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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Die Erfindung betrifft außerdem ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer Kühleinrichtung und einem solchen Batteriegehäuse.
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In Elektro- oder Hybridfahrzeugen ist zur Gewährleistung einer hohen Lebensdauer sowie einer hohen Leistung einer Fahrzeugbatterie eine Temperierung derselben unerlässlich, weshalb oftmals ein Batteriegehäuse Kühlkanalstrukturen bzw. Kühlkanäle enthält, in welchen eine Kühlflüssigkeit zur Kühlung von in dem Batteriegehäuse angeordneten Batteriezellen strömen kann. In dem Kühlkanal kann selbstverständlich auch ein heißes Kühlmittel strömen, wodurch die Batteriezellen erwärmt und dadurch in einem für den Betrieb optimalen Temperaturfenster gehalten werden können. Bekannte Batteriegehäuse sind dabei üblicherweise zweischalig ausgebildet, wobei die beiden Schalen zusammen die Kühlkanalstruktur bzw. die Kühlkanäle bilden. Um dabei einerseits einen möglichst hohen Wärmeübertrag zu den zu temperierenden Batteriezellen erreichen zu können, andererseits aber einen Energieverlust nach außen möglichst reduzieren zu können, sind auch Batteriegehäuse bekannt, deren Kühlkanalstruktur von einem Kunststoffteil und einem Aluminiumteil begrenzt wird. Da Aluminium und Kunststoff unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, ist es erforderlich, im Betrieb auftretende, thermisch bedingte und unterschiedliche Längendehnungen zu kompensieren. Dies wird bislang über entsprechende Dichtungen, insbesondere radiale oder axial O-Ringdichtungen, erreicht, welche zur Herstellung der erforderlichen Dichtigkeit verpresst werden.
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Nachteilig bei einer solchen Lösung ist jedoch, dass diese nicht nur einen vergleichsweise großen Bauraumbedarf erfordert, sondern auch ein gleichmäßiges Verpressen der Dichtungen, um die spätere Dichtigkeit gewährleisten zu können.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein Batteriegehäuse anzugeben, welches die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kunststoffteil und ein Aluminiumteil eines zweischaligen Batteriegehäuses so miteinander zu verbinden, dass material- und temperaturbedingte unterschiedliche Wärmedehnungen einfach kompensiert werden können. Erreicht wird dies dadurch, dass das Aluminiumteil zumindest einen nachgiebigen Dehnbereich aufweist und/oder elastisch mit dem Kunststoffteil verbunden ist. Das Kunststoffteil und das Aluminiumteil sind dabei im montierten Zustand fluiddicht miteinander verbunden und bilden zusammen eine Kühlkanalstruktur. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Aluminiumteils bzw. durch die erfindungsgemäße, elastische Anbindung desselben an das Kunststoffteil ist es somit erstmals möglich, beim Betrieb auftretende und thermisch bedingte unterschiedliche Längendehnungen des Kunststoffteils und des Aluminiumteils problemlos zu kompensieren, allein aufgrund der Geometrie des Aluminiumteils bzw. der elastischen Anbindung desselben an das Kunststoffteil. Insbesondere bietet die erfindungsgemäße Lösung zusätzlich den Vorteil, dass eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Kunststoffteil und dem Aluminiumteil nicht mehr über eine üblicherweise eingesetzte radiale oder axiale O-Ringdichtung bewerkstelligt werden muss, wodurch auch die mit dieser in Zusammenhang stehende gleichmäßige Verpressung, welche fertigungstechnisch schwierig herzustellen und zu kontrollieren ist, entfällt. Außerdem bedingt die erfindungsgemäße Ausbildung des Batteriegehäuses einen deutlich reduzierten Bauraumbedarf, wodurch eine kompaktere Bauweise erreicht werden kann, welche zu erheblichen Vorteilen in modernen und beengten Motorräumen führt.
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Zweckmäßig weist das Aluminiumteil nachgiebige Dehnbereiche in Form einer Wölbung, einer Dehnfuge, eines Knicks, einer Wandstärkenreduzierung und/oder eines abgewinkelten Randbereichs auf. Diese nicht abschließende Aufzählung lässt bereits erahnen, welch mannigfaltige Möglichkeiten zur Ausgestaltung des nachgiebigen Dehnbereichs vorhanden sind, wobei sämtliche genannten Dehnbereiche in der Lage sind, temperaturbedingte Differenzdehnungen zwischen dem Aluminiumteil und dem Kunststoffteil durch ein einfaches, elastisches Verformen aufzunehmen. Das Herstellen derartig nachgiebiger Dehnbereiche ist fertigungstechnisch vergleichsweise einfach möglich, insbesondere durch ein entsprechendes Umformwerkzeug, welches zur Herstellung des Aluminiumteils verwendet wird.
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Zweckmäßig ist das Aluminiumteil direkt über eine elastische Klebeverbindung mit dem Kunststoffteil verbunden. Zusätzlich oder alternativ zu dem elastisch nachgiebigen Dehnbereich des Aluminiumteils, kann eine Kompensationsmöglichkeit von thermisch- und materialbedingten Differenzdehnungen zwischen dem Aluminiumteil und dem Kunststoffteil durch eine solche elastische Klebeverbindung erreicht werden, wobei bei einer bevorzugten Ausführungsform die Kompensation der unterschiedlichen Wärmedehnungen ausschließlich über eine solche elastische Klebeverbindung erfolgen kann. Eine derartige elastische Klebeverbindung lässt sich fertigungstechnisch einfach und zudem kostengünstig herstellen und gewährleistet zudem eine langfristig fluiddichte Verbindung zwischen dem Aluminiumteil und dem Kunststoffteil und damit eine langfristig fluiddichte Kühlkanalstruktur.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das Aluminiumteil über ein elastisches Zwischenteil mit dem Kunststoffteil verbunden. Ein derartiges elastisches Zwischenteil kann beispielsweise an das Aluminiumteil angespritzt und mit dem Kunststoffteil verklebt sein, wodurch das Aluminiumteil genau genommen als Zweikomponentenbauteil hergestellt wird. Durch das Anspritzen des elastischen Zwischenteils an das Aluminiumteil kann eine hohe Qualität der fluiddichten Verbindung zwischen dem Zwischenteil und dem Aluminiumteil gewährleistet werden. Zudem entfällt dadurch ein Montageaufwand zur Montage des elastischen Zwischenteils am Aluminiumteil. Eine fluiddichte Verbindung mit dem Kunststoffteil kann danach über eine, insbesondere elastische, Verklebung erfolgen. Hierdurch ist zusätzlich eine Kompensation von thermisch- und materialbedingten unterschiedlichen Wärmedehnungen möglich.
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Zweckmäßig ist das elastische Zwischenteil als Elastomerteil ausgebildet. Elastomere sind dabei formfeste, aber elastisch verformbare Kunststoffe, die aufgrund ihrer Elastizität bereits eine Kompensation von unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen dem Kunststoffteil und dem Aluminiumteil vergleichsweise einfach ermöglichen. Zudem besitzen derartige Elastomere eine hohe chemische Beständigkeit, weshalb sie für den Einsatz bei Kühlmitteln besonders geeignet sind.
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Zweckmäßig ist das elastische Zwischenteil als elastische Membran ausgebildet. Eine derartige elastische Membran funktioniert ähnlich der Anbindung eines Schalltrichters eines Lautsprechers an ein Lautsprechergehäuse und ermöglicht eine federnde Lage des Aluminiumteils relativ zum Kunststoffteil. Die elastische Membran umschließt dabei das Aluminiumteil randseitig und ist dicht mit dem Kunststoffteil verbunden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das Kunststoffteil als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet und weist geformte Kühlkanäle auf. Die Ausbildung von Kühlkanälen in einem als Kunststoffspritzgussteil ausgebildeten Kunststoffteil ist dabei vergleichsweise einfach durch ein entsprechendes Ausgestalten eines Kunststoffspritzgießwerkzeugs möglich. Dies bietet darüber hinaus den großen Vorteil, dass das Aluminiumteil wenig Umformschritte erfordert und zudem eine durchgehende, glatte Oberfläche aufweist, welche großflächig an den zu temperierenden Batteriezellen anliegt und dadurch einen hohen Wärmeübertrag ermöglicht.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer Kühleinrichtung und einem solchen Batteriegehäuse auszustatten, wobei über die Kühleinrichtung eine Kühlung und insbesondere auch ein Beheizen des Batteriegehäuses bzw. der in diesem Batteriegehäuse angeordneten Batteriezellen ermöglicht wird. Hierdurch ist es möglich, die Batteriezellen in einem für deren Leistung optimalen Temperaturfenster zu halten, wodurch die Leistungsfähigkeit gesteigert und die Lebensdauer der Batteriezellen verlängert werden kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondem auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1a.) bis k.) jeweils Schnittdarstellungen durch ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse mit unterschiedlichen Befestigungsalternativen eines Aluminiumteils an einem Kunststoffteil des Batteriegehäuses,
- 2 eine Schnittdarstellung durch ein Kunststoffteil, an welches eine zweilagige Kühlplatte über Adapter fluiddicht eingesteckt ist,
- 3 eine Darstellung wie in 2, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
- 4 eine Darstellung wie in 2, jedoch bei einer weiteren Ausführungsform,
wobei 2 bis 4 nicht zur Erfindung gehören.
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Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse 1, welches zur Aufnahme von Batteriezellen 6 in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug 2 ausgebildet ist, ein Kunststoffteil 3 und ein Aluminiumteil 4 auf, die fluiddicht miteinander verbunden sind und zusammen eine Kühlkanalstruktur 5 bilden. In der Kühlkanalstruktur 5 strömt dabei ein Kühlmittel, mittels welchem ein Temperieren, das heißt ein Kühlen und auch gegebenenfalls ein Beheizen der Batteriezellen 6 möglich ist, so dass diese in einem für den Betrieb optimalen Temperaturfenster gehalten werden können.
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Um dabei temperaturbedingte und/oder materialbedingte unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen dem Kunststoffteil 3 und dem Aluminiumteil 4 kompensieren zu können, weist das Aluminiumteil 4 zumindest einen nachgiebigen Dehnbereich 7 auf (vgl. die 1a bis e) und/oder ist elastisch mit dem Kunststoffteil 3 verbunden (vgl. sämtliche Ausführungsformen der 1).
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Betrachtet man beispielsweise die 1a, so kann erkennen, dass das Aluminiumteil 4 einen nachgiebigen Dehnbereich 7 in Form einer Wölbung 8 aufweist. Diese Wölbung 8 ermöglicht es durch eine geometrische Verformung, unterschiedliche Temperaturdehnungen zwischen dem Aluminiumteil 4 und dem Kunststoffteil 3 auszugleichen. Bei der Ausführungsform gemäß der 1b weist das Aluminiumteil 4 ebenfalls einen elastisch nachgiebigen Dehnbereich 7 auf, der hier in Form eines abgewinkelten Randbereichs 9 ausgestaltet ist. Bei der Ausführungsform gemäß der 1c sind zwei miteinander und mit dem Kunststoffteil 3 verbundene Aluminiumteile 4 gezeigt, die jeweils einen elastischen Dehnbereich 7 besitzen, der als abgewinkelter Randbereich 9 ausgebildet ist. Gemäß der 1d ist der elastische Dehnbereich 7 wiederum als abgewinkelter Randbereich 9 ausgeführt, ähnlich der 1b.
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Betrachtet man die Ausführungsform gemäß der 1e, so kann man bei dieser erkennen, dass das Aluminiumteil 4 als Dehnfugen 10 ausgebildete elastisch nachgiebige Dehnbereiche 7 aufweist, die ebenfalls eine Kompensation von unterschiedlichen Längendehnungen zwischen dem Aluminiumteil 4 und dem Kunststoffteil 3 ausgleichen können. Zusätzlich zu den gemäß den 1 a bis e gezeigten nachgiebigen Dehnbereichen 7, können in diesen Fällen die Aluminiumteile 4 auch über eine elastische Klebeverbindung 11 mit dem Kunststoffteil 3 verbunden sein, wodurch eine zusätzliche Kompensation von temperatur- und materialbedingten unterschiedlichen Längendehnungen möglich ist. Rein theoretisch reichen in den gemäß den 1a bis 1e gezeigten Fällen jedoch auch die elastischen Dehnbereiche 7 bereits zur Kompensation der unterschiedlichen Längendehnungen aus.
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Betrachtet man die Ausführungsformen gemäß den 1f bis 1h, so kann man dort erkennen, dass das Aluminiumteil 4 über ein elastisches Zwischenteil 12 mit dem Kunststoffteil 3 verbunden ist. Ein derartiges elastisches Zwischenteil 12 kann beispielsweise an das Aluminiumteil 4 angespritzt und mit dem Kunststoffteil 3 verklebt sein, wobei insbesondere das Anspritzen an das Aluminiumteil 4 eine zuverlässige und fluiddichte Verbindung zwischen dem Zwischenteil 12 und dem Aluminiumteil 4 gewährleistet. Das Zwischenteil 12 kann dabei beispielsweise als Elastomerteil ausgebildet sein.
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Betrachtet man insbesondere die 1g und 1h, so kann dort erkennen, dass das elastische Zwischenteil 12 als elastische Membran 13 ausgebildet ist, so dass in diesem Fall das Aluminiumteil 4 in übertragenem Sinne einen Schalltrichter eines Lautsprechers bildet, während das Kunststoffteil 3 ein Lautsprechergehäuse darstellt.
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Bei den gemäß den 1i bis 1k gezeigten Ausführungsformen besitzt das jeweilige Aluminiumteil 4 ebenfalls einen abgewinkelten Randbereich 9, der zumindest eine gewisse nachgiebige Dehnbarkeit aufweist, wobei in diesen Fällen das Aluminiumteil 4 zusätzlich über eine elastische Klebeverbindung 11 mit dem Kunststoffteil 3 verbunden ist.
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Unabhängig von den gezeigten Ausführungsformen der 1 bis 4, kann das Kunststoffteil 3 als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein und geformte Kühlkanäle 14 besitzen. In diesem Fall ist es somit möglich, das Aluminiumteil 4 mit einer vorzugsweise nahezu glatten Oberfläche ausbilden und dadurch eine großflächige Anlage und einen hohen Wärmeübertrag an die zu temperierende Batteriezelle 6 zu erreichen. Die beispielsweise gemäß den 1a und 1c gezeigten Wölbungen 8 sind dabei der Anschaulichkeit halber vergrößert dargestellt.
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Betrachtet man die nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsformen der 2 bis 4, so kann man dort ein Batteriegehäuse 1 erkennen, mit einem Kunststoffteil 3 und einem Aluminiumteil 4, wobei in das Kunststoffteil 3 eine Verteilerstruktur integriert ist. Das Aluminiumteil 4 ist dabei Bestandteil einer zweilagigen Kühlplatte 16, deren Versorgung mit Kühlmittel beispielsweise über einen Zulaufstutzen 17 bzw. einen Ablaufstutzen 18 erfolgt. Gemäß den 2 bis 4 ist dabei der jeweiligen Stutzen sowohl mit dem Bezugszeichen 17 als auch mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet, wobei es selbstverständlich klar ist, dass der Stutzen entweder als Zulaufstutzen 17 oder als Ablaufstutzen 18 fungiert.
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Um eine möglichst einfache und zugleich fluiddichte Montage der Kühlplatte 16 an die Verteilerstruktur 15 des Kunststoffteils 3 erreichen zu können, sind an dem Zulaufstutzen 17 bzw. dem Ablaufstutzen 18 O-Ringdichtungen 19 vorgesehen, die einfaches und zugleich fluiddichtes Montieren der Kühlplatte 16 am Kunststoffteil 3 ermöglichen. Gemäß der 2 besitzt dabei der Zulaufstutzen 17 bzw. der Ablaufstutzen 18 lediglich eine radial wirkende O-Ringdichtung 19, wogegen dieser gemäß der 3 mit zwei solchen O-Ringdichtungen 19 ausgestattet ist. Bei der Ausführungsform gemäß der 4 besitzt der Stutzen 17, 18 eine radiale O-Ringdichtung 19 und eine in einem Flansch des Stutzens 17, 18 angeordnet und axial wirkende O-Ringdichtung 19a.
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Mit dem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse 1 gemäß der 1, kann eine fluiddichte und zudem unterschiedliche Längendehnungen zwischen dem Aluminiumteil 4 und dem Kunststoffteil 3 vergleichsweise einfach aufnehmende Ausführungsform geschaffen werden und zwar mit elastisch nachgiebigen Dehnbereichen 7 und/oder einer elastischen Anbindung des Aluminiumteils 4 an das Kunststoffteil 3. Mit dem gemäß den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsformen der Stutzen 17, 18 kann eine vergleichsweise einfache und zudem fluiddichte Montage einer Kühlplatte 16 an einem eine Verteilerstruktur 15 aufweisenden Kunststoffteil 3 erfolgen.
