DE102017216781B4

DE102017216781B4 - Befestigungssystem zur Befestigung von Batteriemodulen in einem Batteriegehäuse

Info

Publication number: DE102017216781B4
Application number: DE102017216781.5A
Authority: DE
Inventors: Dennis Berner; Uwe Pabst; Tobias Ströhlein; Krino Bornemann; Helge Herten; Volker Hohm; Jürgen Cordes; Holger Opfer; Frederic Flüggen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2037-09-23
Also published as: DE102017216781A1; CN109546025A; CN109546025B

Abstract

Befestigungssystem (10) zur Befestigung von Batteriemodulen (12) in einem Batteriegehäuse (100),
wobei das Befestigungssystem (10) ein Befestigungselement (19) zur Befestigung von Batteriemodulen (12) an einem Gehäuseboden (101) des Batteriegehäuses (100) aufweist, wobei das Befestigungselement (19) einen ersten Arm (23) und einen zweiten Arm (26) umfasst,
wobei der erste Arm (23) und der zweite Arm (26) zur Befestigung am Gehäuseboden (101) dienen,
wobei das Befestigungssystem (10) mindestens eine Strebe (34) zur Übertragung von Lasten von einer ersten Seite (103) des Batteriegehäuses (100) zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite (104) des Batteriegehäuses (100) aufweist,
wobei
die mindestens eine Strebe (34) zum Eingreifen in eine Stufe an einer Außenwand (14) mindestens eines Batteriemodulgehäuses (13) eines Batteriemoduls (12) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
das Befestigungssystem (10) eine erste Strebe (35) und eine zweite Strebe (36) zur Übertragung von Lasten von einer ersten Seite (103) des Batteriegehäuses (100) zu einer gegenüberliegen, zweiten Seite (104) aufweist,
wobei das Befestigungssystem (10) ein Lastübertragungselement (40) zur Übertragung von Lasten zwischen der ersten Strebe (35) und der zweiten Strebe (36) aufweist,
wobei das Befestigungselement (19) dazu ausgebildet ist, das Lastübertragungselement (40) zu umgreifen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem nach Anspruch 1 sowie ein Batteriegehäuse nach Anspruch 5. Ferner umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Befestigen von Batteriemodulen in einem Batteriegehäuse nach Anspruch 6.
Stand der Technik
Vorrichtungen zur Befestigung von Batteriemodulen sind grundsätzlich bekannt. Beispielsweise beschreibt DE 10 2012 007 317 A1 eine derartige Befestigungsvorrichtung, mit der Batteriemodule zwischen einem Kopfteil und einem Basisteil verspannt werden können.
JP 2007/161 075 A offenbart eine Struktur für den Heckbereich eines Automobils, die ein Paar von rechten und linken Seitenrahmenteilen aufweist.
In DE 21 50457 A ist eine Vorrichtung zur Halterung einer Batterie in einem Fahrzeug offenbart, die durch Halteglieder gebildet wird, welche mit an gegenüberliegenden Selten der Batterie vorgesehenen Aufnahmeelementen zusammenwirken.
Neben der alleinigen Befestigung der Batteriemodule ist es jedoch ein weiteres Ziel der Batteriegehäuseentwicklung, das Volumen für die Batteriezellen so groß wie möglich und das Gehäuse so klein wie möglich zu konstruieren, wobei sämtliche mechanischen Lastfälle ohne Brand und möglichst ohne Kurzschluss ertragen werden sollen. Ein Bestreben besteht somit darin, Lastpfade innerhalb eines Batteriegehäuses unterzubringen, die Beanspruchungen ohne Beschädigung der Zellen abtragen können.
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Befestigungssystem zur Befestigung von Batteriemodulen in einem Batteriegehäuse derart weiterzuentwickeln, dass das Befestigungssystem auf der einen Seite die Batteriemodule sicher und fest im Gehäuse fixiert und auf der anderen Seite gleichzeitig Lastpfade schafft bzw. schließt, um Lasten abzutragen.
Die oben genannte Aufgabe wird durch ein Befestigungssystem zur Befestigung von Batteriemodulen in einem Batteriegehäuse nach Anspruch 1 gelöst. Das Befestigungssystem weist ein Befestigungselement zur Befestigung von Batteriemodulen an einem Gehäuseboden des Batteriegehäuses auf. Dabei weist das Befestigungselement einen ersten Arm und einen zweiten Arm auf, die jeweils zur Befestigung an einem Gehäuseboden des Batteriegehäuses dienen.
Die Batteriemodule sind bevorzugterweise jeweils mittels eines Batteriemodulgehäuses umschlossen, sodass das Befestigungssystem zur Befestigung der Batteriemodulgehäuse in einem Batteriegehäuse dient. Die Batteriemodule dienen als Antrieb für ein Fahrzeug. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vor allem um ein Elektrofahrzeug, das zum Antrieb Batterieeinheiten benutzt. Ein Batteriemodul umfasst eine Vielzahl von Batterieeinheiten. Unter dem Begriff „Batterieeinheiten“ sind insbesondere Batteriezellen zu verstehen, vor allem Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Darunter können beispielsweise Pouchzellen oder prismatische Zellen fallen. Die Batteriezellen sind vorzugsweise quaderförmig ausgebildet. Dabei ist unter einem Batteriemodul vor allem eine Mehrzahl von Batteriezellen zu verstehen, die in einem Block, insbesondere quaderförmig, angeordnet sind. Die Batteriezellen sind somit zu einem Batteriemodul zusammengefasst.
Unter einem Befestigungssystem ist vor allem ein Fixiersystem zur Fixierung der Batteriemodule zu verstehen. Insbesondere handelt es sich bei dem Befestigungssystem um ein Spannsystem. In anderen Worten werden die Batteriemodule mittels des Spannsystems in eine unter Spannung gehaltene Position gezwungen, die diese fixiert. Eine Bewegung der Batteriemodule innerhalb des Batteriegehäuses wird somit unterbunden.
Bei dem Befestigungselement handelt es sich insbesondere um ein Spannelement. Das Spannelement ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Spannkraft gegen den Gehäuseboden des Batteriegehäuses aufzubringen. Der erste Arm sowie der zweite Arm dienen jeweils zur Befestigung am Gehäuseboden. Vorteilhafterweise werden bzw. sind der erste Arm und der zweite Arm des Befestigungselements direkt mit dem Gehäuseboden des Batteriegehäuses verbunden. Die Verbindung erfolgt vorwiegend mittels Schweißen oder Schrauben.
Der erste Arm und der zweite Arm weisen somit jeweils bevorzugterweise einen Befestigungsbereich zur Befestigung am Gehäuseboden des Batteriegehäuses auf. Der jeweilige Befestigungsbereich findet sich vor allem an einem jeweiligen offenen Ende des ersten Arms und des zweiten Arms.
Der erste Arm und der zweite Arm des Befestigungselementes können als Bock ausgebildet sein. Insbesondere weist der erste Arm und/oder der zweite Arm eine erste Wand, eine zweite Wand und eine dritte Wand auf. Die erste und die zweite Wand sind parallel angeordnet, während die dritte Wand zu den anderen beiden Wänden in einem rechten Winkel steht. Die Ausbildung des ersten und/oder zweiten Arms ist somit U-förmig.
Der erste Arm und der zweite Arm weisen vorteilhafterweise ein erstes Ende auf, das jeweils mit dem Verbindungssteg verbunden ist, sowie ein zweites, offenes Ende, das zur Befestigung am Gehäuseboden dient. Das Befestigungselement weist zwischen dem ersten Arm und dem zweiten Arm vor allem einen Verbindungssteg auf, wobei dieser mittels eines Gelenkes am ersten Arm befestigt ist. Insbesondere ist das Gelenk am ersten Ende des ersten Arms angeordnet. Der Verbindungssteg ist somit am ersten Arm mittels einer, insbesondere einseitig gelenkigen Lagerung, angebracht, sodass der Verbindungssteg um das Gelenk einseitig schwenkbar ist. Mittels des Gelenkes ist der erste Arm in eine Position einstellbar, die sich parallel zum zweiten Arm erstreckt und in der das Befestigungselement insgesamt eine U-förmige Ausbildung aufweist. Bei dem Verbindungssteg handelt es sich vor allem um einen Riegel. Insbesondere ist der Verbindungssteg als Niederhalter ausgebildet und kann mittels der Arme des Befestigungselements einen Druck auf den Gehäuseboden ausüben.
Am ersten Ende des zweiten Arms weist das Befestigungselement vorzugsweise eine Schraube auf. Durch das Bringen des ersten Arms in eine zum zweiten Arm parallele Position wird eine Spannkraft aufgebracht. Das Befestigungselement, und somit das Befestigungssystem, wird auf diese Weise verschlossen, und die Batteriemodule somit gegen den Gehäuseboden des Batteriegehäuses gespannt. Die dafür erforderliche Anpresskraft wird durch das Befestigungselement, insbesondere den Verbindungssteg, aufgebracht. Nach dem Umlegen des einseitig gelenkig gelagerten Verbindungsstegs, das heißt nach dem Schließen des Befestigungselements, kann der Verbindungssteg mittels der Schraube am ersten Ende des zweiten Arms fest verbunden werden und somit seine Lage und folglich die Anpresskraft dadurch gesichert werden.
Das Befestigungssystem umfasst erfindungsgemäß mindestens eine Strebe zur Übertragung von Lasten von einer ersten Seite des Batteriegehäuses zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Batteriegehäuses. Insbesondere umfasst das Batteriegehäuse einen Rahmen, wobei die Strebe zur Übertragung von Lasten von einer Rahmenseite des Batteriegehäuses zu einer gegenüberliegenden Rahmenseite des Batteriegehäuses dient. Bei den Seiten handelt es sich vor allem um X-parallele Rahmenseiten. Dabei entspricht die X-Richtung der Fahrzeuglängsrichtung. Die Y-Achse entspricht der Fahrzeugquerrichtung, während die Z-Achse vom Fahrzeug gesehen nach oben gerichtet ist. Diese Definition der Achsen resultiert aus der Position, in der das Batteriegehäuse zusammen mit dem Befestigungssystem in ein Fahrzeug eingebaut wird. Die Streben zur Übertragung von Lasten von einer ersten Seite des Batteriegehäuses zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Batteriegehäuses verlaufen somit insbesondere in Y-Richtung. In anderen Worten handelt es sich um Y-Streben.
Die Streben sind vorzugsweise aus pultrudiertem Faserverbundkunststoff gefertigt. Die Streben weisen insbesondere einen trapezförmigen Querschnitt auf. Zur Übertragung von Lasten werden die Streben in den X-parallelen Gehäuserahmenseiten per Formschluss fixiert und verlaufen in Richtung Gehäusemitte entlang der Außenwände des Batteriemodulgehäuses. Neben einer Ausbildung mit trapezförmigem Querschnitt kann die Strebe auch breiter ausgebildet sein, wobei diese Durchschraubpunkte zur Durchführung von Durchgangsschrauben aufweisen kann, die zur weiteren Fixierung und Befestigung am Gehäuseboden dienen.
Insbesondere sind die Streben dazu ausgebildet, Batteriemodulgehäuse verkeilend zu fixieren. Dabei sind die Batteriemodulgehäuse in einer Mehrzahl von zumindest zwei Reihen auf dem Batteriegehäuseboden angeordnet. Vorteilhafterweise bilden zwei Batteriemodulgehäuse, die in Y-Richtung hintereinander angeordnet sind, eine Reihe. Dabei sind die Batteriemodule derart platziert, dass sich deren Anschlussplatten in der Gehäusemitte gegenüberstehen. Zwischen den Reihen sind Spalte. Mindestens eine Strebe ist in einem Spalt zwischen den Reihen angeordnet. Vorzugsweise befinden sich gleich viele Streben in einem Spalt wie Batteriemodule in den Reihen, die den Spalt begrenzen. Die Länge einer Strebe beträgt vorzugsweise in etwa die Länge eines Batteriemoduls.
Erfindungsgemäß ist die mindestens eine Strebe zum Eingreifen in eine Stufe an einer Außenwand mindestens eines Batteriemodulgehäuses eines Batteriemoduls ausgebildet. An der Außenwand des Batteriemodulgehäuses ist vor allem eine Stufe ausgebildet, in die die mindestens eine Strebe zur Lastübertragung greifen kann. Durch das Eingreifen in die Stufe können die Streben die Außenwände der Batteriemodulgehäuse linienförmig in Z-Richtung belasten, was zu einer deutlich verbesserten Anpressung der Batteriemodule auf den gekühlten Gehäuseboden führt und wiederum in Folge dessen zu einer Reduktion der erforderlichen Thermopads oder Thermopasten. Vorteilhafterweise weist jedes Batteriemodulgehäuse ein Aufnahmeelement zur Aufnahme eines Batteriemoduls auf, das insbesondere einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Das Aufnahmeelement kann an mindestens einer Außenwand Hohlprofile aufweisen, durch die eine Stufe an der Außenwand geschaffen wird, in die die Strebe greifen kann. Insbesondere greift die Strebe in eine jeweilige Stufe der beiden Batteriemodulgehäuse, die zu ihr benachbart angeordnet sind.
Erfindungsgemäß umfasst das Befestigungssystem eine erste Strebe und eine zweite Strebe zur Übertragung von Lasten von einer ersten Seite des Batteriegehäuses zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite, wobei das Befestigungssystem ein Lastübertragungselement zur Übertragung von Lasten zwischen der ersten Strebe und der zweiten Strebe aufweist. Insbesondere sind die Streben zur Lastübertragung derart ausgebildet, dass deren Länge in etwa der Entfernung von einer Seite des Batteriegehäuserahmens zur Gehäusemitte entspricht. Um somit einen durchgängigen Lastpfad, d.h. ein Weg zum Abbau von Kräften im Aufprallfall, von einer ersten Seite des Batteriegehäuses zur gegenüberliegenden zweiten Seite herzustellen, sind somit zwei Streben, und zwar die vorgenannte erste Strebe und zweite Strebe, notwendig. Somit sind die erste Strebe und die zweite Strebe insbesondere hintereinander angeordnet, sodass sich zwei ihrer Längsseiten gegenüberstehen, die mittels des Lastübertragungselementes verbunden werden, sodass das Lastübertragungselement Lasten zwischen der ersten Strebe und der zweiten Strebe, und somit von der ersten Seite des Batteriegehäuses zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite, weiterleiten kann. Mittels der ersten Strebe und der zweiten Strebe sowie des Lastübertragungselementes wird ein durchgängiger Lastpfad, insbesondere in Y-Richtung, von einer ersten Seite des Batteriegehäuses zur gegenüberliegenden zweiten Seite aufgebaut.
Das Lastübertragungselement ist insbesondere aus glasverstärktem Spritzguss, beispielsweise GF30 PA6, gebildet. Dies dient insbesondere einer erhöhten Druckfestigkeit des Lastübertragungselementes.
Das Lastübertragungselement weist insbesondere zwei gegenüberliegende Aufnahmebereiche zur Aufnahme jeweils eines Längsendes zweier Streben auf. In den Aufnahmebereichen weist das Lastübertragungselement eine Ausnehmung auf, deren Breite vorzugsweise der Breite der Streben entspricht. Insbesondere ist die Innenwand der Ausnehmung ebenfalls trapezförmig ausgebildet, sodass ein optimaler Formschluss zwischen den Streben und dem Lastübertragungselement hergestellt werden kann. Zur optimalen Fixierung der Streben weist der Aufnahmebereich hervorstehende Wandabschnitte auf, die sich entlang der aufzunehmenden Streben passgenau entlang dieser erstrecken.
Erfindungsgemäß ist das Befestigungselement dazu ausgebildet, das Lastübertragungselement zu umgreifen. Auf diese Weise werden die mit dem Lastübertragungselement verbundenen Streben mittels des Lastübertragungselementes und des Befestigungselements am Gehäuseboden fixiert. Durch die Zusammenwirkung der Streben mit dem Batteriemodulgehäuse sowie die Zusammenwirkung zwischen den Streben und dem Lastübertragungselement sowie zwischen dem Lastübertragungselement und dem Befestigungselement ist somit eine sichere Verspannung im Batteriegehäuse gewährleistet.
Dabei ist das Lastübertragungselement dazu ausgebildet, auf der einen Seite die bestehende Lücke zwischen den Streben im Y-Lastpfad zu schließen und somit einen durchgehenden Y-Lastpfad zu erzeugen, als auch eine Verspannung seitens des Befestigungselementes in Z-Richtung auf die Streben und somit die Batteriemodulgehäuse zu übertragen. Unter dem Begriff „umgreifen“ ist insbesondere zu verstehen, dass das Befestigungselement das Lastübertragungsmittel an zumindest drei Seiten umgibt.
Insbesondere weist das Lastübertragungselement eine Nut zur Aufnahme des Verbindungssteges des Befestigungselements auf. In diese Nut kann der Verbindungssteg des Befestigungselements angeordnet werden, und zwar bevorzugterweise derart, dass sich das Lastübertragungselement zwischen Verbindungssteg und den offenen Enden des ersten Arms und des zweiten Arms des Befestigungselements befindet. Die Nut ist insbesondere dazu ausgebildet, dass der Verbindungssteg des Befestigungssystems in diese eingreifen kann und somit die vom Befestigungselement aufgebrachte Spannkraft auf das Lastübertragungselement übertragen kann.
Insbesondere weist das Befestigungssystem eine Vielzahl von Streben auf, und zwar vorzugsweise zwei pro Spalt zwischen zwei Reihen von Batteriemodulen. Ferner weist das Befestigungssystem bevorzugt pro zwei Streben ein Lastübertragungselement und ein Befestigungselement auf.
Ein besonderer Vorteil des vorliegenden Befestigungssystems ergibt sich dadurch, dass nur mit einem Element, und zwar mit nur einer Verschraubung eine Vielzahl, bevorzugterweise vier, Batteriemodule bzw. Batteriemodulseiten, sicher befestigt werden können. Vorteilhafterweise werden der Rahmen des Batteriegehäuses, die Streben, das mindestens eine Lastübertragungselement und das mindestens eine Befestigungselement nicht miteinander verschraubt oder verschweißt, sondern deren Zusammenhalt lediglich durch Formschluss sichergestellt. Lediglich zum Batterieboden hin erfolgt vorzugsweise eine Verbindung mittels Schrauben oder Schweißen.
In einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Batteriegehäuse umfassend ein oben beschriebenes Befestigungssystem zur Befestigung von Batteriemodulen in einem Batteriegehäuse. Dabei umfasst das Batteriegehäuse vorzugsweise einen Batteriegehäuseboden und/oder einen Rahmen und/oder Batteriemodule. Die Streben des Befestigungssystems sind vor allem derart angeordnet, dass diese in eine Stufe in der Außenwand benachbarter Batteriemodulgehäuse greifen und mittels Lastübertragungselementen verbunden sind. Über die Lastübertragungselemente greift je ein Befestigungselement, dessen erster Arm und zweiter Arm mit dem Gehäuseboden verbunden sind.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Befestigen von Batteriemodulen in einem Batteriegehäuse, wobei das Verfahren die Verwendung eines Befestigungssystems, wie oben beschrieben, umfasst. Das Verfahren umfasst insbesondere die Schritte:

• Anordnen von Batteriemodulen in mindestens zwei Reihen, wobei ein Spalt zwischen den beiden Reihen gelassen wird.
• Platzieren einer ersten Strebe und einer zweiten Strebe zur Übertragung von Lasten von einer Seite des Batteriegehäuses zu einer gegenüberliegenden Seite innerhalb des Spaltes zwischen den beiden Reihen der Batteriemodulgehäuse, insbesondere derart, dass die Streben in eine Stufe in einer Außenwand der Batteriemodule greifen können, und zwar der Batteriemodule, zu denen die Streben unmittelbar benachbart angeordnet sind.
• Verbinden der ersten und der zweiten Strebe mittels eines Lastübertragungselementes.
• Herstellen eines Formschlusses zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten des Batteriegehäuses beziehungsweise dessen Rahmen mittels der beiden Streben und des Lastübertragungselementes und somit Herstellen eines Y-Lastpfades.
• Umgreifen des Lastübertragungselementes mittels eines Befestigungselementes, das als Spannelement ausgebildet ist, Schließen des Spannelementes und somit Aufbauen einer Spannkraft in Richtung Batteriegehäuseboden, der mittels des Befestigungselementes und des Lastübertragungselementes sowie der Streben auf die Batteriemodulgehäuse übertragen wird.

Figurenliste
Es zeigen schematisch:

1 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Befestigungssystems;
2 eine perspektivische Ansicht einer Strebe des Befestigungssystems der 1;
3 eine perspektivische Ansicht eines Lastübertragungselementes des Befestigungssystems der 1;
4 eine perspektivische Ansicht eines Befestigungselementes des Befestigungssystems der 1;
5 eine perspektivische Ansicht eines Befestigungselements sowie eines Lastübertragungselemente des Befestigungssystems der 1 in einer geschlossenen Position des Befestigungselementes;
6 eine perspektivische Ansicht des Befestigungssystems, der Batteriemodule sowie des Gehäusebodens und des Rahmens der 1 im zusammengebauten Zustand;
7 Lastpfade in Y-Richtung des Batteriegehäuses der 1; und
8 Lastpfade in X-Richtung des Batteriegehäuses der 1.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Befestigungssystems (10), einer Anordnung von Batteriemodulen (12) und eines Gehäusebodens (101) sowie eines Rahmens (102) eines Batteriegehäuses (100). Ferner ist in 1 ein Koordinatensystem (50) gezeigt, das die unterschiedlichen Raumrichtungen angibt, nach denen das Batteriegehäuse (100), wie in 1 gezeigt, zusammen mit dem Befestigungssystem (10) in ein Fahrzeug eingebaut wird. Dabei entspricht die Y-Achse der Fahrzeugquerrichtung, während die X-Achse der Fahrzeuglängsrichtung entspricht und die Z-Achse vom Fahrzeug gesehen nach oben gerichtet ist.
Der Rahmen (102) des Batteriegehäuses (100) weist eine erste Seite (103) und eine zweite Seite (104) auf. Bei der ersten und der zweiten Seite (103, 104) handelt es sich um X-parallele Rahmenseiten (105), die sich gegenüberliegen. Ferner weist der Rahmen (102) zwei Y-parallele Rahmenseiten (106) auf.
Ferner ist in 1 eine Anordnung von Batteriemodulen (12) zu sehen. Die Batteriemodule (12) sind jeweils von einem Batteriemodulgehäuse (13) umgeben. Die Batteriemodule (12) sind in Reihen (17) angeordnet, und zwar sind zwei Batteriemodule (12) jeweils hintereinander in Y-Richtung angeordnet und bilden somit eine Reihe (17). Dabei entspricht die Längsrichtung der Batteriemodule (12) der Y-Richtung. Zwischen zwei Reihen (17) ist ein Spalt (18) belassen. Beispielhaft sind eine erste Reihe (17a) und eine zweite Reihe (17b) und ein dazwischenliegender Spalt (18) gezeigt. Die Länge der Batteriemodule (12) ist etwas kleiner als die Hälfte der Länge zwischen der ersten Seite (103) des Batteriegehäuses (100) und der gegenüberliegenden zweiten Seite (104) des Batteriegehäuses (100).
Die Batteriemodule (12) werden auf dem Gehäuseboden (101) des Batteriegehäuses (100) angeordnet. In die Spalten (18) zwischen den Reihen (17) der Batteriemodule (10) werden Streben (34) des Befestigungssystems (10), das vorzugsweise als Spannsystem (11) ausgebildet ist, angeordnet. Beispielhaft sind eine erste Strebe (35) und eine zweite Strebe (36) gezeigt. In einen breiter ausgebildeten Spalt (18a) kann eine breitere Strebe (37) angeordnet sein, die Durchschraubpunkte (38) für Durchschraubhülsen (38a) aufweist.
Um einen durchgängigen Y-Lastpfad (109) zu schaffen, sind jeweils zwei Streben (34) hintereinander angeordnet, sodass ein Längsende (39) an dem Rahmen (102), genauer der ersten Seite (103) und der zweiten Seite (104) bzw. den X-parallelen Rahmenseiten (105, 106), anliegt, während das andere Längsende (39) in der Gehäusemitte angeordnet ist. Dort sind die hintereinander angeordneten Streben (34) mittels jeweils eines Lastübertragungselements (40) miteinander verbunden. Das Lastübertragungselement (40) schließt den Lastpfad (109) in Y-Richtung.
Über die Lastübertragungselemente (40) ist jeweils ein Befestigungselement (19), ausgebildet als Spannelement (20), gestülpt. Das Befestigungselement (19) ist dazu ausgebildet, eine Spannkraft gegen den Gehäuseboden (101) aufzubringen. Mittels des Befestigungssystems (10) werden die Batteriemodule (12) sicher im Batteriegehäuse (100) fixiert. Dabei weisen die Batteriemodulgehäuse (13) jeweils eine Außenwand (14) auf, insbesondere eine Außenwand (14) eines Aufnahmeelementes (15) des jeweiligen Batteriemodulgehäuses (13), die eine Stufe umfasst, in die die Streben (34) greifen können, um somit mittels des Lastübertragungselementes (40) und des Befestigungselementes (19) eine in negative Z-Richtung gerichtete Spannkraft auf die Batteriemodule (12) ausüben zu können.
In 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Strebe (34) des Befestigungssystems (10) aus 1 dargestellt. Die Strebe (34) weist zwei Längsenden (39) auf. Ferner hat die Strebe einen trapezförmigen Querschnitt.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Lastübertragungselementes (40) des Befestigungssystems (10) nach 1. In der linken Bildhälfte ist die Oberseite (42) des Lastübertragungselementes (40) dargestellt, während in der rechten Bildhälfte die Unterseite (43) gezeigt ist. Auf der Oberseite (42) weist das Lastübertragungselement (40) eine Nut (41) zur Aufnahme eines Verbindungssteges (30) eines Befestigungselementes (19) des Befestigungssystems (10) auf. Der Verbindungssteg (30) ist vorzugsweise als Niederhalter (21) ausgebildet. Dabei ist die Breite der Nut (41a) derart ausgebildet, dass sie in etwa der Breite (30a) des Verbindungssteges (30) entspricht.
Das Lastübertragungselement (40) weist zwei gegenüberliegende Aufnahmebereiche (44) zur Aufnahme von Streben (34) auf. Genauer können die Aufnahmebereiche (44) jeweils ein Längsende (39) einer Strebe (34) zur Lasteinleitung aufnehmen. In den Aufnahmebereichen (44) weist das Lastübertragungselement (40) eine Ausnehmung (45) auf, in die die Längsenden (39) der Streben (34) eingebracht werden können. Die Innenseite der Ausnehmungen (45) ist dabei an die Form der Streben (34) angepasst. Insbesondere bildet die Innenseite der Ausnehmungen (45) eine trapezförmige Form, sodass trapezförmig ausgebildete Streben (34) optimal an ihrem Längsende (39) umfasst werden können. Die Ausnehmungen (45) werden durch in Längsrichtung des Lastübertragungselementes (40) hervorstehende Wandabschnitte (46) vergrößert. Die Wandabschnitte (46) umschließen die Streben (34) backenförmig.
In 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Befestigungselementes (19) des Befestigungssystems (10) aus 1 dargestellt. Das Befestigungselement (19) umfasst einen ersten Arm (23) sowie einen zweiten Arm (26). Der erste Arm (23) weist ein erstes Ende (24) sowie ein zweites Ende (25) auf. Gleiches gilt für den zweiten Arm (26) mit einem ersten Ende (27) und einem zweiten Ende (28). Die zweiten Enden (25, 28) sind offen ausgebildet, während die ersten Enden (24, 27) einem Verbindungssteg (30) des Befestigungselementes (19) zugewandt sind. Genauer sind der erste Arm (23) und der zweite Arm (26) am ersten Ende (24, 27) mit dem Verbindungssteg (30) verbunden.
An den zweiten Enden (25, 28) weisen der erste Arm (23) und der zweite Arm (26) Befestigungsbereiche (29) zur Befestigung mit dem Gehäuseboden (101) eines Batteriegehäuses (100) auf. Bei dem ersten Arm (23) und dem zweiten Arm (26) handelt es sich jeweils insbesondere um einen Bock (22). Der erste Arm (23) sowie der zweite Arm (26) weisen jeweils eine erste Wand (23a, 26a), eine zweite Wand (23b, 26b) sowie eine dritte Wand (23c, 26c) auf, wobei die erste Wand (23a, 26a) parallel zur zweiten Wand (23b, 26b) ausgebildet ist und die dritte Wand (23c, 26c) die beiden anderen Wände rechtwinklig miteinander verbindet. Der erste Arm (23) und der zweite Arm (26) sind somit U-förmig ausgebildet.
Der Verbindungssteg (30) ist als Riegel (31) ausgebildet. Der Verbindungssteg (30) ist mit dem ersten Arm (23) mittels eines Gelenkes (32), das am ersten Ende (24) des ersten Arms (23) angeordnet ist, verbunden. Mit dem zweiten Arm (26) ist der Verbindungssteg (30) ebenfalls am ersten Ende (27) des zweiten Arms (26) verbunden, jedoch nicht über ein Gelenk. Der Verbindungssteg (30) ist somit einseitig gelenkig über das Gelenk (32) verschwenkbar, sodass das Befestigungselement (19) somit optimal über ein Lastübertragungselement (40) gelegt werden kann. Das Befestigungselement (19) wird geschlossen, indem das Befestigungselement (19) in die in 4 dargestellte Position gebracht wird, sodass der erste Arm (23) und der zweite Arm (26) parallel zueinander verlaufen und beide Befestigungsbereiche (29) dem Gehäuseboden (101) des Batteriegehäuses (100) zugewandt sind. Diese Position des Befestigungselementes (19) wird mittels einer Schraube (33), die am ersten Ende (27) des zweiten Arms (26) angeordnet ist, und folglich auch die Anpresskraft des Befestigungselementes (19) dauerhaft gesichert.
5 zeigt ein Befestigungselement (19) sowie ein Lastübertragungselement (40) des Befestigungssystems (10) der 1 in einer geschlossenen Position des Befestigungselementes (19) in perspektivischer Ansicht. Der Verbindungssteg (30) ist in die Nut (41) des Lastübertragungselementes (40) gelegt. Das Lastübertragungselement (40) verbindet zwei Streben (34) miteinander, die im Formschluss zwischen zwei X-parallelen Rahmenseiten (105) eines Rahmens (102) eines Batteriegehäuses (100) gehalten sind. Das als Spannelement (20) ausgebildete Befestigungselement (19) kann eine Spannkraft in Richtung der Befestigungsbereiche (29), d.h. in negative Z-Richtung und somit in Richtung des Gehäusebodens (101), aufbringen. Es verspannt somit die mittels der Streben (34) fixierten Batteriemodule (12).
In 6 sind das Befestigungssystem (10), die Batteriemodule (12) sowie der Gehäuseboden (101) und der Rahmen (102) des Batteriegehäuses (100) aus 1 im zusammengebauten Zustand in perspektivischer Ansicht dargestellt. An einer Y-parallelen Rahmenseite (106) ist ein Bauraum (107) für elektrische Systeme vorgesehen. Die Streben (34) erfüllen zwei Funktionen. Während ein zusätzlicher Y-Lastpfad (109) geschaffen wird, werden die Batteriemodule (12) in Z-Richtung fixiert. Die Lastübertragungselemente (40) schließen den Lastpfad (109) in Y-Richtung sowie einen Lastpfad (108) in X-Richtung und dienen ferner der Anbindung der Streben (34) an dem Rahmen (102) des Batteriegehäuses (100).
7 stellt Lastpfade (109) des Batteriegehäuses (100) der 1 in Y-Richtung dar. Zu diesem Zweck ist eine Draufsicht auf einen Gehäuseboden (101) und einen Rahmen (102) sowie auf Batteriemodule (12) und das Befestigungssystem (10) aus 1 dargestellt. Bei einer Belastung in Y-Richtung dient die erste X-parallele Rahmenseite (105), auf die die Kräfte stoßen, als Kraftverteiler und leitet die Last teilweise in die Y-parallelen Rahmenseiten (106) weiter. Der nicht abgeleitete Teil wird über die Streben (34) und Lastübertragungselemente (40) an die gegenüberliegende X-parallele Rahmenseite (105) weitergeleitet. Ein weiterer Teil der Last wird direkt über den Gehäuseboden (101) in Y-Richtung weitergeleitet.
8 zeigt X-Lastpfade (108) des Batteriegehäuses (100) der 1 erneut mittels einer Draufsicht auf einen Gehäuseboden (101) und einen Rahmen (102) sowie auf Batteriemodule (12) und das Befestigungssystem (10) aus 1. Die Y-parallele Rahmenseite (106), auf die die Kräfte zuerst stoßen, wirkt als Kraftverteiler auf die X-parallelen Rahmenseiten (105), die die Last weiter zu der gegenüberliegenden Y-parallelen Rahmenseite (106) weiterleiten. Ferner wird ein Lastpfad (108) in X-Richtung mittels der Lastübertragungselemente (40) in der Gehäusemitte realisiert. Die Last wird durch die Lastübertragungselemente (40) und Anschlussplatten der Batteriemodule (12), die eine Stirnseite der Batteriemodulgehäuse (13) bilden, realisiert.
Bezugszeichenliste

10: Befestigungssystem
11: Spannsystem
12: Batteriemodul
13: Batteriemodulgehäuse
14: Außenwand
15: Aufnahmeelement
17: Reihe
17a: erste Reihe
17b: zweite Reihe
18: Spalt
18a: breiter Spalt
19: Befestigungselement
20: Spannelement
21: Niederhalter
22: Bock
23: erster Arm
23a: erste Wand
23b: zweite Wand
23c: dritte Wand
24: erstes Ende des ersten Arms
25: zweites Ende des ersten Arms
26: zweiter Arm
26a: erste Wand
26b: zweite Wand
26c: dritte Wand
27: erstes Ende des zweiten Arms
28: zweites Ende des zweiten Arms
29: Befestigungsbereich
30: Verbindungssteg
30a: Breite des Verbindungsstegs
31: Riegel
32: Gelenk
33: Schraube
34: Strebe
35: erste Strebe
36: zweite Strebe
37: breite Strebe
38: Durchschraubpunkt
38a: Durchschraubhülse
39: Längsende
40: Lastübertragungselement
41: Nut
41a: Breite der Nut
42: Oberseite
43: Unterseite
44: Aufnahmebereiche
45: Ausnehmung
46: Wandabschnitte
50: Koordinatensystem
100: Batteriegehäuse
101: Gehäuseboden
102: Rahmen
103: erste Seite
104: zweite Seite
105: X-parallele Rahmenseite
106: Y-parallele Rahmenseite
107: Bauraum
108: X-Lastpfad
109: Y-Lastpfad

Claims

Befestigungssystem (10) zur Befestigung von Batteriemodulen (12) in einem Batteriegehäuse (100), wobei das Befestigungssystem (10) ein Befestigungselement (19) zur Befestigung von Batteriemodulen (12) an einem Gehäuseboden (101) des Batteriegehäuses (100) aufweist, wobei das Befestigungselement (19) einen ersten Arm (23) und einen zweiten Arm (26) umfasst, wobei der erste Arm (23) und der zweite Arm (26) zur Befestigung am Gehäuseboden (101) dienen, wobei das Befestigungssystem (10) mindestens eine Strebe (34) zur Übertragung von Lasten von einer ersten Seite (103) des Batteriegehäuses (100) zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite (104) des Batteriegehäuses (100) aufweist, wobei die mindestens eine Strebe (34) zum Eingreifen in eine Stufe an einer Außenwand (14) mindestens eines Batteriemodulgehäuses (13) eines Batteriemoduls (12) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungssystem (10) eine erste Strebe (35) und eine zweite Strebe (36) zur Übertragung von Lasten von einer ersten Seite (103) des Batteriegehäuses (100) zu einer gegenüberliegen, zweiten Seite (104) aufweist, wobei das Befestigungssystem (10) ein Lastübertragungselement (40) zur Übertragung von Lasten zwischen der ersten Strebe (35) und der zweiten Strebe (36) aufweist, wobei das Befestigungselement (19) dazu ausgebildet ist, das Lastübertragungselement (40) zu umgreifen.
Befestigungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (10) als Spannelement (20) ausgebildet ist.
Befestigungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (19) einen Verbindungssteg (30) zwischen dem ersten Arm (23) und dem zweiten Arm (26) aufweist, wobei der Verbindungssteg (30) mittels eines Gelenks (32) am ersten Arm (23) befestigt ist.
Befestigungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastübertragungselement (40) eine Nut (41) zur Aufnahme des Verbindungssteges (30) des Befestigungselements (19) aufweist.
Batteriegehäuse (100) umfassend das Befestigungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Verfahren zum Befestigen von Batteriemodulen (12) in einem Batteriegehäuse (100), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Verwendung eines Befestigungssystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfasst.