DE102019111769A1 - Batteriemodul einer Hochvolt-Batterie für ein Elektrofahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (1) einer Hochvolt-Batterie für ein Elektrofahrzeug, wobei das Batteriemodul (1) ein Batteriemodulgehäuse (2) und eine Mehrzahl im Batteriemodulgehäuse (2) angeordneter Batteriezellen (3) aufweist, wobei das Batteriemodulgehäuse (2) ein Mittelteil (4) mit einem Hohlraum in dem die Batteriezellen (3) angeordnet sind, sowie jeweils eine an zwei axialen Enden des Mittelteils (4) angeordnete Endplatten (5) aufweist, wobei die jeweilige Endplatte (5) mehrere, quer zu einer Haupterstreckungsebene des Mittelteils (4) ausgerichtete Befestigungspunkte (6) zur Befestigung des Batteriemoduls (1) aufweist.
Hierbei ist vorgesehen, dass mindestens eine der Endplatten (5) eine Innenwand (9), die mit dem Mittelteil (4) verbunden ist, einen mittleren deformierbaren Bereich (10) sowie einen äußeren Bereich (11) mit den Befestigungspunkten (6) zur Befestigung des Batteriemoduls (1) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul einer Hochvolt-Batterie für ein Elektrofahrzeug, wobei das Batteriemodul ein Batteriemodulgehäuse und eine Mehrzahl im Batteriemodulgehäuse angeordneter Batteriezellen aufweist, wobei das Batteriemodulgehäuse ein Mittelteil mit einem Hohlraum in dem die Batteriezellen angeordnet sind, sowie jeweils eine an zwei axialen Enden des Mittelteils angeordnete Endplatten aufweist, wobei die jeweilige Endplatte mehrere, quer zu einer Haupterstreckungsebene des Mittelteils ausgerichtete Befestigungspunkte zur Befestigung des Batteriemoduls aufweist.
  • Bei einem elektrisch oder teilelektrisch antreibbaren Fahrzeug werden gemäß dem Stand der Technik zahlreiche Batteriezellen zur Traktionsbatterie zusammengeschaltet. Die Gesamtbatterie, somit Traktionsbatterie, besteht dabei aus mehr als einhundert, teilweise bis zu mehreren tausend Batteriezellen. Die Batteriezellen einer Traktionsbatterie werden zu Untergruppen, vorliegend Batteriemodulen, zusammengeschaltet, welche meist eine jeweils identische Anzahl an Batteriezellen aufweisen und miteinander zur Traktionsbatterie zusammengeschaltet werden.
  • Batteriemodule weisen neben einer bestimmten Anzahl von Batteriezellen, welche elektrisch miteinander verbunden sind, ein Batteriemodulgehäuse auf, welches die Batteriezellen mechanisch hält, fixiert und schützt. Batteriemodulgehäuse bestehen nach dem Stand der Technik aus Metall oder auch Kunststoff. Häufig bestehen die Batteriemodulgehäuse aus einem Mittelteil, welches die Batteriezellen umschließt, sowie aus Endplatten, welche das Batteriemodulgehäuse schließen und meist zur mechanischen Befestigung des Batteriemoduls dienen. Dazu weist die Endplatte nach dem Stand der Technik häufig vertikale Durchgangslöcher, insbesondere zwei vertikale Durchgangslöcher auf. Die Endplatte besteht dabei aus Aluminium-Guss oder Kunststoff oder Metallblech oder einer Kombination aus Metall und Kunststoff.
  • Von besonderer Bedeutung ist bei der Konzeption von Batteriemodulen, dass diese grundsätzlich und insbesondere die Batteriezellen des Batteriemoduls bei einem Fahrzeugcrash weitgehend unbeschädigt bleiben.
  • In der CN 108923000 ist eine Batterie mit einer Crash-Struktur beschrieben.
  • In der DE 20 2016 100 631 U1 ist ein doppelwandiges Batteriegehäuse beschrieben. Zwischen einer Innenwandung und einer Außenwandung des Batteriegehäuses ist ein Hohlraum vorgesehen. Hierbei ist die Außenwandung wellenartig ausgeführt.
  • Die DE 10 2011 005 403 A1 offenbart ein Batteriegehäuse einer Unterflurbatterie eines Fahrzeugs, wobei eine zu einer Fahrbahn gerichtete Gehäusewandung abschnittsweise doppelwandig ausgeführt ist, wobei die doppelwandigen Abschnitte einen Hohlraum begrenzen.
  • Die DE 20 2016 100 629 U1 offenbart ein doppelwandiges Batteriegehäuse, wobei zwischen einer Innenwandung und einer Außenwandung ein Hohlraum vorgesehen ist, und wobei in dem Hohlraum zylindrische, versteifte Hohlkörper angeordnet sind.
  • Die Druckschriften EP 1 939 028 A1 und EP 2 837 048 A1 offenbaren eine Batterie, welche in einem Batterierahmen angeordnet ist, wobei der Batterierahmen dem Schutz der Batterie bei einem Crash dient.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Batteriemodul, das die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, so weiterzubilden, dass eine Beschädigung der Batteriezellen bei einem Crash verhindert werden kann.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch ein Batteriemodul, das gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
  • Das Batteriemodul der Hochvolt-Batterie weist ein Batteriemodulgehäuse und eine Mehrzahl im Batteriemodulgehäuse angeordneter Batteriezellen auf. Das Batteriemodulgehäuse weist ein Mittelteil mit einem Hohlraum in dem die Batteriezellen angeordnet sind, sowie jeweils eine an zwei axialen Enden des Mittelteils angeordnete Endplatten auf. Die jeweilige Endplatte weist mehrere, quer zu einer Haupterstreckungsebene des Mittelteils ausgerichtete Befestigungspunkte zur Befestigung des Batteriemoduls auf. Mindestens eine der Endplatten weist eine Innenwand, die mit dem Mittelteil verbunden ist, einen mittleren deformierbaren Bereich, ferner einen äußeren Bereich mit den Befestigungspunkten zur Befestigung des Batteriemoduls auf.
  • Diese Gestaltung des Batteriemoduls führt im Crash-Fall zu einer geringeren Intrusion in den zu schützenden inneren Bereich des Batteriemodulgehäuses. Die Lasteinleitung in das Batteriemodulgehäuse und insbesondere in das Mittelteil kann so erfolgen, dass die Befestigungspunkte als Ganzes im Crash leicht nach innen verschoben werden, sodass das im jeweiligen Befestigungspunkt angeordnete Befestigungsmittel keine zu dessen Versagen, insbesondere Bruch führende Verformung erfährt. Die wesentliche Verformung erfolgt im mittleren deformierbaren Bereich der Endplatte.
  • Um nach einem Unfall entscheiden zu können, ob ein Batteriemodul beschädigt wurde und ausgetauscht werden muss oder weiter verwendet werden kann, bietet die erfindungsgemäße Gestaltung des Batteriemoduls die Möglichkeit, den mittleren deformierbaren Bereich zwischen der Endplatte und den Befestigungspunkten zur Befestigung des Batteriemoduls zu begutachten. Bei der Deformation dieses mittleren deformierbaren Bereichs wird das Batteriemodul getauscht. Ist diese Zone nicht deformiert, kann das Batteriemodul weiter verwendet werden.
  • Von Vorteil ist es ferner, dass der mittlere deformierbare Bereich bei Krafteinleitung auf einem niedrigeren Lastniveau deformiert, bei dem der innere Teil des Batteriemoduls noch unbeschädigt ist. Dadurch müssen nur diejenigen Batteriemodule getauscht werden, welche eine Beschädigung der Deformationszone aufweisen. Hierdurch können Reparaturkosten für Kunden eingespart werden.
  • Vorzugsweise weisen beide Endplatten jeweils die mit dem Mittelteil verbundene Innenwand, den mittleren deformierbaren Bereich und den äußeren Bereich mit den Befestigungspunkten zur Befestigung des Batteriemoduls auf.
  • Das Batteriemodulgehäuse ist, bezogen auf dessen Längsrichtung, insbesondere in einer Querrichtung des Elektrofahrzeugs angeordnet. Bezogen auf eine übliche Orientierung handelt es sich somit um eine Y-Richtung des Elektrofahrzeugs, bei Definition einer Fahrzeuglängsrichtung X und einer Fahrzeughochrichtung Z.
  • Die Endplatte ist insbesondere als Extrusionsprofil ausgebildet. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein Aluminium-Strangpressprofil.
  • Die Endplatte ist insbesondere mit einer Extrusionsrichtung der Endplatte in der Hochrichtung Z des Elektrofahrzeugs angeordnet.
  • Der deformierbare Bereich ist vorteilhaft durch zumindest eine Hohlkammer gebildet, die zwischen den die Befestigungspunkte bildenden Komponenten und der Innenwand angeordnet ist. Der insbesondere in einer Y-Richtung deformierbare Bereich wird somit durch die zumindest eine Hohlkammer gebildet, die insbesondere zwischen äußeren mechanischen Befestigungspunkten und der Innenwand angeordnet ist.
  • Insbesondere wird ein Raum für die Batteriezellen innerhalb des Batteriemoduls durch das Mittelteil und die Innenwände umschlossen.
  • Vorteilhaft ist die Innenwand mechanisch mit dem Mittelteil verbunden. Dies ermöglicht eine einfache Montage und Demontage der Innenwand bezüglich des Mittelteils. Dies ist sowohl bei der Montage als auch bei der Reparatur des Batteriemoduls von Vorteil.
  • Von Vorteil ist es ferner, wenn die Innenwand abgedichtet mit dem Mittelteil verbunden ist. Die Innenwand der Endplatte dichtet mit dem Mittelteil des Batteriemodulgehäuses die Batteriezellen gegen Medien und Umwelteinflüsse ab.
  • Die mechanische Befestigung des Batteriemoduls erfolgt insbesondere über Durchgangslöcher im äußeren Bereich der Endplatte. Hierbei ist eine mechanische Befestigung mittels Schraubverbindung besonders vorteilhaft. Diese Verbindung lässt sich einfach herstellen und auch wieder einfach lösen.
  • Insbesondere bilden die Durchgangslöcher Hohlräume von Anschraubdomen und/oder es bildet der mittlere deformierbare Bereich Hohlräume, die zwischen den Anschraubdomen und der Innenwand gebildet sind.
  • Die Anschraubdome sind insbesondere mittels Stegen mit der Innenwand verbunden. Hierbei sind die Anschraubdome vorzugsweise mittels der Stege einteilig mit der Innenwand verbunden.
  • Von Vorteil ist es ferner, wenn die Stege diagonal oder bogenförmig zwischen den Anschraubdomen und der Innenwand angeordnet sind. Die Stege sind somit nicht auf den direkten kürzesten Wegen, sondern diagonal oder bogenförmig positioniert, sodass eine Verringerung des Abstands der Anschraubdome zur Innenwand mittels plastischer Verformung der Deformationszone und durch damit einhergehende Verkleinerung der die Deformationszonen bildenden Hohlkammern möglich ist, ohne dass die Innenwand dabei wesentlich in das Batteriemodulinnere mit den Batteriezellen gedrückt wird.
  • Von Vorteil ist es ferner, wenn die Endplatte eine ebene extrudierte Außenwand aufweist, die einen weiteren Hohlraum mit der Innenwand und den die Durchgangslöcher umschließenden Stegen bildet. Somit ist die Außenwand nur indirekt mit der Innenwand verbunden und es wird zwischen Innenwand und Außenwand ein in entgegengesetzte Richtungen offener Hohlraum, insbesondere ein nach oben und unten offener Hohlraum gebildet.
  • Unter diesem Aspekt ist auch der vorstehend verwendete Begriff der Hohlkammer zu verstehen. Eine Hohlkammer kann durch einen offenen Hohlraum gebildet sein.
  • Von der Innenwand aus können gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung Stege nach innen in das Mittelteil stehen, sodass sie einen im Crash-Fall günstigen Formschluss schaffen. Insbesondere sind diese Stege einteilig verbundene stranggepresste Stege, die nach innen in Y-Richtung ragen und im Crash-Fall einen günstigen Formschluss, bei Belastung von vorn, somit in X-Richtung, bilden.
  • Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Batteriemoduls nebst dessen Weiterbildungen sind ein robustes Crash-Verhalten, eine Gewichtsreduktion und eine Kostenreduktion im Reparaturfall.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung der in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiele, ohne hierauf beschränkt zu sein.
  • Es zeigt:
    • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Batteriemoduls einer Hochvolt-Batterie, veranschaulicht in einer räumlichen Darstellung,
    • 2 einen Schnitt durch das Batteriemodul im Bereich einer der beiden Endplatten des Batteriemoduls, geschnitten in einer X-Y-Ebene,
    • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Batteriemoduls einer Hochvolt- Batterie, veranschaulicht in einer räumlichen Darstellung,
    • 4 einen Schnitt durch das in 3 gezeigte Batteriemodul im Bereich einer der beiden Endplatten des Batteriemoduls, geschnitten in einer X-Y-Ebene.
  • Figurenbeschreibung
  • Die 1 und 2 zeigen für das erste Ausführungsbeispiel ein Batteriemodul 1 einer Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug. Das Batteriemodul 1 weist ein Batteriemodulgehäuse 2 und eine Mehrzahl im Batteriemodulgehäuse 2 angeordnete Batteriezellen 3 auf. Das Batteriemodulgehäuse 2 weist ein Mittelteil 4 mit einem Hohlraum, in dem die Batteriezellen 3 angeordnet sind, sowie jeweils eine an zwei axialen Enden des Mittelteils 4, bezogen auf die Y-Achse, angeordnete Endplatten 5 auf. Von diesen beiden Endplatten 5 ist nur eine Endplatte 5 veranschaulicht, die andere Endplatte ist identisch ausgebildet. Die jeweilige Endplatte 5 weist mehrere, quer zu einer Haupterstreckungsebene X-Y des Mittelteils 4 ausgerichtete, somit in Z-Richtung ausgerichtete Befestigungspunkte 6 zur Befestigung des Batteriemoduls 1 auf.
  • Das Batteriemodulgehäuse 2 ist durch zwei parallele schmale Seitenwände 7 und diese verbindende, parallel zueinander angeordnete breitere Seitenwände 8 gebildet. Somit ist das Batteriemodulgehäuse 2 stirnseitig, im Bereich der beiden Ebenen X-Z offen. Dort ist das Mittelteil 4 mittels der beiden mechanisch mit dem Mittelteil 4 verbundenen Endplatten 5 verschlossen. Die Endplatten 5 dichten das Mittelteil 4 ab.
  • Die jeweilige Endplatte 5 weist eine Innenwand 9, die die Verbindung zum Mittelteil 4 darstellt, auf, ferner einen mittleren deformierbaren Bereich 10 und einen äußeren Bereich 11 mit den Befestigungspunkten 6 zur Befestigung des Batteriemoduls 1 auf. Die Befestigung des Batteriemoduls 1 erfolgt an einem Batteriekasten oder einer Karosserie des Elektrofahrzeugs.
  • Die Endplatte 5 ist als Extrusionsprofil ausgebildet, konkret als Aluminium-Strangpressprofil ausgebildet. Die Extrusionsrichtung der Endplatte 5 ist in Z-Richtung. Der deformierbare Bereich 10 weist eine Hohlkammer 12 auf, die in Z-Richtung offen ist. Die Hohlkammer 12 ist zwischen der Innenwand 9 und dem jeweiligen Befestigungspunkt 6 angeordnet. Der Raum für die Batteriezellen 3 innerhalb des Batteriemoduls 1 wird durch das Mittelteil 4 und die beiden Endplatten 5 umschlossen.
  • Die Befestigung des Batteriemoduls 1 im Bereich der den beiden Endplatten 5 zugeordneten vier Befestigungspunkten 6 erfolgt mechanisch, insbesondere mittels einer Schraubverbindung. Hierzu weist im Bereich des jeweiligen Befestigungspunkts 6 ein Anschraubdom 13 ein Durchgangsloch 14 in Z-Richtung auf. Der mittlere deformierbare Bereich 9 weist ferner zwischen der Innenwand 9 und den beiden dieser zugeordneten Anschraubdomen 13 einen weiteren Hohlraum 15 auf.
  • Die Anschraubdome 13 sind mittels Stegen 16 einteilig mit der Innenwand 9 verbunden. Der jeweilige Steg 16 verläuft bogenförmig zwischen dem zugeordneten Anschraubdom 13 und der Innenwand 9.
  • Die Endplatte 5 weist ferner eine ebene Außenwand 17 auf, die den Hohlraum 15 in Abstand zur Innenwand 9 und den Anschraubdomen 13 begrenzt. Schrauben zum Verbinden der Endplatte 5 mit dem Mittelteil 4 sind mit der Bezugsziffer 18 bezeichnet.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel verbindet die Außenwand 17 die Anschraubdome 13. In dem der Innenwand 9 abgewandten Bereich Stege 19 sind diese auf der der Außenwand 17 abgewandten Seite der Anschraubdome 13 mit den Anschraubdomen 13 verbunden und ferner mit der Innenwand 9 im Bereich deren abgewandten Enden, bezogen auf deren Erstreckung in X-Richtung verbunden. Die Stege 19 tragen damit zur weiteren Versteifung der Endplatte 5 bei.
  • Betreffend das Batteriemodul 1 sind mit der Bezugsziffer 20 Bereiche elektrischer Kontakte des Batteriemoduls 1 veranschaulicht.
  • Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß der 3 und 4 unterscheidet sich von demjenigen nach den 1 und 2 im Wesentlichen dadurch, dass dieses keine Außenwand 17 und keine Stege 19 aufweist. Die Stege 16 sind nicht in dem der Innenwand 9 zugewandten Bereich des jeweiligen Anschraubdoms 13 angeordnet, sondern greifen am jeweiligen Anschraubdom 13 auf dessen der Innenwand 9 abgewandten Seite an.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • CN 108923000 [0005]
    • DE 202016100631 U1 [0006]
    • DE 102011005403 A1 [0007]
    • DE 202016100629 U1 [0008]
    • EP 1939028 A1 [0009]
    • EP 2837048 A1 [0009]

Claims (19)

  1. Batteriemodul (1) einer Hochvolt-Batterie für ein Elektrofahrzeug, wobei das Batteriemodul (1) ein Batteriemodulgehäuse (2) und eine Mehrzahl im Batteriemodulgehäuse (2) angeordneter Batteriezellen (3) aufweist, wobei das Batteriemodulgehäuse (2) ein Mittelteil (4) mit einem Hohlraum in dem die Batteriezellen (3) angeordnet sind, sowie jeweils eine an zwei axialen Enden des Mittelteils (4) angeordnete Endplatten (5) aufweist, wobei die jeweilige Endplatte (5) mehrere, quer zu einer Haupterstreckungsebene des Mittelteils (4) ausgerichtete Befestigungspunkte (6) zur Befestigung des Batteriemoduls (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Endplatten (5) eine Innenwand (9), die mit dem Mittelteil (4) verbunden ist, einen mittleren deformierbaren Bereich (10) sowie einen äußeren Bereich (11) mit den Befestigungspunkten (6) zur Befestigung des Batteriemoduls (1) aufweist.
  2. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Endplatten (5) jeweils die mit dem Mittelteil (4) verbundene Innenwand (9), den mittleren deformierbaren Bereich (10) und den äußeren Bereich (11) mit den Befestigungspunkten (6) zur Befestigung des Batteriemoduls (1) aufweisen.
  3. Batteriemodul nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Batteriemodulgehäuse (2), das in dessen Längsrichtung in einer Querrichtung (Y) des Elektrofahrzeugs angeordnet ist.
  4. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatte (5) als Extrusionsprofil ausgebildet ist.
  5. Batteriemodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatte (5) als Aluminium-Strangpressprofil ausgebildet ist.
  6. Batteriemodul nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Endplatte (5) mit Extrusionsrichtung der Endplatte (5) in einer Hochrichtung (Z) des Elektrofahrzeugs.
  7. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der deformierbare Bereich (10) durch zumindest eine Hohlkammer (12) gebildet ist, die zwischen den die Befestigungspunkte (6) bildenden Komponenten und der Innenwand (9) angeordnet ist.
  8. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Raum für die Batteriezellen (3) innerhalb des Batteriemoduls (1) durch das Mittelteil (4) und die Innenwände (9) umschlossen wird.
  9. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (9) mechanisch mit dem Mittelteil (4) verbunden ist.
  10. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (9) abgedichtet mit dem Mittelteil (4) verbunden ist.
  11. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Batteriemoduls (1) mechanisch erfolgt.
  12. Batteriemodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Befestigung des Batteriemoduls (1) über Durchgangslöcher (14) in äußeren Bereichen der Endplatte (5) erfolgt.
  13. Batteriemodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Befestigung mittels Schraubverbindung erfolgt.
  14. Batteriemodul nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (14) Hohlräume von Anschraubdomen (13) bilden und/oder der mittlere deformierbare Bereich (10) Hohlräume (12) bildet, die zwischen den Anschraubdomen (13) und der Innenwand (9) gebildet sind.
  15. Batteriemodul nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschraubdome (13) mittels Stegen (16) mit der Innenwand (9) verbunden sind.
  16. Batteriemodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschraubdome (13) mittels der Stege (16) einteilig mit der Innenwand (9) verbunden sind.
  17. Batteriemodul nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (16) diagonal oder bogenförmig zwischen den Anschraubdomen (13) und der Innenwand (9) angeordnet sind.
  18. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatte (8) eine ebene Außenwand (17) aufweist, die einen weiteren Hohlraum (15) mit der Innenwand (9) und den Anschraubdomen (13) bildet.
  19. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Innenwand (9) verbundene Stege in das Mittelteil (4) ragen.
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