DE102017211368A1

DE102017211368A1 - Batterie für einen elektrischen Antrieb eines Kraftwagens

Info

Publication number: DE102017211368A1
Application number: DE102017211368.5A
Authority: DE
Inventors: Markus Thurmeier
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-07-04
Filing date: 2017-07-04
Publication date: 2019-01-10
Also published as: WO2019007736A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (B) für einen elektrischen Antrieb eines Kraftwagens, mit einer Mehrzahl von Batteriemodulen (1), welche in einer zugeordneten Lage (2, 3, 4, 5) angeordnet und in wenigstens einem zugeordneten Batteriegehäuse (8) aufgenommen sind. Um eine Batterie (B) zu schaffen, bei welcher sich ein besonders günstiger Schutz bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ergibt, ist das Batteriegehäuse (8) in einem Schutzgehäuse (14) der Batterie (B) aufgenommen und als Kunststoffelement ausgebildet, welches zumindest einen bei einer unfallbedingten Deformation gezielt nachgiebiger Teilbereich (44, 47, 48, 49) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie für einen elektrischen Antrieb eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Batteriegehäuse für eine derartige Batterie sowie einen Kraftwagen mit einer solchen Batterie.
Die allermeisten Batterien für elektrische Antriebe von Kraftwagen werden heutzutage im Unterflurbereich der Fahrgastzelle eingebaut. Beispiele für derartige Einbauweisen sind der DE 10 2012 015 919 A1 und der DE 10 2015 014 033 A1 zu entnehmen, bei welchen jeweilige Batteriemodule, welche selbst jeweils eine Mehrzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen umfassen, in einer Lage beziehungsweise Ebene angeordnet und in einem Batteriegehäuse aufgenommen sind. Um bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung eine übermäßige Intrusion in das Batteriegehäuse zu vermeiden, so dass stromführende Bauteile beispielsweise nicht in Kontakt mit einem Kühlmedium kommen können, sind jedoch aufwändige und dementsprechend teure technische Maßnahmen erforderlich.
Aus der DE 10 2013 106 433 A1 ist des Weiteren eine Batterie als bekannt zu entnehmen, bei der zwei Batteriemodule, in welchen üblicherweise jeweils eine Mehrzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen zusammengefasst sind, in unterschiedlichen Lagen in Fahrzeughochrichtung übereinander angeordnet sind. Die beiden Batteriemodule sind dabei in einem gemeinsamen Batteriegehäuse aufgenommen, welches sich über die Höhe beider Lagen von Batteriemodulen erstreckt. Zwischen den beiden Batteriemodulen verläuft außerdem ein Versteifungselement beispielsweise in Form einer horizontalen Zwischenplatte bzw. Zwischenebene, welche die jeweiligen, einander gegenüberliegenden Gehäuseteile miteinander verbindet und hierdurch im Falle eines Aufpralls im Vorderwagenbereich eine Blockbildung des Batteriegehäuses begünstigen soll. Auch hier sind aufwändige und dementsprechend teure technische Maßnahmen erforderlich, um bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung eine übermäßige Intrusion in das Batteriegehäuse zu vermeiden, so dass stromführende Bauteile beispielsweise nicht in Kontakt mit einem Kühlmedium kommen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Batterie beziehungsweise ein Batteriegehäuse für sowie einen Kraftwagen mit einer derartigen Batterie zu schaffen, bei welchen sich ein besonders günstiger Schutz bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ergibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterie beziehungsweise ein Batteriegehäuse sowie einen Kraftwagen mit einer derartigen Batterie gemäß den Patentansprüchen 1, 9 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit günstigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Um eine Batterie der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher sich ein besonders günstiger Schutz bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ergibt, ist erfindungsgemäß das Batteriegehäuse in einem Schutzgehäuse der Batterie aufgenommen und als Kunststoffelement ausgebildet, welches zumindest einen bei einer unfallbedingten Deformation gezielt nachgiebiger Teilbereich aufweist.
Die erfindungsgemäße Gestaltung des jeweiligen Batteriegehäuses aus Kunststoff ermöglich dabei nicht nur eine kostengünstige und einfache Herstellung, sondern darüber hinaus können an das Batteriegehäuse auch in einfacher Weise entsprechende Funktionselemente zum Versteifung, zum Verbund mit anderen Bauteilen, zur Befestigung weiterer Teile der Kühleinrichtung oder dergleichen angeformt werden. Sind mehrere Batteriegehäuse übereinander in einem Stapel angeordnet, so können zumindest ein Teil der Batteriegehäuse oder deren Einzelteile - zumindest im Wesentlichen - formidentisch ausgebildet sein. Unter formidentisch ist dabei insbesondere zu verstehen, dass die Batteriegehäuse beziehungsweise deren jeweilige Bauteile in derselben Form, beispielsweise Spritzgussform, hergestellt werden können. Hierdurch können die Kosten der Batterie aufgrund der Gleichteile erheblich gesenkt werden.
Um dabei das wenigstens eine Batteriegehäuse oder den Stapel von Batteriegehäusen in optimaler Weise vor einer unfallbedingten übermäßigen Kraftbeaufschlagung zu schützen, ist das Batteriegehäuse beziehungsweise der Stapel von Batteriegehäusen von einem Schutzgehäuse der Batterie umgeben. Somit ist eine funktionale Trennung zwischen Batteriegehäuse und Schutzgehäuse vorgesehen, wobei das Batteriegehäuse beziehungsweise ein Stapel von Batteriegehäusen in erster Linie zur vorzugsweise dichten Aufnahme der Batteriemodule ausgebildet ist und das Schutzgehäuse zum Umhausen des wenigstens einen Batteriegehäuses, um dieses insbesondere bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Batterie vor übermäßigen Beschädigungen zu schützen. Gerade wenn die Batterie im Bereich des Vorderwagens angeordnet werden soll, ist es sehr wichtig, dass das Batteriegehäuse beziehungsweise der Stapel von Batteriegehäusen im Crash geschützt ist. Deshalb ist ein Crashsystem erforderlich, welches steif und zugleich nachgiebig ist. Die Steifigkeit übernimmt das Schutzgehäuse außen und entsprechende Strukturen wie Längsrippen in den Batteriegehäusen.
Das Schutzgehäuse muss - da es vorzugsweise keine Dichtfunktion hat - nicht entsprechend geschlossen ausgeführt sein, sondern kann auch teilweise geöffnet sein. Da eine derartige Dichtfunktion vorzugsweise nicht erforderlich ist, kann das Schutzgehäuse entsprechend einfach gestaltet werden und insbesondere hinsichtlich der Stabilität und Steifigkeit der Batterie, insbesondere im Hinblick auf deren Unfallverhalten, optimiert sein. Hierzu kann das Schutzgehäuse zumindest partiell durch entsprechende Seitenwände oder dergleichen Elemente gebildet sein, welche ein entsprechendes Absorptionsvermögen für Unfallenergie aufweisen. In einer alternativen Ausgestaltungsform wäre es jedoch theoretisch auch denkbar, ein derartiges Schutzgehäuse dicht auszubilden.
Die erforderliche Nachgiebigkeit, welche sicherstellt, dass eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung und Deformation des Schutzgehäuses nicht zu einer damit einhergehenden Beschädigung des oder der Batteriegehäuse führt, welche ansonsten zu einem Kontakt stromführender Bauteile mit einem Kühlmedium führen könnte, weist erfindungsgemäß das als Kunststoffelement ausgebildete wenigstens eine Batteriegehäuse zumindest einen bei einer unfallbedingten Deformation gezielt nachgiebigen Teilbereich auf. Durch dieses Vorsehen wenigstens einen nachgiebigen Teilbereichs wird somit gewährleistet, dass eine Deformation des Schutzgehäuses, welche im Weiteren zu einer Kraftbeaufschlagung beziehungsweise Intrusion in das jeweilige Batteriegehäuse führt, nicht auch zu einer Beschädigung des oder der Batteriegehäuse führt. Vielmehr sind geeignete Stellen am jeweiligen Batteriegehäuse vorgesehen, welche beispielsweise zwar gezielt nachgeben und ausweichen, nicht jedoch brechen, da dies einen unerwünschten Kontakt zwischen stromführenden Bauteilen und dem Kühlmedium der Batterie zur Folge haben könnte.
Die Batterie kann sowohl bei einem rein elektrisch angetriebenen Kraftwagen als auch bei einem Hybridfahrzeug zum Einsatz kommen. Dabei können gegebenenfalls auch mehrere Batterien zum Antrieb innerhalb des Kraftwagens verbaut sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Batterie besonders vorteilhaft, dessen Batteriemodule, welche jeweils eine Mehrzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen umfassen, in wenigstens zwei oder mehr Lagen in Fahrzeughochrichtung übereinander angeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht zunächst eine bauraumsparende Ausgestaltung der Batterie, sodass diese insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, im Vorderwagenbereich beziehungsweise im Bereich der Vorbaustruktur/Knautschzone des Kraftwagens eingebaut werden kann.
Dabei ist es vorgesehen, dass jede der übereinander angeordneten Lagen der Batteriemodule in einem jeweils zugeordneten, separaten Batteriegehäuse aufgenommen ist, welche in einem Stapel übereinander angeordnet und untereinander bzw. miteinander verbunden sind. Somit ist jede Lage der Batteriemodule in einem getrennt herstellbaren Batteriegehäuse aufgenommen ist. Dies bietet nämlich den erheblichen Vorteil, dass ein derartiges Batteriegehäuse äußert kostengünstig hergestellt werden kann, da es somit im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik wesentlich kleiner ausgestaltet ist. Zumindest eine Anzahl dieser Batteriegehäuse kann dabei vorzugsweise zumindest im Wesentlichen als Gleichteil ausgebildet werden, was die Herstellung deutlich vereinfacht. Die jeweils eingesetzte Anzahl an Batteriegehäusen, welche der Anzahl der Lagen der Batteriemodule entspricht, kann dann in einem Stapel übereinander angeordnet werden, wobei beispielsweise die jeweils benachbarten Batteriegehäuse über entsprechende Verbindungselemente miteinander verbunden werden. Der besondere Vorteile dieser einfache Bauweise der jeweiligen Batteriegehäuse ergibt sich nicht nur in der einfachen Herstellung, sondern auch in der entsprechend einfachen Möglichkeit, eine entsprechende Dichtigkeit und in Folge der größeren Variabilität bei der Anordnung der Batteriegehäuse übereinander auch hinsichtlich des Unfallverhaltens zu erreichen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das jeweilige Batteriegehäuse aus einem Bodenelement und einem Deckelelement gebildet, welche über eine Flanschverbindung miteinander verbunden sind, welche den bei einer unfallbedingten Deformation gezielt nachgiebigen Teilbereich aufweist. Es hat sich nämlich gezeugt, dass ein derart mehrteiliges Batteriegehäuse einerseits besonders einfach herstellbar ist, andererseits jedoch insbesondere im Bereich der Flanschverbindung anfällig für Deformationen ist. Um hierbei ein Brechen des jeweiligen Batteriegehäuses im Bereich des Flansches zu vermeiden, ist es daher besonders vorteilhaft, diesen Teilbereich gezielt nachgiebig zu gestalten, da dieser bei einer unfallbedingten Intrusion in das Schutzgehäuse somit entweichen kann, ohne beschädigt zu werden.
In diesem Zusammenhang hat es sich als weiter vorteilhaft gezeigt, wenn die Flanschverbindung des Bodenelements und des Deckelelements in eine Vertiefung des Schutzgehäuses hinein ragt. Hierdurch wird bei einer unfallbedingten Intrusion in das Schutzgehäuse ein Kontakt mit der Flanschverbindung entsprechend hinausgezögert.
Ebenso hat es sich in diesem Zusammenhand als vorteilhaft gezeigt, dass die Flanschverbindung einen Abstand zu dem Schutzgehäuse aufweist. Somit wird die Flanschverbindung bei geringeren unfallbedingten Intrusion in das Schutzgehäuse erst gar nicht mit einer entsprechenden Deformationskraft beaufschlagt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Flanschverbindung schräg zu einer Trennebene des Bodenelements und des Deckelelements verläuft. Auch hierdurch kann ein Brechen der Flansche im Bereich vermieden werden.
Zudem hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, wenn das jeweilige Batteriegehäuse beziehungsweise dessen Bodenelement und/oder Deckelelement im Übergangsbereich zwischen einer Stirnseite und einer Bodenplatte beziehungsweise einer Deckelplatte den gezielt nachgiebigen Teilbereich aufweist. Insbesondere können dabei große Radien vorgesehen werden, um hierdurch Steifigkeitssprünge innerhalb des Batteriegehäuses zu vermeiden.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Schutzgehäuse wenigstens eine Erhöhung aufweist, mittels welcher das zugeordnete Batteriegehäuse gezielt mit einer Deformationskraft beaufschlagbar ist. Durch eine derartige Erhöhung kann das jeweilige Batteriegehäusebeispielsweise im Abstand zu der Flanschverbindung gezielt deformiert werden, so dass eine nachfolgende Kraftbeaufschlagung und Bewegung der Flanschverbindung nicht zu deren Brechen oder dergleichen Zerstörung führt.
Die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterie beschriebenen Vorteile gelten ebenso für das erfindungsgemäße Batteriegehäuse gemäß Patentanspruch 9 sowie den Kraftwagen gemäß Patentanspruch 10.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine perspektivische Explosionsdarstellung auf die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Batterie gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform,
2 eine schematische und ausschnittsweise Schnittansicht auf die im Vorderwagen eines Kraftwagens eingebaute Batterie gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform,
3 eine Perspektivansicht auf ein Bodenelement und ein Deckelelement eines der Batteriegehäuse der erfindungsgemäßen Batterie,
4 jeweilige Perspektivansichten der Batterie gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform, bei der eine Mehrzahl von Batteriegehäusen, in welchen jeweils eine Mehrzahl von Batteriemodulen aufgenommen sind, in einem Stapel übereinander angeordnet und untereinander verbunden sind,
5 eine Schnittansicht durch den Stapel übereinander angeordneter Batteriegehäuse der Batterie gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform,
6 eine ausschnittsweise und vergrößerte, schematische Schnittansicht auf ein Bodenelement und ein Deckelelement jeweils übereinander angeordneter Batteriegehäuse, wobei jedes der Bauteile jeweilige Steckverbindungselemente umfasst, über welche die benachbarten Batteriegehäuse relativ zueinander positionierbar und gegenseitig in Schubrichtung abstützbar sind,
7 eine ausschnittsweise und vergrößerte Schnittansicht auf jeweilige, einander benachbarte Batteriegehäuse im Bereich eines Verbindungselements, mittels welchem einerseits ein Batteriemodul innerhalb des zugehörigen Batteriegehäuses fixierbar und andererseits das Batteriegehäuse mit dem darunter angeordneten, benachbarten Batteriegehäuse verbindbar ist,
8 eine Perspektivansicht auf eine Grundplatte eines Schutzgehäuses des Stapels von Batteriegehäusen, in dessen Eckbereich jeweilige Zuganker zur Halterung des Stapels der Batteriegehäuse bzw. des Schutzgehäuses vorgesehen sind,
9 eine Perspektivansicht sowie eine Schnittansicht des Schutzgehäuses, innerhalb welchem der Stapel von Batteriegehäusen aufgenommen ist,
10 eine ausschnittsweise und vergrößerte Schnittansicht durch das Schutzgehäuse und eines der Batteriegehäuse im Bereich einer Flanschverbindung zwischen dessen Boden- und Deckelement;
11 eine schematische Schnittansicht einer weiteren möglichen Flanschverbindung zwischen einem Boden- und Deckelement eines alternativ gestalteten Batteriegehäuses,
12 eine weitere ausschnittsweise und vergrößerte Schnittansicht durch das Schutzgehäuse und eines der Batteriegehäuse im Bereich einer Flanschverbindung zwischen dessen Boden- und Deckelement.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 sind in einer perspektivischen Explosionsdarstellung die wesentlichen Komponenten einer rechts in einer schematischen Perspektivansicht zusätzlich zusammengebaut dargestellten Batterie B zu erkennen. Hierbei umfasst die Batterie B zunächst eine Mehrzahl von Batteriemodulen 1, von denen im vorliegenden Fall beispielsweise jeweils vier Stück nebeneinander in einer horizontalen Ebene beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung auf einer gemeinsamen Höhe in einer entsprechenden Lage 2, 3, 4, 5 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind vorliegend jeweils vier Batteriemodule 1 auf gleicher Höhe beziehungsweise innerhalb einer entsprechenden Lage 2, 3, 4, 5 angeordnet, wobei die Mehrzahl dieser Lagen 2, 3, 4, 5 auf im Weiteren noch näher beschriebene Weise übereinander angeordnet sind. Jedes Batteriemodul 1 wird gebildet durch eine Vielzahl von miteinander parallel und/oder seriell verschalteten Batteriezellen. Die Ausgangsspannung des jeweiligen Batteriemoduls 1 ist demzufolge entsprechend größer als die Ausgangsspannung der jeweiligen Mehrzahl von zugehörigen Batteriezellen. Die Ausgangsspannung der gesamten Batterie B ist demnach größer als die der jeweiligen Batteriemodule 1, welche entsprechend miteinander verschaltet sind.
Weiterhin umfasst die Batterie B eine im Weiteren noch näher beschriebene Kühleinrichtung 6, innerhalb welcher ein Kühlmittel zirkuliert. Die Kühleinrichtung 6 umfasst dabei eine Mehrzahl von flachen Kühlelementen beziehungsweise Kühlleitungen 7, von welchen jeweils vier auf einer gemeinsamen Ebene beziehungsweise in einer Ebene verlaufen. Die Kühlelemente beziehungsweise Kühlleitungen 7 verlaufen dabei auf im Weiteren noch näher beschriebene Weise jeweils unterseitig des zugehörigen Batteriemoduls 1 beziehungsweise unterseitig der jeweiligen Lage 2, 3, 4, 5 von Batteriemodulen 1.
Die jeweilige Lage 2, 3, 4, 5 von Batteriemodulen 1 ist dabei innerhalb eines jeweils zugeordneten Batteriegehäuses 8 aufgenommen, wie eines davon in 3 in einer jeweiligen Perspektivansicht eines Bodenelements 9 und eines Deckelelements 10 des Batteriegehäuses 8 erkennbar ist. Das Bodenelement 9 und das zugehörige Deckelelement 10 werden dabei nach dem Bestücken mit den jeweils zugehörigen vier Batteriemodulen 1 der entsprechenden Lage 2, 3, 4, 5 im Bereich jeweiliger, einander zugeordneter Flansche 11, 12 unter Vermittlung einer nicht weiter erkennbaren Dichtung verschlossen. Da im vorliegenden Fall vier Lagen 2, 3, 4, 5 von Batteriemodulen 1 vorgesehen sind, sind demzufolge entsprechend vier Batteriegehäuse 8 in einem in 1 erkennbaren Stapel 13 übereinander angeordnet. Dabei sind die jeweiligen Batteriegehäuse 8 gegenseitig positioniert und auf nachfolgend noch beschriebene Weise miteinander beziehungsweise untereinander verbunden.
Der Stapel 13 der Batteriegehäuse 8 mit der Kühleinrichtung 6 ist in einem Schutzgehäuse 14 aufgenommen, welches in 1 ebenfalls explosionsartig dargestellt ist. Dieses Schutzgehäuse 14 umfasst zunächst einen Boden 15 sowie jeweilige vier Seitenwände 16, welche vorliegend jeweils aus zwei Teilen beziehungsweise Lagen 17 und 18 zusammengesetzt sind. Im vorliegenden Fall sind diese beiden Teile beispielsweise ein Wellblech 17 und ein zugehöriges Schließblech 18, um somit ein jeweils gut energieabsorbierendes, mehrlagiges Bauteil zu erreichen. Zudem umfasst das Schutzgehäuse 14 einen Deckel 19, sodass der Stapel von Batteriegehäusen 8 im vorliegenden Fall durch das Schutzgehäuse 14 vollständig umschlossen ist. Das Schutzgehäuse 14 wird hierbei auch als Crashpanzer bezeichnet und ist in 1 rechts nochmals in zusammengebauter Form in einer entsprechenden Perspektivansicht erkennbar.
2 zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen vor einer Fahrgastzelle 20 angeordneten Vorderwagen 21 beziehungsweise eine Vorbaustruktur/Knautschzone eines Personenkraftwagens, in deren Bereich die Batterie B angeordnet ist. Die Batterie B ist dabei auf Höhe oberhalb einer Vorderachse 20 des Kraftwagens auf ansonsten nicht näher erkennbare Weise an entsprechenden Bauteilen der Karosserie beziehungsweise an Hilfsrahmenelementen, welche rohbauseitig an der Karosserie befestigt sind, gehalten.
Hierbei ist die Batterie B in die Crashsysteme des Fahrzeugs mit eingebunden.
Aus 2 wird dabei insbesondere klar, dass die im Vorderwagen 21 verbaute Batterie B durch die sehr gute Lage analog zu einem Verbrennungsmotor beziehungsweise anstellte von diesem verbaut werden kann. Durch den hohen Aufbau der Batterie B mit den mehreren Lagen 2, 3, 4, 5 von Batteriemodulen 1 in den entsprechenden Batteriegehäusen 8 und deren Anordnung übereinander zu dem Stapel 13 ergibt sich dabei die Möglichkeit, den Bauraum, welcher bei Kraftwagen mit Verbrennungsmotor durch diesen eingesetzt wird, in optimaler Weise zu nutzen. Durch das Schutzgehäuse 14 ist der Stapel 13 der Batteriegehäuse 8 dabei in optimaler Weise geschützt.
Das jeweilige Batteriegehäuse 8 beziehungsweise dessen Einzelteile, im vorliegenden Fall das Bodenelement 9 und das Deckelelement 10, sind aus ein einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff, gebildet und zum Beispiel in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Die Verwendung von Kunststoff hat dabei nicht nur den Vorteil einer einfachen und kostengünstigen Herstellung der formidentisch ausgebildeten Batteriegehäuse 8, sondern es können auch in einfacher Weise Funktionselement wie beispielsweise Elemente/Rippen einer Versteifungsstruktur 23 und/oder Steckverbindungelemente 24 (6) zur Verbindung des Batteriegehäuses 8 mit dem benachbarten Batteriegehäuse 8 vorgesehen werden. Zudem eignet sich Kunststoff in besonderer Weise, um Verstärkungselemente wie Einleger, Schraubhülsen oder dergleichen oder aber auch Funktionselemente der Kühleinrichtung 6 in das jeweilige Batteriegehäuse zu integrieren.
Die Versteifungsstruktur 23 mit den Rippen ist dabei insbesondere für entsprechende Lastfälle bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung vorgesehen. Die Flansche 11, 12 des Boden- und des Deckelelements 9, 10 sind beispielsweise in Standardgeometrie gebildet und über Schrauben miteinander verbunden.
Des Weiteren ist aus 3 erkennbar, dass durch jeweilige Stege 25 entsprechende Fächer innerhalb des Boden- und des Deckelelements 9, 10 unterteilt sind, innerhalb welchen die jeweiligen Batteriemodule 1 aufgenommen sind.
4 zeigt in zwei jeweiligen Perspektivansichten die Mehrzahl von vorliegend vier Batteriegehäusen 8, in welchen jeweils die Mehrzahl von Batteriemodulen 1 aufgenommen sind und welche dem Stapel 13 übereinander angeordnet und untereinander verbunden sind. Zudem ist vorliegend die teilweise Integration der Kühleinrichtung 6 in den Stapel 13 der Batteriegehäuse 8 erkennbar. Hierbei sind die flachen Kühlleitungen beziehungsweise Kühlelemente 7 unterseitig des jeweiligen Batteriegehäuses 8 beziehungsweise zwischen zwei jeweils übereinander benachbarten Batteriegehäusen 8 angeordnet. Die einzelnen Kühlelemente 7 sind dabei über Versorgungsleitungen 26 verbunden, welche vorliegend beispielsweise im Eckbereich des Stapels 13 verlaufen. Die als Steigleitungen konzipierten Versorgungsleitungen 26 weisen vorliegend Drosseln auf. Zudem sind die Steckverbindungen zwischen den Bauteilen der Kühleinrichtung 6 hinsichtlich des Strömungswiderstandes optimiert.
Auf seiner Rückseite weist der Stapel 13 von Batteriegehäusen 8 einen durchgehenden Kanal 27 auf, der das Innere der jeweiligen Batteriegehäuse 8 miteinander verbindet. Dieser wird durch eine in 3 erkennbare, jeweils ausgeformte Stirnwand 28 im Boden- und Deckelelement 9, 10 des jeweiligen Batteriegehäuses 8 gebildet, wobei außerdem im jeweiligen Boden- und Deckelelement 9, 10 eine Durchführungsöffnung 29 ausgebildet ist, über welche der Kanal 27 gebildet ist.
Damit der gesamte Stapel 13 der Batteriegehäuse 8 dennoch in sich dicht ist, ist - wie dies aus der Schnittansicht durch den Stapel 13 gemäß 5 erkennbar ist - zwischen dem Randbereich 30 der Durchführungsöffnung 29 des einen Batteriegehäuses 8 und dem Randbereich 30 der Durchführungsöffnung 29 des benachbarten Batteriegehäuses 8 eine Dichtung 31 vorgesehen. Diese Dichtung 31 kann beispielsweise durch eine Einschraub- oder Steckmuffe durch die jeweiligen Durchführungsöffnungen 29 hindurch gebildet sein oder durch eine Dichtung, welche zwischen den Batteriegehäusen 8 eingelegt wird. In jedem Fall soll erreicht werden, dass der Randbereich 30 der Durchführungsöffnung 29 des einen Batteriegehäuses 8 mit der Dichtung 31 gegen den Randbereich 30 der Durchführungsöffnung 29 des benachbarten Batteriegehäuses 8 abgedichtet ist.
Über den Kanal 27 sind insbesondere die jeweiligen Lagen 2, 3, 4, 5 von Batteriemodulen 1 miteinander verschaltet. Hierbei kann beispielsweise ein leisten- oder stabartiger Leiter innerhalb des Kanals 27 verlaufen. Nicht benötigte Durchführungsöffnungen 29, beispielsweise unterseitig des untersten beziehungsweise oberseitig des obersten Batteriegehäuses 8 des Stapels 13, können beispielsweise durch einen Stopfen verschlossen worden.
6 zeigt in einer ausschnittsweisen und vergrößerten, schematischen Schnittansicht das Bodenelement 9 eines der Batteriegehäuse 8, welches mit einer Bodenplatte 32 auf einer Deckelplatte 33 des darunter angeordneten Batteriegehäuses 8 ruht. Von der Bodenplatte 32 stehen dabei beispielhaft angedeutete Steckverbindungselemente 34 nach unten hin ab, welche mit nach oben von der Deckelplatte 33 abstehenden weiteren Steckverbindungselementen 34 derart miteinander zusammen wirken, dass die benachbarten Batteriegehäuse 8 relativ zueinander verbunden und positioniert sind. Hierdurch lässt sich beispielsweise die Montage des Stapels 13 der Batteriegehäuse 8 stark erleichtern. Zudem können über die Steckverbindungselemente 34 Kräfte, insbesondere Schubkräfte, bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zwischen den benachbarten Batteriegehäusen 8 übertragen werden. Durch die schubsteife Verbindung der Batteriegehäuse 8 kann somit die Steifigkeit der Batterie B auf diesem Weg erheblich verbessert werden. Bei den Steckverbindungselementen 34 kann es sich beispielsweise um Verrastungen, Blocker, Dome, Clipse oder dergleichen handeln.
In 7 sind in einer ausschnittsweisen und vergrößerten Schnittansicht zwei einander benachbarte Batteriegehäuse 8 im Bereich eines Verbindungselements 35 dargestellt. Das Verbindungselement 35 umfasst dabei eine Hülse 36, welche das jeweilige Batteriemodul 1 nahe seiner in Hochrichtung der Batterie B verlaufenden Stirnseite durchsetzt. Innerhalb der Hülse 36 verläuft ein nicht erkennbares Schraubelement, welches sich mit einem Kopf oberseitig der Hülse 36 auf einer Platte 37 des Batteriemoduls 1 abstützt, welche fest mit der Hülse 36 verbunden ist. Unterseitig sitzt die Hülse 36 beziehungsweise das Batteriemodul 1 auf einem Domteil 38 auf, welches in einer formgleichen Aufnahme im Kunststoff der Bodenplatte 32 des Bodenelements 9 aufgenommen ist.
Nach unten hin schließt sich eine Schraubhülse 39 an, welche fest in den Kunststoff der Deckelplatte 33 des Deckelelements 10 integriert beziehungsweise vorliegend eingespritzt ist. In besagte Schraubhülse 39 ist das oben beschriebene Schraubelement eingeschraubt. Beim Anziehen des Schraubelements wird hierbei das Batteriemodul 1 nach unten gegen das Bodenelement 9 und gegen das Domteil 38 gespannt, welches sich seinerseits an der Deckelplatte 33 des Deckelelements 10 des darunter liegenden Batteriegehäuses 8 abstützt. Hierbei wird das Deckelelement 10 und das Batteriemodul 1 mittels des Domteils 38 relativ zur Deckelplatte 33 des Deckelelements 10 des darunter liegenden Batteriegehäuses 8 zentriert und fixiert.
Um eine Doppelpassung zu vermeiden ist hierbei ein Freiraum zwischen der Unterseite des Batteriemoduls 1 und der Bodenplatte 32 des Bodenelements 9 vorgesehen, welcher beispielsweise mit einem Füller ausgefüllt ist. Durch Anziehen des Schraubelements werden somit das Batteriemodul 1 mit dem Bodenelement 9 und auch dem Deckelelement 10 verspannt. Im vorliegenden Fall sind pro Stirnseite 41 jedes Batteriemoduls 1 jeweils zwei Verbindungselemente 35 vorgesehen, also vorliegend insgesamt vier Verbindungselemente 35 pro Batteriemodul 1 und 16 Verbindungselemente 35 pro Lage 2, 3, 4, 5 von Batteriemodulen 1. Es ist jedoch klar, dass diese Anzahl je nach Ausführung, welche beispielsweise von der Anzahl der Lagen 2, 3, 4 ,5 oder der Größe des einzelnen Batteriegehäuses 8 abhängt, variieren kann.
8 zeigt eine Perspektivansicht auf die Grundplatte beziehungsweise den Boden 15 des Schutzgehäuses 14, mittels welchem der Stapel 13 von Batteriegehäusen 8 eingehaust ist. In den Eckbereichen der Grundplatte 15 sind jeweilige, in Fahrzeughochrichtung verlaufende Zuganker 40 zur Halterung des Stapels 13 der Batteriegehäuse 8 beziehungsweise des Schutzgehäuses 14 vorgesehen. Die Zuganker 40 können darüber hinaus zum Ein- oder Ausbau der Batterie B dienen, indem oberseitig beispielsweise Kranschlaufen aufgeschraubt werden. Somit kann die Batterie B inklusive deren Schutzgehäuse 14 aus dem Kraftwagen entnommen oder eingebaut werden. Zudem sind in der Grundplatte 15 jeweilige Schraubhülsen 39 oder Gewindelöcher integriert, welche die oben im Zusammenhang mit 7 beschriebene Funktion zur Halterung des darüber angeordneten Bodenelements 9 beziehungsweise der durch dessen Batteriegehäuse 8 aufgenommenen Batteriemodule 1 übernehmen.
Schließlich zeigt 9 eine Perspektivansicht sowie eine Schnittansicht des Schutzgehäuses 14, innerhalb welchem der Stapel 13 von Batteriegehäusen aufgenommen ist. Insbesondere erkennbar sind dabei die vier Seitenwände 16, welche vorliegend aus dem innen angeordneten Wellblech 17 und dem außen angeordneten, ebenen Schließblech 18 gebildet sind, um somit das gut energieabsorbierende, mehrlagige Bauteil zu bilden. Zudem erkennbar ist der Deckel 19 des Schutzgehäuses 14. Dieser ist wie der Boden 15 ebenfalls beispielsweise aus einem Metallwerkstoff wie einem Blech gebildet.
Die Seitenwände 16 beziehungsweise deren jeweilige Bauteile 17, 18 sind vorliegend aus Blechen auf Aluminium- oder Stahllegierungs-Basis hergestellt und beispielsweise in den Ecken auf Gehrung verbunden. In den Ecken können zusätzlich Leisten oder dergleichen als Lastverteiler eingesetzt werden. Die Seitenwände 16 können zur Vormontage insbesondere an nicht erkennbaren Befestigungselementen, beispielsweise Rastpins oder dergleichen, am Stapel 13 der Batteriegehäuse 8 vorbefestigt werden, welche beispielsweise im Kunststoff das jeweiligen Batteriegehäuses 8 angeformt oder dergleichen angeordnet sind. Hierdurch können die Seitenwände 14 und gegebenenfalls auch der Deckel 19 zunächst am Stapel 13 befestigt und anschließend untereinander verbunden werden. Mittels der im Zusammenhang mit 8 bereits beschriebenen Zuganker 40 können die Bauteile 15, 16 und 19 des Schutzgehäuses 14 zusätzlich untereinander verspannt werden. Über die Zuganker 40 können zudem die in dem Stapel 13 übereinander angeordneten Batteriegehäuse 8 untereinander verspannt werden. Es ist klar, dass das Schutzgehäuse 14 auch mit anderen Plattenelementen aus verschiedensten Werkstoffen und in unterschiedlichen Bauformen gebildet werden kann.
In 10 ist in einer ausschnittsweisen und vergrößerten Schnittansicht das Schutzgehäuse 14 und insbesondere eines der Batteriegehäuse 8 im Bereich einer Flanschverbindung 41 zwischen den Flanschen 11 und 12 des Bodenelement 9 und des zugeordneten Deckelements 10 erkennbar. Insbesondere erkennbar ist hierbei, dass die Flanschverbindung 41 des Bodenelements 9 und des Deckelelements 10 in eine Vertiefung 42 des Schutzgehäuses 14 hinein ragt, welche durch eine entsprechende, in Querrichtung der Batterie B verlaufende Ausformung des Wellblechs 17 gebildet ist. Hierdurch wird bei einer unfallbedingten Intrusion in das Schutzgehäuse 14 ein Kontakt mit der Flanschverbindung 41 entsprechend hinausgezögert. Auch aus diesem Grund ist erkennbar, dass die Flanschverbindung 41 mit seiner Stirnseite 43 einen Abstand zu dem Schutzgehäuse 14 aufweist. Somit wird die Flanschverbindung 41 bei geringeren unfallbedingten Intrusion in das Schutzgehäuse 14 erst gar nicht mit einer entsprechenden Deformationskraft beaufschlagt.
Aus 10 ist des Weiteren schematisch angedeutet, dass das Batteriegehäuse 8 beziehungsweise dessen Bodenelement 9 oder Deckelelement 10 zumindest einen, bei einer unfallbedingten Deformation gezielt nachgiebigen Teilbereich 44 aufweist. Dieser Teilbereich 44 ist beispielsweise gebildet am Übergang der Flansche 11, 12 der Flanschverbindung 41 in eine jeweilige Stirnwand 45, 36 des Bodenelements 9 beziehungsweise des Deckelelements 10. Die Teilbereiche 44 sind hierbei beispielsweise mit einem entsprechend großen Radius ausgebildet, um bei einer unfallbedingten Deformation gezielt nachgiebig zu sein und nicht zu brechen. Wesentlich ist es hierbei, Steifigkeitssprünge innerhalb der Wände des Bodenelements 9 beziehungsweise des Deckelelements 10 gering zu halten.
Alternativ oder zusätzlich können auch andere Bereiche 47 der Stirnwand 45, 36 des Bodenelements 9 beziehungsweise des Deckelelements 10 mit einer entsprechenden Nachgiebigkeit ausgebildet sein, so dass insbesondere die Flanschverbindung 41 infolge dieser Nachgiebigkeit gezielt ausweichen kann, jedoch nicht bricht, beispielsweise im Übergang der Flansche 11, 12 der Flanschverbindung 41 in die jeweilige Stirnwand 45, 36 des Bodenelements 9 beziehungsweise des Deckelelements 10.
Aus 10 ist zudem erkennbar, dass das Bodenelement 9 und/oder das Deckelelement 10 im jeweiligen Übergangsbereich 48, 49 zwischen der zugeordneten Stirnseite 45, 46 und der Bodenplatte 32 beziehungsweise der Deckelplatte 33 den gezielt nachgiebigen Teilbereich aufweisen. Auch hierdurch soll eine gezielte Nachgiebigkeit des Batteriegehäuses 8 geschaffen werden, so dass eine unfallbedingte Intrusion in das Schutzgehäuse 14 nicht zu einer Beschädigung des Batteriegehäuses 8 führt, sondern lediglich zu einem Nachgeben und Ausweichen.
Die Nachgiebigkeit der einzelnen Teilbereiche 44, 47, 48, 49 können dabei beispielsweise durch eine Materialschwächung beziehungsweise Ausdünnung oder durch Vorsehen entsprechender Radien oder dergleichen erzeugt werden.
Jeweilige Verbindungsstellen 51 des Batteriegehäuses 8 mit dem Schutzgehäuse 14 sollen hingegen nur lokal vorgesehen sein, um gegebenenfalls ein lokales Lösen zwischen Schutzgehäuse 14 und jeweiligem Batteriegehäuse 8 gezielt zu erlauben, wenn es infolge einer unfallbedingten Intrusion in das Schutzgehäuse 14 zu entsprechenden Deformationen des Batteriegehäuses 8 kommen sollte.
Insgesamt ist somit erkennbar, dass das Batteriegehäuse 8 durch gezielte Schwächungen an den Flanschen 11, 12 und den Seitenwänden 45, 46 länger ohne Splittern deformiert werden kann. Zudem werden keine lokalen Risse generiert, in welche beispielsweise unfallbedingt Kühlmedium (einlaufen kann. Außerdem kann Material und Gewicht gespart werden.
Ebenso ist es denkbar, eine Erhöhung 51 des Wellblechs 17 weiter zur Batteriegehäuse 8 hin verlaufen zu lassen und diese zu nutzen, um das Batteriegehäuse 8 gezielt mit einer Deformationskraft zu beaufschlagen. Hierdurch kann beispielsweise das Batteriegehäuse 8 bereichsweise deformiert und somit die Flanschverbindung 41 gezielt verlagert werden, so dass eine nachfolgende Kraftbeaufschlagung der Flanschverbindung 41 nicht zu deren Brechen, Splittern oder dergleichen führt. Eine derartige Erhöhung 51 ist insbesondere auf eine Höhe vorgesehen, auf der eine Bodenplatte 32 eines Bodenelements 9 an eine Deckelplatte 33 eines Deckelelements 10 jeweils benachbarter Batteriegehäuse 8 aneinander angrenzen. Mit anderen Worten kann also ein Wellblech 17 zum Einsatz kommen dessen Vertiefungen 42 und Erhöhungen 51 nicht im Querschnitt gleichmäßig ausgebildet sind, sondern vielmehr ungleichmäßig.
11 zeigt lediglich äußerst schematisch eine Schnittansicht einer weiteren möglichen Flanschverbindung 41 zwischen dem Boden- und Deckelement 9, 10 eines alternativ gestalteten Batteriegehäuses 8, wobei die Flanschverbindung 41 nicht parallel wie in 10, sondern vielmehr schräg zu einer Trennebene T des Bodenelements 9 und des Deckelelements 10 verläuft. Hierdurch wird ebenfalls die Gefahr des Ausbrechens der Flansche 11, 12 im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung vermindert.
12 zeigt eine weitere ausschnittsweise und vergrößerte Schnittansicht durch das Schutzgehäuse 14 und eines der Batteriegehäuse 8 im Bereich der Flanschverbindung 41 zwischen dessen Boden- und Deckelement 9, 10. Hierbei ist oben erkennbar, dass die Vertiefung 42 des Wellblechs 17 weiter nach außen verschoben ist, so dass das Wellblech 17 bei einer unfallbedingten Intrusion in das Schutzgehäuse 14 weniger auf die Flanschverbindung 41 schiebt. Unten ist eine weitere Flanschverbindung 41 erkennbar, um eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung auf mehrere Flanschverbindungen 41 beziehungsweise eine größere Fläche zu verteilen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012015919 A1 [0002]
DE 102015014033 A1 [0002]
DE 102013106433 A1 [0003]

Claims

Batterie (B) für einen elektrischen Antrieb eines Kraftwagens, mit einer Mehrzahl von Batteriemodulen (1), welche in einer zugeordneten Lage (2, 3, 4, 5) angeordnet und in wenigstens einem zugeordneten Batteriegehäuse (8) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (8) in einem Schutzgehäuse (14) der Batterie (B) aufgenommen und als Kunststoffelement ausgebildet ist, welches zumindest einen bei einer unfallbedingten Deformation gezielt nachgiebiger Teilbereich (44, 47, 48, 49) aufweist.
Batterie (B) nach Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl von Batteriemodulen (1) vorgesehen ist, welche in jeweiligen Lagen (2, 3, 4, 5) übereinander angeordnet sind, wobei jede der übereinander angeordneten Lagen (2, 3, 4, 5) der Batteriemodule (1) in einem jeweils zugeordneten, separaten Batteriegehäuse (8) aufgenommen ist, welche in einem Stapel (13) übereinander angeordnet und untereinander verbunden sind, welcher in dem Schutzgehäuse (14) der Batterie (B) aufgenommen ist.
Batterie (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das jeweilige Batteriegehäuse (8) aus einem Bodenelement (9) und einem Deckelelement (10) ausgebildet ist, welche über eine Flanschverbindung (41) miteinander verbunden sind, welche den bei einer unfallbedingten Deformation gezielt nachgiebigen Teilbereich (44) aufweist.
Batterie (B) nach Anspruch 3, wobei die Flanschverbindung (41) des Bodenelements (9) und des Deckelelements (10) in eine Vertiefung (42) des Schutzgehäuses (14) hinein ragt.
Batterie (B) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Flanschverbindung (41) einen Abstand zu dem Schutzgehäuse (14) aufweist.
Batterie (B) nach Anspruch 3 bis 5, wobei die Flanschverbindung (41) schräg zu einer Trennebene (T) des Bodenelements (9) und des Deckelelements (10) verläuft.
Batterie (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das jeweilige Batteriegehäuse (8) beziehungsweise dessen Bodenelement (9) und/oder Deckelelement im Übergangsbereich (48, 49) zwischen einer Stirnseite () und einer Bodenplatte (32) beziehungsweise einer Deckelplatte (33) den gezielt nachgiebigen Teilbereich aufweist.
Batterie (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schutzgehäuse (14) wenigstens eine Erhöhung (51) aufweist, mittels welcher das zugeordnete Batteriegehäuse (8) gezielt mit einer Deformationskraft beaufschlagbar ist.
Batteriegehäuse (14) für eine Batterie (B) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Kraftwagen mit einer Batterie (B) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.