DE102017223144A1

DE102017223144A1 - Traktionsbatterie mit gesteckten Batteriemodulen

Info

Publication number: DE102017223144A1
Application number: DE102017223144.0A
Authority: DE
Inventors: Marvin Czech; Jochen Borgmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-06-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie (100) für ein Elektroauto oder Hybridelektrokraftfahrzeug, mit einem Gehäuse und mehreren Batteriemodulen (20), die im Gehäuse angeordnet und am Gehäuseboden (10) befestigt sind. Erfindungsgemäß erfolgt die Befestigung der Batteriemodule (20) durch Steckverbindungen, mittels am Gehäuseboden (10) angeordneter, hinterschnittiger Zapfen (32) und an den Unterseiten der Batteriemodule (20) angeordneter Rastklammern (40), welche die Zapfen (32) form- und kraftschlüssig übergreifen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie, mit einem Gehäuse und mehreren Batteriemodulen, die im Gehäuse angeordnet und am Gehäuseboden befestigt sind.
Eine Traktionsbatterie im Sinne der Erfindung ist ein elektrischer Energiespeicher zum Antrieb eines Elektroautos oder Hybridelektrokraftfahrzeugs. Eine solche Batterie kann auch als Fahrbatterie bezeichnet werden. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Aufbauweisen bekannt. Eine gängige Aufbauweise sieht vor, dass die einzelnen Batterie- bzw. Zellmodule in ihren Eckbereichen mittels vier Schrauben am Gehäuse, insbesondere am Gehäuseboden, festgeschraubt werden, wie in der DE 10 2015 217 810 A1 gezeigt (siehe 3).
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Traktionsbatterie oben genannter Art anzugeben, die wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur vermindert aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Traktionsbatterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
Die erfindungsgemäße Traktionsbatterie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Batteriemodule, wobei die Batteriemodule insbesondere einzeln befestigt sind, durch Steckverbindungen, insbesondere nur durch Steckverbindungen, erfolgt, mittels am Gehäuseboden angeordneter, hinterschnittiger Zapfen und an den Unterseiten der Batteriemodule angeordneter Rast- bzw. Halteklammern, welche die Zapfen form- und kraftschlüssig übergreifen.
Die Batteriemodule können in einfacher Weise durch Aufstecken an den Zapfen befestigt werden, wozu kein Werkzeug erforderlich ist. Dies führt zu einer erheblichen Vereinfachung des Montageprozesses und vereinfacht gegebenenfalls auch die Demontage der Batteriemodule. Die Erfindung ist somit insbesondere für die Serien- und Großserienfertigung geeignet. Durch den Entfall von Verschraubungsflanschen oder -bohrungen steht außerdem mehr Bauraum zur Verfügung. Ferner führt die Einsparung von konventionellen Verbindungselementen zu einer Kosten- und Gewichtsreduzierung.
Bevorzugt ist jedes Batteriemodul mit drei Steckverbindungen am Gehäuseboden befestigt. Die Lagerung jedes Batteriemoduls erfolgt somit an nur drei Befestigungs- bzw. Anbindungspunkten, wodurch eine statische Überbestimmung verhindert und eine statisch bestimmte Lagerung, die insbesondere ein Wackeln bzw. Kippeln verhindert, ermöglicht wird.
Bevorzugt weist jede Steckverbindung einen in der Befestigungsebene liegenden translatorischen Bewegungsfreiheitsgrad auf, um eine thermische Ausdehnung der Batteriemodule und/oder ein sogenanntes Modulswelling kompensieren zu können. Ferner wird damit ein Ausgleich von Fertigungs- und Montagetoleranzen ermöglicht. Für jedes Batteriemodul kann vorgesehen sein, dass die Bewegungsfreiheitsgrade an dessen Steckverbindungen (d. h. an den Befestigungs- bzw. Anbindungspunkten) unterschiedliche Richtungen aufweisen, derart, dass sich die Batteriemodule zwar ausdehnen aber nicht verschieben können.
Die Batteriemodule können an ihren Unterseiten nutartige Taschen aufweisen, in denen die Rastklammern angeordnet sind, wobei diese nutartigen Taschen insbesondere direkt an bzw. in den Modulgehäuseunterseiten (Korpusunterseiten) ausgebildet sind. Dadurch wird Bauraum eingespart und Störkonturen werden vermieden, sodass eine flächige Auflage der Batteriemodule auf dem Gehäuseboden des Batteriegehäuses ermöglicht wird. Außerdem können die Taschen den Rastklammern auch Schutz bieten. Ferner können die Innenflächen der Taschen Gegenkräfte auf die Rastklammern aufbringen. Die Rastklammern sind in geeigneter Weise in den Taschen befestigt, insbesondere derart, dass diese austauschbar sind. Bevorzugt werden die Rastklammern beim Aufstecken bzw. Verbinden mit den bodenseitigen Zapfen aufgeweitet und dadurch dann in den nutartigen Taschen festgehalten.
Die Rastklammern sind bevorzugt im Querschnitt Omega-förmig ausgebildet und weisen zwei Rastarme (bzw. ein Rastarmpaar) auf, die insbesondere nach innen (in die Omega-Form) zeigen.
Die Rastklammern sind bevorzugt einstückig aus Blech, vorzugsweise aus einem Federstahlblech, hergestellt. Die Rastklammern können bspw. durch Stanzbiegen von Blech, insbesondere Federstahlblech, hergestellte Stanzbiegeteile sein. Bevorzugt sind alle Rastklammern identisch ausgebildet.
Bevorzugt sind, insbesondere metallische, (erste) Verbindungselemente vorgesehen, die in geeigneter Weise am Gehäuseboden befestigt und jeweils mit einem hinterschnittigen Zapfen, der vom Gehäuseboden abragt, ausgebildet sind, wie nachfolgend noch näher erläutert. Die Rastklammern sind komplementäre zweite Verbindungselemente.
Die erfindungsgemäß Traktionsbatterie kann ferner wenigstens ein Steuergerät bzw. eine Steuereinrichtung oder dergleichen aufweisen, welches in analoger Weise am Gehäuse befestigt ist, d. h. mittels am Gehäuse, insbesondere am Gehäuseboden, angeordneter, hinterschnittiger Zapfen und an der Außenfläche, insbesondere an der Unterseite, des Steuergeräts angeordneter Rastklammern, welche die Zapfen form- und kraftschlüssig übergreifen bzw. übergreifen können.
Die erfindungsgemäße Traktionsbatterie ist insbesondere eine Hochvoltbatterie (HV-Batterie).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.

1 zeigt das Befestigen eines Batteriemoduls am Boden eines Batteriegehäuses.
2 zeigt in zwei Ansichten die Verbindungselemente einer Steckverbindung zur Befestigung des Batteriemoduls aus 1.
3 zeigt die Unterseite des befestigten Batteriemoduls aus 1.

1 zeigt zwei Batteriemodule 20 in einer Traktionsbatterie 100, von denen eines bereits am Boden 10 eines im Weiteren nicht gezeigten Gehäuses befestigt ist und das andere gerade durch vertikales Aufstecken (in z-Richtung) befestigt wird. Die Befestigung der Batteriemodule 20 erfolgt mittels Steckverbindungen, wozu am Gehäuseboden 10 Verbindungselemente 30 mit hinterschnittigen Zapfen 32 und an den Korpusunterseiten der Batteriemodule 20 in nutartigen Taschen 21 angeordnete Rastklammern 40, welche die Zapfen 32 form- und kraftschlüssig übergreifen, vorgesehen sind. Bevorzugt sind alle Batteriemodule 20 der Traktionsbatterie 100 auf diese Weise befestigt.
Jedes der Batteriemodule 20 wird mit drei Steckverbindungen am Gehäuseboden 10 befestigt, wobei die Batteriemodule 20 an einer ihrer schmalseitigen Unterkanten mit zwei in den Ecken angeordneten Steckverbindungen und an der gegenüberliegenden Unterkante mit einer mittig angeordneten Steckverbindung befestigt werden. Jede Steckverbindung ist so ausgebildet, dass ein in der Befestigungsebene liegender translatorischer Bewegungsfreiheitsgrad ermöglicht wird, wie in 2b und 3 durch die Doppelpfeile veranschaulicht, wobei die an den gegenüberliegenden Unterkanten bzw. Schmalseiten ermöglichten Bewegungsfreiheitsgrade zueinander senkrecht sind (zwei Rastklammern 40 sind fluchtend oder zumindest parallel in x-Richtung und die dritte Rastklammer 40 ist senkrecht dazu in y-Richtung ausgereichtet). Dadurch werden bei optimalem Halt (ein Verschieben ist durch gegenseitige Sperrung unmöglich) thermische Ausdehnungen sowie ein alterungsbedingtes Swelling der Batteriemodule 20 ermöglicht.
2 zeigt die Verbindungselemente 30 und 40, die eine Steckverbindung bilden. Das erste Verbindungselement 30 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und weist einen Fügeabschnitt 31 auf, der mit einem Gewinde (z. B. ein M4- oder M6-Gewinde) zum Einschrauben in den Gehäuseboden 10 ausgebildet sein kann. Alternativ kann das Verbindungselement 30 mit dem Gehäuseboden 10 vernietet bzw. verstemmt, verschweißt oder verklebt werden und ist dementsprechend ausgebildet. Die Befestigung kann direkt am Gehäuseboden 10 oder indirekt, bspw. an Schienen, Trägern oder dergleichen, erfolgen. Das Verbindungselement 30 weist ferner einen hinterschnittigen Zapfen 32 auf, der kugelzapfenartig oder zumindest näherungsweise als Kugelzapfen ausgebildet ist. Zwischen dem Fügeabschnitt 31 und dem Zapfen 32 befindet sich ein Abschnitt 33, der zum Aufbringen von Einschraubkräften dient, einen Einschraubanschlag bildet und eine tellerartige Stützfläche 34 für das als Federelement 40 ausgebildete zweite Verbindungselement aufweist. Die Abschnitte 33 können gegebenenfalls im Gehäuseboden 10 versenkt werden. Das gezeigte Verbindungselement 30 ist einstückig aus Metall hergestellt. Das Verbindungselement 30 kann auch nicht-rotationssymmetrisch ausgebildet sein.
Das Federelement 40 (zweites Verbindungselement) ist aus einem umgeformten Federstahlblech gebildet und hat im Querschnitt näherungsweise eine Omega-Form (siehe 2a), sodass der hinterschnittige Zapfen 32 des ersten Verbindungselements 30 übergriffen werden kann. Die Omega-Form ermöglicht eine Streckung in z-Richtung. Das Federelement 40 weist zwei paarweise angeordnete Rastarme 42 auf, die nach innen zeigen und die beim Verbinden nach außen gedrückt und gespannt werden, bis diese schließlich den hinterschnittigen Zapfen 32 hintergreifen können. Das Federelement 40 wird dabei gespannt, wobei sich die Spannung auf die gesamte Federgeometrie überträgt, und stützt sich dann zum einen mit seinem Sockel 41 gegen die Stützfläche 34 und zum anderen mit den Rastarmen 42 gegen die Rückfläche des Zapfens 32 ab. Das Federelement 40 ist dadurch in z-Richtung fixiert (ein Lösen wird durch die Innenflächen der Taschen 21 erschwert), kann sich aber in Querrichtung (x- oder y-Richtung) noch bewegen bzw. verschieben, wie in 2b mit dem Doppelpfeil veranschaulicht (siehe auch 3). Die Rastarme 42 fungieren hierbei als Führungselemente. In z-Richtung ist die Befestigungswirkung im Wesentlichen durch den Kraftschluss zwischen den Verbindungselementen 30 und 40 bestimmt und quer dazu, d. h. in x- bzw. y-Richtung, im Wesentlichen durch den Formschluss.
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 102015217810 A1 [0002]

Claims

Traktionsbatterie (100) für ein Elektroauto oder Hybridelektrokraftfahrzeug, mit einem Gehäuse und mehreren Batteriemodulen (20), die im Gehäuse angeordnet und am Gehäuseboden (10) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Batteriemodule (20) durch Steckverbindungen erfolgt, mittels am Gehäuseboden (10) angeordneter, hinterschnittiger Zapfen (32) und an den Unterseiten der Batteriemodule (20) angeordneter Rastklammern (40), welche die Zapfen (32) form- und kraftschlüssig übergreifen.
Traktionsbatterie (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Batteriemodul (20) mit drei Steckverbindungen am Gehäuseboden (10) befestigt ist.
Traktionsbatterie (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (20) an einer ihrer Unterkanten mit zwei in den Ecken angeordneten Steckverbindungen und an der gegenüberliegenden Unterkante mit einer in der Mitte angeordneten Steckverbindung befestigt sind.
Traktionsbatterie (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Steckverbindung einen in der Befestigungsebene liegenden translatorischen Bewegungsfreiheitsgrad aufweist.
Traktionsbatterie (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (20) an ihren Unterseiten nutartige Taschen (21) aufweisen, in denen die Rastklammern (40) angeordnet sind.
Traktionsbatterie (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastklammern (40) im Querschnitt Omega-förmig ausgebildet sind und zwei Rastarme (42) aufweisen.
Traktionsbatterie (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastklammern (40) einstückig aus Blech hergestellt sind.
Traktionsbatterie (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungselemente (30) vorgesehen sind, die am Gehäuseboden (10) befestigt und jeweils mit einem hinterschnittigen Zapfen (32), der vom Gehäuseboden (10) abragt, ausgebildet sind.
Traktionsbatterie (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Steuergerät, das in analoger Weise am Gehäuse befestigt ist.