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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse, insbesondere für ein Batteriesystem zum Antreiben eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft zudem ein Batteriesystem mit einem solchen Batteriegehäuse.
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Es sind Batteriegehäuse für Batteriesysteme zum Antreiben von Fahrzeugen bekannt. In den Batteriegehäusen sind Speicherzellen angeordnet, welche elektrische Energie aufnehmen und abgeben können. Zusätzlich zu den Speicherzellen sind üblicherweise auch die elektrischen Kontaktierungen innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet. Die Speicherzellen und deren Kontaktierung sind üblicherweise als Zellmodule ausgeführt, wobei mehrere Zellmodule in ein Batteriegehäuse eingesetzt werden. Das Batteriegehäuse hat insbesondere die Aufgabe, die Zellmodule vor mechanischen Beschädigungen zu schützen. Hierzu bestehen auch Vorgaben der Fahrzeughersteller um die Crash-Sicherheit und Crush-Sicherheit des Batteriesystems zu gewährleisten.
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Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für ein Batteriegehäuse der eingangs genannten Art sowie für ein Batteriesystem mit einem solchen Batteriegehäuse verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Sicherheit auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch di Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an einem wannenförmigen Gehäuseteil eines Batteriegehäuses, in dem Speicherzellen aufgenommen sind und das einen Bodenbereich und einen Seitenwandbereich sowie einen Flansch aufweist, eine separate Versteifungsstruktur zwischen dem Flansch und dem Bodenbereich vorzusehen. Die Versteifungsstruktur führt zu einer erhöhten mechanischen Stabilität und/oder einer Versteifung des Gehäuseteils. In der Folge sind das Gehäuseteil und somit das Batteriegehäuse mechanisch versteift und stabilisiert. Insbesondere ist das Batteriegehäuse gegenüber Krafteinwirkungen, welche beispielweise bei einem Unfall und/oder bei hohen Innendrücken auftreten können, stabilisiert. Dies führt zu einer verbesserten Sicherheit des Batteriegehäuses und des zugehörigen Batteriesystems. Insbesondere sind die im Batteriegehäuse aufgenommenen Speicherzellen besser geschützt und gesichert. Die separate Ausgestaltung der Versteifungsstruktur erlaubt ein vereinfachtes, bedarfsgerechtes und flexibles Versehen des wannenförmigen Gehäuseteils mit der Versteifungsstruktur. Folglich sind die Herstellungskosten des Batteriegehäuses reduziert.
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Das erfindungsgemäße Batteriegehäuse ist insbesondere zur Verwendung in einem Batteriesystem zum Antreiben eines Fahrzeugs vorgesehen. Hierzu weist das Batteriegehäuse ein erstes und ein zweites Gehäuseteil auf. Die Gehäuseteile begrenzen innerhalb des Batteriegehäuses ein Innenvolumen. Die Gehäuseteile sind dichtend miteinander verbindbar bzw. beim fertig hergestellten Batteriegehäuse oder Batteriesystem miteinander verbunden, insbesondere derart, dass einerseits kein Schmutz in das Gehäuse eindringen und andererseits keine in dem Batteriegehäuse enthaltene Flüssigkeit, wie beispielsweise ein Kühlmittel, austreten kann. Hierzu sind die Gehäuseteile bevorzugt lösbar miteinander verbunden, insbesondere verschraubt oder verschnappt sein. Dies erlaubt bei Bedarf einen vereinfachten Zugang zum Innenvolumen des Batteriegehäuses, beispielsweise im Servicefall.Alternativ können die Gehäuseteile auch unlösbar, z.B. durch Verschweißen, Verkleben oder Verbördeln, miteinander verbunden sein. Zumindest eines der Gehäuseteile ist wannenförmig ausgebildet und verfügt über den Bodenbereich und den Seitenwandbereich, der einenends an den Bodenbereich anschließt. Um die Gehäuseteile miteinander zu verbinden, ist ein Flansch am wannenförmigen Gehäuseteile vorgesehen. Der Flansch des einen Gehäuseteils ist mit einer Gegenkontur des anderen Gehäuseteils verbindbar. Hierbei kann diese Gegenkontur ebenfalls ein Flansch oder eine Aufnahme sein. Zur Erhöhung der mechanischen Steifigkeit für die Einhaltung der Crash- und/oder Crush-Anforderungen, ist im Seitenwandbereich eine gesondert vom wannenförmigen Gehäuseteil ausgeführte Versteifungsstruktur angeordnet. Diese Versteifungsstruktur ist zwischen dem Bodenbereich und dem Flansch mit dem Seitenwandbereich verbunden.
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Gesondert ausgeführt heißt vorliegend, dass die Versteifungsstruktur separat vom zugehörigen wannenförmigen Gehäuseteil hergestellt und anschließend daran angebracht ist.
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Die Speicherzellen dienen jeweils der Aufnahme und Abgabe elektrischer Energie. Es handelt sich also insbesondere um wiederaufladbare Speicherzellen. Bei der jeweiligen Speicherzelle kann es sich um eine galvanische Speicherzelle. Insbesondere ist die jeweilige Speicherzelle eine Pouchzelle oder eine prismatische Zelle.
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Die Gehäuseteile können aus Metall, wie beispielsweise Aluminium oder andere Metalle, oder aus einer Legierung, wie beispielsweise Stahl, gebildet bzw. hergestellt sein. Alternativ können die Gehäuseteile auch aus einem Kunststoff, beispielsweise einem in Spritzgusstechnik verarbeitbaren Thermoplast oder einem Duroplast, insbesondere als eine Kunststoffwanne, gebildet sein. Auch können die Gehäuseteile als Hybridteile aus Kunststoff und einem Metall und/oder Metalllegierung gebildet sein.
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Der Seitenwandbereich weist zweckmäßig zumindest eine Wand auf, die von dem Bodenbereich absteht, wobei die Wände zueinander geneigt verlaufen können, um das Innenvolumen in einer Umfangsrichtung umfänglich zu begrenzen. Vorstellbar ist es dabei, den Bodenbereich und den Seitenwandbereich, insbesondere die Wände, materialeinstückig herzustellen.
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Das wannenförmige Gehäuseteil ist mit dem Bodenbereich und dem Seitenwandbereich, insbesondere auch dem Flanschbereich, bevorzugt aus einem dünnen, insbesondere umgeformten Blechteil gebildet. Somit kann das Bauteilgewicht gering gehalten werden.
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Bei Gehäuseteilen aus Metall kann das Batteriegehäuse Befestigungsstrukturen zur Fixierung des Batteriegehäuses und somit auch des zugehörigen Batteriesystems an einer Fahrzeugkarosserie des zugehörigen Fahrzeugs aufweisen. Weiterhin kann die elektromagnetische Verträglichkeit, insbesondere der EMV-Schutz, einfach in das Batteriegehäuse eingebracht werden. Zudem weist ein Batteriegehäuse aus Metall einen guten Flammschutz auf.
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Der Bodenbereich ist vorteilhaft als ebene Fläche ausgebildet, wobei auch Strukturen zur Versteifung der Oberfläche oder zur Fixierung von in dem Batteriegehäuse angeordneten Komponenten des zugehörigen Batteriesystems, insbesondere der Speicherzellen, vorgesehen sein können.
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Der Seitenwandbereich begrenzt das Innenvolumen im Bereich des zugehörigen wannenförmigen Gehäuseteils entlang einer in Richtung des anderen Gehäuseteils verlaufenden Höhenrichtung. Hierzu weist der Seitenwandbereich bevorzugt eine Innenseite und eine Außenseite auf, die jeweils entlang der Höhenrichtung verlaufen. Die Innenseite ist dem Innenvolumen zugewandt, wohingegen die Außenseite vom Innenvolumen abgewandt ist.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Versteifungsstruktur segmentiert ausgeführt ist. Die Versteigungsstruktur weist also zumindest zwei separate Segmente auf, die nachfolgend auch als Segmentkörper bezeichnet werden, setzt sich insbesondere aus den Segmentkörpern zusammen. Somit ist die Versteifungsstruktur aufgrund der geringen Bauteilgröße der einzelnen Segmente einfach herstellbar und durch die Segmente an verschiedene Batteriegehäusegrößen problemlos anpassbar, da beispielsweise die Anzahl der zu verwendenden Segmente variiert werden kann.
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Prinzipiell können für verschiedene Seitenwandbereiche und/oder für unterschiedliche Wände des jeweiligen Seitenwandbereichs einzeln an den jeweiligen Seitenwandbereich bzw. an die jeweilige Wand angepasste Segmente zum Einsatz kommen. Somit kann eine Anpassung an verschiedene Seitenwandbereiche bzw. Wände auch durch den Einsatz der verschieden ausgebildeten Segmente erreicht werden.
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Bevorzugt sind die Segmente der Versteifungsstruktur als Gleichteile ausgebildet. Dies erlaubt es, die Seitenwandbereiche in Längs- bzw. Querrichtung sowie an der Innenseite und an der Außenseite die gleichen Segmente und somit Gleichteile zu verwenden. Durch die Verwendung von Gleichteilen können die Herstellkosten reduziert sowie Lagerhaltung und Teilezuführung optimiert werden.
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Gemäß einer besonderen Ausgestaltung kann die Versteifungsstruktur auf der Innenseite des Seitenwandbereichs und/oder auf der Außenseite des Seitenwandbereichs angeordnet sein. Somit erhält der Seitenwandbereich eine zusätzliche Stabilisierung.
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Vorstellbar ist es insbesondere, die Versteifungsstruktur teilweise an der Innenseite und teilweise an der Außenseite des Seitenwandbereichs anzuordnen. Dies erfolgt bevorzugt durch das Anordnen zumindest eines Segments der Versteifungsstruktur an der Innenseite und zumindest eines Segments der Versteifungsstruktur an der Außenseite. Daraus resultiert eine mechanische Stabilisierung des zugehörigen Gehäuseteils gegenüber Krafteinwirkungen sowohl von innen nach außen als auch von außen nach innen. Insbesondere können zumindest zwei der Segmente unmittelbar gegenüberliegend an der Innenseite und an der Außenseite des Seitenwandbereichs angeordnet sein.
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Bei vorteilhaften Ausgestaltungen verfügt die Versteifungsstruktur, insbesondere zumindest ein Segment, über Sicken, welche als Vertiefungen oder Erhöhungen ausgebildet sein können. Somit erhält die Versteifungsstruktur eine höhere Eigensteifigkeit. Durch die von dem wannenförmigen Gehäuseteil gesondert ausgeführte Versteifungsstruktur sind die Sicken einfach einbringbar, so dass die Herstellungskosten reduziert sind. Insbesondere können die Sicken beim am Gehäuseteil angebrachten Zustand vereinfacht eingebracht werden, wobei durch das Einbringen der Sicken bedingte Verformungen des Seitenwandbereichs und/oder den Bodenbereichs verhindert oder zumindest reduziert sind. Die Sicken können in Randzonen und/oder Mittenbereichen der Versteifungsstruktur angeordnet sein. Hierbei können die Sicken beliebige Konturen aufweisen. Diese Konturen können vorzugsweise oval oder ellipsenförmig ausgebildet sein.
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Bei vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist die Versteifungsstruktur mit dem Seitenwandbereich unlösbar, insbesondere durch verschweißen, verkleben, verlöten oder vernieten, verbunden. Durch die unlösbare Verbindung erfolgt ein direkter Kraftfluss zwischen dem Seitenwandbereich und der Versteifungsstruktur. In der Folge ist die mechanische Stabilität des Batteriegehäuses, insbesondere gegenüber Krafteinwirkungen, verbessert. Weiterhin ist ein versehentliches Entfernen der Versteifungsstruktur ausgeschlossen oder die entsprechende Gefahr zumindest reduziert.
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Alternativ zu der unlösbaren Verbindung könnte die Versteifungsstruktur auch lösbar, insbesondere durch Verschrauben oder Verklippen, mit dem Seitenwandbereich verbunden werden. Diese Ausführung kann dann vorteilhaft sein, wenn beispielsweise zur Montage mehr Arbeitsraum zur Verfügung gestellt werden muss. Außerdem können Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen einfacher miteinander verbunden werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das wannenförmige Gehäuseteil und die Versteifungsstruktur aus dem gleichen Material gebildet. Somit verfügen beide Bauteile über vergleichbare mechanische und chemische Eigenschaften, was die Bauteilauslegung erleichtert. Weiterhin können Bauteile aus gleichen Werkstoffen einfacher, z.B. durch Verschweißen oder Verlöten, miteinander verbunden werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verfügt die Versteifungsstruktur, insbesondere zumindest ein Segment der Versteifungsstruktur, vorteilhaft das jeweilige Segment, über zwei winklig zueinander angeordnete Schenkel. Die Schenkel können materialeinstückig miteinander verbunden sein, z.B. durch Umformen bzw. Biegen eines Blechteils entlang eines Biegeradius. Alternativ könnte zwischen den Schenkeln auch ein Zwischenstück angeordnet sein, welches mit beiden Schenkeln fest verbunden ist. Die Schenkel können über gleiche oder unterschiedliche Längen verfügen. Eine derartige Ausbildung der Versteifungsstruktur, insbesondere des zumindest einen Segments, führt zu einer verbesserten Kraftaufnahme durch die Versteifungsstruktur und somit einer verbesserten mechanischen Stabilität. Zudem Kann die Versteifungsstruktur somit einwirkende Kräfte durch plastische oder elastische Verformung besser abbauen. Insgesamt erfolgen somit also eine verbesserte mechanische Stabilität sowie ein verbesserter Schutz der im Batteriegehäuse aufgenommenen Komponenten, insbesondere der Speicherzellen.
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Der zwischen den Schenkeln angeordnete Winkel kann als spitzer Winkel, stumpfer Winkel oder rechter Winkel ausgeführt sein. Bei Ausführungen mit einem spitzen Winkel, also Winkeln kleiner als 90°, insbesondere zwischen 45° und 90°, zwischen den Schenkeln ist die Versteifungsstruktur steifer. Somit können in dem Biegeradius größere Kräfte aufgenommen werden. Bei Ausführungen mit einem stumpfen Winkel, also Winkeln zwischen 90° und 180°, insbesondere zwischen 95° und 130°, zwischen den Schenkeln kann eine erleichterte Verformung erreicht werden, wodurch eingeleitete Kräfte durch Verformung besser abgebaut werden und so das Innere des Batteriegehäuses besser geschützt ist.
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Selbstverständlich ist es vorstellbar, dass sich der Winkel zwischen den Schenkeln entlang dem Seitenwandbereich ändert, um lokal unterschiedliche, angepasste Eigenschaften der Versteifungsstruktur bereitzustellen. Dies kann insbesondere durch den Einsatz von unterschiedlich ausgebildeten Segmenten der Versteifungsstruktur erreicht werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist der Seitenwandbereich bezogen auf den Bodenbereich in einem Winkel größer 90° angeordnet. Das heißt insbesondere, dass die Erstreckungsebene des Bodenbereich mit der Erstreckungsebene des Seitenwandbereichs einen Winkel von größer als 90° bildet. Somit erweitert sich die Wannenform des Gehäuses entlang des Seitenwandbereichs.
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Weist die Versteifungsstruktur zwei Schenkel der besagten Art auf, ist es bevorzugt, wenn die Versteifungsstruktur zumindest teilweise im Inneren des Batteriegehäuses, insbesondere an der Innenseite des Seitenwandbereichs, angeordnet ist. Die Versteifungsstruktur ist im den im Inneren angeordneten Teil vorteilhaft derart ausgestaltet, dass einer der Schenkel, bevorzugt der bodennahe Schenkel, senkrecht zum Bodenbereich angeordnet ist. Der andere Schenkel schließt an den Seitenwandbereich in der Nähe des Flansches, insbesondere im Bereich des Flansches, an. Somit können die im Inneren des Batteriegehäuses angeordneten Komponenten, insbesondere Speicherzellen und/oder Zellmodule, zuverlässig fixiert werden. Vorstellbar ist es insbesondere, dass der an den Seitenwandbereich anschließenden Schenkel zum Flansch fluchtend und/oder in der Ebene des Flansches verläuft.
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Weist die Versteifungsstruktur zwei Schenkel der besagten Art auf, ist es alternativ oder zusätzlich bevorzugt, wenn die Versteifungsstruktur zumindest teilweise außenseitig am Gehäuseteil, insbesondere an der Außenseite des Seitenwandbereichs, angeordnet ist. Die Versteifungsstruktur ist im außenseitig angeordneten Teil vorteilhaft derart ausgestaltet, dass einer der Schenkel, insbesondere der bodennahe Schenkel, entlang dem Bodenbereich verläuft. Der andere Schenkel schließt an den Seitenwandbereich in der Nähe des Flansches, insbesondere im Bereich des Flansches, an, ist vorteilhaft zum Flansch beabstandet. Somit können von außen einwirkende Kräfte verbessert, insbesondere ohne Krafteinwirkung auf die im Batteriegehäuse aufgenommenen Komponenten, beispielsweise der Speicherzellen, abgebaut werden. Die beabstandete Anordnung der Schenkel zum Flansch führt ferner dazu, dass eine durch die Kraftaufnahme bedingte Verformung des Flansches zumindest reduziert ist. Somit erfolgt eine Kraftaufnahme durch die Versteifungsstruktur mit zumindest verringerter Gefahr des Lösens der Verbindung der Gehäuseteile. Dies führt zu einem verbesserten Schutz der im Batteriegehäuse aufgenommenen Komponenten, insbesondere der Speicherzellen.
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Es versteht sich, dass neben dem Batteriegehäuses auch ein Batteriesystem mit einem solchen Batteriegehäuse zum Gegenstand dieser Erfindung gehört.
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Das Batteriesystem weist neben dem Batteriegehäuse zumindest eine Speicherzelle auf, die im Batteriegehäuse angeordnet ist.
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Vorteilhaft weist das Batteriesystem zumindest ein Zellmodul auf, im dem zumindest zwei Speicherzellen angeordnet und elektrisch miteinander verschaltet sind.
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Bevorzugt weist das Batteriesystem zumindest zwei, besonders bevorzugt zumindest mehr als zwei, beispielsweise bis zwölf, im Batteriegehäuse angeordnete Zellmodule auf. Vorstellbar sind auch Varianten mit mehr als zwölf Zellmodulen. Das Vorsehen der Zellmodule erlaubt eine einfache Skalierung der Dimensionen des Batteriegehäuses und des Batteriesystems und/oder eine einfache Anpassung an die Leistungsanforderungen an das Batteriesystem. Zudem können somit einzelne Zellmodule bei Bedarf, insbesondere im Schadensfall, vereinfacht ausgetauscht und/oder ersetzt werden.
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Bevorzugt weist das jeweilige Zellmodul ein Modulgehäuse oder Modulrahmen auf, das die Speicherzellen aufnimmt, insbesondere umschließt. Das Anbringen des Zellmoduls am Batteriegehäuse und/oder das Fixieren des Zellmoduls im Batteriegehäuse erfolgt zweckmäßig über das Modulgehäuse. Zu diesem Zweck kann das Modulgehäuse entsprechend geformt und/oder ausgebildet sein, insbesondere Ausformungen, Aussparungen und dergleichen aufweisen.
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Das jeweilige Modulgehäuse kann mehrteilig ausgebildet ein. Insbesondere kann das Modulgehäuse zumindest eine stirnseitig der Speicherzellen angeordnete Endplatte aufweisen. Bevorzugt weist das Modulgehäuse zwei gegenüberliegende solche Endplatten auf, zwischen denen die Speicherzellen angeordnet sind. Die jeweilige Endplatte kann die Speicherzellen innerhalb des Zellmoduls fixieren und/oder vorspannen.
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Das Modulgehäuse kann prinzipiell aus einem beliebigen Material hergestellt sein. Insbesondere ist da Modulgehäuse zumindest teilweise aus Kunststoff, vorteilhaft gänzlich auch Kunststoff, hergestellt.
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Sind zwei oder mehr Zellmodule vorgesehen, können zumindest zwei der Zollmodule zu einem Paar von Zellmodulen zusammengefasst und gemeinsam im Gehäuse angeordnet sein. Vorstellbar sind Varianten, bei denen zumindest ein solches Paar und zumindest ein einzelnes solchen Zellmodul im Gehäuse angeordnet sind.
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Ebenso ist es möglich zumindest eine Gruppe von Zellmodulen zusammenzufassen und im Gehäuse anzuordnen. In der jeweiligen Gruppe sind zumindest drei Zellmodule vorgesehen, die mechanisch parallel oder in Reihe angeordnet sind. Auch sind Gruppen denkbar, in denen einige der Zellmodule mechanisch parallel und andere Zellmodule mechanisch in Reihe angeordnet ist. Die Zellmodule der jeweiligen Gruppe können dabei elektrisch beliebig miteinander verschaltet sein. Bevorzugt führt ein Strömungspfad eines Temperiermittels, insbesondere eines Kühlmittels, durch das Batteriegehäuse. Mit dem Temperiermittel erfolgt im Betrieb eine Temperierung, insbesondere eine Kühlung, der im Batteriegehäuse angeordneten Komponenten des Batteriesystems, insbesondere der Speicherzellen bzw. der Zellmodule.
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Das Batteriesystem weist im Batteriegehäuse vorteilhaft Komponenten auf, welche den Strömungspfad begrenzen bzw. definieren. Zu diesen Komponenten kann zumindest eines der Modulgehäuse gehören. Alternativ oder zusätzlich ist im Batteriegehäuse zumindest ein Kanalkörper angeordnet, welcher den Strömungspfad begrenzt bzw. definiert. Bevorzugt ist zumindest einer der Kanalkörper, vorteilhaft der jeweilige Kanalkörper, zumindest teilweise, insbesondere gänzlich, aus Kunststoff hergestellt. Alternativ kann der jeweilige Kanalkörper aus Aluminium oder eine Aluminiumlegierung hergestellt sein. Vorstellbar sind auch Hybridbauweisen, bei denen der jeweilige Kanalkörper aus Kunststoff und aus Aluminium oder eine Aluminiumlegierung hergestellt ist.
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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, sondern 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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Hierbei zeigt, jeweils schematisch:
- 1 eine isometrische Ansicht eines Batteriesystems mit einem ersten Gehäuseteil eines Batteriegehäuses mit darin angeordneten Zellmodulen,
- 2 eine isometrische Ansicht eines Zellmoduls des Batteriesystems aus 1,
- 3 eine isometrische Ansicht des ersten Gehäuseteils bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
- 4 einen Ausschnitt einer isometrischen Ansicht des ersten Gehäuseteils im Bereich eines Seitenwandbereichs mit einer Versteifungsstruktur,
- 5 eine isometrische Ansicht des ersten Gehäuseteils bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
- 6 einen Ausschnitt einer Draufsicht auf das erste Gehäuseteil aus 5,
- 7 einen Ausschnitt eines Schnitts durch das Batteriegehäuse,
- 8 die Ansicht aus 7 bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Batteriesystems.
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Ein Batteriesystem 1, wie es beispielweise in 1 gezeigt ist, weist ein Batteriegehäuse 2 oder kurz Gehäuse 2 mit einem ersten Gehäuseteil 10 und einem in 1 nicht dargestellten zweiten Gehäuseteil 26 (siehe 7 und 8) auf. Das Batteriesystem 1 kommt insbesondere in einem Fahrzeug 100, beispielsweise zum Antreiben des Fahrzeugs 100, zum Einsatz. Die Gehäuseteile 10, 26 begrenzen ein Innenvolumen 3, in dem wiederaufladbare Speicherzellen 4 angeordnet und aufgenommen sind. Mehrere der Speicherzellen 4 sind jeweils in einem Zellmodul 11 zusammengefast. Die Speicherzellen 4 sind dabei von außen nicht sichtbar und in den 1 und 2 nicht dargestellt. Im Innenvolumen 3 sind mehrere Zellmodule 11 angeordnet und aufgenommen, wobei in 1 zum besseren Verständlich des Aufbaus des Batteriegehäuses 2 lediglich ein Teil der Zellmodule 11 dargestellt ist. Das heißt, dass zusätzlich zu den dargestellten vier Zellmodulen 11 das gesamte Gehäuseteil 10 mit Zellmodulen 11 bestückt sein kann, um so eine größtmögliche Energie bereit zu stellen und aufzunehmen.
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2 zeigt ein solches Zellmodul 11. Das jeweilige Zellmodul 11 weist ein Gehäuse 5, nachfolgend auch Modulgehäuse 5 genannt, auf, in welchem die Speicherzellen 4 eingesetzt und durch elektrische Kontaktierungen 19 miteinander verschaltet sind. Das Modulgehäuse 5 ist vorteilhaft aus Kunststoff hergestellt und somit ein Kunststoffgehäuse 12. Das Modulgehäuse 5, muss keine mechanischen Belastungen aufnehmen, da diese bereits möglichst durch das erste Gehäuseteil 10 aufgenommen und nicht an das Modulgehäuse 5 abgegeben werden.
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Entsprechend 1 ist das erste Gehäuseteil 10 wannenförmig ausgebildet, wobei umlaufend ein Seitenwandbereich 13 an einen Bodenbereich 14 anschließt. Der Seitenwandbereich 13 weist in den gezeigten Beispielen jeweils zwei gegenüberliegende Wände 8, 9, nämlich zwei gegenüberliegende Längswände 8 und zwei gegenüberliegende Querwände 9 auf, so dass der Seitenwandbereich 13 in Draufsicht im Wesentlichen viereckig ist. Die jeweilige Wand 8, 9 und somit der Seitenwandbereich 13 weist eine dem Innenvolumen 3 zugewandte Innenseite 22 und eine von Innenvolumen abgewandte Außenseite 23 auf. Die Wände 8, 9 und erstrecken sich in Richtung des anderen, in 1 nicht gezeigten Gehäuseteils 26 (siehe 7 und 8). An dem Seitenwandbereich 13 ist eine separat ausgeführte Versteifungsstruktur 15 zum Versteifen des wannenförmigen ersten Gehäuseteils 10 angeordnet. Mit der Versteifungsstruktur 15 wird vorstehend erwähnte Aufnahme mechanischer Belastungen durch das erste Gehäuseteil 10 verbessert. Die Versteifungsstruktur 15 erstreckt sich beim gezeigten Beispiel am Seitenwandbereich 13 innenseitig umlaufend und somit entlang der Längswände 8 und der Querwände 9 und ist in Eckbereichen zwischen aneinander angrenzenden Wänden 8, 9 unterbrochen. Die Versteifungsstruktur 15 versteift somit den gesamten Seitenwandbereich 13.
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Im gezeigten Beispiel weist die Versteifungsstruktur 15 mehrere separate Segmente 6, nachfolgend auch Segmentkörper 6 genannt, auf und ist somit segmentiert ausgebildet. Die Segmentkörper 5 schließen außerhalb der Eckbereiche des ersten Gehäuseteils 10 direkt oder äquidistant aneinander an und versteifen so den gesamten Seitenwandbereich 13. Die Segmentkörper 6 sind als Gleichteile 7 ausgebildet und können so einfach und kostengünstig hergestellt werden. An dem, dem Bodenbereich 14 gegenüberliegend angeordneten Ende des Seitenwandbereichs 13 ist ein umlaufender Flansch 16 angeordnet, der über zahlreiche, am Umfang verteilte Bohrungen 17 verfügt. Diese Bohrungen 17 dienen der Verbindung der beiden Gehäuseteile 10, 26 (siehe auch 7 und 8). Die Versteifungsstruktur 15, insbesondere der jeweilige Segmentkörper 6, verfügt über Sicken 18, welche die Bauteilstabilität, insbesondere die Eigenstabilität und/oder Eigensteifigkeit, der Versteifungsstruktur 15, insbesondere des jeweiligen Segmentkörpers 6, erhöhen. Die Versteifungsstruktur 15 ist dabei zwischen dem Flansch 16 und dem Bodenbereich 14 angeordnet. Beim in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind an der jeweiligen Wand 8, 9 mehrere der Segmentkörper 6 angebracht. Die Längswände 8 und die Querwände 9 weisen unterschiedliche Erstreckungen auf, so dass an den Längswänden 8 eine größere Anzahl der Segmentkörper 6 angebracht ist als an den Querwänden 9.
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Wie beispielsweise 2 entnommen werden kann, sind die elektrischen Kontaktierungen 19 auf das Kunststoffgehäuse 12 aufgesteckt, welche die im Inneren des Modulgehäuses 5 angeordneten Speicherzellen 4 elektrisch miteinander verbinden. Auf der Außenfläche des Modulgehäuses 5 sind Rippen 20 angeordnet, insbesondere ausgeformt, welche das Modulgehäuse 5 derart versteifen, dass der in dem Modulgehäuse 11 herrschende, durch die Speicherzellen 4 verursachte Fluiddruck aufgenommen werden kann. Diese Rippen 20 des Modulgehäuses 5 können mit den Sicken 18 der Versteifungsstruktur 15 derart zusammenwirken, dass ein Verrutschen der Zellmodule 11 in dem ersten Gehäuseteil 10 verhindert wird. Insbesondere kann zumindest ein Teil der Rippen 20 in jeweils zugehörige Sicken 18 eingeschoben sein und somit mit den Sicken 18 einen Formschluss bilden.
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3 zeigt das erste Gehäuseteil 10 des Batteriegehäuses 2 bei einem anderen Ausführungsbeispiel. Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Versteifungsstruktur 15 ist bei diesem Ausführungsbeispiel pro Wand 8, 9 des Seitenwandbereichs 13 ein einzelner Segmentkörper 6angeordnet und angebracht. Dementsprechend unterscheiden sich die an den Längswänden 8 angeordneten Segmentkörper 6 und die an den Querwänden 9 angeordneten Segmentkörper 6 insbesondere hinsichtlich ihrer Dimensionen.
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In 4 ist ein an dem Seitenwandbereich 13 angeordneter, einzelner Segmentkörper 6 der Versteifungsstruktur 15 dargestellt. Hierbei handelt es sich um einen Segmentkörper 6 entsprechend des Ausführungsbeispiels der 1. Die Segmentkörper 6 des Ausführungsbeispiels der 3 sind analog ausgebildet und weisen lediglich entlang der zugehörigen Wand 8, 9 eine andere Erstreckung auf.
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Den 1, 3 und 4 ist zu entnehmen, dass der Seitenwandbereich 13 und somit die Wände 8, 9 zwischen dem Bodenbereich 14 und dem Flansch 16 geneigt verlaufen, derart, dass der Seitenwandbereich 13 vom Bodenbereich 14 weg geneigt ist und/oder dass die Wände 8, 9 mit dem Bodenbereich 14 einen stumpfen Winkel von größer als 90°, beispielsweise größer als 100°, insbesondere zwischen 100° und 120°, bilden.
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Wie insbesondere 4 entnommen werden kann, weist der jeweilige Segmentkörper 6 und somit die Versteifungsstruktur 15 einen ersten Schenkel 21a und einen zweiten Schenkel 21b auf. Der erste Schenkel 21a schließt in dem Bereich des Flansches 16 an den Seitenwandbereich 13 an. Der zweite Schenkel 21b kontaktiert den Seitenwandbereich 13 in der Nähe des Übergangs zum Bodenbereich 14. Die Schenkel 21a, 21b schließen im gezeigten Beispiel einen rechten Winkel von 90° ein, wobei die Länge der Schenkel 21a, 21b auf die Schräge und somit den geneigten Verlauf des Seitenwandbereichs 13, insbesondere der zugehörigen Wand 8, 9, ausgelegt ist. Der Segmentkörper 6 weist Sicken 18 auf, die im Übergangsbereich der Schenkel 21a, 21b sowohl in den ersten Schenkel 21a wie auch in den zweiten Schenkel 21b eingreifen und somit jeweils als Vertiefung ausgebildet sind. Zusätzlich zu diesen Sicken 18, die nachfolgende auch als Längssicken 18' bezeichnet werden, ist im zweiten Schenkel 21b eine oval verlaufende Sicke 18 angeordnet, welche als Vertiefung ausgebildet ist und nachfolgend auch als Breitsicke 18" bezeichnet wird. Der Segmentkörper 15 verfügt zusätzlich zu den Schenkeln 21a, 21b zwei am zweiten Schenkel 21b gegenüberliegende sowie am zweiten Schenkel 21b anschließende und in Richtung der zugehörigen Wand 8, 9 abstehende Dreiecksbereiche 25 auf, die an der zugehörigen Wand 8, 9 anliegen und somit eine nahezu umlaufende Kontaktierung des Segmentkörpers mit der zugehörigen Wand 8, 9 und somit mit dem Seitenwandbereich 13 ermöglichen. Der Segmentkörper 6 weist dabei weitere jeweils als Vertiefung ausgebildete Sicken 18 auf, die im Übergangsbereich zwischen dem zweiten Schenkel 21b und den Dreiecksbereichen 25 in den zweiten Schenkel 21b und den Dreiecksbereichen 25 eingreifen und nachfolgend auch als Quersicken 18"' bezeichnet werden. Die Quersicken 18"' sind im gezeigten Beispiel entlang der Erstreckung der zugehörigen Wand 8, 9 zur Breitsicke 18" beabstandet.
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In den in den 1, 3 und 4 gezeigten Beispielen ist die Versteifungsstruktur 15 auf der Innenseite 22 des Seitenwandbereichs 13 angeordnet. Das heißt, dass der jeweilige Segmentkörper 6 an der Innenseite 22 der zugehörigen Wand 8, 9 angeordnet ist.
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Wie 5 entnommen werden kann, können zusätzlich zu diesen Segmentkörpern 6 weitere Segmentkörper 6 auf der Außenseite 23 des Seitenwandbereichs 13 angeordnet sein. In diesem Fall ist die Versteifungsstruktur 15 also sowohl auf der Innenseite 22 als auch auf der Außenseite 23 angeordnet. Obwohl hier nicht darstellt, ist es auch vorstellbar, die Versteifungsstruktur 15 bzw. die Segmentkörper 6 nur auf der Außenseite 23 anzuordnen. Die Segmentkörper 6 können dabei zumindest teilweise als Gleichteile 7 ausgebildet sein.
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Weiterhin ist in den 5 und 6 zu erkennen, dass zwischen zwei gegenüberliegend angeordneten Wänden 8, 9 des Seitenwandbereichs 13, in diesem Beispiel zwischen den Längswänden 8, ein Querträger 24 angebracht ist, um die Bauteilsteifigkeit des Batteriegehäuses 2 zu erhöhen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel schließt der Querträger 24 innenseitig an die Versteifungsstruktur 15, im gezeigten Beispiel an auf der Innenseite 22 angeordnete Segmentkörper 6 an. Hierbei ist der Querträger 24 derart positioniert, dass dieser mit seiner jeweiligen Stirnseite im Bereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Segmentkörpern 6 angeordnet ist und auf diesen Segmentkörpern 6, insbesondere auf den zugehörigen zweiten Schenkeln 21b, aufliegt. Dieses Detail ist insbesondere 6 zu entnehmen, wobei 6 eine Draufsicht auf den in 5 mit einem gestrichelten Kreis angedeuteten Bereich zeigt.
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In 7 ist einen Ausschnitt eines Batteriegehäuses 2 im Schnitt dargestellt. Das Batteriegehäuse 2 verfügt neben dem ersten Gehäuseteil 10 über ein zweites Gehäuseteil 26, welches bei diesem Ausführungsbeispiel als ebene Platte ausgebildet ist. Zwischen dem ersten Gehäuseteil 10 und dem zweiten Gehäuseteil 26 ist eine Dichtung 27 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht das erste Gehäuseteil 26 dem in 5 gezeigten Beispiel, wobei der Querträger 24 entfallen kann. Die Versteifungsstruktur 15 weist sowohl auf der Innenseite 22 angeordnete Segmentkörper 6 als auch auf der Außenseite 23 angeordnete Segmentkörper 6 auf. Der in 7 sichtbare, an der Innenseite 22 angeordnete Segmentkörper 6 ist, vorzugsweise wie auch die übrigen auf der Innenseite 22 angeordneten Segmentkörper 6, in einem dem Bodenbereich 14 nahen Abschnitt, auch bodennaher Bereich genannt, mit dem Seitenwandbereich 13 bzw. der zugehhörigen Wand 8, 9 verschweißt. Diese Verbindung kann als Punktschweißnaht 28 ausgebildet sein. Selbstverständlich können jedoch auch andere Verbindungsarten an dieser Stelle eingesetzt werden. In gleicher Weise ist der in 7 sichtbare auf der Außenseite 23 angeordnete Segmentkörper 6, vorzugsweise wie auch die übrigen auf der Außenseite 23 angeordneten Segmentkörper 6, mit der Außenseite 23 verbunden, wobei die Segmentkörper 6 Gleichteile 7 sind und bezüglich der zugehörigen Wand 8, 9 gespiegelt angeordnet sind. In 7 ist ferner ein Verbindungselement 29 durch einen der Durchbrüche 17 im Flansch 16 des ersten Gehäuseteils 10 geführt, um die Gehäuseteile 10, 26, insbesondere durch Ausbilden einer Schraubverbindung, miteinander zu verbinden.
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In 8 ist ein alternativ ausgestaltetes Batteriegehäuse 2 dargestellt. Im Unterschied zu dem in 7 dargestellten Batteriegehäuse 2 ist das zweite Gehäuseteil 26 ebenfalls wannenförmig ausgestaltet und weist somit, analog zum ersten Gehäuseteil 10, einen umlaufenden Seitenwandbereich 13 auf, an den ein Bodenbereich 14 anschließt, wobei an dem dem Bodenbereich 14 gegenüberliegend angeordneten Ende des Seitenwandbereichs 13 ein umlaufender Flansch 16 angeordnet ist, der über zahlreiche, am Umfang verteilte Bohrungen 17 verfügt. Das erste Gehäuseteil 10 entspricht also insbesondere dem zweiten Gehäuseteil 26. Die Gehäuseteile 10, 26 sind unter Verwendung der Dichtung 27 miteinander über zugehörige Verbindungselemente 29, insbesondere zum Ausbilden jeweils einer Schraubverbindung, verbunden.
