-
Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung für die Befestigung von Batteriemodulen in einem Batteriekasten. Die Erfindung betrifft ferner eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder auch Hybridantrieb.
-
Aus dem Stand der Technik sind Traktions- bzw. Antriebsbatterien für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug bzw. Automobil (wie z. B. ein Elektroauto oder ein Hybridelektrokraftfahrzeug) bekannt, die einen Batteriekasten bzw. ein Batteriegehäuse und im Inneren dieses Kastens bzw. Gehäuses angeordnete Batteriezellen bzw. -module aufweisen. Das Gehäuse kann bspw. eine sogenannte Unterschale, in der die Batteriemodule aufgenommen sind, und einen Deckel umfassen. Die Batteriemodule sind direkt oder indirekt am Boden des Batteriegehäuses bzw. der Unterschale befestigt, z. B. angeschraubt. Die Batteriemodule werden z. B. einzeln an ihren vier Eckpunkten mit dem Boden verschraubt. Bei größeren Traktionsbatterien mit z. B. 30 Modulen werden hierfür 120 Schrauben benötigt.
-
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Befestigung von Batteriemodulen in einem Batteriegehäuse zu vereinfachen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf eine Traktionsbatterie. Bevorzugte Ausführungsmöglichkeiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
-
Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere benachbart angeordnete Batteriemodule, deren Ecken an einer Stelle nebeneinander liegen bzw. mit Abstand aufeinander treffen, an dieser Stelle (Stoßstelle) mit wenigstens einem Halteelement und einer einzelnen durch das wenigstens eine Halteelement hindurchgeführten (zentralen) Schraube oder dergleichen gemeinsam am Boden des Batteriekastens oder einer zum Batteriekasten gehörenden Unterschale befestigt sind. Die Schraube ist in den Boden oder ein zum Boden gehörendes Teil (z. B. eine Bodenschiene oder Bodenleiste) eingeschraubt.
-
Die Montage der Batteriemodule ist damit wesentlich einfacher und schneller durchzuführen, da Verschraubungen (Schraubfälle) reduziert werden. Die automatisierte Serienfertigung wird begünstigt. Aufgrund der lösbaren Befestigung ist auch die Demontage der Batteriemodule möglich, die ebenfalls einfach und schnell durchführbar ist. Die einfache Austauschbarkeit einzelner Batteriemodule ist dadurch gewährleistet. Zudem wird die Anzahl der für die Befestigung der Batteriemodule benötigten Elemente reduziert, insbesondere durch Verwendung von Gleichteilen, und außerdem kann Gewicht eingespart werden.
-
Eine Ausführungsmöglichkeit der Erfindung sieht vor, dass zur Befestigung der Batteriemodule an der betreffenden Stelle die entsprechenden Ecken (Hochkanten) der Batteriemodule mit übereinander angeordneten und fluchtend ausgerichteten ösenartigen Halteelementen bzw. Ösen ausgebildet sind, durch die hindurch die einzelne Schraube geführt ist. Die Batteriemodule weisen sozusagen integrierte Halteelemente auf.
-
Eine andere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung sieht zwei separate Halte- bzw. Klemmelemente vor, nämlich ein unteres Halteelement und ein oberes Halteelement, die mithilfe der einzelnen Schraube miteinander verspannt sind und dabei die Batteriemodule an deren Ecken zwischen sich festklemmen. Die Halteelemente können ferner Zapfen aufweisen, die (formschlüssig) von unten und von oben in komplementäre Vertiefungen oder Ähnliches an den Batteriemodulen eingreifen. Die Zapfen ermöglichen die Übertragung von Querkräften und gewährleisten die korrekte Montage. Die Zapfen können mit einer Sollbruchfunktion bzw. Sollbrucheigenschaft ausgebildet sein, sodass diese bei Überschreiten einer definierten Querkraft, bspw. bei einem Fahrzeugcrash, abgeschert werden können. Die Batteriemodule können sich dann, bei geeigneter Auslegung des Batteriekastens, innerhalb des Batteriekastens verschieben ohne beschädigt zu werden und auf diese Weise mehr Intrusionsweg freigeben.
-
Bevorzugt befindet sich zwischen dem unteren und dem oberen Halteelement wenigstens ein hülsenartiges Abstandselement, durch das die Schraube hindurchgeführt ist. Dieses hülsenartige Abstandselement dient der Führung der Schraube, der Vorgabe eines Abstands zwischen unterem und oberem Halteelement und gegebenenfalls auch der Übertragung von Quer- und/oder Axialkräften. Das Abstandselement ist bspw. ein Stahl- oder Aluminiumröhrchen.
-
Die Halteelemente können aus Metall, bspw. aus Aluminium oder Stahl, gebildet und z. B. durch Gießen oder Umformen hergestellt sein. Die Halteelemente können auch aus Kunststoff, insbesondere auch aus faserverstärktem Kunststoff (FKV), gebildet und z. B. durch Kunststoffspritzgießen hergestellt sein. Die Zapfen der Halteelemente, insbesondere aus Kunststoff gebildeter Halteelemente, können durch Metallinserts bzw. -einleger verstärkt sein. Dadurch kann z. B. deren Scherfestigkeit erhöht werden. Gleichwohl kann die oben erläuterte Sollbruchfunktion trotzdem realisiert werden, z. B. durch Verwendung eines spröden Metallwerkstoffs.
-
Das untere Halteelement und/oder das obere Halteelement kann/können wenigstens ein integriertes elektrisches Verbindungselement aufweisen, über das benachbarte Batteriemodule elektrisch verbunden bzw. miteinander verschaltet sind. Das Halteelement kann somit nicht nur der Befestigung der Batteriemodule, sondern zugleich auch deren elektrischen Kontaktierung bzw. Verschaltung dienen. Der Montageaufwand wird dadurch erheblich vereinfacht. Das Verbindungselement ist bspw. ein Leitungsstück (z. B. ein Draht oder Metallstreifen) oder ein Kontaktbügel. Das Verbindungselement kann z. B. bei einer spritzgießenden Herstellung des Halteelements mit Kunststoff umspritzt und auf diese Weise integriert werden. Das elektrische Verbindungselement kann zugleich auch eine mechanische Verstärkungsfunktion haben.
-
Batteriekästen bzw. -gehäuse, bei denen die Batteriemodule durch Trennwände voneinander abgeteilt sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt (siehe
DE 10 2014 226 566 B3 und
DE 10 2016 213 832 A1 ). Solche insbesondere längs- und/oder querverlaufenden Trennwände können aus einzelnen Trennwandelementen aufgebaut sein, wobei die Trennwandelemente an den Kreuzungsstellen mittels am Boden befestigter Knotenelementen miteinander verbunden sind. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das untere und das obere Halteelement zusammen ein Knotenelement für Trennwände bzw. Trennwandelemente im Inneren des Batteriekastens bilden.
-
Die mit dem nebengeordneten Patentanspruch beanspruchte Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, wobei es sich insbesondere um eine HV-Batterie (HV-Batteriesystem) handelt, weist einen Batteriekasten bzw. ein Batteriegehäuse, im Inneren des Batteriekastens angeordnete Batteriemodule und wenigstens eine erfindungsgemäße Befestigungsanordnung auf. Der Batteriekasten umfasst bevorzugt eine Unterschale, in der die Batteriemodule, insbesondere in mittels Trennwände gebildeten Fächern, angeordnet sind, und eine mit der Unterschale verbundene oder verbindbare Oberschale (Deckel).
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnung. Die in den schematischen Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung weiterbilden. Ferner können die Merkmale zu weiteren Ausführungsmöglichkeiten und Varianten kombiniert werden.
- 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine erste Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
- 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein unteres und oberes Halteelement für eine zweite Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
- 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine zweite Ausführungsmöglichkeit der Erfindung mit den Halteelementen aus 2.
- 4 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Variante der zweiten Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
- 5 zeigt in einer Schnittdarstellung analog zur 4 eine weitere Variante der zweiten Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
- 6 zeigt in einer Schnittdarstellung analog zur 4 eine weitere Variante der zweiten Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
-
1 zeigt vier mit Abstand nebeneinander und übereck angeordnete Batteriemodule 20, die am Boden 10 eines Batteriekastens befestigt werden. Anstatt jedes der Batteriemodule 20 an seinen vier Ecken (Hochkanten) einzeln mit dem Boden 10 zu verschrauben sind die Ecken der Batteriemodule 20 mit ösenartigen Halteelementen 21 versehen, die sich bei der Anordnung der Batteriemodule 20 im Batteriekasten übereinander positionieren lassen. Die gezeigten vier Batteriemodule 20 können dann an der mit dem Pfeil S gekennzeichneten Stelle (Stoßstelle) mit einer einzelnen Schraube 40 oder dergleichen (bspw. einem Sperrstift oder Schraubbolzen) gemeinsam am Boden 10 befestigt werden, wobei sich die Schraube 40 dann quasi zentral zwischen den vier Batteriemodulen 20 hindurch erstreckt. Die einzelne Schraube 40 kann direkt mit dem Boden 10 verschraubt werden (bzw. in den Boden 10 eingeschraubt werden) oder auch indirekt, z. B. mit einer Bodenschiene oder dergleichen.
-
Anstelle der ösenartigen Halteelemente 21 können auch separate Halteelemente verwendet werden, mit denen die vier Batteriemodule 20 an der Stelle S gemeinsam am Boden 10 befestigt werden. 2 zeigt ein unteres Halteelement 30a und ein oberes Halteelement 30b, die, wie in den 3 bis 6 gezeigt, mit einer einzelnen zentralen Schraube 40 am Boden 10 festgeschraubt werden und dabei zwischen sich die Batteriemodule 20 an ihren Ecken festklemmen. Zwischen dem unteren Halteelement 30a und dem oberen Halteelement 30b befinden sich zwei konzentrisch angeordnete hülsenartige Abstandselemente 51 und 52 (siehe 4), durch welche die Schraube 40 hindurchgeführt ist. Die Abstandselemente 51 und 52 können aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein.
-
Die in 2 gezeigten Halteelemente 30a und 30b sind für die Befestigung von bis zu vier Batteriemodulen 20 ausgebildet. Die Halteelemente können aber auch für die Befestigung von nur zwei oder drei Batteriemodulen 20 ausgebildet sein. Die Halteelemente 30a/30b können aus Metall oder Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, gebildet sein.
-
Die beiden Halteelemente 30a und 30b sind mit Zapfen bzw. Stecknasen 32 ausgebildet, die von unten und von oben in korrespondierende Vertiefungen oder Bohrungen 22 an den Batteriemodulen 20 eingreifen. Die benachbarten Batteriemodule 20 sind dadurch über die Halteelemente 30a und 30b auch untereinander formschlüssig verbunden. Die Zapfen 32 können, wie in 5 gezeigt, mit stiftartigen Metallinserts 33 verstärkt sein.
-
Die Halteelemente 30a und 30b sind ferner mit Nuten 35 ausgebildet, in die optional längs- und/oder querverlaufende Trennwandelemente 60 eingesteckt und dadurch am Boden 10 befestigt werden können, wie in 3 gezeigt. Die beiden Halteelemente 30a und 30b können somit auch als Knotenelement für die Verbindung von Trennwandelementen 60 und deren Befestigung am Boden 10 fungieren. Das Bezugszeichen 55 bezeichnet Führungen für die Wandelemente 60, die an dem äußeren Abstandselement bzw. Abstandsstück 52 mit angeformt sein können.
-
6 zeigt eine Variante, bei der das obere Halteelement 30b ein integriertes elektrisches Verbindungselement 34 aufweist, über das die beiden gezeigten Batteriemodule 20 elektrisch verbunden bzw. verschaltet sind. Hierzu können die Zapfen 32 als Kontaktstifte und die Vertiefungen bzw. Bohrungen 22 als Kontaktbuchsen ausgebildet sein. In analoger Weise kann auch das untere Halteelement 30a wenigstens ein integriertes elektrisches Verbindungselement aufweisen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Boden
- 11
- Kühlkanal
- 20
- Batteriemodul
- 21
- Halteelement
- 22
- Bohrung (Vertiefung)
- 30a/b
- Halteelement
- 32
- Zapfen
- 33
- Metallinsert
- 34
- Verbindungselement
- 35
- Nut
- 40
- Schraube
- 51
- Abstandselement
- 52
- Abstandselement
- 55
- Führung
- 60
- Trennwandelement
- S
- Stelle
-
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 102014226566 B3 [0003, 0013]
- DE 102016213832 A1 [0003, 0013]
