DE102018133007A1

DE102018133007A1 - Verfahren zum Herstellen eines Hochvoltspeichers

Info

Publication number: DE102018133007A1
Application number: DE102018133007.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Rambousek; Alexander Heiser; Philip RAETTICH; Andreas Obermaier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-06-25
Also published as: US20220029236A1; WO2020126354A1; CN112789761A

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Hochvoltspeichers, insbesondere für Fahrzeuge, mit folgenden Schritten:- Herstellen eines Gehäuses(1), welches mehrere Gehäusewandungen (1a - 1d) aufweist,- Einbringen eines elektrischen Speicher- und Kühlsystems in das Gehäuse (1) und- Verschließen des Gehäuses (1), dadurch gekennzeichnet, dass Innenseiten der Gehäusewandungen mit einer hitzeresistenten Metallfolie ausgekleidet werden, insbesondere vor dem Einbringen des Speicher- und Kühlsystems.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Hochvoltspeichers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Hochvoltspeicher von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen weisen häufig ein Hochvoltspeichergehäuse aus Leichtmetall oder Kunststoff auf. Beispielsweise besteht das Hochvoltspeichergehäuse des BMW I3 aus Aluminium. Bei der Gestaltung von Hochvoltspeichergehäusen sind das Gewicht, die Herstellkosten und die Herstellbarkeit sowie die Sicherheit, insbesondere in Extremsituationen, wie z. B. schweren Fahrzeugunfällen, wichtige Parameter.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Hochvoltspeichers sowie einen entsprechenden Hochvoltspeicher anzugeben, der eine möglichst hohe Betriebssicherheit aufweist und zwar auch bei Extremsituationen, wie z. B: schweren Fahrzeugunfällen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Hochvoltspeichers, insbesondere für Fahrzeuge, wobei zunächst ein Gehäuse hergestellt wird, welches mehrere Gehäusewandungen aufweist. Der Begriff „Gehäusewandungen“ ist äußerst breit auszulegen. Gemeint sind sämtliche Wandungen (z. B. Seitenwände, Boden, Deckel o. ä.), die das Gehäuse des Hochvoltspeichers begrenzen.
Nach der Herstellung des Hochvoltspeichergehäuses wird eine elektrischer Speicher- und Kühlsystem in das Gehäuse eingebracht. Der genaue Aufbau eines derartigen Speichersystems braucht hier nicht näher erläutert zu werden. Es kann aus mehreren bzw. einer Vielzahl von Speicherzellen gebildet sein, die zu einzelnen vorgefertigten und miteinander verschalteten Speichermodulen zusammengefasst sein können. Bei dem Kühlsystem handelt es sich um Kühlsystem, mittels dem Effektivwärme aus den Speicherzellen abgeführt werden kann bzw. mit dem bei niedrigen Temperaturen die Speicherzellen beheizt werden können.
Anschließend wird das Gehäuse verschlossen.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass Innenseiten der Gehäusewandungen des Hochvoltspeichergehäuses mit einer hitzeresistenten Metallfolie ausgekleidet werden. Vorzugsweise erfolgt das Auskleiden der Innenseiten der Gehäusewandungen mit der hitzeresistenten Metallfolie vor dem Einbringen des elektrischen Speicher- und Kühlsystems. Sollte es z. B. in Folge eines extrem schweren Unfalls zu zellinternen Kurzschlüssen im Hochvoltspeicher kommen, können aus einzelnen oder mehreren Speicherzellen heiße Gase austreten. Durch das Auskleiden der Gehäusewandungen des Hochvoltspeichergehäuses mit einer hitzeresistenten Metallfolie kann die Hitzebeständigkeit des Hochvoltspeichergehäuses signifikant erhöht werden. Eine derartige Metallfolie beansprucht kaum Bauraum. Somit können bestehende und erprobte Batteriegehäuse hinsichtlich ihrer thermischen Resistenz durch Auskleiden mit einer hitzeresistenten Metallfolie in einfacher und sehr kostengünstiger Weise noch hitzeresistenter gestaltet werden, ohne das Grundkonzept bzw. die Geometrie des Gehäuses wesentlich ändern zu müssen. Der Leichtbaucharakter bestehender Hochvoltspeichergehäuse kann also beibehalten werden, da die zusätzlich eingesetzte Metallfolie im Vergleich zur Gehäusewandstärke sehr dünn ist. Eine derartige Metallfolie ist zudem deutlich günstiger als andere Hitzeschutzmaterialien, wie z. B. Brandschutzlacke o. ä.
Vorzugsweise wird die Metallfolie elektrisch leitend mit dem Gehäuse verbunden.
Die Metallfolie kann ferner verzinkt oder lackiert sein. Alternativ dazu kann auch eine mit einer Isolationsschicht beschichtete oder überzogene Metallfolie verwendet werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die Innenseiten der Gehäusewandungen vollflächig mit einer hitzeresistenten Metallfolie ausgekleidet. Insbesondere kann das gesamte Hochvoltspeichergehäuse von innen her mit einer derartigen Metallfolie ausgekleidet werden. Als Metallfolie kann beispielsweise eine Stahlfolie verwendet werden. Stahlfolien sind sehr hitzebeständig und zudem sehr kostengünstig.
Als Material für die Gehäusewandungen kann ein Leichtmetallmaterial, insbesondere eine aluminiumhaltiges Material oder Aluminium oder ein Kunststoffmaterial verwendet werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Metallfolie vor dem Auskleiden der Gehäusewandungen entsprechend der Innenform des Gehäuses umgeformt. Das Umformen kann beispielsweise durch Tiefziehen und/oder Prägen und/oder Falten oder durch ein anderes Umformverfahren erfolgen.
Die zum Auskleiden verwendete Metallfolie kann aus mehreren Folienstücken zusammengesetzt werden. An den „Zusammensetzstellen“ bzw. „Berührstellen“ kann vorgesehen sein, dass die einander benachbarten Folienstücke einander überlappen. An diesen Stellen können die einzelnen Folienstücke miteinander verbunden werden, z. B. durch Verkleben, Verlöten, Verschrauben, Verprägen, Falzen, Schweißen oder durch andere Verbindungstechniken.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Metallfolie an den Gehäusewandungen von innen her befestigt wird. Dies kann beispielsweise durch Verkleben und/oder Verschrauben und/oder Fließpressen oder durch andere Befestigungsverfahren erfolgen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass in das Gehäuse mindestens eine Komponente eingebracht wird, die sich während des Betriebs des Hochvoltspeichers zumindest in einem vorgegebenen Maß in Bezug auf die Gehäusewandungen verschieben kann und dass zwischen diese Komponente und die Metallfolie ein flexibles „Anlageelement“ eingebracht wird, wodurch ein Verrutschen der Metallfolie beim Verschieben der Komponente verhindert wird. Bei der „Komponente“ kann es sich beispielsweise um eine Komponente des Kühlsystems handeln. Bei unterschiedlichen Temperaturniveaus bzw. unterschiedlichen Betriebsbedingungen kann es dazu kommen, dass sich einzelne Kühlsystemkomponenten thermisch ausdehnen und somit geringfügig auf das Hochvoltspeichergehäuse verschieben. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn zwischen derartige Komponenten und der Metallfolie ein flexibles Anlageelement (vgl. obige Erläuterungen) eingebracht wird. Dadurch ist die „sich verschiebende Komponente“ mechanisch von der Metallfolie entkoppelt, wodurch ein ungewolltes Verrutschen der Metallfolie beim Verschieben der Komponente bzw. bzw. bei Ausdehnen der Komponente verhindert werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das elektrische Speicher- und Kühlsystem mehrere elektrische Speicherzellen oder mehrere jeweils durch mehrere elektrische Speicherzellen gebildete Speichermodule und von einem Kühl- oder Kältemittel durchströmte Kühlelemente aufweist, die in thermische Verbindung mit den Speicherzellen gebracht sind oder werden.
Vollständigkeitshalber sei erwähnt, dass Gegenstand der Erfindung nicht nur ein Verfahren zu Herstellung eines Hochvoltspeichers ist, sondern auch ein Hochvoltspeicher, der nach diesem Verfahren hergestellt ist bzw. ein Fahrzeug, das ein nach diesem Verfahren hergestellten Hochvoltspeicher enthält.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1a -1d die einzelnen Schritte zur Herstellung eines Hochvoltspeichergehäuses gemäß der Erfindung.

Wie aus 1 ersichtlich ist, wird zunächst ein Hochvoltspeichergehäuse 1, das mehrere Gehäusewandungen, wie z. B. seitliche Gehäusewandungen 1a, 1b, einen Gehäuseboden 1c und einen Gehäusedeckel 1d aufweist.
Anschließend wird eine hitzeresistente Metallfolie 2 hergestellt, die aus mehreren Folienstücken 2a, 2b zusammengesetzt werden kann. Dies ist in 1b dargestellt. Anschließend werden mit der aus mehreren Metallfolienstücken zusammengesetzten Metallfolie 2a, 2b Innenseiten der Gehäusewandungen 1a - 1d ausgekleidet. Wie aus 1c ersichtlich ist, wird das Folienstück 2b auf die Innen- bzw. Unterseite des Gehäusedeckels 1d aufgebracht. Das Folienstück 2a wird auf die Innenseite der seitlichen Gehäusewandungen 1a, 1b und des Gehäusebodens 1c aufgebracht. Nach dem Auskleiden des Hochvoltspeichergehäuses 1 mit der hitzeresistenten Metallfolie 2 werden elektrische Speicher- und Kühlsystemkomponenten (nicht dargestellt) in das Hochvoltspeichergehäuse 1 eingebracht und anschließend wird, wie in 1d dargestellt, das Hochvoltspeichergehäuse 1 verschlossen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Hochvoltspeichers, insbesondere für Fahrzeuge, mit folgenden Schritten: - Herstellen eines Gehäuses(1), welches mehrere Gehäusewandungen (1a - 1d) aufweist, - Einbringen eines elektrischen Speicher- und Kühlsystems in das Gehäuse (1) und - Verschließen des Gehäuses (1), dadurch gekennzeichnet, dass Innenseiten der Gehäusewandungen mit einer hitzeresistenten Metallfolie ausgekleidet werden, insbesondere vor dem Einbringen des Speicher- und Kühlsystems.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten der Gehäusewandungen (1a 1-d) vollflächig mit einer hitzeresistenten Metallfolie (2) ausgekleidet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallfolie (2) eine Folie aus Stahl verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Gehäusewandungen (1a - 1d) ein Leichtmetallmaterial, insbesondere eine aluminiumhaltiges Material oder Aluminium oder ein Kunststoffmaterial verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie vor dem Auskleiden der Gehäusewandungen (1a - 1d) entsprechend der Innenform des Gehäuses (1) umgeformt wird, insbesondere durch - Tiefziehen und/oder - Prägen und/oder - Falten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Auskleiden verwendete Metallfolie (2) aus mehreren Folienstücken (2a, 2b) zusammengesetzt wird, wobei einander benachbarte Folienstücke miteinander verbunden werden und/oder einander überlappen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (2) an den Gehäusewandungen (1a - 1d) befestigt wird, insbesondere durch - Verkleben und/oder - Verschrauben und/oder - Fließpressen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in das Gehäuse (1) mindestens eine Komponente eingebracht wird, die sich während des Betriebs des Hochvoltspeichers zumindest in einem vorgegebenen Maß in Bezug auf Gehäusewandungen (1a - 1d) verschieben kann und dass zwischen diese Komponente und die Metallfolie (2) ein flexibles Anlageelement eingebracht wird, wodurch ein Verrutschen der Metallfolie (2) beim Verschieben der Komponente verhindert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Speicher- und Kühlsystem mehrere elektrische Speicherzellen oder mehrere elektrische Speicherzellen gebildete Speichermodule und von einem Kühl- oder Kältemittel durchströmte Kühlelemente aufweist, die in thermische Verbindung mit den Speicherzellen gebracht sind oder werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie elektrisch leitend mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
Hochvoltspeicher dadurch gekennzeichnet, dass, der Hochvoltspeicher nach einem Verfahren gemäß eines der Ansprüche 1-10 hergestellt worden ist.