeiten in einem kontinuierlichen Prozess (Pultrusionsprozess bzw. Strangpressprozess) hergestellt werden und zeichnen sich herstellungsbedingt durch einen konstanten Querschnitt aus. Beim Pultrusionsprozess können außerdem besonders hohe Anteile an unidirektionalen Fasern integriert werden, die dann aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften lastpfadoptimiert in der Trennwand wirken können. Pultrusionsprofile können durch einen hohen Faservolumenanteil und/oder eine unidirektionale Faserausrichtung hohe Crashlasten aufnehmen, sodass geringe Wanddicken möglich sind und dadurch Bauraum eingespart bzw. freigegeben wird. Als Fasermaterial für den Faserkunststoffverbund können bspw. Kohlenstofffasern (CFK) und/oder elektrisch isolierende Glasfasern (GFK) verwendet werden. GFK-Profile sind aufgrund ihrer elektrisch isolierenden Eigenschaften insbesondere für Mischbau (z. B. CFK/GFK-Aufbauten) geeignet. Ferner können Kupferlitzen und dergleichen integriert werden, welche die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verbessern.Preferably, the partitions are cut to length, d. H. cut to appropriate length FKV pultrusion profiles and the node elements of cut or cut aluminum extruded profiles. The lower shell according to the invention can be constructed with many identical parts. Economically advantageous both Pultrusionsprofile and extruded profiles can be provided as (possibly also purchased) bar stock and from this by simply cutting to length with little waste the partitions or node elements are generated. Both the FRP profiles and the aluminum profiles can be produced economically and with high production speeds in a continuous process (pultrusion process or extrusion process) and are characterized by a constant cross section due to the production process. In the pultrusion process, it is also possible to integrate particularly high proportions of unidirectional fibers, which, on account of their good mechanical properties, can then have a load path-optimized effect in the dividing wall. Pultrusion profiles can absorb high crash loads by means of a high fiber volume fraction and / or a unidirectional fiber orientation, so that small wall thicknesses are possible and thus installation space is saved or released. For example, carbon fibers (CFRP) and / or electrically insulating glass fibers (GRP) can be used as the fiber material for the fiber-plastic composite. Due to their electrically insulating properties, GRP profiles are particularly suitable for mixed construction (eg CFRP / GFRP structures). Furthermore, copper strands and the like which improve the electromagnetic compatibility (EMC) can be integrated.
Bevorzugt sind zumindest die längsverlaufenden Trennwände oder zumindest die querverlaufenden Trennwände aus L-Profilen (L-Trägern) oder aus T-Profilen (T-Trägern) gebildet, d. h. die betreffenden Trennwände sind (abgelängte) L- oder T-Profile. Bevorzugt sind diese Trennwände derart in der Wanne angeordnet, dass sich diese mit ihren Flanschen auf dem Boden abstützen. Solche Profile haben außerdem ein höheres Flächenträgheitsmoment, was die mechanische Stabilität verbessert. Die Trennwände können an ihren Flanschen zusätzlich mit dem Wannenboden verklebt sein. Die Verklebung kann auch eine abdichtende Funktion haben. Preferably, at least the longitudinal partition walls or at least the transverse partition walls of L-profiles (L-beams) or T-profiles (T-beams) are formed, ie the respective partitions are (cut to length) L or T-profiles. Preferably, these partitions are arranged in the tub, that they support with their flanges on the ground. Such profiles also have a higher area moment of inertia, which improves the mechanical stability. The partitions can be glued to their flanges in addition to the tub bottom. The bond can also have a sealing function.
Wenigstens eine Trennwand kann auch aus einem Doppelsteg-T-Profil gebildet sein. Diese Trennwand kann sich mit ihrem Flansch auf dem Boden abstützen und optional mit dem Boden verklebt sein. Die somit quasi doppelwandige Trennwand ist besonders stabil und belastbar. Ferner können im Hohlraum zwischen den beiden Profilstegen Verkabelungen und/oder Elektronikkomponenten, z. B. einer Leistungselektronik, oder dergleichen angeordnet werden.At least one dividing wall can also be formed from a double-bar T-profile. This partition can be supported with its flange on the floor and optionally glued to the floor. The thus quasi double-walled partition is particularly stable and resilient. Furthermore, in the cavity between the two profile webs wiring and / or electronic components, eg. As a power electronics, or the like can be arranged.
Die Trennwände sind bevorzugt mittels aus Aluminium gefertigter Verbindungselemente, die insbesondere aus abgelängten Strangpressprofilen gebildet sind, an den Seitenwänden der Wanne befestigt.The partitions are preferably fastened by means of connecting elements made of aluminum, which are formed in particular of cut extruded profiles, on the side walls of the tub.
Die Knoten- und/oder Verbindungselemente sind bevorzugt mit Einstecknuten ausgebildet, in welche die Trennwände mit ihren stirnseitigen Enden eingesteckt und dadurch formschlüssig mit dem jeweiligen Knoten- bzw. Verbindungselement verbunden sind. Optional kann zusätzlich auch eine Verklebung und/oder Verschraubung erfolgen. Die Verklebung kann auch eine abdichtende Funktion haben.The node and / or connecting elements are preferably formed with insertion grooves, in which the partitions are inserted with their front ends and thereby positively connected to the respective node or connecting element. Optionally, in addition, a bonding and / or screwing done. The bond can also have a sealing function.
Die Knotenelemente können mit Durchgangsbohrungen ausgebildet sein, durch die hindurch zumindest einige der Knotenelemente mit dem Wannenboden verschraubt sind. Wenigstens einige der Knotenelemente können mit zusätzlichen Durchgangsbohrungen ausgebildet sein, durch die Schrauben oder Bolzen zur Befestigung der Traktionsbatterie am Kraftfahrzeug (bspw. am Unterboden) hindurchgeführt werden können.The node elements may be formed with through holes through which at least some of the node elements are bolted to the tub bottom. At least some of the node elements may be formed with additional through-holes through which screws or bolts for attaching the traction battery on the motor vehicle (eg. Underground) can be passed.
Die Wanne kann einstückig oder mehrstückig hergestellt sein. Die Wanne ist bevorzugt aus miteinander gefügten Aluminiumkomponenten (Blechteilen, Profilteilen, Gussteilen oder dergleichen) gefertigt. D. h., der Boden und/oder die Seitenwände sind bevorzugt aus Aluminium gebildet. Die Wanne oder einzelne Komponenten davon können aber z. B. auch aus Stahl oder FKV gebildet sein. Die Wanne weist insbesondere einen Boden mit integrierter Kühleinrichtung auf.The tub can be made in one piece or in several pieces. The tub is preferably made of aluminum components joined together (sheet metal parts, profile parts, castings or the like). That is, the bottom and / or the side walls are preferably formed of aluminum. The tub or individual components thereof but z. B. also be made of steel or FKV. The tub has in particular a floor with integrated cooling device.
Die mit dem nebengeordneten Patentanspruch beanspruchte Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, wobei es sich insbesondere um eine HV-Batterie (HV-Batteriesystem) handelt, weist ein Batteriegehäuse auf, das eine erfindungsgemäße Unterschale umfasst. Zum Batteriegehäuse gehört bevorzugt auch eine mit der Unterschale verbundene oder verbindbare Oberschale (Deckel). Zur Traktionsbatterie können ferner im Inneren des Batteriegehäuses angeordnete Batteriezellen bzw. -module gehören, die in den durch die Trennwände gebildeten Fächern der Unterschale angeordnet und bspw. am Boden festgeschraubt sind. Zur Traktionsbatterie können ferner Kontaktelemente bzw. Verkabelungen und vorzugsweise auch eine Elektronik bzw. Leistungselektronik, die am oder im Batteriegehäuse angeordnet ist/sind, gehören.The claimed with the independent claim traction battery for a motor vehicle, which is in particular a HV battery (HV battery system), has a battery housing, which comprises a lower shell according to the invention. For the battery housing is preferably also associated with the lower shell or connectable upper shell (cover). The traction battery may further include battery cells or modules arranged in the interior of the battery housing, which are arranged in the compartments of the lower shell formed by the partitions and, for example, are screwed tightly to the floor. The traction battery may further include contact elements or cabling, and preferably also electronics or power electronics, which is / are arranged on or in the battery housing.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnung. Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung weiterbilden.
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße Unterschale einer Traktionsbatterie. -
2 zeigt schematisch den Aufbau der Trennwände in der Unterschale aus1 . -
3 zeigt mögliche Profilquerschnitte für die Trennwände in der Unterschale aus1 . -
4 zeigt zwei einstückige Knotenelemente für die Verbindung von Trennwänden in der Unterschale aus1 . -
5 zeigt die Verbindung zwischen Trennwänden in der Unterschale aus1 mit einem der Knotenelemente aus4 . -
6 zeigt die Verbindung zwischen Trennwänden in der Unterschale aus1 mit dem anderen Knotenelemente aus4 . -
7 zeigt zwei einstückige Verbindungselemente für die Befestigung der Trennwände an den Seitenwänden in der Unterschale aus1 .
-
1 shows a lower shell of a traction battery according to the invention. -
2 schematically shows the structure of the partitions in the lower shell1 , -
3 shows possible profile cross-sections for the partitions in the lower shell1 , -
4 shows two integral node elements for the connection of partitions in the lower shell1 , -
5 shows the connection between partitions in the lower shell1 with one of the node elements4 , -
6 shows the connection between partitions in the lower shell1 with the other node elements4 , -
7 shows two integral fasteners for the attachment of the partitions on the side walls in the lower shell1 ,
Die in
Die Trennwände
Die Herstellung der in
Die einzelnen Komponenten der Unterschale
Die Bohrungen
Das in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Unterschalesubshell
- 110110
- Bodenground
- 120120
- SeitenwandSide wall
- 130130
- SeitenwandSide wall
- 140140
- Trennwandpartition wall
- 150150
- Trennwandpartition wall
- 151151
- Stegweb
- 151a151a
- Stegweb
- 151b151b
- Stegweb
- 152152
- Flansch (Gurt)Flange (strap)
- 153153
- Schlitz (Kerbe)Slot (notch)
- 154154
- Hohlraumcavity
- 160160
- Knotenelementnode element
- 161161
- Nutgroove
- 162162
- Stegweb
- 163163
- Bohrungdrilling
- 164164
- Bohrungdrilling
- 170170
- Verbindungselement (T-Knotenelement)Connecting element (T-node element)
- 171171
- Nutgroove
- 172172
- Stegweb
- 175175
- Rückflächerear surface
- FRFR
- Fahrrichtungdriving direction
- F1F1
- Frontalcrashfrontal crash
- F2F2
- Seitencrashside crash
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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