DE102019220260A1 - Hochvoltbatterie für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug, deren Batteriegehäuse (1) ein Gehäuse-Oberteil (3) und einen Gehäuseboden (5) mit integriertem Kühlsystem (19) aufweist, wobei im Batteriegehäuse (1) zumindest ein Batteriemodul (11) angeordnet ist, das am Gehäuse-Oberteil (3) gehäusefest angebunden ist, und zwischen dem Batteriemodul (11) und dem Gehäuseboden (5) toleranzbedingt ein Luftspalt (15) vorhanden ist, der mit Wärmeleitmaterial (17) gefüllt ist, und wobei der Gehäuseboden (5) ein vom Gehäuse-Oberteil (3) separates Bauteil ist, das an einer Fügestelle (F) am Gehäuse-Oberteil (3) angebunden ist. Erfindungsgemäß ist der Fügestelle (F) ein Gehäuseboden-Hubsystem (21) zugeordnet, bei dem der Gehäuseboden (5) in der Batteriehochrichtung (z) über einen Stellbereich (Δz) hubverstellbar geführt ist, so dass der Gehäuseboden (5) innerhalb des Stellbereichs (Δz) in beliebige Hubpositionen (M) verstellbar und dort festlegbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Montage einer solchen Hochvoltbatterie nach dem Anspruch 9.
  • In einer solchen Hochvoltbatterie sind Batteriezellen zu quaderförmigen Batteriemodulen zusammengefasst. Eine Anzahl solcher Batteriemodule ist im Batteriegehäuse der Hochvoltbatterie eingesetzt. Die Batteriemodule sind jeweils an gehäusefesten Modulschraubpunkten festgespannt.
  • In einer gattungsgemäßen Hochvoltbatterie weist deren Batteriegehäuse ein Gehäuse-Oberteil und einen Gehäuseboden mit integriertem Kühlsystem auf. Im Batteriegehäuse ist zumindest ein Batteriemodul angeordnet, das am Gehäuse-Oberteil gehäusefest angebunden ist. Zwischen dem Batteriemodul und dem Gehäuseboden ist toleranzbedingt ein Luftspalt vorhanden, der mit Wärmeleitmaterial gefüllt ist. Der Gehäuseboden ist ein vom Gehäuse-Oberteil separates Bauteil, das an einer Fügestelle am Gehäuse-Oberteil angebunden ist.
  • Im Stand der Technik wird die Hochvoltbatterie wie folgt zusammengebaut: Zunächst wird in einem Modulsetzprozess das noch leere Gehäuse-Oberteil mit dem zumindest einen Batteriemodul bestückt. Das Batteriemodul wird an gehäusefesten Modulschraubpunkten des Gehäuse-Oberteils verspannt. Anschließend erfolgt ein Fügeprozess, bei dem der Gehäuseboden (zum Beispiel in Schraubverbindung) an das Gehäuse-Oberteil gefügt wird. Hierzu wird im Stand der Technik der Gehäuseboden mit seinem Fügeflansch in Anlage mit einem korrespondierenden Fügeflansch des Gehäuse-Oberteils gebracht und damit verschraubt. Aufgrund von Bauteiltoleranzen im Gehäuseboden sowie im Gehäuse-Oberteil sowie aufgrund von Fertigungstoleranzen verbleibt ein Luftspalt zwischen dem Batteriemodul und dem Gehäuseboden, der nach dem Batterie-Zusammenbau mit fließfähiger Wärmeleitpaste gefüllt werden kann. Anstelle der Wärmeleitpaste kann auch eine Wärmeleitmatte verwendet werden. In diesem Fall wird der Gehäuseboden unter Zwischenlage der Wärmeleitmatte an das Gehäuse-Oberteil gefügt.
  • Die Füllung des Luftspalts mit dem Wärmeleitmaterial ist mit hohem Materialaufwand verbunden und führt zu einem erhöhten Bauteilgewicht der Hochvoltbatterie.
  • Aus der DE 10 2016 216 050 A1 ist eine Batteriebaugruppe bekannt. Aus der DE 20 2019 101 971 U1 ist eine Batterie mit thermischer Schnittstelle für ein Kraftfahrzeug bekannt. Aus der DE 10 2015 214 652 A1 ist ein Verfahren zur Kühlung einer Traktionsbatterie bekannt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Hochvoltbatterie für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zur Montage einer solchen Hochvoltbatterie bereitzustellen, bei der im Vergleich zum Stand der Technik der Materialaufwand bei dem Wärmeleitmaterial sowie das Bauteilgewicht der Hochvoltbatterie in einfacher Weise reduzierbar ist.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass in dem, aus dem Stand der Technik bekannten Fügeprozess der Gehäuseboden ohne Höhenverstellung am Gehäuse-Oberteil angebunden wird, so dass eine Reduzierung des Luftspalts aufgrund einer Verlagerung des Gehäusebodens in der Batteriehochrichtung nicht möglich ist. Vor diesem Hintergrund weist die erfindungsgemäße Fügestelle zwischen dem Gehäuse-Oberteil und dem Gehäuseboden gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ein Gehäuseboden-Hubsystem auf, bei dem der Gehäuseboden in der Batteriehochrichtung über einen vordefinierten Stellbereich hubverstellbar geführt ist. Auf diese Weise kann der Gehäuseboden innerhalb des Stellbereichs in beliebige Hubpositionen verstellt und dort festgelegt werden.
  • Beispielhaft kann während des Batteriemontage-Prozesses der Gehäuseboden mithilfe des Gehäuseboden-Hubsystems über einen Hubweg bis in eine Montage-Hubposition hubverstellt werden. In der Montage-Hubposition kann der Gehäuseboden, gegebenenfalls unter Zwischenlage des Wärmeleitmaterials, bis in Anschlag mit dem Batteriemodul gebracht sein. Der noch verbleibende Luftspalt ergibt sich aufgrund von Gehäuseboden-Unebenheiten und/oder aufgrund von Höhentoleranzen zwischen Batteriemodulen 11. Dieser Rest-Luftspalt ist bis auf ein Minimum reduziert, wodurch auch der Wärmeleitmaterial-Füllmenge bis auf ein Minimum reduziert ist.
  • In einer einfachen technischen Umsetzung kann das Gehäuseboden-Hubsystem an einen ersten Fügepartner, insbesondere Gehäuse-Oberteil, einen Führungskanal mit einem, in der Batterie-Hochrichtung offenen Hohlprofil aufweisen. An einem zweiten Fügepartner, insbesondere am Gehäuseboden, kann ein im Führungskanal hubverstellbar geführter Führungssteg ausgebildet sein. In einer einfachen technischen Realisierung kann der Führungskanal an einem, dem Gehäuseboden zugewandten Rand des Gehäuse-Oberteils ausgebildet sein. Der Führungssteg kann dagegen an einer vom ebenflächigen Gehäuseboden randseitig hochgezogenen Seitenwand ausgebildet sein.
  • Zur Festlegung des Gehäusebodens in seiner Montage-Hubposition kann die Hochvoltbatterie zumindest eine Vorspannfeder aufweisen. Mithilfe der Vorspannfeder kann der Gehäuseboden gegen eine vordefinierten Höhenanschlag, insbesondere gegen das Batteriemodul gedrückt werden. Die Vorspannfeder kann beispielhaft an einem Federfußpunkt am Gehäuse-Oberteil montiert sein, während der andere Federfußpunkt gegen den Gehäuseboden drückt.
  • Alternativ dazu kann zur Festlegung des Gehäusebodens in seiner Montage-Hubposition ein Hilfsfügeelement bereitgestellt sein. Mit dessen Hilfe kann der in der Montage-Hubposition befindliche Gehäuseboden in Kraft- und/oder Formschlussverbindung mit dem Gehäuse-Oberteil gebracht werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das Hilfsfügeelement ein Schraubbolzen sein, mittels dem der in seiner Montage-Hubposition hubverstellte Gehäuseboden mit dem Gehäuse-Oberteil verschraubbar ist. Bevorzugt kann die Schraubachse des Schraubbolzens rechtwinklig zur Batteriehochrichtung ausgerichtet sein.
  • In einer bauraumgünstigen Ausführungsvariante kann das Hilfsfügeelement ein im Führungskanal angeordneter Befestigungsclip sein, in den der Führungssteg einsteckbar ist, wodurch eine Formschlussverbindung hergestellt ist.
  • In dem Führungskanal kann zudem ein Dichtstoff positioniert sein, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung des Batterie-Innenraums zu gewährleisten.
  • In einem erfindungsgemäßen Batteriemontage-Prozess erfolgt zunächst ein ModulsetzProzessschritt, bei dem das Batteriemodul in das noch leere Gehäuse-Oberteil eingesetzt wird und dort an gehäusefesten Modulschraubpunkten verschraubt wird. Anschließend wird, gegebenenfalls unter Zwischenlage des Wärmeleitmaterials, der Gehäuseboden mit seinem Führungssteg in den Führungskanal des Gehäuse-Oberteils eingesteckt und über einen Hubweg bis in eine Montage-Hubposition hubverstellt. Beispielhaft kann in der Montage-Hubposition der Gehäuseboden, gegebenenfalls unter Zwischenlage des Wärmeleitmaterials, bis in Anschlag mit dem Batteriemodul gebracht sein.
  • Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
  • Es zeigen:
    • 1 in einer grob schematischen Teilschnittansicht eine Hochvoltbatterie im Zusammenbauzustand;
    • 2 bis 4 jeweils Ansichten, anhand derer ein Batteriemontage-Prozess veranschaulicht ist;
    • 5 eine Fügestelle gemäß einer ersten Ausführungsvariante; und
    • 6 eine Fügestelle gemäß einer zweiten Ausführungsvariante.
  • In der 1 ist eine Hochvoltbatterie im Zusammenbauzustand gezeigt. Die Hochvoltbatterie weist ein Batteriegehäuse 1 mit einem Gehäuse-Oberteil 3 und einem Gehäuseboden 5 auf. In der 1 ist das Gehäuse-Oberteil 3 beispielhaft schalenförmig ausgeführt, und zwar mit einem oberseitigen Gehäusedeckel 7, von dem eine umlaufende Seitenwand 9 abragt. An dem unteren Rand der Seitenwand 9 des Gehäuse-Oberteils 3 ist eine Fügestelle F ausgebildet, an der der Gehäuseboden 5 am Gehäuse-Oberteil 3 angefügt ist. Im Batterieinneren sind Batteriemodule 11 eingesetzt, von denen in den Figuren lediglich ein Batteriemodul 11 angedeutet ist. Das Batteriemodul 11 ist in der 1 an einem gehäusefesten Modulschraubpunkt 13 mit dem Gehäuse-Oberteil 3 verschraubt. Zwischen dem Batteriemodul 11 und dem Gehäuseboden 5 ist toleranzbedingt ein Luftspalt 15 vorhanden, der mit einem Wärmeleitmaterial 17 gefüllt ist. Im Gehäuseboden 5 ist außerdem ein Kühlsystem 19 integriert, das über das Wärmeleitmaterial 17 im Luftspalt 15 in thermischer Verbindung mit dem Batteriemodul 11 ist.
  • Wie aus der 1 weiter hervorgeht, ist der Fügestelle F ein Gehäuseboden-Hubsystem 21 zugeordnet. Das Gehäuseboden-Hubsystem 21 weist einen am unteren Rand der Seitenwand 9 des Gehäuse-Oberteils 3 ausgebildeten Führungskanal 23 auf, dessen Hohlprofil in der Batteriehochrichtung z nach batterieunten offen ausgebildet ist. Der Führungskanal 23 ist im Querschnitt in etwa nutförmig mit einer äußeren Kanalwand 25 (2) sowie einer inneren Kanalwand 27 (2) realisiert. Zudem weist das Gehäuseboden-Hubsystem 21 einen Führungssteg 29 auf, der randseitig vom ebenflächigen Gehäuseboden 5 in der Batteriehochrichtung z nach oben hochgezogen ist. Der Führungssteg 29 des Gehäusebodens 5 ist in dem Führungskanal 23 des Gehäuse-Oberteils 3 hubverstellbar gelagert. In der 2 ist die Fügestelle F beispielhaft als eine Schraubstelle realisiert, bei der ein Schraubbolzen den gehäusebodenseitigen Führungssteg 29 mit dem Führungskanal 23 des Gehäuse-Oberteils 3 verspannt. Die Schraubachse der Schraubverbindung ist dabei quer zur Batteriehochrichtung z ausgerichtet.
  • Nachfolgend wird anhand der 2 bis 5 ein Batteriemontage-Prozess beschrieben: Demzufolge wird in der 2 zunächst das noch leere Gehäuse-Oberteil 3 mit nach oben weisender Gehäuseöffnung bereitgestellt. In einem Modulsetzprozess wird das Batteriemodul 11 in einer Setzrichtung I in das Gehäuse-Oberteil 3 eingesetzt und in einem Schraubvorgang mit dem gehäusefesten Modulschraubpunkt 13 verspannt.
  • Anschließend wird gemäß der 3 die Wärmeleitmatte 17 auf das Batteriemodul 11 gelegt und erfolgt ein Fügevorgang, bei dem der Gehäuseboden 5 in der Fügerichtung II (3) an das Gehäuse-Oberteil 3 gefügt wird, und zwar unter Zwischenlage der Wärmeleitmatte 17. Im Fügevorgang wird der Gehäuseboden-Führungssteg 29 in der Batteriehochrichtung z in den Führungskanal 23 des Gehäuse-Oberteils 3 eingesteckt, so dass der Führungssteg 29 des Gehäusebodens 5 in dem Führungskanal 23 des Gehäuseboden-Hubsystems 21 über einen vordefinierten Stellbereich Δz (4) hubverstellbar geführt ist. Auf diese Weise kann der Gehäuseboden 5 bis in eine Montage-Hubposition M (4) hubverstellt werden, in der der Gehäuseboden 5 unter Zwischenlage der Wärmeleitmatte 7 (alternativ auch ohne Wärmeleitmatte 7) in Anschlag gegen das Batteriemodul 11 gedrückt ist.
  • Der aufgrund von Gehäuseboden-Unebenheiten bzw. aufgrund von Höhentoleranzen zwischen Batteriemodulen 11 noch verbleibende Luftspalt 15 ist daher bis auf ein Minimum reduziert. Entsprechend ist auch die Füllmenge des Wärmeleitmaterials 17 auf ein Minimum reduziert.
  • Nach der Positionierung des Gehäusebodens 5 in seiner Montage-Hubposition M (4) erfolgt ein Schraubvorgang, bei dem der Führungskanal 23 des Gehäuse-Oberteils 3 mit dem Führungssteg 29 des Gehäusebodens 5 verschraubt wird.
  • In dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel wird als Hilfsfügeelement ein Schraubbolzen verwendet. Anstelle dessen ist in der 5 das Hilfsfügeelement beispielhaft ein bauraumgünstig im Führungskanal 23 angeordneter Befestigungsclip 31 (zum Beispiel ein Kratzclip). Der Befestigungsclip 31 ist in der 5 in seinem unverformten Zustand gezeigt. Im Fügeprozess wird der Befestigungsclip 31 in Formschlussverbindung mit dem Führungssteg 29 des Gehäusebodens 5 gebracht. Wie aus der 5 weiter hervorgeht, ist im Führungskanal 23 zusätzlich ein Dichtstoff 33 angeordnet, der das Batterieinnere flüssigkeitsdicht von der Umgebung abtrennt.
  • In der 6 ist das Hilfsfügeelement als eine Federspange 35 ausgeführt, die als Vorspannfeder den Gehäuseboden 5 in seine Montage-Hubposition M vorspannt. Die Federspange 35 ist mit einem Federfußpunkt 37 am Gehäuse-Oberteil 3 montiert, während der gegenüberliegende Federfußpunkt 39 den Gehäuseboden 5 gegen einen Höhenanschlag, insbesondere gegen das Batteriemodul 11, drückt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Batteriegehäuse
    3
    Gehäuse-Oberteil
    5
    Gehäuseboden
    7
    Gehäuse-Deckel
    9
    Gehäuse-Seitenwand
    11
    Batterie-Modul
    13
    Modulschraubpunkt
    15
    Luftspalt
    17
    Wärmeleitmaterial
    19
    Kühlsystem
    21
    Gehäuseboden-Hubsystem
    23
    Führungskanal
    25
    äußere Kanalwand
    27
    innere Kanalwand
    29
    Führungssteg
    31
    Befestigungsclip
    33
    Dichtstoff
    35
    Federspange
    37, 39
    Federfußpunkt
    I
    Setzrichtung
    II
    Fügerichtung
    Δz
    Stellbereich
    M
    Montage-Hubposition
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016216050 A1 [0006]
    • DE 202019101971 U1 [0006]
    • DE 102015214652 A1 [0006]

Claims (9)

  1. Hochvoltbatterie für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug, deren Batteriegehäuse (1) ein Gehäuse-Oberteil (3) und einen Gehäuseboden (5) mit integriertem Kühlsystem (19) aufweist, wobei im Batteriegehäuse (1) zumindest ein Batteriemodul (11) angeordnet ist, das am Gehäuse-Oberteil (3) gehäusefest angebunden ist, und zwischen dem Batteriemodul (11) und dem Gehäuseboden (5) toleranzbedingt ein Luftspalt (15) vorhanden ist, der mit Wärmeleitmaterial (17) gefüllt ist, und wobei der Gehäuseboden (5) ein vom Gehäuse-Oberteil (3) separates Bauteil ist, das an einer Fügestelle (F) am Gehäuse-Oberteil (3) angebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügestelle (F) ein Gehäuseboden-Hubsystem (21) zugeordnet ist, bei dem der Gehäuseboden (5) in der Batteriehochrichtung (z) über einen Stellbereich (Δz) hubverstellbar geführt ist, so dass der Gehäuseboden (5) innerhalb des Stellbereichs (Δz) in beliebige Hubpositionen (M) verstellbar und dort festlegbar ist.
  2. Hochvoltbatterien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Batteriemontage-Prozess der Gehäuseboden (5) im Gehäuseboden-Hubsystem (21) über einen Hubweg bis in eine Montage-Hubposition (M) hubverstellbar ist, und dass insbesondere in der Montage-Hubposition (M) der Gehäuseboden (5), gegebenenfalls unter Zwischenlage des Wärmeleitmaterials (17), in Anschlag mit dem Batteriemodul (11) oder mit einem anderen Höhenanschlag gebracht ist, so dass der noch verbleibende Luftspalt (15) bis auf ein Minimum reduziert ist.
  3. Hochvoltbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseboden-Hubsystem (21) einen Führungskanal (23) mit einem in der Batteriehochrichtung (z) offenen Hohlprofil und einen im Führungskanal (23) hubverstellbar geführten Führungssteg (29) aufweist, und dass der Führungskanal (23) an einem ersten Fügepartner, insbesondere am Gehäuse-Oberteil (3), ausgebildet ist und der Führungssteg (29) an einem zweiten Fügepartner, insbesondere am Gehäuseboden (5), ausgebildet ist.
  4. Hochvoltbatterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (23) an einem dem Gehäuseboden (5) zugewandten Rand des Gehäuse-Oberteils (3) ausgebildet ist, und dass der Führungssteg (29) an einer vom Gehäuseboden (5) randseitig hochgezogenen Seitenwand ausgebildet ist.
  5. Hochvoltbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung des Gehäusebodens (5) in seiner Montage-Hubposition (M) ein Hilfsfügeelement (31; 35) bereitgestellt ist, mittels dem der Gehäuseboden (5) in seiner Montage-Hubposition (M) gesichert ist, und dass insbesondere das Hilfsfügeelement eine Vorspannfeder (35) ist, mittels der der Gehäuseboden (5) gegen einen Höhenanschlag, insbesondere gegen das Batteriemodul (11), gedrückt ist, und dass insbesondere die Vorspannfeder (35) zwischen dem Gehäuse-Oberteil (3) und dem Gehäuseboden (5) abstützbar ist.
  6. Hochvoltbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeelement ein Schraubbolzen ist, mittels dem der in seiner Montage-Hubposition (M) befindliche Gehäuseboden (5) mit dem Gehäuse-Oberteil (3) verschraubbar ist.
  7. Hochvoltbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeelement ein im Führungskanal (23) angeordneter Befestigungsclip (31) ist, der in Formschlussverbindung mit dem Führungssteg (29) bringbar ist.
  8. Hochvoltbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Batteriemontage-Prozess zunächst in einem Modulsetzprozessschritt das Batteriemodul (11) in einer Setzrichtung (I) in das Gehäuse-Oberteil (3) eingesetzt wird, und anschließend, etwa an Modulschraubpunkten (13), am Gehäuse-Oberteil (3) angebunden wird, und dass in einem folgenden Fügeprozessschritt der Gehäuseboden (5) in einer Fügerichtung (II), gegebenenfalls unter Zwischenlage des Wärmeleitmaterials (17), an das Gehäuse-Oberteil (3) gefügt wird.
  9. Verfahren zur Montage einer Hochvoltbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
DE102019220260.8A 2019-12-19 2019-12-19 Hochvoltbatterie für ein Fahrzeug Pending DE102019220260A1 (de)

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