DE102019203262A1

DE102019203262A1 - Batteriegehäuse mit funktionsapplizierter Segmentierung

Info

Publication number: DE102019203262A1
Application number: DE102019203262.1A
Authority: DE
Inventors: Wolf Zahn; Dennis Mehlo
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2020-09-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse (1) eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrrads (10), wobei das Batteriegehäuse (1) ausgebildet ist zur Aufnahme und zum Schutz von Batteriezellen (2), umfassend: ein erstes Segment (3), welches aus einem ersten Material mit einer ersten Duktilität gebildet ist und vorgesehen ist, um eine plastische Verformung zur Absorption einer Aufprallenergie einzugehen, und ein zweites Segment (4), welches aus einem zweiten Material mit einer zweiten Duktilität gebildet ist und vorgesehen ist, um eine hohe Steifigkeit und ein geringes Gewicht des Batteriegehäuses (1) zu bewirken, wobei die zweite Duktilität kleiner als die erste Duktilität ist, wobei sich das Batteriegehäuse (1) entlang einer Längsachse (5) erstreckt, und wobei sich das erste Segment (3) und das zweite Segment (4) jeweils über eine gesamte Länge (L) des Batteriegehäuses (1) und entlang der Längsachse (5) erstrecken.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrrads, sowie ein Batteriesystem und ein solches Fahrzeug.
Bekannt sind Batteriegehäuse zur Aufnahme von Batteriezellen. Ein solches Batteriegehäuse ist beispielsweise in der DE 10 2013 210 932 A1 beschrieben. Das Batteriegehäuse ist dabei zur Befestigung und auch zum Schutz der Batteriezellen vorgesehen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Batteriegehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bietet demgegenüber den Vorteil eines hinsichtlich Schutzfunktion, Gewicht sowie Volumen verbesserten Batteriegehäuses. Bei dem Batteriegehäuse handelt es sich um ein Batteriegehäuse eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugs. Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein Elektrofahrrad. Das Batteriegehäuse ist ausgebildet zur Aufnahme von Batteriezellen. Das Batteriegehäuse bildet dabei einen geschlossenen Aufnahmeraum für Batteriezellen und umgreift die Batteriezellen. Somit bietet das Batteriegehäuse einen Schutz vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor Wasser, und zudem einen Berührschutz, indem das Batteriegehäuse eine Kapselung der Batteriezelle bereitstellt. Das Batteriegehäuse bietet somit bei einem sehr geringen Gewicht einen besonders hohen Schutz der Batteriezellen. Insbesondere bei einem Einsatz im Elektrofahrrad sind besondere Anforderungen sowohl in Bezug auf eine ausreichende Schutzfunktion sowie einem niedrigen Gewicht, als auch eine optische Erscheinung an das Batteriegehäuse gegeben, da dieses beim Elektrofahrrad konstruktionsbedingt meist frei oder zumindest leicht zugänglich ist. Diese Anforderungen werden erfindungsgemäß dadurch erfüllt, dass das Batteriegehäuse ein erstes und ein zweites Segment umfasst, welche aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind. Das erste Segment ist aus einem ersten Material mit einer ersten Duktilität gebildet. Weiterhin ist das zweite Segment aus einem zweiten Material mit einer zweiten Duktilität gebildet. Die zweite Duktilität ist dabei niedriger als die erste Duktilität.
Das erste Segment weist somit eine höhere erste Duktilität auf und bietet dadurch eine plastische Verformbarkeit, wenn eine hohe Krafteinwirkung, insbesondere in Form einer Scherbelastung, auf das erste Segment wirkt. Dadurch kann das erste Segment eine Aufprallenergie, beispielsweise bei einem Crash des Fahrzeugs, aufnehmen. Als erstes Material wird somit ein Material mit einer gewissen Zähigkeit angesehen, welches unter einer Krafteinwirkung dauerhaft plastisch verformbar ist, insbesondere bevor ein Bruch und ein Splittern auftritt. Insbesondere liegt die erste Duktilität dabei in einem Bereich der Duktilität von Aluminium. Vorzugsweise liegt eine erste Bruchdehnung des ersten Materials im Bereich von mindestens 30% und bis 70%, besonders bevorzugt im Bereich von 45% bis 60%.
Das zweite Material weist weiterhin eine zweite Duktilität auf, welche deutlich geringer ist als die erste Duktilität. Vorzugsweise ist die zweite Duktilität dabei gleich Null und das zweite Material ist somit ein sprödes Material. Vorteilhafterweise liegt eine zweite Bruchdehnung des zweiten Materials im Bereich von 0% bis 5%, besonders bevorzugt bei maximal 2%. Das zweite Segment weist somit eine hohe Sprödigkeit auf und zeichnet sich somit durch eine hohe Steifigkeit und Härte aus. Als sprödes Material wird dabei ein Material mit einer hohen Sprödigkeit angesehen welches sich nicht plastisch, sondern nur elastisch verformen lässt und bei Überschreiten seiner Elastizitätsgrenze bricht, und insbesondere splittert. Das zweite Segment bewirkt dabei durch die hohe Steifigkeit und Härte des zweiten Materials ein besonders geringes Gewicht des Batteriegehäuses. Die hohe Steifigkeit und das geringere Gewicht werden dabei im Vergleich zu einem Gehäuse gesehen, welches ausschließlich aus einem einzigen Material, beispielsweise Aluminium oder Kunststoff gebildet ist.
Weiterhin erstreckt sich das Batteriegehäuse entlang einer Längsachse. Vorzugsweise ist das Batteriegehäuse dabei länglich ausgebildet, insbesondere in Form eines geraden Prismas. Weiter bevorzugt weist das Batteriegehäuse eine Länge in Richtung der Längsachse auf, welche ein Vielfaches von einer maximalen Breite senkrecht zur Längsachse beträgt. Das Batteriegehäuse kann dabei verschiedenste Querschnitte aufweisen. Besonders günstig ist es, wenn das Batteriegehäuse in einer Ebenen senkrecht zur Längsachse einen Querschnitt in Form eines Achtecks aufweist.
Das erste Segment und das zweite Segment erstrecken sich dabei jeweils über die gesamte Länge des Batteriegehäuses und entlang der Längsachse. Das heißt, das Batteriegehäuse umfasst entlang einer Umfangsrichtung betrachtet einen Teilbereich welcher aus dem ersten Material gebildet ist, und einen Teilbereich welcher aus dem zweiten Material gebildet. Besonders günstig ist es dabei, wenn ein Volumenanteil des ersten Segments mindestens 30% und maximal 80%, vorzugsweise von 45% bis 60%, eines Gesamtvolumens des Batteriegehäuses beträgt.
Durch diese funktionsapplizierte Segmentierung des Batteriegehäuses, also das Vorsehen des Batteriegehäuses aus verschiedenen Segmenten, welche unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen, ist es besonders einfach und kostengünstig möglich, die Anforderungen, welche im realen Einsatz an das Batteriegehäuse gestellt werden, zu erfüllen. So kann einerseits durch das zweite Segment aus dem zweiten Material eine hohe Steifigkeit und ein geringes Gewicht des Batteriegehäuses erzielt werden. Gleichzeitig kann durch das erste Segment aus dem ersten Material eine besonders sichere Einhausung für Batteriezellen bereitgestellt werden. Durch die plastische Verformbarkeit des ersten Segments, kann sich dieses bei extremen Belastungen, beispielsweise bei einem Crash, verformen ohne dass das Batteriegehäuse aufbricht. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Batteriegehäuse auch bei solchen extremen Belastungen geschlossen bleibt und somit weiter die Funktion der Einkapselung des Batteriegehäuses erfüllt. Das heißt, das Batteriegehäuse bleibt auch nach starker Gewalteinwirkung geschlossen und verhindert zuverlässig ein Eindringen von externen Umwelteinflüssen, wie z.B. Wasser, in das Batteriegehäuse. Zudem kann das erste Segment durch dessen plastische Verformbarkeit eine gewisse Aufprallenergie aufnehmen, um einen noch besseren mechanischen Schutz für eingehauste Batteriezellen bereitzustellen.
Insbesondere bei einem Einsatz in Elektrofahrrädern bietet das erfindungsgemäße Batteriegehäuse dabei Vorteile im Hinblick auf Sicherheit und Handhabung. Da das Batteriegehäuse bei einem Elektrofahrrad in der Regel unmittelbar oder leicht zugänglich ist für einen Benutzer, ist es besonders vorteilhaft, jederzeit eine sichere und zuverlässige Einhausung und Kapselung der Batteriezelle sicherzustellen. Vor allem auch bei extremen Belastungen, die beispielsweise bei einem Unfall auftreten können, ist ein zuverlässig geschlossenes Batteriegehäuse erforderlich. Zudem ist bei Elektrofahrrädern nicht nur für den Betrieb des Elektrofahrrads beim Fahren oder beim Schieben, sondern auch bei einer Handhabung des Batteriesystems, beispielsweise wenn das Batteriesystem für einen Austausch aus dem Elektrofahrrad ausgebaut wird, ein möglichst geringes Gewicht des Batteriesystems erwünscht. Dies alles wird durch das erfindungsgemäße Batteriegehäuse besonders vorteilhaft erreicht.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Bevorzugt ist das erste Material Aluminium. Aluminium weist eine hohe Duktilität auf und eignet sich somit besonders gut, um eine hohe plastische Verformung bei Extrembelastungen des Batteriegehäuses zu ermöglichen. Zudem ist ein erstes Segment aus Aluminium besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Vor allem ist dadurch auch eine sehr flexible Gestaltung der Geometrie des ersten Segments möglich.
Besonders bevorzugt ist das zweite Material kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, kurz CFK, auch Carbon genannt. CFK bietet ein sehr steifes und sprödes Verhalten mit besonders niedriger zweiter Duktilität, wodurch Material und Volumen eingespart werden kann, um eine besonders hohe Gewichtsreduzierung des Batteriegehäuses zu ermöglichen. Zudem kann durch die hohe Steifigkeit von CFK eine besonders gute Kompensation und Absorption von in einem Normalbetrieb des Fahrzeugs auftretenden Stößen und Krafteinwirkungen am Batteriegehäuse erzielt werden, um ein besonders stabiles Batteriegehäuse bereitzustellen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erste Segment und das zweite Segment mittels einer Klebeverbindung miteinander verbunden sind. Dadurch ist eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Batteriegehäuses möglich. Zudem kann durch Verkleben der beiden Segmente miteinander einfach und zuverlässig sichergestellt werden, dass das Batteriegehäuse gegenüber einem Eintritt von Wasser abgedichtet ist.
Vorzugsweise ist sowohl das erste Segment als auch das zweite Segment zumindest teilweise an einer Außenseite des Batteriegehäuses vorgesehen. Das heißt, die Außenseite, also eine äußere Oberfläche des Batteriegehäuses, ist durch die beiden verschiedenen Materialien gebildet. Dadurch ist eine besonders optimale Funktionstrennung, also eine Verhinderung von Aufbrechen des Batteriegehäuses bei extremen Belastungen durch das erste Material und eine Gewichtsreduktion durch das zweite Material, der beiden Segmente als Teil des Batteriegehäuses möglich.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Batteriegehäuse mehrere zweite Segmente umfasst. Die zweiten Segmente sind dabei jeweils plattenförmig, und insbesondere identisch, ausgebildet. Somit ist eine besonders einfache Herstellung und Handhabung der zweiten Segmente bei der Herstellung und beim Zusammenbau des Batteriegehäuses möglich. Zudem ist durch mehrere plattenförmige zweite Segmente eine besonders einfache und effiziente Versteifung des Batteriegehäuses möglich, um eine hohe Stabilität bei niedrigem Gewicht und Volumen zu erhalten.
Bevorzugt umfasst das Batteriegehäuse mehrere erste Segmente. Diese sind jeweils als Extrusionsprofil ausgebildet. Vorzugsweise sind die mehreren ersten Segmente dabei identisch. Besonders günstig ist es, wenn die ersten Segmente jeweils eine Länge aufweisen, welche ein Vielfaches einer Dicke und/oder einer Breite der ersten Segmente beträgt. Extrusionsprofile als erste Segmente bieten eine besonders einfache und kostengünstige Herstellbarkeit und zudem eine hohe Flexibilität bei der Querschnittsgeometrie der ersten Segmente.
Vorteilhafterweise sind die ersten Segmente in einer Gerüststruktur angeordnet. Das heißt, die ersten Segmente sind gerüstartig als Streben angeordnet und bilden somit ein Grundgerüst des Batteriegehäuses. Besonders bevorzugt sind die ersten Segmente jeweils parallel zueinander angeordnet. Die zweiten Segmente sind dabei im Wesentlichen zwischen den ersten Segmenten angeordnet und verbinden die ersten Segmente miteinander. Dadurch wird mittels der ersten Segmente und zweiten Segmente ein rohrförmiges, umlaufend geschlossenes Gehäuse gebildet durch. In anderen Worten sind die ersten Segmente in der Gerüststruktur angeordnet, wobei die plattenförmigen zweiten Segmente so angeordnet und eingerichtet sind, dass Zwischenräume zwischen den ersten Segmenten durch die zweiten Segmente geschlossen werden. Insbesondere verbindet dabei jeweils ein zweites Segment zwei erste Segmente miteinander und überdeckt den Zwischenraum zwischen diesen beiden ersten Segmenten. Dadurch kann eine besonders platzsparende und einfach herzustellende Konstruktion des Batteriegehäuses erzielt werden. Zudem können die ersten Segmente genau so angeordnet werden, um optimale Lastaufnahmepunkte zur Absorption der Aufprallenergie bereitzustellen.
Besonders bevorzugt ist das erste Segment rohrförmig und umlaufend geschlossen ausgebildet. Das heißt, es ist nur ein einzelnes erstes Segment vorgesehen, welches einstückig ausgebildet ist und ein umlaufend geschlossenes ringförmiges Element bildet. Besonders günstig ist es dabei, wenn das rohrförmige erste Segment ebenfalls als Extrusionsprofil ausgebildet ist. Somit wird ein besonders großer Bereich des Aufnahmeraums, in welchem die Batteriezelle angeordnet werden kann, durch das erste Segment umschlossen. Durch die plastische Verformbarkeit des ersten Segments ist somit ein besonders guter Schutz von Batteriezellen möglich durch eine große Fläche, welche zur Absorption der Aufprallenergie zur Verfügung steht und somit eine optimale Kapselung möglich macht.
Vorzugsweise ist das zweite Segment zumindest an einem Teilbereich einer Außenseite des ersten Segments angeordnet. Besonders günstig ist es dabei, wenn das zweite Segment mittels einer Klebeverbindung auf das erste Segment auflaminiert ist. Das zweite Segment verstärkt somit das erste Segment an den entsprechenden Stellen und erhöht die Steifigkeit des gesamten Batteriegehäuses. Das zweite Segment bietet somit insbesondere einen Schutz des ersten Segments bei kleinerer und mittlerer mechanischer Beanspruchung, wie beispielsweise durch einen Steinschlag. Besonders günstig ist es dabei, wenn mehrere zweite Segmente vorgesehen sind, welche jeweils auf einen Teilbereich eines Außenumfangs des ersten Segments auflaminiert sind. Dadurch kann an dem ersten Segment Material eingespart werden, wodurch ein besonders niedriges Gewicht und Volumen des Batteriegehäuses bei hoher Steifigkeit möglich ist.
Bevorzugt umfasst das Batteriegehäuse ferner zumindest einen Deckel, welcher einen elektrischen Kontakt und/oder ein Schloss aufweist. Der elektrische Kontakt ist zur Durchkontaktierung durch das Batteriegehäuse vorgesehen und somit eingerichtet, eine elektrische Energie von einer in dem Batteriegehäuse aufnehmbaren Batteriezelle an einen Anschluss außerhalb des Batteriegehäuses, beispielsweise einem Stecker, zu transportieren. Das Schloss ist ferner eingerichtet, das Batteriegehäuse an dem Fahrzeug zu fixieren. Beispielsweise kann das Schloss eine Verriegelungslasche und/oder ein Zylinderschloss und/oder eine andere Verriegelungseinrichtung umfassen, wobei jeweils eine Fixierung des Batteriegehäuses am Fahrzeug durch eine mechanische Verriegelung erzielt wird. Die mechanische Verriegelung ist beispielsweise mittels eines Schlüssels oder einer Zahlenkombination verschließbar und freigebbar. Weiterhin ist der Deckel an zumindest einem axialen Ende des Batteriegehäuses angeordnet. Dabei ist der Deckel vorzugsweise an dem ersten Segment angeschraubt. Eine Verschraubung des Deckels an dem ersten Segment ist dabei aufgrund der hohen Duktilität des ersten Materials besonders einfach möglich. Insbesondere sind Deckel und erstes Segment mittels selbstfurchender Schrauben miteinander verschraubt. Zudem können dadurch hohe mechanische Belastungen, welche beispielsweise bei einem Aufprall auf den Deckel wirken, in das erste Segment eingeleitet und durch die plastische Verformung des ersten Segments absorbiert werden. Der Deckel kann für eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit aus Kunststoff gebildet sein. Alternativ kann der Deckel auch aus dem ersten Material und/oder dem zweiten Material gebildet sein.
Weiterhin führt die Erfindung zu einem Batteriesystem, welches zumindest ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse umfasst. Ferner umfasst das Batteriesystem zumindest eine Batteriezelle welche in dem Batteriegehäuse aufgenommen ist. Das Batteriesystem zeichnet sich dabei durch einen besonders guten Schutz der Batteriezelle aus und weist zudem ein geringes Gewicht auf.
Ferner betrifft die Erfindung ein mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbares Fahrzeug, welches das Batteriesystem umfasst. Bevorzugt handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Elektrofahrrad. Dabei ist es außerdem besonders günstig, wenn das Batteriesystem an oder innerhalb einem Fahrzeugrahmen des Fahrzeugs befestigt ist. Beispielsweise kann das Batteriesystem an einem Unterrohr des Elektrofahrrads befestigt sein. Alternativ kann das Batteriesystem auch in das Unterrohr integriert sein.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:

1 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Elektrofahrrads mit einem Batteriegehäuse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Ansicht des Batteriegehäuses der 1, und
3 eine Ansicht eines Batteriegehäuses gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung
Die 1 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugs, welches hier als Elektrofahrrad 10 ausgeführt ist. Das Elektrofahrrad 10 umfasst ein Batteriesystem 15 mit einer Batteriezelle 2, welche in einem Batteriegehäuse 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordnet ist. Die Batteriezelle 2 dient als Energiespeicher, um einen Elektromotor 14 des Elektrofahrrads 10 mit elektrischer Energie zu versorgen.
Das Batteriegehäuse 1 ist an einem Fahrzeugrahmen 11 des Elektrofahrrads 10 angeordnet. Im Detail ist das Batteriegehäuse 1 mit einem Unterrohr 16 des Fahrzeugrahmens 11 verschraubt. Eine genaue Ausgestaltung des Batteriegehäuses 1 ist in Bezug auf die 2 beschrieben.
Die 2 zeigt eine detailliertere Ansicht des Batteriegehäuses 1 der 1. Das Batteriegehäuse 1 ist aus mehreren Segmenten 3, 4 gebildet und erstreckt sich entlang einer Längsachse 5 mit einer Länge L. Jedes einzelne der Segmente 3, 4 erstreckt sich jeweils über die gesamte Länge L des Batteriegehäuses 1. Dabei sind zwei unterschiedliche Arten an Segmenten 3, 4, welche aus verschiedenen Materialien gebildet sind, vorgesehen. Im Detail umfasst das Batteriegehäuse 1 vier erste Segmente 3, welche aus einem ersten Material gebildet sind, und vier zweite Segmente 4, welche aus einem zweiten Material gebildet sind. Das erste Material ist dabei Aluminium und das zweite Material ist kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, kurz CFK oder auch als Carbon bezeichnet. Aluminium weist dabei eine erste Duktilität auf, welche signifikant größer ist als eine zweite Duktilität des CFK. Insbesondere wird Aluminium als erstes Material mit einer Bruchdehnung von 60% verwendet. Durch die hohe erste Duktilität ist das Aluminium gut plastisch verformbar und kann somit eine Aufprallenergie absorbieren, wie nachfolgend näher beschrieben.
CFK ist dagegen ein sehr sprödes Material, welches eine hohe Sprödigkeit aufweist und nicht elastisch verformbar ist. Insbesondere wird dabei CFK als zweites Material mit einer Bruchdehnung von 1 % verwendet. Das heißt CFK weist eine Duktilität von zumindest näherungsweise Null auf. Dadurch bietet CFK eine sehr hohe Steifigkeit und Härte bei gleichzeitig sehr niedrigem Gewicht. Vor allem kann durch die hohe Steifigkeit des CFK Material eingespart werden, was weiter zu einer Gewichtsreduzierung des Batteriegehäuses 1 führt.
Aufgrund der besonderen, stark unterschiedlichen Materialeigenschaften der ersten Segmente 3 und der zweiten Segmente 4, sind diese jeweils entsprechend ihrer Funktion geformt und angeordnet um das hinsichtlich Gewicht und Schutzfunktion optimierte Batteriegehäuse 1 zu bilden. Die ersten Segmente 3 sind dabei jeweils als Extrusionsprofil ausgebildet. Das heißt, jedes der ersten Segmente 3 weist einen über seine Länge L gleichbleibenden Querschnitt auf. Zudem beträgt die Länge L der ersten Segmente 3 ein Vielfaches einer Dicke D3 der ersten Segmente3. Die ersten Segmente 3 sind zudem jeweils parallel zur Längsachse 5 angeordnet und bilden eine Gerüststruktur des Batteriegehäuses 1.
Die zwei oben angeordneten ersten Segmente 3 weisen außerdem jeweils ein Flankenelement 32 auf, welches sich jeweils seitlich von dem ersten Segment 3 und in Umfangsrichtung des Batteriegehäuses 1 erstreckt. Die beiden Flankenelemente 32 weisen dabei zueinander hin. Außerdem sind die Flankenelemente 32 jeweils von einem der zweiten Segmente 4 überdeckt.
Dadurch ergibt sich ein einfacher Zusammenbau des Batteriegehäuses 1 und ein an besonders gut an die im Betrieb auftretenden Beanspruchungen angepasstes Batteriegehäuse 1, wie nachfolgend genauer beschrieben.
Die zweiten Segmente 4 sind plattenförmig ausgebildet. Jedes zweite Segment 4 ist jeweils zwischen zwei ersten Segmenten 3 angeordnet und verbindet diese miteinander. Dadurch sind Freiräume zwischen den ersten Segmenten 3 durch die zweiten Segmente 4 geschlossen wodurch das rohrförmige und umlaufend geschlossene Batteriegehäuse 1 gebildet wird. Das Batteriegehäuse 1 weist somit einen Querschnitt im Wesentlichen in Form eines Achtecks auf. Die ersten Segmente 3 und die zweiten Segmente 4 sind dabei jeweils mittels einer Klebeverbindung stoffschlüssig miteinander verbunden, um ein stabiles und gegenüber einem Eindringen von Wasser dichtes Batteriegehäuse 1 zu erhalten.
Jedes der ersten Segmente 3 und der zweiten Segmente 4 ist zumindest teilweise an einer Außenseite 7 des Batteriegehäuses 1 vorgesehen. Das heißt, die Außenseite 7 des Batteriegehäuses 1 ist abschnittsweise aus beiden Materialien gebildet.
Weiterhin umfasst das Batteriegehäuse 1 zwei Deckel 8a, 8b, welche jeweils ein axiales Ende des Batteriegehäuses 1 bilden. Das Batteriegehäuse 1 ist dabei in der 1 in teilweise geöffnetem Zustand dargestellt, das heißt ein zweiter Deckel 8b ist mit dem Verbund aus ersten Segmenten 3 und zweiten Segmenten 4 verschraubt, wobei ein erster Deckel 8a nicht verschraubt und separat dargestellt ist. Die Deckel 8a, 8b weisen dabei den gleichen Querschnitt wie das Batteriegehäuse 1 auf und sind somit im zusammengebauten Zustand fluchtend mit dem Batteriegehäuse 1. Zudem sind die Deckel 8a, 8b jeweils aus Kunststoff ausgebildet. Eine Befestigung der Deckel 8a, 8b an dem Batteriegehäuse 1 erfolgt jeweils mittels Schrauben 83. Zur Befestigung der Deckel 8a, 8b werden die Schrauben 83 in die ersten Segmente 3 eingeschraubt. Die Schrauben 83 sind dabei selbstfurchende Schrauben, welche aufgrund der hohen Duktilität des Aluminiums einfach in die ersten Segmente 3 eingeschraubt werden können, ohne dass beispielsweise ein Innengewinde in den ersten Segmenten 3 vorgeschnitten werden muss.
Der erste Deckel 8a weist einen elektrischen Kontakt 81 auf, mittels welchem eine Durchkontaktierung der, in der 2 nicht dargestellten Batteriezelle 2, durch das Batteriegehäuse 1 hindurch ermöglicht wird. Weiterhin weist der erste Deckel 8a ein Schloss 82 mit einem Verriegelungselement 84 auf. Mittels Schloss 82 und Verriegelungselement 84 ist eine Fixierung des Batteriegehäuses 1 am Unterrohr 16 des Elektrofahrrads 10 möglich. Das Schloss 82 kann dabei mittels eines Schlüssels versperrt werden. Der zweite Deckel 8b weist ebenfalls ein Schloss 82 zur Fixierung des Batteriegehäuses 1 am Unterrohr 16 auf.
Durch die Befestigung des Batteriegehäuses 1 mittels der Deckel 8a, 8b am Unterrohr 16 des Elektrofahrrads, wobei die Deckel 8a, 8b ausschließlich mit den ersten Segmenten 3 verschraubt sind, erfolgt eine Einleitung von Erschütterungen oder Stößen, welche im Fahrbetrieb des Elektrofahrrads 10 auftreten können, direkt in die ersten Segmente 3. Im Falle von extremen Belastungen, beispielsweise bei einem Crash oder einem Aufprall des Elektrofahrrads 10, können dabei die auftretenden Kräfte zu einer Verformung der ersten Segmente 3 führen. Aufgrund der hohen Duktilität des Aluminiums können sich die ersten Segmente 3 gut plastisch verformen und bieten somit eine gewisse Absorption dieser Aufprallenergie. Durch die überdeckte Anordnung der ersten Segmente 3 und der zweiten Segmente im Bereich der Flankenelemente 32 wird in diesen Bereichen eine besonders hohe Belastbarkeit des Batteriegehäuses 1 ermöglicht. Durch die plastische Verformung der ersten Segmente 3 wird vor allem garantiert, dass das Batteriegehäuse 1 weiterhin geschlossen bleibt und sich durch die hohe Belastung nicht öffnet. Dadurch ist auch bei solchen Extrembelastungen sichergestellt, dass das Batteriegehäuse 1 weiterhin geschlossen bleibt und eine Kapselung der Batteriezelle 2, insbesondere einen Berührungsschutz und einen Schutz vor Wasser, bietet.
Die 3 zeigt eine Ansicht eines Batteriegehäuses 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht dabei im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel der 2 mit einer alternativen Ausgestaltung der ersten Segmente 3 und der zweiten Segmente 4.
Das Batteriegehäuse 1 des zweiten Ausführungsbeispiels weist nur ein einziges erstes Segment 3 auf. Das erste Segment 3 ist dabei rohrförmig und umlaufend geschlossen ausgebildet. An Teilbereichen einer Außenseite 31 des ersten Segments sind mehrere zweite Segment 4 auflaminiert, um das erste Segment 3 zu verstärken. Dadurch kann ebenfalls eine sehr gute und zuverlässige Kapselung des Batteriegehäuses 1 erreicht werden. Die auf das erste Segment 3 auflaminierten zweiten Segmente 4 aus CFK verstärken das erste Segment 3 lokal an den stark belasteten Stellen und schützen vor mechanischen Schäden. Dadurch kann Material am ersten Segment 3 eingespart werden und somit das Batteriegehäuse 1 mit niedrigem Gewicht und dennoch sehr hoher Steifigkeit bereitgestellt werden. In einem normalen Fahrbetrieb des Elektrofahrrads 10 können dabei die zweiten Segmente 4 die entstehenden Kräfte, beispielsweise Schläge oder Erschütterungen beim Fahren auf unebenen Untergrund, aufnehmen und verhindern somit eine Verformung des ersten Segments 3 bei niedrigeren Belastungen. Bei einer Extrembelastung, beispielsweise bei einem Crash, können die zweiten Segmente 4 aufgrund der hohen Sprödigkeit des CFK splittern. Das erste Segment verformt sich dabei plastisch. Durch diese plastische Verformung des ersten Segments 3 wird, wie auch bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 und 2 beschrieben, vermieden, dass sich das Batteriegehäuse 1 öffnet und somit weiterhin ein Schutz der Batteriezelle 2 im Inneren des Batteriegehäuses 1 gewährleistet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013210932 A1 [0002]

Claims

Batteriegehäuse eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrrads (10), wobei das Batteriegehäuse (1) ausgebildet ist zur Aufnahme und zum Schutz von Batteriezellen (2), umfassend: - ein erstes Segment (3), welches aus einem ersten Material mit einer ersten Duktilität gebildet ist und vorgesehen ist, um eine plastische Verformung zur Absorption einer Aufprallenergie einzugehen, und - ein zweites Segment (4), welches aus einem zweiten Material mit einer zweiten Duktilität gebildet ist und vorgesehen ist, um eine hohe Steifigkeit und ein geringes Gewicht des Batteriegehäuses (1) zu bewirken, - wobei die zweite Duktilität kleiner als die erste Duktilität ist, - wobei sich das Batteriegehäuse (1) entlang einer Längsachse (5) erstreckt, und - wobei sich das erste Segment (3) und das zweite Segment (4) jeweils über eine gesamte Länge (L) des Batteriegehäuses (1) und entlang der Längsachse (5) erstrecken.
Batteriegehäuse nach Anspruch 1, wobei das erste Material Aluminium ist.
Batteriegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Material kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff ist.
Batteriegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Segment (3) und das zweite Segment (4) mittels einer Klebeverbindung miteinander verbunden sind.
Batteriegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils das erste Segment (3) und das zweite Segment (4) zumindest teilweise an einer Außenseite (7) des Batteriegehäuses (1) vorgesehen ist.
Batteriegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mehrere zweite Segmente (4), welche jeweils plattenförmig ausgebildet sind.
Batteriegehäuse nach Anspruch 6, umfassend mehrere erste Segmente (3), welche jeweils als Extrusionsprofil ausgebildet sind und insbesondere eine Länge (L) aufweisen, welche ein Vielfaches einer Dicke (B3) und/oder einer Breite des ersten Segments (3) beträgt.
Batteriegehäuse nach Anspruch 7, wobei die ersten Segmente (3) in einer Gerüststruktur angeordnet sind, und wobei die zweiten Segmente (4) im Wesentlichen zwischen den ersten Segmenten (3) angeordnet sind und die ersten Segmente (3) miteinander verbinden, um ein rohrförmiges und umlaufend geschlossenes Gehäuse zu bilden.
Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste Segment (3) rohrförmig und umlaufend geschlossen ausgebildet ist.
Batteriegehäuse nach Anspruch 9, wobei das zweite Segment (4) zumindest an einem Teilbereich einer Außenseite (31) des ersten Segments (3) angeordnet ist, zum Verstärken des ersten Segments (3).
Batteriegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend zumindest einen Deckel (8), welcher einen elektrischen Kontakt (81) zur Durchkontaktierung durch das Batteriegehäuse (1), und/oder ein Schloss (82) zur Fixierung des Batteriegehäuses (1) am Fahrzeug (10) aufweist, wobei der zumindest eine Deckel (8) an zumindest einem axialen Ende des Batteriegehäuses (1) angeordnet ist.
Batteriesystem, umfassend ein Batteriegehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und zumindest eine Batteriezelle (2), welche in dem Batteriegehäuse (2) aufgenommen ist.
Mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbares Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrrad (10), umfassend ein Batteriesystem (15) nach Anspruch 12, wobei das Batteriesystem (15) insbesondere an oder innerhalb einem Fahrzeugrahmen (11) des Fahrzeugs (1) befestigt ist.