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Die Erfindung betrifft einen Deckel für ein Batteriegehäuse einer Hochvolt-Fahrzeugbatterie und ein entsprechendes Batteriegehäuse mit einem derartigen Deckel. Unter einer Hochvolt-Fahrzeugbatterie - hier auch kurz als Hochvoltbatterie oder Traktionsbatterie bezeichnet - ist im Folgenden insbesondere eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, zu verstehen, welche bei maximalem Ladezustand eine elektrische Ausgangsspannung zwischen 200 V und 1000 V bereitstellt.
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Um heutige Anforderungen und Bedürfnisse zu erfüllen steigen mit dem stetigen technologischen Fortschritt in der Batterietechnik ein Energieinhalt und eine Energiedichte heutiger Hochvoltbatterien zunehmend an. Damit geht ein steigendes Gefahren- oder Risikopotenzial einher, da in einem Fehlerfall oder bei einer Beschädigung der Hochvoltbatterie entsprechend mehr Energie frei werden kann. Bereits bei den heutzutage verfügbaren Hochvoltbatterien können bei einer Beschädigung der jeweiligen Hochvoltbatterie signifikante Schäden auch in einer jeweiligen Umgebung der Hochvoltbatterie verursacht werden. Beispielsweise können aus Hochvoltbatterien heiße Gase austreten und/oder es kann prinzipiell sogar zu einem Brand kommen. Diesem Gefahrenpotenzial sind herkömmliche Batteriegehäuse aus einem Kunststoffmaterial oftmals nicht gewachsen.
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Darüber hinaus steigen mit zunehmender Ausgangs- oder Betriebsspannung der Hochvoltbatterien auch die Anforderungen an eine elektrische Isolation. So müssen insbesondere bei einer Verwendung metallischer Materialien oder Bauteile ausreichend große Luft- oder Kriechstrecken ebenso wie eine hinreichende elektromagnetische Abschirmung berücksichtigt beziehungsweise sichergestellt werden. Dies kann sich negativ auf einen geometrischen Aufbau der Hochvoltbatterie auswirken, beispielsweise in Form von zusätzlichem Bauraumbedarf. Insgesamt ist es also eine signifikante technische Herausforderung, die Sicherheitsanforderungen heutiger und zukünftiger Hochvoltbatterien mit besonders geringem Bauraumbedarf und Gewicht zu erfüllen.
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Die
DE 10 2015 209 519 A1 offenbart ein Verbundbauteil, umfassend eine faserverstärkte Kunststoffkomponente sowie ein Metallteil zur Herstellung einer mechanischen Befestigung. Das Metallteil ist dabei kraft-, stoff- und/oder formschlüssig mit dem faserverstärkten Kunststoff verbunden. Das Verbundbauteil weist wenigstens eine Anschlusseinrichtung zur mechanischen Befestigung eines Sitzes am Verbundteil auf. Damit soll eine wirtschaftliche Herstellbarkeit mit geringem Gewicht sowie eine ausreichend hohe Festigkeit erreicht werden.
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Die
DE 10 2013 200 560 A1 beschreibt eine Batterie mit einem Gehäuse und einer Deckelbaugruppe, die mit einer Öffnung des Gehäuses verbunden ist und eine Deckelplatte umfasst, welche die Öffnung des Gehäuses bedeckt. Dabei ist es vorgesehen, dass eine Verbindung zwischen der Deckelplatte und dem Gehäuse eine Klebefuge mit einem Dichtstoff aufweist. Der Dichtstoff wird in einer flüssigen Phase in die Klebefuge eingelassen. Anschließend wird die flüssige Phase des Dichtstoffs in eine feste Phase überführt. Dadurch sollen bestimmte vorgegebene Dichtigkeitsanforderungen erfüllt und dennoch erreicht werden, dass das Gehäuse zum Zwecke einer Zerlegung oder Reparatur sicher und leichter geöffnet werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit für einen besonders sicheren und gleichzeitig kompakten und leichten Abschluss eines Batteriegehäuses anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
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Ein erfindungsgemäßer Deckel für ein Batteriegehäuse einer Hochvolt-Fahrzeugbatterie umfasst einen Verbundwerkstoff. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Verbundwerkstoff eine polymere Matrix und ein in diese eingebettetes zumindest brandhemmendes Material umfasst. Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Deckel eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, welche eine elektromagnetische Abschirmung bildet. Dadurch, dass in die polymere Matrix oder Polymermatrix das zumindest brandhemmende Material integriert ist, bietet der erfindungsgemäße Deckel gleichzeitig einen verbesserten Hitze- und Brandschutz gegenüber herkömmlichen Kunststoffdeckeln und ein vorteilhaft verringertes Gewicht gegenüber herkömmlichen aus Vollmetall gebildeten Deckeln. Das zumindest brandhemmende Material kann beispielsweise wenigstens die Brandwiderstandsklasse F 30 aufweisen. Bevorzugt kann das zumindest brandhemmende Material hochbrandhemmend gemäß der Brandwiderstandsklasse F 60, bandbeständig gemäß der Brandwiderstandsklasse F 90 oder hochbrandbeständig gemäß der Brandwiderstandsklasse F 180 sein. Das brandhemmende Material kann beispielsweise als Pulver in die polymere Matrix eingestreut werden, wenn diese sich während eines Herstellungsprozesses des Deckels beziehungsweise des Verbundwerkstoffes in einem flüssigen oder teilflüssigen Zustand befindet. Die elektrisch leitfähige Schicht kann beispielsweise in Form einer auf den Verbundwerkstoff aufgebrachten Aluminiumfolie ausgebildet sein.
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Bevorzugt ist ein Großteil des Deckels, beispielsweise zumindest 80 % eines Gesamtmaterials des Deckels nach Volumen und/oder Gewicht, aus dem Verbundwerkstoff gebildet. Insbesondere ist es bevorzugt vorgesehen, dass sich der Verbundwerkstoff über eine gesamte Fläche oder Ausdehnung in einer Haupterstreckungsebene oder Haupterstreckungsfläche des Deckels erstreckt. Mit anderen Worten ist dann also der Deckel zumindest im Wesentlichen aus dem Verbundwerkstoff gebildet. Bevorzugt kann der Deckel abgesehen von, also mit Ausnahme, der elektrisch leitfähigen Schicht und einer eventuell vorgesehenen Dichtung, vollständig aus dem Verbundwerkstoff gebildet sein. Davon unbenommen ist, dass beispielsweise Befestigungsmittel zum Befestigen des Deckels auf dem oder an dem Batteriegehäuse aus einem anderen Material gebildet sein können, beispielsweise als metallische Schrauben.
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Die Hochvoltbatterie kann systemtechnisch in einen Speicheranteil und einen Elektronikteil unterteilt oder aufgeteilt werden. Der Speicheranteil oder Hochvolt-Speicheranteil umfasst dabei Batteriezellen beziehungsweise jeweils mehrere Batteriezellen umfassende Batteriemodule, in denen die Energie gespeichert ist. Der Elektronikanteil kann beispielsweise Sicherungen, Kondensatoren, Steuergeräte, wie beispielsweise einen Batteriemanagement-Controller (BMC), einen Zellenmanagement-Controller (CMC), einen Modulmanagement-Controller (MMC), Schalt-Schütze, Platinen, Anschlüsse und/oder dergleichen mehr umfassen und beispielsweise als Batterie-Junction-Box (BJB) bezeichnet werden. Der Speicheranteil und der Elektronikanteil können in jeweils eigenen oder separaten Gehäusen oder Gehäuseteilen der Hochvoltbatterie angeordnet sein. Der erfindungsgemäße Deckel dient dann insbesondere zum Abdecken des Speicheranteils, also der Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule.
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Durch die Verwendung des polymerbasierten Verbundwerkstoffes ist es vorteilhaft nicht notwendig, zusätzliche Luft- oder Kriechstrecken vorzusehen, da der Verbundwerkstoff insbesondere elektrisch nichtleitend beziehungsweise isolierend ist. Somit kann vorteilhaft eine besonders kompakte, also bauraumsparende Konstruktion sowohl des Deckels als auch des Batteriegehäuses beziehungsweise der Hochvoltbatterie insgesamt erreicht werden. Die elektrisch leitfähige Schicht kann also durch den Verbundwerkstoff selbst gegenüber anderen elektrischen Komponenten der Hochvoltbatterie isoliert sein. Da der Brandschutz durch den Verbundwerkstoff erreicht wird, kann die elektrisch leitfähige, insbesondere metallische, Schicht besonders dünn und damit besonders leicht, also gewichtssparend, ausgelegt werden, da sie ausschließlich zum Bereitstellen der elektromagnetischen Abschirmung ausgelegt werden kann beziehungsweise muss. Durch die Kombination des Verbundwerkstoffes mit der elektrisch leitfähigen Schicht kann so also besonders effektiv und effizient der erfindungsgemäße Deckel sowohl heutige Anforderungen hinsichtlich des Brandschutzes als auch hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) erfüllen.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Deckels besteht darin, dass die elektrisch leitfähige Schicht, also die elektromagnetische Abschirmung, mit dem Verbundwerkstoff verbunden ist, sodass der Deckel als einzelnes Bauteil beziehungsweise als zusammenhängende Baugruppe gefertigt werden kann. Dadurch ist eine besonders einfache Handhabbarkeit, Logistik und Montierbarkeit des Deckels möglich, da sowohl der Brandschutz als auch die elektromagnetische Abschirmung beziehungsweise Verträglichkeit durch Montieren des einzelnen Bauteils beziehungsweise der einzelnen zusammenhängenden Baugruppe - nämlich des erfindungsgemäßen Deckels - in einem einzigen Arbeitsgang oder Arbeitsschritt beim Herstellen der Hochvoltbatterie erreicht werden kann. Dadurch können beide Sicherheitsaspekte zudem auf besonders zuverlässige Weise realisiert oder sichergestellt werden, da beispielsweise eine Fehlerquelle vermieden werden kann, die in einer korrekten Anordnung oder relativen Ausrichtung zweier separater Bauteile liegen kann, von denen eines für den Brandschutz und das andere zum Herstellen der elektromagnetischen Verträglichkeit vorgesehen ist.
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Durch den geringeren Metallanteil des erfindungsgemäßen Deckels gegenüber herkömmlichen aus Vollmetall gebildeten Deckeln und die erleichterte Montierbarkeit kann vorteilhaft eine Kostenersparnis beim Herstellen der Hochvoltbatterie realisiert werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die elektrisch leitfähige Schicht auf einer Oberseite des Verbundwerkstoffes aufgebracht, welche in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Deckels auf dem Batteriegehäuse von einem Innenraum abgewandt ist, der dann von dem Batteriegehäuse und dem Deckel umschlossen ist. Mit anderen Worten ist die elektrisch leitfähige Schicht also auf einer Außenseite des Deckels aufgebracht. Dadurch wird vorteilhaft nicht nur die elektromagnetische Abschirmung zuverlässig sichergestellt, sondern auch durch der dann dem Innenraum, also den darin angeordneten Batteriezellen, zugewandte elektrisch nichtleitende beziehungsweise isolierende Verbundwerkstoff als elektrische Isolierung zwischen dem Innenraum und der elektrisch leitfähigen Schicht ausgenutzt. Zudem kann der Verbundwerkstoff durch die elektrisch leitfähige, insbesondere metallische, Schicht so vorteilhaft vor Beschädigungen Alterung, Zersetzung und dergleichen geschützt werden. Zudem kann die elektrisch leitfähige Schicht eventuell vorhandene Poren des Verbundwerkstoffes dicht verschließen und so eine Flüssigkeitsdichtigkeit des Deckels sicherstellen oder verbessern. Die elektrisch leitfähige Schicht kann beispielsweise galvanisch auf die Oberseite des Verbundwerkstoffes aufgebracht werden oder beispielsweise aufgeklebt, auflaminiert oder aufgesprüht werden. Besonders bevorzugt kann die elektrisch leitfähige Schicht aus Aluminium gebildet sein. Durch die Beschichtung des Verbundwerkstoffes mit Aluminium kann vorteilhaft ein zuverlässiger Korrosionsschutz des Deckels realisiert werden. Die elektrisch leitfähige Schicht kann beispielsweise als Folie ausgebildet sein, also beispielsweise eine Stärke oder Dicke von 0,2 mm bis 0,5 mm aufweisen.
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In vorteilhafter Alternative Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die elektrisch leitfähige Schicht als in die polymere Matrix eingebettete Matte ausgebildet. Mit anderen Worten kann die elektrisch leitfähige Schicht also beispielsweise ein Geflecht oder ein Gewebe auf oder ein Gewirk aus, beispielsweise metallischen, Fasern sein. Diese Fasern können dann zu der Matte verwebt oder verflochten sein. Durch das Einbetten oder Einlegen dieser Matte in die polymere Matrix kann vorteilhaft eine besonders stabile und zuverlässige Verbindung der elektrisch leitfähigen Schicht mit dem Verbundwerkstoff erreicht werden. Besonders bevorzugt ist die Matte dabei in einem oberen Bereich, beispielsweise in einer oberen Hälfte oder einem oberen Viertel, des Verbundwerkstoffes angeordnet. Der obere Bereich ist dabei der der Oberseite oder Außenseite des Deckels zugewandte Bereich, also derjenige Bereich des Deckels beziehungsweise des Verbundwerkstoffes, der in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Deckels auf oder an dem Batteriegehäuse von dem Innenraum, also von den Batteriezellen der Hochvoltbatterie, abgewandt ist. Dadurch kann vorteilhaft der zwischen der Matte und dem Innenraum angeordnete untere Bereich des Verbundwerkstoffes weiterhin eine ausreichende elektrische Isolierung der elektrisch leitfähigen Schicht von dem Innenraum des Batteriegehäuses beziehungsweise den darin angeordneten Batteriezellen der Hochvoltbatterie sicherstellen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das zumindest brandhemmende Material zumindest auch in diesem unteren Bereich des Verbundwerkstoffes angeordnet ist. Dadurch kann auch in einem Fehlerfall oder bei einer Beschädigung einer oder mehrerer der Batteriezellen die elektromagnetische Abschirmung möglichst lange sichergestellt oder aufrechterhalten werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die polymere Matrix ein Harz, beispielsweise ein Epoxidharz, und/oder ein Silikon. Dabei ist es vorgesehen, dass das zumindest brandhemmende Material ein Glimmermineral, insbesondere in Pulverform, umfasst. Mit anderen Worten können die polymere Matrix also aus dem Harz und/oder Silikon und das zumindest brandhemmende Material aus einem Mineral aus der Glimmergruppe gebildet sein. Durch diese Kombination von Materialien kann vorteilhaft ein besonders zuverlässiger Brandschutz mit besonders geringem Gewicht realisiert werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst der Verbundwerkstoff als das zumindest brandhemmende Material oder als Teil des zumindest brandhemmenden Materials Aramidfasern, insbesondere aus einem Meta-Aramid. Auch hierdurch kann vorteilhaft ein zuverlässiger Brandschutz mit besonders geringem Gewicht realisiert werden. Das zumindest brandhemmende Material kann ausschließlich aus den Aramidfasern bestehen oder mehrere Komponenten umfassen. So ist es beispielsweise möglich, dass als das zumindest brandhemmende Material sowohl Aramidfasern als auch das genannte Glimmermineral als Teil des Verbundwerkstoffes vorgesehen sind.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst der Verbundwerkstoff einen intumeszenten oder intumeszierenden Anteil.
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Zusätzlich oder alternativ ist es vorgesehen, dass der erfindungsgemäße Deckel eine intumeszente oder intumeszierende Schicht umfasst. Durch den intumeszenten Anteil beziehungsweise die intumeszente Schicht wird unter Hitzeeinwirkung, wie sie in einem Fehlerfall oder bei einer Beschädigung einer oder mehrerer Batteriezellen der Hochvoltbatterie, nicht jedoch in deren fehlerfreiem Normalbetrieb, auftreten kann, ein Ausdehnen, Anschwellen oder Aufschäumen bewirkt, wodurch vorteilhaft eine Brandschutzdauer des erfindungsgemäßen Deckels verlängert werden kann. Dazu kann der Deckel beziehungsweise der Verbundstoff beispielsweise Blähgraphit und ein veraschendes Isolierungsmaterial umfassen. Ebenso kann der Deckel beziehungsweise der Verbundstoff Hydrate umfassen, welche eine endotherme Wirkung haben, also beispielsweise durch Wasserdampffreisetzung einen Kühlungseffekt haben oder ausüben können. Vorteilhaft kann durch den intumeszenten Anteil beziehungsweise die intumeszente Schicht durch deren Volumenvergrößerung zudem vorteilhaft eine besonders zuverlässige Abdichtung des Innenraums des Batteriegehäuses erreicht werden. Intumeszente beziehungsweise intumeszierende Materialien, Komponenten oder Baustoffe werden auch als Dämmschichtbildner bezeichnet.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass der Verbundwerkstoff, insbesondere das zumindest brandhemmende Material, wenigstens bis zu einer Temperatur von 700°Celsius beständig, also temperaturstabil, ist. Mit anderen Worten ist also der Verbundwerkstoff beziehungsweise das zumindest brandhemmende Material dazu ausgelegt, einer einwirkenden Temperatur von wenigstens 700°Celsius standzuhalten, zumindest für eine vorgegebene Zeitdauer von beispielsweise wenigstens zehn Minuten. Dies kann durch eine Wahl des zumindest brandhemmenden Materials, durch dessen Anteil oder Dichte in dem Verbundwerkstoff und/oder durch eine Dicke des Verbundwerkstoffes realisiert werden. Je nach Kombination dieser Maßnahmen kann die erfindungsgemäße Anforderung auf verschiedene Arten und Weisen erfüllt werden. Durch diese Auslegung des Verbundwerkstoffes kann der erfindungsgemäße Deckel heutige Anforderungen hinsichtlich des Brandschutzes von Hochvoltbatterien beziehungsweise in entsprechenden Kraftfahrzeugen vorteilhaft in einer Vielzahl von verschiedenen Fehlerfällen der jeweiligen Hochvoltbatterie erfüllen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der erfindungsgemäße Deckel ausgelegt, einer Temperatur von 800°Celsius bis 1100°Celsius für wenigstens zehn Minuten standzuhalten, sodass innerhalb dieser Zeit kein Gas durch den Deckel hindurchtritt. Mit anderen Worten ist der Deckel also so temperaturstabil gestaltet, dass innerhalb einer Zeitdauer von wenigstens zehn Minuten, während derer eine Temperatur von 800°Celsius bis 1100°Celsius auf den Deckel einwirkt, dieser keine Durchbrüche oder Löcher ausbildet. Hierdurch können Gefahrensituationen wie sie bei heutigen und zukünftigen Hochvoltbatterie gehen bei deren Beschädigung auftreten können, vorteilhaft ausreichend lange eingedämmt, also räumlich lokalisiert, isoliert oder begrenzt gehalten werden, um jeweiligen Insassen des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, sich sicher von dem Kraftfahrzeug beziehungsweise der beschädigten Hochvoltbatterie zu entfernen. Auch diese erfindungsgemäße Anforderung kann durch eine entsprechende Auslegung des Deckels hinsichtlich der Materialwahl des zumindest brandhemmenden Materials, dessen Dichte, Verteilung und/oder Menge in dem Verbundwerkstoff und die Dicke oder Stärke des Verbundwerkstoffes beziehungsweise des Deckels insgesamt erfüllt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Deckel eine in einem Randbereich des Deckels umlaufende Elastomerdichtung auf. Mit anderen Worten ist die Elastomerdichtung in den Deckel integriert beziehungsweise so an dem Deckel angeordnet oder angebracht, dass der Deckel einschließlich der Dichtung eine als Einzelteil handhabbare und montierbare Baugruppe bildet. Die Elastomerdichtung kann beispielsweise auf den Deckel, insbesondere auf eine Unterseite oder auf einen Rand des Deckels, aufgebracht, beispielsweise aufgespritzt oder aufgeschäumt, sein. Ebenso kann die Elastomerdichtung mittels eines formed-in-place-Verfahrens angebracht sein beziehungsweise werden.
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Dass die Elastomerdichtung umlaufend ausgebildet ist, bedeutet dabei, dass die Elastomerdichtung sich entlang eines Umfanges oder beispielsweise zumindest im Wesentlichen parallel zu einem Umfang des Deckels erstreckt und dabei bevorzugt einen geschlossenen Ring bildet. Der Randbereich des Deckels kann dabei sich zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene oder Haupterstreckungsfläche des Deckels erstreckende Seitenflächen des Deckels umfassen. Ebenso kann der Randbereich einen, insbesondere ringförmigen, außenliegenden, also an einen Außenumfang des Deckels angrenzenden, Teilbereich einer Unterseite des Deckels umfassen. Die Unterseite ist dabei der bereits genannten Oberseite des Deckels beziehungsweise des Verbundwerkstoffes abgewandt beziehungsweise gegenüberliegend und kann insbesondere eine Haupterstreckungsfläche des Deckels bilden, sich also zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Deckels erstrecken. Dadurch, dass der Deckel die Elastomerdichtung aufweist, kann vorteilhaft eine besonders kostengünstige Fertigung und besonders einfache und aufwandsarm Montage der Hochvoltbatterie erreicht werden. Dadurch dass die Elastomerdichtung an dem Deckel angebracht beziehungsweise als Teil des Deckels vorgesehen ist, kann beispielsweise ein aufwändiges manuelles Ausrichten einer für herkömmliche Batteriegehäuse oftmals verwendeten Formdichtung entfallen. So kann eine weitere Fehlerquelle vermieden und damit letztlich eine Sicherheit und Zuverlässigkeit des gesamten Batteriegehäuses beziehungsweise der Hochvoltbatterie insgesamt verbessert werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die polymere Matrix in einem Randbereich des Deckels eine umlaufende Ausformung auf, welche eine Dichtung bildet, die in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Deckels auf oder an dem Batteriegehäuse einen dichten Kontakt zwischen dem Deckel und dem übrigen Batteriegehäuse ermöglicht. Mit anderen Worten wird also die Dichtung durch die polymere Matrix beziehungsweise den Verbundwerkstoff selbst gebildet. Somit bildet die Dichtung also einen integralen Bestandteil des Deckels. Dadurch wird grundsätzlich die Möglichkeit ausgeschlossen, dass zwischen der Dichtung und dem Deckel Gas oder Material hindurchtreten kann, da es keine Kontaktfläche gibt, an der die Dichtung als separates Bauteil an dem Deckel anliegt. Somit kann also letztlich eine Dichtigkeit und Zuverlässigkeit des gesamten Batteriegehäuses beziehungsweise der Hochvoltbatterie insgesamt verbessert werden. Zudem kann auf eine separate Dichtung als separates Bauteil verzichtet werden, wodurch sich nicht nur eine Kostenersparnis, sondern insbesondere an eine besonders einfache, kostengünstige und aufwandsarme Handhabbarkeit und Montierbarkeit des Deckels ergibt. Der Randbereich kann dabei insbesondere der bereits beschriebene Randbereich des Deckels sein beziehungsweise diesem hinsichtlich seiner Anordnung entsprechen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Batteriegehäuse für eine Hochvoltbatterie, insbesondere für eine Traktionsbatterie, eines Kraftfahrzeugs. Das erfindungsgemäße Batteriegehäuse weist dabei einen auf einer Seite offenen Gehäusekorpus und einen Deckel gemäß der vorliegenden Erfindung zum Abschließen des Gehäusekorpus an dessen offener Seite auf. Mit anderen Worten ist der Deckel in seiner bestimmungsgemäßen Einbaulage als Teil des Batteriegehäuses auf dem Gehäusekorpus angeordnet und schließt dessen offene Seite ab, sodass der Gehäusekorpus und der Deckel gemeinsam einen Innenraum des Batteriegehäuses umschließen. Das erfindungsgemäße Batteriegehäuse kann insbesondere das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Deckel genannte Batteriegehäuse sein. Je nach Zusammenhang kann mit dem im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Deckel genannte Batteriegehäuse ebenso der Gehäusekorpus des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses gemeint sein.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen sowohl des erfindungsgemäßen Deckels als auch des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses, die Merkmale aufweisen, wie sie im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Deckels beschrieben sind und umgekehrt. Um eine unnötige Redundanz zu vermeiden, sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses und des erfindungsgemäßen Deckels hier nicht noch einmal explizit separat beschrieben.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Elektrofahrzeugs mit einer Hochvoltbatterie.
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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.
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Die einzige Fig. zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Elektrofahrzeugs 1. In einem in Fahrzeughochrichtung unteren Bereich weist das Elektrofahrzeug 1 eine Rohbau- oder Trägerstruktur 2 auf. Noch unterhalb dieser Trägerstruktur 2 weist das Elektrofahrzeug 1 ein Bodenblech 3 auf, welches einen Unterboden des Elektrofahrzeugs 1 bildet. Zwischen der Trägerstruktur 2 und dem Bodenblech 3 ist eine Hochvoltbatterie angeordnet, bei der es sich vorliegend um eine Traktionsbatterie 4 des Elektrofahrzeugs 1 handelt. Die Traktionsbatterie 4 weist einen Gehäusekorpus 5 auf, der in Fahrzeughochrichtung nach oben offen ist, also eine wannenförmige oder wannenartige Gestalt hat. Der Gehäusekorpus 5 umschließt oder umgibt zumindest teilweise einen Aufnahme- oder Innenraum 6. In diesem Innenraum 6 sind eine Vielzahl von einzelnen Batteriezellen 7 der Traktionsbatterie 4 angeordnet, von denen hier nur einige schematisch angedeutet sind.
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In einem Fehlerfall oder bei einer Beschädigung können aus einem Traktionsbatteriesystem, hier also beispielsweise aus der Traktionsbatterie 4, heiße Gase austreten, die infolge zu einem Brand führen können. Brennbare Materialien können zu einer Brandausbreitung führen. Die Traktionsbatterie weist vorliegend eine Ausgangsspannung von 200 V bis 800 V auf. Bei derartigen elektrischen Spannungen beziehungsweise Spannungsklassen müssen in herkömmlichen Traktionsbatteriesystemen Luft- und Kriechstrecken bei der Auslegung, insbesondere bei der Verwendung von metallischen Bauteilen berücksichtigt werden. Zusätzlich oder alternativ müssen elektrisch isolierende Materialien eingesetzt werden. Aufgrund von elektromagnetischer Abstrahlung der Traktionsbatterie 4 beziehungsweise um elektrische Störungen in der Traktionsbatterie 4 und/oder in anderen elektrischen Komponenten des Elektrofahrzeugs 1 zu vermeiden, müssen in heutigen Batteriesystemen zudem elektromagnetische Abschirmungsmaßnahmen getroffen werden. Um die Traktionsbatterie 4 gegen Umwelteinflüsse zu schützen, muss der Innenraum 6 zudem abgedichtet werden.
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In herkömmlichen Batterien wurden dafür beispielsweise Kunststoffdeckel oder Metalldeckel zum Abschließen des jeweiligen Gehäusekorpus 5 verwendet. Aufgrund der zunehmenden Energiedichte beziehungsweise des zunehmenden Energiegehalts heutiger Traktionsbatterien 4 und der in einem Fehlerfall oder bei einer Beschädigung der Traktionsbatterie 4 potentiell freiwerdenden Energie können bisherige Materialien jedoch oftmals keinen ausreichenden Brandschutz zum Schutz einer Fahrgastzelle des Elektrofahrzeugs 1 bieten. Es sind zwar Materialien zum Schutz vor heißen Gasen und Flammen bekannt, die jedoch oftmals nicht für Außenanwendungen geeignet, also beispielsweise nicht beständig gegenüber Witterungseinflüssen und/oder organischen Einflüssen, wie beispielsweise Pilzbefall oder dergleichen, beständig sind. Hinsichtlich der elektromagnetischen Abschirmung beziehungsweise der elektromagnetischen Verträglichkeit ist eine Auslegung der Traktionsbatterie 4 auf einen Einsatz metallischer Materialien beschränkt. Die Verwendung metallischer Materialien kann jedoch aufgrund der dann notwendigen Luft- und Kriechstrecken zu einem mit zunehmender Spannung der Traktionsbatterie 4 ebenso zunehmenden Bauraumbedarf führen.
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Zur Abdichtung herkömmlicher Hochvoltbatterien sind bisher beispielsweise Flüssigdichtungen vorgesehen, die mit einem hohen Aufwand aufgetragen werden müssen oder es sind Formdichtungen vorgesehen, welche insbesondere aufgrund der zunehmenden Größe heutiger Traktionsbatterien 4 ebenfalls zu einem hohen Fertigungsaufwand und letztlich zu hohen Kosten führen.
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Um diese Probleme zu umgehen ist vorliegend als Teil der Traktionsbatterie 4 ein multifunktionaler Hybriddeckel, hier kurz bezeichnet als Deckel 8, vorgesehen. Der Deckel 8 schließt den Gehäusekorpus 5 auf dessen offener Seite dicht ab und bildet zusammen mit dem Gehäusekorpus 5 also ein geschlossenes Batteriegehäuse der Traktionsbatterie 4. Der Deckel 8 ist gebildet aus einer polymeren Matrix, in die ein zumindest brandhemmendes Material eingebettet ist sowie aus einer elektrisch leitfähigen Schicht 9. Weiterhin umfasst der Deckel 8 eine umlaufende Dichtung 10, welche einen zumindest flüssigkeitsdichten Kontakt zwischen dem Deckel 8 und dem Gehäusekorpus 5 ermöglicht beziehungsweise herstellt. Durch diese Ausgestaltung des Deckels 8 werden ein verbesserter Brandschutz und eine elektromagnetische Abschirmung bei besonders geringem Gewicht und besonders kompakter Bauweise ebenso wie eine besonders einfache Handhabung und Montage des Deckels 8 und eine Kostenersparnis gegenüber herkömmlichen Hochvoltbatterien beziehungsweise Batteriegehäusen erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015209519 A1 [0004]
- DE 102013200560 A1 [0005]
